Устройство с защитными крышками для жидкостной химической обработки полупроводниковых пластин и подложек Российский патент 2025 года по МПК H01L21/306 H01L21/67 

Изобретение относится к устройствам жидкостной химической обработки поверхности плоских изделий, преимущественно полупроводниковых пластин и подложек, и может быть использовано в электронной промышленности для глубокой высококачественной очистки поверхности в производстве при изготовлении ИС, БИС и СБИС.

В полупроводниковой промышленности особое внимание уделяется минимизации пространства для оборудования, включающего множество технологических установок, последовательно совмещенных друг с другом. Для этих целей широко применяются групповые обработки полупроводниковых пластин и подложек в ванных, наполненных различными технологическими химическими растворами, с последующей промывкой в деионизованной воде. Благодаря модульности размещение такого оборудования позволяет экономить пространство и может комплектоваться любым количеством и типом ванн, такими как: ванна химической обработки; стоп-ванна; ванна финишной промывки; ванна каскадной промывки; ванна для обработки мегазвуком.

Известны установки жидкостной химической обработки с автоматизированным и ручным управлением. Оборудование с ручным управлением подходит для чистых помещений с небольшой площадью, а также оно более экономично и проще в эксплуатации.

В качестве примера таких систем можно привести:

- Установки жидкостной химической обработки с ручным управлением MWB производства TSE-SISTEME GmbH (Германия);

- Системы с ручным управлением производства Ramgraber GmbH (Германия);

- Установки жидкостной химической обработки пластин кремния производства ООО «СТАЛИС» (Россия).

Каждый из единичных процессов обработки выполняется в соответствующей технологической ванне с использованием собственных химических реагентов таких как: раствор КАРО (H2SO4, H2O2); перикисно-аммиачный раствор (NH4OH, H2O2, деионизованная вода); раствор плавиковой кислоты; перекисно-соляный раствор (HCl, H2O2, деионизованная вода). Кассета с пластинами последовательно устанавливается в ванну, наполненную химическим раствором, и вынимается из нее по окончании времени обработки, затем необходимо погрузить пластины в стоп-ванну с деионизованной водой. Перенос между ваннами должен производиться как можно быстрее, чтобы остановить химическую реакцию, происходящую на поверхности пластин. Как правило, в связи с экономией площади чистого помещения на предприятиях в установках химической обработки присутствует всего одна стоп-ванна, а ванны с различными химическими растворами расположены рядом друг с другом, поэтому при переносе с кассеты с пластинами капли одного раствора могут попасть в ванну с другим раствором, что приведёт к изменению его химического состава.

При проектировании устройств с ручным управлением особое внимание должно уделяться безопасности персонала, т.к. он напрямую контактирует с опасными химическими реагентами, и качеству обработки пластин. Последнее связано с тем, что при перемещении кассеты с пластинами из ванны с технологическим раствором в стоп-ванну возможно нежелательное его попадание в зону обработки с другим технологическим раствором, что ведет к изменению химического состава обрабатывающих веществ, и, следовательно, отсутствию желаемого результата химической обработки. Для безопасности работы на установках химической обработки все ванны снабжают крышками. Во время работы на установках крышки ванн должны быть закрыты. Крышки ванн открывают только для установки и вынимания кассеты с пластинами.

Известно устройство для очистки пластин с насадкой для очистки крышки ванны KR20040086868A, H01L21/304 (Wafer cleaning apparatus with nozzle for cleaning cover bath), 13.10.2004.

Устройство предназначено для очистки крышек ванны в процессе химической обработки полупроводниковых пластин при помощи сопла, содержащего множество форсунок для подачи воды.

Известное устройство содержит:

- ванну для химической обработки полупроводниковых пластин;

- зону обработки;

- левую и правую крышки ванны;

- шарнирные части для крепления крышек, расположенные по краям ванны;

- приводной блок открытия и закрытия крышек, основанный на шаговом двигателе, связанный с каждой шарнирной частью;

- сопло подачи жидкости для промывки крышек.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и увеличение стоимости оборудования.

Указанный недостаток обусловлен наличием автоматизированной системы управления открытия и закрытия крышек ванны и наличием сопел подачи жидкости для промывки крышек, которые нуждаются в дополнительном обслуживании. Кроме того, существует вероятность попадания химического реагента с пластин, извлеченных из ванны, на поверхность сопла, что может способствовать накоплению химических веществ и образованию коррозии на самом сопле, а также последующему внесению загрязнений в химические растворы ванны.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого технического решения, присуща известному устройству для влажной очистки полупроводниковых пластин с крышкой для удаления с него загрязнений US2005279389A1, B08B17/06; B08B3/04; H01L21/00; H01L21/304 (Wet cleaning apparatus including a cover for removing impurities thereon), 22.12.2005., принятому за прототип.

Устройство-прототип обеспечивает групповую жидкостную обработку полупроводниковых пластин и защиту от внесения загрязнений в обрабатывающие химические реагенты с помощью крышек, прикрепленных к верхней части ванны.

На фиг. 1 - 2 показана работа устройства-прототипа.

Устройство содержит ванну 1, имеющую зону обработки 2, наполняемую химическими растворами для жидкостной обработки полупроводниковых пластин, левую крышку 3 и правую крышку 4. Крышки 3, 4 подвижно соединены с ванной 1 в ее верхней части с помощью узлов крепления 5 с приводным блоком 14 открытия и закрытия. Приводной блок 14 содержит датчик положения (на фиг.1 - 2 не показан) для возможности определения открыта или закрыта ванна 1 крышками 3, 4. Каждая из двух крышек 3, 4 включает внутреннюю поверхность 8, обращенную к зоне обработки 2, и наружную поверхность 9, обращенную от зоны обработки 2. Наружная поверхность 9 имеет множество отверстий 15, расположенных последовательно ближе к месту смыкания крышек. Часть, содержащая воду для отмывки крышек 3, 4 от загрязнений после извлечения кассеты с полупроводниковыми пластинами из ванны 1, представляет собой полость содержащей части 16 (фиг. 2), которая расположена между внутренней 8 и наружной 9 поверхностями, крышек 3, 4 и сообщается с отверстиями 15 для подачи воды. Канал для подачи воды 17 соединен с полостью содержащей части 16 на торцевой части крышек 3, 4 (фиг. 1). Вода для промывки крышек 3, 4 пускается по каналу для подачи воды 17, проходит через полость содержащей части 16, выпускается через отверстия 15 и стекает по наружной поверхности 9 для удаления с нее загрязнений.

Недостатком устройства-прототипа является увеличение стоимости оборудования за счет сложности конструкции крышек и повышенная опасность причинения вреда здоровью персонала едкими парами химических реагентов.

Указанные недостатки обусловлены наличием дополнительных внутренних полостей и отверстий в крышках ванны и наличием в крепежной системе крышек приводного блока с датчиками положения, что усложняет не только конструкцию, но и обслуживание устройства. Внутренняя поверхность, обращенная к зоне обработки ванны, является ровной, что не дает возможности конденсату химического реагента задерживаться и стекать обратно в ванну, таким образом существует риск растекания и разбрызгивания конденсируемого химического реагента по всей внутренней поверхности крышки и выпаданию во внешнюю среду большого количества едких паров при открывании крышек ванны.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является более эффективная защита обрабатывающего реагента от загрязнений, повышение качества обработки полупроводниковых пластин и промывки самого устройства, обеспечение безопасности и упрощение обслуживания устройства.

Для решения поставленной задачи в устройстве с защитными крышками для жидкостной химической обработки полупроводниковых пластин и подложек, содержащем ванну с зоной обработки, левую и правую крышки, подвижно соединенные с ванной в ее верхней части с помощью узлов крепления, внутренняя поверхность каждой крышки обращена к зоне обработки, а наружная поверхность обращена от зоны обработки, согласно изобретению, наружная поверхность крышек выполнена скошенной в противоположные стороны от места их смыкания и снабжена ручками для открытия и закрытия; кроме того, на внутренней поверхности крышек проделано углубление для сбора конденсата, а в месте смыкания крышек предусмотрен зазор для компенсации теплового расширения, причем наружная поверхность левой крышки имеет выступ, перекрывающий зазор для компенсации теплового расширения.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами.

Фиг. 3 - вид устройства с открытыми крышками.

Фиг. 4 - вид устройства с закрытыми крышками.

Фиг. 5 - конструкция крышек.

Фиг. 6а - внутренняя поверхность крышек (вид снизу).

Фиг. 6б - внутренняя поверхность крышек (вид сбоку).

Фиг. 7 - процесс стекания химического реагента на крышки ванны при переносе кассеты с полупроводниковыми пластинами между ваннами.

Фиг. 8 - процесс погружения кассеты с полупроводниковыми пластинами в ванну химической обработки.

На фиг 3 - 8 приняты следующие обозначения:

1 - ванна;

2 - зона обработки;

3 - крышка (левая);

4 - крышка (правая);

5 - узел крепления;

6 - крепежные элементы;

7 - ручки для открытия и закрытия;

8 - внутренняя поверхность крышки;

9 - наружная поверхность крышки;

10 - углубление для сбора конденсата;

11 - зазор для компенсации теплового расширения;

12 - выступ (перекрывающий зазор);

13 - полупроводниковые пластины (в кассете).

Предлагаемое устройство содержит (фиг. 3 - 8) ванну 1 с зоной обработки 2, наполняемую химическими реагентами для жидкостной обработки полупроводниковых пластин 13, левую 3 и правую 4 крышки, подвижно соединены с ванной 1 в ее верхней части с помощью узлов крепления 5 со стандартными крепежными элементами 6. Каждая крышка 3, 4 имеет внутреннюю поверхность 8, обращенную к зоне обработки 2, наружную поверхность 9, обращенную от зоны обработки 2 и снабженную ручками для открытия и закрытия 7. Для минимизации выхода едких паров реагента из зоны обработки 2, на внутренней поверхности 8 крышек 3, 4 предусмотрены углубления для сбора конденсата 10. В месте смыкания крышек 3, 4 предусмотрен зазор для компенсации теплового расширения 11. Наружная поверхность 9 левой крышки 3 дополнительно имеет выступ 12, который гарантированно перекрывает зазор для компенсации теплового расширения 11.

Заявляемое устройство работает следующим образом (фиг. 3 - 8).

После обработки химическим реагентом F оператор переносит кассету с полупроводниковыми пластинами 13 в стоп-ванну (на фиг. 3 - 8 не показана), наполненную деионизованной водой для остановки химической реакции, происходящей на их поверхности. Перенос осуществляется мимо ванны 1, наполненной химическим реагентом N. В качестве химических растворов F, N выступает один из растворов: раствор КАРО (H2SO4, H2O2); перикисно-аммиачный раствор (NH4OH, H2O2, деионизованная вода); раствор плавиковой кислоты; перекисно-соляный раствор (HCl, H2O2, деионизованная вода). Таким образом, во время переноса раствор F с кассеты с полупроводниковыми пластинами 13 неизбежно попадает на крышки 3, 4 ванны 1, наполненной химическим раствором N, и стекает по наружной поверхности 9, которая скошена в противоположные стороны от места смыкания крышек, тем самым предотвращая от попадания в химический раствор N (фиг. 7). При этом углы наклона наружной поверхности 9 левой 3 и правой 4 крышек относительно внутренней поверхности 8 составляют 5° и 4° соответственно (фиг. 5). Одновременно выступ 12, перекрывающий зазор для компенсации теплового расширения 11, также предотвращает попадание реагента F в зону обработки 2 с раствором N (фиг. 5, 7). Далее химический раствор F стекает в поддон, расположенный под ванной (на фиг. 3 - 8 не показан), и утилизируется путем сливания в химически стойкую канализацию (на фиг. 3 - 8 не показана).

После извлечения кассеты с полупроводниковыми пластинами 13 из стоп-ванны оператор открывает крышки 3, 4 с помощью ручек для открытия и закрытия 7 и погружает кассету с полупроводниковыми пластинами 13 в зону обработки 2, наполненную раствором N. В свою очередь раствор F при открывании крышек 3, 4 будет продолжать стекать в поддон (фиг. 8). Крышки 3, 4 закрываются оператором при помощи ручек для открытия и закрытия 7, таким образом зона обработки 2 изолируется от окружающей среды. Полупроводниковые пластины 13 подвергаются жидкостной химической обработке. Температура нагрева химического раствора N в ванне 1 при химической обработке может составлять до 150°С, поэтому между закрытыми крышками 3, 4 предусмотрен зазор для компенсации теплового расширения 11 (фиг. 5). В процессе обработки, пары химического раствора N конденсируются на внутренней поверхности 8 крышек 3, 4 в углублении для сбора конденсата 10 (фиг. 6). Удержание горячих паров в зоне обработки 2 способствует уменьшению расхода использования реагента и повышению безопасности эксплуатации устройства. После завершения работы оператор промывает устройство деионизованной водой при помощи пистолета-распылителя (на фиг. 3 - 8 не показан) для удаления остатков химических растворов.

Таким образом, имея несложную конструкцию, предлагаемое устройство позволяет более эффективно защитить обрабатывающий раствор от смешивания с другим раствором и снизить его расход, обезопасить внешнюю среду от едких паров, улучшить качество обработки полупроводниковых пластин и промывки самого устройства от остатков химических растворов.

Технический результат - повышение качества обработки полупроводниковых пластин и промывки самого устройства, снижение расхода обрабатывающих химических реагентов, обеспечение безопасности и экологичности рабочего процесса, а также упрощение обслуживания устройства.

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности для глубокой высококачественной очистки поверхности в производстве при изготовлении ИС, БИС и СБИС. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве с защитными крышками для жидкостной химической обработки полупроводниковых пластин и подложек, содержащем ванну с зоной обработки, левую и правую крышки, подвижно соединенные с ванной в ее верхней части с помощью узлов крепления, внутренняя поверхность каждой крышки обращена к зоне обработки, а наружная поверхность обращена от зоны обработки, наружная поверхность крышек выполнена скошенной в противоположные стороны от места их смыкания и снабжена ручками для открытия и закрытия; кроме того, на внутренней поверхности крышек проделано углубление для сбора конденсата, а в месте смыкания крышек предусмотрен зазор для компенсации теплового расширения, причем наружная поверхность левой крышки имеет выступ, перекрывающий зазор для компенсации теплового расширения. Изобретение обеспечивает повышение качества обработки полупроводниковых пластин и промывки самого устройства, снижение расхода обрабатывающих химических реагентов, обеспечение безопасности и экологичности рабочего процесса, а также упрощение обслуживания устройства. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство с защитными крышками для жидкостной химической обработки полупроводниковых пластин и подложек, содержащее ванну с зоной обработки, левую и правую крышки, подвижно соединенные с ванной в ее верхней части с помощью узлов крепления, внутренняя поверхность каждой крышки обращена к зоне обработки, а наружная поверхность обращена от зоны обработки, отличающееся тем, что наружная поверхность крышек выполнена скошенной в противоположные стороны от места их смыкания и снабжена ручками для открытия и закрытия; кроме того, на внутренней поверхности крышек проделано углубление для сбора конденсата, а в месте смыкания крышек предусмотрен зазор для компенсации теплового расширения, причем наружная поверхность левой крышки имеет выступ, перекрывающий зазор для компенсации теплового расширения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узлы крепления крышек к ванне содержат стандартные крепежные элементы.