CN113471067A - 一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶圆再生技术领域，公开了一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺及其装置，该工艺具体包括如下步骤：在再生晶圆两侧表面形成一层流动的化学腐蚀试剂薄膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行化学腐蚀；在上述步骤完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的研磨抛光油膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行研磨剥离；在上述步骤完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的清洗液膜，对再生晶圆表面剥离下的氧化膜进行清洗。本发明采用晶圆表面化学试剂流动薄膜腐蚀、油膜保护下的氧化膜剥离和晶圆表面切应力清洗的三步连续处理工艺，有效提高废晶圆再生处理的效率以及质量。
Description
技术领域
本发明属于晶圆再生技术领域，具体涉及一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺及其装置。
背景技术
晶圆在生产加工过程中，由于现有生产工艺的缺陷，很容易导出出现废的晶圆，尤其是在晶圆进行氧化膜沉淀过程中，氧化膜生长不均匀导致晶圆产生废件，并且生产过程中还会产生大量用于监控测试的晶圆，晶圆上也会形成氧化膜。
为了减少成本的投入，这些废晶圆可以将表面的氧化层进行剥离，再次利用。常规的处理工艺使是经过化学浸泡，物理研磨等处理方法将废晶圆表面的氧化膜、金属颗粒残留等去掉，使他们能够重新具备再次实用，但氧化层往复的剥离，往往会对晶圆本体造成损伤。对于现有的废晶圆表面氧化膜剥离存在一下问题：1)、化学腐蚀，化学试剂腐蚀随着反应进程的不断进行，其溶液浓度不断变化，导致腐蚀用的化学试剂浓度控制难度较高，导致晶圆表面氧化物腐蚀效果也不稳定；2)、机械研磨虽然添加抛光液，虽然在一定程度上减少对晶圆本体的损伤，但研磨下来的氧化物颗粒，随着量的增大，在抛光液中相互作用，也会对晶圆本体造成一定的损伤；3)在清洗阶段，一般采用高压水柱冲刷的方式进行清洗，这样一来残留在晶圆表面的氧化物颗粒在高压水柱的冲击下，会与晶圆表面进行猛烈撞击，导致刮伤晶圆表面。并且现有的处理工艺，采用在不同的设备进行分步完成，晶圆再生处理效率低下，且工作量大。为此，我们提出一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高废晶圆再生的处理能力，并采用晶圆表面化学试剂流动薄膜腐蚀、油膜保护下的氧化膜剥离和晶圆表面切应力清洗的三步连续处理工艺，有效提高废晶圆再生处理的效率以及质量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，所述工艺用于多个再生晶圆双面处理装置，该装置包括可高速旋转的载晶盘和夹持在载晶盘两侧的研磨抛光装置，载晶盘的盘根上设有腐蚀试剂喷嘴、抛光油喷嘴和清洗液喷嘴，载晶盘的周向上设有废液回收装置，该工艺具体包括如下步骤：
步骤1、在再生晶圆两侧表面形成一层流动的化学腐蚀试剂薄膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行化学腐蚀；
步骤2、在步骤1完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的研磨抛光油膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行研磨剥离；
步骤3、在步骤2完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的清洗液膜，对再生晶圆表面剥离下的氧化膜进行清洗。
与现有技术相比，采用了上述技术方案的废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，具有如下有益效果：
一、采用本发明的废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高废晶圆再生的处理能力，并采用晶圆表面化学试剂流动薄膜腐蚀、油膜保护下的氧化膜剥离和晶圆表面切应力清洗的三步连续处理工艺，有效提高废晶圆再生处理的效率以及质量。
二、本工艺在废晶圆表面进行腐蚀时，通过在废晶圆表面形成一层流动的腐蚀试剂薄膜，使废晶圆表面的腐蚀试剂始终处于更新状态，从而确保用于废晶圆腐蚀用的试剂浓度不在变化，从而提高废晶圆表面氧化物腐蚀效果的稳定。
三、本工艺在废晶圆表面进行研磨抛光时，通过在废晶圆表面形成一层流动的研磨抛光油膜，生产的油膜一方面提高废晶圆表面氧化膜的研磨剥离，另一面剥离下来的氧化物颗粒可随着流动性的油膜及时的排除，避免大量剥离下来的氧化膜颗粒对再生晶圆的抛光面造成损伤，有效提高了再生晶圆的质量。
四、本工艺通过在再生晶圆表面形成一层流动的清洗液膜，清洗液膜在高速旋转的载晶盘带动下，使清洗液膜在再生晶圆表面产生切应力，切应力可起到对再生晶圆表面起到良好的切向清扫能力，随着载晶盘转速的加快，产生的切应力越大，对再生晶圆表面的清洗能力就越强，在清洗过程中，只有清洗液与再生晶圆表面接触，清洗力的方向保持与再生晶圆表面相切，最大程度降低对再生晶圆表面的垂直冲击力，如此一来，再生晶圆在确保减少冲刷刮伤的前提下，可进行高质量的清洗。
进一步的，所述研磨抛光装置呈环形状，所述载晶盘呈圆盘状，所述载晶盘与研磨抛光装置相适配，所述载晶盘沿周向设有多个放置晶圆的工位，多个工位可实现一个批次处理多个废晶圆。
进一步的，所述研磨抛光装置的研磨抛光面上设有交错，且连通的浅槽，浅槽起到两个作用，一方面有利油液顺利通过研磨抛光面汇集到晶圆表面，另一方面可将油或液均布在研磨抛光面上，并在抛光垫面与晶圆表面之间形成一个油面或液面。
进一步的，所述步骤1和3中，所述研磨抛光装置的研磨抛光面与载晶盘之间均设有间距，其间距不大于晶圆厚度，避免晶圆从预留的空隙中掉落，另一方面在废晶圆表面腐蚀阶段、再生晶圆表面清洗阶段时候，可更好的形成液面。
进一步的，所述步骤中设有腐蚀液处理循环系统，所述腐蚀液处理循环系统包括废液存储罐、浓度调节罐、试剂存储罐和第一输液泵，所述废液存储罐、浓度调节罐、试剂存储罐和第一输液泵通过管件串连在废液回收装置与腐蚀试剂喷嘴之间，所述浓度调节罐上设有用于腐蚀化学试剂的添加装置，腐蚀液处理循环系统实现对腐蚀液的回收以及溶液浓度的调整，可有效确保腐蚀液浓度始终保持在很定的浓度。
进一步的，所述废液存储罐、浓度调节罐、试剂存储罐呈梯度排布，且废液存储罐、浓度调节罐、试剂存储罐之间均设有控制阀。
进一步的，所述步骤中2设有回油处理循环系统，所述回油处理循环系统包括离心分离机和第二输液泵，所述离心分离机和第二输液泵通过管件串连在废液回收装置与抛光油喷嘴之间。回油处理循环系统用于在废晶圆表面形成一个连续流动的研磨抛光油膜，并通过回油处理循环系统将废油中剥离下来的氧化物进行固油分离。
进一步的，所述第二输液泵的入液端还设有过滤装置，所述过滤装置内置可更换的滤芯，过滤装置的作用是为了进一步净化抛光油。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明关于载晶盘的结构示意图；
图3是本发明中关于腐蚀液处理循环系统的结构示意图；
图4是本发明中关于回油处理循环系统的结构示意图；
图中标记为：载晶盘1、研磨抛光装置2、工位3、腐蚀试剂喷嘴4、抛光油喷嘴5、清洗液喷嘴6、废液回收装置7、废液存储罐8、浓度调节罐9、试剂存储罐10、第一输液泵11、添加装置12、离心分离机13、第二输液泵14、过滤装置15。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
参见图1-2所示，一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，工艺用于多个再生晶圆双面处理装置，该装置包括可高速旋转的载晶盘1和夹持在载晶盘1两侧的研磨抛光装置2，研磨抛光装置2呈环形状，载晶盘1呈圆盘状，载晶盘1与研磨抛光装置2相适配，载晶盘1沿周向设有多个放置晶圆的工位3，研磨抛光装置2的研磨抛光面上设有交错，且连通的浅槽，浅槽起到两个作用，一方面有利油液顺利通过研磨抛光面汇集到晶圆表面，另一方面可将油或液均布在研磨抛光面上，并在抛光垫面与晶圆表面之间形成一个油面或液面。
载晶盘1由电机驱动，载晶盘1的盘根上设有腐蚀试剂喷嘴4、抛光油喷嘴5和清洗液喷嘴6，载晶盘1的周向上设有废液回收装置7，废液回收装置7环绕在载晶盘1的周向上，用于收集四处飞溅的工艺处理废液。
该工艺具体包括如下步骤：
步骤1、在再生晶圆两侧表面形成一层流动的化学腐蚀试剂薄膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行化学腐蚀。
步骤2、在步骤1完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的研磨抛光油膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行研磨剥离。
步骤3、在步骤2完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的清洗液膜，对再生晶圆表面剥离下的氧化膜进行清洗。
其中，步骤1和3中，研磨抛光装置2的抛光面与载晶盘1之间均设有间距，其间距不大于晶圆厚度。其间距不大于晶圆厚度，一方面避免晶圆从预留的空隙中掉落，另一方面在废晶圆表面腐蚀阶段、再生晶圆表面清洗阶段时候，可更好的形成液面。
参见图2所示，步骤1中设有腐蚀液处理循环系统，腐蚀液处理循环系统包括废液存储罐8、浓度调节罐9、试剂存储罐10和第一输液泵11，废液存储罐8、浓度调节罐9、试剂存储罐10和第一输液泵11通过管件串连在废液回收装置7与腐蚀试剂喷嘴4之间，浓度调节罐9上设有用于腐蚀化学试剂的添加装置12。
废液存储罐8、浓度调节罐9、试剂存储罐10呈梯度排布，且废液存储罐8、浓度调节罐9、试剂存储罐10之间均设有控制阀，腐蚀液处理循环系统中腐蚀废液的流向，首先腐蚀废液通过废液收集装置进入至废液存储罐8中，再积累一定量后，打开废液存储罐8与浓度调节罐9之间的控制阀，收集的废液通过自流的方式流入至浓度调节罐9，通过测定废液中腐蚀化学试剂的浓度，然后通过添加装置12向腐蚀废液中添加腐蚀化学试剂，并搅拌，调整腐蚀废液中的腐蚀化学试剂的浓度达到晶圆腐蚀的恒定浓度后，打开浓度调节罐9与试剂存储罐10之间的调节阀，然后通过自流的方式，将调节好的腐蚀化学试剂溶液存储在存储罐10内，最后由第一输液泵11输送至腐蚀试剂喷嘴4，进行腐蚀化学试剂溶液循环供液，腐蚀液处理循环系统实现对腐蚀液的回收以及溶液浓度的调整，可有效确保腐蚀液浓度始终保持在很定的浓度。
参见图3所示，步骤2中设有回油处理循环系统，回油处理循环系统包括离心分离机13和第二输液泵14，离心分离机13和第二输液泵14通过管件串连在废液回收装置7与抛光油喷嘴5之间，回油处理循环系统用于在废晶圆表面形成一个连续流动的研磨抛光油膜，并通过回油处理循环系统将废油中剥离下来的氧化物进行固油分离，使其抛光油进行循环使用，第二输液泵14的入液端还设有过滤装置15，过滤装置15内置可更换的滤芯，过滤装置15的作用是为了进一步净化抛光油。
本发明废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高废晶圆再生的处理能力，并采用晶圆表面化学试剂流动薄膜腐蚀、油膜保护下的氧化膜剥离和晶圆表面切应力清洗的三步连续处理工艺，有效提高废晶圆再生处理的效率以及质量，首先，本工艺在废晶圆表面进行腐蚀时，通过在废晶圆表面形成一层流动的腐蚀试剂薄膜，使废晶圆表面的腐蚀试剂始终处于更新状态，从而确保用于废晶圆腐蚀用的试剂浓度不在变化，从而提高废晶圆表面氧化物腐蚀效果的稳定，其次，本工艺在废晶圆表面进行研磨抛光时，通过在废晶圆表面形成一层流动的研磨抛光油膜，生产的油膜一方面提高废晶圆表面氧化膜的研磨剥离，另一面剥离下来的氧化物颗粒可随着流动性的油膜及时的排除，避免大量剥离下来的氧化膜颗粒对再生晶圆的抛光面造成损伤，有效提高了再生晶圆的质量。再次，本工艺通过在再生晶圆表面形成一层流动的清洗液膜，清洗液膜在高速旋转的载晶盘带动下，使清洗液膜在再生晶圆表面产生切应力，切应力可起到对再生晶圆表面起到良好的切向清扫能力，随着载晶盘转速的加快，产生的切应力越大，对再生晶圆表面的清洗能力就越强，在清洗过程中，只有清洗液与再生晶圆表面接触，清洗力的方向保持与再生晶圆表面相切，最大程度降低对再生晶圆表面的垂直冲击力，如此一来，再生晶圆在确保减少冲刷刮伤的前提下，可进行高质量的清洗。
具体的，载晶盘1沿周向设有多个放置晶圆的工位3，多个工位3的设置可以一个批次可以处理多个废晶圆，并且工位3为贯穿孔，位于工位3内的废晶圆，其两个侧面均能与研磨抛光装置2相互接触，废晶圆在载晶盘1的驱动下进行旋转，研磨抛光装置2保持静止，从而实现废晶圆的多个晶圆同步双面处理，提高再生晶圆的处理效率。在废晶圆表面氧化膜腐蚀阶段，载晶盘1处于低速旋转状态，通过腐蚀试剂喷嘴4可向载晶盘1的盘根喷淋腐蚀溶液，喷淋在载晶盘1上的腐蚀溶液在离心的作用下，沿研磨抛光装置2与载晶盘1之间预留的间隙穿过载晶盘1，并在晶圆表面形成一层流动的化学试剂液膜，流动的化学试剂液膜在晶圆表面停留时间短，使其在晶圆表面形成一个微小变化浓度梯度，此梯度浓度变化可以忽略不计，因此，可以认为晶圆表面形成一个恒定浓度的腐蚀试剂浓度，进而提供对废晶圆表面氧化物处理的稳定性。对废晶圆进行研磨抛光时，载晶盘1处于高速旋转状态，通过抛光油喷嘴5可向载晶盘1的盘根喷淋抛光液，喷淋在载晶盘1上的抛光液在离心的作用下，沿研磨抛光装置2的研磨抛光面上的浅槽穿过载晶盘1，并在废晶圆表面形成一层抛光油膜，在抛光液不断的喷入，使废晶圆表面上形成一个流动的抛光油膜，流动的抛光油膜一方面可提高再生晶圆表面抛光效率，另一方面可将再生晶圆表面研磨抛光下来的氧化物顺着流动油膜排出，避免研磨下来的氧化物对再生晶圆表面造成伤害。在再生晶圆表面清洗阶段，载晶盘1处于超高速旋转状态，通过清洗液喷嘴6可向载晶盘1的盘根喷淋清洗液，喷淋在载晶盘1上的清洗液在离心的作用下，沿研磨抛光装置2与载晶盘1之间预留的间隙穿过载晶盘1，并在晶圆表面形成一层流动的清洗液膜，清洗液膜在再生晶圆表面产生切应力，切应力可起到对再生晶圆表面起到良好的切向清扫能力，可有效清除研磨抛光下来的细微颗粒，提高再生晶圆的清洗能力。
本发明的晶圆再生处理装置及控制系统，通过晶圆表面旋转喷淋腐蚀的方式进行氧化膜腐蚀处理，可在晶圆表面形成一层流动的腐蚀液膜，可确保晶圆化学腐蚀时，化学试剂溶液浓度维持在最佳腐蚀浓度处理范围内，可有效提高再生晶圆表面氧化物腐蚀效果的稳定性，另外，采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高晶圆再生的处理能力，并采用化学腐蚀、机械研磨抛光和晶圆清洗三个工序分步连续完成，处理过程中无须对晶圆进行工序转移，进一步提高晶圆再生处理的效率，同时也大大降低了劳动强度和工作量，通过在晶圆表面形成流动的抛光油膜和清洗液膜，可及时清除研磨抛光下来的颗粒，对再生晶圆在研磨抛光以及清洗阶段起到良好的保护，提高再生晶圆的品质。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)
1.一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述工艺用于多个再生晶圆双面处理装置，该装置包括可高速旋转的载晶盘(1)和夹持在载晶盘(1)两侧的研磨抛光装置(2)，载晶盘(1)的盘根上设有腐蚀试剂喷嘴(4)、抛光油喷嘴(5)和清洗液喷嘴(6)，载晶盘(1)的周向上设有废液回收装置(7)，该工艺具体包括如下步骤：
步骤1)、在再生晶圆两侧表面形成一层流动的化学腐蚀试剂薄膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行化学腐蚀；
步骤2)、在步骤1)完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的研磨抛光油膜，对再生晶圆表面的氧化膜进行研磨剥离；
步骤3)、在步骤2)完成后，在再生晶圆两侧表面形成一层流动的清洗液膜，对再生晶圆表面剥离下的氧化膜进行清洗。
2.根据权利要求1所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述研磨抛光装置(2)呈环形状，所述载晶盘(1)呈圆盘状，所述载晶盘(1)与研磨抛光装置(2)相适配，所述载晶盘(1)沿周向设有多个放置晶圆的工位(3)。
3.根据权利要求1或2所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述研磨抛光装置(2)的研磨抛光面上设有交错，且连通的浅槽。
4.根据权利要求1所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述步骤1)和3)中，所述研磨抛光装置(2)的抛光面与载晶盘(1)之间均设有间距，其间距不大于晶圆厚度。
5.根据权利要求1所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述步骤1)中设有腐蚀液处理循环系统，所述腐蚀液处理循环系统包括废液存储罐(8)、浓度调节罐(9)、试剂存储罐(10)和第一输液泵(11)，所述废液存储罐(8)、浓度调节罐(9)、试剂存储罐(10)和第一输液泵(11)通过管件串连在废液回收装置(7)与腐蚀试剂喷嘴(4)之间，所述浓度调节罐(9)上设有用于腐蚀化学试剂的添加装置(12)。
6.根据权利要求3所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述废液存储罐(8)、浓度调节罐(9)、试剂存储罐(10)呈梯度排布，且废液存储罐(8)、浓度调节罐(9)、试剂存储罐(10)之间均设有控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述步骤2)中设有回油处理循环系统，所述回油处理循环系统包括离心分离机(13)和第二输液泵(14)，所述离心分离机(13)和第二输液泵(14)通过管件串连在废液回收装置(7)与抛光油喷嘴(5)之间。
8.根据权利要求7所述的一种废晶圆表面膜剥离再生处理工艺，其特征在于，所述第二输液泵(14)的入液端还设有过滤装置(15)，所述过滤装置(15)内置可更换的滤芯。
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