CN100591587C - 利用热迁移效应进行保护的传送盒 - Google Patents

Abstract

本发明的用于掩模或者半导体晶片(2)的传送盒(1)包括防漏外壁(3)，该防漏外壁(3)围绕用于容纳掩模或者半导体晶片(2)的内部空间(4)。导热支承装置(11)保持掩模或者半导体晶片(2)。热耦合到冷源(8)的冷却板(7)面向要避免受到颗粒污染的掩模或者半导体晶片(2)的主表面(6)产生温度梯度。包括隔热装置(7c)的连接装置(7b)保持冷却板(7)。板载电源(9)对冷源(8)供电。这样可以显著减少污染颗粒在掩模或者半导体晶片(2)的主表面(6)上的沉积。

Description

利用热迁移效应进行保护的传送盒

相关申请的交叉引用

本专利申请基于2004年4月21日提交的法国专利申请No.04/50749，并要求该专利申请的优先权，在此引用该专利申请的内容以供参考。

技术领域

本发明涉及在制造半导体和微电子机械系统(MEMS)的过程中对半导体衬底或者掩模进行的各工序之间，在净室内保藏并移动半导体衬底或者掩模。

背景技术

在制造半导体和MEMS的过程中，在传送盒或者小环境密闭室内传送诸如硅晶片之类的晶片或者掩模，从而使其避开了净室的空气中仍然存在的污染。

当前，在标准机械界面(SMIF)盒内传送直径为200毫米(mm)的硅晶片堆。

在标准前开口通用盒(FOUP)内传送直径为300毫米(mm)的硅晶片堆。

已经设计出适合于传送单衬底晶片的传送盒或者小环境密闭室。

通常，在各处理步骤之间，半导体或者其它晶片要在半导体制造单元内保留几个星期。在该时间段内，需要使半导体或者其它晶片避免任何受到污染的风险，这就是在小环境密闭室内传送并保藏这些晶片，保证其与净室内的空气相隔离的原因。

在现有的工业应用中，小环境密闭室内的空气处于大气压下。因此，这种密闭室不需要任何能源。

最近，为了改善对晶片的隔离和保护，已经提出一种建议来产生并保持具有低气压的内部空气。遗憾的是，在移动于不同工作站之间的各步骤期间，需要断开与小环境密闭室的连接。在这种断开时段内，小环境密闭室本身必须保持围绕该密闭室所密封的衬底的受控空气。这样就需要在小环境密闭室中具有可用的能源以及用于保持受控空气的泵送系统，该受控空气的气压非常低，即处于与通向处理室的传送与装载室(transfer and loading chamber)内的气压处于同一个数量级的气压。

无论传送盒是否具有用于产生并保持具有低气压的内部空气的装置，在插入和取出掩模或者半导体晶片时，都必须打开该传送盒。在打开时段内，污染颗粒可能弥漫到传送盒中，从而降低传送盒内的空气的质量。随后，这种颗粒会存在沉积在密封于该传送盒内的掩模或者半导体晶片上的风险。

在半导体行业中，这种污染是有害的，因为它产生了会损坏正在制造的微电子装置或者微机械装置的质量的缺陷。

因此，当半导体晶片或者掩模保存在传送盒内时，需要减小对该半导体晶片或掩模的污染。

因此，本发明所解决的问题就是，当半导体晶片或者掩模保存在传送盒内时，改善对污染颗粒的消除，防止其沉积在该掩模或者半导体晶片的活性表面上。

发明内容

为此，本发明的基本想法是提供一种传送盒，该传送盒具有用于将污染颗粒从密封在该传送盒内的掩模或者半导体晶片的活性表面上去除的装置。

有利的是，这种用于去除污染颗粒的装置可以是冷却板，该冷却板的活性表面位于主表面的附近，以保护掩模或者半导体晶片。因此，如果冷却表面的温度低于要保护的主表面的温度，则在冷却板与要保护的主表面之间就建立了温度梯度。温度梯度的作用是使可能出现在冷却板与要保护的主表面之间的空间内任何污染颗粒均逐渐从要保护的主表面向冷却板移动。这样做的结果是，污染颗粒沉积在掩模或者半导体晶片的要保护的主表面上的可能性更小。

利用热迁移效应使污染颗粒移动：位于所考虑的污染颗粒与要保护的主表面之间的较热的周围气体分子对该颗粒产生的推力比位于该颗粒与冷却板之间的较冷的周围气体分子产生的推力更大；推力之间的差值使上述颗粒向冷却板移动。

本发明提供了一种在传送盒内实现这种热迁移效应的装置，该传送盒适用于在处理掩模或者半导体晶片的各处理步骤之间的中间步骤期间传送掩模或者半导体晶片。

因此，本发明提供了一种用于掩模或者半导体晶片的传送盒，该传送盒包括防漏外壁，该防漏外壁围绕形成以容纳并包含要传送的掩模或者半导体晶片的内部空间，该防漏外壁具有用于插入或者取出掩模或者晶片的端口，并具有用于将掩模或者半导体晶片保持在相对于防漏外壁固定位置的支承装置，该掩模或者半导体晶片具有应避免受到颗粒污染的主表面，该传送盒包括：

●导热材料的冷却板，位于内部空间内；

●冷源，通过热耦合装置热耦合到冷却板，并适合于使冷却板保持低于传送盒内的环境温度的温度；

●连接装置，用于将冷却板保持在相对于防漏外壁固定位置；

●隔热装置，位于连接装置上，并适合于使冷却板相对于防漏外壁热隔离；

●板载电源，用于对冷源供电；以及

●冷却板，具有面向要保护并在其附近的主表面的活性表面。

在与传送盒的其它功能兼容的同时，这种设置使得可以从热迁移效应中受益，以减少对要保护的主表面的污染，特别是满足以令人满意的方式将掩模或者半导体晶片保持在传送盒内的需求，满足将掩模或者半导体晶片很容易移动以将它们插入传送盒或者从传送盒中取出的需求，以及满足将传送盒可以断开以便可将其用作在半导体制造设备内用于传送并储藏掩模或者半导体晶片的装置的需求。

在一种优选实施例中，冷却板的活性表面是平面，而且其尺寸大于要保护的主表面的尺寸。

此外，在优选方式中，冷却板的活性表面与要保护的主表面基本平行。这样可以确保热迁移效应在要保护的整个主表面上均匀分布。

当冷却板与要保护的主表面之间的温度梯度足够陡峭时，热迁移效应起作用。为此，第一装置由冷源和用于冷却该冷却板的热耦合装置以及使冷却板相对于防漏外壁热隔离的隔热装置构成，从而防止对所述防漏外壁进行冷却。另一个装置通过提供用于导热的支承装置，在掩模或者半导体晶片位于传送盒内时，避免了对掩模或者半导体晶片进行冷却，从而使掩模或者半导体晶片的温度保持在环境温度，即防漏外壁的温度。

通过设置冷源以在冷却板与要保护的主表面之间保持3℃至10℃的温度梯度，可以获得良好的效果。

有利的是，冷却板的活性表面可以距离要保护的主表面确定的短距离。有利地，使该确定的距离小于1厘米(cm)，更有利地，该距离可以约等于5mm。

因为冷却板吸附污染颗粒，所以该冷却板逐渐被污染颗粒包覆。因此，存在一定污染颗粒随后会从该冷却板脱落并落到要保护的主表面上的风险。因此，定期地清洁该冷却板是有用的。为此，应确保该冷却板为可拆卸的，以便能脱离传送盒，定期对其进行清洁。

从理论上说，只要该冷却板的温度足够低，就可以期望使被冷却板吸附的颗粒在该冷却板紧邻的附近保留足够长的时间，即半导体晶片或者掩模被储藏和传送的时间。

然而，存在颗粒会从冷却板脱落的风险。当接触到冷却板时，这些颗粒会弹开、沿切线滑动，或者粘附到该冷却板上。因此，保证颗粒粘附到冷却板上足够长时间即直到开始后续的清洁操作，将是有利的。

将颗粒粘附到冷却板上的能力取决于几个物理参数。特别的是，这种能力取决于用于制造冷却板的材料、该材料的表面状态及其温度。

因此，在本发明中，有利的是，保证冷却板的活性表面具有使其具有颗粒捕集特性的结构，以保留住入射颗粒，即与离冷却板足够接近的颗粒或者接触到冷却板的颗粒。

在第一实施例中，冷却板可以由因为入射颗粒粘附其上而本身具有颗粒捕集特性的材料构成。

在另一可以作为一种选择或者补充的实施例中，可以对冷却板的活性表面进行使其具有颗粒捕集特性的适当的表面处理。例如，该处理可以增加其表面粗糙度。然而，应该看到，表面粗糙度还可能增加不期望的在真空环境下的脱气现象。

作为一种选择或者补充，可以利用施加在冷却板上的由适当材料构成的薄表面层的外表面来构造该冷却板的活性表面。例如，可以覆涂适当的金属薄层。

通过进一步使泵送装置在传送盒内产生并保持50帕斯卡(Pa)至1000Pa的真空，也可以降低传送盒内的掩模或者半导体晶片受到的污染。

为了解决在断开时可以保持真空且尺寸较小的小环境密闭室的问题，应当将该小环境密闭室内的机载泵送系统与板载电源一起使用。由于该小环境密闭室是防漏的，所以泵送能力可以较小，仅足以在所期望的断开时间段内保持适当真空。因此，可以设想使用包括具有多个单独的热流逸单元的微型泵的泵送装置，只要气压较低，则该单独的热流逸单元就以满意的方式运行。这种微型泵可以与串联连接到微型泵出口的主泵相连，并且该微型泵本身输出气体到空气中。这需要既对微型泵供电又对主泵供电的电源。

有利的是，这种微型泵可以包括多个单独的热流逸泵送单元。这种热流逸泵送单元利用了努森(knudsen)于20世纪初描述的热流逸效应，因此，当两个续接容器通过横断面尺寸非常小、其半径小于所涉及的气体分子的平均自由程的通路相连时，并且当该通路的两端处于不同温度时，在两个续接容器之间会产生压差。在该小尺寸通路上，分子在分子条件下移动，并因此由于温度差在该通路的两端产生不同的压力。在分子条件下，当达到热平衡时，该通路两端的压力为其比值等于相应温度的比值的平方根。然后，当分子到达与通路的一端相邻的容器时，其运动受到粘性介质条件的约束，并且不再返回该通路。这样就产了泵送的效果。

单个单元的压缩比较小，但是，为了获得气流可以增加串联和/或并联的单元的数量，以便达到适当的压缩比和泵送能力。

因此，在断开时，这种小环境密闭室适合于用来保证满意的持久性，因为微型泵的能量消耗低。

在这种情况下，有利的是，冷源可以包括一个或者多个具有构成各热流逸泵送单元的加热元件的相应热源的珀耳帖元件冷源，这些热流逸泵送单元构成用于在传送盒内产生并保持适当真空的泵送装置。

这就节省了一定的能量，因为传送盒内的板载电源提供的电能被全部转换为冷却板的冷却能量和微型泵的加热能量。

此外，或者作为一种选择，可以放置与在位于小环境密闭室内的空腔中的空气相接触的吸附元件。因此，作为微型泵的补充或者替代，该吸附元件可以吸附气体分子，从而有助于在内部空腔中保持真空。

附图说明

参考附图根据以下对特定实施例所做的说明，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显，其中：

图1是构成本发明实施例的、其内包含了具有朝上的要保护的主表面的掩模或者半导体晶片的传送盒断面的概要侧面视图；

图2示出了图1所示的其内包含了具有朝下的要保护的主表面的掩模或者半导体晶片的传送盒的变形；

图3示出了包括一个表面层的图1所示的传送盒的另一个实施例；以及

图4示出了具有面朝下的要保护的主表面的图3所示的传送盒的变形。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，本发明的传送盒1具有形成以容纳并包含半导体行业所用的一类晶片2，例如半导体晶片或者掩模的内部空腔4。

根据要包含的晶片2的尺寸，选择内部空腔4的尺寸，更佳地保证内部空腔4的尺寸仅稍大于晶片2的尺寸，以确保围绕晶片2的空气的体积相对较小，并因此更易于在长期断开期间保持满意的状态。

有利的是，内部空腔4具有适合于包含盘形半导体晶片2的圆柱形部分的形状。

内部空腔4被防漏外壁3包围，防漏外壁3包括外围部分3a、第一主壁部分3b以及第二主壁部分3c。

防漏外壁3的外围部分3a包括使掩模或者晶片2可以被插入或者取出的可关闭侧开口结构5。可关闭侧开口结构5以公知的方式成型，以便与外部的自动开启与关闭装置以及与用于操作掩模或者半导体晶片2以将其插入或者取出的装置共同操作。

从理论上说，掩模或者半导体晶片2具有尤其需要避免颗粒污染主表面6。主表面6是在其上蚀刻图案以限定半导体部件的形状的表面。

利用支承装置11，例如用于掩模或者半导体晶片的、在传送盒内通常使用的一类常规的支承装置，将掩模或者半导体晶片2保持在内部空间4内的固定位置上，在附图中仅以概略的方式示出该支承装置11。因此，支承装置11置于防漏外壁3与掩模或者半导体晶片2之间。更佳地，可以采用静电夹持器作为支承装置11。

更佳地，支承装置11能导热，以使掩模或者半导体晶片2保持在环境温度或者防漏外壁3的温度处。

导热材料的冷却板7位于内部空间4内，面向要保护的主表面6。

利用连接装置7b，将冷却板7保持在内部空间4内的固定位置上，连接装置7b将冷却板7机械地连接到防漏外壁3。隔热装置7c设置在连接装置7b上，并适合于使冷却板7相对于防漏外壁3热隔离。

利用热耦合装置7a，使图中概略地示出的冷源8与冷却板7热耦合。冷源8使冷却板7保持在低于传送盒1内的环境温度的温度处。

板载电源9对冷源8供电，以为其提供实现低温所需的能量。

冷却板7具有面向并靠近要保护的主表面6的活性表面10。从而在冷却板7与掩模或者半导体晶片2之间建立温度梯度。有利的是，该梯度约为3℃至10℃。

有利的是，冷却板7的活性表面10可以是平面，并且其尺寸大于要保护的主表面6的尺寸。同样，附图所示的实施例中的活性表面10与要保护的主表面6基本平行。

最后，冷却板7的活性表面10位于距离要保护的主表面6确定的距离d处。该确定的距离d必须较小，更佳地小于1cm。通过使用约等于5mm的确定距离d，可以获得良好的效果。

冷却板7可以是具有高导热率的任何材料。例如，可以采用硅或者铝。还可以选择在真空中具有良好特性的金属，特别是没有脱气特性的金属，以及能够降低出现电场的风险的金属，因为这种电场随后容易导致某种污染颗粒的不期望的运动。

利用热迁移效应，冷却板7与温度高于冷却板7的温度的掩模或者半导体晶片2之间的温度梯度对颗粒产生推力，将它们推向冷却板7，也就是使它们离开掩模或者半导体晶片2。这种推力可以克服可以将污染颗粒推向掩模或者半导体晶片2的各种力，例如静电力、重力以及布朗运动。热迁移力使颗粒向低温区域移动。

热迁移效应随着内部空间4内的气压的降低而减小。然而，实验表明，在用于传送掩模或者半导体晶片的传送盒中通常使用的压力范围内，热迁移效应仍非常显著。因此，可以认为，在大约1cm的距离d上，利用大约10℃的温差，在大约5Pa的气压下，对于直径大于0.03微米(μm)的颗粒，可以将要保护的主表面6上的颗粒沉积减少约10⁶倍。

更佳地，将冷却板7可拆卸地安装在传送盒内，以便能够从该传送盒临时抽出它，或者更换另一块冷却板。通过可关闭侧开口结构5，应该可以抽出冷却板。这使得可以脱离传送盒1定期地更新冷却板7或者例如利用氮气吹扫和/或通过加热来清洁冷却板7。

在图1所示的实施例中，要保护的主表面6朝上。在这种情况下，冷却板7形成内部空间4的顶板。应当理解这种设置会促进某些污染颗粒的沉积，因为这些颗粒在重力的作用下向要保护的主表面6移动。尽管，重力的作用是有限的。

在图2所示的第二实施例中，要保护以防颗粒性污染的主表面6面朝下方。此时，冷却板7形成内部空间4的底板。应当理解这种设置更有利，因为自然重力被作为使污染颗粒沉积在要保护的主表面6上的可能性趋于降低的一种额外的手段。

在图中所示的实施例中，还设置泵送装置12用于在传送盒1内产生并保持适当的真空，例如约50Pa至1000Pa的真空。

有利的是，泵送装置12可以包括由多个单独的泵送单元构成的热流逸微型泵，其中一些泵送单元是串联连接的，将多个串联连接子组件并联，以获得预定应用所期望的流速和压缩比特性。

各热流逸泵送单元分别具有可以由电阻构成的热源，该电阻适合于对其供电以产生压缩效应。因此，提供诸如电能存储装置之类的电源，例如可充电电池。该电源可以由上述板载电源9或者独立的电源构成。

作为一种选择或者补充，泵送装置12可以包括适合于吸附气体分子并因此有助于在内部空间4内保持低压的吸附元件30。

沸石是适合制造吸附元件30的材料的例子。沸石是具有规则的、较大的微孔的稳定结构的晶化碱性硅铝酸盐，其中阳离子象在液体中一样移动。这就产生了交换、吸附以及催化的能力。沸石构成用于限定大的内部空腔的固体结构，在这些内部空腔内可以吸附分子。通过分子可以从中通过的孔口，将这些空腔互连在一起。由于晶化性质，孔和空腔的尺寸都是规则的而且非常小，并且利用这种开口尺寸，该结构可以吸附对应于开口尺寸的一些分子，而不能吸附尺寸更大的其它分子。因此，根据要吸附的气体分子的大小，选择适当的沸石。

作为一种选择，可以利用常规用于制造吸气泵的类型的任何其它材料来构造吸附元件。

图3和图4所示的实施例再现了图1和图2所示的实施例中的大部分相同的主要装置。用同样的参考编号表示这些主要装置，并且不再进行说明。

图3和图4的实施例的不同之处在于，还在冷却板7的活性表面10上设置了颗粒捕集装置13。

该颗粒捕集装置用于保留住先前已经运动的入射颗粒，以使其接触冷却板或者到达与该冷却板紧邻附近的位置。

在第一种可能性中，冷却板可以由因为入射颗粒粘附其上而本身具有颗粒捕集特性的材料构成。诸如铝、铜和硅之类的材料在这方面均具有良好的特性。

作为一种选择或者补充，在第二种可能性中，可以对冷却板的活性表面进行使其具有改善的颗粒捕集特性的表面处理。例如，利用这种表面处理，增加面粗糙度，从而提高表面保留住颗粒的能力。然而，重要的是要避免额外增加通常由粗糙表面导致的脱气现象。因此，更佳地采用适用于低压空气的其它类型的表面处理。

在另一种可能性中，冷却板的活性表面可以是加在冷却板上的由适当材料构成的薄表面层的外表面。可以利用任何手段，例如利用粘合或者通过焊接施加表面层。该薄层可以是适用于低压空气的金属电镀层。

有利的是，可以从具有高度的电子活动性的材料中选择通过使入射颗粒粘附其上而适合于实现颗粒捕集特性的材料。铜、铝和硅具有这种特性。在为制造电子部件而对硅晶片进行处理的应用中，通过提供不同于要处理的圆盘的材料的材料，硅活性表面可以具有避免受到污染的风险的优点。

被热迁移效应推动到冷却板7的颗粒接触并粘附在层13上。这样可以防止这些颗粒随后的运动。

该表面层13较薄，以避免对热迁移效应产生不良影响。

在图1至图4所示的本发明的所有实施例中，应该理解到，上述装置可以同时用于改善对应避免受到颗粒污染的主表面6的保护和在传送盒断开时确保该传送盒具有满意的持久性，这是因为对热迁移装置和泵送装置供电的能量消耗较低。

本发明并不局限于上面详细说明的实施例，而是包括本领域技术人员能力范围内的不同变型和推广。

Claims (15)

1.一种用于掩模或者半导体晶片(2)的传送盒(1)，所述传送盒包括防漏外壁(3)，所述防漏外壁(3)围绕形成以容纳并包含要传送的掩模或者半导体晶片(2)的内部空间(4)，所述防漏外壁具有用于插入或者取出掩模或者晶片(2)的端口(5)，并具有用于将掩模或者半导体晶片(2)相对于所述防漏外壁(3)保持在固定位置的支承装置(11)，所述掩模或者半导体晶片(2)具有应避免受到颗粒污染的主表面(6)，所述传送盒(1)的特征在于其包括：

●导热材料的冷却板(7)，位于所述内部空间(4)内；

●冷源(8)，通过热耦合装置(7a)热耦合到所述冷却板(7)，并适合于使所述冷却板(7)保持低于所述传送盒(1)内的环境温度的温度；

●连接装置(7b)，用于将所述冷却板(7)相对于所述防漏外壁(3)保持在固定位置；

●隔热装置(7c)，位于所述连接装置(7b)中，并适合于使所述冷却板(7)与所述防漏外壁(3)热隔离；

●板载电源(9)，用于对所述冷源(8)供电；以及

●所述冷却板(7)具有活性表面(10)，所述活性表面(10)面向要保护的所述主表面(6)并在所述主表面(6)的附近。

2.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)的所述活性表面(10)是平面，而且其尺寸大于要保护的所述主表面(6)的尺寸。

3.根据权利要求2所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)的所述活性表面(10)与要保护的所述主表面(6)基本平行。

4.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)的所述活性表面(10)与要保护的所述主表面(6)之间相距一个确定的短距离(d)，所述确定的距离(d)小于1cm。

5.根据权利要求4所述的传送盒，其特征在于所述确定的距离(d)等于5mm。

6.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述支承装置

(11)是导热的，以使所述掩模或者半导体晶片(2)的温度保持在环境温度。

7.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述冷源(8)使所述冷却板(7)与要保护的所述主表面(6)之间保持3℃至10℃的温度梯度。

8.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)是可移动的，使其能脱离所述传送盒(1)定期地进行清洁。

9.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述传送盒包括泵送装置(12)，用于在所述传送盒(1)内产生并保持50Pa至1000Pa的真空。

10.根据权利要求9所述的传送盒，其特征在于所述泵送装置(12)包括多个单独的热流逸泵送单元。

11.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于所述冷源(8)包括一个或者多个珀耳帖元件冷源。

12.根据权利要求1所述的传送盒，其特征在于在所述冷却板(7)的所述活性表面(10)上设置颗粒捕集装置(13)。

13.根据权利要求12所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)由通过入射颗粒粘附到其上而显示出其自身的颗粒捕集特性的材料构成。

14.根据权利要求12所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)的所述活性表面(10)已经受到适合于使所述活性表面具有颗粒捕集特性的表面处理。

15.根据权利要求12所述的传送盒，其特征在于所述冷却板(7)的所述活性表面(10)是加在所述冷却板(7)上的由适当材料构成的薄表面层(13)的外表面。

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