CN103311149B - 用于半导体制造工具的阀净化组件 - Google Patents

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Abstract

用于半导体制造工具的阀净化组件。本发明提供了一种半导体制造工具和操作该工具的方法。半导体制造工具包括在其中实施等离子体操作或离子蚀刻操作的处理室和用于打开和关闭阀的阀组件，所述阀用于在半导体制造工具内外装载和卸载衬底。在室中实施处理操作的同时，还进行阀组件净化操作。阀组件净化操作包括将惰性气体引导到阀组件区域以防止颗粒和污染膜在阀组件中形成。因为阀组件保持清洁状态，所以减少或消除了颗粒污染。

Description

用于半导体制造工具的阀净化组件
技术领域
本发明涉及半导体制造设备。更具体而言，本发明涉及在半导体制造中在操作等离子体工具的同时净化阀组件的方法和装置。
背景技术
在集成电路(IC)的制造过程中，使用各种类型的半导体制造工具来处理半导体衬底，即“晶圆”。例如，化学汽相沉积(CVD)系统用于在晶圆上或上方沉积绝缘层和非绝缘层，原子层沉积(ALD)系统用于在晶圆上或上方沉积绝缘材料和非绝缘材料，等离子体蚀刻系统用于蚀刻晶圆或在晶圆上方形成的层，以及物理汽相沉积或“溅射”系统用于在晶圆上或上方物理沉积导电层。通常在密封处理室内实施这些各种工艺，从而可以控制诸如压力的处理条件。在许多情况下，在处理操作中产生并使用等离子体。必须在处理操作之间定期清洁密封处理室以保持清洁度并且密封处理室还经过调整操作以调整该室用于不同的操作。以与制造工艺操作类似的方式实施清洁和调整工艺，即，与用作清洁或调整气体的气体一起产生和使用等离子体。
将晶圆装载到处理室内然后卸载其的常见方法是在处理室的壁中设置“狭缝式阀(slit valve)”。在壁中形成细长的通常为水平的孔。该孔的宽度和高度足以允许被机器晶圆传送臂或其他装载机械装置(mechanism)的叶片支撑的半导体晶圆通过，并且该孔被阀座围绕。细长的阀关闭件可选择啮合阀座以闭合孔或从阀座脱离以打开孔。
当关闭狭缝式阀时，需要气密密封以使室与外界影响隔开。这通常需要在阀座和关闭件之间设置弹性垫圈或弹性密封，诸如O型密封圈。
使半导体制造设备中的污染源最小化是非常重要的。即使0.2微米量级的小颗粒也能够损坏甚至破坏在半导体晶圆上形成的IC器件。常见问题是O型圈或垫圈的弹性材料可能发生降解并受到用于实施处理操作的处理气体、用于清洁处理室的清洁气体或用于调整处理室的调整气体的侵害。当O型圈或垫圈开始降解时，产生颗粒污染。当打开阀时仍可能存在压力差，这种压力差可以加剧颗粒从O型圈脱落。污染颗粒开始沉积在通过孔装载的晶圆上，并且可能损坏甚至破坏在晶圆上形成的集成电路。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种半导体制造工具，包括：处理室，具有壁，所述壁包括穿过其的孔，通过所述孔传送衬底；门，覆盖所述孔并且与所述壁形成可拆式密封；输送口，将惰性气体输送到所述孔；以及排放口，通过所述排放口从所述孔排出所述惰性气体。
在所述的半导体制造工具中，所述处理室包括将处理气体输送到所述处理室的输气线和用于在所述处理室中产生等离子体的等离子体生成单元。
在所述的半导体制造工具中，所述处理室包括将处理气体输送到所述处理室的输气线和用于在所述处理室中产生等离子体的等离子体生成单元，其中，所述处理室适合于原子层沉积(ALD)和化学汽相沉积(CVD)中的至少一种，并且所述处理室包括加热元件。
在所述的半导体制造工具中，所述处理室包括将处理气体输送到所述处理室的输气线和用于在所述处理室中产生等离子体的等离子体生成单元，并且所述的半导体制造工具还包括连接至所述排放口的泵；和在所述处理室中实施等离子体操作的同时控制所述惰性气体输送到所述孔的控制器。
在所述的半导体制造工具中，所述处理室包括将处理气体输送到所述处理室的输气线和用于在所述处理室中产生等离子体的等离子体生成单元，其中，所述孔通过所述壁的内部外围表面来限定和界定，并且所述排放口包括位于所述壁内的终止于所述外围表面的管道。
在所述的半导体制造工具中，所述处理室包括等离子体蚀刻处理室并且包括在所述处理室中使气体电离以及将电离气体导向衬底的电极排列。
在所述的半导体制造工具中，所述门包括接触所述壁并形成所述可拆式密封的O型圈，并且，所述壁包括侧壁。
在所述的半导体制造工具中，所述门包括接触所述壁并形成所述可拆式密封的O型圈，并且，所述壁包括侧壁，其中，所述输送口包含在所述侧壁内。
在所述的半导体制造工具中，所述孔通过所述壁的内部外围表面来限定和界定，并且所述输送口包括位于所述壁内的终止于所述外围表面的气体输送线。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作半导体制造装置的方法，所述方法包括：提供具有侧壁和穿过该侧壁的孔的处理室；提供包括与所述侧壁形成可拆式密封以关闭所述孔的门的阀组件；通过在所述处理室内实施操作来操作所述装置；在所述操作过程中，将惰性净化气体输送到所述阀组件；以及在所述操作过程中，从所述阀组件排出所述惰性净化气体。
在所述的方法中，所述操作包括当关闭所述门并形成所述密封时，将至少一种处理气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体和电离气体物质中的至少一种。
在所述的方法中，所述操作包括当关闭所述门并形成所述密封时，将至少一种处理气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体和电离气体物质中的至少一种，其中，所述操作还包括加热在所述处理室中设置的衬底。
在所述的方法中，所述操作包括当关闭所述门并形成所述密封时，将至少一种处理气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体和电离气体物质中的至少一种，其中，所述操作包括化学汽相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)。
在所述的方法中，所述操作包括当关闭所述门并形成所述密封时，将至少一种处理气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体和电离气体物质中的至少一种，其中，所述操作包括等离子体蚀刻。
在所述的方法中，所述操作包括通过至少将清洁气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体来清洁所述处理室。
在所述的方法中，所述操作包括通过至少将清洁气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体来清洁所述处理室，其中，所述清洁气体包括NF3。
在所述的方法中，所述惰性净化气体包括N2、Ar和He中的至少一种。
在所述的方法中，所述孔通过所述侧壁的内部外围表面来限定和界定，输送惰性净化气体包括通过在所述外围表面中具有开口的管道输送所述惰性净化气体，排放所述惰性净化气体包括通过在所述外围表面中具有开口的管道排出所述惰性净化气体。
在所述的方法中，所述排放包括通过设置在所述侧壁内的排放线抽吸所述惰性气体，并且还包括从所述处理室进一步抽吸处理气体，所述抽吸和所述进一步抽吸通过单个泵来实施。
在所述的方法中，所述门包括与所述侧壁形成所述可拆式密封的弹性密封构件，所述弹性密封构件包括O型圈或垫圈，并且，操作所述装置在关闭所述门之后进行。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据惯例，附图的各种部件不必按比例绘制。相反，为了清楚讨论起见，各种部件的尺寸可以被任意放大或缩小。在整个说明书和附图中，相似的数字表示相似的部件。
图1是根据本发明的实施例的半导体制造处理室的截面侧视图；
图2是根据本发明的阀组件的放大截面图；以及
图3是示出本发明的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供用于制造半导体器件的装置。这些装置通常也被称为“工具”。该装置包括净化组件，该净化组件在处理室用于实施等离子体处理操作的同时净化包括处理室的装载孔的阀组件。本发明还提供了用于操作该装置以生产诸如集成电路的半导体器件的方法。
图1是示出根据本发明的处理室的实施例的横截面的侧视图。在一个实施例中，处理室2是含有多个处理室的大型半导体制造工具中的一个处理室。在其他实施例中，处理室2表示单室半导体制造工具中的处理室。处理室2包括侧壁4、顶部6和底部8。在许多实施例中，处理室2是产生等离子体并且用于处理衬底的处理室。在一个实施例中，处理室2用于原子层沉积(ALD)。在另一个实施例中，处理室2用于化学汽相沉积(CVD)。在另一个实施例中，处理室2用于物理汽相沉积(PVD)，诸如溅射。在又一个实施例中，处理室2用于等离子体蚀刻，诸如RF蚀刻。在其他实施例中，处理室2用于其他等离子体或反应离子蚀刻处理操作。在一些实施例中，处理室2用于多于一个的先前能力。
处理室2用于处理半导体衬底，诸如在处理室2的内部14中示出的晶圆12，以及用于对晶圆12实施各种处理操作。晶圆12表示各种类型和尺寸的半导体衬底中的任意一种。将晶圆12安置在图1中的台子(stage)16上。台子16可以是卡盘或其他合适的衬底保持构件。将气体或其他原子、分子或离子输送到处理室2并且如箭头18所示导向晶圆12。在一个实施例中，处理室2包括等离子体生成单元或与等离子体生成单元连接。在一个实施例中，等离子体生成单元是RF等离子体生成单元。在其他实施例中，处理室2包括用于产生等离子体或使气体电离并且如箭头18所示将电离气体导向晶圆12的一个或多个电极排列。在其他实施例中，处理室2包括用于向处理室2输送各种处理气体、清洁气体或调整气体的各种气体输送工具(未示出)，包括输气线、阀以及进气口。在多个实施例中，处理室2还包括其他工艺控制部件，诸如调整处理气体流入处理室2内的阀、使处理室2内保持所需压力和温度的加热元件或其他温度控制器件、以及控制处理室2中的工艺参数的其他部件。
在各个实施例中，将各种气体输送到处理室2。一些气体可以适用于上述的处理操作，诸如对生产器件所实施的处理操作。其他气体用作清洁气体。在一个实施例中，NF3用作清洁气体，但是在其他实施例中使用其他清洁气体。定期实施清洁操作以保持处理室内的清洁度，并且可以以各种频率下实施清洁操作。在一个实施例中，清洁操作采用等离子体点火使清洁气体电离从而清洁处理室2内的暴露表面。出于各种原因另外采用调整操作来调整处理室，包括但不限于在闲置规定时间之后或者在对处理室进行维修工作之后或者当处理室被转换用于不同处理操作时调整处理室。在其他实施例中，可以出于其他原因实施调整。
在处理、清洁或调整操作期间，通过各种合适的气体输送工具(未示出)将处理气体或清洁气体或调整气体输送到处理室2。在处理室2中产生气体种类的等离子体。在一个实施例中，处理室2可以包括电源和在处理室2中产生等离子体的RF等离子体生成单元或与电源和在处理室2中产生等离子体的RF等离子体生成单元连接。在多个实施例中，处理室2还包括加热元件，以及在多个实施例中，处理室2包括用于保持所需压力的压力传感器和控制器。可以对如上所述的晶圆12实施任何上述的处理操作。在其他操作中，实施清洁操作。在一个实施例中，清洁操作可以包括晶圆12，而在另一个实施例中，清洁操作还将清洁在其上安置晶圆12的台子16，即，不存在晶圆12。在调整操作中，通常存在晶圆12，但在一些实施例中，晶圆12可以不用调整。在实施处理或清洁或调整操作的同时，在孔处实施净化操作，在装载或卸载处理室2时通过该孔运输晶圆12。
位于图1右手侧的侧壁4包括穿过该侧壁的孔22。在一些实施例中，孔22是缝，而在许多实施例中，孔22是大体上水平的缝，通过该缝，可以采用机器装载机械装置或其他装载机械装置运输晶圆12。在图1中仅示出位于处理室2外部的门24，并且其是通过移动门24进出孔22上方的闭合位置而打开和关闭的阀组件的一部分。在图2中更详细地示出包括门24的阀组件。示出门24与孔22对准，诸如在将晶圆12装载到处理室2内之后或在即将从处理室2卸载晶圆12之前的情况。当装载或卸载操作实际发生时，将门24移至不同的位置以适应通过孔22装载或卸载晶圆12。通过侧壁4的内表面44来限定且界定孔22。各种气动机械装置或其他机械装置用于打开和关闭门24。还如图2所示，门24与处理室2的侧壁4形成可拆式密封。
仍参照图1，净化组件包括用于在关闭门24之后以及在处理室2中实施等离子体操作的同时将惰性净化气体输送到阀组件的输送系统。如图1中的箭头28示意性地示出惰性净化气体的输送。惰性净化气体可以是N2、Ar和He中的至少一种。在其他实施例中可以使用其他净化气体。将净化气体输送到净化组件，同时操作处理室2，即实施如上所述的处理、清洁或调整操作。用箭头30示意性地表示排放的净化气体。经由泵36通过排放线(exhaustline)32抽出排放的净化气体30，泵36还通过排放线段38抽出废气30。在示出的实施例中，泵36还包括抽吸处理室2的排放线段42。在另一个实施例中，使用两个单独的泵。诸如半导体制造产业中已知的或正在开发中的各种合适的泵都可以用作泵36。
图2更清楚且更详细地示出阀组件50。阀组件50包括处理室2的侧壁4的一部分、门24、净化组件、孔22以及打开和关闭门24的阀构件(valvemember)52。将阀构件52连接至各种发动机或其他气动机械装置或其他机械装置中的任何一种以使门24移动进出关闭位置。门24与阀座形成可拆式密封。更具体而言，门24接触侧壁4的外表面以形成可拆式密封，从而关闭孔22。O型圈56由诸如橡胶的弹性材料或其他合适的O型圈材料形成。在其他实施例中，使用其他垫圈或其他合适的可变形的密封构件，诸如弹性材料。在门24中形成的凹槽、沟槽或其他接收构件内固定O型圈56。当关闭门24并且在门24和阀座(即侧壁4的外表面)之间形成可拆式密封时，在如图1所示的处理室2内实施处理操作。
处理操作包括如上所述的制造操作、清洁操作和调整操作。当在处理室2中实施处理操作时，将气体输送到处理室2并且在处理室2中可以存在等离子体和/或电离物质。而且同时，将处理气体从处理室2排放出来。
在处理操作期间，在阀构件50处还进行净化操作。通过输送口(诸如设置在侧壁4内部的由虚线表示的输送线60)输送惰性净化气体。在示出的实施例中，惰性气体输送线60终止于气体输送口64。气体输送口64表示在侧壁4的内表面44中形成的开口。惰性气体输送线60将惰性净化气体输送到位于孔22处的阀组件50。气体通过在侧壁4内形成的排放线32排出。排放口68位于排放线32和内表面44的交叉处。在处理室2内实施等离子体处理操作时，同时净化阀组件50以保持阀组件50的清洁。这使O型圈56保持完整性。应当注意到，在其他实施例中，O型圈56可以更接近于孔22。在一个实施例中，可以在位置70处设置O型圈56。在另一个实施例中，可以使用多个O型圈，例如，在位置70处的外面和内部各有一个。在另一个实施例中，使用垫圈在门24和侧壁4之间形成可拆式密封。
在多个实施例中，以各种流速输送到孔22，以及将各种惰性气体(诸如N2、Ar和He)输送到孔22，并且使用各种排放抽吸速率来净化阀组件50。
图3是示出根据本发明的方法的流程图。在步骤101，提供了半导体处理工具。半导体处理工具包括将气体输送到处理室的气体输送线和输送口，以及将惰性气体输送到装载阀组件区域的惰性气体输送口。半导体处理工具可以是能够在处理室中产生等离子体和/或使气体电离以对产品晶圆实施处理操作以及实施清洁和调整操作的所述等离子体处理工具中的任意一种。步骤102用于打开处理室的门。使用各种阀类型。步骤102还用于通过阀组件将衬底传送到处理室内。在将衬底装载到处理室中之后，提供步骤103来关闭门。然后使处理室准备好实施处理操作。在多个实施例中，抽吸处理室至足够低的基准压力并且在开始处理之前可以实施其他检查或校准。步骤104包括通过在处理室中实施等离子体操作并同时净化装载阀组件区域来处理衬底。如上所述实施净化。在完成处理操作之后，提供步骤105来打开门并取出处理后的衬底。
在多个实施例中，各种电源和控制器是可用的，并用于操作处理室并同时对阀组件实施净化操作。当处理室中的处理操作结束时，根据一个实施例阀组件的净化仍继续，但在其他实施例中，可以终止阀组件的净化。当打开门进行卸载时以及在卸载和装载衬底时，阀组件的净化可以以同样的速率或较小的流速继续或者可以终止。
因为在处理过程中用惰性气体净化阀组件区域，减少了污染膜或污染颗粒在阀组件区域中的形成。在前面的附图中示出的阀组件50保持清洁状态，当打开门24时，包括O型圈56的阀组件50是洁净的，从而消除或显著减少阀组件中的任何可能的颗粒污染。
在一个实施例中，提供了一种半导体制造工具。半导体制造工具包括具有侧壁的处理室，侧壁包括穿过其的孔，通过该孔传送衬底。半导体制造工具还包括覆盖孔并且与侧壁形成可拆式密封的门；将惰性气体输送到孔的输送口；以及通过其从孔排出惰性气体的排放口。还提供了一种用于操作半导体制造装置的方法。该方法包括提供具有侧壁和穿过该侧壁的孔的处理室；提供与侧壁形成可拆式密封以关闭孔的门；通过在处理室内实施操作来操作装置；在操作过程中将惰性净化气体输送到孔；以及在操作过程中从孔排出惰性净化气体。
前面仅示出了本发明的原理。因此，应该理解，本领域普通技术人员能够设计出尽管在本文中没有明确描述或示出的但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围内的各种布置。此外，本文引用的所有实例和条件语言都主要明确预期仅是为了教导的目的且旨在帮助理解本发明的原理和为促进本领域所贡献的构思，并且被解释为不限于这些具体引用的实例和条件。此外，本文中引用本发明的原理、方面和实施例以及其具体实例的所有声明都预期包涵其结构和功能两种等效物。此外，预期这些等效物包括当前已知的等效物以及将来开发的等效物，即，不管其结构如何，开发的执行相同功能的任何元件。
预期结合附图一起阅读实施例的这种描述，所述附图被认为是整个书面说明书的一部分。在说明书中，相对术语诸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为是指如随后所述的或者如论述中的附图所示的方位。这些相对术语是为了便于描述，并不要求在具体方位上构造或操作装置。除非另有明确描述，关于接合、连接等的术语(诸如“连接”和“互连”)是指其中一个结构直接或通过插入结构间接地固定或接合至另一结构的关系以及两者都是可移动的或刚性的接合或关系。
尽管通过实施例描述了本发明，但其不限于此。相反，所附权利要求应按广义进行解释，以包括由本领域技术人员在不背离本发明的等效物的精神和范围的情况下可以做出的本发明的其他变体和实施例。

Claims (9)

1.一种用于操作半导体制造装置的方法，所述方法包括：
提供具有侧壁和穿过该侧壁的孔的处理室，其中，所述处理室包括加热元件；
提供包括与所述侧壁形成可拆式密封以关闭所述孔的门的阀组件，其中，所述门包括与所述侧壁形成所述可拆式密封的弹性密封构件，所述弹性密封构件包括O型圈或垫圈；
通过在所述处理室内实施操作来操作所述装置；
在所述操作过程中，将惰性净化气体输送到所述阀组件以防止处理气体对所述O型圈或垫圈的侵害；以及
在所述操作过程中，从所述阀组件排出所述惰性净化气体，其中，所述孔通过所述侧壁的内部外围表面来限定和界定，输送惰性净化气体包括通过在所述外围表面中具有开口的管道输送所述惰性净化气体，排放所述惰性净化气体包括通过在所述外围表面中具有开口的管道排出所述惰性净化气体，其中，通过单个泵经由直接连接至所述处理室的内部的第一排放线段从所述处理室抽吸所述处理气体和经由直接连接至排出所述惰性净化气体的所述管道的第二排放线段从所述孔抽吸所述惰性净化气体，所述单个泵直接连接至所述第一排放线段和所述第二排放线段；
其中，操作所述装置在关闭所述门之后进行，当所述门关闭时，以第一流速提供所述惰性净化气体，当所述门打开时，以第二流速提供所述惰性净化气体，所述第二流速小于所述第一流速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作包括当关闭所述门并形成所述密封时，将至少一种处理气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体和电离气体物质中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述操作还包括加热在所述处理室中设置的衬底。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述操作包括化学汽相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述操作包括等离子体蚀刻。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作包括通过至少将清洁气体输送到所述处理室以及在所述处理室中产生等离子体来清洁所述处理室。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述清洁气体包括NF3。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述惰性净化气体包括N2、Ar和He中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述排放包括通过设置在所述侧壁内的排放线抽吸所述惰性净化气体。
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