CN104091772B - 晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置及方法 - Google Patents

晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置及方法。所述晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置包括：气体喷头、可旋转卡盘以及一个或多个激光发射器；其中，气体喷头处于可旋转卡盘的上方，并且朝着可旋转卡盘的方向喷射气体；可旋转卡盘用于承载晶圆；所述一个或多个激光发射器布置在可旋转卡盘的侧部上方，用于朝着可旋转卡盘发射激光束。通过本发明提出的方法能够精确去除晶圆边缘非晶碳薄膜，避免边缘非晶碳薄膜在后续工艺中剥落成为晶圆上的缺陷，最终提高产品良率。

Description

晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展，晶圆规格逐渐向大尺寸发展，12寸已逐渐成为集成电路制造的主流，未来甚至会发展到18寸及18寸以上。晶圆尺寸的扩大相应的引起晶圆边缘面积的扩大，对晶圆边缘缺陷的控制显得更加重要。
所谓晶圆边缘缺陷，是指薄膜(特别是一些黏附性较差的薄膜)在晶圆边缘积累(一般需要经过几次薄膜沉积)到一定程度之后，在内部应力或者外力的作用下发生剥落，如果掉到晶圆上的器件区，就成为影响产品良率的缺陷，严重的缺陷甚至会导致产品报废。
图1为在晶圆上沉积薄膜的示意图，晶圆100上的薄膜200的容易剥落形成缺陷的正是图中虚线圆圈所示边缘薄膜210。
非晶碳薄膜是集成电路制造上常见的掩膜材料，其优点是与Si，SiO2等材料相比有很高的刻蚀选择比，而且可灰化容易去除。但是由于非晶碳膜的黏附性差，导致在晶圆边缘的非晶碳膜容易脱落，如图1所示。解决该问题的办法目前有两种：1.沉积过程中在晶圆边缘区域覆盖一个阻挡环,使边缘无法沉积薄膜；2.沉积后通过边缘刻蚀的方法去除，即将晶圆的中间部分盖住，然后用氧化性对晶圆边缘部分进行蚀刻，从而去除边缘非晶碳膜。
但是，现有技术的沉积后通过边缘刻蚀的方法去除的方案中，无法实现精确去除晶圆边缘非晶碳薄膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，包括：气体喷头、可旋转卡盘以及一个或多个激光发射器；其中，气体喷头处于可旋转卡盘的上方，并且朝着可旋转卡盘的方向喷射气体；可旋转卡盘用于承载晶圆；所述一个或多个激光发射器布置在可旋转卡盘的侧部上方，用于朝着可旋转卡盘发射激光束。
优选地，激光发射器所发射的激光束相对于可旋转卡盘上的晶圆的发射方向可调。
优选地，激光发射器所发射的激光束的激光光斑大小可调。
优选地，激光发射器的数量为多个，多个激光发射器相对于可旋转卡盘均匀布置。
优选地，所述气体为氧气，或者所述气体为氧气与惰性气体的混合物。
根据本发明的第二方面，提供了一种采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法，其特征在于包括：将表面布置有薄膜的晶圆放置在可旋转卡盘上；在使得可旋转卡盘旋转的同时，利用气体喷头向薄膜喷射气体，同时利用激光发射器向薄膜的边缘发射激光束。
优选地，所述采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法还包括：调节或者预先设置激光发射器向薄膜的边缘发射激光束的角度和光斑大小。
本发明的采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法，通过激光照射在晶圆边缘对其进行瞬间加热，使得晶圆边缘的非晶碳薄膜在高温下与反应腔里的氧气反应，从而被刻蚀去除。通过本发明提出的方法能够精确去除晶圆边缘非晶碳薄膜，避免边缘非晶碳薄膜在后续工艺中剥落成为晶圆上的缺陷，最终提高产品良率。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的晶圆上沉积薄膜的示意图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置的示意图。
图3示意性地示出了采用根据本发明优选实施例的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法得到的晶圆上沉积薄膜的示意图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置的示意图。
如图2所示，根据本发明优选实施例的采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置包括：气体喷头10、可旋转卡盘20以及一个或多个激光发射器30。
其中，气体喷头10处于可旋转卡盘20的上方，并且朝着可旋转卡盘20的方向喷射气体(例如氧气、或者氧气与惰性气体(例如氮气)的混合物)；可旋转卡盘20用于承载晶圆100；所述一个或多个激光发射器30布置在可旋转卡盘20的侧部上方，用于朝着可旋转卡盘20发射激光束。
其中，优选地，激光发射器30所发射的激光束相对于可旋转卡盘20上的晶圆100的发射方向可调。此外优选地，激光发射器30所发射的激光束的激光光斑大小可调。
优选地，在激光发射器30的数量为多个的情况下，多个激光发射器30相对于可旋转卡盘20均匀布置。
在具体操作时，上面布置有薄膜200的晶圆100位于可旋转卡盘20上面，可旋转卡盘20斜上方装有激光发射器30(可以是一个或者多个)，激光束与晶圆所成角度可调，激光光斑大小可调。晶圆正上方有气体喷头(例如，喷气莲蓬头)。
相应地，本发明优选实施例的采用激光辅助化学刻蚀的晶圆边缘非晶碳薄膜清除方法包括：
将表面布置有薄膜200的晶圆100放置在可旋转卡盘20上；
在使得可旋转卡盘20旋转的同时，利用气体喷头10向薄膜200喷射气体(例如氧气、或者氧气与惰性气体(例如氮气)的混合物)，同时利用激光发射器30向薄膜200的边缘发射激光束。
可调节或者预先设置激光发射器30向薄膜200的边缘发射激光束的角度和光斑大小。
这样，对晶圆边缘的非晶碳膜进行刻蚀时，激光光斑打在晶圆边缘区域，可对相应区域进行瞬时加热。同时气体喷头上面将流出氧气(或者氧气与氮气等惰性气体的混合物)(可通过惰性气体所含比例控制刻蚀速率)。非晶碳膜在400℃左右能够与氧气发生反应，而晶圆边缘的温度可以通过激光发射器的能量，光斑大小或者旋转卡盘的转速进行调节。目前对光斑大小的控制可以达到0.1mm级别，所以通过本发明提出的方法能够对刻蚀区域进行精确控制。
通过本发明提出的方法能够精确去除晶圆边缘非晶碳薄膜，避免边缘非晶碳薄膜在后续工艺中剥落成为晶圆上的缺陷，最终提高产品良率。
具体实施时，本发明所提出的激光辅助化学边缘刻蚀装置可以集成到非晶碳薄膜沉积系统上，非晶碳薄膜制程完成之后，晶圆被送到图2所示装置。如果需要去除边缘0.5mm的非晶碳膜，可以将激光光斑调整至直径0.5mm大小，激光器的发射能量以及旋转卡盘的转速可以根据需要设置，以确保光斑照射区域的非晶碳膜能够达到足够温度与O2反应。激光器的个数可以是一个或者多个，多个激光器能减少总的刻蚀时间。激光器可选择射频激励CO2激光器，发射波长为10600nm激光，也可以选择满足加热要求的其它种类激光器。反应进行时，晶圆上方气体喷头将持续流入氧气或者氧气与其它惰性气体的混合物，气体中氧气的比例会影响对激光器功率和卡盘转速的要求。
经过上述流程，晶圆边缘的非晶碳膜将被去除，实现如图3所示的效果(如图中虚线圆圈所示)，避免边缘的非晶碳膜脱落形成缺陷影响产品良率。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，其特征在于包括：气体喷头、可旋转卡盘以及一个或多个激光发射器；其中，气体喷头处于可旋转卡盘的上方，并且朝着可旋转卡盘的方向喷射气体；可旋转卡盘用于承载晶圆；所述一个或多个激光发射器布置在可旋转卡盘的侧部上方，用于朝着可旋转卡盘发射激光束。
2.根据权利要求1所述的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，其特征在于，激光发射器所发射的激光束相对于可旋转卡盘上的晶圆的发射方向可调。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，其特征在于，激光发射器所发射的激光束的激光光斑大小可调。
4.根据权利要求1或2所述的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，其特征在于，激光发射器的数量为多个，多个激光发射器相对于可旋转卡盘均匀布置。
5.根据权利要求1或2所述的晶圆边缘非晶碳薄膜清除装置，其特征在于，所述气体为氧气，或者所述气体为氧气与惰性气体的混合物。
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