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一种硅片抛光装置

阅读：49发布：2021-02-28

IPRDB可以提供一种硅片抛光装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种硅片抛光装置。所述装置，包括：工艺处理腔，所述工艺处理腔用于抛光硅片；旋转盘，所述旋转盘设置在所述工艺处理腔内，所述硅片放置于所述旋转盘上；电机，所述电机设置于所述工艺处理腔下方，并与所述旋转盘相连，用于驱动所述旋转盘旋转；去离子水输送管，所述去离子水输送管用于向所述硅片表面喷射去离子水；氧化性气体输送管，所述氧化性气体输送管用于向所述硅片表面喷射氧化性气体；刻蚀成份输送管，所述刻蚀成份输送管用于向所述硅片表面喷射刻蚀性气体或者刻蚀性液体。使用本发明，硅片表面可以被抛光得非常平整，并且半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。，下面是一种硅片抛光装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种硅片抛光装置，其特征在于，包括：

工艺处理腔，所述工艺处理腔用于抛光硅片；

旋转盘，所述旋转盘设置在所述工艺处理腔内，所述硅片放置于所述旋转盘上；

电机，所述电机设置于所述工艺处理腔下方，并与所述旋转盘相连，用于驱动所述旋转盘旋转；

去离子水输送管，所述去离子水输送管用于向所述硅片表面喷射去离子水；

氧化性气体输送管，所述氧化性气体输送管用于向所述硅片表面喷射氧化性气体；

刻蚀成份输送管，所述刻蚀成份输送管用于向所述硅片表面喷射刻蚀性气体或者刻蚀性液体；

当所述刻蚀成份输送管输送刻蚀性气体时，所述硅片抛光装置还包括：混合气体输送管，所述混合气体输送管一端分别与所述氧化性气体输送管和所述刻蚀成份输送管相连，另一端与所述工艺处理腔相连，用于向所述硅片表面喷射氧化性气体和刻蚀性气体的混合气体；

混合器，所述氧化性气体输送管和所述刻蚀成份输送管分别通过所述混合器与所述混合气体输送管相连；

所述去离子水输送管以通过所述硅片圆心的圆弧线为路径，做往复移动；

所述混合气体输送管以通过所述硅片圆心的圆弧线为路径，做往复移动。

2.如权利要求1所述的硅片抛光装置，其特征在于，所述硅片抛光装置还包括：O3发生器，所述O3发生器与所述氧化性气体输送管相连，用于产生氧化性气体O3。

3.如权利要求1所述的硅片抛光装置，其特征在于，所述硅片抛光装置还包括：HF液体泵，所述HF液体泵用于将HF液体泵入所述刻蚀成份输送管。

4.如权利要求3所述的硅片抛光装置，其特征在于，所述硅片抛光装置还包括：HF蒸发器、载气流量控制系统和加热冷却器，所述HF液体泵、所述载气流量控制系统和所述加热冷却器分别与所述HF蒸发器相连，所述蒸发器与所述刻蚀成份输送管相连。

5.如权利要求1所述的硅片抛光装置，其特征在于，所述去离子水输送管与所述混合气体输送管在所述硅片上方交替移动。

说明书全文

一种硅片抛光装置

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种硅片抛光装置。

背景技术

[0002] 硅片的表面抛光是半导体、微机电系统、微光电等器件制备过程中非常重要的工艺步骤。抛光后硅片的表面非常平整如镜面，满足微纳器件制备的需要。传统上的硅片抛光是一种使用抛光液进行抛光的多步工艺过程，抛光液是由磨粒和化学液(例如酸)组成。硅片被安全固定在可旋转的转动台上，用压片、毛刷或海绵制成的抛光头压在旋转硅片的表面进行抛光。这种抛光方式被称作化学机械抛光，或“CMP”，已广泛应用三十多年。

[0003] 在实际应用中，抛光是一种非常复杂的制程，呈现许多挑战和应用。包括旋转速度、压力、时间、抛光液组成、硅片平整度、抛光片的磨损、装载的均匀性等参数均会影响抛光结果。并且，这些机械与化学的处理过程通常需要后续多步修复工艺，减少硅片在抛光过程中所产生的应力，或者清除抛光过程中的细小磨粒和其它污染。同时化学机械抛光耗时很长，特别在半导体芯片生产过程中是非常不经济的。尽管化学机械抛光在行业中得到广泛应用，得是仍然需要新的办法来克服上述提到的缺点。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种硅片抛光装置，所述装置提升了硅片的抛光品质，且抛光成本低。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种硅片抛光装置，包括：

[0007] 工艺处理腔，所述工艺处理腔用于抛光硅片；

[0008] 旋转盘，所述旋转盘设置在所述工艺处理腔内，所述硅片放置于所述旋转盘上；

[0009] 电机，所述电机设置于所述工艺处理腔下方，并与所述旋转盘相连，用于驱动所述旋转盘旋转；

[0010] 去离子水输送管，所述去离子水输送管用于向所述硅片表面喷射去离子水；

[0011] 氧化性气体输送管，所述氧化性气体输送管用于向所述硅片表面喷射氧化性气体；

[0012] 刻蚀成份输送管，所述刻蚀成份输送管用于向所述硅片表面喷射刻蚀性气体或者刻蚀性液体。

[0013] 上述方案中，当所述刻蚀成份输送管输送刻蚀性气体时，所述硅片抛光装置还包括：

[0014] 混合气体输送管，所述混合气体输送管一端分别与所述氧化性气体输送管和所述刻蚀成份输送管相连，另一端与所述工艺处理腔相连，用于向所述硅片表面喷射氧化性气体和刻蚀性气体的混合气体。

[0015] 上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：

[0016] 混合器，所述氧化性气体输送管和所述刻蚀成份输送管分别通过所述混合器与所述混合气体输送管相连。

[0017] 上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：

[0018] O3发生器，所述O3发生器与所述氧化性气体输送管相连，用于产生氧化性气体O3。

[0019] 上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：

[0020] HF液体泵，所述HF液体泵用于将HF液体泵入所述刻蚀成份输送管。

[0021] 上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：

[0022] HF蒸发器、载气流量控制系统和加热冷却器，所述HF液体泵、所述载气流量控制系统和所述加热冷却器分别与所述HF蒸发器相连，所述蒸发器与所述刻蚀成份输送管相连。

[0023] 上述方案中，所述去离子水输送管以通过所述硅片圆心的圆弧线为路径，做往复移动。

[0024] 上述方案中，所述混合气体输送管以通过所述硅片圆心的圆弧线为路径，做往复移动。

[0025] 上述方案中，所述去离子水输送管与所述混合气体输送管在所述硅片上方交替移动。

[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0027] 本发明借助于化学氧化反应，向放置硅片的工艺处理腔中输送氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，使得硅片表面凸点被去除。使用本发明，硅片表面可以被抛光得非常平整，与传统的化学机械方法抛光的硅片表面基本相当。由于不使用磨粒和基本上与硅片表面没有机械接触，不需要抛光后的清洗和应力释放等后续修复工艺步骤，因此，半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例提供的一种硅片抛光装置的结构示意图；

[0029] 图2为本发明实施例中去离子水输送管与混合气体输送管往复移动的轨迹图；

[0030] 图3为本发明实施例中硅片在抛光前的结构示意图；

[0031] 图4为本发明实施例中硅片抛光后的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 本发明的硅片抛光原理为：在基片表面形成微观或宏观的液体薄膜，在刻蚀液存在的条件下，氧化性气体通过硅片表面水膜层的表面，氧化性气体与刻蚀液共同反应对硅片表面进行抛光。氧化性气体流可以使硅片表面较高的点或区域的液体层相对于硅片表面较低的点或区域的液体层薄。由此产生的结果是硅片表面较高处的氧化速率比较低处快。硅片表面较高的点将会被化学去除，从而产生平整抛光的硅片表面。硅片表面较低处的点被较厚的水膜保护，较少的与氧化性气体接触，刻蚀速率较低。在抛光过程中旋转硅片，可以帮助提升抛光过程均匀性。例如：氧化性气体O3和刻蚀性液体HF共同作用会刻蚀硅，其原理是硅被O3氧化生成SiO2，HF反应溶解去除SiO2。然而，通过刻蚀作用清洗硅片，会去除极薄一层的硅片表面材料。另一方面，抛光过程也会去除1～50微米的硅片表层，获得极平整的、完好抛光的表面。

[0033] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

[0034] 实施例一：

[0035] 如图1所示，本实施例提供一种硅片抛光装置，包括：工艺处理腔202，所述处理腔用于抛光硅片204；旋转盘205，所述旋转盘205设置在所述工艺处理腔202内，所述硅片204放置于所述旋转盘205上；电机208，所述电机208设置于所述工艺处理腔202下方，并与所述旋转盘205相连，用于驱动所述旋转盘205旋转，进而带动硅片204进行旋转；去离子水输送管201，所述去离子水输送管201用于向所述硅片204表面喷射去离子水203；混合气体输送管207，所述混合气体输送管207一端分别与氧化性气体输送管【图中未示出】和刻蚀成份输送管【图中未示出】相连，另一端与所述工艺处理腔202相连，用于向所述硅片表面喷射氧化性气体和刻蚀性气体的混合气体206。硅片204的旋转可以在硅片204表面形成液体层，同时可以使硅片表面的液体保持新鲜。

[0036] 本实施例中，所述硅片抛光装置还包括：O3发生器、HF液体泵、HF蒸发器、载气流量控制系统和加热冷却器；其中，所述O3发生器与所述氧化性气体输送管相连，用于产生氧化性气体O3，所述HF液体泵、所述载气流量控制系统和所述加热冷却器分别与所述HF蒸发器相连，所述HF液体泵用于将HF液体泵入所述HF蒸发器，所述HF蒸发器与所述刻蚀成份输送管相连。

[0037] 本实施例中，所述硅片抛光装置还包括：混合器【图中未示出】，所述氧化性气体输送管和所述刻蚀成份输送管分别通过所述混合器与所述混合气体输送管207相连。

[0038] 本实施例中，如图2所示，所述去离子水输送管与所述混合气体输送管在所述硅片上方交替移动，所述去离子水输送管201以通过所述硅片204圆心301的圆弧线302为路径，做往复移动，所述混合气体输送管207也以通过所述硅片204圆心301的圆弧线302为路径，做往复移动。

[0039] 本实施例的工作过程如下：HF液体通过HF液体泵泵入HF蒸发器中，N2等载气气体经过载气流量控制系统进入HF蒸发器中，N2在HF蒸发器中的流动使HF液体产生挥发，当N2流出HF蒸发器，已经是一种包含HF的混合气体。独立的加热冷却器以过热交换的方式控制HF蒸发器中液体的温度。HF蒸发器中产生的混和刻蚀性气体与O3发生器中产生的氧化性气体O3分别通过刻蚀成份输送管和氧化性气体输送管在混合器中混合，经过混合气体输送管207喷射至工艺处理腔202中旋转的硅片204表面。与此同时，去离子水输送管201将去离子水喷射到旋转的硅片204表面。如图3所示，硅片204高速旋转，去离子水输送管201中喷出的去离子水203会在硅片204表面形成一个均匀的液体薄膜403，此时，还未抛光的硅片204表面呈现一种锯齿形状，齿尖401处的水膜厚度相较于底部402的水膜薄，因此硅片204在旋转抛光时，齿尖401处的刻蚀速率高于底部402处，产生的结果是硅片表面更加平整，如图4所示，起到抛光效果。

[0040] 实施例二：

[0041] 本实施例提供一种硅片抛光装置，包括：工艺处理腔202，所述处理腔用于抛光硅片204；旋转盘205，所述旋转盘205设置在所述工艺处理腔202内，所述硅片204放置于所述旋转盘205上；电机208，所述电机208设置于所述工艺处理腔202下方，并与所述旋转盘205相连，用于驱动所述旋转盘205旋转，进而带动硅片204进行旋转；去离子水输送管201，所述去离子水输送管201用于向所述硅片204表面喷射去离子水203；氧化性气体输送管，所述氧化性气体输送管用于向所述硅片表面喷射氧化性气体；刻蚀成份输送管，所述刻蚀成份输送管用于向所述硅片表面喷射刻蚀性气体或者刻蚀性液体。硅片204的旋转可以在硅片204表面形成液体层，同时可以使硅片表面的液体保持新鲜。

[0042] 本实施例中，所述硅片抛光装置还包括：O3发生器、HF液体泵、HF蒸发器、载气流量控制系统和加热冷却器；其中，所述O3发生器与所述氧化性气体输送管相连，用于产生氧化性气体O3；所述HF液体泵用于将HF液体泵入所述刻蚀成份输送管，或者所述HF液体泵、所述载气流量控制系统和所述加热冷却器分别与所述HF蒸发器相连，所述HF液体泵用于将HF液体泵入所述HF蒸发器，所述HF蒸发器与所述刻蚀成份输送管相连。

[0043] 本实施例中，所述去离子水输送管201以通过所述硅片204圆心的圆弧线为路径，做往复移动。

[0044] 本实施例的工作过程如下：HF液体通过HF液体泵直接泵入刻蚀成份输送管，为工艺处理腔202提供刻蚀成份液体；或者HF液体通过HF液体泵泵入HF蒸发器中，N2等载气气体经过载气流量控制系统进入HF蒸发器中，N2在HF蒸发器中的流动使HF液体产生挥发，当N2流出HF蒸发器，已经是一种包含HF的混合气体。独立的加热冷却器以过热交换的方式控制HF蒸发器中液体的温度。刻蚀成份输送管将HF液体或HF蒸发器中产生的刻蚀成分气体喷射至工艺处理腔202中旋转的硅片204表面，O3发生器中产生的氧化性气体O3通过氧化性气体输送管喷射至工艺处理腔202中旋转的硅片204表面。与此同时，去离子水输送管201将去离子水喷射到旋转的硅片204表面。硅片204高速旋转，去离子水输送管201中喷出的去离子水203会在硅片204表面形成一个均匀的液体薄膜403，此时，还未抛光的硅片204表面呈现一种锯齿形状，齿尖401处的水膜厚度相较于底部402的水膜薄，因此硅片204在旋转抛光时，齿尖401处的刻蚀速率高于底部402处，产生的结果是硅片表面更加平整，起到抛光效果。

[0045] 在本发明中，刻蚀成份，如HF，将采用液体或气体的方式。HF液体传送到硅片表面，或者HF气体与氧化性气体混和，传送到硅片表面。当高浓度的HF液体或气体与氧化性气体混和，在硅片表面可以有较强的抛光效果。当混合气流以较高的速率喷射到硅片表面时，抛光效果也将提升。同时也可以发现相对于室温，当HF蒸发器中液体温度逐步升高时，在硅片表面的抛光效果也将提升。很显然这主要是因为温度上升，更高浓度的刻蚀成份进入混合气体，从而增加了抛光效果。HF气体也可以是将N2通往HF蒸发器中的HF液体中，N2作为载气将HF气体带出，再与O3等氧化性气体混和，传送到待抛光硅片表面。

[0046] 本发明的优点如下：

[0047] 本发明借助于化学氧化反应，向放置硅片的工艺处理腔中输送氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，使得硅片表面凸点被去除。使用本发明，硅片表面可以被抛光得非常平整，与传统的化学机械方法抛光的硅片表面基本相当。由于不使用磨粒和基本上与硅片表面没有机械接触，不需要抛光后的清洗和应力释放等后续修复工艺步骤，因此，半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。

[0048] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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