CN109712865A - 一种湿法化学腐蚀装置及湿法化学腐蚀工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体晶圆制造的晶圆清洗技术领域，尤其是涉及一种湿法化学腐蚀装置及湿法化学腐蚀工艺，以缓解现有的湿法化学腐蚀装置存在晶圆二次污染的技术问题。该装置包括第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂；第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂围设形成用于盛放晶圆的工作空间；第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂分别用于向晶圆顶面喷淋药液、兆声水和氮气。本发明将喷淋药液的第一摆臂、喷淋兆声水的第二摆臂以及喷淋氮气的第三摆臂集成于同一装置内部，晶圆在装置内部即可完成化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺，省去了晶圆在三个工艺之间的运输过程，避免了晶圆在运输过程中的二次污染，提高了工作效率。

Description

一种湿法化学腐蚀装置及湿法化学腐蚀工艺

技术领域

本发明涉及半导体晶圆制造的晶圆清洗技术领域，尤其是涉及一种湿法化学腐蚀装置及湿法化学腐蚀工艺。

背景技术

在集成电路制造工艺中，包含了多道晶圆的湿法处理工艺步骤。所谓湿法工艺，就是利用酸碱有机物等液体化学品对晶圆进行浸泡或冲洗，从而达到清洗表面颗粒、去除反应聚合物、刻蚀表面膜层等目的。

刻蚀是集成电路制造工艺中的关键工艺之一，刻蚀是用化学或物理的方法有选择地去除硅片表面不需要的材料的过程。刻蚀质量的好坏直接影响芯片的成品率和性能。在半导体制造技术中常用的刻蚀工艺有两种：湿法化学腐蚀和干法腐蚀。湿法化学腐蚀广泛应用在半导体制造工艺中。它是利用化学腐蚀液以化学反应方式去除晶圆表面的材料。在晶圆制造过程中，湿法化学腐蚀工艺都是通过把晶圆浸没在腐蚀液中，或者向晶圆表面喷淋腐蚀液的方法来实现的。浸没式腐蚀工艺是把晶圆浸没到腐蚀液中，腐蚀液的温度和搅拌对腐蚀速率影响较大。喷淋式腐蚀工艺是通过向晶圆表面提供稳定的新的腐蚀液，因而腐蚀速率较高，腐蚀均匀性比浸没式工艺稳定。

喷淋式腐蚀工艺中，晶圆的加工面需要进行化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥。现有技术中，上述三个工艺需要不同的装置完成，在装置更换和运输过程中会造成晶圆的二次污染，影响晶圆的清洗质量，工作效率低。同时，在喷淋过程中喷淋液喷淋至晶圆表面后，由于各种喷淋液混合在一起，导致无法回收利用，喷淋液的使用量较大，原料利用率低。

因此，现有的湿法化学腐蚀装置存在晶圆二次污染的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿法化学腐蚀装置及湿法化学腐蚀工艺，以缓解现有的湿法化学腐蚀装置存在晶圆二次污染的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种湿法化学腐蚀装置，包括第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂；

所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂围设形成用于盛放晶圆的工作空间；

所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂分别用于向所述晶圆顶面喷淋药液、兆声水和氮气。

更进一步地，

所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂围绕所述晶圆的中心设置且端部均设置有喷嘴，且各自的喷嘴均能够转动至所述晶圆上方。

更进一步地，

所述的湿法化学腐蚀装置还包括位于所述工作空间内的药液收集壳体，所述药液收集壳体底部与第一升降组件连接；所述药液收集壳体能够在所述第一升降组件的带动下实现升降以收集并隔离喷淋至所述晶圆表面的药液。

更进一步地，

所述第一升降组件包括连接杆和第一气缸滑台；

所述连接杆一端与所述药液收集壳体底部连接，另一端与所述第一气缸滑台的活动端连接；

所述第一气缸滑台的固定端安装于装置底部；

所述第一气缸滑台的活动端能够沿所述连接杆的长度方向运动，并带动所述药液收集壳体升降。

更进一步地，

所述的湿法化学腐蚀装置还包括能够容纳所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂的壳体，所述壳体侧面设有进料口。

更进一步地，

所述的湿法化学腐蚀装置还包括位于所述工作空间的承载机构，所述承载机构包括载物台和电机；

所述载物台与所述电机的输出轴连接，且能够绕自身轴线转动；所述载物台用于支撑所述晶圆。

更进一步地，

所述载物台设置为真空吸盘。

更进一步地，

所述的湿法化学腐蚀装置还包括第一喷嘴机构，所述第一喷嘴机构的喷嘴朝向所述晶圆的顶面，用于向所述晶圆的顶面喷淋DI水。

更进一步地，

所述的湿法化学腐蚀装置还包括第二喷嘴机构，所述第二喷嘴机构的喷嘴朝向所述晶圆的底面，用于向所述晶圆的底面喷淋DI水或所述氮气。

一种采用所述的湿法化学腐蚀装置的湿法化学腐蚀工艺，包括：

所述药液收集壳体上升；

所述第一摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述药液；

所述药液收集壳体收集药液余液后下降退出；

所述第二摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述兆声水；

所述第三摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述氮气。

结合以上技术方案，本发明达到的有益效果在于：

本发明提供的湿法化学腐蚀装置将喷淋药液的第一摆臂、喷淋兆声水的第二摆臂以及喷淋氮气的第三摆臂集成于同一装置内部，晶圆在装置内部即可完成化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺，省去了晶圆在三个工艺之间的运输过程，避免了晶圆在运输过程中的二次污染，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的剖视图；

图4为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中药液收集壳体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中第一摆臂的结构示意图。

图标：100-壳体；200-第一摆臂；300-第二摆臂；400-第三摆臂；500-晶圆；600-承载机构；700-第一喷嘴机构；800-第二喷嘴机构；900-排风管道；110-药液收集壳体；111-排放口；120-升降组件；121-连接杆；122-气缸滑台；130-进料口；210-喷嘴；220-旋转机构；221-中心轴；222-旋转臂；223-第一电机；230-喷嘴旋转机构；231-第一驱动组件；232-主动轮；233-从动轮；234-传动带；235-从动轴；240-升降机构；241-第二驱动组件；610-载物台；620-电机；710-第一固定座；720-第一喷嘴；730-转轴；810-第二固定座；820-第二喷嘴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1至实施例2进行详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种湿法化学腐蚀装置，请一并参照图1至图5。图1为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置结构示意图；图2为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的俯视图；图3为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的剖视图；图4为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中药液收集壳体的结构示意图；图5为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中第一摆臂的结构示意图。

湿法化学腐蚀装置包括第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400；第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400围设形成用于盛放晶圆500的工作空间；第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400分别用于向晶圆500顶面喷淋药液、兆声水和氮气。

本实施例提供的湿法化学腐蚀装置将喷淋药液的第一摆臂200、喷淋兆声水的第二摆臂300以及喷淋氮气的第三摆臂400集成于同一装置内部，晶圆500在装置内部即可完成化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺，省去了晶圆500在三个工艺之间的运输过程，避免了晶圆500在运输过程中的二次污染，提高了工作效率。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400围绕晶圆500的中心设置且端部均设置有喷嘴210，且各自的喷嘴210均能够转动至晶圆500上方。第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400可以围绕晶圆500的中心均布设置，喷嘴210能够转动至晶圆500上方对晶圆500的顶面进行喷淋。但不限于此，其他能够实现各自喷嘴210能够转动至晶圆500上方的排布方式均属于本实施例公开的范围。

需要说明的是，第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400的结构相同，这里仅对第一摆臂200的结构进行具体介绍。

考虑到第一摆臂200的喷嘴210需要向晶圆500顶面均匀的喷淋药液，这里设置旋转机构220带动喷嘴210在晶圆500顶面摆动。旋转机构220包括中心轴221、旋转臂222和第一电机223；中心轴221与第一电机223的输出轴连接，且能够绕自身轴线转动；旋转臂222安装于中心轴221，且能够跟随中心轴221转动；喷嘴210安装于旋转臂222的远离中心轴221的一端。第一电机223驱动中心轴221正转，中心轴221带动旋转臂222和喷嘴210顺时针转动；第一电机223驱动中心轴221反转，中心轴221带动旋转臂222和喷嘴210逆时针转动。通过第一电机223的正反转实现旋转臂222运动区域的变化，以使喷嘴210能够在晶圆500上方运动，实现药液的均匀喷淋，同时避免药液喷淋至其他区域导致浪费。

为了进一步实现均匀喷淋的效果，方式一为：旋转臂222内设有喷嘴旋转机构230以带动喷嘴210自转。喷嘴旋转机构230包括第一驱动组件231、主动轮232、从动轮233、传动带234和从动轴235；主动轮232设置于第一驱动组件231的输出端，且能够绕自身轴线转动；传动带234与主动轮232和从动轮233啮合；从动轴235与从动轮233转动连接；喷嘴210转动安装于从动轴235。第一驱动组件231驱动主动轮232转动，主动轮232通过传动带234带动从动轮233转动，与从动轮233转动连接的从动轴235也随之转动，并带动喷嘴210转动。需要说明的是，第一驱动组件231可以设置为第二电机，也可以设置为中心轴221。主动轮232、从动轮233、传动带234还可以设置为链传动。

为了进一步实现均匀喷淋的效果，方式二为：湿法化学腐蚀装置还包括位于工作空间的承载机构600，承载机构600包括载物台610和电机620；载物台610与电机620的输出轴连接，且能够绕自身轴线转动；载物台610用于支撑晶圆500。电机620能够驱动载物台610旋转，并进一步带动载物台610上的晶圆500旋转，以使喷淋至晶圆500顶面的药液、兆声水和氮气更为均匀。为了防止晶圆500在旋转过程中脱离载物台610，将载物台610设置为真空吸盘，真空吸盘利用压力吸附晶圆500，防止晶圆500脱离。

另外，为了便于调节喷嘴210与晶圆500顶面的喷淋距离，这里设置有升降机构240，以使喷嘴210和旋转臂222能够升降。升降机构240包括第二驱动组件241，中心轴221与第二驱动组件241的输出轴连接，第二驱动组件241能够驱动中心轴221沿自身长度方向运动。需要说明的是，第二驱动组件241可以设置为第三电机，也可以设置为气缸。升降机构240能够带动旋转臂222升降，以使喷嘴210运动至合适位置进行喷淋。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

工作空间内设有药液收集壳体110以收集药液并将药液与兆声水分离开来。具体而言，药液收集壳体110底部与升降组件120连接；升降组件120能够带动药液收集壳体110升降(具体请参见图4)，当第一摆臂200向晶圆500顶面喷淋药液时，升降组件120带动药液收集壳体110上升，药液收集壳体110包绕于晶圆500外部，喷淋至晶圆500顶面的药液余液流动至药液收集壳体110内部。药液喷淋结束后，升降组件120带动药液收集壳体110下降，喷淋至晶圆500表面的兆声水流动至药液收集壳体110外。较为优选地，药液收集壳体110底部对称设有两个升降组件120以保证能够均匀支撑药液收集壳体110。

其中，升降组件120的具体结构为：升降组件120包括连接杆121和气缸滑台122；连接杆121一端与药液收集壳体110底部连接，另一端与气缸滑台122的活动端连接；气缸滑台122的固定端安装于装置底部。气缸滑台122的活动端能够沿连接杆121的长度方向运动，并带动药液收集壳体110升降。

药液收集壳体110的具体结构为：药液收集壳体110可以但不限于设置为圆筒状结构。药液收集壳体110底部设有用于排放药液的排放口111，排放口111与药液回收装置连通，药液收集壳体110内的药液余液经排放口111排入药液回收装置。另外，为了便于药液喷淋至晶圆500顶面，在药液收集壳体110顶部设有避让孔，第一摆臂200喷淋的药液经避让孔进入药液收集壳体110内部，然后运动至晶圆500顶面。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

湿法化学腐蚀装置还包括能够容纳第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400的壳体100，化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺均在壳体100内进行，同时壳体100能够将工作空间与外界隔离开来，以减小对晶圆500的污染。壳体100的侧面设有进料口130，机械手运送晶圆500时，晶圆500由位于壳体100侧面的进料口130进入壳体100内部。

在壳体100侧部设有排风管道900，排风管道900与壳体100连通，用于排出壳体100内的气体。

在化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺切换时需要向晶圆500表面喷淋DI水(即去离子水)进行冲洗，因此设置朝向晶圆500顶面的第一喷嘴机构700向晶圆500的顶面喷淋DI水。第一喷嘴机构700包括第一固定座710和第一喷嘴720；第一固定座710安装于壳体100内壁；第一喷嘴720一端安装于第一固定座710，另一端倾斜向下延伸至晶圆500上方。其中，第一喷嘴720设置为细长筒状结构，第一喷嘴720穿过药液收集壳体110的避让孔，然后延伸至晶圆500上方。进一步地，第一喷嘴720与第一固定座710之间通过转轴730连接，第一喷嘴720能够围绕转轴730的轴线转动，以调节第一喷嘴720的喷淋方向。由于第一喷嘴机构700、第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400均要向晶圆500顶面喷淋药液，所以将第一喷嘴机构700、第一摆臂200、第二摆臂300和第三摆臂400围绕晶圆500的中心均布设置，以防止运动干涉。

晶圆500仅腐蚀顶面，在对晶圆500顶面进行化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥时，需要向晶圆500底面喷淋DI水以隔离药液和兆声水或喷淋氮气以干燥晶圆500底面，因此，设置朝向晶圆500底面的第二喷嘴机构800向晶圆500的底面喷淋DI水或氮气。需要说明的是，围绕晶圆500中心均布设置有两个第二喷嘴机构800，分别向晶圆500底面喷淋DI水和氮气。第二喷嘴机构800包括第二固定座810和第二喷嘴820；第二固定座810安装于壳体100的内壁；第二喷嘴820一端安装于第二固定座810，另一端倾斜向上延伸至晶圆500下方。

实施例2

本实施例提供了一种采用所述的湿法化学腐蚀装置的湿法化学腐蚀工艺，请一并参照图1至图5。图1为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置结构示意图；图2为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的俯视图；图3为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置的剖视图；图4为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中药液收集壳体的结构示意图；图5为本发明实施例提供的湿法化学腐蚀装置中第一摆臂的结构示意图。

湿法化学腐蚀工艺包括：

药液收集壳体110上升；

第一摆臂200的喷嘴210转动至晶圆500上方后向晶圆500顶面喷淋药液；

药液收集壳体110收集药液余液后下降退出；

第一喷嘴机构700向晶圆500顶面喷淋DI水对晶圆500表面进行冲洗；

第二摆臂300的喷嘴210转动至晶圆500上方后向晶圆500顶面喷淋兆声水；

第三摆臂400的喷嘴210转动至晶圆500上方后向晶圆500顶面喷淋氮气。

本实施例提供的湿法化学腐蚀工艺将喷淋药液、喷淋兆声水以及喷淋氮气三个工艺集成于同一装置内部，晶圆500在装置内部即可完成化学腐蚀、兆声水清洗、氮气干燥这三个工艺，省去了晶圆500在三个工艺之间的运输过程，避免了晶圆500在运输过程中的二次污染，提高了工作效率。

另外，当第一摆臂200向晶圆500顶面喷淋药液时，升降组件120带动药液收集壳体110上升，药液收集壳体110包绕于晶圆500外部，喷淋至晶圆500顶面的药液余液流动至药液收集壳体110内部。药液喷淋结束后，升降组件120带动药液收集壳体110下降，喷淋至晶圆500表面的兆声水流动至药液收集壳体110外部。本实施例实现了药液与兆声水的分离，药液余液和兆声水余液回收后可以再利用。

考虑到晶圆500仅腐蚀顶面，因此，在对晶圆500顶面进行化学腐蚀、兆声水清洗以及DI水清洗时，第二喷嘴机构800均向晶圆500底面喷淋DI水以保护晶圆500底面不被腐蚀。在对晶圆500顶面进行氮气干燥时，第二喷嘴机构800向晶圆500底面喷淋氮气。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种湿法化学腐蚀装置，其特征在于，包括第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂；

所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂围设形成用于盛放晶圆的工作空间；

所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂分别用于向所述晶圆顶面喷淋药液、兆声水和氮气。

2.根据权利要求1所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂围绕所述晶圆的中心设置且端部均设置有喷嘴，且各自的喷嘴均能够转动至所述晶圆上方。

3.根据权利要求2所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，还包括位于所述工作空间内的药液收集壳体，所述药液收集壳体底部与升降组件连接；所述药液收集壳体能够在所述升降组件的带动下实现升降以收集并隔离喷淋至所述晶圆表面的药液。

4.根据权利要求3所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，所述升降组件包括连接杆和气缸滑台；

所述连接杆一端与所述药液收集壳体底部连接，另一端与所述气缸滑台的活动端连接；

所述气缸滑台的固定端安装于装置底部；

所述气缸滑台的活动端能够沿所述连接杆的长度方向运动，并带动所述药液收集壳体升降。

5.根据权利要求1所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，还包括能够容纳所述第一摆臂、所述第二摆臂和所述第三摆臂的壳体，所述壳体侧面设有进料口。

6.根据权利要求1所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，还包括位于所述工作空间的承载机构，所述承载机构包括载物台和电机；

所述载物台与所述电机的输出轴连接，且能够绕自身轴线转动；所述载物台用于支撑所述晶圆。

7.根据权利要求6所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，所述载物台设置为真空吸盘。

8.根据权利要求1所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，还包括第一喷嘴机构，所述第一喷嘴机构的喷嘴朝向所述晶圆的顶面，用于向所述晶圆的顶面喷淋DI水。

9.根据权利要求1所述的湿法化学腐蚀装置，其特征在于，还包括第二喷嘴机构，所述第二喷嘴机构的喷嘴朝向所述晶圆的底面，用于向所述晶圆的底面喷淋DI水或所述氮气。

10.一种采用如权利要求3-4任一项所述的湿法化学腐蚀装置的湿法化学腐蚀工艺，其特征在于，包括：

所述药液收集壳体上升；

所述第一摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述药液；

所述药液收集壳体收集药液余液后下降退出；

所述第二摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述兆声水；

所述第三摆臂的喷嘴转动至所述晶圆上方后向所述晶圆顶面喷淋所述氮气。