一種半導體干燥裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及半導體【技術領域】，尤其涉及一種半導體干燥裝置。所述干燥裝置，包括：腔室；石英裝置，設置于所述腔室內，用于盛載待測硅片；GHz電磁波發生裝置，設置于所述腔室內，用于產生交變電場對所述待測硅片進行加熱，并且使石英裝置中去離子水的溫度升高，直到所述待測硅片上的水分完全蒸發。本發明還提供一種半導體干燥方法。本發明采用了GHz電磁波發生裝置，GHz電磁波發生裝置產生的電磁波可以使水進入一種動能的高蓄積狀態，從而打破水分子團簇結構，消除水的表面張力，所以解決了微細結構的納米圖形在干燥過程中發生的斷裂、倒伏或粘連等問題。
【專利說明】一種半導體干燥裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，尤其涉及一種半導體干燥裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在微電子器件的制造過程中，隨著特征尺寸的進一步減小和結構復雜程度的進一步提高，納米器件結構的塌陷已成為日益嚴重的問題。結構塌陷的原因有很多，例如受到外界力的作用、結構自身的應力、較弱的結構材料以及干燥過程中的表面張力等。排除其它因素，干燥過程就成了非常關鍵的步驟。
[0003]以水為主要溶劑清洗之后的器件在傳統的干燥方法中，其機械性結構較弱的部分及高深寬比的光刻膠圖形會遭到破壞。表面張力是器件在濕法腐蝕后干燥過程中實際存在的一個問題，因為在干燥過程中，溶液的表面張力會把柔順的結構拉向襯底。當干燥過程完成以后，該結構和襯底就會牢固地粘在一起，這是導致納米器件結構的塌陷及器件失效的主要原因之一。例如，在傳統的離心甩干機干燥過程中，需要消耗大量的去離子水，且是在甩干的過程中，水的表面張力對微細的光刻膠結構造成破壞，并且耗電量大。還有傳統的甩干或氮氣槍吹干，都會給22nm乃至16nm以下圖形造成結構上的破壞，目前為止沒有一種良好的干燥方法來干燥22nm節點以下的微細線條。
[0004]為了解決納米級光刻膠圖形所遇到的干燥難題，很多專家學者提出了不同的解決方法，比如:臨界點干燥法，即利用超臨界二氧化碳對器件進行清洗和干燥；冷凍-升華法；向水基溶劑中添加表面活性劑的方法等。但是當圖形尺寸達到22nm及以下技術節點時，以上方法均不可避免的會造成納米圖形的斷裂、倒伏或粘連。
【發明內容】
[0005]本發明實施例的目的在于提供一種半導體干燥裝置及方法，打破器件表面水分子團簇結構，消除水的表面張力，解決了微細結構的納米圖形在干燥過程中發生的斷裂、倒伏或粘連問題。
[0006]為了達到上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下:
[0007]一種半導體干燥裝置，包括:
[0008]腔室；
[0009]石英裝置，設置于所述腔室內，用于盛載待測硅片；
[0010]GHz電磁波發生裝置，設置于所述腔室內，用于產生交變電場對所述待測硅片進行加熱，并且使石英裝置中去離子水的溫度升高，直到所述待測硅片上的水分完全蒸發。
[0011]進一步的，所述石英裝置包括:
[0012]石英槽，用于盛載待測硅片；
[0013]石英蓋，覆蓋在所述石英槽上。
[0014]進一步的，所述石英蓋上設有孔，用于電磁波加熱時所述石英裝置內水蒸氣的蒸發。
[0015]進一步的，所述干燥裝置還包括:
[0016]真空抽水裝置，設置于所述腔室外，并與所述石英裝置通過塑料軟管相連通，用于將所述石英裝置中的去離子水抽出。
[0017]進一步的，所述干燥裝置還包括:
[0018]金屬轉盤，設置在所述腔室的內壁上；
[0019]電機，設置在所述腔室外，用于驅動所述金屬轉盤旋轉。
[0020]進一步的，所述干燥裝置還包括:
[0021 ] 黃色光源，設置在所述腔室內，用于給所述腔室提供黃色光源。
[0022]進一步的，所述黃色光源為黃色熒光燈。
[0023]進一步的，所述干燥裝置還包括:
[0024]控制面板，設置于所述腔室外；所述控制面板上設有時間顯示裝置、時間設置旋鈕和電機轉速設置旋鈕，其中，所述時間顯示裝置用于顯示干燥所設定的時間，所述時間設置旋鈕用于設置干燥時間，所述電機轉速設置旋鈕用于設置所述電機轉速。
[0025]一種半導體干燥方法，包括如下步驟:
[0026]步驟110，將待測硅片放入石英裝置中顯影，所述石英裝置中盛有顯影液；
[0027]步驟120，顯影完畢后，用去離子水置換掉所述石英裝置中的顯影液；
[0028]步驟130，將置換后的盛有所述待測硅片的所述石英裝置放入干燥裝置的腔室中，利用干燥裝置中GHz電磁波發生裝置產生的交變電場對所述待測硅片進行加熱；
[0029]步驟140，在所述石英裝置中的去離子水達到沸點進入動能高蓄積態時，通過設置在所述腔室外的真空抽水裝置將所述石英裝置中的去離子水抽出，并繼續利用所述干燥裝置中的交變電場對所述待測硅片進行加熱；
[0030]步驟150，待所述待測硅片上的水分完全蒸發，干燥完畢，取出所述待測硅片。
[0031]進一步的，所述步驟130和所述步驟140中的所述交變電場的頻率為2?100GHz。
[0032]進一步的，所述步驟140中對所述待測硅片進行加熱，加熱時間不超過30秒。
[0033]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0034]本發明的干燥裝置采用了 GHz電磁波發生裝置，電磁波可以使水進入一種動能的高蓄積狀態，從而打破水分子團簇結構，消除水的表面張力，所以解決了微細結構的納米圖形在干燥過程中發生的斷裂、倒伏或粘連等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本發明實施例提供的半導體干燥裝置的結構示意圖；
[0036]圖2是本發明實施例中水分子在交變電場中的運動情況的示意圖；
[0037]圖3是本發明實施例提供的半導體干燥方法的流程圖；
[0038]圖4是利用本發明實施例提供的半導體干燥裝置干燥寬度為14.9nm的HSQ膠線條的電鏡掃描照片；
[0039]圖5是利用本發明實施例提供的半導體干燥裝置干燥直徑20nmX間隔20nmX高度260nm的光刻膠點陣的電鏡掃描照片；
[0040]圖6是利用本發明實施例提供的半導體干燥裝置干燥寬度為32.9nm的HSQ膠線條的電鏡掃描照片；
[0041]圖7是利用本發明實施例提供的半導體干燥裝置干燥尺寸為21.8nmX 17.9nm的光刻膠格柵的電鏡掃描照片。
【具體實施方式】
[0042]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0043]如圖1所示，本發明實施例提供一種半導體干燥裝置，所述裝置包括腔室3 ;石英裝置4，設置于腔室3內，用于盛載待測硅片5 ;GHz電磁波發生裝置11，設置于腔室3內，用于產生交變電場對待測硅片5進行加熱，并且使石英裝置4中去離子水的溫度升高，直到待測硅片5上的水分完全蒸發。具體來說，石英裝置4包括石英槽和石英蓋；其中，石英槽用于盛載待測硅片；石英蓋，覆蓋在所述石英槽上。石英蓋上還設有直徑約為15mm的孔，便于電磁波加熱時石英裝置4內水蒸氣的蒸發。
[0044]本發明實施例提供的干燥裝置中采用了 GHz電磁波發生裝置11對待測硅片5進行干燥，其原理如圖2所示。圖2為水分子在交變電場中的運動情況的示意圖。水屬于極性分子，極性分子在沒有外加電場時不顯示極性。在外加交變電場的條件下，水分子會沿著電場力的方向形成有序排列，即水分子會在外加交變電場下迅速極化，且外加交變電場越強，極化作用也越強；外加交變電場的頻率越高，水分子反復轉向的極化也就越快。此時，分子熱運動的動能增大，也就是熱量增加，水的溫度也隨之升高，實現了電磁能向熱能的轉換。因此，水分子能夠吸收電磁波，將電磁波能量轉換成為熱量而吸收。隨著外加交變電場方向不斷改變，水分子的極性也隨之不斷翻轉，最終在交變電場中，快速旋轉，動能增加，從液態快速升溫汽化，避免氣液界面的產生，達到良好的干燥效果，實現無損傷干燥。
[0045]進一步的，本發明實施例提供的半導體干燥裝置還包括設置在腔室3外的真空抽水裝置I。具體地，所述真空抽水裝置I的一端與真空裝置連接，真空抽水裝置I的另一端通過塑料軟管2連通石英裝置4，在石英裝置4中的去離子水達到沸點進入動能高蓄積態時，真空抽水裝置I將石英裝置4中的去離子水抽出，以縮短水分蒸發時間。
[0046]進一步的，本發明實施例提供的半導體干燥裝置還包括金屬轉盤9和電機10。具體地，金屬轉盤9設置在腔室3的內壁上，并與設置在腔室3外的電機相連接，金屬轉盤9在電機10的驅動下旋轉。金屬轉盤9上不放置任何物體，用于在旋轉時打散駐波，使得待測硅片5加熱均勻，不發生碎裂。本實施例使用金屬轉盤9防止待測硅片發生碎裂的原理如下:GHz電磁波以頻率為2.45GHz為例，其波長為12.23cm，在半波長處產生駐波，如果待測硅片5的某一部分恰好位于半波長處，則使得待測硅片5局部的溫度升高，導致待測硅片碎裂；而由于金屬是不吸收電磁波的，所以加入金屬轉盤9后，金屬轉盤9能夠反射電磁波，使電磁波不能在該干燥裝置內產生駐波，進而消除駐波影響。若該干燥裝置中沒有金屬轉盤，待測硅片在加熱一段時間后，極易發生碎裂。
[0047]進一步的，本發明實施例提供的半導體干燥裝置還包括黃色光源12，用于給腔室提供黃色光源，避免待測硅片5上的光刻膠圖形受到外界光源的影響。具體地，黃色光源12可以是黃色突光燈。
[0048]進一步的，本發明實施例提供的半導體干燥裝置還包括設置在腔室3外的控制面板。GHz電磁波發生裝置11和黃色光源12設置在控制面板后的腔室3內，控制面板上設置有時間顯示裝置6、時間設置旋鈕7和電機轉速設置旋鈕8，其中，時間顯示裝置6用于顯示干燥所設定的時間，時間設置旋鈕7用于設置干燥時間，電機轉速設置旋鈕8用于設置電機10的轉速。
[0049]基于圖1所示的GHz電磁波激發的半導體干燥裝置，下面進一步說明本發明實施例提供的半導體干燥方法，包括以下步驟:
[0050]步驟110:將硅片放入石英裝置中顯影，石英裝置中盛有顯影液；
[0051 ] 其中，石英裝置具有石英槽和石英蓋，石英槽用于盛載待干燥的硅片，石英蓋覆蓋于石英槽之上，且石英蓋上有直徑約為15mm的孔，便于加熱時水蒸汽的蒸發。
[0052]步驟120:顯影完畢后，用去離子水置換掉石英裝置中的顯影液；
[0053]步驟130:將置換后的盛有硅片的石英裝置放入圖1所示的干燥裝置的腔室中，利用干燥裝置中GHz電磁波發生裝置產生的交變電場對待測硅片進行加熱；
[0054]步驟140:在石英裝置中的去離子水達到沸點進入動能高蓄積態時，通過設置在腔室外的真空抽水裝置將石英裝置中的去離子水抽出，并繼續利用干燥裝置中的交變電場對待測硅片進行加熱；
[0055]步驟150:待待測硅片上的水分完全蒸發，干燥完畢，取出硅片。
[0056]進一步的，步驟130和步驟140中所述交變電場的頻率為2_100GHz，優選的是2-4GHZ。步驟140中對待測硅片進行加熱，是在真空抽水裝置抽水后，GHz電磁波發生裝置對待測硅片的加熱時間不超過30秒，水分即可完全蒸發。
[0057]下面利用本發明實施例提供的干燥裝置分別對寬度為14.9nm的HSQ膠線條、直徑20nmX間隔20nmX高度260nm的光刻膠點陣、寬度為32.9nm的HSQ膠線條和尺寸為21.8nmX 17.9nm的格柵進行GHz電磁波干燥,并對本發明實施例利用該干燥裝置實現的干燥方法進行詳細說明。
[0058]實施例1:GHz電磁波干燥寬度為14.9nm的HSQ膠線條
[0059]步驟1:將帶有光刻膠圖形的2、4或8硅片放入石英裝置中顯影，該石英裝置中有適用于HSQ膠的顯影液；
[0060]步驟2:顯影完畢后，用去離子水置換掉石英裝置中的顯影液；
[0061]步驟3:將置換后的盛有硅片的石英裝置放入圖1所示的干燥裝置的腔室中，利用該干燥裝置中的交變電場進行加熱，具體加熱原理為:水分子是極性分子，隨著交變電場的方向迅速變化，水分子的極性也隨之改變方向，當改變頻率越來越快，水分子開始高速旋轉，動能增加，分子團簇間不斷摩擦碰撞，熱能增加，水分子之間的化學鍵被破壞，水分蒸發，完成干燥；交變電場的頻率為2-lOOGHz，優選的是2-4GHz。
[0062]步驟4:在水達到沸點進入動能高蓄積態時，真空抽水裝置將石英裝置中的水抽出，以縮短水分蒸發時間，并繼續利用該干燥裝置中的交變電場進行加熱；交變電場的頻率為 2-1OOGHz，優選的是 2-4GHz。
[0063]步驟5:待硅片上的水分完全蒸發，干燥完畢，取出硅片。一般情況下，通過實驗驗證，真空抽水后，電磁波加熱時間不超過30s，水分即可完全蒸發。
[0064]圖4示出了依照實施例1利用該干燥裝置干燥寬度為14.9nm的HSQ膠線條的電鏡掃描照片。
[0065]利用本發明實施例提供的干燥裝置干燥直徑20nmX間隔20nmX高度260nm的光刻膠點陣、寬度為32.9nm的HSQ膠線條或尺寸為21.8nmX 17.9nm的光刻膠格柵的具體工藝與上述實施例1干燥寬度為14.9nm的HSQ膠線條的具體工藝是一致的，不再贅述。圖5示出了依照本發明實施例利用干燥裝置干燥直徑20nmX間隔20nmX高度260nm的光刻膠點陣的電鏡掃描照片，圖6示出了依照本發明實施例利用干燥裝置干燥寬度為32.9nm的HSQ膠線條的電鏡掃描照片，圖7示出了依照本發明實施例利用干燥裝置干燥尺寸為21.8nmX 17.9nm的光刻膠格柵的電鏡掃描照片。
[0066]本發明實施例提供的半導體干燥裝置設有GHz電磁波發生裝置，由于電磁波可以使水進入一種動能的高蓄積狀態，從而打破水分子團簇結構，消除水的表面張力，所以解決了微細結構的納米圖形在干燥過程中發生的斷裂、倒伏或粘連等問題。
[0067]本發明實施例提供的半導體干燥裝置不但可有效的解決干燥過程中結構塌陷的問題，還能提供干凈和干燥的器件，而且效率較高，干燥時間很短，耗能較少。
[0068]本發明實施例提供的半導體干燥方法，是用于對顯影之后微細結構的納米圖形進行干燥，能夠解決微細結構的納米圖形在干燥過程中發生的斷裂、倒伏或粘連等問題。本發明實施例適用于所有微細結構的納米圖形的干燥，尤其是對22/16/14nm尺寸的納米圖形或納米線條的干燥。
[0069]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種半導體干燥裝置，其特征在于，所述干燥裝置包括: 腔室； 石英裝置，設置于所述腔室內，用于盛載待測硅片； GHz電磁波發生裝置，設置于所述腔室內，用于產生交變電場對所述待測硅片進行加熱，并且使石英裝置中去離子水的溫度升高，直到所述待測硅片上的水分完全蒸發。
2.如權利要求1所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述石英裝置包括: 石英槽，用于盛載待測硅片； 石英蓋，覆蓋在所述石英槽上。
3.如權利要求2所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述石英蓋上設有孔，用于電磁波加熱時所述石英裝置內水蒸氣的蒸發。
4.如權利要求1所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述干燥裝置還包括: 真空抽水裝置，設置于所述腔室外，并與所述石英裝置通過塑料軟管相連通，用于將所述石英裝置中的去離子水抽出。
5.如權利要求1所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述干燥裝置還包括: 金屬轉盤，設置在所述腔室的內壁上； 電機，設置在所述腔室外，用于驅動所述金屬轉盤旋轉。
6.如權利要求1所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述干燥裝置還包括: 黃色光源，設置在所述腔室內，用于給所述腔室提供黃色光源。
7.如權利要求6所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述黃色光源為黃色熒光燈。
8.如權利要求5所述的半導體干燥裝置，其特征在于，所述干燥裝置還包括: 控制面板，設置于所述腔室外；所述控制面板上設有時間顯示裝置、時間設置旋鈕和電機轉速設置旋鈕，其中，所述時間顯示裝置用于顯示干燥所設定的時間，所述時間設置旋鈕用于設置干燥時間，所述電機轉速設置旋鈕用于設置所述電機轉速。
9.一種半導體干燥方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟110，將待測硅片放入石英裝置中顯影，所述石英裝置中盛有顯影液； 步驟120，顯影完畢后，用去離子水置換掉所述石英裝置中的顯影液； 步驟130，將置換后的盛有所述待測硅片的所述石英裝置放入干燥裝置的腔室中，利用干燥裝置中GHz電磁波發生裝置產生的交變電場對所述待測硅片進行加熱； 步驟140，在所述石英裝置中的去離子水達到沸點進入動能高蓄積態時，通過設置在所述腔室外的真空抽水裝置將所述石英裝置中的去離子水抽出，并繼續利用所述干燥裝置中的交變電場對所述待測硅片進行加熱； 步驟150，待所述待測硅片上的水分完全蒸發，干燥完畢，取出所述待測硅片。
10.如權利要求9所述的半導體干燥方法，其特征在于，所述步驟130和所述步驟140中的所述交變電場的頻率為2?100GHz。
11.如權利要求9所述的半導體干燥方法，其特征在于，所述步驟140中對所述待測硅片進行加熱，加熱時間不超過30秒。
【文檔編號】F26B23/08GK104347450SQ201310344323
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】徐昕偉, 景玉鵬, 郭曉龍, 于明巖, 趙士瑞 申請人:中國科學院微電子研究所