CN108807217A - 晶圆表面处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆表面处理装置及方法，所述晶圆表面处理装置包括工作台、脉冲激光器和水箱，所述工作台用于承载晶圆，所述晶圆具有表层结构，所述脉冲激光器产生激光束，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。本发明提供的晶圆表面处理装置及方法，通过脉冲激光器产生激光束，激光束用来剥离晶圆上的表层结构，由水箱从其开口中喷出液体，通过液体冲刷带走附产物；在本发明中，由使激光束经过该开口与该开口中喷出的液体一起投射到晶圆的表层结构上，可实现在剥离表层结构的同时并冲刷带走附产物，经过晶圆表面处理可以形成可重复利用的晶圆，降低了生产成本。

Description

晶圆表面处理装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆表面处理装置及方法。
背景技术
近年来，随着半导体技术的发展，晶圆的特征尺寸已进入纳米时代，晶圆上形成的器件结构要求也越来越复杂，例如，逻辑器件(Logic Device)在后段工艺(BEOL)已经增加到12层结构，同时闪存(NAND)结构也已实现可高达64层的3D立体结构。在如此复杂的工艺过程中，难免会产生不良品，或者由于工业测试等其它需要形成的其它的测试晶圆，随着时间的增加，这些表面上具有表层结构的晶圆也越来载多，影响生产成本。
因此，如何重复利用具有表层结构的晶圆是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆表面处理装置及方法，解决重复利用具有表层结构的晶圆的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆表面处理装置，包括工作台、脉冲激光器和水箱，所述工作台用于承载晶圆，所述晶圆具有表层结构，所述脉冲激光器产生激光束，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述激光束与所述液体的投射方向均平行于所述晶圆的表面。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述脉冲激光器设置在所述水箱内。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述工作台包括一基座，所述基座承载所述晶圆，所述基座为可旋转和/或可升降的基座。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述基座的旋转速度为30rpm～3000rpm。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述开口的高度为20um～100um，所述开口的宽度为3cm～30cm。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述水箱内的压力为5MPa～50MPa。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述液体为去离子水。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述液体从所述开口中喷出的流速为0.5L/min～10L/min。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述脉冲激光器的功率在100W以内，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，所述激光束的波长为400nm～600nm。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，还包括通风设备，所述通风设备使气体流通。
可选的，在所述晶圆表面处理装置中，还包括厚度测试仪器，所述厚度测试仪器用于测试所述晶圆。
本发明还提供一种晶圆表面处理方法，包括：
提供一晶圆，所述晶圆表面上具有表层结构；
通过脉冲激光器产生激光束；
提供水箱，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述激光束与所述液体均从平行于所述晶圆表面的方向投射到所述表层结构上。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，将所述晶圆设置在基座上，通过所述基座的旋转和/或升降调整所述晶圆的位置。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述基座的旋转速度为30rpm～3000rpm。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述开口的高度为20um～100um，所述开口的宽度为3cm～30cm。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述水箱内的压力为5MPa～50MPa。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述液体为去离子水。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述液体从所述开口中喷出的流速为0.5L/min～10L/min。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述脉冲激光器的功率在100W以内，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，所述激光束的波长为400nm～600nm。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，还包括：通过通风设备使气体流通。
可选的，在所述晶圆表面处理方法中，还包括：通过厚度测试仪器来测试所述晶圆。
本发明提供的晶圆表面处理装置及方法，通过脉冲激光器产生激光束，激光束用来剥离晶圆上的表层结构，由水箱从其开口中喷出液体，通过液体冲刷带走附产物，在本发明中，由使激光束经过该开口与该开口中喷出的液体一起投射到晶圆的表层结构上，可实现在剥离表层结构的同时并冲刷带走附产物，经过晶圆表面处理可以形成可重复利用的晶圆，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的实施例的晶圆表面处理装置的侧视结构图；
图2为本发明的实施例的晶圆表面处理装置的俯视结构图；
图3为本发明的实施例的晶圆表面处理方法的流程图；
其中，10-工作台，11-基座，20-脉冲激光器，21-激光束，30-水箱，31-开口，40-晶圆，41-表层结构，50-厚度测试仪器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1或图2所示，本发明提供的一种晶圆表面处理装置，包括工作台10、脉冲激光器20和水箱30，所述工作台10用于承载晶圆40，所述晶圆40具有表层结构41，所述脉冲激光器20产生激光束21，所述水箱30设有开口31，所述水箱30中的液体从所述开口31中喷出，所述激光束21经过所述开口31与所述液体一起投射到所述表层结构41上。
本发明通过激光束与液体一起投射到晶圆的表层结构上，激光束由于光学反射会束缚在液体内，从而较佳的投射到表层结构上，这些表层结构包括但不限于膜层、布线和器件结构等，由激光束来剥离表层结构，同时可以通过液体带走剥离下来的副产物，由于处理后的晶圆的表面结构被剥离干净从而可以进行其它重复利用。脉冲激光器和水箱可设置在工作台上，也可以设置在工作台一侧，使脉冲激光器产生的激光束与水箱中喷出的液体一起投射到工作台上的晶圆上的表层结构即能满足本发明的要求。
在本实施例中，所述激光束21与所述液体的投射方向均平行于所述晶圆10的表面，也就是使激光束21与液体一起从平行于晶圆40表面的方向投射到表层结构41上，激光束21是在液体中的，两者的投射方向是相同的。由于需要实现剥离表层结构，从平行于晶圆40的侧面进行的话可以防止晶圆40受到激光束21的破坏，当然，从任意角度投射到表层结构上同样可实现剥离表层结构，本实施例采用平行于晶圆的方向具有较佳的保护作用，在本发明中晶圆的表面是指晶圆的上下表面。
所述脉冲激光器20设置在所述水箱30内，使脉冲激光器20产生的激光束21对准水箱30的开口31，从而使激光束21与液体一起投射到晶圆40的表层结构41上，水箱30内设置脉冲激光器20可以减小激光束21的路径，在其它实施例中，脉冲激光器设置在水箱外，通过在水箱上设置透明窗口可使激光束经过并从开口中与液体一起投射到晶圆的表层结构上，本实施例较佳的提供了投射路径，需知的是，脉冲激光器只需要将最终发出激光束的结构的一部分设置在水箱内，并不需要将脉冲激光器所有部件全部设置在水箱内，即可以满足本发明的需要。
所述工作台10包括一基座11，所述基座11承载所述晶圆40，所述基座11为可旋转和/或可升降的基座，通过基座11可调整晶圆40的位置，从而方便晶圆40上表层结构41的去除，通过旋转来调整晶圆40的方位，通过升降来适应不同厚度的晶圆40及其表层结构41，在具体的实施方式中，旋转可通过电机带动齿轮或转轴等多种方式实现，升降可通过具有气缸的导轨等多种方式实现。
可选的，所述基座11的旋转速度为30rpm～3000rpm，例如，可采用30rpm、100rpm、200rpm、500rpm、1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm或3000rpm等不同的旋转速度，通过旋转调整方位来处理晶圆上的表层结构，从而可较均匀的从各个方向逐渐去除表层结构。
为了控制喷出的液体，所述开口31的高度为20um～100um，例如，在对称的方形结构中可采用20um、30um、40um、50um、80um或100um等不同高度，由于晶圆上的表层结构是非常薄的，所述对应的，从开口31中喷出的液体只需要对应于表层结构可采用较低的高度，所述开口31的宽度为3cm～30cm，例如，可采用3cm、5cm、8cm、10cm、15cm、20cm、25cm或30cm等不同的宽度，开口31的宽度可对应于晶圆40的尺寸，采用上述宽度可以较佳的带走处理时的副产物。当然，对于其它不对称形状的开口，也会存在对应的位置可用来表示开口的高度和宽度，比如在某一方向上最远的两点之间的距离来表示。
可选的，所述水箱30内的压力为5MPa～50MPa，例如，可采用5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa或50MPa等不同的压力，在具体的实施方式中，可通过增压泵对水箱内的液体加压，从而使液体喷射出来，可以理解的是，本发明水箱可包括对应的管路等来输送液体，满足足够液体喷出的需要。
对于液体的选择，所述液体为去离子水，去离子水去除了呈离子形式杂质的纯水，从而防止影响到处理后的晶圆，去离子水适应于处理晶圆，在其它的实施例中，可根据不同的表层结构调配出其它溶液，例如，呈酸性或碱性的溶液，从而进一步提高晶圆表面处理能力。
所述开口31中喷出的液体的流速为0.5L/min～10L/min，例如，可采用0.5L/min、1L/min、2L/min、5L/min、8L/min或10L/min等不同的流速，通过一定流量的液体来带走晶圆表面处理中的副产物。
所述脉冲激光器20的功率在100W以内，例如，可采用100W、80W、50W、30W、20W或10W等不同功率，对于较薄或可较少量的表层结构，可以采用功率较小的脉冲激光器，100W以内的脉冲激光器已经可以较佳的实现剥离晶圆上的表层结构，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns，适用于表层结构的去除。
可选的，所述激光束21的波长为400nm～600nm，通对不同波长的激光束的选择可更好的实现去除晶圆上的表层结构。
对于工作环境，所述晶圆表面处理装置还包括通风设备(Ventilation)，所述通风设备使气体流通，通过通风设备可将处理时产生的废气等排走，在具体的实施方式中，通风设备可包括风扇等装置来实现。
为了得到处理结果，所述晶圆表面处理装置还包括厚度测试仪器50，所述厚度测试仪器50用于测试所述晶圆40，从而确定晶圆40的表层结构41的去除情况，厚度测试仪器可用来测试厚度，既可以是整片晶圆的厚度，相应的，也可以是晶圆上表层结构或其形貌的厚度以及厚度变化等所有与厚度有关，并可体现晶圆表面处理结果的厚度数据。在具体的实施方式中，可通过光学测量的厚度测试仪器来对晶圆进行测试，厚度测试仪器可以设置在工作台上，通过得到晶圆的表层厚度的相对变化确保晶圆的表层结构被去除。
如图3所示，本发明还提供一种晶圆表面处理方法，包括：
步骤S10、提供一晶圆，所述晶圆表面上具有表层结构；
步骤S20、通过脉冲激光器产生激光束；
步骤S30、提供水箱，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。
在本实施例中，所述激光束与所述液体均从平行于所述晶圆表面的方向投射到所述表层结构上，也就是使激光束与液体的投射方向均平行于所述晶圆的表面，激光束是在液体中的，两者的投射方向是相同的。由于需要实现剥离表层结构，从平行于晶圆的侧面进行的话可以防止晶圆受到激光束的破坏。
在本实施例中，将所述晶圆设置在基座上，通过所述基座的旋转和/或升降调整所述晶圆的位置，从而可调整方向从任意方向完成晶圆上表层结构的去除，通过旋转来调整晶圆的方位，通过升降来适应不同厚度的晶圆及表层结构。
可选的，所述基座的旋转速度为30rpm～3000rpm，通过旋转调整方位来处理晶圆上的表层结构，从而可较均匀的从各个方向逐渐去除表层结构。
可选的，所述水箱内的压力为5MPa～50MPa，在具体的实施方式中，可通过增压泵对水箱内的液体加压，从而使液体喷射出来。
对于液体的选择，所述液体为去离子水，去离子水去除了呈离子形式杂质的纯水，从而防止影响到处理后的晶圆，去离子水适应于处理晶圆。
所述开口中喷出的液体的流速为0.5L/min～10L/min，通过一定流速的液体来带走晶圆表面处理中的副产物。
所述脉冲激光器的功率在100W以内，对于较薄或可较少量的表层结构，可以采用功率较小的脉冲激光器，100W的脉冲激光器已经可以较佳的实现剥离晶圆上的表层结构，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns，适用于表层结构的去除。
所述激光束的波长为400nm～600nm，通对不同波长的激光束的选择可更好的实现去除晶圆上的表层结构。
为了控制喷出的液体，所述开口的高度为20um～100um，由于晶圆的表层结构是非常薄的，所述对应的，从开口中喷出的液体只需要对应于表层结构可采用较低的高度，所述开口的宽度为3cm～30cm，开口的宽度可对应于晶圆的尺寸，采用上述宽度可以较佳的带走处理时的副产物。
对于工作环境，所述晶圆表面处理方法还包括：通过通风设备使气体流通，通过通风设备可将处理时产生的废气等排走，在具体的实施方式中，通风设备可包括风扇等装置来实现。
为了得到处理结果，所述晶圆表面处理方法还包括：通过厚度测试仪器来测试所述晶圆，从而确定晶圆的表层结构的去除情况，厚度测试仪器可用来测试厚度，既可以是整片晶圆的厚度，相应的，也可以是晶圆上表层结构的厚度以及厚度变化等所有与厚度有并，并可体现处理结果的厚度数据。
本发明提供的晶圆表面处理装置及方法，通过脉冲激光器产生激光束，激光束用来剥离晶圆上的表层结构，由水箱从其开口中喷出液体，通过液体冲刷带走附产物；在本发明中，由使激光束经过该开口与该开口中喷出的液体一起投射到晶圆的表层结构上，可实现在剥离表层结构的同时并冲刷带走附产物，经过晶圆表面处理可以形成可重复利用的晶圆，降低了生产成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (25)

1.一种晶圆表面处理装置，其特征在于，所述晶圆表面处理装置包括：
工作台，所述工作台用于承载晶圆，所述晶圆具有表层结构；
脉冲激光器，所述脉冲激光器产生激光束；
水箱，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。
2.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述激光束与所述液体的投射方向均平行于所述晶圆的表面。
3.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述脉冲激光器设置在所述水箱内。
4.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述工作台包括一基座，所述基座承载所述晶圆，所述基座为可旋转和/或可升降的基座。
5.如权利要求4所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述基座的旋转速度为30rpm～3000rpm。
6.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述开口的高度为20um～100um，所述开口的宽度为3cm～30cm。
7.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述水箱内的压力为5MPa～50MPa。
8.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述液体为去离子水。
9.如权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述液体从所述开口中喷出的流速为0.5L/min～10L/min。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述脉冲激光器的功率在100W以内，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns。
11.如权利要求1至9中任意一项所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述激光束的波长为400nm～600nm。
12.如权利要求1至9中任意一项所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述晶圆表面处理装置还包括通风设备，所述通风设备使气体流通。
13.如权利要求1至9中任意一项所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述晶圆表面处理装置还包括厚度测试仪器，所述厚度测试仪器用于测试所述晶圆。
14.一种晶圆表面处理方法，其特征在于，所述晶圆表面处理方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆表面上具有表层结构；
通过脉冲激光器产生激光束；
提供水箱，所述水箱设有开口，所述水箱中的液体从所述开口中喷出，
所述激光束经过所述开口与所述液体一起投射到所述表层结构上。
15.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述激光束与所述液体均从平行于所述晶圆表面的方向投射到所述表层结构上。
16.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，将所述晶圆设置在基座上，通过所述基座的旋转和/或升降调整所述晶圆的位置。
17.如权利要求16所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述基座的旋转速度为30rpm～3000rpm。
18.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述开口的高度为20um～100um，所述开口的宽度为3cm～30cm。
19.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述水箱内的压力为5MPa～50MPa。
20.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述液体为去离子水。
21.如权利要求14所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述液体从所述开口中喷出的流速为0.5L/min～10L/min。
22.如权利要求14至21中任意一项所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述脉冲激光器的功率在100W以内，所述脉冲激光器的脉冲时间为150ns～400ns。
23.如权利要求14至21中任意一项所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述激光束的波长为400nm～600nm。
24.如权利要求14至21中任意一项所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述晶圆表面处理方法还包括：通过通风设备使气体流通。
25.如权利要求14至21中任意一项所述的晶圆表面处理方法，其特征在于，所述晶圆表面处理方法还包括：通过厚度测试仪器来测试所述晶圆。
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