CN117358713A - 一种工艺衬底载具的清洗装置及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工艺衬底载具的清洗装置及清洗方法，清洗装置包括反应室，反应室具有反应腔，反应室包括顶盖，顶盖的底面设有介质板，介质板的下方设有至少两个匀气盒，匀气盒的底板为第一电极板，第一电极板上设有多个匀气孔，反应腔的下部设有前后并排设置的第一偏压电极板和第二偏压电极板，第一偏压电极板和第二偏压电极板由单独电路控制，工艺衬底载具的安装位置位于第一电极板下方以及第一偏压电极板和第二偏压电极板上方。本发明采用电容耦合等离子源对工艺衬底载具进行清洗，通过在工艺衬底载具的多个方向上设置独立控制的电极板，可以实现对载具各部位的均匀、有效清洗。

Description

一种工艺衬底载具的清洗装置及清洗方法

技术领域

本发明涉及工艺衬底载具清洗设备技术领域，具体而言，涉及一种工艺衬底载具的清洗装置及清洗方法。

背景技术

镀膜是太阳能电池生产、LED芯片生产、化合物半导体芯片生产过程中的一个重要步骤，多种结构的太阳能电池片、芯片都需要在衬底表面生长含硅材料，如氧化硅、碳化硅、氮化硅、单晶硅、多晶硅等。制备含硅元素薄膜的设备包括PECVD设备、低压气相沉积设备、扩散炉、MOCVD设备、ALD设备、PVD设备等，使用这些设备时需要用到载具，这些载具有多种形式，可以是垂直放置衬底的有一定高度的石墨舟、晶舟、承载框、花篮，也可以是水平放置衬底的平板式载板、载盘、托盘等形式，其作用均是用以承载工艺衬底进行工艺反应。

以TOPCon(隧穿氧化硅钝化接触)太阳能电池生产过程为例，其超薄氧化硅和掺杂多晶硅通常采用管式PECVD制备，生产过程需要用到石墨舟作为工艺衬底(此应用中工艺衬底为太阳能电池片)载具，石墨舟是具有一定空间高度的载具，生产时太阳能电池片是以竖直方式放置在石墨舟内的固定支架上，为提高生产效率石墨舟设计尺寸通常较大，可放置多排多列电池片。在PECVD工艺制备过程中，石墨舟进入PECVD反应腔体内，其表面也会沉积氧化硅和掺杂多晶硅薄膜。而高掺杂多晶硅具有弱导电，当薄膜达到一定厚度，会对石墨舟上互为正负极的舟叶间电阻值产生影响，进而影响PECVD沉积反应生长速率，导致工艺衬底生产工艺的稳定性下降。因此，工艺衬底载具需要定期进行清洗，去除表面沉积的薄膜材料，以保证生产工艺稳定性。

以PERC太阳能电池生产过程为例，其氮化硅沉积工艺通常采用管式PECVD或板式PECVD制备，管式PECVD生产过程需要用到石墨舟作为工艺衬底载具，而板式PECVD需要用到平板式的载板，在PECVD工艺制备过程中，石墨舟或板式的载板承载着电池片衬底进入PECVD反应腔体内，其表面也会沉积氮化硅薄膜。而当薄膜达到一定厚度，会产生起皮、掉渣等对后续工艺的不利影响的因素，进而影响衬底后续的沉积镀膜工艺的稳定性。因此，管式和板式的工艺衬底载具都需要定期进行清洗，去除表面沉积的薄膜材料，以保证生产工艺稳定性。

以LED芯片和GaN、AlN、SiC以等半导体芯片制备过程为例，其工艺步骤有需要生长氮化硅薄膜作为阻隔水氧侵蚀、提高介电系数的关键作用，其沉积工艺通常采用PECVD、ALD、LPCVD等工艺方式，生产过程需要用到托盘作为工艺衬底载具，在工艺制备过程中，托盘承载着电池片衬底进入反应腔体内，其表面也会沉积氮化硅薄膜。而当薄膜达到一定厚度，会产生起皮、掉渣影响工艺质量变化的因素，还会由于涂层厚度的变化对温场的热吸收产生变化，引起对控温不稳定等对镀膜工艺有不利影响的因素，进而影响衬底后续的沉积镀膜工艺的稳定性。因此，在这些工艺中，工艺衬底载具也需要定期进行清洗，去除表面沉积的薄膜材料，以保证生产工艺稳定性。

针对载具清洗，目前存在湿法清洗和干法清洗两种方式。以石墨舟为例，湿法清洗需要将石墨舟上各部件拆分开，浸泡于酸或碱性清洗液中，这种清洗方式的耗时较长，效率低下，操作不便，且清洗过程容易损坏部件，清洗液还会产生环境污染。为克服湿法清洗工艺的不足，专利申请CN115954406A公开了一种干法清洗石墨舟的工艺，通过对内置有石墨舟的工艺腔体输入经远程微波等离子体系统作用产生的等离子体，并通过交变电场驱动等离子体轰击石墨舟，以清除石墨舟上沉积的薄膜。但该技术通过远程微波等离子体系统产生等离子体，工艺腔体内只有一个等离子体输入源，等离子体作用范围有限，等离子体的密度小、分布不均匀，对于尺寸较大、结构复杂的工艺衬底载具各部位的清洗强度无法控制，因此清洗效果不佳。专利申请CN 116408308A公开了一种干法清洗石墨盘的清洗装置，通过激光对石墨盘表面的沉积物烧灼，利用振动效应使得沉积物脱离石墨盘，并利用烧灼效应使得沉积物熔化甚至气化，从而达到清除沉积物的效果。但该技术利用激光聚焦点能量对沉积层进行局部升温热振动，由于激光的特性决定其作用面积必然很小，清除沉积层效率低，不适合大尺寸衬底载具；另外激光具有单一方向性，也决定了其不能将载具的其他面完全清洗干净，更不适用于具有一定高度的复杂载具；其次激光能量作用复杂，清除沉积物的方式主要沉积物本身受热后产生应力自动剥离，其清除效果很难有效控制，因此清洗均匀性也难以保证。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的问题是如何改善工艺衬底载具的干法清洗效果，有效去除大尺寸、复杂结构载具表面各部位的含硅元素的薄膜。

为解决上述问题，本发明一方面提供一种工艺衬底载具的清洗装置，包括反应室，所述反应室具有反应腔，所述反应室包括顶盖，所述顶盖的底面设有介质板，所述介质板的下方设有至少两个匀气盒，所述匀气盒的侧壁与所述介质板密封连接，所述匀气盒具有匀气腔，各所述匀气腔内至少通入一根进气管，所述匀气盒的底板为第一电极板，所述第一电极板上设有多个匀气孔，所述第一电极板与高频电源电性连接，所述反应腔的下部设有前后并排设置的第一偏压电极板和第二偏压电极板，所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板与偏压电源电性连接，所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板由单独电路控制，工艺衬底载具的安装位置位于所述第一电极板下方以及所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板上方。

相对于现有技术，本发明采用电容耦合(CCP)等离子源对工艺衬底载具进行清洗，该技术具有电场可控性好、刻蚀速率均匀、各向同性好、制作成本低、尤其适合大面积工件的清洗；反应气体先进入匀气腔，再经过匀气孔进入反应腔，可以根据开孔位置调节反应腔不同位置的反应气体密度；匀气盒的底板作为顶部电极板，使得反应气体一通入即进入高频交变电场，可提高气体分子离化率；底部设置两块偏压电极板，可以施加错位的偏置电压，在等离子活性基团垂直向下的轰击方向上施加水平吸引力，从而提高工艺衬底载具垂直表面的局部的轰击作用，改善结构部件的清洗效果。

进一步地，所述第一电极板的底面为朝向所述顶盖凹陷的曲面，所述第一电极板的凹陷深度为其沿左右方向延伸长度的1/1000至1/50。第一电极板采用内凹式曲面设计，可补偿大面积平面电容所形成的电场中间强、四周弱的特性，优化反应腔内电场的均匀性。

进一步地，所述介质板的材质为低介电系数耐腐蚀材料，所述匀气盒的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料。

进一步地，所述反应腔内前部设有第二电极板，所述反应腔内后部设有第三电极板，所述工艺衬底载具的安装位置位于所述第二电极板和所述第三电极板之间，所述第二电极板、所述第三电极板与所述高频电源电性连接，所述第一电极板、所述第二电极板和所述第三电极板与所述高频电源的连接电路上均设有线路切换元件。

第二电极板和第三电极板设置在工艺衬底载具的侧面，可以提高载具侧壁的清洗效果。以石墨舟为例，其内部具有镂空结构，而侧壁为实体结构，因此其侧壁部位很难清洗，通过侧面电极板可以对侧壁进行针对性清洗，优化载具整体清洗效果。装置使用一套高频电源即可满足清洗装置工作要求，降低设备制造成本；通过线路切换元件控制不同路线导通或断开，高频电源同一时间只给顶部电极板或侧面电极板供电，避免造成反应腔内电场异常影响等离子体激发效率。

进一步地，所述高频电源的阳极/阴极与所述第二电极板电性连接，所述高频电源的另一个电极与所述第三电极板电性连接，从而可以施加水平方向的高频电场，引导气体分子离化并对载具的侧壁表面针对性清洗。

进一步地，所述第二电极板的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料，所述第三电极板的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料。

进一步地，所述反应室内设有排气导气部件，所述排气导气部件设置在所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板的下方，所述排气导气部件上设有多个开口朝上的排气口，所述排气导气部件与设置在所述反应室的外部的真空装置连接。排气导气部件设置在底部，使得反应区内流场为垂直且较为均匀的流场，气体分子本身即带有向下的速度，在被离化的后气体分子在其有限的活性周期内可以行程更远，对工艺衬底载具底部位置也能实现有效清洗。

进一步地，各所述排气口的大小以及分布密度依据与所述真空装置的距离远近相同或差异化设置。可以通过设计排气口的开口大小及分布密度，例如通过局部调整排气口大小或分布密度，从而调整工艺衬底载具不同位置的抽气速度，从而调节流场不同位置的反应介质停留时间，改善清洗效果。

进一步地，清洗装置包括第一压力计和第二压力计，所述第一压力计用于检测所述匀气腔内的压力，所述第二压力计用于检测所述反应腔内的压力。

进一步地，所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板上设有用于支撑所述工艺衬底载具的绝缘块。工艺衬底载具绝缘安装，避免工艺衬底载具通电，对等离子体产生干扰。

进一步地，所述反应腔下部设有支撑支架，所述第一偏压电极板和所述第二偏压电极板设置在所述支撑支架上。

本发明另一方面提供一种工艺衬底载具的清洗方法，该清洗方法针对上述具有第一电极板、第一偏压电极板和第二偏压电极板的清洗装置，所述清洗方法包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具送入反应腔内，并定位安装在由第一电极板、第二电极板、第三电极板、第一偏压电极板和第二偏压电极板合围形成的安装空间中；

S2、反应腔内抽真空，确认反应腔无泄漏；

S3、向匀气腔内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，反应气体经过第一电极板上的匀气孔进入反应腔；

S4、控制高频电源对第一电极板供电，偏压电源对第一偏压电极板和第二偏压电极板供电，反应气体在电场激发下产生等离子体，对工艺衬底载具进行第一阶段清洗；

S5、保持第一电极板供电，控制偏压电源对第一偏压电极板和第二偏压电极板交替供电，进行第二阶段清洗；

S6、清洗完成，关闭高频电源和偏压电源，反应腔通入惰性气体吹扫，取出清洗完的工艺衬底载具。

本发明另一方面提供一种工艺衬底载具的清洗方法，该清洗方法针对上述具有第一电极板、第二电极板、第三电极板、第一偏压电极板和第二偏压电极板的清洗装置，所述清洗方法包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具送入反应腔内，并定位安装在由第一电极板、第二电极板、第三电极板、第一偏压电极板和第二偏压电极板合围形成的安装空间中；

S2、反应腔内抽真空，确认反应腔无泄漏；

S3、向匀气腔内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，反应气体经过第一电极板上的匀气孔进入反应腔；

S4、控制高频电源对第一电极板供电，偏压电源对第一偏压电极板和第二偏压电极板供电，反应气体在电场激发下产生等离子体，对工艺衬底载具进行第一阶段清洗；

S5、保持第一电极板供电，控制偏压电源对第一偏压电极板和第二偏压电极板交替供电，进行第二阶段清洗；

S6、停止第一电极板、第一偏压电极板和第二偏压电极板供电，控制高频电源对第二电极板和第三电极板供电，进行第三阶段清洗；

S7、停止第二电极板和第三电极板供电，控制高频电源对第一电极板供电，偏压电源对第一偏压电极板和第二偏压电极板供电，进行第四阶段清洗；

S8、清洗完成，关闭高频电源和偏压电源，反应腔通入惰性气体吹扫，取出清洗完的工艺衬底载具。

上述清洗方法采用多阶段清洗工艺，通过对不同电极板供电，在反应腔不同位置激发等离子体，并引导等离子体运动方向，实现了对工艺衬底载具各部位的均匀、有效清洗。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1)本发明采用电容式耦合的方式清洗工艺衬底载具上附着的含硅元素薄膜，电容式电极板具有电场可控性强、清洗速率快、大面积均匀性、制备成本低等优点；通过在工艺衬底载具的多个方向上设置独立控制的电极板，可以实现对载具各部位的均匀、有效清洗。

2)本发明采用错位布置的偏压电极板，构建与工艺衬底载具垂直面具有一定夹角的电场，有利于引导等离子体对工艺衬底载具的垂直面起到强化清洗作用。

3)本发明采用顶部匀气腔出气方式，便于调整反应腔压力和反应介质局部浓度，有利于提高反应介质的分布均匀性；匀气盒的底板作为顶部电极板，使得反应气体通入后即进入高频交变电场，可提高气体分子离化率；顶部电极板采用内凹式曲面设计，可以提高电场分布均匀性。

4)本发明在反应腔底部设置排气导气部件，有利于实现反应介质均匀分布以及提高清洗效率；排气导气部件的各排气口的孔径及分布密度可以相同也可以差异化设计，对等离子体清洗反应起局部修正作用，实现复杂结构表面均匀清洗。

附图说明

图1为本发明实施例中清洗装置的侧视内部结构示意图。

图2为本发明实施例中清洗装置的俯视内部结构示意图。

图3为本发明实施例中匀气盒的剖面结构示意图。

图4为本发明实施例中排气导气部件的俯视结构示意图。

图5为本发明实施例中另一排气导气部件的俯视结构示意图。

图6为本发明实施例中另一排气导气部件的俯视结构示意图。

图7为本发明另一实施例中清洗装置的侧视内部结构示意图。

图8为本发明另一实施例中清洗装置的俯视内部结构示意图。

附图标记说明：

1-反应室，11-反应腔，12-顶盖，13-右端盖，14-左端盖，15-前侧板，16-后侧板，2-介质板，3-匀气盒，31-匀气腔，32-第一电极板，33-匀气孔，4-进气管，51-第二电极板，52-第三电极板，53-高频电源，61-第一偏压电极板，62-第二偏压电极板，63-偏压电源，7-排气导气部件，71-排气口，72-真空装置，81-支撑支架，82-绝缘块，9-工艺衬底载具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标记和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1至图4所示，本发明的实施例提供一种工艺衬底载具的清洗装置，包括反应室1，反应室1为长方体形结构或近似长方体形结构，其顶部设有顶盖12，顶部设有底座，长度方向的两侧设有可启闭的右端盖13和左端盖14，宽度方向的两侧设有前侧板15和后侧板16，由顶盖12、底座、右端盖1

3、左端盖14前侧板15和后侧板16合围形成的容纳空间为反应腔11，工艺衬底载具9适于从右端盖13一侧进入反应腔11。在其他实施例中，反应室1也可以为圆柱形结构，用于对石墨盘等圆柱形载具进行清洗。

本实施例中，顶盖12的底面设有介质板2，介质板2的材质为低介电系数耐腐蚀材料，如陶瓷等。介质板2的下方设有两个或多个匀气盒3，匀气盒3的侧壁与介质板2密封连接匀气盒3具有匀气腔31，每个匀气盒3的匀气腔31内至少通入一根进气管4，进气管4的一端位于匀气腔31内，另一端从顶盖12穿出与反应室1外部供气管道连接。匀气盒3底板上设有多个匀气孔33，各匀气孔33的孔径相同或不同，一般孔径范围为0.1～5mm，清洗装置的通气方式是由进气管4将反应气体送入匀气腔31，再经过匀气孔33进入反应腔11，因此可以根据载具结构调节匀气孔33开孔位置和孔径，以调整反应腔11内反应气体的均匀性。优选地，反应室1上设有第一压力计和第二压力计(图中未示出)，第一压力计用于检测匀气腔31内的压力，第二压力计用于检测反应腔11内的压力。可以通过控制通气量调节匀气腔31和反应腔11内的压力，一般情况下，匀气腔31内压力比反应腔11内压力高500～50000pa。

匀气盒3的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料，如316L、317L等，匀气盒3具有导电性，其底板即为第一电极板32，第一电极板32与设置在反应室1外部的高频电源53电性连接。

反应腔11的下部设有偏压电极板，本实施例中，偏压电极板的数量为两块，定义为第一偏压电极板61和第二偏压电极板62，第一偏压电极板61和第二偏压电极板62在前后方向上并排设置，两块偏压电极板均与偏压电源63电性连接。

反应腔11底部设有支撑支架81，第一偏压电极板61和第二偏压电极板62设置在支撑支架81上，第一偏压电极板61和第二偏压电极板62上设有绝缘块82，工艺衬底载具9适于安装在绝缘块82上，避免对等离子体产生干扰，安装位置位于反应腔11上部的第一电极板32和下部的偏压电极板之间。

该清洗装置采用电容式耦合的方式清洗工艺衬底载具9上附着的含硅元素薄膜，反应腔11顶部的第一电极板32和底部的偏压电极板之间构成高频切换的电场，可以激发反应气体产生等离子体，并引导等离子活性基团轰击载具表面，达到表面高效清洗的效果。该清洗装置具有电场可控性好、刻蚀速率均匀、各向同性好、制作成本低、尤其适合大面积工件的清洗。匀气盒3的底板作为顶部电极板，使得反应气体一通入即进入高频交变电场，可提高气体分子离化率。

第一偏压电极板61和第二偏压电极板62与同一偏压电源63电性连接，其连接线路上设有线路切换元件，可以独立控制第一偏压电极板61和第二偏压电极板62的供电电路通断。由此可以对一块偏压电极板单独通电，施加错位的偏置电压，在等离子活性基团垂直向下的轰击方向上施加水平吸引力，从而提高工艺衬底载具9局部的轰击作用，可以实现不同结构部件的针对性清洗。

结合图3所示，第一电极板32的底面为朝向顶盖12凹陷的曲面，其截面的底部曲线可以为圆弧、抛物线、高斯曲线等形状。通过凹式曲面设计，可补偿大面积电容所形成的电场中间强、四周弱的特性，优化反应腔11内电场的均匀性。优选地，第一电极板32的凹陷深度为H，第一电极板32沿左右方向延伸长度为L，曲面结构满足：1/50≥H/L≥1/1000，在此范围内第一电极板32产生的电场均匀性好。

结合图4所示，反应腔11的下部还设有排气导气部件7，排气导气部件7设置在第一偏压电极板61和第二偏压电极板62的下方，排气导气部件7上设有多个开口朝上的排气口71，排气导气部件7的投影区域覆盖工艺衬底载具9，排气导气部件7的一端穿过左端盖14与外部真空装置72连接。本实施例中，排气口71的形状为圆形，各排气口71的大小相同，均匀分布。排气导气部件7可以控制反应腔11内的流场方向，在被离化的后气体分子在其有限的活性周期内可以行程更远，对工艺衬底载具9底部位置也能实现有效清洗。

上述实施例的清洗装置采用电容式耦合的方式清洗工艺衬底载具9上附着的含硅元素薄膜，在工艺衬底载具9的多个方向上设置独立控制的电极板，可以实现对载具各部位的均匀、有效清洗，特别适用于清洗大面积、复杂结构的载具。

使用上述实施例清洗装置进行工艺衬底载具9表面清洗的具体工艺流程包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具9送入反应腔11内，安装在绝缘块82上，安装位置位于第一电极板32下方，以及第一偏压电极板61和第二偏压电极板62上方。

S2、真空装置72启动，通过排气导气部件7将反应腔11内抽真空至设定值，通过监控真空度变化情况来检测反应腔11是否泄露，确认反应腔11无泄漏后进行后续步骤。

S3、从进气管4向匀气腔31内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，含氟气体选自三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫等，载气选自氩气、氢气、氧气、二氧化碳等。反应气体的气体流量范围优选为1～20SLM，控制反应腔11内压力为5～300pa，匀气腔31内压力比反应腔11内压力高500～50000pa。

S4、待反应腔11内压力稳定在设定范围后，控制高频电源53对第一电极板32供电，偏压电源63对第一偏压电极板61和第二偏压电极板62供电，第一电极板32和两块偏压电极板之间形成高频切换的电场，激发反应气体产生等离子体，对工艺衬底载具9进行第一阶段清洗。优选地，第一电极板32的馈入电压为40KHz～40MHz，电离功率为1～10KW；两块偏压电极板均馈入直流电源，其电压范围50～1500V。该清洗阶段主要目的是降低载具表面含硅元素薄膜厚度，清洗时间优选为600～10000S。

S5、保持第一电极板32供电，控制偏压电源63对第一偏压电极板61和第二偏压电极板62交替供电，进行第二阶段清洗。该阶段清洗过程中，等离子体穿透载具向下运行时带有一定偏角，可以提高对载具侧面结构的清洗效果。第二阶段清洗中，单块偏压电极板的供电时间优选为60～1000S，交替往复次数优选为10～60次，该阶段的清洗持续时间为600～10000S。

S6、完成两个阶段清洗后，关闭高频电源53和偏压电源63，反应腔11通入惰性气体吹扫，可以进行多次吹扫、抽真空循环，保证反应腔11内的反应气体被排除干净。清洗结束，取出清洗完的工艺衬底载具9。

上述清洗方法采用多阶段清洗工艺，通过对电极板供电，在反应腔11内激发等离子体并引导等离子体运动方向，实现了对工艺衬底载具9各部位的均匀、有效清洗。

结合图5所示，在另一实施例中，排气口71的形状为矩形，且各排气口71的大小依据与真空装置72的距离由远及近逐渐缩小，相邻排气口71之间的间距依据与真空装置72的距离由远及近逐渐增大。通过设计排气口71的开口大小及分布密度，可以调整工艺衬底载具9不同位置的抽气速度，从而调节流场不同位置的反应介质停留时间，改善清洗效果。

结合图6所示，反应腔11为圆柱形结构，对应排气导气部件7为圆环形结构，排气口71的形状为圆形，排气口71的开口大小及分布密度按照距离抽气管道距离由远及近渐次缩小。

结合图7和图8所示，本实施例提供另一种工艺衬底载具的清洗装置，其在上述实施例的基础上进行改进，其与第一个实施例的清洗装置不同之处在于，反应腔11内还设有第二电极板51和第三电极板52，第二电极板51和第三电极板52的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料、第二电极板51和第三电极板52垂直设置，第二电极板51位于反应腔11的前部，可以与前侧壁绝缘连接，第三电极板52位于反应腔11的后部，可以与后侧壁绝缘连接。工艺衬底载具9的安装位置位于第二电极板51和第三电极板52之间，即由第一电极板32、第二电极板51、第三电极板52、第一偏压电极板61和第二偏压电极板62合围形成了工艺衬底载具9的安装空间。第二电极板51和第三电极板52与高频电源53电性连接，第二电极板51和第三电极板52通电后可以施加水平方向的电场，从而提高载具侧面部位的清洗效果。

优选地，第一电极板32、第二电极板51和第三电极板52共用一个高频电源53，可大大降低清洗装置制造成本。高频电源53的阳极或阴极与第二电极板51电性连接，另一个电极与第三电极板52电性连接。第一电极板32、第二电极板51和第三电极板52与高频电源53的连接电路上均设有线路切换元件，可以独立控制各电极板通断，装置运行过程中，高频电源53同一时间只给顶部电极板或侧面电极板供电，避免造成反应腔11内电场异常影响等离子体激发效率。

使用上述实施例清洗装置进行工艺衬底载具9表面清洗的具体工艺流程包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具9送入反应腔11内，安装在绝缘块82上，安装位置位于第一电极板32、第二电极板51、第三电极板52、第一偏压电极板61和第二偏压电极板62合围形成的安装空间中。

S2、真空装置72启动，通过排气导气部件7将反应腔11内抽真空至设定值，通过监控真空度变化情况来检测反应腔11是否泄露，确认反应腔11无泄漏后进行后续步骤。

S3、从进气管4向匀气腔31内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，含氟气体选自三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫等，载气选自氩气、氢气、氧气、二氧化碳等。反应气体的气体流量范围优选为1～20SLM，控制反应腔11内压力为5～300pa，匀气腔31内压力比反应腔11内压力高500～50000pa。

S4、待反应腔11内压力稳定在设定范围后，控制高频电源53对第一电极板32供电，偏压电源63对第一偏压电极板61和第二偏压电极板62供电，第一电极板32和两块偏压电极板之间形成高频切换的电场，激发反应气体产生等离子体，对工艺衬底载具9进行第一阶段清洗。优选地，第一电极板32的馈入电压为40KHz～40MHz，电离功率为1～10KW；两块偏压电极板均馈入直流电源，其电压范围50～1500V。该清洗阶段主要目的是降低载具表面含硅元素薄膜厚度，清洗时间优选为600～10000S。

S5、保持第一电极板32供电，控制偏压电源63对第一偏压电极板61和第二偏压电极板62交替供电，进行第二阶段清洗。该阶段清洗过程中，等离子体穿透载具向下运行时带有一定偏角，可以提高对载具侧面结构的清洗效果。第二阶段清洗中，单块偏压电极板的供电时间优选为60～1000S，交替往复次数优选为10～60次，该阶段的清洗持续时间为600～10000S。

S6、停止第一电极板32、第一偏压电极板61和第二偏压电极板62供电，控制高频电源53对第二电极板51和第三电极板52供电，进行第三阶段清洗。该清洗阶段主要目的是对提高载具侧壁进行针对性清洗，优化整体清洗效果。第三阶段清洗时间优选为600～10000S。

S7、停止第二电极板51和第三电极板52供电，再次控制高频电源53对第一电极板32供电，偏压电源63对第一偏压电极板61和第二偏压电极板62供电，进行第四阶段清洗。该阶段为饱和清洗阶段，主要针对局部沉积物仍然较厚的位置进行补偿性清洗，而沉积物清洗完成或较薄的部位，反应会进入自限制阶段，因此在该清洗阶段可以做一个平衡，以完成对载体各个部位清洗的均匀化。一般而言，该阶段高频电源53的功率相对于第一阶段的功率设定低，且反应气体的气体流量、比例设置也与第一阶段不同，该阶段的清洗持续时间优选为600～10000S。

S8、完成四个阶段清洗后，关闭高频电源53和偏压电源63，反应腔11通入惰性气体吹扫，可以进行多次吹扫、抽真空循环，保证反应腔11内的反应气体被排除干净。清洗结束，取出清洗完的工艺衬底载具9。

上述清洗方法采用多阶段清洗工艺，通过对电极板供电，在反应腔11内激发等离子体并引导等离子体运动方向，实现了对工艺衬底载具9各部位的均匀、有效清洗，清洗速率快，清洗效果好，具有很高的产业应用推广价值。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，包括反应室(1)，所述反应室(1)具有反应腔(11)，所述反应室(1)包括顶盖(12)，所述顶盖(12)的底面设有介质板(2)，所述介质板(2)的下方设有至少两个匀气盒(3)，所述匀气盒(3)的侧壁与所述介质板(2)密封连接，所述匀气盒(3)具有匀气腔(31)，各所述匀气腔(31)内至少通入一根进气管(4)，所述匀气盒(3)的底板为第一电极板(32)，所述第一电极板(32)上设有多个匀气孔(33)，所述第一电极板(32)与高频电源(53)电性连接，所述反应腔(11)的下部设有前后并排设置的第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)，所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)与偏压电源(63)电性连接，所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)由单独电路控制，工艺衬底载具(9)的安装位置位于所述第一电极板(32)下方以及所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)上方。

2.根据权利要求1所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述第一电极板(32)的底面为朝向所述顶盖(12)凹陷的曲面，所述第一电极板(32)的凹陷深度为其沿左右方向延伸长度的1/1000至1/50。

3.根据权利要求1所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述介质板(2)的材质为低介电系数耐腐蚀材料，所述匀气盒(3)的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料。

4.根据权利要求1所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述反应腔(11)内前部设有第二电极板(51)，所述反应腔(11)内后部设有第三电极板(52)，所述第二电极板(51)、所述第三电极板(52)与所述高频电源(53)电性连接，所述工艺衬底载具(9)的安装位置位于所述第二电极板(51)和所述第三电极板(52)之间，所述第一电极板(32)、所述第二电极板(51)和所述第三电极板(52)与所述高频电源(53)的连接电路上均设有线路切换元件。

5.根据权利要求4所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述高频电源(53)的阳极/阴极与所述第二电极板(51)电性连接，所述高频电源(53)的另一个电极与所述第三电极板(52)电性连接。

6.根据权利要求4所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述第二电极板(51)的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料，所述第三电极板(52)的材质为耐含氟气体腐蚀的金属材料。

7.根据权利要求1-6任一所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述反应室(1)内设有排气导气部件(7)，所述排气导气部件(7)设置在所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)的下方，所述排气导气部件(7)上设有多个开口朝上的排气口(71)，所述排气导气部件(7)与设置在所述反应室(1)的外部的真空装置(72)连接。

8.根据权利要求7所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，各所述排气口(71)的大小以及分布密度依据与所述真空装置(72)的距离远近相同或差异化设置。

9.根据权利要求1-6任一所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，包括第一压力计和第二压力计，所述第一压力计用于检测所述匀气腔(31)内的压力，所述第二压力计用于检测所述反应腔(11)内的压力。

10.根据权利要求1-5任一所述的工艺衬底载具的清洗装置，其特征在于，所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)上设有用于支撑所述工艺衬底载具(9)的绝缘块(82)，所述反应腔(11)下部设有支撑支架(81)，所述第一偏压电极板(61)和所述第二偏压电极板(62)设置在所述支撑支架(81)上。

11.一种工艺衬底载具的清洗方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一所述的工艺衬底载具的清洗装置，所述清洗方法包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具(9)送入反应腔(11)内，并定位安装在由第一电极板(32)与第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)之间的安装空间中；

S2、反应腔(11)内抽真空，确认反应腔(11)无泄漏；

S3、向匀气腔(31)内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，反应气体经过第一电极板(32)上的匀气孔(33)进入反应腔(11)；

S4、控制高频电源(53)对第一电极板(32)供电，偏压电源(63)对第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)供电，反应气体在电场激发下产生等离子体，对工艺衬底载具(9)进行第一阶段清洗；

S5、保持第一电极板(32)供电，控制偏压电源(63)对第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)交替供电，进行第二阶段清洗；

S6、清洗完成，关闭高频电源(53)和偏压电源(63)，反应腔(11)通入惰性气体吹扫，取出清洗完的工艺衬底载具(9)。

12.一种工艺衬底载具的清洗方法，其特征在于，使用如权利要求4-6任一所述的工艺衬底载具的清洗装置，所述清洗方法包括以下步骤：

S1、将工艺衬底载具(9)送入反应腔(11)内，并定位安装在由第一电极板(32)、第二电极板(51)、第三电极板(52)、第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)合围形成的安装空间中；

S2、反应腔(11)内抽真空，确认反应腔(11)无泄漏；

S3、向匀气腔(31)内通入反应气体，反应气体包括含氟气体和载气，反应气体经过第一电极板(32)上的匀气孔(33)进入反应腔(11)；

S4、控制高频电源(53)对第一电极板(32)供电，偏压电源(63)对第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)供电，反应气体在电场激发下产生等离子体，对工艺衬底载具(9)进行第一阶段清洗；

S5、保持第一电极板(32)供电，控制偏压电源(63)对第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)交替供电，进行第二阶段清洗；

S6、停止第一电极板(32)、第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)供电，控制高频电源(53)对第二电极板(51)和第三电极板(52)供电，进行第三阶段清洗；

S7、停止第二电极板(51)和第三电极板(52)供电，控制高频电源(53)对第一电极板(32)供电，偏压电源(63)对第一偏压电极板(61)和第二偏压电极板(62)同时供电，进行第四阶段清洗；

S8、清洗完成，关闭高频电源(53)和偏压电源(63)，反应腔(11)通入惰性气体吹扫，取出清洗完的工艺衬底载具(9)。