专利名称：防止芯片破裂的控制装置与方法
技术领域：
本发明是涉及一种防止芯片破裂的控制装置(wafer broken preventiondevice)与方法，且特别涉及一种使用于湿式蚀刻中的防止芯片破裂的控制装置与方法。
背景技术：
蚀刻工艺的功能在于以物理或化学的方式去除，光刻工艺前所沉积的没有被光阻保护及覆盖的部分的薄膜，以完成转移光罩图案到薄膜上面。现在广泛应用在半导体上的蚀刻技术，主要有两种一是湿式蚀刻(Wet Etching)；另一为干式蚀刻(Dry Etching)。前一种方法主要是利用化学反应来进行薄膜蚀刻，后者则是利用物理作用来进行。
其中湿蚀刻乃是最早被使用的蚀刻技术。它是利用薄膜与特定溶液间所进行的化学反应，来去除未被光阻覆盖的薄膜，即将某种材质自晶片表面上移除，它的优点是制备方法单纯且产量速度(throughput)快。
以金属氧化半导体(MOS)或是互补式金属氧化半导体(CMOS)的制备方法为例，这层薄膜可能是二氧化硅(Silicon Oxide，表示为SiO2)、氮化硅(SiliconNitride，表示为Si3N4)、多晶硅(Poly-Si)、铝合金(Alloy)或是磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass，表示为PSG)等。
而在本发明中，此装置即为应用于在酸槽中移除氮化硅层这个步骤。氮化硅是一种常见以湿式蚀刻来进行移除的绝缘材料，通常以加热沸腾的磷酸(Phosphoric Acid，表示为H3PO4)来进行蚀刻，或是以等离子体蚀刻图样。它可用于对水及碱性离子的保护层，电容的介质及结构材料。在短光学路径下，它具有相当的光学穿透性，因为与二氧化硅的折射系数不同所以可以用来当作防反射层与反射面介质或滤波器用，通常使用化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，简称为CVD)或低压化学气相沉积(Low Pressure ChemicalVapor Deposition，简称为LPCVD)来产生低应力的薄膜。
图1是公知技术的一实施例的剖面示意图。请参照图1，在一封闭但非完全密封的酸槽20中，含有一内槽10与一外槽12。内槽10为反应进行的地方，通过循环回路(circulation loop)60、62以使磷酸70得以在湿式蚀刻进行中被循环地使用；而外槽12则由一供应管30提供反应所需的去离子水72(de-ionized water，简称为DIW)。
在酸槽20内的工作温度为摄氏160度，当磷酸70尚未到达摄氏90度时，磷酸70会沿着循环回路60循环；而当其温度超过摄氏90度时，则会改沿循环回路62循环。循环回路60沿着下列路径循环外槽12、气动阀40、泵22、气动阀46、加热器24、排酸气动阀44、管路120；循环回路62则沿着下列路径循环外槽12、气动阀40、泵22、气动阀46、加热器24、过滤器26、管路120。其中，循环回路60与62使用同一管路，唯一差别仅在于通过加热器24之后，循环回路60通过排酸气动阀44进入管路120，而循环回路62则是走过滤器26进入管路120。
反应所需磷酸70通过加热器24进行加热步骤，在其温度尚未到达摄氏90度以前，沿着循环回路60进行加热。因磷酸70在未到达摄氏90度以前仍为黏稠状态，所以会先行略过过滤器26而直接经由旁通(by pass)管沿着管路120上的孔洞进入内槽10中继续进行循环加热；当温度超过摄氏90度以后，则会关闭旁通管上的气动阀44，使加热沸腾的磷酸70得以经由过滤器26沿着管路120上的孔洞进入内槽10，即改沿着循环回路62继续加热循环。
如图2所示，当磷酸70温度到达工作温度摄氏160度时，则会由外槽12加入去离子72水使其开始进行反应步骤。内槽10中的反应溶液则因去离子水72的加入变为磷酸混合液74。
外槽12有一供应管30提供所需去离子水72，当反应温度上升至摄氏160度以上时，供应管30会自动加水于外槽12内，使其温度得以降回摄氏160度；而当反应温度下降至摄氏160度以下时，供应管30则会自动停止加水至外槽12内，通过去离子水72调节酸槽20内的工作温度为摄氏160度左右。在此，水的使用也只限于去离子水72。一则防止水中粉粒污染晶片，二则防止水中重金属离子如钾、钠离子污染金属氧化半导体晶体管结构的带电载子通道(carrier channel)，影响半导体元件的工作特性。
在酸槽20的正下方有一保护槽14，为异常情况的一个保护机构，例如破槽、管路泄漏等等，正常情况下并不会有化学溶液溢泄；以及一排气装置用以抽掉酸槽20反应进行中反应物与生成物所产生的蒸气溢泄，并将之排除至厂外端。
当蚀刻反应进行时，将依下列化学方程式进行反应
沸腾的磷酸混合液74将与芯片上的氮化硅层产生反应，由此移除氮化硅层。在反应过程进行中，若含水量太多会造成磷酸混合液74产生的沸腾现象，如图3(a)所示，并产生气泡(bubble)，所产生的气泡也会随着磷酸混合液74一起循环，如果进入循环回路62的气泡过多将有可能导致芯片浮动，倘若浮片情况严重甚至会导致芯片互相碰撞或是撞击酸槽而发生破片情形。
公知在八英寸芯片上，因酸槽上方的开口有一封闭的盖子18(cover)，且有加装压条，由此固定浸入酸槽的芯片，即便芯片有浮片的情形也不至于脱离基座互相碰撞而导致破片；然应用至十二英寸芯片上时，因为酸槽20的容积固定不变，但芯片的面积增大了约2.25倍，因此并无空间安置压条，但气泡现象并无改善，因此仍会因浮片现象而发生破片的状况。
在图3(b)中则揭示了浮片的另一原因。当管路或阀件泄漏、接头松脱或是外槽12有裂缝等等，会造成外槽12液面过低，通常液位传感器(未示于图中)会发生警报，但若液位传感器失效或没有调整好，将致使循环回路62在循环磷酸混合液74时，会将空气抽进循环回路62里，这些空气也将会成为循环回路62中的气泡，而导致上述中所所提到的浮片与破片的情况发生。
根据上述可得知，需要一新方法或设备来改善芯片浮动与破片的现象，本发明则提供了一新解决途径，即在芯片浮动发生前先行检测到异常状况，使其不致发生浮片甚至破片。
发明内容
因此本发明的目的就是在提供一种防止芯片破裂的控制装置，用以在芯片浮动发生前先行检测到异常状况，使其不致发生浮片甚至破片。
本发明的另一目的是在提供一气泡传感器，可装设在一流体循环回路上，用以计算循环回路内气泡的数目，或检测到循环回路吸入气体的状况。
本发明的又一目的是在提供一可编程逻辑控制器，通过分析接收自气泡传感器的开启关闭信号，与自身所设计的警报参数，以在反应系统发生异常状况前，先行停止继续输入批次芯片进入酸槽进行反应。
本发明的再另一目的就是在提供一种防止芯片破裂的方法，用以在芯片浮动发生前先行检测到异常状况，使其不致发生浮片甚至破片。
根据本发明的上述目的，提出一种防止芯片破裂的控制装置，可装设在一流体循环回路上，用以在芯片浮动发生前先行检测到异常状况，使其不致发生浮片甚至破片。依照本发明一较佳实施例，此防止芯片破裂的控制装置至少包含一气泡传感器，用以计算气泡的数目；以及一可编程逻辑控制器，用以设计警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
根据本发明的目的，提出一种气泡传感器，可装设在一流体循环回路上，用以计算循环回路内气泡的数目，或检测到循环回路吸入气体的状况。依照本发明一较佳实施例，其中的气泡传感器，通过所接收信号的开启关闭次数来计算气泡数目；或通过接收到的持续关闭信号检测到流体循环回路吸进了空气。
根据本发明的另一目的，提出一种可编程逻辑控制器，通过分析接收自气泡传感器的开启关闭信号，与自身所设计的警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。依照本发明一较佳实施例，其中可编程逻辑控制器所设计的警报参数，当接收自气泡传感器的信号若为下列情形之一气泡发生频率大于30个/10秒；或传感器的关闭信号大于2秒，则可编程逻辑控制器将发布警报。
根据本发明的再另一目的，提出一种防止芯片破裂的方法，用于一流体循环回路上，首先利用一气泡传感器，计算气泡的数目，接着利用一可编程逻辑控制器，设计警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
由于加装了一防止芯片破裂的控制装置，其中所包含的气泡传感器，使人员得以观察循环回路内气泡多寡或吸入空气的情形；其中还包含有一可编程逻辑控制器，用以分析接收自气泡传感器的开启关闭信号，与自身设计的警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。不但可以事先观察到可能发生的异常情形，也根本解决了因气泡而导致的破片问题。
图1是公知技术的一实施例的一种剖面示意图，绘示磷酸未达到摄氏160度时。
图2是图1的实施例的一种剖面示意图，绘示磷酸已达到摄氏160度并起始反应时。
图3(a)是图1的实施例的可能发生状况的剖面示意图，绘示沸腾的状况。
图3(b)是图1的实施例的可能发生状况的剖面示意图，绘示吸入空气的状况。
图4是绘示依照本发明一较佳实施例的一种剖面示意图。
图5(a)是绘示依照本发明一较佳实施例的内槽的一种剖面示意图。
图5(b)是绘示依照本发明的内槽的一种俯视图。
图6是绘示本发明的一较佳实施例的控制流程图。
其中，附图标记说明如下10-内槽；12-外槽；14-保护槽；16-排气装置；18-盖子；20-酸槽；22-泵；24-加热器；26-过滤器；28-压力计；30-供应管；40-气动阀；42-气动阀；44-排酸气动阀；46-气动阀；48-排酸气动阀；50-排酸气动阀；52-取样气动阀；60-循环回路；62-循环回路；70-磷酸；72-去离子水；74-磷酸混合液；80-气泡传感器；82-可编程逻辑控制器；84-防止芯片破裂装置；100-芯片；110-前端基座；120-管路具体实施方式
本发明提供一新控制系统用以防止芯片浮动所导致的破片。请参照图4，其示出依照本发明一较佳实施例的一种剖面示意图。
在图1中，一封闭但非完全密封的酸槽20，含有一内槽10与一外槽12。内槽10为反应进行的地方，通过一后方的循环回路62以使磷酸混合液74得以在湿式蚀刻进行中被循环地使用；而外槽12则由一供应管30提供反应所需的去离子水72。
在酸槽20内的工作温度为摄氏160度，当磷酸70尚未到达摄氏90度时，磷酸70会沿着循环回路60循环；而当其温度超过摄氏90度时，则会改沿循环回路62循环。循环回路60沿着下列路径循环外槽12、气动阀40、气泡传感器80、泵22、气动阀46、加热器24、排酸气动阀44、管路120；循环回路62则沿着下列路径循环外槽12、气动阀40、气泡传感器80、泵22、气动阀46、加热器24、过滤器26、管路120。其中，循环回路60与62使用同一管路，唯一差别仅在于通过加热器24之后，循环回路60走排酸气动阀44进入管路120，而循环回路62则是走过滤器26进入管路120。
反应所需磷酸70是通过加热器24进行加热步骤，在其温度尚未到达摄氏90度以前，因磷酸70仍为黏稠状态，所以会先行略过过滤器26，而直接经由旁通管上的气动阀44沿着管路120上的孔洞进入内槽10中继续进行循环加热，即磷酸70沿着循环回路60进行加热循环，当磷酸70温度超过摄氏90度以后，则会关闭旁通管上的气动阀44，使磷酸70得以经由过滤器26沿着管路120上的孔洞进入内槽10，即改沿着循环回路62继续加热循环。而当磷酸70温度到达反应所需的摄氏160度时，外槽12则会开始加入去离子水72以起始此反应，内槽10中的反应溶液则因去离子水72的加入变为磷酸混合液74，如图4所示。
其中循环回路60、62中还包含有下列元件泵22为循环回路60、62的动力源；加热器24是用以加热经过循环回路60、62的溶液；过滤器26用以滤除溶液中或管路中可能存在或反应产生的杂质；以及压力计28则用以测量回路所承受的压力，为参考数值。若压力越小，表示过滤器26越顺畅；反之，则应该清理或更换过滤器26。
气动阀44用以切换循环回路60、62。意即，当气动阀44为开启状态时，流体沿回路60循环；当气动阀44为关闭状态时，流体则改沿回路62循环。此情况发生于加热磷酸70未达到摄氏90度时，磷酸70将沿回路60循环加热，当磷酸70的温度达到摄氏90度时，则沿回路62循环使用。其中，气动阀40、42也可分别用于排出外槽12、内槽10的磷酸混合液74。排酸气动阀48用以排出过滤器26的磷酸混合液74，以及取样气动阀52则用以取样，样品则来自过滤器26。
外槽12有一供应管30提供所需的去离子水72，当反应温度上升至摄氏160度以上时，供应管30会自动加水于外槽12内，使其温度得以降回摄氏160度；而当反应温度下降至摄氏160度以下时，供应管30则会自动停止加水至外槽12内，通过去离子水72来调节酸槽20内的工作温度为摄氏160度左右。
在酸槽20的正下方有一保护槽14，为异常情况的一个保护机构，例如破槽、管路泄漏等等，正常情况下并不会有化学溶液溢泄；以及一排气装置16用以抽掉酸槽反应进行中反应物与生成物所产生的蒸气溢泄，并将之冷却于冷却槽中，并进一步排除至厂外端。
当磷酸70温度达到摄氏160度时，供应管30将开始提供所需去离子水72至外槽12内起始反应。此时芯片将被放置于机器手臂(未示于图中)的前端基座110上，如图5所绘示。图5(a)为酸槽20的正面图，芯片100被置于前端基座110上，并有管路120位于内槽10的两侧，其上具有孔洞可排放磷酸混合液74至内槽10中。在图5(b)中，每一批将有五十片芯片100被置于前端基座110上，而机器手臂可上下左右自由移动将整批芯片100置入酸槽20中以进行反应步骤。
当蚀刻反应进行时，将依下列化学方程式进行反应
沸腾的磷酸混合液74将与芯片100上的氮化硅层产生反应，由此移除氮化硅层。在反应过程进行中，沸腾的磷酸混合液74将会产生气泡，所产生的气泡也会随着磷酸混合液74一起循环，如果进入循环回路62的气泡过多将有可能导致芯片100浮动，倘若浮片情况严重甚至会导致芯片互相碰撞或是撞击酸槽20而发生破片情形，如图3(a)所示。
又另一可能的情况为，如图3(b)所示，当外槽因管路或阀件泄漏、接头松脱或是外槽12有裂缝等等原因而导致外槽12液面过低时，将致使循环回路62在循环磷酸混合液74时，会将空气抽进循环回路62里，这些空气也将会成为循环回路中62的气泡，而导致上述中所提到的浮片与破片的情况发生。
在本发明中则提出加装一新控制系统，即防止芯片破裂的控制装置84，于循环回路62上以解决现有因气泡现象所导致的破片问题。此新装置84包含有一气泡传感器80(bubble detect sensor)与一可编程逻辑控制器82(programmable logical controller，简称为PLC)。气泡传感器80可为一电容式气泡传感器，普遍应用于电平检查(level check)，其检测原理是感应管路内有无空气而输出不同电位变化。当为液体通过时，则输出一高电位，若为空气通过，则输出一低电位。次电位变化进一步转换成为一开启信号与一关闭信号。当所感应产生的电位过低时，便产生一关闭信号。否则产生一开启信号。故检测到一次开启与关闭信号，即视为有一气泡经过管路。气泡传感器80可以通过所产生的开启关闭(on/off)信号来计算气泡的数目，检测到一次开启关闭信号，视为有一个气泡经过管路，因此如果检测许多次开启关闭信号，则表示管路中有许多气泡经过；又如果气泡传感器80持续一段时间检测到关闭(off)信号，则表示循环回路没有吸进硫酸混合液74，而是吸进了空气。可编程逻辑控制器82，用以分析来自气泡传感器80的开启关闭信号与设计警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。可编程逻辑控制器82根据气泡传感器80产生的此开启与关闭信号，以及自身的设计警报参数，以决定是否发出警报信号，例如，当此开启与关闭信号产生的频率大于30个/秒，或是关闭信号大于2秒，便发出警报信号。
在此实施例中，新装置84的控制流程图如图6所示。其中，可编程逻辑控制器82的警报参数设计为当循环回路60、62中的流体开始循环时，会启动气泡传感器80开始运作，此时如果由气泡传感器80接收到的信号为气泡发生频率大于30个/秒，或是关闭信号大于2秒，则可编程逻辑控制器82会发出警报信号。意即有可能发生浮片的情况，则人员将先停止送入芯片100至酸槽20中以防止发生破片的状况。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。因为加装了新控制系统装置84，所以能先行检测到异常情形，使其不致发生后续的浮片甚至破片。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种防止芯片破裂的控制装置，装设在一流体循环回路上，其中该防止芯片破裂的控制装置包含一气泡传感器，用以计算气泡的数目；以及一可编程逻辑控制器，用以设计警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
2.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，当该流体循环回路开始进行流体循环时，该气泡传感器会被启动。
3.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，该气泡传感器通过所接收信号的开启关闭次数来计算气泡数目。
4.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，该气泡传感器，通过接收到的持续关闭信号检测到该流体循环回路吸进了空气。
5.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，当该气泡传感器因该流体循环回路开始进行循环而启动时，该可编程逻辑控制器会被启动。
6.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，该可编程逻辑控制器，用以分析接收自该气泡传感器的开启关闭信号。
7.如权利要求1所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，该可编程逻辑控制器所设计的警报参数，是当接收自该气泡传感器的信号若为下列情形之一气泡发生频率大于30个/10秒；或传感器的关闭信号大于2秒，则该可编程逻辑控制器将发布警报。
8.如权利要求1或6所述的防止芯片破裂的控制装置，其特征是，该可编程逻辑控制器，通过分析接收自该气泡传感器的开启关闭信号，与自身所设计的警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
9.一种防止芯片破裂的方法，用于一流体循环回路上，该防止芯片破裂的方法包含步骤利用一气泡传感器，计算气泡的数目；以及利用一可编程逻辑控制器，设计警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
10.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，当该流体循环回路开始进行流体循环时，该气泡传感器会被启动。
11.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，该气泡传感器通过所接收信号的开启关闭次数来计算气泡数目。
12.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，该气泡传感器通过接收到的持续关闭信号检测到该流体循环回路吸进了空气。
13.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，当该气泡传感器因该流体循环回路开始进行循环而启动时，该可编程逻辑控制器会被启动。
14.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，该可编程逻辑控制器可用以分析接收自该气泡传感器的开启关闭信号。
15.如权利要求9所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，该可编程逻辑控制器所设计的警报参数，当接收自该气泡传感器的信号若为下列情形之一气泡发生频率大于30个/10秒；或传感器的关闭信号大于2秒，则该可编程逻辑控制器将发布警报。
16.如权利要求9或14所述的防止芯片破裂的方法，其特征是，该可编程逻辑控制器，通过分析接收自该气泡传感器的开启关闭信号，与自身所设计的警报参数以防止芯片浮动所导致的破片问题。
全文摘要
一种防止芯片破裂的控制装置，至少包含一气泡传感器与一可编程逻辑控制器。气泡传感器用以计算循环回路内气泡的数目，或检测到循环回路吸入气体的状况，可编程逻辑控制器用以分析接收自气泡传感器的开启关闭信号与设计警报参数(alarm parameter)，使其得以在反应系统发生异常状况前，先行停止继续输入批次芯片进入酸槽进行反应。由于加装此装置，使人员得以观察循环回路内气泡多寡或吸入空气的情形，不但可以事先观察到可能发生的异常情形，也根本解决了因气泡而导致的破片问题。
文档编号H01L21/00GK1645587SQ200410086170
公开日2005年7月27日 申请日期2004年10月22日 优先权日2004年1月20日
发明者曾文松, 吕国良 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司