粘片检测方法及系统、反应腔室及半导体加工设备与流程

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种粘片检测方法及系统、反应腔室及半导体加工设备。

背景技术：

等离子体刻蚀设备、物理气相沉积设备和化学气相沉积设备等的半导体加工设备，较多采用静电卡盘在腔室内固定基片，同时借助静电卡盘自身具有的冷却功能来冷却基片，而且还采用经由静电卡盘向基片的背面吹热交换气体的方式来对基片温控，以满足工艺需要。

图1为现有的反应腔室的结构示意图，请参阅图1，在该反应腔室设置有静电卡盘10和多个升降针11，二者均用于承载基片S；其中，静电卡盘10与静电电源(图中未示出)电连接，以实现静电卡盘10采用静电吸附方式固定基片S；升降针11可在静电卡盘10内升降，在升降针11上升至静电卡盘10上方预设位置时，可将位于静电卡盘10上的基片S顶起，此时，可借助机械手来卸载基片S；在升降针11下降至静电卡盘10上表面下方时，位于其上的基片则会落在在静电卡盘10上，由此可知，借助升降针11升降与机械手配合来向静电卡盘10装卸载基片。静电固定和释放的具体工作过程为：在基片装载至静电卡盘10上之后，且在工艺进行之前，开启静电电源来将基片S固定；在工艺进行中，向基片S的背面吹一定压力和气流量的气体对基片S进行冷却；在工艺完成之后，关闭静电电源，释放静电电荷。

在实际应用中发现：针对半导体材料或绝缘材料的基片S而言，静电电荷释放完全存在一定困难，也即可能残余有电荷，该残余电荷产生的吸附作用会造成基片发生粘片，若粘片现象不是严重，此时升降针上升则会产生基片倾斜的情况，如图2所示，若此时机械手取片会造成机械手臂损伤、基片S被撞碎；若粘片现象较严重时，升降针 11上升时甚至会断裂。

因此，目前亟需一种粘片检测方法及系统，来检测静电卡盘或者其他卡盘等是否存在粘片现象。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种粘片检测方法及系统、反应腔室及半导体加工设备，在工艺完成之后且驱动基片上升之前判断基片是否发生粘片，这样，可在卸载基片过程中尽早地发现粘片问题，从而可以尽早地改善后续因粘片而造成的一系列问题，例如，升降针在顶起基片时易断裂的问题、顶起基片后机械手取片时造成机械手臂损伤甚至基片被撞碎的问题。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种粘片检测方法，包括以下步骤：在工艺完成之后且驱动基片上升之前，借助信号发送器向所述基片的表面发送信号；根据第一信号接收器是否接收到由所述信号发送器发送且经过所述基片表面反射的第一信号，来初次判断所述基片是否发生粘片；所述信号发送器和所述第一信号接收器的位置按照以下规则设置：在所述基片未发生粘片时所述第一信号接收器能够接收到所述第一信号，而在所述基片发生粘片时所述第一信号接收器不能够接收到所述第一信号；或者，在所述基片发生粘片时所述第一信号接收器能够接收到所述第一信号，而在所述基片未发生粘片时所述第一信号接收器不能够接收到所述第一信号。

具体地，在初次判断所述基片未粘片之后，还包括以下步骤：驱动所述基片上升至预设位置；借助所述信号发送器向所述基片的表面发送信号；根据第二信号接收器是否接收到由所述信号发送器发送且经过所述基片表面反射的第二信号，来再次判断所述基片是否发生粘片；所述信号发送器和所述第二信号接收器的位置按照以下规则设置：在所述基片未发生粘片时所述第二信号接收器能够接收到所述第二信号，而在所述基片发生粘片时所述第二信号接收器不能够接收到所述第二信号；或者，在所述基片发生粘片时所述第二信号接收器能够接收到所述第二信号，而在所述基片未发生粘片时所述第二信号接收器 不能够接收到所述第二信号。

具体地，若初次判断或再次判断所述基片发生粘片，则发出报警信号。

本发明还提供一种粘片检测系统，包括：信号发送器，用于在工艺完成之后且驱动基片上升之前向基片的表面发送信号；第一信号接收器，用于在工艺完成之后且驱动基片上升之前接收由所述信号发送器发送且经过所述基片表面反射的第一信号；控制器，用于根据所述第一信号接收器是否接收到所述第一信号，来初次判断所述基片是否发生粘片；所述信号发送器和所述第一信号接收器的位置按照以下规则设置：在所述基片未发生粘片时所述第一信号接收器能够接收到所述第一信号，而在所述基片发生粘片时所述第一信号接收器不能够接收到所述第一信号；或者，在所述基片发生粘片时所述第一信号接收器能够接收到所述第一信号，而在所述基片未发生粘片时所述第一信号接收器不能够接收到所述第一信号。

具体地，还包括：升降机构，用于在所述控制器一旦初次判断所述基片未发生粘片时，驱动所述基片上升至预设位置；第二信号接收器，用于接收由所述信号发送器发送且经过位于所述预设位置的所述基片表面反射的第二信号；所述信号发送器，还用于在所述升降机构驱动所述基片上升至所述预设位置之后，向所述基片的表面发送信号；所述控制器，还用于根据所述第二信号接收器是否接收到所述第二信号，来再次判断所述基片是否发生粘片；所述信号发送器和所述第二信号接收器的位置按照以下规则设置：在所述基片未发生粘片时所述第二信号接收器能够接收到所述第二信号，而在所述基片发生粘片时所述第二信号接收器不能够接收到所述第二信号；或者，在所述基片发生粘片时所述第二信号接收器能够接收到所述第二信号，而在所述基片未发生粘片时所述第二信号接收器不能够接收到所述第二信号。

具体地，还包括：报警器，用于在所述控制器初次判断或再次判断所述基片发生粘片时，发出报警信号。

具体地，所述升降机构包括多个升降针。

本发明还提供一种反应腔室，包括粘片检测系统和卡盘，所述卡 盘用于承载基片；所述粘片检测系统用于检测所述基片是否发生粘片，所述粘片检测系统采用本发明提供的粘片检测系统。

具体地，所述粘片检测系统采用上述粘片检测系统，所述信号发送器、所述第一信号接收器和所述第二信号接收器均设置在所述反应腔室的侧壁上。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的粘片检测方法，借助步骤S 1～S2可在工艺完成之后且驱动基片上升之前判断基片是否发生粘片，这样，可在卸载基片过程中尽早地发现粘片问题，从而可以尽早地改善后续因粘片而造成的一系列问题，例如，升降针在顶起基片时易断裂的问题、顶起基片后机械手取片时造成机械手臂损伤甚至基片被撞碎的问题。

本发明提供的粘片检测系统，借助信号发送器、第一信号接收器和控制器可在工艺完成之后且驱动基片上升之前判断基片是否发生粘片，这样，可在卸载基片过程中尽早地发现粘片问题，从而可以尽早地改善后续因粘片而造成的一系列问题，例如，升降针在顶起基片时易断裂的问题、顶起基片后机械手取片时造成机械手臂损伤甚至基片被撞碎的问题。

本发明提供的反应腔室，其通过上述本发明提供的粘片检测系统，可以提高反应腔室的可靠性和安全性。

本发明提供的半导体加工设备，其通过上述本发明提供的反应腔室，可以提高半导体加工设备的可靠性和安全性。

附图说明

图1为现有的反应腔室的结构示意图；

图2为基片发生粘片现象的示意图；

图3为本发明第一实施例提供的粘片检测方法的流程图；

图4为采用图3所示的粘片检测方法在基片未发生粘片时的检测原理示意图；

图5为采用图3所示的粘片检测方法在基片整个下表面发生粘片时的检测原理示意图；

图6为本发明第二实施例提供的粘片检测方法的流程图；

图7为采用图6所示的粘片检测方法在基片未发生粘片时的检测原理示意图；

图8为采用图6所示的粘片检测方法在基片局部下表面发生粘片时的检测原理示意图；

图9为本发明第一实施例提供的粘片检测系统的原理框图；

图10为本发明第二实施例提供的粘片检测系统的原理框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的粘片检测方法及系统、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图3为本发明第一实施例提供的粘片检测方法的流程图。图4为采用图3所示的粘片检测方法在基片未发生粘片时的检测原理示意图。图5为采用图3所示的粘片检测方法在基片整个下表面发生粘片时的检测原理示意图。请一并参阅图3～图5，该粘片检测方法包括以下步骤：

S1，在工艺完成之后且驱动基片S上升之前，借助信号发送器20向基片S的表面发送信号，该信号发送轨迹如图4和图5中线S 1所示，信号包括光信号。

S2，根据第一信号接收器21是否接收到由信号发送器20发送且经过基片S表面反射的第一信号，来初次判断基片S是否发生粘片(即，判断基片S是粘在卡盘22上)，该反射的信号的轨迹如图4和图5中的线S2所示。

其中，信号发送器20和第一信号接收器21的位置按照以下规则设置：在基片S未发生粘片(如图4所示)时第一信号接收器21能够接收到第一信号，而在基片S发生粘片(如图5所示)时第一信号接收器21不能够接收到第一信号。

具体分析本发明实施例借助按照上述规则设置的信号发生器20和第一信号接收器21来判断基片S是否粘片的工作原理。具体地，若基片S未发生粘片，也即卡盘22并未向基片S施加吸附力，此时，基片S表面的倾斜度应未发生变化或者所在高度应未降低，因此，信号经过未发生倾斜或者高度未降低的基片S表面反射后肯定能够到达第一信号接收器21，第一信号接收器21也就接收到了第一信号。类似地，若基片S整个下表面发生粘片，也即卡盘22向基片S整个下表面施加了吸附力，此时，基片S表面所在高度降低；若基片S局部下表面发生粘片，也即卡盘22向基片S下表面的局部区域施加了吸附力，此时，基片S表面的倾斜度发生变化，因此，信号经过已发生倾斜或者高度降低的基片S表面反射后肯定不能到达第一信号接收器21，第一信号接收器21也就不能接收到第一信号。

基于以上分析：在本实施例中，若第一信号接收器21接收到第一信号，则初次判断基片S未发生粘片；若第一信号接收器21未接收到第一信号，则初次判断基片S发生粘片。

由上可知，本发明实施例提供的粘片检测方法，借助步骤S 1～S2可在工艺完成之后且驱动基片上S升之前判断基片S是否发生粘片，这样，可在卸载基片S过程中尽早地发现粘片问题，从而可以尽早地改善后续因粘片而造成的一系列问题，例如，升降针在顶起基片S时易断裂的问题、顶起基片S后机械手取片时造成机械手臂损伤甚至基片S被撞碎的问题。

需要说明的是，尽管在本实施例中信号发送器20和第一信号接收器21按照上述规则设置；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可按照以下规则设置：在基片S发生粘片时第一信号接收器21能够接收到第一信号；而在基片S未发生粘片时第一信号接收器21不能够接收到第一信号。具体分析借助按照该规则设置的信号发送器20和第一信号接收器21来判断基片S是否粘片的工作原理。具体地，若基片S未发生粘片，此时，基片S表面的倾斜度应未发生变化或者所在高度应未降低，因此，信号经过未发生倾斜或者高度未降低的基片S表面反射后肯定不能够到达第一信号接收器21，第一信号接收器21不能接 收到第一信号。类似地，若基片S整个下表面发生粘片，此时，基片S表面所在高度降低；若基片S局部下表面发生粘片，此时，基片S表面的倾斜度发生变化，而信号经过已发生倾斜或者高度降低的基片S表面反射后肯定能够到达第一信号接收器21，第一信号接收器21就能接收到第一信号。基于该分析：若第一信号接收器21未接收到第一信号，则初次判断基片S未发生粘片；若第一信号接收器21接收到第一信号，则初次判断基片S发生粘片。

图6为本发明第二实施例提供的粘片检测方法的流程图。图7为采用图6所示的粘片检测方法在基片未发生粘片时的检测原理示意图。图8为采用图6所示的粘片检测方法在基片局部下表面发生粘片时的检测原理示意图。请一并参阅图6～图8，本实施例提供的粘片检测方法与上述第一实施例提供的粘片检测方法相类似，同样包括步骤S 1和S2，由于步骤S1和S2在第一实施例中已经详细地描述，在此不再赘述。

下面仅描述二者区别点。具体地，在本实施例中，在初次判断所述基片S未粘片之后，还包括以下步骤：

S3，驱动基片S上升至预设位置，如图7中基片所在的位置。

S4，信号发送器20向基片S的表面发送信号，该信号发送轨迹如图7和图8中线S3所示。

S5，根据第二信号接收器23是否接收到由信号发送器20发送且经过基片S表面反射的第二信号，来再次判断基片S是否发生粘片，该反射的信号的轨迹如图7和图8中的线S4所示。

其中，信号发送器20和第二信号接收器23的位置按照以下规则设置：在基片S未发生粘片(如图7所示)时第二信号接收器23能够接收到第二信号，而在基片S发生粘片(如图8所示)时第二信号接收器23不能够接收到第二信号。

由于本实施例中借助按照上述规则设置的信号发生器20和第二信号接收器23来判断基片S是否粘片的工作原理与上述第一实施例中借助类似该规则设置信号发生器20和第一信号接收器21来判断基片是否粘片的工作原理相类似，在此不再赘述。基于此：在本实施例中， 若第二信号接收器23接收到第二信号，则再次判断基片S未发生粘片；若第二信号接收器23未接收到第二信号，则再次判断基片S发生粘片。

在此仅描述为何在第一实施例的基础上增加了上述步骤S3～S5以及其具有的有益效果。具体地，由于上述实施例是在驱动基片S未上升之前进行粘片检测的，若此时基片S局部下表面仅发生较轻粘片，此时基片S表面的倾斜度变化较小，借助第一信号接收器21和信号发送器20可能不能检测出来或者检测精度不准，而由于局部粘片会在基片S上升时使得基片S倾斜，如图8所示，这相当于将基片S表面的倾斜程度放大，因此，借助上述步骤S3～S5能够进一步准确地检测基片是否发生粘片，从而可以提高检测准确度。

另外优选地，若初次判断或再次判断基片S发生粘片，则发出报警信号，以通知操作人员进行检查。

需要说明的是，尽管在本实施例中信号发送器20和第二信号接收器23采用上述规则设置；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可采用以下规则设置：在基片S发生粘片时第二信号接收器23能够接收到第二信号；而在基片S未发生粘片时第二信号接收器23不能够接收到第二信号。由于本实施例中借助按照该规则设置的信号发生器20和第二信号接收器23来判断基片S是否粘片的工作原理与上述第一实施例中借助类似该规则设置信号发生器20和第一信号接收器21来判断基片S是否粘片的工作原理相类似，在此不再赘述。在此情况下，若第二信号接收器23未接收到第二信号，则再次判断基片S未发生粘片；若第二信号接收器接收到第二信号，则再次判断基片S发生粘片。

图9为本发明第一实施例提供的粘片检测系统的原理框图。请参阅图9，该粘片检测系统，包括：

信号发送器30，用于在工艺完成之后且驱动基片S上升之前向基片S的表面发送信号。

第一信号接收器31，用于在工艺完成之后且驱动基片S上升之前接收由信号发送器30发送且经过基片S表面反射的第一信号。

控制器32，用于根据第一信号接收器31是否接收到反射的第一信号，来初次判断基片S是否发生粘片。

其中，信号发送器30和第一信号接收器31的位置按照以下规则设置：在基片S未发生粘片时第一信号接收器31能够接收到第一信号，而在基片S发生粘片时第一信号接收器31不能够接收到第一信号。在此情况下，若第一信号接收器31接收到第一信号，则初次判断基片S未发生粘片；若第一信号接收器31未接收到第一信号，则初次判断基片S发生粘片。

当然，在实际应用中，信号发送器30和第一信号接收器31的位置还可以按照以下规则设置：在基片S发生粘片时第一信号接收器31能够接收到第一信号，而在基片S未发生粘片时第一信号接收器31不能够接收到第一信号。在此情况下，若第一信号接收器31未接收到第一信号，则初次判断基片S未发生粘片；若第一信号接收器31接收到第一信号，则初次判断基片S发生粘片。

本实施例提供的粘片检测系统，借助上述信号发送器30、第一信号接收器31和控制器32可在工艺完成之后且驱动基片上升之前判断基片S是否发生粘片，这样，可在卸载基片S过程中尽早地发现粘片问题，从而可以尽早地改善后续因粘片而造成的一系列问题，例如，升降针在顶起基片S时易断裂的问题、顶起基片后机械手取片时造成机械手臂损伤甚至基片S被撞碎的问题。

图10为本发明第二实施例提供的粘片检测系统的原理框图。请参阅图10，本实施例提供的粘片检测系统与上述实施例提供的粘片检测系统相类似，同样包括信号发送器30、第一信号接收器31和控制器32，由于信号发送器30、第一信号接收器31和控制器32在上述实施例中已经详细地描述，在此不再赘述。

下面仅描述二者的区别点。具体地，在本实施例中，还包括：

升降机构33，用于在控制器32一旦初次判断基片S未发生粘片时，将驱动基片S上升至预设位置。

第二信号接收器34，用于接收由信号发送器30发送且经过位于预设位置的基片S表面反射的第二信号。

信号发送器30，还用于在升降机构33驱动基片S上升至预设位置之后，向基片S的表面发送信号；

控制器32，还用于根据第二信号接收器34是否接收到第二信号，来再次判断基片S是否发生粘片。

其中，信号发送器30和第二信号接收器34的位置按照以下规则设置：在基片S未发生粘片时第二信号接收器34能够接收到第二信号，而在基片S发生粘片时第二信号接收器34不能够接收到第二信号。基于此：若第二信号接收器34接收到第二信号，则再次判断基片S未发生粘片；若第二信号接收器34未接收到第二信号，则再次判断基片S发生粘片。

当然，在实际应用中，信号发送器30和第二信号接收器34的位置还可以按照以下规则设置：在基片S发生粘片时第二信号接收器34能够接收到第二信号，而在基片S未发生粘片时第二信号接收器34不能够接收到第二信号。若第二信号接收器34未接收到第二信号，则初次判断基片S未发生粘片；若第二信号接收器34接收到第二信号，则初次判断基片S发生粘片。

优选地，该粘片检测系统还包括：

报警器35，用于在控制器初次判断或再次判断基片发生粘片时，发出报警信号。

其中，升降机构33包括多个升降针。

本实施例提供的粘片检测系统，借助上述升降机构33、第二信号接收器34、信号发送器30和控制器32能够进一步准确地检测基片是否发生粘片，从而可以提高检测准确度。

作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种反应腔室，包括粘片检测系统和卡盘，卡盘用于承载基片；粘片检测系统用于检测基片是否发生粘片，粘片检测系统采用上述实施例提供的粘片检测系统。

其中，卡盘包括静电卡盘。

本实施例提供的反应腔室，其通过上述本实施例提供上述粘片检测系统，可以提高反应腔室的可靠性和安全性。

优选地，上述信号发送器、第一信号接收器和第二信号接收器均设置在反应腔室的侧壁上。

作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种半导体加工设备， 包括反应腔室，反应腔室采用上述实施例提供的反应腔室。

本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实施例提供上述反应腔室，可以提高半导体加工设备的可靠性和安全性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。