CN105826222B - 一种晶圆刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆刻蚀设备，它包括依次设置的上料组件、刻蚀组件、水洗组件、风干组件和下料组件，上料组件与下料组件的结构相对应，所述上料组件包括可上下升降的滑轨座、可滑动地安装在所述滑轨座上的固定座、安装在所述固定座上的晶圆卡夹、设置于所述晶圆卡夹一侧的传动辊轴、与所述传动辊轴相连接用于驱动其转动的传动机构以及用于将所述晶圆卡夹内的晶圆取至所述传动辊轴上的机械臂机构。采用自动上下料的上料组件和下料组件，通过调节工艺参数可以实现自动化生产；中途不需要搬运晶圆，安全性高；刻蚀组件、水洗组件、风干组件将各工序分开，不会互相影响，工艺效果好、结构简单、容易维护、制造成本低。

Description

一种晶圆刻蚀设备

技术领域

本发明属于半导体加工领域，涉及一种刻蚀设备，具体地涉及一种晶圆刻蚀设备。

背景技术

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品，广泛应用在现代多种电子设备中。

晶圆制造工艺中，在曝光及显影后，接下来的蚀刻工序采用湿法时，是采用氢氟酸（HF）缓冲溶液除去未受保护的SiO₂层面，再在后道工序中形成线路。此道工序当前市面上普遍是采用单片晶圆刻蚀设备，由机械手上料、晶圆吸附在旋转平台，依次完成刻蚀，清洗，甩干，再由机械手收料，导致整台设备构造复杂、成本高、产能低。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种晶圆刻蚀设备。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种晶圆刻蚀设备，它包括依次设置的上料组件、刻蚀组件、水洗组件、风干组件和下料组件，上料组件与下料组件的结构相对应，所述上料组件包括可上下升降的滑轨座、可滑动地安装在所述滑轨座上的固定座、安装在所述固定座上的晶圆卡夹、设置于所述晶圆卡夹一侧的传动辊轴、与所述传动辊轴相连接用于驱动其转动的传动机构以及用于将所述晶圆卡夹内的晶圆取至所述传动辊轴上的机械臂机构。

优化地，所述刻蚀组件包括第一槽体、安装在所述第一槽体内且与所述传动辊轴向对应的第一输送辊、安装在所述第一槽体内的至少一组液刀、至少一组喷管和至少一组第一风刀机构以及分别与所述第一槽体和所述液刀相连通的药水槽。

进一步地，所述喷管通过摆动机构可转动地安装在所述第一槽体内。

进一步地，所述摆动机构包括安装在所述喷管上的连接件、安装在所述连接件上的传动杆、与所述传动杆端部相枢轴连接的摆动杆、与所述摆动杆端部相枢轴连接的偏心轮以及与所述偏心轮相连接的摆动马达。

进一步地，所述水洗组件包括第二槽体、安装在所述第二槽体内且与所述传动辊轴向对应的第二输送辊、安装在所述第二槽体内的多组喷水管组和多组第二风刀机构以及分别与多组所述喷水管组相对应连通的下槽体，所述下槽体由多个串联设置的级进溢流单元组成。

进一步地，所述风干组件包括第三槽体安装在所述第三槽体内且与所述传动辊轴向对应的第三输送辊以及安装在所述第三槽体内的多组第三风刀机构。

进一步地，它还包括废液管和进水管，所述废液管和进水管均与所述药水槽和所述下槽体相连接。

进一步地，它还包括分别与所述第一风刀机构、所述第二风刀机构和所述第三风刀机构相连通的进气管。

优化地，它还包括罩设于所述上料组件、刻蚀组件、水洗组件、风干组件和下料组件外的外罩。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明晶圆刻蚀设备，采用自动上下料的上料组件和下料组件，通过调节工艺参数可以实现自动化生产；中途不需要搬运晶圆，安全性高；刻蚀组件、水洗组件、风干组件将各工序分开，不会互相影响，工艺效果好、结构简单、容易维护、制造成本低。

附图说明

附图1为本发明晶圆刻蚀设备的结构示意图；

附图2为本发明晶圆刻蚀设备上料组件的结构示意图；

附图3为本发明晶圆刻蚀设备摆动机构的结构示意图；

其中，1、上料组件；10、第四槽体；11、滑轨座；12、固定座；13、晶圆卡夹；14、传动辊轴；15、传动机构；151、主动轴；152、传动带；153、导向滚轮；16、机械臂机构；17、升降机构；171、立杆；172、支撑板；173、气缸；2、刻蚀组件；21、第一槽体；22、第一输送辊；23、药水槽；24、喷管；25、液刀；26、第一风刀机构；27、摆动机构；271、连接件；272、传动杆；273、摆动杆；274、偏心轮；275、摆动马达；3、水洗组件；31、第二输送辊；32、喷水管组；33、下槽体；331、溢流单元；34、第二风刀机构；4、风干组件；41、第三槽体；42、第三输送辊；43、第三风刀机构；5、下料组件；6、废液管；7、进水管；8、进气管；9、外罩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。

如图1所示的晶圆刻蚀设备，主要包括上料组件1、刻蚀组件2、水洗组件3、风干组件4和下料组件5等部件。

其中，上料组件1如图2所示，包括滑轨座11、固定座12、晶圆卡夹13、传动辊轴14、传动机构15和机械臂机构16等机构。滑轨座11通过升降机构17可以实现上下升降，升降机构17采有常规的技术即可，如它可以包括立杆171、支撑板172、气缸173和固定板等，采用气缸173带动固定在立杆171上端部的固定板相对支撑板172进行上下运动。固定座12可滑动地安装在滑轨座11上，采用常规的技术即可，如在固定座12上设置与滑轨座11相配合的结构，并可以在固定板上安装与固定座12相连接的驱动结构，从而拉动固定座12在滑轨座11上来回滑动，而驱动结构可以根据实际需要设置气缸等部件。晶圆卡夹13可拆卸地安装在固定座12上（如通过气动夹具安装在固定座12上），用于放置多片晶圆（相邻的晶圆间隔设置，以留有机械臂机构16的工作空间）；它有两个，一备一用，这样仅需人工将存放晶圆的晶圆卡夹13放置在上料组件1上即可。传动辊轴14设置于晶圆卡夹13的一侧（即晶圆卡夹13的下游，它与机械臂机构16、传动机构15安装在第四槽体10内），用于带动晶圆向下游运动；在本实施例中，传动辊轴14分成间隔设置的两组（每组根据实际需要均包含多个传动辊轴14）；机械臂机构16则安装在两组传动辊轴14之间，它包括取料臂和驱动机构，驱动机构能驱动取料臂使其伸进晶圆卡夹13，带动其上升后取料、后退再下降即可将晶圆7放置传动辊轴14上。传动机构15与传动辊轴14相连接，用于驱动传动辊轴14的转动，它包括与传动辊轴14相啮合的主动轴151（主动轴151与传动辊轴14相垂直，它们可以通过锥形齿轮相啮合）、电机（图中未显示）、连接主动轴151和电机的传动带152以及与传动带152相配合的导向滚轮153，导向滚轮153还用于保证传动带152保持合适的张力，可以通过控制电机的转速而控制晶圆向下游移动的速度。下料组件5与上料组件1的结构基本类似，它的取料臂上升后取料，前进、下降，将晶圆放置在晶圆卡夹中，再后退至原始位置；升降机构带动晶圆卡夹下降，依次将空出位置供存放晶圆，当晶圆卡夹装满时，将空的晶圆卡夹移动至收料位置，供继续收料；人工可以取掉满料的晶圆卡夹，装上空的即可。

刻蚀组件2主要包括第一槽体21、第一输送辊22、药水槽23、喷管24和液刀25等部件。第一输送辊22由多个或/和多组，它们安装在第一槽体21内并与传动辊轴14向对应（处于同一水平高度），第一输送辊22的转动方式与上料组件1中传动辊轴14的转动方式一致。喷管24（它上面分别有多个喷嘴）至少有一组，通过摆动机构27可转动地安装在第一槽体21内，以形成均匀分布的液流至晶圆表面，完成刻蚀工艺；在本实施例中，摆动机构27包括连接件271、传动杆272、摆动杆273、偏心轮274和摆动马达275，连接件271对应安装在喷管24上，传动杆272安装在连接件271上以带动其同步转动，摆动杆273与传动杆272端部相枢轴连接，偏心轮274与摆动杆273端部相枢轴连接，摆动马达275与偏心轮274相连接，这样利用摆动马达275驱动偏心轮274进行转动，进而带动摆动杆273来回摆动最终实现喷管24的摆动。液刀25至少有一组，在本实施例中，它为两组且分别设置在喷管24的上游和下游，以形成均匀水层，促使刻蚀均匀。第一风刀机构26也至少有一组，在本实施例中，它为两组且设置在一组液刀25的上游和另一液刀25的下游（如图1所示，本专利中有关上下游的概念均是按照晶圆的输送方向予以定义的）；第一风刀机构26包括风刀、管路和控制阀门，以形成均匀的气帘，阻挡晶圆表面的药液流至相邻的组件内。药水槽23位于第一槽体21的下方，它分别与第一槽体21、喷管24和液刀25相连通，一方面通过泵浦和管路将药液导入液刀25和喷管24中，另一方面刻蚀后的药液从第一槽体21中回流至药水槽23内；药水槽23安装有加热器、冷却盘、温度传感器和进出液管路，加热器、冷却盘和温度传感器可以在自动控制模块的带动下控制药液的温度；进出液管路用于输入药液、自来水及排放药液。在本实施例中，可以在第一槽体21上连接抽风管路，将其内的水汽抽出，形成负压，防止气体外泄。

水洗组件3包括第二槽体30、第二输送辊31、喷水管组32、第二风刀机构34，第二输送辊31和第二风刀机构34的结构与刻蚀组件2中对应的结构和功能类似。喷水管组32有多组，且上下对应设置从而能够对晶圆的上下表面进行喷水；它也可以根据喷管24的结构设置成摆动式的。下槽体33分别与多组喷水管组32相对应连通，它包括多个（本实施例中为3个，它与喷水管组32一一对应）串联设置的级进溢流单元331，级进溢流单元331的溢流高度依次递增，使得溢流高度最高的级进溢流单元331与最下游的喷水管组32相连通，保证后道清洗洁净度，清洗效果好。

风干组件4包括第三槽体41、第三输送辊42和第三风刀机构43，第三槽体41、第三输送辊42和第三风刀机构43的结构与刻蚀组件2中对应的结构和功能类似。可以根据实际的需要和本领域公知常识选择对应的数量，并设置对应的位置。

在本实施例中，晶圆刻蚀设备还包括废液管6、进水管7和进液管（即上述的进出液管路），它们分别与药水槽23、下槽体33相连接，从而使得刻蚀组件2和水洗组件3共用同一进出液管路，简化结构，便于集中自动化控制。第一风刀机构26、第二风刀机构34和第三风刀机构43与同一进气管8相连通，这样可以由中央压缩空气供气，形成均匀的气帘，吹掉晶圆表面的水，有利于简化结构，便于集中自动化控制。可以将上述所有结构与控制器相连接，从而实现晶圆刻蚀设备的自动化控制。由于刻蚀组件2中需要腐蚀性的化学品HF，因此需要在上料组件1、刻蚀组件2、水洗组件3、风干组件4和下料组件5外设置外罩9，以确保生产环境的安全。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶圆刻蚀设备，它包括依次设置的上料组件（1）、刻蚀组件（2）、水洗组件（3）、风干组件（4）和下料组件（5），所述上料组件（1）与所述下料组件（5）的结构相对应，其特征在于：所述上料组件（1）包括可上下升降的滑轨座（11）、可滑动地安装在所述滑轨座（11）上的固定座（12）、安装在所述固定座（12）上的晶圆卡夹（13）、设置于所述晶圆卡夹（13）一侧的传动辊轴（14）、与所述传动辊轴（14）相连接用于驱动其转动的传动机构（15）以及用于将所述晶圆卡夹（13）内的晶圆取至所述传动辊轴（14）上的机械臂机构（16）。

2.根据权利要求1所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：所述刻蚀组件（2）包括第一槽体（21）、安装在所述第一槽体（21）内且与所述传动辊轴（14）向对应的第一输送辊（22）、安装在所述第一槽体（21）内的至少一组液刀（25）、至少一组喷管（24）和至少一组第一风刀机构（26）以及分别与所述第一槽体（21）和所述液刀（25）相连通的药水槽（23）。

3.根据权利要求2所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：所述喷管（24）通过摆动机构（27）可转动地安装在所述第一槽体（21）内。

4.根据权利要求3所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：所述摆动机构（27）包括安装在所述喷管（24）上的连接件（271）、安装在所述连接件（271）上的传动杆（272）、与所述传动杆（272）端部相枢轴连接的摆动杆（273）、与所述摆动杆（273）端部相枢轴连接的偏心轮（274）以及与所述偏心轮（274）相连接的摆动马达（275）。

5.根据权利要求2所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：所述水洗组件（3）包括第二槽体（30）、安装在所述第二槽体（30）内且与所述传动辊轴（14）向对应的第二输送辊（31）、安装在所述第二槽体（30）内的多组喷水管组（32）和多组第二风刀机构（34）以及分别与多组所述喷水管组（32）相对应连通的下槽体（33），所述下槽体（33）由多个串联设置的级进溢流单元组成（331）。

6.根据权利要求5所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：所述风干组件（4）包括第三槽体（41）、安装在所述第三槽体（41）内且与所述传动辊轴（14）向对应的第三输送辊（42）以及安装在所述第三槽体（41）内的多组第三风刀机构（43）。

7.根据权利要求6所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：它还包括废液管（6）和进水管（7），所述废液管（6）和进水管（7）均与所述药水槽（23）和所述下槽体（33）相连接。

8.根据权利要求6所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：它还包括分别与所述第一风刀机构（26）、所述第二风刀机构（34）和所述第三风刀机构（43）相连通的进气管（8）。

9.根据权利要求1所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于：它还包括罩设于所述上料组件（1）、刻蚀组件（2）、水洗组件（3）、风干组件（4）和下料组件（5）外的外罩（9）。