一种具有清洁能力的晶圆传输装置及多站式沉积腔的清洁方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种具有清洁能力的晶圆传输装置及多站式沉积腔的清洁方法。

背景技术：

1、在半导体集成电路领域，通常采用化学气相沉积的方法来沉积各种介质薄膜，其中，等离子体增强化学气相沉积可以更快的在更低的温度下实现各种薄膜沉积而广泛应用于半导体领域。

2、现有的化学气相沉积设备主要包括沉积腔，所述沉积腔顶端设置有气体喷淋头，所述气体喷淋头下方设置有加热器，加热盘和气体喷淋头之间设置有用于承载晶圆的晶圆传输组件。在晶圆沉积过程中，加热盘和喷淋头之间分布由射频电源激发的等离子体，薄膜主要沉积在晶圆上，此时晶圆传输组件中的晶圆载具处于非传输位置，由于等离子体会环绕加热盘延伸至加热盘下方，导致薄膜在加热盘下方，侧方及晶圆传输装置周围沉积，使得薄膜也会沉积在腔体内部组件的表面(如加热盘，喷淋头，晶圆传输组件等)以及沉积腔的侧壁、上表面、下表面及沉积腔的角落中。由于晶圆载具上所堆集的颗粒物会影响局部控温效果，导致晶圆的局部和边缘出现缺陷现象，例如翘曲，出现缺陷的晶圆的刻蚀均匀性较差，产品良率明显降低。因此，在沉积上述薄膜的时候通常需要定期对腔体内部进行清洁以尽可能避免颗粒杂质的产生，因为这些颗粒杂质会影响到介电膜的性能和可靠性，严重时甚至会导致器件完全失效。

3、目前，业界内普遍使用的祛除残留的技术通常会用到等离子清洗和远程等离子源清洗的方法，即通过使用等离子体将残留物表面物质分解或脱附的一种方法。

4、由于在进行等离子清洗的时候，腔室内晶圆传输装置处于非传输位置，对腔室其他结构形成遮挡，存在清洁死角，致使腔室清洁不彻底。残留物在清洁死角经多次累积后，很容易剥离脱落产生颗粒，从而使腔室处于非洁净环境，然而在薄膜沉积过程中，即使微小的颗粒物也可能对薄膜的生长和质量产生负面影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在腔室清洁不彻底，存在清洁死角的问题，本发明的目的在于提供一种具有清洁能力的晶圆传输装置及多站式沉积腔的清洁方法，所述的具有清洁功能的晶圆传输装置在沉积过程中通过旋转轴喷气产生气墙来减少腔室旋转轴下方的沉积，在清洁时能够控制晶圆传输装置旋转到恰当的角度，同时从喷气孔中喷出吹扫气体，使腔室内的颗粒物污染尽可能低。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有清洁能力的晶圆传输装置，包括：

3、旋转装置，所述旋转装置包括晶圆载具、主轴和升降旋转装置，所述晶圆载具固设于主轴的端部，所述晶圆载具用于承载多个晶圆，所述升降旋转装置能够驱动所述主轴做升降运动和旋转运动，升降运动和旋转运动各自独立动作；

4、吹扫结构，所述吹扫结构包括第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路和三条气体供应管路，所述第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路为三条各自独立的管路，且三条气体管路分别和对应的气体供应管路连通，三条所述气体管路上均设置有若干喷气孔，所述第一气体管路和所述第二气体管路上喷气孔的喷气方向相对于水平面倾斜设置，所述第一气体管路和所述第二气体管路的喷气方向相反，所述第三气体管路固设于晶圆载具下表面，其喷气方向和水平面垂直；

5、在晶圆移出沉积腔后，所述晶圆载具带动吹扫结构同步旋转至设定的旋转角度，所述吹扫结构能够在设定的位置进行吹扫。

6、进一步地，所述旋转角度为30度、60度、90度、180度中的任意角度。

7、进一步地，所述升降旋转装置包括主轴连接件、法兰座、弹簧销定位组件、顶升块、丝杠、丝母、旋转体、气动旋转卡盘和电机；

8、所述气动旋转卡盘包括卡爪部，所述电机与所述卡爪部转动连接，所述卡爪部包括若干卡爪，若干所述卡爪之间形成夹持空间，所述丝杠的一端设于夹持空间内；所述丝母与所述丝杠传动连接；

9、所述顶升块具有一个空腔，所述丝母位于该空腔的内部，所述顶升块与所述主轴连接件的一端固定连接，所述主轴连接件的另一端与所述主轴固定连接，所述晶圆载具和主轴的另一端固定连接；

10、所述旋转体设有第一孔洞，所述卡爪设于所述第一孔洞内，当所述卡爪和第一孔洞内壁顶紧时，所述卡爪和丝杠远离，所述顶升块能够随所述旋转体旋转，当所述卡爪和第一孔洞内壁远离时，所述卡爪能够夹紧丝杠，所述丝杠能够随所述旋转体旋转；

11、所述法兰座设于所述旋转体的上侧，所述法兰座的下部边缘设有定位结构；所述定位结构包括依次设置的渐变段、圆弧段、突变段和平滑凸起段；

12、所述弹簧销定位组件设在所述旋转体上，所述弹簧销定位组件能够随所述旋转体旋转，所述弹簧销定位组件设于所述法兰座的下侧，所述弹簧销定位组件包括定位销，当所述弹簧销定位组件随所述旋转体旋转时，所述定位销经过所述渐变段和圆弧段后，能够卡入所述突变段和平滑凸起段之间。

13、进一步地，所述主轴和晶圆载具之间设置固设有供气装置，所述供气装置能够将吹扫气体供应至所述气体供应管路内；

14、所述供气装置包括供气轴套和传输轴，所述传输轴固设于主轴和晶圆载具之间，所述供气轴套套设于所述传输轴的外部，所述供气轴套和传输轴转动连接，所述供气轴套和传输轴的轴向位置固定；所述供气轴套上开设有三个互相独立的气体供应通道，所述传输轴内部设置有三个互相独立的气路管道；所述供气轴套和传输轴的套接面上开设有三个环形气密室，三个所述环形气密室沿轴线方向间隔设置，所述气体供应通道通过所述环形气密室和气路管道连通，所述气体供应通道的另一端和气源设备连通；相邻所述环形气密室之间设置有密封圈。

15、进一步地，所述晶圆传输装置还包括角度检测装置，所述角度检测装置包括激光测距器和光电传感器，所述主轴于其与激光测距器对应的位置处加工有多棱柱段，采用激光测距器测量发光点与多棱柱段外壁的距离判断主轴的旋转角度；

16、所述多棱柱段的每个侧面上均具有强光区和弱光区，所述强光区和弱光区交替设置，采用光电传感器测量反射光的强度判断主轴的旋转方向。

17、进一步地，所述第一气体管路、所述第二气体管路和所述第三气体管路均设置为多组，气体管路的组数和沉积腔内部沉积站点的个数相等，所述气体供应管路为三个，每个气体供应管路均包括多个支路，所述支路的个数和气体管路的组数相等，所述支路和对应的气体管路连通。

18、一种多站式沉积腔的清洁方法，采用了所述的晶圆传输装置，包括如下步骤：

19、在晶圆沉积之前，开启吹扫结构中的第一气体管路并使得吹扫结构吹出的气体面积覆盖喷淋头的边缘处；

20、在晶圆沉积过程中，开启吹扫结构中的第二气体管路并使得吹扫结构吹出的气体面积覆盖沉积站点的边缘处；

21、当晶圆移出到沉积腔的外部后，依次进行清洁过程和吹扫过程，所述清洁过程中采用气体喷淋头将清洁气体喷入沉积腔；所述吹扫过程采用吹扫结构将吹扫气体吹入沉积腔，在清洁过程中，所述吹扫结构处于关闭状态；

22、在清洁过程和吹扫过程中，晶圆载具处于旋转状态；

23、当多站式沉积腔具有4个沉积站点时，所述晶圆载具的旋转角度为15、30、45、60或75+15x度，其中x为整数；

24、当多站式沉积腔具有6个沉积站点时，所述晶圆载具的旋转角度为15、30或45+15x度，其中x为整数。

25、进一步地，所述清洁过程包括：先通入氩气吹扫30-60s，然后通入氧气和nf3的混合气并在等离体子体中电离出氟离子对气相沉积室腔体进行清洁，清洁气体吹扫的过程中，开启升降旋转装置使得晶圆载具按照设定的角度进行多次旋转；所述氧气的流量为0-20000sccm，所述nf3为0-6000sccm，所述氩气为2000-30000sccm。

26、进一步地，所述吹扫过程包括：在0.2torr以下的压力下通入吹扫气体，当沉积腔压力升高至4-8torr时开启升降旋转装置使得晶圆载具按照设定的角度进行多次旋转，旋转结束，关闭气源设备，使得沉积腔压力下降至0.2torr以下；晶圆载具旋转过程中，所述吹扫结构采用脉冲方式进行间歇式吹气，所述吹扫气体总流量为30000-40000sccm，且晶圆载具旋转过程中，第一气体管路和第二气体管路均处于关闭状态，第三气体管路处于开启状态。

27、进一步地，当晶圆移出到沉积腔的外部后，检测制得的晶圆样品表面的污染颗粒数量，当污染颗粒数量小于5时，仅开启吹扫结构中的第二气体管路；反之，同时开启吹扫结构中的第一气体管路和第二气体管路。

28、综上所述，本发明具有以下有益效果：

29、第一、本技术通过将吹扫结构和晶圆载具安装在一起，在清洁过程中，通过升降旋转装置带动主轴和晶圆载具同步动作，晶圆载具能够带动其上的吹扫结构同步动作，实现对沉积腔不同位置的清洁，以提高对沉积腔的清洁效果。

30、第二、采用本技术的清洁方法，在沉积过程中通过旋转轴喷气产生气墙来减少腔室旋转轴下方的沉积，在晶圆全部传出腔室后，执行腔体清洁的过程中，将晶圆传输装置抬起并按照所需的方式进行移动并旋转至多个特定角度，以改变清洁气体的流向及在腔体内的分布，在清洁结束之后，继续配合吹扫气体的工作，采用脉冲的方式从喷气孔喷气，对腔体角落进行吹扫，以达到对腔体更好的清洁。