专利名称：化学处理设备及其流量控制方法
技术领域：
本发明涉及一种化学处理设备及其流量控制方法，特别涉及一种用于半导体器件制造工艺尤其是清洗处理的化学处理设备及其流量控制方法。
如下所述，处理例如半导体衬底、石英衬底等的正面或背面的方法有两种(清洗、腐蚀等)。
(a)化学处理的一种方法是利用溢流型化学处理设备101，如图1所示，其中要处理的物体(例如，半导体晶片、玻璃晶片等)131置于主槽111内，从主槽111的底部向主槽111供应液态处理试剂121in(箭头所示)，同时从主槽111的上部将主槽111内的液态处理试剂121out排放到在主槽111外围上部设置的外槽112中。
(b)另一方法是利用下流型化学处理设备102，如图2所示，其中，要处理物体(如半导体晶片、玻璃晶片等)131置于主槽111中。从形成于主槽111外围上部的外槽112向主槽111供应液态处理试剂121in(箭头所示)，同时从主槽111的底部将主槽111内的液态处理试剂121out(如箭头所示)排放出去。
按上述每种方法，向存放要处理物体131的主槽111供应液态处理试剂121，同时将液态处理试剂121排放到主槽111外，其中所供应的液态处理试剂的合适流量分布很宽，从很小量到几十个dm3/min。一般情况下，根据主槽111和外槽112的几何形状、要处理物体131及所供应的液态处理试剂121的类型来设定最佳流量。所设定的流量不总是唯一的一个值，最新的设备多功能化允许交替供应一种以上液态处理试剂。这种情况下，液态处理试剂类别改变时，流量应改变。另外，即使设备设计成在供应期间所供应的液态处理试剂的流量保持不变，也会发生每种供应操作期间流量偏差或随时间产生偏差这些不可忽略不计的事情。
另外，为了均匀地处理(如，清洗、湿法腐蚀等)要处理物体131，必须使要处理物体131的正面(或背面)与液态处理试剂121充分接触，使液态处理试剂121尽可能为层流态。
在上述的溢流型化学处理设备101中，无论主槽111底部的供应量或偏差如何，主槽111中的液态处理试剂121的流量都由主槽111的壁高确定。于是，除非从主槽111排放液态处理试剂121，否则无论供应量如何，流量都保持稳定。常规清洗槽中多数是溢流型，具有以下结构，从主槽111的底部供应液态处理试剂121，并将液态处理试剂121排放到外槽112。因此，排放量应等于或大于预计的供应量。此外，可以采用不同的排放方法，即，采用利用重力的方法或利用泵的方法。所以，例如可以通过排放口的开口有大一些的面积，控制供应的变化。
另一方面，上述下流型化学处理设备102中，为了不管来自外槽112的液态处理试剂121的供应量的变化如何，保持主槽111中的液态处理试剂121的量恒定，必须排放掉与供应量同量的液态处理试剂121。
然而，已采用的可以从主槽底部排放液态处理试剂的常规方法借助重力使液态处理试剂下降，或利用脉动泵排放液态处理试剂。因此，利用从主槽底部排放液态处理试剂的方法仅仅是为了减小主槽中液态处理试剂的量或排空主槽。按这种常规方法，很难使排放量连续可变，也很难根据从外槽供应的液态处理试剂的量或量的变化控制排放量。具体说，由于很难根据液态处理试剂的供应量排放主槽中的液态处理试剂，所以导致主槽的流量(液面)不恒定。
具体说，在由外槽112供应的液态处理试剂121的量从图7A所示的液面121A，即液态处理试剂121保持在高于主槽111的侧壁111s而低于外槽112的侧壁112s的某一高度的液面，例如减少到图7B所示的水平时，排放量大于供应量，主槽111中液态处理试剂121的量减少。由于这种减少，液面121A降低，在液面低于主槽111的壁111s的上端时，要处理物体131周围的液态处理试剂121的液流从层流态改变。这种情况下，下降到主槽111内壁之下的液态处理试剂121只在主槽111的侧壁111s附近流动。另外，在液面121A达到要处理物体131后，要处理物体131的上部从液面121A中露出，造成对该部分的处理(如，清洗、腐蚀等)不充分。
另一方面，在所供应的液态处理试剂121in(如箭头所示)的流量增大量时，如图7C所示，排放量赶不上供应量。这样，留在外槽112中和主槽111中的液态处理试剂121的量增大，不久液态处理试剂溢出外槽112。
在试图解决现有技术的上述问题时，如图8A和8B所示，必须致力于打开和关闭供应阀141、排放阀142或泵(图中未示出)。如图8A所示，在供应量减少，液态处理试剂121的液面121A降低时，排放阀142关闭，同时供应阀141打开。另一方面，如图8B所示，在对处理槽110的供应量增大，液态处理试剂121的液面121A升高时，供应阀141关闭，同时排放阀142打开。尽管该方法能够保持液面121A的恒定，但在供应阀或排放阀关闭的每种情况下，这种关闭导致了要处理物体131周围液态处理试剂121液流从层流态改变。另外，会引起液态处理试制121的流动因此而停止。这会导致处理要处理物体效率的降低。所以，槽中的液态处理试剂的量必须通过排放几乎与供应的液态处理试剂相同量的液态处理试剂而保持恒定。此外，必须避免例如因开关排放口导致的排放量突变。
本发明的目的是提供一种化学处理设备及其流量的控制方法，克服上述问题。
具体说，本发明的化学处理设备是一种下流型化学处理设备，其中，从处理槽的外部供应液态处理试剂，并从处理槽的底部排放液态处理试剂，该设备包括在处理槽的试剂排放侧上的泵，用于将液态处理试剂排放到处理槽外，基本上保持处理槽中液态处理试剂的液流为层流态。
在上述化学处理设备中，泵设置于处理槽的试剂排放侧，以便将处理槽中的液态处理试剂排放到处理槽外，基本上保持处理槽中的液态处理试剂的液流为层流态。从而，甚至在处理槽中的液态处理试剂通过泵排放时，也可以保持处理槽中的液态处理试剂为层流态。
结果防止了液态处理试剂减少到使得要处理的物体露出液态处理试剂的程度，或升高到液态处理试剂溢出处理槽的程度。以便均匀且有效地处理要处理物体。
该化学处理设备的流量控制方法是一种用于下流型化学处理设备的流量控制方法，其中，从处理槽外供应液态处理试剂，并通过处理槽底部排放液态处理试剂，该方法包括探测向处理槽供应的液态处理试剂的量的步骤，和排放与所测得液态处理试剂量几乎相同量的液态处理试剂的步骤。
按上述化学处理设备的流量控制方法，探测供应到处理槽的液态处理试剂的量的步骤指示出供应到处理槽的液态处理试剂的量。排放与所测得液态处理试剂的量几乎相同量的液态处理试剂的步骤使处理槽中的液态处理试剂的量一直保持恒定，从而可以防止液态处理试剂的量减少到要处理物体露出液面的程度，或升高到液态处理试剂溢出处理槽的程度。
结合附图阅读以下详细说明，可以更清楚本发明的特点、原理和实用性，其中各附图中，用类似的参考数字或符号表示类似的部件。
各附图中图1是展示常规溢流型化学处理设备的示意框图；图2是展示常规下流型化学处理设备的示意框图；图3是展示本发明化学处理设备的一个实施例的示意框图；图4是展示化学处理设备的泵控制器的一个实施例的示意框图；图5是展示化学处理设备的泵控制器的另一个实施例的示意框图；图6是展示流量控制方法的示图，该方法的目的是通过确保液态处理试剂的液面保持在一定高度，使要处理物体附近的液流稳定；图7A、7B和7C是展示下流型化学处理设备的一个问题的示图；图8A和8B是展示下流型化学处理设备的另一问题的示图。
下面结合
本发明的优选实施例。
下面结合示意性的框图3说明本发明的化学处理设备的实施例中的一个实例。
如图3所示，化学处理设备1是一种下流型化学处理设备，其中，从处理槽2的外部供应液态处理试剂(液态试剂)21in(如箭头所示)，同时从处理槽2的底部排出液态处理试剂21out。该化学处理设备1例如可以是清洗设备或湿法腐蚀设备，取决于液态处理试剂21的类型。上述处理槽2由存放要进行液态化学处理的要处理物体(如半导体晶片、玻璃晶片等)11的主槽3和外槽4构成，外槽4形成于主槽3的外围上部，处于液态处理试剂21的供应侧。外槽4的侧壁4s形成为高于主槽3的侧壁3s。
所设置的主槽3中有一个液态处理试剂21的排放部件31，所设置的排放部件31中有一泵5，用于将主槽3中的液态处理试剂21排到主槽3外，保持液态处理试剂21的液流大体为层流态。关于所用的泵5，例如可以是旋转泵(如螺旋泵和涡轮泵等离心泵，轴向流泵，叶轮泵等等)。这些旋转泵的特征是它们的电连续可控性和转数(转矩)的瞬时可变性。利用这些特征，即，使泵瞬间响应供应的变化，然后改变从主槽3中排出的液态处理试剂21的量，使要处理物体11周围液态处理试剂21的液流的无序最小，保持层流态。
如上所述，在形成于处理槽2的主槽3的排放侧的排放部件31处，化学处理设备1包括由旋转泵构成的泵5，该泵可以将处理槽2尤其是主槽3中的液态处理试剂21排到主槽3外，以保持液态处理试剂21的液流的层流态。因此，在由上述泵5将主槽3中的液态处理试剂21排放出去时，可以将液态处理试剂21排放到主槽3之外，同时使流量没有任何突变，从而保持主槽3中的液态处理试剂21的液流为层流态。
下面结合示意图4说明泵5的控制装置的结构。
如图4所示，探测供应到处理槽2的外槽4的液态处理试剂21in(如箭头所示)的流量的流量探测部件51设置于液态处理试剂21的供应通道上，此供应通道通向结合图3所述的化学处理设备1的处理槽2。该流量探测部件51例如由超声波流量计等探测装置构成，不断地探测流量，并输出其探测值。与流量探测部件51连接的是运算部件52(例如，程序控制器等)，用于计算与所测得的液态处理试剂21in的流量相同的液态处理试剂21排放量。另外，与运算部件52相连的是泵控制部件53(如，旋转控制反相器等)，该控制部件给出指令，以驱动设置于主槽3的排放侧上的泵5。
下面说明控制泵5的一个控制方法实例，该方法利用由流量探测部件51、运算部件52和泵控制部件53构成的控制装置50。该控制方法根据所供应的液态处理试剂21的流量控制泵5的转数。首先，利用流量探测部件11探测供应到处理槽2的液态处理试剂21的量。具体说，不间断地探测流过液态处理试剂21通道供应给处理槽2的液态处理试剂21in的流量，并输出其探测值。然后，从处理槽2排放与所测得液态处理试剂同等量的液态处理试剂21。具体说，上述输出流量值输入到运算部件52，该运算部件52运算旋转泵的转数，以使供应量等于排放量，并输出其计算值。计算结果作为电信号(模拟电平，数字化的二进制数据)输出到泵控制部件53，驱动泵5，同时根据输出结果控制泵5的转数。对所供应的液态处理试剂21in流量的不间断探测及对所测结果的瞬时计算，使得对泵5转数的不间断控制成为可能。由于控制变量(排放量)根据控制输入(供应量)改变，所以，可以说，该控制方法是一种前馈控制。这种控制方法极其快捷，可以快捷地处理供应量的变化。
上述化学处理设备1的控制方法探测供应到处理槽2的液态处理试剂21in的量，并用泵5从处理槽2排放几乎与所测液态处理试剂21in的量同等量的液态处理试剂21(21out)，因而，处理槽2中的液态处理试剂21总保持一定量。换言之，处理槽2中的液态处理试剂21的液面21A保持一定。所以液态处理试剂21不会降低到使要处理物体11露出液态处理试剂21的程度，也不会升高到使液态处理试剂21溢出处理槽2的程度。
下面结合示意性的框图5说明泵5的控制装置的结构。
如图5所示，在结合图3所述的化学处理设备1的处理槽2中，设置用于探测存于处理槽2中的液态处理试剂21的液面的液面探测部件56。这种液面探测部件56由能不间断地探测液面并输出其探测值的某装置构成，例如利用浮子的液面探测传感器。与液面探测部件56相连的是运算部件57，用于计算液态处理试剂21的排放量，使液态处理试剂21的液面总保持一定。另外，与运算部件57相连的是泵控制部件58(如旋转控制反相器等)，用于给出指令，驱动设置于主槽3的排放侧的泵5，使排放量等于计算值。
下面说明控制泵5的一个控制方法实例，该方法利用由上述液面探测部件56、运算部件57和泵控制部件58构成的控制装置55。该控制方法控制泵5的转数，以使液态处理试剂21的液面保持一定。首先，利用液面探测部件56探测处理槽2的液态处理试剂21的液面21A，并输出探测值。此时，液态处理试剂21in(如简头所示)不断地供应到外槽4。来自液面探测部件56的液面输出输入到运算部件57，用预先设定的值与所测液面值进行比较。如果所测液面高于预先设定的值，则泵5的控制变量(液态处理试剂21out的排放量)增大；相反，如果所测液面低于预先设定的值，则泵5的控制变量(液态处理试剂21out的排放量)减少。增加/减少的量可以是统一的，如果控制变量根据液面的偏差极大地增加/减少，则液面可以更快地达到设定值。
上述运算部件57的输出例如作为电信号(模拟电平，数字化的二制数据)输出到泵控制部件58，驱动泵5，同时根据控制变量控制泵5的转数。对液态处理试剂的液面的不间断探测和对探测结果的瞬时计算，使得对泵5转数的不间断控制成为可能。
可以说，这样一种控制方法是一种负反馈控制，控制变量根据由预定控制输入(供应量)和控制变量(排放量)所得的变化情况(液面)而改变。该方法的优点是可以准确无误地控制流量(可以保持液面不变)。
利用结合图4和5所述的控制装置和控制方法的优点，可以结合运用这些控制装置和控制方法，以进一步提高流量控制的稳定性。
如上所述，探测供应到处理槽2的液态处理试剂21的液面，并根据探测值和预定液面的不同确定泵5的控制变量，可以使液态处理试剂21的液面保持在预定高度。所以，处理槽2的液态处理试剂21总保持一定量，防止液态处理试剂21降低到使要处理物体11露出液态处理试剂21的程度，或升高到使液态处理试剂21溢出处理槽2的程度。
下面结合示意性的框图6说明一种流量控制方法，该方法用以确保液态处理试剂的液面在一定高度，并稳定要处理物体周围的液态处理试剂的液流。图6中，与图3-5相同的构成部件用相同的符号表示。
如图6所示，该方法利用由主槽3和外槽4构成的处理槽2，外槽4设置于主槽3的外围上部，并设计成使其液面高于主槽3的上缘3e。探测存于主槽3中的液态处理试剂21的液面H1和存于外槽4中的液态处理试剂21的液面H2。用泵5控制液态处理试剂21的排放量，使所测得的主槽3中液态处理试剂21的液面H1和外槽4中的液态处理试剂21的液面H2能够保持预定的高度H(图6示出了一个实例)。该预定高度H设定成高于主槽3的壁高Hw1，而低于外槽4的壁高Hw2。另外，用泵5控制液态处理试剂21的排放量，以便在液态处理试剂21可以从外槽4流进主槽3时，能够使外槽4中液态处理试剂21的液面保持在高于主槽3的壁高的预定高度H。
如结合图6所述，控制泵5的控制变量，使液态处理试剂21的排放量的变化与液态处理试剂21的供应量变化相同，另外，液态处理试剂21的排放稳定在相对于要处理物体足够高的液面，因而，从外槽4流进主槽3的液态处理试剂21不会只在主槽3的壁上向下流，而是从主槽壁的大面积流进主槽。结果，要处理物体11附近的液态处理试剂21的液流不会发生突变，主槽3中可以实现层流。
尽管结合本发明的优选实施例进行了说明，但显然，对于所属领域的技术人员来说，在不背离本发明实质和范围的情况下，可有各种改变和改型，它们皆包括于所附的权利要求中。
权利要求
1．一种下流型化学处理设备，其中从处理槽外供应液态处理试剂，同时从所说处理槽的底部排放液态处理试剂，所说化学处理设备包括设置于所说处理槽的排放侧的泵，用于将所说液态处理试剂排放到所说处理槽外，以保持所说处理槽内的所说液态处理试剂的液流为层流态。
2．如权利要求1所述的化学处理设备，其中所说泵由旋转泵构成。
3．如权利要求1所述的化学处理设备，包括流量探测部件，用于探测供应到所说处理槽的液态处理试剂的流量；运算部件，用于计算液态处理试剂的排放量，该排放量等于由所说流量探测部件测得的液态处理试剂的流量；和泵控制部件，用于驱动所说泵，排放所说计算量的液态处理试剂。
4．如权利要求1所述的化学处理设备，包括液面探测部件，用于探测所说处理槽中液态处理试剂的液面；运算部件，用于根据由所说液面探测部件测得的液态处理试剂液面，计算供应到所说处理槽的液态处理试剂的量和从所说处理槽排放的液态处理试剂的排放量；泵控制部件，用于驱动所说泵，排放所说计算量的液态处理试剂。
5．一种下流型化学处理设备的流量控制方法，其中从处理槽外供应液态处理试剂，同时从所说处理槽的底部排放液态处理试剂，所说化学处理设备的流量控制方法包括以下步骤探测供应到所说处理槽的液态处理试剂的量；及从所说处理槽排放几乎与所测得的液态处理试剂的量相同量的液态处理试剂。
6．如权利要求5所述的下流型化学处理设备的流量控制方法，其中所说处理槽由主槽和设置于所说主槽外围上部的外槽构成，以便允许形成高于所说主槽上缘的液面；探测存于所说主槽中的液态处理试剂的液面和存于所说外槽中的液态处理试剂的液面；及控制所说液态处理试剂的排放量，使所探测的主槽中的液态处理试剂的液面和外槽中的液态处理试剂的液面保持在预定水平。
7．如权利要求6所述的下流型化学处理设备的流量控制方法，其中所说预定水平设定为高于所说主槽的壁，而低于所说外槽的壁。
8．如权利要求6所述的下流型化学处理设备的流量控制方法，其中在允许液态处理试剂从所说外槽流进所说主槽时，控制所说液态处理试剂的排放量，使外槽中的所说液态处理试剂的液面保持在高于所说主槽壁的预定水平。
全文摘要
一种下流型化学处理设备1,其中从处理槽2(主槽3)外供应液态处理试剂21,同时从处理槽2(主槽3)的底部排放液态处理试剂21,该设备包括设置于主槽3的试剂排放侧的泵5,该泵由旋转泵构成,用于将液态处理试剂21排放到主槽3外,以保持主槽3内的液态处理试剂21的液流基本为层流态。
文档编号H01L21/306GK1213158SQ9811794
公开日1999年4月7日 申请日期1998年8月20日 优先权日1997年8月20日
发明者莳田正弘, 西崎光広 申请人:索尼公司