CN100394574C - 具有流量控制的平台真空气路系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体晶片处理的平台真空气路系统及其控制方法。本发明公开的具有流量控制的平台真空气路系统及其控制方法，包括抽气系统、充气系统，负载锁闭室、传输腔室、与负载锁闭室和传输腔室连接的隔膜阀，若干个流量控制器。方法：当大气机械手准备把晶片送入负载锁闭室时，充气气路中的隔膜阀打开，从而向负载锁闭室中快速充入氮气气体；当负载锁闭室压力等于大气传输单元内压力时，第一阀门打开，而氮气继续吹扫使负载锁闭室相对于大气传输单位为正压，此时大气机械手把晶片放入负载锁闭室；在抽气阶段，对负载锁闭室进行抽气；当负载锁闭室内真空度与传输腔室的平衡后，第一阀门打开，真空机械手进入负载锁闭室取出晶片，第一阀门闭合。

Description

具有流量控制的平台真空气路系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是半导体晶片处理的平台真空气路系统，本发明还涉及平台真空气路系统的控制方法。

背景技术

在半导体制造中，提高系统的产出率一直是系统设计的首要问题。产出率除了与反应腔室的工艺时间有很大关系外，还与平台系统的真空气路系统的设计有关。在半导体晶片的处理过程中，晶盒中的晶片被大气传输单元内的大气机械手取出，此时负载锁闭室与大气传输腔室之间的阀门打开，然后大气机械手把晶片放入负载锁闭室中，于是该阀门关闭。当负载锁闭室内压力从大气压到高真空后，其与传输腔室之间的阀门打开，然后传输腔室中的真空机械手把晶片从负载锁闭室中取出，再放入各反应腔室中去进行处理(例如刻蚀，物理气相沉积，化学气相沉积等)。当完成各制程后，晶片又按上述路径返回到晶盒。

晶片处理系统构成如图1所示，其中大气传输单元6、大气机械手7、负载锁闭室5、传输腔室4和真空机械手17等构成平台系统。在平台系统中，大气传输单元6内部的压力一直等于大气压力，传输腔室4内压力也保持在一固定真空度，而负载锁闭室5内的压力却频繁地在大气压力与高真空之间转换，所以对负载锁闭室5的真空气路处理直接影响到整个系统产能。此外由于负载锁闭室5周期性地经历大气压和高真空，其中颗粒产生的几率也大大增加。

图2是现有平台的真空气路系统，通常包括充气和抽气两个系统10、11。根据制程的需要，有时也包括净化(Purge)系统。在该真空气路系统中，两个负载锁闭室5和传输腔室4的气路都分为两个气路，一路是用来慢充氮气气体，它包括隔膜阀1和节流阀9，另一路用于快充氮气，它只有一个隔膜阀2。当负载锁闭室5需要从真空环境转变为大气环境以便与大气传输单元6相通时，首先要对负载锁闭室5进行慢充氮气，此时隔膜阀2关闭，隔膜阀1打开，当负载锁闭室5内压力值达设定值(一般为10～30Torr，此设定值由真空计或真空开关读取)时隔膜阀1闭合，隔膜阀2开启，当负载锁闭室腔室5的压力达大气压时，隔膜阀2闭合，此时负载锁闭室与大气传输单元之间的阀门就可以打开，然后大气机械手7取出其中的晶片。抽气过程与上述充气过程类似。

由于现有技术的充气和抽气分为快慢两个过程，从而使得负载锁闭室在大气与高真空之间循环的速度较慢，影响半导体加工系统的产能。此外现有真空气路的真空端口(也称作接口)与充气端口位于负载锁闭室的底面，这样便会吹起室内的颗粒，而且颗粒也容易飘落到晶片上表面，直接影响晶片的合格率。

现有技术的另一主要缺点是不能对负载锁闭室和传输腔室内的压力进行精确控制

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种产出率高、晶片污染小、能控制负载锁闭室和传输腔室真空度的具有流量控制的平台真空气路系统。本发明的目的还提供具有流量控制的平台真空气路系统的控制方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采取以下方案：

本发明具有流量控制的平台真空气路系统包括：负载锁闭室、传输腔室、与负载锁闭室和传输腔室连接的隔膜阀、通过隔膜阀与负载锁闭室和传输腔室相连接的抽气系统、通过隔膜阀与负载锁闭室和传输腔室相连接的充气系统，在负载锁闭室和传输腔室的真空气路中还包括若干个流量控制器，所述充气系统的充气端口设在负载锁闭室侧壁上，抽气系统的抽气端口设在负载锁闭室的下部。

其中，在充气系统中设有若干个流量控制器。

其中，在抽气系统中设有若干个流量控制器。

其中，所述流量控制器为质量流量控制器。

其中，所述流量控制器为压力控制器。

用于具有流量控制的平台真空气路系统的控制方法，包括：

1)当大气机械手准备把晶片送入负载锁闭室时，充气气路中的隔膜阀打开，从而向负载锁闭室中快速充入氮气气体；当负载锁闭室内压力等于大气传输单元内压力时，位于大气传输单元和负载锁闭室之间的第一阀门打开，而氮气继续吹扫使负载锁闭器相对与大气传输单位为正压，此时大气机械手把晶片放入负载锁闭室；

2)在抽气阶段，当第一阀门闭合后，充气端口还要对晶片进行0～0.5秒的充气吹扫，用以彻底驱除晶片上方可能存在的颗粒和湿气；然后，充气系统关闭的同时抽气系统的隔膜阀打开，对负载锁闭室进行抽气；当负载锁闭室内真空度与传输腔室的平衡后，位于负载锁闭室和传输腔室之间的第二阀门打开，真空机械手进入负载锁闭室取出晶片，然后第二阀门闭合。

(三)有益效果

1)由于采用了流量控制器，能动态控制负载锁闭室和传输腔室的真空度；2)由于充气时，充气端口一直对晶片不断的吹扫，因此，减少了晶片表面的污染；3)由于采取本发明的方案，能缩短充气和抽气的时间，因此，缩短了负载锁闭室的压力在真空和大气之间循环的时间。

附图说明

图1是现有技术半导体处理系统结构示意图；

图2是现有技术平台真空气路系统原理图；

图3是本发明平台真空气路系统原理图；

图3是本发明平台真空气路系统原理图；

图4是本发明负载锁闭室具有二片晶片时的端口结构示意图；

图5是本发明平台系统结构示意图。

图中：1、隔膜阀；2、隔膜阀；3、反应腔室；4、传输腔室；5、负载锁闭室；6、大气传输单元；7、大气机械手；8、晶片盒；9、节流阀；10、充气系统；11、抽气系统；MFC、流量控制器；12、充气端口；13、晶片；14、抽气端口；15、第一阀门；16、第二阀门；17、真空机械手。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图3所示，本发明的真空气路，在抽气和充气系统10中加入了质量流量控制器MFC，同时在这些系统中只采用快抽和快充真空气路。通过这种结构，能对负载锁闭室5和传输腔室4内的压力进行精确控制。对于多晶硅刻蚀工艺，其300mm平台系统中由于负载锁闭室5容积较小(10L左右)，所以通常只采用一个干泵进行抽气，本发明真空气路中的质量流量控制器MFC能对抽气系统的流量以及充气系统的流量进行控制，从而实现对负载锁闭室5和传输腔室4内真空度的动态控制。只要能满足控制需要，半导体行业的各种质量流量控制器都可以采用。本发明中的流量控制器也可用压力控制器来代替。

如图5所示，是本发明的一个实例，其真空气路系统如图3所示。当负载锁闭室5承载二片晶片时，把充气端口12设置在其侧壁上，把抽气端口14设置在下部。这样在对负载锁闭室5充氮气气体时，干燥洁净的氮气气体不断地吹扫两片晶片13的上下表面，从而阻止颗粒聚集在晶片13的表面。如果在进行氮气吹扫的同时通过流量控制器MFC来控制抽气的流量，便可形成一个流向抽气端口14的微弱气流并把颗粒抽出负载锁闭室5，从而进一步减少颗粒对晶片13的污染。

为了实现负载锁闭室能快速地在大气和真空之间循环，本发明控制方法具体实施方式包括：

1、当大气机械手准备把晶片13送入负载锁闭室5时，充气气路中的隔膜阀1打开，从而向负载锁闭室5中快速充入氮气气体。当负载锁闭室5内压力等于大气传输单元6内压力时，设置在负载锁闭室5上的压力开关或真空计便给出一个信号驱使第一阀门15打开，而氮气继续吹扫使负载锁闭室，相对与大气传输单元6为正压，此时大气机械手7把晶片13放入负载锁闭室5。由于充气端口12一直对晶片13不断的吹扫，可阻止颗粒沉积在晶片13上，并防止阀门打开后大气传输单元6内的湿气进入负载锁闭室5和聚集在晶片13上方。因此可以一直就对负载锁闭室5进行快速充气，从而缩短了其充气时间。

2、在大气机械手7将晶片13放入负载锁闭室5后，第一阀门15闭合，此时负载锁闭室5进入抽气阶段以便第二阀门16打开，让真空机械手17取出其中的晶片13并传送到个反应腔室3。在抽气阶段，当第一阀门15闭合后，充气端口12还要进行0～0.5秒的吹扫，用以彻底驱除晶片13上方可能存在的颗粒和湿气。然后，充气系统10关闭的同时抽气系统11的隔膜阀1打开，对负载锁闭室5进行抽气。由于颗粒和可能存在的湿气位于晶片的下方，这样在抽真空过程中湿气的凝结并与颗粒聚合下落时只会落到负载锁闭室5的底面并被抽走，而不会污染晶片13，所以在抽气阶段可去掉慢抽过程，从而缩短抽气时间。当负载锁闭室5内真空度与传输腔室4的平衡后，第二阀门16打开，真空机械手17进入负载锁闭室5取出晶片13，然后第二阀门16闭合。

Claims (6)

1.一种具有流量控制的平台真空气路系统，包括负载锁闭室、传输腔室、与负载锁闭室和传输腔室连接的隔膜阀、通过隔膜阀与负载锁闭室和传输腔室相连接的抽气系统、通过隔膜阀与负载锁闭室和传输腔室相连接的充气系统，其特征在于，在负载锁闭室和传输腔室的真空气路中还包括若干个流量控制器，所述充气系统的充气端口设在负载锁闭室侧壁上；所述抽气系统的抽气端口设在负载锁闭室的下部。

2.如权利要求1所述的一种具有流量控制的平台真空气路系统，其特征在于：在充气系统中设有若干个流量控制器。

3.如权利要求1或2所述的一种具有流量控制的平台真空气路系统，其特征在于：在抽气系统中设有若干个流量控制器。

4.如权利要求1所述的一种具有流量控制的平台真空气路系统，其特征在于：所述流量控制器为质量流量控制器。

5.如权利要求1所述的一种具有流量控制的平台真空气路系统，其特征在于：所述流量控制器为压力控制器。

6.用于权利要求1所述的一种具有流量控制的平台真空气路系统的控制方法，其特征在于：

1)当大气机械手准备把晶片送入负载锁闭室时，充气气路中的隔膜阀打开，从而向负载锁闭室中快速充入氮气气体；当负载锁闭室内压力等于大气传输单元内压力时，位于大气传输单元和负载锁闭室之间的第一阀门打开，而氮气继续吹扫使负载锁闭室相对于大气传输单位为正压，此时大气机械手把晶片放入负载锁闭室；

2)在抽气阶段，当第一阀门闭合后，充气端口还要对晶片进行0～0.5秒的充气吹扫，用以彻底驱除晶片上方可能存在的颗粒和湿气；然后，充气系统关闭的同时抽气系统的隔膜阀打开，对负载锁闭室进行抽气；当负载锁闭室内真空度与传输腔室的平衡后，位于负载锁闭室和传输腔室之间的第二阀门打开，真空机械手进入负载锁闭室取出晶片，然后第二阀门闭合。

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