溼法蝕刻裝置的製作方法

2023-05-15 10:01:01

專利名稱：溼法蝕刻裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對晶圓進行溼法蝕刻的溼法蝕刻裝置。
技術背景在半導體工藝中，完成了顯影檢驗步驟後，掩膜版的圖案就被固定在光 刻膠上並準備進行蝕刻，在蝕刻後，圖案就會被永久地轉移到晶圓的表層。 所述蝕刻是通過光刻膠暴露區域來去掉晶圓最表層的工藝。蝕刻工藝主要有兩大類溼法蝕刻和幹法蝕刻。兩種方法的主要目標是將光刻掩膜版上的圖 案精確地轉移到晶圓的表面，其他蝕刻工藝的目標包括一致性、邊緣輪廓控 制、選擇性、潔淨度和所有權成本最低化。其中，溼法蝕刻是將晶圓沉浸於 裝有蝕刻劑的反應槽中過一定時間，使得蝕刻劑與晶圓表面層產生化學反應 將表面層去除。目前，主要有矽溼法蝕刻、二氧化矽溼法蝕刻、鋁膜溼法蝕 刻、澱積氧化物溼法蝕刻和氮化矽溼法蝕刻幾種溼法蝕刻工藝。授權公告號為CN1257533C的中國專利公開了 一種溼法蝕刻裝置，通過 一個可編程邏輯控制器控制清潔液存儲槽對過濾器進行自動水洗，以避免操 作錯誤，提高產品的生產合格率。然而對於一些比較特殊的溼法蝕刻工藝， 例如氮化矽溼法蝕刻工藝，通過將水作為反應物質，磷酸作為催化劑，與晶 圓表面的鈍化層氮化矽進行反應達到去除氮化矽的目的。反應式如下&3 + 6/f20 —" >3膨2 + 4M/3卞。這個蝕刻過程是先將磷酸與通過補給泵輸送的水在緩衝槽中混合，再依次通過循環泵、加熱器和過濾器將經加 熱的混合液輸送到反應槽中。但當溼法蝕刻裝置發現有漏液情況時，會報警 並停止循環泵的工作，此時由於控制溼法蝕刻裝置的軟體設計缺陷，補給泵 仍在工作，這樣的話，大量的水就會滯留於緩衝槽中而無法進入反應槽。一 旦循環泵重新開始工作，大量的水沒有與磷酸充分混合就會加熱後湧入反應槽中，水會劇烈沸騰，造成晶圓損壞。 發明內容本發明解決的問題是避免由於控制溼法蝕刻裝置的軟體設計缺陷而導致 當溼法蝕刻裝置的循環泵停止工作時，補給泵仍繼續工作造成晶圓的損壞。為解決上述問題，本發明提供了一種溼法蝕刻裝置，包括用以輸送蝕刻 混合液的循環泵和用以補充蝕刻反應化學品的補給泵，還包括聯動控制系統， 根據溼法蝕刻裝置系統的提示控制循環泵關閉時，關閉補給泵。所述聯動控制系統包括，補給泵控制裝置，根據機臺控制模塊的控制信 號開啟或關閉，並在開啟時接收聯動裝置傳送的電壓信號發送給補給泵來啟動補給泵；循環泵控制裝置，根據機臺控制模塊的控制信號開啟或關閉，並 在開啟時接收恆壓源發送的電壓信號發送給循環泵來啟動循環泵；聯動裝置， 與循環泵控制裝置並聯於機臺控制模塊，根據機臺控制模塊的控制信號開啟 或關閉，並在開啟時接收恆壓源發送的電壓信號向補給泵控制裝置傳送；恆 壓源，用於向循環泵控制裝置和聯動裝置提供啟動循環泵和補給泵的電壓信 號；機臺控制模塊，根據溼法蝕刻裝置系統的提示發送控制信號來控制補給 泵控制裝置、循環泵控制裝置和聯動裝置開啟或關閉。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明溼法蝕刻裝置通過聯動 控制系統控制循環泵和補給泵，從而當溼法蝕刻裝置的循環泵停止工作時， 補給泵也停止工作，避免造成晶圓損壞。


圖1是本發明實施例溼法蝕刻裝置示意圖；圖2是本發明實施例溼法蝕刻裝置的聯動控制系統示意圖；圖3是本發明實施例溼法蝕刻裝置的聯動控制系統的繼電器開關閉合時的示意圖。
具體實施方式
本發明在於通過聯動控制系統控制循環泵和補給泵的工作，使得循環泵 關閉時，補給泵也關閉，從而避免造成晶圓損壞。為了使得本發明的技術方案更加清楚，下面通過具體的實施例並結合對 於晶圓進行氮化矽溼法蝕刻的工藝來詳細說明本發明溼法蝕刻裝置。如圖l所示，本實施例溼法蝕刻裝置包括，第一補給單元1 ，用以存儲進行氮化矽溼法蝕刻所用的反應物，例如水；第二補給單元2，用以存儲進行氮化矽溼法蝕刻的催化劑，例如磷酸；緩衝槽4，與第一補給單元1和第二補給單元2連通，用以混合第一補給 單元1和第二補給單元2輸送的反應物和催化劑形成蝕刻混合溶液；循環泵6,與緩沖槽4連通，用以輸送緩沖槽4內的蝕刻混合溶液；加熱器7，與循環泵6連通，用以加熱循環泵6輸送的蝕刻混合溶液；過濾器8,與加熱器7連通，用以過濾經加熱的蝕刻混合溶液；反應槽5，與過濾器8連通，用以接收過濾器8輸送的加熱的蝕刻混合溶 液與晶圓進行化學反應來對晶圓進行溼法蝕刻；補給泵3，位於第一補給單元1和緩衝槽4之間，用以在溼法蝕刻反應中 根據需要將第一補給單元1內的反應物向緩衝槽4補充，例如，經過一段時 間的溼法蝕刻反應，蝕刻混合溶液消耗，就需要通過補給泵3向緩衝槽4補 充反應物；第一閥門9,位於第一補給單元1緩衝槽4之間，當溼法蝕刻反應開始後， 用以控制第一補給單元1向緩衝槽4輸送反應物；第二閥門IO,位於第二補給單元2和緩沖槽4之間，當溼法蝕刻反應開 始後，用以控制第二補給單元2向緩沖槽4輸送催化劑。本實施例溼法蝕刻裝置系統仍採用原有的軟體進行系統控制。當要對於 晶圓進行氮化矽溼法蝕刻時，系統提示第一閥門9打開，控制第一補給單元 向緩衝槽4內輸送水，而系統還會提示第二閥門IO打開，控制第二補給單元 2向緩衝槽4內輸送磷酸，使得磷酸與水在緩沖槽4內進行混合。之後，系統 控制循環泵6抽取緩衝槽4內的水與磷酸的混合液輸送到加熱器7中進行加 熱。接著，系統控制過濾器8將加熱器7輸送的經過加熱的水與磷酸的混合 液進行過濾，再輸送到反應槽5內。而反應槽5則存儲不斷輸送過來的水與 磷酸的加熱混合液，並且由於反應槽5與緩衝槽4的頂部是相通的，當反應 槽5內的水與磷酸的加熱混合液溢出時，也會繼續和緩沖槽4內的水與磷酸 的混合液混合。這樣，水與磷酸就會達到充分混合，並且由於緩衝槽4內的 水與磷酸的混合液溫度較低，而反應槽5內的水與磷酸的加熱混合液溫度較 高，兩相混合之下，混合液的溫度就會處於150攝氏度-180攝氏度之間，一 般在150攝氏度、165攝氏度、180攝氏度。通常，晶圓處於這樣的混合狀態 和溫度的混合液的環境中，能夠較好地被蝕刻，而當溼法蝕刻反應持續一段 時間之後，蝕刻混合液因與晶圓進行化學反應而會消耗掉一些，這時候系統 就會控制補給泵3抽取第一補給單元1內的水向緩沖槽4補充。對於整個蝕刻過程來說，與晶圓進行蝕刻反應的蝕刻溶液的穩定也是很 重要的。而為了保持蝕刻溶液的穩定，就需要對於輸送蝕刻反應所需化學試 劑的補給泵3和循環泵6進行有效控制。上述的系統對於補給泵3和循環泵6 的控制也是通過一個相應的控制系統來實現的，如圖2所示為本實施例溼法 蝕刻裝置中用來控制補給泵3和循環泵6的聯動控制系統的示意圖，包括，補給泵控制裝置24,根據機臺控制模塊21的控制信號開啟或關閉，並在 開啟時接收聯動裝置23傳送的電壓信號傳送給補給泵3來啟動補給泵3;循環泵控制裝置22，根據機臺控制模塊21的控制信號開啟或關閉，並在 開啟時接收恆壓源20發送的電壓信號傳送給循環泵6來啟動循環泵6;聯動裝置23，與循環泵控制裝置22並聯於機臺控制模塊21,根據機臺 控制模塊21的控制信號開啟或關閉，並在開啟時接收恆壓源20發送的電壓 信號向補給泵控制裝置24傳送；恆壓源20，用於向循環泵控制裝置22和聯動裝置23提供啟動循環泵和 補給泵的電壓信號；機臺控制模塊21，根據溼法蝕刻裝置系統的提示發送控制信號來控制補 給泵控制裝置24、循環泵控制裝置22和聯動裝置23開啟或關閉。其中，所述循環泵控制裝置22可以是一個繼電器開關。如圖3所示，所 述繼電器開關包括電磁線圏、連接於電磁線圏上的接收端、與接收端對應的 控制端和位於控制端上受電磁線圏吸引將接收端和控制端連通的活動金屬彈 片。電磁線圈的兩端分別接於機臺控制模塊21上，接收端接於恆壓源20上， 控制端接於循環泵6上。結合上述對於溼法蝕刻反應的說明，當對於晶圓進 行氮化矽溼法蝕刻的過程中需要循環泵6工作時，溼法蝕刻裝置系統會提示 機臺控制模塊21向循環泵控制裝置22提供5V的電壓作為控制信號控制循環 泵控制裝置22開啟。另一方面，恆壓源20在溼法蝕刻裝置啟動時就因溼法 蝕刻裝置系統的控制而保持24V的電壓輸出，直到溼法蝕刻裝置關閉時才會 停止電壓輸出。因此，當循環泵控制裝置22開啟時，就會將恆壓源輸送的24V 電壓信號傳送給循環泵6，從而啟動循環泵6進行輸送蝕刻混合溶液的工作。 而機臺控制模塊21控制循環泵控制裝置22的具體過程如下，循環泵控制裝 置22的電磁線圏接收機臺控制模塊21提供的5V電壓，從而電磁線圏被通電 後會在電磁效應下產生磁場，會將控制端上的活動金屬彈片吸引過來，從而 將接收端和控制端連通，使得接收端接收的24V電壓信號通過金屬彈片輸送到控制端，從而將24V電壓信號傳送給循環泵6。對於溼法蝕刻反應來說， 為了使得反應物和催化劑的充分混合， 一般循環泵6是保持一直工作的狀態 的，因而溼法蝕刻裝置系統也會控制機臺控制模塊21持續向循環泵控制裝置 22提供電壓。相應地，當溼法蝕刻反應結束後，溼法蝕刻裝置系統也會提示 機臺控制模塊21停止向循環泵控制裝置22提供電壓，循環泵控制裝置22的 電磁線圈就不會產生磁場，金屬彈片斷開接收端和控制端間的通路，從而向 循環泵6的24V電壓信號傳送通路也斷開，循環泵6停止工作。所述聯動裝置23也可以是一個繼電器開關。同樣如圖3所示，所述繼電 器開關包括電磁線圏、連接於電磁線圏上的接收端、與接收端對應的控制端 和位於控制端上受電磁線圏吸引將接收端和控制端連通的活動金屬彈片。電 磁線圈的兩端與循環泵控制裝置22的電磁線圈的兩端並聯於機臺控制模塊21 上，接收端接於恆壓源20上，控制端接於補給泵控制裝置24上。結合上述 對於溼法蝕刻反應的說明，當溼法蝕刻裝置系統提示機臺控制模塊21向循環 泵控制裝置12提供5V的電壓作為控制信號控制循環泵控制裝置22開啟時， 聯動裝置23也同時接收到了 5V的電壓而開啟。另一方面，如上所述的，恆 壓源20已經處於24V的電壓輸出狀態。因此，當聯動裝置23開啟時，會將 24V的電壓信號向補給泵控制裝置24進行傳送。而聯動裝置23的開啟過程 也與循環泵控制裝置22相同，當電磁線圈被通電後，在電磁效應下產生磁場， 會將控制端上的活動金屬彈片吸引過來，從而將接收端和控制端連通，使得 接收端接收的24V電壓信號通過金屬彈片輸送到控制端，從而聯動裝置23向 補給泵控制裝置24傳送24V電壓信號。相應地，當溼法蝕刻反應結束後，機 臺控制模塊21停止向循環泵控制裝置22提供電壓，聯動裝置23也因而關閉， 從而向補給泵控制裝置24傳送24V電壓信號的通路也斷開。所述補給泵控制裝置24也可以是個繼電器開關。同樣如圖3所示，所述 繼電器開關包括電磁線圈、連接於電磁線圈上的接收端、與接收端對應的控制端和位於控制端上受電磁線圏吸引將接收端和控制端連通的活動金屬彈片。電磁線圏的兩端分別接於機臺控制模塊21上，接收端接於聯動裝置23 的控制端上，控制端接於補給泵3上。結合上述對於溼法蝕刻反應的說明， 當對於晶圓進行氮化矽溼法蝕刻的過程中需要補給泵3向緩衝槽4補充水的 時候，溼法蝕刻裝置系統會提示機臺控制模塊21向補給泵控制裝置24提供 5V的電壓作為控制信號控制補給泵控制裝置24開啟。另一方面，恆壓源也 已經處於24V電壓輸出狀態。當補給泵控制裝置24開啟時，就會接收聯動裝 置23傳送的24V電壓信號，並將此電壓信號向補給泵3傳送，從而啟動補給 泵3向緩衝槽4補充水。補給泵控制裝置24的開啟過程也與循環泵控制裝置 22和聯動裝置23相同，電磁線圏接收5V的電壓被通電後，在電磁效應下產 生磁場，會將控制端上的活動金屬彈片吸引過來，從而將接收端和控制端連 通，使得接收端接收的聯動裝置23傳送的24V電壓信號通過金屬彈片輸送到 控制端，從而將24V電壓信號傳送給補給泵3 相應地，當向緩衝槽4補充 水的操作完成後，系統也會提示機臺控制模塊11中斷向補給泵控制裝置24 的電壓提供，補給泵控制裝置24的電磁線圏不通電，也不會產生磁場，從而 控制端和接收端之間的通路被斷開，向補給泵3傳送24V電壓信號的通路也 被切斷。在溼法蝕刻過程中，溼法蝕刻裝置也避免不了出現故障，如補給單元漏 液等。當出現故障時，溼法蝕刻裝置系統會提示機臺控制模塊21中斷向循環 泵控制裝置22的電壓提供，從而關閉循環泵6。但正如之前所說的，由於軟 件設計的缺陷，系統並不會提示機臺控制模塊21中斷向補給泵控制裝置214 的電壓提供，從而補給泵3也不會關閉，造成晶圓損壞。而本實施例的溼法 蝕刻裝置的聯動控制系統就能在原有軟體控制系統下實現關閉補給泵3的功 能。繼續結合圖2和圖3所示，當出現故障時，如之前所述的系統並不中斷恆壓源20的電壓輸出，而是提示機臺控制模塊21中斷向循環泵22的電壓提 供。循環泵控制裝置22的電磁線圏不通電，就不會產生磁場，從而也不會將 控制端上的活動金屬彈片吸引過來，>^妾收端和控制端之間的通路#:切斷。因 此，恆壓源20提供的24V電壓輸出也無法通過循環泵控制裝置22傳送給循 環泵6，循環泵6得不到循環泵控制裝置22傳送的電壓信號，因此循環泵6 停止工作。繼續結合圖2和圖3，當出現故障時，由於聯動裝置23的電磁線圏的兩 端與接收端分別與循環泵控制裝置22的相應端並聯於機臺控制模塊21和信 號控制模塊20上，當機臺控制模塊21停止向循環泵控制裝置22提供5V電 壓時，聯動裝置23的電磁線圏也接收不到機臺控制模塊211提供的5V電壓， 電磁線圏不通電，也不會將控制端上的活動金屬彈片吸引過來，接收端和控 制端之間的通路被切斷。因此，恆壓源20提供的24V電壓輸出也無法通過聯 動裝置23向補給泵控制裝置24傳送。繼續結合圖2和圖3，當出現故障時，溼法蝕刻裝置的系統並不會提示機 臺控制模塊21停止向補給泵控制裝置24提供5V電壓，因而補給泵控制裝置 24的電磁線圏還是得到電壓被通電，在電磁效應下，會將控制端上的活動金 屬彈片吸引過來，從而將接收端和控制端連通。但由於此時聯動裝置23並沒 有向補給泵控制裝置24傳送電壓信號，補給泵控制裝置24也沒有電壓信號 可傳送給補給泵3，因此補給泵3不工作。這樣的話，就防止了現有技術中， 當出現故障時，循環泵6停止而補給泵3仍繼續工作的情況，避免了大量水 滯留於緩沖槽4中，也避免了故障解除後，系統提示機臺控制模塊21向循環 泵控制裝置22提供電壓，從而啟動循環泵6後，循環泵6會將大量的水經加 熱器7和過濾器8輸送入反應槽5中，引起水的劇烈沸騰，損壞晶圓。以上所述的是本發明溼法蝕刻裝置的一個較優化的實施方式，所述的循 環泵控制裝置、補給泵控制裝置和聯動裝置也可以由邏輯功能電路構成，只要將各種情況下上述三個裝置與各個控制模塊的相互關系列成一張布爾函數 表，就可構建不同的邏輯功能電路了。將此想法推廣，聯動控制系統也不單 只有一種實現方式，也可以通過優化現有的軟體，用軟體程式語言設定好各種循環泵和補給泵的工作狀態，並輸入計算機系統，利用計算機系統實現自 動化控制或者利用各種信號的組合來實現對循環泵和補給泵的聯動控制。綜上所述，本發明溼法蝕刻裝置通過聯動控制系統控制循環泵和補給泵， 從而當系統發現蝕刻裝置出現故障停止循環泵工作時，補給泵也停止工作， 避免造成晶圓損壞。
權利要求
1. 一種溼法蝕刻裝置，包括用以輸送蝕刻混合液的循環泵和用以補充蝕刻反應化學品的補給泵，其特徵在於，還包括聯動控制系統，根據溼法蝕刻裝置系統的提示控制循環泵關閉時，關閉補給泵。
2. 如權利要求1所述的溼法蝕刻裝置，其特徵在於，所述聯動控制系統包括，補給泵控制裝置，根據機臺控制模塊的控制信號開啟或關閉，並在開啟 時接收聯動裝置傳送的電壓信號發送給補給泵來啟動補給泵；循環泵控制裝置，根據機臺控制模塊的控制信號開啟或關閉，並在開啟 時接收恆壓源發送的電壓信號發送給循環泵來啟動循環泵；聯動裝置，與循環泵控制裝置並聯於機臺控制模塊，根據機臺控制模塊 的控制信號開啟或關閉，並在開啟時接收恆壓源發送的電壓信號向補給泵控 制裝置傳送；恆壓源，用於向循環泵控制裝置和聯動裝置提供啟動循環泵和補給泵的 電壓信號；機臺控制模塊，根據溼法蝕刻裝置系統的提示發送控制信號來控制補給 泵控制裝置、循環泵控制裝置和聯動裝置開啟或關閉。
3. 如權利要求2所述的溼法蝕刻裝置，其特徵在於，所述補給泵控制裝置、 循環泵控制裝置和聯動裝置為繼電器開關。
4. 如權利要求3所述的溼法蝕刻裝置，其特徵在於，所述繼電器開關包括電 磁線圏、連接於電磁線圏上的接收端、與接收端對應的控制端和位於控制端 上受電磁線圏吸引將接收端和控制端連通的活動金屬彈片，所述電磁線圈通 電後產生磁性將金屬彈片吸引到電磁線圏上，使得接收端和控制端連通，繼 電器開關閉合。
5. 如權利要求2所述的溼法蝕刻裝置，其特徵在於，所述電壓信號為24V電壓信號。
6.如權利要求2所述的溼法蝕刻裝置，其特徵在於，所述控制信號為5V的 控制電壓。
全文摘要
本發明公開了一種溼法蝕刻裝置，包括用以輸送蝕刻混合液的循環泵和用以補充蝕刻反應化學品的補給泵，還包括聯動控制系統，根據溼法蝕刻裝置系統的提示控制循環泵關閉時，關閉補給泵。本發明溼法蝕刻裝置通過聯動控制系統控制循環泵和補給泵，從而當系統發現蝕刻裝置出現故障停止循環泵工作時，補給泵也停止工作，避免造成晶圓損壞。
文檔編號F04D15/00GK101246807SQ20071003744
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月12日 優先權日2007年2月12日
發明者張正榮, 段海東, 方 肖, 賴力彰 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司