半导体工艺设备及静电卡盘的清扫方法与流程

1.本技术属于半导体设备技术领域，具体涉及一种半导体工艺设备及静电卡盘的清扫方法。


背景技术：

2.随着集成电路制程尺寸的快速微缩以及功能的多元化，对集成电路的制作工艺的稳定性要求也日趋严格。静电卡盘因其优异的温度均匀性和导热性，被广泛应用于半导体工艺设备。
3.静电卡盘对半导体工艺设备的工艺腔室侧壁剥落的颗粒(比如铝或者晶圆自身带来的颗粒)较为敏感，当静电卡盘表面存在颗粒时，会导致晶圆表面温度不均匀，甚至会造成晶圆与静电卡盘表面之间的吸附力不足，从而使晶圆在静电卡盘表面发生偏移，容易产生传输碎片。
4.为解决上述问题，可以对工艺腔室进行降温，然后打开工艺腔室，人工擦除静电卡盘上的颗粒，之后再对工艺腔室进行升温，以便于进行后续的工艺制程。但是由于静电卡盘对温度较为敏感，为保证静电卡盘的安全，升降温的速率会非常低，这将导致静电卡盘的升降温及工艺腔室的恢复耗时非常长。并且，静电卡盘的升降温速率要求小于3℃/min，频繁升降温将导致升降温速率出现波动，进而产生裂纹，当裂纹累计到一定程度时，静电卡盘会碎裂，因此频繁升降温将导致静电卡盘的使用寿命缩短。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的是提供一种半导体工艺设备及静电卡盘的清扫方法，能够解决清扫静电卡盘存在的颗粒时耗时较长及静电卡盘的使用寿命较短的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
7.第一方面，本技术实施例提供了一种半导体工艺设备，其包括：
8.工艺腔室；
9.静电卡盘，所述静电卡盘设置于所述工艺腔室内，所述静电卡盘具有承载面；
10.吹扫件，所述吹扫件可活动地设置于所述工艺腔室内，所述吹扫件可在第一位置和第二位置之间活动，
11.在所述吹扫件处于所述第一位置的情况下，所述吹扫件避让所述承载面；
12.在所述吹扫件处于所述第二位置的情况下，所述吹扫件朝向所述承载面。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种静电卡盘的清扫方法，应用于上述半导体工艺设备，其包括：
14.判断所述静电卡盘的承载面是否满足清扫条件；
15.当所述承载面满足清扫条件时，控制所述吹扫件运动，以使所述吹扫件朝向所述承载面，通过所述吹扫件吹扫所述承载面。
16.本技术实施例中，在吹扫件处于第一位置的情况下，吹扫件避让承载面，承载面可
以承载晶圆，半导体工艺设备可以对晶圆实施加工操作；在吹扫件处于第二位置的情况下，通过吹扫件朝静电卡盘的承载面吹气，将承载面上的颗粒吹扫干净。因此，需要清扫静电卡盘时，直接控制半导体工艺设备处于停机状态即可，不需要对工艺腔室进行降温，相应地也就不需要打开工艺腔室人工擦除静电卡盘上的颗粒，进而能够缩短清扫静电卡盘存在的颗粒时的耗时；与此同时可以避免静电卡盘频繁升降温，从而能够延长静电卡盘的使用寿命。因此，本技术实施能够解决清扫静电卡盘存在的颗粒时耗时较长及静电卡盘的使用寿命较短的问题。
附图说明
17.图1为本技术实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；
18.图2为本技术实施例公开的吹扫件的结构示意图；
19.图3至图4为本技术实施例公开的气体加热装置在不同视角下的结构示意图；
20.图5为本技术实施例公开的第一匀气板的结构示意图；
21.图6为本技术实施例公开的第二匀气板的结构示意图；
22.图7为本技术实施例公开的静电卡盘的清扫方法的流程示意图。
23.附图标记说明：
24.100-工艺腔室；
25.200-静电卡盘、210-承载面；
26.300-吹扫件、310-进气通道、320-出气孔；
27.400-气体加热装置、410-壳体、411-进气口、412-排气口、421-第一加热件、422-第二加热件、423-第三加热件、424-第四加热件、430-第一匀气板、431-第一通气孔、440-第二匀气板、441-第二通气孔、450-第一温度检测件；
28.500-磁控管旋转系统；
29.600-靶材；
30.700-腔室内衬；
31.800-加热器。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
34.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的半导体工
艺设备及静电卡盘的清扫方法进行详细地说明。
35.如图1至图6所示，本技术实施例公开一种半导体工艺设备，其可以用于镀膜，该半导体工艺设备包括工艺腔室100、静电卡盘200、吹扫件300、磁控管旋转系统500和靶材600。可选地，本技术实施例中的半导体工艺设备可以为pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积)设备，本技术实施例不作具体限制。
36.工艺腔室100在工艺过程中处于真空状态。可选地，半导体工艺设备的工艺腔室100的内壁可以由铝制成，当然也可以由其它金属材料制成，这里不作具体限制。可选地，半导体工艺设备还包括腔室内衬700，腔室内衬700设置于工艺腔室100内且设置于工艺腔室100的内壁上，用于保护工艺腔室100的内壁，即防止工艺腔室100的内壁被污染和破坏。
37.静电卡盘200是一种适用于真空及等离子体工况环境的超洁净晶圆片承载体，静电卡盘200设置于工艺腔室100内，可选地，静电卡盘200可以由三氧化二铝或氮化铝制成，当然也可以由其它材料制成，这里不作具体限制。静电卡盘200设置于加热器800上，加热器800用于给静电卡盘200加热。静电卡盘200具有承载面210，该承载面210主要用于在工艺过程中承载晶圆。
38.吹扫件300可活动地设置于工艺腔室100内，即吹扫件300在工艺腔室100内能够运动，吹扫件300用于吹出气体，可选地，吹扫件300吹出的气体可以为惰性气体，如氩气、氮气等，本技术实施例不作具体限制。吹扫件300可在第一位置和第二位置之间活动。
39.可选地，吹扫件300内设有进气通道310，进一步可选地，可以在吹扫件300的内部开设通孔，从而将该通孔作为吹扫件300的进气通道310，也可以在通孔内额外设置导气管作为吹扫件300的进气通道310，这里不作具体限制。吹扫件300的表面设有出气孔320，出气孔320与进气通道310相连通，在吹扫件300处于第二位置的情况下，出气孔320朝向承载面210，气体通过进气通道310流通至出气孔320并排出，从而将承载面210上的颗粒清除。由此可知，采用此种结构的吹扫件300，出气孔320朝向承载面210，使进气通道310通入的气体尽可能多地吹到承载面210上，从而提高吹扫件300的工作效率。
40.在吹扫件300处于第一位置的情况下，吹扫件300避让承载面210，此时半导体工艺设备可以处于工作状态，即承载面210可以承载晶圆，工艺腔室100内的等离子体在真空中经过加速聚集从而形成高速度能的离子束流，轰击靶材600表面，靶材600表面的原子被溅射飞散出来并沉积于晶圆表面形成薄膜，此时静电卡盘200的承载面210的洁净度能够满足加工晶圆的条件。在吹扫件300处于第二位置的情况下，吹扫件300朝向承载面210，通过吹扫件300朝静电卡盘200的承载面210吹气，将承载面210上的颗粒吹扫干净。因此，需要清扫静电卡盘200时，直接控制半导体工艺设备处于停机状态即可，不需要对工艺腔室100进行降温，相应地也就不需要打开工艺腔室100通过人工擦除静电卡盘200上的颗粒，进而能够缩短清扫静电卡盘200存在的颗粒时的耗时；与此同时可以避免静电卡盘200频繁升降温，以延长静电卡盘200的使用寿命。因此，本技术实施能够解决清扫静电卡盘200存在的颗粒时耗时较长及静电卡盘200的使用寿命较短的问题。
41.可选的实施例中，吹扫件300可转动地设置于工艺腔室100内，半导体工艺设备还包括用于遮挡静电卡盘200的遮挡件，吹扫件300可以用于支撑遮挡件。在预热工艺腔室100的过程中，遮挡件可以放置于吹扫件300上，通过吹扫件300带动遮挡件靠近静电卡盘200，并将遮挡件放置于静电卡盘200的承载面210之上，从而遮挡静电卡盘200，同时遮挡件与靶
材600相对设置，此时该遮挡件既可以起到代替晶圆的作用，从而节约晶圆的耗材，还可以起到保护静电卡盘200的作用。由此可知，本技术实施例可以利用半导体工艺设备已有的用于支撑遮挡件的结构来实现吹扫功能，从而减少半导体工艺设备所包含的零部件。
42.参考图3至图4，由于静电卡盘200对温度较为敏感，当吹扫件300吹到承载面210上的气体温度与静电卡盘200的温度存在温差时，容易导致静电卡盘200损坏。基于此，可选的实施例中，半导体工艺设备还包括气体加热装置400，其用于对吹扫件300排出的气体进行加热，以保护静电卡盘200。气体加热装置400可以设置于工艺腔室100内也可以设置于工艺腔室100外，当气体加热装置400设置于工艺腔室100内时，其需要占据一部分空间，将导致工艺腔室100内的其它结构的布局难度增大。故，可选地，气体加热装置400设置于工艺腔室100之外，这样不仅可以节省工艺腔室100内的空间，而且该气体加热装置400可以灵活布置，从而降低设计难度，同时气体加热装置400不容易受工艺腔室100内环境的影响。
43.气体加热装置400可以包括壳体410和加热件，加热件设置于壳体410内，可选地，该加热件为可调节功率的加热件，从而控制加热件输出的热量。壳体410开设有相连通的进气口411和排气口412，可选地，进气口411与排气口412可以呈对角线分布，从而使壳体410中的气体混合得更加均匀，吹扫件300通过排气口412与壳体410的内腔相连通。气源通过进气口411向气体加热装置400通入气体，该气体在内腔中通过加热件进行加热，然后通过排气口412进入吹扫件300内并吹出，从而使吹到承载面210上的气体温度与静电卡盘200的温度相适配，以保护静电卡盘200。
44.加热件可以为灯泡，但是灯泡的加热面积较小，此时该加热件的加热效率较低，且仅对灯泡所在区域的气体加热，将导致吹到承载面210上的气体温度不均匀。故，可选地，加热件可以为灯管，灯管的加热面积较大，从而使吹到承载面210上的气体温度较为均匀，以保护静电卡盘200；并且，灯管为双端连接，更加稳定。
45.一种可选的实施例中，气体加热装置400还包括第一匀气板430，第一匀气板430设置于壳体410内，第一匀气板430位于进气口411和排气口412之间，第一匀气板430开设有多个第一通气孔431。可选地，第一匀气板430与进气口411之间可以设有加热件，且加热件可以靠近第一匀气板430设置，此种情况下，加热件可能会遮挡第一匀气板430的一部分，导致第一匀气板430的工作效率较低；故，进一步可选地，加热件可以贴合于壳体410的内壁设置，以提高第一匀气板430的工作效率。气体通过进气口411进入气体加热装置400的内腔，加热件散发的热量对其周围的气体进行加热，该部分气体与距离加热件较远的气体存在温差，而气体具有流动性，接着通过第一匀气板430使内腔中的气体混合均匀，使排气口412排出的气体温度更加均匀，从而保护静电卡盘200。
46.进一步可选的实施例中，气体加热装置400还包括第二匀气板440，第二匀气板440设置于壳体410内且位于第一匀气板430和排气口412之间，第二匀气板440开设有多个第二通气孔441，第二通气孔441的孔径小于第一通气孔431的孔径，可选地，第一通气孔431的孔径可以为2mm～5mm，且各第一通气孔431之间的距离为4mm～8mm，第二通气孔441的孔径可以为0.25mm～1mm，且各第二通气孔441之间的距离为1mm～3mm，当然，第一通气孔431的孔径和各第一通气孔431之间的距离也可以为其它数值，同样地，第二通气孔441的孔径和各第二通气孔441之间的距离也可以为其它数值，这里均不作具体限制。加热后的气体先经过第一匀气板430混合，然后经过第二匀气板440混合，由于第二匀气板440的第二通气孔441
的孔径小于第一匀气板430的第一通气孔431的孔径，因此通过逐级混合，能够使排气口412排出的气体温度更加均匀。
47.可选地，加热件的数量为至少两个，其中包括第一加热件421和第二加热件422，第一加热件421位于第一匀气板430和进气口411之间，第二加热件422位于第一匀气板430和第二匀气板440之间。气体通过进气口411进入气体加热装置400的内腔中，先通过第一加热件421加热，接着由第一匀气板430混合，然后通过第二加热件422再次加热，最后由第二匀气板440再次混合，也就是说，通过逐级加热并混合，从而更进一步地提高排气口412排出的气体温度的均匀性。并且，通过多个加热件加热，能够提高气体加热装置400的加热效率，从而缩短清扫静电卡盘200上存在的颗粒的耗时。
48.当然，气体加热装置400也可以包括上述第一加热件421和第二加热件422中的一者。
49.进一步可选地，加热件还包括第三加热件423和第四加热件424，第三加热件423位于第一匀气板430和进气口411之间，且第三加热件423和第一加热件421相对设置，第四加热件424位于第一匀气板430和第二匀气板440之间，且第二加热件422和第四加热件424相对设置，以增加气体加热面积，不仅可以更进一步地提高气体温度的均匀性，使排气口412排出的气体温度能够尽可能快地与静电卡盘200的温度相适配，而且可以提高气体的加热速率，进一步缩短清扫静电卡盘200上存在的颗粒的耗时。
50.可选的实施例中，气体加热装置400还包括第一温度检测件450，可选地，第一温度检测件450可以为温度传感器，如：热敏电阻传感器、热电偶传感器等，这里不作具体限制。第一温度检测件450设置于壳体410内且靠近排气口412。第一温度检测件450用于检测排气口412排出的气体温度，即吹扫件300吹出的气体温度，当第一温度检测件450检测到靠近排气口412的气体温度小于静电卡盘200的温度时，可以对内腔中的气体继续加热，从而使吹扫件300吹出的气体温度与静电卡盘200的温度相等，以保护静电卡盘200。
51.进一步可选的实施例中，静电卡盘200上设有第二温度检测件，第二温度检测件用于检测静电卡盘200的温度值，可选地，第二温度检测件可以为热电偶，其具有结构简单、精度高的特点，当然也可以是其它能够检测温度的元器件，这里不作具体限制。半导体工艺设备还包括控制器，控制器分别与第一温度检测件450和第二温度检测件电连接。控制器可以接收第一温度检测件450检测的温度值和第二温度检测件检测的温度值，当第一温度检测件450检测的温度值小于第二温度检测件检测的温度值时，控制器可以控制气体加热装置400对其内腔中的气体继续加热，使排气口412排出的气体的温度值与第二温度检测件检测的温度值相等，此时吹扫件300吹出的气体的温度为较佳温度。由此可知，本技术实施例通过第一温度检测件450和第二温度检测件相互配合，以提升控制吹扫件300吹出的气体温度值的精确度。
52.一种可选的实施例中，出气孔320的数量为至少两个，各出气孔320均匀排布。通过多个出气孔320朝承载面210吹气，不仅能够增加出气孔320吹出气体的量，从而提高清扫的效率，而且多个出气孔320吹气可以进一步增加气体的温度均匀性，以进一步保护静电卡盘200。可选地，出气孔320的数量可以为21个，各出气孔320均匀排布以形成圆形区域，且各出气孔320的直径可以为2mm～3mm，此时多个出气孔320吹出的气体朝承载面210的边缘扩散，从而使整个承载面210都能够被吹扫到，以进一步提高静电卡盘200的吹扫效率。
53.并且，各出气孔320所在区域的中心轴与静电卡盘200的中心轴重合，各出气孔320朝向承载面210的中心区域吹气，从而使承载面210各位置上的颗粒更容易掉落。当然，各出气孔320所在区域的中心轴也可以偏离静电卡盘200的中心轴，此时承载面210上的部分区域可能无法被吹到，即个别颗粒不能被吹掉，此种情况下需要采用加压的方式，以加强出气孔320吹出的气体压强，从而将承载面210上的颗粒吹掉，但是该措施会增加设计难度，而且吹扫效果不如前一种设置方式好。因此，采用各出气孔320所在区域的中心轴与静电卡盘200的中心轴重合的设置方式，不仅吹扫效果好，而且能够降低设计难度。
54.如图7所示，本技术实施例还公开了一种静电卡盘的清扫方法，应用于上述任意实施例所述的半导体工艺设备，该清扫方法包括：
55.s100、判断静电卡盘200的承载面210是否满足清扫条件。
56.本步骤中，当承载面210上存在颗粒时，可以通过肉眼观察晶圆能否被静电卡盘200吸附住，从而确定承载面210是否满足清扫条件，当然也可以通过其它方式判断，本技术实施例对此不作具体限制。另外，需要说明的是，承载面210上的颗粒可以由工艺过程中的工艺因素、传输因素和人为因素等多种因素造成，这里不作具体限制。
57.s200、当承载面210满足清扫条件时，控制吹扫件300运动，以使吹扫件300朝向承载面210，通过吹扫件300吹扫承载面210。
58.本步骤中，承载面210满足清扫条件具体可以为当承载面210上存在颗粒，导致晶圆不能被静电卡盘200吸附时，从而通过吹扫件300吹扫承载面210上的颗粒。
59.需要说明的是，当吹扫完承载面210后，该吹扫件300可以运动至第一位置，将晶圆移入承载面210上，检查静电卡盘200能否吸附住晶圆，若静电卡盘200仍不能吸附住晶圆，就需要重新使吹扫件300运动至第二位置，通过吹扫件300再次吹扫承载面210，直至静电卡盘200能够吸附住晶圆。
60.本技术实施例中，吹扫件300可在第一位置和第二位置之间活动，当承载面210不满足清扫条件时，吹扫件300处于第一位置，此时半导体工艺设备处于工作状态，吹扫件300避让承载面210。当承载面210满足清扫条件时，吹扫件300运动至第二位置，此时半导体工艺设备处于停机状态，吹扫件300朝向承载面210，通过吹扫件300朝静电卡盘200的承载面210吹气，将承载面210上的颗粒吹扫干净。因此，需要清扫静电卡盘200时，直接控制半导体工艺设备处于停机状态即可，不需要对工艺腔室100进行降温，相应地也就不需要打开工艺腔室100通过人工擦除静电卡盘200上的颗粒，进而能够缩短清扫静电卡盘200存在的颗粒时的耗时；与此同时可以避免静电卡盘200频繁升降温，以延长静电卡盘200的使用寿命。因此，本技术实施能够解决清扫静电卡盘200存在的颗粒时耗时较长及静电卡盘200的使用寿命较短的问题。
61.一种可选的实施例中，判断静电卡盘的承载面210是否满足清扫条件，具体包括：
62.s110、检测晶圆与承载面210之间的背压；若背压小于预设值则满足清扫条件。
63.本步骤中，可以通过在静电卡盘200的承载面210设置压力传感器等措施检测晶圆与承载面210之间的背压，当然也可以采用其它方式，本技术实施例对此不作具体限制。此实施例中，若背压小于预设值则满足清扫条件，此时吹扫件300运动至其朝向承载面210，然后吹扫承载面210上的颗粒。可选地，这里的预设值可以为3torr，当然该预设值也可以为其它数值，本技术实施例对此不作具体限制。
64.另一可选的实施例中，静电卡盘200的清扫方法还包括：
65.s120、当承载面210满足清扫条件时，向吹扫件300输入加热至预设温度的气体。
66.本步骤中，当气源产出的气体温度低于静电卡盘200的温度时，吹扫件300朝向承载面210吹出的气体，容易导致静电卡盘200碎裂，故此时需要对气源产出的气体进行加热，以使吹扫件300朝向承载面210吹出的气体温度等于静电卡盘200的温度，从而保护静电卡盘200。
67.可选地，在加热气体的过程中，可以通过气体加热装置400对气源产出的气体加热，以使该气体的温度升高至与静电卡盘200的温度相同，然后再将加热后的气体通入吹扫件300中。
68.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。