在半导体制造业中，晶圆进行高温处理以改善其物理和化学性质。在这个过程中，为确保晶圆在热处理过程中不受污染，通常需要在高度洁净的环境中进行操作。洁净室通过安装高效过滤系统、控制气流以及采用防静电、无缝、易清洁的材料等措施，将空气中的尘埃粒子数量控制在极低的范围内。晶圆热处理对洁净度的要求不仅体现在空气中尘埃粒子的控制上，还包括对微生物、化学物质等其他污染源的严格控制。这些措施的实施旨在确保晶圆表面的洁净度，从而提高半导体器件的性能和可靠性，满足现代电子工业对高质量、高可靠性产品的需求。

一、晶圆热处理的目的

1、消除应力：在晶圆制造过程中，由于各种工艺操作（如切割、研磨、蚀刻等）以及材料本身的性质，晶圆内部可能会产生应力。这些应力如果不加以消除，可能会影响后续工艺步骤的精度和可靠性，甚至导致晶圆在后续加工中破裂。热处理的一个主要目的就是消除这些应力，提高晶圆的稳定性和可靠性。
2、优化晶体结构：晶圆上的晶体结构对半导体器件的性能有着至关重要的影响。通过热处理，可以促进晶体的生长和优化，改善晶体的质量和完整性。这有助于提高半导体器件的导电性、耐热性和其他关键性能。
3、改善材料性能：热处理还可以改变晶圆材料的物理和化学性质，如改变其电阻率、载流子浓度和迁移率等。这些性质的改变可以进一步优化半导体器件的性能，满足特定的应用需求。
4、为后续工艺做准备：晶圆热处理还可以为后续工艺步骤（如光刻、离子注入、金属化等）做好准备。通过调整热处理参数，可以优化晶圆表面的粗糙度、清洁度和化学活性，从而提高后续工艺的效率和成品率。

二、晶圆热处理洁净度的工艺要求

1、洁净等级：晶圆热处理对洁净度的要求极高，一般要求在ISO 1级至ISO 7级不等，关键的生产过程甚至需要达到ISO 4级或更高等级。这意味着洁净室内的尘埃粒子数量必须控制在极低的范围内，以确保晶圆在热处理过程中不受污染。
2、微粒控制：为了维持洁净室内的洁净度，需要安装高效过滤系统，如HEPA和ULPA过滤器。这些过滤器能够持续去除空气中的尘埃和微生物，确保洁净室内的空气洁净度达到要求。这些过滤器的高效性能，使得它们能够捕捉到直径仅为0.1微米以上的微粒，从而有效防止晶圆被污染。
3、气流组织：洁净室内的气流组织也是确保洁净度的重要因素。通过合理的送风口和回风口布局，可以确保室内气流均匀、稳定，避免涡流和死角。这样可以有效控制尘埃粒子和微生物的悬浮和扩散，进一步保持洁净室内的洁净度。
4、温湿度控制：晶圆热处理过程中，洁净室的温度和湿度也需要精确控制。适宜的温度和湿度范围可以确保生产环境的稳定性，从而保证产品性能的稳定。
5、其他要求：除了上述洁净度要求外，晶圆热处理洁净室还应具备防静电、易清洁的地面和墙面材料，以及完善的密封性能和照明设施。为了降低人员携带污染物的风险，洁净室还应设置人员净化设施，如风淋室、换鞋间等。

3、适用的烘箱技术特性

1、高精度温控：烘箱的温控精度是衡量其性能优劣的关键指标之一。理想的烘箱应具备高精度PID主控仪，控温精度可达±0.1℃，以确保晶圆在退火过程中温度波动的最小化。
2、温度均匀性：为了确保晶圆各部分的退火效果一致，烘箱内部应设计合理的风道结构，如倒U型风道，结合可调导风板，使热空气充分对流，实现箱内温度的均匀分布。一般而言，烘箱在恒温空载状态下的温度均匀度应控制在±1.5℃（100℃时）至±5.0℃（350℃时）之间。
3、宽泛的温度范围：晶圆热处理工艺的温度范围通常较广，烘箱应具备宽泛的温度调节范围，以满足不同工艺需求。烘箱还应具备快速升温和降温的能力，以缩短退火周期，提高生产效率。
4、高洁净度：烘箱内部应采用进口H14耐高温高效过滤器，过滤率0.3μm粒子可达99.995%以上，确保烘箱内部洁净度达到Class 100或更高。烘箱外壳和工作室内壁应采用耐腐蚀、耐高温的材料，如A3冷轧钢板和SUS304#洁净不锈钢板，以减少污染物的产生和积累。
5、结构设计：烘箱的结构设计应充分考虑其使用环境和工艺需求。例如，为了降低烘箱内部热量的外传，提高能源利用效率，烘箱应设计有厚实的隔热层；烘箱的密封性对于保持内部洁净度和温度稳定至关重要；烘箱的搁板应具备可调高度和增减数量的功能，以适应不同尺寸和数量的晶圆退火需求。
6、安全保护：作为高温设备，烘箱的安全保护要求极为严格。应配备电器控制系统自带漏电电路器、控制线路保险丝、超温防止保护装置等安全设施，以确保设备的稳定运行和操作人员的安全。

晶圆热处理洁净度的工艺要求体现了半导体制造业对高质量、高效率的追求。通过严格控制洁净度、优化烘箱设计，可以确保晶圆在热处理过程中不受污染，从而提高产品的良率和可靠性。