CN111863696A - 真空吸盘、真空吸附装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种真空吸盘、真空吸附装置及其工作方法，属于半导体技术领域。真空吸盘，包括：吸盘本体；设置在所述吸盘本体的吸附面上的密封圈；设置在所述吸盘本体的吸附面上、位于所述吸盘本体边缘的密封隔离环，所述密封隔离环位于所述密封圈远离所述吸盘本体中心一侧、用以在所述真空吸盘吸附晶圆后与所述晶圆之间形成封闭的过刻检测区域；设置在所述吸盘本体内，用以与所述过刻检测区域连通的通道；设置在所述通道内的气体压力感应器及控制器。本发明能够防止晶圆边缘过度刻蚀。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种真空吸盘、真空吸附装置及其工作方法。
背景技术
作为当前大规模硅半导体集成电路制作用途最广的基底，硅晶圆的制造过程一般包括拉晶，切割，抛光，清洗等工序。集成电路制造领域中不同的器件制造需要不同类型的晶圆，外延片是在单晶硅片表面上沉积一薄的单晶硅层的硅晶圆，多应用在CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)领域中。
硅晶圆的外延工艺一般是在清洗工艺后进行，重掺晶圆的外延工序中必须注意自掺杂现象，即外延反应器中，晶圆中的重掺成分或杂质在高温下会挥发至气相并参与到外延反应中，严重影响外延层的品质。背封工艺是一种常用的阻止自掺杂现象的手段，通过在晶圆背面沉积SiO2薄膜来阻挡重掺成分和杂质的挥发。背封SiO2薄膜一般采用CVD(Chemical Vapour Deposition，气相沉积法)方式沉积，晶圆的正面和边缘都不可避免地被沉积上一层SiO2膜，边缘沉积的SiO2薄膜是不被需要的，因为将会对后续的工艺产生不良影响，因此需要去除边缘沉积的SiO2薄膜，现有去除边缘沉积的SiO2薄膜的技术包括刻蚀去除及机械研磨去除等方式。
现有的一种边缘刻蚀方法是使用真空吸盘将单片晶圆吸附，依次经过刻蚀、清洗、吹干等流程，晶圆背面的SiO2薄膜因吸盘胶圈的隔离作用而被保护，边缘的SiO2薄膜被浸泡在刻蚀液中实现去除。此种边缘刻蚀方法中，正常状态下仅有与刻蚀液直接接触部分即边缘的SiO2薄膜被去除，然而真空吸盘吸附的背面薄膜可能因致密度低或密封胶圈老化的原因被刻蚀液过度刻蚀，导致晶圆背面的SiO2膜也被刻蚀，造成背封膜的损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种真空吸盘、真空吸附装置及其工作方法，能够防止晶圆边缘过度刻蚀。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种真空吸盘，包括：
吸盘本体；
设置在所述吸盘本体的吸附面上的密封圈；
设置在所述吸盘本体的吸附面上、位于所述吸盘本体边缘的密封隔离环，所述密封隔离环位于所述密封圈远离所述吸盘本体中心一侧、用以在所述真空吸盘吸附晶圆后与所述晶圆之间形成封闭的过刻检测区域；
设置在所述吸盘本体内，用以与所述过刻检测区域连通的通道；
设置在所述通道内的气体压力感应器及控制器。
一些实施例中，所述密封隔离环在垂直于周向的方向上的纵截面为U形。
一些实施例中，所述密封圈和所述密封隔离环采用耐酸腐蚀的橡胶材料。
本发明的实施例还提供了一种真空吸附装置，包括如上所述的真空吸盘。
本发明的实施例还提供了一种真空吸附装置的工作方法，应用于如上所述的真空吸附装置，包括：
将所述真空吸盘的吸附面压在晶圆的背面以吸附所述晶圆的背膜；
启动真空泵对第一区域和第二区域抽真空，其中，所述第一区域为所述密封圈内侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域，所述第二区域为所述密封圈外侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域；
利用设置在所述通道内的控制器通过所述通道向所述过刻检测区域内通入隔离气体使得所述过刻检测区域为正压状态，所述过刻检测区域内的压强达到预设值；
在对所述晶圆进行边缘刻蚀的过程中，利用设置在所述通道内的气体压力感应器监控所述过刻检测区域内的压强；
若所述过刻检测区域内的压强的变化幅度超过阈值，向所述过刻检测区域内通入隔离气体或隔离液体，使得所述过刻检测区域内的压强恢复所述预设值。
一些实施例中，所述阈值为20％。
一些实施例中，启动真空泵对所述第一区域和所述第二区域抽真空后，所述第一区域和所述第二区域的压强小于-50Pa。
一些实施例中，所述预设值为30Pa。
一些实施例中，利用设置在所述通道内的控制器通过所述通道向所述过刻检测区域内通入隔离气体使得所述过刻检测区域为正压状态后持续5-10秒后，再对所述晶圆进行边缘刻蚀。
一些实施例中，所述隔离气体包括N2和NH3，所述隔离液体包括碱性液体。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在对晶圆进行边缘刻蚀时，通过对过刻检测区域内的压强进行检测，能够判断是否发生了过度刻蚀，并在判断发生过度刻蚀时，向过刻检测区域内通入隔离气体或隔离液体，使得过刻检测区域内的压强恢复预设值，使得过刻检测区域能够保持正压状态，从而阻止刻蚀剂不再渗入，防止晶圆边缘过度刻蚀损伤到晶圆背面的背膜。
附图说明
图1为相关技术真空吸盘的示意图；
图2为本发明实施例真空吸盘的平面示意图；
图3为本发明实施例真空吸盘的截面示意图；
图4为本发明实施例真空吸盘的局部放大示意图。
附图标记
100吸盘主体；101外密封圈；102内密封圈；w晶圆；110SiO2膜；111过度刻蚀区域；210密封隔离环；220密封圈；211通道；212气体压力感应器及控制器；221第一区域；222第二区域；213过刻检测区域；w晶圆；210背膜。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，现有技术中，在对晶圆w进行边缘刻蚀时，利用真空吸盘吸附晶圆w背面，依次经过刻蚀、清洗，吹干等流程，通过刻蚀去除晶圆w边缘的背封SiO2膜110。在进行刻蚀时，真空吸盘的吸盘主体100通过一层或多层密封胶圈(包括外密封圈101和内密封圈102)吸附晶圆w浸泡在刻蚀液中，正常状态下仅有与刻蚀液直接接触的部分即边缘的SiO2膜110被去除，然而晶圆w背面的SiO2膜110接近边缘部分可能因局部致密度低或密封胶圈老化的原因被刻蚀液过度刻蚀，导致刻蚀液越过外层胶圈进入到SiO2膜110和真空吸盘之间，造成晶圆背封SiO2膜110损伤，如图1中111区。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种真空吸盘、真空吸附装置及其工作方法，能够防止晶圆边缘过度刻蚀。
本发明实施例提供一种真空吸盘，如图2-图4所示，其中，图2为本发明实施例真空吸盘的平面示意图，图3为图2中AA’方向的截面示意图，图4为图3中虚线框内部分的放大示意图，本实施例的真空吸盘包括：
吸盘本体；
设置在所述吸盘本体的吸附面上的密封圈220；
设置在所述吸盘本体的吸附面上、位于所述吸盘本体边缘的密封隔离环210，所述密封隔离环210位于所述密封圈220远离所述吸盘本体中心一侧、用以在所述真空吸盘吸附晶圆w后与所述晶圆w之间形成封闭的过刻检测区域213；
设置在所述吸盘本体内，用以与所述过刻检测区域213连通的通道211；
设置在所述通道211内的气体压力感应器及控制器212。
本实施例中，在密封圈220的外侧设置了密封隔离环210，在真空吸盘吸附晶圆w后，密封隔离环210能够与晶圆w之间形成封闭的过刻检测区域213，吸盘主体内设置有通道211与过刻检测区域213连接，同时连接隔离气体和/或液体，这样在真空吸盘吸附晶圆进行刻蚀时，通过向过刻检测区域213通入隔离气体和/或液体，能够使得过刻检测区域213保持正压状态，阻止刻蚀剂向内渗入，避免发生过度刻蚀。
在图2-图4中，仅示出了一圈密封圈220作为示意，本实施例的技术方案中，密封圈220并不局限于包括一圈密封结构，还可以包括多圈密封结构。
一些实施例中，所述密封隔离环210在垂直于周向的方向上的纵截面为U形，开口远离吸盘主体。
本实施例中，吸盘主体的材质以耐酸耐腐蚀的硬质材料为宜；所述密封圈220和所述密封隔离环210以采用耐酸腐蚀的橡胶材料为宜，比如采用耐氢氟酸腐蚀的PFA、PTFE等橡胶材料。
如图3-图4所示，在真空吸盘吸附晶圆w后，密封圈220内与晶圆w形成封闭的第一区域221，密封圈220外与晶圆w之间形成封闭的第二区域222，密封隔离环210与晶圆w之间形成封闭的过刻检测区域213，过刻检测区域213与通道211连通，通过通道211可向过刻检测区域213通入气体或液体。
本发明的实施例还提供了一种真空吸附装置，包括如上所述的真空吸盘，还可以包括隔离气体和/或隔离液体提供单元，隔离气体和/或隔离液体提供单元与通道211连接，可以通过通道211向过刻检测区域213通入气体或液体。
本发明的实施例还提供了一种真空吸附装置的工作方法，应用于如上所述的真空吸附装置，包括：
将所述真空吸盘的吸附面压在晶圆的背面以吸附所述晶圆的背膜；
启动真空泵对第一区域和第二区域抽真空，其中，所述第一区域为所述密封圈内侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域，所述第二区域为所述密封圈外侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域；
利用设置在所述通道内的控制器通过所述通道向所述过刻检测区域内通入隔离气体使得所述过刻检测区域为正压状态，所述过刻检测区域内的压强达到预设值；
在对所述晶圆进行边缘刻蚀的过程中，利用设置在所述通道内的气体压力感应器监控所述过刻检测区域内的压强；
若所述过刻检测区域内的压强的变化幅度超过阈值，向所述过刻检测区域内通入隔离气体或隔离液体，使得所述过刻检测区域内的压强恢复所述预设值。
本实施例中，在对晶圆进行边缘刻蚀时，通过对过刻检测区域内的压强进行检测，能够判断是否发生了过度刻蚀，并在判断发生过度刻蚀时，向过刻检测区域内通入隔离气体或隔离液体，使得过刻检测区域内的压强恢复预设值，使得过刻检测区域能够保持正压状态，从而阻止刻蚀剂不再渗入，防止晶圆边缘过度刻蚀损伤到晶圆背面的背膜。
其中，所述隔离气体包括N2和NH3，所述隔离液体包括去离子水等碱性液体。
一些实施例中，所述阈值可以为20％，当然，阈值并不局限为20％，还可以根据需要设计为其他值。
一些实施例中，启动真空泵对所述第一区域和所述第二区域抽真空后，所述第一区域和所述第二区域的压强小于-50Pa，这样可以使得晶圆牢固地吸附在真空吸盘上，当然，所述第一区域和所述第二区域的压强并不局限于小于-50Pa，还可以为其他值。
一些实施例中，所述预设值为30Pa，当然，预设值并不局限为30Pa，还可以根据需要设计为其他值。
一具体示例中，在对晶圆w进行边缘刻蚀时，晶圆中心校准后，将真空吸盘的吸附面向下压在晶圆w背面吸附背膜210，启动真空泵向密封圈220内外的221与222两区域抽真空，真空压强优选-50Pa；同时向过刻检测区域213内通入N2或NH3气体使过刻检测区域213为正压状态，压强优选30Pa，稳定5～10s，这样可以保证晶圆牢固地吸附在真空吸盘上；之后可以利用真空吸盘携带晶圆w进行刻蚀、清洗、吹干等流程，整个工艺流程中利用气体压力感应器及控制器212监控过刻检测区域213的压强变化，其变化幅度不超过20％为宜，待工艺完成后调整真空压力释放晶圆w；在利用HF对晶圆进行边缘刻蚀时，当过刻检测区域213的真空压强变化超过20％时，判定发生了过度刻蚀，立即向过刻检测区域213通入隔离气体使该区域达到正压状态，阻止刻蚀剂继续向内渗入，气体可以是N2或NH3，N2以正压形式阻止刻蚀液渗入，NH3以化学反应的方式阻止过度刻蚀(HF+NH3＝NH4F)。保持过刻检测区域213的正压状态，区域221和222的负压状态执行后续清洗及吹干程序，结束后停止真空释放晶圆。
一些实施例中，过度刻蚀发生时除向过刻检测区域213通入隔离气体使得过刻检测区域213保持正压状态外，也可以向过刻检测区域213通入去离子水或其他碱性液体维持过刻检测区域213的正压状态，将渗入的刻蚀液稀释并阻止渗入，达到阻止过度刻蚀的目的。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种真空吸盘，其特征在于，包括：
吸盘本体；
设置在所述吸盘本体的吸附面上的密封圈；
设置在所述吸盘本体的吸附面上、位于所述吸盘本体边缘的密封隔离环，所述密封隔离环位于所述密封圈远离所述吸盘本体中心一侧、用以在所述真空吸盘吸附晶圆后与所述晶圆之间形成封闭的过刻检测区域；
设置在所述吸盘本体内，用以与所述过刻检测区域连通的通道；
设置在所述通道内的气体压力感应器及控制器。
2.根据权利要求1所述的真空吸盘，其特征在于，所述密封隔离环在垂直于周向的方向上的纵截面为U形。
3.根据权利要求1所述的真空吸盘，其特征在于，所述密封圈和所述密封隔离环采用耐酸腐蚀的橡胶材料。
4.一种真空吸附装置，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的真空吸盘。
5.一种真空吸附装置的工作方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的真空吸附装置，包括：
将所述真空吸盘的吸附面压在晶圆的背面以吸附所述晶圆的背膜；
启动真空泵对第一区域和第二区域抽真空，其中，所述第一区域为所述密封圈内侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域，所述第二区域为所述密封圈外侧与所述晶圆之间形成的封闭性区域；
利用设置在所述通道内的控制器通过所述通道向所述过刻检测区域内通入隔离气体使得所述过刻检测区域为正压状态，所述过刻检测区域内的压强达到预设值；
在对所述晶圆进行边缘刻蚀的过程中，利用设置在所述通道内的气体压力感应器监控所述过刻检测区域内的压强；
若所述过刻检测区域内的压强的变化幅度超过阈值，向所述过刻检测区域内通入隔离气体或隔离液体，使得所述过刻检测区域内的压强恢复所述预设值。
6.根据权利要求5所述的真空吸附装置的工作方法，其特征在于，所述阈值为20％。
7.根据权利要求5所述的真空吸附装置的工作方法，其特征在于，启动真空泵对所述第一区域和所述第二区域抽真空后，所述第一区域和所述第二区域的压强小于-50Pa。
8.根据权利要求5所述的真空吸附装置的工作方法，其特征在于，所述预设值为30Pa。
9.根据权利要求5所述的真空吸附装置的工作方法，其特征在于，利用设置在所述通道内的控制器通过所述通道向所述过刻检测区域内通入隔离气体使得所述过刻检测区域为正压状态后持续5-10秒后，再对所述晶圆进行边缘刻蚀。
10.根据权利要求5所述的真空吸附装置的工作方法，其特征在于，所述隔离气体包括N2和NH3，所述隔离液体包括碱性液体。
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