CN102969226B - 晶圆边缘的处理装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆边缘的处理装置和系统，属于半导体技术领域。该装置包括：晶圆放置区，用于放置晶圆；溶液容纳单元，用于盛放溶液，设置在所述晶圆放置区下方；边缘处理单元，用于通过自身运动携带所述溶液容纳单元中溶液以清洗或腐蚀所述晶圆的边缘，设置在所述晶圆放置区和所述溶液容纳单元之间且使所述边缘处理单元自身运动时可携带上所述溶液容纳单元中溶液的位置上；控制单元，用于控制所述边缘处理单元对所述晶圆进行清洗或腐蚀。本发明使用同一设备既可以对晶圆的边缘进行清洗和腐蚀等处理，最终降低了晶圆处理的成本。

Description

晶圆边缘的处理装置和系统

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体地说，涉及一种晶圆边缘的处理装置。

背景技术

半导体集成电路制造技术发展到65nm技术代时，浸没式光刻成为关键技术，国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors,简称ITRS)预测浸没式光刻将延伸到22nm节点。在浸没式光刻中，浸没环境引起的缺陷例如污染问题成为亟待解决的问题之一。利用传统的清洗设备可以较为便利的清洗晶圆正面和背面的污染，但是，晶圆边缘尤其是倒角区的污染常常被忽略或者去除难度较大。

在集成电路制造的各种成膜工艺中比如光刻的涂胶工艺中，晶圆的边缘状况不佳，或有特殊要求，通常也需要去除边缘的膜层。然而，不同成膜工艺通常使用不同的边缘膜层去除设备。例如，当成膜工艺为湿法工艺如涂胶工艺、铜电镀工艺等，去除边缘膜层的设备通常都集成在成膜设备本身当中；再例如，当成膜工艺为干法成膜工艺包括高温下的气相反应工艺(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)，则又要使用独立于成膜设备的去除边缘膜层设备。

另外，随着电路制造技术发展，在硅外延技术中，外延之前，晶圆的背面通常设置有背封层，以防止衬底硅的自掺杂效应。与此同时，晶圆边缘处同样存在背封层，而在边缘处的背封层在外延的还原气氛中会析出多晶硅，因此，需要去除掉硅晶圆边缘处的背封层，但是由于传统工艺中并不关注硅片边缘的污染，因此，现有技术中缺少有效去除硅片边缘污染的设备。

综上，现有技术中，由于传统工艺对晶圆边缘污染的忽略，或者不同成膜工艺需要配置不同的去除边缘膜层设备，使得针对晶圆边缘的处理成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种晶圆边缘的处理装置和系统，用以解决现有技术中传统工艺对晶圆边缘污染的忽略，或者不同成膜工艺需要配置不同的去除边缘膜层设备，使得针对晶圆边缘的处理成本较高等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶圆边缘的处理装置，该晶圆边缘的处理装置包括：

晶圆放置区，用于放置晶圆；

溶液容纳单元，用于盛放溶液，设置在所述晶圆放置区下方；

边缘处理单元，用于通过自身运动携带所述溶液容纳单元中溶液以清洗或腐蚀所述晶圆的边缘，设置在所述晶圆放置区和所述溶液容纳单元之间且使所述边缘处理单元自身运动时可携带上所述溶液容纳单元中溶液的位置上；

控制单元，用于控制所述边缘处理单元对所述晶圆进行清洗或腐蚀；

其中，所述边缘处理单元包括转轴，所述转轴外围套设有衬垫，在工作状态时，所述转轴旋转，转轴上的衬垫经过溶液容纳单元时携带溶液，到达顶部时则与晶圆摩擦，以带动所述晶圆转动，同时使所述晶圆压迫所述衬垫，以释放出所述衬垫上携带的所述溶液对所述晶圆的边缘进行腐蚀或清洗。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶圆边缘的处理系统，包括上述的晶圆边缘的处理装置，各所述晶圆边缘的处理装置之间根据对晶圆的工艺处理流程相互之间连接。

优选地，各所述晶圆边缘的处理装置中溶液容纳单元容纳不同的溶液，以对所述晶圆进行清洗和腐蚀。

与现有的方案相比，在对晶圆进行处理如清洗或腐蚀时，将晶圆放置在晶圆放置区，启动边缘处理单元通过自身运动携带溶液容纳单元中的溶液，并对晶圆的边缘进行清洗或者腐蚀，使得使用同一设备即可以实现对晶圆边缘的清洗或腐蚀，最终降低了晶圆处理的成本。

附图说明

图1为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的剖视图；

图2为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的俯视图；

图3为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的工作示意图；

图4为本发明晶圆边缘的处理装置实施例二的剖视图；

图5为本发明晶圆边缘的处理装置实施例二的工作示意图；

图6为本发明晶圆边缘的处理系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的下述实施例中，在对晶圆进行处理如清洗或腐蚀时，将晶圆放置在晶圆放置区，启动边缘处理单元通过自身运动携带溶液容纳单元中的溶液，并对晶圆的边缘进行清洗或者腐蚀，使得使用同一设备即可以实现对晶圆边缘的清洗或腐蚀，最终降低了晶圆处理的成本。

晶圆边缘的处理装置实施例

实施例一

图1为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的剖视图。图2为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的俯视图。图3为本发明晶圆边缘的处理装置实施例一的工作示意图。如图1、图2和图3所示，本实施例中，以腐蚀晶圆边缘为例进行说明。晶圆边缘的处理装置包括：晶圆放置区101、溶液容纳单元102、边缘处理单元103、控制单元(图中未示出)。其中：

晶圆放置区101用于放置晶圆104，晶圆放置区101可以与溶液容纳单元102一体，比如如图3所示，所述晶圆放置区101包括：对称设在所述容纳单元102上方两侧的卡槽142，用于固定承载晶圆104的载片盒114。

溶液容纳单元102用于盛放溶液105，设置在所述晶圆放置区101下方对准所述晶圆104的位置上，本实施例中，所述溶液105可以为腐蚀液，也可以是清洗液。该腐蚀液可以为：氢氟酸溶液；或者硫酸、双氧水的混合溶液；或者氟化氢HF与氟化铵NH4F的混合溶液BOE。该清洗液可以为：氢氧化铵、过氧化氢与去离子水的混合溶液APM；或者盐酸、过氧化氢与去离子水的混合溶液HPM；或者硫酸、双氧水的混合溶液SPM；或者稀释的氢氟酸溶液DHF；或者去离子水。

边缘处理单元103用于通过自身运动携带所述溶液容纳单元102中溶液105以处理所述晶圆104的边缘，设置在所述晶圆放置区101和所述溶液容纳单元102之间且使所述边缘处理单元103通过自身运动可携带上溶液105的位置上。

控制单元用于控制所述边缘处理单元103对所述晶圆104进行边缘清洗或腐蚀。

本实施例中，如图1所示，溶液容纳单元102包括溶液储存池112，该溶液储存池112位于所述溶液容纳单元的底部，用于盛放所述溶液105。为了便于边缘处理单元103在自身运动过程中携带上所述溶液储存池112中的溶液105，所述溶液容纳单元102的顶部设有开口122，使所述边缘处理单元103自身运动时通过所述开口122可携带上所述溶液容纳单元102中溶液105。具体地，所述转轴113可以穿设在所述溶液容纳单元相对的两侧壁上，对准所述溶液容纳单元102顶部开设的开口(图中未示出)。

本实施例中，所述边缘处理单元103可以包括转轴113和驱动所述转轴113、以带动所述转轴113同步旋转的电机(图中未示出)，该转轴113可以为一个；在另外一实施例中，也可以包括多个转轴113，使多个转轴同时旋转以对所述晶圆进行边缘处理。本实施例中，所述转轴113的转速可调，且所述转速可以在10转/分～100转/分钟之间。本实施例中，为了防止衬垫152容纳过多的化学腐蚀药液，使得腐蚀工艺较难控制以及保护衬垫材料，所述转轴113的部分本体浸在所述溶液容纳单元102中溶液105中，且所述转轴113轴心高于所述溶液容纳单元102中溶液105的液面。但是，对于本领域普通技术人员来说，并不一定必须使所述转轴113的部分本体浸在所述溶液容 纳单元102中溶液105中，且所述转轴113轴心高于所述溶液容纳单元102中溶液105的液面，也可以采用其他方式，只要化学腐蚀药液的液位不完全浸没转轴，避免化学腐蚀药液与硅片直接接触即可。

所述转轴113外围套设有可替换的耐酸碱腐蚀的衬垫152，在工作状态时，所述转轴113旋转并通过衬垫152和晶圆104之间的摩擦以带动晶圆104转动，同时所述晶圆104压迫所述衬垫152，以释放出所述衬垫152上携带的所述溶液105对晶圆104的边缘进行腐蚀。所述衬垫152由表层为多孔性绒毛结构的材料制成，以吸收所述溶液105，比如所述衬垫152为抛光垫，在所述转轴113旋转的过程中，所述衬垫152通过所述开口122携带上所述溶液容纳单元102中盛放的溶液105。

另外，本实施例中，所述溶液会有一定程度的挥发，并且腐蚀过程可能会有气体产物产生，这将造成晶圆中心区受到一定程度的腐蚀，因此在如图1所示所述溶液容纳单元102的一侧壁上设置有排风单元132，用于抽走所述衬垫152携带的溶液105所挥发出的腐蚀性气体或挥发性的反应副产物。

进一步地，为了去除所述衬垫152上携带的多余所述溶液105，在所述开口122的一侧壁上设置有与所述转轴113之间距离可调的挡板106，以在工作状态时，使所述挡板106刮除所述衬垫152表面携带的多余溶液105。

本实施例中，当转轴113按图示顺时针方向转动时，转轴113上的衬垫152经过溶液容纳单元102时将携带一部分溶液105，经过挡板106时被刮除表面多余的药液105，到达顶部时则与晶圆104摩擦，带动晶圆104逆时针方向转动，同时衬垫152中所含溶液105与晶圆104接触的边缘发生反应，从而腐蚀掉相应的膜层，如此连续转动则可完成对晶圆边缘膜层的腐蚀。通过调节转轴的转速，则可控制边缘腐蚀的深度，即转速小时去边多，转速大时去边少。

实施例二

图4为本发明晶圆边缘的处理装置实施例二的剖视图。图5为本发明晶圆边缘的处理装置实施例二的工作示意图。本实施例中，以清洗晶圆204为例进行说明。如图4、5所示，晶圆边缘的处理装置包括：晶圆放置区201、 溶液容纳单元202、边缘处理单元203、控制单元(图中未示出)。在溶液容纳单元202上方晶圆放置区201包括两侧对称设置两个卡槽242，用于固定晶圆载片盒214。溶液容纳单元202盛放溶液205。溶液容纳单元202包括溶液储存池212，所述溶液容纳单元的顶部设有开口222，在所述开口222的一侧壁上设置有挡板206。所述边缘处理单元203可以包括转轴213。在转轴213外围套设一衬垫252。

与上述实施例一不同之处在于，所述转轴213的全部本体浸在所述溶液容纳单元202的溶液205中。本实施例中，所述溶液205具体为清洗液，该清洗液可以为：氢氧化铵、过氧化氢与去离子水的混合溶液APM；或者盐酸、过氧化氢与去离子水的混合溶液HPM；或者硫酸、双氧水的混合溶液SPM；或者稀释的氢氟酸溶液DHF；或者去离子水。并且，晶圆边缘需要清洗的位置浸在所述溶液容纳单元的清洗药液中，这样转轴213转动时带动晶圆反方向旋转，使得晶圆204边缘得到充分的清洗；此时，如图4、5所示，所述转轴213的全部本体完全浸没在所述溶液容纳单元的溶液中。

与通常的半导体清洗装置类似，本实施例中，所述处理装置还可以包括：超声或兆声发生装置262，该超声或兆声发生装置262设置在所述溶液容纳单元202的底部，用于产生超声波或兆声波，清洗溶液在超声或兆声作用下产生高频振动，使得依附在晶圆上的细小颗粒更容易去除。

晶圆边缘的处理系统实施例

图6为本发明晶圆边缘的处理系统的结构示意图。如图6所示，该系统包括多个上述实施例一和/或实施例二的晶圆边缘处理装置，这些装置之间之间根据对晶圆的工艺处理流程相互之间连接，同时可以由自动控制的机械手臂控制晶圆在各晶圆边缘处理装置之间转移。各所述晶圆边缘的处理装置中溶剂容纳单元可以容纳不同的溶液，不同的所述溶液包括不同的清洗液和不同的腐蚀液，晶圆经过一个边缘处理装置的清洗或腐蚀后，由机械手臂运送到相邻的装置做下一步的处理，这样连续的运转使得晶圆得到精细的清洗或腐蚀。具体的，可以单独组成仅对晶圆进行清洗的系统，或者，仅对晶圆进行腐蚀的系统，或者，组成既包括对晶圆进行腐蚀又包括清洗的复合系统。

以组成清洗系统为例，在该系统中，晶圆边缘的处理装置包括：晶圆放置区201、溶液容纳单元202、边缘处理单元203、控制单元(图中未示出)、超声或兆声发生装置262。在溶液容纳单元202上方晶圆放置区201包括两侧对称设置两个卡槽242。溶液容纳单元202盛放溶液205。溶液容纳单元202包括溶液储存池212，所述溶液容纳单元的顶部设有开口222，在所述开口222的一侧壁上设置有挡板206。所述边缘处理单元203可以包括转轴213。在转轴213外围套设一衬垫252。

需要指出的是，经过所述晶圆边缘处理系统的多个边缘处理装置清洗或腐蚀之后，晶圆还应放入干燥装置进行干燥，去除边缘残留的水分。所述干燥装置可以是通过高速旋转甩干，或是通过热的氮气进行吹干。

组成腐蚀系统，或者清洗系统和腐蚀系统的复合系统在此不再详述。

在本系统的另外一实施例中，也可以在某几个晶圆边缘处理装置中设置排风单元。转轴本体的部分或者全部交替浸在所述溶液容纳单元的溶液中，即有些晶圆边缘处理装置中转轴本体的部分浸在所述溶液容纳单元的溶液中，而在另外的晶圆边缘处理装置中转轴本体全部交替浸在所述溶液容纳单元的溶液中。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (19)

1.一种晶圆边缘的处理装置，其特征在于，包括：

晶圆放置区，用于放置晶圆；

溶液容纳单元，用于盛放溶液，设置在所述晶圆放置区下方；

边缘处理单元，用于通过自身运动携带所述溶液容纳单元中溶液以清洗或腐蚀所述晶圆的边缘，设置在所述晶圆放置区和所述溶液容纳单元之间且使所述边缘处理单元自身运动时可携带上所述溶液容纳单元中溶液的位置上；

控制单元，用于控制所述边缘处理单元对所述晶圆进行清洗或腐蚀；

其中，所述边缘处理单元包括转轴，所述转轴外围套设有衬垫，在工作状态时，所述转轴旋转，转轴上的衬垫经过溶液容纳单元时携带溶液，到达顶部时则与晶圆摩擦，以带动所述晶圆转动，同时使所述晶圆压迫所述衬垫，以释放出所述衬垫上携带的所述溶液对所述晶圆的边缘进行腐蚀或清洗。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述晶圆放置区包括：对称设在所述容纳单元上方两侧的卡槽，用于固定承载晶圆的载片盒。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溶液容纳单元包括：溶液储存池，用于盛放所述溶液，位于所述溶液容纳单元的底部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边缘处理单元包括与所述转轴连接并带动所述转轴同步旋转的电机。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转轴的转速可调，且所述转速在10转/分～100转/分钟之间。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转轴外围套设有耐酸碱腐蚀的衬垫。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述衬垫由表层为多孔性绒毛结构的材料制成，以吸收所述溶液。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述衬垫为抛光垫。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述溶液容纳单元的顶部设有开口，以在所述转轴旋转的过程中使所述衬垫通过所述开口携带上所述溶液容纳单元中盛放的溶液。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开口的一侧壁上设置有与所述转轴之间距离可调的挡板，以在工作状态时，使所述挡板刮除所述衬垫上携带的多余溶液。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述挡板与所述衬垫的接触面为斜面或圆弧柱面，以在工作状态时，使挡板前端与所述衬垫紧密接触或紧密贴合，以刮除所述衬垫表面携带的多余溶液。

12.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转轴的部分本体浸在所述溶液容纳单元中溶液中，且所述转轴轴心高于所述溶液容纳单元中溶液的液面。

13.根据权利要求4或6所述的装置，其特征在于，还包括：排风单元，设置在所述溶液容纳单元的侧壁上，用于抽走所述转轴衬垫携带的溶液所挥发出的腐蚀性气体或挥发性的反应副产物。

14.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转轴的全部本体浸在所述溶液容纳单元的溶液中。

15.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，还包括：超声或兆声发生装置，设置在所述溶液容纳单元的底部，使得所述溶液容纳单元中的溶液产生高频振动，以去除晶圆边缘的细小颗粒。

16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溶液为清洗液，所述清洗液为：氢氧化铵、过氧化氢与去离子水的混合溶液；或者盐酸、过氧化氢与去离子水的混合溶液；或者硫酸、双氧水的混合溶液；或者稀释的氢氟酸溶液，或者去离子水。

17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溶液为腐蚀液，所述腐蚀液为：氢氟酸溶液；或者硫酸、双氧水的混合溶液；或者氟化氢与氟化铵的混合溶液。

18.一种晶圆边缘的处理系统，其特征在于，包括多个权利要求1-17任意所述的晶圆边缘的处理装置，各所述晶圆边缘的处理装置之间根据对晶圆的工艺处理流程相互之间连接。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，各所述晶圆边缘的处理装置中溶液容纳单元容纳不同的溶液，以对所述晶圆进行清洗和腐蚀。