一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体是涉及一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置。

背景技术

随着晶体管尺寸的不断微缩，晶圆制造工艺日益复杂，对半导体湿法清洗技术的要求也越来越高。清洗工艺是贯穿整个半导体制造的重要环节，发挥着不可替代的作用。其不仅影响表面的洁净度，还直接影响了芯片的电学性能、晶体结构、界面性能以及稳定性。传统的湿法制程中，常常使用集中式压力控制系统，这意味着多个腔室共享一个压力控制系统，集中式压力控制系统无法满足不同腔室的精准控制需求，湿法制程中，压力控制的不准确会导致薄膜沉积不均匀，进而影响芯片的性能。

为此，中国专利CN113198785B公开了半导体清洗设备及其清洗液分配机构，其通过将每个支管路组件均与进液管路及出液管路可通断连接，并且与对应的工艺腔室连接，实现将每个支管路组件与进液管路及出液管路并联设置，并且与工艺腔室连接。由于支管路组件可以在工艺腔室执行工艺时连通进液管路及工艺腔室，以及在工艺腔室执行工艺完成时连通进液管路及出液管路，能避免支管路组件的压力突变导致的进液管路及其他支管路组件压力的变化，可以保证多个工艺腔室同时工艺或单独工艺时，进液管路及各支管路组件的流量及压力均匀稳定，从而大幅提高应用本申请实施例的半导体清洗设备的工艺良率。

但是，由于多个支管路与同一个进液管路连通，仅在单个或少数的工艺腔室进行清洗时，其余不工作的工艺腔室也会通过支管路进行进液管路和出液管路的连通，干净的清洗液从进液管路经过支管路流入出液管路，进而导致干净的清洗液与清洗后浑浊的清洗液混合，引起资源的浪费；并且在实际应用中，连接至每个腔室的供液管道存在不同的长度和布局，清洗液的压降不同，也无法精确控制每个腔室压力值。

发明内容

针对上述问题，提供一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置，通过工艺腔室、供液系统和加压系统解决了传统清洗设备湿法制程中多个腔室压力控制困难、成本高的问题。

为解决现有技术问题，本发明提供一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置，包括工艺腔室、供液系统和加压系统；供液系统包括用于存储清洗液的储液箱和用于供应清洗液的供液总管；储液箱上设置有进液管和出液管；工艺腔室通过连接管与储液箱的出液管连通；连接管上安装有第一电磁阀；进液管上安装有第二电磁阀；工艺腔室至少设有两个，储液箱设有多个且其与工艺腔室一一对应；加压系统设置在储液箱上且其用于对储液箱内的清洗液施加压力；供液总管同时与多个储液箱的进液管连通；在对储液箱内补充清洗液时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，清洗液从供液总管经过进液管流入储液箱内；在进行半导体清洗时，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，加压系统挤压储液箱内的清洗液，清洗液通过连接管流入工艺腔室内，对半导体进行清洗。

加压系统包括压板和气压箱，压板和气压箱设有多个且其与储液箱一一对应；压板滑动安装在储液箱内；压板上安装有推杆；储液箱的顶部安装有密封盖；气压箱安装在密封盖上；气压箱内设置有活塞板，活塞板与气压箱的内壁滑动配合，活塞板与推杆的顶端连接；活塞板将气压箱的内部腔体分隔成上腔体和下腔体；气压箱上设置有用于连接气源的第一连接孔和第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔分别与下腔体和上腔体连通。

优选的，储液箱的内壁上设置有用于限制压板移动范围的限位框；进液管和出液管均位于限位框的下方。

优选的，加压系统还包括气源总管，气源总管上设置有第一支管，第一支管设有多个且其与气压箱一一对应；第一支管上安装有第二支管；第一支管和第二支管分别与第一连接孔和第二连接孔连通；第一支管上安装有第三电磁阀，且第三电磁阀位于气源总管与第二支管之间。

优选的，压板上设置有用于感应压板下移时所受阻力的感应系统；储液箱上还安装有用于对压板进行施压的干预系统；在工作状态下，加压系统启动，活塞板在气压箱内的气压作用下下移，当感应系统感应到压板所受阻力不足时，启动干预系统，干预系统对压板进行二次施压。

优选的，感应系统包括缓冲箱，缓冲箱安装在压板上；缓冲箱的底部设有开口；缓冲箱内设置有感应板，感应板与缓冲箱的内壁滑动配合；缓冲箱上安装有第一压力传感器；感应板上设置有第一弹性件，第一弹性件的其中一端与感应板的顶端连接，第一弹性件的另一端与第一压力传感器连接。

优选的，干预系统包括直线驱动器和推板；直线驱动器安装在密封盖上；推板设置在储液箱内，直线驱动器的驱动端与推板连接，且推板位于压板的上方。

优选的，感应系统还包括第二压力传感器、抵接板和第二弹性件；第二压力传感器安装在压板上；第二弹性件的两端分别与第二压力传感器和抵接板连接；第二压力传感器、抵接板和第二弹性件均位于压板的上方。

优选的，抵接板上安装有导向杆，导向杆与压板滑动配合。

优选的，气压箱上安装有第四电磁阀。

本发明相比较于现有技术的有益效果是：

1.本发明通过工艺腔室、供液系统和加压系统实现了将清洗液的补给与喷洒施压分离的效果，达到稳定清洗压力的同时独立控制单个工艺腔室的启闭的效果，解决了传统清洗设备湿法制程中多个腔室压力控制困难、成本高的问题，保证清洗效果。

通过压板、推杆、气压箱和活塞板实现了对储液箱内的清洗液施压的功能，同时通过活塞板两端的受压面积差达到稳定压力值的效果，降低了压力控制难度。

2.本发明通过感应系统和干预系统实现了对压板进行二次施压的功能，能够进行单个腔室的压力控制和压力补偿，提高清洗液的压力控制效果。

附图说明

图1是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置的第一视角的立体示意图。

图2是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置的第二视角的立体示意图。

图3是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中工艺腔室的立体示意图。

图4是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中单组工艺腔室、供液系统、加压系统、感应系统和干预系统的立体示意图。

图5是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中供液系统、加压系统和感应系统的剖视示意图。

图6是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中供液系统、加压系统、感应系统和干预系统的立体示意图。

图7是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中加压系统、感应系统和干预系统的立体示意图。

图8是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中缓冲箱的立体分解示意图。

图9是一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置中感应系统的立体分解示意图。

图10是图9中A处的局部放大示意图。

图中标号为：1-工艺腔室；11-连接管；111-第一电磁阀；12-观察窗；13-控制面板；2-供液系统；21-储液箱；211-进液管；212-出液管；213-第二电磁阀；214-密封盖；215-限位框；216-容纳舱；22-供液总管；3-加压系统；31-压板；311-推杆；32-气压箱；321-活塞板；322-第一连接孔；323-第二连接孔；324-第四电磁阀；33-气源总管；331-第一支管；332-第二支管；333-第三电磁阀；4-感应系统；41-缓冲箱；411-感应板；412-第一压力传感器；413-第一弹性件；42-第二压力传感器；43-抵接板；431-导向杆；44-第二弹性件；5-干预系统；51-直线驱动器；52-推板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参照图1-图5：一种半导体湿法制程用多腔室独立压力控制装置，包括工艺腔室1、供液系统2和加压系统3；供液系统2包括用于存储清洗液的储液箱21和用于供应清洗液的供液总管22；储液箱21上设置有进液管211和出液管212；工艺腔室1通过连接管11与储液箱21的出液管212连通；连接管11上安装有第一电磁阀111；进液管211上安装有第二电磁阀213；工艺腔室1至少设有两个，储液箱21设有多个且其与工艺腔室1一一对应；加压系统3设置在储液箱21上且其用于对储液箱21内的清洗液施加压力；供液总管22同时与多个储液箱21的进液管211连通；在对储液箱21内补充清洗液时，第一电磁阀111关闭，第二电磁阀213开启，清洗液从供液总管22经过进液管211流入储液箱21内；在进行半导体清洗时，第一电磁阀111开启，第二电磁阀213关闭，加压系统3挤压储液箱21内的清洗液，清洗液通过连接管11流入工艺腔室1内，对半导体进行清洗。

本发明通过工艺腔室1、供液系统2和加压系统3实现了将清洗液的补给与喷洒施压分离的效果，达到稳定清洗压力的同时独立控制单个工艺腔室1的启闭的效果，解决了传统清洗设备为了解决湿法制程中多个腔室压力稳定导致成本大幅增加的问题。工艺腔室1上设置有用于观察腔室内部情况的观察窗12和用于控制工艺腔室1工作状态的控制面板13，第一电磁阀111和第二电磁阀213与控制器电连接，控制器与控制面板13电连接；在进行清洗前，操作人员先通过控制器发送信号给第一电磁阀111和第二电磁阀213，第一电磁阀111收到信号后断开连接管11中的通道，第二电磁阀213收到信号后连通进液管211的通道，供液总管22内的清洗液通过第二电磁阀213经过进液管211流入储液箱21，在储液箱21内充满清洗液后，操作人员再断开第二电磁阀213；当操作人员需要通过工艺腔室1进行半导体清洗时，通过控制器开启第一电磁阀111，而第二电磁阀213处于关闭状态，接着通过加压系统3挤压储液箱21内的清洗液，清洗液受压后通过第一电磁阀111经过连接管11流入工艺腔体内，进行半导体的清洗，并通过观察窗12观测清洗状态，从而通过控制面板13及时控制清洗动作的启闭，而其余工艺腔室1在处于未工作状态时，安装在其上的连接管11上的第一电磁阀111处于关闭状态，清洗液不会流出储液箱21，进而不会造成资源浪费，同时完成工艺腔室1的独立压力控制。

参照图1、图4和图5：加压系统3包括压板31和气压箱32，压板31和气压箱32设有多个且其与储液箱21一一对应；压板31滑动安装在储液箱21内；压板31上安装有推杆311；储液箱21的顶部安装有密封盖214；气压箱32安装在密封盖214上；气压箱32内设置有活塞板321，活塞板321与气压箱32的内壁滑动配合，活塞板321与推杆311的顶端连接；活塞板321将气压箱32的内部腔体分隔成上腔体和下腔体；气压箱32上设置有用于连接气源的第一连接孔322和第二连接孔323，第一连接孔322和第二连接孔323分别与下腔体和上腔体连通。

本发明通过压板31、推杆311、气压箱32和活塞板321实现了对储液箱21内的清洗液施压的功能，同时通过活塞板321两端的受压面积差达到稳定压力值的效果。气压箱32的第一连接孔322和第二连接孔323连接同一气源；当操作人员需要通过工艺腔室1进行半导体清洗时，先通过控制器开启第一电磁阀111，并确保第二电磁阀213处于关闭状态，接着通过气源向气压箱32内填充高压惰性气体，此时气压箱32内上腔体和下腔体的气压相同，但活塞板321的下表面受到推杆311的遮挡，使得活塞板321的上方受压面积大于下方的受压面积，进而将活塞板321向下推动，活塞板321通过推杆311推动压板31，进而通过压板31挤压储液箱21内的清洗液，清洗液受压后通过第一电磁阀111经过连接管11流入工艺腔体内，进行半导体的清洗，而气压箱32内的上腔体和下腔体分别通过第二连接孔323和第一连接孔322与气源连通，使得上腔体和下腔体内的气压相同，活塞板321的上下压力差固定，进而对压板31提供相对稳定的推力。

参照图5：储液箱21的内壁上设置有用于限制压板31移动范围的限位框215；进液管211和出液管212均位于限位框215的下方。

本发明通过限位框215实现了限制压板31移动范围的功能，避免清洗液流动至压板31的上方，从而达到避免清洗液污染气压箱32的效果。若清洗液流入气压箱32，在气压箱32与气源连通时，清洗液可能会沿第一连接孔322或第二连接孔323污染气源，造成设备受损，为此，设置了限位框215，使得压板31无法移动至进液管211和出液管212的下方，从而使得清洗液不会流动至压板31的上方，保护气压箱32和气源。为了提高压板31的行程，使得储液箱21内的清洗液能够顺利进入工艺腔室1，储液箱21上的进液管211和出液管212均设置在储液箱21的底部，而通过第一电磁阀111和第二电磁阀213来控制进液管211与出液管212的连通，因此出液管212和进液管211的位置并不会影响储液箱21的正常工作。

参照图1、图2和图6：加压系统3还包括气源总管33，气源总管33上设置有第一支管331，第一支管331设有多个且其与气压箱32一一对应；第一支管331上安装有第二支管332；第一支管331和第二支管332分别与第一连接孔322和第二连接孔323连通；第一支管331上安装有第三电磁阀333，且第三电磁阀333位于气源总管33与第二支管332之间。

本发明通过气源总管33、第一支管331、第二支管332和第三电磁阀333实现了连通多个气压箱32的功能。在同时通过多个工艺腔室1进行半导体的清洗加工时，操作人员启动相应工艺腔室处的第三电磁阀333，进而向气压箱32内冲入高压惰性气体，从而向工艺腔室1内喷出清洗液，进行清洗加工，而无需启动的工艺腔室1，仅需要关闭第三电磁阀333，不向气压箱32内提供高压气体，进而达到节省能源的效果，进一步降低加工成本。

参照图5和图6：压板31上设置有用于感应压板31下移时所受阻力的感应系统4；储液箱21上还安装有用于对压板31进行施压的干预系统5；在工作状态下，加压系统3启动，活塞板321在气压箱32内的气压作用下下移，当感应系统4感应到压板31所受阻力不足时，启动干预系统5，干预系统5对压板31进行二次施压。

本发明通过感应系统4和干预系统5实现了对压板31进行二次施压的功能，达到主动增加工艺腔室1内清洗液所受压力的效果。在清洗过程中，受清洗状态的影响，部分工艺腔室1内的清洗液所需的压力不足，操作人员通过控制面板13输入所需压力值，压板31在下移过程中受到清洗液带来的反作用力，感应系统4感应到反作用力，在反作用力小于指定压力值时，干预系统5启动，对压板31进行二次施压，清洗液所受的压力进一步增大，进而完成对指定工艺腔室1内清洗液的压力控制。

参照图5、图7和图8：感应系统4包括缓冲箱41，缓冲箱41安装在压板31上；缓冲箱41的底部设有开口；缓冲箱41内设置有感应板411，感应板411与缓冲箱41的内壁滑动配合；缓冲箱41上安装有第一压力传感器412；感应板411上设置有第一弹性件413，第一弹性件413的其中一端与感应板411的顶端连接，第一弹性件413的另一端与第一压力传感器412连接。

本发明通过感应板411、第一压力传感器412、第一弹性件413和缓冲箱41实现了在压板31下移过程中感应压板31所受反作用力大小的功能。第一压力传感器412与控制器电连接；在清洗过程中，操作人员通过控制面板13调节指定工艺腔室1所需的压力值，而压板31在下移过程中受到清洗液带来的反作用力，感应板411在反作用力作用下被推动，第一弹性件413压缩，第一压力传感器412感应到压力值，反馈信号给控制器，进而分析第一压力传感器412感应到的压力值与操作人员指定的压力值之差，在反作用力小于指定压力值时，清洗液所受压力不足，干预系统5启动，对压板31进行二次施压，清洗液所受的压力进一步增大，进而完成对指定工艺腔室1内清洗液的压力控制。

参照图6和图7：干预系统5包括直线驱动器51和推板52；直线驱动器51安装在密封盖214上；推板52设置在储液箱21内，直线驱动器51的驱动端与推板52连接，且推板52位于压板31的上方。

本发明通过直线驱动器51和推杆311实现了对压板31进行主动施压的功能。直线驱动器51优选为电动推杆或直线气缸，直线驱动器51与控制器电连接；在清洗过程中，操作人员通过控制面板13调节指定工艺腔室1所需的压力值，而压板31在下移过程中受到清洗液带来的反作用力，感应板411在反作用力作用下被推动，第一弹性件413压缩，第一压力传感器412感应到压力值，反馈信号给控制器，进而分析第一压力传感器412感应到的压力值与操作人员指定的压力值之差，在反作用力小于指定压力值时，清洗液所受压力不足，控制器发送信号给直线驱动器51，直线驱动器51收到信号后驱动推板52下移，通过推板52对压板31进行二次施压，清洗液所受的压力进一步增大，进而完成对指定工艺腔室1内清洗液的压力控制。

参照图5、图9和图10：感应系统4还包括第二压力传感器42、抵接板43和第二弹性件44；第二压力传感器42安装在压板31上；第二弹性件44的两端分别与第二压力传感器42和抵接板43连接；第二压力传感器42、抵接板43和第二弹性件44均位于压板31的上方。

本发明通过第二压力传感器42、抵接板43和第二弹性件44实现了感应推板52对压板31所施加压力大小的功能。第二压力传感器42与控制器电连接；在进行主动施压时，控制器发送信号给直线驱动器51，直线驱动器51收到信号后驱动推板52下移，推板52与抵接板43接触后挤压抵接板43，抵接板43受到挤压后，第二弹性件44收缩，第二压力传感器42感应到压力值后，反馈信号给控制器，同时清洗液所受的压力进一步增大，进而完成对指定工艺腔室1内清洗液的压力控制。通过第二压力传感器42的设置，能够提高二次施压的控制精准度，进而达到精确控制指定工艺腔室1内清洗液所受压力值的效果。

参照图5、图9和图10：抵接板43上安装有导向杆431，导向杆431与压板31滑动配合。

通过导向杆431的设置，能够稳定抵接板43的移动路径，进而避免抵接板43发生歪斜或偏移，而导致第二压力传感器42感应到的压力值与压板31所受实际压力值发生较大偏差的情况；因此设置了导向杆431，通过导向杆431使得抵接板43仅能沿竖直方向移动，从而提高二次施压的精准度。

参照图4：气压箱32上安装有第四电磁阀324。

气源总管33中的高压惰性气体优选为氮气，在工艺腔室1完成清洗加工后，操作人员关闭第三电磁阀333，断开气源总管33与气压箱32的连通通道，接着开启第四电磁阀324，通过第四电磁阀324进行泄压，气压箱32内的高压氮气排出空气中，接着再关闭第一电磁阀111，打开第二电磁阀213，通过供液总管22对储液箱21内进行清洗液的补给，同时，清洗液会挤压压板31，进而推动压板31、推杆311和活塞板321移动，在完成补给的同时，控制压板31、推杆311和活塞板321复位。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。