CN102522358B - 半导体硅片的去胶工艺腔及去胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体硅片的去胶工艺腔，工艺腔内部的一端具有承载硅片的底部平台，底部平台的周围均匀分布多个升降立柱，升降立柱顶部设置有伸缩元件，工艺腔内部的另一端固定有一护罩，护罩内具有等离子体发生装置，工艺腔内部还具有旋转平台以及活动盖板，旋转平台上方用于固定硅片，旋转平台可进行上下移动，旋转平台和护罩可构成封闭式结构，活动盖板可置于底部平台的上方，并且能够遮挡硅片，活动盖板上具有一个或多个进口。本发明还提供一种半导体硅片的去胶方法。本发明提供的半导体硅片的去胶工艺腔以及去胶方法，使两片硅片能够同时进行干法工艺和湿法工艺，极大地提高了工艺生产效率。

Description

半导体硅片的去胶工艺腔及去胶方法

技术领域

本发明涉及集成电路工艺技术领域，具体涉及一种半导体硅片的去胶工艺腔及去胶方法。

背景技术

伴随集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了非常微小的颗粒也变得足以影响半导体器件的制造和性能，所以，硅片清洗工艺也变得越来越重要。

在所有的清洗步骤中，由于注入或刻蚀工艺使光刻胶表面形成一层被碳化的硬壳，很难通过常规的湿法清洗方式进行去除，因此去除刻蚀或者大剂量离子注入后的光刻胶剥离是最为困难的一个步骤。常用的方法是先使用氧等离子体对光刻胶进行处理，再使用湿法清洗工艺去除残余光刻胶。对于130纳米及以上的工艺带，干法去胶和湿法清洗之间的时间间隔通常都会控制在一天之内，但随着技术的进步，越来越多的新材料用于铜互联工艺中介质层的构成，同原来的材料二氧化硅相比，这些新材料有着更好的电学性能，但同时也对去胶清洗技术带来了更大的挑战。对于22/32纳米工艺带，干法去胶以及湿法清洗的间隔时间必须保持在非常短的时间内。因此，将干法去胶和湿法清洗集成在同一台主机上，可以将两步工艺的间隔时间缩短到几分钟以内。

目前，将干法去胶和湿法清洗集成在同一个工艺腔内，可以进一步把两步工艺的间隔时间缩短到秒级，但针对一个硅片，在进行完干法去胶以后再进行湿法清洗，进行湿法清洗工艺时，干法去胶工艺装置闲置，而在进行干法去胶工艺时，湿法清洗工艺闲置，不利工艺生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半导体硅片的去胶工艺腔和去胶方法，以解决在同一个工艺腔内将干法去胶和湿法清洗有效结合使用的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种半导体硅片的去胶工艺腔，所述工艺腔内部的一端具有承载硅片的底部平台，所述底部平台边缘的圆周方向上均匀分布多个升降立柱，所述升降立柱顶部设置有伸缩元件，所述工艺腔内部的另一端固定有一护罩，所述护罩内具有等离子体发生装置，所述工艺腔内部还具有旋转平台以及活动盖板，所述旋转平台上方用于固定所述硅片，所述旋转平台可进行上下移动，所述旋转平台和所述护罩可构成封闭式结构，所述活动盖板可置于所述底部平台的上方，并且能够遮挡所述硅片，所述活动盖板上具有一个或多个进口。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述升降立柱的数量为两个。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述伸缩元件为可伸缩的硅片支架。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述等离子体发生装置包括进气管路、真空管路、废气管路以及线圈，所述线圈围绕所述护罩内侧壁设置，所述进气管路、真空管路以及废气管路穿过所述护罩的侧壁设置。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述护罩为金属护罩。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述底部平台和所述旋转平台的直径相同。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，当所述活动盖板位于所述硅片上方时，所述活动盖板与硅片之间具有0.5毫米至3毫米的距离。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述进口包括液体进口，所述液体进口连接有液体管路，通过所述液体进口的清洗液的压力为0.035-0.35Mpa。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述活动盖板还具有一个或多个气体进口，所述气体进口连接有气体管路。

优选地，在所述半导体硅片的去胶工艺腔中，所述活动盖板的边缘向下弯曲，形成导流护罩。

本发明还提供了一种半导体硅片的去胶工艺腔的去胶方法，该去胶方法包括：将旋转平台旋出使硅片固定在所述旋转平台上；所述旋转平台上升与工艺腔内的护罩形成封闭式结构；启动所述护罩内的等离子体发生装置，在所述封闭式结构内对所述硅片进行等离子体灰化工艺；完成所述等离子体灰化工艺后，所述旋转平台下降，将所述多个升降立柱上升至与所述旋转平台同一水平位置，所述升降立柱的伸缩元件伸出固定所述硅片；所述旋转平台旋进，所述升降立柱下降，将所述硅片放置到所述底部平台后所述伸缩元件收回，所述升降立柱进一步下降至位于所述底部平台的下方；将工艺腔内的活动盖板移动到所述底部平台的上方；清洗液通过所述活动盖板上的进口流到所述硅片上，对所述硅片进行湿法清洗，在对所述硅片进行湿法清洗的同时，将旋转平台再次旋出使另外一个硅片固定在所述旋转平台上，重复上述步骤。

优选地，在所述半导体硅片的去胶方法中，通过外部机械手臂将所述硅片固定在所述旋转平台上。

优选地，在所述半导体硅片的去胶方法中，所述旋转平台可进行上下移动，当所述旋转平台向上移动时，所述旋转平台与工艺腔内的护罩形成封闭式结构。

优选地，在所述半导体硅片的去胶方法中，所述等离子体发生装置包括进气管路、真空管路、废气管路以及线圈，通过所述进气管路和所述真空管路将所述封闭式结构内的压力范围调节到10毫托～2000毫托，向所述封闭式结构内通入氧气，并向所述线圈输入频率至少为13.56兆赫兹的信号，激发氧等离子体对所述硅片进行氧等离子体灰化工艺。

优选地，在所述半导体硅片的去胶方法中，所述活动盖板还具有一个或多个气体进口，所述气体进口连接有气体管路，将异丙醇蒸汽或氮气通过所述气体管路喷到所述硅片的表面。

优选地，在所述半导体硅片的去胶方法中，将工艺腔内的活动盖板移动到所述底部平台的上方，使所述活动盖板与所述硅片之间具有0.5毫米至3毫米的距离。

与现有技术相比，本发明提供的半导体硅片的去胶工艺腔，通过设置在工艺腔内的升降立柱，将进行完等离子体灰化工艺的硅片从所述封闭式结构运输到底部平台上进行湿法清洗，在对所述硅片进行清洗工艺的同时，可以在封闭式结构内对另一个硅片进行等离子体灰化工艺，使两片硅片能够同时进行干法工艺和湿法工艺，极大地提高了工艺生产效率。

本发明提供的半导体硅片的去胶方法，升降立柱上升使用其伸缩元件固定硅片，使完成等离子灰化工艺的硅片随着升降立柱下降，至底部平台进行湿法清洗，而对硅片进行湿法清洗的同时，进行等离子体灰化工艺的封闭式结构进入另一个硅片进行干法工艺，使进行干法工艺的封闭式结构和进行湿法清洗的工艺空间能够得到同时利用，有助于提高工艺生产效率。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶工艺腔结构剖面示意图；

图2所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶工艺腔俯视结构剖面示意图；

图3所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶方法的步骤流程图；

图4所示为本发明较佳实施例的半导体硅片在进行等离子体灰化工艺时的工艺腔结构剖面示意图；

图5所示为本发明较佳实施例同时进行等离子体灰化工艺和湿法清洗工艺时的工艺腔结构剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体硅片的去胶工艺腔及去胶方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，图2，图1所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶工艺腔结构剖面示意图；图2所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶工艺腔俯视结构剖面示意图。本发明提供一种半导体硅片的去胶工艺腔，所述工艺腔10内部的一端具有承载硅片14的底部平台12，所述底部平台12的周围均匀分布多个升降立柱11，所述升降立柱11顶部设置有伸缩元件11a，所述工艺腔10内部的另一端固定有一护罩13，所述护罩13内具有等离子体发生装置，所述工艺腔10内部还具有旋转平台16以及活动盖板15，所述旋转平台16上方用于固定所述硅片14，所述旋转平台16可进行上下移动，所述旋转平台16和所述护罩13可构成封闭式结构，所述活动盖板15可置于所述底部平台12的上方，并且能够遮挡所述硅片14，所述活动盖板15上具有一个或多个进口。

在本实施例中，升降立柱11的数量为两个，伸缩元件11a为可伸缩的硅片支架，本领域的普通技术人员应该理解所述升降立柱11的数量不仅仅为两个，也可以是其他的数量，伸缩元件11a也不仅仅为可伸缩的硅片支架，还可以是其他可以用来固定硅片14的媒介。

在本实施例中，所述等离子体发生装置包括进气管路171、真空管路172、废气管路173以及线圈174，所述线圈174围绕所述护罩13内侧壁设置，所述进气管路171、真空管路172以及废气管路173穿过所述护罩13的侧壁设置。本领域的普通技术人员应该理解，所述等离子体发生装置不仅仅由上述元件组成，还可以由别的能够产生等离子体的元件组成。进一步地，所述护罩13为金属护罩。

进一步地，当所述活动盖板15位于所述硅片14上方时，所述活动盖板15与硅片14之间具有0.5毫米至3毫米的距离。在本实施例中，硅片14表面与活动盖板15之间的间距为2毫米。所述活动盖板15与硅片14之间所具有的极小的距离，使在整个清洗过程中硅片14表面都被封闭在一个极小的空间中，有效地防止工艺腔中的悬浮颗粒及水珠再次沾染到硅片14表面，同时还可以有效减少清洗液消耗。所述进口为液体进口，所述液体进口连接有液体管路18a，通过所述液体进口的清洗液的压力为0.035-0.35Mpa。在本实施例中，清洗液的压力值为0.35Mpa。液体管路18a提供清洗液，使清洗液通过所述液体进口喷洒到待清洗的硅片14表面，调节通过液体进口的清洗液的压力，可以使清洗液在硅片14表面形成非常高的速度，从而减小边界层厚度，提高清洗效果。

在本实施例中，所述活动盖板15还具有一个或多个气体进口，所述气体进口连接有气体管路18b，气体管路18b提供高纯氮气或者异丙醇蒸汽，使其通过气体进口喷洒到已经清洗完毕的硅片14表面，提供的高纯氮气或者异丙醇蒸汽能够帮助硅片14快速干燥。

在本实施例中，所述底部平台12和所述旋转平台16的直径相同，以使底部平台12和旋转平台16均能放置同一个硅片14。

优选地，所述底部平台12和所述旋转平台16上设置有硅片支架(未图示)用于固定所述硅片14。所述硅片支架的内部分布有真空管路，所述真空管路能提供真空环境，利用真空产生的吸附力固定硅片支架上的硅片14，这种固定硅片的方法既不损伤硅片14，又不占用空间。

优选地，所述活动盖板15上设置有超声波振荡器，所述超声波振荡器的数量为一个至四个，在本实施例中，对应硅片14设置有两个超声波振荡器，每个超声波振荡器的功率为到达硅片14表面0.5至5瓦特每平方厘米，工作频率为0.2至3兆赫兹。本领域的普通技术人员应该理解，所述工艺腔内不仅仅局限于设置有超声波振荡器，还可以是其他可以产生超声波的仪器。

进一步地，所述活动盖板15的边缘向下弯曲，形成导流护罩19，避免清洗液溅出活动盖板15的边缘，能够更高效率地利用清洗液。所述工艺腔的排气排水管道(未图示)设置在所述底部平台12的下方。

具体地，工艺腔10包括工艺腔的进口101以及工艺腔的出口102，硅片14通过工艺腔的进口101送入工艺腔10内，通过工艺腔的出口102送出工艺腔10。

图3所示为本发明较佳实施例的半导体硅片的去胶方法的步骤流程图。参照图3，本发明实施例提供的半导体硅片的去胶方法，包括：

S31、将旋转平台旋出使硅片固定在所述旋转平台上；

S32、所述旋转平台上升与工艺腔内的护罩形成封闭式结构；

S33、启动所述护罩内的等离子体发生装置，在所述封闭式结构内对所述硅片进行等离子体灰化工艺；

S34、完成所述等离子体灰化工艺后，所述旋转平台下降，将所述多个升降立柱上升至与所述旋转平台同一水平位置，所述升降立柱的伸缩元件伸出固定所述硅片；

S35、所述旋转平台旋进，所述升降立柱下降，将所述硅片放置到所述底部平台后所述伸缩元件收回，所述升降立柱进一步下降至位于所述底部平台的下方；

S36、将工艺腔内的活动盖板移动到所述底部平台的上方；

S37、清洗液通过所述活动盖板上的进口流到所述硅片上，对所述硅片进行湿法清洗，在对所述硅片进行湿法清洗的同时，将旋转平台再次旋出使另外一个硅片固定在所述旋转平台上，重复上述步骤。

图4所示为本发明较佳实施例的半导体硅片在进行等离子体灰化工艺时的工艺腔结构剖面示意图。参照图4，对硅片14首先进行等离子体灰化工艺，在本实施例中进行的是氧等离子体灰化工艺，具体地，将旋转平台16旋出，在本实施例中，所述旋转平台16沿着垂直面旋出90°，直至所述旋转平台16处于水平位置并且位于金属护罩的正下方，本领域普通技术人员应该理解所述旋转平台16不仅仅沿着垂直面旋出，还可以根据旋转平台16的设置方式沿着水平面旋出至金属护罩的正下方。通过外部机械手臂将所述硅片14通过工艺腔10的进口101放置在所述旋转平台16上，并通过旋转平台16上设置的硅片支架的真空管路将所述硅片14固定在工艺腔10内的所述旋转平台16上。旋转平台16可进行上下移动，将旋转平台16上升至与金属护罩形成一封闭式结构，而硅片14即处于封闭式结构的封闭式空间内，之后，通过所述进气管路171和所述真空管路172将所述封闭式结构内的压力范围调节到10毫托～2000毫托，向所述封闭式结构内通入氧气，并向所述线圈174输入频率至少为13.56兆赫兹的信号，该频率信号激发氧等离子体对所述硅片14进行氧等离子体灰化工艺，在此工艺条件下产生的废气通过废气管路173排出封闭式结构。

完成所述等离子体灰化工艺后，所述旋转平台16下降，将所述多个升降立柱11上升至与所述旋转平台16同一水平位置，所述升降立柱11的伸缩元件11a伸出固定所述硅片14，在对硅片14进行完氧等离子体灰化工艺之后，对硅片14进行湿法清洗，所述旋转平台16旋进，所述升降立柱11下降，将所述硅片14放置到所述底部平台12后所述伸缩元件11a收回，所述升降立柱11进一步下降至位于所述底部平台的下方。图5所示为本发明较佳实施例同时进行等离子体灰化工艺和湿法清洗工艺时的工艺腔结构剖面示意图。参照图5，将工艺腔内的活动盖板15移动到所述底部平台12的上方，所述底部平台12的直径为10英寸至15英寸，底部平台12的直径与旋转平台16的直径相同，与所述旋转平台16对应的金属护罩的直径也为10英寸至15英寸，所述活动盖板15的材质为陶瓷，直径为10至15英寸，厚度为1至20毫米，在本实施例中，所述底部平台12的直径为10英寸，而活动盖板15的直径为12英寸，本领域的普通技术人员应该理解，所述活动盖板15的材质不仅仅局限为陶瓷，还可以是其他化学性能稳定，符合一定机械强度要求的材料。

在利用本发明的实施例提供的半导体硅片的去胶工艺腔进行清洗的时候，使硅片14表面与活动盖板15之间保持2毫米的间距，底部平台12带动硅片14开始旋转，其最高转速为500至3000转每分钟，较高的转速有助于使清洗液在硅片14表面形成非常高的速度。在本实施例中，底部平台12的转速为2000转每分钟。清洗液以0.35Mpa的压力通过活动盖板15上的液体进口喷洒到硅片14表面，在启动底部平台12进行旋转前，打开超声波振荡器，使其产生的超声波硅片进行辅助清洗，进而提高工艺效率；清洗液清洗完毕后，停止清洗液供应，改为纯水冲洗。清洗完成后，停止喷洒纯水，同时关闭超声波振荡器，气体管路18b提供高纯氮气或者异丙醇蒸汽，使其通过气体进口喷洒到已经清洗完毕的硅片14表面，提供的高纯氮气或者异丙醇蒸汽能够帮助硅片14快速干燥。硅片14干燥完成后，底部平台12停止转动并降下，外部机械臂通过工艺腔10的出口102取出硅片14。在对上述硅片14进行湿法清洗的同时，将旋转平台16再次旋出，使另一个硅片14’固定在所述旋转平台16上进行等离子体灰化工艺，这样，有两片硅片同时进行干法工艺和湿法工艺，当完成湿法工艺的硅片14被取出工艺腔10外后，另一个硅片14’干法工艺完成，进入刚被腾空出来的湿法清洗工艺空间，如此不断循环操作，使进行干法工艺的封闭式结构和进行湿法清洗的工艺空间能够得到同时利用，有助于提高工艺生产效率

综上所述，本发明提供的半导体硅片的去胶工艺腔以及去胶方法，通过设置在工艺腔内的升降立柱，将进行完等离子体灰化工艺的硅片从所述封闭式结构运输到底部平台上进行湿法清洗，在对所述硅片进行清洗工艺的同时，可以在封闭式结构内对另一个硅片进行等离子体灰化工艺，使两片硅片能够同时进行干法工艺和湿法工艺，极大地提高了工艺生产效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述工艺腔内部的一端具有承载硅片的底部平台，所述底部平台边缘的圆周方向上均匀分布多个升降立柱，所述升降立柱顶部设置有伸缩元件，所述工艺腔内部的另一端固定有一护罩，所述护罩内具有等离子体发生装置，所述工艺腔内部还具有旋转平台以及活动盖板，所述旋转平台上方用于固定所述硅片，所述旋转平台可进行上下移动，所述旋转平台和所述护罩可构成封闭式结构，所述活动盖板可置于所述底部平台的上方，并且能够遮挡所述硅片，所述活动盖板上具有一个或多个进口。

2.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述升降立柱的数量为两个。

3.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述伸缩元件为可伸缩的硅片支架。

4.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述等离子体发生装置包括进气管路、真空管路、废气管路以及线圈，所述线圈围绕所述护罩内侧壁设置，所述进气管路、真空管路以及废气管路穿过所述护罩的侧壁设置。

5.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述护罩为金属护罩。

6.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述底部平台和所述旋转平台的直径相同。

7.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，当所述活动盖板位于所述硅片上方时，所述活动盖板与硅片之间具有0.5毫米至3毫米的距离。

8.根据权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述进口包括液体进口，所述液体进口连接有液体管路，通过所述液体进口的清洗液的压力为0.035-0.35Mpa。

9.根据权利要求8所述的半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述活动盖板还具有一个或多个气体进口，所述气体进口连接有气体管路。

10.根据权利要求1至9中任一项的所述半导体硅片的去胶工艺腔，其特征在于，所述活动盖板的边缘向下弯曲，形成导流护罩。

11.一种利用权利要求1所述的半导体硅片的去胶工艺腔的去胶方法，其特征在于，包括：

将旋转平台旋出使硅片固定在所述旋转平台上；

所述旋转平台上升与工艺腔内的护罩形成封闭式结构；

启动所述护罩内的等离子体发生装置，在所述封闭式结构内对所述硅片进行等离子体灰化工艺；

完成所述等离子体灰化工艺后，所述旋转平台下降，将所述多个升降立柱上升至与所述旋转平台同一水平位置，所述升降立柱的伸缩元件伸出固定所述硅片；

所述旋转平台旋进，所述升降立柱下降，将所述硅片放置到所述底部平台后所述伸缩元件收回，所述升降立柱进一步下降至位于所述底部平台的下方；

将工艺腔内的活动盖板移动到所述底部平台的上方；

清洗液通过所述活动盖板上的进口流到所述硅片上，对所述硅片进行湿法清洗，在对所述硅片进行湿法清洗的同时，将旋转平台再次旋出使另外一个硅片固定在所述旋转平台上，重复上述步骤。

12.一种利用权利要求11所述的去胶方法，其特征在于，通过外部机械手臂将所述硅片固定在所述旋转平台上。

13.一种利用权利要求11所述的去胶方法，其特征在于，所述旋转平台可进行上下移动，当所述旋转平台向上移动时，所述旋转平台与工艺腔内的护罩形成封闭式结构。

14.一种利用权利要求11所述的去胶方法，其特征在于，所述等离子体发生装置包括进气管路、真空管路、废气管路以及线圈，通过所述进气管路和所述真空管路将所述封闭式结构内的压力范围调节到10毫托～2000毫托，向所述封闭式结构内通入氧气，并向所述线圈输入频率至少为13.56兆赫兹的信号，激发氧等离子体对所述硅片进行氧等离子体灰化工艺。

15.一种利用权利要求11所述的去胶方法，其特征在于，所述活动盖板还具有一个或多个气体进口，所述气体进口连接有气体管路，将异丙醇蒸汽或氮气通过所述气体管路喷到所述硅片的表面。

16.一种利用权利要求11所述的去胶方法，其特征在于，将工艺腔内的活动盖板移动到所述底部平台的上方，使所述活动盖板与所述硅片之间具有0.5毫米至3毫米的距离。