CN117577557A - 晶圆加工过程中的辅助处理系统、方法及最终抛光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种晶圆加工过程中的辅助处理系统、方法及最终抛光设备，所述辅助处理系统包括：记录单元，所述记录单元用于从所述晶圆的双面抛光加工结束开始，记录所述晶圆暴露于空气中的暴露时间；比较单元，所述比较单元用于在所述晶圆的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；氧化膜去除单元，所述氧化膜去除单元用于在所述记录到的暴露时间大于所述设定时间的情况下，在所述最终抛光加工前对所述晶圆执行去氧化膜处理。

Description

晶圆加工过程中的辅助处理系统、方法及最终抛光设备
技术领域
本发明涉及半导体晶圆制造领域，尤其涉及一种晶圆加工过程中的辅助处理系统、方法及最终抛光设备。
背景技术
对于半导体晶圆的生产而言，通常首先需要利用拉晶炉拉制出晶棒，之后将晶棒切割成多个晶棒节段，随后将每个晶棒节段通过比如多线切割的方式切割成薄片状的初始晶圆，然后使初始晶圆经历抛光、抛光以及可能的外延等处理之后，便可以获得成品晶圆。
在晶圆的抛光加工过程中，一般按照双面抛光、一次清洗、边缘抛光、二次清洗、最终抛光的顺序进行。晶圆的双面抛光与单面最终抛光是半导体制造过程中的两个不同步骤，旨在提高晶圆的表面质量。无论是双面抛光还是单面最终抛光，它们的共同目标是改善晶圆的表面平整度和光洁度，这对于后续的光刻和集成电路制造至关重要。双面抛光和单面最终抛光通常都是晶圆制备过程中的关键步骤，它们在半导体的整体制造流程中扮演着重要的角色。这两种抛光技术可能会使用相似的抛光机械和抛光液，尽管具体的配置和参数可能有所不同。对于双面抛光而言，如其名称所示，同时抛光晶圆的正反两面。这一过程通常用于减少晶圆厚度、去除表面缺陷，并确保两面的平坦度和平行度。对于单面最终抛光而言，只针对晶圆的一面(通常是正面，即晶体管制造的那面)进行抛光，用以提供极高的表面光洁度和平整度，为后续的微细加工步骤做准备。双面抛光通常在晶圆制备的早期阶段进行，目的是确保晶圆的基本物理属性满足要求，单面最终抛光则多在晶圆制备的后期进行，以确保晶圆表面适合进行精密的光刻工艺。
但是，上述的晶圆抛光加工通常会遇到的问题是，晶圆在接受双面抛光加工后，无法及时接受最终抛光。比如，最终抛光装置正在对另外的晶圆进行最终抛光处理，因此需要较长的等待时间，再比如，晶圆在完成双面抛光处理后直至准备好适合于进行最终抛光前的这一时间段非常长，例如边缘抛光花费了较长的时间。总之，在晶圆双面抛光后没有及时最终抛光的情况下，晶圆会较长时间地暴露于空气中，因而会在晶圆的表面生成氧化膜。以硅晶圆为例，这样的氧化膜的主要成分是二氧化硅，而二氧化硅的硬度是大于硅的硬度的。因此在最终抛光加工时，需要耗费大量的时间通过抛光来对硬度大的二氧化硅进行去除，或者说在采用相同抛光时间的情况下，与未生成氧化膜的晶圆相比，所能够获得的平坦度是较差的。另外，生成的氧化膜还会将晶圆表面未清洗干净的杂质颗粒包裹起来，形成难以通过抛光去除的包裹体，这进一步对最终抛光加工带来了不利影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种晶圆加工过程中的辅助处理系统、方法及最终抛光设备，能够避免因晶圆暴露于空气中而导致晶圆的表面生成氧化膜所带来的一系列问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆加工过程中的辅助处理系统，所述辅助处理系统包括：
记录单元，所述记录单元用于从所述晶圆的双面抛光加工结束开始，记录所述晶圆暴露于空气中的暴露时间；
比较单元，所述比较单元用于在所述晶圆的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；
氧化膜去除单元，所述氧化膜去除单元用于在所述记录到的暴露时间大于所述设定时间的情况下，在所述最终抛光加工前对所述晶圆执行去氧化膜处理。
在根据本发明的实施例的辅助处理系统中，首先，由于利用氧化膜去除单元对因暴露在空气中而生成在晶圆的表面的氧化膜进行了去除，因此，在晶圆接受最终抛光加工时，不再需要耗费大量的时间通过抛光来对硬度大的氧化膜进行去除，因此能在更短的时间内完成最终抛光加工或者说获得较好的平坦度，提高了最终抛光加工效率，而且氧化膜对杂质颗粒进行包裹的问题也能够随着氧化膜的去除得到解决，其次，由于利用比较单元将暴露时间与设定时间进行了比较，因此可以在暴露时间较长而生成在晶圆的表面的氧化膜的厚度较大的情况下才选择对氧化膜进行去除，相反在暴露时间较短而生成在晶圆的表面的氧化膜的厚度较小的情况下可以选择不对氧化膜进行去除而是直接使晶圆接受最终抛光加工，由此避免了因多出了氧化膜去除的步骤反而使整个抛光加工过程耗费更长的时间的问题，使整个抛光加工过程的效率得到提高。
优选地，所述氧化膜去除单元包括：
刻蚀槽，所述刻蚀槽用于容纳刻蚀液；
机械臂，所述机械臂用于将所述晶圆浸入到所述刻蚀液中以及将所述晶圆从所述刻蚀液中移出；
搅拌器，所述搅拌器用于对所述刻蚀液进行搅拌。
去除晶圆表面的氧化膜时，采用刻蚀液刻蚀的方式相比于其他方式的优势有：选择性高、无损伤、成本效益好、刻蚀速率可控、表面质量高、兼容性好等诸多优势。
优选地，所述晶圆被浸入在所述刻蚀液中的时间根据所述暴露时间确定出。
由于生成在晶圆的表面的氧化膜的厚度是与上述记录到的暴露时间相关联的，因此，可以根据这样的暴露时间来确定出生成在晶圆的表面的氧化膜的厚度，另一方面，氧化膜被刻蚀掉的厚度又是与刻蚀时间相关联的，因此，可以根据氧化膜的厚度来确定出刻蚀时间。这样，不再需要另外的比如通过对晶圆的表面进行检测来判断氧化膜是否已经被刻蚀完，节省了整个抛光加工过程中所需要的处理步骤。
优选地，所述刻蚀液为氢氟酸。
氢氟酸作为一种刻蚀液，在半导体制造和其他工业领域中被广泛使用，对硅二氧化物具有非常高的刻蚀选择性，这使它在去除比如硅晶圆表面的氧化层时非常有效，同时对底层的硅或其他材料造成的损伤极小。这种选择性是氢氟酸在半导体工业中不可或缺的特性，另外，氢氟酸可以在较短的时间内刻蚀大量的硅二氧化物，这意味着可以在较短的周期内完成生产步骤，提高整体的生产效率，最后，氢氟酸刻蚀过程通常比较简单，不需要复杂的设备或高级技术，这使得它易于在多种工艺流程中集成。
第二方面，本发明实施例提供了一种最终抛光设备，所述最终抛光设备包括根据第一方面所述的辅助处理系统。
优选地，所述最终抛光设备还包括：
加工区域，所述晶圆在所述加工区域接受所述最终抛光加工；
入口，所述晶圆经由所述入口进入到所述加工区域中；
其中，所述氧化膜去除单元设置在所述入口处。
这样，在晶圆接受完刻蚀处理之后，可以以更及时的方式开始进行最终抛光加工。
第三方面，本发明实施例提供了一种晶圆加工过程中的辅助处理方法，所述辅助处理方法包括：
从所述晶圆的双面抛光加工结束开始，记录所述晶圆暴露于空气中的暴露时间；
在所述晶圆的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；
在所述记录到的暴露时间大于所述设定时间的情况下，在所述最终抛光加工前对所述晶圆执行去氧化膜处理。
优选地，所述对所述晶圆执行去氧化膜处理，包括：
将所述晶圆浸入到刻蚀液中；
对所述刻蚀液进行搅拌；
将所述晶圆从所述刻蚀液中移出。
优选地，所述晶圆被浸入在所述刻蚀液中的时间根据所述暴露时间确定出。
优选地，所述刻蚀液为氢氟酸。
附图说明
图1为常规的晶圆双面抛光装置的俯视示意图；
图2为常规的晶圆最终抛光装置的立体示意图；
图3结合图1和图2中示出的晶圆双面抛光装置和晶圆最终抛光装置示出了根据本发明的实施例的晶圆加工过程中的辅助处理系统的组成部件示意图；
图4为根据本发明的实施例的辅助处理系统的氧化膜去除单元的结构示意图；
图5为根据本发明的实施例的最终抛光设备的示意图；
图6为根据本发明的实施例的晶圆加工过程中的辅助处理方法的示意图。
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。
首先参见图1，对于晶圆W的双面抛光装置1A而言，通常可以包括下抛光板10A，如在图1中以俯视的平面视图示出的，另外，双面抛光装置1A还可以包括图1中出于显示双面抛光装置1A的内部部件的目的而未示出的上抛光板，上抛光板和下抛光板10A一起将晶圆W夹置以便于对晶圆W的正面和背面进行抛光。另外，位于下抛光板10A上的是承载件20A，该承载件20A具有用于容置晶圆W凹进部21A。其中，图1中示意性地示出了单个晶圆W被容置在凹进部21A中。在晶圆W的双面抛光加工结束后，可以暂时被存放在晶圆接收器30A内，以便于等待后续处理。
接着参见图2，对于晶圆W的最终抛光装置1B而言，通常可以包括：抛光头10B，其经由垫板20B把持晶圆W；以及旋转平台30B，其粘贴有抛光布40B。另外，抛光头10B具备旋转机构，使抛光头10B旋转，还具备移动机构，使抛光头10B相对于旋转平台30B平移，如在图2中通过水平箭头示意性地示出的。在该最终抛光装置1B中，抛光头10B一边把持晶圆W，一边对粘贴于旋转平台30B的上表面的抛光布40B推压晶圆W的被抛光面(即，与抛光头10B相反的一侧的表面)，如在图2中通过竖直箭头示意性地示出的，使抛光头10B与旋转平台30B一起旋转，由此使抛光头10B与旋转平台30B进行相对运动，一边从抛光液供给构件50B供给抛光液PL，一边仅对晶圆W的被抛光面进行化学机械抛光。另外，晶圆W可以经由入口60B到达最终抛光装置1B的内部以便于接受最终抛光。
需要说明的是，通常晶圆W会先在双面抛光装置1A中接受双面抛光加工，然后在最终抛光装置1B中接受最终抛光加工，当然，在双面抛光加工与最终抛光加工之间还可能接受比如清洗之类的其他处理。
为了解决晶圆W在完成双面抛光处理之后以及在接受最终抛光处理之前，比如从图1中示出的被存放在晶圆接收器30A内至图2中示出的处于入口60B处这个时间段内，因暴露于空气中导致被氧化以及由此带来的一系列问题，参见图3，本发明实施例提供了一种晶圆W加工过程中的辅助处理系统10，该辅助处理系统10可以包括：
记录单元110，该记录单元110用于从晶圆W的双面抛光加工结束开始，记录晶圆W暴露于空气中的暴露时间，如在图3中示出的，从双面抛光装置1A的晶圆接收器30A开始延伸的带箭头虚线示意性地示出了这样的暴露时间，可以理解的是这样的暴露时间随着时间的推移会逐渐增大；
比较单元120，该比较单元120用于在晶圆W的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较，如在图3中示出的，通过虚线示出的晶圆W已经准备好了要接受最终抛光加工或者说即将开始接受最终抛光加工，也就是上述的“最终抛光加工开始前”这一时刻，因此上述的记录单元110记录到的是从晶圆W的双面抛光加工结束至晶圆W的最终抛光加工即将开始这一时间段内暴露于空气中的暴露时间；
氧化膜去除单元130，该氧化膜去除单元130用于在上述记录到的暴露时间大于设定时间的情况下，在最终抛光加工前对晶圆W执行去氧化膜处理，如在图3中示出的，晶圆W会先被移送至氧化膜去除单元130，然后再被移送至最终抛光装置1B的入口60B，如通过空心箭头示意性地示出的。
在根据本发明的实施例的辅助处理系统10中，首先，由于利用氧化膜去除单元130对因暴露在空气中而生成在晶圆W的表面的氧化膜进行了去除，因此，在晶圆W接受最终抛光加工时，不再需要耗费大量的时间通过抛光来对硬度大的氧化膜进行去除，因此能在更短的时间内完成最终抛光加工或者说获得较好的平坦度，提高了最终抛光加工效率，而且氧化膜对杂质颗粒进行包裹的问题也能够随着氧化膜的去除得到解决，其次，由于利用比较单元120将暴露时间与设定时间进行了比较，因此可以在暴露时间较长而生成在晶圆W的表面的氧化膜的厚度较大的情况下才选择对氧化膜进行去除，相反在暴露时间较短而生成在晶圆W的表面的氧化膜的厚度较小的情况下可以选择不对氧化膜进行去除而是直接使晶圆W接受最终抛光加工，由此避免了因多出了氧化膜去除的步骤反而使整个抛光加工过程耗费更长的时间的问题，使整个抛光加工过程的效率得到提高。
在本发明的优选实施例中，参见图4，氧化膜去除单元130可以包括：
刻蚀槽131，刻蚀槽131用于容纳刻蚀液EL；
机械臂132，机械臂132用于将晶圆W浸入到刻蚀液EL中以及将晶圆W从刻蚀液EL中移出；
搅拌器133，搅拌器133用于对刻蚀液EL进行搅拌，对确保晶圆W的表面被刻蚀液EL均匀刻蚀，或者说晶圆W的表面的氧化膜能够被刻蚀液EL均匀刻蚀。
尽管使用刻蚀液刻蚀也存在一些挑战和限制，比如处理过程中的安全问题和对环境的潜在影响，但是去除晶圆表面的氧化膜时，采用刻蚀液刻蚀的方式相比于其他方法有诸多显著优势。举例而言：刻蚀液刻蚀特别适用于去除硅表面的氧化层，因为它对二氧化硅具有很高的选择性，这意味着可以有效地去除氧化层而不会损害下面的硅基材；使用刻蚀液刻蚀相比物理刻蚀方法，如等离子体刻蚀，其对晶圆的物理损伤更小，这是因为刻蚀液刻蚀是一种化学过程，不涉及高能粒子的物理撞击，从而降低了晶圆受损的风险；相较于一些高级刻蚀技术，如反应离子刻蚀或深反应离子刻蚀，使用刻蚀液的成本通常较低，因为它不需要复杂的设备或高能耗；通过调整刻蚀液的浓度和刻蚀时间，可以精确控制刻蚀速率和深度，使其适应不同的制造需求，刻蚀液刻蚀后的表面一般比物理刻蚀方法处理后的表面更平滑，这对于后续的加工步骤，如光刻或薄膜沉积，是非常重要的；刻蚀液处理与大多数半导体加工流程兼容，这意味着可以轻松集成到现有的制造线中。
容易理解的是，在刻蚀液EL对晶圆W的表面的氧化膜的刻蚀完成之后，刻蚀处理便可以结束，因为晶圆W中除氧化膜以外的半导体材料是不需要刻蚀的。因此，如果能够在氧化膜被刻蚀完成后立即将刻蚀过程结束，则对整个抛光加工的效率是非常有利的。也就是说，需要及时地获知，晶圆W的表面的氧化膜已经被刻蚀完成了。对此，在本发明的优选实施例中，晶圆W被浸入在刻蚀液EL中的时间可以根据暴露时间确定出。这里，由于生成在晶圆W的表面的氧化膜的厚度是与上述记录到的暴露时间相关联的，因此，可以根据这样的暴露时间来确定出生成在晶圆W的表面的氧化膜的厚度，另一方面，氧化膜被刻蚀掉的厚度又是与刻蚀时间相关联的，因此，可以根据氧化膜的厚度来确定出刻蚀时间。这样，不再需要另外的比如通过对晶圆W的表面进行检测来判断氧化膜是否已经被刻蚀完，节省了整个抛光加工过程中所需要的处理步骤。
在本发明的优选实施例中，刻蚀液EL可以为氢氟酸。
氢氟酸作为一种刻蚀液，在半导体制造和其他工业领域中被广泛使用，对硅二氧化物具有非常高的刻蚀选择性，这使它在去除比如硅晶圆表面的氧化层时非常有效，同时对底层的硅或其他材料造成的损伤极小。这种选择性是氢氟酸在半导体工业中不可或缺的特性，另外，氢氟酸可以在较短的时间内刻蚀大量的硅二氧化物，这意味着可以在较短的周期内完成生产步骤，提高整体的生产效率，最后，氢氟酸刻蚀过程通常比较简单，不需要复杂的设备或高级技术，这使得它易于在多种工艺流程中集成。
参见图5，本发明实施例还提供了一种最终抛光设备1，该最终抛光设备1可以包括根据本发明的各实施例所述的辅助处理系统10。
在本发明的优选实施例中，参见图5，最终抛光设备1还可以包括：
加工区域20，如在图5中通过虚线框框出的区域示意性地示出的，晶圆W在加工区域20接受最终抛光加工；
入口30，晶圆W经由入口30进入到加工区域20中；
其中，辅助处理系统10的氧化膜去除单元130设置在入口30处。
这样，在晶圆W接受完刻蚀处理之后，可以以更及时的方式开始进行最终抛光加工。
对于最终抛光设备1而言，如在图5中示出的，还可以包括抛光头40、垫板50、旋转平台60、抛光布70和供给抛光液PL的抛光液供给构件80等其他部件，不再赘述。
参见图6并结合图3，本发明实施例还提供了一种晶圆W加工过程中的辅助处理方法，该辅助处理方法可以包括：
S601：从晶圆W的双面抛光加工结束开始，记录晶圆W暴露于空气中的暴露时间；
S602：在晶圆W的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；
S603：在暴露时间大于设定时间的情况下，在最终抛光加工前对晶圆W执行去氧化膜处理。
结合图4，在上述辅助处理方法中，对于对晶圆W执行去氧化膜处理而言，在本发明的优选实施例中，可以包括：
将晶圆W浸入到刻蚀液EL中；
对刻蚀液EL进行搅拌；
将晶圆W从刻蚀液EL中移出。
在本发明的优选实施例中，晶圆W被浸入在刻蚀液EL中的时间可以根据暴露时间确定出。
在本发明的优选实施例中，刻蚀液EL可以为氢氟酸。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆加工过程中的辅助处理系统，其特征在于，所述辅助处理系统包括：
记录单元，所述记录单元用于从所述晶圆的双面抛光加工结束开始，记录所述晶圆暴露于空气中的暴露时间；
比较单元，所述比较单元用于在所述晶圆的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；
氧化膜去除单元，所述氧化膜去除单元用于在所述记录到的暴露时间大于所述设定时间的情况下，在所述最终抛光加工前对所述晶圆执行去氧化膜处理。
2.根据权利要求1所述的辅助处理系统，其特征在于，所述氧化膜去除单元包括：
刻蚀槽，所述刻蚀槽用于容纳刻蚀液；
机械臂，所述机械臂用于将所述晶圆浸入到所述刻蚀液中以及将所述晶圆从所述刻蚀液中移出；
搅拌器，所述搅拌器用于对所述刻蚀液进行搅拌。
3.根据权利要求2所述的辅助处理系统，其特征在于，所述晶圆被浸入在所述刻蚀液中的时间根据所述暴露时间确定出。
4.根据权利要求2或3所述的辅助处理系统，其特征在于，所述刻蚀液为氢氟酸。
5.一种最终抛光设备，其特征在于，所述最终抛光设备包括根据权利要求1至4中任一项所述的辅助处理系统。
6.根据权利要求5所述的最终抛光设备，其特征在于，所述最终抛光设备还包括：
加工区域，所述晶圆在所述加工区域接受所述最终抛光加工；
入口，所述晶圆经由所述入口进入到所述加工区域中；
其中，所述氧化膜去除单元设置在所述入口处。
7.一种晶圆加工过程中的辅助处理方法，其特征在于，所述辅助处理方法包括：
从所述晶圆的双面抛光加工结束开始，记录所述晶圆暴露于空气中的暴露时间；
在所述晶圆的最终抛光加工开始前，将记录到的暴露时间与设定时间进行比较；
在所述记录到的暴露时间大于所述设定时间的情况下，在所述最终抛光加工前对所述晶圆执行去氧化膜处理。
8.根据权利要求7所述的辅助处理方法，其特征在于，所述对所述晶圆执行去氧化膜处理，包括：
将所述晶圆浸入到刻蚀液中；
对所述刻蚀液进行搅拌；
将所述晶圆从所述刻蚀液中移出。
9.根据权利要求8所述的辅助处理方法，其特征在于，所述晶圆被浸入在所述刻蚀液中的时间根据所述暴露时间确定出。
10.根据权利要求8或9所述的辅助处理方法，其特征在于，所述刻蚀液为氢氟酸。
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