半导体清洗设备及清洗介质温度控制方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，具体地，涉及一种半导体清洗设备和一种应用于该半导体清洗设备的清洗介质温度控制方法。

背景技术

在半导体清洗工艺中，晶片附近流体的温度场对实际工艺效果存在至关重要的影响，半导体清洗设备中常设置有相应的加热模组，用于对工艺腔室内的流体进行温度控制，以确保半导体工艺在合适的温度区间内进行。现有的半导体清洗设备常出现工艺腔室内流体温度过高的问题，难以达到理想的工艺效果。

发明内容

本发明旨在提供一种半导体清洗设备和一种应用于该半导体清洗设备的清洗介质温度控制方法，该半导体清洗设备能够精确地控制工艺腔室中流体的实际温度。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体清洗设备，包括工艺槽、加热组件、制冷组件、测温件、控制器，其中，

所述工艺槽用于承载清洗介质；

所述加热组件用于对所述清洗介质进行加热；

所述制冷组件用于对所述清洗介质进行降温；

所述测温件用于测量所述清洗介质的实际温度；

所述控制器用于在所述实际温度大于等于预设的制冷开启温度时，开启所述制冷组件；在所述实际温度小于预设的制冷关闭温度时，关闭所述制冷组件，并开启所述加热组件；在所述清洗介质的实际温度大于等于预设的目标工艺温度时，关闭所述加热组件；

其中，所述制冷开启温度大于所述目标工艺温度，所述目标工艺温度大于所述制冷关闭温度。

优选地，所述控制器还用于在所述实际温度大于等于所述制冷关闭温度且小于所述制冷开启温度时，保持所述制冷组件的当前工作状态；在所述实际温度大于等于所述制冷关闭温度且小于所述目标工艺温度时，保持所述加热组件的当前工作状态。

优选地，所述控制器还用于在开启所述加热组件后，通过所述测温件循环地获取所述目标工艺温度与所述实际温度之间的温度差值，并根据所述温度差值调整所述加热组件的功率，以减小所述温度差值。

优选地，所述控制器用于根据如下计算式得到所述加热组件的功率调整值，并根据所述功率调整值调整所述加热组件的功率：

其中，P为所述加热组件的功率调整值，k

优选地，所述工艺槽上设置有循环通路，所述循环通路的入口端和出口端均与所述工艺槽连通；所述循环通路上设置有所述循环泵，用于使所述工艺槽中的清洗介质由所述入口端流入所述循环通路中并由所述出口端流回所述工艺槽；所述加热组件设置在所述循环通路上。

优选地，所述加热组件包括加热器和固态继电器，所述固态继电器用于控制所述加热器的加热功率，所述控制器通过向所述固态继电器输出控制信号来控制所述加热器的加热功率。

优选地，所述制冷组件包括换热器和冷却液管，所述换热器设置在所述循环通路上，所述冷却液管设置在所述换热器中，所述冷却液管上设置有冷却液阀，在所述冷却液阀打开时，所述冷却液管中通入冷却液，所述冷却液在所述换热器中吸收所述清洗介质的热量；

所述控制器还用于向所述冷却液阀发送制冷开启指令，使所述冷却液阀打开；向所述冷却液阀发送制冷关闭指令，使所述冷却液阀关闭。

优选地，所述制冷组件包括冷却盘和冷却液管，所述冷却盘设置在所述工艺槽中，所述冷却液管设置在所述冷却盘中，所述冷却液管上设置有冷却液阀，在所述冷却液阀打开时，所述冷却液管中通入冷却液，所述冷却盘在所述工艺槽中吸收所述清洗介质的热量；

所述控制器还用于向所述冷却液阀发送制冷开启指令，使所述冷却液阀打开；向所述冷却液阀发送制冷关闭指令，使所述冷却液阀关闭。

作为本发明的第二个方面，提供一种清洗介质温度控制方法，应用于前面所述的半导体清洗设备，所述方法包括：

循环地检测清洗介质的实际温度；

在所述实际温度大于等于预设的制冷开启温度时，开启制冷组件，对所述清洗介质进行降温；

在所述实际温度小于预设的制冷关闭温度时，关闭所述制冷组件，开启所述加热组件，对所述清洗介质进行加热；

在所述实际温度大于等于预设的目标工艺温度时，关闭所述加热组件；

其中，所述制冷开启温度大于所述目标工艺温度，所述目标工艺温度大于所述制冷关闭温度。

优选地，所述方法还包括：

在所述实际温度大于等于所述制冷关闭温度且小于所述制冷开启温度时，保持所述制冷组件的当前工作状态；

在所述实际温度大于等于所述制冷关闭温度且小于所述目标工艺温度时，保持所述加热组件的当前工作状态。

在本发明提供的半导体清洗设备和清洗介质温度控制方法中，控制器能够在工艺槽中清洗介质的实际温度过高时，快速做出反应，开启制冷组件，通过制冷组件对工艺槽中的清洗介质进行快速降温，从而防止工艺槽中的清洗介质长时间处于高温状态对工艺槽中进行的反应造成影响或者导致清洗介质中部分成分因高温而分解，提高了半导体清洗设备对工艺槽中清洗介质温度控制的精度和可靠性，进而提高了半导体工艺的工艺效果。

并且，本发明提供的半导体清洗设备以及温度控制方法能够有效节约工艺槽中清洗介质自动降温的等待时间，从而提高半导体工艺的效率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的半导体清洗设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的半导体清洗设备中控制器控制清洗介质温度时涉及的各温度信息之间的大小关系示意图；

图3是本发明实施例提供的半导体清洗设备中控制器与其他部件之间的连接关系示意图；

图4是本发明实施例提供的清洗介质温度控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

10：工艺槽 20：加热组件

21：加热器 22：固态继电器

31：冷却液管 32：换热器

33：冷却液阀 40：测温件

50：循环泵

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的发明人在实验研究中发现，现有的半导体清洗设备常出现工艺腔室内流体温度过高的问题，难以达到理想的工艺效果。以清洗设备为例，硅片制造工艺中的清洗设备通常分为单片式和槽式(多片式)两种，其中槽式清洗机是利用机械手将硅片浸泡在工艺槽中，硅片表面与清洗药液在特定环境下通过化学反应实现硅片表面残留化学剂、颗粒、金属等杂质的清洗。

在一些工艺槽配液的化学反应、一些工艺槽补液的化学反应及一些工艺槽在硅片清洗过程中，由于硅片杂质与清洗药液进化学反应的过程中都会释放一定热量(例如，SPM工艺槽中的清洗药液，通常由浓硫酸和双氧水按一定比例混合配液，配液过程中放出大量的热量，容易造成清洗槽药液温度超温，但仅靠室温冷却速度慢，长时间无法恢复正常工艺温度，同时过高的温度会加速双氧水的分解)，如不对温度进行有效控制，则会造成清洗药液温度超过工艺温度上限、或者致使一些关键清洗药液分解，影响清洗工艺效果。在部分其他种类的半导体设备(如，在气态环境下进行反应的半导体设备)中，也存在上述问题。

因此，工艺腔室内流体温度的控制是影响半导体工艺的关键点，如何提供一种有利于提高工艺腔室内流体温度控制精度的控制方案，成为本领域亟待解决的技术问题。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体清洗设备，如图1所示，该半导体清洗设备包括工艺槽10、加热组件20、制冷组件、测温件40和控制器(图中未示出)，其中：

工艺槽10用于承载清洗介质；

加热组件20用于对工艺槽10中的清洗介质进行加热；

该制冷组件用于对工艺槽10中的清洗介质进行降温：

测温件40用于测量该清洗介质的实际温度；

该控制器用于在清洗介质的实际温度aT大于等于预设的制冷开启温度cwOpenT时，开启该制冷组件；在清洗介质的实际温度aT小于预设的制冷关闭温度cwCloseT时，关闭该制冷组件，并开启加热组件20；在清洗介质的实际温度aT大于等于预设的目标工艺温度setT时，关闭加热组件20。

其中，制冷开启温度cwOpenT大于目标工艺温度setT，目标工艺温度setT大于制冷关闭温度cwCloseT。

本发明实施例对控制器的种类不做具体限定，例如，控制器可以为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。

在本发明中，半导体清洗设备除加热组件20外，还包括制冷组件，且控制器能够在工艺槽10中清洗介质的实际温度aT过高(高于制冷开启温度cwOpenT)时，快速做出反应，开启制冷组件，通过制冷组件对工艺槽10中的清洗介质进行快速降温，从而防止工艺槽10中的清洗介质长时间处于高温状态对工艺槽10中进行的反应造成影响或者导致清洗介质中部分成分因高温而分解，提高了半导体清洗设备对工艺槽10中清洗介质温度控制的精度和可靠性，进而提高了半导体工艺的工艺效果。

并且，本发明提供的半导体清洗设备能够有效节约工艺槽10中清洗介质自动降温的等待时间，从而提高半导体工艺的效率。

为提高该控制器对清洗介质温度进行控制的平稳性，优选地，该控制器还用于在工艺槽10中清洗介质的实际温度aT大于等于制冷关闭温度cwCloseT且小于制冷开启温度cwOpenT时，保持该制冷组件的当前工作状态；在清洗介质的实际温度aT大于等于制冷关闭温度cwCloseT且小于目标工艺温度setT时，保持加热组件20的当前工作状态。在该控制器对清洗介质温度进行控制的过程中，可同时开启加热组件20和制冷组件，以保证清洗介质温度平稳地变化。

为保证半导体工艺在合适的温度范围内进行，如图2所示，制冷开启温度cwOpenT优选小于进行半导体工艺的工艺温度上限，制冷关闭温度cwCloseT优选大于进行半导体工艺的工艺温度下限，(即工艺温度上限H_T>制冷开启温度cwOpenT>目标工艺温度setT>制冷关闭温度cwCloseT>工艺温度下限L_T)，从而在温度升高至能够使清洗介质中关键成分分解或者降低至使反应停止之前及时启动加热组件20或者制冷组件。

需要说明的是，目标工艺温度setT为半导体工艺的理想环境温度，对于不同类型的半导体工艺，目标工艺温度setT可以为不同的值。

为便于操作人员根据半导体工艺类型设置目标工艺温度setT，优选地，该目标工艺温度setT可由操作人员手动向控制器输入。

为进一步提高控制工艺槽10中清洗介质温度的稳定性，优选地，该控制器还用于：在开启加热组件20后，通过测温件40循环地获取目标工艺温度setT与工艺槽10中清洗介质的实际温度aT之间的温度差值，并根据该温度差值调整加热组件20的功率，以减小所述温度差值，一般来说，加热组件20的功率与该温度差值正相关。

在本发明实施例中，控制器循环地根据目标工艺温度setT与工艺槽10中清洗介质的实际温度aT之间的温度差值调整加热组件20的功率，从而通过温度差值反馈控制加热组件20的功率，使工艺槽10中清洗介质的实际温度aT逼近目标工艺温度setT，提高了控制工艺槽10中清洗介质温度的效率以及稳定性。

本发明实施例对上述反馈控制的算法类型不做具体限定，例如，该反馈控制算法可以为PID(Proportion Integral Differential)算法，具体地，该控制器可以根据如下计算式得到加热组件20的功率调整值，并根据该功率调整值调整加热组件20的功率：

其中，P为加热组件的功率调整值，k

本发明实施例对加热组件20以及该制冷组件如何与工艺槽10中的清洗介质接触不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，工艺槽10上设置有循环通路，循环通路的入口端和出口端均与工艺槽10连通，该循环通路上设置有循环泵50，用于使工艺槽10中的清洗介质由入口端流入循环通路中并由出口端流回工艺槽10，加热组件20设置在该循环通路上，以对该循环通路中流过的清洗介质进行加热。

本发明实施例对加热组件20的结构不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图3所示，加热组件20包括加热器21和固态继电器22，固态继电器22用于控制加热器21的加热功率，控制器通过向固态继电器22输出控制信号来控制加热器21的加热功率。

具体地，该功率调整值可以为加热器21的实际功率占加热元件的额定功率的百分比，控制器将该功率调整值发送至固态继电器22，使固态继电器22根据功率调整值调整加热器21的实际功率。

本发明实施例对该制冷组件的结构不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，该制冷组件包括换热器32和冷却液管31，换热器32设置在循环通路上，冷却液管31设置在换热器32中，冷却液管31上设置有冷却液阀33，在冷却液阀33打开时，冷却液管31中通入冷却液，使冷却液在换热器32中吸收清洗介质的热量；

控制器还用于向冷却液阀33发送制冷开启指令，使冷却液阀33打开；以及，向冷却液阀33发送制冷关闭指令，使冷却液阀33关闭。

作为本发明的另一种可选实施方式，制冷组件可以包括冷却盘和冷却液管，冷却盘设置在工艺槽10中，冷却液管设置在冷却盘中，冷却液管上设置有冷却液阀，在冷却液阀打开时，冷却液管中通入冷却液，使得冷却盘在工艺槽10中吸收清洗介质的热量；

控制器还用于向冷却液阀发送制冷开启指令，使冷却液阀打开；以及，向冷却液阀发送制冷关闭指令，使冷却液阀关闭。

本发明实施例对测温件40的结构类型不做具体限定，例如，可选地，测温件40可以包括测温热偶。

可选地，控制器可以包括：

CPU模块，用于存储清洗介质温度控制程序，且在执行该清洗介质温度控制程序时控制PLC控制器中的其他模块实现本发明提供的上述温度控制步骤；

DO模块，用于根据CPU模块的指令启动或关闭制冷组件(具体可以为向冷却液阀33发送制冷开启指令或制冷关闭指令)；

RTD模块，用于接收测温件40(测温热偶)的温度检测值，并将该检测值传送给CPU模块；

AO模块，用于输出4-20ma信号以控制加热组件20中的固态继电器22，使固态继电器22调节加热器21的通断频率，进而实现对加热器21的控制。

本发明实施例通过基于控制器的多区间温度控制方法调节工艺槽10中清洗介质的温度，实时性高、可靠性高、可控性强，能够有效提高工艺槽10中进行的半导体工艺的工艺效果。

本发明实施例对该半导体清洗设备的设备类型不做具体限定，例如，可选地，该半导体清洗设备可以为槽式清洗机，工艺槽10可以为清洗槽，工艺槽10中的清洗介质可以为清洗药液。在此实施例中，本发明提供的半导体清洗设备可以改善工艺槽清洗药液配液、补液、工艺反应放热造成工艺槽药液长时间无法恢复正常工艺温度范围的问题，缩短温度恢复正常的时间，提高清洗药液温度的精度和可靠性，提升设备工艺效果和产能。

在本发明的一些其他实施方式中，该半导体清洗设备也可以为气态环境下进行半导体工艺的半导体清洗设备，工艺槽10中的清洗介质可以为工艺气体。

作为本发明的第二个方面，提供一种清洗介质温度控制方法，应用于本发明实施例提供的半导体清洗设备，该方法包括：

循环地检测清洗介质的实际温度aT；

在实际温度aT大于等于预设的制冷开启温度cwOpenT时，开启制冷组件，对清洗介质进行降温；

在实际温度aT小于预设的制冷关闭温度cwCloseT时，关闭制冷组件，开启加热组件20，对清洗介质进行加热；

在实际温度aT大于等于预设的目标工艺温度setT时，关闭加热组件20；

其中，制冷开启温度cwOpenT大于目标工艺温度setT，目标工艺温度setT大于制冷关闭温度cwCloseT。

为提高该控制器对清洗介质温度进行控制的平稳性，优选地，该方法还包括：

在实际温度aT大于等于制冷关闭温度cwCloseT且小于制冷开启温度cwOpenT时，保持制冷组件的当前工作状态；在实际温度aT大于等于制冷关闭温度cwCloseT且小于目标工艺温度setT时，保持加热组件的当前工作状态。在该控制器对清洗介质温度进行控制的过程中，可同时开启加热组件20和制冷组件，以保证清洗介质温度平稳地变化。

在本发明提供的清洗介质温度控制方法中，基于半导体清洗设备中的加热组件20和制冷组件，控制器能够在工艺槽10中清洗介质的实际温度aT过高时，快速做出反应，开启制冷组件，通过制冷组件对工艺槽10中的清洗介质进行快速降温，从而防止工艺槽10中的清洗介质长时间处于高温状态对工艺槽10中进行的反应造成影响或者导致清洗介质中部分成分因高温而分解，提高了半导体清洗设备对工艺槽10中清洗介质温度控制的精度和可靠性，进而提高了半导体工艺的工艺效果。

并且，本发明提供的清洗介质温度控制方法能够有效节约工艺槽10中清洗介质自动降温的等待时间，从而提高半导体工艺的效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。