CN111048452A - 晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法 - Google Patents

晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法。该晶边刻蚀设备包括基台、湿法刻蚀组件和阻挡部件，基台具有上表面，用于放置晶圆；湿法刻蚀组件位于基台的一侧，湿法刻蚀组件具有至少一个第一喷口，用于向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀；阻挡部件设置于湿法刻蚀组件的一侧，用于阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。采用上述晶边刻蚀设备对晶圆边缘进行刻蚀，在HF酸等腐蚀液喷射至晶圆边缘的同时，能够通过上述阻挡部件阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面，从而有效地防止了腐蚀液溅射导致的晶圆表面缺陷的产生。

Description

晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法
技术领域
本发明涉及刻蚀技术领域，具体而言，涉及一种晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，通常需要采用不同材料在晶圆表面沉积膜层。在经过多道的沉积、掩膜等制程后，在晶圆的边缘区域(简称晶边，wafer bevel)会产生缺陷源，因此，需要对晶圆边缘进行处理以去除缺陷，即进行晶边刻蚀。
现有技术中通常采用HF酸等腐蚀液对晶圆边缘进行湿法刻蚀，然而，在上述晶边刻蚀工艺中腐蚀液不仅会喷射到晶圆边缘，还会溅射到晶圆表面，导致对晶圆表面进行腐蚀，进而导致“黑色环线(black ring line)”等缺陷的产生，如图1至图4所示，拼接了现有技术中晶边刻蚀后晶圆表面的八个不同区域的显微图，图中黑线即为现有技术中HF酸溅射到晶圆表面八个不同区域所产生的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法，以解决现有技术中晶边刻蚀工艺中腐蚀液溅射导致晶圆表面被腐蚀的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种晶边刻蚀设备，包括：基台，具有上表面，用于放置晶圆；湿法刻蚀组件，位于基台的一侧，湿法刻蚀组件具有至少一个第一喷口，用于向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀；阻挡部件，设置于湿法刻蚀组件的一侧，用于阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
进一步地，阻挡部件为喷气部件，喷气部件具有至少一个第二喷口，第二喷口用于向晶圆喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
进一步地，气体包括氮气和/或惰性气体。
进一步地，第一喷口的喷射方向和第二喷口的喷射方向相对于上表面的角度可调节。
进一步地，湿法刻蚀组件包括：第一喷头，具有第一喷口；驱动部件，与第一喷头连接，用于驱动第一喷头在平行于和/或垂直于上表面的方向移动。
进一步地，阻挡部件与驱动部件连接，驱动部件还用于驱动阻挡部件在平行于和/或垂直于上表面的方向移动。
进一步地，第一喷口与第二喷口的高度、位置以及相对距离均可调节。
进一步地，湿法刻蚀组件还包括第一调节阀，第一调节阀设置于第一喷头中，用于调节第一喷口的喷射量与喷射速度。
进一步地，第一喷口的喷射方向相对于上表面的角度、高度均可调节。
根据本发明的另一方面，提供了一种晶边刻蚀方法，包括以下步骤：将晶圆放置在基台的上表面；向晶圆边缘喷射腐蚀液以对晶圆边缘进行刻蚀，同时阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
进一步地，对晶圆表面喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
进一步地，气体包括氮气和/或惰性气体。
应用本发明的技术方案，提供了一种晶边刻蚀设备，包括湿法刻蚀组件，湿法刻蚀组件通过第一喷口向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀，该晶边刻蚀设备在现有设备的基础上增加了一个阻挡部件，该喷气部件具有第二喷口，用于阻挡所述腐蚀液向所述晶圆表面溅射。采用上述晶边刻蚀设备对晶圆边缘进行刻蚀，在HF酸等腐蚀液喷射至晶圆边缘的同时，能够通过上述阻挡部件阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面，从而有效地防止了腐蚀液溅射导致的晶圆表面缺陷的产生。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中晶边刻蚀工艺后晶面顶部区域的显微图；
图2示出了现有技术中晶边刻蚀工艺后晶面左侧区域的显微图；
图3示出了现有技术中晶边刻蚀工艺后晶面右侧区域的显微图；
图4示出了现有技术中晶边刻蚀工艺后晶面底部区域的显微图；
图5示出了本发明实施方式所提供的一种晶边刻蚀设备的结构示意图；
图6示出了本发明实施例1中晶边刻蚀工艺后晶面顶部区域的显微图；
图7示出了本发明实施例1中晶边刻蚀工艺后晶面左侧区域的显微图；
图8示出了本发明实施例1中晶边刻蚀工艺后晶面右侧区域的显微图；
图9示出了本发明实施例1中晶边刻蚀工艺后晶面底部区域的显微图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、基台；20、湿法刻蚀组件；210、第一喷头；220、驱动部件；30、喷气部件。
具体实施方式
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中通常采用HF酸等腐蚀液对晶圆边缘进行湿法刻蚀，然而，在上述晶边刻蚀工艺中腐蚀液不仅会喷射到晶圆边缘，还会溅射到晶圆表面，导致对晶圆表面进行腐蚀，进而导致“黑色环线(black ring line)”等缺陷的产生。
本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种晶边刻蚀设备，如图5所示，包括基台10、湿法刻蚀组件20和阻挡部件，基台10具有上表面，用于放置晶圆；湿法刻蚀组件20位于基台10的一侧，湿法刻蚀组件20具有至少一个第一喷口，用于向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀；阻挡部件设置于湿法刻蚀组件20的一侧，用于阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
采用上述晶边刻蚀设备对晶圆边缘进行刻蚀，在HF酸等腐蚀液喷射至晶圆边缘的同时，能够通过上述阻挡部件向晶圆边缘喷气，以阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面，从而有效地防止了腐蚀液溅射导致的晶圆表面缺陷的产生。
为了实现上述湿法刻蚀组件20对晶圆边缘有效地刻蚀，优选地，上述第一喷口的喷射方向相对于基台10上表面的角度可调节。上述第一喷口的直径可以为2～3mm，具有上述第一喷口的喷嘴形状可以设置为圆形、椭圆形、弧形、多个小孔组成网状等。。
在一种优选的实施方式中，上述阻挡部件为喷气部件30，该喷气部件30具有至少一个第二喷口，第二喷口用于向晶圆喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射，如图5所示。上述气体可以包括氮气和/或惰性气体。
在上述优选的实施方式中，上述喷气部件30的第二喷口可以设置在上述湿法刻蚀组件20的第一喷口的喷液侧，更为优选地，喷气部件30的第二喷口的喷射方向相对于基台10上表面的角度可调节；为了利用上述喷气部件30实现对腐蚀液有效地遮挡，更为优选地，通过调节使上述第二喷口的喷射方向与基台10的上表面垂直。上述第二喷口的尺寸可以为3～4mm，具有上述第二喷口的喷嘴形状可以设置为圆形、椭圆形、弧形、多个小孔组成网状等。
并且，更为优选地，第一喷口与喷气部件30之间的最短距离为0.2～0.5mm。当上述第一喷口与喷气部件30之间的距离很近时，能够使第一喷口喷射的气体在溅射的原始位置实现对腐蚀液的遮挡，当上述第一喷口与喷气部件30之间的距离较大时，能够使第一喷口喷射的气体在腐蚀液溅射路径的中间位置实现对腐蚀液的遮挡。
在其他实施例中，上述阻挡部件为贴近晶圆表面的阻挡物，用于阻挡腐蚀液向晶圆方向的溅射。
在一种优选的实施方式中，上述湿法刻蚀组件20包括第一喷头210和驱动部件220，如图5所示，第一喷头210具有上述第一喷口；驱动部件220与第一喷头210连接，用于驱动第一喷头210在平行于和/或垂直于基台10的上表面的方向移动，并使得第一喷头210相对于基台10上表面之间的角度可调。上述驱动部件220带动第一喷头210移动，从而能够实现对各种尺寸的晶圆边缘的刻蚀，以及实现上述第一喷口的喷射方向相对于基台10上表面的角度、高度均可调节。
更为优选地，上述阻挡部件与驱动部件220连接，从而使阻挡部件与基台10之间的角度可调。驱动部件220还用于驱动阻挡部件在平行于和/或垂直于基台10的上表面的方向移动。
当上述阻挡部件为喷气部件30时，通过上述驱动部件220不仅能够实现湿法刻蚀组件20的第一喷头210以及喷气部件30的同步移动，以保证第一喷头210上的第一喷口与喷气部件30的第二喷口之间在移动过程中能够具有恒定的距离，从而防止两者在移动过程中距离改变而导致喷气部件30对腐蚀液的遮挡效果减弱，还能够根据实际需要实现对上述喷气部件30的第二喷口与第一喷头210的高度、位置以及相对距离的实时调节。
更为优选地，上述湿法刻蚀组件20还包括第一调节阀，第一调节阀设置于第一喷头210中，用于调节第一喷口的喷射量与喷射速度。采用上述第一调节阀能够根据实际需求对腐蚀液的流量进行调节，以实现对晶圆边缘更好地刻蚀。
更为优选地，上述喷气部件30包括具有上述第二喷口的第二喷头以及第二调节阀，第二调节阀设置于第二喷头中，用于调节第二喷口的喷射量。采用上述第二调节阀能够根据腐蚀液的流量对氮气和/或惰性气体的气体流量进行调节，以实现对溅射的腐蚀液更为有效地遮挡。在其他实施例中，喷头和调节阀的数量不受限制。
根据本发明的另一方面，还提供了一种晶边刻蚀方法，包括以下步骤：将晶圆放置在基台10的上表面；向晶圆边缘喷射腐蚀液以对晶圆边缘进行刻蚀，同时阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射。
在一种优选的实施方式中，对上述晶圆表面喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡腐蚀液向所述晶圆表面溅射。采用上述晶边刻蚀方法对晶圆边缘进行刻蚀，在HF酸等腐蚀液喷射至晶圆边缘的同时，能够通过上述喷气部件向晶圆边缘喷气，以阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面，从而有效地防止了腐蚀液溅射导致的晶圆表面缺陷的产生。上述气体可以包括氮气和/或惰性气体。
在本发明上述晶边刻蚀方法中，为了通过喷射气体实现对溅射的腐蚀液有效地遮挡，优选地，对晶圆表面的喷气量为5～10ml/min，向晶圆边缘喷射的腐蚀液流量可以为15ml/min。
上述晶边刻蚀方法可以采用上述的晶边刻蚀设备对晶圆边缘进行刻蚀，如图5所示。此时，采用上述湿法刻蚀组件20向晶圆边缘喷射腐蚀液，采用上述的喷气部件30向晶圆边缘喷气，以阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面。
下面将结合实施例进一步说明本发明提供的上述晶边刻蚀设备及晶边刻蚀方法。
实施例1
本实施例提供的晶边刻蚀方法采用的晶边刻蚀设备如图5所示，包括基台10、湿法刻蚀组件20和喷气部件30，基台10具有上表面，用于放置晶圆；湿法刻蚀组件20位于基台10的一侧，湿法刻蚀组件20具有第一喷口用于向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀；喷气部件30的第二喷口可以设置在上述湿法刻蚀组件20的第一喷口的喷液侧，且喷气部件30具有第二喷口，第二喷口用于向晶圆喷射氮气和/或惰性气体以阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射，第一喷口与喷气部件之间的水平最小距离为0.3mm。
上述晶边刻蚀方法包括以下步骤：
将晶圆放置在基台10的上表面；
采用湿法刻蚀组件20向晶圆边缘喷射浓度为49％的HF腐蚀液以对晶圆边缘进行刻蚀，腐蚀液流量为15ml/min，同时采用喷气部件30对晶圆表面喷射氮气以阻挡腐蚀液向晶圆表面溅射，喷气量为6ml/min。
获取上述晶边刻蚀的晶圆表面的SEM显微图，如图6至图9所示，比较图1至图4以及图6至图9可以看出，在相同分辨率下采用本发明上述晶边刻蚀设备使晶圆在晶边刻蚀后表面不会产生如图所示的黑色环线(black ring line)，能够有效避免由于腐蚀液溅射而导致的晶圆表面缺陷的产生。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用上述晶边刻蚀设备对晶圆边缘进行刻蚀，在HF酸等腐蚀液喷射至晶圆边缘的同时，能够通过上述喷气部件向晶圆边缘喷气，以阻挡腐蚀液溅射到晶圆表面，从而有效地防止了腐蚀液溅射导致的晶圆表面缺陷的产生。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种晶边刻蚀设备，其特征在于，包括：
基台(10)，具有上表面，用于放置晶圆；
湿法刻蚀组件(20)，位于所述基台(10)的一侧，所述湿法刻蚀组件(20)具有至少一个第一喷口，用于向晶圆边缘喷射腐蚀液以进行刻蚀；
阻挡部件，设置于所述湿法刻蚀组件(20)的一侧，用于阻挡所述腐蚀液向所述晶圆表面溅射。
2.根据权利要求2所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述阻挡部件为喷气部件(30)，所述喷气部件(30)具有至少一个第二喷口，所述第二喷口用于向所述晶圆喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡所述腐蚀液向所述晶圆表面溅射。
3.根据权利要求2所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述气体包括氮气和/或惰性气体。
4.根据权利要求2所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述第一喷口的喷射方向和所述第二喷口的喷射方向相对于所述上表面的角度可调节。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述湿法刻蚀组件(20)包括：
第一喷头(210)，具有所述第一喷口；
驱动部件(220)，与所述第一喷头(210)连接，用于驱动所述第一喷头(210)在平行于和/或垂直于所述上表面的方向移动。
6.根据权利要求5所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述阻挡部件与所述驱动部件(220)连接，所述驱动部件(220)还用于驱动所述阻挡部件在平行于和/或垂直于所述上表面的方向移动。
7.根据权利要求2所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述第一喷口与所述第二喷口的高度、位置以及相对距离均可调节。
8.根据权利要求5所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述湿法刻蚀组件(20)还包括第一调节阀，所述第一调节阀设置于所述第一喷头(210)中，用于调节所述第一喷口的喷射量与喷射速度。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的晶边刻蚀设备，其特征在于，所述第一喷口的喷射方向相对于所述上表面的角度、高度均可调节。
10.一种晶边刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：
将晶圆放置在基台(10)的上表面；
向所述晶圆边缘喷射腐蚀液以对所述晶圆边缘进行刻蚀，同时阻挡所述腐蚀液向所述晶圆表面溅射。
11.根据权利要求10所述的晶边刻蚀方法，对所述晶圆表面喷射气体形成惰性气体氛围以阻挡所述腐蚀液向所述晶圆表面溅射。
12.根据权利要求11所述的晶边刻蚀方法，所述气体包括氮气和/或惰性气体。
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