WO2023230987A1 - 晶圆干燥装置以及干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例提供了一种晶圆干燥装置和干燥方法。该晶圆干燥装置包括旋转工作台,从晶圆的支撑侧承载晶圆,并带动晶圆绕第一轴线旋转;喷洒部件,被可动地布置在晶圆与支撑侧相对的待被干燥侧,并与待被干燥侧在轴向方向上间隔开第一预定距离,以用于向待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂;以及加热部件,被可动地布置在晶圆的待被干燥侧,并与待被干燥侧在轴向方向上间隔开第二预定距离,加热部件包括加热功率可调节的多个加热区,以分别对待被干燥侧的不同区域进行可控加热。该晶圆干燥装置从正面直接对晶圆进行加热干燥,加热效率更高并且可以更加精确地控制温度。采用这种加热部件使用更少的光辐射单体,从而提高可靠性。
Description
本公开涉及晶圆制备领域,并且具体地涉及一种晶圆干燥装置以及干燥方法。
半导体制造过程是通过一系列复杂步骤在晶圆衬底上精确产生极小的特征。对于任一半导体制造工艺过程,都不希望外来固体粒子(灰尘和烟雾)以及从先前工艺步骤留下的材料粘附在晶圆上造成缺陷,这些缺陷可能导致最终元件不可用或损坏。因此,在整个制造工艺过程中需要对晶圆进行必要的清洗和洁净化处理,尤其在先进节点超大规模集成电路的整个制备过程中,清洗工序多达几百道。晶圆经过清洗后,表面会残留很多水或清洗液的残留物,这些水或清洗液的残留物中溶有杂质,如果让这些残留液体自行蒸发干燥,这些杂质就会重新黏结在晶圆表面上,造成污染,为此,需要对晶圆表面进行干燥处理,以除去这些残留液体。干燥工序均被安排在湿处理工艺完成之后,干燥处理很大程度上决定了湿处理的结果。因此干燥处理是最重要的湿处理工序。
随着半导体制程不断演进,晶圆表面的图案以及结构之间的间距越来越小,具有高深宽比的精细图案容易在晶圆旋转干燥的过程中倒塌。防止晶圆在干燥过程中图案倒塌是当前湿处理工艺中面临的主要挑战之一。传统的解决方案中包括通过使液体蒸发速度变快来防止倒塌的方案。然而,传统的这些方案中存在着热传递效率低、晶圆表面温度分配不一致以及温度控制精度差等各种问题。
发明内容
本公开涉及关于晶圆干燥的技术方案,并且具体提供了一种晶圆干燥装置以及干燥方法。
在本公开的第一方面,提供了一种晶圆干燥装置。该晶圆干燥装置包括旋转工作台,从晶圆的支撑侧承载所述晶圆,并带动所述晶圆绕第一轴线旋转;喷洒部件,被可动地布置在所述晶圆与所述支撑侧相对的待被干燥侧,并与所述待被干燥侧在轴向方向上间隔开第一预定距离,以用于向所述待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂;以及加热部件,被可动地布置在所述晶圆的所述待被干燥侧,并与所述待被干燥侧在轴向方向上间隔开第二预定距离,所述加热部件包括加热功率可调节的多个加热区,以分别对所述待被干燥侧的不同区域进行可控加热。根据本公开实施例的晶圆干燥装置是从正面(即,待被干燥侧)直接进行加热干燥,相比于单纯从背部加热的方式而言,不但加热效率可以更高,而且可以更加精确地控制温度。此外,在采用光辐射热源进行加热的情况下,光可以从上至下辐射,从而有效地避免了对维护人员的眼睛刺激。另外,采用这种干燥装置可以使用更少的光辐射单体,从而提高可靠性。
在一些实现方式中,加热部件包括:多个光辐射热源,布置在所述多个加热区中。采用光辐射热源可以进一步提高加热效率,从而提高干燥效率。
在一种实现方式中,加热部件还包括:透镜单元,布置在所述多个光辐射热源外部, 以调节所述多个光辐射热源所发出的光辐射的聚焦和方向中的至少一项。以此方式,可以有效地调节光辐射角度来更全面地提供晶圆干燥。
在一种实现方式中,加热部件呈扇形形状,并与所述第一轴线同轴,并且所述多个加热区呈同心扇区形状。这种布置方式可以使用更少的光辐射热源,从而减少光辐射热源发生故障的几率,提高装置的可靠性。
在一些实现方式中,晶圆干燥装置还包括辅助加热部件,被布置在旋转工作台中,并适于从所述晶圆的所述支撑侧对所述晶圆进行辅助加热。采用两级加热方式能够有利于更精确的温度控制,并进一步提高干燥效率。
在一种实现方式中,晶圆干燥装置还包括第一机械臂,包括转轴,沿与所述第一轴线平行的第二轴线延伸,并适于被驱动以绕所述第二轴线转动;以及支撑部,用于承载所述加热部件,并且被耦合至所述转轴并由所述转轴驱动以至少在加热位置和初始位置之间转动,在所述加热位置,所述加热部件与所述第一轴线同轴。采用这种布置可以以简单有效的结构控制加热部件的移动,从而利于晶圆全面可靠的干燥。
在一些实现方式中,转轴和所述支撑部中的一个是可升降的,以调节所述第二预定距离。以此方式,可以进一步控制加热部件和晶圆之间的距离,从而利于更精确的加热控制。
在一些实现方式中,加热部件可移动地承载在所述支撑部上。以此方式,可以进一步提高加热部件移动的灵活度,从而有利于更精确的温度控制。
在一种实现方式中,晶圆干燥装置还包括第二机械臂,用于承载所述喷洒部件,并驱动所述喷洒部件至少在喷洒位置和空闲位置之间绕与所述第一轴线平行的第三轴线转动。以此方式,可以以简单有效的方式实现喷洒部件的精确位置控制。
在一些实现方式中,喷洒部件被承载在所述第一机械臂的所述支撑部上。以此方式,喷洒部件和加热部件可以被设置在同一个机械臂上,从而提高系统的集成度。
在一些实现方式中,晶圆干燥装置还包括温度检测部件,用于检测所述晶圆的至少所述待被干燥侧的不同区域的温度。以此方式,可以实现晶圆干燥的闭环控制,从而进一步提高晶圆干燥的可靠性。
在一些实现方式中,晶圆干燥装置还包括控制部件,耦合至所述旋转工作台、第一机械臂、第二机械臂、所述加热部件、所述辅助加热部件和所述温度检测部件,并用于根据所述温度检测部件所获取的所述温度,控制所述旋转工作台、第一机械臂、第二机械臂和所述加热部件中的至少一个以对所述待被干燥侧的不同区域进行可控的加热。以此方式,可以以更加可靠全面的方式实现对晶圆干燥的控制。
根据本公开的第二方面,提供了一种干燥晶圆的方法。所述方法包括使从晶圆的支撑侧承载所述晶圆的旋转工作台旋转以带动所述晶圆绕第一轴线旋转;使喷洒部件转动至所述晶圆的与所述支撑侧相对的待被干燥侧,并与所述待被干燥侧间隔开第一预定距离,以用于向所述待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂;以及使加热部件转动至所述晶圆的所述待被干燥侧,并与所述待被干燥侧间隔开第二预定距离,并且控制所述加热部件的加热功率可调节的多个加热区,以分别对所述待被干燥侧的不同区域进行可控加热。该方法是从晶圆的正面直接进行对晶圆进行加热干燥,相比于单纯从背部加热的方式而言,不但加热效率可以更高,而且可以更加精确地控制温度。此外,在采用光辐射热源进行加热的情况下,光可以从上至下辐射,从而有效地避免了对维护人员的眼睛刺激。另外, 采用这种干燥装置可以使用更少的光辐射单体,从而提高可靠性。
在一些实现方式中,该方法还包括使布置在旋转工作台中的辅助加热部件从所述晶圆的所述支撑侧侧对所述晶圆进行辅助加热。通过采用二级加热方式,能够有利于提高加热控制的精确度和效率。
在一些实现方式中,使加热部件转动至所述晶圆的所述待被干燥侧包括使第一机械臂的用于承载所述加热部件的支撑部从初始位置转动到加热位置,在所述加热位置,所述加热部件与所述第一轴线同心。
在一些实现方式中,该方法还包括从温度检测部件获取所述待被干燥侧的不同区域的温度。
在一些实现方式中,该方法还包括根据所述待被干燥侧的不同区域的温度,使所述第一机械臂的转轴和所述支撑部中的一个升高或降低,以调节所述第二预定距离。以此方式,可以实现更精确的温度控制。
在一些实现方式中,该方法还包括根据所述待被干燥侧的不同区域的温度,调节所述加热部件相对于所述第一轴线的距离。以此方式,可以进一步提高加热部件的移动的灵活性,从而有利于提高加热温度的精确控制。
在一些实现方式中,使喷洒部件转动至所述晶圆的与所述支撑侧相对的待被干燥侧包括转动第二机械臂以使得所述喷洒部件从空闲位置转动到喷洒位置。
应当理解,发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的关键或重要特征,亦非用于限制本公开的范围。本公开的其他特征通过以下的描述将变得容易理解。
通过参考附图阅读下文的详细描述,本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得容易理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施例。
图1以示例性的方式示出了传统方案中晶圆的图案倒塌的原因;
图2示出了根据本公开实施例的晶圆干燥装置的简化示意图;
图3示出了根据本公开实施例的加热部件的简化示意图;
图4示出了根据本公开实施例的加热部件叠加在晶圆上的简化示意图;
图5示出了根据本公开实施例的加热部件的剖面简化示意图;
图6示出了根据本公开的实施例的晶圆干燥装置的俯视简化示意图;
图7示出了根据本公开的另一些实施例的晶圆干燥装置的俯视简化示意图;
图8示出了根据本公开实施例的控制部件与各个部件之间的关联关系的简化示意图;
图9示出了根据本公开实施例的晶圆干燥方法的流程以及各个部件之间的状态图;以及
图10示出了根据本公开实施例的晶圆干燥方法的流程图。
贯穿所有附图,相同或者相似的参考标号被用来表示相同或者相似的组件。
下文将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本公开的原理和精神。应当理 解,描述这些具体的实施例仅是为了使本领域的技术人员能够更好地理解并实现本公开,而并非以任何方式限制本公开的范围。在以下描述和权利要求中,除非另有定义,否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。
如本文所使用的,术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含,即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象,并且仅用于区分所指代的对象,而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序,等等。
本文使用的术语“电路”是指以下的一项或多项:(a)仅硬件电路实现方式(诸如仅模拟和/或数字电路的实现方式);以及(b)硬件电路和软件的组合,诸如(如果适用):(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合,以及(ii)硬件处理器的任何部分与软件(包括一起工作以使装置,诸如通信设备或其他电子设备等,执行各种功能的数字信号处理器、软件和存储器);以及(c)硬件电路和/或处理器,诸如微处理器或者微处理器的一部分,其要求软件(例如固件)用于操作,但是在不需要软件用于操作时可以没有软件。电路的定义适用于此术语在本申请中(包括权利要求中)的所有使用场景。作为另一示例,在此使用的术语“电路”也覆盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)、或者硬件电路或处理器的一部分、或者随附软件或固件的实现方式。例如,如果适用于特定权利要求元素,术语“电路”还覆盖基带集成电路或处理器集成电路、网络设备、终端设备或其他设备中的类似集成电路。
随着半导体制程的不断发展,晶圆表面的图案之间的间距越来越小。由于间距的减小,从微观的角度来观察图案与溶液表面的结构,可以发现如图1的现象。图1示出了晶圆干燥过程中图案501以及溶液502局部的微结构。如图1所示,小的图案结构501在干燥过程中,由于液体502的表面张力的作用,在相邻的图案结构之间会施加拉力。由于图案结构的尺寸较小,其能够承受的拉力也相对较小,最终可能会导致由液体502表面张力带来的图案501拉伸会导致干燥过程中出现倒塌的现象,严重影响芯片生产的良率。
为了减小表面张力的作用,在干燥处理中,经常使用表面张力非常小的异丙醇(isopropanol,IPA)溶液来替代去离子水(De-Ionzied Water,DIW)实现最后的漂洗-干燥过程。但是,尽管IPA溶液的表面张力已经相当小,在晶圆的7nm及以下制程中,仅仅依靠表面张力的减小仍然无法阻止图案倒塌的现象。
图案倒塌主要是液体蒸发速度过慢导致的。具体而言,在干燥过程中,晶圆表面的液体会在离心力的作用下随着旋转运动甩出,如图1(a)中所示的高出图案501的液体会随着离心力而被甩出。当液体表面低于晶圆上的图案501的高度的时候,由于液体的表面张力等作用,离心力已经无法甩出液体,这时就需要通过高温氮气吹扫液面蒸发来实现晶圆的图案501之间的液体的干燥。然而,在一般的干燥中,液面蒸发速度较慢,由于液体张力的作用,在液体表面和图案501之间会形成一定弧度的液面形状(如图1(b)所示)。如果图案501左右的拉力不对等,例如,在图1所示的晶圆的图案501中,有的图案501只受到一侧拉力的作用,在这种情况下,在整个干燥过程中,这种拉力会一直持续作用在图案501上,导致图案501倒塌,如图1(c)所示。
如果能将溶液的蒸发速度加快,使得蒸发的速度大于液体形成弧形液面的速度,弧 形的液面的张角就会变小,从而使得张力以及作用在图案501上的拉力也相应地变小。此外,由于蒸发速度加快,整个干燥过程也会变快,液体表面的张力的持续时间也会缩短。可以看出,通过使得溶液的蒸发速度加快,使得图案501在干燥过程中受到液体表面张力的拉力作用也会大幅降低,从而避免造成图案倒塌。
在传统的方案中,有一种方案是在晶圆的背面的多个区域设置加热板。在本文中,晶圆的背面是指与表面相对的一面,是被支撑在工作台上的一侧或一面,所以又被称为支撑侧。相对应地,晶圆与支撑侧相对的一侧包含待被干燥的图案501,所以又被称为待被干燥侧。加热板的下方是散热板和相关的驱动板等。在加热板的上方是石英玻璃盖板。待被干燥的晶圆设置在玻璃盖板的正上方。加热板一般是发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)加热板。LED加热板的光线透过石英玻璃辐射到晶圆的背面,进而将热量传导至晶圆的表面来对晶圆表面进行干燥。
在这种方案中,加热板上分布有若干区域的LED灯珠,这些LED灯珠呈同心圆状分布。晶圆的表面沿径向从外向内可以分为A、B、C三个区域,其中A区域处于最外环,加热板的温度相对较低,图案浸泡在液体中。B区域在A区域和C区域之间,加热板的加热温度最高,从而实现快速蒸发干燥。C区域位于中心区域,加热温度也处于A区域加热温度和B区域加热温度之间,并且在这个区域,IPA溶液在离心力的作用下会向B区和A区域流动从而使得该区域更容易被首先干燥。当IPA溶液喷嘴和LED高温加热环状区域从中心往外移动的时候,B区域(正在加热和高温氮气吹扫的区域)处于快速蒸发过程,已经干燥的C区域使用保温的温度进行保温,以避免蒸汽冷凝在晶圆表面。喷嘴和LED加热从中心开始径向向外移动一直到晶圆边缘结束,从而实现整个干燥过程。
然而,这种方案存在着各种问题。首先,由于LED通过石英玻璃盖板从晶圆的背面向外辐射热量,热量到达正面图案区域效率较低。在晶圆工艺不同(如晶圆衬底掺杂不同、薄膜材料不同)的情况下,相同的LED功率和功率分布传导至晶圆表面的温度分布是不一致的。也就是说,在上述提到的A、B、C三个区域的每个区域中,达到晶圆表面的温度可能是不一致的。例如,在同一个区域中,有的小区域温度较高,有的小区域温度较低,从而造成该区域内的液体蒸发速度的差异,进而存在个别小区域中的图案倒塌的风险以及也容易引起水痕遗留。此外,在这种方案中,由于LED光线自下而上照射,LED数量多,光线强,用户一般是从正面进行保养、维护等操作,光线直射人眼,存在安全隐患。另外,LED数量多,长期使用容易损坏,更换需要拆开支撑底座,进而造成了维护效率较低。
传统方案中还有一种方案是采用碳化硅或陶瓷加热板对晶圆背面进行接近式加热。这种方案使用电阻丝均匀分布在加热板内部,电阻丝有开/关两种状态。在晶圆干燥的过程中,加热丝从内圈开始逐渐通电,当所有加热丝全部通电的时候,晶圆表面干燥完毕。
然而,使用碳化硅或陶瓷的电阻加热板的结构将热量传导至晶圆的待被干燥侧,温度控制精度差,从而导致晶圆表面温度分布不均匀。如前文中所提到的,如果晶圆表面温度分布不均匀的话,干燥后也容易引起水痕遗留等各种问题。
为了解决或者至少部分地解决传统的技术方案所存在的上述或者其他潜在问题,根据本公开的实施例提供了一种晶圆干燥装置100。图2示出了根据本公开实施例的晶圆干燥装置100的简化示意图。如图2所示,总体上,根据本公开实施例的晶圆干燥装置100包括旋转工作台101、喷洒部件102和加热部件103。
旋转工作台101用于支撑晶圆200。在支撑晶圆200时,旋转工作台101从晶圆200的支撑侧(即,底面或背面一侧)承载着晶圆200。晶圆200通过适当的手段被固定至其上并随着旋转工作台101绕旋转工作台101的轴线(下文中将被称为第一轴线A1)旋转。喷洒部件102被可动地布置在晶圆200的正面(即,待被干燥侧)上方,并与待被干燥侧在轴向方向上间隔开一定的距离(下文中将被称为第一预定距离)。喷洒部件102用来向晶圆200的待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂或溶液和/或高温高压的惰性气体(例如氮气)。例如,所喷洒的溶剂或者溶液可以是IPA溶液或者其他任意适当的溶液。在一些实施例中,除了可以喷洒IPA溶液外,替代地或者附加地,喷洒部件102还有专门用来喷洒高温高压惰性气体(例如氮气)的喷嘴。高温高压氮气喷洒有利于晶圆200表面的液体被快速吹开,从而有利于后续的快速蒸发过程。
不同于传统的技术方案,根据本公开实施例的晶圆干燥装置100的加热部件103位于晶圆200的待被干燥侧。也就是说,加热部件103是从对晶圆的待被干燥侧直接加热,而不再经过石英玻璃板或晶圆本身等间接地加热。具体而言,加热部件103被可动地布置在晶圆200的待被干燥侧,并与待被干燥侧在轴向方向上间隔开第二预定距离,从而直接向待被干燥侧辐射热量。此外,加热部件103包括加热功率可调节的多个加热区1031,从而能够对晶圆200的待被干燥侧的不同区域进行可控的加热。
由于是从晶圆200的正面直接加热,加热效率得到显著提高,从而提升了相同加热功率下的干燥效率。此外,由于加热部件103采用可控的多个加热区1031设计,从而能够实现更精确的温度控制。以此方式,可以以更加环保的方案实现晶圆200的高效干燥,并有效地避免晶圆200图案的倒塌的发生,从而提高了晶圆200制备的可靠性。另外,正面直接加热干燥避免了晶圆的不同制造工艺对干燥所带来的影响,从而使得加热更加均匀,避免了局部水痕遗留对晶圆的可靠性等造成的不良影响,从而进一步提高所干燥的晶圆200的可靠性。
在一些实施例中,加热部件103可以采用光辐射加热的方式。具体而言,在一些实施例中,加热部件103可以包括布置在多个加热区1031中的多个光辐射热源1032。光辐射热源1032诸如可以是LED辐射热源。光辐射热源1032加热所带来的优势在于加热效率更高,更容易提高控制精度。当然,应当理解的是,采用光辐射热源1032的实施例只是示意性的,并不旨在限制本公开的保护范围。只要能够实现精确温控以及高效加热,加热部件103采用其他任意适当的加热手段也是可能的。
在一些实施例中,加热部件103可以采用扇形形状,并且扇形形状的加热部件103的轴心可以与第一轴线A1同轴,如图3所示。也就是说,加热部件103在晶圆200的上方是和晶圆200的某一扇区基本重叠的,如图4所示。图4示出了在经由的干燥过程中晶圆200和加热部件103的简化俯视示意图。由于晶圆200在干燥过程中处于高速旋转状态,因此,加热部件103能够与某一扇区重叠也基本相当于和晶圆200的大部分区域重叠,从而利于晶圆200表面的全面干燥和温度控制。
图3还示出了加热部件103的多个加热区1031在扇形中基本是多个同心圆的圆弧。这种同心圆的圆弧的光辐射热源1032的热量辐射到晶圆200表面也基本也是同心圆的状态。这种状态最符合晶圆200在干燥时液面和加热的状态。这些呈同心圆的多个加热区1031可以以不同的加热功率发热,从而对晶圆200的对应的干燥区进行加热。
具体而言,如图4所示,在干燥开始时,可将加热部件103的最靠近晶圆200的圆 心区域加热温度设置为最高。此外,由于晶圆200也处于高速旋转之中,晶圆200最靠近圆心的区域中的溶液也将在离心力的作用下向外移动,而只会剩下少量的溶液。这些溶液在加热部件103靠近圆心区域的加热下会快速干燥。对于晶圆200径向向外的区域,可能还会存在少量的溶液,并且溶液的量沿径向向外方向逐渐增多。此时,只需要控制加热部件103的加热区1031的最高加热温度区域逐渐向外移动,如图4中的箭头所示。对于最高加热温度区域向内的区域,由于所对应的晶圆200表面的区域已经干燥,此时可以设置为较低加热温度区域,从而来为这些已经干燥的区域保温并防止蒸汽冷凝的产生。对于最高加热温度径向向外的区域,由于这些区域所对应的晶圆200的表面的区域还存在着溶液,可以将这部分区域的加热温度设置在最高加热温度和最低加热温度之间,来为对应的晶圆200表面的区域进行预热,从而利于这些区域的后续干燥。以此方式,利用具有较小面积的扇形加热部件103,实现了整个晶圆200表面的高精度可控加热。
此外,这种正面直接加热的方式不受晶圆200制备工艺的影响(如晶圆200衬底掺杂不同、薄膜材料不同),各个加热区1031达到晶圆200正面的温度是基本一致的,从而避免了同一个加热区1031内干燥情况不同的发生,并进而提高了干燥的均一性并防止水痕遗留等问题的发生。
另外,相比于传统方案中从晶圆200背面加热的圆形LED加热部件103而言,该扇形加热部件103所使用的LED数量显著降低,从而使得成本降低,并且也减小了LED部件发生损坏的可能性,并进而提高了加热部件103乃至整个干燥装置的可靠性。此外,由于LED部件是从上向下辐射热量和光线,在工作人员对干燥装置或者晶圆200以及晶圆200制备装置进行维护时,不会受到LED刺眼光线的影响,从而使得工作人员能够更易于对这些部件进行维护。
在一些实施例中,加热部件103还可以包括透镜单元1033。透镜单元1033布置在多个光辐射热源1032的外部,从而能够调节光辐射热源1032所发出的光辐射的聚焦点和方向中的至少一个。例如,在一些实施例中,由于加热部件103的设置可能会在径向上偏离晶圆200的圆心(也即旋转中心)来避免与喷洒部件102发生干涉,如图2所示。在这样的实施例中,为了对靠近晶圆200圆心的区域进行加热,透镜元件可以调节光辐射热源1032所发出的光辐射的方向,从而使得光辐射朝向圆心的一侧偏转,如图5所示。以此方式,即使加热部件103在轴向上未覆盖到晶圆200的靠近圆心的区域,通过使光辐射发生偏转的透镜元件,依然可以有效地对这些靠近圆心的区域进行加热。
此外,透镜单元1033还可以对光辐射热源1032的聚焦进行调节。光辐射热源1032的聚焦点对应于光辐射效率最高的点,也是加热最有效的点。因此,可以根据加热部件103与晶圆200之间的距离来设置相应的透镜单元1033,以使得光辐射热源1032的聚焦点能够处于晶圆200表面的待被干燥的区域,从而更加有效地对这些区域进行加热,由此来提高干燥效率,避免图案倒塌的发生。
返回到图2所示,为了晶圆200能够更快速地干燥,在一些实施例中,晶圆干燥装置100还可以包括辅助加热部件104。辅助加热部件104位于旋转工作台101中,以用于从晶圆200的支撑侧对晶圆200进行辅助加热以将晶圆200整体上加热到所需的基准温度。辅助加热部件104还可以使晶圆200维持基准温度以避免蒸汽凝结在晶圆200的表面。辅助加热部件104可以采用任意适当的加热手段,例如包括但不限于:光辐射加热、碳化硅加热板或陶瓷加热板等。在一些实施例中,辅助加热部件104可以具有能够 具有可控加热功率的多个加热区1031以进一步对晶圆200进行有针对性的区域加热。
另外,根据本公开实施例的加热部件103和喷洒部件102都是可动地布置在晶圆200的待被干燥侧上方并与待被干燥侧间隔开相同或者不同的预定距离。在一些实施例中,为了实现加热部件103的移动,晶圆干燥装置100可以包括用来支撑加热部件103的机械臂(下文中将被称为第一机械臂105),如图2和图6所示。第一机械臂105可以包括转轴1051和支撑部1052。转轴1051大致沿与第一轴线A1平行的第二轴线A2延伸,并且适于由诸如电机等适当的驱动装置驱动来绕第二轴线A2转动。支撑部1052用来承载加热部件103,并且被耦合到转轴1051上并随转轴1051在至少加热位置和初始位置之间转动。
在初始位置,加热部件103转动到晶圆200上方以外的区域,以利于对晶圆200的维护或者取放。当需要对晶圆200进行干燥时,加热部件103能够在第一机械臂105的驱动下从初始位置移动到加热位置,如图6所示。在加热位置,加热部件103与第一轴线A1同轴并按照上面所描述的过程对晶圆200进行有效地干燥。
在一些实施例中,转轴1051或支撑部1052是可升降的,以便于调节第二预定距离。例如,在一些实施例中,转轴1051本身是可升降的或者可伸缩的。以此方式,可以带动支撑部1052也相应地升降,从而完成第二预定距离的调节。在一些替代的实施例中,转轴1051本身不可升降或者伸缩,支撑部1052相对于转轴1051是可升降的。这样也同样可以实现第二预定距离的调节。通过第二预定距离的调节可以进一步优化晶圆200的干燥过程,从而使得所制备的晶圆200可靠性更高。此外,转轴1051的升降或者伸缩或者支撑部1052的升降都是可以自动完成的,这将在后文中做进一步阐述。
在一些实施例中,除了第二预定距离可调节之外,加热部件103也可以是可移动地支撑在支撑部1052上。如图6所示,在一些实施例中,加热部件103可以相对于支撑部1052在径向上移动,从而实现对晶圆200上的待被干燥区域进行更有效地加热。在这种情况下,加热部件103可以设置地比晶圆200更小一些。在这种情况下,随着晶圆200干燥区域的向外推进,对于晶圆200外环的未被加热部件103覆盖的区域(如有),可以通过移动加热部件103来为这些区域进行可控加热。同时,加热部件103的加热区1031也被相应地控制以对这些区进行相应地热辐射,从而实现精确控制干燥。随着加热部件103的减小,可以进一步减少LED的用量,从而减少出现损坏的几率并继而提高可靠性。
类似于加热部件103,对于喷洒部件102而言,其也可以通过机械臂来实现运动。具体而言,在一些实施例中,晶圆干燥装置100还可以包括用来承载喷洒部件102的第二机械臂106。第二机械臂106也可以具有转轴1061以及支撑部件1062。转轴1051沿与第一轴线A1平行的第三轴线延伸并且能够被诸如电机等的适当的驱动装置驱动来绕第三轴线A3转动。此外,喷洒部件102支撑在支撑部件1062上并能够随转轴1061绕第三轴线A3转动以实现从喷洒位置和空闲位置的转动。
在空闲位置,喷洒部件102可以位于晶圆200以外的区域,如图6中的虚线所示。当干燥过程开始后,第二机械臂106可以被控制转动以使得喷洒部件102从空闲位置转动到喷洒位置。喷洒位置可以包括多个位置,例如可以包括初始喷洒位置以及中间喷洒位置等。在干燥的最初阶段,喷洒部件102先移动到靠近晶圆200圆心的初始喷洒位置以对靠近圆心的区域喷洒IPA溶液并喷射高温高压氮气。随着干燥过程的不断推进以及高温加热区的向外推进,喷洒部件102可以相应地逐渐向外转动以对晶圆200的对应区 域进行喷洒,从而最终实现全区域的覆盖。在这个过程中,控制部件108还可以根据所获取的喷洒部件102和/或加热部件103的移动的速度和加速度等信息对诸如电机的驱动部件的参数进行调节,以闭环控制喷洒部件102和/或加热部件103移动的速度和加速度。喷洒部件102的速度和加速度信息在一些实施例中可以从电机的码盘处获得。在一些替代的实施例中,也可以通过专门的部件来获取速度和加速度信息。此外,在一些实施例中,类似于加热部件103,喷洒部件102相对于支撑部件也可以在多个位置之间移动,从而实现对晶圆200的不同区域的高效喷洒。
在一些实施例中,第一机械臂105和第二机械臂106也可以合并为一个机械臂。例如,喷洒部件102和加热部件103可以被设置在一个机械臂(即,第一机械臂105或者第二机械臂106)上,如图7所示。除此之外,两者的运动方式和控制方式与上面描述的分别位于不同的机械臂上的是实施例是类似的,在这里将不再分别赘述。将喷洒部件102和加热部件103设置在一个机械臂上可以进一步降低成本,并提高晶圆干燥装置100的集成度。
从上文的描述可以看出,根据本公开实施例的晶圆干燥装置100多个部件的位置以及多个参数(例如加热部件103的不同加热区的加热功率等)都是可调的,以实现对晶圆200的各个区域的高精度有效加热和干燥。在一些实施例中,为了协调地控制这些部件以及这些部件的各个参数之间的联动,晶圆干燥装置100可以包括控制部件108。控制部件108可以耦合至第一机械臂105、第二机械臂106、旋转工作台101、加热部件103和辅助加热部件104等,如图8所示,来根据干燥的进程对这些部件以及这些部件的各个参数进行有效的控制。
此外,在一些实施例中,为了实现干燥过程的闭环控制,晶圆干燥装置100还可以包括温度检测部件107。温度检测部件107能够对晶圆200的至少待被干燥侧的不同区域的温度进行监测。控制部件108可以根据对温度的监测的情况有针对性的控制晶圆干燥装置100的各个部件,从而实现对晶圆200各个区域的有效且精确的温度控制。在一些实施例中,温度检测部件107可以是布置在晶圆200的待被干燥侧并与待被干燥侧相距预定距离的温度感测探头。该温度感测探头例如可以是红外摄像头或红外传感器,能够对晶圆200的全部区域的温度进行全面监测以利于控制部件108对各个部件的控制。在一些替代的实施例中,温度检测部件107也可以是布置在工作台的适当位置的多个温度传感器。通过多个温度传感器所感测的不同位置的温度情况来确定晶圆200的各个分区的温度,进而实现精确温控。
在本公开实施例的另一方面还根据本公开实施例还提供了一种干燥晶圆200的方法。该方法的主要流程图如图9所示。该方法可以由晶圆干燥装置100的控制部件108执行来实现对晶圆干燥装置100的各个部件进行控制。如图9所示,在框410,控制部件108会使承载晶圆200的旋转工作台101旋转以带动晶圆200绕第一轴线A1转动。在框420,使喷洒部件102转动到晶圆200的待被干燥侧,并与干燥侧间隔开第一预定距离,来向晶圆200喷洒利于干燥的溶剂和/或高温氮气。在430,控制部件108使加热部件103移动到加热位置,并控制加热部件103的多个加热区1031,以对经由的待被干燥侧的各个区域进行精确可控加热。例如,在一些实施例中,控制部件108控制第一机械臂105以使得加热部件103从初始位置移动到加热位置,来准备对晶圆200的各个区域进行可控加热。虽然按顺序描述了控制喷洒部件102和控制加热部件103的过程,但应 当理解的是,上述两个控制过程也可以同时进行或者以上面描述的顺序相反的顺序进行。
图10示出了通过控制部件108控制这些部件的一个更细化的示例性过程,其中不但示出了根据本公开实施例的方法的主要流程,还示出了在这些流程处的一些部件的位置和状态。如图10所示,在干燥程序刚开始,喷洒部件102和加热部件103都分别处于空闲位置以及初始位置。此时,在一些实施例中,在控制喷洒部件102和加热部件103移动和工作之前,控制部件108也可以先控制辅助加热部件104对晶圆200进行预热。也就是说,在一些实施例中,控制部件108也可以使布置在旋转工作台101中的辅助加热部件104对晶圆200进行辅助加热以例如实现基准温度。
然后,控制部件108会获取温度检测部件107所获取的关于晶圆200的各个区域的温度信息,并根据所获取的温度信息对喷洒部件102以及加热部件103进行控制。例如,在一些实施例中,控制部件108可以控制转轴1051或支撑部1052升高或者降低,来调节第二预定距离,以对晶圆200的各个区域进行更精确和可靠的加热。在一些实施例中,控制部件108还可以根据所感测的温度信息来调节加热部件103相对于第一轴线A1的距离。例如,在检测到某个区域未达到预定温度,控制部件108可以控制加热部件103运动到这个区域的上方并控制相应的加热区1031对这些区域进行有针对性地加热,从而进一步有利于温度在同一个区域上的均衡分布。在干燥的整个过程中,控制部件108都会利用温度检测部件107所获取的晶圆200的各个区域的温度信息来对各个部件进行闭环控制,以使得加热部件103的温度最高区域所在半径基本与喷洒部件102所在的半径保持一致,形成快速干燥区域,直至晶圆200旋转干燥完成。
控制部件108在确认晶圆200干燥基本完成之后,会控制第一机械臂105和第二驱动臂的驱动部件以将加热部件103和喷洒部件102分别移动到晶圆200的边缘位置。在进一步确认干燥完成之后,控制部件108会控制加热部件103和喷洒部件102分别移动到初始位置和空闲位置,并停止加热部件103以及辅助加热部件104的供电,使两者降温。至此,晶圆200干燥的整个流程完毕。
从上述描述可以看出,根据本公开实施实现了对晶圆200的各个区域的更精准加热。在一些实施例中,还实现了二级加热。从正面(即,待被干燥侧)进行精确加热,从背面进行基础加热。以此方式,温度控制更加精确。此外,从正面直接加热加热效率更高,且不会收到晶圆200的不同制备工艺的影响,从而确保晶圆200的可靠干燥。此外,采用光辐射热源1032进行加热的情况下,光从上而下照射,而不会对工作人员的眼镜造成强光刺激。另外,采用扇形加热部件103使用更少的LED加热单元,从而减少了LED损坏的几率,并进而提高了整个装置的可靠性。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题,但是应当理解,所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反,上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。
Claims (19)
- 一种晶圆干燥装置(100),其特征在于,包括:旋转工作台(101),从晶圆(200)的支撑侧承载所述晶圆(200),并带动所述晶圆(200)绕第一轴线(A1)旋转;喷洒部件(102),被可动地布置在所述晶圆(200)与所述支撑侧相对的待被干燥侧,并与所述待被1.一种晶圆干燥装置(100),其特征在于,包括:旋转工作台(101),从晶圆(200)的支撑侧承载所述晶圆(200),并带动所述晶圆(200)绕第一轴线(A1)旋转;喷洒部件(102),被可动地布置在所述晶圆(200)与所述支撑侧相对的待被干燥侧,并与所述待被干燥侧在轴向方向上间隔开第一预定距离,以用于向所述待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂;以及加热部件(103),被可动地布置在所述晶圆(200)的所述待被干燥侧,并与所述待被干燥侧在轴向方向上间隔开第二预定距离,所述加热部件(103)包括加热功率可调节的多个加热区(1031),以分别对所述待被干燥侧的不同区域进行可控加热。
- 根据权利要求1所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述加热部件(103)包括:多个光辐射热源(1032),布置在所述多个加热区(1031)中。
- 根据权利要求1所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述加热部件(103)还包括:透镜单元(1033),布置在所述多个光辐射热源(1032)外部,以调节所述多个光辐射热源(1032)所发出的光辐射的聚焦和方向中的至少一项。
- 根据权利要求1-3中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述加热部件(103)呈扇形形状,并与所述第一轴线(A1)同轴,并且所述多个加热区(1031)呈同心扇区形状。
- 根据权利要求1-4中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,还包括:辅助加热部件(104),被布置在旋转工作台(101)中,并适于从所述晶圆(200)的所述支撑侧对所述晶圆(200)进行辅助加热。
- 根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,还包括:第一机械臂(105),包括:转轴(1051),沿与所述第一轴线(A1)平行的第二轴线(A2)延伸,并适于被驱动以绕所述第二轴线(A2)转动;以及支撑部(1052),用于承载所述加热部件(103),并且被耦合至所述转轴(1051)并由所述转轴(1051)驱动以至少在加热位置和初始位置之间转动,在所述加热位置,所述加热部件(103)与所述第一轴线(A1)同轴。
- 根据权利要求6所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述转轴(1051)和所述支撑部(1052)中的一个是可升降的,以调节所述第二预定距离。
- 根据权利要求6所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述加热部件(103)可移动地承载在所述支撑部(1052)上。
- 根据权利要求6-8中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,还包括:第二机械臂(106),用于承载所述喷洒部件(102),并驱动所述喷洒部件(102)至少在喷洒位置和空闲位置之间绕与所述第一轴线(A1)平行的第三轴线转动。
- 根据权利要求6-8中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,所述喷洒部件(102)被承载在所述第一机械臂(105)的所述支撑部(1052)上。
- 根据权利要求9-10中任一项所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,还包括:温度检测部件(107),用于检测所述晶圆(200)的至少所述待被干燥侧的不同区域的温度。
- 根据权利要求11所述的晶圆干燥装置(100),其特征在于,还包括:控制部件(108),耦合至所述旋转工作台(101)、第一机械臂(105)、第二机械臂(106)、所述加热部件(103)、所述辅助加热部件(104)和所述温度检测部件(107),并用于根据所述温度检测部件(107)所获取的所述温度,控制所述旋转工作台(101)、第一机械臂(105)、第二机械臂(106)和所述加热部件(103)中的至少一个以对所述待被干燥侧的不同区域进行可控的加热。
- 一种干燥晶圆(200)的方法,包括:使从晶圆(200)的支撑侧承载所述晶圆(200)的旋转工作台(101)旋转以带动所述晶圆(200)绕第一轴线(A1)旋转;使喷洒部件(102)转动至所述晶圆(200)的与所述支撑侧相对的待被干燥侧,并与所述待被干燥侧间隔开第一预定距离,以用于向所述待被干燥侧喷洒利于干燥的溶剂;以及使加热部件(103)转动至所述晶圆(200)的所述待被干燥侧,并与所述待被干燥侧间隔开第二预定距离,并且控制所述加热部件(103)的加热功率可调节的多个加热区(1031),以分别对所述待被干燥侧的不同区域进行可控加热。
- 根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括:使布置在旋转工作台(101)中的辅助加热部件(104)从所述晶圆(200)的所述支撑侧侧对所述晶圆(200)进行辅助加热。
- 根据权利要求13或14所述的方法,其特征在于,使加热部件(103)转动至所述晶圆(200)的所述待被干燥侧包括:使第一机械臂(105)的用于承载所述加热部件(103)的支撑部(1052)从初始位置转动到加热位置,在所述加热位置,所述加热部件(103)与所述第一轴线(A1)同心。
- 根据权利要求15所述的方法,其特征在于,还包括:从温度检测部件(107)获取所述待被干燥侧的不同区域的温度。
- 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括:根据所述待被干燥侧的不同区域的温度,使所述第一机械臂(105)的转轴(1051)和所述支撑部(1052)中的一个升高或降低,以调节所述第二预定距离。
- 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括:根据所述待被干燥侧的不同区域的温度,调节所述加热部件(103)相对于所述第一轴线(A1)的距离。
- 根据权利要求13-18中任一项所述的方法,其特征在于,使喷洒部件(102)转动至所述晶圆(200)的与所述支撑侧相对的待被干燥侧包括:转动第二机械臂(106)以使得所述喷洒部件(102)从空闲位置转动到喷洒位置。
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