CN115424972B - 一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于刻蚀机技术领域，尤其是一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，包括机壳，机壳由钣金一体成型，机壳的中心处竖直设置有用于带动晶圆转动的晶圆夹具，夹具的中心处设有用于带动夹具转动的主轴，主轴的中心处呈空心状，以用于负压吸附住晶圆所必要的真空组件，晶圆夹具包括从晶圆中心处向边沿处依次设置的若干等分恒温腔，通过主轴的中心处设置的控温机构向恒温腔内循环泵入热空气或热液体实现对晶圆的恒温动作。该半导体晶圆恒温式刻蚀机，通过设置控温机构，对晶圆的不同区域实现恒温的效果，避免刻蚀液的温度随喷出刻蚀的时间增加而降低，解决了现有的刻蚀机上的刻蚀液容易受温度影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及刻蚀机技术领域，尤其涉及一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置。
背景技术
刻蚀是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术，实际上，狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理以移除所需除去的部分。通常刻蚀技术可以分为湿法刻蚀(wetetching)和干法刻蚀(dryetching)两类，它是半导体制造工艺、微电子制造工艺以及微纳米级制造工艺中的一种相当重要的步骤，是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的主要工艺。
现有的湿法刻蚀时所采用的单片式刻蚀机的刻蚀方法是晶圆高速转动，刻蚀药液从晶圆的中心部位向边沿部位进行刻蚀，再由刻蚀液喷头做扇形左右摇摆来实现刻蚀液能够针对晶圆表面不同位置来实现均匀刻蚀。但这中刻蚀液刻蚀方式依然存在问题：刻蚀液喷头从中心向外离心刻蚀时，刻蚀液的温度是从中心向外离心方向上逐步降低的，而晶圆表面面积是由中心向外方向逐步增大的，这就使得刻蚀液刻蚀晶圆时的浓度以及温度是随着刻蚀晶圆面积增大而降低的，即会出现晶圆中心部位刻蚀程度与晶圆边沿区域的刻蚀程度会有明显区别。即使刻蚀液喷头左右做扇形摇摆，也会造成局部区域过度刻蚀，摇摆中，中心区域的没有刻蚀液时，边沿区域就会出现二次刻蚀，依然会存在刻蚀不均的问题。尤其刻蚀液的温度会随喷出刻蚀的时间增加而降低，但温度对于刻蚀液刻蚀效果来说，影响很大，温度越低，刻蚀效果越差。
发明内容
基于现有的刻蚀机上的刻蚀液容易受温度影响的技术问题，本发明提出了一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置。
本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，包括机壳，所述机壳由钣金一体成型。
所述机壳的中心处竖直设置有用于带动晶圆转动的晶圆夹具，所述夹具的中心处设有用于带动所述夹具转动的主轴，所述主轴的中心处呈空心状，以用于负压吸附住所述晶圆所必要的真空组件。
所述晶圆夹具包括从所述晶圆中心处向边沿处依次设置的若干等分恒温腔，通过所述主轴的中心处设置的控温机构向所述恒温腔内循环泵入热空气或热液体实现对所述晶圆的恒温动作。
优选地，所述机壳的内底壁截面呈坡度形状以防止刻蚀液积留在所述机壳的内底壁处，所述机壳的内侧顶壁处还设有用于喷洒刻蚀液的喷头以及输送刻蚀液所必要的管道组件，再由设置在所述机壳顶部边沿处的摆臂带动所述喷头进行扇形区域内的摆动喷液动作。
优选地，所述真空组件包括开设在所述主轴外表面的活动槽，所述活动槽的内侧壁开设有与所述主轴中心处连通的通气孔。
所述活动槽的外侧内壁转动套接有带有密封圈的套环，所述套环的表面固定连通有带有电磁阀的气管。
优选地，所述晶圆夹具包括与所述主轴顶部螺纹固定的底盘，且所述主轴螺纹固定的旋向与所述主轴旋转方向相反，所述底盘的轴心处与所述主轴的轴心处连通并位于同一轴心线上。
优选地，所述底盘的上表面环形开设有通气槽，所述恒温腔的内底壁连接有向所述恒温腔内循环泵入的热空气或热液体实现导流动作的弧形导流板，所述弧形导流板的一端与所述恒温腔的内壁之间留有用于使泵入的热空气或热液体在所述恒温腔内实现流动动作的间隙。
优选地，所述恒温腔靠近所述弧形导流板上端的内壁连接有用于将所述恒温腔内热量向外侧的所述通气槽内实现散射动作的散热板，所述散热板的表面截面呈网状以方便位于所述恒温腔内的热空气或热液体的热量向所述通气槽内流出，所述恒温腔与所述散热板之间连接有用于对所述恒温腔内热量实现密封动作的密封垫。
优选地，所述控温机构包括与所述主轴外表面螺纹套接的连接头，所述连接头的外表面开设有与所述恒温腔一一对应的连接槽，所述连接槽的内壁分别设置有注入管和排出管，所述连接头的外表面分别环形开设有第一连通槽和第二连通槽。
优选地，所述恒温腔的内底壁分别开设有用于对热空气或热液体实现注入或排出动作的注入孔和排出孔，所述注入孔与第一连通槽之间通过注入管连通，所述排出孔与第二连通槽之间通过排出管连通。
优选地，所述第一连通槽和第二连通槽的外侧内壁均转动套接有带有密封圈的套圈，所述套圈的表面固定连通有连通管。
优选地，所述晶圆夹具还包括通过螺栓安装在所述底盘上表面的衬板，所述通气槽的内底壁环形连接有对所述衬板实现辅助支撑动作的支撑杆。
本发明中的有益效果为：
1、通过设置真空组件，能够实现对晶圆负压吸附的效果，避免了晶圆在刻蚀过程中发生移动的问题。
2、通过设置控温机构，对晶圆的不同区域实现恒温的效果，避免刻蚀液的温度随喷出刻蚀的时间增加而降低，解决了现有的刻蚀机上的刻蚀液容易受温度影响的问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的示意图；
图2为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的示意图；
图3为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的图1中A处结构放大图；
图4为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的通气孔结构立体图；
图5为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的底盘与连接头的连接立体图；
图6为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的恒温腔在底盘上的安装位置图；
图7为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的恒温腔结构立体图；
图8为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的连接头立体剖视图；
图9为本发明提出的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置的套圈在热气体或液体走向立体图。
图中：1、机壳；2、主轴；3、恒温腔；4、喷头；5、管道组件；6、摆臂；7、活动槽；71、通气孔；72、套环；73、气管；8、底盘；81、通气槽；82、弧形导流板；83、散热板；84、密封垫；9、连接头；91、连接槽；92、套圈；93、连通管；94、第一连通槽；95、第二连通槽；96、注入孔；97、排出孔；10、衬板；11、支撑杆；12、机架；13、伺服电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-9，一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，如图1所示，包括机壳1，机壳1由钣金一体成型，该机壳1安装在刻蚀机设备的机架12上。
为了实现对晶圆表面进行刻蚀，机壳1的内底壁截面呈坡度形状以防止刻蚀液积留在机壳1的内底壁处，机壳1的内侧顶壁处还设有用于喷洒刻蚀液的喷头4以及输送刻蚀液所必要的管道组件5，再由设置在机壳1顶部边沿处的摆臂6带动喷头4进行扇形区域内的摆动喷液动作，对由真空组件负压吸附住的晶圆表面进行刻蚀。
机壳1的中心处竖直设置有用于带动晶圆转动的晶圆夹具，夹具的中心处设有用于带动夹具转动的主轴2，主轴2的输入端设置有驱动主轴2实现旋转动作的伺服电机13，主轴2的中心处呈空心状，以用于负压吸附住晶圆所必要的真空组件。
为了实现对晶圆进行稳固吸附固定的效果，如图4所示，真空组件包括开设在主轴2外表面的活动槽7，活动槽7的内侧壁开设有与主轴2中心处连通的通气孔71，通过通气孔71和活动槽7的配合使用，对晶圆实现负压吸附，防止晶圆在转动过程中发生位移现象。
为了使得真空组件不阻碍主轴2转动，在活动槽7的外侧内壁转动套接有带有密封圈的套环72，套环72的表面固定连通有带有电磁阀的气管73，通过电磁阀对气管73内的连通状态进行转动控制。气管73随套环72密封转动套接在主轴2上，气管73不动，主轴2依然可以转动，通过设置的真空组件，能够实现对晶圆负压吸附的效果，避免了晶圆在刻蚀过程中发生移动的问题，且真空夹住晶圆，相比于一般金属夹具，不仅能够降低制造成本，且不会对晶圆表面造成夹伤问题。
为了实现对晶圆夹具的加热式动态恒温效果，如图2-图3所示，晶圆夹具包括从晶圆中心处向边沿处依次设置的若干等分恒温腔3，通过主轴2的中心处设置的控温机构向恒温腔3内循环泵入热空气或热液体实现对晶圆的恒温动作。
进一步地，为了底盘8与主轴2实现自紧的效果，晶圆夹具包括与主轴2顶部螺纹固定的底盘8，且主轴2螺纹固定的旋向与主轴2旋转方向相反，这样就能够实现主轴2转动方向与螺纹连接方向相反，必然带动底盘8实现自紧动作，不会使得底盘8出现自行松动的问题，且底盘8的轴心处与主轴2的轴心处连通并位于同一轴心线上，保证了底盘8与主轴2的同心度。
进一步地，为了对晶圆的不同区域实现恒温控制，如图5-图6所示，底盘8的上表面环形开设有通气槽81，通气槽81用于负压吸住晶圆，通气槽81的环形阵列开设后通往底盘8的轴心处的轴孔内与主轴2的真空组件连通，形成完整的晶圆夹具。
为了实现恒温腔3的动态加热的效果，如图5-图6所示，在恒温腔3的内底壁连接有向恒温腔3内循环泵入的热空气或热液体实现导流动作的弧形导流板82，弧形导流板82的一端与恒温腔3的内壁之间留有用于使泵入的热空气或热液体在恒温腔3内实现流动动作的间隙，使泵入恒温腔3内的热空气或热液体始终处于流动状态，从而可以更好对晶圆实现恒温动作。
进一步地，为了防止恒温腔3内的热空气或热液体出现热损失的现象，如图7所示，恒温腔3靠近弧形导流板82上端的内壁连接有用于将恒温腔3内热量向外侧的通气槽81内实现散射动作的散热板83，散热板83的表面截面呈网状以方便位于恒温腔3内的热空气或热液体的热量向通气槽81内流出，恒温腔3与散热板83之间连接有用于对恒温腔3内热量实现密封动作的密封垫84，防止泵入恒温腔3内的热空气或热液体出现热损失的现象。
进一步地，为了实现向恒温腔3内泵入或排出热空气，如图8-图9所示，控温机构包括与主轴2外表面螺纹套接的连接头9，连接头9的外表面开设有与恒温腔3一一对应的连接槽91，连接槽91的内壁分别设置有注入管和排出管，连接头9的外表面分别环形开设有第一连通槽94和第二连通槽95。
进一步地，为了实现使晶圆表面的刻蚀液处于恒温状态，恒温腔3的内底壁分别开设有用于对热空气或热液体实现注入或排出动作的注入孔96和排出孔97，注入孔96与第一连通槽94之间通过注入管连通，排出孔97与第二连通槽95之间通过排出管连通，第一连通槽94和第二连通槽95的外侧内壁均转动套接有带有密封圈的套圈92，套圈92的表面固定连通有连通管93。
进一步地，为了实现晶圆夹具能够更好地对晶圆进行夹紧，晶圆夹具还包括通过螺栓安装在底盘8上表面的衬板10，通气槽81的内底壁环形连接有对衬板10实现辅助支撑动作的支撑杆11，避免衬板10因负压的压力值过大而出现损坏。
恒温腔3内的动态加热过程具体是这样实现的：热气或者热液体从连通管93内采用液体泵泵入注入孔96，期间套圈92与第一连通槽94以及第二连通槽95产生相对密封转动，套圈92不转动；之后热的空气或者液体沿弧形导流板82之间的流道内流动实现Z形状导流，最后从排出孔97回流至与第二连通槽95连通的连通管93导出去，期间热量顺着散热板83对与晶圆接触的衬板10实现加热。
通过设置控温机构，对晶圆的不同区域实现恒温的效果，避免刻蚀液的温度随喷出刻蚀的时间增加而降低，解决了现有的刻蚀机上的刻蚀液容易受温度影响的问题。
工作原理：步骤一，气管73的一端与真空泵设备连通，控制气管73表面的电磁阀通电，此时的气管73内部处于连通状态，因活动槽7与主轴2中心处通过通气孔71连通，进而控制真空泵设备启动，通过真空组件对放置在衬板10上方的晶圆实现负压吸附动作；
步骤二，控制主轴2一端连接的驱动部件工作，驱动主轴2在机壳1内实现旋转运动，带动衬板10上被真空组件吸附的晶圆转动，通过摆臂6带动喷头4进行扇形区域内的摆动喷液动作；
步骤三，首先，通过位于连接头9下部并与第一连通槽94连接的连通管93，向第一连通槽94内泵入热空气或热液体，通过注入管和注入孔96将位于第一连通槽94内的热空气或热液体，输入至位于晶圆最内侧的若干恒温腔3内；
其次，热空气或热液体流入恒温腔3后，通过呈网状的散热板83对衬板10表面的晶圆最内侧实现升温，同时，通过弧形导流板82使泵入恒温腔3内的热空气或热液体在恒温腔3内实现流动动作；
最后，使位于恒温腔3内失去热量的热空气或热液体依次流过排出孔97、排出管以及第二连通槽95，进而通过与第二连通槽95连通的连通管93向外侧排出，最终，通过位于连接头9下部并与第一连通槽94连接的连通管93以及与第二连通槽95连接的连通管93，向晶圆最内侧的若干恒温腔3内循环泵入热空气或热液体，实现对晶圆最内侧的恒温动作；
步骤四，通过位于连接头9中部并与第一连通槽94连接的连通管93，向第一连通槽94内泵入热空气或热液体，通过注入管和注入孔96将位于第一连通槽94内的热空气或热液体，输入至位于晶圆中部的若干恒温腔3内；
热空气或热液体流入恒温腔3后，通过呈网状的散热板83对衬板10表面的晶圆中部实现升温，同时，通过弧形导流板82使泵入恒温腔3内的热空气或热液体在恒温腔3内实现流动动作；
使位于恒温腔3内失去热量的热空气或热液体依次流过排出孔97、排出管以及第二连通槽95，进而通过与第二连通槽95连通的连通管93向外侧排出，最终，通过位于连接头9中部并与第一连通槽94连接的连通管93以及与第二连通槽95连接的连通管93，向晶圆中部的若干恒温腔3内循环泵入热空气或热液体，实现对晶圆中部的恒温动作；
步骤五，通过位于连接头9上部并与第一连通槽94连接的连通管93，向第一连通槽94内泵入热空气或热液体，通过注入管和注入孔96将位于第一连通槽94内的热空气或热液体，输入至位于晶圆最外侧的若干恒温腔3内；
热空气或热液体流入恒温腔3后，通过呈网状的散热板83对衬板10表面的晶圆最外侧实现升温，同时，通过弧形导流板82使泵入恒温腔3内的热空气或热液体在恒温腔3内实现流动动作；
使位于恒温腔3内失去热量的热空气或热液体依次流过排出孔97、排出管以及第二连通槽95，进而通过与第二连通槽95连通的连通管93向外侧排出，最终，通过位于连接头9上部并与第一连通槽94连接的连通管93以及与第二连通槽95连接的连通管93，向晶圆最外侧的若干恒温腔3内循环泵入热空气或热液体，实现对晶圆最外侧的恒温动作；
步骤六，通过上述步骤三到步骤五，对晶圆的不同区域实现恒温动作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，包括机壳(1)，所述机壳(1)由钣金一体成型，其特征在于；
所述机壳(1)的中心处竖直设置有用于带动晶圆转动的晶圆夹具，所述夹具的中心处设有用于带动所述夹具转动的主轴(2)，所述主轴(2)的中心处呈空心状，以用于负压吸附住所述晶圆所必要的真空组件；
所述晶圆夹具包括从所述晶圆中心处向边沿处依次设置的若干等分恒温腔(3)，通过所述主轴(2)的中心处设置的控温机构向所述恒温腔(3)内循环泵入热空气或热液体实现对所述晶圆的恒温动作；
所述晶圆夹具包括与所述主轴(2)顶部螺纹固定的底盘(8)，且所述主轴(2)螺纹固定的旋向与所述主轴(2)旋转方向相反，所述底盘(8)的上表面环形开设有通气槽(81)，所述恒温腔(3)的内底壁连接有向所述恒温腔(3)内循环泵入的热空气或热液体实现导流动作的弧形导流板(82)，所述弧形导流板(82)的一端与所述恒温腔(3)的内壁之间留有用于使泵入的热空气或热液体在所述恒温腔(3)内实现流动动作的间隙；
所述恒温腔(3)靠近所述弧形导流板(82)上端的内壁连接有用于将所述恒温腔(3)内热量向外侧的所述通气槽(81)内实现散射动作的散热板(83)，所述散热板(83)的表面截面呈网状以方便位于所述恒温腔(3)内的热空气或热液体的热量向所述通气槽(81)内流出，所述恒温腔(3)与所述散热板(83)之间连接有用于对所述恒温腔(3)内热量实现密封动作的密封垫(84)；
所述控温机构包括与所述主轴(2)外表面螺纹套接的连接头(9)，所述连接头(9)的外表面开设有与所述恒温腔(3)一一对应的连接槽(91)，所述连接槽(91)的内壁分别设置有注入管和排出管，所述连接头(9)的外表面分别环形开设有第一连通槽(94)和第二连通槽(95)；
所述恒温腔(3)的内底壁分别开设有用于对热空气或热液体实现注入或排出动作的注入孔(96)和排出孔(97)，所述注入孔(96)与第一连通槽(94)之间通过注入管连通，所述排出孔(97)与第二连通槽(95)之间通过排出管连通；
所述第一连通槽(94)和第二连通槽(95)的外侧内壁均转动套接有带有密封圈的套圈(92)，所述套圈(92)的表面固定连通有连通管(93)。
2.根据权利要求1所述的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，其特征在于：所述机壳(1)的内底壁截面呈坡度形状以防止刻蚀液积留在所述机壳(1)的内底壁处，所述机壳(1)的内侧顶壁处还设有用于喷洒刻蚀液的喷头(4)以及输送刻蚀液所必要的管道组件(5)，再由设置在所述机壳(1)顶部边沿处的摆臂(6)带动所述喷头(4)进行扇形区域内的摆动喷液动作。
3.根据权利要求1所述的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，其特征在于：所述真空组件包括开设在所述主轴(2)外表面的活动槽(7)，所述活动槽(7)的内侧壁开设有与所述主轴(2)中心处连通的通气孔(71)；
所述活动槽(7)的外侧内壁转动套接有带有密封圈的套环(72)，所述套环(72)的表面固定连通有带有电磁阀的气管(73)。
4.根据权利要求1所述的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，其特征在于：所述底盘(8)的轴心处与所述主轴(2)的轴心处连通并位于同一轴心线上。
5.根据权利要求1所述的一种对晶圆背部进行温度补偿的蚀刻装置，其特征在于：所述晶圆夹具还包括通过螺栓安装在所述底盘(8)上表面的衬板(10)，所述通气槽(81)的内底壁环形连接有对所述衬板(10)实现辅助支撑动作的支撑杆(11)。
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