一种用于晶圆干燥的提升氮气移除水分子的能力的方法与流程

本发明涉及晶圆干燥技术领域，具体为一种用于晶圆干燥的提升氮气移除水分子的能力的方法。

背景技术：

在半导体制造技术领域中，尤其以湿法工艺处理晶圆，最后一道工艺在于晶圆干燥工艺的使用，而晶圆干燥工艺的执行上仍然对晶圆产品的工艺后的洁净度、干燥效率、干燥能力皆有高标准的需求，而在现行的晶圆干燥工艺最常使用的技术可见加热氮气干燥(hotn2dryer)、异丙醇/加热氮气干燥(ipa/hotn2dry)使用最为广泛，然而对于异丙醇/加热氮气干燥(ipa/hotn2dry)方法里加热氮气作为主介质移除晶圆片上的水分子的能力的方法中有可以提升干燥能力的可能性，故找寻一种方法来提升加热氮气移除水分子的能力且能避免出现干燥不均的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种能够提升加热氮气移除水分子的能力的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于晶圆干燥的提升氮气移除水分子的能力的方法，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室、用于放置晶圆的晶圆容纳室以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室包括第一入口和第一出口以及从所述第一入口延伸至第一出口的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区；所述晶圆容纳室设置于干燥腔室内部，且包括若干与晶圆片相匹配的洗涤槽；所述恒温恒压气体供应器用于提供恒定温度的惰性干燥气体并使其在恒定压力下沿干燥腔室内部形成的气体流通路径进行流动，所述干燥腔室还包括一用于向干燥腔室内部通入异丙醇液体的第三入口以及用于排出异丙醇的第三出口，所述第三入口和第三出口均设置在干燥腔室内远离第一入口的一侧；

提升氮气移除水分子的能力的方法包括：

步骤s1、将待干燥晶圆片置入晶圆容纳室内并使每个晶圆片均置入对应的洗涤槽内且相互之间间隔以形成晶圆片间隙；

步骤s2、在第三出口关闭状态下打开第三入口向干燥腔室内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室内每个晶圆片均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片上的水分子完全相容后打开第三出口使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口；

步骤s3、将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口密封连接并使第一入口按照通气调整策略向干燥腔室内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆表面；

步骤s4、惰性干燥气体经第一入口沿经过晶圆片的至少三条气体流通路径流动至干燥腔室内远离第一入口的一侧，并于该一侧流入夹层区的内部；

步骤s5、惰性干燥气体在夹层区内远离第一入口一侧流入至靠近第一入口另一侧后经由第一出口排出；

所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在干燥腔室外侧壁设计一维持热氮气稳定的热动能的阳极氧化保温层，且所述阳极氧化保温层内嵌有辅助型管式加热器用于进行辅助加热；以及，通过在干燥腔室外侧壁和干燥腔室内侧壁分别置入用于侦测温度的电子温度计并联动侦测对应于内外两侧的温度差异来控制辅助型管式加热器的加热，以达成对干燥腔室内热氮气的温度的控制以及调节；并将干燥腔室底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构以使得异丙醇液体在排放时可形成螺旋式流动分布，使晶圆表面形成异丙醇分子的均匀粘附。

优选的，所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在第一出口处设置快速排气管道，并将快速排气管道的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道排放至指定排放区。

优选的，所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在通入热氮气的过程中，将第三出口间歇性的打开和关闭以在不改变槽体内各种组件的形状配置的情况下增强与优化氮气气流与异丙醇液流的流动路径。

优选的，所述阳极氧化保温层的表面进行多孔化的阳极处理以在其表面形成有序排列的微米级多孔均匀分布。

优选的，所述通气调整策略包括用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体的通断时间的通断时间控制步骤和用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体的角度的气流角度调节步骤。

优选的，所述通断时间控制步骤被设置为依据晶圆片的湿润程度进行设定，所述气流角度调节步骤被设置为依据晶圆片的直径大小进行设定。

优选的，所述通气时间设定为1秒，且通气时间与断气时间比值为1～10；所述气流喷射角度设置为以晶圆片垂直中心线为基准双向展开共100度-130度的幅度对晶圆片进行喷洒。

优选的，所述干燥方法包括还包括在晶圆容纳室底部设置一能够使晶圆容纳室围绕一支撑进行微幅摆动的振动结构，并使其在步骤s3的过程中进行微幅摆动以透过热氮气和异丙醇的交互作用不断地破坏高深宽比孔隙结构晶圆片内水分子与高深宽比孔隙结构的表面张力以使空乏区的水分子不断地被析出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在干燥腔室外侧壁设计一维持热氮气稳定的热动能的阳极氧化保温层，能够补充热氮气在晶圆片干燥过程中的热能损失，使得晶圆片上方和晶圆片下方的热氮气的温度保持一致，避免出现干燥不均匀的情况；并且在干燥腔室外侧壁和干燥腔室内侧壁分别置入用于侦测温度的电子温度计并联动侦测对应于内外两侧的温度差异来控制辅助型管式加热器的加热，以达成对干燥腔室内热氮气的温度的控制以及调节；从而提升加热氮气移除水分子的能力且能避免出现晶圆片表面干燥不均匀的情况。

附图说明

图1为本发明中晶圆干燥装置的结构示意图；

图2为本发明中气体流通路径的结构示意图；

图3为本发明中晶圆容纳室的结构示意图；

图4为本发明中图3沿b-b方向的剖视结构示意图；

图5为本发明中阳极氧化保温层的结构示意图；

图6为本发明中阳极氧化保温层加热氮气的气流流通结构示意图；

图7为本发明中阳极氧化保温层与振动结构和晶圆容纳室连接的结构示意图；

图8为本发明中振动结构和晶圆容纳室连接的结构示意图；

图9为本发明中驱动机构的结构示意图；

图10为本发明中振动结构的结构示意图；

图11为本发明中振动结构带动晶圆容纳室内的晶圆片进行微幅摆动的结构状态示意图。

图中：1、干燥腔室；101、第一入口；102、第一出口；103、夹层区；1031、第二入口；1032、第二出口；104、第三入口；105、第三出口；106、锥形结构；2、晶圆容纳室；201、洗涤槽；3、排气管道；301、气体滞留区；4、振动结构；401、支撑组件；402、驱动机构；4021、驱动电机；4022、轮摆式联轴转接器；4023、转动盘；4024、连接杆；4025、固定板；4026、连接块；4027、竖直导轨；4028、牵引块；5、晶圆片；6、阳极氧化保温层；601、辅助型管式加热器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本发明提供的第一种实施例，一种用于晶圆干燥的提升氮气移除水分子的能力的方法，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室1、用于放置晶圆的晶圆容纳室2以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室1被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室1包括第一入口101和第一出口102以及从所述第一入口101延伸至第一出口102的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区103；所述晶圆容纳室2设置于干燥腔室1内部，且包括若干与晶圆片5相匹配的洗涤槽201；所述恒温恒压气体供应器用于提供恒定温度的惰性干燥气体并使其在恒定压力下沿干燥腔室1内部形成的气体流通路径进行流动，所述干燥腔室1还包括一用于向干燥腔室1内部通入异丙醇液体的第三入口104以及用于排出异丙醇的第三出口105，所述第三入口104和第三出口105均设置在干燥腔室1内远离第一入口101的一侧；

提升氮气移除水分子的能力的方法包括：

步骤s1、将待干燥晶圆片5置入晶圆容纳室2内并使每个晶圆片5均置入对应的洗涤槽201内且相互之间间隔以形成晶圆片5间隙；

步骤s2、在第三出口105关闭状态下打开第三入口104向干燥腔室1内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室2内每个晶圆片5均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口104，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片5上的水分子完全相容后打开第三出口105使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口105；

步骤s3、将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口101密封连接并使第一入口101按照通气调整策略向干燥腔室1内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片5表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆表面；

步骤s4、惰性干燥气体经第一入口101沿经过晶圆片5的至少三条气体流通路径流动至干燥腔室1内远离第一入口101的一侧，并于该一侧流入夹层区103的内部；

步骤s5、惰性干燥气体在夹层区103内远离第一入口101一侧流入至靠近第一入口101另一侧后经由第一出口102排出；

所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在干燥腔室1外侧壁设计一维持热氮气稳定的热动能的阳极氧化保温层6，且所述阳极氧化保温层6内嵌有辅助型管式加热器601用于进行辅助加热；以及，通过在干燥腔室1外侧壁和干燥腔室1内侧壁分别置入用于侦测温度的电子温度计并联动侦测对应于内外两侧的温度差异来控制辅助型管式加热器601的加热，以达成对干燥腔室1内热氮气的温度的控制以及调节；并将干燥腔室1底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构106以使得异丙醇液体在排放时可形成螺旋式流动分布，使晶圆表面形成异丙醇分子的均匀粘附。

通过夹层区103的设置达成了对加热氮气不致意外泄露于排出管道区域的缓冲层作用，提升了对热氮气的利用效率，并且通过设置四条经过晶圆片5的气体流通路径，分别对晶圆片5的表面、晶圆片5的边缘、晶圆容纳室2的边缘以及夹层区103的外侧壁进行干燥，有效了提高了晶圆片5的干燥效率。

优选的，所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在第一出口102处设置快速排气管道3，并将快速排气管道3的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室1内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道3排放至指定排放区。

在需要增强与优化气流与液流的流动路径的需求下，需要减少在槽体内各种组件的形状配置对气流以及液流的干扰，排气管道3和抽气设备的设置增强了流场分布，排气效率与干燥效率都大幅度提升。

利用接合在干燥腔室1外槽体的部份，配置一用于缓冲的气体滞留区301，形成由夹层区103→气体滞留区301→排气管道3的连续排放路径，不采取一般的将排气管道3直接接在外槽体上，而是采取一带有气体滞留区301的具有缓冲效果的排放路径以确保气流能有效地形成特定的排气路径进行流动。

优选的，所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在通入热氮气的过程中，将第三出口105间歇性的打开和关闭以在不改变槽体内各种组件的形状配置的情况下增强与优化氮气气流与异丙醇液流的流动路径。

优选的，所述阳极氧化保温层6的表面进行多孔化的阳极处理以在其表面形成有序排列的微米级多孔均匀分布。所述阳极氧化保温层6采用复合型微米级微孔阳极氧化保温层6。利用在该复合型铝合金披覆型结构件表面进行多孔化的阳极处理，在铝合金板件表面形成有序排列的微米级多孔均匀分布在指定的区域。可以透过空气协调持温效果，利用空气的高热阻值，平均分布在微米级多孔结构中，为干燥腔室1提供一稳定的蓄热保温作用，进而促进了加热氮气在干燥腔室1中流动与扩散或是进行分子游离状态时，能够保持稳定的热动能状态，达成以提供稳定的热动能以在干燥反应中提升移除晶圆表面水分子的能力。

优选的，所述通气调整策略包括用于调整向干燥腔室1内部喷射惰性气体的通断时间的通断时间控制步骤和用于调整向干燥腔室1内部喷射惰性气体的角度的气流角度调节步骤。

优选的，所述通断时间控制步骤被设置为依据晶圆片5的湿润程度进行设定，所述气流角度调节步骤被设置为依据晶圆片5的直径大小进行设定。

优选的，所述通气时间设定为1秒，且通气时间与断气时间比值为1～10；所述气流喷射角度设置为以晶圆片5垂直中心线为基准双向展开共100度-130度的幅度对晶圆片5进行喷洒。

加热氮气的注入方法需配置适合于晶圆尺寸的槽体尺寸以及配置阵列排列的氮气喷嘴，可将阵列排列的氮气喷嘴安装于对称开合的联杆装置上的门板，氮气喷嘴可以安装在开合门板下端，减少不必要的相对空间的配置。氮气喷嘴的设置位置需要超过晶圆片5的最高点，确保喷嘴喷洒加热氮气的气雾线可以完整喷在晶圆片5上。氮气喷嘴的喷洒幅度控制在以喷嘴中心线双向展开共100度-130度的幅度，利用对称的左右两侧喷嘴，形成两侧的喷嘴的喷洒范围为交集的喷洒范围，确保在进行加热氮气的喷洒为有效的覆盖完整的晶圆片5。

如图3和图4所示，在抽气设备和排气管道3的影响下，晶圆片5间隙内干燥流场方向的改变，增加了晶圆表面与热氮气的接触时间，提高了排气效率和干燥效率。

如图5所示，本发明提供的第二种实施例，与第一种实施例的区别在于，所述提升氮气移除水分子的能力的方法还包括在干燥腔室1外侧壁设计一维持热氮气稳定的热动能的阳极氧化保温层6，且阳极氧化保温层6内嵌有辅助型管式加热器601用于进行辅助加热；并且，通过在干燥腔室1外侧壁和干燥腔室1内侧壁分别置入用于侦测温度的电子温度计并联动侦测对应于内外两侧的温度差异来控制辅助型管式加热器601的加热，以达成对干燥腔室1内热氮气的温度的控制以及调节。通过辅助型管式加热器601可以给热氮气提供在干燥过程中损失的热动能，避免由于自上而下热氮气温度的降低而使得晶圆片5出现上下两端干燥不均匀的情况。

如图6所示，为本发明中阳极氧化保温层6加热氮气的气流流通结构示意图，保温层给热氮气提供的热动能自干燥腔室1侧壁向干燥腔室1内部扩散，与此同时，晶圆片5上的水分再热氮气的作用下向晶圆片5的外部挥发掉。

所述干燥腔室1还包括一用于向干燥腔室1内部通入异丙醇液体的第三入口104以及用于排出异丙醇的第三出口105，所述第三入口104和第三出口105均设置在干燥腔室1内远离第一入口101的一侧。在第三出口105关闭状态下打开第三入口104向干燥腔室1内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室2内每个晶圆片5均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口104，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片5上的水分子完全相容后打开第三出口105使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口105；然后将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口101密封连接并使第一入口101按照通气调整策略向干燥腔室1内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片5表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆表面。

如图7-图8所示，本发明提供的第三种实施例，与第一种实施例的区别在于，在晶圆容纳室2底部设置一能够使晶圆容纳室2围绕一支撑进行微幅摆动的振动结构4，并使其在步骤s3的过程中进行微幅摆动，以充分干燥晶圆片5与晶圆容纳室2之间接触的部分，避免出现干燥盲区。

如图9-图11所示，振动结构4包括一用于支撑晶圆容纳室2的支撑组件401和用于驱动所述支撑组件401进行微幅摆动的驱动机构402，所述驱动机构402包括轮摆式联轴转接器4022以及驱动所述轮摆式联轴转接器4022转动的驱动电机4021，所述轮摆式联轴转接器4022与转动盘4023连接用于带动转动盘4023及进行转动，所述转动盘4023与连接杆4024固定连接，连接杆4024的上端与固定板4025转动连接，所述固定板4025的两端均设有连接块4026且固定板4025的顶端固定安装有与支撑组件401固定连接的牵引块4028，所述连接块4026分别于竖直导轨4027滑动连接；通过驱动电机4021使轮摆式联轴转接器4022带动转接盘转动，进而通过转接盘带动固定板4025上的牵引块4028上下运动，通过牵引块4028带动支撑组件401的一侧上下摆动。

该振动结构4通过设计一轮摆式的运动机制，提供一支撑作用可以执行微幅的摆动，使置放于干燥装置内的晶圆片5可以微幅的摆动，使特殊图案化的高深宽比结构内的水分子可以在干燥过程中透过加热氮气、异丙醇的交互作用下、不断地破坏水分子与高深宽比孔隙结构的表面张力，反向使空乏区的毛细现象的水分子不断地被析出进行水分子置换的干燥反应。

优选的，所述干燥方法包括还包括在晶圆容纳室2底部设置一能够使晶圆容纳室2围绕一支撑进行微幅摆动的振动结构4，并使其在步骤s3的过程中进行微幅摆动以透过热氮气和异丙醇的交互作用不断地破坏高深宽比孔隙结构晶圆片5内水分子与高深宽比孔隙结构的表面张力以使空乏区的水分子不断地被析出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。