CN102755970B - 一种在线spm生成系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种在线SPM生成系统及其控制方法，涉及专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备，尤其适用于集成电路工艺中光致抗蚀材料的剥离剂的处理，包括H₂SO₄供给单元，H₂O₂供给单元，SPM混合喷淋单元和控制单元，SPM混合喷淋单元包括一个SPM混合元件和至少一个SPM喷淋头；SPM混合元件包括至少两个输入端和一个SPM输出端，H₂SO₄流量控制元件通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合元件的第一输入端，H₂O₂流量控制元件通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合元件的第二输入端，SPM混合元件的SPM输出端连接到SPM喷淋头。该系统通过流量检测反馈控制硫酸和过氧化氢的流量，控制精度高，流量值稳定，生成的SPM混合液混合比例准确，可调节范围宽，从而保证SPM混合液的活性范围广，可适用于各种不同的清洗工艺要求。

Description

一种在线SPM生成系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备，尤其适用于集成电路工艺中光致抗蚀材料的剥离剂的处理。

背景技术

在半导体、集成电路、光伏产品等电子产品制造过程中，需要对以半导体晶片和光掩模板为代表的各种基板进行光刻处理，这些基板还包括液晶显示器、等离子体显示器用玻璃基板、光盘母版、磁盘、光磁盘母版等，以下统称为基板。需要使用光致抗蚀材料（光刻胶）在基板上形成集成电路和半导体器件的布局图案或者其它电路图案和数据图案。基板完成曝光、显影、刻蚀等加工工艺之后，需要去除基板表面残留的光刻胶。硫酸与过氧化氢的混合物是微电子行业普遍使用的清洗药液。SPM的主要用途是用来清洗基板上的有机残留物。SPM清洗有机残留物的主要工作原理是利用SPM的强氧化性将有机物脱水并氧化成二氧化碳和水。传统的SPM生成系统是将硫酸和过氧化氢按一定比例置于一容器中混合，并对混合物加热至一定的温度，被清洗的对象浸没在此混合液中清洗，此种生成系统的SPM重复使用，需定期更换。由于过氧化氢在加热和酸性条件下容易分解，故此类SPM生成系统的活性具有不稳定性，而且由于SPM的重复使用，会造成对清洗对象的交叉污染。此外，因使用过程中化学药液会逐渐稀释，而增加基板浸泡时间又会造成临界尺寸损失（critical dimension loss），造成临界尺寸损失的原因是清洗过程中使用的化学药剂对基板上的（金属铬）线条的腐蚀造成线条的变细。

另外一种工艺是通过旋转喷淋方法去除光掩模板上的光刻胶，该去胶方法相对于传统的深槽式浸泡式能够有效节省耗酸量，由于药液活性强，去胶后药液直接排掉不再循环使用，不会造成交叉污染，去胶效果相对稳定。中国发明专利“基板处理装置及基板处理方法”（中国发明专利号：ZL200410098053.8公开号：CN1624871）公开了一种基板处理装置，含至少两种单元、对至少两种单元进行基板搬入/搬出的基板搬送机构。至少两种单元可从下述单元选择：药液处理单元；擦洗清洗单元，聚合物除去单元，周端面处理单元，气相处理单元等。其中的药液处理单元，通过使硫酸及过氧化氢溶液在混合阀中混合，生成包含具有强氧化力的H₂S0₅的硫酸过氧化氢溶液（SPM），作为抗蚀剂剥离液，从移动喷嘴中排出到基板的表面进行基板处理。中国发明专利申请“电子束胶光掩模板的去胶方法及其装置”（申请号：201010156909.8公开号：CN101794089）公开了一种电子束胶光掩模板的去胶装置，该装置的外槽体的槽壁四周安装有上喷嘴、底板有排液流道；内槽体通过支承架安装在外槽体内，托架的托盘设置在内槽体内，托盘上设有与药液流道相通的药液下出口和药液侧出口及下喷嘴；支座的药液混合腔与托架上的药液流道相通，支座与药液混合腔相通的两个独立进药孔其出口设有单向阀、进口与药液管道连接。该装置将光掩模板平放在托盘的支承座上，将加热至50～120℃的浓硫酸与过氧化氢按体积比以2～12:1在支座的药液混合腔内混合，并注入至内槽体内，当药液淹没光掩模板后，停止药液注入，将光掩模板浸泡1～10分钟，去除光掩模板表面的光刻胶。

SPM混合液的混合比例、活性、温度以及SPM的喷淋方式和喷淋流量等对于基板处理的质量和效率有着至关重要的影响，处理不当会因药液的腐蚀造成临界尺寸损失和表层材料钌（Ru）的反光率降低，这对于32nm及以上的高端半导体工艺来说可能是致命的伤害。然而，上述专利和专利申请并未对SPM的混合比例、活性、温度以及SPM的喷淋方式和喷淋流量的控制提供有效的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于半导体或固体器件或其部件的清洗液的在线SPM生成系统，解决混合比例、流量和温度稳定可实时控制和调整的SPM混合液供给，以及实现SPM混合液的混合比例可以宽范围调节的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种在线SPM生成系统，包括H₂SO₄供给单元，H₂O₂供给单元，SPM混合喷淋单元和控制单元，其特征在于：

所述的H₂SO₄供给单元包括H₂SO₄流量控制元件和第一全氟泵；所述的H₂SO₄流量控制元件由第一电动调压阀和第一气动调压阀连接组成；所述的H₂SO₄流量控制元件通过H₂SO₄输送管路连接到所述的SPM混合喷淋单元；

所述的H₂O₂供给单元包括H₂O₂流量控制元件和第二全氟泵；所述的H₂O₂流量控制元件由第二电动调压阀和第二气动调压阀连接组成；所述的H₂O₂流量控制元件通过H₂O₂输送管路连接到所述的SPM混合喷淋单元；

所述的SPM混合喷淋单元包括第一开关阀组，第二开关阀组，SPM混合元件和至少一个SPM喷淋头；所述的SPM混合元件包括至少两个输入端和一个SPM输出端；所述的H₂SO₄流量控制元件通过连接在H₂SO₄输送管路中的第一开关阀组，连接到SPM混合元件的第一输入端；所述的H₂O₂流量控制元件通过连接在H₂O₂输送管路中的第二开关阀组，连接到SPM混合元件的第二输入端；所述的SPM混合元件的SPM输出端连接到所述的SPM喷淋头；

所述的控制单元包括第一流量计，第二流量计，A/D转换单元，工艺参数输入单元，控制运算单元和隔离驱动单元；所述的第一流量计串联连接在H₂SO₄输送管路中，所述的第二流量计串联连接在H₂O₂输送管路中；所述的第一流量计和第二流量计的流量检测输出端，分别连接到A/D转换单元的一个模拟量输入端；所述A/D转换单元的数字输出端连接到所述的控制运算单元的输入端；所述控制运算单元通过所述的工艺参数输入单元的连接外部HMI终端或者上级控制计算机网络；所述的控制运算单元通过隔离驱动单元的H₂SO₄流量控制输出端，连接到所述的H₂SO₄流量控制元件的输入端，通过隔离驱动单元的H₂O₂流量控制输出端，连接到所述的H₂O₂流量控制元件的输入端；

借助于设置在药液输送管路中的流量计实时检测和控制运算单元的反馈控制，所述的在线SPM生成系统可以实时调整SPM混合液的流量、混合比和温度，可以随清洗工艺的不同时间段动态调节SPM混合液的活性，在使用之前按照需要的流量和混合比例即时生成混合比稳定的SPM混合液。

本发明的在线SPM生成系统的一种较佳的技术方案，其特征在于所述第一气动调压阀的电控信号输入端，构成H₂SO₄流量控制元件的输入端，连接到所述隔离驱动单元的H₂SO₄流量控制输出端；所述的第一电动调压阀的气压输出回路，连接到第一气动调压阀的CDA气动输入回路；所述的第一全氟泵的加压输出端，连接到第一气动调压阀的调压输入端；所述的第一气动调压阀的调压输出端，连接到H₂SO₄输送管路。

本发明的在线SPM生成系统的一种更好的技术方案，其特征在于所述的H₂SO₄供给单元还包括H₂SO₄回流循环子系统；所述的H₂SO₄回流循环子系统包括H₂SO₄罐，第一过滤器，第一进液阀组和第一出液阀组；外部H₂SO₄供应管路经由第一过滤器连接到第一进液阀组的常闭阀入口端，H₂SO₄罐的出口管路连接到第一进液阀组的常开阀入口端，第一进液阀组的出口端连接到所述的第一全氟泵的吸入侧；所述第一气动调压阀的出口端，连接到第一出液阀组的入口端，第一出液阀组的常开阀出口端，连接到H₂SO₄罐的入口管路，第一出液阀组的常闭阀出口端，通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合元件的第一输入端。

本发明的在线SPM生成系统的一种较佳的技术方案，其特征在于所述第二电动调压阀的电控信号输入端，构成H₂O₂流量控制元件的输入端，连接到所述隔离驱动单元的H₂O₂流量控制输出端；所述的第二电动调压阀的气压输出回路，连接到第二气动调压阀的CDA气动输入回路；所述的第二全氟泵的加压输出端，连接到第二气动调压阀的调压输入端；所述的第二气动调压阀的调压输出端，连接到H₂O₂输送管路。

本发明的在线SPM生成系统的一种更好的技术方案，其特征在于所述的H₂O₂供给单元还包括H₂O₂回流循环子系统；所述的H₂O₂回流循环子系统包括H₂O₂罐，第二过滤器，第二进液阀组和第二出液阀组；外部H₂O₂供应管路连接到第二进液阀组的常闭阀入口端，H₂O₂罐的出口管路连接到第二进液阀组的常开阀入口端，第二进液阀组的出口端连接到所述的第二全氟泵的吸入侧；所述第二气动调压阀的出口端，经由第二过滤器连接到第二出液阀组的入口端，第二出液阀组的常开阀出口端，连接到H₂O₂罐的入口管路，第二出液阀组的常闭阀出口端，通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合元件的第二输入端。

本发明的在线SPM生成系统的一种改进的技术方案，其特征在于所述控制单元的隔离驱动单元设有一组SPM液流开关输出端；所述的第一开关阀组和第二开关阀组分别包含一组保压电磁阀、释压电磁阀和气动常闭阀；第一开关阀组的气动常闭阀串联连接在H₂SO₄输送管路中，第二开关阀组的气动常闭阀串联连接在H₂O₂输送管路中；所述的保压电磁阀和释压电磁阀的电控信号输入端，分别对应连接到所述的SPM液流开关输出端；所述的保压电磁阀的气压输入端连接到CDA气源，所述的释压电磁阀的气压输入端连接到大气压；同一阀组的保压电磁阀和释压电磁阀的气压输出端，并联连接到对应阀组的气动常闭阀的气动控制输入端。

本发明的在线SPM生成系统的一种改进的技术方案，其特征在于其特征在于所述的第一全氟泵和第二全氟泵的加压输出端，分别通过一个稳流元件连接到第一气动调压阀和第二气动调压阀；所述的SPM混合元件设置在邻近被清洗对象的位置，SPM混合元件的SPM输出端通过尽可能短的管路，或者不通过额外的管路，近距离连接到所述的SPM喷淋头，以便使所述的SPM混合元件中生成的混合比稳定的SPM混合液，能够瞬时通过所述的SPM喷淋头连续施加到被清洗对象上。

本发明的在线SPM生成系统的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的SPM混合喷淋单元还包括控温子系统，所述控温子系统由设置在SPM混合喷淋单元中的加热装置和温度传感器，配合设置在所述的控制运算单元中的温度控制模块共同组成；所述的加热装置连接在第一流量计与SPM混合元件的第一输入端之间的H₂SO₄输送管路中，所述的温度传感器置于SPM混合元件内部的出口管路中；所述的温度传感器的测温输出端，连接到所述的A/D转换单元的一个模拟量输入端，所述的温度控制模块通过隔离驱动单元的控温输出端连接到所述的加热装置。

本发明的另一个目的是提供一种用于上述在线SPM生成系统的控制方法，解决SPM混合液的混合比例、流量和温度的实时控制和调整的问题。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于上述在线SPM生成系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S11）在H₂SO₄输送管路和H₂O₂输送管路中分别设置流量计，实时检测H₂SO₄和H₂O₂的流量；

S12）通过A/D转换单元对实时检测的H₂SO₄和H₂O₂流量进行采样；

S13）读取工艺参数输入单元设定的工艺参数；

S14）把实时检测到的H₂SO₄和H₂O₂流量与设定的工艺参数进行比较；

S15）根据比较结果输出控制信号，调整H₂SO₄流量控制元件和H₂O₂流量控制元件的调压阀开度，控制H₂SO₄与H₂O₂的流量，控制SPM混合元件中即时生成的SPM混合液的混合比例，其中，H₂O₂的流量最小可达0.2ml/秒，H₂SO₄可调范围为0.2ml/秒～10ml/秒，硫酸与过氧化氢的比例可调范围可以达到50:1～1:1。

本发明的在线SPM生成系统的控制方法的一种较佳的技术方案，用于上述在线SPM生成系统的控制，其特征在于所述的控制方法还包含以下步骤：

S21）在所述的SPM混合元件中设置温度传感器，实时检测SPM混合元件生成的SPM混合液的温度；

S22）读取工艺参数输入单元设定的SPM温度设定值；

S23）通过A/D转换单元对实时检测的SPM混合液温度进行采样；

S24）把实时检测到的SPM混合液温度与SPM温度设定值进行比较；

S25）根据比较结果输出控制信号，控制加热装置的工作状态，调整进入SPM混合元件的H₂SO₄温度，从而控制SPM输出端的SPM混合液的温度。

本发明的有益效果是：

1.本发明的SPM在线生成系统是在使用之前按照需要的流量和混合比例即时生成SPM混合液，SPM是瞬时一次性使用，具有活性稳定、无交叉污染的优点。

2.本发明的SPM在线生成系统通过流量检测反馈控制硫酸和过氧化氢的流量，控制精度高，流量值稳定，生成的SPM混合液混合比例准确，可调节范围宽，从而保证SPM混合液的活性范围广，可适用于各种不同的清洗工艺要求。

3.本发明的在线SPM生成系统的控制方法，根据工艺参数输入单元设定的工艺参数实时调整SPM混合液的流量、混合比和温度，可以随清洗工艺的不同时间段动态调节SPM混合液的活性，在保证清洗速度的同时尽量减少药液腐蚀造成临界尺寸损失和表层材料钌（Ru）的反光率降低，从而实现最佳处理工艺。

附图说明

图1是本发明的在线SPM生成系统的结构示意图；

图2是在线SPM生成系统的H₂SO₄供给单元和H₂O₂供给单元的结构示意图；

图3是在线SPM生成系统的控制单元的原理框图。

以上图中的各部件的标号：100-H₂SO₄供给单元，200-H₂O₂供给单元，300-SPM混合喷淋单元，400-控制单元，110-第一全氟泵，111-稳流元件，120-H₂SO₄流量控制元件，121-第一电动调压阀，122-第一气动调压阀，130-H₂SO₄罐，140-第一过滤器，150-第一进液阀组，160-第一出液阀组，210-第二全氟泵，211-稳流元件，220-H₂O₂流量控制元件，221-第二电动调压阀，222-第二气动调压阀，230-H₂O₂罐，240-第二过滤器，250-第二进液切换阀组，260-第二出液切换阀组，310-SPM混合元件，311-第一输入端，312-第二输入端，313-SPM输出端，314-出口管路，320-SPM喷淋头，330-第一开关阀组，331-保压电磁阀，332-释压电磁阀，333-气动常闭阀，340-第二开关阀组，341-保压电磁阀，342-释压电磁阀，343-气动常闭阀，401-第一流量计，402-第二流量计，403-温度传感器，410-A/D转换单元，420-工艺参数输入单元，421-HMI终端或者上级控制计算机网络，430-控制运算单元，440-隔离驱动单元，441-H₂SO₄流量控制输出端，442-H₂O₂流量控制输出端，443-控温输出端，450-控温子系统，451-温度控制模块，452-加热装置。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的在线SPM生成系统如图1和图2所示，包括H₂SO₄供给单元100，H₂O₂供给单元200，SPM混合喷淋单元300和控制单元400，控制单元的原理框图参见图3。

H₂SO₄供给单元100包括H₂SO₄流量控制元件120，H₂SO₄流量控制元件120通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合喷淋单元300；

H₂O₂供给单元200包括H₂O₂流量控制元件220，所述的H₂O₂流量控制元件220通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合喷淋单元300；

SPM混合喷淋单元300包括一个SPM混合元件310和至少一个SPM喷淋头320；SPM混合元件310包括至少两个输入端311、312和一个SPM输出端313，H₂SO₄流量控制元件120通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合元件310的第一输入端311，H₂O₂流量控制元件220通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合元件310的第二输入端312，SPM混合元件310的SPM输出端313连接到SPM喷淋头320；

控制单元400包括第一流量计401，第二流量计402，A/D转换单元410，工艺参数输入单元420，控制运算单元430和隔离驱动单元440；第一流量计401串联连接在H₂SO₄输送管路中，第二流量计402串联连接在H₂O₂输送管路中；第一流量计401和第二流量计402的流量检测输出端，分别连接到A/D转换单元410的一个模拟量输入端；A/D转换单元410的数字输出端连接到控制运算单元430的输入端；控制运算单元430通过工艺参数输入单元420连接到外部HMI终端或者上级控制计算机网络421；控制运算单元430通过隔离驱动单元440的H₂SO₄流量控制输出端441，连接到所述的H₂SO₄流量控制元件120的输入端，通过隔离驱动单元440的H₂O₂流量控制输出端442，连接到所述的H₂O₂流量控制元件220的输入端。

在图2所示在线SPM生成系统的H₂SO₄供给单元和H₂O₂供给单元的结构示意图中，H₂SO₄供给单元100还包括第一全氟泵110；H₂SO₄流量控制元件120由第一电动调压阀121和第一气动调压阀122连接组成；第一电动调压阀121的电控信号输入端，构成H₂SO₄流量控制元件120的输入端，连接到隔离驱动单元440的H₂SO₄流量控制输出端441；第一电动调压阀121的气压输出回路，连接到第一气动调压阀122的CDA气动输入回路；第一全氟泵110的加压输出端，连接到第一气动调压阀122的调压输入端；第一气动调压阀122的调压输出端，连接到H₂SO₄输送管路。本发明通过比较第一流量计实时检测的流量与工艺设定值，经控制单元400计算后，通过H₂SO₄流量控制元件120将电控信号转变为气动控制信号，通过调节气动压缩空气（CDA）的压力，控制第一气动调压阀122的开度，从而调节H₂SO₄的流量。

在图2所示的实施例中，H₂SO₄供给单元100还包括H₂SO₄回流循环子系统；所述的H₂SO₄回流循环子系统包括H₂SO₄罐130，第一过滤器140，第一进液阀组150和第一出液阀组160；外部H₂SO₄供应管路经由第一过滤器140连接到第一进液阀组150的常闭阀入口端，H₂SO₄罐130的出口管路连接到第一进液阀组150的常开阀入口端，第一进液阀组150的出口端连接到所述的第一全氟泵110的吸入侧；第一气动调压阀122的出口端，连接到第一出液阀组160的入口端，第一出液阀组160的常开阀出口端，连接到H₂SO₄罐130的入口管路，第一出液阀组160的常闭阀出口端，通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合元件310的第一输入端311。

在图2所示在线SPM生成系统的H₂SO₄供给单元和H₂O₂供给单元的结构示意图中，H₂O₂供给单元200还包括第二全氟泵210；H₂O₂流量控制元件220由第二电动调压阀221和第二气动调压阀222连接组成；第二电动调压阀221的电控信号输入端，构成H₂O₂流量控制元件220的输入端，连接到所述隔离驱动单元440的H₂O₂流量控制输出端442；第二电动调压阀221的气压输出回路，连接到第二气动调压阀222的CDA气动输入回路；第二全氟泵210的加压输出端，连接到第二气动调压阀222的调压输入端；第二气动调压阀222的调压输出端，连接到H₂O₂输送管路。本发明通过比较第二流量计实时检测的流量与工艺设定值，经控制单元400计算后，通过H₂O₂流量控制元件220将电控信号转变为气动控制信号，通过调节气动压缩空气（CDA）的压力，控制第二气动调压阀222的开度，从而调节H₂O₂的流量。

在图2所示的实施例中，H₂O₂供给单元200还包括H₂O₂回流循环子系统；所述的H₂O₂回流循环子系统包括H₂O₂罐230，第二过滤器240，第二进液阀组250和第二出液阀组260；外部H₂O₂供应管路连接到第二进液阀组250的常闭阀入口端，H₂O₂罐230的出口管路连接到第二进液阀组250的常开阀入口端，第二进液阀组250的出口端连接到所述的第二全氟泵210的吸入侧；第二气动调压阀222的出口端，经由第二过滤器240连接到第二出液阀组260的入口端，第二出液阀组260的常开阀出口端，连接到H₂O₂罐230的入口管路，第二出液阀组260的常闭阀出口端，通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合元件310的第二输入端312。

在图2所示的实施例中，SPM混合喷淋单元300包括第一开关阀组330和第二开关阀组340；控制单元400的隔离驱动单元440，设有一组与阀组330和340对应的SPM液流开关输出端443；第一开关阀组330由保压电磁阀331、释压电磁阀332和气动常闭阀333组成；第二开关阀组340分别由保压电磁阀341、释压电磁阀342和气动常闭阀343组成；第一开关阀组330的气动常闭阀333串联连接在H₂SO₄输送管路中，第二开关阀组340的气动常闭阀343串联连接在H₂O₂输送管路中；所述的保压电磁阀331、341和释压电磁阀332、342的电控信号输入端，分别对应连接到SPM液流开关输出端443；保压电磁阀331、341的气压输入端连接到CDA气源，释压电磁阀332、342的气压输入端连接到大气压；同一阀组的保压电磁阀331、341和释压电磁阀332、342的气压输出端，并联连接到对应阀组的气动常闭阀333、343的气动控制输入端。

所述的保压电磁阀331、341通电时，气动常闭阀333、343的CDA气动回路接通CDA气源，连接在H₂SO₄输送管路和H₂O₂输送管路中的气动常闭阀333、343打开；保压电磁阀331、341断电后，气动常闭阀333、343的CDA气动回路断开，封闭在气动常闭阀333、343的CDA气动回路内的气体压力保持不变，气动常闭阀333、343保持打开状态，从而保持流入所述SPM混合元件313的H₂SO₄和H₂O₂的流量稳定；所述的释压电磁阀332、342通电时，气动常闭阀333、343的CDA气动回路接通到大气压，封闭在气动常闭阀333、343的CDA气动回路内的气体释放压力，气动常闭阀333、343关闭，切断H₂SO₄和H₂O₂的供给。在翻转或更换被清洗的基板，需要临时关闭气动常闭阀333、343停止SPM混合液的供应。在这种情况下，借助于所述的H₂SO₄回流循环子系统和H₂O₂回流循环子系统，H₂SO₄通过第一出液阀组160的常开阀出口端回流到H₂SO₄罐130，H₂O₂通过第二出液阀组260的常开阀出口端回流到H₂O₂罐230。在这一过程中，H₂SO₄流量控制元件120和H₂O₂流量控制元件220的药液输送流量维持不变，从而更好地保证了SPM混合液的流量和混合比的稳定性。

根据图1和图2所示的本发明的在线SPM生成系统的实施例，第一全氟泵110和第二全氟泵210的加压输出端，分别通过一个稳流元件111和211连接到第一气动调压阀122和第二气动调压阀222；所述的SPM混合元件310设置在邻近被清洗对象的位置，SPM混合元件310的SPM输出端313通过尽可能短的管路，或者不通过额外的管路，近距离连接到所述的SPM喷淋头320，以便使所述的SPM混合元件中生成的混合比稳定的SPM混合液，能够瞬时通过SPM喷淋头320连续施加到被清洗对象上。

在基板清洗领域，传统的SPM是采用步进马达驱动的泵来实现对硫酸和过氧化氢的混合比例，不同的驱动速度可实现不同的液体流量，从而实现不同的混合比例。由于步进马达需要回抽液体，因此用这种方法形成的SPM是间断性的。间断性的SPM喷淋会带来清洗时基板表面SPM分布的不均匀性，从而影响了基板表面材料的性质变化的不均匀性。本发明通过设置稳流元件和开关阀组，实现了稳定的连续喷淋，可以显著减少现有技术造成的不均匀性。

稳流元件111和211可以是设置在第一全氟泵110和第二全氟泵210内部的稳流机构，也可以是用全氟材料制成的含有密封储液腔体和弹性部件的压力缓冲装置。供液泵（例如，全氟泵）送出的药液送入密封储液腔体内，在流量峰值时间药液积累在密封储液腔体内，在流量低谷时（例如，步进马达需要回抽液体造成的液流间断），密封储液腔体内储存的药液在弹性部件的压力作用下流出，补充流量的不足，从而减轻了供液泵自身造成的流量脉动，形成稳定的液流压力和流量。

在图1所示的实施例中，SPM混合喷淋单元300还包括控温子系统，所述控温子系统由设置在SPM混合喷淋单元300中的加热装置452和温度传感器403，配合设置在控制运算单元430中的温度控制模块451共同组成；加热装置452连接在第一流量计401与SPM混合元件310的第一输入端311之间的H₂SO₄输送管路中，温度传感器403置于SPM混合元件310内部的出口管路314中；温度传感器403的测温输出端，连接到A/D转换单元410的一个模拟量输入端，温度控制模块451通过隔离驱动单元440的控温输出端444连接到所述的加热装置452，参见图1和图3。

本发明提供的一种用于上述在线SPM生成系统的控制方法，包括以下步骤：

S11）在H₂SO₄输送管路和H₂O₂输送管路中分别设置流量计，实时检测H₂SO₄和H₂O₂的流量；

S12）通过A/D转换单元对实时检测的H₂SO₄和H₂O₂流量进行采样；

S13）读取工艺参数输入单元设定的工艺参数；

S14）把实时检测到的H₂SO₄和H₂O₂流量与设定的工艺参数进行比较；

S15）根据比较结果输出控制信号，调整H₂SO₄流量控制元件和H₂O₂流量控制元件的调压阀开度，控制H₂SO₄与H₂O₂的流量，控制SPM混合元件中即时生成的SPM混合液的混合比例，其中，H₂O₂的流量最小可达0.2ml/秒，H₂SO₄可调范围为0.2ml/秒～10ml/秒，硫酸与过氧化氢的比例可调范围可以达到50:1～1:1。

本发明的在线SPM生成系统的控制方法，用于上述包含控温子系统的在线SPM生成系统的控制，所述的控制方法还包含以下步骤：

S21）在所述的SPM混合元件中设置温度传感器，实时检测SPM混合元件生成的SPM混合液的温度；

S22）读取工艺参数输入单元设定的SPM温度设定值；

S23）通过A/D转换单元对实时检测的SPM混合液温度进行采样；

S24）把实时检测到的SPM混合液温度与SPM温度设定值进行比较；

S25）根据比较结果输出控制信号，控制加热装置的工作状态，调整进入SPM混合元件的H₂SO₄温度，从而控制SPM输出端的SPM混合液的温度。

本专利的在线SPM生成系统可以生成某一恒定流量的硫酸和某一恒定流量的过氧化氢，两种药剂在接近清洗对象位置处的一个SPM混合元件310内混合，并通过一个SPM喷头喷淋到旋转中的清洗对象上进行清洗，该SPM生成系统生成的SPM是瞬时一次性使用，具有活性稳定、无交叉污染的优点。借助于设置在药液输送管路中的流量计实时检测和控制运算单元的反馈控制，保证了流量控制的精度，从而使本系统生成的恒流硫酸和过氧化氢的流量范围宽，流量值稳定，生成的SPM活性稳定且活性范围广，可以适用于不同的清洗工艺。根据本发明的技术方案，H₂O₂的流量最小可达0.2ml/秒，而H₂SO₄可调范围为0.2ml/秒～10ml/秒，因此，硫酸与过氧化氢的比例可调范围可以达到50:1～1:1，远宽于市场上现有系统常用的10:1～1:1。

以光掩模清洗为例，SPM工艺中硫酸与过氧化氢的混合比例范围宽有以下的优点：

1.在二元光掩模的清洗工艺中，有个重要质量指标是临界尺寸损失（criticaldimension loss），造成临界尺寸损失的原因是清洗过程中使用的化学药剂对金属铬线条的腐蚀造成铬线条的变小。在技术节点较低时（45nm以及更低端的技术节点），临界尺寸损失还不是很大问题，但当技术节点更高时（32nm以及更高时），临界尺寸损失就成为清洗的一个大隐患。一般的SPM清洗（5:1，5份硫酸和1份过氧化氢）清洗后会造成铬线条变小0.6nm，而使用20:1的SPM清洗，铬线条的变小仅为0.15nm。

2.在EUV（极紫外）光掩模的清洗工艺中有个关键质量指标是表层材料Ru（钌）的反光率下降，造成钌层的反光率下降的原因是清洗过程中化学药剂对钌的腐蚀，普通的光掩模清洗工艺采用的5:1的SPM会对钌产生较大的腐蚀，而20:1或更高比例的SPM对钌的腐蚀大大减轻。

本发明通过对传统的SPM工艺进行深入研究，通过改变SPM的喷淋方式、SPM的混合比例、SPM的温度等手段来优化SPM工艺，实现对高端的半导体工艺，例如，32nm及更高端的技术节点的光掩模清洗工艺的突破。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在线SPM生成系统，包括H₂SO₄供给单元，H₂O₂供给单元，SPM混合喷淋单元和控制单元，其特征在于：

所述的H₂SO₄供给单元包括H₂SO₄流量控制元件和第一全氟泵；所述的H₂SO₄流量控制元件由第一电动调压阀和第一气动调压阀连接组成；所述的H₂SO₄流量控制元件通过H₂SO₄输送管路连接到所述的SPM混合喷淋单元；

所述的H₂O₂供给单元包括H₂O₂流量控制元件和第二全氟泵；所述的H₂O₂流量控制元件由第二电动调压阀和第二气动调压阀连接组成；所述的H₂O₂流量控制元件通过H₂O₂输送管路连接到所述的SPM混合喷淋单元；

所述的SPM混合喷淋单元包括第一开关阀组，第二开关阀组，SPM混合元件和至少一个SPM喷淋头；所述的SPM混合元件包括至少两个输入端和一个SPM输出端；所述的H₂SO₄流量控制元件通过连接在H₂SO₄输送管路中的第一开关阀组，连接到SPM混合元件的第一输入端；所述的H₂O₂流量控制元件通过连接在H₂O₂输送管路中的第二开关阀组，连接到SPM混合元件的第二输入端；所述的SPM混合元件的SPM输出端连接到所述的SPM喷淋头；

所述的控制单元包括第一流量计，第二流量计，A/D转换单元，工艺参数输入单元，控制运算单元和隔离驱动单元；所述的第一流量计串联连接在H₂SO₄输送管路中，所述的第二流量计串联连接在H₂O₂输送管路中；所述的第一流量计和第二流量计的流量检测输出端，分别连接到A/D转换单元的一个模拟量输入端；所述A/D转换单元的数字输出端连接到所述的控制运算单元的输入端；所述控制运算单元通过所述的工艺参数输入单元连接到外部HMI终端或者上级控制计算机网络；所述的控制运算单元通过隔离驱动单元的H₂SO₄流量控制输出端，连接到所述的H₂SO₄流量控制元件的输入端，通过隔离驱动单元的H₂O₂流量控制输出端，连接到所述的H₂O₂流量控制元件的输入端；

借助于设置在药液输送管路中的流量计实时检测和控制运算单元的反馈控制，所述的在线SPM生成系统可以实时调整SPM混合液的流量、混合比和温度，可以随清洗工艺的不同时间段动态调节SPM混合液的活性，在使用之前按照需要的流量和混合比例即时生成混合比稳定的SPM混合液。

2.根据权利要求1所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述第一气动调压阀的电控信号输入端，构成H₂SO₄流量控制元件的输入端，连接到所述隔离驱动单元的H₂SO₄流量控制输出端；所述的第一电动调压阀的气压输出回路，连接到第一气动调压阀的CDA气动输入回路；所述的第一全氟泵的加压输出端，连接到第一气动调压阀的调压输入端；所述的第一气动调压阀的调压输出端，连接到H₂SO₄输送管路。

3.根据权利要求2所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述的H₂SO₄供给单元还包括H₂SO₄回流循环子系统；所述的H₂SO₄回流循环子系统包括H₂SO₄罐，第一过滤器，第一进液阀组和第一出液阀组；外部H₂SO₄供应管路经由第一过滤器连接到第一进液阀组的常闭阀入口端，H₂SO₄罐的出口管路连接到第一进液阀组的常开阀入口端，第一进液阀组的出口端连接到所述的第一全氟泵的吸入侧；所述第一气动调压阀的出口端，连接到第一出液阀组的入口端，第一出液阀组的常开阀出口端，连接到H₂SO₄罐的入口管路，第一出液阀组的常闭阀出口端，通过H₂SO₄输送管路连接到SPM混合元件的第一输入端。

4.根据权利要求1所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述第二电动调压阀的电控信号输入端，构成H₂O₂流量控制元件的输入端，连接到所述隔离驱动单元的H₂O₂流量控制输出端；所述的第二电动调压阀的气压输出回路，连接到第二气动调压阀的CDA气动输入回路；所述的第二全氟泵的加压输出端，连接到第二气动调压阀的调压输入端；所述的第二气动调压阀的调压输出端，连接到H₂O₂输送管路。

5.根据权利要求4所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述的H₂O₂供给单元还包括H₂O₂回流循环子系统；所述的H₂O₂回流循环子系统包括H₂O₂罐，第二过滤器，第二进液阀组和第二出液阀组；外部H₂O₂供应管路连接到第二进液阀组的常闭阀入口端，H₂O₂罐的出口管路连接到第二进液阀组的常开阀入口端，第二进液阀组的出口端连接到所述的第二全氟泵的吸入侧；所述第二气动调压阀的出口端，经由第二过滤器连接到第二出液阀组的入口端，第二出液阀组的常开阀出口端，连接到H₂O₂罐的入口管路，第二出液阀组的常闭阀出口端，通过H₂O₂输送管路连接到SPM混合元件的第二输入端。

6.根据权利要求1所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述控制单元的隔离驱动单元设有一组SPM液流开关输出端；所述的第一开关阀组和第二开关阀组分别包含一组保压电磁阀、释压电磁阀和气动常闭阀；第一开关阀组的气动常闭阀串联连接在H₂SO₄输送管路中，第二开关阀组的气动常闭阀串联连接在H₂O₂输送管路中；所述的保压电磁阀和释压电磁阀的电控信号输入端，分别对应连接到所述的SPM液流开关输出端；所述的保压电磁阀的气压输入端连接到CDA气源，所述的释压电磁阀的气压输入端连接到大气压；同一阀组的保压电磁阀和释压电磁阀的气压输出端，并联连接到对应阀组的气动常闭阀的气动控制输入端。

7.根据权利要求1所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述的第一全氟泵和第二全氟泵的加压输出端，分别通过一个稳流元件连接到第一气动调压阀和第二气动调压阀；所述的SPM混合元件设置在邻近被清洗对象的位置，SPM混合元件的SPM输出端通过尽可能短的管路，或者不通过额外的管路，近距离连接到所述的SPM喷淋头，以便使所述的SPM混合元件中生成的混合比稳定的SPM混合液，能够瞬时通过所述的SPM喷淋头连续施加到被清洗对象上。

8.根据权利要求1至7之任一权利要所述的在线SPM生成系统，其特征在于所述的SPM混合喷淋单元还包括控温子系统，所述控温子系统由设置在SPM混合喷淋单元中的加热装置和温度传感器，配合设置在所述的控制运算单元中的温度控制模块共同组成；所述的加热装置连接在第一流量计与SPM混合元件的第一输入端之间的H₂SO₄输送管路中，所述的温度传感器置于SPM混合元件内部的出口管路中；所述的温度传感器的测温输出端，连接到所述的A/D转换单元的一个模拟量输入端，所述的温度控制模块通过隔离驱动单元的控温输出端连接到所述的加热装置。

9.一种用于权利要求1至7之任一项所述的在线SPM生成系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S11）在H₂SO₄输送管路和H₂O₂输送管路中分别设置流量计，实时检测H₂SO₄和H₂O₂的流量；

S12）通过A/D转换单元对实时检测的H₂SO₄和H₂O₂流量进行采样；

S13）读取工艺参数输入单元设定的工艺参数；

S14）把实时检测到的H₂SO₄和H₂O₂流量与设定的工艺参数进行比较；

S15）根据比较结果输出控制信号，调整H₂SO₄流量控制元件和H₂O₂流量控制元件的调压阀开度，控制H₂SO₄与H₂O₂的流量，控制SPM混合元件中即时生成的SPM混合液的混合比例，其中，H₂O₂的流量最小可达0.2ml/秒，H₂SO₄可调范围为0.2ml/秒～10ml/秒，硫酸与过氧化氢的比例可调范围可以达到50:1～1:1。

10.根据权利要求9所述的在线SPM生成系统的控制方法，用于权利要求8所述的在线SPM生成系统的控制，其特征在于所述的控制方法还包含以下步骤：

S21）在所述的SPM混合元件中设置温度传感器，实时检测SPM混合元件生成的SPM混合液的温度；

S22）读取工艺参数输入单元设定的SPM温度设定值；

S23）通过A/D转换单元对实时检测的SPM混合液温度进行采样；

S24）把实时检测到的SPM混合液温度与SPM温度设定值进行比较；

S25）根据比较结果输出控制信号，控制加热装置的工作状态，调整进入SPM混合元件的H₂SO₄温度，从而控制SPM输出端的SPM混合液的温度。

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