一种半导体工艺中制备样品溶液的系统及方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种半导体工艺中制备样品溶液的系统及方法。

背景技术：

1、薄膜和扩散工艺在半导体制程工艺过程中扮演着重要的作用，半导体的很多电学特性都与掺杂的元素浓度有关，为了提高半导体器件的电学性能，通常会在薄膜和扩散工艺中掺杂b、p等元素以提高材料的导电性能，固此对掺杂元素浓度的精准度要求较高。所以在进行例如poly、gesi和bpsg(boron phosphorus silicon glass，bp硅玻璃)等浓度测试时，对样品采集制作和精度要求极高。

技术实现思路

1、根据一些实施例，本技术第一方面提供一种半导体工艺中制备样品溶液的系统，包括：反应腔、气体吹扫装置、排气装置、冲洗装置、翻转装置、升降装置、标准溶液供应装置、标准溶液装载装置和取样装置；

2、所述反应腔分别与所述气体吹扫装置、所述排气装置和所述冲洗装置连接；

3、所述反应腔具有开口，所述开口用于作为传送晶圆的入口和出口；

4、所述标准溶液装载装置设置于所述反应腔的底部，分别与所述标准溶液供应装置和所述取样装置连接，用于接收来自所述标准溶液供应装置的标准溶液，并将制备的样品溶液输出至所述取样装置；

5、所述翻转装置设置于所述反应腔的内部，用于吸附、传送和翻转晶圆；

6、所述升降装置用于接收来自所述翻转装置的晶圆，并调整所述晶圆的高度和/或水平度，通过与所述翻转装置的配合使得所述晶圆的表面与所述标准溶液装载装置中装载的标准溶液接触。

7、申请人在研究中发现，目前半导体厂针对poly、sige和bpsg等的浓度测试都是在开放式制样盒内用真空吸笔吸住晶圆，先将标准溶液均匀的倒在晶圆正面，待正面溶解完全，用pfa(perfluoroalkoxy，可熔性聚四氟乙烯)镊子将晶圆翻面，继续溶解背面，直至溶解完全，再收集溶解后的溶液。前述制样过程中存在如下弊端：

8、①手动制样的过程，可能代入污染因素，致使数据误判。

9、②由于标准溶液中含有高浓度的hf和hno3，在开放式的制样盒内制样，很容易造成标准溶液倾洒和溅射，加上排风不及时，制样后需要人工清洗制样盒，耗时费力，安全性低。

10、③手动制样时间把控不一，腐蚀程度不一致，存在过度腐蚀的风险，且时效性差。

11、本技术的实施例至少具有以下优点：

12、本技术中制样过程在反应腔内部进行，为了保证反应腔内部的洁净度，在样品溶液制备前需要对反应腔内部进行清洁操作，气体吹扫装置可以将洁净气体通入反应腔内部，配合排气装置对反应腔内部进行吹扫操作，确保反应腔内酸性气体排空；冲洗装置可以对反应腔内部进行冲洗操作。制样过程中，标准溶液供应装置可以将标准溶液通入反应腔内部的标准溶液装载装置内；反应腔内部的翻转装置可以自反应腔上的开口将晶圆吸附传送至升降装置，升降装置可以调整晶圆的高度和/或水平度，并使晶圆的表面与标准溶液装载装置中装载的标准溶液接触，以对晶圆的表面进行蚀刻；升降装置还可以通过调整晶圆的高度精准控制蚀刻时间；晶圆的一个表面蚀刻完成后，翻转装置可以将晶圆翻转一定角度，并与升降装置配合对晶圆的其它表面进行蚀刻。制样结束后，标准溶液装载装置中制备的样品溶液可以直接输出至取样装置，进行取样。取样结束后，还可以通过冲洗装置对反应腔内部进行冲洗操作。因此，本技术提供的半导体工艺中制备样品溶液的系统无需人工操作，可以避免代入污染因素，保证数据的准确度；制样过程中承载标准溶液的标准溶液承载装置位于反应腔内部，避免了标准溶液的倾撒和溅撒，同时，排风装置保证了反应腔的排风，制样前后可以自动对反应腔内部进行清洁操作，省时省力，安全性高且便于连续制样；并且，制样过程中升降装置精准控制蚀刻时间，同时通过升降装置调整晶圆的水平度保证晶圆表面蚀刻的均匀性，时效性强。

13、在一些实施例中，所述标准溶液装载装置包括用于装载标准溶液的装载盘，所述装载盘的开口面的尺寸和底面的尺寸满足：晶圆水平设置时，允许所述晶圆朝向所述装载盘的底面的表面均与所述装载盘中装载的标准溶液接触。

14、在一些实施例中，所述翻转装置包括处理器、传感器、传动臂、以及安装于所述传动臂的真空吸笔；

15、所述传感器、所述传动臂以及所述真空吸笔均与所述处理器信号连接；

16、所述传感器用于检测所述晶圆距离所述反应腔的底部表面的高度信息和/或所述晶圆的水平度信息，并将所述高度信息和/或所述水平度信息发送至所述处理器；

17、所述传动臂一端安装于所述反应腔的内壁，另一端与所述真空吸笔球铰；

18、所述真空吸笔用于吸附所述晶圆，并可在所述传动臂的驱动下传送和翻转所述晶圆。

19、在一些实施例中，所述传感器设置在所述反应腔的内壁；或者，

20、所述传感器设置在所述传动臂上。

21、在一些实施例中，所述传动臂包括多个连杆，所述多个连杆依次首尾传动连接。

22、在一些实施例中，所述升降装置包括升降杆控制器、驱动机构以及与所述驱动机构传动连接的多个升降杆；

23、所述多个升降杆设置于所述装载盘的边缘且沿所述装载盘的周向分布；

24、所述多个升降杆背离所述反应腔的底部表面共面，以承载所述晶圆；

25、所述驱动机构与所述升降杆控制器信号连接，用于驱动所述多个升降杆动作以调节所述晶圆的高度和/或水平度。

26、在一些实施例中，所述气体吹扫装置包括气体供应部和第一阀组，所述第一阀组设置于所述气体供应部与所述反应腔之间的管路上。

27、在一些实施例中，所述第一阀组包括两位两通电磁阀和第一控制阀，所述两位两通电磁阀用于控制所述气体供应部与所述反应腔之间的管路内的洁净气体流量；所述第一控制阀用于控制所述气体供应部与所述反应腔之间的管路通断。

28、在一些实施例中，所述冲洗装置包括冲洗液供应部和第二控制阀，所述第二控制阀设置于所述冲洗液供应部与所述反应腔之间的管路上，用于控制管路的通断。

29、在一些实施例中，所述标准溶液供应装置包括标准溶液储罐、第三控制阀、进料泵和进料控制器，所述第三控制阀、所述进料泵和所述进料控制器均设置于所述标准溶液储罐与所述反应腔之间的管路上；所述第三控制阀用于控制所述标准溶液储罐与所述反应腔之间的管路通断；所述进料控制器与所述进料泵信号连接，用于控制进入所述反应腔内部的标准溶液总量。

30、在一些实施例中，所述反应腔上具有多个标准溶液入口，所述多个标准溶液入口沿所述反应腔的周向布置，且所述多个标准溶液入口均与所述进料控制器和所述标准溶液装载装置通过管路连接。

31、在一些实施例中，所述取样装置包括取样瓶和第二阀组，所述第二阀组设于所述取样瓶与所述标准溶液装载装置之间的管路上，且位于所述反应腔的外部，用于控制管路的通断。

32、在一些实施例中，所述第二阀组包括三通阀、第四控制阀和第五控制阀，所述三通阀的第一端与所述标准溶液装载装置通过管路连接，第二端与所述取样瓶通过管路连接，第三端连接有排废管路；所述第四控制阀设置于所述三通阀与所述取样瓶之间的管路上，所述第五控制阀设置于所述排废管路上。

33、在一些实施例中，所述半导体工艺中制备样品溶液的系统还包括处理单元，所述处理单元与所述气体吹扫装置信号连接，用于控制所述气体吹扫装置对所述反应腔的内部进行吹扫；和/或，

34、所述处理单元与所述冲洗装置信号连接，用于控制所述冲洗装置对所述反应腔的内部进行冲洗；和/或，

35、所述处理单元与所述翻转装置信号连接，用于控制所述翻转装置对晶圆进行吸附、传送和翻转；和/或，

36、所述处理单元与所述升降装置信号连接，用于控制所述升降装置调整所述晶圆的高度和/或水平度；和/或，

37、所述处理单元与所述标准溶液供应装置信号连接，用于控制所述标准溶液供应装置向所述反应腔内输送定量的标准溶液；和/或，

38、所述处理单元与所述取样装置信号连接，用于控制所述取样装置自动取样。

39、根据一些实施例，本技术第二方面提供一种半导体工艺中制备样品溶液的方法，包括：

40、对反应腔进行内部清洁操作；

41、通过翻转装置将晶圆传送至升降装置，通过所述升降装置将所述晶圆的高度调整至第一预设高度；

42、将定量的标准溶液通入标准溶液装载装置内，且以所述标准溶液装载装置的底面为基准，液面高度低于所述第一预设高度；

43、通过所述升降装置将所述晶圆调整至水平状态，并调节所述晶圆的高度以使所述晶圆的第一表面与所述标准溶液接触，进行第一表面蚀刻，蚀刻时间设置为第一预设时间；

44、第一表面蚀刻完成后通过所述升降装置将所述晶圆升高至第二预设高度，通过所述翻转装置将所述晶圆翻转180°后再传送至升降装置；

45、通过所述升降装置将所述晶圆调整至水平状态，并调节所述晶圆的高度以使所述晶圆的第二表面与所述标准溶液接触，进行第二表面蚀刻，蚀刻时间设置为第二预设时间，其中所述第一表面与所述第二表面相对；

46、第二表面蚀刻完成后通过所述升降装置将所述晶圆升高至第三预设高度；

47、对所述标准溶液装载装置内制备的样品溶液进行取样。

48、在一些实施例中，对反应腔进行内部清洁操作，包括：

49、将洁净气体通入所述反应腔内部，进行吹扫操作；

50、将冲洗液通入所述反应腔内部，进行冲洗操作。

51、在一些实施例中，第二表面刻蚀完成后通过所述升降装置将所述晶圆升高至第三预设高度之后，还包括：

52、通过所述翻转装置吸附所述晶圆并将所述晶圆传送至所述反应腔的外部。

53、在一些实施例中，对所述标准溶液装载装置内制备的样品溶液进行取样之后，还包括：

54、将冲洗液通入所述反应腔的内部以及所述标准溶液装载装置内，进行冲洗操作。