TWI826044B - 一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例公開了一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法，該矽片邊緣具有切口，該裝置包括：第一驅動器，該第一驅動器用於使矽片繞中心軸線轉動；感測器，該感測器用於感測該矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置；噴頭，該噴頭用於噴射刻蝕液；第二驅動器，該第二驅動器用於根據該感測器感測到的位置使該噴頭在該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該噴頭與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處。
Description
本發明屬於刻蝕技術領域，尤其關於一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法。
積體電路製造領域中根據不同用途需要製造不同類型的矽片，單晶矽片的加工一般主要包括拉晶、切片、拋光、清洗，對於外延片而言需要額外在清洗製程後增加外延製程。摻雜矽片的在外延生長過程必須注意自摻雜現象，重摻成分在高溫下會揮發至反應腔室內並參與到外延反應中，從而嚴重影響外延層的品質、如電阻率等，當重摻矽片用做外延片的基板時，除以上製程外還需經過背面密封處理以及邊緣刻蝕等工序。
所謂的背面密封處理是指為了防止自摻雜效應的發生而進行的背部摻雜劑防溢出處理，通常採用氣相沉積法(Chemical Vapour Deposition，CVD)的方式在矽片背面沉積一層薄膜，通過該薄膜能夠有效地阻止摻雜劑向外擴散，即該層薄膜如密封層一樣防止摻雜劑在高溫下向反應腔室逃逸。相關技術中，通常使用二氧化矽(SiO2)或氮化矽(Si3N4)或多晶矽作為製成背封薄膜的基礎材料，其中使用二氧化矽製作的邊緣沉積薄膜會影響正面外延層單晶的生長，因此需要通過刻蝕製程去除距離矽片邊緣一定寬度的二氧化矽背面密封膜，防止其對外延製程正面單晶矽的影響。
刻蝕製程是微電子IC製造以及微納製造中相當重要的步驟，刻蝕技術主要分為乾法刻蝕和濕法刻蝕兩種，其主要區別就是在於濕法刻蝕使用溶劑或溶液來進行刻蝕。其中，所謂的濕法刻蝕是一個純粹的化學反應過程，是指利用溶液與預刻蝕材料之間的化學反應來去除未被背封薄膜掩蔽的部分而達到刻蝕目的，其主要包括三個階段：溶劑或溶液中的反應物通過擴散到反應物表面，化學反應在表面上進行，然後通過擴散將反應生成物從表面移除。針對上述使用二氧化矽製成的背封薄膜，常使用由HF、NH4F、與H2O按一定比例配成的刻蝕溶液。通過相關技術的濕法刻蝕製程無法對具有切口的矽片的邊緣進行均勻刻蝕而且無法實現對刻蝕寬度的任意調節。
為解決上述技術問題，本發明實施例期望提供一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法，在刻蝕過程中通過改變噴頭的刻蝕路徑實現對具有切口的矽片的邊緣的均勻刻蝕，同時通過使得噴頭自身移動的構造使得刻蝕寬度能夠任意調節。
本發明的技術方案是這樣實現的：
第一方面，本發明實施例提供了一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置，該矽片邊緣具有切口，該用於矽片邊緣刻蝕的裝置包括：第一驅動器，該第一驅動器用於使矽片繞中心軸線轉動；感測器，該感測器用於感測該矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置；噴頭，該噴頭用於噴射刻蝕液；第二驅動器，該第二驅動器用於根據該感測器感測到的位置使該噴頭在該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該噴頭與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處；
第二方面，本發明實施例提供了一種用於矽片邊緣刻蝕的方法，該方法包括：垂直地設置矽片，使該矽片繞中心軸線轉動；感測該矽片的外周緣中的每一點在該矽片的外周緣上的位置；噴射刻蝕液；根據感測到的位置使該刻蝕液的射束在該矽片的該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該射束與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處；向下吹掃噴射至該矽片的刻蝕液。
本發明實施例提供了一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法，在刻蝕過程中通過感測器感測該矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置，根據感測器捕獲的點的位置第二驅動器驅動噴頭做出相應的移動，以使得噴頭能夠對矽片外周緣上的圓形周緣和切口周緣都做出均勻地刻蝕。同時，通過噴頭沿著自身長度的方向作往復運動實現對矽片邊緣寬的可調節，滿足具有不同刻蝕寬度的刻蝕製程。
1:第一驅動器
2:第二驅動器
3:感測器
4:噴頭
10:刻蝕裝置
S:矽片
N:切口
L:長度
K:寬度
K-L:距離
S601-S605:步驟
圖1為使用相關技術中的刻蝕裝置對矽片進行刻蝕的刻蝕效果；圖2為本發明實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置的示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置的局部示意圖；圖4為使用本發明實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置的刻蝕效果；圖5為使用本發明另一實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置的刻蝕效果；圖6為本發明實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的方法的流程示意圖。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
目前針對矽片邊緣沉積薄膜的去除常用方法有刻蝕去除與機械研磨去除等，具體地，邊緣刻蝕方法是使用真空吸盤將矽片吸附，通過吸盤膠圈將不需要刻蝕的二氧化矽薄膜隔離，將矽片放置在盛有刻蝕溶液的容器中，使得未被吸盤膠圈密封隔離的二氧化矽薄膜被浸泡在刻蝕液中發生刻蝕反應，隨後
經清洗、吹乾等流程實現邊緣刻蝕目的。但是通過上述邊緣刻蝕方法能夠實現的邊緣刻蝕寬度有限，通常為150微米至400微米，參見圖1所示，矽片S邊緣具有深度為1.2mm的切口N，邊緣刻蝕寬度要求為700微米，在採用上述使用吸盤的邊緣刻蝕方法進行邊緣刻蝕時，浸泡在刻蝕溶液中的邊緣部分便不能夠完全的針對切口N進行刻蝕，導致漏刻的現象發生，通常若想要進行大於400微米的刻蝕則需要更換設備，以此使得製程時間延長，成本提高，難以滿足不同規格矽片S的連續生產。
為了針對具有切口的矽片進行均勻地邊緣刻蝕，同時對刻蝕邊緣的刻蝕寬度進行任意調節避免在切口N出現漏刻的問題，減少因為吸盤大面積吸附矽片導致矽片表面產生接觸損傷，本發明實施例提出使用一種針對具有切口的矽片的邊緣刻蝕裝置10以對具有切口的矽片的邊緣進行均勻刻蝕，避免切口漏刻現象的出現影響外延層單晶生長的品質，基於此，參見圖2，其示出了本發明實施提供的一種刻蝕裝置10，刻蝕裝置10通過噴頭4對矽片S邊緣噴灑刻蝕液，同時通過對矽片S邊緣上的每一點在該外周緣上的位置的感測以調節噴頭4的刻蝕移動路徑，使得具有切口N的矽片S邊緣獲得均勻的刻蝕效果，從而提高外延層單晶生長的品質。
如圖2和圖3所示，刻蝕裝置10的主要組成模組包括：第一驅動器1，該第一驅動器1用於使矽片S繞中心軸線轉動，該第一驅動器1通過真空吸附或者膠黏的方式使得矽片S以矽片S的中心軸線與第一驅動器1的中心軸線重合的方式連接從而將矽片S固定在第一驅動器1上，第一驅動器1優選為吸盤，通過電機或馬達驅動第一驅動器1繞自身中心軸線旋轉，繼而帶動固定至第一驅動器1上的矽片S繞矽片S自身的中心軸線旋轉，矽片S通過旋轉使得矽片S的整個外周
緣能夠經過刻蝕裝置10，實現對外邊緣上的每一點進行刻蝕加工；感測器3，該感測器3用於感測該矽片S的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置，該感測器3安裝在刻蝕裝置10的底部，用於通過距離感測器或者距離感應器感測該矽片S的外周緣上的每一個點的位置，矽片S通過旋轉使得外周緣上的每一個點依次經過感測器3的感測區域，從而獲得每一個點的位置為後續刻蝕裝置10的刻蝕過程提供路徑規劃的基礎資訊，具體的，該矽片S除了圓形周緣之外，在外周緣上還具有朝向圓心的扇形切口N，該感測器3具體作用為感測待刻蝕的矽片S外周緣上的點位於連續的圓形周緣或者是切口周緣；噴頭4，該噴頭4用於噴射刻蝕液，該噴頭4沿垂直於該矽片S的外周緣的方向具有長度L的長邊的噴射口，使得通過噴頭4噴射至矽片S表面的刻蝕液的有效長度L，噴頭4持續地以刻蝕液噴灑至矽片S上的區域為固定形狀的方式向矽片S噴射刻蝕液，從而實現對矽片S邊緣的均勻刻蝕；第二驅動器2，該第二驅動器2用於根據該感測器3感測到的位置資訊使該噴頭4在該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該噴頭4與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片S的邊緣處，其中，該第二驅動器2根據該感測器3所感測到的該矽片S的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置，計算出噴頭4所要噴灑刻蝕液的範圍，從而驅動噴頭4以其長邊與該圓形周緣上的點垂直的方式噴灑刻蝕液或者驅動噴頭4發生旋轉、移動使得噴頭4的長邊與該切口邊緣上的點始終垂直的方式噴灑刻蝕液，具體地，當該感測器3捕獲到的矽片S邊緣上的點位於圓形周緣時，該噴頭4保持靜止，即該噴頭4的長邊垂直於圓形周緣的點，其長邊與經過該點的半徑重合，當該感測器3捕獲到的矽片S邊緣上的點位於切口周緣時，第二驅動器2驅動該噴頭4發生旋轉並沿著切口N邊緣移動，在噴頭4沿著切口N移動的過程中，噴射至矽片S表面的刻蝕液始終與切口周緣垂直，在
整個刻蝕過程中，噴頭4能夠將刻蝕液噴射至矽片S的底部，即噴頭4噴射的刻蝕液完全地噴灑至矽片S表面，最終刻蝕效果為長度與噴頭4的長度L的長邊相等的刻蝕寬度。
優選地，該第一驅動器1垂直地保持該矽片S，當矽片S繞自身軸線旋轉時，噴灑至矽片S表面的刻蝕液在矽片S旋轉產生的離心力的作用下沿矽片S半徑遠離矽片S圓心被甩離矽片S表面，通過上述構型能夠保證刻蝕液有效地噴灑至待刻蝕區域而不會發生過刻蝕現象。
通過上述刻蝕裝置10，使用第一驅動器1垂直地保持矽片S繞自身中心軸線旋轉，使用噴頭4以與矽片S的外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式將刻蝕液噴射至矽片S邊緣處的待刻蝕表面，其中，刻蝕液能夠被噴射至矽片S的底部，使用感測器3感測矽片S的外周緣上的點的位置以通過第二驅動器2驅動上述噴頭4進行第一移動，參見圖4，其示出了通過該裝置對矽片S進行刻蝕的最終效果，得到刻蝕寬為長度L的刻蝕區域。具體地，當感測器3感測到矽片S圓形周緣上的點時，噴頭4保持靜止向矽片S噴射刻蝕液，噴頭4的長邊垂直於圓形周緣，在矽片S旋轉的過程中，噴射至矽片S外周緣的刻蝕液形成與矽片S同心的圓環，該圓環的寬為長度L；當感測器3感測到矽片S切口邊緣上的點時，第二驅動器2驅動噴頭4旋轉使得噴頭4的長邊垂直於切口邊緣，同時驅動噴頭4沿著切口N的邊緣移動，對垂直於切口邊緣的距離為長度L範圍內的矽片區域進行刻蝕。
在另一實施例中，為了擴展刻蝕裝置10的通用性，即滿足對矽片的刻蝕具有不同的刻蝕寬度需求的製程，該噴頭4將刻蝕液噴射至該矽片S的主表面的邊緣，上述第二驅動器2還用於使該噴頭4進行第二移動以使被刻蝕的邊緣的寬度發生變化，其中，該第二移動為往復運動，以使得噴射至矽片S的刻蝕
液的覆蓋寬度可以小於所需要的刻蝕寬度。為了通過上述刻蝕裝置10實現在矽片S邊緣上的刻蝕不同的寬度，第二驅動器2驅動噴頭4沿著長度L的方向做往復運動，具體地，當矽片S邊緣的待刻蝕為寬度K時，噴頭4的長邊為長度L，其中長度L小於寬度K，通過第二驅動器2驅動噴頭4做為距離K-L的往復運動以實現為寬度K的刻蝕需求。
在通過上述實施例所公開的刻蝕裝置對具有切口N的矽片S的邊緣進行刻蝕時，第一驅動器1垂直地保持矽片S繞自身中心軸線旋轉，噴頭4以與矽片S的外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式將刻蝕液噴射至矽片S邊緣處的待刻蝕表面，其中，刻蝕液能夠被噴射至矽片S的底部，感測器3感測矽片S的外周緣上的每一點的位置以通過第二驅動器2驅動上述噴頭4進行第一移動和第二移動，其中矽片S邊緣待刻蝕為寬度K。參見圖5，其示出了通過該裝置對矽片S進行刻蝕的最終效果，其中距離K-L為噴頭4往復運動的移動距離。具體地，當感測器3感測到矽片S圓形周緣上的點時，第二驅動器2驅動噴頭4做第二移動，噴頭4以沿著長度L的方向做為距離K-L往復運動的方式向矽片S噴射刻蝕液，噴頭4的長邊垂直於圓形周緣，在矽片S旋轉的過程中，噴射至矽片S外周緣的刻蝕液形成與矽片S同心的圓環，該圓環的寬度K；當感測器3感測到矽片S切口邊緣上的點時，第二驅動器2驅動噴頭4旋轉使得噴頭4的長邊垂直於切口邊緣同時噴頭4以沿著長度L的方向做為距離K-L往復運動的方式向矽片S噴射刻蝕液，噴頭4沿著切口N的直邊移動，對垂直於切口邊緣的距離為寬度K範圍內的矽片區域進行刻蝕。
在另一實施例中，該刻蝕裝置10還包括吹掃模組，該吹掃模組包括多個用於向下吹掃噴射至該矽片的該刻蝕液的噴口。通過吹掃模組向矽片表
面噴射保護氣體以保證經過噴頭4噴射至矽片S表面的刻蝕液的形狀，其中，吹掃模組的噴口圍繞噴頭4佈置，即經由噴口噴射的保護氣體圍繞在刻蝕液的射束四周使得噴射至矽片S表面的刻蝕液不會飛濺到矽片S表面不期望的位置，從而發生過刻蝕或其他刻蝕缺陷。整個刻蝕過程中為了防止過刻蝕的發生，吹掃模組經配置為跟隨噴頭4一起移動。
通過上述刻蝕裝置，通過感測器感測矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置，使用第二驅動器驅動噴頭做第一移動和第二移動，經過噴頭對矽片的外周緣完成不同刻蝕寬度的刻蝕製程。
參見圖6，其示出了本發明實施例提供的一種用於矽片邊緣刻蝕的方法，該方法適用於圖2所示的刻蝕裝置10，該刻蝕方法包括以下步驟：S601：垂直地設置矽片，使該矽片繞中心軸線轉動；S602：感測該矽片的外周緣中的每一點在該矽片的外周緣上的位置；S603：噴射刻蝕液；S604：根據感測到的位置使該刻蝕液的射束在該矽片地該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該射束與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處；S605：向下吹掃噴射至該矽片的刻蝕液。
為了增強設備面對具有不同刻蝕寬度需求的通用性，使得該刻蝕裝置能夠實現不同寬度的刻蝕，本發明還提出：該刻蝕液被噴射至該矽片的主表面的邊緣，該方法還包括使該射束在該矽片上進行第二移動以使被刻蝕的邊緣的寬度發生變化，該第二移動為垂直於該外周緣往復運動。
因此，本發明提供了一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置和方法，通過感測器感測該矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置，控制噴頭做出相應的移動，通過不同的噴頭移動路徑實現對邊緣具有切口的矽片的邊緣刻蝕，解決了邊緣刻蝕不均勻以及刻蝕寬度不能夠任意調節的技術問題，同時通過吹掃模組以及將矽片垂直地設置產生的離心力避免了過刻蝕現象的發生，相比較於相關技術還減少了對矽片表面的損傷。
需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
1:第一驅動器
2:第二驅動器
3:感測器
4:噴頭
10:刻蝕裝置
S:矽片
Claims (9)
- 一種用於矽片邊緣刻蝕的裝置，該矽片邊緣具有切口，該用於矽片邊緣刻蝕的裝置包括：第一驅動器，該第一驅動器用於使矽片繞中心軸線轉動；感測器，該感測器用於感測該矽片的外周緣中的每一點在該外周緣上的位置；噴頭，該噴頭用於噴射刻蝕液；第二驅動器，該第二驅動器用於根據該感測器感測到的位置使該噴頭在該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該噴頭與該矽片的外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處；該矽片垂直地設置，該噴頭將該刻蝕液噴射至該矽片的底部。
- 如請求項1所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，其中，該噴頭將刻蝕液噴射至該矽片的主表面的邊緣，該第二驅動器還用於使該噴頭進行第二移動以使被刻蝕的邊緣的寬度發生變化。
- 如請求項2所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，其中，該第二移動為垂直於該外周緣的往復運動，以使得該噴頭的長度能夠小於所需要的刻蝕寬度。
- 如請求項1所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，其中，該第一驅動器包括吸盤，該吸盤通過膠黏或真空吸附的方式與該矽片連結使該矽片繞中心軸線轉動。
- 如請求項1所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，該裝置還包括吹掃模 組，該吹掃模組包括多個用於向下吹掃噴射至該矽片的該刻蝕液的噴口。
- 如請求項5所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，其中，該噴口經設置成以垂直於該矽片表面的方式向該矽片噴射氮氣或惰性氣體。
- 如請求項5所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，其中，該吹掃模組跟隨該噴頭一起移動。
- 一種用於矽片邊緣刻蝕的方法，該方法應用於根據如請求項1至7中任一項所述之用於矽片邊緣刻蝕的裝置，該方法包括：垂直地設置矽片，使該矽片繞中心軸線轉動；感測該矽片的外周緣中的每一點在該矽片的外周緣上的位置；噴射刻蝕液；根據感測到的位置使該刻蝕液的射束在該矽片的該邊緣上進行第一移動，以使該刻蝕液以該射束與該外周緣之間的徑向間距保持恆定的方式噴射至該矽片的邊緣處；向下吹掃噴射至該矽片的該刻蝕液。
- 如請求項8所述之用於矽片邊緣刻蝕的方法，其中，該刻蝕液被噴射至該矽片的主表面的邊緣，該方法還包括使該射束在該矽片上進行第二移動以使被刻蝕的邊緣的寬度發生變化，該第二移動為垂直於該外周緣往復運動。
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