应用于湿刻清洗机台的温度控制系统及方法与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种应用于湿刻清洗机台的温度控制系统及方法。


背景技术：

2.湿刻清洗机台作为半导体晶圆制造工艺过程关键机台，对晶圆厂(fab)和晶圆代工厂(foundry)的在线工艺(work in progress，简称wip)以及单位时间工艺量(wafers per hour，简称wph)有显著影响。
3.在湿刻清洗中，不同化学工艺试剂有不同工艺温度区间。湿刻清洗机台采用传统的控温方式，化学溶液槽在换液或断电宕机时可能出现温度大范围波动，从而造成槽内晶圆工艺出现异常，进而从制程工艺方面对晶圆尺寸、薄层厚度及膜质等等带来不利因素。
4.因此，如何避免湿刻清洗机台中化学溶液槽的温度出现大范围的波动，是当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.基于此，针对现有技术中的不足之处，本技术提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制系统及方法。
6.一方面，本技术根据一些实施例，提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制系统，所述湿刻清洗机台包括若干个功能槽，所述温度控制系统包括：
7.电控温装置，与所述功能槽热交换连接；所述电控温装置用于进行电能和热能之间的转换，以对所述功能槽进行控温；
8.化学反应控温装置，与所述功能槽热交换连接；所述化学反应控温装置用于进行化学能和热能之间的转换，以对所述功能槽进行控温。
9.在其中一个实施例中，所述化学反应控温装置包括化学反应放热试剂供应模块；
10.所述化学反应放热试剂供应模块中盛放有遇水存在化学反应放热过程的化学反应放热试剂；
11.所述化学反应放热试剂包括所述湿刻清洗机台在清洗过程中排出的部分废液。
12.在其中一个实施例中，所述化学反应放热试剂包括所述湿刻清洗机台在清洗过程中排出的废浓硫酸。
13.在其中一个实施例中，所述化学反应放热试剂供应模块包括：
14.外置槽，设置于所述功能槽外围；
15.化学反应放热试剂供液管路，与所述外置槽连通，用于向所述外置槽内供应所述化学反应放热试剂。
16.在其中一个实施例中，所述温度控制系统还包括：
17.控制装置，与所述电控温装置及所述化学反应控温装置连接，用于控制所述电控温装置及所述化学反应控温装置的控温状态；
18.其中，所述化学反应控温装置还用于在所述控制装置及所述电控温装置为非工作状态时对所述功能槽进行持续控温。
19.在其中一个实施例中，所述控制装置包括：
20.温度传感模块，用于分别采集所述功能槽及外置槽的温度；
21.流量控制模块，设置于所述功能槽及所述外置槽的供液管路上，与对应的所述温度传感模块相连接，用于根据所述温度传感模块采集的所述温度控制所述供液管路的流量。
22.在其中一个实施例中，所述控制装置还包括：
23.存储器，存储有温度控制菜单；所述温度控制菜单包括：所述电控温装置的第一温度控制菜单，所述化学反应控温装置的第二温度控制菜单，以及所述电控温装置和所述化学反应控温装置的温度选配控制菜单；
24.处理器，与所述存储器、所述温度传感模块、所述流量控制模块分别连接，所述处理器被配置为：根据所述温度控制菜单以及所述温度传感模块采集的所述温度，向所述流量控制模块传输流量控制信号，以控制所述电控温装置及所述化学反应控温装置的控温状态。
25.另一方面，本技术还根据一些实施例，提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制方法，应用于如前述任一实施例提供的温度控制系统；所述温度控制方法包括：
26.采用所述电控温装置及所述化学反应控温装置，对所述功能槽进行联合控温。
27.在其中一个实施例中，所述温度控制方法还包括：
28.确定各所述功能槽的工艺温度；
29.根据所述工艺温度，将所述功能槽划分为多个温度控制组；
30.对每个所述温度控制组设置温度控制菜单；
31.根据所述温度控制菜单，分别控制所述电控温装置及所述化学反应控温装置对所述温度控制组中的各所述功能槽进行联合控温；
32.其中，所述化学反应控温装置还用于在非控制状态及所述电控温装置为非工作状态时对所述功能槽进行持续控温。
33.在其中一个实施例中，所述温度控制菜单包括：所述电控温装置的第一温度控制菜单，所述化学反应控温装置的第二温度控制菜单，以及所述电控温装置和所述化学反应控温装置的温度选配控制菜单。
34.本技术提供的应用于湿刻清洗机台的温度控制系统及方法，至少具有如下有益效果：
35.本技术提供的应用于湿刻清洗机台的温度控制系统，包括采用电能产生热能的电控温装置以及采用化学能产生热能的化学反应控温装置，通过电控温装置与化学反应控温装置在功能上的相互支持，可以实现对湿刻清洗机台的联合控温。当电控温装置由于湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况而无法正常工作时，化学反应控温装置能够不受影响地继续对功能槽进行控温，从而避免功能槽在湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况时出现温度的大范围波动，进而避免晶圆的工艺进程受到影响。
36.本技术提供的应用于湿刻清洗机台的温度控制方法，应用于如前述任一实施例提供的温度控制系统，因此前述温度控制系统所能实现的技术效果，该温度控制方法也均能
够实现，这里就不再赘述。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
38.图1为本技术一些实施例中提供的温度控制系统的结构示意图；
39.图2为本技术一些实施例中提供的温度控制方法的流程示意图。
40.附图标记说明：
41.100、工艺槽；200、混酸槽；300、外置槽；400、供液管路；500、流量控制模块；600、化学试剂供应模块；700、去离子水供应模块。
具体实施方式
42.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
44.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种技术特征，但这些技术特征不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个技术特征与另一个技术特征区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一温度控制菜单称为第二温度控制菜单，且类似地，可将第二温度控制菜单称为第一温度控制菜单。第一温度控制菜单和第二温度控制菜单两者都是温度控制菜单，但其不是同一温度控制菜单。
45.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
46.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
47.请参阅表1，在湿刻清洗中，不同化学工艺试剂有不同工艺温度区间。
48.表1不同化学工艺试剂所分别对应的工艺温度区间
[0049][0050]
当前业界对于湿刻清洗液(包括去离子水及含有其成分在内的化学溶液)及湿刻清洗槽控温方式均为独立控温。这种传统的控温方式通过在化学功能槽安装温度热感应传感器，然后通过电子流量计或其他设备进行不同温度时间点位收集槽内实时温度；当化学溶液槽或化学功能槽温度偏低时，会通过大功率热力灯管或热敏电偶进行化学溶液加热，然后将经过预加热的化学溶液导入混液槽或工艺槽。但采用传统的控温方式，化学溶液槽在换液或断电宕机时可能出现温度大范围波动，从而造成槽内晶圆工艺出现异常，进而从制程工艺方面对晶圆尺寸、薄层厚度及膜质等等带来不利因素。
[0051]
针对现有技术中的不足之处，本技术提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制系统及方法。
[0052]
一方面，本技术根据一些实施例，提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制系统。
[0053]
需要说明的是，如图1所示，本技术涉及的湿刻清洗机台可以包括功能槽。作为示例，本技术涉及的功能槽可以包括但不仅限于工艺槽100、清洗槽、干燥槽及混酸槽200等等。
[0054]
在其中一个实施例中，该温度控制系统可以包括电控温装置及化学反应控温装置。电控温装置与化学反应控温装置均与功能槽热交换连接。其中，电控温装置用于进行电能和热能之间的转换，以对功能槽进行控温。化学反应控温装置用于进行化学能和热能之间的转换，以对功能槽进行控温。
[0055]
上述实施例提供的温度控制系统，包括采用电能产生热能的电控温装置以及采用化学能产生热能的化学反应控温装置，通过电控温装置与化学反应控温装置在功能上的相互支持，可以实现对湿刻清洗机台的联合控温。当电控温装置由于湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况而无法正常工作时，化学反应控温装置能够不受影响地继续对功能槽进行控温，从而避免功能槽在湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况时出现温度的大范围波动，进而避免晶圆的工艺进程受到影响。
[0056]
可以理解，采用电控温装置进行加热，热力灯管和/或热敏电偶将产生较大的功耗，如果一直采用电控温装置进行独立控温，电控温装置的寿命较短，还需要频繁对其进行保养以避免湿刻清洗机台的状态出现波动。上述实施例提供的温度控制系统，通过对对湿刻清洗机台的联合控温，能够减少电控温装置的使用，从而延长电控温装置的使用寿命，且能够减少对其进行保养的频率。
[0057]
作为示例，在上述温度控制系统中电控温装置与化学反应控温装置均与功能槽热交换连接，具体可以表现为：电控温装置与化学反应控温装置分别与工艺槽100、清洗槽、干燥槽及混酸槽200热交换连接。
[0058]
本技术对于电控温装置与化学反应控温装置分别与功能槽实现热交换连接的方式并不做具体限定。在一些实施例中，可以通过在功能槽的槽体上外加具有热交换功能的
结构，使电控温装置与化学反应控温装置分别与功能槽实现热交换连接；在另一些实施例中，功能槽本身可以具有热交换功能，以使电控温装置与化学反应控温装置分别与功能槽实现热交换连接。
[0059]
在其中一个实施例中，化学反应控温装置包括化学反应放热试剂供应模块。该化学反应放热试剂供应模块中盛放有遇水存在化学反应放热过程的化学反应放热试剂。
[0060]
本技术对于前述化学反应放热试剂的种类并不做具体限定。
[0061]
作为示例，化学反应放热试剂可以包括湿刻清洗机台在清洗过程中排出的部分废液。
[0062]
在上述实施例提供的温度控制系统中，化学反应控温装置用于提供热能的化学能，是通过湿刻清洗机台在清洗过程中排出的废液，发生化学反应放热而产生的。这些废液是湿刻清洗机台已经使用过的，因无法达到工艺标准，不再能在工艺过程中使用。上述实施例提供的温度控制系统能够对这些废液实现二次使用，不仅无需在湿刻清洗机台引入额外的化学反应放热试剂，节约生产成本，还能够减少化学试剂的浪费。
[0063]
在其中一个实施例中，化学反应放热试剂可以包括湿刻清洗机台在清洗过程中排出的废浓硫酸。
[0064]
浓硫酸(h2so4)具有很高的水解热系数，在室温下1摩尔(mol)浓硫酸与过量的水混合，释放热量约为82.5千焦(kj)。浓硫酸与水混合，存在物理吸热过程和化学放热过程；其中，物理吸热过程指的是浓硫酸由大分子扩散到水中的过程；化学放热过程指的是扩散到水中的大分子电离成离子的过程。由于放出热量大于吸收热量，故浓硫酸与水混合整体表现为放热现象。
[0065]
同时，浓硫酸是硫酸过氧化氢混合物(sulfuric peroxide mixture，简称spm)中的混合成分；结合表1，可见硫酸过氧化氢混合物是fab内湿刻清洗机台中的重要工艺试剂。因此，fab内的实际工艺制程会产生大量超出工艺要求的废浓流酸。在现有技术中，这些超出工艺要求的废浓流酸将作为一次危化品处理。
[0066]
上述实施例提供的温度控制系统，则能够实现这些超出工艺要求的废浓流酸的二次使用，不仅无需在湿刻清洗机台引入额外的化学反应放热试剂，节约生产成本，还能够减少化学试剂的浪费。
[0067]
在其中一个实施例中，化学反应放热试剂供应模块可以包括外置槽300以及化学反应放热试剂供液管路。
[0068]
其中，外置槽300设置于功能槽外围；化学反应放热试剂供液管路与外置槽300连通，用于向外置槽300内供应化学反应放热试剂。
[0069]
本技术对于外置槽300的形式并不做具体限定。作为示例，外置槽300可以水浴式外置槽或中空式外置槽。
[0070]
作为示例，在上述温度控制系统中外置槽300设置于功能槽外围，具体可以表现为：外置槽300设置于工艺槽100、清洗槽、干燥槽及混酸槽200的外围。
[0071]
在其中一个实施例中，温度控制系统还可以包括控制装置。
[0072]
控制装置与电控温装置及化学反应控温装置连接，用于控制电控温装置及化学反应控温装置的控温状态。
[0073]
在上述实施例提供的温度控制系统中，通过控制装置对电控温装置及化学反应控
温装置进行控制，以切换电控温装置及化学反应控温装置的控温状态。例如，可以通过控制装置控制电控温装置对功能槽进行控温，且控制化学反应控温装置为非工作状态(即化学反应控温装置不对功能槽进行控温)，也可以通过控制装置控制电控温装置及化学反应控温装置均处于工作状态，此时也可称为双开模式或双控温模式。
[0074]
在其中一个实施例中，化学反应控温装置还用于在控制装置及电控温装置为非工作状态时对功能槽进行持续控温。
[0075]
可以理解，一般在湿刻清洗机台中控制装置亦需要电能驱动。在湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况时，控制装置也可能无法正常工作。在上述实施例提供的温度控制系统中，化学反应控温装置可以在控制装置为非工作状态时对功能槽进行持续控温，进一步地保证了湿刻清洗机台出现跳电或断电等异常情况时，对功能槽的稳定控温，实现了更高的可靠性。
[0076]
请继续参阅图1，在其中一个实施例中，控制装置可以包括温度传感模块以及流量控制模块500。
[0077]
其中，温度传感模块用于采集功能槽及外置槽300的温度。流量控制模块500设置于功能槽及外置槽300的供液管路400上，且与对应的温度传感模块相连接，用于根据各温度传感模块采集的温度，对应控制各供液管路400的流量。
[0078]
本技术对于流量控制模块500的形式并不做具体限定。作为示例，流量控制模块500可以包括但不仅限于低压真空泵和/或电磁流量控制器(mfc)等等。
[0079]
在上述实施例提供的温度控制系统中，温度传感模块可以分别采集功能槽及外置槽300的温度；当功能槽和/或外置槽300内的溶液出现温度波动，能够更加及时地收到反馈。同时，考虑到各供液管路400的路径存在差异，且在供液管路400的路径中也会损失部分热量，从而产生混液温度差，使得功能槽内的温度不稳定。通过温度传感模块分别采集功能槽的温度，能够更精确地获得功能槽的实时温度，避免因混液温度差而出现过加热等问题。
[0080]
作为示例，温度传感模块可以分别采集工艺槽100、清洗槽、干燥槽、混酸槽200，以及外置槽300的温度。流量控制模块500设置于工艺槽100、清洗槽、干燥槽、混酸槽200，以及外置槽300的供液管路400上，且与对应的温度传感模块相连接，用于根据各温度传感模块采集的温度，对应控制各供液管路400的流量。
[0081]
在本技术一些实施例中，湿刻清洗机台还可以包括化学试剂供应模块600以及去离子水供应模块700。化学试剂供应模块600及去离子水供应模块700可以分别通过对应的供液管路400与混酸槽200相连通，以向混酸槽200提供混液过程所需的化学试剂和去离子水。设置于混酸槽200的供液管路400上的流量控制模块500可以对混液过程所需的化学试剂和去离子水的流量进行控制。
[0082]
在其中一个实施例中，去离子水供应模块700可以包括常温去离子水供应单元710和热去离子水供应单元720。
[0083]
在其中一个实施例中，外置槽300还可以设置于化学试剂供应模块600以及去离子水供应模块700外围。
[0084]
在其中一个实施例中，控制装置还可以包括存储器和处理器。
[0085]
其中，存储器可以存储有温度控制菜单。所述温度控制菜单可以包括电控温装置的第一温度控制菜单，化学反应控温装置的第二温度控制菜单，以及电控温装置和化学反
应控温装置的温度选配控制菜单。
[0086]
处理器可以分别与存储器、温度传感模块及流量控制模块500相连接。处理器可以被配置为：根据温度控制菜单以及温度传感模块采集的温度，向流量控制模块500传输流量控制信号，以控制电控温装置及反应热驱动装置的控温状态。
[0087]
可以理解，在实际工艺过程中，电控温装置和化学反应控温装置所适用的工艺过程和/或工艺温度可能有所不同。在上述实施例提供的温度控制系统中，可以根据实际工作需求，对湿刻清洗机台使用何种控温装置进行控温进行选择；譬如，可以根据温度控制菜单进行适配，以使得湿刻清洗机台工作于电控温装置独立控温模式、化学反应控温装置独立控温模式或双控温模式。譬如，对于工艺过程和/或工艺温度要求不高的制程，可以直接选用化学反应控温装置独立控温模式，以进一步地减少电控温装置的使用，从而延长电控温装置的使用寿命，且能够减少对其进行保养的频率。
[0088]
另一方面，本技术还根据一些实施例，提供一种应用于湿刻清洗机台的温度控制方法，可以应用于如前述任一实施例提供的温度控制系统。
[0089]
请继续参阅图1，在其中一个实施例中，该温度控制方法可以包括如下的步骤：
[0090]
采用电控温装置及化学反应控温装置，对功能槽进行联合控温。
[0091]
作为示例，在上述温度控制方法中采用电控温装置及化学反应控温装置，对功能槽进行联合控温的步骤，具体可以表现为：采用电控温装置及化学反应控温装置，对工艺槽100、清洗槽、干燥槽及混酸槽200等等进行联合控温。
[0092]
上述实施例提供的应用于湿刻清洗机台的温度控制方法，应用于如前述任一实施例提供的温度控制系统，因此前述温度控制系统所能实现的技术效果，该温度控制方法也均能够实现，这里就不再赘述。
[0093]
请参阅图2，在其中一个实施例中，该温度控制方法还可以包括如下的步骤：
[0094]
s100：确定各功能槽的工艺温度。
[0095]
s200：根据工艺温度，将功能槽划分为多个温度控制组。
[0096]
s300：对每个温度控制组设置温度控制菜单。
[0097]
s400：根据温度控制菜单，分别控制电控温装置及化学反应控温装置对温度控制组中的各功能槽进行联合控温。
[0098]
其中，化学反应控温装置还可以用于在非控制状态及电控温装置为非工作状态时对功能槽进行持续控温。
[0099]
作为示例，步骤s100具体可以表现为：确定湿刻清洗机台内各功能槽的工艺温度，记为t1、t2、t3、t4…
tn等。
[0100]
作为示例，步骤s200具体可以表现为：根据前述工艺温度t1、t2、t3、t4…
tn等，将功能槽划分为多个温度控制组，记为g1、g2…gn
等。
[0101]
需要说明的是，在步骤s200中，可以将工艺温度相同或相近的功能槽分为一组。作为示例，可以将工艺温度为(t
x
±
δt)℃的功能槽分为一组；这里的t
x
可以为t1、t2、t3、t4…
tn等等中的任意一个工艺温度。
[0102]
作为示例，步骤s300具体可以表现为：建立与各温度控制组一一对应的温度控制菜单，即为r1、r2、r3、r4…rn
等。
[0103]
作为示例，步骤s400具体可以表现为：根据r
x
对温度传感模块和流量控制模块500
进行控制。这里的r
x
可以为r1、r2、r3、r4…rn
等等中的任意一个温度控制菜单。
[0104]
在其中一个实施例中，温度控制菜单可以包括电控温装置的第一温度控制菜单，化学反应控温装置的第二温度控制菜单，以及电控温装置和化学反应控温装置的温度选配控制菜单。
[0105]
电控温装置和化学反应控温装置的温度选配控制菜单可以根据实际工作需求，对电控温装置和化学反应控温装置各自适用的工艺过程和/或工艺温度进行配置。在上述实施例提供的温度控制方法中，可以根据实际工作需求，对湿刻清洗机台使用何种控温装置进行控温进行选择；譬如，可以根据温度控制菜单进行适配，以使得湿刻清洗机台工作于电控温装置独立控温模式、化学反应控温装置独立控温模式或双控温模式。
[0106]
在本技术一些实施例中，该温度控制方法还可以包括对化学反应控温装置的控温过程进行校正的过程。
[0107]
作为示例，对化学反应控温装置的控温过程进行校正的过程可以采用如下的方法而实现，比如：
[0108]
向工艺槽100内导入规定温度条件的化学试剂，并参考电控温装置的第一温度控制菜单，对化学反应控温装置的第二温度控制菜单进行调整，以使得化学反应控温装置的第二温度控制菜单能够与电控温装置的第一温度控制菜单相匹配(match)。本技术涉及的化学反应控温装置的第二温度控制菜单能够与电控温装置的第一温度控制菜单相匹配，可以指：对于等量的同一化学试剂而言，采用电控温装置进行加热所需的时间、去离子水和/或其他工艺条件，与采用化学反应控温装置所需的相同或相近。
[0109]
请参阅表2，以传统的独立控温方式作为基准(baseline)进行比较，采用本技术提供的温度控制方法，在机台宕机时间、保养频率、耗材费用、综合支出及产能效率等方面的表现均有所提升。
[0110]
表2独立控温与联合控温效果对比
[0111] 宕机时间保养频率耗材费用综合支出产能效率独立控温baselinebaselinebaselinebaselinebaseline联合控温
↓
8～13％
↓
5％～8％
↓
5％～12％
↓
5％～10％
↑
3.5％～10％
[0112]
需要注意的是，本技术实施例提供的温度控制系统均可用于实施对应的温度控制方法，故而方法实施例与结构实施例之间的技术特征，在不产生冲突的前提下可以相互替换及补充，以使得本领域技术人员能够获悉本技术的技术内容。
[0113]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0114]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0115]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护
范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。