CN112404032A - 晶圆卡盘的清洁装置以及清洁方法、光刻机台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆卡盘的清洁装置及其清洁方法、一种光刻机台。所述晶圆卡盘的清洁装置包括：密闭腔室，用于放置待清洁的晶圆卡盘；气流输入单元，用于向所述密闭腔室内通入吹扫气体；位于所述密闭腔室内，设置于所述气流输入单元与晶圆卡盘放置位之间的气流调整单元，用于调整朝向晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。所述晶圆卡盘的清洁装置能够预防晶圆卡盘被污染。

Description

晶圆卡盘的清洁装置以及清洁方法、光刻机台

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种晶圆卡盘的清洁装置以及清洁方法、光刻机台。

背景技术

半导体处理设备中，用于放置晶圆的晶圆卡盘通常位于处理腔室内的基台上，而晶圆卡盘上存在污染物会影响对晶圆的处理效果。

对于光刻机台，晶圆卡盘表面存在污染物，会导致其支撑的晶圆表面凸起或倾斜，在曝光过程中，会导致局部图形因为离焦而使得曝光图形失真。在多层图形曝光的过程中，也会导致当前图层与前层图形之间的对准发生偏差，从而导致良率的损失。

目前对晶圆卡盘表面进行清洗的方法通常包括采用研磨石研磨卡盘表面，或者采用机台的自动清洗功能，但是这会增加机台恢复时间，并且缩短基台的使用寿命。

而在对机台进行维护，或者更换晶圆基台时，需要将基台连同晶圆卡盘从机台腔室内取出，暴露在空气中，一旦暴露时间过长，空气中的杂质颗粒就容易掉落在晶圆卡盘上，对卡盘表面造成污染。

因此，需要采用一种新的晶圆卡盘清洁装置，避免晶圆卡盘被污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆卡盘的清洁装置以及清洁方法、光刻机台，能够预防晶圆卡盘表面被污染同时对卡盘进行清洁。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆卡盘的清洁装置，包括：密闭腔室，用于放置待清洁的晶圆卡盘；气流输入单元，用于向所述密闭腔室内通入吹扫气流；位于所述密闭腔室内的气流调整单元，所述气流调整单元设置于所述气流输入单元与所述晶圆卡盘之间，用于调整朝向晶圆卡盘表面的气流吹扫角度；气流输出单元，用于排出所述密闭腔室内的气流。

可选的，还包括：检测单元，与所述气流调整单元和所述气流输入单元连接，用于检测所述晶圆卡盘表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述气流调整单元的气流吹扫角度以及所述气流输入单元的流量。

可选的，还包括：过滤单元，设置于所述气流调整单元和所述气流输入单元之间，用于对输入密闭腔室内的吹扫气体进行过滤。

可选的，所述气流调整单元包括一组可旋转的挡风板，所述挡风板与晶圆卡盘表面之间的夹角可在0°～-180°之间改变。

可选的，所述气流调整单元包括位置固定的横梁以及位于所述横梁下方与所述横梁平行的拉杆，所述挡风板的上下端分别通过一转轴固定于所述横梁和拉杆上；所述气流调整单元还包括：挡风板驱动装置，用于驱动所述拉杆移动以带动所述挡风板旋转。

本发明的技术方案还提供一种光刻机台，包括上述任一项所述的清洁装置。

可选的，所述至少一个气流输入单元连接至所述光刻机台的供气单元。

本发明的技术方案还提供一种晶圆卡盘清洁方法，包括：将晶圆卡盘置于一密闭腔室内；向所述密闭腔室内通入吹扫气流对所述晶圆卡盘表面进行吹扫；在吹扫过程中，改变对所述晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。

可选的，所述吹扫过程包括正常吹扫模式和定点清扫模式，所述正常吹扫模式下，以设定的频率进行均匀改变气流吹扫角度，进行周期性吹扫；所述定点清扫模式下，固定气流吹扫角度进行吹扫。

可选的，还包括：检测晶圆卡盘表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述通入吹扫气体的流量以及吹扫方向。

可选的，在所述晶圆卡盘上方设置一组可旋转的挡风板，通过改变所述挡风板方向来改变对所述晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。

本发明的晶圆卡盘的清洁装置能够在晶圆卡盘自半导体处理机台内取出后，使晶圆卡盘与空气隔离，并且通过吹扫，清除晶圆卡盘上的污对染颗粒。从而，通过所述清洁装置，能够避免在对半导体处理机台进行维护时，晶圆卡盘与外界空气接触，预防晶圆卡盘收到外界空气污染，缩短机台复机时间，提高产能。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的气流调整单元的结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式的光刻机台的结构示意图；

图6为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的晶圆卡盘的清洁装置以及清洁方法、光刻机台的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图。

所述晶圆卡盘的清洁装置包括：密闭腔室100，用于放置待清洁的晶圆卡盘101；气流输入单元102，用于向所述密闭腔室100内通入吹扫气体；位于所述密闭腔室100内，设置于所述气流输入单元102与晶圆卡盘放置位之间的气流调整单元120，用于引导吹向晶圆卡盘表面的气流方向，调整朝向晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。

所述气流输入单元102包括喷嘴1023，该具体实施方式中，所述密闭腔室100的顶部设置有两个喷嘴1023，以提高向密闭腔室100内通入气体的效率以及气体分布均匀性。所述气流输入单元102可以连接至外部的吹扫气体源。所述吹扫气体可以为压缩空气、氮气或惰性气体等。所述气流输入单元102还包括三通阀1021，所述两个喷嘴1023分别连接至三通阀1021的两端，所述三通阀1021的另一端连接至吹扫气体源，从吹扫气体源通入的气体，分流至两个喷嘴1023，通入所述密闭腔室100内。为了控制输入气体的流量，所述气流输入单元102还可以包括流量阀1022，所述流量阀1022设置于所述三通阀102与吹扫气体源之间。

所述清洁装置还包括至少一个气体输出单元140，用于在对晶圆卡盘101进行吹扫时，排出密闭腔室100内的气体，保持所述密闭腔室100内的气压稳定，以及及时将吹扫的颗粒杂质排出。

在其他具体实施方式中，所述清洁装置的气流输入单元还可以仅包括一个喷嘴或者包括三个以上的喷嘴。多个喷嘴均匀分布，可以提高输入密闭腔室100内的气体分布均匀性。

该具体实施方式中，所述气流调整单元120包括一组可旋转的挡风板121，所述挡风板121发生旋转可以使得挡风板121与晶圆卡盘101表面之间的夹角发生变化，从而使得经过所述挡风板121之间的气流方向发生变化，从而改变吹扫气体对晶圆卡盘101表面的吹扫方向。通过在吹扫过程中，改变吹扫方向，可以对晶圆卡盘表面各个位置均进行吹扫，以提高垂落晶圆卡盘101表面的污染颗粒的效率。

该具体实施方式中，所述还包括：过滤单元130，设置于所述气流调整单元120和所述气流输入单元102之间，用于对输入密闭腔室100内的吹扫气体进行过滤。所述过滤单元130可以为过滤层，将所述密闭腔室100分割为两个子腔室，气流输入单元102输入的气体自一个子腔室向放置有晶圆卡盘101的子腔室内流动时，经过所述过滤单元130的过滤，进一步去除吹扫气体内的杂质颗粒，避免在吹扫过程中对晶圆卡盘101造成污染。所述过滤单元130可以采用物理阻挡或吸附等方式，过滤气体中的杂质。

所述过滤单元130可以为单层过滤层，也可以包括多层过滤层，以进一步提高过滤效果。

请参考图2，为本发明的具体实施方式的气流调整单元120的结构示意图。

所述气流调整单元120包括多个挡风板121，位置固定的横梁122以及位于所述横梁122下方与所述横梁122平行的拉杆123，所述挡风板121的上下端分别通过一转轴126固定于所述横梁122和拉杆123上。所述横梁122的两端可以固定于所述密闭腔室100的腔室壁上。

所述气流调整单元120还包括：挡风板驱动装置，用于驱动所述拉杆123移动以带动所述挡风板121旋转。具体的，所述挡风板驱动装置包括：步进电机124以及一端连接至所述步进电机的驱动杆125，所述驱动杆125另一端连接至所述拉杆123。该具体实施方式中，所述步进电机124固定于所述横梁122上，能够驱动所述驱动杆125在0°～-180°的角度范围内转动。由于所述驱动杆125另一端与所述拉杆123固定，因此，可以带动所述拉杆123横向移动，进而带动所述挡风板121转动，使得所述挡风板121与晶圆卡盘101表面之间的夹角可在0°～-180°之间改变。所述拉杆123也可以采用挡风板，既起到驱动作用，又能引导气流方向。

所述挡风板121的长度大于或者等于晶圆卡盘的表面直径，以使得气流能够吹扫到晶圆卡盘的整个表面。

请参考图3，为本发明另一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图。

该具体实施方式中，所述清洁装置还包括：气流均匀单元210，所述气流均匀单元210，设置于所述过滤单元130与所述气流输入单元102之间。具体的，所述气流均匀单元210包括一风扇，且所述风扇的扇叶转动平面与晶圆卡盘101表面平行。通过所述气流均匀单元210搅动气体，能够使得流过所述过滤单元130的气流更稳定均匀。所述气流均匀单元210还包括一频率控制器211，与所述风扇连接，用于控制所述风扇的转速。

所述气流调整单元120还包括一连接所述步进电机124的电机控制器212，用于控制所述步进电机124转动，以调整所述的挡风板121的角度。

上述晶圆卡盘的清洁装置，能够在晶圆卡盘自半导体处理机台内取出后，使晶圆卡盘与空气隔离，并且通过吹扫，清除晶圆卡盘上的污染颗粒。

在其他具体实施方式中，所述晶圆卡盘的清洁装置还可以包括检测单元，所述检测单元与所述气流调整单元120和所述气流输入单元102连接，用于检测晶圆卡盘101表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述气流调整单元120的气流吹扫角度以及所述气流输入单元的流量。所述清洁情况可以包括晶圆卡盘101表面的污染颗粒数量以及分布情况等。所述检测单元可以设置于所述密闭腔室100内部，可以通过光学方式检测所述晶圆卡盘101表面的颗粒分布。例如通过摄像头以及图像识别功能，或者通过检测晶圆卡盘101各位置处的光反射率等方式，来判断晶圆卡盘101表面各位置处的颗粒密度。根据所述清洁情况调整气流吹扫角度以及气体流量，将气流吹扫方向朝向颗粒较多的位置处，以及颗粒较多时，提高气体流量；颗粒较少时，可以适当降低气体流量。检测单元可以连接至气流输入单元的流量阀1022，通过所述流量阀1022调整气体流量。

请参考图4，为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘的清洁装置的结构示意图。

该具体实施方式中，所述晶圆卡盘的清洁装置还包括：检测单元，所述检测单元包括水平传感器，所述水平传感器进一步包括光线发射器311和光线接收器312，水平传感器根据所述光线接收器312接收到的光线强度的变化来测量晶圆卡盘表面高度的变化。光线发射器311发射至晶圆卡盘101表面的光线，被所述晶圆卡盘101表面反射，反射光被所述光线接收器312接收。晶圆卡盘101表面的高度发生变化，会导致对光线的反射光角度发生变化，从而使得光线接收器接收到的反射光强度发生变化。所述检测单元还包括信号调理装置313，与所述光线接收器312连接，用于对所述光线接收器312接收到的光强信号进行处理，获取晶圆卡盘表面的清洁情况。

通过对晶圆卡盘进行逐行扫描，即可检测获得晶圆卡盘表面的颗粒物情况。在一个具体实施方式中，还可以通过专用的图像处理软件生成晶圆卡盘的表面高度图，由此更加直观的判断晶圆卡盘表面是否有颗粒物污染，以及颗粒物的分布情况。

该具体实施方式中，所述清洁装置还包括一处理器400，所述信号调理装置313、电机控制器212以及频率控制器211均连接至所述处理器400。所述处理器400根据所述信号调理装置313获取的晶圆卡盘表面的清洁情况，根据水平传感器量测的颗粒物位置，由处理器400输出对应的驱动信号，使电机带动叶片暂停到最佳清扫位置，待水平传感器检测到吹扫位置颗粒物已去除，则恢复到正常清扫状态。向所述电机控制器212以及频率控制器211发出控制信号，以对应调整所述气流均匀单元210的风扇的转速，以及气流调整单元120的气流方向。

可以通过所述处理器400切换所述清洁装置的吹扫模式。在一个具体实施方式中，包括两种吹扫模式：正常吹扫模式和定点清扫模式。

正常吹扫模式包括：水平传感器未发现颗粒物时，以固定的频率周期性的改变吹扫气流方向进行吹扫，所述频率可以为2～5Hz，例如3Hz。

定点清扫模式包括：水平传感器检测到目标点的颗粒物后，气流调整单元将吹扫气流方向调整到到最佳清扫位置，对颗粒物所在位置处进行清扫，清扫结束后，恢复正常吹扫模式。例如，如果检测到颗粒物则可以通过频率控制器211，将风扇正常工作时的1000Hz提高到2000Hz，并输出电机控制信号，将气流调整单元120的气流吹扫角度调整到颗粒物最佳清扫位置，待清扫结束，继续恢复3Hz/min的正常吹扫模式。

在对半导体处理机台进行维护时，取出的晶圆卡盘放入所述清洁装置内清洁，在对半导体处理机台维护完成后，将晶圆卡盘自清洁装置内取出放入机台内，就能够直接对机台进行复机，从而大大缩减了机台复机时间，增加了机台的产能。

本发明的具体实施方式还提供一种光刻机台。

请参考图5，为本发明一具体实施方式的光刻机台的结构示意图。

所述光刻机台包括光刻设备500，所述光刻设备500包括用于光刻的腔室，以及压缩干燥气体源CDA(clean dry air)。所述光刻机台还包括晶圆卡盘清洁装置。

所述晶圆卡盘清洁装置与所述光刻设备可以连接至同一个电源POWER。

所述晶圆卡盘清洁装置的气流输入单元102连接至所述光刻设备500的供气单元，该具体实施方式中，所述供气单元为压缩干燥气体源CDA(clean dry air)。

所述晶圆卡盘清洁装置的处理器400连接至电源POWER。所述晶圆卡盘清洁装置其他需要电源的部件也都可以连接至光刻设备500电源POWER。

所述光刻机台的晶圆卡盘清洁装置能够在晶圆卡盘离开光刻设备后，使晶圆卡盘与外部隔离，并通过吹扫对晶圆卡盘进行清洁。在光刻设备维护完成后，将晶圆卡盘放入设备内部，即可进行复机工作，能够提高光刻机台的产能。

在现有技术中，在设备复机前，首先要检测晶圆卡盘把门是否清洁大约需要5min，然后对晶圆卡盘进行自动清洁，大约花费20min，然后在人工采用研磨石清洁50min，因此需要花费大概75min的时间才完成设备复机。而本发明的具体实施方式中，晶圆卡盘自设备取出后，进入本发明的晶圆卡盘清洁装置内进行清洁，花费15min左右；然后对晶圆卡盘表面进行检测，花费5min左右；只需要花费20min左右就可以完成设备复机。

本发明的具体实施方式还提供一种晶圆卡盘清洁方法。

请参考图6，为本发明一具体实施方式的晶圆卡盘清洁方法的流程示意图。

所述晶圆卡盘清洁方法包括如下步骤：

步骤S101：将晶圆卡盘置于一密闭腔室内。

步骤S102：向所述密闭腔室内通入吹扫气流对所述晶圆卡盘表面进行吹扫。所述吹扫气体可以为压缩干燥空气、氮气或者惰性气体等。

在吹扫气体到达晶圆卡盘表面之前，还可以对所述吹扫气体进行过滤。可以通过单层或多层过滤层对气体进行过滤，通过吸附或者阻挡作用，过滤通入气体内的杂质颗粒，避免对晶圆卡盘造成污染。

进一步的，还可以对吹向晶圆卡盘表面的气流进行均匀化处理，例如通过风扇搅动所述密闭腔室内的气体，使得吹向晶圆卡盘表面的气流均匀；所述风扇的扇叶旋转面与所述晶圆卡盘表面平行。

步骤S103:在吹扫过程中，改变对所述晶圆卡盘表面的气流吹扫方向。

所述吹扫方向与所述晶圆卡盘表面之间的夹角可以在0°～-180°之间变化，以使得吹扫气体能够吹扫到晶圆卡盘表面的所有位置。可以以一定速率改变所述夹角。

在一个具体实施方式中，可以在所述晶圆卡盘上方设置一组可旋转的挡风板，所述挡风板能够引导吹扫气体的气流方向，通过改变所述挡风板方向来改变对所述晶圆卡盘表面的吹扫方向。

在一个具体实施方式中，所述晶圆卡盘清洁方法还包括：检测晶圆卡盘表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述通入吹扫气体的流量以及吹扫方向。可以通过光学方式检测所述晶圆卡盘表面的颗粒分布。例如通过摄像头以及图像识别功能，或者通过检测晶圆卡盘各位置处的光反射率、通过水平传感器检测晶圆卡盘表面高度变化等方式，来判断晶圆卡盘表面各位置处的颗粒密度。根据所述清洁情况调整气流吹扫角度以及气体流量，将气流吹扫方向朝向颗粒较多的位置处，以及颗粒较多时，提高气体流量；颗粒较少时，可以适当降低气体流量。

吹扫过程可以包括两种工作模式：正常吹扫模式和定点清扫模式。

正常吹扫模式：水平传感器未发现颗粒物时，以固定的频率周期性的改变吹扫气流方向进行吹扫，所述频率可以为2～5Hz，例如3Hz。

定点清扫模式：水平传感器检测到目标点的颗粒物后，气流调整单元将吹扫气流方向调整到到最佳清扫位置，对颗粒物所在位置处进行清扫，清扫结束后，恢复正常吹扫模式。

上述晶圆卡盘的清洁方法，能够避免晶圆卡盘与外界接触，并且利用吹扫气体对晶圆卡盘表面进行吹扫，可以避免晶圆卡盘表面掉落杂质颗粒，同时将表面已有的杂质颗粒去除。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种晶圆卡盘的清洁装置，其特征在于，包括：

密闭腔室，用于放置待清洁的晶圆卡盘；

气流输入单元，用于向所述密闭腔室内通入吹扫气流；

位于所述密闭腔室内的气流调整单元，所述气流调整单元设置于所述气流输入单元与所述晶圆卡盘之间，用于调整朝向晶圆卡盘表面的气流吹扫角度；

气流输出单元，用于排出所述密闭腔室内的气流。

2.根据权利要求1所述的晶圆卡盘的清洁装置，其特征在于，还包括：检测单元，与所述气流调整单元和所述气流输入单元连接，用于检测所述晶圆卡盘表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述气流调整单元的气流吹扫角度以及所述气流输入单元的流量。

3.根据权利要求1所述的晶圆卡盘的清洁装置，其特征在于，还包括：过滤单元，设置于所述气流调整单元和所述气流输入单元之间，用于对输入密闭腔室内的吹扫气体进行过滤。

4.根据权利要求1所述的晶圆卡盘的清洁装置，其特征在于，所述气流调整单元包括一组可旋转的挡风板，所述挡风板与晶圆卡盘表面之间的夹角可在0°～-180°之间改变。

5.根据权利要求4所述的晶圆卡盘的清洁装置，其特征在于，所述气流调整单元包括位置固定的横梁以及位于所述横梁下方与所述横梁平行的拉杆，所述挡风板的上下端分别通过一转轴固定于所述横梁和拉杆上；所述气流调整单元还包括：挡风板驱动装置，用于驱动所述拉杆移动以带动所述挡风板旋转。

6.一种光刻机台，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的清洁装置。

7.根据权利要求6所述的光刻机台，其特征在于，所述至少一个气流输入单元连接至所述光刻机台的供气单元。

8.一种晶圆卡盘清洁方法，其特征在于，包括：

将晶圆卡盘置于一密闭腔室内；

向所述密闭腔室内通入吹扫气流对所述晶圆卡盘表面进行吹扫；

在吹扫过程中，改变对所述晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。

9.根据权利要求8所述的晶圆卡盘清洁方法，其特征在于，所述吹扫过程包括正常吹扫模式和定点清扫模式，所述正常吹扫模式下，以设定的频率进行均匀改变气流吹扫角度，进行周期性吹扫；所述定点清扫模式下，固定气流吹扫角度进行吹扫。

10.根据权利要求8所述的晶圆卡盘清洁方法，其特征在于，还包括：检测晶圆卡盘表面的清洁情况，并根据所述清洁情况控制所述通入吹扫气体的流量以及吹扫方向。

11.根据权利要求8所述的晶圆卡盘清洁方法，其特征在于，在所述晶圆卡盘上方设置一组可旋转的挡风板，通过改变所述挡风板方向来改变对所述晶圆卡盘表面的气流吹扫角度。

Images