一種改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路加工清洗設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體集成電路的制造工藝過程中，半導(dǎo)體晶圓通常都會(huì)經(jīng)過諸如薄膜沉積、刻蝕、拋光等多道工藝步驟。而這些工藝步驟就成為沾污物產(chǎn)生的重要場所。為了保持晶圓表面的清潔狀態(tài)，消除在各個(gè)工藝步驟中沉積在晶圓表面的沾污物，必須對經(jīng)受了每道工藝步驟后的晶圓表面進(jìn)行清洗處理。因此，清洗工藝成為集成電路制作過程中最普遍的工藝步驟，其目的在于有效地控制各步驟的沾污水平，以實(shí)現(xiàn)各工藝步驟的目標(biāo)。
[0003]在濕法腐蝕和濕法清洗工藝過程中，會(huì)用到大量的化學(xué)藥液，利用化學(xué)藥液的腐蝕特性，實(shí)現(xiàn)去除特定材料或者去除污染物的目的。在單片濕法設(shè)備上，是利用噴淋臂結(jié)構(gòu)噴射化學(xué)藥液至旋轉(zhuǎn)的晶圓表面，實(shí)現(xiàn)腐蝕或清洗的目的。
[0004]然而，由于晶圓旋轉(zhuǎn)時(shí)有徑向的線速度差異，晶圓中心的線速度較低，導(dǎo)致產(chǎn)生清洗藥液液膜較厚、藥液滯留時(shí)間也相對較長的現(xiàn)象。這種情況容易造成晶圓中心的腐蝕速率大于晶圓邊緣，使腐蝕后的晶圓表面形成中心凹陷的鍋狀，腐蝕均一性較差，如圖1所不O
[0005]晶圓表面的不均勻腐蝕，會(huì)直接影響后續(xù)工藝的質(zhì)量，從而導(dǎo)致集成電路芯片的性能變差，產(chǎn)品合格率下降。因此，解決晶圓腐蝕非均勻性的問題，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置和方法，以解決清洗時(shí)晶圓中心腐蝕速率大于晶圓邊緣的腐蝕均一性較差的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]—種改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置，包括:
[0009]溫度監(jiān)測單元，用于對單片濕法設(shè)備中作水平旋轉(zhuǎn)清洗的晶圓表面進(jìn)行溫度監(jiān)測，并將溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至溫度掃描結(jié)果處理單元；
[0010]脈沖激光加熱單元，用于提供垂直并覆蓋晶圓整個(gè)表面的脈沖激光光束，對晶圓表面進(jìn)行加熱，其脈沖激光光束能量及在脈沖激光光束水平截面內(nèi)的能量分布可調(diào)；
[0011]溫度掃描結(jié)果處理單元，將接收的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成晶圓表面的實(shí)際溫度場分布，并與儲(chǔ)存的對應(yīng)工藝所需的理論溫度場分布進(jìn)行比對，判斷是否滿足工藝所需條件，當(dāng)不滿足時(shí)，控制調(diào)節(jié)脈沖激光加熱單元的脈沖激光光束能量在光束水平截面內(nèi)的對應(yīng)能量分布高低，使經(jīng)過其加熱后的晶圓表面實(shí)際溫度場分布與工藝所需的理論溫度場分布相吻入口 O
[0012]優(yōu)選地，所述溫度監(jiān)測單元設(shè)有計(jì)時(shí)器，所述計(jì)時(shí)器用于將從當(dāng)前晶圓表面溫度監(jiān)測開始后的時(shí)間長度與溫度監(jiān)測單元設(shè)定的晶圓表面溫度監(jiān)測間隔時(shí)間進(jìn)行比較，并在當(dāng)監(jiān)測開始后的時(shí)間長度大于或等于設(shè)定的監(jiān)測間隔時(shí)間時(shí)，觸發(fā)溫度監(jiān)測單元作新一次的晶圓表面溫度監(jiān)測，同時(shí)計(jì)時(shí)器清零，重新開始計(jì)時(shí)。
[0013]優(yōu)選地，所述溫度監(jiān)測單元設(shè)于晶圓的上方或斜上方，其探測面積覆蓋整個(gè)晶圓表面。
[0014]優(yōu)選地，所述溫度監(jiān)測單元為一個(gè)溫度傳感器或多個(gè)溫度傳感器的組合，其通過對晶圓表面進(jìn)行溫度掃描，以對晶圓表面進(jìn)行溫度監(jiān)測，并將溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至溫度掃描結(jié)果處理單元。
[0015]優(yōu)選地，所述脈沖激光加熱單元包括依次耦合的脈沖激光器、激光脈沖整形器和激光擴(kuò)束鏡，所述脈沖激光器用于產(chǎn)生脈沖激光光束，其脈沖激光光束的能量可調(diào)；所述激光脈沖整形器用于調(diào)整脈沖激光光束能量在脈沖激光光束截面內(nèi)的能量分布，使其與工藝所需的理論溫度場分布相吻合；所述激光擴(kuò)束鏡用于將脈沖激光光束進(jìn)行與晶圓直徑相吻合的擴(kuò)束，同時(shí)減少激光光束的發(fā)射角。
[0016]優(yōu)選地，所述脈沖激光器、激光脈沖整形器和激光擴(kuò)束鏡之間設(shè)有反射鏡，用于將脈沖激光器產(chǎn)生的脈沖激光光束引導(dǎo)至晶圓的正上方，并垂直射向晶圓表面。
[0017]優(yōu)選地，所述脈沖激光器所產(chǎn)生的脈沖激光波長位于晶圓材料的吸收峰范圍內(nèi)。
[0018]優(yōu)選地，所述激光擴(kuò)束鏡設(shè)于晶圓的正上方。
[0019]優(yōu)選地，所述激光擴(kuò)束鏡在晶圓的正上方依次設(shè)置一至若干個(gè)，用于進(jìn)行一級擴(kuò)束至多級擴(kuò)束。
[0020]一種改善晶圓腐蝕非均勻性的方法，使用上述的改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置，包括以下步驟:
[0021]S1:將晶圓通過固定裝置放置在單片濕法設(shè)備內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體上，開始清洗工藝，并設(shè)定脈沖激光加熱單元的脈沖激光工作波長；
[0022]S2:通過溫度監(jiān)測單元掃描晶圓表面溫度分布情況，并將計(jì)時(shí)器從零開始計(jì)時(shí)；
[0023]S3:通過溫度監(jiān)測單元將晶圓表面溫度分布掃描結(jié)果發(fā)送至溫度掃描結(jié)果處理單元;
[0024]S4:溫度掃描結(jié)果處理單元接收到晶圓表面溫度分布掃描結(jié)果后，與計(jì)算機(jī)程序內(nèi)預(yù)存的對應(yīng)于當(dāng)前工藝所需要的溫度場分布進(jìn)行對比，判斷是否滿足工藝所需條件，若二者偏差小于等于閾值，則下發(fā)命令開始工藝，執(zhí)行步驟S10，若二者偏差大于閾值，則執(zhí)行步驟S5 ；
[0025]S5:溫度掃描結(jié)果處理單元下發(fā)指令至脈沖激光加熱單元，開始脈沖激光輸出，并根據(jù)步驟S4中對比結(jié)果偏差大于閾值的大小設(shè)定合適的脈沖激光功率；
[0026]S6:根據(jù)步驟S4的掃描結(jié)果以及對比結(jié)果，通過脈沖激光加熱單元相對應(yīng)地調(diào)整脈沖激光能量在脈沖激光光束截面上的能量分布，對脈沖激光進(jìn)行整形，以在通過脈沖激光加熱單元進(jìn)行擴(kuò)束后，使步驟S4的對比結(jié)果偏差較大的區(qū)域?qū)?yīng)較高的脈沖激光能量、對比結(jié)果偏差較小的區(qū)域?qū)?yīng)較低的脈沖激光能量；
[0027]S7:將經(jīng)過整形后的脈沖激光光束經(jīng)過脈沖激光加熱單元進(jìn)行擴(kuò)束，使脈沖激光光束可以覆蓋整個(gè)晶圓表面范圍，并且保證此時(shí)脈沖激光能量高的區(qū)域與步驟S4中對比結(jié)果偏差較大的區(qū)域相對應(yīng)，脈沖激光能量低的區(qū)域與步驟S4中對比結(jié)果偏差較小的區(qū)域相對應(yīng)；
[0028]S8:利用脈沖激光垂直照射晶圓表面，對晶圓表面溫度進(jìn)行調(diào)整，使晶圓可在不同區(qū)域吸收不同能量的脈沖激光，獲得不同幅度的溫度上升，以使晶圓表面的實(shí)際溫度場分布發(fā)生變化；
[0029]S9:檢測溫度監(jiān)測單元當(dāng)前記錄的計(jì)時(shí)時(shí)間，若該時(shí)間大于或等于溫度監(jiān)測單元設(shè)定的晶圓掃描時(shí)間間隔，執(zhí)行步驟S2，若該時(shí)間小于溫度監(jiān)測單元設(shè)定的晶圓掃描時(shí)間間隔，執(zhí)行步驟S9;
[0030]SlO:開始工藝過程，并由程序判斷當(dāng)前脈沖激光加熱單元的狀態(tài)，如果脈沖激光加熱單元當(dāng)前處于開啟狀態(tài)，則下發(fā)命令關(guān)閉脈沖激光加熱單元；
[0031]Sll:檢測溫度監(jiān)測單元當(dāng)前記錄的計(jì)時(shí)時(shí)間，若該時(shí)間大于或等于溫度監(jiān)測單元設(shè)定的晶圓掃描時(shí)間間隔，繼續(xù)判斷當(dāng)前工藝是否已經(jīng)結(jié)束，若已經(jīng)結(jié)束，執(zhí)行步驟S12，若當(dāng)前工藝未結(jié)束，執(zhí)行步驟S2;若該時(shí)間小于溫度監(jiān)測單元設(shè)定的晶圓掃描時(shí)間間隔，執(zhí)行步驟Sll ;
[0032]S12:工藝過程結(jié)束。
[0033]優(yōu)選地，步驟S6中，調(diào)整脈沖激光能量在脈沖激光光束截面上的能量分布時(shí)，根據(jù)擴(kuò)束前脈沖激光光束的直徑、工藝所用晶圓的直徑和激光擴(kuò)束鏡與晶圓表面之間的距離進(jìn)行換算，來得到需要進(jìn)行脈沖能量調(diào)整的區(qū)域的準(zhǔn)確位置。
[0034]優(yōu)選地，步驟SlO中，關(guān)閉脈沖激光加熱單元之后，程序每隔一定時(shí)間判斷當(dāng)前工藝是否結(jié)束，如果結(jié)束，執(zhí)行步驟S10，如果工藝沒有結(jié)束，執(zhí)行步驟S2。
[0035]優(yōu)選地，步驟SlO開始執(zhí)行后，如果每隔一定時(shí)間間隔，溫度掃描結(jié)果處理單元接收到的晶圓表面溫度分布掃描結(jié)果與程序內(nèi)預(yù)存的溫度場分布對比結(jié)果偏差大于閾值，執(zhí)行步驟S5，但繼續(xù)正在進(jìn)行中的工藝。
[0036]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過利用溫度監(jiān)測單元和溫度掃描結(jié)果處理單元實(shí)時(shí)監(jiān)測晶圓表面溫度分布情況，并根據(jù)溫度掃描結(jié)果控制脈沖激光加熱單元改變脈沖激光能量在激光光束截面內(nèi)的分布情況，實(shí)現(xiàn)對晶圓表面局部區(qū)域的溫度調(diào)整，從而解決了化學(xué)藥液膜厚不均勻分布帶來的腐蝕非均勻性問題，改善了工藝效果，并提高了芯片質(zhì)量。
【附圖說明】
[0037]圖1是現(xiàn)有單片濕法清洗和單片濕法刻蝕工藝過程導(dǎo)致的晶圓非均勻腐蝕現(xiàn)象的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種改善晶圓腐蝕非均勻性的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3是本發(fā)明的一種改善晶圓腐蝕非均勻性的方法的工作原理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0041]需要說明的是，在下述的【具體實(shí)施