一种尾气排除系统、排除方法及半导体设备与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种尾气排除系统、排除方法及半导体设备。


背景技术：

2.半导体制造过程中，在反应腔室中使用如cl2、hbr、bcl3的有毒气体，在工艺结束后大气传输模块机器人末端执行臂从预真空室(airlock)里拾取(pick up)晶圆的过程中，以及从缓冲位(buffer station)中向前端开口晶圆盒(foup)移动时，晶圆表面的尾气直接暴露于大气中，与大气中的水分反应后形成副产物，大气传输模块机器人快速移动的同时，副产物随机飞散导致晶圆上产生缺陷造成质量问题，同时产生的副产物会污染末端执行臂，目前的半导体制造设备尚没有尾气防止系统或尾气处理系统。
3.现有技术下列通过两种方式解决上述技术问题：
4.第一种方式：在设备前端模块(efem)内设置可临时保管晶片的缓冲位(buffer station)；
5.第二种方式：当大气传输模块的末端执行臂产生副产物污染时，会进行更换末端执行臂的作业，而末端执行臂更换后需要重新校准，整个修复时间在12小时以上，并且一个系统由多个工艺腔室组成，在更换、校准末端执行臂的过程中，其他的工艺腔室都无法使用，所以，该种方式造成生成效率低下。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种尾气排除系统、排除方法及半导体设备，用以解决现有技术通过更换末端执行臂来防止副产物飞散到晶圆上的方式造成生产效率低下的问题。
7.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一方面，本发明提供了一种尾气排除系统，包括设于末端执行臂表面的多个微孔及与所述微孔连通的尾气排吸系统，所述尾气排吸系统包括多支路混合腔体、用于控制所述尾气排除系统开闭的控制阀和排放管线；所述排放管线包括位于末端执行臂内部的第一排放管线和位于末端执行臂外部的第二排放管线，所述第一排放管线与所述微孔连通，所述多支路混合腔体的一侧与第一排放管线连通，多支路混合腔体的另一侧与第二排放管线连通。
9.所述多支路混合腔体上设有出气孔和多个进气孔，所述进气孔的数量与第一排放管线的数量相同，所述微孔和所述进气孔之间通过所述第一排放管线连接，通过多个微孔抽吸的气体汇集于多支路混合腔体；所述出气孔和所述控制阀通过所述第二排放管线连接。
10.在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
11.基于上述尾气排除系统的进一步改进，所述微孔的直径为0.5mm以下。
12.基于上述尾气排除系统的进一步改进，所述微孔的间距为0.5-1.5cm。
13.基于上述尾气排除系统的进一步改进，所述末端执行臂上具有微孔的区域为与晶圆的边缘最靠近的末端执行臂的边界面。
14.基于上述尾气排除系统的进一步改进，所述第一排放管线的直径为1-5mm。
15.基于上述尾气排除系统的进一步改进，所述末端执行臂内部设有段差，以形成排放通道。基于上述尾气排除系统的进一步改进，还包括用来调节抽吸速度的速度控制器，所述速度控制器设于多支路混合腔体的出气孔和所述控制阀之间。
16.另一方面，本发明还提供了一种尾气排除方法，包括：
17.打开尾气排除系统，尾气通过末端执行臂表面上的多个微孔被抽吸，在多支路混合腔体内混合，之后通过排放管线进入大气传输模块；
18.末端执行臂拾取晶圆装置端口上前端开口晶圆盒里的晶圆置于对准器上；
19.对准结构后，末端执行臂将晶圆置于预真空室内；
20.末端执行臂拾取预真空室内的晶圆置于反应腔；
21.在反应腔内工艺结束后，末端执行臂将晶圆经过真空传输模块置于预真空室内；
22.打开尾气排除系统排气；
23.末端执行臂将预真空室内的晶圆置于缓冲位的空槽内；
24.末端执行臂将晶圆拾取后放入原来的前端开口晶圆盒内。
25.基于上述尾气排除方法的进一步改进，打开尾气排除系统的时机为半导体设备闲置时。
26.基于上述尾气排除方法的进一步改进，通过控制阀控制尾气排除系统的开闭。
27.基于上述尾气排除方法的进一步改进，包括在末端执行臂感应到有晶圆放置的情况下打开尾气排除系统。
28.另外，本发明还提供了一种半导体设备，包括上述的尾气排除系统。
29.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
30.(1)本发明不是在副产物产生后通过更换末端执行臂来解决副产物飞散到晶圆上导致晶圆产生缺陷的问题，而是通过结构上的改进(即在末端执行臂表面设置微孔)排出尾气，防止副产物产生，从根本上解决副产物飞散到晶圆上导致晶圆产生缺陷的问题。
31.(2)本发明的尾气排除系统结构简单，尾气排除效果好，使用该尾气排除系统后提高了产品良率。
32.(3)本发明通过将微孔的直径控制在0.5mm以下，既能满足对尾气有一定的抽吸速率，又不会对末端执行臂的强度带来显著影响。
33.(4)本发明通过将微孔设置在特定的位置(即末端执行臂的表面)，能够快速、有效排除吸附在晶圆表面的残气，从而有效防止副产物飞散到晶圆上，进一步提高产品良率。
34.(5)本发明的尾气排除方法通过控制尾气排除系统的开启时机(即半导体设备闲置时或末端执行臂感应到有晶圆放置时)，能够既不影响晶圆的正常加工工艺，不需要增加额外的尾气排除时间，又能提高产品良率。
35.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明实施例尾气排除系统的结构示意图；
38.图2为本发明实施例末端执行臂上边界面的示意图；
39.图3为本发明实施例多支路混合腔体的俯视图；
40.图4为本发明实施例多支路混合腔体的仰视图。
41.附图标记：
42.1-微孔；2-多支路混合腔体；3-电磁阀；4-气动阀；5-第一排放管线；6-第二排放管线；7-出气孔；8-进气孔；9-速度控制器；10-晶圆；11-边界面。
具体实施方式
43.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
44.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
45.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
46.实施例一
47.本发明的一个具体实施例，公开了一种尾气排除系统，用于排出工艺过程中使用的、残留在晶圆表面的尾气。如图1所示，该尾气排除系统包括设于末端执行臂表面的多个微孔1及与末端执行臂表面的微孔连通的尾气排吸系统，尾气排吸系统包括多支路混合腔体2(multi-split)、电磁阀3、气动阀4、排放管线和抽气装置(图中未示出)。
48.需要说明的是，由于设置微孔的目的是排除吸附在晶圆表面的残气，因此，微孔的设置位置需要接近晶圆。因此较优的实施方式是将微孔设置在末端执行臂的表面。
49.在一种可能的实施方式中，末端执行臂上具有微孔的区域为与晶圆10最靠近的执行臂的边界面11，如图2所示。示例性地，微孔的直径0.5mm以下，微孔之间的间距为0.5-1.5cm。多个微孔的排列方式如图1所示。并且，微孔的横截面除了为圆形外，也可以为方形、菱形或其他形状。
50.需要说明的是，边界面是指沿末端执行臂的长度方向，距离晶圆的边缘一定距离的区域。该一定距离根据晶圆的尺寸以及末端执行臂的长度不同而不同。
51.例如，在一种可能的实施方式中，边界面为沿末端执行臂的长度方向，距离晶圆最靠近沿末端执行臂的边缘0-10cm的区域。
52.排放管线包括位于末端执行臂内部的第一排放管线5和位于末端执行臂外部的第二排放管线6。第一排放管线5与末端执行臂表面的微孔连通，第二排放管线6与抽气装置连接，多支路混合腔体2的一侧与第一排放管线5连通，多支路混合腔体2的另一侧与第二排放管线6连通，第一排放管线5和第二排放管线6均为真空排放管线。示例性地，第一排放管线5的直径为1-5mm。
53.第一排放管线5的数量为1个或多个，多支路混合腔体2(multi-split)用于实现将从多个微孔抽吸进入第一排放管线的尾气的混合，以便制作内部段差，形成排放通道，从而有利于提高尾气的抽吸效率。
54.本实施例的段差是指尾气被抽吸进入末端执行臂后，末端执行臂内部的空间非等直径，以通过直径的变化形成利于尾气抽吸的结构，从而形成通畅的排放通道，不会产生抽吸尾气的滞留。
55.可以理解的是，段差不仅仅可以设置在末端执行臂内部的空间，可以设置在尾气排除系统的尾气抽吸和排放的任一环节。示例性地，微孔可以设置段差，如沿尾气流动方向，微孔孔径逐渐增大；多支路混合腔体2的内部腔体设置段差，如沿尾气流动方向，内部腔体的直径逐渐增大，或根据流体动力学原理设计成利于抽吸烟气排放的流线型等。
56.在另一种可能的实施方式中，参考图3和图4，多支路混合腔体2(multi-split)的结构可以为包括内部腔体(图中未示出)、出气孔7和多个进气孔8，出气孔7和多个进气孔8均与内部腔体连通。进气孔的数量与第一排放管线5的数量相同，微孔和进气孔之间通过第一排放管线连接，多个第一排放管线5的气体在多支路混合腔体2的内部腔体内混合，经多支路混合腔体2的出气孔，通过第二排放管线进入大气传输模块(atmospheric transport module，atm)。
57.气动阀用以实现尾气排除系统的开闭。本发明的气动阀可以为双动型，也可以为单动型。
58.电磁阀用来间接控制气动阀的开启与关闭。本发明的电磁阀可以为单电控电磁阀，也可以为双电控电磁阀，只要能够实现控制气动阀的开启与关闭即可。
59.另外，沿尾气排放的方向，依次设置末端执行臂表面的微孔、第一排放管线5、多支路混合腔体2(multi-split)、第二排放管线6、气动阀和电磁阀。
60.在其他的实施方式中，尾气排除系统还包括速度控制器9。该速度控制器设于多支路混合腔体的出气孔和气动阀之间，用来控制排气速率。例如，该速度控制器可以为摆阀。当摆阀的开度大时，排气速率高；开度小时，排气速率低。
61.实施例二
62.本发明的又一个实施例，公开了一种采用实施例一的尾气排除系统进行尾气排除的方法。下面将对尾气排除过程进行详细描述。
63.首先，在设备待机状态时，打开尾气排除系统排气一定时间，尾气通过末端执行臂表面上的多个微孔被抽吸，在多支路混合腔体的内部腔体内混合，之后通过第二排放管线进入大气传输模块。尾气排除时间视情况而定，一般为几秒至几十分钟。
64.对于打开尾气排除系统的时机，也可以是在末端执行臂上感应到有晶圆放置时即可开启。或者，在半导体制造设备闲置时开启尾气排除系统。
65.接着，末端执行臂进入晶圆装置端口上前端开口晶圆盒里拾取晶圆置于对准器
上，以对准晶圆缺口(wafer notch)；
66.对准后，末端执行臂再次拾取晶圆，将晶圆置于预真空室内。然后，末端执行臂拾取预真空室内的晶圆置于反应腔。
67.接着，在反应腔内进行制造工艺，如刻蚀。工艺结束后，末端执行臂再次将晶圆经过真空传输模块置于预真空室内。之后，打开尾气排除系统排气一定时间。接下来，末端执行臂将预真空室内的晶圆置于缓冲位(buffer station)的空槽(slot)内；经过60-90秒后，末端执行臂将晶圆拾取后放入原来的前端开口晶圆盒内。
68.实施例三
69.本发明的另一个实施例，公开了一种包括实施例一的尾气排除系统的半导体设备。
70.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
71.(1)本发明不是在副产物产生后通过更换末端执行臂来解决副产物飞散到晶圆上导致晶圆产生缺陷的问题，而是通过结构上的改进(即在末端执行臂表面设置微孔)排出尾气，防止副产物产生，从根本上解决副产物飞散到晶圆上导致晶圆产生缺陷的问题。
72.(2)本发明的尾气排除系统结构简单，尾气排除效果好，使用该尾气排除系统后提高了产品良率。
73.(3)本发明通过将微孔的直径控制在0.5mm以下，既能满足对尾气有一定的抽吸速率，又不会对末端执行臂的强度带来显著影响。
74.(4)本发明通过将微孔设置在特定的位置(即末端执行臂的表面)，能够快速、有效排除吸附在晶圆表面的残气，从而有效防止副产物飞散到晶圆上，进一步提高产品良率。
75.(5)本发明的尾气排除方法通过控制尾气排除系统的开启时机(即半导体设备闲置时或末端执行臂感应到有晶圆放置时)，能够既不影响晶圆的正常加工工艺，不需要增加额外的尾气排除时间，又能提高产品良率。
76.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
77.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。