CN113436995A - 一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的半导体装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路制造与封装技术领域，提出一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的半导体装置及工艺方法，所述半导体装置包括晶圆旋转装置；通气管道；通液管道；以及双相喷嘴。本发明通过控制双相喷嘴中通气道喷射出保护气体的喷速与流量，可精准控制从通液道喷射出来的刻蚀、清洗液的雾化液滴喷涂到晶圆边缘的距离，同时不会影响晶圆其它部分。可以保证仅对晶圆边缘做刻蚀、清洗工艺，保障了晶圆边缘区域的洁净，能够提高设置在晶圆边缘区域的芯片良率，并且避免边缘残留、颗粒等缺陷污染晶圆中心区域的芯片。

Description

一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的半导体装置及方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造与封装技术领域。具体而言，本发明涉及一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的半导体装置，以及利用该半导体装置刻蚀、清洗晶圆边缘的方法。
背景技术
在集成电路制造与先进封装的过程中，晶圆需要经历不同种类的工艺制作方法，所涉及的多种机台之间对晶圆边缘区域(Wafer Edge and Bevel)的要求各不相同。即使同一类型甚至同一款机台，在晶圆的传输运送过程中，也不能确保每片晶圆每次都放置在相同的位置，其结果就是边缘区域工艺和芯片良率的不确定性。
为了提高晶圆制造和先进晶圆级封装的产品良率，晶圆边缘的处理技术不仅在前道晶圆厂的集成电路制造制程中尤为关键，在高精度、低缺陷、高可靠性等要求不断提升的先进封装技术中也变得非常重要，随着业界对晶圆边缘工程投入了大量的研发，考虑到边缘区域的新设备、设备配件夹具、细划工艺方法、新材料等，目的就是用来提高边缘的产品良率。其中，能够精准的刻蚀、清洗晶圆边缘区域的残留薄膜、玷污、颗粒等缺陷杂质是晶圆边缘处理重要的研究方向之一，然而现有技术中对晶圆进行刻蚀处理的装置，往往无法做到仅对晶圆的边缘进行精准的刻蚀、清洗，而不影响晶圆的其它部位。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，包括：
晶圆旋转装置，所述晶圆旋转装置被配置为使得晶圆旋转；
通气管道，所述通气管道被配置为运送保护气体至所述双相喷嘴；
通液管道，所述通液管道被配置为运送刻蚀、清洗液体至所述双相喷嘴；以及
双相喷嘴，所述双相喷嘴设置于晶圆上方靠近边缘区域，并且所述双相喷嘴包括：
通液道，所述通液道与通液管道连接，并且所述通液道被配置为喷出刻蚀、清洗液体以形成雾状液滴；以及
通气道，所述通气道与通气管道连接，并且所述通气道被配置为喷出保护气体以在晶圆上方靠近晶圆边缘处形成气障，所述气障限制所述液滴的喷射角度，并阻挡液滴进入晶圆内部区域。
在本发明一个实施例中规定：通过控制所述保护气体的流量与速率以控制所述雾状液滴撒落在晶圆边缘的具体位置。
在本发明一个实施例中规定，所述保护气体包括氮气或者是压缩空气CDA。
在本发明一个实施例中规定，所述精准湿法刻蚀晶圆边缘的装置还包括：
腔室，所述腔室包括所述晶圆旋转装置以及所述双相喷嘴；
腔室盖板，所述腔室盖板设置于所述腔室上方，并且所述腔室盖板构造有所述通气管道和通液管道穿过的通孔；以及
密封圈，所述密封圈设置于所述腔室的侧壁上方与所述腔室盖板的连接处。
在本发明一个实施例中规定：所述腔室的底部构造成倾斜结构，所述腔室底部的低处设置有废液排放管道，所述废液排放管道上设置有过滤装置。
在本发明一个实施例中规定，所述腔室盖板上均匀布置有通气孔，所述通气孔的直径为0.3-0.6mm，所述通气孔包括大于45度的斜通孔。
在本发明一个实施例中规定，所述腔室盖板的材料包括铝合金或者特氟龙有机材料。
在本发明一个实施例中规定，所述精准湿法刻蚀晶圆边缘的装置包括一个\多个双相喷嘴。
在本发明一个实施例中规定，所述双相喷嘴中的所述通气道设置中靠近晶圆中心一侧。
在本发明一个实施例中规定，利用所述湿法刻蚀、清洗晶圆边缘装置作业精准刻蚀、清洗晶圆边缘的方法，包括下列步骤：
将晶圆放置在所述腔室内；
通过所述晶圆旋转装置使晶圆旋转；
通过所述双相喷嘴控制所述保护气体的流量与速率以控制刻蚀/清洗液滴撒落在晶圆边缘的具体位置；
通过晶圆旋转实现刻蚀/清洗晶圆的整个边缘区域；以及
通过所述过滤装置以及废液排放管道回收晶圆边缘流下的废液。
本发明至少具有如下有益效果：通过控制双相喷嘴中通气道喷射出的保护气体的喷速与流量，可精准控制从通液道喷射出来的刻蚀/清洗液的液流滴撒到晶圆边缘的距离，不会影响晶圆上其它部分。因此，可以保证晶圆边缘的洁净，避免了交叉污染。能够提高设置于晶圆边缘处芯片的良率，并且避免边缘残留、缺陷等在后续工艺制备时污染晶圆内部区域的芯片。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明一个实施例中精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置的结构示意图。
图2A-B示出了本发明一个实施例中双相喷嘴的结构示意图。
图3示出了本发明一个实施例中腔室盖板的结构示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
如图1所示，在本发明一个实施例中提出一个精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘区域的装置。
精准湿法刻蚀晶圆边缘的装置可以包括晶圆旋转装置、通气管道、通液管道、双相喷嘴、腔室以及腔室盖板。
晶圆旋转装置被配置为可以使得晶圆旋转。
通气管道可以输送保护气体至双相喷嘴，保护气体的选择与使用所述装置的工艺方法有关，通常是惰性气体如氮气，或者是压缩空气CDA。
通液管道可以运送刻蚀、清洗液体至所述双相喷嘴。
双相喷嘴可以设置于晶圆上方，如图2A-B所述，双相喷嘴的内部可以构造有通气道和通液道。通液道与通液管道连接，刻蚀/清洗液体可以从通液道中喷出在晶圆的上方形成雾化液滴。通气道和通气管道连接，保护气体通过通气道喷出，在晶圆的上方靠近晶圆内部一侧形成气障，通过所述气障可以限制刻蚀、清洗液体喷出后的形成的液滴的喷射角度和/或喷射距离，使得所述雾化液滴仅仅喷撒至晶圆边缘而不会溅射到晶圆的其它部位。并且通过控制保护气体的流量与速率，可以进一步实现对所述液滴喷撒至晶圆边缘位置的精准控制，从而能够精准地刻蚀、清洗晶圆边缘区域的残留薄膜、玷污、颗粒等杂质与缺陷。双相喷嘴可以设置至少一个，由于在工艺过程中，晶圆处在旋转状态，一般采用1-2个双相喷嘴就可以有效地刻蚀/清洗处理整个晶圆的边缘区域。
腔室包括所述晶圆旋转装置以及所述双相喷嘴。
腔室盖板布置于腔室的上方，构造有通气管道和通液管道通入的通孔。如图3所示，腔室盖板上还可以均匀设置一定数量的通气孔，所述通气孔的直径为0.3-0.6mm，所述通气孔可以是大于45度的斜通孔。腔室盖板的材料可以是金属材料如铝合金，或者是有机材料如特氟龙(Teflon)。通过腔室盖板可以保证在刻蚀、清洗晶圆边缘的过程中不会有刻蚀/清洗液滴溅出腔室，并且通过设置平衡腔室气压的通气孔，可以保证在刻蚀/清洗晶圆边缘的过程中晶圆表面的压力稳定。然而本领域技术人员应当理解，腔室盖板的材料以及通气孔的尺寸不限于上述示例，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的腔室盖板材料以及通气孔尺寸。
在腔室的侧壁和腔室盖板的连接处可以布置有密封圈，密封圈可以在腔室的侧壁和腔室盖板之间起到密封缓冲的作用。
在腔室的底部构造成倾斜结构，完成刻蚀、清洗的废液从晶圆边缘下落，通过上述结构流向所示倾斜结构的低处，低处设置有废液排放管道，废液经过废液排放管道上布置的过滤装置过滤流出，得以回收。
在本发明的一个实施例中还提出一个利用上述湿法刻蚀、清洗晶圆边缘装置精准刻蚀、清洗晶圆边缘区域的方法，包括下列步骤：
将晶圆放置在所述腔室内；
通过所述晶圆旋转装置使晶圆旋转；
通过所述双相喷嘴控制所述保护气体的流量与速率以控制刻蚀、清洗液体喷射至晶圆边缘的位置；
通过旋转晶圆实现刻蚀、清洗晶圆的整个边缘；以及
通过所述过滤装置以及废液排放管道回收刻蚀/清洗晶圆边缘处流下的废水、废液。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，包括：
晶圆旋转装置，所述晶圆旋转装置被配置为使得晶圆旋转；
通气管道，所述通气管道被配置为运送保护气体至所述双相喷嘴；
通液管道，所述通液管道被配置为运送刻蚀/清洗液体至所述双相喷嘴；以及
双相喷嘴，所述双相喷嘴设置于晶圆上方，并且所述双向喷嘴包括：
通液道，所述通液道与通液管道连接，并且所述通液道被配置为喷出刻蚀/清洗液体以形成雾化液滴；以及
通气道，所述通气道与通气管道连接，并且所述通气道被配置为喷出保护气体以在晶圆上方靠近晶圆内部区域形成气障，所述气障限制所述液流的喷射角度和/或撒落距离。
2.根据权利要求1所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于：通过控制所述保护气体的流量与速率以控制所述雾化液滴喷撒至晶圆边缘的具体位置。
3.根据权利要求1和2之一所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于，所述保护气体包括氮气，或者压缩空气CDA。
4.根据权利要求1所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于还包括：
腔室，所述腔室包括所述晶圆旋转装置以及所述双相喷嘴；
腔室盖板，所述腔室盖板布置于所述腔室上方，并且所述腔室盖板构造有所述通气管道和通液管道穿过的通孔；以及
密封圈，所述密封圈布置于所述腔室的侧壁上方与所述腔室盖板的连接处。
5.根据权利要求4所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于：所述腔室的底部构造成倾斜结构，所述腔室底部的低处设置有废液排放管道，所述废液排放管道上布置有过滤装置。
6.根据权利要求4所述的精准湿法刻蚀晶圆边缘的装置，其特征在于，所述腔室盖板上均匀设置有通气孔，所述通气孔为倾斜角度大于45度的斜通孔，并且所述通气孔的直径为0.3-0.6mm。
7.根据权利要求6所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于，所述腔室盖板的材料包括铝合金或者特氟龙有机材料。
8.根据权利要求1所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于，包括一个\多个双相喷嘴。
9.根据权利要求1所述的精准湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置，其特征在于，所述双相喷嘴中的所述通气道设置在靠近晶圆中心一侧。
10.一种利用权利要求1-9所述湿法刻蚀、清洗晶圆边缘的装置可精准刻蚀、清洗晶圆边缘的方法，其特征在于，包括下列步骤：
将晶圆放置在所述腔室内；
通过所述晶圆旋转装置使晶圆旋转；
通过所述双相喷嘴控制所述保护气体的流量与速率以控制刻蚀/清洗液滴喷撒至晶圆边缘的具体位置；
通过晶圆旋转以刻蚀/清洗晶圆的整个边缘；以及
通过所述过滤装置以及废液排放管道回收晶圆边缘处流下的废水、废液。
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