CN107958851B - 传输腔室及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种传输腔室及半导体加工设备，传输腔室包括腔体，在腔体内设置有用于承载基片的承载装置，还包括加热装置、进气装置和排气装置；加热装置用于加热基片，以使基片上的残余气体挥发；进气装置用于向腔体内输送气体；排气装置用于将腔体内的气体排出。本发明提供的腔室及半导体加工设备，可以从根本上将腐蚀性残余气体自基片表面去除掉，而且能够很有效地降低基片表面粘附的腐蚀性残余气体，尤其是针对完成刻蚀工艺后的基片而言，效果更佳，并可避免腐蚀传输腔室，提高传输腔室的使用寿命，并可避免对基片产生颗粒污染。

Description

传输腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体设备加工技术领域，涉及一种传输腔室及半导体加工设备。
背景技术
随着半导体制造工艺的发展，器件的关键尺寸也在不断缩小，以往的碳氟基为气体主要成分的等离子体刻蚀工艺已经无法满足，现在开始使用一些氯气和溴化氢气体作为等离子体刻蚀工艺的主要气体，但由于这些气体具有很强的腐蚀性，尤其是在有一定水蒸气的情况下。
图1为现有的刻蚀设备的结构示意图。请参阅图1，该刻蚀设备包括工艺腔室(Process Module，简称PM)和传输系统，其中，传输系统包括真空传输模块、真空大气交换模块(Loadlock)和大气传输模块。其中，真空传输模块包括真空传输腔室(VacuumTransport Module，简称VTM)和位于真空传输腔室VTM内的真空机械手(图中未示出)；真空大气交换模块包括装载互锁腔室(Loadlock，简称LL，如图中的LLA和LLB)；大气传输模块包括前后端腔室(Equipment Front-End Module，简称EFEM)、装载台(Loadport)、位于前后端腔室EFEM内的大气机械手和对准器(Aligner)；多个工艺腔室PM1～4和装载互锁腔室LLA和LLB沿真空传输腔室VTM的周向间隔设置且与真空传输腔室VTM相连；装载互锁腔室LLA和LLB还均与前后端腔室EFEM相连；前后端腔室EFEM和装载台相连。图2为图1中基片在传输平台上的传输流程图，请参阅图2，其包括基片传输至工艺腔室进行工艺的过程和在工艺完成之后返回至装载台的过程，在实际应用中发现，在工艺完成之后基片的表面会粘附大量的腐蚀性气体，这样，带有腐蚀性气体的基片会对主要以金属材质为主的传输平台产生腐蚀，尤其是，含有一定含量的水蒸气与大气相关的传输模块，从而不仅造成传输平台的寿命短，还会由于化学腐蚀产生基片颗粒污染问题。
为缓解传输平台的腐蚀问题，尤其是大气相关传输模块的腐蚀问题，现有技术中，在前后端腔室EFEM安装有冷却装置Cooling Station，该冷却装置与前后端腔室EFEM相连通，且与抽气管路相连通，图3为基片在具有冷却装置的传输平台上的传输流程图，请参阅图3，完成工艺的基片经装载互锁腔室LLA/LLB后，先进入EFEM位于冷却装置进行自然冷却，经过一定的等待时间后再继续进行下步传输，在冷却装置内的这段时间，腐蚀气体会不断地挥发且被抽气管路抽走。
由于冷却装置所在的环境也是大气环境，因此，现有技术实际上是将大气相关的传输模块的腐蚀一部分转移至冷却装置上，而避免传输平台产生腐蚀影响，因此，现有技术上从本质上并没有解决对传输平台的腐蚀问题；另外，现有技术中还存在以下问题：第一，在冷却装置内挥发的腐蚀气体存在一部分会扩散出去，从而还存在移动的化学腐蚀风险；第二，借助腐蚀气体的自然挥发使得挥发效率较慢，尤其是带有刻蚀图形的基片，这是因为腐蚀气体会隐藏在基片上的沟槽内，挥发更缓慢，从而工艺效率较低，为了平衡工艺效率，减小在冷却装置内的挥发时间，这样又会存在腐蚀气体残余较多的问题，也就仍存在腐蚀问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种传输腔室，包括腔体，在所述腔体内设置有用于承载基片的承载装置，还包括加热装置、进气装置和排气装置；所述加热装置用于加热基片，以使所述基片上的残余气体挥发；所述进气装置用于向所述腔体内输送气体；所述排气装置用于将所述腔体内的气体排出。
优选地，所述传输腔室为真空大气转换腔室。
优选地，所述加热装置设置在所述腔体顶部，并采用热辐射的方式加热所述基片。
优选地，在所述加热装置和所述承载装置之间还设置有隔离透光件，所述隔离透光件用于将所述腔体隔离为用于放置所述加热装置的第一子腔室和用于放置所述承载装置的第二子腔室，且可使所述加热装置发出的光信号穿过以加热基片；所述进气装置和所述排气装置均与所述第二子腔室相连。
优选地，所述加热装置的加热源用于对所述基片均匀加热。
优选地，所述加热源的数量为多个，多个所述加热源相对于所述基片呈几何对称分布设置。
优选地，所述加热源的数量至少为3个，对应所述基片的中心位置设置有一个所述加热源；其余所述加热源沿基片的周向间隔且均匀设置。
优选地，在所述腔体的内壁设置有隔热层，用于避免所述腔体内的温度传递至外界环境中。
优选地，还包括：气压检测单元，用于检测所述腔体内气体压力；流量控制器，用于控制所述进气装置输入气体流量大小；控制单元，被设置成至少执行一次如下控制过程：步骤1：开启所述加热装置并加热所述基片至预设时间；步骤2：控制所述流量控制器向所述腔体内输送气体直至所述腔体处于预设压力；步骤3：控制所述排气装置将所述腔体内的气体排出。
优选地，还包括：气压检测单元，用于检测所述腔体内气体压力；流量控制器，用于控制所述进气装置输入气体流量大小；控制单元，被设置成：在预设时间内控制所述加热装置和所述排气装置打开，并控制所述流量控制器向所述腔体内输送气体并使所述气压检测单元检测到的腔体内气体压力始终保持在预设压力。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明上述提供的传输腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的传输腔室，其借助加热装置加热基片，可以加快基片表面粘附的腐蚀性的残余气体的挥发速率，并且，随着基片的温度的逐渐升高，大量的残余气体将会挥发至腔体内；并通过进气装置以及排气装置向腔体内通气和排出，可将挥发至腔体内残余气体携带排出，因此本发明提供的传输腔室可以从根本上将腐蚀性残余气体自基片表面去除掉，而且能够很有效地降低基片表面粘附的腐蚀性残余气体，尤其是针对完成刻蚀工艺后的基片而言，效果更佳，并可避免腐蚀传输腔室，提高传输腔室的使用寿命，并可避免对基片产生颗粒污染。
本发明提供的半导体加工设备，由于其采用本发明提供的传输腔室，因此，可以提高半导体加工设备的寿命，并可以提高工艺质量。
附图说明
图1为现有的刻蚀设备的结构示意图；
图2为图1中基片在传输平台上的传输流程图；
图3为基片在具有冷却装置的传输平台上的传输流程图；
图4为本发明实施例提供的传输腔室的结构示意图；
图5a为图4中第一种加热装置的俯视图；
图5b为图4中第二种加热装置的俯视图；
图6a为传输腔室为真空大气转换腔室时的一种工作流程图；
图6b为传输腔室为真空大气转换腔室时的另一种工作流程图。
附图标记包括：10，腔体；11，承载装置；S，基片；12，加热装置；121，加热源；13，进气装置；14，排气装置；15，隔热层；16，气压检测单元；17，流量控制器；18，隔离透光件；101，第一子腔室；102，第二子腔室。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的传输腔室及半导体加工设备进行详细描述。
实施例1
图4为本发明实施例提供的传输腔室的结构示意图；请参阅图4，本发明实施例提供的传输腔室，包括腔体10、加热装置12、进气装置13和排气装置14，在腔体10内设置有用于承载基片S的承载装置11，加热装置12用于加热基片S，以使基片S上的残余气体挥发；进气装置13用于向腔体10内输送气体；排气装置14用于将腔体10内的气体排出。一般选择不会对基片产生不良影响的气体，例如，惰性气体或者氮气等。
本发明提供的传输腔室，其借助加热装置12加热基片S，可以加快基片表面粘附的腐蚀性残余气体的挥发速率，并且，随着基片温度的逐渐升高，大量的残余气体将会挥发至腔体内；并通过进气装置13以及排气装置14向腔体10内进行通气和排气，可将挥发至腔体10内残余气体携带排出，因此本发明提供的传输腔室可以从根本上将腐蚀性残余气体自基片S表面去除掉，而且能够很有效地降低基片表面粘附的腐蚀性的残余气体，尤其是针对完成刻蚀工艺后的基片而言，效果更佳，并可避免腐蚀传输腔室，提高传输腔室的使用寿命，并可避免对基片产生颗粒污染。
优选地，传输腔室为真空大气转换腔室，即该传输腔室为装载互锁腔室，其与真空传输腔室VTM和大气传输腔室EFEM相连通，作为真空环境和大气环境的转换腔室。在应用中，当真空机械手将工艺腔室内完成工艺的基片经由真空传输腔室VTM传输至处于真空环境的真空大气转换腔室LL之后，先在真空环境的真空大气转换腔室LL内去除基片S表面的残余气体，再进行下一次传输动作。
在此需要说明的是，由于真空大气转换腔室为真空环境和大气环境的转换腔室，第一，其真空环境下的气压可以根据需要设置为满足气体携带残余气体能力较大的压力(例如，10T～100T)，从而为进一步减少基片表面粘附的腐蚀性气体提高了可能；第二，在真空环境的真空大气转换腔室LL内去除基片S表面的残余气体，就可以在很大程度上尽早地避免基片上的残余气体进入大气传输模块内，从而在很大程度上避免对大气传输模块的腐蚀。
在本实施例中，加热装置12设置在腔体10顶部，并采用热辐射的方式加热基片S。例如，加热装置12为红外加热装置。
优选地，加热装置12的加热源121用于对基片S进行均匀加热，以使基片上的残余气体均匀性挥发出来。
具体地，加热装置12包括多个加热源121，多个加热源121相对基片S几何对称分布设置，这样，可以均匀地加热基片，。
更具体地，为实现多个加热源121相对基片S均匀设置，在本实施例中，加热源121的数量至少为3个，对应基片S的中心位置设置有一个加热源121；其余加热源121沿基片S的周向间隔且均匀设置，如图5a中加热源121的数量为5个，沿基片S周向上设置的四个加热源采用正方形对称分布模式，对应基片S的中心位置的加热源121位于该正方形的中心位置；如图5b中加热源121的数量为4个，沿基片S周向上设置的3个加热源121采用等边三角形对称分布模式，对应基片S的中心位置的加热源121位于等边三角形的中心位置。但是，在实际应用中，本发明并不局限于此，还可以采用其他方式实现相对基片S均匀设置，在此不一一列举。
当然，在实际应用中，加热装置12还可以为一个整体的加热源121，其尺寸不小于基片的尺寸，以对基片进行均匀加热。
优选地，在本实施例中，在加热装置12和承载装置11之间还设置有隔离透光件18，隔离透光件18用于将腔体10隔离为用于放置加热装置12的第一子腔室101和用于放置承载装置11的第二子腔室102，且可使加热装置发出的光信号(例如，红外加热光信号)穿过以加热基片S；进气装置13和排气装置14均与第二子腔室102相连，也即进气装置13向第二子腔室102内输气，排气装置14将第二子腔室102内的气体排出，采用隔离透光件18可以避免挥发出来的残余气体影响到加热装置12。
另外，优选地，在腔体10的腔室壁内设置有隔热层15，用于避免腔体10内的温度传递至外界环境中，从而可以避免内部的高温传导至腔体10的外壁引起人身安全。
优选地，为了实现自动化控制地去除基片S表面的残余气体，本发明提供的传输腔室还包括气压检测单元16、流量控制器17和控制单元(图中未示出)。其中，气压检测单元16用于检测腔体内气体压力；流量控制器17用于控制进气装置13输入气体流量大小；控制单元被设置成至少执行一次如下方式控制过程：步骤1：先开启加热装置12加热基片S预设时间；步骤2：控制流量控制器17向腔体10内输送气体直至腔体10处于预设压力；步骤3：控制排气装置14将腔体10内的气体排出。
下面在传输腔室为真空大气转换腔室Loadlock的情况下详细描述本发明提供的传输腔室的工作过程。具体地，请参阅图6a，包括以下步骤：S61，预先保证真空大气转换腔室Loadlock抽到真空；S62，真空机械手将基片S自真空传输腔室传入该真空大气转换腔室Loadlock；S63，控制单元控制加热装置12打开；S64，控制单元控制加热装置12加热基片预设时间(例如，30s～60s)；S65，控制单元关闭加热装置12；S66，控制单元控制流量控制器17向腔体10内输送气体直至腔体10内处于预设压力(例如，10T～100T)；S67，控制单元控制排气装置将真空大气转换腔室Loadlock抽至真空；重复执行上述步骤S63至步骤66预设次数(例如，2～4次)；S68，控制单元控制流量控制器17向腔体10内充气直至大气压；S69，大气机械手将晶片传输至大气传输腔室EFEM。
在实际应用中，上述自动化控制地去除基片S表面的残余气体的方式，优选地应用于下述情况：残余气体的携带量相对较少，并且残余气体的性质等因素造成的需要较高的加热温度才能达到较好的加快气体的挥发效果的情况。
在实际应用中，为了自动化控制地去除基片S表面的残余气体，控制单元还可以被设置成：在预设时间内控制加热装置12和排气装置14打开，并控制流量控制器17向腔体10内输送气体并使腔体10气压检测单元16检测到的腔体10内气体压力始终保持在预设压力。
下面在传输腔室为真空大气转换腔室Loadlock的情况下详细描述本发明提供的传输腔室的工作过程。具体地，请参阅图6b，包括以下步骤：S71，预先保证真空大气转换腔室Loadlock抽到真空；S72，将基片自真空传输腔室传入该真空大气转换腔室Loadlock；S73，控制单元控制加热装置12打开，并控制流量控制器17向腔体10内充气以及控制排气装置14进行排气(即，打开)；S74，控制单元保持预设时间(例如，3min～5min)；S75，控制单元控制加热装置12和排气装置14关闭；S76，控制单元控制流量控制器17向腔体10内充气直至大气压；S77，大气机械手将晶片传输至大气传输腔室EFEM。
在实际应用中，该第二种自动化控制地去除基片S表面的残余气体的方式，优选地应用于下述情况：残余气体的携带量相对较多，并且残余气体的性质等因素造成的不需要较高的加热温度才能达到较好的加快气体的挥发效果的情况。
实施例2
本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明上述实施例1提供的传输腔室。
具体地，半导体加工设备可以为但不限于刻蚀设备和沉积设备。
本发明实施例提供的半导体加工设备，由于其采用本发明上述实施例提供的传输腔室，因此，可以提高半导体加工设备的寿命，从而可以提高工艺质量。
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 (9)

1.一种传输腔室，与真空传输腔室和大气传输腔室相连通，包括腔体，在所述腔体内设置有用于承载基片的承载装置，其特征在于，还包括加热装置、进气装置、排气装置和控制单元；
所述加热装置用于加热工艺处理完成后的基片，以使所述基片上残余的腐蚀性工艺气体挥发；
所述进气装置用于向所述腔体内输送气体；
所述排气装置用于将所述腔体内的气体排出；其中，
所述加热装置设置在所述腔体顶部，并采用热辐射的方式加热所述基片；
在所述加热装置和所述承载装置之间还设置有隔离透光件，所述隔离透光件用于将所述腔体隔离为用于放置所述加热装置的第一子腔室和用于放置所述承载装置的第二子腔室，且可使所述加热装置发出的光信号穿过以加热基片；
所述进气装置和所述排气装置均与所述第二子腔室相连通；
所述控制单元被设置成：在基片上残余的腐蚀性工艺气体的携带量少，并且需要高的加热温度才能达到好的加快气体的挥发效果的情况下，至少执行一次如下控制过程：步骤1：开启所述加热装置并加热所述基片至预设时间；步骤2：控制所述进气装置向所述腔体内输送气体直至所述腔体处于预设压力；步骤3：控制所述排气装置将所述腔体内的气体排出；和/或，在基片上残余的腐蚀性工艺气体的携带量多，且不需要高的加热温度就能达到好的加快气体的挥发效果的情况下，在预设时间内控制所述加热装置和所述排气装置打开，并控制所述进气装置向所述腔体内输送气体并使所述腔体内气体压力始终保持在预设压力；以避免所述基片上的腐蚀性工艺气体进入大气传输腔室内，从而避免对所述大气传输腔室的腐蚀，提高所述大气传输腔室的使用寿命，并避免对所述基片产生颗粒污染。
2.根据权利要求1所述的传输腔室，其特征在于，所述传输腔室为真空大气转换腔室。
3.根据权利要求1所述的传输腔室，其特征在于，所述加热装置的加热源用于对所述基片均匀加热。
4.根据权利要求3所述的传输腔室，其特征在于，所述加热源的数量为多个，多个所述加热源相对于所述基片呈几何对称分布设置。
5.根据权利要求4所述的传输腔室，其特征在于，所述加热源的数量至少为3个，对应所述基片的中心位置设置有一个所述加热源；其余所述加热源沿基片的周向间隔且均匀设置。
6.根据权利要求1所述的传输腔室，其特征在于，在所述腔体的内壁上设置有隔热层，用于避免所述腔体内的温度传递至外界环境中。
7.根据权利要求1所述的传输腔室，其特征在于，还包括：
气压检测单元，用于检测所述腔体内气体压力；
流量控制器，用于控制所述进气装置输入气体流量大小。
8.根据权利要求1所述的传输腔室，其特征在于，还包括：
气压检测单元，用于检测所述腔体内气体压力；
流量控制器，用于控制所述进气装置输入气体流量大小。
9.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的传输腔室。
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