半导体器件制造设备 【发明领域】
本发明涉及一种用于制造半导体器件的设备，尤其涉及一种用于对除半导体衬底的预定区域以外的图案形成部分进行蚀刻的蚀刻设备。
【发明背景】
制造半导体器件时，在用作半导体衬底的晶片上形成有多个层(例如多晶硅层、氧化物层、氮化物层、金属层、等等)。在层上涂有光致抗蚀剂层。通过曝光处理，将光掩模上形成的图案转印到光致抗蚀剂层上。通过蚀刻处理，就可以在晶片上形成所需的图案。
执行完这些处理步骤之后，晶片的边缘上会残留有若干个层或光致抗蚀剂。在这种情形下，如果为了进行其它处理而夹持并转送晶片，则残留的若干个层将会滴落溅污。由于它们作为微粒会降低产量，因此蚀刻处理需要去除那些残留的层或者光致抗蚀剂。
对晶片边缘的蚀刻通常采用如下方式。除了待被蚀刻的晶片边缘之外，利用屏蔽溶液或掩模屏蔽已形成图案的晶片的顶面。之后，喷洒蚀刻剂到晶片上，或者将晶片浸入到盛有蚀刻剂的槽中。这种方式需要利用屏蔽溶液或掩模屏蔽图案形成部分的步骤以及去除屏蔽溶液或掩模的步骤。因此，需要较长的工作时间并且需要耗费大量的蚀刻剂。
【发明内容】
本发明提供了一种半导体器件制造设备。该设备的特征在于它能够仅对晶片顶面上待被蚀刻地晶片边缘进行快速和简便的蚀刻。该设备的另一特征在于它能够简便地调整晶片边缘的蚀刻宽度。
为了实现这些特征，本发明提供了一种半导体器件制造设备。所述设备包括：支持器部分，其上放置有半导体衬底；喷嘴部分，其用于将流体注射到附着于所述支持器部分的衬底的边缘上；以及可移动的屏蔽罩，其用于防止从所述喷嘴部分注入的流体流到图案形成部分中的屏蔽部分。
所述支持器部分包括卡盘(chuck)、用于转动卡盘的卡盘旋转部分、以及多个卡盘脚，所述卡盘脚用于固定晶片边缘并防止衬底在所述支持器部分旋转时从所述卡盘上脱落。
流体注射部分含有流体注入孔和流体输送管，所述流体注入孔形成在所述卡盘的中心，所述流体输送管用于输送从流体注入孔供给的流体并且被设置在卡盘支持器当中。
所述屏蔽罩含有气体注入部分，所述气体注入部分与屏蔽部分间隔设置，并且注入气体以便防止从衬底边缘注入的流体流动到衬底的屏蔽部分。
所述屏蔽罩含有与衬底的屏蔽部分相面对的下部。所述屏蔽罩的下部包括凸出部分、平行部分、以及倾斜部分，所述凸出部分被设置在与屏蔽部分的边缘相对应的部分上，所述平行部分被设置在所述凸出部分内，而所述倾斜部分则被设置在所述平行部分与所述凸出部分之间。
所述气体注入部分包括气体注入孔和气体输送管，所述气体注入孔设置在所述平行部分的中心处，所述气体输送管用作将气体输送给气体注入孔的路径。
所述喷嘴部分包括喷嘴、流体输送管以及喷嘴移动部分，所述流体输送管用作将流体输送给喷嘴的路径，所述喷嘴移动部分用于移动所述喷嘴。所述喷嘴从垂直于衬底顶面的轴向外倾斜以朝向衬底。
在一个实施例中，所述喷嘴移动部分包括：电机；滑轮，其与所述电机间隔设置；传动带(belt)，其遮盖住所述电机与所述滑轮且随着所述电机的转动而移动预定距离；多个托架，其与所述传动带的两侧相连并且随着所述传动带一起移动；以及多个喷嘴支持器，其分别连接到所述多个托架并且分别支持两个喷嘴。
在另一个实施例中，所述喷嘴移动部分包括：电机；小齿轮，其与所述电机的主轴连接；齿条(rack)部分，其与所述小齿轮的螺纹相啮合；以及多个喷嘴支持器，其分别支持多个喷嘴。
屏蔽罩移动部分包括：屏蔽罩支持器，其用于支持屏蔽罩；移动杆，其与所述屏蔽罩支持器连接，并且与所述屏蔽罩支持器一起上下移动；以及驱动部分，其用于移动所述移动杆。
附图简要说明
图1是根据本发明一个实施例所述的蚀刻设备的立体图；
图2是支持器部分以及流体注射部分的剖面图；
图3是图1所示屏蔽罩的立体图；
图4示出了喷嘴移动部分的一个实施例；
图5示出了喷嘴移动部分的另一个实施例；
图6是屏蔽罩的仰视图。
图7是屏蔽罩的侧视图。
图8是图7中所示“A”区域的放大视图。
图9的概略图示出了本发明中的蚀刻剂和氮气的流动情况。
图10是喷嘴驱动部分的侧视图。
优选实施例描述
以下将参照其中显示了本发明优选实施例的附图对本发明进行更加充分的描述说明。通篇说明书中相同的附图标记指代了相同的元部件。
本发明中，晶片的顶面是指其上形成有图案的表面，而晶片的底面则是指与顶面相对的表面。另外，屏蔽部分是指除其中置有不完整芯片的晶片边缘以外的晶片顶面并且该晶片顶面被与注入到晶片边缘的化学溶液屏蔽隔离开。
尽管在这些实施例中描述的蚀刻设备是示范性的，但是该蚀刻设备也可以应用于所有只将化学溶液注射到晶片边缘或晶片下部的半导体制造设备中。
图1是根据本发明一个实施例所述的蚀刻设备的立体图，而图2则显示了图1中的支持器部分以及流体注射部分。
参看图1和图2，蚀刻设备包括碗状物10、支持器部分100、流体注射部分200、喷嘴部分300、屏蔽罩400、以及屏蔽罩移动部分500。
晶片被放置在支持器部分100上，并且支持器部分100具有卡盘110、多个卡盘脚112以及卡盘旋转部分130。在蚀刻处理期间，晶片被与卡盘110分隔开。为了防止晶片从卡盘110上脱落，在卡盘110的边缘上装有多个卡盘脚112。
在蚀刻处理期间，卡盘110在卡盘旋转部分130作用下旋转。卡盘旋转部分130包括用于支撑卡盘110的卡盘支持器132和用于使卡盘支持器132转动的卡盘驱动部分134。
在支持器部分100中设有流体注射部分200用以蚀刻晶片的下部。流体注射部分200具有流体喷嘴210和流体输送管220。流体喷嘴210设置在卡盘110的中心，而流体输送管220则设置在卡盘支持器132和卡盘110的内部中心。
因此，从蚀刻剂存储部分(未示出)经由流体输送管220输送提供的蚀刻剂被注入到卡盘110的表面与晶片下部之间的空间内。
支持器部分100设置在碗状物10中。碗状物10具有开放的上部，并且环绕着支持器部分100的周围以便在蚀刻处理期间防止注入的蚀刻剂溅射出来。
喷嘴部分300用于将蚀刻剂注入到放置在卡盘110上的晶片的边缘。屏蔽罩400用于屏蔽晶片的屏蔽侧，不让喷嘴部分300注射的蚀刻剂进入。
图3示出了图2中屏蔽罩的立体图。下面将参考图4对图3中的喷嘴移动部分的一个实施例进行说明。
参看图4，喷嘴部分300包括喷嘴310、化学溶液输送管以及喷嘴移动部分。
喷嘴310被置于晶片的边缘，并且由稍后将作说明的喷嘴支持器322支撑。另外，喷嘴310被置于远离晶片中心的位置上，并且相对于晶片旋转方向以预定的角度倾斜。因此，由喷嘴310注入的注射溶液将流到晶片的外部。注射溶液是从外部的蚀刻剂存储装置(未示出)经由化学溶液输送管供给的。在本实施例中，化学溶液输送管设置在喷嘴支持器322中。
喷嘴310水平地移动以调整被蚀刻的晶片边缘的宽度。由于这个原因，喷嘴部分300包括用于移动喷嘴310的喷嘴移动部分。喷嘴移动部分优选地设置在稍后将作说明的屏蔽罩400的壳体420之中，并且不外露。
如图4所示，喷嘴移动部分包括喷嘴支持器322、喷嘴驱动部分324、滑轮326、托架327、导轨328以及传动带329。喷嘴支持器322支持喷嘴310，而导轨328则导引喷嘴支持器322以使喷嘴310能够正确地沿着水平方向进行移动。
喷嘴驱动部分324设置在壳体420内部的一侧，而滑轮326设置在喷嘴驱动部分324的对面。喷嘴驱动部分324和滑轮326通过传动带329连接。即，传动带329在喷嘴驱动部分324的作用下可以移动预定距离。导轨328与传动带329相平行，并且被设置在传动带329的两侧。与喷嘴支持器322相连的托架327被设置在各个导轨328上。托架327的一端与传动带329相连。当传动带329移动时，与喷嘴支持器322相连的托架327将在导轨328上水平移动。
喷嘴驱动部分324优选地采用步进电机，以精确地使喷嘴移动预定距离。但是，喷嘴驱动部分324也可以采用典型的驱动部件，如气压缸或液压缸。
图5示出了根据本发明所述的喷嘴驱动部分的另一个实施例。参看图5，喷嘴驱动部分包括步进电机334、小齿轮336、喷嘴支持器332以及导轨338。
小齿轮336与水平放置的步进电机334的转动主轴连接，并且与步进电机334一起转动。在小齿轮336的周围以恒定间隔设置有多个喷嘴支持器332。喷嘴支持器332具有齿条(rack)部分333，齿条部分333上形成有螺纹，以使齿条部分333与小齿轮336的螺纹相啮合。与第一个实施例相类似，喷嘴310连接在喷嘴支持器332的另一侧。
本发明的蚀刻设备包括两个或三个喷嘴310。依照一个实施例，将同样的化学溶液同时供给喷嘴310。化学溶液由喷嘴310注入到晶片边缘，以缩短蚀刻处理所需的时间。喷嘴310优选地以恒定间隔设置在晶片边缘上。
依照本发明，一个驱动部分可以同时以恒定间距来水平移动多个喷嘴支持器332和332。因此，尽管使用了多个喷嘴310，晶片边缘仍然可以恒定的宽度得到蚀刻。
当依次供给多种化学溶液时，如果蚀刻设备具有一个化学溶液输送管和一个喷嘴310，则每当输送不同种类的化学溶液时都必须清洗管子和喷嘴。为了缩短清洗管子和喷嘴所需的时间，可以将不同种类的化学溶液输送到不同的喷嘴。
尽管喷嘴部分300具有两个或三个喷嘴310用以注射相同的化学溶液或不同的化学溶液，但是它也可以具有一个喷嘴或四个喷嘴或更多喷嘴。
由于蚀刻设备具有多个喷嘴310，而每个喷嘴都可以在水平方向上移动，因此，与传统的蚀刻设备相比，它可以更快速地完成蚀刻处理，并且可以方便地调整待被蚀刻的晶片边缘的宽度。
蚀刻设备包括屏蔽罩400，其用于防止由喷嘴310注入的化学溶液流到晶片的屏蔽侧。
图3中屏蔽罩400的仰视图和侧视图分别显示在图6和图7中。屏蔽罩400下部的放大视图则显示在图8中。
参看图2和图6至图8，屏蔽罩400包括下部410、壳体420、以及气体注入部分430。屏蔽罩的下部在蚀刻处理期间抵靠着晶片上部，并且具有凸出部分412、平行部分414、倾斜部分416以及盖罩部分418。凸出部分412正对着晶片屏蔽部分的边缘并且为环状。平行部分414为一个平坦部分，其设置在凸出部分412的内部。
在蚀刻处理期间，下部410与晶片上部是分隔开的。因此，凸出部分412不与晶片上部接触，从而避免使注入至晶片边缘的蚀刻剂流至晶片屏蔽部分。
气体注入部分430包括气体注入孔432和气体输送管434，气体注入孔432形成在平行部分414的中心处，而气体输送管434则设置在稍后将要说明的壳体420中。气体输送管434用作将气体输送给气体注入孔432的路径。
倾斜部分416设置在平行部分414和凸出部分412之间，并且部分倾斜或者具有预定的曲率半径。因此，注入到平行部分414与晶片上部之间的空间的气体可以不产生涡流地流动到凸出部分412与晶片上部之间的空间。
盖罩部分418设置在凸出部分412的外部，并且能够避免由喷嘴310注入至晶片边缘的化学溶液溅射到外面。
假设晶片上部与平行部分414、凸出部分412以及盖罩部分418之间的距离分别为A、B与C，则优选地是B＜C≤A。具体而言，最好是1mm＜A＜5mm，1mm≤B≤3mm并且1mm＜C≤5mm。
氮气经由气体注入孔432注入到平行部分414与晶片上部之间的空间，而后经由凸出部分412下方的狭窄空间流入盖罩部分418下方突然张阔的较宽空间。因此，由盖罩部分418下方将产生高的压力并且在角部产生涡流，如图8所示。该涡流防止了化学溶液由碗状物10和喷嘴310溅射出来，并且避免使尘粒接触到晶片屏蔽部分。
盖罩部分418具有和喷嘴310数目相同的凹槽419。喷嘴310插入在凹槽419中并且可以根据所需蚀刻宽度而在凹槽中移动。
本发明的蚀刻设备包括屏蔽罩移动部分500，其用于上下移动屏蔽罩400。
图10示出了屏蔽罩移动部分500的正视图。参看图10，屏蔽罩移动部分500包括屏蔽罩支持器510、移动杆520、移动杆导(rod guide)530以及屏蔽罩驱动部分540。屏蔽罩支持器510支持屏蔽罩400。屏蔽罩400的壳体420与屏蔽罩支持器510一端的底侧相连。屏蔽罩支持器510的另一端与移动杆520相连。移动杆520上下移动屏蔽罩支持器510，并且由诸如电机或者气压缸或液压缸的屏蔽罩驱动部分540驱动。移动杆导530导引移动杆520的上下运动，从而使移动杆520能够精确地实现垂直运动。
由于蚀刻设备包括能够上下移动的屏蔽罩，所以当仅要蚀刻晶片边缘时就不需要利用掩模或者屏蔽液来覆盖未蚀刻的部分。因此，就能够实现高速的蚀刻处理。
以下将对利用本发明所述蚀刻设备进行的蚀刻处理进行详细说明。
屏蔽罩400通过屏蔽罩移动部分500向上移动。要进行蚀刻处理的晶片借助于传送机器人(未示出)而被装载到卡盘110上。移动屏蔽罩以使晶片上部与屏蔽罩400的下部410之间保持预定的间距。依据蚀刻宽度而由喷嘴移动部分水平地移动喷嘴310。旋转卡盘110，并且由气体注入部分430注入氮气。将蚀刻剂由喷嘴310注射到晶片边缘。然后，蚀刻剂通过形成在卡盘110中心的流体注入孔210被注射到晶片下部。当完成蚀刻处理后，向上移动屏蔽罩400并且卸下晶片。然后将下一个晶片放置到卡盘110上。
虽然以上图示并说明了本发明的优选实施例，但是可以对其进行各种修改和替换而不会背离本发明的精神与范围。因此，可以这样理解，对本发明所做的说明描述是示例性的而不是限定性的。