一种晶圆片处理装置及其送气装置、晶圆片处理方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆片处理装置及其送气装置、晶圆片处理方法。


背景技术：

2.随着晶圆尺寸的增大和元件尺寸的减小，蚀刻均匀性变得越来越重要。
3.湿法蚀刻是半导体行业中的一项重要工艺。如图1和图2所示，图1示出了一种现有单晶片生产设备的结构示意图；图2示出了图1所示的单晶片生产设备的另一方向的示意图。该单晶片生产设备包括可转动的卡盘100，用于将晶圆片200固定在卡盘100的卡盘销300，通过摆动以用于利用喷嘴对晶圆片200正面喷射蚀刻液体500的喷洒器600，用于输送气体以避免晶圆片200背面润湿的气体通道400。
4.如图2所示，在湿法蚀刻过程中，喷嘴的位置影响蚀刻均匀性，而采用可移动喷嘴可改善蚀刻均匀性。但是当喷嘴移动到晶圆片200边缘时，可能会导致蚀刻液体500的膜层破裂，而蚀刻液体500的膜层的破裂会导致晶圆片200颗粒变差。而当喷嘴从晶圆片200外部向晶圆片200移动时，晶圆片200边缘会导致喷嘴所喷洒的蚀刻液体500溅到卡盘100外部的腔壁上并返回到晶圆片200上，从而造成缺陷，影响性能。
5.另外，温度对刻蚀速率有很大的影响。现有技术中，有研究人员采用晶圆片200背面的led光控制对晶圆片200的加热均匀性。然而，光会对金属产生光腐蚀效应。还有研究人员采用加热板对晶圆片200进行区域流体加热，但加热板容易对晶圆片200正面造成缺陷。


技术实现要素：

6.本发明针对上述技术问题，提出一种晶圆片处理装置及其送气装置、晶圆片处理方法。
7.本发明所提出的技术方案如下：
8.本发明提出了一种送气装置，包括：
9.卡盘，该卡盘内部形成有多个气体通道，每个气体通道在卡盘顶面形成有气孔；
10.多个柱脚；所述多个柱脚分别安装在卡盘上，用于配合将晶圆片安装在卡盘上，并使晶圆片与卡盘顶面之间形成间隙；
11.气源，通过多个管道分别与对应的气体通道连接，用于向气体通道供应气体并通过气体通道引导气体向晶圆片底面输出；
12.流量控制器，与管道一一对应，并安装在对应的管道上，用于控制气源向气体通道供应气体的流量；
13.温度控制器，与管道一一对应，并安装在对应的管道上，用于控制气源向气体通道供应气体的温度。
14.本发明还提出了一种晶圆片处理装置，包括：
15.如上所述的送气装置；
16.喷嘴单元，位于晶圆片中部的正上方，用于向晶圆片顶面喷洒蚀刻液体。
17.本发明上述晶圆片处理装置中，还包括设置在卡盘上的一个或多个温度传感器。
18.本发明上述晶圆片处理装置中，温度传感器分别与流量控制器和温度控制器电性连接，流量控制器用于根据温度传感器所探测的温度调整气体的流量，温度控制器用于根据温度传感器所探测的温度调整气体的温度。
19.本发明上述晶圆片处理装置中，所述多个柱脚用于配合将晶圆片可相对转动或相对静止地安装在卡盘上。
20.本发明上述晶圆片处理装置中，所述多个柱脚用于配合转动晶圆片。
21.本发明上述晶圆片处理装置中，气体选择氮气或惰性气体；其中，惰性气体例选择he、xe、ne、ar、kr、rn或og。
22.本发明上述晶圆片处理装置中，气体的温度控制在-50℃-200℃之间，每个气孔的气体流量控制在0sccm-50000sccm。
23.本发明还提出了一种晶圆片处理方法，包括以下步骤：
24.步骤s1、通过多个柱脚将晶圆片安装在卡盘上，并使晶圆片与卡盘顶面之间形成间隙；
25.步骤s2、采用喷嘴单元，向晶圆片顶面喷洒蚀刻液体；通过多个气体通道，在卡盘顶面的不同位置引导气体向晶圆片底面输出，从而控制晶圆片的温度分布。
26.本发明上述晶圆片处理方法中，步骤s2还包括：
27.采用一个或多个温度传感器感应晶圆片的温度；再根据所感应到的晶圆片的温度控制调节在不同位置向晶圆片底面输出的气体的温度和/或流量，从而调节晶圆片的温度分布。
28.本发明的晶圆片处理装置及其送气装置、晶圆片处理方法通过控制气体控制晶圆片的温度分布，使得蚀刻均匀性较好，同时无副作用。本发明的晶圆片处理装置及其送气装置、晶圆片处理方法设计新颖，实用性强。
附图说明
29.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
30.图1示出了一种现有单晶片生产设备的结构示意图；
31.图2示出了图1所示的单晶片生产设备的另一方向的示意图；
32.图3示出了本发明优选实施例的送气装置的结构示意图；
33.图4示出了图3所示的送气装置的卡盘的结构示意图；
34.图5示出了一种平板与流体间热对流的复合模型的结构示意图；
35.图6示出了图3所示的送气装置的一种使用状态参考图；
36.图7示出了图3所示的送气装置的另一种使用状态参考图；
37.图8示出了本发明优选实施例的晶圆片处理装置的结构示意图。
具体实施方式
38.为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
39.如图3-图4所示，图3示出了本发明优选实施例的送气装置的结构示意图，图4示出了图3所示的送气装置的卡盘的结构示意图。送气装置包括：
40.卡盘10，该卡盘10内部形成有多个气体通道11，每个气体通道11在卡盘10顶面形成有气孔12；
41.多个柱脚20；所述多个柱脚20分别安装在卡盘10上，用于配合将晶圆片200安装在卡盘10上，并使晶圆片200与卡盘10顶面之间形成间隙；
42.气源30，通过多个管道40分别与对应气体通道11连接，用于向气体通道11供应气体并通过气体通道11引导气体向晶圆片200底面输出；
43.流量控制器50，与管道40一一对应，并安装在对应管道40上，用于控制气源30向气体通道11供应气体的流量；
44.温度控制器60，与管道40一一对应，并安装在对应管道40上，用于控制气源30向气体通道11供应气体的温度。
45.在热力学和力学中，传热系数、薄膜系数或薄膜效率是热流的热通量和热力学驱动力(即温度差，δt)之间的比例常数。
46.如图5所示，图5示出了一种平板与流体间热对流的复合模型的结构示意图。此时，传热速率q为：
47.q＝ha(t
f-tw)
48.其中，a表示发生传热的表面积，m2；
49.tw表示固体表面的温度，k；
50.tf表示固体表面的周围流体的温度，k；
51.h表示固体表面和周围流体之间的传热系数；
52.复合模型的总传热率通常用总传热系数表示。传热系数h通常定义为：
53.h＝q/δt
54.其中，
55.q表示热通量，w/m2；q＝dq/qa；
56.h表示传热系数，w/(m2k)；
57.δt表示固体表面和其周围流体之间的温度差，k。
58.在复合模型中，采用不同的气体会影响传热效率，而不同流速的同种气体也会影响传热效率。
59.在本发明中，卡盘10为可转动卡盘。若气孔12静止，而通过多个柱脚20驱动晶圆片200转动。刻蚀速率可由区域控制，如图6所示。若多个柱脚20控制晶圆片200与卡盘相对静止，刻蚀速率可通过气孔实现现场或区域控制，如图7所示。
60.进一步地，如图8所示，本发明还提出了一种晶圆片处理装置，包括：
61.所述送气装置；
62.喷嘴单元70，位于晶圆片200中部的正上方，用于向晶圆片200顶面喷洒蚀刻液体500。
63.在上述技术方案中，喷嘴单元70通过喷洒蚀刻液体500，从而对晶圆片200进行蚀刻。而卡盘10通过位于晶圆片200下方的气孔12引导气体向晶圆片200底面输出，从而控制晶圆片200的温度分布。
64.进一步地，晶圆片处理装置还包括设置在卡盘10上的一个或多个温度传感器80。优选地，在本实施例中，温度传感器80设置在气孔12旁，通过该一个或多个温度传感器80感知晶圆片上的温度，可以用于控制从气孔12输出的气体，从而调整晶圆片200的温度分布。
65.进一步地，在本实施例中，温度传感器80分别与流量控制器50和温度控制器60电性连接，流量控制器50用于根据温度传感器80所探测的温度调整气体的流量，温度控制器60用于根据温度传感器80所探测的温度调整气体的温度。
66.优选地，在本发明中，多个柱脚20可用于配合将晶圆片200可相对转动或相对静止地安装在卡盘10上，或者多个柱脚20可用于配合转动晶圆片200。当晶圆片200旋转时，卡盘10可保持固定不动。
67.进一步地，气体可选择氮气或惰性气体。惰性气体例如可以选择he、xe、ne、ar、kr、rn、og等。
68.进一步地，气体的温度控制在-50℃-200℃之间。每个气孔的气体流量控制在0sccm-50000sccm。
69.在以往相关技术中，有的喷嘴被限定在晶圆片中心的正上方，这会导致晶圆片中心被蚀刻过高，无法保证蚀刻均匀性。而有的采用可摆动喷嘴，可改善蚀刻均匀性，但改善有限，且存在缺陷风险。而在本发明中，通过控制气体控制晶圆片的温度分布，使得蚀刻均匀性较好，同时无副作用。
70.相对应地，本发明还提出了一种晶圆片处理方法，包括以下步骤：
71.步骤s1、通过多个柱脚20将晶圆片200安装在卡盘10上，并使晶圆片200与卡盘10顶面之间形成间隙；
72.步骤s2、采用喷嘴单元70，向晶圆片200顶面喷洒蚀刻液体500；通过多个气体通道11，在卡盘10顶面的不同位置引导气体向晶圆片200底面输出，从而控制晶圆片200的温度分布。
73.具体地，步骤s2还包括：
74.采用一个或多个温度传感器80感应晶圆片200的温度；再根据所感应到的晶圆片200的温度控制调节在不同位置向晶圆片200底面输出的气体的温度和/或流量，从而调节晶圆片200的温度分布。
75.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。