一种晶圆干燥装置的制作方法

1.本实用新型属于晶圆后处理技术领域，具体而言，涉及一种晶圆干燥装置。


背景技术：

2.集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及集成电路设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序中的五大核心制程之一。
3.化学机械抛光（chemical mechanical polishing, cmp）是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。在晶圆制造过程中，晶圆表面会吸附颗粒或有机物等污染物而产生大量缺陷，需要后处理工艺去除这些缺陷。
4.如化学机械抛光中，会大量使用化学试剂及研磨剂，这在实现晶圆表面材料去除的同时，也带来了晶圆表面的污染。因此，在抛光后需要引入后处理工艺以去除晶圆表面的污染物。
5.后处理工艺通常包括清洗和干燥，以清洁晶圆表面，使其光滑洁净。清洗处理的晶圆表面会残留清洗液及水痕，需要进行干燥处理。晶圆干燥方式包括提拉干燥，其能够在一定程度上解决水痕问题。提拉干燥是将浸泡至清洗槽中晶圆提拉至液面以上的过程中，朝向三相交接线喷射干燥气体，以诱发马兰戈尼(marangoni)效应。
6.晶圆浸泡在清洗槽中，晶圆表面的一部分颗粒会脱落并残留于清洗槽内；长时间工作后累计残留的颗粒增多，依靠清洗槽的溢流并不能完全带走残留的颗粒。在提拉干燥过程中难免会有颗粒再次吸附在晶圆表面，造成晶圆的二次污染，降低晶圆干燥效果。


技术实现要素：

7.本实用新型实施例提供了一种晶圆干燥装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
8.本实用新型的实施例提供了一种晶圆干燥装置，包括：
9.壳体；
10.喷淋组件，设置于所述壳体，用于喷淋下移的晶圆；
11.干燥组件，水平邻接于所述喷淋组件，其朝向上移的晶圆喷射液体，并且朝向三相交界处喷射干燥气体，以诱导马兰戈尼效应；
12.支撑组件，安装于所述壳体，用于支撑晶圆并在第一定向与第二定向之间摆动以接收沿第一定向进入壳体的晶圆；
13.提升组件，用于将摆动至第二定向的晶圆移出壳体；
14.所述干燥组件包括第一构件、第二构件和间隔件，所述间隔件设置于第一构件与第二构件之间；所述第一构件与间隔件之间的下端部形成喷射液体的喷液口，所述第二构件与间隔件之间的下端部形成喷射干燥气体的喷气口，以朝向晶圆表面喷射流体。
15.在一些实施例中，所述干燥组件倾斜设置于晶圆的侧边，并且，其长度方向沿晶圆的半径方向延伸。
16.在一些实施例中，所述喷液口和喷气口沿干燥组件的长度方向延伸设置，喷液口和喷气口的长度大于晶圆的直径。
17.在一些实施例中，所述喷液口和喷气口朝向晶圆表面倾斜设置，所述喷液口与晶圆表面的夹角为第一夹角，所述喷气口与晶圆表面的夹角为第二夹角，所述第一夹角小于所述第二夹角。
18.在一些实施例中，所述第一夹角与第二夹角的差值为5-15
°
。
19.在一些实施例中，所述喷液口和喷气口为长条孔，所述喷液口的宽度小于所述喷气口的宽度。
20.在一些实施例中，所述第一构件的侧部配置有第一凹槽，所述第一凹槽与间隔件形成第一腔室，液体经由第一腔室和喷液口喷射至晶圆表面；所述第二构件的侧部配置有第二凹槽，所述第二凹槽与间隔件形成第二腔室，干燥气体经由第二腔室和喷气口喷射至晶圆表面。
21.在一些实施例中，所述间隔件与第一构件和/或第二构件之间配置有调节件，以调节喷液口和/或喷气口的宽度。
22.在一些实施例中，所述间隔件的下端部与所述干燥组件的下端面平齐；或者，所述间隔件延伸设置于所述干燥组件下端面的外侧。
23.在一些实施例中，所述干燥组件转动设置于晶圆的侧边，其能够绕连接点转动以调节喷射流体相对于晶圆表面的夹角。
24.在一些实施例中，所述支撑组件包括晶圆托架，所述晶圆托架位于壳体中；所述晶圆托架的竖向位置高于晶圆干燥过程中所述壳体盛接的液体的液面。
25.本实用新型的有益效果包括：
26.a. 在晶圆干燥过程中，无需浸泡晶圆，有效避免颗粒物因浸泡脱落而再次附着于晶圆表面；
27.b. 在壳体液面以上进行晶圆干燥处理，避免壳体中的液体对放片、交接及提升动作的影响，有效保证晶圆传输的稳定性；
28.c. 干燥组件的喷液口及喷气口集成设置，这有利于精简结构，降低晶圆干燥装置的占用空间；
29.d. 干燥组件通过第一构件、第二构件及间隔件组装成型，以形成喷液口及喷气口，能够通过提高第一构件、第二构件及间隔件的加工精度来保证喷液口及喷气口的相对角度，有效降低了晶圆干燥装置安装调试的难度，保证三相交界线控制的准确性，有利于充分诱发马兰戈尼效应，提高晶圆干燥的效果；
30.e. 干燥组件可配置调节件，而调节件可通过精密加工成型，有利于准确控制喷液口及喷气口的宽度。
附图说明
31.通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型的保护范围，其中：
32.图1是本实用新型一实施例提供的晶圆干燥装置的示意图；
33.图2是本实用新型一实施例提供的干燥组件设置于晶圆两侧的示意图；
34.图3是本实用新型一实施例提供的干燥组件的剖视图；
35.图4是本实用新型一实施例提供的干燥组件的示意图；
36.图5是本实用新型一实施例提供的干燥组件对应的喷射流体宽度的示意图；
37.图6是本实用新型一实施例提供的干燥组件设置于晶圆一侧的示意图；
38.图7是本实用新型一实施例提供的第一构件的示意图；
39.图8是本实用新型一实施例提供的第二构件的示意图；
40.图9是本实用新型一实施例提供的配置有调节件的干燥组件的剖视图；
41.图10是本实用新型一实施例提供的间隔件延伸至喷液口端面外侧的示意图；
42.图11是本实用新型一实施例提供的干燥组件通过调节座固定的示意图；
43.图12是本实用新型一实施例提供的使用晶圆干燥装置进行晶圆干燥的流程图。
具体实施方式
44.下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
45.本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
46.在本实用新型中，晶圆（wafer, w）也称基板（substrate），其含义和实际作用等同。
47.本实用新型涉及晶圆后处理工艺，几乎每道工序都涉及后处理，以获取表面没有颗粒、有机物、金属污染物及氧化物等污染物的晶圆。随着芯片制程的提高，对晶圆表面洁净度的要求也越来越严苛，颗粒物的数量需控制在50以内，甚至20以内。作为清洗工序的下序的干燥工序，如何避免或降低污染物的再次附着，成为本领域技术人员致力解决的技术问题。
48.图1是本实用新型一实施例提供的晶圆干燥装置100的示意图。晶圆干燥装置100包括：
49.壳体10，其为晶圆的上下移动提供空间；
50.喷淋组件20，其设置于壳体10的顶部，用于喷淋经过的晶圆；
51.干燥组件30，其水平邻接于喷淋组件10；干燥组件30朝向上移的晶圆喷射液体，并且朝向三相交界处喷射干燥气体，以诱导马兰戈尼效应，实现晶圆表面的干燥；
52.支撑组件40，安装于壳体10中，用于支撑晶圆并在第一定向与第二定向之间摆动以接收沿第一定向进入壳体的晶圆；
53.提升组件50，用于将摆动至第二定向的晶圆移出壳体10。
54.其中，第一定向为大致竖直方向，第二定向为相对于竖直平面朝向壳体10的内侧略微倾斜的方向。
55.图1中，壳体10为壳体结构，其底部汇聚晶圆干燥处理过程中形成的液体，并通过排泄口（未示出）定期排出。
56.喷淋组件20包括一对喷管，其匹配设置于壳体10顶部的第一端口。待干燥的晶圆经由第一端口进入壳体10时，喷淋组件20的喷管朝向晶圆表面喷射如diw的清洗液，以预先对晶圆表面进行清洁。
57.干燥组件30朝向晶圆表面喷射连续的液体和干燥气体，以形成水幕和气幕。在晶圆上移的过程中，利用马兰戈尼效应使晶圆表面的附着物按照与上移方向相反的方向从晶圆表面剥离，从而实现晶圆表面干燥。本实用新型中，三相是指液相、气相和固相，具体地，三相交界处是指喷射的液体、干燥气体与晶圆表面的交汇处。
58.图1中，支撑组件40包括晶圆托架41、转轴42和偏摆电机43。偏摆电机43的输出端通过转轴42连接于托架41；偏摆电机43能够顺时针和逆时针转动，以带动晶圆托架41在第一定向与第二定向之间摆动。
59.进一步地，提升组件50为直线模组，其能够与晶圆托架41配合实现晶圆的动态交互并带动晶圆向上移动。晶圆的动态交接和提升组件50带动晶圆向上移动的具体步骤，可参阅专利cn114001546a。
60.图1所示的实施例中，壳体10的顶面还设置有第二端口，所述第二端口与所述第一端口水平相邻排布。晶圆托架41的第一定向与壳体10的第一端口相对应，晶圆托架41的第二定向与壳体10的第二端口相对应。
61.晶圆干燥处理时，晶圆自第一端口进入壳体10，并放置于晶圆托架41；接着，偏摆电机43通过晶圆托架41带动晶圆朝向第二定向摆动；接着，支撑组件40与提升组件50实现晶圆的动态交接，再由提升组件50带动晶圆沿第二定向上移，并自壳体10的第二端口移出。其中，晶圆经由干燥组件30时，干燥组件30同时喷射液体和干燥气体，以在三相交界处诱发马兰戈尼效应，整体剥离晶圆表面的水膜，实现晶圆的表面干燥。
62.本实用新型提供的晶圆干燥装置摒弃了现有技术中浸泡式提拉干燥的方式，采用喷射流体的方式，既实现了晶圆表面的喷射清洗，又准确形成了三相交界线，解决了晶圆表面浸泡脱落的污染物再次附着形成二次污染的问题，同时充分诱导马兰戈尼效应，保证晶圆干燥效果。
63.图1示出的实施例中，晶圆干燥装置100的壳体10无需专门盛放用于浸泡晶圆的清洗液，而是用于盛接晶圆干燥过程中喷射的液体。同时，壳体10中的液面上限低于晶圆托架41的竖向设置位置，使得晶圆托架41由第一定向摆动至第二定向的过程中，不受壳体10中液体的干扰，保证晶圆托架41摆动的快捷性。
64.此外，晶圆的放置和晶圆的动态交接发生在壳体10的液面以上，即晶圆的移动都是发生在液面以上，这在一定程度上保证了晶圆干燥过程的稳定性。再者，提升组件50无需浸泡在液体中，这在一定程度上降低了干燥装置100中可移动部件的防护设置，有利于控制干燥装置100的加工成本。
65.图2是晶圆经由干燥组件30的示意图，干燥组件30倾斜设置于晶圆的两侧，以朝向晶圆表面喷射液体和干燥气体，利用马兰戈尼效应干燥晶圆表面。
66.图3是干燥组件30的剖视图，干燥组件30上配置有喷液口30a和喷气口30b。液体经由干燥组件30的喷液口30a喷射至晶圆表面，以清洁晶圆表面的颗粒物；干燥气体经由干燥组件30的喷气口30b喷射至三相交界处，以诱发马兰戈尼效应，剥离晶圆表面的水膜。
67.图4是干燥组件30的示意图，干燥组件30为长条状结构，其长度方向平行于晶圆所在平面；同时，图3示出的喷液口30a和喷气口30b沿干燥组件30的长度方向设置，使得经由喷液口30a和喷气口30b喷射的流体能够同时覆盖晶圆的直径方向。
68.图4中，干燥组件30的上端部配置有管路接口，所述管路接口位于干燥组件30的中间位置，以保证经由喷液口30a和喷气口30b的流体能够沿干燥组件30的长度方向喷射。为保证流体经由干燥组件30的喷液口30a和喷气口30b沿长度方向均匀喷射，需要控制喷液口30a和喷气口30b的宽度，如可以将喷液口30a和喷气口30b的宽度控制在0.01-0.15mm，以形成连续的水幕和气幕。
69.图5是干燥组件30喷射流体宽度的示意图，流体喷射区域30c使用剖面线表示。喷液口30a和喷气口30b的长度大于晶圆的直径，使得喷射流体能够覆盖整个晶圆的横向长度。喷液口30a和喷气口30b的长度需要根据晶圆干燥装置100的设置空间确定，优选地，喷液口30a和喷气口30b的长度较晶圆的直径大10-20%。在晶圆干燥过程中，可以灵活设置喷液口30a和喷气口30b形成的水幕和气幕的长度，以节约流体的使用量，控制晶圆干燥的成本。具体地，干燥组件30形成的水幕和气幕的长度要大于水幕和气幕投影于晶圆形成的弦长，如水幕和气幕的长度是所述弦长的1.15倍，以适当控制干燥所用流体的使用量。
70.图6是本实用新型一实施例提供的干燥组件30设置于晶圆一侧的示意图。干燥组件30朝向晶圆的所在平面倾斜设置，使得干燥组件30的喷液口30a和喷气口30b喷射的流体与晶圆表面存在一定的夹角，以充分诱发马兰戈尼效应，实现晶圆表面的干燥。
71.具体地，喷液口30a与晶圆表面的夹角为第一夹角α，即喷液口30a的中轴线与晶圆表面形成第一夹角α；相应地，喷气口30b与晶圆表面的夹角为第二夹角β，即喷气口30b与晶圆表面形成第二夹角β。
72.为了实现干燥组件30朝向三相交界处喷射干燥气体，以诱发马兰戈尼效应，所述第一夹角α应小于所述第二夹角β。优选地，第一夹角α与第二夹角β之间的差值为图3示出的θ，第一夹角α与第二夹角β之间的差值θ为5-15
°
。
73.图3和图4是本实用新型一实施例提供的喷射组件30的示意图。喷射组件30包括第一构件31、第二构件32和间隔件33，间隔件33设置于第一构件31与第二构件32之间；第一构件31与间隔件33之间的下端部形成喷液口30a，第二构件32与间隔件33之间的下端部形成喷气口30b。
74.图7是第一构件31的示意图，第一构件31的侧部配置有第一凹槽31a。第一凹槽31a为长条形结构，其与相邻的间隔件33的侧壁形成图3示出的第一腔室c1。图3中，喷液口30a连通于第一腔室c1与外部，液体经由第一腔室c1和喷液口30a喷射至晶圆表面，以形成朝向晶圆表面喷射的连续水流。
75.图3所示的实施例中，喷液口30a为长条孔，以将液体覆盖晶圆的直径方向。喷液口30a垂直于干燥组件30的端面设置，以匹配设置第二构件32而形成合适的喷气口30b。此外，喷液口30a垂直于干燥组件30的端面，以此为基准配置喷气口30b，这也有利于干燥组件30的倾斜角度的准确调整。
76.图8是第二构件32的示意图，第二构件32的侧部配置有第二凹槽32a。第二凹槽32a为长条形结构，其与相邻的间隔件33的侧壁形成图3示出的第二腔室c2。图3中，喷液口30a连通于第二腔室c2与外部，干燥气体如ipa/n2蒸汽经由第二腔室c2和喷气口30b喷射至三相交界处，以充分诱发马兰戈尼效应。
77.图3所示的实施例中，喷液口30a的宽度小于所述喷气口30b的宽度，以提高喷射液体的位置精度，准确控制三相交界线的位置，以充分诱导马兰戈尼效应，完整剥离晶圆表面的水膜，实现晶圆干燥。为了保证喷射的干燥气体能够沿喷气口30b形成连续的流体，需要严格控制喷气口30b的宽度。在一些实施例中，喷气口30b的宽度控制在0.02-0.1mm。
78.图9是本实用新型一实施例提供的干燥组件30的剖视图，干燥组件30还包括调节件34，调节件34为薄壁长条板结构。调节件34安装在间隔件33与第一构件31之间以及间隔件33与第二构件32之间，以调节喷液口30a和喷气口30b的宽度，适用于不同的后处理工艺。调节件34可以通过精磨、精车等方式加工成型，以准确控制调节件34的壁厚，如将调节件34加工成壁厚为0.005mm、0.001mm等尺寸，以精确调整喷液口30a和喷气口30b的宽度。
79.具体地，调节件34设置在间隔件33与第一构件31邻接处的上端，以及间隔件33与第二构件32邻接处的上端，实现喷液口30a和喷气口30b的宽度调节，同时减少调节件34对第一腔室c1和第二腔室c2的干扰，保证流体在第一腔室c1和第二腔室c2按照设定速度喷射。
80.作为图9实施例的一个变体，调节件34也可以仅设置在间隔件33与第一构件31之间或者间隔件33与第二构件32之间，单独调节相应的流体喷口的宽度。
81.图3和图9所示的实施例中，干燥组件30的间隔件33的下端部与干燥组件30的下端面平齐，间隔件33的侧壁能够起到引导流体的作用。
82.图10是图3所示干燥组件30的变体，间隔件33延伸设置于干燥组件30的下端面的外侧，以增强对喷射流体的引导效果，保证喷射流体按照设定角度喷射至晶圆的表面。如此设置干燥组件30，能够获取稳定的马兰戈尼效应，保证晶圆的干燥效果。
83.图11是本实用新型一实施例提供的干燥组件30设置于晶圆两侧的示意图。干燥组件30通过调节座60设置于晶圆的侧边。具体地，调节座60设置于壳体10（未示出）的端部，调节座60能够绕转动轴61沿设定轨道62摆动，以调节干燥组件30相对于晶圆的倾斜角度，实现调节喷液口30a和喷气口30b相对于晶圆喷射角度的调整，保证晶圆的马兰戈尼干燥效果。
84.晶圆提拉干燥过程中，晶圆沿第二定向倾斜向上移动，因此，位于晶圆两侧的干燥组件30相对于晶圆的倾斜角度不同。操作人员可以借助调节座60来调整干燥组件30的倾斜角度。
85.此外，作为图1所示晶圆干燥装置100的变体，壳体10顶部的第一端口也可以不配置喷淋组件20，在晶圆经由干燥组件30的过程中，利用喷液口30a喷射的流体实现晶圆表面的清洁。如此能够精简晶圆干燥装置100的配置，减少空间的占用。
86.下面简述使用上面所述的晶圆干燥装置进行晶圆后处理的具体步骤，其流程图，如图12所示。
87.s1，将晶圆经由喷淋组件20放置于第一定向的晶圆托架41；
88.具体地，晶圆搬运机械手将待干燥的晶圆放置于支撑组件40的晶圆托架41上，以
等待干燥处理；在经由喷淋组件20的过程中，喷嘴组件20朝向晶圆表面喷射清洗液。
89.s2，将晶圆托架41自第一定向摆动至第二定向，提升组件50带动摆动至第二定向的晶圆上移；
90.s3，晶圆经由干燥组件30时，其上的喷液口30a（图3示出）朝向晶圆喷射液体，并且其上的喷气口30b（图3示出）朝向三相交界处喷射干燥气体，以诱导马兰戈尼效应干燥晶圆。
91.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
92.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。