工艺腔室、半导体工艺设备及维护方法与流程

1.本发明涉及半导体工艺设备维护技术领域，尤其涉及一种工艺腔室、半导体工艺设备及维护方法。


背景技术：

2.随着科技的快速发展，智能手机、平板电脑等电子产品已经成为现代人生活中不可或缺的产品。这些电子产品内部包括有许多半导体芯片，半导体芯片通常采用刻蚀机等半导体工艺设备进行加工。
3.半导体工艺设备经过反应后，工艺腔室的反应腔内会沉积后大量的反应副产物，其中附着在介质窗上的副产物最多，随着刻蚀时间的增加，副产物在积累一定的厚度之后，会自然脱落，将出现晶圆颗粒缺陷增加，导致晶圆良品率降低。因此需要定期对工艺腔室进行周期性保养维护。
4.相关技术中，工艺腔室在维护的过程中，首先通入反应气体，反应气体在工艺腔室内进行电离，从而产生等离子体，等离子体与反应腔内的有毒气进行反应，再通入氮气吹扫反应腔，再然后开腔对工艺腔室的各零部件进行水洗擦拭。此过程中，等离子体处理有毒气和氮气吹扫腔室需要花费较长的时间，因此造成半导体工艺设备的维护时间较长。


技术实现要素：

5.本发明公开一种工艺腔室、半导体工艺设备及维护方法，以解决半导体工艺设备的维护时间较长的问题。
6.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
7.一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，所述工艺腔室包括腔室本体以及设置于所述腔室本体内的基座和设置在所述腔室本体顶部的介质窗，所述工艺腔室还包括压环、清洗盘和进液管路，清洗维护时所述基座用于承载所述清洗盘，所述清洗盘开设有沿其厚度方向贯穿的多个喷淋孔，所述压环用于将所述清洗盘固定于所述基座，所述清洗盘与所述基座之间具有间隙，所述间隙与所述进液管路和所述喷淋孔相连通，所述进液管路用于通入清洗液，所述清洗液能够通过多个所述喷淋孔喷洒覆盖至少部分所述介质窗。
8.一种维护方法，应用于上述的工艺腔室，所述维护方法包括：
9.将清洗盘传入腔室本体内的基座上；
10.降下压环，压紧所述清洗盘；
11.所述腔室本体内充入气体，以使所述腔室本体内的气压与腔室本体外部的大气压相同；
12.进液管路通入预设压力的清洗液，以对至少部分介质窗进行清洗。
13.一种半导体工艺设备，包括上述的工艺腔室
14.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
15.本发明公开的工艺腔室中，工艺腔室进行维护时，在托盘传出腔室本体的情况下，
可以将清洗盘传入腔室本体，并承载在基座上，此时基座和清洗盘之间具有间隙，间隙与清洗盘相连通。进液管路通入清洗液，清洗液进入间隙内，并通过喷淋孔喷淋至介质窗上，从而对介质窗进行冲洗。此方案中，工艺腔室无需开腔就能对介质窗进行清洗，因此能够省去等离子体处理有毒气和氮气吹扫腔室等步骤，从而能够压缩半导体工艺设备的维护时长，进而使得半导体工艺设备的维护时间较短。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明实施例公开的工艺腔室的结构示意图；
18.图2为本发明实施例公开的工艺腔室的清洗盘的俯视图；
19.图3为本发明实施例公开的工艺腔室的清洗盘的剖视图；
20.图4为本发明实施例公开的维护方法的流程图。
21.附图标记说明：
22.100-腔室本体、200-基座、210-连接通道、300-压环、400-清洗盘、410-喷淋孔、420-环形豁口、510-进液管路、511-第一阀门、520-排液管路、521-第二阀门、600-间隙、710-第一进气管路、711-第三阀门、720-抽气管路、721-第四阀门、730-第二进气管路、731-第五阀门、800-密封圈、900-介质窗。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
24.以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
25.相关技术中，工艺腔室在维护的过程中，需要先将反应腔内的有毒气体进行处理，此步骤称之为干洗，就是通过等离子对有毒气体进行反应。然后再通入氮气吹扫一段时间，将反应腔内的残余的有毒气体吹出。然后再对工艺腔室进行开腔，将附着在腔室本体的侧壁、介质窗、内衬等部件上的反应副产物采用无尘布蘸去离子水进行擦拭，清洗完成后工艺腔室进行合腔。
26.上述过程中，处理有毒气和氮气吹扫需要花费较长的时间，因此造成半导体工艺设备的维护时间较长。另外，等离子体处理有毒气和氮气吹扫只能去除部分毒气，附着在零部件上的反应副产物无法去除，反应副产物也对人体具有较大的伤害。此外，无尘布蘸水擦拭反应副产物时，极易引起无尘布起火，造成重大的安全事故。
27.如图1至图3所示，本发明实施例公开一种工艺腔室，该工艺腔室应用于半导体工艺设备。所公开的工艺设备包括腔室本体100、基座200、介质窗900、压环300、清洗盘400和进液管路510。
28.腔室本体100为工艺腔室的其他组成部件提供安装空间。腔室本体100具有内腔，也就是反应腔，晶圆在腔室本体100的内腔中进行刻蚀等工艺。
29.基座200和压环300设置于腔室本体100内，介质窗900设置在腔室本体100的底部。当工艺腔室需要维护时，将清洗盘400传入腔室本体100内，基座200用于承载清洗盘400。清洗盘400开设有沿其厚度方向贯穿的多个喷淋孔410。压环300用于将清洗盘400固定于基座200上，以防止清洗盘400发生滑动。
30.清洗盘400与基座200之间具有间隙600，间隙600与进液管路510和喷淋孔410相连通。进液管路510用于通入清洗液，清洗液能够通过多个喷淋孔410喷洒覆盖至少部分介质窗900。此时，当进液管路510通入清洗液时，清洗液经过进液管路510通入到间隙600内，再经由喷淋孔410喷出。上述的清洗液可以为去离子水，当然，根据清洗的反应副产物不同，清洗液可以灵活选择。
31.本技术公开的实施例中，进液管路510通入清洗液，清洗液进入间隙600内，并通过喷淋孔410喷淋至腔室本体100的顶部、侧部等处，从而对介质窗900以及腔室本体100的内腔中的其他零部件进行冲洗。此方案中，半导体工艺设备无需开腔就能对腔室本体100内的零部件进行清洗，因此能够省去了等离子体处理有毒气和氮气吹扫腔室等步骤，从而能够压缩半导体工艺设备的维护时长，进而使得半导体工艺设备的维护时间较短。
32.另外，工艺腔室在不开腔的情况下，就能够除去腔室本体100内大部分的反应副产物，进而避免了污染厂务环境，同时保护维护人员的人生安全。
33.此外，无需采用无尘布进行大面积擦拭反应副产物，从而不容易引起火灾，降低了火灾事故发生的可能性。
34.上述实施例中，进液管路510上可以设置有第一阀门511，第一阀门511用于控制进液管路510的通断。
35.上述实施例中，基座200用于承载托盘，托盘用于承载晶圆。上述的压环300还可以用于压盖托盘，当托盘承载至基座200上时，压环300可以压盖托盘，从而防止托盘在进行工艺的过程中发生滑动。
36.在另一种可选的实施例中，多个喷淋孔410可以呈多个圆周分布，且在同一圆周上的喷淋孔410可以均匀分布且形状相同。这里的形状相同是指喷淋孔410进、出口的截面积、倾斜角度等均相同。此方案中，在同一圆周上的喷淋孔410的外形结构以及倾斜角度都相同，从而使得在同一圆周所覆盖的范围内，喷淋孔410喷出的清洗液的压强和高度相同，因此保证同一圆周上的喷淋孔410清洗的均匀性，从而使得工艺腔室的清洗性能较好。
37.在另一种可选的实施例中，如图2所示，多个喷淋孔410沿清洗盘400的径向状均匀分布。此时多个喷淋孔410可以由清洗盘400的中心向清洗盘400的边缘均匀分布，也就是说，多个喷淋孔410由内向外辐射延伸排布，从而进一步增大了清洗盘400的覆盖范围，进一步提高了工艺腔室清洗性能。
38.在另一种可选的实施例中，在清洗盘400自中心向其边缘延伸的方向上，喷淋孔410的轴线与清洗盘400所在的平面且远离其轴线的方向的夹角逐渐减小。此时，清洗盘上的多个喷淋孔410由清洗盘的中心逐渐向清洗盘400的边缘倾斜，从而使得多个喷淋孔410呈现放射状。此方案中，清洗盘400的多个喷淋孔410喷射出的清洗液呈现放射状，从而进一步扩大了工艺腔室的清洗范围，进而进一步提高了工艺腔室的清洗效果。
39.在另一种可选的实施例中，在沿清洗盘400的顶面至其底面的方向上，喷淋孔410的横截面面积逐渐减小，此时，喷淋孔410的进口的面积小，清洗液进入喷淋孔410的水压较
大。喷淋孔410的出口的面积大，喷出的液体能够向外扩散，因此本方案既能够提高清洗液的喷射的水压，又能够增大喷射范围，进一步提高了工艺腔室的清洗效果。
40.可选地，喷淋孔410的进口的直径可以为1.5mm至2.5mm之间，喷淋孔410的出口的直径可以为4.5mm至5.5mm之间。优选地，喷淋孔410的进口的直径可以为2mm，出口的直径可为5mm。
41.在另一种可选的方案中，清洗盘400的边缘背离基座200的一侧沿其周向可以开设有环形豁口420，压环300压盖在环形豁口420内。此方案中，清洗盘400与压环300的堆叠高度降低，因此压环300相对于清洗盘400凸出的部分的高度较小，从而对清洗盘400边缘的部分喷淋孔410不容易遮挡，进而使得工艺腔室的清洗死角较小。另外，压环300可以顶靠在环形豁口的侧壁上，从而能够避免由于清洗液的冲击力而发生侧滑，提高了清洗盘的稳定性。
42.在另一种可选地实施例中，清洗盘400和/或基座200可以开设有密封槽，密封槽可以环绕喷淋孔410设置，密封槽内可以设置有密封圈800，清洗盘400可以与基座200通过密封圈800密封形成空腔。这里的空腔其实就是上述间隙，只是由于密封圈800的存在，将间隙600的边缘密封，从而形成空腔。
43.此方案中，密封圈800能够对间隙进行密封，使得清洗液不容易从喷淋孔410以外的位置泄漏，从而能够避免清洗液的浪费。
44.另外，清洗液从喷淋孔410以外的位置泄漏，部分清洗液发生泄漏，从而使得清洗液的压力降低。为此采用密封圈800对间隙进行密封，使得清洗液无法从喷淋孔410以外的位置泄漏，因此清洗液具有较大的压力，从而使得清洗液能够喷淋至介质窗900的位置，提高清洗性能。
45.上述实施例中，半导体工艺设备在进行刻蚀等工艺的过程中，反应腔内的工艺温度较高，因此容易造成晶圆的温度较高，容易造成晶圆发黑，使得晶圆的良品率较低。为此，工艺腔室还可以包括第一进气管路710，第一进气管路710可以穿过腔室本体100的底部通过基座200的连接通道210与间隙600相连通。需要注意的是，这里的间隙600是基座与清洗盘的，并不是基座与托盘的间隙。第一进气管路710通入气体调控温度时，必须是托盘承载至基座200上。
46.此方案中，第一进气管路710通入的气体温度较低，例如氦气，能够吸收托盘上的温度，因此降低托盘的温度，进而降低晶圆的温度，从而提高了晶圆的良品率。
47.为了简化工艺腔室的结构，在另一种可选的实施例中，进液管路510可以通过第一进气管路710与间隙相连通。
48.此方案中，第一进气管路710可以辅助为间隙600通入清洗液，因此进液管路510无需伸入腔室本体100之内，从而简化了半导体工艺设备的结构。
49.另外，进液管路510与位于腔室本体100外部的第一进气管路710连通，无需伸入腔室本体100内，因此腔室本体100内的零件的布局不用改变，仅为半导体工艺设备添加进液管路510即可，从而使得原有的半导体工艺设备的改造难度较小。
50.此外，腔室本体100无需开设用于伸入进液管路510的开孔，从而使得腔室本体100的开孔数量较小，从而提高了腔室本体100的密封性能。
51.上述实施例中，第一进气管路710设置有第三阀门711，第三阀门711用于控制第一进气管路710的通断。进液管路510与第一进气管路710的连接处位于第三阀门711与腔室本
体100之间。
52.上述实施例中，进液管路510可以与第一进气管路710相连通，进液管路510将清洗液通入第一进气管路710内，通过第一进气管路710通入间隙600内。此时，借用了部分第一进气管路710用于通入清洗液。
53.在另一种可选的实施例中，第一进气管路710和进液管路510均可以用于通入低温冷却气体，也可以用于通入清洗液。也就是说，工艺腔室的冷却气通入的管路也可以通入清洗液，即工艺腔室的氦气系统用于通入清洗液。
54.上述实施例中，工艺腔室还可以包括抽气管路720，抽气管路720与真空泵相连接，真空泵能够通过抽气管路720将腔室本体100内的气体抽出。
55.为了方便清洗后的废液排出，在另一种可选的实施例中，本技术公开的工艺腔室还包括排液管路520，排液管路520可以设置于腔室本体100的底部并与腔室本体100的内部连通。此方案中，单独设置一路管路用于排液，排液管路520可以与厂务端的废液处理装置连接，从而对废液进行收集和处理，进而便于对废液进行处理。
56.另外，还可以通过排液管路520排出的液体的颜色判断工艺腔室的清洗程度。具体地，当排液管路520排出的液体的颜色与通入的液体颜色相近时，说明工艺腔室清洗完成。
57.上述实施例中，抽气管路720设置有第四阀门721，第四阀门721用于控制抽气管路720通断。排液管路520设置有第二阀门521，第二阀门521用于控制抽气管路720通断。
58.在另一种可选的实施例中，工艺腔室还可以包括第二进气管路730，介质窗900上可以设置有进气孔，第二进气管路730可以通过进气孔与腔室本体100的内部连通。此方案中，在工艺腔室进行加工工艺时，第二进气管路730可以用于通入工艺气体。另外，当工艺腔室清洗时，第二进气管路可以用于同入气体，以平衡腔室本体100内部的气压，从而有利于清洗废液的排出。
59.可选地，当工艺腔室清洗时，第二进气管路730可以通入普氮，也可以通入其他气体，本文不作限制。
60.基于本发明上述任一实施例的工艺腔室，本发明实施例还公开一种维护方法，上文所述的工艺腔室可以采用所公开的维护方法维护，如图4所示，该维护方法包括：
61.s100、将清洗盘400传入腔室本体100内的基座200上。
62.此时，工艺腔室清洗维护时，首先将托盘传递出腔室本体100，在托盘传出腔室本体100的情况下，将清洗盘400传入腔室本体100内，并承载至基座200上。
63.清洗盘400可以采用托盘的传输方法进行传输。首先机械手将清洗盘400传入到腔室本体100内，并放置在升起的顶针上，然后顶针下降，将清洗盘400转载至基座200上。
64.s200、降下压环300，压紧清洗盘400。
65.清洗盘400在传输的过程中压环300处于升起的位置，只有当清洗盘400承载至基座200上时，降下压环300，压环300压紧清洗盘400，从而防止清洗盘400发生滑动。
66.s300、腔室本体100内充入气体，以使腔室本体100内的气压与腔室本体100外部的大气压相同。
67.清洗盘400在传输的过程中，腔室本体100内一直处于真空状态，此时需要使得腔室本体100内的气压与外界气压相同，从而使得进液管路510的阀门能够打开。具体的，第二进气管路730通入氮气。第二进气管路730上设置有第五阀门731，第五阀门731用于控制第
二进气管路730的通断。
68.s400、进液管路510通入预设压力的清洗液，以对至少部分介质窗900进行清洗。
69.此时清洗液需要具有一定的压力，从而使得清洗液能够喷淋至所要清洗的位置。可选地，该预设压力可以大于2mpa，当然，根据清洗盘400距离介质窗900的高度不同，可以灵活选择预设压力。
70.另外，根据实际工况设定预设压力，能够使得喷淋孔410喷出的清洗液还可以对整个介质窗900以及部分腔室本体100的侧壁进行清洗。
71.此方案中，工艺腔室无需开腔就能对腔室内的零部件进行清洗，因此能够省去等离子体处理毒气和氮气吹扫腔室等步骤，从而能够压缩工艺腔室的维护时长，进而使得工艺腔室的维护时间较短。
72.上述实施例中，在s300步骤之前还应该先关闭上文中的第四阀门721，以切断抽气管路720。另外，在s300步骤之后，还应该打开上文中的第二阀门521，以使清洗液能够及时排出，不容易聚集在腔室本体100内。
73.在另一种可选的实施例中，通过排出的液体的颜色，可以判断是否清洗完成。
74.此时，当排液管路520排出的液体的颜色与通入的液体颜色接近时，说明工艺腔室清洗完成。当排液管路520排出的液体的颜色与通入的液体颜色相差较大时，说明工艺腔室还未清洗完成，需要继续通入清洗液清洗，直至排出的液体的颜色与通入的液体颜色接近。
75.在对腔室本体100内冲洗一段时间后，可以开腔，此时由于大部分的反应副产物被重洗干净，因此开腔后对操作人员的伤害较小。开腔后，可以对一些残留的副产物和未冲洗到的死角进行清洗。然后进行合腔，合腔后通入氧气，对氧气进行电离一段时间，然后测试漏率是否合格，当漏率合格后，开始进行工艺，维护结束。
76.基于本技术上述任一实施例的工艺腔室，本技术实施例还公开一种半导体工艺设备，所公开半导体工艺设备具有上述任一实施例的工艺腔室。
77.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
78.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，所述工艺腔室包括腔室本体(100)以及设置于所述腔室本体(100)内的基座(200)和设置在所述腔室本体(100)顶部的介质窗(900)，其特征在于，所述工艺腔室还包括压环(300)、清洗盘(400)和进液管路(510)，清洗维护时所述基座(200)用于承载所述清洗盘(400)，所述清洗盘(400)开设有沿其厚度方向贯穿的多个喷淋孔(410)，所述压环(300)用于将所述清洗盘(400)固定于所述基座(200)，所述清洗盘(400)与所述基座(200)之间具有间隙(600)，所述间隙(600)与所述进液管路(510)和所述喷淋孔(410)相连通，所述进液管路(510)用于通入清洗液，所述清洗液能够通过多个所述喷淋孔(410)喷洒覆盖至少部分所述介质窗(900)。2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，多个所述喷淋孔(410)呈多个圆周分布，且在同一圆周上的所述喷淋孔(410)均匀分布且形状相同。3.根据权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，多个所述喷淋孔(410)沿所述清洗盘(400)的径向均匀分布。4.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，在所述清洗盘(400)自中心向其边缘延伸的方向上，所述喷淋孔(410)的轴线与所述清洗盘(400)所在的平面且远离其轴线的方向的夹角逐渐减小。5.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，在沿所述清洗盘(400)的顶面至其底面的方向上，所述喷淋孔(410)的横截面面积逐渐减小。6.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述清洗盘(400)的边缘背离所述基座(200)的一侧沿其周向开设有环形豁口(420)，所述压环(300)压盖在所述环形豁口(420)内。7.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述清洗盘(400)和/或所述基座(200)开设有密封槽，所述密封槽环绕所述喷淋孔(410)设置，所述密封槽内设置有密封圈(800)，所述清洗盘(400)与所述基座(200)通过所述密封圈(800)密封形成空腔。8.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括第一进气管路(710)，所述第一进气管路(710)穿过所述腔室本体(100)的底部通过所述基座(200)的连接通道(210)与所述间隙(600)相连通，所述进液管路(510)通过所述第一进气管路(710)与所述间隙(600)相连通。9.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括排液管路(520),所述排液管路(520)设置于所述腔室本体(100)的底部并与所述腔室本体(100)的内部连通。10.根据权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括第二进气管路(720)，所述介质窗(900)上设置有进气孔，所述第二进气管路(720)通过所述进气孔与所述腔室本体(100)的内部连通。11.一种维护方法，其特征在于，应用于权利要求1至10中任一项所述的工艺腔室，所述维护方法包括：将清洗盘(400)传入腔室本体(100)内的基座(200)上；降下压环(300)，压紧所述清洗盘(400)；所述腔室本体(100)内充入气体，以使所述腔室本体(100)内的气压与所述腔室本体(100)外部的大气压相同；
进液管路(510)通入预设压力的清洗液，以对至少部分介质窗(900)进行清洗。12.根据权利要求11所述的维护方法，其特征在于，基于权利要求9所述的工艺腔室，所述维护方法还包括：通过排出的液体的颜色，判断是否清洗完成。13.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项的工艺腔室。

技术总结
本发明公开一种工艺腔室、半导体工艺设备及维护方法，所述工艺腔室包括腔室本体以及设置于所述腔室本体内的基座和设置在所述腔室本体顶部的介质窗，所述工艺腔室还包括压环、清洗盘和进液管路，清洗维护时所述基座用于承载所述清洗盘，所述清洗盘开设有沿其厚度方向贯穿的多个喷淋孔，所述压环用于将所述清洗盘固定于所述基座，所述清洗盘与所述基座之间具有间隙，所述间隙与所述进液管路和所述喷淋孔相连通，所述进液管路用于通入清洗液，所述清洗液能够通过多个所述喷淋孔喷洒覆盖至少部分所述介质窗。上述方案能够解决半导体工艺设备的维护时间较长的问题。备的维护时间较长的问题。备的维护时间较长的问题。


技术研发人员：盖克彬
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8