CN218887116U - 一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置，包括：固定座，其上固定静电卡盘；上匀气环、导杆和下匀气环，依次固定连接；上匀气环的内圈位于静电卡盘的外部且开设吹气口；上匀气环内开设至少一个上独立气道，每个上独立气道的输出端连通至少一吹气口；导杆内开设与上独立气道对应且连通的导杆内部气道，下匀气环内开设与导杆内部气道对应且连通的下独立气道；每个导杆的上端均穿过固定座，下端固定于下匀气环的下独立气道内；边缘环，放置于上匀气环的上表面，其内圈和上匀气环的内圈尺寸相同；导杆升降气缸，其缸体固定于固定座，其输出端固定于下匀气环的上表面。本实用新型可实现载片台近距离且吹扫均匀的气体吹扫作业。

Description

一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置

技术领域

本实用新型涉及刻蚀系统载片平面清洗吹扫技术领域，具体涉及一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置。

背景技术

随着半导体器件的发展，晶片图形精度越来越高，逐步发展了一系列干法刻蚀技术。干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的等离子体，对晶圆进行物理轰击、化学反应，以选择性的去除需要去除的区域，获得所需要图形的刻蚀方法。应用比较普遍的干法刻蚀技术有等离子体刻蚀，反应离子刻蚀，离子束刻蚀。干法刻蚀系统中均设计有载片平面对晶圆进行固定，常用的载片台有静电卡盘。干法刻蚀系统中，晶圆在进行物理轰击、化学反应的过程中，大部分物质变成挥发性气体经抽气系统抽离，少量非挥发性副产物（如聚合物）会残留在腔室环境中，附着在腔室内壁表面，随着射频时间的增长会产生大量的颗粒。这些颗粒会沉积在载片台上，如果不及时处理，积累到一定程度后，会严重影响载片台的功能：一方面会影响载片台对晶圆的固定和释放，使chuck/dechuck功能减弱或失效，严重时造成晶圆碎片；另一方面会影响背氦的流通，无法正常导走晶圆背面的温度，降低工艺表现的均一性，影响产品良率。

CN114520137A提供了一种去除刻蚀设备静电卡盘表面颗粒的装置和方法，但是该发明要求支供气管沿刻蚀腔内壁设置，各喷嘴绕静电卡盘的中轴线做周向环形运动，气体流量为100-1000毫升/分钟，喷嘴与静电卡盘上表面之间的轴向高度是1-5cm，这种结构使用大流量对静电卡盘进行超远距离吹扫，吹扫欠均匀，因而导致吹扫效果差，对腔内环境的破坏力强，影响大，实际使用效果差。

发明内容

本实用新型提供一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置，可实现载片台近距离且吹扫均匀的气体吹扫作业。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置，包括：

固定座，其上固定静电卡盘；

上匀气环、导杆和下匀气环，依次固定连接；所述上匀气环的内圈位于所述静电卡盘的外部且开设吹气口；所述上匀气环内开设至少一个上独立气道，每个所述上独立气道的输出端连通至少一所述吹气口；所述导杆内开设与上独立气道对应且连通的导杆内部气道，所述下匀气环内开设与导杆内部气道对应且连通的下独立气道；

每个所述导杆的上端均穿过所述固定座，下端固定于所述下匀气环的下独立气道内；

边缘环，放置于所述上匀气环的上表面，其内圈和上匀气环的内圈尺寸相同；

导杆升降气缸，其缸体固定于固定座，其输出端固定于所述下匀气环的上表面。

优选地，所述上匀气环包括上环体、与所述上环体的内环固定的下环体，所述静电卡盘包括盘本体、形成于所述盘本体上表面的载片平面；

所述下环体包绕在盘本体的外部，顶升位吹扫时，所述上环体的上端面与所述载片平面上端面之间形成预设高度差。

优选地，所述上独立气道包括第一上气道、与第一上气道连通的第二上气道，所述第二上气道的输入端连通对应的所述导杆内部气道。

优选地，所述第二上气道位于所述下环体内。

优选地，所述第一上气道包括弧形气道、与弧形气道连通的水平气道，所述弧形气道位于下环体内，所述水平气道位于上环体内。

优选地，所述上环体的内圈与载片平面之间的间距为0.5mm。

优选地，每个所述导杆与下匀气环之间均通过导杆固定件连接；所述导杆固定件包括一对对称设置的卡环和一限制压环，所述导杆上开设压紧槽，一对所述卡环对应卡设于所述压紧槽上，所述卡环下表面与所述下匀气环的上表面接触所述卡环放置于所述下独立气道，所述限制压环套设在所述导杆上，并压在对称卡环的上表面，同时限制对称卡环的外径；所述限制压环固定于所述下匀气环上。

优选地，所述导杆的上端形成一限位块，以与所述上匀气环固定；所述限位块在所述固定座的上方上下移动。

优选地，所述吹气口的直径为为0.1-1mm，其中心和静电卡盘的载片平面相互平行。

优选地，顶升位吹扫时，所述吹气口中心与静电卡盘的载片平面之间的垂直距离为0.5mm。

优选地，进一步包括下底座和Pin升降气缸，所述Pin升降气缸的缸体固定于所述固定座，其输出端固定于所述下底座，所述下底座可在下匀气环的上方上下移动。

优选地，所述导杆升降气缸穿过所述下底座。

优选地，所述下底座为一环体。

优选地，所述Pin升降气缸和导杆升降气缸交错设置；所述Pin升降气缸成对出现。

优选地，所述上独立气道的数量为3；每个上独立气道均连通5个所述吹气口。

与现有技术相比，本实用新型的优点为：

（1）吹气口布置在载片平面的周边，吹气口距载片平面边缘的距离＜1mm，实现载片台近距离的气体吹扫作业。

（2）能够在载片平面上产生均匀气流，从而有效的减少载片平面上的颗粒。

具体的，吹扫气体通过进气接头进入下匀气环，在下匀气环的下独立气道中实现第一次匀气之后通过导杆内部气道进入上匀气环，在上匀气环的上独立气道中实现第二次匀气，之后在上匀气环内壁设置的吹气口中喷出，实现各个吹气口更加均匀的气体吹扫。

（3）3个独立吹扫单元的设置，可以有效较少对向气流的影响，可以自由的控制吹扫区域，实现更加有目的的清扫作业。

附图说明

图1为刻蚀系统用载片平面吹扫装置的立体图；

图2为刻蚀系统用载片平面吹扫装置的剖视图；

图3为导杆固定件的结构图。

其中，100-静电卡盘，110-边缘环，120-上匀气环，121-吹气口，122-上独立气道，130-导杆，131-导杆内部气道，140-导杆固定件，141-卡环，142-限制压环，150-下匀气环，151-下独立气道，160-进气接头，170-固定座，171- Pin升降气缸，172-导杆升降气缸，180-Pin组件。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

如图1~3所示，一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置，包括：固定座170、上匀气环120、导杆130、下匀气环150和边缘环110。

该吹扫装置设计有3个吹扫单元，是通过上匀气环120内部设计的3个独立的气道来实现的，每一个独立气道上面设计有5个吹气口，每一个上独立气道122通过导杆130的内部气道与下独立气道相连接，通过进气接头160实现进气，进气接头与供气系统之间通过气管密封连接，如此结构实现吹扫气体的全过程联通，良好的密封结构能够有效的减少吹扫气体的损失。当执行清洗作业时，吹扫装置带动边缘环110升到位，供气系统打开，3个吹扫单元按照顺时针方向依次完成吹扫作业，之后吹扫装置下落到位，完成整个过程的清洗作业。

固定座170，其上固定静电卡盘100。由现有技术可知：静电卡盘100包括盘本体、形成于盘本体上表面的载片平面。

上匀气环120、导杆130和下匀气环150，依次固定连接。

上匀气环120的内圈位于静电卡盘100的外部且开设吹气口121；上匀气环120内开设至少一个上独立气道122，每个上独立气道122的输出端连通至少一吹气口121。

具体的，吹气口121的直径为1mm，其中心和静电卡盘100的载片平面相互平行。顶升位吹扫时，吹气口121中心与静电卡盘100的载片平面之间的垂直距离为0.5mm。上独立气道122的数量为3；每个上独立气道122均连通5个吹气口121。如图2所示，为顶升位吹扫的状态图，图1为下落位避让的状态图，两个位置通过光纤传感器来判定。

该吹扫装置的顶升和下落，顶升到位后可以执行吹扫作业，下落到位后可以做到完美避让，不影响工艺过程中的腔室环境。其中，“避让”不是指结构避让，而是工艺动作的避让。在正常的工艺过程中，吹扫结构需要带着边缘环一起下降到位，使边缘环在正确的位置上，才能维持腔室工艺时等离子体的正确分布。

其中，吹气口121底下的白色空间就是下落时上环体的避让空间。

上独立气道122包括第一上气道、与第一上气道连通的第二上气道，第二上气道的输入端连通对应的导杆内部气道131。第二上气道位于下环体内；第一上气道包括弧形气道、与弧形气道连通的水平气道，弧形气道位于下环体内，水平气道位于上环体内；上环体的内圈与载片平面之间的间距为0.5mm。即顶升位吹扫时，吹气口距载片平面边缘的距离＜1mm，实现载片台近距离的气体吹扫作业。

导杆130内开设与上独立气道122对应且连通的导杆内部气道131，通过端面密封来保证搭接处的密封状态；下匀气环150内开设与导杆内部气道131对应且连通的下独立气道151（即共3个下独立气道151），每个下独立气道151分别与进气接头160，相连通通过进气接头实现进气，进气接头与供气系统之间通过气管密封连接。

每个导杆130的上端均穿过固定座170，下端固定于下匀气环150的下独立气道151内。具体的，每个导杆130与下匀气环150之间均通过导杆固定件140连接，通过轴面密封来保证搭接处的密封状态；导杆130的上端形成一限位块，以与上匀气环120固定；限位块在导杆升降气缸172的带动下可在固定座170的上方上下移动。

导杆固定件140包括一对对称设置的卡环141和一限制压环142，导杆130上开设压紧槽，一对卡环141对应卡设于压紧槽上，卡环141下表面与所述下匀气环150的上表面接，限制压环142套设在导杆上，并压在对称卡环142的上表面，同时限制对称卡环141的外径；限制压环142固定于下匀气环150上。卡环141内径小于导杆外径，设计为一体结构时，无法安装，所以需要设计为分体结构。

边缘环110，由绝缘材料制成，放置于上匀气环120的上表面，其内圈和上匀气环120的内圈尺寸相同。边缘环110可以是Focus ring、Cover ring、Edge ring或其他零件。边缘环110依靠圆周配合定位在上匀气环120上，并跟随上匀气环120上下运动。即导杆升降气缸172带动上匀气环和边缘环110一起上下运动，吹扫时顶出，不吹扫时落下，以此来保证吹扫装置在正常工艺时对腔室环境不产生任何影响，即吹扫装置落下，边缘环110归位，腔室环境恢复到正常工艺环境。在现有技术中，通常在晶圆的周边会安装有边缘环，来改变晶圆边缘区域等离子体的分布和形态，目的是提升晶圆边缘和中心工艺表现的均一性。

导杆升降气缸172，其缸体固定于固定座170，其输出端固定于下匀气环150的上表面。

上匀气环120包括上环体、与上环体的内环固定的下环体，下环体包绕在盘本体的外部，顶升位吹扫时，上环体的上端面与载片平面上端面之间形成预设高度差。

下底座和Pin升降气缸171，Pin升降气缸171的缸体固定于固定座170，其输出端固定于下底座，下底座可在下匀气环150的上方上下移动。下底座为一环体，导杆升降气缸172穿过下底座；Pin升降气缸171和导杆升降气缸172交错设置。由现有技术知，Pin升降气缸171，用来驱动Pin组件180的上升和下降，来实现晶圆的传输。在本实施例中，为了节约设计空间，吹扫装置的升降结构和pin升降结构相互错开，在最小的空间内完成两个组件的设计。导杆升降气缸172也布置在固定座170上，与Pin升降气缸171呈60°错开分布，为了保证升降的稳定性，导杆升降气缸172和Pin升降气缸171均设计为2个一组。

该吹扫装置的工作原理：当判断需要对载片平面进行清洗时，导杆升降气缸172动作，吹扫装置到达设定好的吹扫位置（即图2），气体从吹气口121喷出对准载片平面的表面进行气体吹扫作业，到达设定的吹气时间之后停气，导杆升降气缸172动作，吹扫装置复位（即图1），清洗工作结束。

该吹扫装置中吹扫气体使用高纯气体，可以是Ar、Xe、Kr等惰性气体，也可以是N2，或者在启动射频的情况下通入O2、F基等反应气体来清除载片平面的碳基或者其他颗粒。供气系统由气源、隔膜阀、质量流量控制器、安全组件、加热结构（可选）等部分组成。气源提供高纯吹扫气体，气体的开关由隔膜阀控制，气体的流量由质量流量控制器（MFC）控制，整个供气系统中设计安全组件，起安全保护的作用，使整套装置更加可靠。可选的加热结构可以加热吹扫气体，起到进一步保护载片台的目的。

该清洗方法必须在工艺腔体内部没有晶圆的时间段内启用，避免对晶圆产生污染。载片台的清洗作业的判定因素至少包括以下几个方面：射频时长（RFH）到达预设值、背氦数值异常波动、chuck/dechuck功能异常、颗粒数值异常等，出现以上一个或者多个情况，可以判定执行载片台清洗作业。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，包括：

固定座，其上固定静电卡盘；

上匀气环、导杆和下匀气环，依次固定连接；所述上匀气环的内圈位于所述静电卡盘的外部且开设吹气口；所述上匀气环内开设至少一个上独立气道，每个所述上独立气道的输出端连通至少一所述吹气口；所述导杆内开设与上独立气道对应且连通的导杆内部气道，所述下匀气环内开设与导杆内部气道对应且连通的下独立气道；

每个所述导杆的上端均穿过所述固定座，下端固定于所述下匀气环的下独立气道内；

边缘环，放置于所述上匀气环的上表面，其内圈和上匀气环的内圈尺寸相同；

导杆升降气缸，其缸体固定于固定座，其输出端固定于所述下匀气环的上表面。

2.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述上匀气环包括上环体、与所述上环体的内环固定的下环体，所述静电卡盘包括盘本体、形成于所述盘本体上表面的载片平面；

所述下环体包绕在盘本体的外部，顶升位吹扫时，所述上环体的上端面与所述载片平面上端面之间形成预设高度差。

3.根据权利要求2所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述上独立气道包括第一上气道、与第一上气道连通的第二上气道，所述第二上气道的输入端连通对应的所述导杆内部气道。

4.根据权利要求3所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述第二上气道位于所述下环体内。

5.根据权利要求3所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述第一上气道包括弧形气道、与弧形气道连通的水平气道，所述弧形气道位于下环体内，所述水平气道位于上环体内。

6.根据权利要求2所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述上环体的内圈与载片平面之间的间距为0.5mm。

7.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，每个所述导杆与下匀气环之间均通过导杆固定件连接；所述导杆固定件包括一对对称设置的卡环和一限制压环，所述导杆上开设压紧槽，一对所述卡环对应卡设于所述压紧槽上，所述卡环下表面与所述下匀气环的上表面接触，所述限制压环套设在所述导杆上，并压在对称卡环的上表面，同时限制对称卡环的外径；所述限制压环固定于所述下匀气环上。

8.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述导杆的上端形成一限位块，以与所述上匀气环固定；所述限位块在所述固定座的上方上下移动。

9.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述吹气口的直径为0.1-1mm，其中心和静电卡盘的载片平面相互平行。

10.根据权利要求9所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，顶升位吹扫时，所述吹气口中心与静电卡盘的载片平面之间的垂直距离为0.5mm。

11.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，进一步包括下底座和Pin升降气缸，所述Pin升降气缸的缸体固定于所述固定座，其输出端固定于所述下底座，所述下底座可在下匀气环的上方上下移动。

12.根据权利要求11所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述导杆升降气缸穿过所述下底座。

13.根据权利要求11所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述下底座为一环体。

14.根据权利要求11所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述Pin升降气缸和导杆升降气缸交错设置；所述Pin升降气缸成对出现。

15.根据权利要求1所述的刻蚀系统用载片平面吹扫装置，其特征在于，所述上独立气道的数量为3；每个上独立气道均连通5个所述吹气口。

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