晶圓清潔裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶圓清潔設(shè)備和方法，更具體地涉及通過紅外線對(duì)晶圓進(jìn)行加熱清潔的晶圓清潔裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著制程技術(shù)不斷的提升以及納米技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已進(jìn)入32nm，甚至28nm制程。晶圓表面的空氣污染物(AMC)會(huì)造成晶圓薄膜厚度測(cè)量的不穩(wěn)定性。尤其現(xiàn)在閘極氧化層(Gate Oxide, Si02)厚度隨著高階納米制程的需求已越作越薄，已由20?30nm降至Inm以下。那么空氣污染物的吸附與成長(zhǎng)對(duì)如此薄的閘極氧化層來說，會(huì)造成很大的薄膜厚度量測(cè)值誤差值。尤其是該閘極氧化層厚度的誤差值量測(cè)會(huì)導(dǎo)致介電層的漏電流現(xiàn)象而影響電晶體的電性，進(jìn)而影響晶圓的制程能力與生成良率。因此，為得到準(zhǔn)確的薄膜厚度測(cè)量值，在測(cè)量前需對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，以去除晶圓表面污染物。
[0003]目前，清潔晶圓表面空氣污染物都是采用加熱晶圓或用激光點(diǎn)照射的方法，利用熱膨脹，熱汽化，或分子爆破等原理來實(shí)現(xiàn)清除污染物。然而這些方法都存在一些缺點(diǎn)，例如:激光點(diǎn)照射法容易造成晶圓表面膜層結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而破壞晶圓；微波加熱均勻性不夠，而且加熱后產(chǎn)生的熱汽不能及時(shí)被帶走，仍然會(huì)污染晶圓；鐵盤加熱相對(duì)均勻，但是加熱效率低，而且盤面接觸，也會(huì)造成二次污染。另外，冷卻機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不利于提高產(chǎn)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種晶圓清潔裝置及方法，利用適于發(fā)出均勻照射到晶圓上的紅外線的多個(gè)加熱燈對(duì)晶圓進(jìn)行加熱清洗，大大提高了加熱均勻性和快速性，而且通過加熱結(jié)束后向清潔箱內(nèi)通入干燥潔凈的流動(dòng)冷卻氣體，在冷卻晶圓的同時(shí)帶走懸浮在腔內(nèi)的污染物，從而保證了晶圓的徹底清潔。
[0005]為此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種晶圓清潔裝置，包括:
[0006]清潔箱，其具有箱體、箱門和密閉清潔腔體，在密閉清潔腔體內(nèi)容置有通過支撐銷支撐的晶圓；
[0007]多個(gè)加熱燈，其裝設(shè)于密閉清潔腔體的頂部并構(gòu)造成適于發(fā)出均勻照射到晶圓上的紅外線；
[0008]冷卻氣體輸入管路，其兩端分別與冷卻氣體源和密閉清潔腔體可連通；
[0009]排氣管路，其一端與密閉清潔腔體可連通，另一端連通至氣體排放地；
[0010]去污干燥裝置，其設(shè)置在冷卻氣體輸入管路中以使得進(jìn)入清潔箱內(nèi)的冷卻氣體得到過濾和干燥；
[0011]控制裝置，其包括用于控制晶圓加熱和冷卻過程的控制模塊和與控制模塊電連接并用來探測(cè)晶圓溫度的溫度探測(cè)器，控制模塊分別控制冷卻氣體輸入管路和排氣管路的開啟和關(guān)閉以在晶圓完成加熱之后向密閉清潔腔體輸送冷卻氣體來冷卻晶圓至室溫并同時(shí)排出密閉清潔腔體內(nèi)的氣體。
[0012]在本發(fā)明的該方面，通過使裝設(shè)于密閉清潔腔體的頂部的多個(gè)加熱燈發(fā)出均勻照射到晶圓上的紅外線來完成對(duì)晶圓的加熱清洗，大大提高了加熱均勻性和快速性，并且對(duì)人體較為安全且成本低廉；通過加熱結(jié)束后向清潔箱內(nèi)通入經(jīng)過去污和干燥的潔凈冷卻氣體，并通過排氣裝置隨時(shí)帶走懸浮在腔內(nèi)的污染物，有效保證了晶圓的徹底清潔，避免了晶圓在加熱清洗過程中的再度污染。
[0013]冷卻晶圓的冷卻氣體已被干燥和過濾，因此進(jìn)入晶圓清潔箱內(nèi)的冷卻氣體不會(huì)對(duì)經(jīng)加熱而被清潔或清洗的晶圓造成再度污染，而且，由于在向晶圓清潔箱內(nèi)輸送冷卻氣體的同時(shí)也同時(shí)向外排氣，因此能夠及時(shí)將晶圓被加熱過程中產(chǎn)生的熱汽以及從晶圓表面清潔掉的污染物帶走。
[0014]優(yōu)選地，上述紅外線的波長(zhǎng)在800?1000納米之間。用紅外線加熱晶圓具有四大優(yōu)勢(shì):加熱效率高，雖然晶圓硅材料對(duì)于紫外的吸收比紅外強(qiáng)，但是由于紅外的振動(dòng)頻率更接近硅原子的振動(dòng)頻率，更能引起共振，因此紅外的熱效應(yīng)比紫外好；晶圓不會(huì)被破壞，紫外的能量太強(qiáng)，容易引起物質(zhì)晶格以及化合鍵的斷裂，進(jìn)而破壞硅材料及表面涂層，而紅外只是引起原子/分子振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生熱，不會(huì)破壞硅材料及表面涂層；安全可靠，紫外對(duì)人體有害，使用中需要一系列防護(hù)措施，使用紅外就相對(duì)安全多了 ；成本低，紅外比紫外更容易獲得，成本低廉，在熱應(yīng)用中使用更為廣泛。
[0015]優(yōu)選地，上述加熱燈為高壓氙燈。這種燈的輻射光譜與晶圓的吸收光譜較為匹配，因而加熱清潔的效率較高。
[0016]優(yōu)選地，多個(gè)上述高壓氙燈沿多個(gè)同心圓均勻排布或肩并肩排布。這樣的排布方式使得晶圓表面的加熱溫度更均勻，污染物去除效果更好。
[0017]優(yōu)選地，上述箱體由隔熱材料形成。這樣可以防止加熱時(shí)的熱量損失，大大提高晶圓清洗的加熱效率。
[0018]優(yōu)選地，上述控制模塊為PLC控制器。
[0019]優(yōu)選地，上述冷卻氣體輸入管路的一端上設(shè)置有與所述冷卻氣體源可連通的冷卻氣體閥門，所述冷卻氣體閥門與所述控制模塊電連接從而被控制打開或關(guān)閉以有選擇地向箱內(nèi)輸送冷卻氣體；上述排氣管路的所述一端上設(shè)置有排風(fēng)門和風(fēng)機(jī)。通過上述設(shè)置，可以在晶圓加熱結(jié)束后，清潔腔內(nèi)通入冷卻氣體，并經(jīng)由排氣裝置排出室外，從而冷卻晶圓，同時(shí)帶走從晶圓表面清潔掉的污染物及加熱產(chǎn)生的水汽。
[0020]優(yōu)選地，上述去污干燥裝置設(shè)置有干燥劑、吸附劑和過濾器。冷卻氣體經(jīng)由去污干燥裝置后，吹進(jìn)密閉清潔腔體，這樣才能保證清潔腔室的干凈與干燥，避免晶圓的二次污染。
[0021]優(yōu)選地，上述干燥劑、吸附劑和過濾器在氣體流動(dòng)路徑上依次排布。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種晶圓清潔方法，其特征在于，包括:
[0023]向密閉清潔腔體內(nèi)的晶圓均勻照射紅外線以對(duì)晶圓進(jìn)行加熱清潔；
[0024]在晶圓完成加熱清潔之后向密閉清潔腔體內(nèi)輸送冷卻氣體；
[0025]使冷卻氣體在流動(dòng)經(jīng)過晶圓之后從晶圓清潔箱內(nèi)排出；
[0026]在晶圓被冷卻至箱外環(huán)境溫度后切斷冷卻氣體的輸送；
[0027]其中，在向密閉清潔腔體內(nèi)輸送冷卻氣體之前先對(duì)冷卻氣體進(jìn)行干燥和過濾以保持進(jìn)入密閉清潔腔體內(nèi)的氣體的干燥和潔凈。
[0028]通過參考下面所描述的實(shí)施方式，本發(fā)明的這些方面和其他方面將會(huì)得到清晰地闡述。
【附圖說明】
[0029]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方式以及進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖的描述得到更好地理解，其中，相同的參考標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同的元件:
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的晶圓清潔裝置的示意圖；
[0031]圖2是圖1中晶圓清潔裝置的多個(gè)加熱燈的一種排布實(shí)施例的頂視圖；
[0032]圖3是圖1中晶圓清潔裝置的多個(gè)加熱燈的另一種排布實(shí)施例的頂視圖；
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的晶圓清潔方法的流程圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明
[0035]10 晶圓清潔箱
[0036]101 箱體103箱門
[0037]105密閉清潔腔體107支撐銷
[0038]111箱體頂部
[0039]109加熱燈
[0040]129 高壓氙燈129’高壓氙燈
[0041]201 控制部分
[0042]211 控制模塊221 溫度探測(cè)器
[0043]203 冷卻氣體輸入管路
[0044]213 冷卻氣體閥門223 進(jìn)氣腔
[0045]205 排氣管路
[0046]215 排風(fēng)門225 風(fēng)機(jī)
[0047]235 排氣腔
[0048]209 去污干燥裝置
[0049]219 干燥劑229 吸附劑
[0050]239 過濾器
[0051]30 晶圓
【具體實(shí)施方式】
[0052]根據(jù)要求，這里將披露本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所披露的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的典型例子而已，其可體現(xiàn)為各種形式。因此，這里披露的具體細(xì)節(jié)不被認(rèn)為是限制性的，而僅僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以實(shí)際中任何恰當(dāng)?shù)姆绞讲煌貞?yīng)用本發(fā)明的代表性的基礎(chǔ)，包括采用這里所披露的各種特征并結(jié)合這里可能沒有明確披露的特征。
[0053]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的晶圓清潔箱10內(nèi)微環(huán)境控制裝置，其適用于控制晶圓清潔箱10內(nèi)的微環(huán)境以防止清潔后的晶圓30被再次污染。
[0054]如圖1所示，晶圓清潔箱10具有箱體101、箱門103和密閉清潔腔體105，其中，在密閉清潔腔體105內(nèi)容置有通過例如支撐銷107支撐的晶圓30，在密閉清潔腔體105內(nèi)的箱體頂部111上裝設(shè)有多個(gè)加熱燈109。箱體101優(yōu)選由隔熱材料形成。多個(gè)加熱燈109例如可以是多個(gè)紅外加熱管如多個(gè)高壓氙燈129、129’，也可以是微波發(fā)生器等，用于加熱晶圓30從而通過加熱實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓30的清潔。本實(shí)施方式中所用紅外線的波長(zhǎng)在800?1000納米之間。
[0055]如圖1所示，晶圓清潔箱內(nèi)微環(huán)境控制裝置包括控制部分201、冷卻氣體輸入管路203、排氣管路205以及去污干燥裝置209。控制部分201包括可以例如是PLC控制器控制模塊211、以及與控制模塊211電連接并用來探測(cè)晶圓30的溫度的溫度探測(cè)器221。在本實(shí)施方式中，溫度探測(cè)器221設(shè)置于密閉清潔腔體105中，例如箱體101的底壁上，用來探測(cè)晶圓30的溫度?？刂颇K211不僅負(fù)責(zé)執(zhí)行完成晶圓加熱清潔的一系列操作，例如:開關(guān)箱門，開關(guān)加熱燈，開關(guān)冷卻氣體的輸送，溫度監(jiān)控等等，還要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性，例如:高溫報(bào)警，超限切斷系統(tǒng)電源等防護(hù)措施。
[0056]如圖1所75,在本實(shí)施方式中,冷卻氣體輸入管路203的一端與冷卻氣體源(圖未示)可連通，另一端連接至晶圓清潔箱10的箱體101上并與密閉清潔腔體105可連通。冷卻氣體源例如可采用工廠廠務(wù)提供的壓縮空氣。在冷卻氣體輸入管路203的該一端上設(shè)置有冷卻氣體閥門213，該冷卻氣體閥門與控制模塊211電連接從而被控制打開或關(guān)閉以有選擇地向密閉清潔腔體105內(nèi)輸送冷卻氣體；去污干燥裝置209裝設(shè)于冷卻氣體輸入管路203的另一端上，例如該另一端上可設(shè)有一個(gè)擴(kuò)大的進(jìn)氣腔223，去污干燥裝置209可裝設(shè)在該進(jìn)氣腔223內(nèi)。通過控制模塊211對(duì)冷卻氣體閥門213的控制，可根據(jù)需要使冷卻氣體輸入管路203與冷卻氣體源連通，從而經(jīng)由去污干燥裝置209再與密閉清潔腔體105連通。應(yīng)當(dāng)理解的是，在冷卻氣體輸入管路203與晶圓清潔箱10的連接處可設(shè)有風(fēng)門，該風(fēng)門可構(gòu)造成通過冷卻氣體自動(dòng)敞開來使冷卻氣體輸入管路與密閉清潔腔體連通。
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