CN111863665B - 一种硅片加热装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种硅片加热装置，所述加热装置包括：腔室及设置于腔室内的加热板，加热板上设有用于容置硅片的、形状与硅片匹配的凹槽，凹槽的内侧壁用于对硅片的边缘进行加热，凹槽的槽底用于对的硅片的下表面进行加热。本公开实施例所提供的硅片加热装置，通过将加热板设置于一腔室内，可避免硅片置于加热板上热处理时裸露于外界空气中，减少受到外界环境的影响，提高测试结果准确性；同时，在加热板上设置容置硅片的凹槽，可对硅片的边缘及下表面加热，使硅片完整放置于加热板上，只有上表面不受热，不会给硅片带来损伤，有效防止硅片尺寸过大，表面受热不均匀，导致硅片翘曲，无法进行后续的表面金属检测等，有效防止外界环境对测试结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅片加热装置。
背景技术
随着集成电路集成度的不断提高，要求在在半导体生产过程中，作为衬底的单晶硅片具有更低的金属含量。当硅片表面及内部含有大量金属离子(例如Cu，Ni)时，会击穿氧化膜使二极管、晶体管性能变差，反向饱和电流迅速增大，甚至存在使整个晶体管报废的可能，最终无法使用。因此检测硅片内部及表面的金属离子含量在半导体生产中是至关重要的。
业内检测硅片内部的金属含量的方法通常采用低温扩散法(Low-TemperatureOut Diffusion，LTOD)，主要流程是：首先通过气相分解法将硅片外部的表面氧化层去除，放置在加热板上高温加热，利用硅片表面和背面温差，使内部的金属可以尽快扩散到硅片表面，使其完全析出到硅片表面，自然冷却至室温后，利用WSPS-ICP-MS进行金属检测，即可得到体内金属离子的含量。
然而，现阶段对于LTOD方法的研究主要是在8寸晶圆以下范围内进行的，不适合300mm的大尺寸单晶硅片，主要是因为晶片尺寸过大，加热板在加热的过程中无法使硅片均匀受热，从而产生了硅片翘曲现象，使硅片无法进行WSPS前处理，得不到测试结果，且使晶圆加热过程无法重现。同时，硅片置于加热板上进行热处理时是放于裸露的空气中，可能受到外界环境的影响，使测试结果不够准确。
发明内容
本公开实施例提供了一种硅片加热装置，能够使硅片均匀受热，降低了加热过程中产生的翘曲，尤其是针对大尺寸单晶硅片加热操作中有着非常重要的作用及意义，提高检测结果准确性。
本公开实施例所提供的技术方案如下：
一种硅片加热装置，用于对硅片加热处理；所述加热装置包括：腔室及设置于所述腔室内的加热板，所述加热板上设有用于容置所述硅片的、形状与所述硅片匹配的凹槽，所述凹槽的内侧壁用于对所述硅片的边缘进行加热，所述凹槽的槽底用于对的所述硅片的下表面进行加热。
示例性的，所述腔室包括顶部和底部，所述加热板位于所述腔室的底部，所述腔室的顶部设有用于通入冷却气体的冷却气体入口，所述冷却气体入口位于所述加热板的正上方。
示例性的，所述腔室的侧壁上，在所述冷却气体入口与所述加热板之间的区域设置有散热结构。
示例性的，所述腔室包括内腔室和外腔室，所述内腔室位于所述外腔室内部，且所述内腔室和所述外腔室之间形成夹层空腔，所述加热板位于所述内腔室的内部，所述内腔室和所述外腔室的顶部设有与所述冷却气体入口相通的冷却气体管道。
示例性的，所述散热结构包括形成于所述内腔室的侧壁上的散热网孔结构，所述外腔室上设有与所述夹层空腔相通的排气管。
示例性的，所述冷却气体入口处设有过滤网。
示例性的，所述凹槽的底部还设有支撑机构，所述支撑机构能够在所述凹槽内升降，以升降所述硅片。
示例性的，所述支撑机构包括至少一个支撑点，至少一个所述支撑点位于所述凹槽的底部中心的一侧，所述硅片设置于所述支撑点上；
所述支撑点具有第一状态和第二状态，
在所述第一状态，所述支撑点与所述凹槽的槽底齐平或低于所述凹槽的槽底，以使所述硅片容置于所述凹槽内；
在所述第二状态，所述支撑点突出于所述凹槽的槽底，以使所述硅片至少部分从所述凹槽脱出。
示例性的，所述加热板为陶瓷加热板或石英加热板。
示例性的，所述凹槽为圆形凹槽，其槽体深度为635μm～1mm，直径为155mm～305mm。
本公开实施例所带来的有益效果如下：
本公开实施例所提供的硅片加热装置，通过将加热板设置于一腔室内，可避免硅片置于加热板上进行热处理时裸露于外界空气中，减少受到外界环境的影响，提高测试结果准确性，同时，在所述加热板上设置容置硅片的凹槽，可对硅片的边缘及下表面进行加热，可以使硅片完整放置于加热板上，只有上表面不受热，不会给硅片带来损伤，有效防止了硅片尺寸过大，表面受热不均匀，导致硅片翘曲，无法进行后续的表面金属(surfacemetal)测试等，由此可见，本公开实施例提供的硅片加热装置能够有效防止外界环境对测试结果的影响，同时可以使硅片均匀受热，极大程度的降低了加热过程中产生的翘曲，尤其是在大尺寸单晶硅片加热操作中有着非常重要的作用及意义。
附图说明
图1表示本公开提供的硅片加热装置的外腔室一种实施例的结构示意图；
图2表示本公开提供的硅片加热装置的内腔室一种实施例的结构示意图；
图3表示本公开实施例提供的硅片加热装置中的侧视图；
图4表示本公开实施例提供的硅片加热装置中加热板取放硅片时的结构示意图；
图5表示本公开实施例提供的硅片加热装置中加热板的平面俯视图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
针对相关技术中硅片在进行金属含量检测时所存在的硅片受热不均匀导致硅片翘曲以及受外界环境影响检测结果准确性的问题，本公开实施例提供了一种硅片加热装置能够使硅片均匀受热，降低了加热过程中产生的翘曲，尤其是针对大尺寸单晶硅片加热操作中有着非常重要的作用及意义，提高检测结果准确性。
如图1至图5所示，本公开实施例提供了一种硅片加热装置，用于对硅片加热处理；所述加热装置包括：腔室及设置于所述腔室内的加热板200，所述加热板200上设有用于容置所述硅片的、形状与所述硅片匹配的凹槽300，所述凹槽300的内侧壁用于对所述硅片的边缘进行加热，所述凹槽300的槽底用于对的所述硅片的下表面进行加热。
本公开实施例所提供的硅片加热装置，通过将加热板200设置于一腔室内，可避免硅片置于加热板200上进行热处理时裸露于外界空气中，减少受到外界环境的影响，提高测试结果准确性；同时，在所述加热板200上设置容置硅片的凹槽300，可对硅片的边缘及下表面进行加热，可以使硅片完整放置于加热板200上，只有上表面不受热，不会给硅片带来损伤，有效防止了硅片尺寸过大，表面受热不均匀，导致硅片翘曲，无法进行后续的表面金属(surface metal)测试等。
由此可见，本公开实施例提供的硅片加热装置能够有效防止外界环境对测试结果的影响，同时可以使硅片均匀受热，极大程度的降低了加热过程中产生的翘曲，尤其是在大尺寸单晶硅片加热操作中有着非常重要的作用及意义。
在一些示例性的实施例中，如图1至图3所示，所述腔室包括顶部和底部，所述加热板200位于所述腔室的底部，所述腔室的顶部设有用于通入冷却气体的冷却气体入口101，所述冷却气体入口101位于所述加热板200的正上方。
在上述公开实施例中，在加热板200的正上方设置有冷却气体入口101，这样，冷却气体，例如，PN2(高纯氮)，可通过该冷却气体入口101到达加热板200上方位置，保证腔室内部为无污染的恒定环境，同时，持续通冷却气体，可以保证硅片上表面的温度可以尽可能的低，以保证加热处理时硅片的上、下表面之间的温差尽可能大，从而使采用低温扩散法检测硅片金属含量时，实验效果更好。
在一种示例性的实施例中，如图1至图3所示，所述冷却气体入口101处设有过滤网，这样，通过所述过滤网可对冷却气体进行过滤，以进一步保证腔室内为无污染的环境，以提高检测结果准确性。
所述过滤网可以是FFU(风机过滤单元)过滤网。
此外，在本公开一种示例性的实施例中，所述腔室的侧壁上，在所述冷却气体入口101与所述加热板200之间的区域设置有散热结构。
采用上述方案，冷却气体进入腔室内部，到达加热板200上方位置，多余的气体可通过所述散热结构排出。
如图1至图3所示，在一种示例性的实施例中，所述腔室包括内腔室110和外腔室120，所述内腔室110位于所述外腔室120内部，且所述内腔室110和所述外腔室120之间形成夹层空腔130，所述加热板200位于所述内腔室110的内部，所述内腔室110的顶部设有与所述冷却气体入口101相通的冷却气体管道140，所述外腔室120的顶部设有供所述冷却气体管道140穿过的通道121，所述散热结构包括形成于所述内腔室110的侧壁上的散热网孔结构150，所述外腔室120上设有与所述夹层空腔130相通的排气管160。
在上述公开实施例中，所述腔室可以是由内、外腔室120两部分来组成，其中内腔室110内部设置所述加热板200，所述外腔室120上设置门122，用于供硅片放入腔室内部，在内外腔室120之间形成夹层空腔130，内、外腔室120的顶部设置冷却气体管道140，冷却气体通过冷气气体管道，经过内腔室110上方的过滤网，到达加热板200上方位置，保证装置内部为无污染的恒定环境，不受外界环境的影响，多余的气体通过腔室周围的散热网孔排出，再经过外腔室120的排风管160排走。
其中所述散热网孔结构150，为网状结构，如图2所示，可以设置在所述内腔室110的至少三个侧壁，可以将硅片的上表面高温及时排出。
当然可以理解的是，在实际应用中，所述散热结构的具体结构不限于此。
需要说明的是，在上述实施例中，所述腔室分为内腔室110和外腔室120，在本公开的其他实施例中，所述腔室也可以是仅包括一个腔室，而将所述腔室分为内、外腔室，相较于仅设置一个腔室，优势在于：在所述内腔室110上设置散热网孔结构，在所述外腔室120设置排风管160，这样，多余的气体通过腔室周围的散热网孔排出，再经过外腔室120的排风管160排走，可以保证内腔室110内的气体均匀性，进而保证硅片表面温度均匀，而仅设置一个腔室时，气体若直接被排风管排出，会影响硅片表面温度均匀性。
此外，在本公开一种示例性的实施例中，所述凹槽300的底部设有支撑机构，所述支撑机构能够在所述凹槽内升降，以升降所述硅片。
在上述公开实施例中，所述加热板200的凹槽300底部设置有升降机构，该升降机构可以将硅片的至少一部分区域在凹槽300内进行升降，这样，当放置硅片时，可将所述硅片上升，以便于硅片顺利放入凹槽300上，再下降硅片，以使得硅片容置于凹槽300内；取出加热板200时，可以上升所述硅片，以使得硅片从所述凹槽300内脱出，便于取下硅片，这样，可以避免硅片在取放过程中发生损伤。
在一种具体的示例性实施例中，如图4和图5所示，所述升降机构包括至少一个支撑点230，至少一个所述支撑点230位于所述凹槽300的中心的一侧，所述活动板220设置于所述支撑点230上；所述支撑点230具有第一状态和第二状态，在所述第一状态，所述支撑点230与所述凹槽300的槽底齐平或低于所述凹槽300的槽底，以使所述硅片10容置于所述凹槽300内；在所述第二状态，所述支撑点230突出于所述凹槽300的槽底，以使所述硅片10至少部分从所述凹槽300脱出。
在上述公开实施例中，将所述凹槽300的底部设置至少一个支撑点230，可以控制所述支撑点230在所述凹槽300内升降，当所述硅片加热完成冷却后，控制所述支撑点230上升，此时会在所述硅片10有支撑点230的一侧升高，可以方便用真空吸笔进行硅片转移，防止了对硅片表面的污染。
其中，在一种示例性实施例中，所述支撑点230的直径为3mm左右，且所述支撑点230设置在所述凹槽300的底部中心靠近所述腔室的门121的一侧。
在一种示例性的实施例中，所述支撑点230可将所述硅片抬起，并距离所述加热板200表面大约1cm，以便于取放硅片。
此外，如图1和图3所示，可以在所述外腔室120的外部设置支撑点控制开关240，通过该支撑点控制开关240来控制支撑点230工作。
此外，在一些示例性的实施例中，所述加热板200为陶瓷加热板200，可耐高温达500℃以上。
此外，所述加热板200还可以使用石英材质，耐高温且不易变形。
此外，本公开实施例所提供的硅片加热装置中，所述凹槽为圆形凹槽，其槽体深度为635μm～1mm，直径为155mm～305mm，可适用于各种尺寸的硅片的加热处理，例如，直径为6寸、8寸、12寸等各种尺寸的硅片。
示例性的，所述凹槽的槽体深度比硅片厚度大10μm左右，所述操的直径比所述硅片的直径尺寸大5mm左右，例如：
所述硅片尺寸为6寸，直径为150mm，厚度为625μm，此时，所述凹槽的槽体深度可以为625+10μm，直径大约为150+5mm；
所述硅片尺寸为8寸，直径200mm，厚度725μm，此时，所述凹槽的槽体深度可以为725+10μm，直径大约为200+5mm；
所述硅片尺寸为12寸，直径300mm，厚度775μm，此时，所述凹槽的槽体深度可以为775+10μm，直径大约为300+5mm。
需要说明的是，本公开实施例所提供的硅片加热装置尤其是适用于大尺寸硅片的加热处理，例如12寸硅片的加热处理；并且，本公开实施例所提供的硅片加热装置尤其适用于在低温扩散法进行金属含量检测过程中的加热处理。
此外，本公开实施例所提供的硅片加热装置，其外腔室120作为一种保护罩，其材质均可以选用PFA(PFA塑料为少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)或者PTFE(聚四氟乙烯)等具有超强抗腐蚀能力的材质，同时，此材质非常光滑，不会带来其他污染，例如颗粒污染、金属污染等。
需要说明的是，本公开实施例所提供的硅片加热装置可以不仅限于硅片加热，同样适用于其他产品的加热处理，尤其适用于对产品上下表面温差较大的场景中。
此外，本公开实施例所提供的加热装置应用于硅片低温扩散法进行金属检测时，其检测过程如下：
步骤S01、通过气相分解法，将硅片外部的表面氧化层去除；
步骤S02、将硅片通过真空吸笔放置于所述加热板的凹槽内进行高温加热，并并在此过程中，通过腔室顶部的冷却气体管道持续腔室内通入冷却气体，利用硅片表面和背面温差，使硅片内部的金属可以尽快扩散到硅片表面，使其完全析出到硅片表面；
步骤S03、将硅片冷却至室温后取出腔室；
步骤S04、利用WSPS-ICP-MS(WSPS为晶圆表面测量系统，ICP-MS为电感耦合等离子体质谱)进行金属检测，即可得到硅片内部金属，例如Cu(铜)、Ni(镍)等金属含量。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种硅片加热装置，用于采用低温扩散法检测硅片金属含量，用于对硅片加热处理，以使硅片内部的金属析出到硅片表面；其特征在于，所述加热装置包括：腔室及设置于所述腔室内的加热板，所述加热板上设有用于容置所述硅片的、形状与所述硅片匹配的凹槽，所述凹槽的内侧壁用于对所述硅片的边缘进行加热，所述凹槽的槽底用于对的所述硅片的下表面进行加热；
所述腔室包括顶部和底部，所述加热板位于所述腔室的底部，所述腔室的顶部设有用于通入冷却气体的冷却气体入口，所述冷却气体入口位于所述加热板的正上方。
2.根据权利要求1所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述腔室的侧壁上，在所述冷却气体入口与所述加热板之间的区域设置有散热结构。
3.根据权利要求2所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述腔室包括内腔室和外腔室，所述内腔室位于所述外腔室内部，且所述内腔室和所述外腔室之间形成夹层空腔，所述加热板位于所述内腔室的内部，所述内腔室和所述外腔室的顶部设有与所述冷却气体入口相通的冷却气体管道。
4.根据权利要求3所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述散热结构包括形成于所述内腔室的侧壁上的散热网孔结构，所述外腔室上设有与所述夹层空腔相通的排气管。
5.根据权利要求1所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述冷却气体入口处设有过滤网。
6.根据权利要求1所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述凹槽的底部还设有支撑机构，所述支撑机构能够在所述凹槽内升降，以升降所述硅片。
7.根据权利要求6所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述支撑机构包括至少一个支撑点，至少一个所述支撑点位于所述凹槽的底部中心的一侧，所述硅片设置于所述支撑点上；
所述支撑点具有第一状态和第二状态，
在所述第一状态，所述支撑点与所述凹槽的槽底齐平或低于所述凹槽的槽底，以使所述硅片容置于所述凹槽内；
在所述第二状态，所述支撑点突出于所述凹槽的槽底，以使所述硅片至少部分从所述凹槽脱出。
8.根据权利要求1所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述加热板为陶瓷加热板或石英加热板。
9.根据权利要求1所述的硅片加热装置，其特征在于，
所述凹槽为圆形凹槽，其槽体深度为635μm～1mm，直径为155mm～305mm。
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