CN114300384A - 一种晶圆单面蚀刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆单面蚀刻设备，包括加工台，加工台上间隔地开设有多个用于水平放置待蚀刻的晶圆的圆形的摆片口，蚀刻设备还包括设于加工台上方的遮挡盖、设于加工台下方且具有封闭的内腔的喷雾槽，以及设于加工台下方的酸雾供给装置，喷雾槽的内腔与所有的摆片口相连通，酸雾供给装置包括用于向上喷雾的喷雾管路，喷雾管路设置在喷雾槽中，遮挡盖具有朝向加工台的遮挡面，遮挡盖具有打开状态与遮挡状态，当遮挡盖处于遮挡状态下，遮挡面覆盖在所有的摆片口的上方，且遮挡面贴合在所有的晶圆的上表面上。该蚀刻设备结构简单、占用空间小，安装便捷、操作方便、运行平稳，能够显著降低生产运行及维护成本。

Description

一种晶圆单面蚀刻设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种晶圆单面蚀刻设备。

背景技术

蚀刻是半导体制造工艺中的一个重要环节，蚀刻工艺按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离。蚀刻可以分为湿法蚀刻和干法蚀刻。其中湿法蚀刻是利用蚀刻液与硅片或其表面覆盖的薄膜进行化学反应，在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，蚀刻液可采用稀释的盐酸、氢氟酸等强酸性溶液。

晶圆是制作芯片、电池片等半导体元件的重要材料，晶圆的湿法蚀刻制程有单面与双面蚀刻两种。单面蚀刻是指仅针对晶圆的一个表面进行蚀刻，且不对晶圆上除了欲蚀刻表面以外的面进行处理。为达成此目的，在制程中蚀刻液多只能触及被指定蚀刻的单面。若非指定面的晶圆受蚀刻液沾染影响时，会影响到晶圆的整体功能性，甚至可能会导致晶圆的部分范围无法使用而必须放弃，所以晶圆进行单面蚀刻制程时，如何有效避免蚀刻液沾染波及非指定蚀刻的表面，成为业界一直关注的议题。

现有技术中，晶圆单面蚀刻时避免非指定蚀刻面沾染到蚀刻液的方法有多种，有的技术是另附加保护层（如光阻剂或黏胶）于晶圆非指定蚀刻的面上，以避免制程中蚀刻液的沾染，然而此法于蚀刻完成后必须多一道清除保护层的制程，不仅增加制程上的繁琐，若清除不完全时还可能有残胶而造成晶圆表面的污染，或者是在清除保护层的过程中而使晶圆产生刮伤，十分不便。还有一些现有技术是晶圆在蚀刻槽传输的过程中，使蚀刻液仅接触晶圆欲蚀刻的表面，或藉由传输的滚轮沾附蚀刻液后，蚀刻液藉由毛细现象沾附至晶圆欲蚀刻的表面以达到单面蚀刻效果，但是此种方法可能会导致晶圆上蚀刻液沾附不均而造成晶圆蚀刻不完全，且由于晶圆不进行蚀刻的表面没有进行任何保护，因此当在蚀刻过程中，蚀刻液因蚀刻的化学作用产生气泡，在气泡爆开时部分蚀刻液会飞溅至晶圆上未受到保护且不欲进行蚀刻的表面，造成蚀刻痕迹的产生，不但无法确保晶圆蚀刻后的质量，甚至可能影响晶圆的使用效能。

有鉴于此，如何针对上述现有晶圆单面蚀刻方法及装置所存在的缺点进行研发改良，让使用者能够更方便使用且制作成本降到最低，实为相关业界所需努力研发的目标。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种操作简单、蚀刻效率高且能够有效防止晶圆非指定面受蚀刻液沾染的晶圆单面蚀刻设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种晶圆单面蚀刻设备，所述蚀刻设备包括加工台，所述加工台上间隔地开设有多个用于水平放置待蚀刻的晶圆的摆片口，所述摆片口呈与所述待蚀刻的晶圆的形状相配合的圆形，所述蚀刻设备还包括设于所述加工台上方的遮挡盖、设于所述加工台下方且具有封闭的内腔的喷雾槽，以及设于所述加工台下方的酸雾供给装置，所述喷雾槽的内腔与所有的所述摆片口相连通，所述酸雾供给装置包括用于向上喷雾的喷雾管路，所述喷雾管路设置在所述喷雾槽中，所述遮挡盖具有朝向所述加工台的遮挡面，所述遮挡盖具有打开状态与遮挡状态，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，所述遮挡面覆盖在所有的所述摆片口的上方，且所述遮挡面贴合在所有的所述晶圆的上表面上。

优选地，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，每个所述摆片口上的所述待蚀刻的晶圆均将所述摆片口封闭。

优选地，所述摆片口的内侧周壁上固设有圆环状的限位台，所述摆片口的内径大于等于所述待蚀刻的晶圆的直径，所述限位台的内径小于所述待蚀刻的晶圆的直径，所述加工台具有台面，所述限位台低于所述台面，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，所述遮挡面贴合抵靠在所述台面上。

进一步优选地，所述限位台的上表面与所述台面之间的距离等于所述待蚀刻的晶圆的厚度。

优选地，所述蚀刻设备还包括安装台，所述安装台上设有安装槽，所述加工台固设于所述安装台上且位于所述安装槽中，所述安装槽的周向侧壁高于所述加工台的上表面，当所述遮挡盖处于遮挡状态时，所述遮挡面低于所述安装槽的周向侧壁，所述遮挡盖至少部分位于所述安装槽中。

进一步优选地，所述遮挡盖能够绕转动中心线相对转动地设置在所述安装台上。

优选地，多个所述摆片口在所述加工台上呈阵列排布。

优选地，所述酸雾供给装置包括用于提供氟化氢酸雾的氟化氢雾化箱、用于提供水雾的水雾化箱、用于提供压力氮气的氮气供给机构，所述氟化氢雾化箱、所述水雾化箱、所述氮气供给机构分别与所述喷雾管路相连通。

优选地，所述喷雾槽的槽底间隔地开设有多个用于回收废液的回收孔，所述蚀刻设备还包括废液回收机构，所述废液回收机构与所有的所述回收孔相连通。

优选地，所述蚀刻设备包括具有封闭的处理空间的壳体，所述加工台、所述遮挡盖、所述喷雾槽及所述酸雾供给装置均设置在所述处理空间中，所述蚀刻设备还包括用于将所述处理空间内的气体排出到所述处理空间外部的排气装置，所述排气装置包括设置在所述壳体上的风阀。

由于上述技术方案的运用，本发明提供的晶圆单面蚀刻设备，通过简单而严密的遮挡盖贴合阻挡，结合酸雾蚀刻工艺，就能够有效防止晶圆非指定蚀刻的上表面沾染蚀刻液，实现理想的晶圆单面蚀刻。其中摆片口与晶圆恰好配合，稳定支撑晶圆的同时最大限度减少了对晶圆下表面正常蚀刻的影响；酸雾蚀刻相比于酸液浸泡蚀刻更为均匀、完全，能够获得高质量的晶圆产品，且雾化液的低密度特性也有利于避免酸液向上溢出而沾染到晶圆非不欲蚀刻的上表面，同时酸液及纯水消耗量大大减少，还能够在不移动晶圆的情况下依次完成蚀刻与清洗，十分便捷。此外，该蚀刻设备正常工作时，酸雾环境被完全密封，既提升了安全性，也提高了酸雾利用率，减少了酸液浪费，设备本身也设置了安全排气装置，蚀刻过程完全不需要人工介入，安全性能及自动化程度高。本发明的晶圆单面蚀刻设备结构简单、占用空间小，同时安装便捷、操作方便、运行平稳，能够显著降低生产运行及维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

附图1为本发明一具体实施例中晶圆单面蚀刻设备的立体示意图；

附图2为图1中A处放大示意图；

附图3为本实施例中蚀刻设备的主视示意图，其中遮挡盖处于打开状态；

附图4为图3中B-B剖视示意图；

附图5为图4中C处放大示意图；

附图6为图4中遮挡盖处于遮挡状态的示意图；

附图7为图6中D处放大示意图；

附图8为本实施例中蚀刻设备的侧视示意图，

附图9为图8中E-E剖视示意图；

其中：100、壳体；100a、处理空间；200、安装台；210、安装槽；300、加工台；300a、台面；310、摆片口；311、限位台；320、喷雾槽；320a、内腔；321、回收孔；400、遮挡盖；400a、遮挡面；410、挡板；420、加强结构；500、酸雾供给装置；510、喷雾管路；511、连接管路；520、氟化氢雾化箱；530、氟化氢原液箱；540、水雾化箱；550、加热箱；610、风阀；620、吸风口；X、转动中心线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。

参见图1及图2所示，一种晶圆单面蚀刻设备，包括具有封闭的处理空间100a的壳体100。需要说明的是，图中示出的壳体100在部分侧面表现为镂空，以便于示出该蚀刻设备的内部结构，但实际上壳体100的各个侧面都是能够完全封闭的，或者至少是与其他封闭的设备相连接的，从而确保处理空间100a中可能存在的有害气体（如酸雾）不逸散到外部空间中，保障生产安全。

具体地，蚀刻设备包括设置在处理空间100a中的安装台200、加工台300、遮挡盖400、酸雾供给装置500及排气装置等。其中排气装置用于将处理空间100a内的气体排出到处理空间100a外部，并能够实现换气。排气装置包括设置在处理空间100a内的吸风口620、设置在壳体100顶部的风阀610，风阀610的一端与吸风口620连接并能够不断吸出处理空间100a内的废气，风阀610的另一端连接位于蚀刻设备外部的废气处理装置（图中未示出），废气处理装置将废气进行无害化处理后可排出到大气中。

本实施例中，安装台200上固设有安装槽210，安装槽210的周向侧壁自安装台200向上延伸并围设成一矩形的空间，加工台300固设于安装台200上且位于该安装槽210内。

参见图1所示，加工台300的上表面为水平延伸的台面300a，台面300a低于安装槽210的周向侧壁，从而加工台300整体位于上述矩形空间的内部。台面300a上间隔地开设有多个用于水平放置待蚀刻的晶圆的摆片口310，摆片口310呈与待蚀刻的晶圆的形状相配合的圆形，从而该蚀刻设备能够实现多个晶圆的同时加工，提高蚀刻效率。本实施例中多个摆片口310在加工台300上呈3×4的阵列排布形式，当然，摆片口310的具体数量及排布方式可以根据实际需要自由调整设计，且不同摆片口310的开口尺寸可以相同也可以不同，以适应于不同尺寸晶圆的需要。

参见图2至图5所示，摆片口310的内侧周壁上固设有圆环状的限位台311，限位台311的上表面低于台面300a，并且加工台300上也没有任何凸出于台面300a的结构。已知待蚀刻的晶圆的直径为D0，则摆片口310的内径D1大于等于D0，且限位台311的内径D2小于D0。进一步地， D1应当尽可能接近于D0，而D2与D0的差值也不可过大，从而晶圆能够尽可能形状配合地嵌入摆片口310中，并被限位台311平稳地支撑住，同时限位台311仅支撑在晶圆周向边缘较小的宽度范围内，不会影响晶圆下表面的正常蚀刻，且当晶圆放入摆片口310中后，能够尽可能严密地将摆片口310封闭住，防止摆片口310下方的酸雾逸散到晶圆上方而沾染到晶圆不欲蚀刻的上表面。参见图5所示，限位台311的上表面与台面300a之间的距离H恰好等于待蚀刻的晶圆的厚度。如此，当晶圆放入摆片口310中后，晶圆的上表面与台面300a齐平，即，所有晶圆的上表面与台面300a位于同一水平面内。

参见图3至图6所示，本实施例中，遮挡盖400能够绕转动中心线X相对转动地设置在安装台200上，转动中心线X沿加工台300的宽度方向延伸且位于安装槽210的一侧，遮挡盖400在高度方向上整体位于加工台300的上方。遮挡盖400具体采用较厚而中空的结构，遮挡盖400朝向加工台300的一侧固设有挡板410，挡板410朝向加工台300的一侧面为遮挡面400a，挡板410的另一侧固设有多个加强结构420，从而保证遮挡盖400结构的稳固性。

该蚀刻设备在使用时，遮挡盖400具有打开状态与遮挡状态。图3至图5所示的打开状态下，遮挡盖400向上转动，遮挡面400a与加工台300分离，晶圆可以从加工台300上自由取放。图6至图7所示的遮挡状态下，遮挡盖400向下转动并完全贴合抵靠在台面300a上，此时遮挡盖400部分伸入安装槽210中，遮挡面400a低于安装槽210的周向侧壁，遮挡面400a覆盖在所有的摆片口310的上方，且遮挡面400a贴合在台面300a及所有晶圆的上表面上，遮挡面400a向所有晶圆施加轻微的压力，使得每个摆片口310均能够被其上的晶圆所封闭，同时由于限位台311深度的精准设计，挡板410所施加的压力受到精准控制，不会因压力过大而造成晶圆受损。

参见图2、图4及至图8、图9所示，本实施例中的晶圆采用酸雾进行蚀刻。加工台300下方固设有具有封闭的内腔320a的喷雾槽320，喷雾槽320的内腔320a与所有的摆片口310相连通。酸雾供给装置500整体设置在加工台300下方，包括喷雾管路510、连接管路511、氟化氢雾化箱520、氟化氢原液箱530、水雾化箱540及加热箱550等。其中，喷雾管路510设置在内腔320a中，用于向上喷射酸雾或水雾；氟化氢雾化箱520、氟化氢原液箱530、水雾化箱540、加热箱550均设置在喷雾槽320及安装台200的下方，加热箱550与水雾化箱540电性连接；连接管路511用于连接氟化氢雾化箱520、氟化氢原液箱530、水雾化箱540及喷雾管路510（图中没有示出完整的连接管路511，可采用常规的管路连接方式）。此外喷雾管路510还与提供压力氮气的氮气供给机构（图中未示出）相连接。

具体地，氟化氢原液箱530用于提供氟化氢原液到氟化氢雾化箱520，氟化氢雾化箱520用于产生氟化氢雾化液，同时加热箱550加热纯水到水雾化箱540，水雾化箱540用于产生水雾。水雾与氟化氢雾化液在喷雾管路510中经氮气加压混合后得到稀释的氟化氢酸雾，即可经喷雾管路510向上喷向晶圆的下表面，实现晶圆单面蚀刻。

此外，参见图2所示，喷雾槽320的槽底间隔地开设有多个用于回收废液的回收孔321，该蚀刻设备还包括废液回收机构（图中未示出），废液回收机构与所有的回收孔321相连通。从而喷射出的酸雾等与晶圆接触反应后，又会向下滴落到槽底，并被均匀分布的回收孔321所收集，最终引入废液回收机构进行回收处理。

下面具体阐述本实施例中晶圆单面蚀刻设备的工作原理：

首先在遮挡盖400处于打开状态下，将待蚀刻的多个晶圆对应放入各个摆片口310中，其欲进行蚀刻的表面朝下放置。启动蚀刻设备后，遮挡盖400向下翻转至遮挡状态，遮挡面400a贴合覆盖住所有的晶圆，同时也起到固定晶圆位置的作用。

随后，酸雾供给装置500产生稀释的氟化氢酸雾并均匀地喷向晶圆暴露在摆片口310中的下表面，此过程中喷雾槽320的内腔320a中为一个充满酸雾的环境，各个晶圆的下表面均能够与酸雾充分接触，蚀刻效率高。

酸雾喷射一定时间后，晶圆的单面蚀刻完成，首先关闭氟化氢雾化箱520及氟化氢原液箱530，而水雾化箱540继续运行并喷射一定时间的水雾，对晶圆的下表面进行清洗，此过程中内腔320a中的酸雾也逐渐被稀释。

清洗完成后，即可关闭水雾化箱540，然后打开遮挡盖400，完成蚀刻的晶圆被取出，进入下游工序。

上述遮挡盖400的开合、晶圆的上下料以及酸雾供给装置500的运行等，均可由控制系统根据预设程序远程操控完成，全程不需要人工介入，安全性、自动化程度及加工效率均显著提高。

综上所述，本实施例的晶圆单面蚀刻设备，通过简单而自动化的结构设计，能够实现理想的晶圆单面蚀刻效果：晶圆不欲进行蚀刻的上表面完全不会受到酸液沾染，而晶圆欲蚀刻的下表面能够进行高效、完全的蚀刻，产品质量高，且生产运行及维护成本著降低。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述蚀刻设备包括加工台，所述加工台上间隔地开设有多个用于水平放置待蚀刻的晶圆的摆片口，所述摆片口呈与所述待蚀刻的晶圆的形状相配合的圆形，所述蚀刻设备还包括设于所述加工台上方的遮挡盖、设于所述加工台下方且具有封闭的内腔的喷雾槽，以及设于所述加工台下方的酸雾供给装置，所述喷雾槽的内腔与所有的所述摆片口相连通，所述酸雾供给装置包括用于向上喷雾的喷雾管路，所述喷雾管路设置在所述喷雾槽中，所述遮挡盖具有朝向所述加工台的遮挡面，所述遮挡盖具有打开状态与遮挡状态，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，所述遮挡面覆盖在所有的所述摆片口的上方，且所述遮挡面贴合在所有的所述晶圆的上表面上。

2.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，每个所述摆片口上的所述待蚀刻的晶圆均将所述摆片口封闭。

3.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述摆片口的内侧周壁上固设有圆环状的限位台，所述摆片口的内径大于等于所述待蚀刻的晶圆的直径，所述限位台的内径小于所述待蚀刻的晶圆的直径，所述加工台具有台面，所述限位台低于所述台面，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，所述遮挡面贴合抵靠在所述台面上。

4.根据权利要求3所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述限位台的上表面与所述台面之间的距离等于所述待蚀刻的晶圆的厚度。

5.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述蚀刻设备还包括安装台，所述安装台上设有安装槽，所述加工台固设于所述安装台上且位于所述安装槽中，所述安装槽的周向侧壁高于所述加工台的上表面，当所述遮挡盖处于所述遮挡状态下，所述遮挡面低于所述安装槽的周向侧壁，所述遮挡盖至少部分位于所述安装槽中。

6.根据权利要求5所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述遮挡盖能够绕转动中心线相对转动地设置在所述安装台上。

7.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：多个所述摆片口在所述加工台上呈阵列排布。

8.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述酸雾供给装置包括用于提供氟化氢酸雾的氟化氢雾化箱、用于提供水雾的水雾化箱、用于提供压力氮气的氮气供给机构，所述氟化氢雾化箱、所述水雾化箱、所述氮气供给机构分别与所述喷雾管路相连通。

9.根据权利要求1所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述喷雾槽的槽底间隔地开设有多个用于回收废液的回收孔，所述蚀刻设备还包括废液回收机构，所述废液回收机构与所有的所述回收孔相连通。

10.根据权利要求1至9任一项所述的晶圆单面蚀刻设备，其特征在于：所述蚀刻设备包括具有封闭的处理空间的壳体，所述加工台、所述遮挡盖、所述喷雾槽及所述酸雾供给装置均设置在所述处理空间中，所述蚀刻设备还包括用于将所述处理空间内的气体排出到所述处理空间外部的排气装置，所述排气装置包括设置在所述壳体上的风阀。

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