一种静电装置、其所在的基片处理系统及其置换清洁方法与流程

1.本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种静电装置、其所在的基片处理系统及其置换清洁方法。


背景技术：

2.等离子体处理装置具有一个真空反应腔，并利用真空反应腔的工作原理进行半导体基片的加工。真空反应腔的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片进行加工。
3.等离子体处理装置的真空反应腔中包含一个基座，基座上设置有静电吸盘，所述静电吸盘用于吸附半导体基片，以便对它进行等离子体处理(刻蚀或沉积)。基座和静电吸盘的周围还设置有聚焦环、覆盖环、隔离环等边缘环，用以调节等离子体处理装置中的真空反应腔内的温度、电场强度以及气体分布等参数，从而保证半导体基片中心区域和边缘区域刻蚀(或沉积)的均匀性。
4.在等离子体处理装置对半导体基片进行等离子体处理时，常常会遇到边缘环损耗较大、使用寿命短的问题。由于边缘环的损耗，会导致边缘环对边缘区域的温度、电场强度以及气体分布等参数的调节发生变化，造成不同时间段内基片处理的均一性变差，此外，边缘环损耗后，静电卡盘与边缘环之间的间隙变大，造成使更多的具有腐蚀性与污染性的刻蚀气体、自由基、等离子体等气体通过上述增大的静电卡盘与边缘环之间的间隙，腐蚀攻击静电卡盘侧壁、静电卡盘侧壁密封圈、以及其他的零部件，同时也会产生聚合物、金属颗粒等杂质污染半导体晶圆，从而对成品质量造成影响。
5.为解决上述问题，目前通常采用的方法是：定期更换边缘环及定期清理真空反应腔中的基座和静电吸盘。而更换边缘环的过程较为复杂，需要打开所述等离体子处理装置中的真空反应腔，耗时耗力。
6.这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。


技术实现要素：

7.本发明提出了一种静电装置、其所在的基片处理系统及其置换清洁方法，通过机械手臂将能够产生静电吸附力的静电装置移入或移出等离子处理装置的真空反应腔内，可以在不打开真空反应腔的情况下置换受损的边缘环，或清理真空反应腔中的基座和静电吸盘上的颗粒杂质，操作简单，并且可以降低基片处理系统的维护成本。
8.为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种用于等离子体处理装置的静电装置，所述的等离子体处理装置包含一真空反应腔，所述的真空反应腔内设置一用于支撑基片的下电极，环绕所述下电极设置一边缘环，所述静电装置用于产生吸附静电以吸附所述边缘环移入或移出所述真空反应腔。
9.可选地，所述静电装置中具有能够产生静电的高压模块以及为高压模块提供电能的电池模块。
10.可选地，所述静电装置还包含与电池模块无线通信的控制模块，通过控制电池模块的电压大小从而控制高压模块的电压大小，最终控制静电装置的静电力大小。
11.可选地，所述静电装置上设置夹持部，便于所述静电装置的取放及传送。
12.可选地，所述夹持部为设置在静电装置顶部的把手状结构。
13.可选地，所述夹持部为设置在静电装置外围的凹槽结构。
14.可选地，所述静电装置具有定位部件，所述定位部件设置在静电装置的下表面，用于定位所述边缘环的位置。
15.可选地，所述定位部件为环状凸起结构，或者是多个扇环状凸起结构，或者是至少一个点状凸起结构。
16.可选地，所述定位部件的内缘与所述边缘环的外缘相匹配。
17.可选地，所述定位部件的外缘与所述边缘环的内缘相匹配。
18.可选地，所述边缘环上设有至少一个槽或孔，所述定位部件与所述的边缘环上的槽或孔相匹配。
19.本发明的第二个技术方案是提供一种基片处理系统，包含：等离子体处理装置，包含一真空反应腔，用于对基片进行处理，所述真空反应腔内设置一用于支撑基片的下电极，环绕所述下电极设置一边缘环；
20.上述的静电装置，所述静电装置用于产生吸附静电以吸附边缘环移入或移出所述真空反应腔；
21.传输腔，内部设置有传输机械手，所述传输机械手用于将所述静电装置移入或移出所述真空反应腔。
22.可选地，所述的系统还包括一前端模组，所述的前端模组用于存储基片和/或所述静电装置。
23.可选地，所述等离子体处理装置是电容耦合等离子处理设备或电感耦合等离子体处理设备。
24.可选地，所述等离子体处理装置中的真空反应腔上设置基片传输端口，所述基片传输端口用于传输基片和/或所述静电装置。
25.可选地，所述边缘环为聚焦环。
26.本发明的第三个技术方案是提供一种基片处理系统中的等离子体处理装置中的真空反应腔中的边缘环更换方法，该方法包含以下过程：
27.通过所述传输机械手实现所述静电装置移入或移出所述等离子体处理装置中的真空反应腔；移入真空反应腔的空置的静电装置产生吸附静电，吸附待更换的边缘环，并将待更换的边缘环移出真空反应腔；吸附了新的边缘环的静电装置移入真空反应腔后，释放新的边缘环，完成边缘环的更换。
28.可选地，所述静电装置定位接触待更换的边缘环或新的边缘环后，再产生吸附静电吸附待更换的边缘环或新的边缘环。
29.可选地，所述静电装置通过定位部件定位接触待更换的边缘环或新的边缘环。
30.可选地，通过控制所述静电装置中的电池模块的电压大小从而控制高压模块的电
压大小，最终控制静电装置的静电力大小，实现所述静电装置对所述边缘环的吸附或释放。
31.可选地，所述传输机械手通过所述静电装置上的夹持部来传送所述静电装置。
32.本发明的第四个技术方案是提供一种基片处理系统中的等离子体处理装置中的真空反应腔中的下电极清洁方法，该方法包含以下过程：
33.通过所述传输机械手实现所述静电装置移入或移出所述等离子体处理装置中的真空反应腔；移入真空反应腔的静电装置产生静电吸附所述下电极上的杂质颗粒；将吸附了杂质颗粒的静电装置传出真空反应腔，完成静电吸盘的清洁。
34.可选地，通过控制电池模块的电压大小从而控制高压模块的电压大小，最终控制静电装置的静电力大小，实现所述静电装置对所述下电极上的杂质颗粒的吸附或释放。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
36.本发明的静电装置通过产生吸附静电吸附等离子体处理装置中的真空反应腔中的边缘环，将边缘环经过所述真空反应腔上的基片传输端口移入或移出所述真空反应腔，实现在不打开真空反应腔的情况下更换所述边缘环，操作简单，省时省力。此外，本发明在静电装置的底部还设有定位部件，实现所述边缘环与所述静电装置间的定位，确保更换前后的边缘环在所述真空反应腔内的位置相同。而且，本发明的静电装置还可以清理等离子体处理装置中的真空反应腔中的下电极上的杂质颗粒，极大降低了基片处理系统的维护成本。
附图说明
37.图1为本发明提供的一种基片处理系统的结构示意图；
38.图2为本发明的等离子体处理装置中的真空反应腔的局部结构示意图；
39.图3为本发明提供的静电装置的夹持部的第一种结构示意图；
40.图4为本发明提供的静电装置的夹持部的第二种结构示意图；
41.图5为本发明提供的静电装置作用于等离子体处理装置时的整体结构截面剖视图；
42.图6为本发明第一实施例提供的图5中a处的放大图；
43.图7为本发明第二实施例提供的图5中a处的放大图；
44.图8为本发明第三实施例提供的图5中a处的放大图。
具体实施方式
45.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。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。
46.如图1所示，本发明的基片处理系统包含：至少一个等离子体处理装置1、传输腔2和前端模组3，所述等离子体处理装置1用于对基片进行等离子体处理，所述前端模组3用于存储基片，所述传输腔2设置在等离子体处理装置1与前端模组3之间，所述传输腔2内设置有传输机械手201，用于将所述基片移入或移出所述等离子体处理装置1。
47.如图2所示，所述等离子体处理装置1包含一真空反应腔101，用于对基片进行处
理，所述真空反应腔101的侧壁上设置一基片传输端口105，所述传输腔2内部的传输机械手201通过该基片传输端口105传输基片(图中未示出)；所述的真空反应腔101内设置一用于支撑静电夹盘102的基座103，静电夹盘102上用于放置基片，进一步，将所述静电吸盘102与基座103统称为下电极；环绕所述下电极设置有一边缘环104，用以调节等离子体处理装置中的真空反应腔内的电场强度、温度以及气体分布等参数，从而保证基片中心区域和边缘区域等离子体处理速率的均匀性。
48.所述基片处理系统还包含一静电装置4，在等离子体处理装置1工作的时候，该静电装置4是位于所述真空反应腔101之外的，可以将该静电装置存储在所述前端模组3中，或将该静电装置存储在其他的存储模块中。当边缘环在真空反应腔内工作一段时间后，受等离子体的轰击腐蚀，边缘环的形状和厚度会发生改变，进而影响不同时间内处理的基片的均一性，因此，当检测到边缘环的形状或厚度改变到一定程度后，需要利用该静电装置对边缘环进行替换。具体为，在等离子体处理装置1制程结束后，通过所述传输腔2内部的传输机械手201将所述静电装置4通过所述基片传输端口105移入所述真空反应腔101，所述静电装置4产生吸附静电以吸附等离子体处理装置1的边缘环104，从而实现不打开所述真空反应腔的情况下置换所述边缘环104。同时，所述静电装置还产生吸附静电以吸附下电极上的杂质颗粒，从而实现下电极表面杂质颗粒的清理。
49.进一步，所述的静电装置4中具有能产生静电的高压模块以及为高压模块提供电能的电池模块；所述静电装置4无线通信连接有一控制模块，所述控制模块通过控制电池模块的通断电情况或输出电压大小从而控制高压模块的运行状况或高压模块产生的吸附静电的大小。通过控制静电装置4所产生的静电力的大小实现静电装置4在不同应用场景下的功能切换。
50.所述静电装置上设置有夹持部401，以便于传输机械手201取放所述静电装置4，并将其移入或移出所述真空反应腔101。进一步地，所述夹持部优选为如图3所示的设置在静电装置4外围的凹槽结构，也可以为其他便于所述传输机械手201取放、传输所述静电装置4的结构，比如：图4所示设置在静电装置4顶部的把手状结构。具体地，当所述夹持部401采用凹槽结构时，所述传输机械手201通过插入所述凹槽结构内以取放、传输所述静电装置4；当所述夹持部401采用把手状结构时，所述传输机械手201通过夹持所述把手状结构以取放、传输所述静电装置4。
51.所述静电装置的下表面上还设置有定位部件，便于所述静电装置4定位所述边缘环104的位置，确保边缘环置换前后其在所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101中的位置相同。
52.实施例一
53.如图1、图2和图3所示，本发明的基片处理系统包含：至少一个等离子体处理装置1、传输腔2、前端模组3及静电装置4；所述传输腔2设置在等离子体处理装置1与前端模组3之间；
54.所述等离子体处理装置1包含一真空反应腔101，用于对基片进行处理，所述反应腔侧壁上设置一基片传输端口105，用于传输基片或所述静电装置4；所述的真空反应腔101内设置一用于支撑基片的静电吸盘102，所述的静电吸盘102置于一基座103上，进一步，将所述静电吸盘102与基座103统称为下电极；环绕所述下电极设置有一边缘环104。优选地，
所述边缘环104为聚焦环106。
55.如图3所示，在本实施例中，所述静电装置4为圆形，其外径大于所述边缘环104的内径，可选的，静电装置的外径大于所述边缘环104的外径。所述静电装置4中具有能产生静电的高压模块以及为高压模块提供电能的电池模块；所述静电装置4无线通信连接有一控制模块，所述控制模块通过控制电池模块的通断电情况或输出电压大小从而控制高压模块的运行状况或高压模块产生的吸附静电的大小。通过控制静电装置4所产生的静电力的大小实现静电装置4在不同应用场景下的功能切换。
56.所述静电装置4上设置有夹持部401，便于传输机械手201取放所述静电装置，并将其移入或移出所述真空反应腔。本实施例中，所述夹持部采用设置在所述静电装置外围的凹槽结构，所述传输机械手201通过插入静电装置4的凹槽结构内实现所述静电装置4的取放及传送。
57.如图5和图6所示，所述静电装置4的下表面上还设置有定位部件402，便于所述静电装置4定位所述边缘环104的位置，确保所述边缘环104置换前后其在所述真空反应腔101中的位置保持不变。本实施例中，所述定位部件402为多个扇环状凸起结构，且所述定位部件402的内缘与所述边缘环104的外缘相匹配。图6为本实施例中图5中a处的局部放大图，如图6所示，所述静电装置4吸附所述边缘环104时，所述静电装置4定位部件402的内缘卡住所述边缘环104的外缘，所述静电装置4得以定位接触边缘环104以实现所述静电装置4与所述边缘环104对齐放置。
58.本发明所提出的静电装置4可用于置换其所在的基片处理系统中的等离子体处理装置中的边缘环104。本实施例中基片处理系统中的等离子体处理装置1中的边缘环104置换方法，包括以下步骤：
59.s1、空置的静电装置移入真空反应腔内产生吸附静电吸附待更换的边缘环后，再通过传输机械手将待更换的边缘环移出真空反应腔。
60.具体地，所述传输腔2中的传输机械手201通过插入空置的静电装置4的呈凹槽结构的夹持部401内以取放所述静电装置4，并将所述静电装置4通过所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101上的基片传输端口105传送至所述真空反应腔101内，所述静电装置4的定位部件402的内缘卡住所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101内的待更换的边缘环的外缘，所述静电装置4得以定位接触所述待更换的边缘环。
61.所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块与高压模块导通以控制所述静电装置4产生吸附静电吸附待更换的边缘环，所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块的输出电压大小以控制所述静电装置4产生吸附静电的大小，并使所述静电装置4所产生的吸附静电力足以克服所述待更换的边缘环的重力。
62.所述传输机械手201将吸附有待更换的边缘环的静电装置4通过所述真空反应腔101的基片传输端口105传送至所述前端模组3，以实现待更换的边缘环的回收。
63.所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块与高压模块断开或控制降低所述静电装置4的电池模块的输出电压，从而控制所述静电装置释放所述待更换的边缘环；实现在不打开真空反应腔的情况下取出待更换的边缘环。
64.s2、静电装置吸附新的边缘环移入真空反应腔内，再释放新的边缘环，完成边缘环的更换。
65.具体地，所述静电装置4的定位部件402的内缘卡住新的边缘环的外缘得以定位接触所述新的边缘环，所述静电装置4再产生吸附静电吸附所述新的边缘环。
66.所述传输机械手201将吸附有新的边缘环的静电装置4从所述前端模组3传送至所述真空反应腔101内，并确保所述传输机械手201传送吸附有新边缘环的静电装置4进入所述真空反应腔101内的位置与先前所述传输机械手201传送空置的静电装置4进入所述真空反应腔101内的位置相同；边缘环上也可以设置有与基座或支撑边缘环的部件相互定位的部件；从而确保所述新的边缘环定位放置到所述真空反应腔101内的位置与先前所述待更换的边缘环在所述真空反应腔101内的位置相同。
67.所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块与高压模块断开或控制所述静电装置4的电池模块的输出电压降低，从而控制所述静电装置释放新边缘环，完成所述边缘环的更换。
68.最后，所述传输机械手201将空置的静电装置4从所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101传送至所述前端模组3。
69.本发明所提出的静电装置4还可用于清理所在的基片处理系统中的等离子体处理装置中的下电极上的杂质颗粒。本实施例中基片处理系统中的等离子体处理装置1中的下电极上的杂质颗粒清洁方法，包括以下步骤：
70.所述传输腔2中的传输机械手201通过插入所述静电装置4的呈凹槽结构的夹持部401内以取放所述静电装置4，并将所述静电装置4通过所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101上的基片传输端口105传送至所述真空反应腔101内，所述静电装置4接触所述真空反应腔101中的下电极。
71.所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块与高压模块导通以控制所述静电装置4产生吸附静电，通过控制所述静电装置4中电池模块的输出电压大小以控制所述静电装置4产生能够吸附杂质颗粒而不足以克服边缘环104重力的吸附静电力；在此步骤中，静电装置4只吸附下电极上的杂质颗粒，不取放边缘环，在另外的实施例中，静电装置可以在取放边缘环的同时完成对杂质颗粒的吸附，实现对下电极的清洁。
72.所述传输机械手201将吸附有杂质颗粒的静电装置4通过所述真空反应腔101的基片传输端口105传送至所述前端模组3；
73.所述静电装置4通过控制所述静电装置4的电池模块与高压模块断开以控制所述静电装置4释放杂质颗粒，完成所述等离子体处理转置中真空反应腔101中下电极的清洁。
74.本发明的静电装置通过产生吸附静电吸附等离子体处理装置中的真空反应腔中的边缘环，将边缘环经过所述真空反应腔上的基片传输端口移入或移出所述真空反应腔，实现在不打开真空反应腔的情况下更换所述边缘环，操作简单，省时省力。而且，本发明的静电装置还可以清理等离子体处理装置中的真空反应腔中的下电极上的杂质颗粒，极大降低了基片处理系统的维护成本。
75.实施例二
76.本实施例在如图1、图2、图3、图5和图6所述的实施例一的基础上，对实施例一中基片处理系统中的静电装置4的定位部件402做了调整。
77.如图5和图7所示，在本实施例中，所述静电装置4的定位部件402为环形凸起结构，且所述定位部件402的外缘与所述边缘环104的内缘相匹配。图7为本实施例中图5中a处的
局部放大图，如图7所示，所述静电装置4吸附所述边缘环104时，所述静电装置4定位部件402的外缘卡住所述边缘环104内缘，所述静电装置4得以定位接触边缘环104以实现所述静电装置4与所述边缘环104对齐放置。
78.本实施例中，基片处理系统中的等离子体处理装置1中的边缘环106的置换方法以及等离子体处理装置1中的下电极上的杂质颗粒清洁方法，均与实施例一相同，本实施例不再赘述。
79.本发明的静电装置通过产生吸附静电吸附等离子体处理装置中的真空反应腔中的边缘环，将边缘环经过所述真空反应腔上的基片传输端口移入或移出所述真空反应腔，实现在不打开真空反应腔的情况下更换所述边缘环，操作简单，省时省力。而且，本发明的静电装置还可以清理等离子体处理装置中的真空反应腔中的下电极上的杂质颗粒，极大降低了基片处理系统的维护成本。
80.实施例三
81.本实施例在如图1、图2、图3、图5和图6所述的实施例一的基础上，对实施例一中基片处理系统中的静电装置4的定位部件402做了调整。此外，本实施例中所述等离子体处理装置1中的真空反应腔101内的边缘环104的顶端内设置有至少一个槽或定位孔。
82.如图5和图8所示，在本实施中，所述静电装置4的定位部件402为至少一个点状凸起结构，且所述定位部件402与所述边缘环104上的槽或定位孔相匹配。图8为本实施例中图5中a处的局部放大图，如图8所示，所述静电装置4吸附所述边缘环104时，所述静电装置4定位部件402插入所述边缘环104上的槽或定位孔内，所述静电装置4得以定位接触边缘环104以实现所述静电装置4与所述边缘环104对齐放置。
83.本实施例中，基片处理系统中的等离子体处理装置1中的边缘环106的置换方法以及等离子体处理装置1中的下电极上的杂质颗粒清洁方法，均与实施例一相同，本实施例不再赘述。
84.本发明的静电装置通过产生吸附静电吸附等离子体处理装置中的真空反应腔中的边缘环，将边缘环经过所述真空反应腔上的基片传输端口移入或移出所述真空反应腔，实现在不打开真空反应腔的情况下更换所述边缘环，操作简单，省时省力。而且，本发明的静电装置还可以清理等离子体处理装置中的真空反应腔中的下电极上的杂质颗粒，极大降低了基片处理系统的维护成本。
85.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。