一种多功能晶片腐蚀和清洗装置及使用方法

技术领域

本发明涉及半导体加工制造领域，特别是涉及一种多功能晶片腐蚀和清洗装置及使用方法。

背景技术

在集成电路工艺中，由于对晶片表面氧化膜的清洁度和平整度的要求不断提高，晶片表面腐蚀是其中一道重要工序，晶片表面的氧化膜厚度会直接影响后续加工工艺，因此晶片整体腐蚀的均匀性差会影响芯片的性能，也会增大后续加工难度以及降低成品率。单片湿法腐蚀属于液相和固相的反应，溶液中的反应物通过扩散效应来蚀刻晶片的表面。湿法腐蚀由于其产出高，低成本以及无交叉污染和可区域腐蚀等优点而成为目前仍被广泛应用的一种方法。但由于晶片尺寸的不断增大，以及腐蚀液喷洒不均匀的问题，使得晶片的精准腐蚀仍然成为亟需解决的关键技术问题。

在旋转喷淋腐蚀工艺中，晶片安装固定在旋转底座上，一般通过喷淋臂将腐蚀液喷射到旋转的晶片表面，腐蚀液与晶片表面物质发生反应被溶解。由于喷淋臂是沿半径方向将腐蚀液喷洒到晶片表面，由于晶片表面线速度的不同，腐蚀液不是均匀喷洒到表面，因此会造成晶片中心到边缘腐蚀程度的不同，并且由于存在腐蚀液喷洒时间先后的问题，喷洒的起点处晶片腐蚀程度更大。因此提高晶片腐蚀的均匀度是需要解决的问题之一。晶片在经过机械研磨，加工等环节后，通过要经过清洗过程以清除晶片上的杂质颗粒，同样对于晶片的清洗也是需要注意提升的工艺流程之一。现有的晶片腐蚀和清洗装置功能较为单一，并且腐蚀均匀度有待提高，因此在保证工艺成本的前提下开发功能全面晶片腐蚀和清洗装置具有重要价值。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置及使用方法，提高了晶片腐蚀的均匀度，能够完成腐蚀和清洗两个步骤，简化了工艺流程，提高了晶片加工质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置，包括汇流管道、升降支撑组件、主喷淋臂、副喷淋臂、第一驱动部件、晶片承载组件和控制器，所述汇流管道固定于所述升降支撑组件上，所述主喷淋臂的两端铰接于所述汇流管道上，所述第一驱动部件用于驱动所述主喷淋臂摆动，所述副喷淋臂的两端固定于所述汇流管道上，所述主喷淋臂和所述副喷淋臂均为中空结构，所述主喷淋臂和所述副喷淋臂的下表面均设置有多个喷淋孔，所述汇流管道中设置有腐蚀液管道和清洗液管道，所述腐蚀液管道和所述清洗液管道互不连通，所述主喷淋臂的两端与所述腐蚀液管道连通，所述主喷淋臂的两端与所述清洗液管道连通，所述副喷淋臂的两端与所述腐蚀液管道连通，所述副喷淋臂的两端与所述清洗液管道连通；所述晶片承载组件设置于所述汇流管道下方，所述晶片承载组件包括载具底座、第一支撑杆、第二支撑杆、晶片载具、第二驱动部件和第三驱动部件，所述第一支撑杆固定于所述载具底座上，所述第二支撑杆铰接于所述第一支撑杆上方，所述第二驱动部件用于驱动所述第二支撑杆摆动，所述第二支撑杆上端设置有所述第三驱动部件，所述第三驱动部件上安装有所述晶片载具，所述第三驱动部件用于驱动所述晶片载具转动；所述升降支撑组件、所述第一驱动部件、所述第二驱动部件和所述第三驱动部件均与所述控制器连接。

优选地，所述汇流管道为圆环状管道，所述主喷淋臂上的多个所述喷淋孔的直径由靠近所述汇流管道中心的一端至远离所述汇流管道中心的一端依次增大，所述副喷淋臂上的多个所述喷淋孔的直径由靠近所述汇流管道中心的一端至远离所述汇流管道中心的一端依次增大。

优选地，还包括两个第一连接软管和两个第二连接软管，所述主喷淋臂的两端分别通过一个所述第一连接软管与所述腐蚀液管道连通，所述主喷淋臂的两端分别通过一个所述第二连接软管与所述清洗液管道连通。

优选地，还包括第一进液管、第二进液管、第一控制阀和第二控制阀，所述第一进液管与所述腐蚀液管道连通，所述第一控制阀设置于所述第一进液管上，所述第二进液管与所述清洗液管道连通，所述第二控制阀设置于所述第二进液管上，所述第一控制阀和所述第二控制阀均与所述控制器连接。

优选地，还包括两个第一铰链，所述主喷淋臂的两端分别通过一个所述第一铰链与所述汇流管道连接，所述第一铰链包括第一上铰链、第一下铰链和第一铰轴，所述第一上铰链下部固定有所述第一铰轴，所述第一铰轴穿过所述第一下铰链，所述第一下铰链固定于所述汇流管道上，所述上铰链固定于所述主喷淋臂上，所述第一铰轴的轴线方向与所述主喷淋臂的长度延伸方向一致；所述第一驱动部件为第一电机，所述第一电机固定于一个所述第一下铰链上，所述第一电机的输出轴与所述第一铰轴固定连接，所述第一电机与所述控制器连接。

优选地，所述晶片载具包括载具平台和多个晶片固定支架，多个所述晶片固定支架沿周向设置于所述载具平台的上表面，所述载具平台的中部设置有凹槽。

优选地，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆通过第二铰链连接，所述第二铰链包括第二上铰链、第二下铰链和第二铰轴，所述第二上铰链下部固定有所述第二铰轴，所述第二铰轴穿过所述第二下铰链，所述第二下铰链固定于所述第一支撑杆上端，所述上铰链固定于所述第二支撑杆上端，所述第二铰轴的轴线方向与所述第一支撑杆的长度延伸方向相垂直；所述第二驱动部件为第二电机，所述第二电机固定于所述第二下铰链上，所述第二电机的输出轴与所述第二铰轴固定连接，所述第二电机与所述控制器连接。

优选地，所述第三驱动部件为第三电机，所述第三电机固定于所述第二支撑杆上端，所述第三电机的输出轴与所述晶片载具固定连接，所述第三电机与所述控制器连接。

优选地，所述升降支撑组件包括两个升降驱动部件，各所述升降驱动部件的顶端与所述汇流管道连接，所述升降驱动部件与所述控制器连接。

本发明还提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将晶片安装于所述晶片载具上，通过所述控制器控制所述升降支撑组件使得所述汇流管道至所需高度；

步骤二，通过所述控制器开启所述第三驱动部件使得所述晶片载具带动所述晶片旋转，向所述腐蚀液管道中注入腐蚀液，进行腐蚀液定点喷淋时，所述第一驱动部件不工作，所述主喷淋臂和所述副喷淋臂均进行固定喷淋；进行腐蚀液摆动喷淋时，所述副喷淋臂进行固定喷淋，通过所述控制器开启所述第一驱动部件，驱动所述主喷淋臂相对于所述汇流管道摆动；晶片加工过程中的腐蚀液需要排出时，所述控制器通过开启所述第二驱动部件带动所述第二支撑杆摆动，通过倾斜所述晶片载具将腐蚀液排出；

步骤三，进行清洗时，向所述清洗液管道中注入清洗液，进行清洗液定点喷淋时，所述第一驱动部件不工作，所述主喷淋臂和所述副喷淋臂均进行固定喷淋；进行清洗液摆动喷淋时，所述副喷淋臂进行固定喷淋，通过所述控制器开启所述第一驱动部件，驱动所述主喷淋臂相对于所述汇流管道摆动；晶片加工过程中的清洗液需要排出时，所述控制器通过开启所述第二驱动部件带动所述第二支撑杆摆动，通过倾斜所述晶片载具将清洗液排出。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的多功能晶片腐蚀和清洗装置及使用方法，汇流管道固定于升降支撑组件上，汇流管道中设置有腐蚀液管道和清洗液管道，分别用于通入腐蚀液和清洗液，升降支撑组件能够带动汇流管道上升或下降，进而调节喷淋高度；主喷淋臂的两端铰接于汇流管道上，主喷淋臂能够绕汇流管道在与晶片平行的平面内摆动，摆动过程中同时喷洒溶液，副喷淋臂的两端固定于汇流管道上，两个喷淋臂可工作于定点喷淋和摆动喷淋两种模式，可以提高晶片腐蚀的均匀度；晶片承载组件包括载具底座、第一支撑杆、第二支撑杆、晶片载具、第二驱动部件和第三驱动部件，第二驱动部件用于驱动第二支撑杆摆动，使得晶片载具可以小角度倾斜，用于排出腐蚀液或清洗液，第三驱动部件用于驱动晶片载具转动，进而使得晶片稳定旋转。可见，本发明提供的多功能晶片腐蚀和清洗装置能够完成腐蚀和清洗两个步骤，简化了工艺流程，提高了晶片加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多功能晶片腐蚀和清洗装置的立体结构示意图；

图2为本发明提供的多功能晶片腐蚀和清洗装置的主视图；

图3为本发明提供的多功能晶片腐蚀和清洗装置的俯视图。

附图标记说明：1、升降驱动部件；2、汇流管道；3、主喷淋臂；4、副喷淋臂；5、喷淋孔；6、第一铰链；7、第一进液管；8、第一控制阀；9、载具底座；10、第一支撑杆；11、第二铰链；12、第二支撑杆；13、载具平台；14、晶片固定支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置及使用方法，提高了晶片腐蚀的均匀度，能够完成腐蚀和清洗两个步骤，简化了工艺流程，提高了晶片加工质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本实施例提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置，包括汇流管道2、升降支撑组件、主喷淋臂3、副喷淋臂4、第一驱动部件、晶片承载组件和控制器，汇流管道2固定于升降支撑组件上，升降支撑组件能够带动汇流管道2上升或下降，进而调节喷淋高度，便于对晶片加工程度的检查，通过升降支撑组件的高度调整，可以避免晶片载具竖直方向的移动。主喷淋臂3的两端铰接于汇流管道2上，第一驱动部件用于驱动主喷淋臂3摆动，副喷淋臂4的两端固定于汇流管道2上，主喷淋臂3能够绕汇流管道2在与晶片平行的平面内摆动，摆动过程中同时喷洒溶液，主喷淋臂3的摆动范围为晶片相邻两侧的边缘，喷淋范围能够覆盖整个晶片，两个喷淋臂可工作于定点喷淋和摆动喷淋两种模式，可以提高晶片腐蚀的均匀度。主喷淋臂3和副喷淋臂4均为中空结构，主喷淋臂3和副喷淋臂4的下表面均设置有多个喷淋孔5，汇流管道2中设置有腐蚀液管道和清洗液管道，腐蚀液管道和清洗液管道互不连通，主喷淋臂3的两端与腐蚀液管道连通，主喷淋臂3的两端与清洗液管道连通，副喷淋臂4的两端与腐蚀液管道连通，副喷淋臂4的两端与清洗液管道连通，于本具体实施例中，腐蚀液管道和清洗液管道均为圆环状管道，二者均采用硬质耐腐蚀材料。通过设置互不连通的腐蚀液管道和清洗液管道使得该装置能够同时腐蚀和清洗两个步骤，减少了交叉污染的问题，简化了工艺流程，同时提高晶片加工质量。

晶片承载组件设置于汇流管道2下方，晶片承载组件包括载具底座9、第一支撑杆10、第二支撑杆12、晶片载具、第二驱动部件和第三驱动部件，第一支撑杆10固定于载具底座9上，第二支撑杆12铰接于第一支撑杆10上方，第二驱动部件用于驱动第二支撑杆12摆动，使得晶片载具可以小角度倾斜，用于排出腐蚀液或清洗液。第二支撑杆12上端设置有第三驱动部件，第三驱动部件上安装有晶片载具，晶片载具用于安装固定晶片，第三驱动部件用于驱动晶片载具转动，进而使得晶片稳定旋转。升降支撑组件、第一驱动部件、第二驱动部件和第三驱动部件均与控制器连接，通过控制器控制上述部件的工作。

具体地，汇流管道2为圆环状管道，主喷淋臂3上的多个喷淋孔5的直径由靠近汇流管道2中心的一端至远离汇流管道2中心的一端依次增大，副喷淋臂4上的多个喷淋孔5的直径由靠近汇流管道2中心的一端至远离汇流管道2中心的一端依次增大，进而实现喷射的溶液量与喷淋孔5距汇流管道2中心距离呈线性递增规律，使得晶片边缘的溶液喷射量大于晶片内侧，避免了由于旋转晶片不同位置线速度的差异造成晶片腐蚀不均匀的问题。

于本具体实施例中，喷淋溶液量与喷淋孔5距汇流管道2中心的距离按照一定的比例系数在该装置的控制系统内设定，该比例系数默认大于1，即离汇流管道2中心越远的喷淋孔5单位时间内喷洒的溶液量越多。具体地，通过调节总供液量能够调节该比例系数，总供液量在控制系统中设定，总供液量升高时，该比例系数增大，总供液量降低时，该比例系数减小。工作时，比例系数的具体大小可依据测试和实际喷淋效果而定，进而取得晶片腐蚀的最佳效果。

本实施例中还包括两个第一连接软管和两个第二连接软管，主喷淋臂3的两端分别通过一个第一连接软管与腐蚀液管道连通，主喷淋臂3的两端分别通过一个第二连接软管与清洗液管道连通。

本实施例中还包括第一进液管7、第二进液管、第一控制阀8和第二控制阀，第一进液管7与腐蚀液管道连通，第一控制阀8设置于第一进液管7上，腐蚀液由第一进液管7进入，并由第一控制阀8控制腐蚀液的注入，同时通过第一进液管7可观察注入腐蚀液的高度，便于控制腐蚀液的注入量。第二进液管与清洗液管道连通，第二控制阀设置于第二进液管上，清洗液由第二进液管进入，并由第二控制阀控制清洗液的注入，同时通过第二进液管可观察注入清洗液的高度，便于控制清洗液的注入量。第一控制阀8和第二控制阀均与控制器连接，通过控制器控制第一控制阀8和第二控制阀可以调整总供液量。

本实施例中还包括两个第一铰链6，主喷淋臂3的两端分别通过一个第一铰链6与汇流管道2连接，第一铰链6包括第一上铰链、第一下铰链和第一铰轴，第一上铰链下部固定有第一铰轴，第一铰轴穿过第一下铰链，具体地，第一下铰链上设置有第一圆孔，第一铰轴穿过所述第一圆孔。第一下铰链固定于汇流管道2上，上铰链固定于主喷淋臂3上，第一铰轴的轴线方向与主喷淋臂3的长度延伸方向一致；第一驱动部件为第一电机，第一电机固定于一个第一下铰链上，第一电机的输出轴与第一铰轴固定连接，第一电机与控制器连接。主喷淋臂3需要摆动时，通过控制器开启第一电机，第一电机能够驱动第一铰轴和第一上铰链左右摆动，进而带动主喷淋臂3摆动。

晶片载具包括载具平台13和多个晶片固定支架14，多个晶片固定支架14沿周向设置于载具平台13的上表面，载具平台13的中部设置有凹槽。具体地，载具平台13为圆盘状，载具平台13的半径略大于晶片的半径。晶片通过载具平台13上四周阵列的晶片固定支架14安装固定并与载具平台13保持平行。

第一支撑杆10和第二支撑杆12通过第二铰链11连接，第二铰链11包括第二上铰链、第二下铰链和第二铰轴，第二上铰链下部固定有第二铰轴，第二铰轴穿过第二下铰链，具体地，第二下铰链上设置有第二圆孔，第二铰轴穿过所述第二圆孔。第二下铰链固定于第一支撑杆10上端，上铰链固定于第二支撑杆12上端，第二铰轴的轴线方向与第一支撑杆10的长度延伸方向相垂直；第二驱动部件为第二电机，第二电机固定于第二下铰链上，第二电机的输出轴与第二铰轴固定连接，第二电机与控制器连接。第二支撑杆12需要摆动时，通过控制器开启第二电机，第二电机能够驱动第二铰轴和第二上铰链左右摆动，进而带动第二支撑杆12摆动，使得载具平台13能够进行竖直方向上的小角度倾斜，便于晶片表面溶液更好地排出，使得溶液流至载具平台13的凹槽内收集，方便后续处理。具体地，载具平台13的小角度倾斜用于腐蚀工艺完成后流出腐蚀液，同时便于后续的清洗操作以及清洗液的排出。

具体地，第三驱动部件为第三电机，第三电机固定于第二支撑杆12上端，第三电机的输出轴与晶片载具固定连接，第三电机与控制器连接。晶片载具需要旋转时，通过控制器开启第三电机，第三电机带动晶片载具在水平面上匀速旋转，同时带动晶片旋转。

具体地，主喷淋臂3和副喷淋臂4的长度与晶片的直径相同，使得主喷淋臂3和副喷淋臂4的喷淋孔5喷射出的溶液能够覆盖晶片的全部表面。主喷淋臂3和副喷淋臂4下表面的喷淋孔5数量相同。副喷淋臂4位于主喷淋臂3上方，主喷淋臂3和副喷淋臂4相互垂直，为了避免在摆动喷淋过程中主喷淋臂3和副喷淋臂4的碰撞，主喷淋臂3中部的上端面设计为圆弧形，副喷淋臂4中部的下端面设计为圆弧面。

具体地，升降支撑组件包括两个对称设置的升降驱动部件1，各升降驱动部件1的顶端与汇流管道2连接，升降驱动部件1与控制器连接。升降驱动部件1为气缸或电动推杆。

于本具体实施例中，第一电机、第二电机和第三电机均为直流伺服电机，成本较低，同时控制更加简单，通过直流伺服电机的闭环控制实现对转速和摆动速度的精确控制。

本实施例还提供一种多功能晶片腐蚀和清洗装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将晶片安装于晶片载具上，通过控制器控制升降支撑组件使得汇流管道2至所需高度；

步骤二，通过控制器开启第三驱动部件使得晶片载具带动晶片旋转，待晶片稳定旋转后，通过第一进液管7向腐蚀液管道中注入腐蚀液，进行腐蚀液定点喷淋时，第一驱动部件不工作，主喷淋臂3和副喷淋臂4均进行固定喷淋；进行腐蚀液摆动喷淋时，副喷淋臂4进行固定喷淋，通过控制器开启第一驱动部件，驱动主喷淋臂3相对于汇流管道2摆动，主喷淋臂3的摆动路径如图3中虚线标注；晶片加工过程中的腐蚀液需要排出时，控制器通过开启第二驱动部件带动第二支撑杆12摆动，通过倾斜晶片载具将腐蚀液排出；

步骤三，进行清洗时，通过第二进液管向清洗液管道中注入清洗液，进行清洗液定点喷淋时，第一驱动部件不工作，主喷淋臂3和副喷淋臂4均进行固定喷淋；进行清洗液摆动喷淋时，副喷淋臂4进行固定喷淋，通过控制器开启第一驱动部件，驱动主喷淋臂3相对于汇流管道2摆动；晶片加工过程中的清洗液需要排出时，控制器通过开启第二驱动部件带动第二支撑杆12摆动，通过倾斜晶片载具将清洗液排出。具体地，可以根据需要使主喷淋臂3处于摆动喷淋模式用于加速清洗。

具体地，固定喷淋模式下，主喷淋臂3和副喷淋臂4的固定喷淋时间为晶片旋转1/4圈所用时间的整数倍，定点喷淋时间的长短取决于主喷淋臂3和副喷淋臂4单位时间内的溶液喷射量，即单位时间内喷淋量变多，喷淋时间变短。

摆动喷淋模式下，副喷淋臂4固定喷淋，主喷淋臂3摆动喷淋，主喷淋臂3按照比例系数大于1的原则摆动喷射溶液。主喷淋臂3相对于汇流管道2在与晶片平行的平面内匀速摆动，从晶片一侧边缘摆动到另一侧边缘，主喷淋臂3的喷射范围能够覆盖整个晶片。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。