回收光化学材料以降低成本和环境影响的涂覆晶圆的装置及方法

摘要

本发明提出了一种用于在涂覆腔中涂覆半导体晶圆的装置，包括一个用于放置半导体晶圆的平台。该装置还包括一个C&R设备，由一个可控制的环构成，环可以移至平台下方及周围，用于接收和收集涂覆半导体晶圆时甩下的涂覆材料。

说明书

技术领域

本发明主要关于形成在半导体衬底上的电子器件及其制备方法。更确切地说，本发明是关于回收利用光化学材料的改良器件和制备方法，回收利用光化学材料用于降低材料成本并且使制备工艺的环境影响降至最小。

背景技术

由于在制备过程中，缺乏收集和回收利用光化学材料的器件和工艺，因此在半导体衬底上制备电子器件的传统方法和结构仍然受到光化学材料浪费的限制。确切地说，图1表示在半导体衬底上制备电子器件的传统结构11，用光致抗蚀剂层涂覆半导体芯片，然后利用平板印刷工艺，在半导体芯片上制备电子器件。如图1所示，器件11包括一个标准的涂覆腔10、涂覆平台55，通过轴35承载和旋转，驱动装置60位于涂覆腔10内部。器件11还包括一个沉积在涂覆腔10底部的排放系统30，以及一个位于涂覆腔10上方用于分发涂覆材料（例如光化学材料）的喷嘴50，在涂覆过程中的晶圆上。在涂覆过程中，晶圆20位于涂覆平台55上；因此将喷嘴50移至晶圆20的中心处，并且在晶圆上沉积涂覆材料（例如光化学），而驱动装置60承载和旋转带有晶圆20的涂覆平台55。因此，涂覆材料均匀涂覆在晶圆的顶面上。从晶圆20上甩下的剩余涂覆材料通过排放系统30排出。在传统的涂覆过程中，由于涂覆材料没有单独收集和回收利用，而是仅仅作为废物进行排放，造成了99%以上的涂覆材料浪费。光化学材料的浪费不仅增加了材料成本，而且收集和处理的成本还会对环境造成潜在的危害。

因此，有必要提出在半导体衬底上制备电子器件的光化学材料的新型器件结构和制备方法，从而解决上述困难和局限。

发明内容

针对现有用于涂覆半导体晶圆的装置的缺陷，本发明提出了改良的器件结构和制备工艺将光化学材料浪费造成的环境影响降至最低。

在本发明的一个可选实施例中，包括如下技术方案：披露了一种用于在涂覆腔中涂覆半导体晶圆的装置，由一个放置半导体晶圆的平台构成，所述装置包括：一个C&R设备，所述C&R设备包括一个可控制在平台下方及周围移动的环，用于接收和收集在半导体晶圆涂覆过程中从半导体晶圆上甩下（spunoff）的涂覆材料。

优选的，所述装置还包括：一个喷嘴，用于在平台上的所述半导体晶圆的顶面上喷涂涂覆材料。

优选的，所述C&R设备还包括：一个回收系统和一个排放系统，所述回收系统连接到位于所述C&R设备两个不同边上的环上。

优选的，所述装置还包括：一个驱动装置，用于在所述涂覆半导体晶圆过程中，驱动和旋转所述平台。

优选的，所述C&R设备还包括：一个控制臂，用于控制和移动所述环到不同位置。

优选的，所述C&R设备还包括：一个第一导管，通过过滤器连接到导管第一末端上的所述回收系统，并且连接到在导管第一末端对面的第二末端上的回收容器，以便使所述涂覆材料通过所述导管和所述过滤器，从所述回收系统流至所述容器中。

优选的，所述C&R设备还包括：一个第二导管，通过泵连接在所述回收容器和喷嘴之间，用于将过滤后的所述涂覆材料从所述回收容器泵浦至所述喷嘴。

优选的，所述排放系统还包括：一个连接到漏极容器的第三导管，用于将处理后的所述涂覆材料和清洁溶剂排出涂覆腔。

优选的，所述C&R设备还包括：一个可控的双向阀，用于控制和选择打开所述回收系统或所述排放系统。

在本发明的另一个可选实施例中，提供了如下技术方案：一种通过在半导体衬底表面上涂覆光化学材料，在半导体衬底上制备器件的方法，所述方法包括：在涂覆过程中，将半导体衬底表面甩下的光化学材料收集到回收容器中，在进一步处理光化学材料之前，作为可回收利用的未处理的光化学材料。

优选的，所述方法中：将可回收利用的所述未处理的光化学材料收集到所述回收容器中，还包括升高环，位于涂覆平台下方并包围着涂覆平台的升高环，在所述涂覆过程中收集可回收利用的所述未处理的光化学材料。

优选的，所述方法中：所述升高环，位于所述涂覆平台下方并包围着涂覆平台，还包括升高带有第一轴的环，通过旋转带有第二轴的涂覆平台，涂覆半导体衬底。

优选的，所述方法中：将可回收利用的所述未处理的光化学材料收集到所述回收容器中，还包括将带有过滤器的第一导管连接到所述环上，以便在所述涂覆过程中将甩下的可回收利用的所述未处理的光化学材料传导并过滤到所述回收容器中。

优选的，所述方法还包括：通过将带有泵的第二轴从回收容器连接到涂覆材料分配器，回收可回收利用的所述未处理的光化学材料，以便在所述涂覆过程中，将可回收利用的所述未处理的光化学材料从回收容器泵浦至分配器。

优选的，所述方法还包括：在所述半导体衬底表面上涂覆的光化学材料上进行光化学工艺，然后控制环移至所述涂覆平台下方，在所述半导体衬底的边缘和侧边使用清洁溶剂，然后洗掉，在排放至所述排放系统之前清洗环。

优选的，所述方法还包括：在排放至所述排放系统之前洗掉并清洗环，控制双向阀关闭从环到所述回收容器的连接，打开从环到排放容器的排放导管。

优选的，所述方法还包括：控制所述涂覆腔中的分配器，在涂覆沟槽之前，移至所述半导体衬底上方，然后将环升高到所述涂覆平台下方及周围，以旋转所述涂覆平台，在所述半导体衬底表面上分配所述光化学材料。

优选的，所述方法还包括：在半导体衬底表面上涂覆光化学材料进行光化学工艺之前，控制用于分配所述光化学材料的分配器，移至远离所述涂覆平台处。

优选的，所述方法还包括：将可回收利用的所述未处理光化学材料收集至所述回收容器中，将可回收利用的所述未处理光化学材料收集至特制的PR瓶中。

本发明提出了改良的器件结构和制备工艺，在传统的涂覆过程中，收集和回收利用从晶圆上甩下的99%的排放和浪费的光化学。本发明的另一方面在于，成功配置后可以实现节省光化学、光致抗蚀剂、聚酰亚胺等99%的成本，并且可以将光化学材料浪费造成的环境影响降至最低。

附图说明

图1为现有技术中在半导体衬底上制备电子器件的传统结构。

图2A至2C表示本发明所述的改良型制备器件结构，用于配置涂覆半导体芯片的过程，以进行光刻工艺。

图3表示本发明所述的改良型制备器件结构的其他细节，以收集和回收利用光化学材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

参见图2A至2C，表示改良型制备器件结构的一系列侧面剖面图，以进行芯片涂覆工艺。如图2A所示，器件101包括一个涂覆腔（coatingchamber）100、一个涂覆平台（coatingplatform）105，通过轴135承载并旋转，以及一个位于涂覆腔100内部的驱动装置160。器件101还包括一个位于涂覆腔100上方用于分发涂覆材料（例如光化学材料）的喷嘴（dispensenozzle）150，在涂覆过程中的晶圆上。与图1所示的器件11不同，本发明所述的器件101还包括一个收集和回收（catchandrecycle,以下简称C&R）设备120，该C&R设备包括一个位于第二轴170上的环140或一个控制臂，包围着涂覆平台105，一个排放系统（drainsystem）130和回收系统（recyclesystem）125位于涂覆腔100底部，在该C&R设备120的两个对边上，其中环140连接到回收系统125，连接到排放系统130的双向阀210可以根据排放或回收的需要，通过编程打开/关闭回收系统125。该C&R设备120的第二轴170用于在涂覆过程中升高环140。在一个典型实施例中，一个C&R环140由相兼容的材料制成，作为标准的涂覆腔100，其直径约为1英寸。

如图2A所示，在涂覆沟槽初期，该C&R设备120在较低的位置，而晶圆110位于涂覆腔100中的涂覆平台105上。

如图2B所示，升高该C&R设备120，通过第二轴170升高环140，从而在涂覆过程中包围涂覆平台105。将喷嘴150移至晶圆110的中心，在晶圆上涂抹涂覆材料，同时涂覆平台驱动装置160承载并旋转带有垂直支撑轴135的涂覆平台105，从而在晶圆110上形成一个均匀的涂覆层（coatinglayer）300。在涂覆过程中，晶圆上甩下的剩余的涂覆材料收集到包围着涂覆平台105的环140中。环140中收集的剩余光化学材料通过回收系统125从涂覆腔100中流出，然后如图3所示，进入回收容器，在返回至涂覆腔110用于下一涂覆过程之前进行处理。在该过程中，涂覆菜单/程序将打开双向阀，用于回收利用。

完成涂覆过程之后，如图2C所示，移开喷嘴150，降低该C&R设备120以及环140，然后由于沉积光致抗蚀剂之后，要在绝缘的边缘涂覆清洁溶剂，以除去边缘的焊珠，因此还要进行边缘溶剂清洁过程。然后，从晶圆上洗掉带有光化学材料的清洁溶剂，通过排放系统130排出涂覆腔100。在这个过程中，收集环140可以用清洁溶剂自清洁，或用溶剂蒸汽原位清洁，以确保在预设间隔处没有污染。另外，控制涂覆过程中的温度，保持回收的光化学材料的化学一致性。

在本发明中，该C&R环140位于第二轴170上；因此该C&R环140可以在涂覆过程中，收集顶部的光致抗蚀剂，避免清洁较低位置过程中，除去边缘的焊珠。在这个过程中，涂覆菜单/程序将打开双向阀，进行排放。

图3表示本发明所述的C&R设备120的详细细节。该C&R设备120的环140中控制的回收光化学材料通过双向阀210流出涂覆腔100，流经回收系统125，通过导管185-1流至过滤器180。过滤器180用于在涂覆过程中分离可能会进入光化学材料的杂质和污染物，以便在涂覆过程中，过滤光化学材料，除去微小颗粒或夹杂的杂质。过滤后的光化学材料通过导管185-2流至回收容器190，为涂覆工艺做准备。然后，存储在容器190中的过滤后的光化学材料通过导管185-3流至泵200，由此泵浦至喷嘴150，通过导管185-4用于新的涂覆工艺。过滤后的光化学材料储存在容器190中，例如一个特制的光致抗蚀剂（photo-resist，简称PR）瓶，可以监控其粘滞性和光速一致性，以及优化环境和污染物控制。容器190和泵200可以作为标准设备安装。

确切地说，配置本发明该C&R设备之后，可以节省99%的成本。下面作简要的成本分析：

成本分析：

一加仑瓶中光致抗蚀剂的体积：3785cc

一个晶圆上分配的光致抗蚀剂体积~2.00cc

一个晶圆上涂覆的光致抗蚀剂体积：

V=光致抗蚀剂厚度*πr²=(0.5um)*3.16*100cm^2=0.016cc，

也即：V=PRthickness*πr²=(0.5um)*3.16*100cm^2=0.016cc，其中“*”代表相乘的意思，体积与厚度及圆周率和半径相关。

因此，

涂覆晶圆的数量w/o每瓶回收=1,893

99%回收后涂覆晶圆的数量=189,102

依据上述分析，一瓶化学品可以循环99.9次以上的晶圆；或者说，化学品（光致抗蚀剂/聚酰亚胺）及其废物处理的成本可以降低99%。使用本发明的C&R设备120回收的光化学材料包括光致抗蚀剂、聚酰亚胺等光敏材料。

尽管本发明已经详细说明了现有的较佳实施例，但应理解这些说明不应作为本发明的局限。对于这些实施例，也有可能使用各种可选、修正和等效方案。因此，本发明的范围不应局限于以上说明，而应由所附的权利要求书及其全部等效内容决定。