CN111180364A - 湿法刻蚀装置及硅片生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其是涉及一种湿法刻蚀装置及硅片生产系统。湿法刻蚀装置包括工艺槽、循环泵、制冷机、第一换热器和第二换热器；工艺槽设置有溢流部，溢流部与第一换热器的高温药液进口连通；制冷机输出端与第一换热器的冷媒进口连通，第一换热器的低温药液出口配置成在第一工况下与循环泵的进口连通，在第二工况下与第二换热器的高温药液进口连通；第二换热器的冷媒进口与第一换热器的冷媒出口连通，以使冷媒在第一工况下依次流经第一换热器和第二换热器，第二换热器的冷媒出口与制冷机输入端连通；第二换热器的低温药液出口在第二工况下与循环泵进口连通；循环泵将药液送回工艺槽。本发明维持了工艺过程中的温度稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其是涉及一种湿法刻蚀装置及硅片生产系统。
背景技术
湿法刻蚀是湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射。刻蚀均匀性是衡量湿法刻蚀工艺高低的刻蚀参数，刻蚀均匀性对刻蚀产品的质量影响非常大，不完全刻蚀或者过刻蚀都会造成产品的质量降低，甚至导致刻蚀产品报废。因此，在湿法刻蚀工作中需要严格控制刻蚀均匀性，从而保障刻蚀产品的质量。
影响湿法刻蚀均匀性的因素主要有刻蚀温度和药液均匀性等。通过实验研究发现，较高温度对于湿法刻蚀的均匀性具有反作用。因此，在进行刻蚀的过程中保持较低的温度，能够提高湿法刻蚀的均匀性。
由于刻蚀工艺过程中往往伴随有大量的反应放热，使得药液温度升高，因此，需要对药液进行降温。现有的降温方式是在工艺槽的外壁设置降温装置(例如水浴降温装置)来使工艺槽中的药液降温，这种方式无法适应工艺过程中的温度突变，也就是说，当温度突然升高时，现有的降温方式无法保证温度尽快降至工艺所需的温度，导致工艺过程中的温度稳定性较差。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种湿法刻蚀装置，以缓解现有技术中直接冷却工艺槽来对药液冷却的方式存在的温度稳定性较差的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种硅片生产系统，以缓解现有技术中由于直接冷却工艺槽来对药液冷却的方式存在温度稳定性较差的问题而导致硅片质量较差的技术问题。
基于上述第一目的，本发明提供了一种湿法刻蚀装置，包括工艺槽、循环泵、制冷机、第一换热器和第二换热器；所述工艺槽设置有溢流部，所述溢流部与所述第一换热器的高温药液进口连通；所述制冷机的输出端与所述第一换热器的冷媒进口连通，所述第一换热器的低温药液出口配置成在第一工况下与所述循环泵的进口连通，在第二工况下与所述第二换热器的高温药液进口连通；所述第二换热器的冷媒进口与所述第一换热器的冷媒出口连通，以使冷媒在所述第一工况下依次流经所述第一换热器和所述第二换热器，所述第二换热器的冷媒出口与所述制冷机的输入端连通；所述第二换热器的低温药液出口在所述第二工况下与所述循环泵的进口连通；所述循环泵的出口与所述工艺槽连通，以将药液送回所述工艺槽。
进一步地，在某些实施例中，所述第一换热器的低温药液出口与所述循环泵的进口之间设置有第一阀门，所述第一换热器的低温药液出口与所述第二换热器的高温药液进口之间设置有第二阀门。
进一步地，在某些实施例中，湿法刻蚀装置还包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述溢流部连通，所述第一管路的另一端与所述循环泵的进口连通，所述第一管路设置有第三阀门；
所述第二管路的一端与所述第一管路连通，所述第二管路的另一端与所述第一换热器的高温药液进口连通，所述第二管路设置有第四阀门。
进一步地，在某些实施例中，所述第一换热器和所述第二换热器均包括壳体以及设置在所述壳体中的管束，所述高温药液进口和所述低温药液出口分别设置在所述壳体上，所述管束的一端为所述冷媒进口，所述管束的另一端为所述冷媒出口。
进一步地，在某些实施例中，所述壳体设置有安装板，所述安装板设置有安装孔。
进一步地，在某些实施例中，所述管束为PFA管束。
进一步地，在某些实施例中，所述溢流部为溢流槽，所述溢流槽的槽底设置有安装孔，所述工艺槽穿过所述安装孔，且所述工艺槽的槽壁与所述溢流槽的槽底固定连接；
所述溢流槽的槽底设置有回流出液口，所述回流出液口与所述第一换热器的高温药液进口连通。
进一步地，在某些实施例中，所述工艺槽的槽壁设置有回流进液口，且所述回流进液口的位置低于所述回流出液口的位置，所述回流进液口与所述循环泵的出口连通。
进一步地，在某些实施例中，所述回流进液口的数量为多个，多个所述回流进液口间隔设置在所述工艺槽的槽壁上。
进一步地，在某些实施例中，湿法刻蚀装置还包括过滤器，所述过滤器设置在所述循环泵的出口与所述工艺槽之间。
进一步地，在某些实施例中，所述工艺槽的槽底设置有排放阀。
基于上述第二目的，本发明还提供了一种硅片生产系统，包括所述的湿法刻蚀装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的湿法刻蚀装置，湿法刻蚀装置，包括工艺槽、循环泵、制冷机、第一换热器和第二换热器；所述工艺槽设置有溢流部，所述溢流部与所述第一换热器的高温药液进口连通；所述制冷机的输出端与所述第一换热器的冷媒进口连通，所述第一换热器的低温药液出口配置成在第一工况下与所述循环泵的进口连通，在第二工况下与所述第二换热器的高温药液进口连通；所述第二换热器的冷媒进口与所述第一换热器的冷媒出口连通，以使冷媒在所述第一工况下依次流经所述第一换热器和所述第二换热器，所述第二换热器的冷媒出口与所述制冷机的输入端连通；所述第二换热器的低温药液出口在所述第二工况下与所述循环泵的进口连通；所述循环泵的出口与所述工艺槽连通，以将药液送回所述工艺槽。
基于该结构，本发明提供的湿法刻蚀装置，在使用时，将待加工的工件(例如晶圆)放置在工艺槽中，向工艺槽中注入药液，此时，将第一换热器的低温药液出口与循环泵的进口连通，即在第一工况下可以对药液进行低温循环，使得药液的温度达到工艺要求。在上述低温循环过程中，药液已经存在于第二换热器中，且由于冷媒在第一工况下能够依次流经第一换热器和第二换热器，这就使得第二换热器中的药液能够逐渐被降温，以保持较低的温度。随着工艺的进行，药液温度升高，药液从溢流部流出，当需要对药液进行降温时，第一换热器的低温药液出口与第二换热器的高温药液进口连通，即进入第二工况。在第二工况下，第一换热器对从溢流部流出的高温药液进行初步冷却，然后药液再进入第二换热器，与第二换热器中的温度较低的药液混合，迅速换热，之后再通过循环泵将冷却后的药液送回工艺槽，从而维持了工艺过程中的温度稳定性。
同时，由于设置了溢流部，只对溢流出来的药液进行循环冷却，保证了工艺槽中的工件能够正常加工，且不断循环的过程能够提高药液的均匀性。
本发明提供的硅片生产系统，由于使用了本发明提供的湿法刻蚀装置，能够维持工艺过程中的温度稳定性，提高了硅片的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的湿法刻蚀装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的湿法刻蚀装置中的第一换热器的结构示意图。
图标：1-壳体；2-定位套；3-接口；4-安装板；5-法兰盘；6-密封圈；7-管束；8-制冷机；9-工艺槽；10-溢流槽；11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门；15-第一换热器；16-第二换热器；17-循环泵；18-过滤器；19-排放阀；20-第一管路；21-第三管路；22-第五阀门。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1和图2所示，本实施例提供了一种湿法刻蚀装置，包括工艺槽9、循环泵17、制冷机8、第一换热器15和第二换热器16；工艺槽9设置有溢流部，溢流部与第一换热器15的高温药液进口连通；制冷机8的输出端与第一换热器15的冷媒进口连通，第一换热器15的低温药液出口配置成在第一工况下与循环泵17的进口连通，在第二工况下与第二换热器16的高温药液进口连通；第二换热器16的冷媒进口与第一换热器15的冷媒出口连通，以使冷媒在第一工况下依次流经第一换热器15和第二换热器16，第二换热器16的冷媒出口与制冷机8的输入端连通；第二换热器16的低温药液出口在第二工况下与循环泵17的进口连通；循环泵17的出口与工艺槽9连通，以将药液送回工艺槽9。
基于该结构，本实施例提供的湿法刻蚀装置，在使用时，将待加工的工件(例如晶圆)放置在工艺槽9中，向工艺槽9中注入药液，此时，将第一换热器15的低温药液出口与循环泵17的进口连通，即在第一工况下可以对药液进行低温循环，使得药液的温度达到工艺要求。在上述低温循环过程中，药液已经存在于第二换热器16中，且由于冷媒在第一工况下能够依次流经第一换热器15和第二换热器16，这就使得第二换热器16中的药液能够逐渐被降温，以保持较低的温度。随着工艺的进行，药液温度升高，药液从溢流部流出，当需要对药液进行降温时，第一换热器15的低温药液出口与第二换热器16的高温药液进口连通，即进入第二工况。在第二工况下，第一换热器15对从溢流部流出的高温药液进行初步冷却，然后药液再进入第二换热器16，与第二换热器16中的温度较低的药液混合，迅速换热，之后再通过循环泵17将冷却后的药液送回工艺槽9，从而维持了工艺过程中的温度稳定性。
同时，由于设置了溢流部，只对溢流出来的药液进行循环冷却，保证了工艺槽9中的工件能够正常加工，且不断循环的过程能够提高药液的均匀性。
在某些实施例中，第一换热器15的低温药液出口与循环泵17的进口之间设置有第一阀门11，第一换热器15的低温药液出口与第二换热器16的高温药液进口之间设置有第二阀门12。
在第一工况下，打开第一阀门11，关闭第二阀门12，从溢流部流出的药液经过第一换热器15降温，然后再在循环泵17的作用下回到工艺槽9，从而实现了药液的低温循环，使得药液的温度达到工艺要求。
在第二工况下，关闭第一阀门11，打开第二阀门12，第一换热器15对从溢流部流出的高温药液进行初步冷却，然后药液再进入第二换热器16，与第二换热器16中的温度较低的药液混合，迅速换热，能够有效地抑制温度的突然升高，之后再通过循环泵17将冷却后的药液送回工艺槽9，从而维持了工艺过程中的温度稳定性。
需要说明的是，在另一些实施例中，也可以不设置第二阀门12，而第一阀门11为三通阀，三通阀的第一端与第一换热器15的低温药液出口连通，第一换热器15的低温药液出口能够通过三通阀的第二端与循环泵17的进口连通，第一换热器15的低温药液出口能够通过三通阀的第三端与第二换热器16的高温药液进口连通。在第一工况下，三通阀的第一端与第二端连通；在第二工况下，三通阀的第一端与第三端连通。
在某些实施例中，湿法刻蚀装置还包括第一管路20和第二管路，第一管路20的一端与溢流部连通，第一管路20的另一端与循环泵17的进口连通，第一管路20设置有第三阀门13；第二管路的一端与第一管路20连通，第二管路的另一端与第一换热器15的高温药液进口连通，第二管路设置有第四阀门14。
当药液进行常温循环时，打开第三阀门13，关闭第四阀门14，直接对药液进行循环，此时，药液不经过第一换热器15，直接在循环泵17的作用下回到工艺槽9中。
在第一工况下，打开第一阀门11，关闭第二阀门12，关闭第三阀门13，打开第四阀门14，从溢流部流出的药液经过第一换热器15降温，然后再在循环泵17的作用下回到工艺槽9，从而实现了药液的低温循环，使得药液的温度达到工艺要求。
同样地，在第二工况下，也需要关闭第三阀门13，打开第四阀门14。
需要说明的是，在另一些实施例中，也可以不设置第四阀门14，而第三阀门13为三通阀，三通阀的第一端与溢流部连通，三通阀的第二端与循环泵17的进口连通，三通阀的第三端与第二管路连通。当药液进行常温循环时，三通阀的第一端与第二端连通；在第一工况和第二工况下，三通阀的第一端与第三端连通。
在某些实施例中，第一换热器15和第二换热器16均包括壳体1以及设置在壳体1中的管束7，高温药液进口和低温药液出口分别设置在壳体1上，管束7的一端为冷媒进口，管束7的另一端为冷媒出口。
具体而言，参见图2所示，以第一换热器15为例，本实施例中的壳体1为中空管体，中空管体的管壁上设有两个接口3，一个接口3靠近中空管体的一端，另一个接口3靠近中空管体的另一端，其中，两个接口3是等效的，也就是说，在实际安装时，与溢流部连通的接口3即为高温药液进口，与循环泵17的进口连通的接口3即为低温药液出口。
在某些实施例中，壳体1设置有安装板4，安装板4设置有安装孔。这样的方式便于对壳体1进行安装，例如，在安装时，可以采用螺栓固定，即将螺栓穿过安装孔，将安装板4固定在墙上或其他位置。
可选地，安装孔为长圆孔，长圆孔的数量为多个，且其中一部分长圆孔横向布置，另一部分长圆孔竖向布置。
在某些实施例中，管束7为PFA管束。
PFA塑料(Polytetrafluoro ethylene)为少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物。
壳体1的外壁设置有定位套2，壳体1的两端设置有法兰盘5，通过螺栓将法兰盘5与定位套2固定连接，法兰盘5与定位套2之间设置有密封圈6。
需要说明的是，第一换热器15和第二换热器16也可以采用现有的氟塑料换热器。
在某些实施例中，参见图1所示，溢流部为溢流槽10，溢流槽10的槽底设置有安装孔，工艺槽9穿过安装孔，且工艺槽9的槽壁与溢流槽10的槽底固定连接；溢流槽10的槽底设置有回流出液口，回流出液口与第一换热器15的高温药液进口连通。
本实施例中，回流出液口位于第一换热器15的高温药液进口的上方，药液在自身重力作用下就能够流向第一换热器15的高温药液进口。
需要说明的是，溢流槽10的槽底也可以不设置回流出液口，而是通过泵和抽液管从溢流槽10的槽口向外抽药液，具体而言，抽液管的一端伸入溢流槽10的内部，抽液管的另一端与泵的进口连通，泵的出口与第一换热器15的高温药液进口连通。
在某些实施例中，工艺槽9的槽壁设置有回流进液口，且回流进液口的位置低于回流出液口的位置，回流进液口与循环泵17的出口连通。
回流进液口的位置低于回流出液口的位置，这样的方式能够保证冷却后的药液先进入工艺槽9的底部参与反应，而不是很快就从工艺槽9的槽口溢流至溢流槽10，从而有效利用了低温药液，提高了湿法刻蚀的均匀性。
在某些实施例中，回流进液口的数量为多个，多个回流进液口间隔设置在工艺槽9的槽壁上。这样的方式能够保证降温后的药液从不同位置进入工艺槽9，改善了药液的均匀性以及工艺槽9中的药液温度的均衡性，防止局部药液温度过高的现象。
可选地，本实施例中的回流进液口的数量为两个。
需要说明的是，溢流部也可以为溢流孔，溢流孔设置在工艺槽9的槽壁上，且溢流孔靠近工艺槽9的槽壁的上边缘。
在某些实施例中，湿法刻蚀装置还包括过滤器18，过滤器18设置在循环泵17的出口与工艺槽9之间。
通过设置过滤器18，能够对药液进行过滤，从而能够保证从回流进液口返回工艺槽9的药液的纯净度，保证刻蚀工艺正常进行。
在某些实施例中，工艺槽9的槽底设置有排放阀19。当反应结束后，将排放阀19打开，将工艺槽9中的药液排出。
在某些实施例中，湿法刻蚀装置还包括第三管路21和第四管路，第三管路21的一端与循环泵17的进口连通，第三管路21的另一端与第二换热器16的低温药液出口连通；第四管路的一端与第一换热器15的低温药液出口连通，第四管路的另一端与第三管路21连通，第一阀门11设置在第四管路上；第一管路20的另一端与第三管路21连通；第三管路21上也设置有排放阀19。
参见图1所示，本实施例中，第三管路21上设置有三个排放阀19。
在某些实施例中，制冷机8的输出端与第一换热器15的冷媒进口之间设置有第五阀门22，当药液进行常温循环以及需要排放药液时，将第五阀门22关闭。
实施例二
本实施例提供了一种硅片生产系统，包括本发明实施例一提供的湿法刻蚀装置。
本实施例提供的硅片生产系统，由于使用了本发明实施例一提供的湿法刻蚀装置，能够维持工艺过程中的温度稳定性，提高了硅片的质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种湿法刻蚀装置，其特征在于，包括工艺槽、循环泵、制冷机、第一换热器和第二换热器；所述工艺槽设置有溢流部，所述溢流部与所述第一换热器的高温药液进口连通；所述制冷机的输出端与所述第一换热器的冷媒进口连通，所述第一换热器的低温药液出口配置成在第一工况下与所述循环泵的进口连通，在第二工况下与所述第二换热器的高温药液进口连通；所述第二换热器的冷媒进口与所述第一换热器的冷媒出口连通，以使冷媒在所述第一工况下依次流经所述第一换热器和所述第二换热器，所述第二换热器的冷媒出口与所述制冷机的输入端连通；所述第二换热器的低温药液出口在所述第二工况下与所述循环泵的进口连通；所述循环泵的出口与所述工艺槽连通，以将药液送回所述工艺槽。
2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述第一换热器的低温药液出口与所述循环泵的进口之间设置有第一阀门，所述第一换热器的低温药液出口与所述第二换热器的高温药液进口之间设置有第二阀门。
3.根据权利要求2所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，还包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述溢流部连通，所述第一管路的另一端与所述循环泵的进口连通，所述第一管路设置有第三阀门；
所述第二管路的一端与所述第一管路连通，所述第二管路的另一端与所述第一换热器的高温药液进口连通，所述第二管路设置有第四阀门。
4.根据权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述第一换热器和所述第二换热器均包括壳体以及设置在所述壳体中的管束，所述高温药液进口和所述低温药液出口分别设置在所述壳体上，所述管束的一端为所述冷媒进口，所述管束的另一端为所述冷媒出口。
5.根据权利要求4所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述壳体设置有安装板，所述安装板设置有安装孔。
6.根据权利要求4所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述管束为PFA管束。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述溢流部为溢流槽，所述溢流槽的槽底设置有安装孔，所述工艺槽穿过所述安装孔，且所述工艺槽的槽壁与所述溢流槽的槽底固定连接；
所述溢流槽的槽底设置有回流出液口，所述回流出液口与所述第一换热器的高温药液进口连通。
8.根据权利要求7所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述工艺槽的槽壁设置有回流进液口，且所述回流进液口的位置低于所述回流出液口的位置，所述回流进液口与所述循环泵的出口连通。
9.根据权利要求8所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述回流进液口的数量为多个，多个所述回流进液口间隔设置在所述工艺槽的槽壁上。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器设置在所述循环泵的出口与所述工艺槽之间。
11.根据权利要求2至6中任一项所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述工艺槽的槽底设置有排放阀。
12.一种硅片生产系统，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的湿法刻蚀装置。
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