CN112530831B - 半导体设备及半导体设备净化方法 - Google Patents

半导体设备及半导体设备净化方法 Download PDF

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Abstract

一种半导体设备，包括装载互锁腔室、传送腔室、处理腔室，传送腔室分别与装载互锁腔室与处理腔室连接，且传送腔室与装载互锁腔室、处理腔室之间分别通过阀门隔离，装载互锁腔室与传送腔室分别包括腔体、气体供应口、气体排出口及抽气泵，气体供应口用于向腔体内供应洁净气体，气体排出口与抽气泵连接，用于排出腔体内的气体，半导体设备还包括气旋净化件，装载互锁腔室及/或传送腔室内装设一个气旋净化件，气旋净化件与气体供应口相连通并能够在腔体内形成气旋。本发明能能够充分净化腔体，且提高效率。本发明还提供一种半导体设备净化方法。

Description

半导体设备及半导体设备净化方法
技术领域
本发明涉及一种半导体设备及半导体设备净化方法。
背景技术
半导体设备常用于对晶圆作各种工艺处理，例如蚀刻、沉积或金属化等。其中，蚀刻及沉积工艺容易在半导体设备内残留污染物。污染物过多既会腐蚀设备，也可能会污染后续加工的晶圆，降低加工的良率。因此，定期净化半导体设备非常必要。
现有的净化方式有两种。如图1所示，半导体设备的腔室1内设有气体供应口2及气体排出口3，通过气体供应口2向腔室1内供应洁净气体后再经气体排出口3排出气体，以带走腔室1内的污染物。这种净化方式清洁不充分，其能够带走悬浮在腔室1内的污染物，然而对附着在腔室1的内侧壁上或者腔室1内其他元件上的污染物的作用有限。另一种为暂停半导体设备运行并开启半导体设备的腔室1后人工进行清洁。由于半导体设备的部分腔室1在运行过程中处于真空状态，需要充入气体达到与大气环境接近的状态才能开启。因此这种净化方式，效率不高，并降低了半导体设备的稼动率，提高了生产成本。
发明内容
鉴于上述状况，实有必要提供一种半导体设备及半导体设备净化方法，以解决上述问题。
一种半导体设备，包括装载互锁腔室、传送腔室、至少一个处理腔室，所述装载互锁腔室与所述处理腔室围绕所述传送腔室设置，所述传送腔室分别与所述装载互锁腔室与所述处理腔室连接，且所述传送腔室与所述装载互锁腔室、所述处理腔室之间分别通过阀门隔离，所述装载互锁腔室与所述传送腔室分别包括腔体、气体供应口、气体排出口及抽气泵，所述气体供应口与所述气体排出口间隔设置于所述腔体上，所述气体供应口用于向所述腔体内供应洁净气体，所述气体排出口与所述抽气泵连接，用于排出所述腔体内的气体，所述半导体设备还包括气旋净化件，所述装载互锁腔室及 /或所述传送腔室内装设一个所述气旋净化件，所述气旋净化件与所述气体供应口相连通，通过所述气旋净化件的管路铺设及管路上的通孔的设计在所述腔体内形成气旋。
一种半导体设备净化方法，应用于半导体设备，所述半导体设备包括装载互锁腔室、传送腔室、至少一个处理腔室，所述装载互锁腔室与所述处理腔室围绕所述传送腔室设置，所述传送腔室分别与所述装载互锁腔室与所述处理腔室连接，且所述传送腔室与所述装载互锁腔室、所述处理腔室之间分别通过阀门隔离，所述装载互锁腔室与所述传送腔室分别包括一腔体，其特征在于，所述半导体设备净化方法包括以下步骤：
密封步骤：将晶圆从腔体移走后使所述腔体内形成密闭空间；
供气步骤：向所述腔体内充入洁净气体，使洁净气体通过气旋净化件在所述腔体内形成气旋；
抽离步骤：当所述腔体内的气压达到一预设值时再次抽离所述腔体内的气体；
其中，在所述半导体设备净化方法的过程中所述腔体的气压小于760Torr。
本发明提供的半导体设备在腔体内设有一气旋净化件，气旋净化件产生的气旋可以带动附着于腔体的内侧壁上的污染物，以便被抽气泵抽走，能够充分净化腔体。本发明提供的半导体设备净化方法能够在不降低设备稼动率的前提下充分净化半导体设备，避免了半导体设备的腐蚀，延长了半导体设备的寿命，防止半导体设备给晶圆的污染，且净化效率高，降低了生产成本。
附图说明
图1为传统的半导体设备的腔室的结构示意图。
图2为本发明提供的半导体设备的立体示意图。
图3为本发明提供的半导体设备的装载互锁腔室在省略设置在腔室内的部分功能部件的情况下，沿III-III线的剖视图。
图4为本发明提供的半导体设备的装载互锁腔室在省略设置在腔室内的部分功能部件的情况下，沿IV-IV线的局部剖视图。
图5为本发明提供的半导体设备的传送腔室在省略设置在腔室内的部分功能部件的情况下，沿V-V线的剖视图。
图6为本发明提供的半导体设备的气旋净化件的在腔体内的气旋方向示意图。
图7为本发明提供的半导体设备净化方法的流程图。
图8为执行本发明提供的半导体设备净化方法的过程中腔体的气压状态随时间的变化趋势图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002207950030000031
Figure BDA0002207950030000041
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件或组件被认为是“连接”另一个元件或组件，它可以是直接连接到另一个元件或组件或者可能同时存在居中设置的元件或组件。当一个元件或组件被认为是“设置在”另一个元件或组件，它可以是直接设置在另一个元件或组件上或者可能同时存在居中设置的元件或组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图2至图5，本发明的优选实施例提供一种半导体设备 100。半导体设备100包括装载互锁腔室10、传送腔室20、及至少一个处理腔室30。装载互锁腔室10与处理腔室30围绕传送腔室 20设置。传送腔室20分别与装载互锁腔室10与处理腔室30连接，且传送腔室20与装载互锁腔室10、处理腔室30之间分别通过阀门(图未示)隔离。装载互锁腔室10用于使晶圆500在大气环境和真空环境之间转换。传送腔室20用于在装载互锁腔室10及处理腔室30之间传送晶圆500。处理腔室30用于对晶圆500进行半导体制程的工艺处理，例如蚀刻、沉积等工艺。
需要说明的是，图3仅仅是示意图，其尺寸比例并不是真实的，且为了更好地显示本发明的结构，未示出装载互锁腔室10中的部分功能元件。装载互锁腔室10包括装载互锁腔体11、第一气体供应口12、第一气体排出口13及第一抽气泵14。第一气体供应口 12与第一气体排出口13间隔设置于装载互锁腔体11上。第一气体供应口12用于向装载互锁腔体11内供应洁净气体。上述洁净气体可以包括氮气、氩气、氢气、稀有气体和/或不与晶圆500发生反应的气体。第一气体排出口13与第一抽气泵14连接，用于排出装载互锁腔体11内的气体。
装载互锁腔体11包括第一底壁111、第一顶壁112及第一内侧壁113。第一底壁111与第一顶壁112相对设置。第一内侧壁113 位于第一底壁111与第一顶壁112之间，并分别与第一底壁111及第一顶壁112连接。第一底壁111、第一顶壁112及第一内侧壁113 共同形成装载互锁腔室10的腔体空间。在本实施例中，第一气体供应口12及第一气体排出口13间隔设于第一底壁111上，但不限于此，在其他实施例中，第一气体供应口12及第一气体排出口13 可以设于第一内侧壁113上。
进一步地，第一气体供应口12与第一供应阀(图未示)相连，以调节洁净气体供应的流量及/或流速等；第一抽气泵14与第一控制阀(图未示)相连，以调节排气的流量及/或流速等。
传送腔室20包括传送腔体21、第二气体供应口22、第二气体排出口23及第二抽气泵24。第二气体供应口22与第二气体排出口23间隔设置于传送腔体21上。第二气体供应口22用于向传送腔体21内供应洁净气体。上述洁净气体可以包括氮气、氩气、氢气、稀有气体和/或不与晶圆500发生反应的气体。第二气体排出口23与第二抽气泵24连接，用于排出传送腔体21内的气体。
传送腔体21包括第二底壁211、第二顶壁212及第二内侧壁 213。第二底壁211与第二顶壁212相对设置。第二内侧壁213位于第二底壁211与第二顶壁212之间，并分别与第二底壁211及第二顶壁212连接。第二底壁211、第二顶壁212及第二内侧壁213 共同形成传送腔室 20 的空间。在本实施例中，第二气体供应口22及第二气体排出口23间隔设于第二底壁211上。
进一步地，第二气体供应口22与第二供应阀(图未示)相连，以调节洁净气体供应的流量及/或流速等；第二抽气泵24与第二控制阀(图未示)相连，以调节排气的流量及/或流速等。
传送腔室20还包括机械手25，机械手25固定于传送腔体21 内，用于传送晶圆500。
半导体设备100还包括至少一个气旋净化件40。装载互锁腔室10及/或传送腔室20内装设一个气旋净化件40，并且设置在装载互锁腔室10的气旋净化件40的始端与第一气体供应口12相连通，设置在传送腔室20内的气体净化件40的始端与第二气体供应口22相连通。本发明，再通过对气旋净化件40的管路铺设及管路上的通孔的设计，从而在装载互锁腔室10及/或传送腔室20内形成气旋，以带走去除腔室内残留的污染物。
具体地，气旋净化件40包括管路41。管路41位于第一底壁 111上，且靠近第一内侧壁113。管路41以适应第一内侧壁113的形状的路径连续设置。管路41的末端与始端不互相连通，从而形成不封闭的环路结构。在本实施例中，装载互锁腔体11呈立方体，设于装载互锁腔体11内的管路41沿第一底壁111的边缘设置，大致围成一未闭合的方形，但不限于此，在其他实施例中，管路41 还可以大致围成一未闭合的圆形，且靠近第一内侧壁113。
另外，本案的气旋净化件40可设置在装载互锁腔体11的其他壁上，比如顶壁上，此时，若第一气体供应口12设置在第一底壁 111上时，可经由额外的连通管路将第一气体供应口12与气旋净化件40进行连通。当然，可变更地，也可适应性地改变第一气体供应口12的位置，只要使得第一气体供应口12输入的洁净气体能够经过有气旋净化件40的引导作用，使得装载互锁腔体11的腔内形成气旋。
管路41的一端与第一气体供应口12相连通，经第一气体供应口12向管路41内供应洁净气体时，洁净气体的方向如图4中箭头 a所示。管路41上间隔开设多个斜向通孔411。每个斜向通孔411 的方向与管路41的延伸方向形成一锐角。管路41的延伸方向为从管路41的始端延伸向末端。洁净气体经多个斜向通孔411向装载互锁腔体11内流入，洁净气体在每个斜向通孔411的方向如图中箭头b所示。由于斜向通孔411与管路41成锐角设置，则方向a 与方向b形成锐角α。可以理解，多个斜向通孔411流出洁净气体时，会形成如图6所示的气旋，这种气旋可以带动附着于装载互锁腔体11的第一内侧壁113上的污染物。当第一内侧壁113上的污染物松动后再开启第一抽气泵14使装载互锁腔体11内的气体经第一气体排出口13排出即可充分净化装载互锁腔体11。
优选地，多个斜向通孔411在管路41的延伸方向上等间距设置，可以理解，等间距设置多个斜向通孔411可以形成更均匀的气旋。更优地，斜向通孔411与管路41形成的锐角大于等于10度且小于90度。此锐角越小，则气旋的路径越长，当锐角小于10度时，可能会造成气旋在路径的后段的动能不足以带动污染物。此外，锐角越小，管路41的壁厚不变时，斜向通孔411越长，则在管路41 的长度方向上的投影变长，即每个斜向通孔411占用的管路41的长度变长，这不方便加工，也可能由于斜向通孔411的长度变长减小气旋的动能。
如上述，气旋净化件40还可以设于传送腔体21内。请参见图 5，与设于装载互锁腔体11内的不同之处在于，在本实施例中，传送腔体21呈圆柱状，管路41位于第二底壁211上且靠近第二内侧壁213，大致围成一未闭合的圆环。管路41的一端与第二气体供应口22相连通。
进一步地，半导体设备100还包括控制机构(图未示)。控制机构与第一供应阀、第一控制阀、第二供应阀及第二控制阀分别电性连接，以控制第一供应阀、第一控制阀、第二供应阀及第二控制阀。具体地，当晶圆500从装载互锁腔体11移走且装载互锁腔体 11密封后，控制机构控制第一供应阀开启，通过第一气体供应口 12向装载互锁腔体11内供应洁净气体；当气旋净化件40松动装载互锁腔室10内的污染物后，控制机构控制第一控制阀开启，通过第一气体排出口13排出装载互锁腔室10内混合了污染物的气体，从而充分净化了装载互锁腔室10的同时不需要将半导体设备100 暂停运行。控制机构对第二供应阀及第二控制阀的控制与上述对第一供应阀、第一控制阀的控制类似。
请参见图7至图8，本发明提供一种半导体设备净化方法，应用于上述半导体设备100。在说明所述半导体设备净化方法之前，首先说明晶圆500在半导体设备100内的传送路径：晶圆500先被送至装载互锁腔体11内，此时装载互锁腔体11内的气压环境与大气环境相近，然后第一抽气泵14抽走装载互锁腔体11内的气体，使装载互锁腔体11内的气压为一预设值后，装载互锁腔体11与传送腔体21之间的阀门打开，晶圆500被传送腔体21的机械手25取走并放入一处理腔室30内，进行相应的工艺处理；当处理腔室 30对晶圆500处理完毕后，晶圆500以与上述路径相反的顺序离开半导体设备100。可见，晶圆500在处理腔室30内被处理时，装载互锁腔室10与传送腔室20是空闲的，本发明提供的半导体设备净化方法可以在装载互锁腔室10与传送腔室20空闲的时段内进行，而不需要暂停半导体设备100的运行并开启半导体设备100的腔体。
所述半导体设备净化方法包括以下步骤：
S1：将晶圆500从装载互锁腔体11移走后使装载互锁腔体11 内形成密闭空间。
S2：抽离装载互锁腔体11内的气体使装载互锁腔体11内为中真空状态。
可以理解，如果执行步骤S1之后，装载互锁腔体11的气压已经是中真空状态，则步骤S2可以省略。
按气体压强大小的不同，通常把真空范围划分为：低真空 760～10Torr(托尔)，中真空10～10-3Torr，高真空10-3～10-8Torr，超高真空10-8～10-12Torr，极高真空10-12Torr以下。优选地，抽离装载互锁腔体11内的气体使装载互锁腔体11内为的气压在10～5Torr 范围内。
S3：向装载互锁腔体11内充入洁净气体，使洁净气体通过气旋净化件40在装载互锁腔体11内形成如图6所示的气旋。
上述洁净气体可以包括氮气、氩气、氢气、稀有气体和/或不与晶圆500发生反应的气体。
S4：当装载互锁腔体11达到一预设值时再次抽离装载互锁腔体11内的气体，以带走污染物。
具体地，预设值大于等于750Torr小于等于标准大气压 760Torr。因此，在实施步骤S1至S4的过程中，腔体的气压介于 5～760Torr之间。
净化传送腔室20的步骤与上述各步骤相同，在此不再赘述。
优选地，为了净化得更充分，所述半导体设备净化方法还包括多次重复步骤S2至步骤S4。在本实施例中，以在进行一次步骤S1 至步骤S4后再次重复步骤S2至步骤S4两次为例，则整个净化过程中腔体内的气压状态的变化趋势如图8所示。具体地，首先抽气使腔体内气压降至最低点(10～5Torr)，再向腔体内充入洁净气体，使腔体内气压升高至最高点(750～760Torr)，然后再次抽离腔体内的气体使腔体内气压降至最低点(10～5Torr)，接着如此循环两次，以充分净化腔体。需要说明的是，在整个净化过程中，不宜使腔体内的气压大于标准大气压(760Torr)的原因为避免腔体内的气体外泄而污染外部设备或与腔体连通的装置等。
在其他实施例中，执行步骤S1之后，腔体的气压小于标准大气压(760Torr)时，可以将步骤S2省略，但整个净化过程中装载互锁腔体11的气压仍不会超过标准大气压(760Torr)。也就是说，不必严格使气压降到最低点(10～5Torr)才充气，也不必严格升到大于750Torr才抽气，只要气压状态的变化趋势为先升高再降低且整个过程小于760Torr即可。
相较于现有技术，本发明提供的半导体设备净化方法能够在不降低设备稼动率的前提下充分净化半导体设备，避免了半导体设备的腐蚀，延长了半导体设备的寿命，防止半导体设备给晶圆500的污染，且净化效率高，降低了生产成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其它单元或步骤，单数不排除复数。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种半导体设备，包括装载互锁腔室、传送腔室、至少一个处理腔室，所述装载互锁腔室与所述处理腔室围绕所述传送腔室设置，所述传送腔室分别与所述装载互锁腔室与所述处理腔室连接，且所述传送腔室与所述装载互锁腔室、所述处理腔室之间分别通过阀门隔离，所述装载互锁腔室与所述传送腔室分别包括腔体、气体供应口、气体排出口及抽气泵，所述气体供应口与所述气体排出口间隔设置于所述腔体上，所述气体供应口用于向所述腔体内供应洁净气体，所述气体排出口与所述抽气泵连接，用于排出所述腔体内的气体，其特征在于：所述半导体设备还包括气旋净化件，所述装载互锁腔室及/或所述传送腔室内装设一个所述气旋净化件，所述气旋净化件包括位于所述腔体的底壁上并靠近所述腔体的内侧壁设置的管路，所述管路上开设多个斜向通孔，且每个所述斜向通孔的方向与所述管路的延伸方向形成一锐角，所述延伸方向与所述内侧壁的环设方向相同，所述斜向通孔朝向所述内侧壁设置，所述气旋净化件与所述气体供应口相连通，通过所述气旋净化件的管路铺设及管路上的通孔的设计在所述腔体内形成气旋。
2.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述锐角大于等于10度且小于90度。
3.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，多个所述斜向通孔等间距设于所述管路上。
4.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述气体供应口与一供应阀相连，所述抽气泵与一控制阀相连。
5.如权利要求4所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备还包括控制机构，所述控制机构与所述供应阀及所述控制阀分别电性连接。
6.一种半导体设备净化方法，应用于半导体设备，所述半导体设备包括装载互锁腔室、传送腔室、至少一个处理腔室，所述装载互锁腔室与所述处理腔室围绕所述传送腔室设置，所述传送腔室分别与所述装载互锁腔室与所述处理腔室连接，且所述传送腔室与所述装载互锁腔室、所述处理腔室之间分别通过阀门隔离，所述装载互锁腔室与所述传送腔室分别包括一腔体，其特征在于，所述装载互锁腔室及/或所述传送腔室内装设一个气旋净化件，所述气旋净化件包括位于所述腔体的底壁上并靠近所述腔体的内侧壁设置的管路，所述管路上开设多个斜向通孔，且每个所述斜向通孔的方向与所述管路的延伸方向形成一锐角，所述延伸方向与所述内侧壁的环设方向相同，所述斜向通孔朝向所述内侧壁设置，所述气旋净化件与气体供应口相连通，通过所述气旋净化件在 所述腔体内形成气旋；
所述半导体设备净化方法包括以下步骤：
密封步骤：将晶圆从腔体移走后使所述腔体内形成密闭空间；
供气步骤：经所述气体供应口向所述管路内供应洁净气体，洁净气体经所述斜向通孔冲入所述腔体内，使洁净气体通过气旋净化件在所述腔体内形成气旋；
抽离步骤：当所述腔体内的气压达到一预设值时抽离所述腔体内的气体；
其中，在所述半导体设备净化方法的过程中所述腔体的气压小于760Torr。
7.如权利要求6所述的半导体设备净化方法，其特征在于，在所述密封步骤与所述供气步骤之间还可以包括排气步骤：抽离所述腔体内的气体使所述腔体内为中真空状态。
8.如权利要求7所述的半导体设备净化方法，其特征在于，所述预设值的范围为750～760Torr，所述排气步骤使所述腔体的气压降至5～10Torr。
9.如权利要求6所述的半导体设备净化方法，其特征在于，所述半导体设备净化方法还包括重复多次所述供气步骤及所述抽离步骤。
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