CN213988838U - 具有浓度自调节功能的湿法清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，包括：清洗槽、补给管路、浓度监测装置及控制装置；清洗槽用于承载清洗液及待清洗件；补给管路一端与清洗槽相连通，另一端与补给源相连接，补给管路上设置有电动阀；浓度监测装置位于清洗槽内；控制装置与浓度监测装置及电动阀相连接，以基于浓度监测装置的监测结果控制电动阀的通断，由此向清洗槽内补充所需的化学液，以将清洗槽内的清洗液浓度维持在预设值。本实用新型对清洗槽的清洗液浓度进行实时监测，以将清洗液的浓度维持在预设值，有助于确保清洗质量，提高批次内及批次间的晶圆清洗质量的均匀性；通过有效延长清洗液的清洗寿命，可以有效降低清洗成本，减少清洗液的排放。

Description

具有浓度自调节功能的湿法清洗设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及湿法清洗设备，特别是涉及一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备。

背景技术

现有的晶圆与半导体芯片制造工艺中广泛使用批次型湿法清洗。要想实现高效率的清洗，需要针对待清洗物选择合适的清洗方法并加以组合使用。

通常的清洗步骤中，第一步是去除有机物。这是因为如果晶圆表面附着有有机物，会导致清洗剂和晶圆间的润湿性变差，无法获得良好的清洗效果，因而必须首先把有机物去除。接下来的前工序是去除颗粒物杂质。有机物和颗粒物杂质可以采用SC-1(APM)清洗液同时去除。接下来的清洗步骤是去除晶圆表面的自然氧化物。如果晶圆表面有自然氧化物，那自然氧化物内的金属不纯物难以完全去除，因而需要在自然氧化物去除后再去除金属不纯物。完成上述步骤后，再经过干燥，则批次型的晶圆清洗工艺就完成了。

通常使用的批次型清洗设备中，一次性在化学槽内投入25片或50片晶圆以同时进行清洗，因而化学品的循环流量、浓度、温度、超声波输出功率等因素都对晶圆清洗品质有重要影响。同时，批次型清洗设备中的化学槽内同时使用SC-1清洗液和SC-2清洗液，SC-1清洗液中的化学品包括NH40H(氨水)和H2O2(双氧水)，SC-2清洗液中的化学品主要有HF(氢氟酸)、HCL(盐酸)和H2O2，采用超纯水按一定比例稀释。SC-1清洗液具有良好的去除有机物和颗粒物杂质的特性，在湿法清洗中起着非常重要的作用。但是，H2O2在碱性溶液中分解很快，NH4OH容易挥发，导致清洗液的寿命变短，并由此导致晶圆清洗质量下降以及清洗成本上升。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，用于解决现有的湿法清洗设备中，因清洗液的有效成分容易减少，比如H2O2在碱性溶液中容易分解，NH4OH和HCL容易挥发，导致清洗液的寿命变短，并由此导致晶圆清洗质量下降和清洗成本上升等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，包括：清洗槽、补给管路、浓度监测装置及控制装置；所述清洗槽用于承载清洗液及待清洗件；所述补给管路一端与所述清洗槽相连通，另一端与补给源相连接，所述补给管路上设置有电动阀；所述浓度监测装置位于所述清洗槽内；所述控制装置与所述浓度监测装置及电动阀相连接，以基于所述浓度监测装置的监测结果控制所述电动阀的通断，由此向所述清洗槽内补充所需的化学液，以将所述清洗槽内的清洗液浓度维持在预设值。

可选地，所述清洗槽包括SC-1清洗槽和SC-2清洗槽中的一种或两种，所述补给管路包括氨水补给管路、双氧水补给管路、盐酸补给管路和氢氟酸补给管路，分别连接至对应的补给源。

可选地，所述湿法清洗设备还包括去离子水补给管路，一端与去离子水补给源相连接，另一端与所述清洗槽相连通。

可选地，所述清洗槽上还设置有加热装置。

可选地，所述补给管路上还设置有质量流量计。

可选地，所述清洗槽的排液口连接至排液管，所述排液管上设置有排液阀，所述排液阀与所述控制装置相连接。

可选地，所述清洗槽内还设置有液位计。

可选地，所述具有浓度自调节功能的湿法清洗设备还包括回收槽，位于所述清洗槽的外围。

可选地，所述回收槽内设置有过滤装置，经过滤后的液体输送回所述清洗槽内。

可选地，所述控制装置为PID控制器。

如上所述，本实用新型的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，具有以下有益效果：本实用新型经改善的结构设计，对清洗槽的清洗液浓度进行实时监测，并基于监测结果及时向清洗槽内补充所需的化学液，以将清洗液的浓度维持在预设值，有助于确保清洗质量，提高批次内及批次间的晶圆清洗质量的均匀性；通过有效延长清洗液的清洗寿命，可以有效降低清洗成本，减少清洗液的排放以减少环境污染。

附图说明

图1显示为本实用新型提供的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备的结构示意图。

元件标号说明

11 清洗槽

12 补给管路

13 浓度监测装置

14 控制装置

15 电动阀

16 供给源

17 质量流量计

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

在批次型湿法清洗工艺中，SC-1清洗液和SC-2清洗液的使用寿命通常设定为10～20个清洗周期，即清洗槽内的清洗液在清洗了10～20个批次的晶圆后再全部排出以更换新液。但是随着清洗周期的增加，清洗液中的有效成分挥发以及与污染物质发生化学反应等，导致清洗液去除颗粒物杂质和金属不纯物的能力下降，导致清洗品质下降，且批次间的清洗效果差异很大，因而清洗液在未达到预设清洗周期后就需要进行更换，导致清洗成本增加和环境污染。为此，本实用新型提出了一种改善对策。

具体地，如图1所示，本实用新型提供一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，包括：清洗槽11、补给管路12、浓度监测装置13及控制装置14；所述清洗槽11用于承载清洗液及待清洗件；所述补给管路12一端与所述清洗槽11相连通(其可以直接与清洗槽通过进液口相连接，或者如图1所示悬浮在清洗槽上方而将清洗液供应至槽内)，另一端与补给源16相连接，以在需要时向清洗槽11内补充所需的化学液，所述补给管路12上设置有电动阀15，用于控制供给管路的通断；所述浓度监测装置13位于所述清洗槽11内，用于监测清洗槽11内的清洗液的浓度；所述控制装置14与所述浓度监测装置13及电动阀15相连接，以基于所述浓度监测装置13的监测结果控制所述电动阀15的通断，由此向所述清洗槽11内补充所需的化学液，以将所述清洗槽11内的清洗液浓度维持在预设值。本实用新型经改善的结构设计，对清洗槽的清洗液浓度进行实时监测，并基于监测结果及时向清洗槽内补充所需的化学液，以将清洗液的浓度维持在预设值，有助于确保清洗质量，提高批次内及批次间的晶圆清洗质量的均匀性；通过有效延长清洗液的清洗寿命，可以有效降低清洗成本，减少清洗液的排放以减少环境污染。

本实用新型的湿法清洗设备可以用于单片式清洗或批次型清洗，本实施例中不做具体限制。只是在用于批次型清洗时，其优点尤为突出。通过将清洗液的浓度维持在预设值，确保批次内及批次间的清洗质量一致。根据不同的清洗需要，清洗槽内可以设置不同结构的用于承载晶圆的收纳槽。

所述清洗槽11可以为单个或多个，具体可以包括SC-1清洗槽和SC-2清洗槽中的一种或两种。在一较优的示例中，至少包括了一个SC-1清洗槽和一个SC-2清洗槽，两个清洗槽相邻设置。在进一步的示例中，还可以包括去离子水清洗槽和/或超声清洗槽。

当清洗槽11包括SC-1清洗槽和SC-2清洗槽中的一种或两种时，所述补给管路12包括氨水补给管路、双氧水补给管路、盐酸补给管路和氢氟酸补给管路，分别连通至对应的补给源16和对应的槽体内，即氨水补给管路连通至SC-1清洗槽，而盐酸补给管路和氢氟酸补给管路连通至SC-2清洗槽，双氧水补给管路有两条，分别连通至SC-1清洗槽和SC-2清洗槽。当然，也可以是同一个清洗槽，根据不同的清洗液更换不同的清洗液，本实施例中不做严格限制。

通常，清洗液中的有效清洗成分容易减少，比如双氧水容易分解、NH4OH、盐酸和氢氟酸中的酸性或碱性成分容易挥发，故而在需要时补给这些有效成分即可。但为更灵活地调整清洗液的浓度，在一示例中，所述湿法清洗设备还包括去离子水(DIW)补给管路，去离子水补给管路一端与去离子水补给源相连接，另一端与所述清洗槽相连通。所述去离子水补给管路可以为两条，分别连通至SC-1清洗槽和SC-2清洗槽。

所述浓度监测装置13采用市面上常见的液体浓度监测仪即可，本实施例中不做具体限制。

作为示例，所述清洗槽11上还设置有加热装置(未示出)，以在需要时对清洗液进行加热，以使对应的清洗液工作在最佳温度。在进一步的示例中，还可以设置与加热装置相连接的温控装置(未示出)，温控装置可以与控制装置14相连接，以实现自动加热控制。

补给液的量可以根据浓度监测装置13的监测结果逐步调整以补给到最适宜的量，也可以根据补给时间进行控制。而为精确掌握补给量，在一示例中，所述补给管路12上还设置有质量流量计(MFC)17，以对补给的化学品的流量进行计量。

作为示例，所述清洗槽11的排液口连接至排液管，所述排液管上设置有排液阀(未示出)，所述排液阀与所述控制装置14相连接，以在需要时，比如在清洗液达到预设的清洗周期(通常为10～20个清洗周期)时或是需要更换清洗工艺时对清洗液进行排放。

在一示例中，所述清洗槽11内还设置有液位计(未示出)，液位计可以与所述控制装置14相连接，以由所述控制装置14根据液位计的监测结果控制化学液的补给和/或排液阀的通断，以使清洗液的液位维持在预设值。

在一示例中，所述具有浓度自调节功能的湿法清洗设备还包括回收槽(未示出)，位于所述清洗槽的外围，比如回收槽可以设置在清洗槽的外围周向上，清洗槽溢出的清洗液被回收槽回收，或者回收槽可以与清洗槽的排液口相连通，具体不做限制。

在进一步的示例中，所述回收槽内设置有过滤装置(未示出)，经过滤后的液体输送回所述清洗槽内。

所述控制装置14可以为市面上常见的控制器，比如PLC控制器、上位机等。本实施例中，作为示例，所述控制装置14为PID控制器。PID控制器(Proportion IntegrationDifferentiation，即比例-积分-微分控制器)由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定实现控制，是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID控制器把浓度监测装置监测到的结果和预设值(也可以称之为目标值)进行比较以得到差异值，然后把这个差异值用于计算所需补给的化学液量。采用PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使整个设备更加准确和稳定。

作为示例，采用本实用新型的湿法清洗设备，可以在每一个清洗周期结束后，比如完成一个批次晶圆的清洗后，浓度监测装置将监测到的清洗液的浓度值输送至控制装置，控制装置将监测到的值与预设值进行比较，如果发现实时监测值偏低，则供应少量的化学品到清洗槽内，待充分混合后再监测，如果未达到预设值则继续补给供应，直至达到预设目标值。

本实用新型的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备不仅可以用于晶圆清洗，还可以用于其他对化学品浓度要求比较严格的工艺中，不仅可以用于硅晶圆制造厂，而且可以用于半导体芯片制备厂，同时亦可以用于太阳能电池片厂的清洗工艺。

综上所述，本实用新型提供一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，包括：清洗槽、补给管路、浓度监测装置及控制装置；所述清洗槽用于承载清洗液及待清洗件；所述补给管路一端与所述清洗槽相连通，另一端与补给源相连接，所述补给管路上设置有电动阀；所述浓度监测装置位于所述清洗槽内；所述控制装置与所述浓度监测装置及电动阀相连接，以基于所述浓度监测装置的监测结果控制所述电动阀的通断，由此向所述清洗槽内补充所需的化学液，以将所述清洗槽内的清洗液浓度维持在预设值。本实用新型经改善的结构设计，对清洗槽的清洗液浓度进行实时监测，并基于监测结果及时向清洗槽内补充所需的化学液，以将清洗液的浓度维持在预设值，有助于确保清洗质量，提高批次内及批次间的晶圆清洗质量的均匀性；通过有效延长清洗液的清洗寿命，可以有效降低清洗成本，减少清洗液的排放以减少环境污染。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，包括：清洗槽、补给管路、浓度监测装置及控制装置；所述清洗槽用于承载清洗液及待清洗件；所述补给管路一端与所述清洗槽相连通，另一端与补给源相连接，所述补给管路上设置有电动阀；所述浓度监测装置位于所述清洗槽内；所述控制装置与所述浓度监测装置及电动阀相连接，以基于所述浓度监测装置的监测结果控制所述电动阀的通断，由此向所述清洗槽内补充所需的化学液，以将所述清洗槽内的清洗液浓度维持在预设值。

2.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述清洗槽包括SC-1清洗槽和SC-2清洗槽中的一种或两种，所述补给管路包括氨水补给管路、双氧水补给管路、盐酸补给管路和氢氟酸补给管路，分别连接至对应的补给源。

3.根据权利要求2所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括去离子水补给管路，去离子水补给管路一端与去离子水补给源相连接，另一端与所述清洗槽相连通。

4.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述清洗槽上还设置有加热装置。

5.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述补给管路上还设置有质量流量计。

6.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述清洗槽的排液口连接至排液管，所述排液管上设置有排液阀，所述排液阀与所述控制装置相连接。

7.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述清洗槽内还设置有液位计。

8.根据权利要求1所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括回收槽，位于所述清洗槽的外围。

9.根据权利要求8所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述回收槽内设置有过滤装置，经过滤后的液体输送回所述清洗槽内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的具有浓度自调节功能的湿法清洗设备，其特征在于，所述控制装置为PID控制器。

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