CN110491805A - 半导体处理设备及半导体处理方法 - Google Patents

半导体处理设备及半导体处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体处理装置和半导体处理方法，所述半导体处理装置包括处理腔室，还包括：设置于所述处理腔室内的基座、加热器以及反应溶液输入单元：所述基座包括底座以及设置于所述底座上的固定部，所述固定部用于固定晶圆，且使得所述晶圆悬空于所述底座上方；所述加热器设置于所述固定部一侧，用于对晶圆加热；所述反应溶液输入单元包括喷嘴以及与所述喷嘴连接的管路，所述喷嘴朝向所述晶圆的固定位置，用于向晶圆的待处理表面喷射化学溶液。所述处理装置能够提高对晶圆的处理效率。

Description

半导体处理设备及半导体处理方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体处理设备及半导体处理方法。
背景技术
现有技术中，在晶圆处理过程中，经常需要使用湿法刻蚀工艺去除光阻(PR)层。光阻层在灰化(asher)之后，再通过H2SO4(80℃)或者HSPM(165℃)溶液去除晶圆表面被灰化后的PR灰烬。
例如，在采用HSPM溶液去除PR灰烬是，将晶圆放置于处理腔室内，通过喷子向晶圆表面喷洒HSPM溶液，通过化学反应去除晶圆表面的PR灰烬。
由于在处理过程中，晶圆置于基座(chuck)表面，随chuck进行转动，晶圆表面未发生反应的溶液会被甩出，造成化学溶液的浪费。并且，由于半导体工艺线上采用的HSPM溶液温度通常在165℃左右，未达到与PR灰烬反应的最佳反应温度，因此，反应效率较低，需要更多的化学溶液才能将PR灰烬完全去除，且反应时间较长，降低了产能。
综上所述，现有的湿法刻蚀工艺去除光阻的效率还有待进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种半导体处理设备及一种半导体处理方法，提高处理效率。
本发明提供一种半导体处理设备，包括处理腔室，设置于所述处理腔室内的基座、加热器以及反应溶液输入单元：所述基座包括底座以及设置于所述底座上的固定部，所述固定部用于固定晶圆，且使得所述晶圆悬空于所述底座上方；所述加热器设置于所述固定部一侧，用于对晶圆加热；所述反应溶液输入单元包括喷嘴以及与所述喷嘴连接的管路，所述喷嘴朝向所述晶圆的固定位置，用于向晶圆的待处理表面喷射化学溶液。
可选的，所述加热器设置于所述底座的上方。
可选的，所述加热器用于将晶圆加热至所述化学溶液的汽化温度以上。
可选的，通过所述固定部固定晶圆时，所述晶圆的待处理表面朝向所述底座，背面朝向所述加热器，所述背面与所述待处理表面为所述晶圆的两个相对表面。
可选的，还包括排气单元，用于排出所述处理腔室内的气体。
可选的，所述晶圆的待处理表面上形成有光刻胶层，所述化学溶液用于去除所述光刻胶层。
本发明的技术方案还提供一种半导体处理方法，在一处理腔室内对晶圆进行处理，包括：将晶圆加热至化学溶液的汽化温度以上；向所述晶圆的待处理表面喷射化学溶液，所述化学溶液喷出后被瞬间汽化，通过气态的所述化学溶液，对所述晶圆的待处理表面进行处理。
可选的，将所述晶圆的待处理表面朝下固定。
可选的，对所述晶圆的背面进行加热，所述背面与所述待处理表面为所述晶圆的两个相对表面。
可选的，将所述晶圆加热至所述化学溶液的汽化温度以上。
可选的，所述晶圆的待处理表面上形成有光刻胶层，所述化学溶液用于去除所述光刻胶层。
本发明的半导体处理装置能够对晶圆进行加热，使得对晶圆进行处理的化学溶液被喷出后发生汽化，与晶圆的待处理表面进行反应，提高处理效率；且晶圆的待处理表面朝下设置，有利于高温气体向上扩散与晶圆的待处理表面接触，进一步提高处理效率。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的半导体处理装置的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的晶圆放置于半导体处理装置内的结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式的半导体处理方法的流程示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有技术去除光阻层的湿法刻蚀效率较低，一方面是由于晶圆在处理过程中旋转，会导致化学溶液被甩出，导致溶液浪费；另一方面化学溶液的温度较低，达不到最佳的反应温度，因而化学反应的效率较低，需要耗费较长的反应时间。
发明人发现，现有的半导体设备无法通过简单的提高化学溶液的温度来实现反应效率的提高。对于现有机台，管路设计均有其适宜的工作温度，如果升高溶液温度，需要对管路做特殊的散热处理，否则会导致管路寿命下降，提高机台的维护成本和时间，整体上并不能有效提高产产能；而在化学液的排液端，也需要配置额外的冷却罐，需要待排出的化学溶液冷却至要求温度后，才能排放至厂务端，从而增加了机台的成本。
为此，发明人提出了一种新的半导体处理设备，在不增加机台成本的前提下，提高湿法刻蚀的效率。
下面结合附图对本发明提供的半导体处理设备及湿法刻蚀方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图1，为本发明一具体实施方式的半导体处理设备的结构示意图。
所述半导体处理设备，包括处理腔室100，设置于所述处理腔室100内的基座101、加热器102以及反应溶液输入单元103。
所述基座101包括底座1011以及设置于所述底座1011上的固定部1012，所述固定部1012用于固定晶圆，且使得所述晶圆悬空于所述底座1011上方。
所述底座1011包括支撑轴1011a和位于所述支撑轴1011a顶部的台面1011b，所述支撑轴1011a可以绕中心轴旋转。
所述固定部1012设置于所述台面1011b的边缘，用于支撑待处理的晶圆，以使得晶圆能够悬空于所述台面1011b上方。所述固定部1012可以为一支撑环或若干支撑柱。所述固定部1012顶部具有台阶状结构，具有一凹陷1012a，晶圆边缘置于所述凹陷1012a表面，凹陷1012a外侧高于晶圆，可以防止晶圆滑出。在其他具体实施方式中，所述固定部1012还可以具有凹槽或卡扣等结构，用于固定晶圆位置，防止晶圆掉落。
所述加热器102设置于所述固定部1012一侧，用于对晶圆加热。在一个具体实施方式中，所述加热器102可以为电阻加热器，电阻加热丝内嵌于加热器102内部，避免受到化学溶液腐蚀。在其他具体实施方式中，所述加热器102还可以为其他类型的加热器，例如，电磁加热器或红外加热器等。该具体实施方式中，所述加热器102设置于所述处理腔室100的顶部，位于底座1011上方，加热表面朝向所述底座1011。所述加热器102的加热功率足够将待处理晶圆加热至所述化学溶液的汽化温度以上。所述加热器可以与晶圆的背面贴合，也可以举例晶圆背面一定距离，通过气体传导热量，对晶圆进行加热。
所述反应溶液输入单元103包括喷嘴1031以及与所述喷嘴1031连接的管路1032，所述喷嘴1031朝向所述晶圆的固定位置，用于向晶圆的待处理表面喷射化学溶液。该具体实施方式中，所述喷嘴1031的喷液方向垂直于所述台面1011b朝向晶圆的固定位置，所述喷嘴1031可以内嵌于所述台面1011b内，或者固定于所述台面1011b的表面，所述管路1032可以设置于所述底座1011内，并连同至所述处理腔室100外部，与化学溶液提供装置连接。
所述处理装置还包括排气单元104，用于排出所述处理腔室100内的气体。所述排气单元104可以包括抽气装置，在对晶圆处理完毕之后，排出处理腔室100内的气体。所述处理装置还包括排液单元105，用于排出处理腔室100内的废液。
在一些具体实施方式中，所述半导体处理装置为湿法刻蚀装置，特别的，可以是用于剥离光刻胶层的湿法刻蚀装置。在一个具体实施方式中，晶圆的待处理表面形成有光刻胶层，所述化学溶液用于去除所述光刻胶层。所述光刻胶层可以提前经过灰化工艺处理，所述化学溶液可以为H2SO4或SPM溶液。
请参考图2，为所述半导体处理装置内放置有待处理的晶圆时的示意图。
通过所述固定部1012固定待处理的所述晶圆200，所述晶圆200的待处理表面201朝向所述底座1011，背面202朝向所述加热器102，所述背面202与所述待处理表面201为所述晶圆200的两个相对表面。
所述加热器102位于所述晶圆200的背面202上方，用于对所述晶圆200背面进行加热，进而提高整个晶圆200以及处理腔室100内的温度。所述加热器102用于将晶圆200的温度加热至化学溶液的汽化温度以上，较佳的，达到对所述待处理表面进行处理的最佳温度。在一个具体实施方式中，所述化学溶液为SPM溶液，所述加热器102用于将所述晶圆200加热至200℃以上。
所述喷嘴1031向所述晶圆200的待处理表面202喷出化学溶液，在所述晶圆200被加热至化学溶液的汽化温度以上时，所述喷嘴1031喷出的化学溶液被迅速汽化成气态充满整个处理腔室101，气态的化学溶液成分与所述晶圆200的待处理表面接触，由于温度较高，反应速度加快，可以提高设备的产率。由于所述晶圆200设置于所述喷嘴1031上方，自所述喷嘴1031喷出的化学溶液被喷出汽化后，气态状态下更易向上方扩散，与晶圆200的待处理表面接触，整个处理腔室100被气态化学溶液充满，随着气体流动，晶圆200的待处理表面时刻与较高浓度的溶液分子接触，提高反应效率。由于化学溶液一经喷出就被汽化，不会有液态溶液洒落，从而可以避免化学溶液浪费，节约成本。
由于晶圆的待处理表面向下，当化学溶液与所述待处理表面201表面发生反应，产生的反应副产物或残留物会向下掉落至底座1011上，或者被气流带至处理腔室100的其他位置处，不会残留在晶圆200的表面，由于晶圆待处理表面朝下设置，反应后产生的副产物等残留物会直接从晶圆掉落，从而避免阻碍其他反应未完成位置处的化学反应。后续可以通过向所述处理腔室100内通入清洗溶液进行清洗，并将残留副产物通过排液单元105排出。
处理完成后，处理腔体100内的气体可以通过排气单元104排出至厂务的废气处理端，无需增加额外的溶液冷却装置，可以降低机台成本。
本发明的具体实施方式还提供一种半导体处理方法，在一处理腔室内对晶圆进行处理。
请参考图3，为本发明一具体实施方式的半导体处理方法的流程示意图。
所述半导体处理方法包括如下步骤：
步骤S101：将晶圆加热至化学溶液的汽化温度以上。
所述半导体处理方法可以为湿法刻蚀工艺。在一个具体实施方式中，所述晶圆的待处理表面上形成有光刻胶层，采用化学溶液对所述光刻胶层进行剥离。所述光刻胶层可以提前进行过灰化处理，所述化学溶液可以为H2SO4或SPM溶液。可以根据具体的半导体处理工艺中，采用的具体化学溶液，控制晶圆的加热温度。
在一个具体实施方式中，采用的化学溶液为SPM溶液，将所述晶圆加热至200℃以上。
对晶圆进行加热时，可以直接对晶圆的背面进行加热，所述背面与晶圆的待处理表面相对。
步骤S102：向所述晶圆的待处理表面喷射化学溶液，所述化学溶液喷出后被瞬间汽化，通过气态的所述化学溶液，对所述晶圆的待处理表面进行处理。
在一个具体实施方式中，可以将晶圆的待处理表面朝下，固定晶圆；喷射化学溶液的喷嘴位于晶圆下方，朝上喷射化学溶液。由于晶圆以及晶圆周围的温度在化学溶液的汽化温度以上，喷出的化学溶液会被瞬间汽化，气态的化学溶液成分与晶圆的待处理表面接触，进行反应。由于汽化的化学溶液成分温度较高，反应速率较快，因此，可以提高对晶圆的处理效率。由于所述化学溶液向上喷射，气态状态下更易向上方扩散，与晶圆的待处理表面接触，整个处理腔室被气态化学溶液充满，随着气体流动，晶圆的待处理表面时刻与较高浓度的溶液分子接触，提高反应效率。并且，由于晶圆待处理表面朝下设置，反应后产生的副产物等残留物会直接从晶圆掉落，不会阻碍其他未反应完成处的化学反应的进行。
与液态化学溶液相比，气态化学溶液不会有液态溶液洒落的问题，从而可以避免化学溶液浪费，节约成本。
在对晶圆完成处理之后，将处理腔室内的气体排出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种半导体处理设备，包括处理腔室，其特征在于，还包括：
设置于所述处理腔室内的基座、加热器以及反应溶液输入单元：
所述基座包括底座以及设置于所述底座上的固定部，所述固定部用于固定晶圆，且使得所述晶圆悬空于所述底座上方；
所述加热器设置于所述固定部一侧，用于对晶圆加热；
所述反应溶液输入单元包括喷嘴以及与所述喷嘴连接的管路，所述喷嘴朝向所述晶圆的固定位置，用于向晶圆的待处理表面喷射化学溶液。
2.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述加热器设置于所述底座的上方。
3.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述加热器用于将晶圆加热至所述化学溶液的汽化温度以上。
4.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，通过所述固定部固定晶圆时，所述晶圆的待处理表面朝向所述底座，背面朝向所述加热器，所述背面与所述待处理表面为所述晶圆的两个相对表面。
5.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，还包括排气单元，用于排出所述处理腔室内的气体。
6.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述晶圆的待处理表面上形成有光刻胶层，所述化学溶液用于去除所述光刻胶层。
7.一种半导体处理方法，在一处理腔室内对晶圆进行处理，其特征在于，包括：
将晶圆加热至化学溶液的汽化温度以上；
向所述晶圆的待处理表面喷射化学溶液，所述化学溶液喷出后被瞬间汽化，通过气态的所述化学溶液，对所述晶圆的待处理表面进行处理。
8.根据权利要求7所述的半导体处理方法，其特征在于，将所述晶圆的待处理表面朝下固定。
9.根据权利要求7所述的半导体处理方法，其特征在于，对所述晶圆的背面进行加热，所述背面与所述待处理表面为所述晶圆的两个相对表面。
10.根据权利要求7所述的半导体处理方法，其特征在于，将所述晶圆加热至所述化学溶液的汽化温度以上。
11.根据权利要求7所述的半导体处理方法，其特征在于，所述晶圆的待处理表面上形成有光刻胶层，所述化学溶液用于去除所述光刻胶层。
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