CN109449101A - 一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体、药剂喷嘴、保护喷嘴、晶圆支架和预热喷嘴；所述晶圆支架用于支撑并带动所述晶圆自传，所述药剂喷嘴设置在所述晶圆的正面，所述保护喷嘴设置在所述晶圆的背面，所述晶圆正面和背面均设置有所述预热喷嘴，以上结构均设置在所述单腔腔体内部。在所述湿法作业预处理方法中，设置在所述晶圆的正面和背面的所述预热喷嘴间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升并实时监测其温度，待温度达到所述高温化学药剂的温度时停止预热。通过预热使所述晶圆温度缓慢上升、热应力缓慢释放，防止热应力破坏晶圆结构，提高晶圆的良品率。

Description

一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法。
背景技术
在集成电路生产中，经常会使用高温化学药剂对晶圆表面做清洗和刻蚀。目前主流的湿法清洗和刻蚀会使用单腔作业，作业时，晶圆高速自转，化学药剂喷射到晶圆正面，晶圆背面喷射惰性气体或者高纯净水以保护晶圆。
晶圆正面的膜层结构一般比较复杂，不同的膜层的热膨胀系数差别很大。因此，高温化学药剂喷射到晶圆正面，会使晶圆的部分区域剧烈升温，晶圆表面的不同膜质之间产生较大的热应力来不及释放。热应力一方面可能会导致晶圆翘曲、变形，甚至破碎；另一方面热应力还可能导致晶圆表面的图形破损脱落，影响良品率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法，用于对待湿法刻蚀或清洗的晶圆进行预热处理，防止晶圆表面不同膜质之间的热应力破坏晶圆结构，提高晶圆的良品率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种湿法刻蚀和清洗腔体，用于刻蚀或清洗晶圆，用于刻蚀或清洗晶圆，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体、药剂喷嘴、保护喷嘴、晶圆支架和预热喷嘴，所述药剂喷嘴、所述保护喷嘴、所述晶圆支架和所述预热喷嘴均设置在所述单腔腔体内部；
所述晶圆支架用于支撑并带动所述晶圆自传，所述药剂喷嘴设置在所述晶圆支架的正面，所述药剂喷嘴用于喷射高温化学药剂到所述晶圆的正面以清洗或刻蚀所述晶圆，所述保护喷嘴设置在所述晶圆支架的背面，所述保护喷嘴用于喷射惰性气体或者高纯净水以保护所述晶圆，所述晶圆正面和背面均设置有所述预热喷嘴，所述预热喷嘴用于喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度，所述药剂喷嘴与所述保护喷嘴的喷射方向相反，位于所述晶圆支架的正面和背面的所述预热喷嘴的喷射方向相反。
可选的，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度和流量控制器，所述温度和流量控制器用于控制所述预热喷嘴喷射的所述预热制剂的温度和流量，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度。
可选的，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度探测器，所述温度探测器设置在所述单腔腔体内部，所述温度探测器为非接触式温度探测器，所述温度探测器用于监测所述晶圆的温度。
可选的，所述温度探测器包括辐射测温仪或红外测温仪。
本发明还提供了一种湿法刻蚀和清洗方法，采用以上所述的湿法刻蚀和清洗腔体，具体包括以下步骤：
S1：将晶圆放置到晶圆支架上，在所述晶圆的正面和背面通过所述预热喷嘴间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升；
S2：实时监测所述晶圆的温度并在其温度达到所述高温化学药剂的温度时，停止预热升温；
S3：通过所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面，清洗或刻蚀所述晶圆，同时，通过所述保护喷嘴将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆的背面，保护所述晶圆。可选的，所述预热制剂不与所述晶圆表面的膜层发生反应。
可选的，所述预热制剂不在晶圆表面残留或者通过后续工艺除去。
可选的，所述预热制剂包括惰性气体气体或者纯净水。
可选的，在步骤S2中，监测所述晶圆的温度还包括通过所述温度探测器在所述晶圆预热升温过程实时监测所述晶圆温度。
可选的，在步骤S3中，当所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面时，所述晶圆背面的所述预热喷嘴根据工艺需求继续喷射或者关闭。
在本发明提供的一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法中，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体、药剂喷嘴、保护喷嘴、晶圆支架和预热喷嘴，所述药剂喷嘴、所述保护喷嘴、所述晶圆支架和所述预热喷嘴均设置在所述单腔腔体内部；所述晶圆支架用于支撑并带动所述晶圆自传，所述药剂喷嘴设置在所述晶圆支架的正面，所述药剂喷嘴用于喷射高温化学药剂到所述晶圆的正面以清洗或刻蚀所述晶圆，所述保护喷嘴设置在所述晶圆支架的背面，所述保护喷嘴用于喷射惰性气体或者高纯净水以保护所述晶圆，所述晶圆正面和背面均设置有所述预热喷嘴，所述预热喷嘴用于喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度。所述湿法刻蚀和清洗方法包括：将晶圆放置到晶圆支架上，在所述晶圆的正面和背面通过所述预热喷嘴间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升；实时监测所述晶圆的温度并在其温度达到所述高温化学药剂的温度时，停止预热升温；通过所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面，清洗或刻蚀所述晶圆，同时，通过所述保护喷嘴将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆的背面，保护所述晶圆。在本发明中，所述晶圆进行高温作业前，先对所述晶圆进行预热处理使其温度缓慢上升，所述晶圆内部的热应力缓慢释放，可防止所述晶圆表面不同膜质之间的热应力破坏所述晶圆结构，提高所述晶圆的良品率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的湿法刻蚀和清洗腔体示意图；
图2是本发明一实施例提供晶圆升温速度曲线图；
其中：10-单腔腔体，20-药剂喷嘴，30-保护喷嘴，40-晶圆支架，50-预热喷嘴，60-温度和流量控制器，70-温度探测器，80-晶圆。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如背景技术中提及的，晶圆正面的膜层结构一般比较复杂，不同的膜层的热膨胀系数差别很大。当高温化学药剂喷射到晶圆正面，会使晶圆的部分区域剧烈升温，晶圆表面的不同膜质之间产生较大的热应力来不及释放。热应力一方面可能会导致晶圆翘曲、变形，甚至破碎；另一方面热应力还可能导致晶圆表面的图形破损脱落，影响良品率。为此，发明人提出一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法，用于对待湿法刻蚀或清洗的晶圆进行预热处理，防止晶圆表面不同膜质之间的热应力破坏晶圆结构，提高晶圆的良品率。
本发明一实施例提供一种湿法刻蚀和清洗腔体，图1是本发明一实施例提供的湿法刻蚀和清洗腔体示意图，如图1所示，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体10、药剂喷嘴20、保护喷嘴30、晶圆支架40和预热喷嘴50，所述药剂喷嘴20、所述保护喷嘴30、所述晶圆支架40和所述预热喷嘴50均设置在所述单腔腔体10内部；所述晶圆支架40用于支撑并带动所述晶圆80自传，所述药剂喷嘴20设置在所述晶圆80的正面，所述药剂喷嘴20用于喷射高温化学药剂到所述晶圆80的正面以清洗或刻蚀所述晶圆80，所述保护喷嘴30设置在所述晶圆80的背面，所述保护喷嘴30用于喷射惰性气体或者高纯净水以保护所述晶圆80，所述晶圆80正面和背面均设置有所述预热喷嘴50，所述预热喷嘴50用于喷射预热制剂，使所述晶圆80的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度，所述药剂喷嘴20与所述保护喷嘴30的喷射方向相反，位于所述晶圆支架的正面和背面的所述预热喷嘴50的喷射方向相反。
进一步的，如图1所示，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度和流量控制器60，所述温度和流量控制器60用于控制所述预热喷嘴50喷射的所述预热制剂的温度和流量，使所述晶圆80的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度。图2是本发明一实施例提供晶圆升温速度曲线图，横轴t为时间轴，纵轴C为温度轴，温度/时间曲线L1和L2，如图2所示，未预热的所述晶圆80升温如曲线L2所示，升温速度快，热应力来不及释放，而经过预热处理，且预热过程中，所述温度和流量控制器60实时控制所述预热喷嘴50喷射的所述预热制剂的温度和流量，所述晶圆升温如曲线L1所示，所述晶圆80升温速度慢，升温曲线平滑，热应力充分释放。
进一步的，如图1所示，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度探测器70，所述温度探测器70设置在所述单腔腔体10内部，所述温度探测器70为非接触式温度探测器，所述温度探测器70用于监测所述晶圆80的温度。采用非接触式温度探测器可防止所述温度探测器70和所述晶圆80接触污染所述晶圆80。所述温度探测器70包括辐射测温仪、红外测温仪，或者其他非接触方式测温的装置。
本发明一实施例还提供一种湿法作业预处理方法，采用以上所述的湿法刻蚀和清洗腔体，具体包括以下步骤：
S1：将晶圆80放置到晶圆支架40上，在所述晶圆80的正面和背面通过所述预热喷嘴50间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆80的温度缓慢上升；
S2：实时监测所述晶圆80的温度并在其温度达到所述高温化学药剂的温度时，停止预热升温；
S3：通过所述药剂喷嘴20将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆80的正面，清洗或刻蚀所述晶圆80，同时，通过所述保护喷嘴30将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆80的背面，保护所述晶圆80。
进一步的，所述预热制剂不与所述晶圆80表面的膜层发生反应，防止在预热过程中所述晶圆80表面的膜层遭到破坏，在预热处理结束后，因所述晶圆80高速自转，所述预热制剂不在晶圆80表面残留；对无法通过所述晶圆80高速自转去除的所述预热制剂通过后续工艺去除。所述预热制剂可以使用惰性气体气体或者纯净水，也可使用其他不与所述晶圆80表面的膜层发生反应气体和液体。
进一步的，在步骤S2中，监测所述晶圆80的温度时，可以通过经验公式计算特定条件下所述晶圆80的温度，也可以通过所述温度探测器70在所述晶圆80预热升温过程实时监测所述晶圆80温度，并配合所述温度和流量控制器60，使所述晶圆80在预热过程中温度缓慢上升且升温速度可控。
进一步的，在步骤S3中，当所述药剂喷嘴20将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆80的正面，清洗或刻蚀所述晶圆80时，所述保护喷嘴30将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆80的背面，保护所述晶圆80。与此同时，所述晶圆80背面的所述预热喷嘴50根据工艺需求继续喷射预热制剂使所述晶圆80的温度为持在一特定值，或者所述预热喷嘴50关闭。
综上所述，在本发明一实施例提供的一种湿法刻蚀和清洗腔体及方法中，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体、药剂喷嘴、保护喷嘴、晶圆支架和预热喷嘴；所述晶圆支架用于支撑并带动所述晶圆自传，所述药剂喷嘴设置在所述晶圆支架的正面，所述保护喷嘴设置在所述晶圆支架的背面，所述晶圆正面和背面均设置有所述预热喷嘴，所述预热喷嘴用于喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度。所述湿法刻蚀和清洗方法包括：在所述晶圆的正面和背面通过所述预热喷嘴间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升；实时监测所述晶圆的温度并在其温度达到所述高温化学药剂的温度时，停止预热升温；通过所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面，清洗或刻蚀所述晶圆，同时，通过所述保护喷嘴将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆的背面，保护所述晶圆。在本发明中，所述晶圆进行高温作业前，先对所述晶圆进行预热处理使其温度缓慢上升，所述晶圆内部的热应力缓慢释放，可防止所述晶圆表面不同膜质之间的热应力破坏所述晶圆结构，提高所述晶圆的良品率。在所述晶圆进行高温作业前，先对所述晶圆进行预热处理使其温度缓慢上升，所述晶圆内部的热应力缓慢释放，可防止所述晶圆表面不同膜质之间的热应力破坏所述晶圆结构，提高所述晶圆的良品率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿法刻蚀和清洗腔体，用于刻蚀或清洗晶圆，其特征在于，所述湿法刻蚀和清洗腔体包括：单腔腔体、药剂喷嘴、保护喷嘴、晶圆支架和预热喷嘴，所述药剂喷嘴、所述保护喷嘴、所述晶圆支架和所述预热喷嘴均设置在所述单腔腔体内部；
所述晶圆支架用于支撑并带动所述晶圆自传，所述药剂喷嘴设置在所述晶圆支架的正面，所述药剂喷嘴用于喷射高温化学药剂到所述晶圆的正面以清洗或刻蚀所述晶圆，所述保护喷嘴设置在所述晶圆支架的背面，所述保护喷嘴用于喷射惰性气体或者高纯净水以保护所述晶圆，所述晶圆正面和背面均设置有所述预热喷嘴，所述预热喷嘴用于喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度，所述药剂喷嘴与所述保护喷嘴的喷射方向相反，位于所述晶圆支架的正面和背面的所述预热喷嘴的喷射方向相反。
2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀和清洗腔体，其特征在于，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度和流量控制器，所述温度和流量控制器用于控制所述预热喷嘴喷射的所述预热制剂的温度和流量，使所述晶圆的温度缓慢上升到所述高温化学药剂的温度。
3.根据权利要求1所述的湿法刻蚀和清洗腔体，其特征在于，湿法刻蚀和清洗腔体还包括温度探测器，所述温度探测器设置在所述单腔腔体内部，所述温度探测器为非接触式温度探测器，所述温度探测器用于监测所述晶圆的温度。
4.根据权利要求3所述的湿法刻蚀和清洗腔体，其特征在于，所述温度探测器包括辐射测温仪或红外测温仪。
5.一种湿法刻蚀和清洗方法，其特征在于，采用根据权利要求1～4任意一项所述的湿法刻蚀和清洗腔体，具体包括以下步骤：
S1：将晶圆放置到晶圆支架上，在所述晶圆的正面和背面通过所述预热喷嘴间歇或连续喷射预热制剂，使所述晶圆的温度缓慢上升；
S2：实时监测所述晶圆的温度并在其温度达到所述高温化学药剂的温度时，停止预热升温；
S3：通过所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面，清洗或刻蚀所述晶圆，同时，通过所述保护喷嘴将惰性气体或者高纯净水喷射到所述晶圆的背面，保护所述晶圆。
6.根据权利要求5所述的湿法作业预处理方法，其特征在于，所述预热制剂不与所述晶圆表面的膜层发生反应。
7.根据权利要求6所述的湿法作业预处理方法，其特征在于，所述预热制剂不在晶圆表面残留或者通过后续工艺除去。
8.根据权利要求7所述的湿法作业预处理方法，其特征在于，所述预热制剂包括惰性气体气体或者纯净水。
9.根据权利要求5所述的湿法作业预处理方法，其特征在于，在步骤S2中，监测所述晶圆的温度还包括通过所述温度探测器在所述晶圆预热升温过程实时监测所述晶圆温度。
10.根据权利要求5所述的湿法作业预处理方法，其特征在于，在步骤S3中，当所述药剂喷嘴将所述高温化学药剂喷射到所述晶圆的正面时，所述晶圆背面的所述预热喷嘴根据工艺需求继续喷射或者关闭。
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