一种湿法刻蚀装置的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种湿法刻蚀装置。

背景技术：

湿法刻蚀在在半导体制造工艺中有着广泛的应用。湿法化学刻蚀的机理主要涉及三个基本阶段：反应物运输到反应晶圆表面，在晶圆表面发生化学反应，反应物与反应生成物从晶圆表面移除。在刻蚀设备中，目前喷洒式刻蚀已经逐步取代浸入式刻蚀，在半导体湿法刻蚀工艺中占据主导地位。

半导体制造工艺过程中，半导体晶圆的表面洁净度对半导体晶圆良率和后续制造工艺的顺利进行起着至关重要的作用。在湿法刻蚀中往往发生刻蚀液喷洒至高速旋转晶圆表面发生液体飞溅，以及汽态反应液及去离子水在腔室内空气中凝结回溅至晶圆表面造成反应产物等在晶圆上的残留，影响晶圆刻蚀效果，从而影响晶圆良率。例如在作为球下金属层的Cu的湿法刻蚀工艺中，刻蚀液在腔体内的凝结回流而造成水渍残留在晶圆表面，进而造成TiW刻蚀残留，影响晶圆良率。

如何在减少湿法刻蚀腔中汽态反应液及反应产物中在刻蚀腔中的液化凝结，有效回收刻蚀腔中反应液体，防止刻蚀过程中反应液体回溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少晶圆良率的下降是半导体制造厂商所长期关心与重视的问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为减少湿法刻蚀腔中汽态反应液及反应产物中在刻蚀腔中的液化凝结，有效回收刻蚀腔中反应液体，防止刻蚀过程中反应液体回溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少晶圆良率的下降，本发明提供了一种湿法刻蚀装置，包含刻蚀腔壳体，刻蚀剂喷洒装置，废汽排出装置，晶圆夹持装置，废液回收装置，所述废汽排出装置设置在腔室下方自上而下将废汽排出。

示例性的，所述废汽排出装置包括冷凝器，用于冷凝汽态反应液、反应产物和/或去离子水。

示例性的，所述废汽排出装置包括气体排出管路和液体排出管路。

示例性的，所述刻蚀装置包含有至少两套废汽排出装置，均匀分布在刻蚀腔内。

示例性的，所述刻蚀腔壳体为弧形壳体。

示例性的，所述刻蚀腔壳体内壁形成有一层亲水膜。

示例性的，所述液体回收装置包含刻蚀液回收罩和/或去离子水回收罩。

示例性的，所述刻蚀液回收罩和/或去离子水回收罩上边缘高于晶圆3-5mm。

示例性的，所述刻蚀液回收罩距离晶圆边缘2mm以内。

示例性的，所述晶圆夹持装置设置有上端带有液体导流器的指部结构。

示例性的，所述液体导流器为弯月型结构，其厚度从弧度大的一端到弧度小的一端逐渐增加。

根据本发明所描述湿法刻蚀装置在湿法刻蚀过程中可减少汽态反应液、反应产物和/或去离子水在刻蚀腔中的凝结，有效回收湿法刻蚀中的反应液体，保证刻蚀腔室内气氛干燥，同时减少刻蚀反应中的液体不规则飞溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少刻蚀晶圆良率的下降。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1A为现有湿法刻蚀装置内各部件位置与结构示意图；

图1B为现有湿法刻蚀装置内晶圆夹持装置上设置的指部结构示意图；

图2A为本发明湿法刻蚀装置内各部件位置与结构示意图；

图2B为本发明湿法刻蚀装置内晶圆夹持装置上设置的指部结构示意图；

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述湿法刻蚀装置。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

下面将以铜刻蚀工艺中的湿法刻蚀装置为具体实施例来解释本发明所涉及的原理。实施例以铜刻蚀工艺中的湿法刻蚀装置为示例，其并不是要对本发明的技术方案进行限定，显然本发明的技术方案还可以应用于其它半导体工艺制程中涉及到湿法刻蚀装置中。

在TiW/Cu作为球下金属层的封装工艺中，需要进行铜的湿法刻蚀工艺，去除Cu及Cu下TiW层。基于H₂O₂成本低，配制简单，产能高等优点，常采用H₂O₂广泛应用于工业中TiW层湿法刻蚀工艺中。但H₂O₂具备有活性低的特点，在TiW表面存在任何的水渍，刻蚀液残留都会导致H₂O₂无法对其进行腐蚀，从而发生TiW残留。现有湿法刻蚀装置中常采用方形刻蚀腔壳体，壳体内包含有刻蚀剂喷洒装置，废汽排出装置，晶圆夹持装置，废液回收装置，如图1所示。刻蚀剂喷洒装置104提供刻蚀反应所需的刻蚀剂以及反应后的去离子水对晶圆进行腐蚀和清洗。晶圆106在晶圆夹持装置105的作用下高速旋转。发生刻蚀反应后，一部分刻蚀液和去离子水通过废液回收装置回收103，其中刻蚀剂和反应产物通过刻蚀液回收罩108回收，刻蚀完成后作为清洗晶圆用去离子水经由去离子水回收罩109回收；另一部分刻蚀剂和去离子水在刻蚀过程中由于飞溅和汽化等原因在刻蚀腔体内形成汽态或液滴，经由刻蚀腔内废汽排出装置102排出腔体。在实际生产过程中，由于废汽排出装置102设置在腔体顶部，采用从下往上抽的方式对腔体内液汽进行抽取排出，使得汽态刻蚀剂、反应产物和/或去离子水以及液滴悬浮在腔体内导致腔体内气氛潮湿；同时，废汽在腔体内凝结，形成液体以及悬浮液滴在废汽排出装置102管道口聚集，部分液体回流至腔体，进一步导致腔体内气氛潮湿，严重情况下回溅至晶圆表面，造成水渍、刻蚀液残留，从而发生TiW残留。进一步，由于废液回收装置的刻蚀液回收罩108和/或去离子水回收罩109与晶圆106高度齐平，晶圆在高速旋转中造成有部分液体越过回收罩飞溅在腔体壁上；晶圆夹持装置上的指部结构105比晶圆高，如图1B所示，晶圆在高速旋转时，从晶圆表面飞溅出的液体碰到指部结构后，反溅至晶圆表面。这些液体的不规则飞溅和反溅都会导致腔体内气氛潮湿和液体在晶圆表面的残留。

为减少湿法刻蚀腔中汽态反应液及反应产物在刻蚀腔中的液化凝结，有效回收刻蚀腔中反应液体，防止刻蚀过程中反应液体回溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少晶圆良率的下降，本发明提供一种湿法刻蚀装置，包含刻蚀腔壳体，刻蚀剂喷洒装置，废汽排出装置，晶圆夹持装置，废液回收装置，其中所述废汽排出装置设置在腔室下方自上而下将废汽排出。

示例性的，所述废汽排出装置包括冷凝器，用于冷凝汽态反应液、反应产物和/或去离子水。

示例性的，所述废汽排出装置包括气体排出管路和液体排出管路。

示例性的，所述刻蚀装置包含有至少两套废汽排出装置，均匀分布在刻蚀腔内。

示例性的，所述刻蚀腔壳体为弧形壳体。

示例性的，所述刻蚀腔壳体内壁形成有一层亲水膜。

示例性的，所述液体回收装置包含刻蚀液回收罩和/或去离子水回收罩。

示例性的，所述刻蚀液回收罩和/或去离子水回收罩上边缘高于晶圆3-5mm。

示例性的，所述刻蚀液回收罩距离晶圆边缘2mm以内。

示例性的，所述晶圆夹持装置设置有上端带有液体导流器的指部结构。

示例性的，所述液体导流器为弯月型结构，其厚度从弧度大的一端到弧度小的一端逐渐增加。

根据本发明所描述湿法刻蚀装置在湿法刻蚀过程中可减少汽态反应液、反应产物和/或去离子水在刻蚀腔中的凝结，有效回收湿法刻蚀中的反应液体，保证刻蚀腔室内气氛干燥，同时减少刻蚀反应中的液体不规则飞溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少刻蚀晶圆良率的下降。

实施例一

下面参考图2A和图2B来描述本实施例提出的一种湿法刻蚀装置，其中，图2A为本实施例提出的一种湿法刻蚀装置包含的腔体结构示意图，图2B为本实施例提出的一种湿法刻蚀装置包含的晶圆夹持装置上设置的指部结构的结构示意图。

参看图2A，示出了本发明涉及的一种湿法刻蚀装置包含的腔体结构示意图。包括刻蚀腔壳体201，壳体内包含有刻蚀剂喷洒装置204，废汽排出装置202，晶圆夹持装置205，废液回收装置203。其中，废汽排出装置202设置有冷凝器207，冷凝器一端连接至腔体，另一端连接有三通接头，其中三通接头一端口设置液体排出管路211，另一端口设置气体排出管路212。废液回收装置203设置有刻蚀液回收罩208和去离子水回收罩209，分别用于刻蚀工艺过程中刻蚀剂和反应产物的回收以及去离子水的回收。同时，晶圆夹持装置205包含有晶圆夹持指部结构，其中，指部结构上端设置有液体导流器213，如图2B所示。

根据本发明的一个优选实施例，所述废汽排出装置设置在腔室下方。相较于现有技术中废汽排出装置设置在上方从下往上抽气的方式，本实施例采用废汽排出装置设置在腔室下方，抽气方式变为从上往下抽气的方式，可使汽态刻蚀剂、反应产物和/或去离子水自然沉降，减少汽态物质悬浮在腔室内的现象，从而减少腔室内气氛潮湿，同时也避免汽态凝结成液体过程中液体累积回溅至腔室，飞溅至晶圆表面。

根据本发明的一个优选实施例，所述废汽排出装置包括冷凝器，用于冷凝汽态反应液、反应产物和/或去离子水。如图2A所示，废汽排出装置202上设置有冷凝器207，用于冷凝腔体内汽态刻蚀剂、反应产物和/或去离子水，可增加汽态刻蚀剂、反应产物和/或去离子水冷凝形成液态的效率，一方面保证腔体内气氛干燥，另一方面增加废汽排出效率。

根据本发明的一个优选实施例，所述废汽排出装置包括气体排出管路和液体排出管路。示例性的，所述废汽排出装置冷凝器一端连接三通接头，促使汽态刻蚀剂、反应产物和/或去离子水冷凝成的液体累积于三通管口，三通管道一端用于液体流出，另一端用于气体排出。如图2A所示，冷凝器凝结的液体汇聚于三通管口210，其中液体通过液体排出管路211排出，气体通过气体排出管路212排出，有效增加废汽凝结和排出效率。

根据本发明的一个优选实施例，所述刻蚀装置包含有至少两套废汽排出装置，均匀分布在刻蚀腔内。示例性的，如图2A所示，在腔体两端分别设置有废汽排出装置203，这种设置可有效缩短汽态刻蚀剂和去离子水在腔室内的行程，进一步增加废汽排出效率，保证腔室内气氛干燥。

根据本发明的一个优选实施例，所述刻蚀腔壳体为弧形壳体。如图2A所示，刻蚀腔壳体201采用弧形代替现有技术中的方形壳体，有利于腔室内壁上的液体自动流向回收装置，同时壳体内设置有一层亲水膜减少液体聚集成液滴，进一步避免液体回溅滴落至晶圆表面。

根据本发明的一个优选实施例，所述液体回收装置包含刻蚀液回收罩和/或去离子水回收罩。如图2A所示，废液回收装置203配置有刻蚀液回收罩208和/或去离子水回收罩209，分别用于刻蚀工艺过程中刻蚀剂和反应产物的回收以及去离子水的回收。相比于现有技术，所述刻蚀液回收罩208和/或去离子水回收罩209上边缘高于晶圆3-5mm，保证刻蚀过程中液体高效回收，减少液体的不规则飞溅。刻蚀液回收罩208，距离晶圆边缘2mm以内，可进一步防止液体的不规则飞溅。

根据本发明的一个优选实施例，所述晶圆夹持装置设置有上端带有液体导流器的指部结构。如图2B所示，在夹持晶圆的指部结构上设置液体导流器213，用于将在刻蚀过程中，因晶圆高速旋转而发生飞溅的液体在碰到指部结构后经指部结构上端液体导流器213导向作用，沿着指部结构进入到液体回收罩203中。示例性的，所述液体导流器213为弯月型结构，其厚度从弧度大的一端到弧度小的一端逐渐增加，从而避免出现液体飞溅至指部结构后进一步不规则飞溅，甚至反溅到晶圆表面。需要说明的是，本发明实施例对指部结构上的液体导流器结构进行示例性描述并不是要对液体导流器结构进行限定，其他可使刻蚀过程中腔体内飞溅至指部结构的液体沿着指部结构进入液体回收罩中以减少液体不规则飞溅的结构均适用于本发明的指部结构的液体导流器的设置中。

根据本发明所描述湿法刻蚀装置在湿法刻蚀过程中可减少汽态反应液、反应产物和/或离子水汽在刻蚀腔中的凝结，有效回收湿法刻蚀中的反应液体，保证刻蚀腔室内气氛干燥，同时减少刻蚀反应中的液体不规则飞溅，减少液体在晶圆表面的残留，从而减少刻蚀晶圆良率的下降。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。