CN110400736B - 具备清洁功能的半导体工艺设备及其清洁方法 - Google Patents

具备清洁功能的半导体工艺设备及其清洁方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具备清洁功能的半导体工艺设备及其清洁方法，包括：腔室，在内部提供基板处理空间；第一排气部，从所述腔室内部排放工艺气体；第一供气部，向所述腔室内部供应惰性气体；第二供气部，向所述腔室内部供应清洁气体而在所述腔室内部产生烟气；以及，第二排气部，从所述腔室内部排放所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者混合气体，所述混合气体混合有所述惰性气体、所述清洁气体和所述烟气。

Description

具备清洁功能的半导体工艺设备及其清洁方法
技术领域
本发明涉及具备清洁功能的半导体工艺设备及利用清洁功能的半导体工艺设备的清洁方法。
背景技术
半导体工艺设备是在夹盘(chuck)上安放基板并通过半导体工艺处理基板的装置。
例如，通过半导体工艺处理基板的装置可向腔室内部注入工艺气体来执行等离子体蒸镀及蚀刻中一个以上。通常，为了蚀刻形成在基板上的薄膜，将氯(Cl)系气体用作工艺气体。
当将这种氯系气体用作工艺气体并重复执行蚀刻工艺时，在腔室内部产生反应副产物。产生的反应副产物沉积在腔室内部，在后续工艺中对基板作用为污染源，因此需要用于去除其的腔室内部的周期性清洁工艺。
一般来说，腔室清洁工艺伴随有开启腔室盖来去除残留在腔室内壁及部件上的残留副产物的过程。在此过程中，当开启腔室盖时，产生烟气(Fume)。
烟气例如可以是，残留在腔室内部的氯与在开启腔室盖时流入腔室内部的大气气体相遇急剧反应而产生的氯化氢(HCl)。
由于烟气是对人体有害的成分，因此作业人员在穿戴防毒面罩等之后开启腔室盖，之后去除沉积在腔室内部的反应副产物。但是，这种清洁过程存在的问题是作业人员可能会吸入有害物质。
作为清洁腔室的另一方法，不开启腔室的盖，向腔室内部供应与氯反应的清洁气体而产生烟气，并将其通过与腔室连接的泵进行排放。之后，作业人员开启腔室盖，去除沉积在腔室内部及部件上的反应副产物。但是，这种方法存在的问题是，烟气在具有比腔室内部的温度相对低的温度的连接腔室和泵的泵送管道中以粉末形态固着，从而半导体工艺设备的性能降低。并且，存在的问题是，当使用泵时，由于氯的排放速度比氯化氢的生成速度更快，因此氯直接被吸入泵内，对泵的部件引起腐蚀，从而半导体工艺设备发生故障。
现有技术文献
专利文献
专利文献1韩国授权专利10-0266681(2000年06月27日)
专利文献2韩国授权专利10-1078536(2011年10月25日)
专利文献3韩国授权专利10-1720620(2017年03月22日)
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备清洁功能的半导体工艺设备及利用清洁功能的半导体工艺设备的清洁方法。
在本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备中，所述具备清洁功能的半导体工艺设备包括：腔室，在内部提供基板处理空间；第一排气部，从所述腔室内部排放工艺气体；第一供气部，向所述腔室内部供应惰性气体；第二供气部，向所述腔室内部供应清洁气体而在所述腔室内部产生烟气；以及，第二排气部，从所述腔室内部排放所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者混合气体，所述混合气体混合有所述惰性气体、所述清洁气体和所述烟气。
其中，所述第二排气部包括：排气阀，连接于所述腔室并开闭所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者所述混合气体的排放；以及抽吸风扇，调节所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者所述混合气体的排放量。
其中，所述半导体工艺设备还包括控制部，所述控制部控制所述抽吸风扇，所述控制部控制所述抽吸风扇的旋转速度。
其中，所述半导体工艺设备还包括检测装置，所述检测装置设置于所述第二排气部，并且检测所述烟气的残留量，所述检测装置检测的所述烟气的残留量的值输入至所述控制部，将输入的值与基准设定值进行比较来调节所述抽吸风扇的旋转速度。
其中，所述半导体工艺设备还包括控制部，所述控制部控制所述第一排气部、所述第一供气部、所述第二供气部及所述第二排气部中的一个以上，所述控制部分别控制所述第一排气部、所述第一供气部、所述第二供气部及所述第二排气部中的一个以上，或者关联控制所述第一排气部、所述第一供气部、所述第二供气部和所述第二排气部中的两个以上。
其中，所述半导体工艺设备还包括检测装置，所述检测装置设置于所述第二排气部，并且检测所述烟气的残留量。
其中，所述半导体工艺设备还包括控制部，所述控制部从所述检测装置被输入检测到的所述烟气的残留量的值，从所述检测装置向所述控制部输入检测到的所述残留量的值，所述控制部基于被输入的所述值控制所述第二供气部及所述第二排气部的驱动。
其中，所述半导体工艺设备还包括加热装置，所述加热装置设置于所述第二供气部或所述第二排气部侧，并且加热所述烟气。
在本发明的半导体工艺设备的清洁方法中，利用包括连接于腔室的第一排气部、第一供气部、第二供气部及第二排气部的半导体工艺设备来去除存在于所述腔室内部的烟气，其中，所述清洁方法包括以下步骤：从所述第一供气部向所述腔室内部供应惰性气体，直至所述腔室内部达到基准设定压力；在所述腔室内部的压力达到所述基准设定压力之后，中断来自所述第一供气部的所述惰性气体的供应；启动所述第二排气部，在所述腔室内部形成气流，以使得所述腔室内部的所述惰性气体向所述腔室外部排放；以及，从所述第二供气部向所述腔室内部供应清洁气体。
其中，在供应所述清洁气体的步骤中，清洁气体代替所述惰性气体而保持所述腔室内部的压力比所述腔室外部的压力小，由此从所述第二供气部向所述腔室内部持续流入所述清洁气体。
首先，在作业人员执行开启腔室的盖的操作之前去除烟气，从而能够解决作业人员在清洁过程中可能吸入有害物质的问题。
此外，将排放烟气的第二排气部与第一排气部在物理上区分，从而能够解决烟气以粉末形态固着在泵送管道上的问题。由此，能够解决半导体工艺设备的性能降低或频繁发生故障的问题。并且，能够解决对泵的部件引起腐蚀而半导体工艺设备发生故障的问题。
此外，抽吸风扇具有能够调节烟气的产生量和排放量的效果。
此外，控制部具有能够调节烟气的产生量和排放量的效果。
此外，检测装置及控制部具有能够根据情况调节烟气产生的量的效果。
此外，控制部具有能够调节烟气的产生量和排放量的效果。
此外，检测装置具有能够客观地判断烟气是否被充分去除的效果。
此外，当提高烟气的温度时，具有防止烟气以粉末形态固着在腔室内部的效果。
此外，形成向第二排气部排放惰性气体的气流，并向腔室内部供应清洁气体，从而能够防止烟气通过第二排气部向腔室外部漏出，防止腔室外部的周边环境被污染。
此外，通过调节第二排气部和腔室内部的压力，具有清洁气体持续流入腔室内部的效果。
附图说明
图1是说明根据本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备的图。
图2是说明图1的半导体工艺设备中包括控制部、检测装置及加热装置的半导体工艺设备的图。
图3是说明为了执行本发明的半导体工艺设备的清洁方法而控制各个构成的顺序及方法的图。
图4是说明按照图3的清洁方法执行清洁的情况下的腔室内部的供气及排放的图。
附图标记说明
100：半导体工艺设备；10：腔室；20：第一排气部；3：第一供气部；40：第二供气部；50：第二排气部；51：排气阀；52：抽吸风扇；53：检测装置；60：控制部；70：加热装置；G：工艺气体；N：惰性气体；A：清洁气体；F：烟气。
具体实施方式
以下，参照附图，针对根据本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备及利用清洁功能的半导体工艺设备的清洁方法详细说明。
通常，为了蚀刻形成在基板上的薄膜，将氯(Cl)系(Cl2/Ar、Cl2/N2、Cl2/He、Cl2/BCl3/Ar、BCl3/Ar、BrCl3、SiCl4/Ar、CCl2F2/H2/Ar等)的气体用作工艺气体。当利用这种工艺气体重复执行蚀刻工艺时，在腔室内部产生反应副产物。反应副产物沉积在腔室内部，在后续工艺中对基板作用为污染源，因此为了去除其，腔室需要进行周期性清洁工艺。作为清洁腔室的方法，存在作业人员开启腔室盖来清洁腔室内部的方法。在此情况下，在作业人员开启腔室盖时，含有水分的大气气体流入腔室内部，从而产生烟气(Fume)。烟气可以是残留在腔室内的氯和大气中的水分(H2O)反应而生成的氯化氢(HCl)。
烟气例如可以是，残留在腔室内部的氯与在开启腔室盖时流入腔室内部的大气气体相遇急剧反应而产生的氯化氢(HCl)。
由于烟气是对人体有害的成分，因此作业人员在穿戴防毒面罩等之后开启腔室盖，之后去除沉积在腔室内部的反应副产物。但是，这种清洁过程存在的问题是作业人员可能会吸入有害物质。
作为清洁腔室的另一方法，不开启腔室的盖，向腔室内部供应与氯反应的清洁气体而产生烟气，并将其通过与腔室连接的泵进行排放。之后，作业人员开启腔室盖，去除沉积在腔室内部及部件上的反应副产物。但是，这种方法存在的问题是，烟气在具有比腔室内部的温度相对低的温度的连接腔室和泵的泵送管道中以粉末形态固着，从而半导体工艺设备的性能降低。并且，存在的问题是，当使用泵时，由于氯的排放速度比氯化氢的生成速度更快，因此氯直接被吸入泵内，对泵的部件引起腐蚀，从而半导体工艺设备发生故障。
为了解决这种问题，如图1所示，根据本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备100包括腔室10、第一排气部20、第一供气部30、第二供气部40及第二排气部50。
腔室10在内部提供基板处理空间。
第一排气部20从腔室10内部排放工艺气体G。
此时，第一排气部20可以是使腔室10的内部保持真空状态并排放工艺气体G的泵。
此外，工艺气体G可以是蚀刻形成在基板上的薄膜的氯(Cl)系(Cl2/Ar、Cl2/N2、Cl2/He、Cl2/BCl3/Ar、BCl3/Ar、BrCl3、SiCl4/Ar、CCl2F2/H2/Ar等)的气体。
第一供气部30向腔室10内部供应惰性气体N。
此时，惰性气体N可以是不参与蚀刻之类反应工艺的氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)等气体。
第二供气部40向腔室10内部供应清洁气体A，以在腔室10内部产生烟气F。
此时，清洁气体A可以是包含水分(H2O)的大气气体。
此外，第二供气部40可以是设置在腔室10的壁上的阀，可以是没有单独存在与从外部供应气体的流路的连接而通过开启来向腔室10内部供应腔室10外部的大气气体。
第二排气部50可从腔室10内部排放惰性气体N、清洁气体A、烟气F或者混合有这些的混合气体。
根据这种构成，排放烟气F的第二排气部50与第一排气部20在物理上区分。
此外，即使不开启腔室10的盖，可通过第一供气部30向腔室10内部供应惰性气体N而调节腔室10内部的压力，通过第二供气部40向腔室10内部供应清洁气体A而产生烟气F，产生的烟气F通过第二排气部50排放。
如此，在作业人员执行开启腔室10的盖的作业之前去除烟气F，从而能够解决作业人员在清洁过程中可能会吸入有害物质的问题。
此外，将排放烟气F的第二排气部50与第一排气部20在物理上区分，从而能够解决烟气F以粉末形态固着在泵送管道上的问题。由此，能够解决半导体工艺设备的性能降低或频繁发生故障的问题。并且，能够解决在泵的部件上引起腐蚀而半导体工艺设备发生故障的问题。
第二排气部50可包括排气阀51和抽吸风扇52。
排气阀51可连接于腔室10，开闭惰性气体N、清洁气体A、烟气F或者混合有这些的混合气体的排放。
抽吸风扇52可在腔室10内部向排气阀51方向形成气流并调节排放量，以便使惰性气体N、清洁气体A、烟气F或者混合有这些的混合气体向外部顺畅地排放。
与泵不同，抽吸风扇52可通过调节旋转速度(RPM，Revolution Per Minute(每分钟转速))，调节从第二供气部40向腔室10内部供应清洁气体A的速度、清洁气体A在腔室10内部进行反应产生烟气F的速度、从第二排气部50排放腔室10内部的烟气F的速度，从而能够调节烟气F的产生量和排放量。
关于抽吸风扇52，在烟气F以粉末形态固着在第二排气部50上而排放量减少的情况下，与泵不同，抽吸风扇52能够调节旋转速度，从而能够与排放量的减少对应地增加旋转速度，增加排放量。
如此，抽吸风扇52具有能够调节烟气F的产生量和排放量的效果。
参照图2，本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备100还包括控制第一排气部20、第一供气部30、第二供气部40及第二排气部50中的一个以上的控制部60。
控制部60可分别控制第一排气部20、第一供气部30、第二供气部40及第二排气部50中的一个以上，或者如下那样关联控制第一排气部20、第一供气部30、第二供气部40及第二排气部50中的两个以上。
控制部60可控制第一排气部20和第一供气部30，以使得在切断从第一排气部20排放的状态下开启第一供气部30而使惰性气体N供应至腔室10内部。
控制部60可控制第一供气部30和第二排气部50，以使得惰性气体N在从第一供气部30向腔室10内部供应一定量以上的状态下向第二排气部50排放。
控制部60可控制第二排气部50和第二供气部40，以使得在向第二排气部50进行排放的状态下从第二供气部40向腔室10内部供应清洁气体A。
控制部60控制抽吸风扇52的旋转速度，能够调节清洁气体A从第二供气部40供应至腔室10内部的速度、清洁气体A在腔室10内部进行反应而产生烟气F的速度、腔室10内部的烟气F从第二排气部50排放的速度，从而能够调节烟气F的产生量和排放量。
如此，控制部60具有能够调节烟气F的产生量和排放量的效果。
现有的半导体工艺设备存在的问题是无法确认腔室10内部的烟气F是否被充分去除。因此，存在的问题是只能依赖作业人员的主观判断或经验数据来判断烟气F是否被充分去除。
为了解决这种问题，根据本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备100还包括检测烟气F的残留量的检测装置53。
检测装置53设置在第二排气部50，检测向腔室10外部排放的烟气F的残留量。
此时，检测装置53可以是直接检测氯化氢或者检测有无构成氯化氢的分子来检测烟气F的残留量的装置。
可基于从检测装置53检测的烟气F的残留量值，操作第二供气部40和第二排气部50的驱动，或者可通过控制部60控制第二供气部40和第二排气部50的驱动。
从检测装置53检测的烟气F的残留量值输入至控制部60，控制部60可基于输入的值，控制第二供气部40和第二排气部50的驱动。
例如，基于输入至控制部60的值，当烟气F被充分去除时可中断第二供气部40和第二排气部50的驱动，基于输入至控制部60的值，当烟气F没有被充分去除时可继续第二供气部40和第二排气部50的驱动。
根据这种构成，检测装置53确认从第二排气部50排放的烟气F的残留量，从而根据通过检测装置53测定的烟气F的残留量值来确认腔室10内部的烟气F的残留量，基于此能够客观地判断烟气F是否被充分去除。
如此，检测装置53具有能够客观地判断烟气F是否被充分去除的效果。
另一方面，检测装置53所检测的烟气F的残留量值输入至控制部60，基于输入的值，可控制第二供气部40和第二排气部50的驱动。
此外，检测装置53所检测的烟气F的残留量值输入至控制部60，将输入的值与基准设定值进行比较，调节抽吸风扇52的旋转速度，调节清洁气体A反应的时间，从而能够调节烟气F产生的量。
例如，从检测装置53检测的烟气F的残留量值输入至控制部60，当输入的值比基准设定值小时，判断为在清洁气体A反应而产生烟气F之前排放的速度快，控制部60降低抽吸风扇52的旋转速度而增加清洁气体A反应的时间，从而能够增加烟气F产生的量。
此外，从检测装置53检测的烟气F的残留量值输入至控制部60，当输入的值比基准设定值大时，判断为与清洁气体A反应而产生的烟气F的量相比排放的速度慢，控制部60提高抽吸风扇52的旋转速度而减少清洁气体A反应的时间，从而能够减少烟气F产生的量。
如此，检测装置53和控制部60具有可根据情况调节烟气F产生的量的效果。
现有的半导体工艺设备存在的问题是烟气F因温度降低而以粉末形态固着在第二排气部50。
为了解决这种问题，如图2所示，根据本发明的具备清洁功能的半导体工艺设备100还包括加热装置70。
加热装置70可设置在第二供气部40或第二排气部50侧，对烟气F进行加热。图2中示出加热装置70布置在第二供气部40侧，但其仅为示例，不限定于此。
加热装置70可以是包裹第二供气部40或第二排气部50的管道的加热套(HEATERJACKET)或加热管。
此时，可在加热管的内部循环作为传递热量的导热体的气体或液体。
加热装置70可通过加热第二供气部40或第二排气部50的管道来提高烟气F的温度。
如此，当提高烟气F的温度时，具有防止烟气F以粉末形态固着在腔室10内部的效果。
以下，一同参照图3和图4，针对利用上述半导体工艺设备100的半导体工艺设备的清洁方法进行具体说明。
参照图3，在S1步骤中，控制部60中断从第一排气部20向腔室10内部的工艺气体G的排放。并且，从第一供气部30向腔室10内部供应惰性气体N，直至达到基准设定压力。
此时，从第一排气部20向腔室10内部的工艺气体G的排放的中断可以是中断泵的驱动或者切断连接腔室10和泵的泵送管道，从而可使烟气F通过第一排气部20不排放。
如图3所示，从第一排气部20向腔室10内部排放工艺气体G，直至到达S1步骤，随之，如图4所示，腔室10内部的工艺气体G减少。之后，在S1步骤中，在中断工艺气体G的排放的时间点，随着从第一供气部30向腔室10内部供应惰性气体N，腔室10内部的惰性气体N在从S1步骤到达S2步骤的期间增加。
接着，在S2步骤中，当腔室10内部的压力达到基准设定压力时，中断来自第一供气部30的惰性气体N的供应，启动第二排气部50。
此时，基准设定压力可意指比蚀刻工艺时的压力相对大且比大气压小的压力，或者基准设定压力可意指大气压水平的压力。
此外，根据图3所示，示出依次执行中断来自第一供气部30的惰性气体N的供应的步骤和启动第二排气部50的步骤，但不限于此，控制部60也可以同时执行中断来自第一供气部30的惰性气体N的供应的步骤和启动第二排气部50的步骤，也可以启动第二排气部50之后中断来自第一供气部30的惰性气体N的供应。
启动第二排气部50，在腔室10内部形成气流，以使得腔室10内部的惰性气体N向腔室10外部排放。此时，在腔室10内部形成气流的步骤中，在启动抽吸风扇52之后，开启排气阀51，从而在腔室10内部可形成向第二排气部50排放惰性气体N的气流。
接着，在S3步骤中，从第二供气部40向腔室10内部供应清洁气体A。
此时，清洁气体A可以是包含水分的大气气体。
形成向第二排气部50排放惰性气体N的气流后向腔室10内部供应清洁气体A的原因是，如果在形成向第二排气部50排放的气流之前向腔室10内部供应清洁气体A，则由于腔室10内部的压力比腔室10外部的压力大，朝向第二供气部40方向形成气流，烟气F通过第二供气部40向腔室10外部漏出，从而污染腔室10外部的周边环境，对作业人员带来有害的影响。
如此，形成向第二排气部50排放惰性气体N的气流之后向腔室10内部供应清洁气体A，由此具有能够防止烟气F通过第二供气部40向腔室10外部漏出的效果。
根据如图4所示，在S1步骤中，为了增加因排放工艺气体A而压力减少的腔室10内部的压力，可从第一供气部30供应惰性气体N而逐渐增加腔室10内部的压力。
接着，在S2步骤中，当腔室10内部的压力达到基准设定压力时，中断来自第一供气部30的惰性气体N的供应，启动第二排气部50。
当启动第二排气部50时，惰性气体N通过第二排气部50排放，腔室10内部的惰性气体N逐渐减少，从而腔室10内部的压力降低。
接着，在S3步骤中，惰性气体N逐渐减少，腔室10内部的压力比腔室10外部的压力变小，因此与惰性气体N的减少量相对应量的清洁气体A从第二供气部40向腔室10内部流入。
通过第二排气部50，腔室10内部的压力持续保持比腔室10外部的压力小，因此从第二供气部40向腔室10内部持续流入清洁气体A。
如此，通过调节第二排气部50及腔室10内部的压力，具有清洁气体A向腔室10内部持续流入的效果。
以上，参照附图说明了本发明的实施方式，但在本发明所属的技术领域中具有通常知识的人可理解的是，在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下可以以其他具体形式进行实施。因此，应理解为以上记载的实施方式在所有方面是示例性的而不是限定性的。

Claims (7)

1.一种具备清洁功能的半导体工艺设备，其中，所述具备清洁功能的半导体工艺设备包括：
腔室，在内部提供基板处理空间；
第一排气部，从所述腔室内部排放工艺气体；
第一供气部，向所述腔室内部供应惰性气体；
第二供气部，向所述腔室内部供应清洁气体而在所述腔室内部产生烟气；以及，
第二排气部，从所述腔室内部排放所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者混合气体，所述混合气体混合有所述惰性气体、所述清洁气体和所述烟气，
所述第二排气部包括：
抽吸风扇，调节所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者所述混合气体的排放量，
所述半导体工艺设备还包括：
控制部，控制所述抽吸风扇的旋转速度；以及
检测装置，设置于所述第二排气部，并且检测所述烟气的残留量，
所述检测装置检测的所述烟气的残留量的值输入至所述控制部，将输入的值与基准设定值进行比较来调节所述抽吸风扇的旋转速度。
2.根据权利要求1所述的具备清洁功能的半导体工艺设备，其中，
所述第二排气部包括：
排气阀，连接于所述腔室并开闭所述惰性气体、所述清洁气体、所述烟气或者所述混合气体的排放。
3.根据权利要求1所述的具备清洁功能的半导体工艺设备，其中，
所述控制部分别控制所述第一排气部、所述第一供气部、所述第二供气部及所述第二排气部中的一个以上，或者关联控制所述第一排气部、所述第一供气部、所述第二供气部和所述第二排气部中的两个以上。
4.根据权利要求1所述的具备清洁功能的半导体工艺设备，其中，
从所述检测装置向所述控制部输入检测到的所述残留量的值，所述控制部基于被输入的所述值控制所述第二供气部及所述第二排气部的驱动。
5.根据权利要求1所述的具备清洁功能的半导体工艺设备，其中，
所述半导体工艺设备还包括加热装置，所述加热装置设置于所述第二供气部或所述第二排气部侧，并且加热所述烟气。
6.一种半导体工艺设备的清洁方法，利用包括连接于腔室的第一排气部、第一供气部、第二供气部及第二排气部的半导体工艺设备来去除存在于所述腔室内部的烟气，其中，所述清洁方法包括以下步骤：
从所述第一供气部向所述腔室内部供应惰性气体，直至所述腔室内部达到基准设定压力；
在所述腔室内部的压力达到所述基准设定压力之后，中断来自所述第一供气部的所述惰性气体的供应；
启动所述第二排气部，在所述腔室内部形成气流，以使得所述腔室内部的所述惰性气体向所述腔室外部排放；以及，
从所述第二供气部向所述腔室内部供应清洁气体，
所述第二排气部包括抽吸风扇，
形成所述气流的步骤将设置于所述第二排气部的检测装置检测的所述烟气的残留量的值与基准设定值进行比较来调节所述抽吸风扇的旋转速度从而调节所述惰性气体的排放量。
7.根据权利要求6所述的半导体工艺设备的清洁方法，其中，
在供应所述清洁气体的步骤中，清洁气体代替所述惰性气体而保持所述腔室内部的压力比所述腔室外部的压力小，由此从所述第二供气部向所述腔室内部持续流入所述清洁气体。
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