刻蚀设备的制作方法

1.本技术涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种刻蚀设备。


背景技术：

2.半导体行业湿法蚀刻关于spm
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apm相关制程对温度要求越来越高，制程会产生大量高温硫酸无法直接排入厂务系统，现有刻蚀设备的冷却装置主要以冷却水换热冷却方式为主，这对冷却装置提出了更高要求，需要冷却装置既能满足制程要求而将温度快速精准降低，又要保证冷却装置正常运行的安全可靠，并达到经济环保等指标。
3.然而，采用冷却水换热冷却方式的冷却装置，由于降温效果不明显通常需要配置多台此类冷却装置，随着硫酸温度降低，温差缩小，会导致冷却效果变差，经济性不佳，并造成水资源的浪费。随着制程温度升高，采用冷却水换热冷却方式的冷却装置，会因控温超时或者冷却装置内的硫酸冷却不及时，导致主机台硫酸无法排放而造成制程中断，影响芯片制程，增加不良风险。


技术实现要素：

4.本技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够实现刻蚀液快速、高效冷却，且无需增加附属机台的刻蚀设备。
5.为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
6.根据本技术的一个方面，提供一种刻蚀设备，其中：所述刻蚀设备包含刻蚀机以及冷却系统；所述冷却系统包含蒸发器、抽气机构、冷凝器以及控制单元；所述蒸发器具有蒸发腔室，所述蒸发腔室内充注有制冷剂，并连通有出口和进口，所述刻蚀机连接有冷却管路，所述冷却管路内流通有刻蚀液，并邻设于所述蒸发腔室，所述蒸发器用以通过所述制冷剂与所述刻蚀液的热交换而使所述刻蚀液降温，所述制冷剂吸热后由液态蒸发为气态；所述抽气机构连接于所述蒸发腔室的出口，用以将气态的所述制冷剂输送至所述冷凝器；所述冷凝器分别连接于所述抽气机构与所述蒸发腔室的进口，用以将气态的所述制冷剂冷凝为液态，再将液态的所述制冷剂输送至所述蒸发腔室进行循环；所述控制单元分别连接并控制所述蒸发器、所述抽气机构和所述冷凝器。
7.根据本技术的其中一个实施方式，所述蒸发器包含第一换热片以及第二换热片，所述冷却管路连接于所述第一换热片的内腔的顶部和底部，所述第二换热片的内腔为所述蒸发器的蒸发腔室；其中，所述刻蚀液在所述第一换热片的内腔中的流向是由底部至顶部，所述制冷剂在所述第二换热片的内腔中的流向是由顶部至底部。
8.根据本技术的其中一个实施方式，所述蒸发器包含多个第一换热片以及多个第二换热片，所述第一换热片与所述第二换热片交替布置。
9.根据本技术的其中一个实施方式，所述制冷剂在所述蒸发腔室中的流向，与所述刻蚀液在所述冷却管路内的流向相逆。
10.根据本技术的其中一个实施方式，所述抽气机构包含压缩机，所述压缩机具有低
压进口及高压出口，所述低压进口连接于所述蒸发腔室的出口，所述高压出口连接于所述冷凝器；其中，所述压缩机用以将气态的所述制冷剂压缩为高温高压的气体，再输送至所述冷凝器。
11.根据本技术的其中一个实施方式，连接所述蒸发器与所述压缩机的管路上设置有第一温度采集单元，所述第一温度采集单元用以采集该管路位置的所述制冷剂的温度信息；其中，所述控制单元连接于所述第一温度采集单元，用以根据所述温度信息控制所述压缩机。
12.根据本技术的其中一个实施方式，所述冷却系统还包含降压装置；所述降压装置设置于连接所述冷凝器与所述蒸发腔室的管路上，用以降低所述冷凝器输出的液态的所述制冷剂的压力，再输送至所述蒸发腔室；其中，所述控制单元连接并控制所述降压装置。
13.根据本技术的其中一个实施方式，连接所述蒸发器与所述降压装置的管路上设置有第二温度采集单元，所述第二温度采集单元用以采集该管路位置的所述制冷剂的温度信息；其中，所述控制单元连接于所述第二温度采集单元，用以根据所述温度信息控制所述降压装置。
14.根据本技术的其中一个实施方式，所述压缩机与所述蒸发腔室的进口之间连接有过冷保护管路，所述过冷保护管路上设置有常闭的第一控制阀，所述控制单元连接于所述第一控制阀；其中，所述第二温度采集单元测得的温度低于一预设的温度下限值时，所述控制单元控制所述第一控制阀开启，而使所述制冷剂由所述压缩机输出后，直接输送至所述蒸发器。
15.根据本技术的其中一个实施方式，所述降压装置包含节流阀或者膨胀阀。
16.根据本技术的其中一个实施方式，所述冷凝器具有冷凝腔室以及冷却腔室，所述冷凝器通过所述冷凝腔室的气体进口连接于所述抽气机构的出口，通过所述冷凝腔室的液体出口连接于所述蒸发腔室的进口，所述冷却腔室的进口和出口分别连接于循环管路，用以循环冷却介质；其中，所述冷凝器用以通过所述冷却介质与所述制冷剂的热交换，而使气态的所述制冷剂冷凝为液态。
17.根据本技术的其中一个实施方式，所述循环管路上设置有第二控制阀，连接所述抽气机构与所述冷凝器的管路上设置有第三温度采集单元，所述第三温度采集单元用以采集该管路位置的所述制冷剂的温度信息；其中，所述控制单元分别连接于所述第二控制阀和所述第三温度采集单元，用以根据所述温度信息控制所述第二控制阀。
18.根据本技术的其中一个实施方式，所述循环管路上设置有第二控制阀，连接所述蒸发器与所述抽气机构的管路、连接所述抽气机构与所述冷凝器的管路、连接所述冷凝器与所述蒸发器的管路以及所述循环管路的至少其中之一上设置有压力采集单元，所述压力采集单元用以采集所处位置的管路的压力信息，所述控制单元连接于所述压力采集单元；其中，所述控制单元用以根据所述压力信息控制所述第二控制阀。
19.根据本技术的其中一个实施方式，所述制冷剂在所述冷凝腔室内的流向，与所述冷却介质在所述循环管路中的流向相逆。
20.根据本技术的其中一个实施方式，所述冷却系统还包含干燥器；所述干燥器设置于连接所述冷凝器与所述蒸发腔室的管路上，用以对所述制冷剂进行干燥处理，以去除其中的水分。
21.由上述技术方案可知，本技术提出的刻蚀设备的优点和积极效果在于：
22.本技术提出的刻蚀设备的冷却系统包含蒸发器、抽气机构、冷凝器。蒸发器通过制冷剂与刻蚀机的刻蚀液换热的方式，实现对刻蚀液的主动降温。抽气机构能够将蒸发器中蒸发的制冷剂抽出并输送至冷凝器。冷凝器能够将气态的制冷剂冷凝为液态，并循环输送至蒸发器再次进行换热。通过上述设计，本技术提出的刻蚀设备通过制冷剂换热，以主动降温方式替代现有方案中的冷却水冷却方式，能够通过冷却系统实现快速、高效降温。并且，本技术无需增加附属机台，经济性较佳，且节约用水。
附图说明
23.通过结合附图考虑以下对本技术的优选实施方式的详细说明，本技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本技术的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
24.图1是根据一示例性实施方式示出的一种刻蚀设备的冷却系统的系统示意图；
25.附图标记说明如下：
26.110.冷却管路；
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p.压力采集单元；
27.210.蒸发器；
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tc1.第一温度采集单元；
28.220.压缩机；
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tc2.第二温度采集单元；
29.230.冷凝器；
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tc3.第三温度采集单元；
30.231.循环管路；
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a.出口；
31.232.第二控制阀；
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b.进口；
32.240.控制单元；
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c.低压进口；
33.250.节流阀；
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d.高压出口；
34.260.干燥器；
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e.气体进口；
35.270.主管路；
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f.液体出口；
36.281.过冷保护管路；
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g.进口；
37.282.第一控制阀；
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h.出口。
具体实施方式
38.体现本技术特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本技术能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本技术的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本技术。
39.在对本技术的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本技术的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本技术的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本技术范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本技术的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本技术的范围内。
40.参阅图1，其代表性地示出了本技术提出的刻蚀设备的冷却系统的系统示意图。在
该示例性实施方式中，本技术提出的刻蚀设备是以单片式水洗刻蚀机为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本技术的相关设计应用于其他类型的刻蚀设备中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本技术提出的刻蚀设备的原理的范围内。
41.如图1所示，在本实施方式中，本技术提供的刻蚀设备包含刻蚀机以及冷却系统。该刻蚀机连接有冷却管路110，该冷却管路110内流通有刻蚀液，例如但不限于硫酸。该冷却系统用以对高温的刻蚀液进行冷却降温，以使降温后的刻蚀液排入厂务系统。
42.具体的，如图1所示，在本实施方式中，冷却系统包含蒸发器210、抽气机构、冷凝器230以及控制单元240。该蒸发器210具有蒸发腔室，蒸发腔室内充注有制冷剂，蒸发腔室连通与蒸发器210的出口a和进口b分别连通。冷却管路110邻设于蒸发腔室。蒸发器210能够通过制冷剂与刻蚀液的热交换而使刻蚀液降温，制冷剂吸热后由液态蒸发为气态。抽气机构连接于蒸发腔室的出口a，抽气机构能够将气态的制冷剂输送至冷凝器230。冷凝器230分别连接于抽气机构与蒸发腔室的进口b，冷凝器230能够将气态的制冷剂冷凝为液态，再将液态的制冷剂输送至蒸发腔室进行循环，冷凝器230相当于换热设备，且液态的制冷剂在上述过程中的输送仍可由抽气机构提供动力。控制单元240分别连接并控制蒸发器210、抽气机构和冷凝器230。通过上述设计，本技术提出的刻蚀设备通过制冷剂换热，以主动降温方式替代现有方案中的冷却水冷却方式，能够通过冷却系统实现快速、高效降温。并且，本技术无需增加附属机台，经济性较佳，且节约用水。
43.为了便于理解和说明，如图1所示，在本实施方式中，是将蒸发器210的出口a与抽气机构的进口之间连接的管路、抽气机构的出口与冷凝器230的进口之间连接的管路、冷凝器230的出口与蒸发器210的进口b之间连接的管路统称为冷却系统的主管路270。通过该主管路270，制冷剂能够由蒸发器210的出口a依次流经抽气机构、冷凝器230(亦可包含下述的干燥器260和降压装置)并流回蒸发器210的进口b。
44.可选地，如图1所示，在本实施方式中，蒸发器210可以包含第一换热片以及第二换热片，这两个换热片相邻布置，并分别连接刻蚀机的冷却管路110和冷却系统的主管路270。具体而言，冷却管路110连接于第一换热片的内腔的顶部和底部，第二换热片的内腔为蒸发器210的蒸发腔室。在此基础上，刻蚀液在第一换热片的内腔中的流向是由底部至顶部，制冷剂在第二换热片的内腔中的流向是由顶部至底部。通过上述设计，本技术能够增大刻蚀液与制冷剂的换热“接触”时间，温度梯度达到更好的冷却效果。在其他实施方式中，蒸发器210亦可采用其他结构，亦可实现制冷剂在蒸发腔室中的流向，与刻蚀液在冷却管路110内的流向相逆。
45.进一步地，基于蒸发器210包含第一换热片和第二换热片的设计，在本实施方式中，蒸发器210可以包含多个第一换热片以及多个第二换热片。在此基础上，多个第一换热片与多个第二换热片交替布置。具体的，所谓“交替布置”，可以理解为沿换热片的排列方向，第一换热片与第二换热片一一交替，即每个第一换热片两侧均邻设有第二换热片，或者每个第二换热片两侧均邻设有第一换热片。通过上述设计，本技术能够使刻蚀液与制冷剂的“接触”更加充分。在其他实施方式中，所谓“交替布置”，亦可理解为沿换热片的排列方向，第一换热片与第二换热片两两交替，即每个第一换热片的两侧分别邻设有第一换热片和第二换热片，或者每个第二换热片的两侧分别邻设有第一换热片和第二换热片。多个第
一换热片与多个第二换热片亦可采用其他布置形式，并不以本实施方式为限。
46.可选地，如图1所示，在本实施方式中，抽气机构可以包含压缩机220。具体而言，该压缩机220具有低压进口c及高压出口d。该低压进口c连接于蒸发腔室的出口a，高压出口d连接于冷凝器230。其中，压缩机220能够将气态的制冷剂压缩为高温高压的气体，再输送至冷凝器230。通过上述设计，本技术通过压缩机220提供制冷剂在主管路270内循环的动力，压缩机220可以由电动机驱动而持续工作，除了实现及时抽出蒸发器210内的蒸气、维持低温低压的作用以外，压缩机220还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。即，通过压缩机220将低温低压的制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便能用常温的空气或水作为冷却介质来冷凝气态的制冷剂。
47.承上所述，在本实施方式中，压缩机220可以为制冷循环提供动力。压缩机220能够及时抽出蒸发器210内的制冷剂蒸气，维持压缩机220的低温低压环境，同时还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。即，压缩机220将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便冷凝器230能够使用常温的空气或水等作为冷却介质，来冷凝制冷剂蒸气。
48.进一步地，如图1所示，在本实施方式中，连接蒸发器210与压缩机220的管路上可以设置有第一温度采集单元tc1，该第一温度采集单元tc1能够采集该管路位置的制冷剂的温度信息。至此基础上，控制单元240连接于第一温度采集单元tc1，控制单元240能够根据第一温度采集单元tc1采集到的温度信息控制压缩机220，例如控制压缩机220的工作功率。
49.可选地，如图1所示，在本实施方式中，冷却系统还可以包含降压装置。具体而言，该降压装置设置于连接冷凝器230与蒸发腔室的管路上，降压装置能够降低冷凝器230输出的液态的制冷剂的压力，再将制冷剂输送至蒸发腔室。在此基础上，控制单元240连接并控制降压装置。在冷却系统提供压缩机220对制冷剂蒸汽升温升压的基础上，高压常温的制冷剂液体不宜直接送入低温环境的蒸发器210，根据“饱和压力与饱和温度”对应原理，冷却系统通过降压装置降低制冷剂液体的压力，亦可据此进一步降低制冷剂液体的温度。将高压常温的制冷剂液体通过降压装置，能够得到低温低压的制冷剂液体，然后再送入蒸发器210内吸热蒸发。
50.进一步地，如图1所示，基于冷却系统包含降压装置的设计，在本实施方式中，连接蒸发器210与降压装置的管路上可以设置有第二温度采集单元tc2，该第二温度采集单元tc2能够采集该管路位置的制冷剂的温度信息。在此基础上，控制单元240连接于第二温度采集单元tc2，用以根据第二温度采集单元tc2采集的温度信息控制降压装置，例如控制降压装置对制冷剂的压力调节大小(具体为节流阀250或者膨胀阀的开度)，以实现保证降温的基础上不至于过冷的效果。
51.进一步地，如图1所示，基于上述降压装置和第二温度采集单元tc2的设计，在本实施方式中，压缩机220与蒸发腔室的进口b之间可以连接有过冷保护管路281，该过冷保护管路281与主管路270为并联关系，即过冷保护管路281可以实现制冷剂由蒸发器210的出口a至进口b的循环。在此基础上，过冷保护管路281上设置有常闭的第一控制阀282，控制单元240连接于该第一控制阀282。据此，当第二温度采集单元tc2测得的温度低于一预设的温度下限值时，控制单元240控制第一控制阀282开启，而使制冷剂由压缩机220输出后，直接输送至蒸发器210。
52.进一步地，基于冷却系统包含降压装置的设计，在本实施方式中，降压装置可以包含节流阀250。在此基础上，控制单元240对节流阀250的控制可以包含对节流阀250的启闭状态的控制，同时包含对节流阀250的阀芯开度的控制。在其他实施方式中，降压装置还可以包含膨胀阀等，并不以本实施方式为限。
53.可选地，如图1所示，在本实施方式中，冷凝器230具有冷凝腔室以及冷却腔室，冷凝器230通过冷凝腔室的气体进口e连接于抽气机构的出口d，并通过冷凝腔室的液体出口f连接于蒸发腔室的进口b，冷却腔室的进口g和出口h分别连接于循环管路231，用以循环冷却介质。在此基础上，冷凝器230能够通过冷却介质与制冷剂的热交换，而使气态的制冷剂冷凝为液态。
54.进一步地，如图1所示，基于冷凝器230通过循环管路231循环冷却介质的设计，在本实施方式中，循环管路231上可以设置有第二控制阀232，连接抽气机构与冷凝器230的管路上可以设置有第三温度采集单元tc3，该第三温度采集单元tc3能够采集该管路位置的制冷剂的温度信息。在此基础上，控制单元240分别连接于第二控制阀232和第三温度采集单元tc3，控制单元240能够根据第三温度采集单元tc3采集的温度信息控制第二控制阀232，例如控制第二控制阀232的阀芯开度，以此实现根据制冷需求提供冷却水(或者空气等)冷却的功能。
55.进一步地，如图1所示，基于冷凝器230通过循环管路231循环冷却介质，且循环管路231上设置有第二控制阀232的设计，在本实施方式中，连接蒸发器210与抽气机构的管路、连接抽气机构与冷凝器230的管路、连接冷凝器230与蒸发器210的管路以及循环管路231上分别设置有压力采集单元p，该压力采集单元p用以采集所处位置的管路的压力信息。在此基础上，控制单元240连接于压力采集单元p，控制单元240能够根据压力采集单元p采集的压力信息控制第二控制阀232，例如控制第二控制阀232的阀芯开度，实现节约冷却水的效果，并能实现节能减排的效果。
56.进一步地，如图1所示，在本实施方式中，制冷剂在冷凝腔室内的流向，与冷却介质在循环管路231中的流向相逆。通过上述设计，本技术能够增大制冷剂蒸汽与冷却介质的换热“接触”时间，温度梯度达到更好的冷却效果。
57.可选地，如图1所示，在本实施方式中，冷却系统还可以包含干燥器260。该干燥器260设置于连接冷凝器230与蒸发腔室的管路上。承上所述，当水分和空气一起进入冷却系统(例如蒸发器210、压缩机220、主管路270、过冷保护管路281等)，会导致压缩机220金属部分腐蚀，并与制冷剂相结合而形成氧化物。此类氧化物会腐蚀密封式的压缩机220的电动机线圈，还会冻结封堵各控制阀的通道。对此，冷却系统利用干燥器260对制冷剂进行干燥处理，以去除冷却系统中的水分。
58.承上所述，在本实施方式中，冷却系统的冷却原理大致包含：液态的制冷剂在蒸发器210中吸收高温刻蚀液的热量，蒸发汽化为低温低压的蒸汽。这些制冷剂蒸汽(即气态的制冷剂)被压缩机220吸入，压缩机220将制冷剂蒸汽压缩为高压高温的蒸汽后排入冷凝器230。高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器230中向与冷却介质(例如水或者空气等)换热，冷凝为高压的制冷剂液体。高压的制冷剂液体经节流阀250的节流而成为低压低温的制冷剂液体，然后制冷剂液体再次进入蒸发器210吸热汽化，达到循环制冷的目的。据此，制冷剂在冷却系统中的制冷循环过程大致包含：蒸发
→
压缩
→
冷凝
→
节流
→
蒸发。其中，在上述的制冷
剂吸收被冷却物体的热量实现制冷的过程中，压缩机220提供吸入、压缩、输送制冷剂的作用。冷凝器230是放出热量的设备，将蒸发器210中吸收的热量连同压缩机220做功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀250对制冷剂起节流降压作用，同时能够控制和调节流入蒸发器210的制冷剂液体的流量，并将冷却系统分为高压侧和低压侧两部分。
59.在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的刻蚀设备仅仅是能够采用本技术原理的许多种刻蚀设备中的几个示例。应当清楚地理解，本技术的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的刻蚀设备的任何细节或任何部件。
60.综上所述，本技术提出的刻蚀设备的冷却系统包含蒸发器、抽气机构、冷凝器。蒸发器通过制冷剂与刻蚀机的刻蚀液换热的方式，实现对刻蚀液的主动降温。抽气机构能够将蒸发器中蒸发的制冷剂抽出并输送至冷凝器。冷凝器能够将气态的制冷剂冷凝为液态，并循环输送至蒸发器再次进行换热。通过上述设计，本技术提出的刻蚀设备通过制冷剂换热，以主动降温方式替代现有方案中的冷却水冷却方式，能够通过冷却系统实现快速、高效降温。并且，本技术无需增加附属机台，经济性较佳，且节约用水。
61.以上详细地描述和/或图示了本技术提出的刻蚀设备的示例性实施方式。但本技术的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
62.虽然已根据不同的特定实施例对本技术提出的刻蚀设备进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本技术的实施进行改动。