CN113851398A - 晶圆干燥装置、半导体清洗设备及晶圆干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆干燥装置、半导体清洗设备及晶圆干燥方法，装置包括：干燥槽；喷射板，设置于干燥槽的顶部，用于在干燥过程中向干燥槽内喷射干燥气氛；支撑板，设置于干燥槽的底部并与干燥槽的侧壁连接；支撑部件，设置于支撑板上，用于支撑待干燥的晶圆；支撑部件上设有沿竖直方向贯穿支撑部件的第一通孔，第一通孔位于支撑部件与晶圆的接触区域；注水管，用于向干燥槽内注入去离子水；抽吸装置，用于在干燥过程中排出干燥槽内的去离子水，以使浸入去离子水中的晶圆露出液面并与干燥气氛发生马兰戈尼效应，以及在排出去离子水之后抽吸干燥气氛。实现降低干燥槽的维护难度并提高晶圆接触区域的干燥效果。

Description

晶圆干燥装置、半导体清洗设备及晶圆干燥方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种晶圆干燥装置、半导体清洗设备及晶圆干燥方法。

背景技术

随着IC半导体制造技术的不断发展，半导体器件的特征尺寸不断减小，清洗工艺的需求持续增加，而目前主流的工艺多在65-28纳米，槽式清洗设备由于可以在满足工艺效果的前提下批量处理晶圆，有着不可替代的优势。高效率的干燥工艺对晶圆工艺的整体效果及机台的产能都具有着重大的使用意义。

如图1和图2所示，现有清洗机台的干燥槽机械手包括支撑部件4(Combs)和升降件1(Lifter)，其中，支撑部件4由螺钉5固定在升降件1上，支撑部件4上设置有支撑齿3，支撑齿3用于支撑晶圆2，该干燥槽机械手用于对晶圆进行支撑及升降(升降由Lifter本体电机控制，图1未示出)。

基于该干燥槽机械手的干燥方法，包括：

步骤1.如图3所示，传片机械手将需要干燥的晶圆2放置到干燥槽机械手上，而后进入注满去离子水(DIW)的干燥槽6内；

步骤2.如图4所示，在干燥工艺过程中，电机控制升降件1进行缓慢提速(<10mm/s)至支撑部件4底部露出水面，在此过程中喷射板7喷射IPA(异丙醇)蒸汽，利用马兰戈尼效应将晶圆2表面的水逐步由IPA代替，IPA蒸发后晶圆2表面达到无水的干燥效果(Marangoni干燥法是利用异丙醇与去离子水不同的表面张力将晶圆表面的水滴吸收回流到槽内，达到干燥晶圆表面的作用)；

步骤3.如图5所示，干燥槽内水排掉，最后由喷射板7和氮气喷射管8喷出氮气吹干晶圆和支撑部件4接触点处不易干燥的区域，实现晶圆2的彻底干燥。

但在该现有方法中，干燥槽的高度较高，存在维护难度大、维护成本高的问题。并且，由于晶圆2与支撑部件4的支撑齿3间接触处的接触面积小，N2驱动的IPA蒸汽进入两者接触区域较困难，因此导致在工艺结束后，晶圆表面与支撑齿3间接触区域易残留部分水，影响工艺效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种晶圆干燥装置、半导体清洗设备及晶圆干燥方法，实现降低干燥槽的维护难度并提升干燥效果。

为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种晶圆干燥装置，包括：

干燥槽；

喷射板，所述喷射板设置于所述干燥槽的顶部，用于在干燥过程中向所述干燥槽内喷射干燥气氛；

支撑板，所述支撑板设置于所述干燥槽的底部并与所述干燥槽的侧壁连接；

支撑部件，所述支撑部件设置于所述支撑板上，所述支撑部件用于支撑待干燥的晶圆；所述支撑部件上设有沿竖直方向贯穿所述支撑部件的第一通孔，所述第一通孔位于所述支撑部件与晶圆的接触区域，所述支撑板的上方空间和下方空间通过所述第一通孔连通；

注水管，与所述干燥槽连通，所述注水管用于向所述干燥槽内注入去离子水；

抽吸装置，通过排水管与所述干燥槽的底部连通，所述抽吸装置用于在干燥过程中排出所述干燥槽内的去离子水，以使浸入所述去离子水中的晶圆露出液面并与所述干燥气氛发生马兰戈尼效应，以及在排出所述去离子水之后抽吸所述干燥气氛，使所述干燥气氛从所述支撑板的上方空间经所述第一通孔流至所述支撑板的下方空间并排出，以对所述晶圆进行干燥。

第二方面，本发明提出一种半导体清洗设备，包括第一方面所述的晶圆干燥装置。

第三方面，本发明还提出一种晶圆干燥方法，应用于第一方面所述的晶圆干燥装置上，所述晶圆干燥方法包括：

将待干燥晶圆置于所述支撑部件上，通过所述注液管向所述干燥槽内注入去离子水，使所述待干燥晶圆完全浸入所述去离子水中；

通过所述喷射板向所述干燥槽内喷入干燥气氛，同时开启所述抽吸装置进行排水，使所述去离子水的液面下降并暴露所述晶圆，所述干燥气氛与所述晶圆表面的去离子水发生马兰戈尼效应，所述晶圆表面的去离子水被所述干燥气氛置换；

当所述去离子水完全排出所述干燥槽后，通过所述喷射板继续向所述干燥槽内喷入干燥气氛和吹干气体至第一设定时长，期间继续通过所述抽吸装置抽出所述干燥气氛和所述吹干气体；

使所述喷射板停止喷入所述干燥气氛并继续喷入所述吹干气体对所述晶圆进行吹干至第二设定时长，期间通过所述抽吸装置抽出残留的干燥气氛和吹干气体，完成对晶圆的干燥。

本发明的有益效果在于：

本发明采用固定于干燥槽底部的支撑板及设置于支撑板上的支撑部件实现对晶圆的支撑，并设置与干燥槽底部连通的抽吸装置，通过支撑部件与抽吸装置的结合替代了传统的升降式干燥槽机械手结构，排液过程中，通过抽吸装置使槽内水液位稳定下降代替现有的升降件带动晶圆逐渐上升而进行的马兰戈尼效应，从而简化了干燥槽的机械结构，由于省去了升降件，降低了干燥槽的高度，有效降低了干燥槽装置的维护难度和维护成本；同时，通过在支撑部件与晶圆接触区域附近设置第一通孔，能够在干燥槽排水结束后抽吸装置对干燥气氛进行抽吸时，使气流从支撑部件上的第一通孔流过，加速晶圆与支撑部件接触区域的水与干燥气氛的置换，减少晶圆接触区域的水分残留，提升干燥的工艺效果。

本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1-图2示出了现有干燥槽机械手的结构简图。

图3-图5示出了现有通过干燥槽机械手对晶圆进行干燥工艺的步骤演示图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置沿第二方向的侧视图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置沿第一方向的侧视图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置中支撑板及支撑部件的俯视图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置中支撑板及支撑部件沿第二方向的侧视图。

图10示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置中支撑板及支撑部件沿第一方向的侧视图。

图11-图14示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥槽方法的各步骤演示图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图6示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置沿第二方向的侧视图，图7示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆干燥装置沿第一方向的侧视图。

如图6和图7所示，一种晶圆干燥装置，包括：

干燥槽101；

喷射板102，喷射板102设置于干燥槽101的顶部，用于在干燥过程中向干燥槽101内喷射干燥气氛；

支撑板103，支撑板103设置于干燥槽101的底部并与干燥槽101的侧壁连接；

支撑部件105，支撑部件105设置于支撑板103上，支撑部件105用于支撑待干燥的晶圆104；支撑部件105上设有沿竖直方向贯穿支撑部件105的第一通孔110，第一通孔位110于支撑部件105与晶圆104的接触区域，支撑板103的上方空间和下方空间通过第一通孔110连通；

注水管107，与干燥槽101连通，注水管107用于向干燥槽101内注入去离子水；

抽吸装置109，通过排水管108与干燥槽101的底部连通，抽吸装置109用于在干燥过程中排出干燥槽101内的去离子水，以使浸入去离子水中的晶圆104露出液面并与干燥气氛发生马兰戈尼效应，以及在排出去离子水之后抽吸干燥气氛，使干燥气氛从支撑部件105的上方空间经第一通孔110流至支撑板103的下方空间并排出，以对晶圆104进行干燥。

具体地，采用固定于干燥槽101底部的支撑板103及设置于支撑板103上的支撑部件105实现对晶圆104的支撑，并设置与干燥槽101底部连通的抽吸装置109，通过支撑部件105与抽吸装置109的结合替代了传统的升降式干燥槽101机械手结构，排液过程中，通过抽吸装置109使槽内水液位稳定下降代替现有的升降件带动晶圆104逐渐上升而进行的马兰戈尼效应，从而简化了干燥槽101的机械结构，由于省去了升降件，降低了干燥槽101的高度，有效降低了干燥槽101装置的维护难度和维护成本；同时在支撑部件105与晶圆接触区域设置贯穿支撑部件105的第一通孔110，结合抽吸装置109能够在喷气干燥过程中，使干燥气氛从上至下单向流动，使气流从第一通孔110流过，加速晶圆104与支撑部件105接触区域的水与干燥气氛的置换，减少接触区域的水分残留，提升干燥效果。

其中，排水管8和抽吸装置109组成的排液/气管路可以根据实际需求设置成一路或多路，例如三路。

如图8-图10所示，本实施例中，支撑板103上设有沿竖直方向贯穿支撑板的多个第二通孔106和多个第三通孔112，第三通孔112与第一通孔110连通，第二通孔106至少分布于支撑部件105的两侧。

如图8所示，本实施例中，优选地，第三通孔112与第一通孔110的直径相同，第一通孔110的直径小于2mm。第二通孔的直径为1-5mm，第二通孔之间的间距为1-10mm。在每个支撑部件105的两侧分别设置1-2排第二通孔106，第二通孔106之间的间距为1-10mm，第二通孔106的个数为15-50个，第二通孔106的直径为1-5mm。

通过第二通孔106的设置，一方面能够加快排液过程，使去离子水快速从支撑板103的上空间流至支撑板103的下方空间并排出，另一方面，第二通孔106设置在支撑齿附近，在干燥槽101排水结束后抽吸装置109对干燥气氛和吹干气体进行抽吸时，气流能够从支撑板103上的第二通孔106和支撑部件105上的第一通孔110同时流过，由于通孔的孔径较小，气流在晶圆104接触区域的流速较快，从而加速晶圆104与支撑部件105接触区域的水与干燥气氛的置换，减少接触区域水分残留，提升干燥的工艺效果。

本实施例中，支撑部件105为多个，多个支撑部件105在支撑板上沿第一方向间隔排列，不同的支撑部件105用于支撑晶圆104底部边缘的不同位置，多个晶圆104竖直设置于多个支撑部件105上，并沿垂直于第一方向的第二方向排列；多个支撑部件105的高度与晶圆104底部边缘被支撑位置的高度相对应(如两侧、中间，分别设定不同高度)，优选支撑部件105顶部的高度为1-15mm。

支撑部件105呈梳状，支撑部件105的顶端沿第二方向设有多个支撑齿，支撑齿的两侧具有支撑斜面，相邻两个支撑齿相对的支撑斜面共同支撑晶圆104边缘的两侧；第一通孔110设置于相邻支撑齿之间，并连通支撑板103上方空间和支撑板103下方空间。其中，支撑部件105通过第一连接件固定于支撑板103上，第一连接件为螺丝111。

本实施例中，支撑板103、支撑部件105优选采用能支撑50片晶圆104的任意非金属材料制作，实现对晶圆的批处理干燥。

本实施例中，支撑板103通过第二连接件固定于干燥槽101的侧壁上，且支撑板103的高度位于干燥槽101侧壁高度的三分之一处。第二连接件可以为螺丝、固定块等任意连接件。

本实施例中，干燥气氛为氮气驱动的IPA气体，IPA气体能够与晶圆表面的去离子水发生马兰戈尼效应，与晶圆表面残留的去离子水进行置换，实现对晶圆表面的干燥，吹干气体为氮气。

本发明实施例还提出一种半导体清洗设备，包括以上实施例的晶圆干燥装置。

该半导体清洗设备还可以包括现有晶圆批处理槽式清洗设备的其他所有部件，如晶圆搬运机械手等部件，此处不再赘述。

本发明实施例还提出一种晶圆干燥方法，应用于以上实施例的晶圆干燥装置上，该晶圆干燥方法包括：

S101:如图11所示，将待干燥晶圆104置于支撑部件105上，通过注液管107向干燥槽101内注入去离子水，使待干燥晶圆104完全浸入去离子水中；

S102：如图12所示，通过喷射板102向干燥槽101内喷入干燥气氛(由氮气驱动的IPA气氛)，同时开启抽吸装置109并以设定的排液流量进行排水，使去离子水的液面下降并暴露晶圆104，IPA气氛与晶圆104表面的去离子水发生马兰戈尼效应，晶圆104表面的去离子水被IPA置换；

其中，通过控制排液流量使得去离子水的液面逐渐下降并逐渐暴露晶圆104。

S103：如图13所示，当去离子水完全排出干燥槽101后，通过喷射板102向干燥槽101内同时喷入IPA气氛和吹干气体(氮气)至第一设定时长，并继续通过抽吸装置109抽出IPA气氛和氮气；

S104：如图14所示，使喷射板102停止喷入IPA气氛并继续喷入氮气对晶圆104进行吹干至第二设定时长，期间通过抽吸装置109抽出残留的IPA气氛和氮气，完成干燥。

通过抽吸装置109能够提供稳定的排液流量，使排液过程中，干燥槽101内的液位稳定下降来代替原有的升降件带动晶圆104上升过程，使干燥槽内的水、IPA气氛通过支撑部件105上的第一通孔110及支撑板103上的第二通孔106排出；在干燥阶段，IPA气氛从第二通孔106及第一通孔110和第三通孔112排出，IPA气氛可与晶圆104与支撑部件105接触区域进一步进行IPA与水的置换，氮气也能进一步对接触区域进行吹干，提高干燥工艺效果。

综上，本发明将抽吸装置109及支撑部件105替代现有的升降结构，简化了干燥槽101的机械结构，减小了干燥槽101的高度，降低维护难度。通过新式的干燥槽及部件设计，改善了晶圆干燥的工艺步骤，通过底部抽吸装置109抽吸，在干燥槽101排水结束后可通过支撑板103以及支撑部件105上的通孔对IPA/N2气氛进行抽吸，从而加速晶圆104与固定支撑件接触区域的IPA-水置换，减少接触区域水分残留，使干燥效果更彻底，提升干燥效果。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种晶圆干燥装置，其特征在于，包括：

干燥槽；

喷射板，所述喷射板设置于所述干燥槽的顶部，用于在干燥过程中向所述干燥槽内喷射干燥气氛；

支撑板，所述支撑板设置于所述干燥槽的底部并与所述干燥槽的侧壁连接；

支撑部件，所述支撑部件设置于所述支撑板上，所述支撑部件用于支撑待干燥的晶圆；所述支撑部件上设有沿竖直方向贯穿所述支撑部件的第一通孔，所述第一通孔位于所述支撑部件与晶圆的接触区域，所述支撑板的上方空间和下方空间通过所述第一通孔连通；

注水管，与所述干燥槽连通，所述注水管用于向所述干燥槽内注入去离子水；

抽吸装置，通过排水管与所述干燥槽的底部连通，所述抽吸装置用于在干燥过程中排出所述干燥槽内的去离子水，以使浸入所述去离子水中的晶圆露出液面并与所述干燥气氛发生马兰戈尼效应，以及在排出所述去离子水之后抽吸所述干燥气氛，使所述干燥气氛从所述支撑板的上方空间经所述第一通孔流至所述支撑板的下方空间并排出，以对所述晶圆进行干燥。

2.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述支撑板上设有沿竖直方向贯穿所述支撑板的多个第二通孔和多个第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔连通，所述第二通孔至少分布于所述支撑部件的两侧。

3.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述支撑部件为多个，多个所述支撑部件在所述支撑板上沿第一方向间隔排列，不同的支撑部件用于支撑晶圆底部边缘的不同位置，多个晶圆竖直设置于多个所述支撑部件上，并沿垂直于所述第一方向的第二方向排列。

4.根据权利要求3所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述支撑部件呈梳状，所述支撑部件的顶端沿所述第二方向设有多个支撑齿，所述支撑齿的两侧具有支撑斜面，相邻两个支撑齿相对的所述支撑斜面共同支撑所述晶圆边缘的两侧；

所述第一通孔设置于相邻两个支撑齿之间。

5.根据权利要求2所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述第一通孔的直径小于2mm；

所述第二通孔的直径为1-5mm，所述第二通孔之间的间距为1-10mm。

6.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述支撑板和所述支撑部件的材质均为非金属材质，所述支撑部件通过第一连接件设置于所述支撑部件上。

7.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述支撑板通过第二连接件与所述干燥槽的侧壁固定连接，且所述支撑板的高度位于所述干燥槽侧壁高度的三分之一处。

8.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述干燥气氛为氮气驱动的IPA气体。

9.一种半导体清洗设备，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的晶圆干燥装置。

10.一种晶圆干燥方法，应用于权利要求1-8任意一项所述的晶圆干燥装置上，其特征在于，所述晶圆干燥方法包括：

将待干燥晶圆置于所述支撑部件上，通过所述注液管向所述干燥槽内注入去离子水，使所述待干燥晶圆完全浸入所述去离子水中；

通过所述喷射板向所述干燥槽内喷入干燥气氛，同时开启所述抽吸装置进行排水，使所述去离子水的液面下降并暴露所述晶圆，所述干燥气氛与所述晶圆表面的去离子水发生马兰戈尼效应，所述晶圆表面的去离子水被所述干燥气氛置换；

当所述去离子水完全排出所述干燥槽后，通过所述喷射板继续向所述干燥槽内喷入干燥气氛和吹干气体至第一设定时长，期间继续通过所述抽吸装置抽出所述干燥气氛和所述吹干气体；

使所述喷射板停止喷入所述干燥气氛并继续喷入所述吹干气体对所述晶圆进行吹干至第二设定时长，期间通过所述抽吸装置抽出残留的干燥气氛和吹干气体，完成对晶圆的干燥。

Images