CN103999197B - 单片晶圆蚀刻设备 - Google Patents

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Abstract

提出了一种每次蚀刻一片晶圆的单片晶圆蚀刻设备。根据本发明，所述单片晶圆蚀刻设备不仅能够甚至在产生气体(蚀刻反应的副产品)的情况下通过振动所述晶圆来排放气体，并且还可防止所述气体吸附在所述晶圆的表面上。此外，由于所述单片晶圆蚀刻设备可对所述晶圆的各个区域进行直接加热，所以甚至在由于蚀刻进行的同时蚀刻溶剂从所述晶圆的中心朝向圆周方向移动而导致蚀刻温度从所述晶圆的中心朝向圆周方向逐渐增加的情况下，所述单片晶圆蚀刻设备可通过从圆周方向朝向所述晶圆的中心以温度增加的方式进行加热来均衡地维持反应温度。因此所述单片晶圆蚀刻设备不仅能够在所述晶圆的任何位置处维持均衡的蚀刻程度，并且还能够提高平整度。

Description

单片晶圆蚀刻设备
技术领域
本公开涉及一种单片晶圆蚀刻设备，在该单片晶圆蚀刻设备中，被转盘旋转的晶圆通过经由喷嘴喷射的蚀刻溶剂来以每次一个的形式被蚀刻。
背景技术
通常进行蚀刻加工是为了消除在晶圆的机械加工的过程中产生的损伤。
最近，半导体工业中已出现了增加晶圆的直径以及增加集成密度和半导体装置的图案精细度的趋势。批量式蚀刻设备不仅增加尺寸以便蚀刻大直径晶圆，并且还增加对蚀刻溶剂的消耗。因此，每次对一个晶圆进行加工的单片晶圆蚀刻设备已被广泛地使用，以便有效地蚀刻大直径晶圆。
在韩国专利申请2008-0019366，2008-7019037，和2009-0002214中公开了典型的单片晶圆蚀刻设备，其中，晶圆通过真空抽吸被固定在转盘上并且蚀刻溶剂能够随着转盘的旋转从蚀刻喷嘴供给到晶圆的前表面或后表面上。此时，蚀刻喷嘴通过移动机构来移动，并且滴落在晶圆的表面上的蚀刻溶剂由于转盘旋转所伴随的离心力而被散布在晶圆的整个表面上。
因此，对于典型的单片晶圆蚀刻设备而言，由于蚀刻溶剂覆盖整个晶圆，所以所述蚀刻在晶圆的整个表面上进行。因此，来自蚀刻反应的副产品的大量气体不仅可被吸附在晶圆的表面上，并且所述气体还可妨碍晶圆的表面与新供给的蚀刻溶剂发生反应，进而可劣化晶圆的平整度。
同时，蚀刻反应所引起的蚀刻程度可受温度的急剧影响。但是，对于典型的单片晶圆蚀刻设备而言，供给在晶圆的中心处的蚀刻溶剂由于离心力而朝向晶圆的圆周方向移动，并且随着蚀刻溶剂和晶圆的表面之间的反应被重复，蚀刻根据蚀刻溶剂的温度的增加而朝向晶圆的圆周方向更为严重，进而可劣化晶圆的平整度。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种能够去除气体(蚀刻溶剂和晶圆表面之间的副产品)的单片晶圆蚀刻设备。
实施例还提供了一种单片晶圆蚀刻设备，所述单片晶圆蚀刻设备能够均衡地维持蚀刻溶剂和晶圆的表面(不论晶圆的表面上的任何位置处)之间的反应温度。
解决方案
在一个实施例中，一种单片晶圆蚀刻设备包括：转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆，并且所述转盘的直径小于所述晶圆的直径；喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂喷射到所述稳固地布置在转盘上的晶圆上；使所述转盘旋转的驱动装置；以及振动装置，所述振动装置在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间振动所述转盘。
所述单片晶圆蚀刻设备可进一步包括加热装置，所述加热装置在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间对所述转盘的各个区域进行加热。
所述加热装置可包括：供热基体，所述供热基体具有在所述转盘上的分隔开的区域；多个电力电缆，所述多个电力电缆将电力传输到所述供热基体的各个区域；以及供电单元，所述供电单元将电力供给至所述电力电缆。
所述供热基体可包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
所述振动装置可以是被包含在驱动装置中的振荡器。
所述振动装置可以是被包含在所述转盘和所述晶圆之间的石英振动器，或所述振动装置可以是石英振动器，所述转盘具有安装到其上的晶圆。
在另一实施例中，一种单片晶圆蚀刻设备包括：转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆；喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂喷射到所述稳固地布置在转盘上的晶圆上；使所述转盘旋转的驱动装置；供热基体，所述供热基体被包含在所述转盘上并且对所述转盘的各个区域进行加热；以及振荡器，所述振荡器被包含在所述驱动装置中并且对所述转盘进行振荡。
所述供热基体可包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
所述振荡器可与所述喷嘴和所述供热基体相关联。
在另一实施例中，一种单片晶圆蚀刻设备包括：转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆，并且所述转盘的直径小于所述晶圆的直径；喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂喷射到所述稳固地布置在转盘上的晶圆上；使所述转盘旋转的驱动装置；供热基体，所述供热基体被包含在所述转盘上并且对所述转盘的各个区域进行加热；以及振动器，所述振动器被包含在所述供热基体中并且对所述转盘进行振动。
所述供热基体可包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
所述振动器可与所述喷嘴和所述供热基体相关联。
有益效果
因为根据本发明的单片晶圆蚀刻设备包括对其上安装有晶圆的转盘进行振动的振动装置，所以甚至在产生气体(蚀刻反应的副产品)的情况下，该单片晶圆蚀刻设备不仅可以通过振动所述晶圆来排放所述气体，而且还可防止所述气体吸附在所述晶圆的表面上，并在甚至连续供给蚀刻溶剂的情况下通过允许平稳地进行与所述晶圆的表面的反应来提高平整度。
此外，因为根据本发明的单片晶圆蚀刻设备包括对其上安装有晶圆的转盘的各个区域进行加热的加热装置，所以甚至在由于蚀刻进行的同时蚀刻溶剂从所述晶圆的中心朝向圆周方向移动而导致蚀刻温度从所述晶圆的中心朝向圆周方向逐渐增加的情况下，所述单片晶圆蚀刻设备可通过从圆周方向朝向所述晶圆的中心以温度增加的方式进行加热来均衡地维持反应温度。根据本发明的单片晶圆蚀刻设备不仅能够在所述晶圆的任何位置处维持均衡的蚀刻程度，并且还能够提高平整度。
附图说明
图1和图2示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第一实施例；
图3示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的加热装置的一个示例；
图4示出了运行根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第一实施例的过程期间的气体排放现象；
图5示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第二实施例；以及
图6示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第三实施例。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地说明所述实施例。但是本发明能够以多种不同的方式实施并且不应理解为受限于文中陈述的实施例；通过添加、修改和变化可容易地得到包括在另一变形的发明中或落入本公开的精神和范围之内的替代性实施例。
图1和图2示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第一实施例，并且图3示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的加热装置的一个示例。
如图1和图2所示，根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的一个示例中可包括其上安装有晶圆1的转盘110、旋转所述转盘110的驱动装置120、将蚀刻溶剂喷射到安装在所述转盘110上的晶圆1的表面上的喷射装置130、对所述转盘110进行加热的加热装置140以及振动所述转盘110的振动器150。
转盘110为圆板状，其中，所述转盘110的直径小于晶圆的直径以便除了利于对晶圆的真空抽吸之外还能够使得滴落在所述晶圆上的蚀刻溶剂可易于被分散。此外，转盘110包括位于其上表面的中心处的支托部111，振动器150可被安装在所述支托部111中。此时，转盘110被连接至产生真空力的真空供给单元112以便通过真空来固定所述晶圆1，并且在所述真空供给单元112和所述晶圆的中心之间进行连接的真空路径112h被包括。晶圆1可被安装在转盘110上或稳固地布置在所述转盘110的支托部111上。
驱动装置120包括连接至转盘110的下表面的中心的旋转轴121、为旋转轴121提供动力的电动机122以及在旋转轴121和电动机122之间传递动力的带轮和皮带123。此时，电动机122和旋转轴121可直接相互连接。但是由于下文中将说明的加热装置140以及真空路径112h和真空供给单元112通过旋转轴121引入，所述电动机122和所述旋转轴121可以以动力通过分开的带轮和皮带123传递的方式被连接。
喷射装置130可包括喷嘴131、移动机构132、蚀刻溶剂供给单元133以及引导部134a和134b。
具体来说，喷嘴131被配置为与转盘110的中心的上侧具有一预定的间距，并且被构造为能够将蚀刻溶剂喷射到晶圆1的表面的中心上。此时，可通过包括单独的控制器来控制所述喷嘴131，所述单独的控制器调节喷射角或调节离开晶圆1的高度或控制是否喷射蚀刻溶剂。喷嘴131可被构造为除了蚀刻溶剂之外还能够喷射洗涤剂，并且同样地，所述喷嘴131可被构造为调节喷射角度、离开晶圆的高度以及是否喷射所述洗涤剂。
此外，移动机构132可被连接以将存储在蚀刻溶剂供给单元133中的蚀刻溶剂喷射至喷嘴131，所述移动机构132可控制在晶圆1的表面上移动的喷嘴131并且可通过包括单独的控制器来控制所述移动机构132。
此外，可包括便于与转盘110分隔开的蚀刻溶剂供给单元133并且所述溶剂供给单元133被构造为根据晶圆1的类型将其它的蚀刻溶剂存储在其中。
此外，包括多个围绕转盘110的引导部134a和134b，并且所述多个引导部134a和134b可防止喷射到晶圆1的表面上的蚀刻溶剂由于转盘110上的晶圆1的旋转所伴随的离心力而被喷射到其周围的环境中。
加热装置140通过使用具有高的传热效率的传导方法来对晶圆1进行加热，所述加热装置140可将晶圆1的各个区域加热至不同的温度，并且可包括供热基体141a、141b、141c、141d和141e、电力电缆142a、142b、142c、142d和142e以及供电单元143。
供热基体141a、141b、141c、141d和141e可由多环板状的供热区域形成，所述供热区域具有沿圆周方向分隔开的区域。此时，供热基体141a、141b、141c、141d和141e可由具有不同电阻值的材料形成，以便从圆周方向朝向中心以温度增高的方式来加热晶圆(即使在施加到其上的电能相同的情况下)。供热基体141a、141b、141c、141d和141e可被分别连接至用于各区域的电力电缆142a、142b、142c、142d和142e，并且可从供电单元143接收电能。同时，在供热基体141a、141b、141c、141d和141e由具有相同电阻值的材料形成的情况下，从供电单元143供给至电力电缆142a、142b、142c、142d和142e的电能(即，供给至供热基体141a、141b、141c、141d和141e的各区域的电能)可被控制以便控制用于供热基体141a、141b、141c、141d和141e的各区域的温度。
振动器150为圆板状并且被稳固地布置在转盘110上以便被包括在晶圆1和供热基体141a、141b、141c、141d以及141e之间，并且能够供电的单独供电单元(未示出)可被连接到所述振动器150上。此时，振动器150用于振动晶圆1以便排放由于蚀刻溶剂和晶圆1的表面之间在蚀刻过程中的反应所产生的气体。因此，振动器150可被操作为在蚀刻过程中产生振动，并且可被控制为在蚀刻溶剂从喷嘴131被喷射的期间或加热装置140运行的期间进行振动。
振动器150可由多种材料(例如石英或蓝宝石)形成，并且可使用石英振动器。通过连接薄片两侧上的电极来形成石英振动器150，所述薄片通过相对于石英的晶轴沿特定的方向对石英进行切割来制备，并且所述石英振动器150被操作为通过电致伸缩效果(基于施加的电压)所引起的外加的变形力来进行振动。虽然由于蚀刻溶剂和晶圆1的表面之间在蚀刻过程环境中的反应而使得温度发生变化，但是石英振动器150可被使用在蚀刻过程环境中，这是因为石英振动器150对于温度变化而言是稳定的。
同时，如上构造的单片晶圆蚀刻设备的示例的运行过程将在下文中进行说明。
首先，当真空供给单元112运行时，真空状态通过真空路径112h维持并且与真空路径112h接触的晶圆1被吸附至振动器150。
随后，当电动机122运行时，随着动力通过皮带123的传递，使得旋转轴121和转盘110旋转，进而使得晶圆1旋转。此外，当蚀刻溶剂供给单元133运行时，蚀刻过程被执行，同时蚀刻溶剂通过喷嘴131被喷射到晶圆1的表面上。此时，蚀刻在蚀刻溶剂与晶圆1的表面发生反应时被执行，蚀刻反应发生的同时蚀刻溶剂还随着晶圆1的旋转而从中心朝向圆周方向移动，并且蚀刻溶剂的温度随着蚀刻反应的进一步进行而增加。
当供电单元143在蚀刻过程期间运行的情况下，供热基体141a、141b、141c、141d以及141e的各个区域可被加热至不同的温度，并且可从圆周方向朝着中心以温度增高的方式来加热晶圆。因此，可从中心朝向圆周方向以温度增高的方式来维持蚀刻溶剂。但是，因为供热基体141a、141b、141c、141d以及141e可从圆周朝向中心维持温度增高，由于蚀刻溶剂和供热基体141a、141b、141c、141d以及141e使得所述整个晶圆1的蚀刻反应能够以统一的温度进行，进而可在整个晶圆1上维持均匀的平整度。
图4示出了运行根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第一实施例的过程期间的气体排放现象。
在进行如上所述的蚀刻过程期间，气体可作为蚀刻反应的副产品产生以停留在蚀刻溶剂中或可附着至晶圆1的表面(如图4所示)。此时，当振动器150运行时，蚀刻反应产生的气体3可随着由于振动引起的气体移动而从蚀刻溶液2中逸出或可与晶圆1的表面脱离。因此，由于停留在晶圆1上的气体可被移除，所以新供给的蚀刻溶剂2可与晶圆1的表面发生反应，进而可增加平整度。
同时，在单片晶圆蚀刻设备的示例中，可包括转盘110以便在包括如图1所示的加热装置140的情况下安装所述加热装置140。但是，加热装置140可被省略。在加热装置140被省略的情况下，不可包括转盘110，并且如图6所示，不仅所述晶圆1可被安装到振动器210本体上，并且所述振动器210可被构造为替代转盘以便在旋转期间进行真空抽吸。
图5示出了根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第二实施例。
如图5所示，根据本发明的单片晶圆蚀刻设备的第二实施例可被构造为包括其上稳固地布置有晶圆的转盘110、旋转所述转盘110的驱动装置120、将蚀刻溶剂喷射到安装在转盘110上的晶圆1的表面上的喷射装置130、对安装在转盘110上的晶圆1的各区域进行直接加热的加热装置140以及振荡所述转盘110的振荡器160。此时，由于转盘110、驱动装置120、喷射装置130以及加热装置140按照与单片晶圆蚀刻设备的第一实施例相同的方式构造，所以省略了对它们的详细说明。
振荡器160可被连接至旋转轴121的下部以便对旋转轴121进行直接振荡。振荡器160可被连接至电动机122或为旋转轴121提供动力的皮带123以便对旋转轴121进行间接地振荡。此时，振荡器160是将旋转力转换为沿竖直方向的运动的装置，并且由于振荡器160可具有不同的构造，所以其构造是非限制性的。
具体来说，如果旋转轴121的旋转中心以倾斜状态或变化的状态振动，可在蚀刻溶剂被喷射到晶圆1的表面上时影响喷射角和喷射高度，进而使得不能确保晶圆1的质量。因此，为了确保晶圆1的蚀刻质量，振荡器160仅可沿竖直方向振动并且同时维持旋转轴121的中心处于竖直状态。此时，振荡器160还被控制为在蚀刻过程期间进行振荡并且可被运转为以便与喷嘴131或加热装置140相关联。
由于如上构造的单片晶圆蚀刻设备的第二实施例以与其第一实施例的方式相同的方式运行，所以其细节的说明将被省略。
工业应用性
由于晶圆能够通过使用蚀刻溶剂以每次一个的方式进行蚀刻，所以本实施例可实现工业应用。

Claims (11)

1.一种单片晶圆蚀刻设备，包括：
转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆，并且所述转盘的直径小于所述晶圆的直径；
喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂直接喷射到稳固地布置在转盘上的所述晶圆的上表面上；
使所述转盘旋转的驱动装置；以及
振动所述转盘的振动装置，
其中，所述振动装置与所述喷嘴相关联，并且所述振动装置在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间振动所述转盘。
2.根据权利要求1所述的单片晶圆蚀刻设备，进一步包括加热装置，所述加热装置对所述转盘的各个区域进行加热，
其中，所述加热装置与所述喷嘴相关联，并且所述加热装置在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间对所述转盘进行加热。
3.根据权利要求2所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述加热装置包括：
供热基体，所述供热基体具有在所述转盘上的分隔开的区域；
多个电力电缆，所述多个电力电缆将电力传输到所述供热基体的各个区域；以及
供电单元，所述供电单元将电力供给至所述电力电缆。
4.根据权利要求3所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述供热基体包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述振动装置是被包含在所述驱动装置中的振荡器。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述振动装置是被包含在所述转盘和所述晶圆之间的石英振动器。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述振动装置是石英振动器，所述转盘具有安装到其上的晶圆。
8.一种单片晶圆蚀刻设备，包括：
转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆；
喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂直接喷射到稳固地布置在转盘上的所述晶圆的上表面上；
使所述转盘旋转的驱动装置；
供热基体，所述供热基体被包含在所述转盘上并且对所述转盘的各个区域进行加热；以及
振荡器，所述振荡器被包含在所述驱动装置中并且对所述转盘进行振荡，
其中，所述振荡器分别与所述喷嘴和所述供热基体相关联，并且所述振荡器在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间振荡所述转盘。
9.根据权利要求8所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述供热基体包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
10.一种单片晶圆蚀刻设备，包括：
转盘，所述转盘具有稳固地布置在其上的晶圆，并且所述转盘的直径小于所述晶圆的直径；
喷嘴，所述喷嘴将蚀刻溶剂直接喷射到稳固地布置在转盘上的所述晶圆的上表面上；
使所述转盘旋转的驱动装置；
供热基体，所述供热基体被包含在所述转盘上并且对所述转盘的各个区域进行加热；以及
振动器，所述振动器被包含在所述供热基体中并且对所述转盘进行振动；
其中，所述振动器分别与所述喷嘴和所述供热基体相关联，并且所述振动器在蚀刻溶剂从所述喷嘴喷射期间振动所述转盘。
11.根据权利要求10所述的单片晶圆蚀刻设备，其中，所述供热基体包括多个供热区域，所述多个供热区域从所述转盘的中心沿着圆周方向分隔开并且从所述转盘的中心朝向圆周方向以温度降低的方式运转。
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