CN219575570U - 一种晶圆加热系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种晶圆加热系统，该系统包括：晶圆卡盘；热源，位于晶圆卡盘的一侧；温度传感器，位于晶圆卡盘的另一侧，且温度传感器可移动接触位于晶圆卡盘上的晶圆表面；控制单元，分别与温度传感器和热源连接。从而本申请可以调控晶圆表面的温度，对晶圆进行加热，减小了晶圆与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆形变甚至破片的风险。

Description

一种晶圆加热系统

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆加热系统。

背景技术

在晶圆加工处理的过程中，为了保证晶圆表面的清洁，经常需要对晶圆进行清洗处理。

传统的晶圆清洗系统，通常是通过加热chemical(化学物)或DIW(Deionizedwater，去离子水)等清洗剂到达指定温度后，喷洒到晶圆表面进行清洗的过程，以移除残留在晶圆表面的残留物。

然而，传统的晶圆清洗系统，当清洗剂喷洒至晶圆表面后，由于清洗剂与晶圆之间的温度差，导致热量损失，降低化学反应速率，清洗效果不佳，容易造成晶圆表面的异物残留。

实用新型内容

有鉴于此，提供该实用新型内容部分以便以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该实用新型内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本申请的目的在于提供一种晶圆加热系统，可以减小清洗剂与晶圆之间的温度差，降低热量损失，提升化学反应速率，可以实现对晶圆表面的更彻底的清洗，提高了晶圆加工处理的良率。

为实现上述目的，本申请有如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种晶圆加热系统，包括：

晶圆卡盘；

热源，位于所述晶圆卡盘的一侧；

温度传感器，位于所述晶圆卡盘的另一侧，且所述温度传感器可移动接触位于所述晶圆卡盘上的晶圆表面；

控制单元，分别与所述温度传感器和所述热源连接。

在一种可能的实现方式中，所述晶圆卡盘采用导热材料制成。

在一种可能的实现方式中，所述晶圆卡盘材料的热传导系数大于或等于第一预设值，所述晶圆卡盘材料的热膨胀系数小于或等于第二预设值。

在一种可能的实现方式中，所述晶圆卡盘的材料包括刚玉、金刚石、石墨、碳化硅和氮化铝中的一种或多种的组合。

在一种可能的实现方式中，所述温度传感器包括：

热电偶传感器，所述热电偶传感器设置在可移动悬臂上。

在一种可能的实现方式中，所述热源包括：

辐射加热源，所述辐射加热源包括多个红外线灯。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种晶圆加热系统，该系统包括：晶圆卡盘；热源，位于晶圆卡盘的一侧；温度传感器，位于晶圆卡盘的另一侧，且温度传感器可移动接触位于晶圆卡盘上的晶圆表面；控制单元，分别与温度传感器和热源连接。从而本申请可以调控晶圆表面的温度，对晶圆进行加热，减小了晶圆与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆形变甚至破片的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种晶圆加热系统的示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种晶圆加热方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中的描述，经申请人研究发现，在晶圆加工处理的过程中，为了保证晶圆表面的清洁，经常需要对晶圆进行清洗处理。

传统的晶圆清洗系统，通常是通过加热chemical(化学物)或DIW(Deionizedwater，去离子水)等清洗剂到达指定温度后，喷洒到晶圆表面进行清洗的过程，以移除残留在晶圆表面的残留物。

然而，传统的晶圆清洗系统，当清洗剂喷洒至晶圆表面后，由于清洗剂与晶圆之间的温度差，导致热量损失，降低化学反应速率，清洗效果不佳，容易造成晶圆表面的异物残留。

具体的，清洗剂喷洒至晶圆表面后，因为清洗剂与晶圆之间的温度差，导致热量损失，降低化学反应速率；清洗剂在晶圆表面扩散过程中，存在温度梯度，造成反应的不均一性。

同时，加热清洗剂具有局限性，限制了对于某些晶圆上半导体工艺残留异物缺陷的清洗能力；某些半导体工艺所使用的single单机台具有一定的温度上限，单纯加热清洗剂对晶圆进行清洗的清洗效果不佳，容易造成残留，引起晶圆表面异物缺陷的产生。

此外，在对晶圆进行清洗的过程中，低温晶圆与高温清洗剂之间产生的温度差容易产生较大的应力，具有使晶圆发生形变甚至破片的风险。

为了解决以上技术问题，本申请实施例提供了一种晶圆加热系统，该系统包括：晶圆卡盘；热源，位于晶圆卡盘的一侧；温度传感器，位于晶圆卡盘的另一侧，且温度传感器可移动接触位于晶圆卡盘上的晶圆表面；控制单元，分别与温度传感器和热源连接。从而本申请可以调控晶圆表面的温度，对晶圆进行加热，减小了晶圆与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆形变甚至破片的风险。

示例性系统

参见图1所示，为本申请实施例提供的一种晶圆加热系统的示意图，包括：

晶圆卡盘1；

热源3，位于晶圆卡盘1的一侧；

温度传感器4，位于晶圆卡盘1的另一侧，且温度传感器4可移动接触位于晶圆卡盘1上的晶圆2表面；

控制单元(图中未示出)，分别与温度传感器4和热源3连接。

具体的，晶圆卡盘1，用于放置晶圆2；热源3，用于对晶圆2进行加热；温度传感器4，用于监测晶圆2的温度；控制单元，用于根据温度传感器4监测的晶圆2的温度，控制热源3的温度。

从而在本申请实施例中，可以调控晶圆2表面的温度，对晶圆2进行加热，减小了晶圆2与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆2表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆2与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆2形变甚至破片的风险。

具体的，由于本申请实施例中采用热源3对晶圆2进行了加热，减小了晶圆2与清洗剂之间的温度差，减少了热量损失。

按照分子碰撞理论，温度升高时分子运动速率加快使分子碰撞的频率增加，同时活化分子组的分数增加使分子有效碰撞的分数增加，所以反应速率增大。按照过渡状态理论，升高温度使反应物分子的平均能量提高，相当于减小了活化能值，所以反应速率加快。从而当对晶圆2也进行了加热后，可以有效提升晶圆2清洗过程中的化学反应速率，清洗剂在晶圆2表面扩散的过程中，不同区域的温度梯度较小，可以提升反应的均一性，改善清洗效果。

同时，传统的晶圆2清洗方法对清洗剂的加热有一定的上限值，当对化学剂加热达到上限值后，可以提高晶圆2温度，二者进行热传导过程后，反应温度升高，可以起到提高清洗制程温度窗口的作用，从而可以进一步改善清洗效果，减少晶圆2表面的异物残留，降低晶圆2异物缺陷出现的风险。

此外，在清洗过程中，由于晶圆2的加热，减小了晶圆2与清洗剂之间的温度差，晶圆2和清洗剂之间不会产生较大的应力，降低了使晶圆发生形变甚至破片的风险。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的晶圆卡盘1可以采用导热材料制成，以便可以对晶圆2进行传导。

可选的，晶圆卡盘1的材料的热传导系数大于或等于第一预设值，晶圆卡盘1材料的热膨胀系数小于或等于第二预设值，即在本申请实施例可以选用导热系数大，热膨胀系数小的材料为晶圆卡盘1(chuck cover)的材料，从而晶圆卡盘1可以实现较佳的热传导效果，且不易因加热而导致热变形的情况。

举例来说，本申请实施例的第一预设值可以为20W/(m·K)，第二预设值可以为8.0×10^-6℃^-1，晶圆卡盘1的材料可以包括刚玉、金刚石、石墨、碳化硅和氮化铝中的一种或多种的组合。

在一种可能的实现方式中，参见图1所示，本申请实施例提供的热源3位于晶圆卡盘1远离晶圆2的一侧，用于透过晶圆卡盘1对晶圆2加热。

从而热源3透过晶圆卡盘1对晶圆2进行间接加热，避免直接加热可能对晶圆结构造成的热损伤，降低了晶圆形变以及破片的风险。

需要说明的是，本申请实施例在此不对热源3的位置作具体限定，还可以位于其他方便进行加热的位置，具体可由本领域技术人员根据实际情况进行设置。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的温度传感器4可以包括：

热电偶传感器，热电偶传感器设置在可移动悬臂7上，用于对晶圆2表面的各个位置进行测温。

即在本申请实施例中，参见图1所示，热电偶传感器可以安装在可移动悬臂7上，可以通过伸缩滑动等方式移动热电偶传感器以便实现对晶圆2上各个位置的测温，保证对晶圆2的均匀加热。举例来说，热电偶传感器的移动点位可以通过机台工艺制程设定的参数明细recipe设定。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的热源3可以包括：辐射加热源，辐射加热源可以包括多个红外线灯(IR Lamp，Infrared Radiation Lamp)，用于采用辐射热传导方式对晶圆2进行加热。通过辐射热传导方式进行加热，更容易控制加热温度，避免了加热而可能对晶圆2造成的损伤。

需要说明的是，本申请实施例在此不对热源3作具体限定，除了采用红外线灯进行加热外，还可以采用其他方便进行加热的装置对晶圆2进行加热，具体可由本领域技术人员根据实际情况进行设置。

此外，在本申请实施例中，控制单元可以通过recipe调控热源3的功率以及目标温度，达到调控晶圆2温度的目的。

可以在获取到晶圆2的温度到达目标温度后，对晶圆2的温度进行恒温控制，避免温度过高而对晶圆加热系统造成损伤。举例来说，综合考量晶圆加热系统的承载臂等结构的材质，加热温度的上限一般为200℃。

此外，本申请实施例的热源3放置在晶圆载台5上，晶圆载台5位于晶圆加热清洗反应腔室6中。可选的，晶圆载台5可以包括晶圆旋转载台，以便后续进行旋转加热，提升了加热的均匀性，晶圆旋转载台的转速为200rpm至1500rpm。该具体实施方式适用于半导体湿法刻蚀机台。在一些具体实施方式中，半导体湿法刻蚀机台的晶圆旋转载台就围绕晶圆旋转载台中心、且垂直于晶圆旋转载台的晶圆放置面的竖直轴旋转，以实现均匀的加热效果。

清洗时的清洗液可以包括水、去离子水等。实际上，也可以是其他掺杂了二氧化碳或氧气的水。

本申请实施例提供了一种晶圆加热系统，该系统包括：晶圆卡盘；热源，位于晶圆卡盘的一侧；温度传感器，位于晶圆卡盘的另一侧，且温度传感器可移动接触位于晶圆卡盘上的晶圆表面；控制单元，分别与温度传感器和热源连接。从而本申请可以调控晶圆表面的温度，对晶圆进行加热，减小了晶圆与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆形变甚至破片的风险。

示例性方法

参见图2所示，为本申请实施例提供的一种晶圆加热方法的流程图，结合图1所示，该方法包括：

S101：放置晶圆2至晶圆卡盘1；

S102：通过位于所述晶圆2一侧的热源3，对所述晶圆2进行加热；

S103：通过与所述晶圆2表面可移动接触的温度传感器4，监测所述晶圆2的温度；

S104：通过分别与所述温度传感器4和所述热源3连接的控制单元，根据所述温度传感器4监测的所述晶圆2的温度，控制所述热源3的温度。

在一种可能的实现方式中，所述通过位于所述晶圆2一侧的热源3，对所述晶圆2进行加热，包括：

通过位于所述晶圆卡盘1远离所述晶圆2的一侧的热源3，透过所述晶圆卡盘1对所述晶圆2进行热传导式加热。

在一种可能的实现方式中，所述通过与所述晶圆2表面可移动接触的温度传感器4，监测所述晶圆2的温度，包括：

通过移动热电偶传感器，监测所述晶圆2表面各个位置的温度。

本申请实施例提供了一种晶圆加热方法，该方法包括：放置晶圆至晶圆卡盘；通过位于晶圆一侧的热源，对晶圆进行加热；通过与晶圆表面可移动接触的温度传感器，监测晶圆的温度；通过分别与温度传感器和热源连接的控制单元，根据温度传感器监测的晶圆的温度，控制热源的温度。从而本申请可以调控晶圆表面的温度，对晶圆进行加热，减小了晶圆与清洗剂之间的温度差，提升化学反应速率，提高清洗制程温度窗口，改善清洗效果，减少了晶圆表面的异物残留。同时，降低了因为晶圆与清洗剂之间的温度差，而可能导致的晶圆形变甚至破片的风险。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆加热系统，其特征在于，包括：

晶圆卡盘；

热源，位于所述晶圆卡盘的一侧；

温度传感器，位于所述晶圆卡盘的另一侧，且所述温度传感器可移动接触位于所述晶圆卡盘上的晶圆表面；

控制单元，分别与所述温度传感器和所述热源连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶圆卡盘采用导热材料制成。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述晶圆卡盘材料的热传导系数大于或等于第一预设值，所述晶圆卡盘材料的热膨胀系数小于或等于第二预设值。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一预设值为20W/(m·K)；所述第二预设值为8.0×10^-6℃^-1。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述导热材料包括刚玉、金刚石、石墨、碳化硅和氮化铝中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器包括：热电偶传感器，所述热电偶传感器设置在可移动悬臂上。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，所述热源包括：辐射加热源，所述辐射加热源包括多个红外线灯。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，所述热源位于所述晶圆卡盘远离晶圆的一侧。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：

放置所述热源的晶圆载台；

所述晶圆载台位于晶圆加热清洗反应腔室中。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述晶圆载台包括晶圆旋转载台。