CN101612622B - 用于减少腔室颗粒沉积的方法、系统及半导体处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于减少腔室颗粒沉积的方法，主要包括下述步骤：对充气子系统内的吹扫气体进行加热，以使所述吹扫气体进入所述腔室后的温度高于所述腔室内环境温度；将加热后的吹扫气体通入到所述腔室内，以借助于冷热气体的自然对流而将附着在腔室内壁上的附着颗粒吹扫起来，从而减少或避免所述附着颗粒在腔室内壁上的沉积。此外，本发明还提供一种用于减少腔室颗粒沉积的系统，以及应用上述方法和/或系统的半导体处理设备。本发明提供的方法、系统和半导体处理设备能够减少颗粒在腔室内的沉积，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室的侵蚀，从而提高腔室的使用寿命以及相应的半导体设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种用于减少腔室颗粒沉积的方法、系统以及应用该方法和/或系统的半导体处理设备。
背景技术
随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理过程中广泛采用诸如等离子体沉积技术、等离子体刻蚀技术等的等离子体处理技术。而这些等离子体处理技术通常需要借助于相应的半导体处理设备来实现。
请参阅图1，现有的半导体处理设备通常包括抽气子系统(图未示)、充气子系统(图未示)、真空锁腔室3、传输腔室2和多个反应腔室1。其中，抽气子系统用以将真空锁腔室3抽到真空状态。充气子系统用以向真空锁腔室3中充入N2。真空锁腔室3用以将待加工的晶片传送到该半导体处理设备中，以及将加工后的晶片从半导体处理设备传送出，并且其包括：第一出入口，其为大气环境和真空锁腔室3之间的晶片传输口；第二出入口，其为真空锁腔室3和传输腔室2之间的晶片传输口。传输腔室2用以将来自真空锁腔室3的晶片向反应腔室1传送，并且也会根据工艺需要将晶片在不同反应腔室1之间传送。
图1所示的半导体处理设备的工作过程为：首先，由抽气子系统对真空锁腔室3进行抽气操作；然后，当真空锁腔室3中的压力与传输腔室2中的压力大致相等时，打开真空锁腔室3与传输腔室2之间的阀门，将晶片传送到传输腔室2中；而后，再由真空机械手将晶片传送到相应的反应腔室1中，并在反应腔室1中进行所需的加工/处理工艺。当加工/处理工艺完成后，晶片按照上述流程的相反顺序运动，具体地，先由真空机械手将晶片从反应腔室1中取出，而后放入到真空锁腔室3中；然后，由充气子系统向真空锁腔室3中充入N2，直到真空锁腔室3中的气压与大气压力大致相当，此时，打开真空锁腔室3与负载端口之间的阀门，并将加工/处理后的晶片送出真空锁腔室3。
在实际工艺中，通常是将装满晶片的盒子放置于真空锁腔室中，在将真空锁腔室抽真空之后，由传输腔室中的真空机械手将一个晶片从真空锁腔室传送到反应腔室，并在反应腔室中进行所需的加工/处理工艺。当对一个晶片完成加工/处理后，由传输腔室中的真空机械手将该晶片从反应腔室中取出并传送回真空锁腔室中，然后再从真空锁腔室中取出第二个晶片，并传送到反应腔室中进行所需的加工/处理工艺，……，直至真空锁腔室中的所有晶片都完成所需的加工/处理工艺。而后，将真空锁腔室与传输腔室之间的阀门关闭，并由充气子系统向真空锁腔室中充入N2，直至其内气压与大气压力大致相当。
然而在实际应用中，当晶片在反应腔室内完成加工/处理工艺并由真空机械手传送回真空锁腔室时，残留在该晶片上的工艺气体颗粒也随之被带到真空锁腔室中。这样，由真空机械手传送回真空锁腔室中的每一个晶片都会带来残留的工艺气体颗粒，并由此积累下来。于是，当所有晶片的加工/处理工艺完成后，就会有大量的工艺气体颗粒随着晶片而被带进真空锁腔室中，并附着在真空锁腔室的内壁上。虽然在下一次对真空锁腔室抽真空时，其内的大部分工艺气体颗粒会被带走，但是仍会有一些工艺气体颗粒还吸附在真空锁腔室的内壁上。由于这些工艺气体颗粒包括HBr、Cl2等腐蚀性气体颗粒，因而，当其附着在真空锁腔室的内壁上时，会对真空锁腔室内壁产生腐蚀作用，从而影响该真空锁腔室乃至整个半导体处理设备的工艺性能以及使用寿命。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于减少腔室颗粒沉积的方法，其通过向腔室内通入比其内部环境温度高的气体而将沉积在腔室内的颗粒吹扫起来，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室的侵蚀，并提高腔室的使用寿命。
本发明还提供了一种用于减少腔室颗粒沉积的系统，其通过向腔室内通入比其内部环境温度高的气体而将沉积在腔室内的颗粒吹扫起来，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室的侵蚀，并提高腔室的使用寿命。
本发明还提供了一种半导体处理设备，其应用了本发明所提供的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其同样具有这样的特点，即，通过向腔室内通入比其内部环境温度高的气体而将沉积在腔室内的颗粒吹扫起来，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室的侵蚀，并提高腔室的使用寿命以及该半导体设备使用寿命。
此外本发明还提供了一种半导体处理设备，其应用了本发明所提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其同样具有这样的特点，即，通过向腔室内通入比其内部环境温度高的气体而将沉积在腔室内的颗粒吹扫起来，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室的侵蚀，并提高腔室的使用寿命以及该半导体设备使用寿命。
为此，本发明提供了一种用于减少腔室颗粒沉积的方法，所述腔室连接有充气子系统，用以向所述腔室输送吹扫气体。所述方法包括下述步骤：210)对充气子系统内的吹扫气体进行加热，以使所述吹扫气体进入所述腔室后的温度高于所述腔室内环境温度；220)将加热后的吹扫气体通入到所述腔室内，以借助于冷热气体的自然对流而将附着在腔室内壁上的附着颗粒吹扫起来，从而减少或避免所述附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
其中，所述吹扫气体在进入所述腔室后的温度比所述腔室内环境温度高15-30度。
其中，所述腔室包括真空锁腔室。
其中，所述真空锁腔室内环境温度为20-25度。
其中，通过加热器对充气子系统内的吹扫气体进行加热。
其中，所述充气子系统包括气源和充气管路，借助于所述加热器而对气源和/或充气管路内的吹扫气体进行加热。
其中，所述加热器包括电加热器和/或油加热器和/或水加热器和/或气加热器。
其中，所述吹扫气体包括N2。
优选地，在所述步骤220)之后，还包括抽气步骤230)，即，借助于抽气子系统而将被吹扫下来的所述附着颗粒抽吸到所述腔室之外，从而减少甚至避免所述颗粒对腔室的侵害。
作为本发明的另一个方案，本发明还提供了一种用于减少腔室颗粒沉积的系统，其包括充气子系统和加热器，所述加热器用以对充气子系统中的吹扫气体进行加热，以使加热后的吹扫气体进入所述腔室后温度高于所述腔室内环境温度；所述充气子系统将加热后的吹扫气体输送至所述腔室，使得在所述腔室内借助于冷热气体的自然对流而将附着在腔室内壁上的附着颗粒吹扫起来，从而减少或避免所述颗粒在腔室内壁上的沉积。
其中，所述吹扫气体在进入所述腔室后的温度比所述腔室内环境温度高15-30度。
其中，所述腔室包括真空锁腔室。
其中，所述真空锁腔室内环境温度为20-25度。
其中，所述加热器包括电加热器和/或油加热器和/或水加热器和/或气加热器。
其中，所述充气子系统包括气源和充气管路，借助于所述加热器而对气源和/或充气管路内的吹扫气体进行加热。
其中，所述吹扫气体包括N2。
优选地，在所述系统还包括抽气子系统，用以将吹扫下来的所述附着颗粒抽吸到所述腔室之外，从而减少甚至避免所述颗粒对腔室的侵害。
作为本发明的再一个方案，本发明还提供一种半导体处理设备，其采用了上述用于减少腔室颗粒沉积的方法，以减少或避免附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
作为本发明的又一个方案，本发明还提供一种半导体处理设备，其包括上述用于减少腔室颗粒沉积的系统，以减少或避免附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
相对于现有技术，本发明具有这样的有益效果：
由于本发明中先对欲进入到腔室内的诸如N2等的吹扫气体进行加热，而后将加热后的吹扫气体输送至所述腔室内。于是在所述腔室内，热的吹扫气体向上流动而相对比较冷的空气向下流动，借助于空气的自然对流就可以将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫起来，以避免这些颗粒继续附着在腔室内壁上，从而减少所述颗粒在所述腔室内的沉积，进而减少甚至避免这些颗粒对腔室造成诸如腐蚀等的侵害。
此外，在本发明的一个优选实施例中还包括抽气步骤和/或抽气子系统，这样，当腔室内壁上的颗粒被吹扫起来之后，进一步地，可以将这些颗粒抽送到所述腔室之外，从而更为有效地减少甚至避免这些颗粒对腔室造成诸如腐蚀等的侵害。
附图说明
图1为现有的半导体处理设备的结构示意图；
图2为本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的方法的一个具体实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统的部分结构示意图；以及
图4为沿图3中的A-A线得到的剖视图。
具体实施方式
本发明的核心是：向腔室内通入温度高于腔室内环境温度的气体(诸如N2等)，并借助于腔室内空气的自然对流而将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫下来，以使腔室内壁避免遭受上述颗粒腐蚀等侵害。
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面以向腔室内通入诸如N2的吹扫气体为例来对本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的方法、系统以及应用该方法和/或系统的半导体处理设备进行详细描述。
本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的方法，首先对欲进入到腔室内的N2进行加热，并保证其进入腔室后的温度高于腔室内环境温度；而后将加热后的N2通入到所述腔室内，并将附着在腔室内壁上的待去除颗粒吹扫下来，以使腔室内壁避免遭受上述颗粒腐蚀等侵害。
下面结合图2并以真空锁腔室为例来对本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的方法进行详细说明。
步骤210，可以采用诸如电加热器和/或油加热器和/或水加热器和/或气加热器等的加热器来在气源处和/或充气管路中对欲通入到真空锁腔室内的N2进行加热。加热的程度要确保N2进入到真空锁腔室后的温度高于真空锁腔室内环境温度。通常，真空锁腔室内环境温度为20-25度，而通入的N2的温度最好比真空锁腔室内环境温度高15-30度。
至于如何对所述加热器进行控制，以确保进入到真空锁腔室中的N2的温度能够在期望的范围内，例如可以采用这样的控温方式：在真空锁腔室内设置用于检测真空锁腔室内环境温度的第一温度传感器，并按照现有的真空锁腔室内环境温度的控制方式将真空锁腔室内环境温度控制在20-25度左右。在位于真空锁腔室内的充气管路出口位置处(以下简称充气管路出口处)设置用于检测N2温度的第二温度传感器，并且对此位置处的N2温度的测量值和设定值进行比较，当测量值低于设定值下限时，向电加热器输出控制信号，以启动加热器而对气源处和/或充气管路中的N2进行加热；当测量值高于设定值上限时，向电加热器输出控制信号，以关闭加热器而停止对气源处和/或充气管路中的N2进行加热。
当然，在实际应用中，也可以将上述第二温度传感器设置在气源处和/或充气管路中，只要其位于加热器所在位置处或者位于加热器的下游即可。当第二温度传感器未设置在充气管路出口处时，应当考虑到N2自第二温度传感器所在位置处流动到充气管路出口处可能存在因散热等因素而导致的温度变化，因此，在确定第二温度传感器设定值时应当对此予以补偿。例如，假设N2自第二温度传感器所在位置处流动到充气管路出口处降低了5度，那么，在第二温度传感器所在位置处的温度设定值就应该比将其设置在充气管路出口处时的温度设定值要高出5度，换言之，此时的第二温度传感器设定值要比真空锁腔室内环境温度高20-35度。
上面以电加热器为例对本发明中所采用的控温方式进行了说明，但是在实际应用中并不局限于此。至于其他类型的加热器的控温方式，可以采用与此类似的方式，并且现有技术中有关加热器控温方式的介绍也比较多，在此不再赘述。
另外，本发明中可以采用接触式测温方式，也可以采用非接触式的测温方式。至于所采用的温度传感器，例如可以是热电偶、热电阻等。
步骤220，将加热后的N2通入到真空锁腔室内。这样，热的N2向上流动而相对比较冷的空气向下流动，借助于空气的自然对流就可以将附着在真空锁腔室内壁上的工艺气体颗粒等吹扫起来，以避免这些颗粒继续附着在真空锁腔室的内壁上。
步骤230，借助于抽气子系统将绝大多数的工艺气体颗粒带出真空锁腔室。这样就可以实现减少真空锁腔室内颗粒数量的目的，并且也避免了工艺气体颗粒对真空锁腔室内壁造成腐蚀等侵害。
下面结合附图并且仍以真空锁腔室为例来对本发明提供的用于减少腔室内颗粒沉积的系统进行详细说明。
请参阅图3，本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统包括：包含有气源和充气管路的充气子系统(图未示)、管路连接头10、加热器20和真空锁腔室(图未示)。其中，气源用于向真空锁腔室提供N2；充气管路用于将N2输送至真空锁腔室内；管路连接头10用于将充气管路连接在真空锁腔室和气源之间；加热器20套在充气管路之外，用于对充气管路内的气体进行加热，以使其进入真空锁腔室后温度高于真空锁腔室内的环境温度。
请一并参阅图4，为沿图3中A-A线得到的剖视图。其中，加热器20包括加热器内核21、加热电阻环22和加热器外壁23。加热器内核21裹附在充气管路40外侧而使加热器20套在该充气管路40之外，以便对充气管路40内的N2进行加热。具体地，加热器20中的加热电阻环22在电能的作用下产生热，这些热通过传导等方式传递至加热器内核21，而使加热器内核21达到较高的温度。这样，当充气管路40中的气体经过该加热器20时会被加热，并达到较高的温度，通常可以达到40-50度。
在本实施例中，加热电阻环22可以采用镍铬合金材料、硅钼材料、钨钼材料以及碳化硅材料等。优选地，采用碳化硅材料，这是因为：碳化硅材料具有使用温度高(通常在1300度～1450度)、抗氧化、耐腐蚀、寿命长、变形小等特点。而且，由于碳化硅材料具有较长的使用寿命，因此本实施例所提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统也就具有较长的使用寿命，并且能够在较长时间段内保持良好、可靠的工作性能。
另外，本实施例中所采用的这种结构，即，加热器套在充气管路之外，可以避免加热器本身产生的颗粒污染。这是因为，碳化硅材料本身在高温下会产生颗粒，而本实施例中所采用的这种结构使得加热器所产生的颗粒只能处于加热器内部，而不会穿透加热器的壁面进入到充气管路中。这样，也就不会给该用于减少腔室颗粒沉积的系统带入新的颗粒。
在实际应用中，真空锁腔室内的环境温度通常为20-25度，若采用本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统，可以使进入到真空锁腔室内的N2温度高于真空锁腔室内的环境温度，例如，使N2温度比真空锁腔室内的环境温度高15-30度。这样，在真空锁腔室内，热的N2向上流动而相对比较冷的空气向下流动，借助于空气的自然对流就可以将附着在真空锁腔室内壁上的工艺气体颗粒吹扫起来，以避免这些工艺气体颗粒继续附着在真空锁腔室的内壁上。在随后的抽气过程中，可以由抽气子系统将绝大多数的工艺气体颗粒带出真空锁腔室。这样就可以实现减少真空锁腔室中颗粒数量的目的，并且也避免了工艺气体颗粒对真空锁腔室内壁的腐蚀。
需要指出的是，尽管前述实施例中的加热器采用的是电加热器，然而在实际应用中，其也可以采用油加热器、水加热器、气加热器等，并且可以根据实际情况而相应地改变加热器的与充气管路之间的设置方式，例如，当采用水加热器时，可以将充气管路置于该加热器的热水中，类似于水浴的方式。
进一步需要指出的是，尽管前述实施例的加热器是设置在充气管路的外侧而对充气管路内的N2进行加热，然而在实际应用中，加热器也可以设置在充气子系统的气源处，以使得气源处的N2本身就具有较高的温度，以使得这样的N2进入到真空锁腔室后其温度高于真空锁腔室内的环境温度。
优选地，本发明提供的用于减少腔室颗粒沉积的系统还包括抽气子系统，用以将吹扫下来的所述附着颗粒抽吸到所述腔室之外，从而减少甚至避免所述颗粒对腔室造成诸如腐蚀等的侵害。
此外，本发明还提供了一种半导体处理设备，其采用了上文所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，以便借助于被加热的N2而将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫起来，从而避免其继续沉积在腔室内壁上并对壁面造成诸如腐蚀等的侵害。至于如何对欲通入到腔室内的N2进行加热，以及被加热的N2如何将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫起来的原理和过程类似于前文所述实施例，在此不再赘述。
另外，本发明还提供了一种半导体处理设备，其采用了上文所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，以便借助于被加热的N2而将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫起来，从而避免其继续沉积在腔室内壁上并对壁面造成诸如腐蚀等的侵害。至于如何对欲通入到腔室内的N2进行加热，以及被加热的N2如何将附着在腔室内壁上的颗粒吹扫起来的原理和过程类似于前文所述实施例，在此不再赘述。
可以理解的是，尽管本发明前述实施例中向诸如真空锁腔室等的腔室内通入的吹扫气体为N2，然而在实际应用中，也可以采用其他适宜的气体。而且，尽管前述实施例中以沉积在腔室内壁上的工艺气体颗粒为例对本发明进行了详细描述，然而在实际应用中，所述颗粒可以不局限于工艺气体颗粒，而是也可以为其他欲去除的颗粒。此外，在本发明所说的腔室内壁可以包括腔室内的所有表面，而不仅仅局限于腔室的内周面。
进一步可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (19)
1. 一种用于减少腔室颗粒沉积的方法，所述腔室连接有充气子系统，用以向所述腔室输送吹扫气体，其特征在于包括下述步骤：
210)对充气子系统内的吹扫气体进行加热，以使所述吹扫气体进入所述腔室后的温度高于所述腔室内环境温度；
220)将加热后的吹扫气体通入到所述腔室内，以借助于冷热气体的自然对流而将附着在腔室内壁上的附着颗粒吹扫起来，从而减少或避免所述附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
2. 根据权利要求1所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述吹扫气体在进入所述腔室后的温度比所述腔室内环境温度高15-30度。
3. 根据权利要求1所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述腔室包括真空锁腔室。
4. 根据权利要求3所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述真空锁腔室内环境温度为20-25度。
5. 根据权利要求1所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，通过加热器对充气子系统内的吹扫气体进行加热。
6. 根据权利要求5所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述充气子系统包括气源和充气管路，借助于所述加热器而对气源和/或充气管路内的吹扫气体进行加热。
7. 根据权利要求5所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述加热器包括电加热器和/或油加热器和/或水加热器和/或气加热器。
8. 根据权利要求1所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，在所述步骤220)之后，还包括抽气步骤230)，即，借助于抽气子系统而将被吹扫下来的所述附着颗粒抽吸到所述腔室之外，从而减少甚至避免所述颗粒对腔室的侵害。
9. 根据权利要求1至8中任意一项所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，其特征在于，所述吹扫气体包括N2。
10. 一种用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于包括：充气子系统和加热器，所述加热器用以对充气子系统中的吹扫气体进行加热，以使加热后的吹扫气体进入所述腔室后温度高于所述腔室内环境温度；所述充气子系统将加热后的吹扫气体输送至所述腔室，使得在所述腔室内借助于冷热气体的自然对流而将附着在腔室内壁上的附着颗粒吹扫起来，从而减少或避免所述颗粒在腔室内壁上的沉积。
11. 根据权利要求10所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述吹扫气体在进入所述腔室后的温度比所述腔室内环境温度高15-30度。
12. 根据权利要求10所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述腔室包括真空锁腔室。
13. 根据权利要求12所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述真空锁腔室内环境温度为20-25度。
14. 根据权利要求10所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述加热器包括电加热器和/或油加热器和/或水加热器和/或气加热器。
15. 根据权利要求10所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述充气子系统包括气源和充气管路，借助于所述加热器而对气源和/或充气管路内的吹扫气体进行加热。
16. 根据权利要求10所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，在所述系统还包括抽气子系统，用以将吹扫下来的所述附着颗粒抽吸到所述腔室之外，从而减少甚至避免所述颗粒对腔室的侵害。
17. 根据权利要求10至16中任意一项所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，其特征在于，所述吹扫气体包括N2。
18. 一种半导体处理设备，其特征在于，其采用了如权利要求1-9中任意一项所述的用于减少腔室颗粒沉积的方法，以减少或避免附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
19. 一种半导体处理设备，其特征在于，其包括如权利要求10-17中任意一项所述的用于减少腔室颗粒沉积的系统，以减少或避免附着颗粒在腔室内壁上的沉积。
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