CN101992165B - 一种用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学液喷洒处理领域，具体是一种用于硅片和其它圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，通过处理半导体材质的圆片，从而进一步制备微电子器件。该装置设有处理腔、旋转与升降机构和盖板，处理腔具有径向设置的外层侧壁和内层侧壁，外层侧壁和内层侧壁形成双层中空结构，内层侧壁是由两层或两层以上收集圈堆积组成，收集圈均为中心开孔的凹形结构，收集圈底部开有排液口，相邻两层收集圈之间开有排气缝，在旋转与升降机构上放置圆形薄片状物体，盖板采用可移动式结构。本发明可以有效的防止酸雾和颗粒污染等问题，在喷洒不同的化学液时，旋转盘升降至相应不同的收集圈，不同的化学液分开收集，避免交叉污染。

Description

一种用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置

技术领域

本发明涉及化学液喷洒处理领域，具体是一种用于硅片和其它圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，通过处理半导体材质的圆片，从而进一步制备微电子器件。

背景技术

目前，包括微处理器、内存在内的许多微电子器件都是在具有半导体特性的材料圆片上做成。这些具有半导体特性的材料一般是硅、锗和其它化合物，其中应用最广的是硅。从最初的硅片，要通过包括清洗、刻蚀等湿化学在内的许多处理步骤，才能最终制成微电子器件。

多片旋转离心处理在制备半导体器件的某些步骤中已广泛使用，整个处理过程是在旋转离心处理单元中进行。该种单元一般包含反应圆腔和夹持多片硅片的旋转盘，多组喷头位于反应圆腔的侧壁，化学液、纯水或气体从喷头中喷出，喷洒到硅片表面。旋转盘夹持硅片在一定时间内高速旋转，高速旋转所产生的离心力使化学液均匀分布在硅片表面，或借助离心力去除化学液。旋转离心处理方法，还用来处理光罩、光盘和其它相似器件。

在进行旋转离心处理时，所喷洒的化学液一般都具有强腐蚀性，在处理结束时，硅片表面要具有较高的洁净度。因此，在进行旋转离心单元要进行防腐和防颗粒污染的设计，尤其要注意化学液喷洒过程中所产生的酸雾污染。长期的酸雾污染将会腐蚀处理单元内的电机、升降机构和其它易腐蚀部件，从而造成失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，该装置是单硅片旋转离心处理单元，通过排气和相应设计，可以有效的防止酸雾和颗粒污染等问题，从而在进行硅片处理时获得较好的结果。

本发明的技术方案是：

一种用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，该装置设有处理腔、旋转与升降机构和盖板，处理腔具有径向设置的外层侧壁和内层侧壁，外层侧壁和内层侧壁形成双层中空结构，内层侧壁是由两层或两层以上收集圈堆积组成，收集圈均为中心开孔的凹形结构，收集圈底部开有排液口，相邻两层收集圈之间开有排气缝，在旋转与升降机构上放置圆形薄片状物体，盖板置于处理腔顶部，采用可移动式结构。

所述的旋转与升降机构设有旋转盘、中空轴电机、转动轴、固定套管、转轴电机、丝杠和滑块，在处理腔的中央设有旋转盘，圆形薄片状物体放置于旋转盘上，中空轴电机通过转动轴与旋转盘底部连接，固定套管套在转动轴外侧，转轴电机的输出端连接丝杠，丝杠上装有滑块，中空轴电机通过滑块与电机丝杠相连。

所述的排液口与排液管相连通，外层侧壁上开有排气管，排气管与排气缝通过外层侧壁和内层侧壁形成的双层中空结构连通。

所述的外层侧壁上开有至少一个排气管。

所述的收集圈的底部开有至少一个排液口。

所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，在处理腔内还设有保护套管，保护套管由防酸可伸缩波纹状材料制成，保护套管上、下端分别与固定套管和底层收集圈紧密连接，使处理腔底部形成封闭的结构，整个旋转与升降机构在处理腔内的部分被保护套管所包裹。

所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，用于移动盖板的夹取机构设有夹持器、滑轨、电机，电机输出端通过连接件与夹持器的一端连接，夹持器的另一端连接滑轨，用于夹持盖板的滑轨为与盖板相对应的结构。

所述的夹持器内装有控制器，控制器控制滑轨收缩夹取盖板，滑轨舒张放下盖板。

所述的盖板中心设有可供喷嘴通过的开口。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明装置是针对微电子器件处理过程中具有强腐蚀性化学液体而设计，包括圆形处理腔、夹持硅片的旋转盘和电机旋转升降机构。圆形处理腔为径向为两层侧壁：内层侧壁和外层侧壁，轴向具有两层或两层以上液体收集圈。径向内层侧壁各层收集圈之间开有狭长的缝隙，径向外层侧壁具有一个或多个排气开口，内外层侧壁之间为中空结构。在圆形处理腔的中央有一个旋转盘，硅片放置于旋转盘上，夹持硅片的方式可采用气动方式或机械夹持。在旋转盘的下方是旋转升降机构，该机构可以使旋转盘旋转同时上下升降。在圆形处理腔内部，整个升降机构被可伸缩的防腐蚀材料所制成的套管所包围，圆形处理腔与伸缩套管形成一个封闭的环境，从而升降系统中的电机等不会被圆形处理腔内的酸雾所腐蚀。圆形处理腔的上方存在一个可移动式盖板，在取放硅片时打开，进行处理时关闭。

2、当硅片在旋转盘上高速旋转时，化学液喷洒到硅片表面，离心力在使化学液在硅片表面均匀分布的同时，也将其从硅片表面甩到圆形处理腔的内层侧壁的收集圈内。收集圈的底部开有1～10个排液口，收集圈的下沿存在向下倾斜的角度并与排液管相连通。从硅片表面甩到收集圈的液体在重力作用下向下滑落并最终从排液管流出。在每层收集圈的上方有排气缝。由于排气缝的外侧存在负压，化学液喷过程中所产生的酸雾将被排气缝所吸收。圆形处理腔的侧壁是径向双层中空结构。外层侧壁上开有1～4排气管，这几个排气管以各种方式最终与半导体处理工厂的总排气管相连。一般半导体工厂总排气管是通过负压方式吸取各种废气，圆形处理腔内层侧壁上各层收集圈之间开有排气缝，吸取喷洒化学时所产生的酸雾。内外层侧壁之间的中空结构还会起到气液分离的作用。少量由排气缝进入的液体在中空层中与酸雾分离降落，最后通过排液管排出。

3、本发明圆形处理腔内层侧壁上的收集圈在上下方向具有多层结构，旋转盘夹持硅片上下升降，在喷洒不同的化学液时对应不同的收集圈，避免化学液的交叉污染。例如：将旋转盘移到第一层收集圈位置，向硅片表面喷洒化学液，离心力将化学液甩到第一层收集圈内回收；再将旋转盘升至第二层收集圈位置，向硅片表面喷洒化学液，离心力将化学液甩到第二层收集圈内回收。同时，在下层收集圈位置喷洒较易产生酸雾的化学液，当旋转盘上升到上层收集圈位置，旋转盘将会遮挡住整个下层区域，防止酸雾向圆形处理腔外扩散。由于旋转盘与收集圈存在一定的缝隙，少量的化学液会放下滑落，但圆形处理腔的最下层是一个封闭结构，存留的化学液会沿最下方的排液管排出。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2A-图2B为本发明装置内不同位置喷洒化学液工作示意图。其中，图2A为喷洒化学液A；图2B为喷洒化学液B。

图3A-图3D为本发明装置上盖板开启过程示意图。

图中，1处理腔；2旋转与升降机构；3盖板；4硅片；5喷嘴；6化学液喷嘴；11外层侧壁；12排气管；13内层侧壁；14收集圈I；15收集圈II；16底层收集圈；17排液管I；18排液管II；19排液管III；20排气缝；21旋转盘；22中空轴电机；23转动轴；24转轴电机；25丝杠；26滑块；27固定套管；28保护套管；29箭头I；30箭头II；31区域；32箭头III；33箭头IV；34箭头V；41开口；42夹持器；43滑轨；44控制器；45电机；A化学液；B化学液。

具体实施方式

如图1所示，整个发明装置包括圆形处理腔1、硅片旋转与升降机构2和可移动盖板3，圆形处理腔1具有径向设置的外层侧壁11和内层侧壁13，外层侧壁11和内层侧壁13形成双层中空结构，内层侧壁是两层或两层以上具有相似形状的液体收集圈I 14、收集圈II 15和底层收集圈16堆积组成，收集圈I 14、收集圈II 15和底层收集圈16均为中心开孔的凹形结构，排液管I 17、排液管II 18和排液管III19分别位于收集圈I 14、收集圈II 15和底层收集圈16的底部，相邻两层收集圈之间开有排气缝20，外层侧壁11上开有排气管12，各层排气缝所吸收的酸雾最后通过外层侧壁和内层侧壁形成的双层中空结构，从排气管12排出。

旋转与升降机构2主要包括旋转盘21、中空轴电机22、转动轴23、固定套管27、转轴电机24、丝杠25和滑块26，在圆形处理腔的中央有一个旋转盘21，硅片4放置于旋转盘21上，中空轴电机22通过转动轴23与旋转盘21底部连接，转动轴23可带动旋转盘21高速旋转。固定套管27套在转动轴23外侧，可以使转动轴23保持垂直、使旋转盘保持水平。转轴电机24的输出端连接丝杠25，丝杠25上装有滑块26，中空轴电机22通过滑块26与丝杠25相连。当转轴电机24启动，丝杠25同时旋转，丝杠25旋转可使滑块26上下移动，滑块与其所有连接部件可上下直线移动，从而使包括旋转盘21在内的旋转系统在处理腔1内上下升降。

本发明中，收集圈I 14、收集圈II 15中心开孔的大小，以刚好通过旋转盘21为准(一般情况下，旋转盘21与收集圈I 14和收集圈II 15之间的缝隙要求在0.3～30毫米)；底层收集圈16中心开孔的大小，以刚好通过固定套管27为准(一般情况下，固定套管27与底层收集圈16的缝隙要求在0.3～30毫米)。

如图1、图2A和图2B所示，在圆形处理腔1内还设有保护套管28，保护套管28由防酸可伸缩波纹状材料(如聚四氟塑料)制成，形状呈锯齿状，通过锯齿形状的变化实现伸缩。保护套管28上、下端分别与固定套管27和底层收集圈16紧密连接，从而可以使处理腔1底部形成一个封闭的结构，整个旋转与升降机构在圆形处理腔内的部分被保护套管所包裹，同时可以沿上下方向伸缩，有效的保护转动轴和电机等易腐蚀部件。

如图2A所示，在化学液A喷洒时，盖板3置于圆形处理腔1顶部，将圆形处理腔1关闭，整个处理腔1形成一个封闭的系统，从而可以有效的防止酸雾扩散出圆形处理腔1。化学液A从喷嘴5喷洒至硅片4表面。旋转离心力使化学液A在硅片表面均匀分布，并将其甩至收集圈II 15内，收集圈II 15的下沿存在向下倾斜的角度并与排液管II 18相连，重力作用会使化学液A沿箭头I 29方向进入排液管II18内。由于收集圈I 14、收集圈II 15和底层收集圈16外侧区域31存在负压，化学液喷洒过程中所产生的酸雾会沿箭头II 30方向从排气缝20进入区域31，最终从排气管12排出处理腔1。

如图2B所示，当喷洒另一种化学液B时，旋转盘从收集圈II 15位置上升到收集圈I 14位置，离心旋转力将化学液B甩至收集圈I 14内，收集圈的下沿存在向下倾斜的角度并与排液管I 17相连，化学液B由于重力的作用沿箭头III32方向进入排液管I 17，所产生的酸雾沿箭头IV33方向进入区域31，最终也从排气管12排出处理腔1。同时，旋转盘在收集圈I 14位置可以对收集圈II 15和底层收集圈16等下层区域起到封闭作用，在喷洒强化学液A所可能产生的酸雾残留将会封闭在下层区域内，最终从箭头II30和箭头V34方向排出，不会向上扩散到其它区域。在同一处理腔内，化学液A和B的分层处理可以有效的防止交叉污染。

本发明中，盖板3是一种可移动式结构，用于移动盖板3的夹取机构主要包括夹持器42、滑轨43、控制器44、电机45等，电机45输出端通过连接件与夹持器42的一端连接，夹持器42可内装常规的控制器44，夹持器42的另一端连接滑轨43，用于夹持盖板3的滑轨43为与盖板3相对应的结构，通过控制器44控制滑轨43收缩夹取盖板3，滑轨3舒张则放下盖板3。另外，盖板3中心设开口41，开口41可供喷嘴5或化学液喷嘴6通过，进入圆形处理腔内，向圆形薄片状物体表面喷洒化学液。

盖板3在进行化学液喷洒处理时关闭，化学液喷嘴6从盖板中心的开口41进入腔体内部，实施药液喷洒，图3A～图3D显示了盖板3整个开启过程。在图3A中，化学液喷嘴6可上下移动离开盖板3。图3B显示盖板夹持器42首先移到盖板3的正上方，滑轨43可在控制器44的作用下左右移动。在图3C中，电机45带动整个盖板夹取机构向下移动到盖板3位置，滑轨43收缩夹住盖板3。如图3D所示，电机45再带动夹持机构与其夹取的盖板3向上移动，则圆形处理腔的上方开口打开，从而可以进行硅片的取放。盖板3的关闭则按上述步骤相反进行即可。

结果表明，本发明可用于硅片和其它圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理，当向硅片表面喷洒化学液时，旋转盘旋转所产生的离心力使药液在硅片表面均匀分布，并甩入收集圈内加收。在喷洒不同的化学液时，旋转盘升降至相应不同的收集圈，不同的化学液分开收集，避免交叉污染。

Claims (7)

1.一种用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，该装置设有处理腔、旋转与升降机构和盖板，处理腔具有径向设置的外层侧壁和内层侧壁，外层侧壁和内层侧壁形成双层中空结构，内层侧壁是由两层以上收集圈堆积组成，收集圈均为中心开孔的凹形结构，收集圈底部开有排液口，相邻两层收集圈之间开有排气缝，在旋转与升降机构上放置圆形薄片状物体，盖板置于处理腔顶部，采用可移动式结构。

2.按照权利要求1所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，所述的旋转与升降机构设有旋转盘、中空轴电机、转动轴、固定套管、转轴电机、丝杠和滑块，在处理腔的中央设有旋转盘，圆形薄片状物体放置于旋转盘上，中空轴电机通过转动轴与旋转盘底部连接，固定套管套在转动轴外侧，转轴电机的输出端连接丝杠，丝杠上装有滑块，中空轴电机通过滑块与电机丝杠相连。

3.按照权利要求1所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，所述的排液口与排液管相连通，外层侧壁上开有排气管，排气管与排气缝通过外层侧壁和内层侧壁形成的双层中空结构连通。

4.按照权利要求2所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，在处理腔内还设有保护套管，保护套管由防酸可伸缩波纹状材料制成，保护套管上、下端分别与固定套管和底层收集圈紧密连接，使处理腔底部形成封闭的结构，整个旋转与升降机构在处理腔内的部分被保护套管所包裹。

5.按照权利要求1所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，用于移动盖板的夹取机构设有夹持器、滑轨、电机，电机输出端通过连接件与夹持器的一端连接，夹持器的另一端连接滑轨，用于夹持盖板的滑轨为与盖板相对应的结构。

6.按照权利要求5所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，所述的夹持器内装有控制器，控制器控制滑轨收缩夹取盖板，滑轨舒张放下盖板。

7.按照权利要求1所述的用于圆形薄片状物体进行化学液喷洒处理的装置，其特征在于，所述的盖板中心设有可供喷嘴通过的开口。

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