Устройство для жидкостного химического травления полупроводниковых изделий
DEVICE FOR LIQUID CHEMICAL ETCHING OF SEMICONDUCTOR PRODUCTS

Изобретение относится к области электронной техники, а именно, устройствам химико-технологической обработки полупроводниковых изделий.
Известно устройство для травления изделий [1], содержащее емкости (ванны) для проведения химического жидкостного травления, емкости для проведения промывки образцов и емкости с раствором для травления, при этом перемещение образцов в процессе проведения травления из емкости для травления в емкость для промывки осуществляется ручным способом.
Недостатком известного устройства является отсутствие автоматизации процесса травления и необходимость ручного перемещения образцов, что приводит к временному изменению параметров температурного воздействия на образец, что в результате отражается на качестве результата травления и может приводить к разрушению образца.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для двустороннего травления печатных плат [2], содержащее камеру травления, нагреватель, блок управления нагревателем (терморегулятор), термометр, содержащий термопару в качестве датчика термометра и дисплей термометра, компрессор для подачи воздуха, трубку для подвода воздуха, держатели печатной платы, при этом терморегулятор взаимосвязан с нагревателем и датчиком термометра, дисплей термометра взаимосвязан с датчиком термометра, компрессор для подачи воздуха взаимосвязан с трубкой для подвода воздуха, а камера травления снабжена плотно закрывающейся крышкой с трубкой для отвода газов.
Недостатком известного устройства является отсутствие систем, предусматривающих обеспечение стабильности температурного режима травления, а также стабильности концентрации раствора для травления, что сказывается на качестве проведения процесса травления полупроводниковых изделий и снижении выхода годных изделий.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности параметров режима процесса травления: температуры и концентрации раствора для травления, а также повышение степени автоматизации процесса химического травления, что необходимо для повышения качества и выхода годных изделий.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для жидкостного химического травления полупроводниковых изделий, содержащем камеру травления, нагреватель, терморегулятор, термопару в качестве датчика температуры и дисплей, камера травления помещена в теплоизоляционный герметизированный корпус, оснащенный термопарой, нагревателем и каналом для залива теплоносителя и связанный через встроенный электромагнитный клапан с каналом для слива теплоносителя, устройство дополнительно содержит две устойчивые к воздействию агрессивных сред накопительные емкости для размещения растворов для травления и промывки соответственно, систему конденсации парогазовой взвеси, кассету-держатель для полупроводниковых изделий, оснащенную светодиодами для индикации уровня травления и каналом для отвода избыточного давления, систему микроконтроллерного управления, соединенную с панелью управления, оснащенной дисплеем, в камере травления размещены два датчика уровня жидкости, термопара, кассета-держатель для полупроводниковых изделий, при этом камера травления через электромагнитный клапан соединена каналом с накопительной емкостью для размещения раствора для травления, через электромагнитные клапана и насосы соединена каналом с накопительной емкостью для размещения раствора для промывки и с каналом для выведения использованного раствора для промывки, через электромагнитный клапан соединена с каналом для слива раствора для травления, камера травления кроме того непосредственно соединена с каналом отведения парогазовой взвеси, проходящим через систему конденсации, а также снабжена герметичной прозрачной дверью, на которой смонтирован привод системы перемешивания раствора для травления, вышеуказанные накопительные емкости для размещения растворов для травления и для промывки оснащены соответственно каналами для залива раствора для травления и раствора для промывки, в обеих накопительных емкостях также установлены термопара и нагреватель, при этом оба датчика уровня жидкости, привод системы перемешивания раствора для травления, все вышеуказанные термопары, электромагнитные клапана и насосы связаны с системой микроконтроллерного управления, а все нагреватели связаны с системой микроконтроллерного управления через терморегуляторы. Пример конкретной реализации устройства. Устройство для жидкостного химического травления полупроводниковых изделий согласно предлагаемому изобретению поясняется схемой, представленной на фиг. 1. Устройство состоит из следующих составляющих компонентов: 1 - теплоизоляционный герметезированный корпус; 2 - канал для залива теплоносителя в теплоизоляционный герметезированный корпус; 3 - накопительная емкость для размещения раствора для травления; 4 - канал для залива раствора для травления; 5 - накопительная емкость для размещения раствора для промывки; 6 - канал для залива раствора для промывки; 7 -полупроводниковое изделие, подвергаемое травлению; 8 - кассета-держатель для полупроводниковых изделий; 9 - камера травления; 10 - светодиоды, размещенные в кассете-держателе; 11 - канал для отвода избыточного давления; 12 - панель управления; 13, 14 и 15 - термопары для измерения температуры соответственно в теплоизоляционном герметезированном корпусе и в накопительных емкостях для размещения растворов для травления и для промывки; 16, 17 и 18 - связи, соединяющие соответственно указанные термопары с органами управления; 19 - система микроконтроллерного управления; 20, 21 и 22 - нагреватели, расположенные соответственно в теплоизоляционном герметезированном корпусе и в накопительных емкостях для размещения растворов для травления и для промывки; 23, 24 и 25 - связи, соединяющие указанные нагреватели с терморегуляторами; 26, 27 и 28 - терморегуляторы, регулирующие температуру нагрева нагревателей 20, 21 и 22 соответственно; 29 - дисплей, отображающий информацию о режимах процесса травления; 30 -электромагнитный клапан накопительной емкости для размещения раствора для травления; 31 - канал, соединяющий накопительную емкость для размещения раствора для травления с камерой травления; 32 и 33 - датчики уровня жидкости; 34 - связь привода системы перемешивания раствора для травления; 35 - привод системы перемешивания раствора для травления; 36 -лопасти привода системы перемешивания раствора для травления; 37 -термопара, измеряющая температуру раствора для травления в камере травления; 38 - связь термопары 37 с системой микроконтроллерного управления; 39 - герметичная прозрачная дверь камеры травления; 40 - электромагнитный клапан накопительной емкости для размещения раствора для промывки; 41 - насос подачи в камеру травления раствора для промывки; 42 - электромагнитный клапан для выведения из камеры травления отработанного раствора для травления или для промывки; 43 -насос, выкачивающий из камеры травления отработанный раствор для травления или для промывки; 44 - канал выведения из камеры травления отработанного раствора для травления или для промывки; 45 и 46 - связи датчиков соответственно верхнего и нижнего уровней жидкости с системой микроконтроллерного управления; 47 - электромагнитный клапан для слива из камеры травления отработанного раствора для травления или для промывки; 48 - канал для слива из камеры травления отработанного раствора для травления или для промывки; 49 - электромагнитный клапан для слива из теплоизоляционного герметизированного корпуса отработанного теплоносителя; 50 - канал для слива из теплоизоляционного герметизированного корпуса отработанного теплоносителя; 51 - канал для отведения парогазовой взвеси из камеры травления; 52 - система конденсации; 53 - канал возврата конденсированного раствора для травления в камеру травления; 54 - канал вывода остаточных газов; 55 - связь системы микроконтроллерного управления с панелью управления.
2
Устройство работает следующим образом. В теплоизоляционный герметезированный корпус 1 через канал 2 заливается теплоноситель, в данном случае, вода. В накопительную емкость 3 через канал 4 заливается раствор для травления, в данном случае раствор KOH, а в накопительную емкость 5 через канал 6 заливается раствор для промывки, в данном случае деионизованная вода. Полупроводниковое изделие 7, в данном случае полупроводниковая пластина с нанесенным на ее поверхность защитным рисунком травления, в данном случае, из пленки SiO, загружается в кассету-держатель 8 для полупроводниковых изделий для защиты от травления обратной стороны пластины и помещается в камеру 9 травления. Кассета-держатель 8 оснащена светодиодами 10 для контроля окончания травления и каналом 11 для отвода избыточного давления. На панели управления 12 задается температура нагрева теплоносителя в теплоизоляционном герметезированом корпусе 1, а также растворов для травления и для промывки в накопительных емкостях 3 и 5 соответственно. Температура измеряется термопарами 13, 14 и 15, соединенными через связи соответственно 16, 17 и 18 с системой 19 микроконтроллерного управления, нагрев осуществляется соответственно нагревателями 20, 21 и 22, соединенными связями 23, 24 и 25 через терморегуляторы 26, 27 и 28, с системой 19 микроконтроллерного управления. Температура, измеряемая перечисленными термопарами, отображается на дисплее 29. После достижения заданной температуры через панель управления 12 подается команда открытия электромагнитного клапана 30 и по каналу 31 раствор для травления из накопительной емкости 3 поступает в камеру 9 травления. После достижения раствором для травления необходимого уровня, определяемого датчиками 32 и 33 уровня жидкости, по команде с системы 19 микроконтроллерного управления электромагнитный клапан 30 закрывается и заполнение раствором для травления камеры 9 травления прекращается. По команде системы 19 микроконтроллерного управления или в ручном режиме с панели управления 12 через связь 34 включается привод 35 системы перемешивания раствора для травления, приводящий в движение лопасти 36 и происходит процесс травления. В процессе травления система 19 микроконтроллерного управления задает работу терморегулятора 26, связанного с нагревателем 20, по данным термопары 37, измеряющей температуру раствора для травления в камере 9 травления. Термопара 37 соединена с микроконтроллерной системой управления через связь 38. Микроконтроллерная система управления позволяет в процессе травления плавно регулировать температуру раствора для травления, тем самым регулируя скорость травления. Время травления определяется на основе данных скорости травления, полученных в предварительных экспериментах. Для точного определения толщины остаточного слоя кремния кассета-держатель 8 для полупроводниковых изделий содержит белые светодиоды 10. Наблюдая на завершающей стадии травления через герметичную прозрачную дверь 39 камеры травления изменение цвета протравленных участков, можно точно определить момент окончания травления. Кремний становится прозрачным при толщине около 10 мкм и имеет красный цвет, который при уменьшении толщины смещается в сторону синего.
При окончании процесса травления по команде системы 19 микроконтроллерного управления или в ручном режиме с панели управления 12 в камеру травления из накопительной емкости 5 через электромагнитный клапан 40 насосом 41 подается раствор для промывки, в данном случае, деионизованная вода, а отработанный раствор для травления через электромагнитный клапан 42 насосом 43 выкачивается в канал 44 выведения отработанного раствора для травления. Верхний уровень воды или раствора для травления контролируется датчиком 32 уровня жидкости, а нижний - датчиком 33. Датчики уровня жидкости соединены с системой 19 микроконтроллерного управления связями 45 и 46 соответственно. По мере промывки раствор для травления полностью заменяется водой. Время промывки определяется экспериментально.
Для слива из камеры 9 травления остатков раствора для травления или воды после промывки служит электромагнитный клапан 47, соединенный с каналом 48. Отработанный теплоноситель из теплоизоляционного герметизированного корпуса 1 можно слить через электромагнитный клапан 49, соединенный с каналом 50. Для отведения парогазовой взвеси из камеры 9 травления служит канал 51, проходящий через систему конденсации 52. Конденсированный раствор для травления по каналу 53 возвращается в камеру 9 травления, а остаточные газы выводятся по каналу 54. Система 19 микроконтроллерного управления соединена с панелью управления 12 через связь 55.
Совокупность признаков, характеризующих техническое решение изобретения, позволяет эффективно контролировать процесс проведения жидкостного химического травления полупроводниковых изделий, обеспечивать стабильность температурного режима процесса травления и концентрации раствора для травления, при этом обеспечивать автоматическую подачу растворов для травления и промывки в камеру травления, предварительно осуществляя нагрев растворов до необходимой температуры, тем самым не допуская возникновения перепадов температур, воздействующих на полупроводниковые изделия, что минимизирует риск разрушения полупроводниковых изделий до завершения полного цикла травления. Проведение полного цикла химической обработки полупроводниковых изделий в одной камере без контакта с внешней средой позволяет снизить количество дефектов, что приводит к повышению качества и выхода годных изделий. При этом система микроконтроллерного управления позволяет управлять устройством как в автоматическом, так и в ручном режиме.
Литература:
1. Т.И. Данилина, В.А. Кагадей, Е.В. Анищенко. Технология кремниевой наноэлектроники. Томск. ТУСУР. 2011. С. 155.
2. Патент РФ на полезную модель №96697, МПК H01L 21/306, Опубликовано: 10.08.2010 Бюл. №22.