CN112349615A - 晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法 - Google Patents

晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提供晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法，晶圆洗边装置包括：控制器以及机械手臂，且所述控制器用于控制所述机械手臂转动；溶剂管道以及与所述溶剂管道相连通的喷头，所述机械手臂与所述溶剂管道与所述喷头的交界处固定连接，且所述机械手臂转动以使所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角改变。本发明实施例提供的晶圆洗边装置中，喷头的延伸方向可调，因而能够在不切换溶剂的条件下，对不同的光阻均具有良好的洗边效果。

Description

晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法。
背景技术
在集成电路制造工艺中要进行多次光刻步骤，光刻质量的好坏影响产品的合格率。一般的光刻工艺要经历晶圆表面清洗烘干、涂底、涂胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
在晶圆的涂胶过程中，由于旋转产生的离心力的作用，使得晶圆上的光刻胶逐渐向晶圆边缘散布，导致光刻胶累积在晶圆的边缘形成突起残留，进而导致后续工艺的污染状况。为了去除晶圆边缘的光刻胶残留，通常在涂胶工艺后进行边胶去除(Edge BeanRemoval，EBR)工艺，也称作边缘球状物去除工艺或者洗边工艺，通过喷嘴将洗边溶剂喷洒至晶圆边缘的洗边区域内，以溶解去除晶圆边缘的光刻胶残留。
然而，目前晶圆洗边装置的洗边效果有待提高。
发明内容
本发明实施例提供一种晶圆洗边装置及系统、晶圆洗边方法，提高晶圆洗边效果。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种晶圆洗边装置，包括：控制器以及机械手臂，且所述控制器用于控制所述机械手臂转动；溶剂管道以及与所述溶剂管道相连通的喷头，所述机械手臂与所述溶剂管道与所述喷头的交界处固定连接，且所述机械手臂转动以使所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角改变。
在其中一个实施例中，所述溶剂管道为软管。
在其中一个实施例中，所述机械手臂转动期间，所述喷头的延伸方向与所述机械手臂的延伸方向之间的夹角保持不变。
在其中一个实施例中，所述喷头的延伸方向与所述机械手臂的延伸方向之间的夹角为90°。
在其中一个实施例中，所述喷头包括：喷头管道以及位于所述喷头管道端部的喷嘴；所述喷头管道与所述溶剂管道相连通；所述喷嘴用于喷洒位于所述喷头管道内的溶剂。
在其中一个实施例中，所述喷头管道为软管；所述喷头管道的长度小于或等于5cm。
在其中一个实施例中，还包括：角度获取结构，用于获取所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角。
在其中一个实施例中，所述控制器包括：步进电机以及齿轮部，所述步进电机带动所述齿轮部转动；所述齿轮部与所述机械手臂的端部固定连接，所述齿轮部转动带动所述机械手臂转动。
本发明实施例还提供一种晶圆洗边方法，包括：提供上述的晶圆洗边装置；提供第一晶圆，所述第一晶圆上具有待洗边的第一光阻；所述控制器控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与所述第一晶圆表面之间的夹角为第一夹角，且所述喷头向所述第一光阻喷洒第一溶剂，进行第一洗边步骤；提供第二晶圆，所述第二晶圆上具有待洗边的第二光阻；所述控制器控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与所述第二晶圆表面之间的夹角为第二夹角，且所述第二夹角与所述第一夹角不同，所述喷头向所述第二光阻喷洒第二溶剂，进行第二洗边步骤。
在其中一个实施例中，所述第一光阻的材料与所述第二光阻的材料不同；所述第一溶剂与所述第二溶剂相同。
相应的，本发明实施例还提供一种晶圆洗边系统，应用于上述的晶圆洗边方法，包括：控制模块，所述控制模块向所述控制器发送指令，所述控制器接收所述指令控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角为预设夹角。
在其中一个实施例中，所述控制模块包括：转动控制单元，所述转动控制单元向所述控制器发送转动指令；角度控制单元，所述角度控制单元用于向所述控制器发送角度指令，以使所述喷头的延伸方向与重力方向的夹角为预设夹角。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：
本发明提供一种喷头延伸方向可调的晶圆洗边装置，通过控制器控制机械手臂转动，机械手臂转动带动喷头移动，使得喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角改变。因此，本发明实施例提供的晶圆洗边装置中，喷头的延伸方向与晶圆表面之间的夹角可调，因而在对晶圆表面进行洗边工艺时，喷头喷洒溶剂的喷洒方向可调，从而可根据待洗边的光阻的不同，灵活的调整喷头的延伸方向，提高洗边效果。
另外，溶剂管道为软管，有利于减小机械手臂在转动过程中受到的阻力。
另外，喷头管道为软管，且喷头管道的长度小于或等于5cm，有利于避免在机械手臂转动期间喷头管道发生变形。
相应的，采用本发明实施例提供的晶圆洗边装置进行晶圆洗边方法时，对于不同晶圆上的光阻进行洗边步骤时，喷头喷洒溶剂的喷洒方向不同，保护对不同晶圆上的光阻均具有良好的洗边效果，防止出现洗边不良或者hump问题。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明一实施例提供的晶圆洗边装置的结构示意图；
图2及图3分别示出了图1中机械手臂转动至两个不同位置的结构示意图；
图4为第一晶圆的剖面结构示意图；
图5为第一洗边步骤的结构示意图；
图6为第二晶圆的剖面结构示意图；
图7为第二洗边步骤的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，目前的晶圆洗边装置的洗边效果有待提高。
目前，由于不同光阻以及溶剂的材料特性有所不同，为了保证洗边效果，在晶圆洗边装置的喷嘴角度不变的前提下，需要切换不同的溶剂以清洗不同的光阻，且通常需要设置多个溶剂管道即多个喷嘴。然而，多个喷嘴的洗边装置又会有如下问题：一、需要采用多种溶剂管道来对应不同的光阻，增加工艺成本。二、需要做洗边精度调整时，只能以其中一个喷嘴为准，当一个喷嘴对准时另一喷嘴会出现位置偏离的情况。三、若只采用一个喷嘴即一种溶剂来清洗多种不同的光阻，对于有些光阻会出现凸块缺陷(hump)或者洗边不良的问题，例如对于光阻A来说没有hump问题但是对于光阻B具有hump问题，对于光阻A来说洗边正常但是对于光阻B具有洗边不良问题。
其中，hump问题产生的原因包括：溶剂与光阻之间形成了混合层；当溶剂的表面张力较低时，溶剂容易在晶圆上扩散，从而增加了推动混合层的推动力，致使光阻膨胀，出现膨胀部位；膨胀部位干燥后产生hump。若洗边角度较小即喷嘴与晶圆表面的夹角较小时，推动混合层的推动力将减小，从而降低hump出现的概率。
洗边不良产生的原因包括：不同的光阻与溶剂之间反应效率不同；洗边角度不同则溶剂向光阻施加的力度不同，因而清洗效果也不同；此外，洗边角度不同则溶剂与光阻实际接触的时间也不同，因而清洗效果也不同。较大的洗边角度会使溶剂向光阻施加的力度加大，降低洗边不良的发生。
有上述分析可知，若针对不同的光阻设置相同的洗边角度，则会出现上述的hump问题或者洗边不良问题。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种晶圆洗边装置，喷头的延伸方向相对于重力方向可调，即喷头的延伸方向相对于晶圆表面的方向可调。
可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一数量称为第二数量，且类似地，可将第二数量称为第一数量。第一数量和第二数量两者都是数量，但其不是同一数量。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本发明一实施例提供的晶圆洗边装置的结构示意图。
参考图1，本实施例提供的晶圆洗边装置包括：控制器101以及机械手臂102，且控制器101用于控制机械手臂102转动；溶剂管道103以及与溶剂管道103相连通的喷头104，机械手臂102与溶剂管道103与喷头104的交界处A固定连接，且机械手臂102转动以使喷头104的延伸方向与重力方向之间的的夹角改变。
以下将结合附图对本实施例提供的晶圆洗边装置进行详细说明。为了便于图示和说明，图中以虚线示出交界处A。
控制器101用于控制机械手臂102转动。本实施例中，控制器101包括步进电机(未图示)以及齿轮部(未图示)，步进电机带动齿轮部转动。
具体地，步进电机具有转动轴，齿轮部具有中空区域以及围绕中空区域的齿轮结构，转动轴位于中空区域内且转动轴转动以带动齿轮结构转动，机械手臂102端部固定设置于齿轮结构上；当齿轮结构转动时机械手臂102转动。
机械手臂102的一端连接控制器101，另一端连接溶剂管道103，溶剂管道103用于向喷头104供给溶剂，以使喷头104喷洒溶剂。
本实施例中，机械手臂102转动期间，喷头104的延伸方向随着机械手臂102的转动而改变，因而使得喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角改变，以调整喷头104喷出的溶剂与待清洗的晶圆之间的夹角。
具体地，为了减小机械手臂102转动期间受到的阻力，溶剂管道103可以为软管。在机械手臂102转动期间，机械手臂102转动带动溶剂管道103发生形变和位移，溶剂管道103对机械手臂102产生的阻力小，从而保证机械手臂102转动顺畅。
可以理解的是，溶剂管道103也可以为硬质管道，或者，溶剂管道103还可以为长度可伸缩的管道。
机械手臂102转动期间，喷头104的延伸方向与机械手臂102的延伸方向之间的夹角保持不变。如此，有利于通过调整机械手臂102的转动角度来调整喷头104的延伸方向与重力方向之间的夹角，保证喷头104的延伸方向与重力方向之间的夹角符合预设夹角。
本实施例中，喷头104的延伸方向的延伸方向与机械手臂102的延伸方向之间的夹角为90度。在其他实施例中，喷头的延伸方向与机械手臂的延伸方向之间的夹角也可以任意角度，例如为30°、60°、120°等。
本实施例中，喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角即为喷嘴10与重力方向G之间的夹角。
喷头104包括喷头管道114以及位于喷头管道114端部的喷嘴124，喷头管道114与溶剂管道103相连通，喷嘴124用于喷赛位于喷头管道114内的溶剂。
本实施例中，喷头管道114可以为软管。为保证机械手臂102转动期间喷头管道114与机械手臂102之间的夹角保持不变或者形变，喷头管道114的长度不宜过长。本实施例中，喷头管道114为软管时，喷头管道114的长度小于或等于5cm，例如为4cm、3cm、1cm。
可以理解的是，在其他实施例中，喷头管道也可以为硬质管道。
本实施例中，晶圆洗边装置还包括：角度获取结构(未图示)，用于获取喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角。具体地，通过角度获取结构，能够判断喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角是否符合预期，从而获知喷头104的延伸方向与晶圆表面之间的夹角是否符合预期。
图2及图3分别示出了图1中机械手臂102转动至两个不同位置的结构示意图。如图1所示，以机械手臂102处于初始位置时机械手臂102的延伸方向与水平方向X为例，水平方向X与重力方向G相垂直，且机械手臂102的延伸方向与喷头104的延伸方向之间的夹角为90°为例，
为了便于理解和说明，以下将结合附图对机械手臂102的转动过程进行说明：
参考图1，当机械手臂102处于初始位置时，喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角为90°—α即0°。此时，若晶圆表面与水平面平行，则喷头104与晶圆表面之间的夹角为α即90°。
参考图2，当机械手臂102向下转动且转动角度为β时，喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角为(90°-α+β)，即喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角为β。此时，若晶圆表面与水平面平行，则喷头104延伸方向与晶圆表面之间的夹角为(α-β)即(90°-β)。在机械手臂102向下转动期间，溶剂管道103随着机械手臂102的转动而发生变形和位移。
参考图3，当机械手臂102向上且转动角度为γ时，喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角为(90°-α+γ)，即喷头104的延伸方向与重力方向G之间的夹角为γ。此时，若晶圆表面与水平面平行，则喷头104延伸方向与晶圆表面之间的夹角为(α-γ)即(90°-γ)。在机械手臂102向上转动期间，溶剂管道103随着机械手臂102的转动而发生变形和位移。
本实施例提供的晶圆洗边装置中，由于喷头与重力方向之间的夹角可以改变，即喷头喷洒溶剂的喷洒方向可以调整，因此对于晶圆洗边工艺中的不同光阻而言，无需更换溶剂，通过调整溶剂的喷洒方向即可以完成对不同光阻的洗边工艺，且对于不同的光阻均具有良好的洗边效果，例如避免了hump缺陷和洗边不良的问题。
另外，由于本实施例提供的晶圆洗边装置，可以利用同一喷头实现不同的喷洒方向，以便于对不同的光阻进行洗边处理，从而避免了采用多个清洗不同光阻的喷头处理同一承载台上的晶圆时，出现的对准误差问题，对准误差指的是，当一个喷头位置对准时，另一喷头可能具有偏心的问题。
相应的，本发明实施例还提供一种晶圆洗边方法，采用上述实施例中提供的晶圆洗边装置。以下将结合附图对本发明实施例提供的晶圆洗边方法进行详细说明。本实施例中，晶圆洗边方法包括：提供上述的晶圆洗边装置；利用该晶圆洗边装置进行晶圆洗边。
图4为第一晶圆的剖面结构示意图，参考图4，提供第一晶圆200，所述第一晶圆200上具有待洗边的第一光阻201。
其中，第一光阻201的材料为正光刻胶或者负光刻胶；待洗边的第一光阻201位于第一晶圆200边缘区域。
图5为第一洗边步骤的结构示意图，为了便于图示和说明，图5中仅示出了喷头20、第一晶圆200以及第一光阻201。
参考图5，控制器控制机械手臂转动，使喷头20的延伸方向与第一晶圆201表面之间的夹角为第一夹角a1，且喷头20向第一光阻201喷洒第一溶剂，进行第一洗边步骤。
机械手臂转动以使喷头20的延伸方向与重力方向之间的夹角改变，且第一晶圆水平放置，从而使得喷头20的延伸方向与第一晶圆200表面之间的夹角为第一夹角a1。
具体地，第一夹角a1为0°～180°，例如为30°、45°、90°、135°或者160°。
本实施例中，第一夹角a1为锐角。在其他实施例中，第一夹角还可以为钝角，即第一夹角为90°～180°，如此，在第一洗边步骤中，第一溶剂在第一晶圆上的流动趋势为第一晶圆中心指向边缘的方向，因而能够避免第一溶剂流向不期望区域。
根据第一光阻202的材料，合理选择第一洗边步骤采用的第一角度，保证对第一光阻202具有良好的洗边效果，避免出现洗边不良或者hump问题。
图6为第二晶圆的剖面结构示意图。参考图6，提供第二晶圆300，第二晶圆300上具有待洗边的第二光阻301。
其中，第二光阻301的材料为正光刻胶或负光刻胶；待洗边的第二光阻301位于第二晶圆300的边缘区域。
本实施例中，第二光阻301的材料与第一光阻201的材料不同。在其他实施例中，第二光阻的材料与第一光阻的材料也可以相同。
图7为第二洗边步骤的结构示意图，为了便于图示和说明，图6中仅示出了喷头20、第二晶圆300以及第二光阻301。
参考图7，控制器控制机械手臂转动，使喷头20的延伸方向与第二晶圆300表面之间的夹角为第二夹角a2，且第二夹角a2与第一夹角不同，喷头204向第二光阻喷洒第二溶剂，进行第二洗边步骤。
机械手臂转动以使喷头20的延伸方向与重力方向之间的夹角改变，且第二晶圆水平放置，从而使得喷头20的延伸方向与第二晶圆300表面之间的夹角为第二夹角a2。
具体地，第二夹角a2为0°～180°，例如为30°、45°、90°、135°或者160°。
本实施例中，第一光阻201的材料与第二光阻301的材料不同，且第一溶剂与第二溶剂相同。也就是说，本实施例中，无需切换溶剂，通过改变喷头20喷洒溶剂的方向，能够采用同一种溶剂对不同光阻进行洗边，且对于不同光阻均具有良好的洗边效果。
相应的，本发明实施例还提供一种晶圆洗边系统，应用于上述的晶圆洗边方法。晶圆洗边系统包括：控制模块，控制模块向控制器发送控制指令，控制器接收指令控制机械手臂转动，且使喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角为预设夹角。
具体地，控制模块包括：转动控制单元，转动控制单元向控制器发生转动指令，以使控制器控制机械手臂开始转动；角度控制单元，角度控制单元用于向控制器发生角度指令，以使喷头的延伸方向与重力方向的夹角为预设角度，也就是说，控制器接收角度控制单元发生的角度指令，以确定控制机械手臂停止转动的时机，保证在机械手臂停止转动时，喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角为预设夹角。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种晶圆洗边装置，其特征在于，包括：
控制器以及机械手臂，且所述控制器用于控制所述机械手臂转动；
溶剂管道以及与所述溶剂管道相连通的喷头，所述机械手臂与所述溶剂管道与所述喷头的交界处固定连接，且所述机械手臂转动以使所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角改变。
2.如权利要求1所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述溶剂管道为软管。
3.如权利要求1所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述机械手臂转动期间，所述喷头的延伸方向与所述机械手臂的延伸方向之间的夹角保持不变。
4.如权利要求3所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述喷头的延伸方向与所述机械手臂的延伸方向之间的夹角为90°。
5.如权利要求1或3所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述喷头包括：喷头管道以及位于所述喷头管道端部的喷嘴；所述喷头管道与所述溶剂管道相连通；所述喷嘴用于喷洒位于所述喷头管道内的溶剂。
6.如权利要求5所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述喷头管道为软管；所述喷头管道的长度小于或等于5cm。
7.如权利要求1所述的晶圆洗边装置，其特征在于，还包括：角度获取结构，用于获取所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角。
8.如权利要求1所述的晶圆洗边装置，其特征在于，所述控制器包括：步进电机以及齿轮部，所述步进电机带动所述齿轮部转动；所述齿轮部与所述机械手臂的端部固定连接，所述齿轮部转动带动所述机械手臂转动。
9.一种晶圆洗边方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1-8任一项所述的晶圆洗边装置；
提供第一晶圆，所述第一晶圆上具有待洗边的第一光阻；
所述控制器控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与所述第一晶圆表面之间的夹角为第一夹角，且所述喷头向所述第一光阻喷洒第一溶剂，进行第一洗边步骤；
提供第二晶圆，所述第二晶圆上具有待洗边的第二光阻；
所述控制器控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与所述第二晶圆表面之间的夹角为第二夹角，且所述第二夹角与所述第一夹角不同，所述喷头向所述第二光阻喷洒第二溶剂，进行第二洗边步骤。
10.如权利要求9所述的晶圆洗边方法，其特征在于，所述第一光阻的材料与所述第二光阻的材料不同；所述第一溶剂与所述第二溶剂相同。
11.一种晶圆洗边系统，应用于如权利要求9-10所述的晶圆洗边方法，其特征在于，包括：
控制模块，所述控制模块向所述控制器发送指令，所述控制器接收所述指令控制所述机械手臂转动，使所述喷头的延伸方向与重力方向之间的夹角为预设夹角。
12.如权利要求11所述的晶圆洗边系统，其特征在于，所述控制模块包括：转动控制单元，所述转动控制单元向所述控制器发送转动指令；角度控制单元，所述角度控制单元用于向所述控制器发送角度指令，以使所述喷头的延伸方向与重力方向的夹角为预设夹角。
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