带有自清洗功能的半导体处理装置的制造方法_2

文档序号:9766867阅读:来源:国知局
顶部的一侧,在整个工艺过程中并不发生移动。喷射板102所使用的集束喷嘴201为压缩式喷嘴,喷出的液体为一条细长的小圆柱状,圆柱的直径约2mm左右。
[0045]工作室101内设置有用于承载和固定晶圆的晶圆载台104,该晶圆载台104能够带动基板一起旋转,但不能也无需在水平方向移动。多个集束喷嘴201规则地以n*n的形式阵列排布于喷射板102的板面上,直下式地将光刻胶涂覆至晶圆表面。喷射板102覆盖了位于其下方的半个晶圆,通过晶圆载台104的旋转,即可源源不断地将光刻胶涂布至整个晶圆表面。
[0046]该实施例中的半导体处理装置,其作为发射端口的喷射板102固定在工作室101内的顶部,而夹持晶圆的晶圆载台104仅能够带动晶圆旋转,而不能水平移动。虽然喷射板102和晶圆载台104均没有发生相对的水平运动,但仍然能够完成将光刻胶均匀地涂满晶圆整个表面的任务,很好的解决了晶圆的处理过程中的均匀性问题和全局性问题。采用这种喷射板102和晶圆载台104不发生相对水平位移的设计,不仅能够简化控制程序,无需操控喷射板102和晶圆载台104的运动模式,而且大幅度减省该处理装置的体积和占地面积,因为如果喷射板102和晶圆载台104需要运动的话,必然需要拓宽该处理装置内部的空间,留出供喷射板102或晶圆载台104运动的区域。额外地,从节能减排的角度讲,该装置通过合理的设计,无需使喷射板102和晶圆载台104发生相对水平位移,即可实现对晶圆均匀、全局地处理,使处理装置消耗的能量有所下降,达到了一劳永逸的效果。
[0047]由于半导体工艺中,工艺处理所使用的药液,通常来讲是有机溶剂,而这些有机溶剂在反应过程中并不会被全部消耗掉,所以该实施例中的半导体处理装置在工艺完成后,必然会在工作室101内残留许多剩余的光刻胶。这些光刻胶本身通常会具有一定的粘滞性,加之晶圆载台104的旋转,容易使残留的光刻胶甩至工作室101的内壁并紧紧的贴附,难以除去。还有一部分光刻胶,会由于有机溶剂的挥发性缘故,以气相的形态充斥在工作室101内,对未来涂胶工艺的顺利进行造成影响。因此,在对晶圆加工处理完成后,有必要想办法将残留的有机溶剂处理干净,排出工作室101,而这对于一般的处理装置来说,通常是非常困难的。
[0048]而面对这一问题,该实施例给出的解决方案是为涂胶设备增加了一条清洗管路103,在涂敷工艺完成后由清洗管路103向涂胶设备的工作室101内通入清洗药剂,清洗药剂中的氧化剂成分与残留的有机溶剂发生反应,最终转化为二氧化碳和水,由处理装置的排放系统一并排放至外界。整个排放系统主要由排放口 110、APC装置107以及气泵108组成。
[0049]具体到上述的第一实施例,清洗管路103中所通的清洗药剂为氧气和氩气的混合气体。为了达到强氧化剂的目的,有必要在该清洗药剂进入工作室101之前,首先对清洗药剂进行等离子处理,使作为氧化剂成分的氧气分子转化为氧化性更强的氧气的等离子态。所以,在图1中可以看到,清洗管路103和工作室101之间加装了一台离子发生器,这个离子发生器是通过射频的方式激发离子态的,所以是一台射频离子发生器105,射频离子发生器105的功率可以人为调节,从而有助于工作人员控制反应的进程和速率。清洗过程中光刻胶与强氧化剂的反应机理可以用如下的方程式进行表示:
[0050]氧气分子在激活能量的作用下产生含有活性氧原子的等离子:
[0051]O2 = 20+e
[0052]之后是这些活性氧原子与光刻胶发生反应生成二氧化碳和水
[0053]0+0rganic (PR) = C02+H20, PR 是光刻胶(Photo Resist)的缩写。
[0054]由于等离子状态下的粒子通常需要真空环境才能更好的保持,也为了使涂胶过程更加顺畅,该涂胶设备在工艺开始之前最好首先将工作室101内抽至真空,此处所指真空指在给定空间内低于一个大气压力且满足涂胶工艺顺利进行的状态。涂胶和清洗过程中,温度和压强对反应的速率会有所影响,所以在工作室101的各个侧壁都安装有加热器106对室内进行加热。同时,工作室101内还安装了作为压力控制系统的APC装置107,APC装置107检测工作室101内的压强,并连接位于APC装置末端的气泵108,通过控制气泵108来调节工作室101内的压强,或将工作室101抽至真空。
[0055]在清洗过程中,将工作室101内的温度和压强控制在下述条件之下,有利于氧化剂与残留的光刻胶反应地更为充分,室内环境条件例如可以是:工作室101内的压力值控制在500mtorr到10torr之间;工作室101和晶圆载台104的温度在25度到150度之间;清洗管路103内氧气的流量在5sccm到100sccm之间。
[0056]图3-4展示的是本发明第二实施例中的处理装置以及该实施例所使用的喷嘴的示意图。该半导体处理装置相比于第一实施例省去了离子发生器。第二实施例中的处理装置同样包括工作室301、发射端口以及晶圆载台304等装置。其所使用的发射端口,更具体地说是一种线形喷嘴302,该线形喷嘴302采用超声波方式激发,能够在一定范围内聚拢。该线形喷嘴302的喷射孔401紧密地、间隔地沿着线形喷嘴302的径向排布,如图4中(a)图所示的,即为该线形喷嘴302的仰视图。由于线形喷嘴302本身呈一细长的条形,加上其自身的聚拢效应,所以其喷出的液体的横截面也呈一体均匀性良好的线段,如图4中(b)图所示。为了能够全局性的处理晶圆,该线形喷嘴302的长度需要略长于待处理晶圆的半径,并且该线形喷嘴302的一端应该正好位于晶圆圆心的正上方。这样,通过晶圆载台304的旋转作用,即可将有机溶剂均匀涂布与晶圆表面。当然地,如果将两个这样的线形喷嘴302拼接在一起,或者使该线形喷嘴302的长度略长于晶圆的直径,也能实现晶圆的全局涂敷,但这样设计不是很经济。
[0057]该实施例中的晶圆载台304仅带动基板一起旋转,而不会在水平方向发生平移;与此相同地,线形喷嘴302也不需要运动。
[0058]而第二实施例中之所以能够省去离子发生器,是因为清洗管路303内通入的清洗药剂有所不同。该实施例中所使用的清洗药剂为O3和5匕。其中O3是清洗药剂的强氧化剂成分,能够与残留的有机溶剂反应;而SF6则是清洗药剂中的惰性成分,相当于第一实施例所用清洗药剂中氩气。而O2和SF6在某些情况下能够发生反应,生成有毒气体,所以通常不会相互混合一起构成涂胶设备中的清洗药剂。O3自身的氧化性非常强,且具有很高的活性,所以已经足以直接与光刻胶发生反应,所以无需再进行等离子处理,从而省去了离子发生器。其与光刻胶反应后的产物同样为二氧化碳和水,通过排放系统排放至外界。整个排放系统主要由排放口 309、APC装置306以及气泵307组成。
[0059]第二实施例中半导体处理装置同样具有加热器305、APC装置306和气泵307,光刻胶通过输运308输送至线形喷嘴302。在工艺开始之前,同样地,最好是将工作室301内抽至真空状态。
[0060]图5-图11是本发明为了实现对晶圆处理的均匀性以及全局性在不同实施例中所使用到的喷嘴的示意图,以及相应喷嘴喷出液体的横截面的示意图。
[0061]图5中(a)图展示了一种长条形的喷射杆501,在喷射杆501的下侧安装了若干个集束型喷嘴502,(b)图为(a)中的喷射杆501及集束型喷嘴502的仰视图。多个集束型喷嘴502离散的排布在沿着喷射杆501的直线上,每个集束型喷嘴502向下喷出一定的液柱,最终构成如图5中(c)图所示的长条形的液面范围。整个喷射杆501的长度略长于晶圆的直径,喷射杆501的中心对准晶圆的中心,固定于工作室的顶部,晶圆载台带动晶圆旋转,喷射杆501即可将相应的药液均匀地布满整个晶圆。
[0062]图6中展示的是两种扇形喷嘴。其中图6中的(a)-(c)展示的是第一种扇形喷嘴601a。扇形喷嘴601a具有一个扇形喷头602a,扇形喷嘴601a具有扩散效应,能够将液体以扇形喷头602a的形状扩散式的、且均匀地喷洒出去,其喷出液体的横截面也呈扇形,横截面所呈扇形的半径与待处理晶圆的半径相当,且横截面所成扇形相似于扇形喷头602a的扇形形状。本领
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