CN113714188A - 一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，其中，用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备包括处理槽、晶圆夹具以及驱动装置；处理槽内注入有工艺液体；晶圆夹具用于夹持晶圆片，晶圆夹具可在驱动装置的驱动下带动晶圆片浸入处理槽的工艺液体内；晶圆片可在驱动装置的控制下摆动至与工艺液体液面呈角度并旋转。本发明提供的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，利用工艺液体的粘度，通过晶圆片的旋转带动工艺液体充满内凹区，并通过晶圆片摆动至与工艺液体液面呈一定角度达到向上排气的效果，确保了晶圆片与工艺液体的充分、均匀接触，提升了工艺质量。

Description

一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，可用于晶圆片的电镀、化镀或湿制程工艺。

背景技术

在电镀、化镀甚至单片清洗工艺过程中，晶圆片在随晶圆夹具进入处理腔的过程中，晶圆片的待处理表面容易形成气泡，在有气泡存在的情况下，晶圆片的该位置由于无法与工艺液体充分接触，将导致上镀或清洗等工艺的失败，影响产品质量。

如图1所示，现有技术中，晶圆片1’固定于晶圆夹具2’上，晶圆夹具2’上固定或密封晶圆片1’的周边凸起21’会与晶圆片1’表面形成一个倒扣的大平台结构，该倒扣的大平台结构具有一内凹区22’，当晶圆片1’的处理面向下浸入到处理腔中以进行工艺时，内凹区22’内容易形成大量气泡无法排出，由此阻隔晶圆片1’表面与工艺液体的充分接触，造成晶圆片1’表面工艺的不平均，影响工艺质量。

如何消除内凹区22’内产生的气泡，确保晶圆片1’与工艺液体的充分接触，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，可用于晶圆片的电镀、化镀或湿制程工艺。

根据本发明的一个方面，提供一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，包括处理槽、晶圆夹具以及驱动装置；所述处理槽内注入有工艺液体；所述晶圆夹具用于夹持晶圆片，晶圆夹具可在驱动装置的驱动下带动晶圆片浸入处理槽的工艺液体内；所述晶圆片可在驱动装置的控制下摆动至与工艺液体液面呈角度并旋转。

本技术方案中，由于工艺液体本身有粘度，且晶圆片表面也并非绝对光滑而是具有一定粗糙度，在此情况下，当晶圆片以一定转速旋转时，工艺液体会被晶圆片表面带起并填充至内凹区，结合晶圆片摆动至与工艺液体液面呈角度，内凹区内的气体将向上排出，由此实现以工艺液体替换内凹区内气泡的目的，确保了晶圆片表面与工艺液体的充分接触。

优选地，所述处理槽包括循环管路系统。

本技术方案中，通过循环管路系统的设计，确保本发明提供的排气设备具有一个稳定的循环槽体作为排气的外部环境支持。

优选地，所述处理槽还包括内槽和环绕内槽的外槽；所述循环管路系统包括进液管、出液管以及循环泵，所述进液管的一端连接内槽，另一端经循环泵连接出液管的一端，所述出液管的另一端连接外槽；所述晶圆片在驱动装置的驱动下浸入内槽的工艺液体中。

本技术方案中，处理槽由内槽、外槽以及循环管路系统组成，内槽与进液管连接，外槽与出液管连接，进液管与出液管之间再通过循环泵连接，这使得，内槽溢流出的工艺液体进入外槽后，通过出液管排出，工艺液体在循环泵的作用下又经进液管进入内槽，如此周而复始，实现工艺液体的循环。

优选地，所述循环管路系统还包括控制系统，所述控制系统可控制进液管和/或出液管的流量。

本技术方案中，通过控制系统的设计，使得循环管路系统内流过的流量可调，由此确保本技术方案提供的排气设备具备一个稳定、可调的循环槽体作为排气的外部环境支持。

优选地，在工艺处理过程中，所述晶圆片相对工艺液体液面摆动的角度可调。

本技术方案中，当发现气泡的去除效果不如预期时，可再进一步调整晶圆片与工艺液体液面的角度，如可通过驱动装置控制晶圆片继续向上摆动一定角度，以加大其倾斜度，由此使气泡更容易向上排出。

优选地，所述晶圆片相对工艺液体液面摆动的角度范围为：0～5°。

本技术方案中，当晶圆片相对工艺液体液面摆动的角度范围介于0至5°之间时，气泡的排除效果佳，且在该角度范围内，夹持晶圆片的晶圆夹具倾斜幅度较小，由此不会使驱动装置产生过多负担，如此可简化驱动装置的结构。

优选地，在工艺处理过程中，所述晶圆片的旋转速度可调。

本技术方案中，当发现气泡的去除效果不如预期时，可再进一步调整晶圆片的旋转速度，如可加快晶圆片的转速，以保证晶圆片带起的工艺液体能顺利将气泡从内凹区带出。

优选地，所述晶圆片旋转的转速范围为：0～500rpm。

本技术方案中，晶圆片的转速控制在0至500rpm范围时，一方面可以保证能够利用液体张力将内凹区内的气泡带出，另一方面避免转速过高而增加对晶圆片及晶圆夹具的负荷，提高设备的可靠性。

优选地，所述晶圆夹具设置于处理槽的正上方。

本技术方案中，晶圆夹具设置于处理槽的正上方，由此使得驱动装置仅须通过简单的升降动作即可将晶圆片浸入工艺液体内，这一方面简化了驱动装置的结构，使整体设备的体积得以减小；另一方面，使晶圆夹具花费最少的时间和移动距离就能够浸入工艺液体中，并将内凹区的气泡去除，从而节约了时间，简化了操作流程。

优选地，所述驱动装置包括机械手，机械手与晶圆夹具连接。

本技术方案中，通过机械手来移动晶圆夹具，能够更为快速、便捷的使晶圆夹具带动晶圆片移动。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气方法，采用以上任一项所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，包括如下步骤：

将晶圆片固定于晶圆夹具内，控制晶圆片处理面朝下；

控制晶圆片随晶圆夹具摆动，以使晶圆片相对工艺液体液面倾斜；

控制晶圆夹具带动晶圆片浸入工艺液体内；

控制晶圆片绕其中心点旋转。

本技术方案中，利用工艺液体的张力，配合晶圆片的摆动与旋转，使内凹区的气体顺利向上排出，由此实现以工艺液体替换内凹区中气泡的目的，确保了晶圆片表面与工艺液体的充分接触。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，利用工艺液体的粘度，通过晶圆片的旋转带动工艺液体充满内凹区，并通过晶圆片摆动至与工艺液体液面呈一定角度达到向上排气的效果，确保了晶圆片与工艺液体的充分、均匀接触，提升了工艺质量。

2、本发明提供的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，通过对处理槽的设计，为晶圆片的处理工艺提供稳定、均匀的外部环境支持，使气泡的排出达到理想的效果。

3、本发明提供的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备及方法，可通过对晶圆片旋转速度及摆动角度的设计，在达到消除气泡理想效果的同时，简化驱动装置的机械结构，并提高设备的可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中晶圆夹具上的内凹区的位置示意图；

图2为本发明一实施例的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备的整体结构示意图；

图3为本发明一实施例的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备的局部结构示意图；

图4为本发明一实施例的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备的局部结构示意图；

图5为本发明一实施例的晶圆夹具和晶圆片摆动的示意图；

图6为本发明一实施例的晶圆夹具和晶圆片旋转的示意图；

图7为本发明一实施例的处理槽的结构示意图；

图8为本发明一实施例的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气方法的流程图。

图中示出：

1’-晶圆片

2’-晶圆夹具；

21’-周边凸起；

22’-内凹区

本发明

1-晶圆片；

2-晶圆夹具；

21-周边凸起；

22-内凹区

3-驱动装置；

4-处理槽；

41-内槽；

42-外槽；

43-循环管路系统；

431-进液管；

432-出液管；

433-循环泵

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，本申请中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、底…)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图2所示，本发明提供一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，包括处理槽4、晶圆夹具2以及驱动装置3；处理槽4内注入有工艺液体；晶圆夹具2用于夹持晶圆片1，晶圆夹具2可在驱动装置3的驱动下带动晶圆片1浸入处理槽4的工艺液体内；晶圆片1可在驱动装置3的控制下摆动至与工艺液体液面呈角度并旋转。

如图3所示，晶圆片1固定于晶圆夹具2上，晶圆夹具2上固定或密封晶圆片1的周边凸起21与晶圆片1表面形成一个倒扣的大平台结构，该倒扣的大平台结构具有一内凹区22。当晶圆片1浸入工艺液体内，内凹区22容易形成大量气泡无法排出，导致晶圆片1表面与工艺液体无法充分接触，造成晶圆片1表面工艺的不平均，影响工艺质量。

因此，如图4所示，将晶圆片1固定在晶圆夹具2上，并使晶圆片1处理面朝下，晶圆夹具2与驱动装置3连接，驱动装置3驱动晶圆夹具2产生位移，以带动晶圆片1沿特定方向移动。驱动装置3也可通过晶圆夹具2控制晶圆片1以a线为转轴摆动或以b线为转轴旋转。所谓摆动，如图5所示，是指晶圆片1在驱动装置3的控制下摆动至与水平面呈任意角度；所谓旋转，如图6所示，是指晶圆片1在驱动装置3的控制下围绕其中心点旋转。

由于工艺液体本身有粘度，且晶圆片1表面并非绝对光滑而是具有一定粗糙度，在此情况下，当晶圆片1以一定转速旋转时，工艺液体会被晶圆片1表面带起而去填充内凹区22，结合晶圆片1摆动至与工艺液体液面呈角度，内凹区22内的气体将向上排出，由此实现以工艺液体替换内凹区22内气泡的目的，确保了晶圆片1表面与工艺液体的充分接触。

进一步地，就晶圆片1的摆动时间来说，较佳地，晶圆片1在浸入工艺液体前即在驱动装置3的控制下摆动至与工艺液体液面呈角度并以倾斜的姿态浸入工艺液体；就晶圆片1的旋转时间来说，对其并无严格的要求，使用者可根据工艺情况进行选择，如可在晶圆片1浸入工艺液体前即控制其旋转并使其以旋转的姿态浸入工艺液体，也可在晶圆片1浸入工艺液体后，在工艺过程中，控制晶圆片1旋转。

此外，在整个工艺过程中，使用者均可根据工艺情况调整晶圆片1的摆动角度以及旋转速度，如当发现气泡的去除效果不如预期时，可选择加快晶圆片1的转速，以保证晶圆片1带起的工艺液体能顺利将气泡从内凹区22带出；或者是选择加大晶圆片1与工艺液体表面的倾斜角度，以顺利将气泡排出。在此基础上，可将晶圆片1相对工艺液体液面摆动的角度限定在0至5°范围内，以在确保气泡排除效果的同时，降低夹持晶圆片1的晶圆夹具2的倾斜幅度，以此降低驱动装置3的负担。此外，可将晶圆片1旋转转速限定在0～500rpm范围内，以降低晶圆片1和晶圆夹具2的负荷，提高设备的稳定性。此处值得说明的是，晶圆片1相对工艺液体液面摆动的角度限定在0至5°，此处摆动的角度既可以是晶圆片1斜向下摆动而与工艺液体液面呈现的角度，也可是晶圆片1斜向上摆动而与工艺液体液面呈现的角度。

如图7所示，处理槽4包括内槽41、外槽42以及循环管路系统43，循环管路系统43包括进液管431、出液管432以及循环泵433，进液管431的一端连接内槽41，另一端经循环泵433连接出液管432的一端，出液管432的另一端连接外槽42；晶圆片1在驱动装置3的驱动下浸入内槽41的工艺液体中，内槽41的工艺液体不断溢流至外槽42，外槽42通过出液管432将工艺液体排出，工艺液体在循环泵433的作用下又经进液管431进入内槽41，如此周而复始，实现工艺液体的循环。

在此基础上，循环管路系统43还可包括控制系统，控制系统可控制进液管431和/或出液管432的流量，由此确保本技术方案提供的排气设备具备一个稳定、可调的循环槽体作为排气的外部环境支持。值得注意的是，为确保较佳的排气效果，内槽41溢流时，溢流口须确保溢流均匀。

如图2所示，在初始状态时，可将晶圆夹具2设置于处理槽4的正上方，由此使得驱动装置3仅须通过简单的升降动作即可将晶圆片1浸入工艺液体内，这一方面简化了驱动装置3的结构，使整体设备的体积得以减小；另一方面，使晶圆夹具2花费最少的时间和移动距离就能够浸入工艺液体中，并将内凹区22的气泡去除，从而节约了时间，简化了操作流程。在一种优选地的实施方案中，驱动装置3包括机械手，机械手与晶圆夹具2连接。

如图8所示，本发明还提供一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气方法，采用以上实施例所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，包括如下步骤：

S₁：将晶圆片1固定于晶圆夹具2内，控制晶圆片1处理面朝下；

S₂：控制晶圆片1随晶圆夹具2摆动，以使晶圆片1相对工艺液体液面倾斜；

S₃：控制晶圆夹具2带动晶圆片1浸入工艺液体内；

S₄：控制晶圆片1绕其中心点旋转。

具体地，在将晶圆片1固定于晶圆夹具2后，利用驱动装置3控制晶圆夹具2带动晶圆片1摆动至与工艺液体液面呈一定角度，而后利用驱动装置驱动晶圆片1以倾斜于液面的姿态浸入工艺液体内，利用驱动装置驱动晶圆片1在工艺液体内旋转，晶圆片的倾斜姿态结合其旋转，能够顺利将内凹区的气泡排出，确保工艺液体与晶圆片1处理面的充分接触。

此处值得说明的是，本实施例提供的上述步骤之间的次序仅是示例性的，举例言之，晶圆片可在浸入工艺液体前即进行旋转，也可在浸入工艺液体后进行旋转，其也可在摆动之前即进行旋转。使用者可根据具体工艺情况调整上述步骤之间的顺序。

以上对本发明的具体实施例进行了描述，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (11)

1.一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，包括处理槽、晶圆夹具以及驱动装置；

所述处理槽内注入有工艺液体；

所述晶圆夹具用于夹持晶圆片，晶圆夹具可在驱动装置的驱动下带动晶圆片浸入处理槽的工艺液体内；

所述晶圆片可在驱动装置的控制下摆动至与工艺液体液面呈角度并旋转。

2.根据权利要求1所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述处理槽包括循环管路系统。

3.根据权利要求2所述的单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述处理槽还包括内槽和环绕内槽的外槽；

所述循环管路系统包括进液管、出液管以及循环泵，所述进液管的一端连接内槽，另一端经循环泵连接出液管的一端，所述出液管的另一端连接外槽；

所述晶圆片在驱动装置的驱动下浸入内槽的工艺液体中。

4.根据权利要求3所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述循环管路系统还包括控制系统，所述控制系统控制进液管和/或出液管的流量。

5.根据权利要求1所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，在工艺处理过程中，所述晶圆片相对工艺液体液面摆动的角度可调。

6.根据权利要求5所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述晶圆片相对工艺液体液面摆动的角度范围为：0～5°。

7.根据权利要求1所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，在工艺处理过程中，所述晶圆片的旋转速度可调。

8.根据权利要求7所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述晶圆片旋转的转速范围为：0～500rpm。

9.根据权利要求1所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述晶圆夹具设置于处理槽的正上方。

10.根据权利要求1所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，其特征在于，所述驱动装置包括机械手，机械手与晶圆夹具连接。

11.一种用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气方法，其特征在于，采用权利要求1至10任一项所述的用于单片浸入式湿处理工艺的表面排气设备，包括如下步骤：

将晶圆片固定于晶圆夹具内，控制晶圆片处理面朝下；

控制晶圆片随晶圆夹具摆动，以使晶圆片相对工艺液体液面倾斜；

控制晶圆夹具带动晶圆片浸入工艺液体内；

控制晶圆片绕其中心点旋转。

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