CN206602101U - 半导体晶圆处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体晶圆处理设备，包括：半导体处理模块、流体承载模块、流体传送模块和电气控制模块，所述半导体处理模块包括用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口；所述流体承载模块包括多个储流罐；所述流体传送模块包括多个流体传送装置及流体通道选择装置，所述多个储流罐与微腔室的入口和出口分别通过管道与流体通道选择装置连接；所述电气控制模块与其余各模块电连接，用于控制整个设备的运转；半导体晶圆处理设备还包括流体处理模块，可以通过流体处理模块对流体进行预处理，方便对用于处理半导体晶圆的流体进行在线预处理。

Description

半导体晶圆处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体晶圆或相似工件的表面处理领域，特别设计一种用于化学处理半导体晶圆表面，以及清洁、蚀刻及其它类似处理的设备。

背景技术

在利用晶圆生产集成电路的过程中，需要经过多次的清洗、蚀刻等处理，上述处理的方法主要可以分为干法和湿法，其中湿法处理是现有技术中应用最广泛的方法，现有的湿法工艺主要包括化学溶液浸没以及喷射法两种。

由本案申请人申请的公开号为CN103187338A的发明专利公开了一种模块化半导体处理设备，其包括半导体处理模块、流体传送模块、流体承载模块和电气控制模块。所述半导体处理模块包括用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口。所述流体传送模块用于将各种流体通过管道和所述微腔室出入口引导至所述流体承载模块或所述微腔室，所述电气控制模块用于控制所述半导体处理腔室和所述流体传送模块。所述半导体处理装置具有体积较小、结构简单、组装方便灵活、组件更换方便等优点。但是由于其仅仅具有半导体处理模块、流体传送模块、流体承载模块和电气控制模块，所以其能够处理的湿法工艺有限，而现有的湿法工艺在不断进步，对湿法处理的流体的温度，甚至流体的种类(不仅仅限于液体和/或气体，还包括气液混合流体等)都提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种半导体晶圆处理设备，其对于半导体晶圆的湿法处理工艺具有更广泛的适应性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种半导体晶圆处理设备，其技术方案为：包括：半导体处理模块、流体承载模块、流体传送模块和电气控制模块，

所述半导体处理模块包括用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口；

所述流体承载模块包括多个储流罐；

所述流体传送模块包括多个流体传送装置及流体通道选择装置，所述多个储流罐与微腔室的入口和出口分别通过管道与流体通道选择装置连接；

所述电气控制模块与其余各模块电连接，用于控制整个设备的运转；

所述半导体晶圆处理设备还包括流体处理模块。

采用上述结构的，可以通过流体处理模块对流体进行预处理，对用于处理半导体晶圆的流体进行在线预处理。

进一步的，所述流体处理模块包括气液混合装置，所述气液混合装置设置在储流罐与微腔室的入口之间的管道上。以便实现气态流体和液态流体混合后处理半导体晶圆。

进一步的，所述半导体处理模块为两个，分别位于所述半导体晶圆处理设备顶部的两侧。采用合理的结构设计，使得同一设备上同时进行两片晶圆的处理，提高了处理效率。

进一步的，所述两个半导体处理模块直接设置有所述流体处理模块的臭氧发生装置，所述臭氧发生装置的出口与气液混合装置的气体入口连接、或者所述臭氧发生装置的出口与微腔室的入口直接连接。以便于在线生成臭氧直接对晶圆进行处理，或者在线生成臭氧溶液对晶圆进行处理。

进一步的，所述流体处理模块还包括能够对流体进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置。

进一步的，其特征在于，包括：第一支撑单元、可移动单元、第二支撑单元、第三支撑单元及多根支柱；其特征在于：

所述第一支撑单元包括：水平设置的第一支撑板，及固定设置在第一支撑板上方的支撑环；

所述可移动单元通过所述第一支撑单元支撑，包括：

驱动装置；

移动座：所述移动座呈圆柱状，移动座的上部和下部分别设有环状的上凹环及下凹环，所述移动座的下凹环与所述支撑环互相可滑动地套合，形成一个套合空间，所述驱动装置设置在所述套合空间内，且分别与所述移动座的下方以及第一支撑板的上方固定连接；所述移动座、支撑环、以及移动座的上凹环和下凹环的圆心同轴；

以及下腔室：所述下腔室设置在移动座的上凹环内；

所述第二支撑单元包括：水平设置的第二支撑板，所述第二支撑板与第一支撑板之间通过所述多根支柱固定连接；

及上腔室，所述上腔室通过开设在第二支撑板上的穿孔定位且由第二支撑板支撑，所述上腔室的位置与下腔室对应，两者结构上经过合理设计，上腔室与下腔室接触时形成处理半导体晶圆的微腔室；

所述第三支撑单元经结构设计以施加压力至所述上腔室以水平且良好地定位上腔室，包括：第三支撑板，所述第三支撑板通过所述多根支柱固定连接，且具有施加压力至所述上腔室的多个螺钉、加强结构或可移动零件。

采用上述结构，可以通过驱动装置来驱动所述移动座沿支撑环上下滑动，以提升设置于移动座上凹环内的下腔室，使得下腔室与上腔室接触形成微腔室或分离打开通过下凹环以及支撑环的相互套合，来限定下腔室上下移动时的水平位置及方向，相比现有技术中通过设置在下支撑板或下盒的角或边缘的轮子导引，整个装置结构简单，且更加容易保证水平度。

进一步的，所述各模块通过机架设置在设备内部，所述机架外围设有机壳。

进一步的，所述电气控制模块通过隔板与其余模块隔离。

进一步的，所述隔板和/或机壳上设有若干排风装置。

采用上述结构设计，使得设备的各个模块之间有足够的隔离措施，以防止设备可能出现的泄漏情况对设备，尤其是控制模块造成破坏，并且建立排风装置，使得在处理过程中产生的一些泄漏的气体能够及时从设备中排出，以免腐蚀或破坏设备。

附图说明

图1揭示了一种本实用新型的半导体晶圆处理设备的正面结构示意图；

图2揭示了图1所示半导体晶圆处理设备的背面结构示意图；

图3揭示了图1所示半导体晶圆处理设备的侧面结构示意图；

图4揭示了图1所示半导体晶圆处理设备的正面内部结构(省去正面外壳)示意图；

图5揭示了图1所示半导体晶圆处理设备的背面内部结构(省去背面外壳)示意图；

图6揭示了图1所示半导体晶圆处理设备的侧面内部结构(省去侧面外壳)示意图；

图7揭示了本实用新型的一种实施方式中一种具体的半导体处理模块结构示意图；

图8揭示了图7所示半导体处理模块一种实施方式的A-A剖面示意图；

图9是图8的分解图；

图10是图8的B区域的局部放大图；

图11是本实用新型图7在另一种实施例中的A-A截面的剖视图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。

本说明书中所称的“一个实施例”或“实施例”或“另一个实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本实用新型至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”或“在另一个实施例”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本实用新型中的“多个”表示两个或两个以上、“若干”表示一个或一个以上。本实用新型中的“和/或”表示“和”或者“或”。

请参考图1-6在一个具体的实施例中，本实用新型包括：半导体处理模块100、流体承载模块200、流体传送模块300和电气控制模块400，

所述半导体处理模块100包括用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口；

所述流体承载模块200包括多个储流罐201，还可以包括若干个设置在储流罐201下方的称量装置202，和/或设置在储流罐201内部的液位监控装置(图中省略)；储流罐201中一个或多个用于储存未使用的化学流体；一个或多个用于储存从微腔室中排出的使用后的化学流体，其中，一个或多个储存使用后的化学流体的储流罐201可以通过管道与微腔室的入口相连，以便能够对其中的流体进行再利用。

所述流体传送模块300包括多个流体传送装置301及流体通道选择装置302，所述多个储流罐201与微腔室的入口和出口分别通过管道与流体通道选择装置302连接；

所述电气控制模块400与其余各模块电连接，用于控制整个设备的运转；

所述半导体晶圆处理设备还包括流体处理模块500。

在一个实施方式中，所述的流体处理模块500包括气液混合装置501，所述气液混合装置501设置在储流罐201与微腔室的入口之间的管道上。以便实现气态流体和液态流体混合后处理半导体晶圆。

在一个实施例中，所述半导体处理模块100为两个，分别位于所述半导体晶圆处理设备顶部的两侧。采用合理的结构设计，使得同一设备上同时进行两片晶圆的处理，提高了处理效率。

在一个实施例中，所述两个半导体处理模块500直接设置有所述流体处理模块的臭氧发生装置502，所述臭氧发生装置502的出口与气液混合装置的气体入口连接、或者所述臭氧发生装置502的出口与微腔室的入口直接连接。以便于在线生成臭氧直接对晶圆进行处理，或者在线生成臭氧溶液对晶圆进行处理。

在一个实施例中，所述流体处理模块500还包括能够对流体进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置503。

在一实施方式中，所述各模块通过机架设置在设备内部，所述机架外围设有机壳；所述电气控制模块400通过隔板与其余模块隔离，所述隔板和/或机壳上设有若干排风装置(图中省略)。

在图7-11中示意性地展示了本实用新型的几种半导体处理模块100。

请参考图7-11，本实用新型半导体处理模块100可包括第一支撑单元110、可移动单元120、第二支撑单元130及第三支撑单元140。第一支撑单元110经结构设计以支撑可移动单元120，再通过可移动单元120的下腔室125与通过第二支撑单元130的上腔室132之间形成用于对半导体晶圆进行处理的完整闭合/打开空间，第一支撑单元110、第二支撑单元130及第三支撑单元140之间通过多根支柱150连接，所有零件容纳于第一支撑单元110和第三支撑单元140之间。

该第一支撑单元110至少包括第一支撑板111、设置在第一支撑板111上的支撑环112。第一支撑板111应由具有高强度的材料制成，诸如不锈钢或高强度铝合金，这是因为其将遭受保持腔室闭合所需的压力。在一个实施例中，第一支撑单元110还可以包括四个第一支撑梁113，支撑环112可通过第一支撑梁113固定设置在第一支撑板111上。在另一个实施例中，第一支撑板111的边缘经结构设计，使得第一支撑板111可在纵向方向上凹陷于第一支撑梁113的内侧上的沟槽中滑动，藉此容纳及固定于第二支撑梁133的内侧上的沟槽中，以增强其强度，上述结构设计，例如可以采用第一支撑板111的边缘设计成T字形，而相应的第一支撑梁113的内侧上的沟槽也为与之对应的T字形，当然也可以是其他的结构。在另一个实施例中，第一支撑梁113还包括凹陷于第一支撑梁113 的端部上的第一沟槽114。外壳板(未展示)可滑动至第一沟槽114中且容纳及固定于第一凹槽114内。

可移动单元120包括气囊121(或其它类型的市售驱动装置，例如，机械驱动器或气动驱动器，可用于向上及向下移动可移动单元120的其它零件)、移动座122及下腔室125。气囊121安置于第一支撑板111的顶部。下腔室125界定微腔室下工作表面及下内周长。移动座122呈圆柱状，移动座122的上部和下部分别设有环状的上凹环123(用于安置下腔室125)及下凹环124，下凹环124与支撑环112互相可滑动地套合，形成一个套合空间125，驱动装置121设置在该套合空间125内，一端与下凹环124连接，一端与第一支撑板111连接。

在一个实施例中，上凹环123的底部(下腔室125的下方)设有漏液槽126，用于收集可能的从微腔室中泄漏的化学液体。漏液槽126中可以设置漏液检测装置127以进行监控和/或发出警报。

在另一个实施例中，支撑环112的上表面还设有一条环形防护槽115，该环形防护槽115可以在液体从移动座122内溢出后容纳溢液，防止液体腐蚀设备、危害人体或污染环境。由于环形防护槽115内的液体可以轻易地被观察到，这也可以在漏液检测装置127偶然失效时发挥警示作用。进一步的，也可以通过在移动座122上开设若干通向漏液槽126的导流孔128将漏液槽126中的液体直接导出至环形防护槽115中或将导流孔连接管路直接将废液排出至废液收集装置或废液管道中。

下凹环124可以采取多种方式与支撑环112套合，如图2所示，支撑环112的内壁可以直接套合在下凹环124的外壁外侧；如图3所示，在支撑环112上设有环形防护槽115时，可以是下凹环124的内壁套合在环形防护槽115的内径壁外。

当支撑环112的内壁套合在下凹环124的外壁外侧且支撑环112上设有环形防护槽115时，移动座122的外壁还设有环形导流沿129，该导流沿129高于支撑环112的上表面，低于导流孔128；环形防护槽115内径小于所述导流沿129外径，环形防护槽115外径大于导流沿129的外径，以便导流孔128中引导出的液体能够顺着导流沿129进入环形防护槽115中。

第二支撑单元130包括第二支撑板131、上腔室132及若干第二支撑梁133(非必要)。上腔室132界定微腔室上工作表面及上内周长。第二支撑板131设有穿孔且经结构设计以支撑上腔室132，上腔室132穿过第二支撑板131的穿孔且通过该穿孔进行水平定位。较佳地，第二支撑板131由具有不易变形的材料制成。第二支撑板131的边缘的厚度经结构设计，使得第二支撑板131的边缘可滑动至在纵向方向上凹陷于第二支撑梁133的内侧上的沟槽中，藉此容纳及固定于第二支撑梁133的内侧上的沟槽中。

第三支撑单元140包括第三支撑板141、四个第三支撑梁143(非必要)。。第三支撑板141可以直接与支柱150固定连接，在另一个实施例中，第三支撑板141通过第三支撑梁143与支柱150连接。第三支撑梁143包括在纵向方向上凹陷于第三支撑梁143的内侧上的沟槽。第三支撑板141的边缘的厚度经结构设计，使得第三支撑板141的边缘可滑动至沟槽中且容纳及固定于沟槽内。第三支撑板141也包括若干螺钉144或其它现有可移动零件，例如，气动组件。可通过这些螺钉144或现有可移动零件将力施加至上腔室132以调整微腔室水平位置及内部形状。在一个实施例中，可以通过压力均衡板用于将来自螺钉及其它现有可移动零件产生的点压均衡至较大区域。在一个实施例中，第三支撑梁143上设有与第一支撑梁113的第一凹槽114对应的第二凹槽144，用于配合安置外壳板，通过外壳板将装置内部与外界隔离。一般而言，第二支撑板131和/或第三支撑板141具有用于使电线及管道穿过的孔。

需要指出的是，上文中所称的套合是指：下凹环124与支撑环112之间通过一定的结构设计，使得驱动装置带动可移动单元120顺着支撑环112上下移动的过程中，能够由支撑环112通过对下凹环124的定位来保证可移动单元120移动过程中的水平位置与移动角度不发生变动(即通过支撑环112来引导可移动单元120的上下运动)。

用于制成下腔室125以及上腔室132的材料将取决于在处理工艺使用的流体。一般言之，选定材料应对所采用流体具有良好耐化学性。根据处理工艺的不同设计不同的下腔室125以及上腔室132的结构。一般言之，下腔室125以及上腔室132需满足高安全性、高效率及低成本要求。在本实用新型中不涵盖对下腔室125以及上腔室132的结构的限定。

在下文中，描述根据本实用新型的使用半导体晶圆清洁设备的半导体晶圆清洁方法。

首先，将半导体晶圆装载于下腔室125的顶部上。

接着，通过将空气压入至气囊121中而将下腔室125及上腔室132设定为处于闭合位置。当气囊121经充气时，气囊121推动移动座122及下腔室125向上移动直至下腔室125与通过第二支撑板131定位的上腔室132接触并闭合形成微腔室。

在微腔室室闭合后，程序由通过流体分布系统(未展示)将所要处理流体引入至微腔室室中而开始，该流体分布系统包括定位于下腔室125或上腔室132中的至少一孔。将通过定位于下腔室125或上腔室132中的至少一孔将所使用流体排出微腔室室。

接着，在完成清洁程序后，释放气囊121中的空气。当气囊121经放气时，移动座122及下腔室125将向下移动直至移动座122最底部到达第一支撑板111。

最后，自下腔室125移除半导体晶圆。

本实用新型中的设备设计具有若干优点。首先，可通过移动座122与支撑环112的配合，实现移动单元上下移动过程中的定位问题，使得移动单元的规格大大降低，减轻了移动单元的重量，减少了气囊121等动力装置的能耗。同时，由于不需要在间隔支柱(往往是金属材料构成的)上进行移动，进一步减小了通过在微腔室打开或闭合期间因部件的摩擦而产生金属颗粒的可能性。在不牺牲导引过程中的误差的前提下，支撑环安装过程中的定位误差不再对可移动单元产生任何横向的多余的应力，降低了安装与加工难度的同时保证了可移动单元的形状不易发生改变，进而保证了下腔室的形状稳定性。此外，相对现有技术，本实用新型中揭示的设备设计可极大地简化多数零件的制造且允许多数零件的简易维护及更换，加工材料的利用率也提高了(如可以使用同一块材料加工出支撑环、移动座和下腔室，节省了加工材料)，能够可显著降低制造成本。

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

Claims (9)

1.一种半导体晶圆处理设备，包括：半导体处理模块、流体承载模块、流体传送模块和电气控制模块，

所述半导体处理模块包括用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口；

所述流体承载模块包括多个储流罐；

所述流体传送模块包括多个流体传送装置及流体通道选择装置，所述多个储流罐与微腔室的入口和出口分别通过管道与流体通道选择装置连接；

所述电气控制模块与其余各模块电连接，用于控制整个设备的运转；

其特征在于：

所述半导体晶圆处理设备还包括流体处理模块。

2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，所述流体处理模块包括气液混合装置，所述气液混合装置设置在储流罐与微腔室的入口之间的管道上。

3.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，所述半导体处理模块为两个，分别位于所述半导体晶圆处理设备顶部的两侧。

4.根据权利要求1或2所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，所述两个半导体处理模块直接设置有所述流体处理模块的臭氧发生装置，所述臭氧发生装置的出口与气液混合装置的气体入口连接、或者所述臭氧发生装置的出口与微腔室的入口直接连接。

5.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，所述流体处理模块还包括能够对流体进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置。

6.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，包括：第一支撑单元、可移动单元、第二支撑单元、第三支撑单元及多根支柱；其特征在于：

所述第一支撑单元包括：水平设置的第一支撑板，及固定设置在第一支撑板上方的支撑环；

所述可移动单元通过所述第一支撑单元支撑，包括：

驱动装置；

移动座：所述移动座呈圆柱状，移动座的上部和下部分别设有环状的上凹环及下凹环，所述移动座的下凹环与所述支撑环互相可滑动地套合，形成一个套合空间，所述驱动装置设置在所述套合空间内，且分别与所述移动座的下方以及第一支撑板的上方固定连接；所述移动座、支撑环、以及移动座的上凹环和下凹环的圆心同轴；

以及下腔室：所述下腔室设置在移动座的上凹环内；

所述第二支撑单元包括：水平设置的第二支撑板，所述第二支撑板与第一支撑板之间通过所述多根支柱固定连接；

及上腔室，所述上腔室通过开设在第二支撑板上的穿孔定位且由第二支撑板支撑，所述上腔室的位置与下腔室对应，两者结构上经过合理设计，上腔室与下腔室接触时形成处理半导体晶圆的微腔室；

所述第三支撑单元经结构设计以施加压力至所述上腔室以水平且良好地定位上腔室，包括：第三支撑板，所述第三支撑板通过所述多根支柱固定连接，且具有施加压力至所述上腔室的多个螺钉、加强结构或可移动零件。

7.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于，所述各模块通过机架设置在设备内部，所述机架外围设有机壳。

8.根据权利要求7所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于：所述电气控制模块通过隔板与其余模块隔离。

9.根据权利要求8所述的一种半导体晶圆处理设备，其特征在于：所述隔板和/或机壳上设有若干排风装置。