CN110364421B - 一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法，属于半导体制造领域，方法包括：将一晶圆竖直的送入刻蚀液，并经过一预定制程时间后，将所述晶圆竖直送出所述刻蚀液；其中，于所述晶圆完全进入所述刻蚀液后，使所述晶圆以所述晶圆的中心为轴旋转一预定角度；装置包括：传送装置、转动装置、第一控制装置、第二控制装置。上述技术方案的有益效果是：晶圆的上下部分互换，当制程时间结束以后，传送装置传送晶圆离开刻蚀液容器时，晶圆表面先浸入刻蚀溶液的下半部分先于后浸入刻蚀溶液的上半部分结束刻蚀制程，使得上下半部蚀刻量互补，有效改善了晶圆表面蚀刻的均匀度，减少了报废的风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法。
背景技术
半导体刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺两种基本的刻蚀工艺，其中湿法刻蚀是最传统的刻蚀方法，其通常是把晶圆浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应，从而被除去。现有的湿法刻蚀工艺是在槽式结构的湿法刻蚀机台中利用刻蚀液体对晶圆进行刻蚀，在湿法刻蚀的过程中，晶圆被机械手臂垂直传送进入刻蚀液进行刻蚀，此时，晶圆的下半部分将先于晶圆的上半部分进入刻蚀液，因此，晶圆的下半部分会先于晶圆的上半部分开始蚀刻制程。刻蚀结束后，晶圆被机械手臂垂直传送出刻蚀液，此时，晶圆的上半部分又会先于晶圆的下半部分离开刻蚀液，这将最终导致晶圆上半部分的刻蚀时间短于晶圆下半部分的刻蚀时间，当晶圆总的刻蚀时间比较短时，晶圆上半部分与晶圆下半部分的刻蚀时间差将会对晶圆表面的刻蚀均匀度造成显著影响，尤其是刻蚀液粘稠度比较大时，机械手臂传送晶圆进出刻蚀液时的传送速度变慢，进一步加大了晶圆表面的刻蚀时间差，使得晶圆表面刻蚀均匀度超出安全质量标准之外，大大增加了晶圆报废的风险。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法，当晶圆被传送装置传送进入刻蚀液容器并达到预定行程时，由转动装置带动晶圆做圆周转动，使得晶圆的上半部分与下半部分位置互换，从而当制程时间结束以后，传送装置传送晶圆离开刻蚀液容器时，晶圆表面先浸入刻蚀溶液的下半部分先于后浸入刻蚀溶液的上半部分结束刻蚀制程，使得上下半部蚀刻量互补，有效改善了晶圆表面蚀刻的均匀度，保证产品均匀度在可控的安全质量标准范围之内，大大减少了报废的风险。
上述技术方案具体包括：
一种湿法刻蚀设备，其中包括：
传送装置，用以竖直的传送晶圆进入一刻蚀液容器，以及竖直的传送所述晶圆离开所述刻蚀液容器；
转动装置，固定设置于所述传送装置上，用以驱动所述晶圆以所述晶圆中心为轴旋转；
第一控制装置，分别连接所述传送装置和所述转动装置，用以于所述传送装置将所述晶圆送入所述刻蚀液容器达到预定行程时启动所述转动装置；
第二控制装置，连接所述转动装置，用以控制所述转动装置于所述晶圆以所述晶圆中心为轴旋转一预定角度后停止。
优选地，其中，所述转动装置组成一承载面，所述晶圆可以所述晶圆中心为轴旋转的放置于所述承载面上。
优选地，其中，所述转动装置包括：
转动杆，可转动的固定于所述传送装置上，所述转动杆与所述晶圆边缘形成摩擦传动；
驱动装置，连接所述转动杆，用于为所述转动杆的转动提供动力。
优选地，其中，所述转动装置还包括一承载机构，所述转动杆配合所述承载机构承载所述晶园。
优选地，其中，两个及以上所述转动杆承载所述晶圆，且每个所述转动杆在转动方向以及转动速度上保持同步。
优选地，其中，所述转动杆为长条形立体结构，并于立体空间中相互平行排列。
优选地，其中，所述转动杆包括复数个正弦波形的凸起，相邻两个所述凸起之间形成卡槽，所述晶圆放置于所述卡槽内。
一种湿法刻蚀方法，应用于晶圆的湿法刻蚀，其中，将一晶圆竖直的送入刻蚀液，并经过一预定制程时间后，将所述晶圆竖直送出所述刻蚀液；
其中，于所述晶圆完全进入所述刻蚀液后，使所述晶圆以所述晶圆的中心为轴旋转一预定角度。
优选地，其中，提供一传送装置将所述晶圆送入所述刻蚀液，以及将所述晶圆送出所述刻蚀液。
优选地，其中，所述预定角度为180度。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法，当晶圆被传送装置传送进入刻蚀液容器并达到预定行程时，由转动装置带动晶圆做圆周转动，使得晶圆的上半部分与下半部分位置互换，从而当制程时间结束以后，传送装置传送晶圆离开刻蚀液容器时，晶圆表面先浸入刻蚀溶液的下半部分先于后浸入刻蚀溶液的上半部分结束刻蚀制程，使得上下半部蚀刻量互补，有效改善了晶圆表面蚀刻的均匀度，保证产品均匀度在可控的安全质量标准范围之内，大大减少了报废的风险。
附图说明
图1是本发明一种湿法刻蚀设备实施例的侧视图；
图2是本发明转动杆实施例的三维结构示意图；
图3是本发明转动杆实施例的截面示意图；
图4是本发明控制单元的结构框图；
图5是本发明一种湿法刻蚀设备实施例的工作过程示意图；
图6是本发明转动杆实施例的工作过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种湿法刻蚀设备，如图1-6所示，其中包括：
传送装置1，用以竖直的传送晶圆3进入一刻蚀液容器4，以及竖直的传送晶圆3离开刻蚀液容器4；
转动装置2，固定设置于所述传送装置1上，用以驱动晶圆3以晶圆3 中心为轴旋转；
第一控制装置50，分别连接传送装置1和转动装置2，用以于传送装置 1将晶圆3送入刻蚀液容器4达到预定行程时启动转动装置2；
第二控制装置51，连接转动装置2，用以控制转动装置2于晶圆3以晶圆3中心为轴旋转一预定角度后停止。
在本发明的一个具体实施例中，转动装置2固定于传送装置1上，具体来说，转动装置2固定于传送装置1的底部，以方便传送装置1将转动装置 2以及转动装置2携带的晶圆3传送入和传送出刻蚀液容器4。传送装置可以为机械手臂等现有装置，也可以是任何能够固定转动装置2的传送设备。
在上述具体实施例中，如图1所示，传送装置1还包括传送本体10和传送底座11，传送底座11可上下相对滑动的连接于传送本体10上，转动装置 2则固定安装于传送底座11的底部。在该传送装置1中，传送本体10用于带动转动装置2及其携带的晶圆3产生水平方向上的位移，传送底座11则用于带动转动装置2及其携带的晶圆3产生竖直方向上的位移。
在本发明的另一个具体实施例中，如图4所示，第一控制装置50和第二控制装置51集成在同一块控制单元5中，当传送装置1将晶圆3送入刻蚀液容器4达到最大行程时，此时的传送装置1包括浸入刻蚀溶液的浸入部和不浸入刻蚀溶液的非浸入部，控制单元则位于传送装置1的非浸入部，从而避免控制单元5遭到刻蚀液的腐蚀，增加控制单元5的使用寿命和装置的可靠性。其中，所述最大行程是指传送装置1中的传送底座11在竖直方向产生位移时，带动晶圆3于刻蚀液容器4中所能达到的最大深度。
控制单元中的第一控制装置50与传送装置1信号连接，当传送装置1 携带晶圆到达刻蚀液容器4的预定行程时，传送装置1中用于控制传送本体 10与传送底座11移动的控制系统将发送一确认信号给第一控制装置50，第一控制装置50在收到确认信号后，控制转动装置2开始工作，从而驱动位于刻蚀液中的晶圆3做以圆心为轴的圆周运动。
在上述具体实施例中，预定行程可以设置为晶圆完全浸没于刻蚀溶液之后至晶圆被传送至上述最大行程之前的任一行程时，但所设定的预定行程必须能够满足于晶圆被传送露出刻蚀溶液之前转动装置2完成晶圆的上下位置互换。
转动装置2开始工作以后，与转动装置2连接的第二控制装置51开始记录转动装置2的转动圈数，当转动装置2转动到预定圈数后，第二控制装置 51控制转动装置2停止工作。
在本发明的较佳实施例中，转动装置2组成一承载面，晶圆3可以晶圆 3中心为轴旋转的放置于承载面上。
在本发明的较佳实施例中，转动装置2包括：
转动杆20，可转动的固定于传送装置1上，转动杆20与晶圆3边缘形成摩擦传动；
驱动装置21，连接转动杆20，用于为转动杆20的转动提供动力。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，承载面由三个转动杆20 组成，晶圆3放置于三个转动杆20组成的承载面上，承载面契合于晶圆3 的外部轮廓，因此，三个转动杆20沿晶圆3下半圆的圆弧周向分布。在此需要说明的是，本发明所公布的技术方案中，承载面的组成方式并不唯一，其可以由两个及以上的转动杆20组成，也可以由一个转动杆配合其他承载机构组成晶圆3的承载面，但无论何种形式组成承载面，该承载面均应契合于晶圆3的外部轮廓，避免转动过程中对晶圆3的边缘造成损坏。
在本发明的另一个具体实施例中，驱动装置21为电机，用于驱动转动杆 20，并通过转动杆20的摩擦传动，带动位于转动杆20上的晶圆3以晶圆中心为轴做圆周运动，从而驱使晶圆3的上半部分与晶圆3的下半部分的位置互换。在转动杆20为多个时，其中至少要有一个转动杆连接驱动装置21，来作为主动杆存在，其余的转动杆20则可以作为从动杆存在。在本发明的另一个具体实施例中，也可以为每一个转动杆20设置一个驱动装置21，从而使得所有的转动杆20均为主动杆，此时，每个转动杆20均在转动方向(顺时针或逆时针)以及转动速度上应保持同步，增大晶圆3转动的驱动力，从而避免晶圆3在转动过程中打滑。
在本发明的较佳实施例中，转动杆20为长条形立体结构，并于立体空间中相互平行排列。
在本发明的一个具体实施例中，转动杆20呈圆柱体形状，此时，该圆柱体的圆形端面的圆周周长应当与晶圆3的周长的二分之一保持整数倍关系，使得第二控制装置51能够通过控制转动杆20的转动圈数的方式来控制晶圆 3的转动角度，对于一个具体的湿法刻蚀设备，所需要进行湿法刻蚀的晶圆3 的直径是确定的，因此，可以将倍数关系预先设置于第二控制装置51中，来控制转动装置2的转动圈数。在该具体实施例中，晶圆3沿转动杆20轴向的固定可以通过附加的固定装置进行固定。
在本发明的另一个具体实施例中，如图2-3所示，转动杆20的杆体包括复数个正弦波形的凸起200，相邻两个凸起200之间形成卡槽201，晶圆3 被放置于卡槽201内，晶圆3通过卡槽201进行转动杆20轴向的固定，转动杆20通过卡槽201的底部与晶圆3进行摩擦传动，从而带动晶圆3做以晶圆中心为轴的旋转运动，相应的，在该具体实施例中，转动杆20的周长则是指与晶圆3相接触的卡槽201底部的圆周长度，在制造转动杆20时，确保转动杆20的卡槽201底部的圆周长度与晶圆3圆周长度二分之一呈整数倍关系，进而能够通过控制转动杆20的旋转圈数来达到驱动晶圆3旋转180度的目的。
在存在多个转动杆20的情况下，转动杆20之间互相平行排列，以配合晶圆3的放置，转动杆20则垂直于传送底座11布置，并通过传送底座11 在竖直方向上的位移，带动晶圆3进出刻蚀液容器4。且由于转动杆20呈长条形结构，多个晶圆3可以同时放置于转动杆20所形成的承载面上，因此，可以对晶圆3进行成批次的刻蚀。
在本发明的较佳实施例中，预定角度为180度。
在本发明的一个具体实施例中，通过预先计算晶圆3周长的二分之一与转动杆周长的倍数值，控制转动杆转动该倍数值所对应的圈数，从而达到转动杆驱动晶圆3转动180度的效果，使晶圆3上半部分与下半部分相调换。刻蚀制程结束后，晶圆表面先浸入刻蚀液的下半部分先于后浸入刻蚀溶液的上半部分结束刻蚀制程，使得上下半部蚀刻量互补，有效改善了晶圆表面蚀刻的均匀度，减少了报废的风险。
如图5所示，湿法刻蚀设备将晶圆3送至刻蚀液容器4进行刻蚀；此时，晶圆3先浸入刻蚀溶液的下半部分B，先于后浸入刻蚀溶液的上半部分A先接触刻蚀液；当晶圆3完全进入刻蚀溶液后，晶圆3以垂直于晶圆3晶面的晶圆中心轴旋转180度，此时，在刻蚀溶液中，晶圆3先浸入刻蚀液的下半部分B与后浸入刻蚀溶液的上半部分A位置颠倒。刻蚀制程结束后，湿法刻蚀设备将晶圆3从刻蚀液容器4中传送出刻蚀溶液，晶圆3先浸入刻蚀液的下半部分B则先于后浸入刻蚀溶液的上半部分A先离开刻蚀液。
一种湿法刻蚀方法，应用于晶圆的湿法刻蚀，其中，将一晶圆竖直的送入刻蚀液，并经过一预定制程时间后，将晶圆竖直送出刻蚀液；
其中，于晶圆完全进入刻蚀液后，使晶圆以晶圆的中心为轴旋转一预定角度。
在本发明的一个具体实施例中，晶圆的湿法刻蚀工艺流程中，该晶圆通过一传送装置被竖直的传送进入刻蚀液，当传送装置携带晶圆到达刻蚀液的最大行程时，位于传送装置上的转动装置2将开启，带动晶圆做以晶圆的圆心为轴的圆周运动，晶圆在转动装置2的带动下转动一预定的角度后，转动装置2停止工作，此时晶圆上半部分与晶圆的下半部分正好互换位置，即晶圆在转动装置2的驱动下，围绕晶圆圆心旋转了180度。
在本发明的另一个具体实施例中，晶圆在被传送装置传送进入刻蚀溶液的过程中，当晶圆完全浸没进入刻蚀溶液以后，位于传送装置上的转动装置 2便可以开启，驱动晶圆做以晶圆圆心为轴的圆周运动，而不用等到晶圆传送装置到达刻蚀液的最大行程或到达刻蚀液的最底部后转动装置2再开启，同理，在晶圆完成湿法刻蚀制程，被传送装置传送出刻蚀液时，转动装置2 只需要在晶圆上行即将露 出刻蚀液之前完成驱动晶圆进行上下半部分互换的任务便可，而无需等到晶圆上下半部分完全翻转到位，传送装置才开始传送晶圆上行离开刻蚀液。
例如，假设晶圆被传送装置传送进入和传送出刻蚀液容器4的整个过程中，晶圆完全浸没于刻蚀溶液的时间点为T1，晶圆在刻蚀液内完成刻蚀制程被传送装置传送出刻蚀溶液时，晶圆的最高点将要离开刻蚀溶液的时间点为 T2，晶圆由转动装置2驱动完成180度转动所花费的时间为t，则应当满足， t≤T2-T1，在晶圆转动所花费的时间t固定的情况下，T1与T2可以选择最小时间差值t。
上述实施例可以有效节约晶圆刻蚀制程的总时间，使得晶圆在刻蚀液内的竖直传送与圆周翻转可以同时进行，有效提高晶圆湿法刻蚀的效率。
需要强调的是，无论晶圆转动的时间点如何选择，晶圆转动的整个过程必须在上述时间点T1和时间点T2之间完成，换句话说，晶圆的转动必须完成于晶圆完全浸没于刻蚀溶液的情况下。
在本发明的较佳实施例中，提供一传送装置将晶圆送入刻蚀液，以及将晶圆送出刻蚀液。
在本发明的较佳实施例中，预定角度为180度。
在本发明的一个具体实施例中，考虑到本申请采用的是转动杆与晶圆摩擦传动，而并非是齿轮等刚性传动，在刻蚀液粘稠度较大，晶圆在刻蚀液中转动阻力较大的情况下，通过摩擦传动的转动装置2与晶圆有可能会因为相互之间出现滑动摩擦而产生相对的位移，由于转动装置2的旋转圈数是预先设置的，该相对位移将导致晶圆无法达到上半部分与下半部分位置完全互换的目的，进而影响到晶圆刻蚀的表面均匀度，因此，在实现晶圆上下半部分互换目的的情况下，预设角度选取180度是本发明的一个较佳的实施例。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种湿法刻蚀设备及湿法刻蚀方法，当晶圆被传送装置传送进入刻蚀液容器并达到预定行程时，由转动装置带动晶圆做圆周转动，使得晶圆的上半部分与下半部分位置互换，从而当制程时间结束以后，传送装置传送晶圆离开刻蚀液容器时，晶圆表面先浸入刻蚀溶液的下半部分先于后浸入刻蚀溶液的上半部分结束刻蚀制程，使得上下半部蚀刻量互补，有效改善了晶圆表面蚀刻的均匀度，保证产品均匀度在可控的安全质量标准范围之内，大大减少了报废的风险。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种湿法刻蚀设备，其特征在于，包括：
传送装置，用以竖直的传送晶圆进入一刻蚀液容器，以及竖直的传送所述晶圆离开所述刻蚀液容器，所述传送装置还包括传送底座，用于带动其携带的晶圆产生竖直方向上的位移；
转动装置，固定设置于所述传送装置上，用以驱动所述晶圆以所述晶圆中心为轴旋转；
第一控制装置，分别连接所述传送装置和所述转动装置，用以于所述传送装置将所述晶圆送入所述刻蚀液容器达到预定行程时启动所述转动装置；
第二控制装置，连接所述转动装置，用以控制所述转动装置于所述晶圆以所述晶圆中心为轴旋转一预定角度后停止；
所述转动装置包括：
转动杆，可转动的固定于所述传送装置上，所述转动杆与所述晶圆边缘形成摩擦传动；
驱动装置，连接所述转动杆，用于为所述转动杆的转动提供动力；
所述转动杆呈圆柱体形状，所述圆柱体的圆形端面的圆周周长与所述晶圆的周长的二分之一保持整数倍关系，则所述第二控制装置通过控制所述转动杆的转动圈数的方式控制所述晶圆的转动角度；
当晶圆完全浸没进入刻蚀溶液以后，位于传送装置上的转动装置开启，驱动晶圆做以晶圆圆心为轴的圆周运动；在晶圆完成湿法刻蚀制程，被传送装置传送出刻蚀液时，转动装置在晶圆上行即将露 出刻蚀液之前完成驱动晶圆进行上下半部分互换的任务。
2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述转动装置组成一承载面，所述晶圆以所述晶圆中心为轴旋转的放置于所述承载面上。
3.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述转动装置还包括一承载机构，所述转动杆配合所述承载机构承载所述晶圆。
4.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，两个及以上所述转动杆承载所述晶圆，且每个所述转动杆在转动方向以及转动速度上保持同步。
5.根据权利要求4所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述转动杆于立体空间中相互平行排列。
6.一种湿法刻蚀方法，应用于晶圆的湿法刻蚀，其特征在于，应用如权利要求1-5中任意一项所述的湿法刻蚀设备，并包括：
将一晶圆竖直的送入刻蚀液，并经过一预定制程时间后，将所述晶圆竖直送出所述刻蚀液；
其中，于所述晶圆完全进入所述刻蚀液后，使所述晶圆以所述晶圆的中心为轴旋转一预定角度。
7.根据权利要求6所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，提供一传送装置将所述晶圆送入所述刻蚀液，以及将所述晶圆送出所述刻蚀液。
8.根据权利要求6所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，所述预定角度为180度。
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