专利名称：去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶圆表面排气方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，通过淀积工艺形成各金属层和绝缘介质层。在沉淀工艺前， 由于晶圆曝露于大气环境中，晶圆表面不可避免会吸附水汽，并且晶圆上还残留着上一道 工序的反应气体以及其他有机杂质如碳氢化合物。这些晶圆表面吸附的杂质将损害淀积薄 膜的特性，因此，晶圆表面吸附的这些水汽、气体及其他有机杂质必须被去除掉，以保证晶 圆无污染地进入下一工艺程序。美国专利US6263587公开的去除晶圆表面凝结气体的方法 包含了以下步骤将晶圆置于真空腔内；对晶圆进行加热；在真空腔内持续地通入干燥的 气体流，与此同时持续地利用初级泵抽取真空腔内的气体减小真空腔内的气压。该专利方 法通过对晶圆的加热使晶圆表面的水汽、其他气体及有机杂质蒸发为气体，在真空腔内通 入干燥的气体流的目的是利用气体流增强对晶圆的热量传导，通过循环的通入干气与抽气 将真空腔内晶圆表面杂质形成的气体抽出真空腔，实现去除晶圆表面凝结气体的目的。但 利用此专利方法去除晶圆表面凝结气体的效率比较低，并且由于该专利方法使用的真空腔 为低级真空，其中还须通入干气干燥的气体流，真空腔内必须保持一定气压，因而也无法彻 底的非常干净的去除晶圆表面的凝结气体。同时，若晶圆在真空腔内完成表面凝结气体的 去除工艺后需在真空腔内等待一段时间才能进行下一步工艺时，由于该低真空腔内一定量 残余气体的存在，使得晶圆表面将会重新吸附水汽及其他气体受到二次污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高真空环境下的晶圆表面排气方法，以解决 在晶圆表面吸附的水汽、反应气体以及其他有机杂质影响后续工艺质量的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法， 包括以下步骤将晶圆置入预先形成高真空环境的工艺腔内；在保持工艺腔内为高真空环境的条件下，对晶圆的正反面同时进行加热。可选的，所述工艺腔连接至初级泵及高真空泵，所述形成高真空环境的步骤包括 首先通过初级泵去除所述高真空泵及所述工艺腔内的大部分空气，其次通过所述高真空泵 进一步去除所述工艺腔内的空气，使所述工艺腔内形成高真空环境。可选的，对所述晶圆的正反面加热至同样的预设温度，使晶圆表面的有机物残留 及湿气蒸发。可选的，采用在所述工艺腔内设置的承载加热装置对晶圆的一面进行加热，采用 在所述工艺腔外的顶面上安装的照射灯组对所述晶圆的另一面进行加热。可选的，所述工艺腔的顶面的材质采用石英玻璃。可选的，通过安装在所述承载加热装置上的温度控制装置测量所述承载加热装置的温度并控制所述承载加热装置达到预设温度。可选的，通过安装在所述照射灯组上的功率控制装置控制照射灯组热辐射形成的 温度达到预设温度。可选的，所述高真空泵采用冷凝泵。可选的，所述高真空环境是指工艺腔内的气压小于等于Ι ΤΤοπ·。本发明提供的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法将晶圆置入高真空的工艺 腔内，通过对晶圆正反面的共同加热使晶圆表面吸附的水汽、反应气体以及其他有机杂质 蒸发为气体，同时使用高真空泵不断地将晶圆表面蒸发的气体排出工艺腔，使晶圆的表面 排气过程始终保持在高真空的环境下进行。同时对晶圆正反面进行加热，可使晶圆表面吸 附的杂质得到充分的蒸发，使得晶圆表面的排气效率大大提高，并且避免了晶圆由于加热 不均产生开裂。同时由于采用高真空泵对工艺腔内的气体进行吸附，使工艺腔保持在高真 空的状态，工艺腔内晶圆表面蒸发出的气体被充分的吸收，避免了晶圆在工艺腔内的二次 污染，使得晶圆表面的杂质能够最大限度的被排出。
图1为本发明方法所使用的高真空排气装置的结构示意图；图2为集成了图1所示的高真空排气装置的多工艺腔集成设备的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。本发明所述的高真空环境下的晶圆表面排气方法可广泛应用于多种半导体制造 工艺之后的晶圆表面有机物残留以及湿气的去除，并且可以利用多种替换方式实现，下面 是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通 技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说 明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。在背景技术中已经提及，现有的晶圆表面排气方法由于在低真空腔内含有一定量 的残余气体，使得晶圆在等待时间内，容易在低真空腔内重新吸附水汽及其他气体，从而受 到二次污染。本发明的核心思想在于，通过保持工艺腔内的高真空环境，并对晶圆表面进行持 续加热，使晶圆表面的有机物残留及湿气充分挥发，并且不会重新吸附到晶圆表面，从而达 到有效去除污染物的效果。本发明所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，首先将晶圆置入预先形成 高真空环境的工艺腔内；然后在保持工艺腔内为高真空环境的条件下，对晶圆的正反面同 时进行加热。保持工艺腔内为高真空环境的目的是减少工艺腔内的残余气体和水汽，防止晶圆 受到二次污染，该高真空环境可以通过抽真空装置对工艺腔进行抽气而形成，于本发明一 实施例中，所述高真空环境的气压为小于等于10_7托。对晶圆的正反面同时进行加热是为
4了加快晶圆表面水汽、气体的全面挥发，加热温度不宜过高，以避免损坏晶圆表面结构，也 不宜过低，否则达不到有效的蒸发效果，具体的温度可以根据实际情况设定，也可通过实验 加以确定。加热方式包括但不限于直接接触的热传导方式，以及间接加热的辐射方式，由于 加热方法及装置是业界熟知的，故在此不作一一列举。下面结合图1和图2对本发明一具体实施例加以描述。请首先参阅图1，图1为 本发明方法所使用的高真空排气装置的结构示意图。如图1所示，本发明的高真空环境下 去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法在高真空工艺腔1内进行，高真空工艺腔1内设置 承载加热装置2。照射灯组3安装于高真空工艺腔1外的顶面12之上，高真空工艺腔1的 顶面12的材质为石英玻璃，照射灯组3发出的热辐射可透过高真空工艺腔1顶面12进入 高真空工艺腔1内。照射灯组3上连接功率控制装置，用于控制照射灯组热辐射形成的温 度达到预设温度值。高真空工艺腔1连接初级泵4及高真空泵5。首先通过初级泵4去除 高真空泵5及高真空工艺腔1内的空气，使工艺腔内达到初级真空，接下来高真空泵5使高 真空工艺腔1成为气压小于等于10_7托的高真空环境。作为本发明的一种实施例，高真空 泵5采用冷凝泵。承载加热装置2还可设置温度控制装置以测量控制其加热的温度，使得 对晶圆的加热温度维持在期望值。使用图1所示的高真空排气装置所进行的晶圆表面排气方法步骤如下将晶圆11置入高真空工艺腔1内，对晶圆11进行加热。对晶圆11进行加热的步骤包括在高真空工艺腔1内将晶圆11正面朝上置于承 载加热装置2之上，此时，晶圆的背面与承载加热装置2相接触。启动承载加热装置2对晶 圆背面进行加热，与此同时通过高真空工艺腔1上的照射灯组3产生的热辐射对高真空工 艺腔1内的晶圆正面进行加热。对晶圆11的加热需达到可使晶圆表面的有机物残留及湿 气充分蒸发的预设温度。通过实验确定达到预设温度条件时照射灯组3的功率，通过照射 灯组3上连接的功率控制装置控制照射灯组3热辐射形成的温度达到预设温度值。承载加 热装置2上安装有温度控制装置，通过温度控制装置测量承载加热装置2的温度并控制承 载加热装置2同样达到该预设温度值。照射灯组3与承载加热装置2对晶圆11同时加热 且加热至同样温度，一方面可使晶圆11充分地受热，另一方面也防止了晶圆11因单面受热 而开裂。通过对晶圆11的持续加热，晶圆11表面的水汽、反应气体以及其他有机杂质蒸发 为气体。在对晶圆11进行加热的同时，冷凝泵5也同时工作，蒸发的气体被冷凝泵5冷却、 浓缩和吸附，使高真空工艺腔1内保持为气压小于等于10_7托的高真空环境。由于冷凝泵 的工作原理是通过低温阵列界面将气体分子凝结为固体从而实现对气体的收集，其具备极 高的气体产量，有很高的蒸汽排气速度，并且非常洁净，没有需曝露在真空环境中的油或运 动部件，对于本发明方法实施过程中高真空工艺腔内蒸发产生的各种气体的吸附收集具有 非常好的效果，因而本发明方法实施过程中优选采用冷凝泵维持高真空工艺腔内的高真空 环境。在对晶圆11的排气过程中，加热需达到的预设温度以及加热的时间根据不同晶 圆进行不同的设定。晶圆11在持续进行的由冷凝泵排气的高真空工艺腔1内完成预设温 度及预设时间的加热即完成对特定晶圆11的表面排气工作。请参阅图2，图2为集成了图1所示的高真空排气装置的多工艺腔集成设备的结构
5示意图。如图2所示，图1所示的高真空排气装置的工艺腔1与多个进行其它工艺的工艺 腔6通过晶圆传送系统7串接在中央传送腔8的四周。中央传送腔8为真空腔体，通过真 空锁9将整个腔体与外界隔离。晶圆传送系统7通常为机械臂，在真空条件下将晶圆从一 个工艺腔传送至另一工艺腔，避免晶圆表面产生氧化及污染。每个工艺腔通过隔离阀10连 接至中央传送腔8，隔离阀10的存在避免了不同工艺腔之间产生交互污染。完成了上述高真空排气装置内的晶圆表面排气后，晶圆11由晶圆传送系统7送入 对其进行下一工艺的工艺腔6内。若完成晶圆11表面的排气后，进行下一工艺的工艺腔6 尚未准备好，晶圆11可在高真空工艺腔1内等待，由于高真空工艺腔1始终保持为气压小 于10_7托的高真空环境，晶圆11在高真空工艺腔1内等待的过程中其表面不会再次吸附到 水汽及其他气体，不会对晶圆11产生二次污染，影响下一工艺的进行。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
一种去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，包括以下步骤将晶圆置入预先形成高真空环境的工艺腔内；在保持工艺腔内为高真空环境的条件下，对晶圆的正反面同时进行加热。
2.如权利要求1所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，所述工 艺腔连接至初级泵及高真空泵，所述形成高真空环境的步骤包括首先通过初级泵去除所 述高真空泵及所述工艺腔内的大部分空气，其次通过所述高真空泵进一步去除所述工艺腔 内的空气，使所述工艺腔内形成高真空环境。
3.如权利要求1所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，对所述 晶圆的正反面加热至同样的预设温度，使晶圆表面的有机物残留及湿气蒸发。
4.如权利要求1或者3所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，采 用在所述工艺腔内设置的承载加热装置对晶圆的一面进行加热，采用在所述工艺腔外的顶 面上安装的照射灯组对所述晶圆的另一面进行加热。
5.如权利要求4所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，所述工 艺腔的顶面的材质采用石英玻璃。
6.如权利要求4所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，通过安 装在所述承载加热装置上的温度控制装置测量所述承载加热装置的温度并控制所述承载 加热装置达到预设温度。
7.如权利要求4所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，通过安 装在所述照射灯组上的功率控制装置控制照射灯组热辐射形成的温度达到预设温度。
8.如权利要求2所述的去除硅片表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，所述高 真空泵采用冷凝泵。
9.如权利要求1或者2所述的去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，其特征在于，所 述高真空环境是指工艺腔内的气压小于等于10_7Torr。
全文摘要
本发明提供一种去除晶圆表面有机物残留及湿气的方法，包括以下步骤将晶圆置入高真空工艺腔内；对晶圆的正反面同时进行加热；同时，抽取所述高真空工艺腔内的气体，使所述高真空工艺腔内始终保持为高真空环境。本发明方法中，同时对晶圆正反面进行加热，可使晶圆表面吸附的杂质得到充分的蒸发，使得晶圆表面的蒸发效率大大提高，并且避免了晶圆由于加热不均产生开裂。同时由于采用高真空泵对工艺腔内的气体进行抽取，使工艺腔保持在高真空的状态，工艺腔内晶圆表面蒸发出的气体被充分的吸收，避免了晶圆在工艺腔内的二次污染，使得晶圆表面的杂质能够最大限度的被排出。
文档编号H01L21/00GK101924012SQ20091005301
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者徐峰, 曾意哲, 李祥福 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司