CN1233023C - 湿处理装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的湿处理装置由以下部分组成：化学处理池，其中储存有用来处理晶片表面的化学物质；晶片运送器，用于将晶片从化学处理池的内部运进和运出；传感器，确定化学处理池内化学物质中的气泡量并发出第一和第二控制信号；以及清洗池，其中储存有蒸馏水以用于对从化学处理池运送出来的晶片进行清洗；晶片运送装置根据第一控制信号控制晶片从化学处理池中提起的提升速度，并根据第二控制信号控制向清洗池的供水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿处理装置，具体涉及一种利用流体对用于形成半导体衬底的晶片表面进行清洗的湿处理装置。
背景技术
在现有技术中，一般都采用一种使用诸如硫酸的化学物质的湿处理装置来对晶片表面进行清洗，以形成制造半导体元件的半导体衬底。
图5A和5B分别示出了说明现有技术一例的构成这种湿处理装置的化学处理池和清洗池的剖视图。如图5A和5B所示，这种现有技术中所使用的湿处理装置包括：化学处理池1，其含有一个充满化学物质5(如，硫酸)的内池1a以及一个形成于内池1a上方周围的外池1b；晶片运送器8，用于运送晶片2；以及清洗池15，用于对经过处理的晶片2进行清洗。
如图5A所示，当化学处理池1的内池1a被注满化学物质5时，在底部预备好晶片支架3，且使被晶片运送器8的运送器夹子9固定的晶片2被沿运送器轴8a运送，并被放置在晶片支架3上。当晶片2的装载完成之后，晶片运送器8将沿运送器轴8a移动离开内池1。在化学处理池1的外围上部形成有一个外池1b，外池1b中也含有从内池1a溢出的化学物质5(如，硫酸)，它也和形成于外池1b与内池1a之间、用于使化学物质5循环流动的化学物质管路相连。在该化学物质管路上安装有一个循环泵13以及一过滤器14，它们具有对化学物质5进行循环和过滤的功能。因此，当在化学处理池1中对晶片2执行一定时间的表面处理之后，附着在晶片表面上的灰尘颗粒将会随化学物质5内的空气泡4一起自由浮动并离开晶片表面。当化学处理池1内的处理完成之后，晶片运送器8将再次移入化学处理池1，抓住运送器夹子9中的晶片2，并从化学处理池1取出晶片2。
如图5B所示，从化学处理池1取出的晶片2被运送至清洗池15，并被放置于安装在充满蒸馏水的清洗池15底部的晶片支架16上。当晶片2的放置工作结束后，与在化学处理池1中的情况一样，晶片运送器8将被提起至清洗池的外边。清洗池15的底部与供水管17相连，在供水管17中安装有 个气动供水阀18。在供给清洗水一段时间之后，晶片2将再次被晶片运送器8提起，随后湿处理过程结束。
换句话说，在现有技术的湿处理装置中，晶片2被晶片运送器8运送至化学处理池1，在经一段固定时间的处理之后，它将被以固定的速度从化学处理池1中提起。然后，晶片2被输送至清洗池15，气动供水阀18被打开，从供水管12中供应蒸馏水以执行清洗。
上述现有技术的湿处理装置存在一些问题，即，晶片只能被以在开始调整期间所设定的固定提升速度运送，而且蒸馏水的供应(注入)速度也是一固定速度。
例如，当晶片在化学物质中的气泡仍保留在晶片表面的状态下被运送时，这些残留的气泡将使晶片的表面面积增大，从而使空气中的灰尘颗粒易于附着在晶片表面上。因此，现有技术的装置的问题在于，在经过湿处理之后，晶片上仍留有很多灰尘颗粒。
为了避免因浮在空气中的颗粒及气泡效应所引起的问题，可将晶片的提升速度设定至一较高的速度。但是，在较快的提升速度下，化学物质流入清洗池的量也会加大，这样又必须将流入清洗池的蒸馏水的流量设定成较大的值。因此，在现有技术的湿处理装置中，不得不将提升速度设定成一个固定的速度，而蒸馏水的供应也不得不固定在很大的量。
晶片必须在各种条件下得到精确的处理。但是，在化学处理期间，一些易于产生大量气泡的晶片以及一些易于产生很少气泡的晶片会同时出现。而且晶片也会受硫酸和水的混合溶液中的过氧化氢的浓度的影响。
因此，当在化学处理期间产生大量气泡和少量气泡的混合物时，如果按照这种方式向清洗池恒定地提供大量的水，则现有技术将产生蒸馏水成本消耗相当可观的问题。
发明内容
鉴于现有技术的问题，本发明的目的在于提供这样一种湿处理装置，这种湿处理装置能够限制蒸馏水在化学处理池和清洗池中的使用量；减少当晶片被从化学处理池中提起之后，因飘浮在空气中的灰尘以及留在晶片表面上的气泡的附着带来的在经湿处理之后的晶片上的灰尘颗粒；对各种类型的晶片进行控制；提供均匀的水质；以及进一步将产品的可靠性提高至一个更高的水平。
为了实现上述目的，根据本发明的湿处理装置由以下部分构成：化学处理池，其中储存有用来对晶片表面进行处理的化学物质；晶片运送器，它用于将晶片运进和运出化学处理池的内部；传感器，其确定化学处理池内化学物质中的气泡量，并发出第一和第二控制信号；以及清洗池，其中储存有用于对晶片运送器从化学处理池运送出的晶片进行清洗的水。晶片运送装置将晶片从化学处理池中提起的上升速度受上述第一控制信号的控制，而向清洗池供水的清洗池注水量受上述第二控制信号的控制。
附图说明
通过参考以下对本发明的详细文字说明并参看附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明了。在附图中：
图1A和1B是分别显示根据本发明第一实施例的湿处理装置的剖视图。
图2是图1A所示传感器和柱体的放大图。
图3是图1A所示化学处理池和柱体的放大图。
图4是显示根据本发明第二实施例的湿处理装置的剖视图。
图5A和5B分别显示出了根据现有技术的湿处理装置的剖视图。
具体实施方式
接下来将参考附图对本发明的实施例进行详细说明。图1A和1B是分别显示组成本发明第一实施例所述湿处理装置的化学处理池和清洗池的剖视图。如图1A和1B所示，本实施例由以下各部分组成：由内池1a和外池1b组成的化学处理池1，清洗池15以及晶片运送器8。
如图1A所示，除了含有用于将运送来的晶片2固定在底部的晶片支架3以外，化学处理池1的内池1a的上缘空隙中还含有一个用于化学物质5溢出的柱体7。此柱体7由具有良好抗化学腐蚀性的材料制成，其顶部加装了一个连有导线10的非接触式液位传感器6，其底部是开放的。非接触式液位传感器6能够检测出内池1a中所放出的气泡4的水平，并能通过导线10提供不同类型的控制信号。柱体7与用于排出(消除)聚集在传感器6的下部所形成的密封空间之中的气泡4的排气管11相连，并且在管道11的管路中安装有一个气动螺线管控制阀(ASV)12。晶片运送器8将固定在运送器夹子9之中的晶片2沿轴8a运送至晶片支架3，该晶片支架3安装在化学处理池1的内池1a之中。从池中取出晶片时的晶片提升速度可根据传感器6的输出而变成高提升速度或低提升速度。与现有技术例子中的情况一样，在内池1a与外池1b之间的化学物质管路中安装有一个循环泵13以及一个过滤器14。
接下来，如图1B所示，晶片运送器8从化学处理池1的内池1a中取出的晶片2被运送至清洗池15并被固定在安装于清洗池底部的晶片支架3上。清洗池15与供水管17相连并可对晶片2执行清洗。在现有技术的例子中，有一个气动供水阀与供水管路17相连，并且有固定量(固定速度)的蒸馏水被供应给清洗池15。但是，在本实施例中安装了两个阀门，即，用于高速供水的第一气动供水阀18和用于低速供水的第二气动供水阀19。对第一气动供水阀和第二气动供水阀18和19的选择是根据上述非接触式液位传感器6所发出的控制信号来执行的。当检测到大量气泡4之后，将选择高速，也就是说，此时打开第一气动供水阀18，以供应大量的蒸馏水。相反地，当检测到少量气泡4之后，将选择低速，也就是说，此时打开第二气动供水阀19，以供应少量的蒸馏水。
图2是图1所示传感器和柱体的放大图。如图2所示，非接触式液位传感器6被插入至柱体7的顶端部分之中。在非接触式液位传感器6与柱体7之间装有一种密封材料20，用以防止滴落情况并保持气密。排气管11被安装在柱体7一侧上，它位于由非接触式液位传感器6的底部所形成的溢出位与参考液位22之间，而且上述ASV(气动螺线管控制阀)12被安装在该管道11之中。柱体7的底部中形成了一个开口21，它和开口21的开口表面以及溢出表面一起与柱体7的轴形成了一个直角关系，柱体7本身被安装于即使在化学物质5溢出到外池1b中的情况下也不会受到影响的内池位置上，即，它被安装在内池1a器壁的内侧附近。因此，当柱体7被安装在内池1a之中时，安装在管道11中的阀门12是打开的，或者换句话说，当空气被排出时，参考液位22可与溢出液位相平齐。也可将液体设定位23设定在参考液位22与开口21之间的所需位置之上。
因此，在安装完柱体7并且排出空气之后，柱体内的液位将因一些气泡通过开口21而从参考液位22下降至所需的液体设定位23。当柱体内的液位因气泡而下降到液体设定位23时，传感器6就检测到有大量的气泡存在，并可通过导线10实现控制。
图3是图1所示化学处理池和柱体的放大图。如图3所示，安装在化学处理池1的内池1a之中的柱体7内的非接触式液位传感器6已经确定了由柱体7的开口21和参考液位22所形成的位置，这样就不再需要液位检测。只对设定液体设定位23的可选位置进行检测就已足够。可在柱体7中被任意设定的液体设定位23可以是用于检测气泡量并在高速/低速之间进行切换的一个位置，或者也可以是切换到高速/低速的两个位置。在任何一种情况下，只需由传感器6提供一个用于检测液位的功能就已足够。
当液位到达液体设定位23时，非接触式液位传感器6确定出气泡量很大，并且命令晶片运送器8的驱动轴执行高速晶片提升。另一方面，如果设定液体设定位23的可选位置未被检测到时，传感器6将命令晶片运送器8的驱动轴执行低速晶片提升。
非接触式液位传感器6通过对气泡进行检测，从而以相同的方式来控制清洗池15中的水量。换句话说，当它确定出有大量气泡出现时，如上所述为了设定晶片的高速提升，就会使较厚的化学沉淀留在晶片表面上。残留的化学物质必须被清洗掉(冲洗)，这就需要使蒸馏水具有大的流量，从而就必须将供水管切换至用以控制大水量的流量。相反地，当传感器发现只有很少气泡时，将设定低速提升，并且流量也较小。
在本实施例中以这种方式对化学处理池1的气泡4进行检测的过程中，气泡4的量被作为柱体7内密封空间24中的液体设定位23的高度而被检测。也就是说，当在密封空间24中所形成的液位下降至为液体设定位23而设定的可选位置时，确定有大量气泡存在，并且送出将晶片2从化学处理池1中高速提升出来的命令。还有，当确定有大量气泡4存在时，将为清洗池15内的供水管指定大的流量。
以下将参考图1至图3对本发明的实施例进行更加详细的说明。
在有大量气泡产生并且化学处理池1和清洗池15四周有少量飘浮在空气中的灰尘颗粒的化学处理条件下，飘浮在空气中的灰尘颗粒倾向于很容易地附着在经化学处理之后被运送至清洗池15的晶片2的表面上。另外，当在硫酸和过氧化氢溶液中对带有抗蚀涂层的晶片2进行处理时，因与硫酸和过氧化氢的反应而产生更多的气泡，这样，灰尘颗粒附着在正在运送的晶片的表面上的情况会更为加剧。此处，当将有抗蚀涂层和无抗蚀涂层的晶片混在一起传送时，在只有少量的灰尘颗粒飘浮在空气中的条件下，对于因循环管道和化学物质的作用而易于产生汽泡的情况，来说明在硫酸-过氧化氢处理后进行清洗的一个例子。这时，液体设定位23被做得与开口21的位置相齐平。
首先，在将晶片运送器8中的晶片2固定在化学处理池1内之前，ASV 12已被打开并且柱体7内的空气也被排出。当柱体7内的空气被排空(消除)时，柱体内的空间对外部空气是敞开的，这样就使柱体7内的参考液位22与溢出位的高度相同。此时非接触式液位传感器6对柱体7内的液位22进行检测，并在确认出化学处理池1的内池1a的溢出位与柱体7内的参考液位22相齐平时关闭ASV 12，然后停止对柱体7的排气。关闭ASV 12可在柱体7的液位22与非接触式液位传感器6的底边之间形成一个密封的空间24。
然后，在非接触式液位传感器6对柱体7内的液位22进行检测时，晶片2被运送至化学处理池1的内池1a，并且开始化学处理。另外，在化学处理池1中执行循环过滤，并且发生化学物质5从内池1a到外池1b的溢出，而且化学物质5中的气泡4也发生溢出。在溢出期间，化学物质5中的气泡4部分穿过柱体7底部所形成的开口21并被截留在密封空间21之内。当晶片2是抗蚀晶片时，会因与硫酸和过氧化氢的反应而产生气泡，因而部分气泡也会以相同的方式被截留在柱体7之内。
当气泡4被截留在柱体7的内部时，柱体7内的化学物质会被从柱体7的开口21排出，因而扩大了密封空间24。换句话说，柱体7内的液位会从液位22下降，因而非接触式液位传感器6将检测不到液位22。
随着柱体7内部液位的进一步下降，当非接触式液位传感器6在化学处理过程中检测到被设定在开口21位置上的液体设定位23时，该湿处理过程就被确定为具有大量气泡4。此时，将经过化学处理之后的晶片2的提升速度设定成高速的第一控制信号通过导线10被发送至晶片运送器8的驱动轴。从传感器6同时发出的第二控制信号将在清洗池15进行冲洗期间打开第一气动供水阀18，并且关闭第二气动供水阀19以设定大的蒸馏水流量。
也就是说，在对带有大量气泡的晶片进行处理期间，晶片2从化学处理池1中的提升被设定成高速，这样就会有大量的化学物质流入清洗池15。因此，必须增加清洗池15的供水，以在短时间内在清洗池15中进行高效的冲洗。
在高速提升期间，晶片2的表面上覆盖有一层厚的化学物质。此时，飘浮在空气中的灰尘颗粒会附着在晶片2上并在含有气泡的液膜中浮动。由于灰尘颗粒并不是直接附着在硅的表面上，因此当在这种状态下对晶片执行清洗时，晶片2上的液膜和灰尘颗粒将一起被冲洗掉。作为最终结果，仅有很少的灰尘颗粒直接附着在晶片2之上，但这却需要给清洗池15提供大量的水。
另一方面，柱体7内部的液位并没有下降太多，因此，当化学处理完成之后，也就是说，当非接触式液位传感器6已检测到液体设定位23处于参考液位22与开口21的位置之间时，传感器6会确定出在晶片处理中只有少量的气泡4存在，并可通过在化学处理之后发出一个第一控制信号以将晶片2的提升速度设定为低速。在进行上述设定的同时，传感器6还会发出一个第二控制信号，以在清洗池15中进行清洗期间关闭第一气动供水阀18并打开第二气动供水阀19。
当晶片处理期间只有少量气泡4产生时，从化学处理池1提升晶片的速度被设定成低速。由于提升过程中的拉伸效应，化学物质5将被从晶片2的表面拉入化学处理池1中。其结果，使得残留在晶片2上的化学物质量很少，这样，流入清洗池15的化学物质的量也很少，因而只需用少量的水就可与高速提升期间所进行的清洗具有相同的效果。
本实施例中，通过这种利用非接触式液位传感器6来判断晶片处理期间是存在大量气泡还是少量气泡的方法，从化学处理池1提升晶片的速度就可被自动地设定成高速或低速，而且随后在清洗池15中对晶片进行清洗期间，流量(即，大流量或小流量)也可被自动设定，这样就可减少清洗池中蒸馏水的使用量。
图4的剖视图显示出了根据本发明第二实施例所述的湿处理装置。如图4所示，根据该实施例所述的化学处理部分由化学处理池1、晶片运送器以及清洗池(因其与图1B所示内容相同，故此省略)组成。该装置利用非接触式液位传感器6来检测气泡4的量，并且也能对过氧化氢的浓度、晶片的提升速度以及蒸馏水的量进行控制。图4中与图1相同的部分具有相同的参考标号，对相同部分的说明在此省略。
本实施例中，循环过滤管路含有一个用于化学处理池1的内池1a的循环泵13和过滤器14，它还含有一个蒸馏水注入泵25、一过氧化氢泵26以及一硫酸泵27，并且能够控制所供应的化学物质的浓度。安装在柱体7内的非接触式液位传感器6能够对气泡4的情况(气泡4的量由传感器6进行检测)做出判断、并能在有大量气泡4存在时提供第三控制信号，以使过氧化氢泵26停止注入过氧化氢，它还能够驱动蒸馏水注入泵25和过氧化氢泵26以降低过氧化氢的浓度，并减少化学处理池1的内池1a中的气泡4。
本实施例与第一实施例的不同之处在于，本实施例中，化学物质5的浓度可根据化学处理池1的内池1a中的气泡4的量而得到调节。除此之外，晶片2的提升以及晶片2被提起后的清洗都与先前所说明的在图1B的清洗池15中进行的处理相同。
另外，化学物质的补充供应就象前面所述的那样，是由过氧化氢泵26来控制的。但是，也可对所有的泵25至27进行控制，从而减少过氧化氢的相对含量。
通过用这种方式对化学物质进行控制，可限制因气泡效应而产生的灰尘颗粒附着在晶片上的情况，因此实现了水质的均匀，进而使产品的可靠性提升到了一个更高的水平。
如上所述，根据本发明所述的湿处理装置能够检测化学处理池内气泡状态，这样就可自动设定将晶片从化学处理池内提升时的高提升速度和低提升速度，进而实现使化学处理池内蒸馏水的消耗量降至最小并获得减少灰尘颗粒的效果。
本发明还实现了这样一种效果，即，可根据化学处理池内气泡的状态来控制清洗池的供水量，而且它也减少了清洗池内蒸馏水的消耗量，因而实现了较低的成本。
本发明还实现了另外一种效果，即，通过对气泡量和供水量实现控制，就可控制各种类型的晶片、获得均匀的水质，以及使产品的可靠性提升至一个更高的水平。
尽管对本发明的说明是参考特定的实施例来进行的，但不应将这些说明看成是对本发明的限制。通过参考对本发明的说明，本领域的技术人员应该明白各种对上述实施例所做的修改。因此应该认为，所附权利要求涵盖了在本发明实质范围之内的任何修改和实施例。
Claims (7)
1.一种湿处理装置，其特征在于包括：化学处理池，其中储存有用来对晶片表面进行处理的化学物质；晶片运送器，用于将所述晶片运进和运出所述化学处理池的内部；传感器，其确定所述化学处理池内化学物质中的气泡量，并发出第一和第二控制信号；以及清洗池，其中储存有用于对所述晶片运送器从所述化学处理池运送出的所述晶片进行清洗的水，其中，所述晶片运送装置将所述晶片从所述化学处理池中提起的提升速度受所述第一控制信号的控制，而向所述清洗池供水的清洗池供水量受所述第二控制信号的控制。
2.如权利要求1所述的湿处理装置，其特征在于，在清洗池的供水管路中安装有一个用于第一流量的第一气动供水阀以及一个其流量小于所述第一流量的第二气动供水阀，而且所述第一和第二气动供水阀的打开和关闭受到所述第二控制信号的控制。
3.如权利要求1所述的湿处理装置，其特征在于，所述传感器装置含有一个非接触式液位传感器，该传感器由密封材料安装在底部有一开口的柱体的上部，在所述柱体中形成有一个与所述化学处理池的溢出位相齐平的参考液位，所述化学物质中的气泡流入所述柱体的密封空间内，而且通过液位的高度就可检测出气泡的量。
4.如权利要求3所述的湿处理装置，其特征在于，所述传感器装置含有一个排气管，该排气管含有多个阀门，它们连接在所述柱体的侧表面与所述非接触式液位传感器的底面及所述柱体的所述参考液位之间。
5.如权利要求4所述的湿处理装置，其特征在于，所述传感器装置由至少一个设定液位形成，用来确定在所述柱体的所述参考液位与所述开口之间所含有的所述气泡的量，而且当密封空间到达该设定液位时，将确定气泡的量为很大。
6.一种湿处理装置，其特征在于包括：化学处理池，其中储存有用来对晶片表面进行处理的化学物质；晶片运送器，用于将所述晶片运进和运出所述化学处理池的内部；传感器，其确定所述化学处理池内化学物质中的气泡量，并发出第一、第二和第三控制信号；清洗池，其中存储有用于对晶片运送器从化学处理池运送出来的晶片进行清洗的水；以及化学物质注入装置，用于将所述化学物质注入所述化学处理池，
其中，晶片运送装置将所述晶片从所述化学处理池中提起的提升速度受所述第一控制信号的控制，向所述清洗池供水的清洗池供水量受所述第二控制信号的控制，而所述化学物质注入装置的注入操作受所述第三控制信号的控制。
7.如权利要求6所述的湿处理装置，其特征在于，所述化学物质注入装置由一蒸馏水泵、一过氧化氢泵以及一硫酸泵构成，而且所述蒸馏水泵、过氧化氢泵以及硫酸泵都受到所述第三控制信号的控制。
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