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(guò)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)濾和干燥；
[0011]控制裝置，其包括用于控制晶圓加熱和冷卻過(guò)程的控制模塊和與控制模塊電連接并用來(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)加熱結(jié)束后向清潔箱內(nèi)通入經(jīng)過(guò)去污和干燥的潔凈冷卻氣體，并通過(guò)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(guò)程中的再度污染。
[0013]冷卻晶圓的冷卻氣體已被干燥和過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)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(shuō)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(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)探測(cè)晶圓30的溫度。控制模塊211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(guò)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(guò)冷卻氣體自動(dòng)敞開來(lái)使冷卻氣體輸入管路與密閉清潔腔體連通。
[0057