一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置及方法与流程

本发明涉及半导体制造，具体涉及一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置及方法。

背景技术：

1、在半导体晶圆制造过程中，单晶硅衬底抛光片的表面洁净度对后续的制程良率具有决定性的影响。由于抛光片在化学机械拋光和后续清洗过程中会接触大量的去离子水，因此在进入下一道工序之前，必须对其表面进行彻底的干燥处理，以去除所有的残留水分。

2、目前，半导体行业内针对单晶硅衬底抛光片的传统干燥工艺主要采用以下两种方式。一种是固定时间甩干工艺，利用离心力将晶圆表面的水滴甩离，但这种机械运动容易引入颗粒污染，且由于抛光片表面纳米级结构的复杂性，在边缘和密集微结构处往往存在离心死角，容易导致干燥不充分。另一种是固定时间工艺的马兰戈尼干燥，利用异丙醇在去离子水表面形成表面张力梯度将水分拉离晶圆表面，虽然干燥效果较好，但由于其工艺设定通常为固定时间控制，为了确保完全干燥，工艺往往会设置过长的安全余量，导致产能受限。更为关键的是，基于固定时间的控制无法应对由于环境波动、晶圆表面状态变化导致的水分残留，一旦在设定时间内水分干燥不充分，残留的水分会在硅片表面形成顽固的水迹异常，严重影响后续器件的电学性能。此外，传统的马兰戈尼干燥需要消耗大量的化学试剂异丙醇，不仅增加了生产成本，还伴随着废液处理和安全环保隐患。

3、因此，开发一种无需高浓度化学试剂、能够实现高效率干燥、同时能够实时、精确捕捉到干燥终点以防止干燥不充分和不必要时间浪费的动态干燥技术，是当前半导体硅片制造领域亟待解决的技术问题。为此，提出一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置及方法。

技术实现思路

1、本申请提供了一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置及方法，以至少解决现有技术中基于固定时间控制的干燥工艺无法实时监测水分状态、易产生水迹异常以及对化学试剂依赖度高的问题。

2、第一方面，本申请提供了一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置，包括：

3、干燥槽体，其内部具有密封容纳空间，所述容纳空间内固定设置有用于承载硅抛光片载具的支架，所述支架的材质对指定波长的红外光具有高透射率，所述指定波长为水分子的强吸收峰对应波长；

4、抽真空系统，与所述干燥槽体连通，用于将槽内压力降低至预设低压范围；

5、辅热供气机构，与所述干燥槽体连通，用于向槽内通入热氮气；

6、红外探测系统，包括分布于所述干燥槽体内至少三个空间位置的红外收发组件，各所述红外收发组件之间形成空间交叉的红外探测光路网格；

7、主控单元，分别与所述抽真空系统、所述辅热供气机构及所述红外探测系统电性连接，用于控制干燥流程并基于所述红外探测系统反馈的红外信号判定干燥终点。

8、可选地，每个所述红外收发组件均包括共用同一安装基座的一个红外发射器和一个红外探测器，在任一所述红外收发组件内，所述红外探测器用于接收其余位置处的红外收发组件所发射的红外信号。

9、可选地，所述红外发射器发射的红外光波长选自1450nm和1940nm中的至少一种，且带宽不大于20nm。

10、可选地，所述干燥槽体的内壁涂覆有红外吸收层。

11、可选地，所述支架的材质为红外级熔融石英，所述硅抛光片载具的材质为可溶性聚四氟乙烯。

12、第二方面，本申请提供了一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥方法，使用上述第一方面提供的动态低压真空干燥装置，包括以下步骤：

13、s1、将装载有硅抛光片的载具置入所述干燥槽体内并密封；

14、s2、启动所述抽真空系统对所述干燥槽体抽真空，同时通过所述辅热供气机构向槽内通入热氮气，使硅抛光片表面残留的水分在低压下汽化并被气流带离；

15、s3、在干燥过程中，启动所述红外探测系统，以轮流发射、多路接收的模式使各所述红外收发组件发射所述指定波长的红外光，红外光穿透所述载具与硅抛光片，所述主控单元通过检测接收端红外信号强度的衰减来动态监测槽内水分残留状态；

16、s4、当所述主控单元检测到红外信号强度在连续多个扫描周期内达到预设的干燥终点基准时，判定干燥完成并生成终点信号，所述干燥终点基准为在所述干燥槽体的空舱状态下预先标定；

17、s5、响应所述终点信号，停止抽真空，恢复槽内常压，取出干燥后的硅抛光片。

18、可选地，所述步骤s3中，所述指定波长处于水分子的强吸收峰波段，所述支架、所述载具与硅抛光片对该波长的红外光具有高透射率。

19、可选地，所述指定波长为1400nm~1500nm或1900nm~2000nm。

20、可选地，所述步骤s2中，所述预设低压范围为100pa～3000pa，所述热氮气的温度为40℃~80℃，且热氮气的通入流量小于抽气流量。

21、可选地，所述步骤s4中，所述干燥终点基准的标定方式为：

22、在所述干燥槽体处于完全干燥且未放置硅抛光片的空舱状态下，运行步骤s3中的红外探测，记录各接收路径的红外信号强度基准值

i

0；

23、在实际干燥过程中，当测得的红外信号强度

i连续50个扫描周期满足

i ≥0.995

i

0时，判定达到干燥终点。

24、相比于相关技术，本申请提供的具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置及方法至少具有以下技术效果：

25、通过抽真空系统将干燥槽体内压力降低至预设低压范围，使残留水分的沸点降低至接近常温，硅抛光片表面及载具缝隙处的液态水在低压下汽化，辅热供气机构向槽内通入热氮气为汽化潜热提供热量补偿并加速水蒸气排出，全程不依赖异丙醇等有机化学溶剂。在干燥过程中，分布于干燥槽体内至少三个空间位置的红外收发组件以轮流发射、多路接收的模式形成空间交叉的红外探测光路网格，发射指定波长的红外光穿透对应该波长具有高透射率的支架、载具与硅抛光片，接收端信号强度的衰减来源于光路上拦截到的水分子，实现对槽内水分残留状态的实时监测。

26、主控单元基于红外探测系统反馈的红外信号判定干燥终点，当红外信号强度在连续多个扫描周期内达到预设的干燥终点基准时触发终点信号，从物理机制上消除了因固定时间控制造成的干燥不充分隐患，避免无效的过度干燥时间，提升晶圆制程良率与产能。

27、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中给出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

1.一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的动态低压真空干燥装置，其特征在于，每个所述红外收发组件均包括共用同一安装基座的一个红外发射器和一个红外探测器，在任一所述红外收发组件内，所述红外探测器用于接收其余位置处的红外收发组件所发射的红外信号。

3.如权利要求2所述的动态低压真空干燥装置，其特征在于，所述红外发射器发射的红外光波长选自1450nm和1940nm中的至少一种，且带宽不大于20nm。

4.如权利要求1所述的动态低压真空干燥装置，其特征在于，所述干燥槽体的内壁涂覆有红外吸收层。

5.如权利要求1所述的动态低压真空干燥装置，其特征在于，所述支架的材质为红外级熔融石英，所述硅抛光片载具的材质为可溶性聚四氟乙烯。

6.一种具有水分干燥终点检测的动态低压真空干燥方法，使用如权利要求1-5任一项所述的动态低压真空干燥装置，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的动态低压真空干燥方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述指定波长处于水分子的强吸收峰波段，所述支架、所述载具与硅抛光片对该波长的红外光具有高透射率。

8.如权利要求7所述的动态低压真空干燥方法，其特征在于，所述指定波长为1400nm~1500nm或1900nm~2000nm。

9.如权利要求6所述的动态低压真空干燥方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述预设低压范围为100pa～3000pa，所述热氮气的温度为40℃~80℃，且热氮气的通入流量小于抽气流量。

10.如权利要求6所述的动态低压真空干燥方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述干燥终点基准的标定方式为：