CN211125590U - 一种晶圆干燥装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种晶圆干燥装置。在本实用新型实施例中，分别在第一工序和第二工序提升晶圆，先采用第一提升装置的第一卡盘在第一位置夹持晶圆，并将晶圆从第一高度提升至第二高度。在晶圆的第二位置干燥后，由第二升降装置的第二卡盘在第二位置夹持晶圆，将晶圆从第二高度提升至第三高度。由此，使得晶圆和第一卡盘分别干燥，避免了第一卡盘和晶圆的缝隙中的水分残留，提高了干燥制程的质量，提升了产品良率。

Description

一种晶圆干燥装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆干燥装置。

背景技术

清洗作为半导体制程中的基本工艺，被广泛应用于半导体制造过程的各个阶段。晶圆干燥是晶圆清洗后的必要工序。然而，晶圆干燥制程中，晶圆边缘的良率较低。随着半导体制造工艺的不断发展，对干燥制程后的产品的良率提出了更高的要求。因此，晶圆干燥装置还需要改进。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种晶圆干燥装置，以提高晶圆干燥制程的质量，提升产品良率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种晶圆干燥装置，本实用新型实施例的晶圆干燥装置包括：

工作槽，用于承载溶液；

第一升降装置，用于在第一工序夹持所述晶圆的第一位置，以将所述晶圆从第一高度提升至第二高度；

第二升降装置，用于在第二工序夹持所述晶圆的第二位置以将所述晶圆从所述第二高度提升到第三高度；

其中，所述第一位置位于所述晶圆的底部，所述第二位置高于所述第一位置，且所述第二位置在所述晶圆位于第二高度时为干燥状态；

其中，所述第一高度为所述晶圆被溶液覆盖，所述第三高度为所述晶圆脱离所述工作槽内的溶液液面的位置，所述第二高度位于所述第一高度和第三高度之间。

进一步地，所述第一升降装置包括：

第一卡盘，用于与所述晶圆的第一位置接触，以固定所述晶圆；

第一驱动装置；

第一机械臂，连接到所述第一卡盘和所述第一驱动装置之间；

其中，所述第一驱动装置被配置为通过所述第一机械臂驱动所述第一卡盘升降。

进一步地，所述第二升降装置包括：

第二卡盘，用于与所述晶圆的第二位置接触，以固定所述晶圆；

第二驱动装置；

第二机械臂，连接到所述第二卡盘和所述第二驱动装置之间；

其中，所述第二驱动装置被配置为通过所述第二机械臂驱动所述第二卡盘升降。

进一步地，所述第二卡盘包括：

至少一对夹板，各夹板上具有相互对应的凹槽或夹头，所述凹槽或所述夹头用于在所述晶圆的第二位置固定所述晶圆；

第三驱动装置，用于控制夹板的距离。

进一步地，所述第一卡盘包括：

连接体，用于连接到所述第一机械臂；

夹头，固定在所述连接体上，用于从所述晶圆的底部固定所述晶圆。

进一步地，所述装置还包括：

本体以及干燥系统；

其中，所述工作槽设置在所述本体的底部；

所述干燥系统用于向所述本体内通入气体，以干燥所述晶圆。

进一步地，所述装置还包括：

控制部件，用于控制所述第一升降装置和所述第二升降装置，以顺序执行所述第一工序和所述第二工序。

第二方面，本实用新型实施例提供一种晶圆干燥方法，用于控制晶圆干燥装置进行干燥，其中，所述晶圆干燥装置包括承载溶液的工作槽、第一升降装置和第二升降装置，所述方法包括：

第一工序，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆的第一位置，将所述晶圆从第一高度提升至第二高度；

第二工序，响应于所述晶圆的第二位置干燥，控制所述第二升降装置夹持所述晶圆的第二位置，控制所述第一升降装置松开所述晶圆，将所述晶圆从所述第二高度提升至第三高度；

其中，所述第一位置位于所述晶圆的底部，所述第二位置高于所述第一位置；

其中，所述第一高度为所述晶圆被溶液覆盖，所述第三高度为所述晶圆脱离所述工作槽内的溶液液面的位置，所述第二高度位于所述第一高度和第三高度之间。

进一步地，所述方法还包括：

第三工序，响应于所述晶圆的第一位置和所述第一升降装置干燥，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆的第一位置，控制所述第二升降装置松开所述晶圆。

进一步地，所述装置还包括：本体以及干燥系统；

所述方法还包括：响应于所述晶圆位于第一高度，控制所述干燥系统启动，向所述本体内通入气体。

在本实用新型实施例中，分别在第一工序和第二工序提升晶圆，先采用第一提升装置的第一卡盘在第一位置夹持晶圆，并将晶圆从第一高度提升至第二高度。在晶圆的第二位置干燥后，由第二升降装置的第二卡盘在第二位置夹持晶圆，将晶圆从第二高度提升至第三高度。由此，使得晶圆和第一卡盘分别干燥，避免了第一卡盘和晶圆的缝隙中的水分残留，提高了干燥制程的质量，提升了产品良率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是对比例的晶圆干燥装置的侧视图；

图2是对比例的晶圆卡盘的主视图；

图3-图5是本实用新型实施例的晶圆干燥装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例第一卡盘的示意图；

图7是本实用新型实施例的晶圆干燥方法的流程图；

图8-图14分别是本实用新型实施例的晶圆干燥方法的各步骤示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在本申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请文件的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。清洗作为半导体制程中的基本工艺，被广泛应用于半导体制造过程的各个阶段。例如：刻蚀完成后去除抗蚀剂层的步骤中或者去除刻蚀完成后表面残留物的步骤中等。

图1是对比例的晶圆干燥装置的侧视图。如图1所示，对比例的晶圆干燥装置为一种槽式清洗装置，包括本体1，工作槽2，晶圆卡盘3、机械臂4以及电机M。工作槽2置于本体1的底部，电机M控制机械臂4 的位置，控制晶圆卡盘3与工作槽2的溶液的相对位置。晶圆卡盘3上夹持有晶圆5。图2是对比例的晶圆卡盘的主视图。晶圆卡盘包括夹头 301，夹持晶圆5的边缘。

采用对比例的晶圆干燥装置干燥晶圆包括如下步骤：

步骤S1、晶圆卡盘位于工作槽上方，夹持从其他机台中转移过来的晶圆。

步骤S2、控制晶圆卡盘下降，使晶圆浸没在工作槽的溶液中。

步骤S3、向本体中通入干燥气体。

步骤S4、控制晶圆卡盘上升。

工作槽中的溶液为去离子水，干燥气体为氮气和异丙醇的混合气体，晶圆卡盘上升，使晶圆逐渐暴露在干燥气体中，异丙醇会凝聚在晶圆的水溶液的表面，在晶圆表面形成异丙醇薄膜。异丙醇具有高挥发性，可以使晶圆表面快速干燥，避免在晶圆表面形成水痕或在晶圆表面粘附杂质。

步骤S5、排出工作槽中的溶液，向晶圆表面吹扫氮气。

在采用上述步骤干燥晶圆的过程中，由于晶圆卡盘3和晶圆接触的位置间有缝隙，导致在步骤4完成后，晶圆卡盘3和晶圆接触的位置残留有去离子水。在步骤5向晶圆表面吹扫氮气时，去离子水干燥后会在晶圆表面留有水痕。导致半导体器件的良率降低。

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种晶圆干燥装置，以提高半导体器件的良率。

图3-图5是本实用新型实施例的晶圆干燥装置的结构示意图。其中，图3、图4以及图5分别是本实用新型实施例的晶圆干燥装置的侧视图、主视图以及俯视图。如图3-图5所示，本实用新型实施例的晶圆干燥装置包括：本体10、工作槽20、第一升降装置30、第二升降装置40以及干燥系统50。同时，晶圆干燥装置还包括控制部件(图中未示出)。本体10、工作槽20、第一升降装置30、第二升降装置40以及干燥系统50 分别接收控制部件指令，并执行相应的工序。

本体10可以是密闭的箱体，包括盖板11。所述工作槽20设置在所述本体10的底部。所述干燥系统50用于向所述本体内通入气体，以干燥所述晶圆。

具体地，工作槽20内盛放清洗溶液，清洗溶液可以是去离子水。在干燥过程中，晶圆从工作槽20内的溶液中上升到本体10中，本体10 内充满包括氮气和异丙醇的混合气体，随着晶圆上升，使晶圆逐渐暴露在干燥气体中，异丙醇会凝聚在晶圆的水溶液的表面，在晶圆表面形成异丙醇薄膜。异丙醇具有高挥发性，可以使晶圆表面快速干燥，避免在晶圆表面形成水痕或在晶圆表面粘附杂质。

第一升降装置30，用于在第一工序夹持所述晶圆的第一位置，以将所述晶圆从第一高度提升至第二高度。

第一升降装置30包括第一卡盘31、第一驱动装置M1以及第一机械臂32。

第一卡盘31用于与所述晶圆的第一位置接触，以固定所述晶圆。图 6是本实用新型实施例第一卡盘的示意图。如图6所示，所述第一卡盘 31包括：连接体311和夹头312。连接体311用于连接到所述第一机械臂。夹头312固定在所述连接体上，用于从所述晶圆的底部固定所述晶圆。在一种可选的实现方式中，夹头312由驱动装置控制，可以带动晶圆Wafer旋转。

第一机械臂32连接到所述第一卡盘31、和所述第一驱动装置M1之间。第一机械臂32包括滑块322、导轨323和连杆321。

所述第一驱动装置M1被配置为通过所述第一机械臂32驱动所述第一卡盘31升降。具体地，第一驱动装置M1可以是液压机构、电机丝杠组件、直线电机、气缸、电动推杆、齿轮齿条组件或涡轮蜗杆组件中的至少一种。

第二升降装置40用于在第二工序夹持所述晶圆的第二位置以将所述晶圆从所述第二高度提升到第三高度。

所述第二升降装置包括：第二卡盘41，第二驱动装置M2以及第二机械臂42。具体地，第二驱动装置M2可以是液压机构、电机丝杠组件、直线电机、气缸、电动推杆、齿轮齿条组件或涡轮蜗杆组件中的至少一种。

第二卡盘41用于与所述晶圆的第二位置接触，以固定所述晶圆。

所述第二卡盘包括至少一对夹板411、第三驱动装置413以及连杆 412。

各夹板411上具有相互对应的凹槽或夹头，所述凹槽或所述夹头用于在所述晶圆的第二位置固定所述晶圆。在夹板上的对应凹槽间的尺寸小于晶圆的直径时，夹板可以通过水平方向的作用力，夹持住晶圆的下半部分。在本实施例的附图中以夹板上具有相互对应的凹槽为例进行说明，在其他可选的实施例中，各夹板上可以设置夹头，利用夹头夹持晶圆。

第三驱动装置413用于控制夹板间的距离，以控制夹板夹持所述晶圆。具体地，第三驱动装置可以是液压机构、电机丝杠组件、直线电机、气缸、电动推杆、齿轮齿条组件或涡轮蜗杆组件中的至少一种。在一种可选的实现方式中，第三驱动装置413为气缸。

第二机械臂42连接到所述第二卡盘41和所述第二驱动装置M2之间。

第二机械臂42包括滑块422和导轨421。

第二驱动装置M2被配置为通过所述第二机械臂驱动所述第二卡盘升降。

所述第一位置位于所述晶圆的底部，所述第二位置高于所述第一位置，且所述第二位置在所述晶圆位于第二高度时为干燥状态。

所述第一高度为所述晶圆被溶液覆盖，所述第三高度为所述晶圆脱离所述工作槽内的溶液液面的位置，所述第二高度位于所述第一高度和第三高度之间。

本实用新型实施例的晶圆干燥装置包括第一提升装置和第二提升装置，两个提升装置分别在不同的工序中夹持晶圆，控制晶圆的高度。

图7是本实用新型实施例的晶圆干燥方法的流程图。如图7所示，采用本实用新型实施例的晶圆干燥装置的晶圆干燥方法包括如下步骤：

步骤S100、第一工序，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆的第一位置，将所述晶圆从第一高度提升至第二高度。

步骤S200、第二工序，响应于所述晶圆的第二位置干燥，控制所述第二升降装置夹持所述晶圆的第二位置，控制所述第一升降装置松开所述晶圆，将所述晶圆从所述第二高度提升至第三高度。

在一种可选的实现方式中，在步骤S100前，本实用新型实施例的晶圆干燥方法还包括：

步骤S100a、响应于所述晶圆位于第一高度，控制所述干燥系统启动，向所述本体内通入气体。

在步骤S200后，本实用新型实施例的晶圆干燥方法还包括：

步骤S300、第三工序，响应于所述晶圆的第一位置和所述第一升降装置干燥，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆的第一位置，控制所述第二升降装置松开所述晶圆。

图8和图9分别是本实用新型实施例的晶圆在第一高度的侧视图和主视图。如图8和图9所示，在步骤S100a中，响应于所述晶圆Wafer 位于第一高度，控制所述干燥系统启动，向所述本体内通入气体。

具体地，第一卡盘31夹持晶圆Wafer的第一位置,控制晶圆Wafer 下降至第一高度。所述第一位置位于所述晶圆Wafer的底部。具体通过控制第一机械臂中的滑块322沿滑轨323向下移动，使得第一卡盘31 和晶圆Wafer向下以基本垂直于液面的方式进入溶液中，至晶圆下降到第一高度。所述第一高度为所述晶圆Wafer被工作槽中的溶液覆盖。晶圆Wafer到第一高度后，控制部件则控制干燥系统50启动，向本体内通入包括氮气和异丙醇的干燥气体。

图10和图11分别是本实用新型实施例的晶圆在第二高度的侧视图和主视图。如图10和图11所示，在步骤S100中，第一工序，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆Wafer的第一位置，将所述晶圆Wafer从第一高度提升至第二高度。

具体地，第一卡盘31夹持晶圆Wafer的第一位置,在第二高度，晶圆Wafer的第二位置露出工作槽20的溶液的液面。

随着第一卡盘31上升，使晶圆Wafer逐渐暴露在干燥气体中，异丙醇会凝聚在晶圆的水溶液的表面，在晶圆表面形成异丙醇薄膜。异丙醇具有高挥发性，可以使晶圆表面快速干燥，避免在晶圆表面形成水痕或在晶圆表面粘附杂质。

如图12和图13所示，在步骤S200中，在第二工序，响应于所述晶圆Wafer的第二位置干燥，控制所述第二升降装置夹持所述晶圆Wafer 的第二位置，控制所述第一升降装置松开所述晶圆Wafer，将所述晶圆 Wafer从所述第二高度提升至第三高度。

在第三高度，晶圆Wafer脱离所述工作槽内的溶液液面的位置，晶圆Wafer的第一位置露出工作槽20的溶液的液面。

如图12所示，在晶圆Wafer的第二位置干燥后，第二升降装置中的第二卡盘，在第三驱动装置的驱动下，从晶圆Wafer的两侧夹持晶圆的第二位置。晶圆Wafer的第二位置在晶圆Wafer的第一位置的上方。

如图13所示。在第二卡盘夹住晶圆Wafer后，第一升降装置松开所述晶圆Wafer，由第二升降装置控制晶圆Wafer的位置。将晶圆Wafer 提升到第三高度。同时第一提升装置的第一卡盘也向上至露出液面，并在本体中干燥。

在本步骤中，在第二位置干燥后，由第二升降装置的第二卡盘在第二位置夹持晶圆，使晶圆和第一卡盘分别离开工作槽。单独干燥晶圆和第一卡盘，避免了对比例中第一卡盘和晶圆的缝隙中的水分残留，提高了干燥制程的质量，提升了产品良率。

如图14所示，在步骤S300中，在第三工序，响应于所述晶圆Wafer 的第一位置和所述第一升降装置干燥，控制所述第一升降装置夹持所述晶圆Wafer的第一位置，控制所述第二升降装置松开所述晶圆Wafer。

在步骤S500后，第一升降装置控制晶圆，继续后续的工艺。

在本实用新型实施例中，分别在第一工序和第二工序提升晶圆，先采用第一提升装置的第一卡盘在第一位置夹持晶圆，并将晶圆从第一高度提升至第二高度。在晶圆的第二位置干燥后，由第二升降装置的第二卡盘在第二位置夹持晶圆，将晶圆从第二高度提升至第三高度。由此，使得晶圆和第一卡盘分别干燥，避免了第一卡盘和晶圆的缝隙中的水分残留，提高了干燥制程的质量，提升了产品良率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶圆干燥装置，其特征在于，所述装置包括：

工作槽，用于承载溶液；

第一升降装置，用于在第一工序夹持所述晶圆的第一位置，以将所述晶圆从第一高度提升至第二高度；

第二升降装置，用于在第二工序夹持所述晶圆的第二位置以将所述晶圆从所述第二高度提升到第三高度；

其中，所述第一位置位于所述晶圆的底部，所述第二位置高于所述第一位置，且所述第二位置在所述晶圆位于第二高度时为干燥状态；

其中，所述第一高度为所述晶圆被溶液覆盖，所述第三高度为所述晶圆脱离所述工作槽内的溶液液面的位置，所述第二高度位于所述第一高度和第三高度之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一升降装置包括：

第一卡盘，用于与所述晶圆的第一位置接触，以固定所述晶圆；

第一驱动装置；

第一机械臂，连接到所述第一卡盘和所述第一驱动装置之间；

其中，所述第一驱动装置被配置为通过所述第一机械臂驱动所述第一卡盘升降。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二升降装置包括：

第二卡盘，用于与所述晶圆的第二位置接触，以固定所述晶圆；

第二驱动装置；

第二机械臂，连接到所述第二卡盘和所述第二驱动装置之间；

其中，所述第二驱动装置被配置为通过所述第二机械臂驱动所述第二卡盘升降。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二卡盘包括：

至少一对夹板，各夹板上具有相互对应的凹槽或夹头，所述凹槽或所述夹头用于在所述晶圆的第二位置固定所述晶圆；

第三驱动装置，用于控制夹板间的距离，以控制夹板夹持所述晶圆。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一卡盘包括：

连接体，用于连接到所述第一机械臂；

夹头，固定在所述连接体上，用于从所述晶圆的底部固定所述晶圆。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

本体以及干燥系统；

其中，所述工作槽设置在所述本体的底部；

所述干燥系统用于向所述本体内通入气体，以干燥所述晶圆。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

控制部件，用于控制所述第一升降装置和所述第二升降装置，以顺序执行所述第一工序和所述第二工序。

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