CN106876237A - 一种设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置，包括一等离子体处理腔室，及放置在所述等离子体处理腔室内的静电夹盘，所述静电夹盘用于支撑基片，所述带反馈去夹持系统升举装置；与所述升举装置的末端相连的气缸；驱动气缸运行的气体输送线路以及反馈控制线路。所述反馈控制线路中的压力检测表可以准确的测量在基片与静电夹盘去夹持的过程中气缸前端的气压值，并将该气压值在控制器内与安全压力值进行比较，当压力检测表测得的气缸前端压力不同于安全压力值时，控制器控制减压阀调制输出到安全压力值，保障基片在与静电夹盘去夹持时的安全。

Description

一种设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置和方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子处理装置及其去夹持装置和方法。
背景技术
对半导体基片或衬底的微加工是一种众所周知的技术，可以用来制造例如，半导体、平板显示器、发光二极管（LED）、太阳能电池等。微加工制造的不同步骤可以包括等离子体辅助工艺（例如，等离子体增强化学气相沉积、反应离子刻蚀等），这些工艺在反应室内部进行，工艺气体被输入至该反应室内。射频源被电感和/或电容耦合至反应室内部来激励工艺气体，以形成和保持等离子体。在反应室内部，暴露的基片被夹盘支撑，并通过某种夹持力被固定在一固定的位置，以保证工艺制程中基片的安全性及加工的高合格率。
为了满足工艺要求，不仅需要对工序处理过程进行严格地控制，还会涉及到半导体基片的装载和去夹持。半导体基片的装载和去夹持是半导体基片处理的关键步骤。
众所周知，由于基片是由等离子体来处理完成的，在基片加工完成后在所述基片上尤其在基片的底面上还会存在残余电荷。如果升举装置不能提供一个合适的举力，由于升举装置的个数有限，其并不能均匀作用于整个基片背面。因此，在基片的某些没有升举装置接触的部位，不合适的举力会造成基片的扭曲变形，导致基片遭受不可逆转的损坏。造成升举装置举力不合适的原因有多个，通常升举装置是通过与之相连的气缸控制升降的，气缸内的压力大小可以控制升举装置的举力大小，如果负责调节输送气体至气缸过程中，调节器不准确或一些控制阀门发生损坏，极易造成气缸内的气体压力过大，升举装置举力过大，速度过快，造成基片的破损。
因此，业内需要一种能够将基片可靠并稳定地从静电夹盘去夹持的去夹持机制，本发明正是基于此提出的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开一种设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置，包括一等离子体处理腔室，及放置在所述等离子体处理腔室内的静电夹盘，所述静电夹盘用于支撑基片，所述反馈去夹持系统包括：升举装置，用于支撑基片；气缸，与所述升举装置的末端相连，用于驱动所述升举装置的上升和下降；气体输送线路，包括气源，与所述气源相连接的减压阀及与所述减压阀并行连接的一控制阀，所述减压阀和所述控制阀的输出端连接所述气缸；反馈控制线路，包括一设置在所述气缸前端的压力检测表，一与所述压力检测表相连的控制器，所述控制器输送反馈信号至所述减压阀。
优选的，所述减压阀后端设置一止逆阀，用于防止所述控制阀中流出的气体与所述减压阀相遇。
优选的，所述压力检测表设置于所述止逆阀与所述气缸之间。
优选的，所述气源与所述减压阀之间设置一开关阀。
优选的，所述开关阀在所述升举装置去夹持过程中始终保持打开状态。
优选的，所述减压阀与所述止逆阀之间设置一安全阀。
优选的，所述控制阀在所述升举装置去夹持的过程中保持断开。
优选的，所述气源内的压力大于所述气缸驱动所述升举装置的压力。
优选的，所述气源内的压力大于等于50PSI。
优选的，所述气源压力为80PSI。
优选的，所述气体输送线路及所述反馈控制线路设置在所述等离子体处理腔室外部。
进一步的，本发明还公开了一种实现基片与静电夹盘去夹持的方法，所述方法在上述等离子体处理装置内进行，包括下列步骤：
断开所述气体输送线路的控制阀；
实验获得所述升举装置平稳举起基片的安全压力值；
调节所述减压阀的输出至安全压力值；
用所述压力检测表测量气缸前端的气压并将结果输送到所述控制器，所述测量气压在所述控制器内与安全压力值进行比较，若两者数值不同，所述控制器控制所述减压阀调制输出与安全压力值相同气压的气体。
进一步的，在所述气源输出端设置一开关阀，在所述在所述减压阀与所述止逆阀之间设置一安全阀，当所述压力检测表测量的气缸前端的气压大于所述安全压力值时，所述控制器控制所述减压阀降低输出气压并再次测量气缸前端的气压，如果再次测得的气缸前端气压仍然大于安全压力值，断开所述安全阀。
进一步的，断开所述安全阀后再次测量所述气缸前端的气压，如果测得的气压仍然大于所述安全压力值，断开所述开关阀。
进一步的，当实现基片与静电夹盘的去夹持过程后，闭合所述控制阀，将所述气源内的气压输送到所述气缸内，使得所述升举装置将所述基片抬升到适合机械手移出的位置。
本发明的优点：本发明通过设置一反馈控制线路实现对驱动升举装置的气压进行实时检测。首先通过实验获得升举装置将基片平稳举起时提供给气缸的安全压力值，然后利用反馈控制线路中的压力检测表准确的测量在基片与静电夹盘去夹持的过程中气缸前端的气压值，将该气压值输送到控制器内并在控制器内与安全压力值进行比较，当压力检测表测得的气缸前端压力不同于安全压力值时，控制器控制减压阀调制输出到安全压力值。除此之外，设置压力检测表可以准确的测量气缸前方的气压，及时获知气体输送线路上的物理元件是否发生故障，并在发现故障部件后及时断开相应的安全阀门，保障基片的安全。
附图说明
图1示出设有反馈去夹持系统等离子体处理装置结构示意图；
图2示出完成去夹持过程的离子体处理装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。本发明公开的技术适用于多种等离子体处理装置，包括但不限于电容耦合等离子体处理装置（CCP），电感耦合等离子体处理装置（ICP）等。CCP处理腔内具有相互平行设置的上电极和下电极，在上电极与下电极之间的区域为处理区域，该区域内形成高频能量以点燃和维持等离子体。ICP处理装置通过在处理腔顶部设置电感线圈实现在处理区域内激发等离子体。
图1示出设有反馈去夹持系统等离子体处理装置结构示意图。本实施例中，所述的等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括一等离子体处理腔100，处理腔基本上为柱形，且处理腔侧壁基本上垂直。CCP处理腔内具有相互平行设置的上电极130和下电极140，下电极140上方设置静电夹盘150，静电夹盘150用于夹持基片110。该基片110可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。反应气体从气体源（未示出）中被输入至处理腔100内，一个或多个射频电源施加在下电极上或同时被分别地施加在上电极与下电极上，用以将射频功率输送到下电极上或上电极与下电极上，从而在处理腔体内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极和下电极之间的处理区域P内，此电场对少量存在于处理腔体内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等。在等离子体处理腔室100的合适的某个位置处设置有排气区域（未示出），排气区域与外置的排气装置（例如真空泵泵）相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出腔室。
当等离子体处理工艺结束后，基片110需要移出等离子体处理腔室100，在移出前，基片首先要实现基片与静电夹盘的去夹持。去夹持的过程即为实现基片与静电夹盘分离的过程。静电夹盘内部设置若干升举装置120，升举装置120可以在基片处理工艺结束后将基片顶起，便于机械手将基片移出反应腔。图1示例性的示出一个升举装置结构，在实际工作中，升举装置120包括若干个由导体材料或半导体材料制成的升举顶针。
升举装置120在去夹持基片的过程中施加给基片的举力是一个非常关键的参数，由于等离子体处理工艺结束后，基片110底面通常仍存在残余电荷，所述残余电荷导致基片底和静电夹盘150之间的静电产生一个向下的吸力将所述基片吸至静电夹盘上。如果升举装置施加给基片的力过小，将不能举起基片，无法实现基片的去夹持，如果升举装置施加给基片的力过大，会造成升举装置升举速度较快，容易造成基片的破裂损毁。
升举装置120施加到基片110上的举力是由升举装置120下方的气缸30控制的，与气缸30相连的气体输送线路40根据预先设定向气缸内提供气体，所述气缸内气压达到一定值后会推动升举装置120向上升举，气缸内压力越大，升举装置120提供给基片110的举力越大。气体输送线路40包括一气源41，气源41的型号通常根据其能提供的最大气体压力进行命名，如100PSI（Pounds per square inch）的气源可以提供最大为100PSI的气体压力。由于等离子体处理装置还有其他部件需要从气源41提供气体压力，并且升举装置120在实现基片与静电夹盘的去夹持瞬间，升举装置施加给基片的举力不能过大，因此，气源41内与气缸之间需要设置一减压阀42，将气源41内的气压降低后输送到气缸30内。在本发明中，为了保证气源能提供去夹持过程及处理腔其他部件所需的压力，所述气源内的压力大于等于50PSI，在一种实施例中，所述气源压力为80PSI。
减压阀42的预先设定通常根据实验测得，实验时，不断调节减压阀42的设定，使得升举装置120能刚好举起基片110，而基片不会发生损坏。此时，记录减压阀42的输出压力，此输出压力可作为后续实现基片与静电夹盘去夹持时提供给气缸的安全压力。
等离子体处理工艺结束后，升举装置将基片移出处理腔的过程除了包括去夹持的过程外，还需要将基片升举到一定高度，以实现外部机械手对基片的接纳移出，如图2所示，升举装置将基片升举到一定高度，处理腔外部探入的机械手51取代升举装置的支撑，承载基片移出反应腔100。在上文描述中，减压阀42减压后提供给气缸30的气压只能满足刚好实现基片与静电夹盘的去夹持，当基片与静电夹盘分离后，气缸内的气压不足以支撑基片上升到图2所示的位置，因此，在气源41与气缸30之间需要设置与减压阀42并行连接的控制阀43，控制阀43在对基片去夹持的过程中处于断开状态，此时，气源41内的气体只通过减压阀所在的支路输送到气缸内。减压阀42可以控制输送到气缸内的气压刚好实现基片与静电夹盘的去夹持。在完成去夹持的过程后，控制阀43打开，气源内的气压可以完全的输送到气缸30内，以控制升举装置支撑基片110上升到图2所示的位置。由于气体的输送和释放需要一定的过程，因此气缸内的压力是一个逐渐变化的过程，升举装置可以平稳的上升或下降，不会发生抖动或震动，以保证基片传送的安全。
当控制阀43打开时，由于控制阀43输出端的压力大于减压阀42的输出端压力，同时，由于控制阀43与减压阀42并行连接，为了防止控制阀43输出的气体反流到减压阀42处，本发明在减压阀42输出端设置一止逆阀44，止逆阀44可以阻止压力较高的气流向压力较低的位置流动，保证减压阀42的正常工作。
在实际工作中，由于减压阀42和控制阀43都是物理元件，在使用中难免存在磨损或者调制不准确的情况，当减压阀42的减压调制不准确或者控制阀43发生损坏失效时，气体输送线路40极有可能提供超过安全气压的气体至气缸30，造成升举装置施加超过所需的举力至基片，造成基片的损毁破坏。
为了避免上述物理元件由于发生故障或调制不准确造成基片去夹持过程中可能发生的损毁破坏，准确获知提供给气缸30的气压是否超过预先设定的压力，本发明在气缸前端设置一反馈控制线路20，反馈控制线路20的目的在于测量气缸前端的压力，并将该压力与去夹持过程中预先设定的安全压力进行比较，当反馈控制线路20测得的气缸前端压力超过安全压力值，反馈控制线路会控制气体输送线路进行调节甚至断开气体输送线路，以保证去夹持过程中基片的安全。具体的，反馈控制线路包括一设置在气缸30前端的压力检测表22，以及与压力检测表22连接的控制器21，一可编辑的软件输入装置23与控制器21连接，可以通过编程将安全压力值输送到控制器21。反馈控制线路20主要应用于实现基片与静电夹盘去夹持的过程中，此时，控制阀43处于断开状态，气缸30前端的压力等于减压阀42输出端的压力，可以将压力检测表22设置在止逆阀44后方，以准确测量气缸前端的气压。控制器21与减压阀42相连，压力检测表22测得的压力值输送到控制器21内，并在控制器21内与安全压力值进行比较，如果测得的压力值超出或未达到安全压力值，控制器21会控制减压阀42将输出端压力调节至安全压力值。在某些情况下，减压阀42由于发生故障无法进行有效调节，会导致气源41内的气体不能进行有效的减压，此时，若输送到气缸内的气压过高，会发生基片破碎问题，本发明在气体输送线路的减压阀42与止逆阀44之间设置一安全阀46，如果压力检测表22测量到气缸30前端的气压高于安全压力值，而控制器21对减压阀42进行控制调制后测量止逆阀输出端的气压仍然高于安全压力值，为了保证基片的安全性，可以设置断开安全阀46，此时，气体输送线路40停止向气缸30输送气体，待排除减压阀42的问题后，再进行基片与静电夹盘的去夹持过程。
在某些情况下，如果控制阀43发生故障无法进行有效的打开，会将气源41中的气体直接输送到气缸30内，使得输送到气缸内的气压过高，导致发生基片破碎问题。除此之外，基片在等离子体处理过程中无需升举装置工作，气源41无需向气缸30输送气体。为解决上述问题，本发明在气源41的输出端设置一开关阀，当不需要气体输送线路输送气体或压力检测表22测量到止逆阀44输出端的气压高于安全压力值，而断开安全阀46后止逆阀44输出端的气压仍然高于安全压力值时，为了保证基片的安全性，控制器21可以控制断开开关阀45，此时，气体输送线路40停止向气缸30输送气体，待需要升举装置120工作或者排除控制阀43的问题后，再进行基片与静电夹盘的去夹持过程。
在上文描述的设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置内实现基片与静电夹盘去夹持的方法具体包括下列步骤：断开所述气体输送线路的控制阀；实验获得所述升举装置平稳举起基片的安全压力值；调节所述减压阀的输出至安全压力值；用所述压力检测表测量气缸前端的气压并将结果输送到所述控制器，所述测量气压在所述控制器内与安全压力值进行比较，若两者数值不同，所述控制器控制所述减压阀调制输出与安全压力值相同气压的气体。
本发明设置的压力检测表22可以准确的测量在基片与静电夹盘去夹持的过程中气缸前端的气压值，将该气压值输送到控制器21内并在控制器21内与安全压力值进行比较，当压力检测表22测得的气缸前端压力不同于安全压力值时，控制器21控制减压阀42调制输出到安全压力值。除此之外，设置压力检测表可以准确的测量气缸前方的气压，及时获知气体输送线路40上的物理元件是否发生故障，并在发现故障部件后及时断开相应的安全阀门，保障基片的安全。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种设有反馈去夹持系统的等离子体处理装置，包括一等离子体处理腔室，及放置在所述等离子体处理腔室内的静电夹盘，所述静电夹盘用于支撑基片，其特征在于，所述反馈去夹持系统包括：升举装置，用于支撑基片；
气缸，与所述升举装置的末端相连，用于驱动所述升举装置的上升和下降；
气体输送线路，包括气源，与所述气源相连接的减压阀及与所述减压阀并行连接的一控制阀，所述减压阀和所述控制阀的输出端连接所述气缸；
反馈控制线路，包括一设置在所述气缸前端的压力检测表，一与所述压力检测表相连的控制器，所述控制器输送反馈信号至所述减压阀。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述减压阀后端设置一止逆阀，用于防止所述控制阀中流出的气体与所述减压阀相遇。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述压力检测表设置于所述止逆阀与所述气缸之间。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述气源与所述减压阀之间设置一开关阀。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述开关阀在所述升举装置去夹持过程中始终保持工作状态。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述减压阀与所述止逆阀之间设置一安全阀。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述控制阀在所述升举装置去夹持的过程中保持断开。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述气源内的压力大于所述气缸驱动所述升举装置的压力。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述气源内的压力大于等于50PSI。
10.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述气源压力为80PSI。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述气体输送线路及所述反馈控制线路设置在所述等离子体处理腔室外部。
12.一种实现基片与静电夹盘去夹持的方法，所述方法在上述任一权项所述的等离子体处理装置内进行，其特征在于：所述方法包括下列步骤：
断开所述气体输送线路的控制阀；
实验获得所述升举装置平稳举起基片的安全压力值；
调节所述减压阀的输出至安全压力值；
用所述压力检测表测量气缸前端的气压并将结果输送到所述控制器，所述测量气压在所述控制器内与安全压力值进行比较，若两者数值不同，所述控制器控制所述减压阀调制输出与安全压力值相同气压的气体。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在所述气源输出端设置一开关阀，在所述在所述减压阀与所述止逆阀之间设置一安全阀，当所述压力检测表测量的气缸前端的气压大于所述安全压力值时，所述控制器控制所述减压阀降低输出气压并再次测量气缸前端的气压，如果再次测得的气缸前端气压仍然大于安全压力值，断开所述安全阀。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：断开所述安全阀后再次测量所述气缸前端的气压，如果测得的气压仍然大于所述安全压力值，断开所述开关阀。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于：当实现基片与静电夹盘的去夹持过程后，闭合所述控制阀，将所述气源内的气压输送到所述气缸内，使得所述升举装置将所述基片抬升到适合机械手移出的位置。
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