CN103088316B

CN103088316B - 用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统

Info

Publication number: CN103088316B
Application number: CN201110379539.9A
Authority: CN
Inventors: 吴啸; 冯金良; 梁浩; 周斌
Original assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: CN103088316A

Abstract

本发明提供一种用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统，属于半导体薄膜沉积设备的清洗技术领域。该加排液系统包括：气化容器、加液容器、以及接入所述气化容器的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路；其中，所述加排液系统可操作地工作于清洗状态、废液排除状态或加液状态。该加排液系统安全性好、操作员工劳动强度低、系统寿命长并且运行可靠性好，其运行可以不终止半导体薄膜沉积设备的运行。

Description

用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统

技术领域

本发明属于半导体薄膜沉积设备的清洗技术领域，尤其涉及一种用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统。

背景技术

半导体薄膜沉积设备是半导体芯片制造领域的基本设备，其在工作或使用过程中，不可避免地会在该设备的某些部分因薄膜沉积过程而淀积上不必要的薄膜和/或沉积有不必要的粉尘颗粒等，例如，常压化学气相沉积(APCVD)设备在淀积薄膜时，其用于输送硅片的履带上可能也淀积有薄膜层，或者在一定时间后，在履带上覆盖或粘附有粉尘颗粒等污染物。通常地，这一现象可能会影响薄膜沉积设备的正常运行并有可能影响芯片制造的良率。

因此，化学薄膜沉积设备常带自清洗功能的装置，其用于对某些容易发生以上现象的部分(例如APCVD的履带、沉积薄膜腔体内的内罩)定期地进行清洗。现有技术中，其清洗过程包括采用气化的强酸(或强碱)等气体进行刻蚀清洗。例如，在APCVD设备中，采用气态的氢氟酸来刻蚀履带上所淀积的薄膜和/或粉尘颗粒，然后还可以在超声清洗槽内清洗、再烘干。

进而，自清洗功能装置必须能具有提供气化的强酸(或强碱)等气体的功能。以APCVD为例，其采用加排液系统来实现，该加排液系统通过其中的气化桶气化溶质(例如HF)，从而HF气体可以导入刻蚀腔来刻蚀履带。

然而，在实际生产过程中，气化桶中的化学溶液会随着溶质的气化过程而浓度不断降低，在气化桶所盛放的化学溶液的浓度低于某一值时，难以气化。例如，气化桶内的纯HF溶液(质量百分比浓度为40％)在8-10小时气化后，浓度急剧下降，履带等的清洗效果难以保证。因此，需要经常排除气化桶中的废液并补充所需化学溶液。现有技术中，加排液系统中的气化桶的化学溶液的排除及补充过程是通过人工更换进行的。明显地，这种加排液方式存在以下问题：(1)需要拆装气化桶等过程，这样不可避免地会影响半导体薄膜沉积设备的运行，过程复杂，效率低，操作人员劳动强度大；(2)化学溶液的排除及补充过程存在喷溅至操作人员或设备上的危险，安全性低；(3)气化桶需要从加排液系统中拆装，气化桶的接头等部件需要频繁拆装，其使用寿命被降低。

有鉴于此，有必要提出一种新型的针对于半导体薄膜沉积设备的清洗的加排液系统。

发明内容

本发明的目的之一在于，提高加排液系统的安全性。

本发明的又一目的在于，使加排液系统可自动地实现对气化容器进行废液排除和化学溶液补充等过程，减小对半导体薄膜沉积设备的运行的影响。

本发明的还一目的在于，避免气化容器的拆装，提高加排液系统的寿命及运行可靠性，降低操作人员的劳动强度。

为实现以上目的或者其它目的，本发明提供一种用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统，其包括：

气化容器，其用于盛放所述化学溶液并将所盛放的化学溶液的溶质气化；

加液容器，其用于盛放所述气化容器所需补充的化学溶液；以及

接入所述气化容器的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路；

其中，所述加排液系统可操作地工作于清洗状态、废液排除状态或加液状态；

工作于清洗状态时，所述第一管路用于将第一气体导入至所盛放的化学溶液中以气化该化学溶液中的溶质，所述第二管路用于排出包含该溶质的气体以清洗所述半导体薄膜沉积设备；

工作于废液排除状态时，所述第一管路用于导入第一气体以增大所述气化容器的内部压力进而将所述气化容器中的废液经由所述第三管路中排出；

工作于加液状态时，所述第四管路用于抽出所述气化容器中的气体以减小所述气化容器的内部压力进而将所述加液容器中的化学溶液经由所述第五管路流入所述气化容器中。

按照本发明提供的加排液系统的一实施例，其中，所述第一管路上设置第一阀以控制所述第一气体是否导入所述气化容器。

较佳地，在所述第一管路上、在所述第一阀的上游设置调压阀和压力表。

较佳地，所述第二管路上设置第二阀以控制所述包含该溶质的气体是否通入所述半导体薄膜沉积设备。

较佳地，在所述第二管路终端、在所述第二阀的下游设置第六阀和第七阀。

较佳地，所述第一阀为两位三通的气动阀。

按照本发明提供的加排液系统的又一实施例中，所述加排液系统可操作地工作于吹扫状态，其中，操作所述第二阀以停止导入所述包含该溶质的气体，操作所述第一阀以接通所述第一管路和第二管路，进而将所述第一气体直接导入所述半导体薄膜沉积设备。

按照本发明提供的加排液系统的还一实施例，其中，所述加排液系统还包括设置于所述第二管路上的过滤器，其用于过滤所述第二管路中的气体的水汽。

在之前所述实施例中，较佳地，所述气化容器上设置液满传感器和液空传感器。

在之前所述实施例中，较佳地，所述第三管路上设置第三阀以控制是否排出所述废液。

在之前所述实施例中，较佳地，所述第四管路上设置第四阀以控制是否排出所述气化容器内的气体。

在之前所述实施例中，较佳地，所述第四管路上设置真空发生器，所述真空发生器通过电磁阀控制。

在之前所述实施例中，较佳地，所述第五管路上设置第五阀以控制所述加液容器中的化学溶液的是否流入所述气化容器。

具体地，所述化学溶液可以为氢氟酸溶液，所述溶质为HF；或所述化学溶液还可以为盐酸溶液，所述溶质HCl。

在之前所述实施例中，较佳地，所述半导体薄膜沉积设备为常压化学气相淀积设备。

在之前所述实施例中，较佳地，工作于所述清洗状态时，控制所述第一管路和第二管路导通，同时控制所述第三管路、第四管路和第五管路关闭；

工作于所述废液排除状态时，控制所述第一管路和第三管路导通，同时控制所述第二管路、第四管路和第五管路关闭；

工作于所述加液状态时，控制所述第四管路和第五管路导通，同时控制所述第一管路、第二管路和第三管路关闭。

在之前所述实施例中，较佳地，所述第三管路和所述第五管路通过共用一段管路间接地接入所述气化容器。

本发明的技术效果是，通过配合控制该加排液系统的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路的导通，在不需要拆装气化容器的情况下，可以方便地实现清洗状态、废液排除状态和加液状态之间的转换，并可以在不影响半导体薄膜沉积装置的运行的情况下，自动实现以上状态过程。因此，安全性好，操作员工劳动强度低，系统寿命长并且运行可靠性好。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例提供的加排液系统的结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本发明中，“上游”和“下游”是相对其管路在工作时所流的气体或液体的流向来定义的。

图1所示为按照本发明一实施例提供的加排液系统的结构示意图。该加排液系统用于清洗半导体薄膜沉积设备，具体地，在该实施例中用于清洗APCVD设备，例如用来刻蚀清洗型号为Watkins-Johnson 999的APCVD的履带和腔体的内罩上的薄膜淀积层和/或粉尘颗粒等。但是，本领域技术人员应当理解的是，本发明的加排液系统并不限于应用于该实施例中的半导体薄膜沉积设备，其它类似的半导体薄膜沉积设备中的一个或多个部件存在类似需要通过气化的酸或碱来刻蚀清洗的情形，都可以应用该加排液系统。具体地，加排液系统可以作为半导体薄膜沉积装置的清洗功能装置的一部分。在图1所示实施例中，为着重清洗描述本发明的加排液系统，省略了对传统的半导体薄膜沉积装置的描述。

如图1所示，加排液系统中以气化容器110为中心来布置，气化容器110具体地可以为气化桶，其用于盛放一定容量的化学溶液(例如，1.7升-2升)，在该实施例中，以化学溶液为氢氟酸溶液为例进行说明，因此，其对应的溶质为HF。气化容器110接入了管路181、182、184和1835，在管路181、182、184和1835上所设置的阀门关闭的情况下，气化容器110可以置于密封状态。

管路181接入气化容器110中，并且，其接入气化容器的管路开口沉于HF溶液的底部，从而有利于HF的气化。在该实施例中，管路181用于向气化容器110中通入N₂，N₂在HF溶液中鼓泡，可以将HF溶液中的溶质HF气化，从而在气化桶内产生包含HF气体的气体。在管路181的上游，也即N₂通入管路181的入口处，设置有调压阀151，其可以控制所通入的N₂的气压，并且设置气压表152，其用于显示管路181中的气体压强参数。在压力表152的下游，设置有阀191(AV1)，在该实施例中，阀191为两位三通的气动阀。如图1所示，AV1在“OFF”的情况下，阀入口“NO”和阀出口“NO”导通；AV1在“ON”的情况下，阀入口“NO”和阀出口“NC”导通。控制AV1，可以控制N₂是否导入气化容器110中。

继续如图1所示，管路182从气化容器110接出，气化容器110通过气化所产生的HF气体可以通过管路182排出。在该实施例中，气化的过程会同时产生一定量的水汽，因此，从气化容器110直接排出的是(HF+N₂+H₂O)的混合气体，三种气体的体积比不是限制性的。为滤除其中的水汽(H₂O)，优选地，管路182上设置了过滤器120，如图所示，通过过滤器182的(HF+N₂+H₂O)气体，变为(HF+N₂)气体。

在过滤器182的下游，设置有阀192(AV2)。AV2在“ON”的情况下，管路182导通，(HF+N₂)气体可以流出；AV2在“OFF”的情况下，管路182关闭，(HF+N₂)气体不能排出。在该实施例中，优选地，阀192的下游部分的管路182可以接通于阀191的阀出口“NO”，因此，在AV1设置为“OFF”时，N₂可以直接进入管路182以使该加排液系统工作于吹扫状态。

进一步，阀192的下游终端还设置有阀196(AV6)和阀197(AV7)，阀196用于控制刻蚀气体是否进入履带刻蚀腔来清洗履带，阀197可以用来控制刻蚀气体是否进入内罩(muffle)刻蚀腔来清洗内罩。在该实施例中，阀196和197选择为两位三通的气动阀，AV6和AV7在“OFF”的情况下，阀入口“NO”和阀出口“NO”导通；AV6和AV7在“ON”的情况下，阀入口“NO”和阀出口“NC”导通。通过组合控制AV6和AV7，可以控制管路182所输出的气体导入到APCVD设备的某一个/多个具体部分以清洗其相应部分，例如，履带和/或内罩。

继续如图1所示，气化容器110接入管路1835，管路1835进一步分支为管路183和管路185。管路183和管路1835组成排出废液的管路；管路185和管路1835组成补充化学溶液的管路。在又一实施例中，也可以将排出废液的管路和补充化学溶液的管路分开独立设置，也即其并不通过共享管路1835的方式接入气化容器110，其分别接入管路来实现与气化容器110的单独直接接入。因此，可以理解为，图1所示实施例中，管路183和管路185是通过管路1835共同间接接入气化容器110中。

管路183上设置有阀193(AV3)。AV3在“ON”状态时，气化容器110内的液体可以通过管路1835排出；AV3在“OFF”状态时，气化容器110内的液体不可以通过管路1835排出。因此，较佳地，管路1835在接入气化容器110的部分的开口尽量沉在气化容器110的底部。

管路185的一端通过管路1835接入气化容器110时，另一端接入加液容器130。加液容器130用于盛放气化容器110所需补充的HF溶液，其容量一般远远大于气化容器110的容量。管路185上设置有阀195(AV5)。AV5在“ON”状态时，加液容器130内的液体可以通过管路185、1835流入气化容器11O；AV5在“OFF”状态时，则反之。

继续如图1所示，气化容器11O接入管路184，管路184用于排出气化容器11O中的废气以减小气化容器11O内的气压，其在向气化容器11O中加液时使用。管路184上设置有阀194(AV4)，AV4在“ON”状态时，气化容器11O内的气体可以通过管路184排出；AV4在“OFF”状态时，则反之。管路184上，在阀194的下游设置有真空发生器141，从而在阀194设置为“ON”时，可以将气化容器11O中的气体抽出。具体地，真空发生器141通过电磁阀142(EV5)控制其是否运行。

以下具体说明加排液系统的工作原理，以进一步理解图1中所示各个部件的功能以及协同工作的过程。

加排液系统可以工作于清洗状态。如图1所示，工作于清洗状态时，阀191(AV1)设置为“ON”、N₂可导入气化容器11O的HF溶液中，从而气化产生包含HF的气体；同时，阀193(AV3)、195(AV5)、194(AV4)设置为“OFF”，阀192(AV2)设置为“ON”，阀196(AV6)和197(AV7)设置为“OFF”。因此，包含HF的气体不会通过管路184排出、或不会导致HF溶液从管路1835排出；包含HF的气体依次经过过滤器120过滤水汽、再经过阀AV2、阀196排出至APCVD的履带，从而HF气体可以刻蚀清洗履带。

在该实施例中，加排液系统可以工作于吹扫状态，也即通过N₂对APCVD的履带等进行物理吹扫以实现清洗作用。如图1所示，工作于吹扫状态时，阀191(AV1)设置为“OFF”、阀192(AV2)设置为“OFF”，同时，阀196(AV6)和197(AV7)设置为“OFF”，阀193(AV3)、195(AV5)、194(AV4)也可以设置为“OFF”。N₂可以直接从管路181接入管路182，其依次通过AV1和AV6后通入履带，以实现对其吹扫清洗。

加排液系统也可以工作于废液排除状态。由于HF溶液中的溶质被不断气化所挥发，气化容器内的HF溶液的浓度被降低，越来越难以挥发，因此，在向气化容器11O补充新的HF溶液之前，需要将低浓度的难以挥发的HF溶液当作废液排除。如图1所示，工作于废液排除状态时，阀191(AV1)设置为“ON”、N₂可导入气化容器11O的HF溶液中；同时，阀192(AV2)、阀195(AV5)、194(AV4)设置为“OFF”。N₂可导入气化容器11O，从而增大气化容器110的内部的气压，废液从管路1835、183被压出，最终排出至含氟废水管路进行统一处理。优选地，可以在气化容器110的底部设置液空传感器111a，在气化容器110内部废液被基本排除干净时，通过液空传感器111a反馈信息以停止通入N₂气体。

加排液系统也还可以工作于加液状态。与废液排除状态相反的是，通过降低气化容器内部的压强，以使加液容器130中的高浓度HF溶液被吸入至气化容器110中。如图1所示，工作于加液状态时，阀191(AV1)设置为“OFF”，同时，阀192(AV2)、阀195(AV3)设置为“OFF”；并且阀194(AV4)、阀195(AV5)打开。同时控制电磁阀142使真空发生器141开始工作，气化容器110内的气体通过管路184向外排出至尾气净化装置，气化容器110内部气压低于大气压，从而，加液容器130内的HF溶液可以自动吸入至气化容器110中。优选地，气化容器110上设置液满传感器111b，当气化容器110被补充满时，通过液满传感器111b反馈信息以停止真空发生器141的运行。

因此，以上清洗状态、吹扫状态、废液排除状态和加液状态可以分别独立地运行。通过控制各个阀的状态，即可自动地实现以上状态的转换，不需要拆装气化容器110，可自动化实现；并且，加排液系统在废液排除状态或加液状态时，半导体薄膜沉积设备同样可以运行，从而不影响其正常运行。

需要理解的是，以上实施例中，管路181中所使用的是N₂气体，但是，这不是限制性的。在其它实施例中，也可以使用类似于N₂的气体，例如，惰性气体(Ar等)。

还需要理解的是，以上实施例中，对加排液系统使用HF溶液的清洗进行了说明，但是，这不是限制性的，本领域技术人员理解的是，在清洗的半导体薄膜沉积装置或该装置的部件发生变化时，有可能导致使用的刻蚀气体发生变化(该刻蚀清洗所使用的气体可能为其它酸性或碱性气体)，这时，气化容器110中所使用的化学溶液的种类也相应发生变化。例如，在又一实例中，使用的化学溶液为HCl溶液，HCl溶液的溶质HCl也容易在N₂鼓泡的情况下气化，HCl气体被通入半导体薄膜沉积装置中。

以上例子主要说明了本发明的加排液系统。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims

1.一种用于清洗半导体薄膜沉积设备的化学溶液的加排液系统，其特征在于，包括：

其中，所述加排液系统工作于清洗状态、废液排除状态或加液状态；

2.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述第一管路上设置第一阀以控制所述第一气体是否导入所述气化容器。

3.如权利要求2所述的加排液系统，其特征在于，在所述第一管路上、在所述第一阀的上游设置调压阀和压力表。

4.如权利要求2所述的加排液系统，其特征在于，所述第二管路上设置第二阀以控制所述包含该溶质的气体是否通入所述半导体薄膜沉积设备。

5.如权利要求4所述的加排液系统，其特征在于，在所述第二管路终端、在所述第二阀的下游设置第六阀和第七阀。

6.如权利要求2所述的加排液系统，其特征在于，所述第一阀为两位三通的气动阀。

7.如权利要求4所述的加排液系统，其特征在于，所述加排液系统工作于吹扫状态，其中，操作所述第二阀以停止导入所述包含该溶质的气体，操作所述第一阀以接通所述第一管路和第二管路，进而将所述第一气体直接导入所述半导体薄膜沉积设备。

8.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述加排液系统还包括设置于所述第二管路上的过滤器，其用于过滤所述第二管路中的气体的水汽。

9.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述气化容器上设置液满传感器和液空传感器。

10.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述第三管路上设置第三阀以控制是否排出所述废液。

11.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述第四管路上设置第四阀以控制是否排出所述气化容器内的气体。

12.如权利要求1或11所述的加排液系统，其特征在于，所述第四管路上设置真空发生器，所述真空发生器通过电磁阀控制。

13.如权利要求1或11所述的加排液系统，其特征在于，所述第五管路上设置第五阀以控制所述加液容器中的化学溶液的是否流入所述气化容器。

14.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述化学溶液为氢氟酸溶液，所述溶质为HF；或所述化学溶液为盐酸溶液，所述溶质HCl。

15.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述半导体薄膜沉积设备为常压化学气相淀积设备。

16.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，工作于所述清洗状态时，控制所述第一管路和第二管路导通，同时控制所述第三管路、第四管路和第五管路关闭；

17.如权利要求1所述的加排液系统，其特征在于，所述第三管路和所述第五管路通过共用一段管路间接地接入所述气化容器。