[实用新型]机台腔体监控装置

说明书

本实用新型提供了一种机台腔体监控装置，包括：温度传感器，用以测量腔体内半导体上覆盖的液体层的温度；图形传感器，用以测量腔体内半导体上覆盖的液体层的形态。据此，采用本实用新型提供的机台腔体的监控装置，能够直接监控清洗或湿法刻蚀化学反应处的实时温度、实时反应物接触情况（液体膜层在半导体上覆盖的情况），从而能够采集到对工艺影响的更直接的技术参数，提升了清洗或湿法刻蚀工艺的工艺精度，扩大了该工艺的适用半导体加工的技术节点范围。

技术领域

本实用新型涉及半导体制造设备技术领域，特别涉及一种机台腔体监控装置。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，随着技术节点的不断提升，加工精度的要求不断提升。在清洗、或湿法工艺过程中，使用药液与晶片上的某层、残留物或副产物进行化学反应。药液的主要成分是酸类、碱类或纯水。常用的清洗液有，标准清洗一号液（SC1），SC1是由氨水（NH₄OH）、双氧水（H₂O₂）、水（H₂O）按一定的比例混合而成；标准清洗二号液（SC2），SC2是由氯化氢（HCl）、双氧水（H₂O₂）、水（H₂O）按一定的比例混合而成；SPM清洗液是由硫酸（H₂SO₄）、双氧水（H₂O₂）、水（H₂O）按一定的比例混合而成；DHF清洗液是由氟化氢（HF）、双氧水（H₂O₂）、水（H2O）按一定的比例混合而成。湿法刻蚀通常用到，氢氟酸、氟化铵、硝酸、醋酸、水、KOH溶液、异丙醇、磷酸、超纯水等物质。

在半导体工艺流程中，目前所使用的清洗机台一般都是单片清洗模式。为了保证工艺参数的精准，通常通过机台本身的软件，如故障检测与分类（Fault Detection andClassification, FDC）系统方式监控晶片工艺过程。现有技术，对加工精度要求不高，目前清洗工艺中，通过监测混合罐中药液的温度、浓度，监控管路中流量、压力等参数数据反馈给FDC系统，建立故障与混合罐中的药液的参数关系来模糊控制半导体加工工艺。在药液流动过程中，浓度、或流量、或压力变化不大，或者现有技术中有采取相关措施解决了因气泡、易分解物质等原因造成的变化，而且，其浓度或流量或压力的变化与流体管路行程影响较小，但是，药液通过复杂的流体管路流到腔体时温度变化较大，并且管路的热传导性能、管路的行程都会影响温度。而且，现有技术的没有对药液覆盖在被加工晶圆的状态进行监控，由于流体的出口的冲击动力，会影响已经覆盖在被加工晶圆表面的药液的形态（换句话说，“飞溅”导致了药液膜层的均匀厚度被破坏，使得药液分布不均匀）。

化学反应中，参与反应的液体浓度、流量、压力、温度、接触情况均对反应速率产生重要影响，目前半导体湿法刻蚀或者清洗工艺机台中，对浓度、流量、压力、温度进行间接测量，而未对接触情况进行监测。当技术节点要求变高，关键尺寸越来越小，现有技术的监控装置已经不能满足半导体加工的精度要求。

具体的，参阅图1A所示，现有技术的清洗或湿法刻蚀机台组成包括，混合罐体01，液体输送管路02包括了第一进口021（用于96%浓硫酸的进口），第二进口022（用于水或双氧水等物质的进口），回液进口023（用于SPM清洗液的进口），腔体内出口024（用于向半导体的表面喷洒清洗液）。在管路02上还设有加热器（Heater）03。对工艺参数的监控主要有在混合罐体01中进行温度测量、浓度测量的装置04，和在管路02上进行流量测量、压力测量的装置05。测得的温度、浓度、流量、压力均是间接的，在管路02中，液体的热量会有散失，而且加热器03后的温度情况是经验控制没有温度反馈控制，从而对腔体06中的半导体07上的液体层08的直接的反应温度没有准确的测量。而且，参阅图1B、1C所示，由于管路出口024的出口流体的流量、压力等控制不当，会造成半导体07上液体层08的形态产生影响，图1B中展示的是液体层的形态较好，液体层的膜厚都差不多，比较均匀，而图1C中展示的是液体层的形态较差，液体层的膜厚由于飞溅变得不均匀，从而影响了液体和半导体这两个化学反应物的接触情况。