CN100428183C

CN100428183C - 自动化蚀刻控制系统、装置与方法

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Publication number: CN100428183C
Application number: CNB2006100050792A
Authority: CN
Inventors: 李瑛奇
Original assignee: QIYI INT CO Ltd
Current assignee: QIYI INT CO Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: CN101004598A

Abstract

一种自动化蚀刻控制系统、装置及方法被揭露。此自动化蚀刻系统包括蚀刻装置、添加单元、分析单元、侦测单元及控制单元。蚀刻装置容纳蚀刻液与至少一基板以蚀刻基板。添加单元储存蚀刻液的至少一成分。分析单元分析蚀刻液以产生分析结果。侦测单元侦测基板的数量。控制单元电连接至分析单元以接收分析结果。控制单元包括处理模块、计时模块及面积模块。处理模块产生第一添加信号至添加单元。计时模块在经过预定期间时发出启动信号至分析单元以分析蚀刻液。面积模块电连接至侦测单元以接收基板信号，并产生第二添加信号至添加单元。添加单元选择性地依据第一添加信号及第二添加信号，而将相对应的成分添加至蚀刻装置。

Description

自动化蚀刻控制系统、装置与方法

技术领域

本发明涉及一种自动化蚀刻控制装置及方法，特别是涉及自动分析蚀刻环境与侦测蚀刻基板的自动化蚀刻控制装置及方法。

背景技术

蚀刻(微蚀)是一种相当广泛被运用的工艺，例如在印刷电路板的工艺及半导体工艺等许多其它的工艺。为了得到良好的蚀刻效果，许多相关的环境参数必须被维持在预定的范围内。举例来说，蚀刻液就是影响蚀刻结果相当大的一个因素。在传统的蚀刻工艺中，操作人员必须定时对蚀刻液进行取样并分析。再根据分析的结果手动补充不足的蚀刻液。此外，为了对蚀刻工艺进行追踪与后续的工艺分析，须要记录许多的相关参数与时间的关系，例如蚀刻液浓度、蚀刻液添加的时间、蚀刻液的添加量、温度、及压力等。而这些参数在传统的工艺都必由现场人员手动记录，相当的不便与麻烦。

分析仪器被用来辅助蚀刻工艺，以期改善上述的问题。例如由分析仪器来定期对蚀刻液做取样与分析，藉此计算蚀刻液的补充量，并帮助后续的工艺分析。而然，这类的方式并没有办法提供完整的解决方案。例如蚀刻液仍然须要由操作人员手动添加，而蚀刻液的分析与参数的记录等也没有办法具有完善的整合性。

因此，若能提供一种自动化蚀刻控制系统、装置与方法，能备自动监控各种系统参数、将蚀刻液维持在预定的范围，将有所帮助。

发明内容

本发明一方面在于提供一种自动化蚀刻控制系统、装置及方法，以自动监控蚀刻工艺的各种参数，让蚀刻环境维持于最佳状况，达成良好的蚀刻效果。

本发明另一方面在于提供一种自动化蚀刻控制系统、装置及方法，以自动监控各种蚀刻参数与时间的关系，以追踪的蚀刻过程。

本发明所揭露的自动化蚀刻控制系统包括蚀刻装置、添加单元、分析单元、侦测单元及控制单元。蚀刻装置用于容纳一蚀刻液与至少一基板以蚀刻基板，且蚀刻液由多种成分所组成。添加单元储存有蚀刻液的至少一成分。分析单元用于分析蚀刻液以产生一分析结果。侦测单元用于侦测基板的数量，并产一基板信号以指示出基板的数量。控制单元电连接至分析单元以接收分析结果。控制单元包括处理模块、计时模块及面积模块。处理模块用于依据分析结果而产生一第一添加信号至添加单元。计时模块用以进行计时，而在经过一预定期间时发出一启动信号至分析单元以分析蚀刻液。面积模块电连接至侦测单元以接收基板信号，并依据基板信号而产生一第二添加信号至添加单元。添加单元选择性地依据第一添加信号及第二添加信号，而将相对应的成分添加至蚀刻装置。

本发明所揭露的自动化蚀刻控制方法利用一自动控制装置调整一蚀刻装置内由多种成分所组成的一蚀刻液。蚀刻液用于以蚀刻至少一基板，而自动控制方法包含以该自动控制装置执行下列步骤。侦测基板的数量；周期地分析蚀刻液以产生一分析结果；依据分析结果而产生一第一添加信号；依据基板的数量而产生一第二添加信号；选择性地依据第一添加信号及该第二添加信号，而将相对应的蚀刻液的成分添加至蚀刻装置。

附图说明

图1显示一种依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统；

图2显示另一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统；

图3显示又一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统；

图4显示一种依照本发明实施例的自动化蚀刻控制方法；

图5显示另一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制方法；

图6显示一种依照本发明实施例的控制装置；以及

图7显示再一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统。

简单符号说明

100自动化蚀刻控制系统 110蚀刻装置

112基板 120添加单元

122第一成分添加单元 124第二成分添加单元

126纯水添加单元 128添加管线

130控制单元 132处理模块

134计时模块 136面积模块

137第一添加信号 138启动信号

139第二添加信号 140侦测单元

141基板信号 150分析单元

152取样管线 154分析结果

600控制装置 602警示装置

604记录单元 606显示装置

具体实施方式

图1显示一种依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统100。自动化蚀刻控制系统100包括蚀刻装置110、添加单元120、控制单元130及分析单元150。蚀刻装置110用于容纳一蚀刻液(未图示)与至少一基板112以蚀刻基板112，其中的蚀刻液由多种成分所组成。添加单元120储存有蚀刻液的其中一种成分。控制单元130包括处理模块132与计时模块134。计时模块134用以进行计时，而在经过一预定期间时发出一启动信号138至分析单元150以分析蚀刻液。分析单元150用于分析蚀刻液以产生一分析结果154。处理模块132则用于依据分析结果154而产生一第一添加信号137至添加单元120。在本实施例中，第一添加信号137指示出需要将蚀刻液添加至蚀刻装置110的添加量。添加单元120则依据第一添加信号137，而将添加单元120中所储存有的成分添加至蚀刻装置110。

图2显示另一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统200。在图2中，与图1相同的元件标号则代表相类及的元件。自动化蚀刻控制系统200包括蚀刻装置110、第一成分添加单元122、第二成分添加单元124、纯水添加单元126、控制单元130及侦测单元140。蚀刻装置110用于容纳一蚀刻液(未图示)与至少一基板112以蚀刻基板112。

如图2所示，自动化蚀刻控制系统200具有第一成分添加单元122与第二成分添加单元124。此外，纯水添加单元126则用于添加水至蚀刻装置110，以控制蚀刻装置110当中的蚀刻液的状态。侦测单元140用于侦测基板112的数量，并产一基板信号141以指示出基板112的数量。在本实施例中，控制单元130包括处理模块132与面积模块136。面积模块136电连接至侦测单元140以接收基板信号141，并依据基板信号141而产生一第二添加信号139至第一成分添加单元122、第二成分添加单元124及纯水添加单元126。第一成分添加单元122、第二成分添加单元124及纯水添加单元126依据第二添加信号139，而将第二添加信号139所指示成分的添加量，而将该成分透过添加管线128添加至蚀刻装置110。

图3显示又一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制系统300。自动化蚀刻系统300包括蚀刻装置110、第一成分添加单元122、第二成分添加单元124、纯水添加单元126、控制单元130、侦测单元140、及分析单元150。在本实施例中，蚀刻装置110所容纳的蚀刻液包括有过硫酸钠(SPS)、双氧水(H₂O₂)、硫酸(H₂SO₄)、铜离子(Cu²⁺)等成分。为了使本发明的特征可更清楚的被了解，在此进一步举例说明蚀刻工艺。在本实施例中，蚀刻装置110中所进行的蚀铜反应式如下所述：

过硫酸钠蚀铜反应式

Na₂S₂O₈+H₂O→Na₂SO₄+H₂SO₅

H₂SO₅+H₂O→H₂SO₄+H₂O₂

H₂O₂+Cu→CuO+H₂O

CuO+H₂SO₄→CuSO₄+H₂O

H₂SO₄+H₂O₂蚀铜反应

H₂O₂+H₂O→H₃O⁺+HO₂ ^-

HO₂ ^-+Cu→CuO+OH^-

2H₃O⁺+CuO→3H₂O+Cu²⁺

H₃O⁺+OH^-→2H₂O

H₂O₂+Cu+2H₃O⁺→4H₂O+Cu²⁺

在本实施例中，第一成分添加单元122储存有过硫酸钠(双氧水)。第二成分添加单元124储存有硫酸，而类似的，纯水添加单元126则储存有纯水。分析单元150在本实施例中用于分析过硫酸钠(SPS)、硫酸、以及铜离子的浓度。分析的方式如下面所详述：

过硫酸钠的分析方式是先让SPS与硫酸亚铁铵过度反应，再利用光学比色计侦测其反应后的光的穿透率。其化学反应式如下：

Na₂S₂O₈+2Fe(SO₄)₃→Fe₂(SO₄)₃+Na₂SO₄

MnO₄ ^-+8H⁺+5Fe²⁺→Mn²⁺+5SPS+4H₂O

双氧水的分析是利用高锰酸钾滴定并以光学比色计侦测其光的穿透率，计算H₂O₂的含量。化学反应式如下：

5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄→K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+5O₂

硫酸的分析方式是将稀释液加入槽液中，用NaOH滴定并以光学比色计侦测其光的穿透率，再行计算硫酸的含量。其化学反应式如下：

2NaOH+H₂SO₄→Na₂SO₄+2H₂O

CuSO₄+2NaOH→Cu(OH)₂+Na₂SO₄

另外，铜离子的分析方式则是将槽液抽取至密闭式的感光器内，侦测槽液的透光度，再与内建标准铜离子浓度的透光度作比对，再行计算铜离子浓度。

在本实施例中，分析一次约须15分钟～20分钟(含清洗及排液)，并可依需要而分别设定独立分析SPS、双氧水、H₂SO₄或Cu²⁺。分析单元150可依控制单元130所设定的分析周期进行蚀刻药液的取样分析，并产生一分析结果154，并将分析结果154传送到控制单元130。控制单元130包括处理模块132、计时模块134及面积模块136。处理模块132用于依据分析结果154而产生第一添加信号137，而面积模块136则依据侦测模块140所产生的基板信号141而产生第二添加信号139。为了简化图式，在图3中以添加信号230表示第一添加信号137及第二添加信号139。添加信号230被传送至第一成分添加单元122、第二成分添加单元124、及纯水添加单元126。而第一成分添加单元122、第二成分添加单元124、及纯水添加单元126则依据第一添加信号137及第二添加信号139，而将相对应的成分添加至蚀刻装置110。在本实施例中，上述的添加单元包含定量添加泵、流量感知器、药液添加桶槽、及液位感知器等元件所组成，在接收到上述添加信号时，会依药液需求而自动添加药液。其它与前述实施例相同的部份，在此不再赘述。

此外，上述实施例用于举例说明本发明，而非用于限制本发明。本发明仍可有许多的修改与变化，举例来说，添加单元122、124、126可选择性地依照第一添加信号137及第二添加信号139来添加相对应的成分。例如在另一实施例中，自动化蚀刻系统300可具三种控制模式，当使用者选择第一种控制模式时，添加单元122、124、126以第一添加信号137来添加相对应的成分。在第二种控制模式时，添加单元122、124、126以第二添加信号139来添加相对应的成分。而在第三种控制模式时，添加单元122、124、126同时以第一添加信号137及第二添加信号139来添加相对应的成分。或者在另外一实施例中，分析单元亦可用于分析浓度以外的工艺参数，例如：酸碱值、温度、压力、比重或重量等其它工艺参数。

图4显示一种依照本发明实施例的自动化蚀刻控制方法400。方法400开始于步骤402。首先在步骤404时，侦测要被蚀刻的基板，例如图2所示利用侦测单元140以侦测基板112的数量而产生基板信号141。在步骤406中，判断基板的面积是否达到设定值，例如通过图2所示的面积模块136，由基板112的数量计算出相对应的基板面积。若面积未达预定的设定值，则在步骤408中自动调整基板112的数量，并且方法400回到步骤404，重新侦测基板112。若基板面积已达预定的设定值，则方法400进行至步骤410。

在步骤410中，输出第二添加信号至添加单元，例如图2所示的第二添加信号139。当添加单元122、124、126接收到第二添加信号139后，便在步骤412中依据第二添加信号的指示开启相对应的添加泵。因此，所需的成分便被添加至蚀刻装置110。在步骤414中，进一步的记录成分的添加量，以作为后续追踪与分析之用。

图5显示另一依照本发明实施例的自动化蚀刻控制方法500。方法500开始于步骤502。在步骤504时，开始进行计时，例如通过图1中所示的计时模块134。在达到一预定的时间时，例如每隔一个小时，则发出启动信号，例如图1所示的启动信号138。在分析单元150接收到启动信号138之后，便在步骤508中进行取样分析。取样分析的方式如前述实施例所说明，或使用任何已知的技术，本发明并不设限。在步骤510时，将分析的结果传送至控制单元130。在本实施例中，于步骤510中进一步记录分析的结果，以作为后续追踪与分析之用。然而此一步骤并非必需，或者可依视情况在使用者开启此项功能时再进行，因此图5中以虚线表示此步骤的进行。在步骤514中，方法500可进一步显示分析结果给使用者，同样地，此步骤在本实施例中亦可选用性的进行。

在步骤516中，判断分析结果是否在设定的范围内，例如通过图3所示的处理模块132。若分析结果是位于设定的范围内时，表示蚀刻装置中的工艺参数处于正常的状况，因此不需要做其它进一步的调整，故步骤回至步骤504而重新进行计时。若分析结果发现并不处于设定的范围内时，进一步在步骤518中判断工艺参数是否异常。若异常发生，例如蚀刻液的某一成分的浓度过低，则在步骤520中发出异常警报，以通知相关人员尽速处理。若不在设定的范围内，而尚未到达异常的标准时，便在步骤522中依据分析结果而计算出相对应需要的添加量，例如通过图1中所示的处理模块132。在步骤524中，依据计算的结果而输出第一添加信号，例如图1中输出第一添加信号137至添加单元120。当添加单元120接收到第一添加信号137后，便在步骤526中依据第一添加讯的指示开启相对应的添加泵。因此，所需的成分便被添加至蚀刻装置110。在步骤528中，进一步的记录成分的添加量，以做为后续追踪与分析之用。

在此需注意的是，前述的方法流程并非用于限制本发明，而本发明的控制方法亦不限于上述的特定顺序。例如，记录添加量并不限于添加完成后，亦可在添加量算出后便予以记录，或依照实际的需求予以变更记录的时间。亦即，上述的实施例仍可能有许多的修改与变化。

图6显示一种依照本发明实施例的控制装置600。控制装置600包括处理模块132、计时模块134、面积模块136、警示装置602、记录单元604、以及显示装置606。当处理模块132判断出任一工艺参数处于异常情形时，便透过警示装置602发出警示，以通知相关人员。警示装置602包括蜂鸣器、喇叭、指示灯等其它已知的装置。记录单元604用于记录各种的工艺相关的参数与时间的关系，例如蚀刻液浓度、蚀刻液添加的时间、蚀刻液的添加量、酸碱值、比重、体积、温度、及压力等，以用于对蚀刻工艺进行追踪与后续的工艺分析。显示装置606用于将记录单元604所记录的结果显示给使用者，例如通过一液晶屏幕、一监视器、一报表印制器、或一触控式屏幕等等。控制装置600的其它功能可参考前述实施例，在此不再赘述。

虽然前面已列举出有关本发明的几个实施例与部份特征，但其并非用于限制本发明的内容与范围。图7显示再另一种依照本发明的具体实施例，说明本发明的其它特征。

图7中所示的自动化蚀刻控制系统700包括蚀刻装置710、添加单元720、控制单元730、侦测单元740、以及外部处理装置750。蚀刻装置710用于容纳一蚀刻液与至少一基板702，以蚀刻该基板702。侦测单元740用于侦测蚀刻装置710的至少一参数，并将所得的参数值回传至控制单元730内。控制单元具有一处理模块732与一储存模块734。在一般的情况下，侦测单元740将所侦测到的参数值传输给控制单元730，以供控制单元作运算、运用(通过处理模块732)及储存(通过储存单元734)。

在本实施例中，此自动化蚀刻系统700可用于控制多种蚀刻工艺，例如用于控制氯化铁蚀刻工艺或氯化铜蚀刻工艺，等等。在此以氯化铁蚀刻工艺来作为说明。氯化铁的蚀铜反应式如下所述：

FeCl₃+Cu→CuCl+FeCl₂

FeCl₃+Cu→CuCl₂+FeCl₂

CuCl₂+Cu→2CuCl

2FeCl₃+Cu →CuCl₂+2FeCl₂

在此实施例中，侦测单元740用于实时侦测至少一参数，包含：蚀刻液内的温度、比重、氧化还原电位(ORP)值、盐酸及蚀刻面积等，以产生一侦测结果。侦测单元740并将所测得的侦测结果回传至控制单元730内。依据所侦测的参数不同，侦测单元740可具有不同的实际装置，例如但不限于：侦测槽、槽液输送泵、比重侦测器、盐酸侦测器、及计数器等等。处理模块732用于处理侦测单元740所回传的参数值，并产生对应的一添加信号。处理模块732可使用，例如一PLC控制器或其它类似的处理器。此外，控制单元730亦可额外的附加一外部处理装置750，例如一个人计算机或工作站等等。

此时可通过切换的方式，选择性地由处理模块732或由外部处理装置750来进行处理控制。例如在本实施例中，可以设定成在正常运行时由外部处理装置750来处理，而当外部处理装置750故障、维修、或因其它原因而暂停作用时，由内部的处理模块732来进行控制处理。这个方法的好处是，因为外部处理装置750的运算能力一般优于内部的处理模块732，因而可以获得较佳的控制效果。而在外部处理装置750暂停作用时，内部的处理模块732可作为一备援。然而本发明并不限于此种设定，而可依照不同的情形来设定外部处理装置750与内部处理模块732之间的工作分担。储存模块734可以是任何现有的记忆装置，例如但不限于：只读存储器、闪存、随机存取存储器、等。在处理模块732进行运算或处理时，储存模块734用于暂存或储存所需的数据。

不论是在内部的处理模块732或外部的处理装置750中，皆可依据实际生产需求及蚀刻液的控制需求来使用不同的软件。例如在本实施例中，使用由奇奕公司所开发的控制软件，其提供处理模块732及外部处理装置750下列的功能(其仅为列举的范例，而非用于限制)：

(1)CPK的设定功能；

(2)蚀铜面积设定功能；

(3)药液控制设定功能；

(4)数据储存功能；

(5)实时数据显示功能；

(6)系统警报警示功能。

在处理模块732产生添加信号后，控制单元730将添加信号传送至添加单元720，而添加单元720则依此添加适当的蚀刻液成分。

而如前所述，本发明亦可用于进行其它不同的蚀刻工艺，例如下面列出氯化铜的蚀铜反应式：

Cu+CuCl₂→2CuCl

通过上面所揭示的自动化蚀刻控制系统、装置及方法，本发明可自动监控蚀刻液的数种成分以及其它的工艺参数，让蚀刻环境维持于最佳状况，达成良好的蚀刻效果。并且以自动监控各种蚀刻参数与时间的关系，以追踪的蚀刻过程。

上述的实施例用以描述本发明，然本发明技术仍可有许多的修改与变化。因此，本发明并不限于以上特定实施例的描述，本发明的权利要求欲包含所有此类修改与变化，以能真正符合本发明的精神与范围。

Claims

1.一种自动化蚀刻控制装置，包含：

蚀刻装置，用于容纳蚀刻液与至少一基板，以蚀刻该基板，该蚀刻液由多种成分所组成；

添加单元，储存有该蚀刻液的至少一成分；

分析单元，用于分析该蚀刻液以产生分析结果；

侦测单元，用于侦测该基板的数量，并产生基板信号以指示出该基板的数量；

控制单元，电连接至该分析单元以接收该分析结果，该控制单元包含：

处理模块，用于依据该分析结果而产生第一添加信号至该添加单元；

计时模块，用以进行计时，在经过预定期间时，发出启动信号至该分析单元以分析该蚀刻液；

面积模块，电连接至该侦测单元以接收该基板信号，并依据该基板信号而产生第二添加信号至该添加单元；

其中该添加单元选择性地依据该第一添加信号及该第二添加信号，而将相对应的该成分添加至该蚀刻装置。

2.如权利要求1所述的装置，其中该控制单元在添加该蚀刻液的该成分至该蚀刻装置时，选择性地使用第一控制模式、第二控制模式、及第三控制模式，且其中该第一控制模式依据该第一添加信号进行添加、该第二控制模式依据该第二添加信号进行添加、且该第三控制模式依据该第一添加信号及该第二添加信号进行添加。

3.如权利要求1所述的装置，其中该添加单元还包括多个储存装置，分别储存该蚀刻液的多个成分。

4.如权利要求1所述的装置，其中该添加单元所储存的成分包括下列至少其中之一：过硫酸钠、双氧水、硫酸、铜离子、氯化铁、氯化铜、盐酸、纯水。

5.如权利要求1所述的装置，其中该分析结果包括下列至少其中之一：浓度、酸碱值、温度、压力、比重或重量。

6.如权利要求1所述的装置，其中该控制单元还包括记录单元，用于记录该分析结果，以供使用者监控该蚀刻装置的状况。

7.如权利要求6所述的装置，其中该记录单元还用于选择性地记录该第一添加信号及该第二添加信号所代表的添加量及添加时间。

8.如权利要求6所述的装置，还包括显示装置，用于显示该记录单元所记录的分析结果。

9.如权利要求1所述的装置，还包括警示装置，用于在该分析结果指示出该蚀刻液状况异常时，发出异常警示。

10.一种自动化蚀刻控制装置，包含：

添加单元，储存有该蚀刻液的至少一成分；

侦测单元，用于该蚀刻装置的至少一参数，并产生侦测结果；

控制单元，电连接至该侦测单元以接收该侦测结果，该控制单元包含：

处理模块，用于依据该侦测结果而产生添加信号至该添加单元；

储存模块，用于储存该处理模块运作时所需的数据；

其中该添加单元依据该添加信号，而将相对应的该成分添加至该蚀刻装置。

11.如权利要求10所述的装置，其中该自动化蚀刻控制系统还包括外部处理装置，而该控制单元电气耦合至该外部处理装置，并选择性地利用该处理模块及该外部处理装置来产生该添加信号。

12.如权利要求10所述的装置，其中该侦测单元所侦测的参数，包含下列至少其中之一：蚀刻液内的温度、比重、氧化还原电位值、盐酸及蚀刻面积等。

13.如权利要求10所述的装置，其中该蚀刻液的成分包括下列至少其中之一：过硫酸钠、硫酸、铜离子、氯化铁、氯化铜、盐酸、纯水。

14.一种自动蚀刻控制方法，利用自动控制装置调整蚀刻装置内由多种成分所组成的蚀刻液，该蚀刻液用于以蚀刻至少一基板，该自动控制方法包含以该自动控制装置执行下列步骤：

侦测该基板的数量；

周期地分析该蚀刻液以产生分析结果；

依据该分析结果而产生第一添加信号；

依据该基板的数量而产生第二添加信号；以及

选择性地依据该第一添加信号及该第二添加信号，而将相对应的该蚀刻液的成分添加至该蚀刻装置。

15.如权利要求14所述的方法，其中该自动控制装置在执行该自动控制方法时，选择性地使用第一控制模式、第二控制模式、及第三控制模式，且其中该第一控制模式依据该第一添加信号进行添加、该第二控制模式依据该第二添加信号进行添加、且该第三控制模式依据该第一添加信号及该第二添加信号进行添加。