CN108807216B - 粘片检测系统及方法、反应腔室、半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粘片检测系统，包括：输气管路，与气源和静电卡盘的冷媒气体通道相连，用于将气源提供的气体经过所述输气管路和冷媒气体通道向晶片背吹；在所述输气管路上还设置有检测模块；所述检测模块，与控制模块相连，用以在所述输气管路内输送的气体的流量和压力中一个设置为定值时检测另一个对应的数值并发送至控制模块；所述控制模块，用于判断所述检测模块发送的所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片；或者，判断所述检测模块发送的所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片。还提供一种粘片检测方法、反应腔室和半导体加工设备。本发明可以防止碎片和撞片问题的发生。

Description

粘片检测系统及方法、反应腔室、半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种粘片检测系统及方法、反应腔室及半导体加工设备。

背景技术

在集成电路芯片制造行业中，晶片加工的整个流程普遍包括光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积、核心封装等工艺。在诸如等离子刻蚀工艺中，通常需要将晶片固定在反应腔室内的卡盘上对晶片进行刻蚀。目前，静电卡盘是一种利用静电力固定晶片的卡盘结构，消除了机械卡盘结构复杂、晶片有效加工面积减少等缺点。

图1a为典型的具有静电卡盘的反应腔室的结构示意图，请参阅图1a，该反应腔室5的顶壁为一介质窗1，在介质窗1的上方设置有电感耦合线圈2，上射频源4通过匹配器3与电感耦合线圈2相连，用于向电感耦合线圈2提供射频信号，以在腔室内产生磁场将腔室内工艺气体激发成等离子体6。在腔室内设置有静电卡盘11，用于承载晶片7。下射频源14通过下匹配器13连接至静电卡盘11，用于在晶片7表面产生直流自偏压，吸引等离子朝向晶片7移动，以对晶片7表面进行加工处理。静电卡盘11设置在卡盘基座12上，静电卡盘11的直径小于卡盘基座12的直径，在卡盘基座12上设置有聚焦环20，聚焦环20套置在静电卡盘11的侧壁外侧，且聚焦环20的上表面高于晶片7，以起到定位晶片7和聚焦等离子体的作用；在静电卡盘11内部埋设直流电极10，直流电极10的四面被绝缘材料包裹，直流电源15向直流电极10加载直流电压，以采用静电吸附的方式将固定晶片7固定在静电卡盘11上。静电卡盘11内部设置有冷媒气体通道9，控制一定压力或流量的冷媒气体对晶片7背部进行气体吹扫，从而实现在工艺过程中的晶片7温度控制。

如图1a和图b所示，反应腔室还包括在静电卡盘11内可升降的顶针机构8，在工艺过程中，顶针机构8下降至静电卡盘11的下表面以下，如图1a所示；在工艺结束后，顶针机构8升起将晶片7顶起，如图1b所示，之后，机械手16伸入晶片7的下方，顶针结构8再下降至静电卡盘11的下表面以下，此时，晶片7位于机械手16上，之后，机械手16将晶片7带出腔室。

然而，采用上述静电卡盘11在工艺实际应用过程中发现以下问题：在工艺完成后，静电卡盘11进行放电完成后，仍然存在残余电荷将晶片固定住，即出现粘片现象，粘片现象存在较为危险的隐患，特别在自动化生产中，由于顶针机构8的升降、机械手16伸缩为连贯动作，粘片导致晶片7被顶针机构8顶碎(如图2a所示)，或者，会导致晶片7被顶起后处于倾斜状态(如图2b所示)，此时，机械手16进入腔室会撞击晶片7造成晶片7损坏。

故，目前亟需一种能够检测出粘片的粘片检测系统和粘片检测方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种粘片检测系统及方法、反应腔室及半导体加工设备，可以防止碎片和撞片问题的发生。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种粘片检测系统，包括：

输气管路，与气源和静电卡盘的冷媒气体通道相连，用于将气源提供的气体经过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面；

在所述输气管路上还设置有检测模块；

所述检测模块，与控制模块相连，用以在所述输气管路内输送的气体流量为定值时检测检测其压力值，或者在所述输气管路内输送的气体压力为定值时检测检测其流量值，并将检测到的压力值或流量值发送至控制模块；

所述控制模块，用于判断所述检测模块发送的所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片；或者，判断所述检测模块发送的所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片。

优选地，还包括：报警模块，用于在控制模块确定发生粘片时发出报警信号。

优选地，所述检测模块包括流量表和压力表。

优选地，所述气源为氦气源。

本发明还提供一种粘片检测方法，包括以下步骤：

将在输气管路内输送的气体的流量设置为定值；

打开气源，将气源提供的气体通过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测所述输气管路内输送的气体的压力值；

判断所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片。

优选地，还包括：若确定发生粘片，则发出报警信号。

本发明还提供一种粘片检测方法，包括以下步骤：

将在输气管路内输送的气体的压力设置为定值；

打开气源，将气源提供的气体通过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测所述输气管路内输送的气体的流量值；

判断所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片。

优选地，还包括：若确定发生粘片，则发出报警信号。

本发明还提供一种反应腔室，包括上述粘片检测系统。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括上述反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，能够检测出是否发生粘片现象，为是否进行后续工艺进行预判断，若发生，则停止后续工艺，从而可以防止碎片和撞片问题的发生。

附图说明

图1a和图1b为典型的具有静电卡盘的反应腔室的两种工作状态的工作示意图；

图2a为粘片导致碎片的示意图；

图2b为粘片导致撞片的示意图；

图3为应用本发明实施例提供的粘片检测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第一种粘片检测方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的第二种粘片检测方法的流程图。

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，下面结合附图来对本发明提供的一种粘片检测系统及方法、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

实施例1

图3为应用本发明实施例提供的粘片检测系统的结构示意图；请参阅图3，本发明实施例提供的粘片检测系统包括：输气管路30、检测模块31、控制模块32和报警模块33。其中：

输气管路30与气源和静电卡盘11的冷媒气体通道9相连，用于将气源提供的气体经过输气管路30和冷媒气体通道9吹向晶片7背面。

检测模块31设置在输气管路30上且与控制模块32相连，在输气管路30内输送的气体的流量设置为定值时检测气体的压力值发送至控制模块32；或者，在输气管路30内输送的气体的压力设置为定值时检测气体的流量值发送至控制模块32。

控制模块32用于判断检测模块31发送的流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片；或者，判断检测模块31发送的压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片。

下面详细介绍本发明上述提供的粘片检测系统的工作原理。

第一，晶片7和静电卡盘11之间的静电力、晶片7和静电卡盘11的紧密度、气体经过晶片7和静电卡盘11之间间隙的泄露量/泄漏难度、与输气管路30中的压力、输气管路30中的流量具有一定的关系。具体地，静电力越大→紧密度越大→泄漏量越小/泄漏难度越难，在该情况下，若压力一定时(即设置为定值时)，由于气体泄漏量越小，则输气管路30中的流量则就越小；若流量一定时，由于气体泄漏量越小，这使得输气管路30中的密度增大，压力自然就越大。

第二，晶片7和静电卡盘11之间的静电力大，表明：晶片被静电卡盘11固定住或者说发生粘片现象。

基于以上两点可知，在晶片发生粘片情况下，若压力一定时(即设置为定值时)，输气管路30中的流量则应小于未发生粘片时的流量；若流量一定时，输气管路30中的压力则应大于未发生粘片时的压力。

在实际应用中，压力阈值和流量阈值可以按照以下方式设置：

其一，在给定的定值压力下将不粘片时的流量值作为流量阈值；在给定的定值流量下将不粘片时的压力值作为压力阈值。举例说明，若采用给定的定值压力为8Torr，静电卡盘11不加载直流电压进行固定(即，晶片释放或不粘片)时，输气管路30中的流量范围在25sccm～26sccm，因此，可以选取该范围内的任意值作为流量阈值。

其二，在静电卡盘11释放晶片7后在给定的定值压力下流量在一定范围内可以保证顶针升起时晶片不会碎裂或者倾斜，则该范围的下限即可认为是流量阈值的最小值；而晶片7传入腔室，静电卡盘11并没有加载直流电压情况下，在给定的定值压力下检测流量即是流量阈值的最大值。根据实际需要，可在最小值与最大值之间选择合适的数值作为流量阈值。

相应地，在静电卡盘11释放晶片7后在给定的定值流量下压力在一定范围内可以保证顶针升起时晶片不会碎裂或者倾斜，则该范围的上限即可认为是压力阈值的最大值；而晶片7传入腔室，静电卡盘11并没有加载直流电压情况下，在给定的定值流量下检测压力即是压力阈值的最小值。根据实际需要，可在最小值与最大值之间选择合适的数值作为压力阈值。

由上可知，本发明实施例提供的粘片检测系统，能够检测出是否发生粘片现象，为是否进行后续工艺预判断，若发生，则停止后续工艺，从而可以防止碎片和撞片问题的发生。

优选地，报警模块33用于在控制模块32确定发生粘片时发出报警信号，报警信号包括但不限于音频信号、图像信号等。这样，可以告知操作人员进行人为检查，以避免碎片或撞片现象的发生。

还优选地，检测模块31包括流量表311和压力表312，流量表311用于对输气管路30中的流量进行控制和检测，压力表312用于对输气管路中的压力进行控制和检测。具体地，流量表311和压力表312可以但不限于采用649真空规。

另外，优选地，气源包括但不限于氦气源，这是因为氦气不易对腔室产生污染，当然，在实际应用中，还可以采用其他对腔室产生污染的气体源。

另外，请参阅图3，具体地，在检测模块31的两端分别设置有阀V1和V2；另外，冷媒气体通道9还与抽气通道40相连，抽气通道40上设置有阀V3，且抽气通道40与真空泵相连。

具体工作过程为：在工艺过程中，静电卡盘11吸附住晶片7，打开阀V1和V2，关闭阀V3，气源提供的气体(一般为He气)，依次通过阀V1、压力表312、流量表311、阀V2和冷媒气体通道9，到达晶片7的背部，并对其进行气体吹扫，图3中箭头画出了气体流动方向。

在工艺结束后，关闭阀V1和V2，打开阀V3，真空泵将气路中的气体抽离；之后关闭阀V3，然后静电卡盘11进行放电以释放晶片7；之后，采用本发明实施例提供的粘片检测系统检测是否发生粘片，若否，则控制机械手将晶片7传出腔室；若是，则停止后续工艺。

实施例2

图4为本发明实施例提供的第一种粘片检测方法的流程图；请参阅图4，本实施例提供的粘片检测方法包括以下步骤：

S1，将在输气管路内输送的气体的流量设置为定值。

S2，打开气源，将气源提供的气体通过输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测输气管路内输送的气体的压力值。

S3，判断所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片。

优选地，在本实施例中，步骤S3还包括：若确定发生粘片，则发出报警信号。

具体地，在步骤S3中，若判断所述压力值不大于压力阈值，则确定未发生粘片，则机械手将晶片传出腔室。

由于本发明实施例提供的粘片检测方法是上述实施例1提供的粘片检测系统相对应的方法实施例，因此，具体内容参见上述实施例1，在此不再赘述。

在实际应用中，步骤S1之前包括：S0，静电卡盘11放电，这样，可以通过步骤S1～S3检测是否放电彻底，即是否存在残余电荷而发生粘片。

本发明实施例提供的粘片检测方法，能够检测出是否发生粘片现象，为是否进行后续工艺预判断，若发生，则停止后续工艺，从而可以防止碎片和撞片问题的发生。

实施例3

图5为本发明实施例提供的第一种粘片检测方法的流程图；请参阅图5，本实施例提供的粘片检测方法包括以下步骤：

S11，将在输气管路内输送的气体的压力设置为定值.

S12，打开气源，将气源提供的气体通过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测所述输气管路内输送的气体的流量值。

S13，判断所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片。

优选地，在本实施例中，步骤S3还包括：若确定发生粘片，则发出报警信号。

具体地，在步骤S13中，若判断流量值不小于流量阈值，则确定未发生粘片，则机械手将晶片传出腔室。

由于本发明实施例提供的粘片检测方法是上述实施例1提供的粘片检测系统相对应的方法实施例，因此，具体内容参见上述实施例1，在此不再赘述。

在实际应用中，步骤S11之前包括：S10，静电卡盘11放电，这样，可以通过步骤S11～S13检测是否放电彻底，即是否存在残余电荷而发生粘片。

本发明实施例提供的粘片检测方法，能够检测出是否发生粘片现象，为是否进行后续工艺预判断，若发生，则停止后续工艺，从而可以防止碎片和撞片问题的发生。

实施例4

本发明实施例还提供一种反应腔室，包括上述实施例1提供的粘片检测系统，以检测静电卡盘是否发生粘片。

本发明实施例提供的反应腔室，由于采用上述实施例提供的粘片检测系统，因此，可以提高操作的安全性，且防止碎片和撞片问题的发生。

实施例5

本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括上述实施例1提供的反应腔室。

本发明实施例提供的半导体加工设备，由于采用上述实施例提供的反应腔室，因此，可以提高操作的安全性，且防止碎片和撞片问题的发生。

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 (10)

1.一种粘片检测系统，其特征在于，包括：

输气管路，与气源和静电卡盘的冷媒气体通道相连，用于将气源提供的气体经过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面；

在所述输气管路上还设置有检测模块；

所述检测模块，与控制模块相连，用以在所述输气管路内输送的气体流量为定值时检测其压力值，或者，在所述输气管路内输送的气体压力为定值时检测其流量值，并将检测到的压力值或流量值发送至控制模块；

所述控制模块，用于判断所述检测模块发送的所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片；或者，判断所述检测模块发送的所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片；其中，

所述压力阈值为在给定的定值流量下不粘片时的压力值；

所述流量阈值为在给定的定值压力下不粘片时的流量值；或者，

所述压力阈值的最大值为在所述静电卡盘释放所述晶片后，在给定的定值流量下可以保证顶针升起时所述晶片不会碎裂或者倾斜的压力范围的上限；所述压力阈值的最小值为所述晶片传入腔室，所述静电卡盘并没有加载直流电压情况下，在给定的定值流量下检测到的压力；所述压力阈值为所述最小值与所述最大值之间的数值；

所述流量阈值的最小值为在所述静电卡盘释放所述晶片后，在给定的定值压力下可以保证顶针升起时所述晶片不会碎裂或者倾斜的流量范围的下限；所述流量阈值的最大值为所述晶片传入腔室，所述静电卡盘并没有加载直流电压的情况下，在给定的定值压力下检测到的流量；所述流量阈值为所述最小值与所述最大值之间的数值。

2.根据权利要求1所述的粘片检测系统，其特征在于，还包括：

报警模块，用于在控制模块确定发生粘片时发出报警信号。

3.根据权利要求1所述的粘片检测系统，其特征在于，所述检测模块包括流量表和压力表。

4.根据权利要求1所述的粘片检测系统，其特征在于，所述气源为氦气源。

5.一种粘片检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将在输气管路内输送的气体的流量设置为定值；

打开气源，将气源提供的气体通过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测所述输气管路内输送的气体的压力值；

判断所述压力值是否大于压力阈值，若是，则确定发生粘片；其中，

所述压力阈值为在给定的定值流量下不粘片时的压力值；或者，

所述压力阈值的最大值为在静电卡盘释放所述晶片后，在给定的定值流量下可以保证顶针升起时所述晶片不会碎裂或者倾斜的压力范围的上限；所述压力阈值的最小值为所述晶片传入腔室，所述静电卡盘并没有加载直流电压情况下，在给定的定值流量下检测到的压力；所述压力阈值为所述最小值与所述最大值之间的数值。

6.根据权利要求5所述的粘片检测方法，其特征在于，还包括：

若确定发生粘片，则发出报警信号。

7.一种粘片检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将在输气管路内输送的气体的压力设置为定值；

打开气源，将气源提供的气体通过所述输气管路和冷媒气体通道吹向晶片背面，并检测所述输气管路内输送的气体的流量值；

判断所述流量值是否小于流量阈值，若是，则确定发生粘片；其中，

所述流量阈值为在给定的定值压力下不粘片时的流量值；或者，

所述流量阈值的最小值为在静电卡盘释放所述晶片后，在给定的定值压力下可以保证顶针升起时所述晶片不会碎裂或者倾斜的流量范围的下限；所述流量阈值的最大值为所述晶片传入腔室，所述静电卡盘并没有加载直流电压的情况下，在给定的定值压力下检测到的流量；所述流量阈值为所述最小值与所述最大值之间的数值。

8.根据权利要求7所述的粘片检测方法，其特征在于，还包括：

若确定发生粘片，则发出报警信号。

9.一种反应腔室，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的粘片检测系统。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求9所述的反应腔室。

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