CN109755152B - 半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法。半导体晶圆处理装置包括承载台、液体供应系统和探测传感器；承载台用于承载晶圆；液体供应系统包括液体源及液体供应管路，用于向晶圆的表面喷涂处理液；探测传感器包括发射模块和接收模块，位于承载台的上方，用于探测晶圆表面处理液的分布情况。利用本申请的半导体晶圆处理装置能够及时发现处理液分布不良的情况，避免因处理液分布不均导致刻蚀不良、显影不良、清洗不良等问题，从而有助于生产人员及时针对处理液分布不均的问题做出改善对策以提高生产良率。本发明的半导体晶圆处理装置结构简单，成本低廉且使用方便。采用本发明的半导体晶圆处理方法，能有效减少生产不良。

Description

半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法。

背景技术

半导体制造中，大部分的工艺生产都是单片式的，即在同一反应腔室内每次只进行一片晶圆的工艺生产处理。随着工艺生产的持续进行，每片晶圆表面的情况都可能不同，因此单片式的工艺生产处理能根据每片晶圆的情况对工艺生产条件进行调整以提升生产良率。但随着半导体器件的关键尺寸越来越小，对生产工艺的要求越来越高，即便采用这种单片式的工艺生产，也仍可能出现生产不良。比如在单片式清洗设备中进行晶圆处理时，因为设备异常导致晶圆表面的药液没有正常分布时，会出现清洗不良问题；而若在单片式湿刻工艺中，因为设备异常导致晶圆表面的刻蚀液没有正常分布时可能导致刻蚀不良。但现有技术中没有感知药液是否正常分布的技术，大部分情况下需要生产人员根据自己的经验进行判断或在相关工艺结束后通过抽检的方式对晶圆进行检测。显然依靠人工方式检测不仅耗时费力而且检测误差大；而在工艺结束后再抽检则不仅因不良已经发生，结果难以挽回，而且抽检方式容易漏检有问题的晶圆；更大的问题在于，因无法及时检出不良并根据不同的不良问题做出改善对策，可能导致不良问题扩大乃至造成严重的生产事故。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法，用于解决现有技术中因无法及时感知药液是否正常分布，导致在因药液没有正常分布而引起刻蚀不良等问题时不能及时做出改善措施的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体晶圆处理装置，用于对半导体晶圆进行处理。所述半导体晶圆处理装置包括承载台、液体供应系统和探测传感器；所述承载台用于承载所述半导体晶圆；所述液体供应系统包括一液体源及一液体供应管路，所述液体供应管路一端与所述液体源相连接，另一端延伸至所述半导体晶圆的上方，用于向所述半导体晶圆的表面喷涂处理液；所述探测传感器包括发射模块和接收模块，所述探测传感器位于所述承载台的上方，用于根据所述发射模块发射到所述半导体晶圆表面的发射信号能否被所述接收模块接收到以探测所述半导体晶圆表面处理液的分布情况。

优选地，所述发射模块和接收模块分别位于所述承载台相对两侧的上方。

在另一优选方案中，所述发射模块和接收模块位于所述承载台同一侧的上方。

优选地，所述探测传感器为光电传感器。

在另一优选方案中，所述探测传感器为声波传感器。

优选地，所述液体供应系统还包括喷嘴，所述喷嘴位于所述承载台的上方，且与所述液体供应管路延伸至所述承载台上方的一端相连接。

优选地，所述半导体晶圆处理装置还包括槽体，所述槽体包括排液口，所述承载台位于所述槽体内底部。

优选地，所述半导体晶圆处理装置还包括显示装置，所述显示装置与所述探测传感器相连接，用于显示所述探测传感器的探测结果。

优选地，所述半导体晶圆处理装置还包括报警装置，所述报警装置与所述探测传感器相连接，用于在所述探测传感器的探测结果异常时发出报警信息。

优选地，所述液体供应系统用于提供由湿法刻蚀液、清洗液与显影液所构成群组其中之一的处理液。

优选地，所述液体供应系统具有对应在所述承载台上半导体晶圆中心点的处理液喷涂点，所述探测传感器具有投射在所述承载台上的探测点，所述探测点对准所述处理液喷涂点，利用所述探测传感器的接收模块是否接收到来自所述处理液喷涂点的发射信号以判断所述处理液喷涂点是否喷涂有所述处理液。

本发明还提供一种半导体晶圆处理方法，所述半导体晶圆处理方法包括如下步骤：

1)提供一半导体晶圆；

2)使用如上述任一方案中所述的半导体晶圆处理装置于所述半导体晶圆上表面喷涂处理液并探测所述半导体晶圆表面处理液的分布情况。

优选地，上述半导体晶圆处理方法中，若步骤2)中探测到所述半导体晶圆表面处理液分布异常，则在步骤2)之后还包括重复步骤2)一次或多次的步骤。

如上所述，本发明的半导体晶圆处理装置及半导体晶圆处理方法，具有以下有益效果：本发明的半导体晶圆处理装置通过探测传感器的探测能够实时探测半导体晶圆表面的处理液的分布情况以及时发现处理液分布不均的情况，避免因处理液分布不均导致刻蚀不良、显影不良、清洗不良等问题，从而有助于生产人员及时针对处理液分布不均的问题做出改善对策以提高生产良率，本发明的半导体晶圆处理装置结构简单，成本低廉且使用方便。采用本发明的半导体晶圆处理方法，能有效避免半导体晶圆表面的处理液分布不均问题从而减少生产不良。

附图说明

图1及图2显示为使用本发明实施例一中的半导体晶圆处理装置对半导体晶圆进行处理的过程中处理液正常分布的示意图。

图3及图4显示为使用本发明实施例一中的半导体晶圆处理装置对半导体晶圆进行处理的过程中处理液未正常分布的示意图。

图5显示为本发明实施例二中的半导体晶圆处理方法的流程图。

组件标号说明

1 半导体晶圆处理装置

11 半导体晶圆

12 液体供应系统

121 液体源

122 液体供应管路

123 喷嘴

124 处理液

13 探测传感器

131 发射模块

132 接收模块

133 发射信号

14 槽体

141 排液口

142 槽壁

15 承载台

151 支撑轴

16 显示装置

17 报警装置

S11～S12 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1及图2所示，本发明提供一种半导体晶圆处理装置1，用于对半导体晶圆11进行处理。所述半导体晶圆处理装置1包括承载台15、液体供应系统12和探测传感器13；所述承载台15用于承载半导体晶圆11；所述液体供应系统12包括一液体源121及一液体供应管路122，所述液体供应管路122一端与所述液体源121相连接，另一端延伸至所述承载台15的上方，用于向所述半导体晶圆11的表面喷涂处理液124；所述探测传感器13包括发射模块131和接收模块132，所述探测传感器13位于所述承载台15的上方，用于根据所述发射模块131发射到所述半导体晶圆11表面的发射信号133能否被所述接收模块132接收到以探测所述半导体晶圆11表面处理液124的分布情况。

所述探测传感器13可以为光电传感器或声波传感器。如图1及图2所示，利用所述探测传感器13探测所述半导体晶圆11表面处理液124的分布情况的原理为：通过所述探测传感器器13的所述发射模块131向所述半导体晶圆11表面的某个点(比如所述半导体晶圆11表面的中心位置点)发射出一个信号，因为干燥的所述半导体晶圆11表面为一平整度较高的镜面，如果所述半导体晶圆11表面的该探测点没有所述处理液124，则当有光照射到所述半导体晶圆11表面时，光会发生镜面反射而被所述接收模块132接收到，而如果该探测点有所述处理液124，光会发生漫反射而无法被所述接收模块132接收到，因此，根据所述接收模块132是否接收到光信号能判断该点是否分布有所述处理液124；请参照图3及图4所示，若此位置点分布有所述处理液124，则当光信号发射至此位置点时，因为光信号在液体中会发生散射而导致在所述接收模块132中不能接收到光信号，即在所述接收模块132没有接收到光信号时可以判断该位置点喷涂有所述处理液124。通过单个所述探测传感器13通常只能探测所述半导体晶圆11表面一个位置点是否喷涂有所述处理液124，通过设置多个所述探测传感器13可以探测所述半导体晶圆11表面多个点乃至整个表面是否都分布有所述处理液124。当然，所述液体供应系统12须具有对应在所述承载台15上的所述半导体晶圆11中心点的处理液喷涂点，所述探测传感器13须具有投射在所述承载台15上的探测点，且所述探测点对准所述处理液124喷涂点，这样才能利用所述探测传感器13的接收模块132是否接收到来自所述处理液124喷涂点的发射信号133以判断所述处理液喷涂点是否喷涂有所述处理液124。半导体制造中，通常晶圆的中心点最容易出现液体未喷涂的问题，造成这种问题的原因之一是经过多重工艺后晶圆中心的薄膜相对其周围的薄膜可能较厚而易导致喷涂液体时容易出现喷涂不良。因此通过此探测传感器13能有效检测出此类不良问题以做出后续的改善。所述探测传感器13的安装位置需保证在所述发射模块131发出的信号被反射后能被所述接收模块132接收到，其具体安装依据不同的使用环境和选用的所述探测传感器13的类型不同可以不同。比如若选用的所述探测传感器13为光电传感器，更进一步地，若为槽型光电传感器，则所述发射信号133为光信号，此种情况下所述发射模块131和接收模块132宜参照图1所示分别位于所述承载台15相对两侧的上方。在其他示例中，比如，若利用的所述探测传感器13为声波传感器时需考虑不同的情况。声波传感器发出的所述发射信号133为声波，更具体的，可能为超声波(超声波是声波的一种)，因超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，且有横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)两种形式，其在气体、液体及固体中的传播速度不同；另外，超声波有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减，在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播时衰减较小，传播较远。因此利用此原理能探测所述半导体晶圆11表面是否分布有所述处理液124。如果利用的是其纵波传播的原理则所述发射模块131和所述接收模块132宜位于所述承载台15同一侧的上方，若利用其横波传播原理则所述发射模块131和所述接收模块132宜分别位于所述承载台15相对两侧的上方。当然，所述探测传感器13的具体安装位置最好根据所选用的型号来设定，而市面上的声波传感器型号较多，因此此处不一一展开。

为将所述处理液124更均匀地分布于所述半导体晶圆11的上表面，所述液体供应系统12还包括喷嘴123，所述喷嘴123位于所述承载台15的上方，且与所述液体供应管路122延伸至所述承载台15上方的一端相连接。所述喷嘴123可以如图1所示，通过所述液体供应管路122延伸至所述承载台15的正上方；也可以如图2所示，仅延伸至所述承载台15的侧上方。所述喷嘴123的主要作用是将所述处理液124雾化，形成直径很小的液雾，以增加所述处理液124和所述半导体晶圆11表面的接触面积从而使得所述处理液124在所述半导体晶圆11表面分布更均匀，此外通过所述喷嘴123雾化不仅能减小所述处理液124对所述半导体晶圆11表面的压力以避免对所述半导体晶圆11造成损伤，而且能够减少所述处理液124的用量，当然，因为所述处理液124被雾化而可能导致喷涂时所述半导体晶圆11表面的个别位置点没有喷涂到所述处理液124，因此通过设置所述探测传感器13能有效解决此类问题。需要说明的是，所述探测传感器13的安装位置并不由所述喷嘴123的位置决定而需综合考虑所述半导体晶圆11的类型、所述探测传感器13的类型以及所述半导体晶圆处理装置1的具体结构等因素而决定。

在半导体制造等行业中，绝大部分的工艺生产都需在无尘环境下进行，且因所述处理液124通常为对人体和/环境有害的液体，因此其使用和排放均需严格管理，故所述半导体晶圆处理装置1最好还包括槽体14，所述槽体14一般还需设置有排液口141以排放废液，所述承载台15位于所述槽体14的内底部，而且所述承载台15通常通过一个支撑轴151的支撑，在对置于所述承载台15上表面的所述半导体晶圆11的表面喷涂所述处理液124时，此支撑轴151可以带动所述承载台15旋转，以使所述处理液124在所述半导体晶圆11的表面喷涂地更加均匀。所述槽体14通常包括槽壁142，综合所述槽体14的具体结构以及所述探测传感器13的类型等因素，所述探测传感器13可位于槽壁142的内侧或外侧，当然，从探测精度的角度考虑，优选为设置在所述槽壁142的内侧。用于半导体行业的湿刻设备，通常将多个所述槽体14共同位于一个密闭空间中，此种情况下所述探测传感器13设置在所述槽壁142内侧的两侧可能比设于所述槽体14的顶部更合适。

所述半导体晶圆处理装置1通常还包括显示装置16，所述显示装置16与所述探测传感器13相连接，用于显示所述探测传感器13的探测结果。所述显示装置16与所述探测传感器13可以为有线连接或无线连接，或者同时进行有线连接和无线连接。在半导体行业中，也可以将连接机台的电脑或者值班手机利用为所述显示装置16，即将所述探测传感器13的探测结果输送至现有的设备中以便于相关人员实时接收查看所述半导体晶圆处理装置1的工作情况。

所述半导体晶圆处理装置1还可以包括报警装置17，所述报警装置17与所述探测传感器13相连接，用于在所述探测传感器13的探测结果异常时发出报警信息。所述报警装置17可以为声光报警器并安装于相关人员易于观察到的位置，当然，也可以于所述显示装置16中设置报警模块，该报警模块能在所述探测传感器13的探测结果异常时发出报警信息。

根据所述半导体晶圆处理装置1应用的工艺不同，所述液体供应系统12可以提供由湿法刻蚀液、清洗液与显影液所构成群组其中之一的处理液124，更具体的，湿法刻蚀工艺中所述处理液124可以包括氢氟酸、草酸、氢氧化钾溶液及BOE(Buffered-Oxide-Etch；HF：NH4F＝1：6)等刻蚀液；而清洗工艺中所述处理液124则包括丙酮、酒精和去离子水等清洗液；显影工艺中所述处理液124则包括TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液等显影液。

利用所述半导体晶圆处理装置1检测到所述半导体晶圆11表面的处理液124分布不均匀时，可及时对所述半导体晶圆处理装置1进行分析以尽快找到喷涂不均的原因并做出改善；当然，在能够确认并非因所述半导体晶圆处理装置1导致喷涂不均的情况下也可以再重复进行一次或多次喷涂以保证所需的工艺处理能够顺利完成。

需要说明的是，利用所述探测传感器13的探测原理可以将所述探测传感器13用于干燥工艺。比如，当检测到所述半导体晶圆11表面有液体时则认为干燥没有完成；而检测到没有液体时则认为干燥工艺已顺利完成，此情况下，通常利用氮气等干燥气体对所述半导体晶圆表面进行吹扫干燥。

实施例二

如图5所示，本发明还提供一种半导体晶圆处理方法，所述半导体晶圆处理方法包括如下步骤：

1)提供一半导体晶圆11；

2)使用如实施例一中所述的半导体晶圆处理装置1于所述半导体晶圆11上表面喷涂处理液124并探测所述半导体晶圆11表面处理液124的分布情况。

具体的，所述半导体晶圆处理方法的详细步骤过程可以为：S11，提供一半导体晶圆11，将所述半导体晶圆11置于如实施例一所述的半导体晶圆处理装置1中，更具体的，置于所述承载台15上并设定喷涂时间；然后进行步骤S12，通过所述液体供应系统12向所述半导体晶圆11表面喷涂处理液124，此时，连接所述承载台15的支撑轴151开始旋转并带动所述承载台15和所述半导体晶圆11旋转，由此所述处理液124将通过所述喷嘴123均匀地喷涂在所述半导体晶圆11的表面。在喷涂开始的同时，所述探测传感器13将开始工作。在设置有多个所述探测传感器13的情况下，喷涂初期所述半导体晶圆11表面未喷涂有所述处理液124的位置点若接收到从所述发射模块131的发出的发射信号133，则自然会将此发射信号133反射至所述接收模块132，通过所述显示装置16可以确认所述接收模块132接收到的情况，但随着喷涂的进行，所述接收模块132接收到的发射信号133将越来越少，直至经过设定的喷涂时间完成喷涂后，如果所述接收模块132完全接收不到任何发射信号133，则判定所述半导体晶圆11表面已经均匀喷涂有所述处理液124；若所述接收模块132继续接收到发射信号133，则判定为所述半导体晶圆11表面没有均匀喷涂有所述处理液124，则此时所述显示装置16和/或所述报警装置17将会发出报警信息，提醒相关人员尽快采取应对措施。当然，也可以将所述探测传感器13设定为在完成喷涂后开始工作，但从探测效率的角度，优选喷涂时同步探测的方式。

当步骤S12中探测到所述半导体晶圆11表面处理液124分布异常，根据不同的情况可以采取不同的应对措施，比如可立即停止所述半导体晶圆处理装置1的工作，尽快对所述半导体晶圆处理装置1进行分析以尽快找到喷涂不均的原因并做出改善；但在能够确认并非因所述半导体晶圆处理装置1导致喷涂不均的情况下也可以再重复进行一次或多次喷涂以保证所需的工艺处理能够顺利完成。所述工艺处理可以为湿刻、显影或清洗等工艺，而所述的半导体晶圆处理方法可用于任何涉及到湿刻、显影或清洗等工艺的行业，比如半导体芯片制造、液晶面板制造和太阳能电池制造等。具体的方法可以依据不同的工艺、行业或不同企业的不同要求进行调整，此处不做限制，也不做进一步地展开说明。

综上所述，本发明的半导体晶圆处理装置能够用于对半导体晶圆进行有效处理。所述半导体晶圆处理装置包括承载台、液体供应系统和探测传感器；所述承载台用于承载所述半导体晶圆；所述液体供应系统包括液体源及一液体供应管路，所述液体供应管路一端与所述液体源相连接，另一端延伸至所述承载台的上方，用于向所述半导体晶圆的表面喷涂处理液；所述探测传感器包括发射模块和接收模块，所述探测传感器位于所述承载台的上方，用于根据所述发射模块发射到所述半导体晶圆表面的发射信号能否被所述接收模块接收到以探测所述半导体晶圆表面处理液的分布情况。利用本发明的半导体晶圆处理装置能够实时探测半导体晶圆表面的处理液的分布情况以及时发现处理液分布不均的情况，避免因处理液分布不均导致刻蚀不良、显影不良、清洗不良等问题，从而有助于生产人员及时做出改善对策以提高生产良率，本发明的半导体晶圆处理装置结构简单，成本低廉且使用方便。采用本发明的半导体晶圆处理方法，能有效避免半导体晶圆表面的处理液分布不均从而减少生产不良。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种半导体晶圆处理装置（1），用于对半导体晶圆（11）进行处理，其特征在于，所述半导体晶圆处理装置包括：

承载台（15），用于承载所述半导体晶圆；

液体供应系统（12），所述液体供应系统包括一液体源（121）及一液体供应管路（122），所述液体供应管路一端与所述液体源相连接，另一端延伸至所述承载台的上方，用于向所述半导体晶圆的表面喷涂处理液；及，

探测传感器（13），包括发射模块（131）和接收模块（132），所述探测传感器位于所述承载台的上方，用于根据所述发射模块发射到所述半导体晶圆表面的发射信号（133）能否被所述接收模块接收到以探测所述半导体晶圆表面处理液的分布情况；通过所述探测传感器（13）的所述发射模块（131）向所述半导体晶圆（11）表面的某个点发射出一个信号，因为干燥的所述半导体晶圆（11）表面为一平整度较高的镜面，如果所述半导体晶圆（11）表面的探测点没有所述处理液（124），则当有光照射到所述半导体晶圆（11）表面时，光会发生镜面反射而被所述接收模块（132）接收到，而如果探测点有所述处理液（124），光会发生漫反射而无法被所述接收模块（132）接收到，因此，根据所述接收模块（132）是否接收到光信号能判断该点是否分布有所述处理液（124）。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述发射模块和接收模块分别位于所述承载台相对两侧的上方。

3.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述发射模块和接收模块位于所述承载台同一侧的上方。

4.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述探测传感器为光电传感器。

5.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述探测传感器为声波传感器。

6.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述液体供应系统还包括喷嘴（123），所述喷嘴位于所述承载台的上方，且与所述液体供应管路延伸至所述承载台上方的一端相连接。

7.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述半导体晶圆处理装置还包括槽体（14），所述槽体包括排液口（141），所述承载台位于所述槽体内底部。

8.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述半导体晶圆处理装置还包括显示装置（16），所述显示装置与所述探测传感器相连接，用于显示所述探测传感器的探测结果。

9.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述半导体晶圆处理装置还包括报警装置（17），所述报警装置与所述探测传感器相连接，用于在所述探测传感器的探测结果异常时发出报警信息。

10.根据权利要求1所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述液体供应系统用于提供由湿法刻蚀液、清洗液与显影液所构成群组其中之一的处理液（124）。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的半导体晶圆处理装置，其特征在于：所述液体供应系统具有对应在所述承载台上的半导体晶圆中心点的处理液喷涂点，所述探测传感器具有投射在所述承载台上的探测点，所述探测点对准所述处理液喷涂点，利用所述探测传感器的接收模块是否接收到来自所述处理液喷涂点的发射信号以判断所述处理液喷涂点是否喷涂有所述处理液。

12.一种半导体晶圆处理方法，其特征在于，所述半导体晶圆处理方法包括如下步骤：

1）提供一半导体晶圆（11）；

2）使用如权利要求1中所述的半导体晶圆处理装置于所述半导体晶圆上表面喷涂处理液（124）并探测所述半导体晶圆表面处理液的分布情况。

13.根据权利要求12所述的半导体晶圆处理方法，其特征在于：若步骤2）中探测到所述半导体晶圆表面处理液分布异常，步骤2）之后还包括重复步骤2）一次或多次的步骤。

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