專利名稱：一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及半導體行業中納米級光刻膠圖形的清洗技術領域，尤其是一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置及方法。
背景技術：
在半導體工藝中，清洗技術對于產品的質量、精度和成品率有很大的影響。傳統清洗方法多采用化學清洗和物理清洗，很難滿足半導體清洗工藝中對高潔凈度和安全環保的要求。為了解決傳統清洗帶來的問題，目前國外廣泛使用的清洗方法是紫外(UV)光清洗，它一方面能避免由于使用有機溶劑造成的污染，同時也能夠將清洗過程縮短。紫外光清洗技術是利用有機化合物的光敏氧化作用達到去除黏附在硅片表面上的有機物質，經過紫外光清洗后的材料表面可以達到“原子清潔度”。由于大多數碳氫化合物吸收UV光源后分解成離子、游離態原子、受激分子和中子，同時，空氣中的氧氣分子在吸收了紫外光后也會產生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解為原子氧和氧氣。其中原子氧是極活潑的，在它作用下，物體表面上的碳和碳氫化合物的分解物可化合成可揮發的氣體、二氧化碳和水蒸氣等逸出表面，從而徹底清除了黏附在硅片表面上的碳和有機污染物。在微電子制造工藝中，隨著特征尺寸進一步減小進入22nm節點后,納米器件的制造出現了越來越多的問題。研究人員在實驗中發現，在硅片進行曝光顯影工藝后，微細線條和硅片上會有極難清除的殘留高分子聚合物，嚴重影響了進行下一步工藝的效果。目前為了避免這一現象的出現，通常通過嚴格控制工藝條件來避免高分子聚合物的出現。針對這一現象，已有的紫外線清洗裝置沒有對這一現象進行相關研究，所以在使用過程中，面臨著以下問題1)硅片清洗均勻性不好；2)臭氧濃度低，清洗效率不高；3)有臭氧泄露，對周圍環境和工作人員會產生不利影響；4)發熱溫度無法控制，對清洗速度無法控制。因此，需要研制出一種能夠克服以上缺點，有效對硅片進行清洗也能去除光刻產生高分子聚合物的清洗裝置成為CMOS工藝進入22/16/14nm節點后面臨的迫切任務。

發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置及方法，以徹底去除殘留在納米圖形上的高分子聚合物。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置，該裝置包括反應腔室I ;設置于腔室I內部頂端的紫外燈2 ;設置于腔室I內部用來固定待清洗硅片5的托盤4 ;設置于托盤4下方的加熱管3 ;設置于腔室I底部且連接于托盤4用來帶動托盤4轉動使硅片清洗均勻的電機6 ;以及反應腔室I外部的控制面板。上述方案中，所述反應腔室I為隔熱腔室，反應腔室I與該裝置的外殼之間使用石棉隔開。在所述反應腔室I的一側，設置有抽真空孔和充氧氣孔，抽真空孔通過抽真空導管與外部抽真空裝置連通，充氧氣孔通過充氧氣導管與外部氧源連通。所述反應腔室I提供了一個密閉的清洗空間，反應生成的雜質通過對該反應腔室I抽真空孔而排出；在使用該裝置對納米圖形進行紫外清洗時，是先通過抽真空孔將反應腔室I內部抽為真空，然后再通過充氧氣孔向反應腔室I內部充入氧氣。
上述方案中，所述紫外燈2用于提供清洗硅片的能量來源，采用一個或多個紫外燈管。若是采用多個紫外燈管，將該多個紫外燈管并排設置于反應腔室I內部的頂端。
上述方案中，所述托盤4連接于電機6，用于讓固定在托盤4上的待清洗硅片5在紫外燈2下旋轉,從而提高清洗的均勻性。所述托盤4的尺寸為2寸、4寸、8寸或12寸。
上述方案中，所述加熱管3用以控制待清洗硅片5表面的反應溫度，從而控制反應速率。所述加熱管3采用環形石英管，且該環形石英管與溫度控制裝置9相連，以控制反應腔室I內部的溫度。
上述方案中，在該控制面板上設置有溫度顯示窗口 7、定時裝置8、溫度控制裝置 9、紫外燈開關10及加熱管與電機開關11，其中溫度顯示窗口 7，用以顯示反應時反應腔室 I的溫度；定時裝置8，用于在設定的時間結束時啟動紫外燈開關10和加熱管與電機開關 11，關閉紫外燈2、加熱管3與電機6;溫度控制控制裝置9，用于設定反應腔室的溫度，通過與反應腔室內安裝的熱電偶測量得到的溫度相比較，如果達到設定溫度則關閉加熱管，如果低于設定溫度則打開加熱管進行加熱，從而實現對反應腔室I內溫度的控制；紫外燈開關10，用以控制紫外燈2的開關；加熱管與電機開關11，用以控制加熱管3和電機6的開啟和關閉。
為達到上述目的，本發明還提供了一種利用所述的裝置對納米圖形進行紫外清洗的方法，該方法包括步驟I:將帶有光刻膠圖形的硅片固定在紫外清洗裝置的托盤上；步驟2 :對裝置抽真空，待裝置抽真空結束后，向裝置中充入氧氣；步驟3 :打開電源開關并設置清洗溫度及時間；步驟4 :打開加熱管與電機，待反應腔室內達到設置的清洗溫度后，打開紫外燈，此時清洗時間開始計時；步驟5 :計時完成，清洗過程結束，取出硅片。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，與現有技術相比本發明的優點是
I、由于通入氧氣，提高了反應腔室的氧氣濃度，所以在紫外線照射下會產生密度更大的臭氧，進而能夠徹底去除殘留在納米圖形上的高分子聚合物；反應溫度和反應速度呈正相關，控制反應腔室溫度可以控制原子氧對于高分子聚合物的清洗程度；在承載硅片的托盤下裝有旋轉的電機，通過對硅片進行旋轉來進行加熱和紫外輻射，從而使硅片受到均勻的熱管加熱和紫外輻射，進而使清洗效果相對均勻。
2、如果將紫外清洗作為下一代半導體新型綠色清洗，不僅減少了有機溶劑的大量使用、保護了環境、降低對能源的消耗，而且符合ITRS的發展趨勢。因此無論從環保問題還是經濟效益來說，紫外清洗都有良好的發展和應用前景。同時本發明也為半導體22納米及以下工藝的清洗過程提供了一種前瞻性方法。


圖I是本發明提供的對納米圖形進行紫外清洗的裝置的結構示意圖。
圖2是利用圖I所述裝置對納米圖形進行紫外清洗的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、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。下面先介紹本發明的實現原理。在CMOS工藝進入22ns節點以后，尚沒有較好的方法去除膠在電子束光刻后出現的高分子聚合物，空氣中的氧氣分子在吸收了紫外光后也會產生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解為原子氧和氧氣，其中原子氧是極活潑的，在它作用下，納米圖形上由碳和碳氫化合物構成的高分子聚合物可被分解為可揮發的氣體。本發明通過控制紫外線的強度和照射時間以及控制硅片的表面溫度，從而在不損傷原光刻圖形的基礎上，對殘留在納米圖形上的高分子聚合物進行高效的清除。基于上述實現原理，圖I示出了本發明提供的對納米圖形進行紫外清洗的裝置的結構示意圖，該裝置包括反應腔室I、設置于腔室I內部頂端的紫外燈2、設置于腔室I內部用來固定待清洗硅片5的托盤4、設置于托盤4下方的加熱管3、設置于腔室I底部且連接于托盤4用來帶動托盤4轉動使硅片清洗均勻的電機6，以及反應腔室I外部的控制面板，在該控制面板上設置有溫度顯示窗口 7、定時裝置8、溫度控制裝置9、紫外燈開關10及加熱管與電機開關11。其中，反應腔室I為隔熱腔室，反應腔室I與該裝置的外殼之間使用石棉隔開。在反應腔室I的一側，設置有抽真空孔和充氧氣孔，抽真空孔通過抽真空導管與外部抽真空裝置連通，充氧氣孔通過充氧氣導管與外部氧源連通。反應腔室I提供了一個密閉的清洗空間，反應生成的雜質可以通過對該反應腔室I抽真空孔而排出。在利用本發明提供的該對納米圖形進行紫外清洗的裝置對納米圖形進行紫外清洗時，需要先通過抽真空孔將反應腔室I內部抽為真空，然后再通過充氧氣孔向反應腔室I內部充入氧氣。在該控制面板上設置有溫度顯示窗口 7、定時裝置8、溫度控制裝置9、紫外燈開關10及加熱管與電機開關11，其中溫度顯示窗口 7，用以顯示反應時反應腔室I的溫度；定時裝置8，用于在設定的時間結束時啟動紫外燈開關10和加熱管與電機開關11，關閉紫外燈2、加熱管3與電機6 ;溫度控制控制裝置9，用于設定反應腔室的溫度，通過與反應腔室內安裝的熱電偶測量得到的溫度相比較，如果達到設定溫度則關閉加熱管，如果低于設定溫度則打開加熱管進行加熱，從而實現對反應腔室I內溫度的控制；紫外燈開關10，用以控制紫外燈2的開關；加熱管與電機開關11，用以控制加熱管3和電機6的開啟和關閉。紫外燈2提供了清洗硅片的能量來源。托盤4連接于電機6，用于讓固定在托盤4上的待清洗硅片5在紫外燈2下旋轉，從而提高清洗的均勻性。加熱管3用以控制待清洗硅片5表面的反應溫度，從而控制反應速率。紫外燈2可以采用一個或多個紫外燈管，若是采用多個紫外燈管，可將該多個紫外燈管并排設置于反應腔室I內部的頂端。托盤4與反應腔室I底部的電機6相連接，且托盤4的尺寸可以為2寸、4寸、8寸或12寸等。加熱管3可以采用環形石英管，且該環形石英管與溫度控制裝置9相連，以控制反應腔室I內部的溫度。基于圖I所示的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，下面進一步說明本發明利用該裝置對納米圖形進行紫外清洗的方法，該方法包括以下步驟
步驟I :將帶有光刻膠圖形的硅片固定在紫外清洗裝置的托盤上；
步驟2 :對裝置抽真空，待裝置抽真空結束后，向裝置中充入氧氣；
步驟3 :打開電源開關并設置清洗溫度及時間；
步驟4:打開加熱管與電機，待反應腔室內達到設置的清洗溫度后，打開紫外燈， 此時清洗時間開始計時；
步驟5 :計時完成，清洗過程結束，取出硅片。在步驟5中，計時時間，即紫外燈開啟時間，視具體清洗材料而定，以徹底清除為止。
在本發明中，空氣中的氧氣分子在吸收了紫外光后會產生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解為原子氧和氧氣，其中原子氧是極活潑的，在它作用下，納米圖形上由碳和碳氫化合物構成的高分子聚合物可被分解為可揮發的氣體。本發明通過控制紫外線的強度和照射時間以及控制硅片的表面溫度，從而在不損傷原光刻圖形的基礎上， 對殘留在納米圖形上的高分子聚合物進行高效的清除，能夠徹底去除殘留在納米圖形上的高分子聚合物。
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
1.一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，該裝置包括 反應腔室⑴； 設置于腔室(I)內部頂端的紫外燈(2); 設置于腔室(I)內部用來固定待清洗硅片(5)的托盤(4)； 設置于托盤⑷下方的加熱管⑶； 設置于腔室(I)底部且連接于托盤(4)用來帶動托盤(4)轉動使硅片清洗均勻的電機(6);以及 反應腔室(I)外部的控制面板。
2.根據權利要求I所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述反應腔室(I)為隔熱腔室，反應腔室(I)與該裝置的外殼之間使用石棉隔開。
3.根據權利要求2所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，在所述反應腔室(I)的一側，設置有抽真空孔和充氧氣孔，抽真空孔通過抽真空導管與外部抽真空裝置連通，充氧氣孔通過充氧氣導管與外部氧源連通。
4.根據權利要求3所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述反應腔室(I)提供了一個密閉的清洗空間，反應生成的雜質通過對該反應腔室(I)抽真空孔而排出；在使用該裝置對納米圖形進行紫外清洗時，是先通過抽真空孔將反應腔室(I)內部抽為真空，然后再通過充氧氣孔向反應腔室(I)內部充入氧氣。
5.根據權利要求I所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述紫外燈(2)用于提供清洗硅片的能量來源，采用一個或多個紫外燈管。
6.根據權利要求5所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，若是采用多個紫外燈管，將該多個紫外燈管并排設置于反應腔室(I)內部的頂端。
7.根據權利要求I所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述托盤(4)連接于電機￠)，用于讓固定在托盤(4)上的待清洗硅片(5)在紫外燈(2)下旋轉，從而提高清洗的均勻性。
8.根據權利要求7所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述托盤(4)的尺寸為2寸、4寸、8寸或12寸。
9.根據權利要求I所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述加熱管(3)用以控制待清洗硅片(5)表面的反應溫度，從而控制反應速率。
10.根據權利要求9所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，所述加熱管(3)采用環形石英管，且該環形石英管與溫度控制裝置(9)相連，以控制反應腔室(I)內部的溫度。
11.根據權利要求I所述的對納米圖形進行紫外清洗的裝置，其特征在于，在該控制面板上設置有溫度顯示窗口(7)、定時裝置(8)、溫度控制裝置(9)、紫外燈開關(10)及加熱管與電機開關(11)，其中 溫度顯示窗口(7)，用以顯示反應時反應腔室(I)的溫度； 定時裝置(8)，用于在設定的時間結束時啟動紫外燈開關(10)和加熱管與電機開關(11)，關閉紫外燈(2)、加熱管(3)與電機(6)； 溫度控制控制裝置(9)，用于設定反應腔室的溫度，通過與反應腔室內安裝的熱電偶測量得到的溫度相比較，如果達到設定溫度則關閉加熱管，如果低于設定溫度則打開加熱管進行加熱，從而實現對反應腔室(I)內溫度的控制； 紫外燈開關(10)，用以控制紫外燈⑵的開關； 加熱管與電機開關(11)，用以控制加熱管⑶和電機(6)的開啟和關閉。
12.一種利用權利要求I至11中任一項所述的裝置對納米圖形進行紫外清洗的方法，其特征在于，該方法包括 步驟I :將帶有光刻膠圖形的硅片固定在紫外清洗裝置的托盤上； 步驟2 :對裝置抽真空，待裝置抽真空結束后，向裝置中充入氧氣； 步驟3 :打開電源開關并設置清洗溫度及時間； 步驟4:打開加熱管與電機，待反應腔室內達到設置的清洗溫度后，打開紫外燈，此時清洗時間開始計時； 步驟5 :計時完成，清洗過程結束，取出硅片。
全文摘要
本發明公開了一種對納米圖形進行紫外清洗的裝置及方法，該裝置包括反應腔室(1)；設置于腔室內部頂端的紫外燈(2)；設置于腔室內部用來固定待清洗硅片(5)的托盤(4)；設置于托盤下方的加熱管(3)；設置于腔室底部且連接于托盤用來帶動托盤轉動使硅片清洗均勻的電機(6)；以及反應腔室外部的控制面板。利用本發明，由于通入氧氣，提高了反應腔室的氧氣濃度，在紫外線照射下會產生密度更大的臭氧，因此能夠徹底去除殘留在納米圖形上的高分子聚合物；在承載硅片的托盤下裝有旋轉的電機，通過對硅片進行旋轉來進行加熱和紫外輻射，從而使硅片受到均勻的熱管加熱和紫外輻射，進而使清洗效果相對均勻。
文檔編號B08B7/00GK102974573SQ201210551939
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者趙士瑞, 景玉鵬, 于明巖, 郭曉龍, 徐昕偉 申請人:中國科學院微電子研究所