一种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置和方法

文档序号:9418981阅读:368来源:国知局
一种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路加工清洗设备领域,更具体地,涉及一种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置和方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路的制造工艺过程中,半导体晶圆通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物产生的重要场所。为了保持晶圆表面的清洁状态,消除在各个工艺步骤中沉积在晶圆表面的沾污物,必须对经受了每道工艺步骤后的晶圆表面进行清洗处理。因此,清洗工艺成为集成电路制作过程中最普遍的工艺步骤,其目的在于有效地控制各步骤的沾污水平,以实现各工艺步骤的目标。
[0003]在湿法腐蚀和湿法清洗工艺过程中,会用到大量的化学药液,利用化学药液的腐蚀特性,实现去除特定材料或者去除污染物的目的。在单片湿法设备上,是利用喷淋臂结构喷射化学药液至旋转的晶圆表面,实现腐蚀或清洗的目的。
[0004]然而,由于晶圆旋转时有径向的线速度差异,晶圆中心的线速度较低,导致产生清洗药液液膜较厚、药液滞留时间也相对较长的现象。这种情况容易造成晶圆中心的腐蚀速率大于晶圆边缘,使腐蚀后的晶圆表面形成中心凹陷的锅状,腐蚀均一性较差,如图1所不O
[0005]晶圆表面的不均匀腐蚀,会直接影响后续工艺的质量,从而导致集成电路芯片的性能变差,产品合格率下降。因此,解决晶圆腐蚀非均匀性的问题,就成为本领域技术人员亟待解决的课题。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置和方法,以解决清洗时晶圆中心腐蚀速率大于晶圆边缘的腐蚀均一性较差的问题。
[0007]为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0008]—种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置,包括:
[0009]温度监测单元,用于对单片湿法设备中作水平旋转清洗的晶圆表面进行温度监测,并将温度监测数据发送至温度扫描结果处理单元;
[0010]脉冲激光加热单元,用于提供垂直并覆盖晶圆整个表面的脉冲激光光束,对晶圆表面进行加热,其脉冲激光光束能量及在脉冲激光光束水平截面内的能量分布可调;
[0011]温度扫描结果处理单元,将接收的温度监测数据转化成晶圆表面的实际温度场分布,并与储存的对应工艺所需的理论温度场分布进行比对,判断是否满足工艺所需条件,当不满足时,控制调节脉冲激光加热单元的脉冲激光光束能量在光束水平截面内的对应能量分布高低,使经过其加热后的晶圆表面实际温度场分布与工艺所需的理论温度场分布相吻入口 O
[0012]优选地,所述温度监测单元设有计时器,所述计时器用于将从当前晶圆表面温度监测开始后的时间长度与温度监测单元设定的晶圆表面温度监测间隔时间进行比较,并在当监测开始后的时间长度大于或等于设定的监测间隔时间时,触发温度监测单元作新一次的晶圆表面温度监测,同时计时器清零,重新开始计时。
[0013]优选地,所述温度监测单元设于晶圆的上方或斜上方,其探测面积覆盖整个晶圆表面。
[0014]优选地,所述温度监测单元为一个温度传感器或多个温度传感器的组合,其通过对晶圆表面进行温度扫描,以对晶圆表面进行温度监测,并将温度监测数据发送至温度扫描结果处理单元。
[0015]优选地,所述脉冲激光加热单元包括依次耦合的脉冲激光器、激光脉冲整形器和激光扩束镜,所述脉冲激光器用于产生脉冲激光光束,其脉冲激光光束的能量可调;所述激光脉冲整形器用于调整脉冲激光光束能量在脉冲激光光束截面内的能量分布,使其与工艺所需的理论温度场分布相吻合;所述激光扩束镜用于将脉冲激光光束进行与晶圆直径相吻合的扩束,同时减少激光光束的发射角。
[0016]优选地,所述脉冲激光器、激光脉冲整形器和激光扩束镜之间设有反射镜,用于将脉冲激光器产生的脉冲激光光束引导至晶圆的正上方,并垂直射向晶圆表面。
[0017]优选地,所述脉冲激光器所产生的脉冲激光波长位于晶圆材料的吸收峰范围内。
[0018]优选地,所述激光扩束镜设于晶圆的正上方。
[0019]优选地,所述激光扩束镜在晶圆的正上方依次设置一至若干个,用于进行一级扩束至多级扩束。
[0020]一种改善晶圆腐蚀非均匀性的方法,使用上述的改善晶圆腐蚀非均匀性的装置,包括以下步骤:
[0021]S1:将晶圆通过固定装置放置在单片湿法设备内的旋转体上,开始清洗工艺,并设定脉冲激光加热单元的脉冲激光工作波长;
[0022]S2:通过温度监测单元扫描晶圆表面温度分布情况,并将计时器从零开始计时;
[0023]S3:通过温度监测单元将晶圆表面温度分布扫描结果发送至温度扫描结果处理单元;
[0024]S4:温度扫描结果处理单元接收到晶圆表面温度分布扫描结果后,与计算机程序内预存的对应于当前工艺所需要的温度场分布进行对比,判断是否满足工艺所需条件,若二者偏差小于等于阈值,则下发命令开始工艺,执行步骤S10,若二者偏差大于阈值,则执行步骤S5 ;
[0025]S5:温度扫描结果处理单元下发指令至脉冲激光加热单元,开始脉冲激光输出,并根据步骤S4中对比结果偏差大于阈值的大小设定合适的脉冲激光功率;
[0026]S6:根据步骤S4的扫描结果以及对比结果,通过脉冲激光加热单元相对应地调整脉冲激光能量在脉冲激光光束截面上的能量分布,对脉冲激光进行整形,以在通过脉冲激光加热单元进行扩束后,使步骤S4的对比结果偏差较大的区域对应较高的脉冲激光能量、对比结果偏差较小的区域对应较低的脉冲激光能量;
[0027]S7:将经过整形后的脉冲激光光束经过脉冲激光加热单元进行扩束,使脉冲激光光束可以覆盖整个晶圆表面范围,并且保证此时脉冲激光能量高的区域与步骤S4中对比结果偏差较大的区域相对应,脉冲激光能量低的区域与步骤S4中对比结果偏差较小的区域相对应;
[0028]S8:利用脉冲激光垂直照射晶圆表面,对晶圆表面温度进行调整,使晶圆可在不同区域吸收不同能量的脉冲激光,获得不同幅度的温度上升,以使晶圆表面的实际温度场分布发生变化;
[0029]S9:检测温度监测单元当前记录的计时时间,若该时间大于或等于温度监测单元设定的晶圆扫描时间间隔,执行步骤S2,若该时间小于温度监测单元设定的晶圆扫描时间间隔,执行步骤S9;
[0030]SlO:开始工艺过程,并由程序判断当前脉冲激光加热单元的状态,如果脉冲激光加热单元当前处于开启状态,则下发命令关闭脉冲激光加热单元;
[0031]Sll:检测温度监测单元当前记录的计时时间,若该时间大于或等于温度监测单元设定的晶圆扫描时间间隔,继续判断当前工艺是否已经结束,若已经结束,执行步骤S12,若当前工艺未结束,执行步骤S2;若该时间小于温度监测单元设定的晶圆扫描时间间隔,执行步骤Sll ;
[0032]S12:工艺过程结束。
[0033]优选地,步骤S6中,调整脉冲激光能量在脉冲激光光束截面上的能量分布时,根据扩束前脉冲激光光束的直径、工艺所用晶圆的直径和激光扩束镜与晶圆表面之间的距离进行换算,来得到需要进行脉冲能量调整的区域的准确位置。
[0034]优选地,步骤SlO中,关闭脉冲激光加热单元之后,程序每隔一定时间判断当前工艺是否结束,如果结束,执行步骤S10,如果工艺没有结束,执行步骤S2。
[0035]优选地,步骤SlO开始执行后,如果每隔一定时间间隔,温度扫描结果处理单元接收到的晶圆表面温度分布扫描结果与程序内预存的温度场分布对比结果偏差大于阈值,执行步骤S5,但继续正在进行中的工艺。
[0036]从上述技术方案可以看出,本发明通过利用温度监测单元和温度扫描结果处理单元实时监测晶圆表面温度分布情况,并根据温度扫描结果控制脉冲激光加热单元改变脉冲激光能量在激光光束截面内的分布情况,实现对晶圆表面局部区域的温度调整,从而解决了化学药液膜厚不均匀分布带来的腐蚀非均匀性问题,改善了工艺效果,并提高了芯片质量。
【附图说明】
[0037]图1是现有单片湿法清洗和单片湿法刻蚀工艺过程导致的晶圆非均匀腐蚀现象的剖面结构示意图;
[0038]图2是本发明一较佳实施例的一种改善晶圆腐蚀非均匀性的装置结构示意图;
[0039]图3是本发明的一种改善晶圆腐蚀非均匀性的方法的工作原理流程图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图,对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0041]需要说明的是,在下述的【具体实施
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