CN110459493B - 抽真空腔室及抽真空方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抽真空腔室及抽真空方法，该抽真空腔室包括腔室本体；边缘固定装置，设置在所述腔室本体中，用于基于待加工工件的边缘将所述待加工工件可控地固定在所述腔室本体中；及吹扫装置，设置在所述边缘固定装置的下方，用于对所述待加工工件的下表面进行吹扫。本发明提供的抽真空腔室，不仅包括抽真空装置，还包括吹扫装置，可以在抽真空过程中对边缘固定装置上固定的晶圆的下表面进行吹扫，将待加工工件下表面上影响其固定的较大尺寸的颗粒吹落，从而有效减少因待加工工件下表面的颗粒黏附而造成的固定异常现象(静电吸附不牢固)；且吹落的颗粒物质会在抽真空腔室抽真空过程中被带走，不会对工艺气体或者待加工工件再次造成污染。

Description

抽真空腔室及抽真空方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种抽真空腔室及抽真空方法。
背景技术
随着集成电路的不断发展，对晶圆刻蚀精度以及稳定性的要求也在不断提高。在目前的晶圆刻蚀工艺中，通常是先将晶圆传输到工艺腔室的静电卡盘上，通过静电吸附进行固定，并通过静电卡盘的自身控温以及氦气的通入对晶圆温度进行精确控制。其中，将晶圆通过静电吸附固定到静电卡盘上是进行晶圆正常刻蚀的重要前提。
现有技术中，传统的晶圆传输过程为，首先将晶圆从大气环境传入抽真空腔室内，然后对抽真空腔室进行抽真空处理，之后再传入真空的工艺腔室内。由于晶圆在进入抽真空腔室之前，通常已进行了多项工艺处理，而晶圆从上一层工艺到下一层工艺的过程中，其底部可能会粘有一些大颗粒物质，而当晶圆底部存在大尺寸、颗粒状的附着物时，会使得工艺腔室里的静电卡盘对晶圆的静电吸附力不足，导致晶圆底面氦气流量异常，甚至造成刻蚀机台报警，刻蚀流程终止等，严重者还会造成晶圆发生偏移，继而造成晶圆的报废。
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，提出了一种抽真空腔室及抽真空方法。
为实现本发明的目的，一方面提供一种抽真空腔室，包括：
腔室本体；
边缘固定装置，设置在所述腔室本体中，用于基于待加工工件的边缘将所述待加工工件可控地固定在所述腔室本体中；
吹扫装置，设置在所述边缘固定装置的下方，用于对所述待加工工件的下表面进行吹扫。
可选地，所述吹扫装置包括：多个出气管路、分别与所述多个出气管路连接的供气管路、设置在所述供气管路上的通断开关和流量控制器，其中，
所述多个出气管路用于向所述待加工工件的下表面喷出吹扫气体；
所述供气管路用于向所述多个出气管路提供所述吹扫气体；
所述通断开关用于控制所述供气管路的关断和导通；
所述流量控制器用于控制所述吹扫气体的流量。
可选地，所述多个出气管路的出气口分布在圆心与所述边缘固定装置的轴线重合的一个或多个半径不同的圆周上，同一所述圆周上的多个所述出气口沿该圆周均匀分布。
可选地，所述多个出气管路形成在所述腔室本体的底板中，所述出气管路的出气口分布在所述底板的内表面上，所述出气管路的进气口位于所述底板的外表面上，并与所述供气管路连通。
可选地，所述抽真空腔室还包括：压力传感器和控制单元，其中，
所述压力传感器设置在所述腔室本体中，用于检测所述腔室本体中的气体压力，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述气体压力控制所述通断开关的开合和/或控制所述流量控制器调节所述供气管路中的气体流量大小。
可选地，所述边缘固定装置为设置在所述腔室本体侧壁上的环状真空吸附盘，用于真空吸附所述待加工工件的边缘将所述待加工工件可控地固定在所述腔室本体中。
可选地，所述抽真空腔室还包括：
升降机构，用于驱动所述边缘固定装置作升降运动，以将所述待加工工件移动至预设位置。
另一方面，基于上述抽真空腔室相同的发明构思，提供一种抽真空方法，应用于上述的抽真空腔室，包括：
S101，将待加工工件固定在边缘固定装置上，对腔室本体进行抽真空处理，直至所述腔室本体内的压力达到预设的第一压力值；
S102，开启所述吹扫装置，对所述待加工工件的下表面进行吹扫，直至满足预设的吹扫条件；
S103，继续对所述腔室本体进行抽真空处理，直至所述腔室本体内的压力达到预设的目标压力值。
可选地，所述步骤S102具体包括：
S1021，开启所述吹扫装置，对所述待加工工件的下表面进行吹扫；
S1022，判断是否满足所述预设吹扫条件，所述预设吹扫条件为所述腔室本体内的压力是否达到预设的第二压力值，或者吹扫时间是否达到预设时长；若是，则停止吹扫；若否，则继续吹扫。
可选地，在步骤S102之前，还包括：
启动升降机构，驱动所述边缘固定装置作升降运动，将所述待加工工件移动至预设位置
可选地，所述第一压力值为5Torr-100Torr；和/或
所述第二压力值为500Torr-760Torr；和/或
在所述步骤S102中，所采用的气体流量值为300sccm～800sccm。
可选地，还包括：
S201，接收用户输入的启用所述吹扫装置的第一指令或不启用所述吹扫装置的第二指令；若接收到所述第一指令，则进行步骤S202；若接收到所述第二指令，则进行不吹扫的抽真空处理；
S202，接收用户输入的所有工艺默认启用所述吹扫装置的第三指令，或者单个工艺启用所述吹扫装置的第四指令；若接收到所述第三指令，则进行步骤S203；若接收到所述第四指令，则进行步骤S204；
S203，接收用户选择的所述预设吹扫条件，并进行步骤S101；
S204，接收用户输入的当前工艺启用所述吹扫装置的第五指令，或当前工艺不启用所述吹扫装置的第六指令；若接收到所述第五指令，则进行所述步骤S203；若接收到所述第六指令，则进行所述不吹扫的抽真空处理。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的抽真空腔室，不仅包括腔室本体和边缘固定装置，还包括吹扫装置，可以在抽真空过程中对边缘固定装置上固定的待加工工件的下表面进行吹扫，将待加工工件下表面上影响其固定的较大尺寸的颗粒吹落，从而有效减少因待加工工件下表面的颗粒黏附而造成的固定异常现象(吸附不牢固)；且吹落的颗粒物质会在对腔室本体抽真空处理的过程中被带走，不会对工艺气体或者待加工工件再次造成污染。
附图说明
图1为本发明实施例提供的抽真空腔室的剖切结构示意图；
图2A为本发明实施例提供的出气管路的布置示意图一；
图2B为本发明实施例提供的出气管路的布置示意图二；
图3A为本发明实施例提供的出气管路的布置示意图三；
图3B为本发明实施例提供的出气管路的布置示意图四；
图4为本发明实施例提供的抽真空方法的工艺流程图；
图5为本发明实施例提供的抽真空方法中包括的选择过程的流程示意图。
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抽真空腔室及抽真空方法进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种抽真空腔室，其是待加工工件进入工艺腔室前的过渡腔室，该抽真空腔室可以应用于刻蚀类的半导体设备，其可以包括腔室本体100、边缘固定装置10及吹扫装置，其中，边缘固定装置10设置在腔室本体100中，用于基于待加工工件的边缘将待加工工件可控地固定在腔室本体100中。吹扫装置设置在边缘固定装置10的下方，用于对待加工工件60的下表面进行吹扫，图1中箭头所指的是吹扫气体的流动方向。其中待加工工件60可以是晶圆，下面均以晶圆为例进行说明。
本实施例提供的抽真空腔室，不仅包括腔室本体100和边缘固定装置10，还包括吹扫装置，可以在抽真空过程中对边缘固定装置10上固定的晶圆的下表面进行吹扫，将晶圆下表面上影响其固定的较大尺寸的颗粒吹落，从而有效减少工艺过程中因晶圆下表面的颗粒黏附而造成的固定异常现象(静电吸附不牢固)；且吹落的颗粒物质会在对腔室本体100进行抽真空处理的过程中被带走，不会对工艺气体或者晶圆再次造成污染。
需要说明的是，上述抽真空腔室也可以应用于其它非刻蚀类的半导体设备中，只要是需要应用上述吹扫装置实现上述吹扫功能的腔室均可使用，本实施例对此不作具体限定。
在一优选地实施方式中，吹扫装置可以包括多个出气管路21和与之分别连接的供气管路22，其中，多个出气管路21用于朝向晶圆的下表面喷出吹扫气体，供气管路22用于向多个出气管路21提供吹扫气体。在供气管路22上设置有通断开关24和流量控制器23，通断开关24用于控制供气管路的关断和导通，流量控制器23用于控制吹扫气体的流量。设置多个出气管路21，可使出气更加均匀，可提高吹扫效果；设置通断开关24，可根据实际需要开启和关闭(比如开启达到一定条件后关闭该吹扫装置)，可适当节省吹扫气体的使用量，也便于后续的抽真空处理；设置流量控制器23，可以根据吹扫颗粒需要的风力和风速设定吹扫气体的气体流量，从而达到更好的吹扫效果。
具体地，如图2A-图3B所示，各出气管路21的主体部分可以沿腔室本体100的径向设置，多个出气管路21沿腔室本体100的周向均匀分布，一个出气管路21可以有一个或多个出气口211，多个出气管路21的出气口211均分布在圆心与边缘固定装置10的轴线重合的一个或多个半径不同的圆周上，同一圆周上的多个出气口211沿该圆周均匀分布。如此，可以增强吹扫气体的均匀性，将出气口211布置在多个圆上，形成了具有多层吹扫气体孔径的吹扫装置，可进一步提高吹扫效果。具体地，出气管路21和出气口211的多少和布置方式可根据晶圆的大小和工艺制程的精密度进行选择。其中，每个出气管路21的孔径优选相同尺寸，可以保证每个出气管路21对应的供气管路22的进气流量大小一致。需要说明的是，本实施例并不限定出气管路21及出气口211的具体布置方式和数量，本领域技术人员可根据实际情况进行设计和调整。
可选地，如图1-图3B所示，可以在腔室本体100的底板中形成多个出气管路21，出气管路21的出气口211分布在底板的内表面上，出气口211在底板内表面上的布置方式可参照上述的出气口211布置方式，即位于圆心与边缘固定装置10的轴线重合的一个或多个半径不同的圆周上，且同一圆周上的多个出气口211沿该圆周均匀分布。出气管路21的进气口位于底板的外表面上，并与供气管路22连通。在底板中设置出气管路21，对腔室内部空间的影响最小。需要说明的是，出气管路21也可以在腔室本体100的侧壁中设置，只要能够将腔室外的供气管路22与腔室内的出气管路21连通，使得吹扫装置能够对晶圆的下表面进行吹扫即可，本实施例对此不作具体限定。
在另一具体地实施方式中，如图1所示，抽真空腔室还可以包括压力传感器30和控制单元70，其中，压力传感器30设置在腔室本体100中，用于检测腔室本体100中的气体压力，并将其发送至控制单元70；控制单元70与压力传感器30、通断开关24及控制流量控制器23等电连接，用于根据气体压力控制通断开关24的开合和/或控制流量控制器23调节供气管路22中的气体流量大小。设置压力传感器30可以用于测量抽真空腔室内的实时压力，以便于控制单元70根据腔室内的气体压力对供气管路22中的气体流量大小和供气管路22的通断进行调节。
在一优选地实施方式中，抽真空腔室还可以包括升降机构40，用于驱动边缘固定装置10作升降运动，以将晶圆移动至预设位置。通过设置升降机构40可以将晶圆上下移动从而调节至预设位置，可以调控吹扫气体对晶圆下表面的吹扫能力，以便于吹扫装置对晶圆进行吹扫。其中，预设位置可以是距离出气管路21的位置2cm-5cm处，优选距离出气管路21的位置3cm处。具体地，可在腔室本体100的底部内表面设置位置传感器50，位置传感器50可与升降机构40的控制装置(图中未示出)连接，在采用吹扫装置进行吹扫前，当位置传感器50检测到晶圆距离腔室本体100底部内表面的距离未在预设高度的范围内时，开启升降装置，将边缘固定装置及其上的晶圆提升或降落，直至位置传感器50检测到晶圆距离腔室本体100底部内表面的距离在预设高度的范围内。
具体地，吹扫气体可以选择氮气，也可以是氦气、氩气等惰性气体，可根据具体工艺需求特性进行具体设定。
可选地，边缘固定装置10可以但不限于采用真空吸附的方式固定晶圆。优选地，边缘固定装置10为设置在腔室本体100侧壁上的环状真空吸附盘，用于真空吸附待加工工件的边缘将待加工工件可控地固定在腔室本体100中。真空吸附的固定方式不需要机械连接，不容易划伤晶圆表面，通常不会污染工艺气体或者晶圆的表面，更有利于改善待加工工件的表面质量。
基于上述抽真空腔室实施例相同的发明构思，本发明还提供一种抽真空方法，包括吹扫过程，如图4所示，该方法包括以下步骤：
S101，将晶圆固定在边缘固定装置10上后，开启抽真空装置对腔室本体100进行真空预处理过程，直至腔室本体100内的压力达到预设的第一压力值。
在本实施中，按照具体工艺要求将晶圆传入腔室本体100后，将其放置在边缘固定装置10上，然后开启抽真空装置对腔室本体100进行真空预处理过程，直至腔室本体100内的压力达到预设的第一压力值之后，此时，晶圆既能被边缘固定装置10固定，又不至于在吹扫装置进行吹扫的过程中发生移动，从到导致晶圆表面划伤等，然后关闭抽真空装置。
具体地，第一压力值可以为5Torr-100Torr(Torr为压强单位托的符号，1托＝133.3223684帕)，可根据具体工艺要求设定压力值，以有利于边缘固定装置10对晶圆的固定，尤其是便于采用真空吸附的方式进行固定。
S102，开启吹扫装置，对晶圆的下表面进行吹扫，直至满足预设的吹扫条件。
在本实施中，对腔室本体100进行真空预处理后，开启吹扫装置，通过对晶圆下表面的吹扫，去除晶圆下表面黏附的大颗粒物质，有效减少了因晶圆下表面大颗粒黏附而造成的静电吸附异常现象。可以在满足预设吹扫条件之后，关闭吹扫装置。这里设吹扫条件可以理解为判断是否吹扫完成的条件。
可选地，在步骤S102之前，还可以包括以下的处理：启动升降机构40，驱动边缘固定装置10作升降运动，将晶圆移动至预设位置。通过升降机构40可以将晶圆的上下位移调节至预设位置，可以调控吹扫气体对晶圆下表面的吹扫能力，以便于吹扫装置对晶圆进行吹扫。
可选地，吹扫过程可以是压力控制模式或者是时间控制模式，相应地，步骤S102可以具体包括以下步骤：
步骤S1021，开启吹扫装置，对晶圆的下表面进行吹扫；
步骤S1022，判断是否满足预设吹扫条件，预设吹扫条件为腔室本体100的压力是否达到预设的第二压力值，或者吹扫时间是否达到预设时长；若是，则停止吹扫；若否，则继续吹扫。
在本实施例中，可以在吹扫之前设定吹扫后腔室本体100的压力阈值，当通入吹扫气体对晶圆底部进行吹扫后，腔室本体100内的压力值达到预设的第二压力值时，即腔室本体100处于高压状态后，关闭吹扫气体的阀门。也可以在在吹扫之前设定吹扫时间，当吹扫时间达到预设时长时，即可闭吹扫气体的阀门。其中，第二压力值的取值范围可以是500Torr-760Torr。选择适当的第二压力值的取值范围，可以有效保障吹扫装置的出气管路21内的出风风速，有利于对晶圆下表面的颗粒附着物的吹扫，且腔室内压力过高还会造成吹扫气体的浪费。
可选地，步骤S102中，可以采用300sccm～800sccm(Standard-State CubicCentimeter Per Minute，简称为sccm)。即标准毫升每分，为一气体流量单位)的高气体流量值进行吹扫，以得到较高的气体吹扫速度，高速的吹扫气体可以将晶圆下表面的颗粒吹落，有效减少因晶圆下表面颗粒黏附而造成的静电吸附异常现象。
S103，开启抽真空装置，继续对腔室本体100进行抽真空处理，直至腔室本体100内的压力达到预设的目标压力值。
在本实施中，当达到预设吹扫条件而关闭吹扫装置之后，再次开启抽真空装置，继续对腔室本体100进行抽真空，此次抽真空过程中还可以将吹扫过程中吹落下的颗粒物质带走，以防污染工艺气体和晶圆的其他位置，抽真空过程直至腔室本体100内的压力达到预设的目标压力值方可完成，这里目标压力值可以理解为具体所需的真空环境的压力值。
可选地，如图5所示，抽真空方法还可以包括选择过程，选择过程包括以下步骤：
S201，接收用户输入的启用吹扫装置的第一指令或不启用吹扫装置的第二指令；若接收到第一指令，则进行步骤S202；若接收到第二指令，则进行不吹扫的抽真空处理；
S202，接收用户输入的所有工艺默认启用吹扫装置的第三指令，或者单个工艺启用吹扫装置的第四指令；若接收到第三指令，则进行步骤S203；若接收到第四指令，则进行步骤S204；
S203，接收用户选择的预设吹扫条件，并进行步骤S101；
S204，接收用户输入的当前工艺启用吹扫装置的第五指令，或当前工艺不启用吹扫装置的第六指令；若接收到第五指令，则进行步骤S203；若接收到第六指令，则进行不吹扫的抽真空处理。
在本实施中，在进行晶圆传输过程中，抽真空处理过程可以直接兼容吹扫过程，也可以通过工艺设定选择是否对晶圆下表面进行气体吹扫，即可以在通入吹扫气体开启吹扫装置时，既可以选择对所有工艺进行吹扫，也可以关联成为工艺流程的一部分，对于不同的工艺流程自动选择是否调用吹扫程序，同时能够自定义吹扫的时间或压力。
另外，还可以根据需求对晶圆下表面进行重复吹扫，即循环进行步骤S101至步骤S103至少两次，以保证吹扫效果，有效减少晶圆下表面黏附的颗粒。
与上述抽真空腔室实施例的原理类似，本实施例提供的抽真空方法，不仅包括抽真空过程，还包括吹扫过程，可以在抽真空过程中对边缘固定装置10上固定的晶圆的下表面进行吹扫，将晶圆下表面上影响其固定的较大尺寸的颗粒吹落，从而有效减少因晶圆下表面的颗粒黏附而造成的固定异常现象(静电吸附不牢固)；且吹落的颗粒物质会在对腔室本体100进行抽真空处理过程中被带走，不会对工艺气体或者晶圆再次造成污染。
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 (12)

1.一种抽真空腔室，其特征在于，包括：
腔室本体；
边缘固定装置，设置在所述腔室本体中，用于基于待加工工件的边缘将所述待加工工件可控地固定在所述腔室本体中；
吹扫装置，设置在所述边缘固定装置的下方，用于在抽真空过程中对所述待加工工件的下表面进行吹扫，以将所述待加工工件下表面上影响其固定的较大尺寸的颗粒吹落。
2.根据权利要求1所述的抽真空腔室，其特征在于，所述吹扫装置包括：多个出气管路、分别与所述多个出气管路连接的供气管路、设置在所述供气管路上的通断开关和流量控制器，其中，
所述多个出气管路用于向所述待加工工件的下表面喷出吹扫气体；
所述供气管路用于向所述多个出气管路提供所述吹扫气体；
所述通断开关用于控制所述供气管路的关断和导通；
所述流量控制器用于控制所述吹扫气体的流量。
3.根据权利要求2所述的抽真空腔室，其特征在于，所述多个出气管路的出气口分布在圆心与所述边缘固定装置的轴线重合的一个或多个半径不同的圆周上，同一所述圆周上的多个所述出气口沿该圆周均匀分布。
4.根据权利要求2或3所述的抽真空腔室，其特征在于，所述多个出气管路形成在所述腔室本体的底板中，所述出气管路的出气口分布在所述底板的内表面上，所述出气管路的进气口位于所述底板的外表面上，并与所述供气管路连通。
5.根据权利要求2所述的抽真空腔室，其特征在于，还包括：压力传感器和控制单元，其中，
所述压力传感器设置在所述腔室本体中，用于检测所述腔室本体中的气体压力，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述气体压力控制所述通断开关的开合和/或控制所述流量控制器调节所述供气管路中的气体流量大小。
6.根据权利要求1-3任一项所述的抽真空腔室，其特征在于，所述边缘固定装置为设置在所述腔室本体侧壁上的环状真空吸附盘，用于真空吸附所述待加工工件的边缘将所述待加工工件可控地固定在所述腔室本体中。
7.根据权利要求1-3任一项所述的抽真空腔室，其特征在于，还包括：
升降机构，用于驱动所述边缘固定装置作升降运动，以将所述待加工工件移动至预设位置。
8.一种抽真空方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的抽真空腔室，包括：
S101，将待加工工件固定在边缘固定装置上，对腔室本体进行抽真空处理，直至所述腔室本体内的压力达到预设的第一压力值；
S102，开启所述吹扫装置，对所述待加工工件的下表面进行吹扫，直至满足预设的吹扫条件；
S103，继续对所述腔室本体进行抽真空处理，直至所述腔室本体内的压力达到预设的目标压力值。
9.根据权利要求8所述的抽真空方法，其特征在于，所述步骤S102包括：
S1021，开启所述吹扫装置，对所述待加工工件的下表面进行吹扫；
S1022，判断是否满足所述预设吹扫条件，所述预设吹扫条件为所述腔室本体内的压力是否达到预设的第二压力值，或者吹扫时间是否达到预设时长；若是，则停止吹扫；若否，则继续吹扫。
10.根据权利要求8所述的抽真空方法，其特征在于，在步骤S102之前，还包括：
启动升降机构，驱动所述边缘固定装置作升降运动，将所述待加工工件移动至预设位置。
11.根据权利要求9所述的抽真空方法，其特征在于，
所述第一压力值为5Torr-100Torr；和/或
所述第二压力值为500Torr-760Torr；和/或
在所述步骤S102中，所采用的气体流量值为300sccm～800sccm。
12.根据权利要求8-10任一项所述的抽真空方法，其特征在于，还包括：
S201，接收用户输入的启用所述吹扫装置的第一指令或不启用所述吹扫装置的第二指令；若接收到所述第一指令，则进行步骤S202；若接收到所述第二指令，则进行不吹扫的抽真空处理；
S202，接收用户输入的所有工艺默认启用所述吹扫装置的第三指令，或者单个工艺启用所述吹扫装置的第四指令；若接收到所述第三指令，则进行步骤S203；若接收到所述第四指令，则进行步骤S204；
S203，接收用户选择的所述预设吹扫条件，并进行步骤S101；
S204，接收用户输入的当前工艺启用所述吹扫装置的第五指令，或当前工艺不启用所述吹扫装置的第六指令；若接收到所述第五指令，则进行所述步骤S203；若接收到所述第六指令，则进行所述不吹扫的抽真空处理。
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