CN101501817B - 用于从限定的环境去除污染的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于从限定的环境去除污染的方法，所述限定的环境包括由壁部限制的内部空间，所述方法包括以下步骤：将具有泄漏部的限定环境放置在包括引入气体的装置和抽吸气体的装置的密封室中；包含在所述室中的气体以及包含在所述空间内的气体通过泄漏部被同时抽出，使得穿过壁部的压力差总是小于壁损坏阈值。本发明的另一目的是提供一种用于从限定的环境去除污染的装置，所述装置包括：能够包含限定环境的污染去除室；引入净化气体的装置；以可变抽吸量抽吸气体的装置；用于控制抽吸速率的装置；以及用于监测环境的内部和外部之间的压力差的装置。

Description

用于从限定的环境去除污染的方法和装置

技术领域

本发明涉及未密封的限定环境的清洁和去除污染，具体地，所述限定环境包括用于半导体衬底、农业食品、医疗或汽车产品或配备有保护膜的光掩模的储存及运送箱。

背景技术

在大气压力下用于一个或多个衬底，特别是用于半导体晶片的储存及运送箱限定一个封闭的空间，该空间与通过门遮盖的环境相分离，在所述环境中使用衬底并通过配备有衬底可以通过的开口的外围壁运送衬底。此种类型的运送箱最普遍地由塑料制成，且当使用时通常不是密封的。塑料外围壁设计为不能承受大于几十个大气压的压力，因此不能抵抗损伤。因此，运送箱设置有至少一个泄漏部，使得当在箱子的内部和外部之间存在压力差时，出现气流以使压力差最小化，从而降低外围壁上的机械应力。对于FOUP运送箱，在泄漏部内放置颗粒过滤器以减少污染。正常地，不控制箱内的大气，且假定该大气通常与基本已经被退出的设备的空气或运送箱附近的环境空气相似。

运送箱通常对于防止污染颗粒进入到所限制的空间内是有效的。特别是当制造半导体和其它纳米技术产品时，由于增加了对减少颗粒污染的需求而使得所述运送箱的使用成为必然。然而，运送箱的塑料外围壁可能漏气或可能保持或增加可能与衬底发生反应的化合物并污染该衬底。具体地，这些化合物可能来自于在衬底制造中的特定阶段期间的不适当的环境(例如，存在湿度的情况)。此环境由运送箱的内部大气保持。因此，运送箱不能充分地防止所有的污染危险，此外，在特定的情况下，甚至可能受到其它的污染(通过壁的气体泄漏、保留的湿度、交叉污染、产生颗粒的打开/关闭机构、在壁中缺乏气密性等)。

文献EP 1,557,878说明了放置在密封的超微环境室内的一叠衬底晶片的清洗，该超微环境室配备有可以用下部门覆盖的进入孔并填充有例如空气。该室通过其下表面连接到清洗站，清洗站包括配备有可以封闭的上输送孔的清洗间，上输送孔可以通过打开下部门面对该室的下表面；由下部门支撑的一叠衬底晶片插入到已经事先填充有氮的清洗间中。此时，清洗衬底晶片之间的空间，超微环境室的内部通过穿过被清洗，且气体通过可封闭的进入孔排出，所述进入孔此时打开。为了测试其质量，进行该室的内部大气的分析。

所述的方法涉及衬底晶片的清洗，这是为了必须从该室移除衬底晶片：室的清洗不是主要目的。此方法不能保证更彻底地清洗洁该室。此方法只应用于密封室，而不能用于未密封的室。此外，所述方法还包括用于打开和关闭进入孔的机构以及用于运送的功能作用。

文献EP 0626724公开了一种在半导体衬底插入安装之前用于干燥清洁容纳在密封的清洁大气(真空或惰性气体)中的半导体衬底的运送箱的外壁的方法。将容纳衬底的密封箱放置到隧道中。可以使用利用气体清洁外壁的多种方法，例如，交替引入气流(N₂)并产生真空。当清洁完成时，在隧道内形成与存在于运送箱将插入的安装设备中的大气相同的真空。

因此，在此文献中假设所述箱的内部大气的清洁没有疑问。此方法没有带来关于如何清洁内部容积、箱壁或其容纳的衬底的启示。此外，此清洁方法应用到用于保持衬底晶片在真空中的密封箱。因此，所述箱的壁具有高的机械阻力，其不是用于为了在大气压力下运送衬底晶片的非密封运送箱的情况。

文献JP 2004 128428 A说明了一种用于用惰性气体更换所限定的环境(例如，运送箱)的气体且同时降低需要用于此更换的惰性气体的量的方法和装置。这样做，文献给出的指导是将运送箱放置在真空室中，通过设置在真空室内的打开及关闭机构去除塞子打开运送箱，然后将气体抽入运送箱内的真空室中，最后将惰性气体引入真空室并使该气体进入运送箱。在真空室内的运送箱的打开使得可以将气体抽入真空室中，而不会在运送箱的外部和内部之间产生压力差。

文献EP 1059660 A2说明了为了避免氧化用氮替换封闭环境的含氧大气。此替换通过将氮直接注射进封闭环境中并逐渐地用氮替换初始的含氧气体。不抽吸封闭环境内的大气。

在上述所有的文献中，功能涉及通过操作打开及关闭机构打开运送箱，且此操作可能产生颗粒污染。以此方式产生的颗粒可能积聚在容纳在运送箱内的衬底晶片上，这与在制造半导体和其它纳米技术产品时增加的对降低颗粒污染的要求相矛盾。

此外，这些文献中的任何一个都没有说明或解决由于在大气压力下运送箱的塑料壁的脱气造成的气体污染的问题。

光掩模等效于照相底片：其有源表面包括印到衬底上的信息。该光掩模在用于曝光和印刷到半导体衬底上的传送中使用。入射辐射聚集在光掩模的有源表面上，而包含在有源表面上的图案接着复制在衬底上。在有源表面的外侧，细节不会印刷到衬底上，但对光掩模的传送可能具有影响。因为印刷了缺陷，所以有源区域中的污染对印刷到衬底上的图像具有直接的影响。然而，如果该污染出现在此区域外，则此污染对该图像只具有间接的影响，例如，减少对比度或减少光掩模的传送。

此外，半导体工业研究如何减小印刷图像的尺寸，以便获得日益减小且低成本的电子部件。随着照片的基本图案的尺寸变得越来越小，对于污染的要求也变得越来越严格。因此，光掩模是应该保持清洁和可操作的关键的、昂贵的且复杂的元件。

当制造结束时，清洗和检查光掩模。如果该光掩模是清洁的且没有缺陷，则用膜覆盖光掩模并发送给客户。膜的目的是当用户使用光掩模时保护光掩模。膜包括具有良好透射性以及对穿过其的光学射线有较小的冲击的光学隔膜沉积物(平行的多层表面)。此膜沉积在光掩模的有源表面的侧面上并通过空间与其分离。因此，污染物积聚在膜上而不会聚集在光掩模的有源表面上，即，积聚在聚集区域的外部(与有源表面物理分离)。在此情况下，在光刻印刷转印期间，将不会印刷污染物：膜不是直接抵抗污染物而是可以减小其对图像的影响。

膜通常粘贴到掩模的有源部分的边缘上。因此，膜内的大气与光掩模的运送箱的大气隔离。为了防止膜翘曲，具有低传导性过滤器的孔口设置在膜的侧面上。这些孔口保证了膜内的封闭大气和运送箱内的大气之间的压力的平衡。

目前，已经注意到污染物在膜的下方仍然可能存在。在聚集区域内，在膜的下方可以观察到在光掩模的有源表面上发展的晶体生长。这些由于技术尺寸缩小而放大的生长对光刻步骤(缺陷被印刷)具有直接的影响。该生长在膜下方的位置很难清洗。因为约定需要去除膜以进行清洗然后重新应用光掩模，所以清洗已经配备有此膜的光掩模是一个时间很长、复杂且昂贵的过程。此精密操作必须通过光掩模的制造商而不是通过使用者来进行，其很耗费时间，且由于光掩模的寿命很短，导致用于存货的显著的额外管理成本。

文献WO 851126的目的是在掩模进行制造直到达到其固定到光掩模期间避免光掩模的内表面受到污染。其目的是在膜的内表面的侧面上设置可剥离的涂层。此文献的目的不是用于清洗具有已经粘附有膜的光掩模的方案。

文献JP 10-308337提出了一种用于清洗具有在液体环境中贴附有膜的光掩模的外表面但不提供用于膜的去除的方法。此文献没有提供用于清洗光掩模的表面和膜之间的封闭空间的方案。

没有已知的方法可以不需要去除此膜就能够清洗将衬底与膜的内表面分离的容积。

本发明源自于对已知方法和装置的观察，具体地，对于上述方法和装置，已知的方法和装置不能以足够有效的方式防止膜的光掩模的有源表面上出现污染，也不能防止在大气压力下在容纳在运送箱内的半导体晶片的有源表面上出现污染。

根据本发明，假定在已知的方法和装置内，通过打开和关闭由大气运送箱或覆盖膜的掩模形成的未密封的封闭环境、以及由存在于封闭环境内的气体产生的气体污染产生的颗粒污染造成的此污染持续出现在光掩模或半导体晶片的有源表面上，从而可能与有源表面的物质结合或在其上形成沉积。

具体地，对于由塑料制成的大气运送箱，气体污染具体地由脱气塑料材料而产生。

随着时间的推移此污染逐渐发展，特别是将妨碍制造部件或微电子微系统的各步骤之间的半导体晶片的容易储存以及充分的寿命周期，或减小覆盖膜的光掩模的寿命周期。

发明内容

因此，本发明的目的是显著降低对在未密封的封闭环境内出现的有源表面上的污染的危险，例如，膜覆盖的光掩模的有源表面、或包含在大气运送箱内的半导体晶片的有源表面。

本发明的另一个目的是保证从未密封的封闭环境有效地去除污染，以便增加在产品的有源表面上可能出现污染之前的时间周期。

本发明的另一个目的是进一步延长非污染周期，通过未密封的封闭环境的停止使用的钝化，防止例如运送箱的壁部的这些无源表面在其实际使用期间产生可能影响产品的有源表面的气体污染。

基于本发明的构思是通过有效地抽吸未密封的封闭环境的内部大气，然后恢复大气压力来保证未密封的封闭环境的去污，但无需打开未密封的封闭环境，以便防止打开和关闭机构的可能产生颗粒污染的任何操作。为了实现此目的，本发明提供了气体通过未密封环境中的单独的天然泄漏部进入和离开未密封的环境。然而，在此情况下，必须提供其它装置以防止未密封的封闭环境的壁部损坏。这是因为这些壁部不能承受显著的压力差而损坏：对于光掩模，膜不能承受大于大约1Pa的压力差；对于目前使用的大气运送箱，塑料壁部不能承受大于几十个大气压的差动压力。

为了实现此目的，本发明公开了一种用于从包括由具有天然泄漏部的壁部划定界限的内部空间的未密封的封闭环境去除污染的方法，所述方法包括以下步骤：

-将具有天然泄漏部的未密封的封闭环境放置在密封的去污室内，去污室包括用于引入气体的装置以及用于抽出气体的装置；

-通过调节去污室内的压降抽出包含在去污室内的气体，这种方式使得未密封的封闭环境的内部和外部之间的压力差总是小于将造成会损坏未密封的封闭环境的壁部的机械翘曲的压力差。

在这种方法中，未密封的环境保持封闭，即，受到限制，而无需操作其打开装置，而是气体通过单个天然泄漏部进入所述封闭环境并从所述封闭环境排出。对于光掩模，气体通过具有设置在掩模的边缘上的低传导性的过滤器的孔口进入和排出。对于大气运送箱，气体通过箱中的天然泄漏部(即，配备有过滤器的现有孔口)以及通过门衬垫进入和排出。

此必要的天然泄漏部具有低传导性，以便保证保护未密封的封闭环境的内部大气。因此，应该理解，由于气体没有足够的时间通过未密封的封闭环境中的天然泄漏部漏出，所以抽吸密封的去污室太快可能使密封的去污室内的未密封的封闭环境周围所存在的气体压力降低得太快，使得未密封的封闭环境的内部大气达到较高的压力，造成相对于未密封的封闭环境的壁部的向外差动压力。根据本发明，通过调节去污室内的压降，能够保证未密封的封闭环境的壁部可以承受未密封的封闭环境的内部和外部之间的压力差。

此方法的另一个优点是该方法从未密封的封闭环境的内部和外部同时去除污染。

在未密封的封闭环境内的升高压力的步骤期间也存在可能出现过度的差动压力的危险。这是因为，如果气体被引入密封的去污室，则密封的去污室内的气体压力可能快速升高，同时气体可能更缓慢地穿过未密封的封闭环境的低传导性的天然泄漏部。在这种情况下，在未密封的封闭环境中出现向内推动的差动压力，由于此差动压力潜在地施加机械应力，从而可能损坏未密封的封闭环境的壁部。

鉴于此，本发明的方法优选包括增加压力的步骤，在此期间，调节去污室内压力的增加，使得未密封的封闭环境的内部和外部之间的压力差总是小于将造成会损坏未密封的封闭环境的壁部的机械翘曲的压力差。

根据第一实施例，在本发明的一个方法期间，可以通过依照压力相对时间的理论曲线控制去污室内的压力变化。可以在试验台上预先优化压力相对时间的理论曲线，试验台包括装有测量仪表的未密封的封闭环境。例如，试验的未密封的封闭环境可以包括在内部的压力传感器以及在其侧壁上的翘曲传感器。实验压降曲线通过记录外壁的翘曲画出，且从这些曲线中选择理论压降曲线，从而可以防止对于未密封的封闭环境的外侧壁的最轻微的损坏。

根据第二实施例，作为可供选择的或补充实施例，有利地是通过依照检测未密封的封闭环境的壁部中的翘曲的至少一个传感器发出的信号可以控制去污室内的压力的变化。通过翘曲传感器测量的未密封的封闭环境的壁部的翘曲小于可能造成壁部永久程度的损坏的翘曲阈值。

此实施例具有的另外显著的优点是即使在未密封的封闭环境中的天然泄漏部可能意外且无预见地部分或全部堵塞的情况下，例如，假设过滤器被堵塞的情况下，也具有比较大的可靠性，能够防止未密封的封闭环境的壁部可能损坏的任何机会。

应该理解，避免这种损坏的危险的能力对于半导体晶片运送箱特别有用，这是因为运送箱的容纳物(即，一叠半导体晶片)在当前的纳米技术应用中具有很高的经济价值：几万欧元。因此，运送箱的壁部的损坏可能影响运送箱随后保证有效地防止箱的容纳物受到外部污染的能力，这是因为存在运送箱的全部容纳物可能无法使用的危险。

在实际中，根据本发明，为了调节去污室内的压力的变化，抽吸装置的抽吸能力可以通过控制该抽吸装置的旋转速度改变，和/或通过控制抽吸装置的可变传导性改变，和/或通过控制用于引入气体以改变进入去污室的气流的装置改变。

优选地，本发明的方法进一步包括净化步骤，所述净化步骤包括填充净化气体的至少一个操作，在此期间，净化气体引入到去污室中。

净化气体可以为合成空气，从而可防止湿气进入到未密封的封闭环境中。

更有利地，净化气体可以为氮气，从而可同时防止氧进入到未密封的封闭环境中。

可供选择地，可以使用其它惰性气体，例如，氩气，将根据在容纳在未密封的封闭环境内的产品的有源表面上、还是在其本身的未密封的封闭环境的壁部上具有该惰性气体的效果来选择惰性气体。

具体地，从本发明清楚可见，通过在运送箱在实际使用时(即，该运送箱包含半导体晶片)的周期期间可防止显著和有害的脱气的钝化效果，可以使未密封的封闭环境的壁部上具有随着时间的过去更稳定的中性或钝态特性。

已经发现，根据本发明，大气运送箱的壁部的有效钝化可以通过结合充分的抽吸步骤以及采用惰性气体的净化步骤获得，其中所述抽吸步骤为例如将压力降低到大约10^-2到10^-3托并在大约20分钟的充分的时间周期期间保持此压力。可以想到，此结合可以充分地排出预先截留在大气运送箱的塑料壁内的气体分子，然后用惰性气体分子替换该气体分子。对运送箱的壁部稍后进行脱气，此脱气实质上只产生惰性气体，所述惰性气体对包含在运送箱内的半导体晶片的有源表面没有污染作用。已经观察到，以此方式钝化的运送箱的壁部具有较低的再次聚集污染气体分子的趋势。

作为可供选择的或补充实施例，本发明方法的净化步骤可以进一步包括抽吸净化气体的至少一个操作，在此期间，存在于去污室中的气体的混合物从该去污室中排出。

在这种情况下，可以同时进行填充和抽吸净化气体的操作，并且抽吸流量优选为小于注射流量。

作为可供选择的方式，可以同时进行填充和抽吸净化气体的多个操作。

为了进一步增加钝化效果，可以提供多个净化步骤，所述步骤包括填充和抽吸净化气体的操作，所述步骤将与抽吸步骤交替进行。

当该过程结束时，可以有利地提供填充净化气体的操作，所述步骤包括过压周期，在此期间，在返回到大气压力之前，去污室保持在大于大气压力的压力下。

因此，通过本发明的方法的运送箱的有效钝化不仅可以将运送箱用于在加工这些晶片的操作之间运送半导体晶片，而且可以用于长时间储存半导体晶片，所述晶片保持在运送箱内，该运送箱本身构成储存装置。

根据本发明，可以将此方法应用到配备有膜的光掩模的处理中。在此情况下，气体通过将膜与掩模的有源部分分开的低传导性的过滤器被引入和提取出，而不用去除膜。

可供选择地，可以将本发明应用到大气运送箱的处理中，运送箱保持关闭。运送箱可以为空闲，但该运送箱有利地可以包含半导体衬底晶片。

优选地，抽吸步骤持续的时间周期大于需要保证未密封的封闭环境的壁部的充分脱气的时间周期。

所述充分的时间周期可以通过事先对一系列的未密封的封闭环境进行测试来确定。

作为可供选择的或补充实施例，可以设置用于检查未密封的封闭环境的壁部的去污状态以及检查可能潜在地包含在未密封的封闭环境内的产品的装置，一旦达到满意的去污状态就停止去污操作。

根据第一种可能性，去污状态通过检测密封室内的压降曲线来评估：如果已经获得预定的稳定压力水平，则可以判定去污充分。

可供选择地，可以分析抽吸的气体并研究污染气体的存在；一旦密封室中的污染水平下降到低于预先设定的值就停止抽吸步骤。

去污步骤可以通过加热未密封的封闭环境的壁部加速，例如，加热到大约60℃的温度。

根据另一个方面，本发明公开了一种用于对未密封的封闭环境进行去污的装置，包括：

-能容纳未密封的封闭环境的去污室；

-用于引入能在去污室内产生气体注射流的气体的装置；

-能将气体抽到去污室外的抽吸装置，

其中：

-抽吸装置具有可变抽吸量，

-命令装置设置用于调节抽吸量并调节气体注射流，

-设置用于控制未密封的封闭环境的内部和外部之间的压力差的装置，

-命令装置调节抽吸量和/或气体注射流，所采用的方式为使得通过用于控制压力差确定的未密封的封闭环境的内部和外部之间的压力差，总是小于将造成损坏未密封的封闭环境的壁部的机械翘曲的压力差。

用于引入气体的装置有利地可以包括净化气体源。

控制装置可以影响气体抽吸装置的抽吸速度、和/或与气体抽吸装置连续连接的可变传导性和/或用于引入气体的装置。

优选地，作为可供选择的或补充，用于控制压力差的装置包括至少一个翘曲传感器，所述翘曲传感器适用于测量未密封的封闭环境的壁部，并用于提供用于控制去污室内的压力变化的信号。

去污装置有利地可以包括用于分析抽吸气体的装置，特别是用于分析存在的气体种类的特性和浓度的装置。气体分析仪可以由具有用于在大气压力或真空下电离气体的装置、以及用于通过测量离子参数识别被电离的气体的装置的气体分析仪构成。例如，这种分析仪在文献FR 2883412中说明，该文献在此并入本文作为参考。该气体分析仪可以包括用于对测量参数(例如，平均值、总和或组合)进行操作的装置。

本发明的装置还可以包括用于对存在的各种气体的线路进行操作的装置和/或用于测量湿度的装置，例如，诸如等离子源的低压湿度传感器，以在待检测的气体混合物内产生等离子，例如，如并入此处作为参考的文献EP 1568987所述，与用于收集由等离子发射的辐射线并将所述辐射线传送到光谱仪的装置相连。

具体地，对存在于封闭环境内的气体混合物的组合的分析使得可以确定污染源，并因此确定造成该污染的方法步骤(制造光掩模或半导体晶片的位置、运送、储存面积等)。

此分析还可以使得可以监测封闭环境的质量，以便建立实时诊断，且如果需要，可以清洁这些封闭的环境。

此外，去污装置可以包括加热装置，所述加热装置本质上可以涉及微波、红外辐射线、注射加热的净化气体或这些装置的组合，以便加热未密封的封闭环境。

在一种可能性中，去污装置使得抽吸和净化的停止通过读取来自抽吸气体分析装置和/或翘曲传感器的信号自动进行并被触发。

有利地，去污室的尺寸表现为只稍微大于放置在其内的未密封的封闭环境的尺寸。所需的效果为最小化在未密封的封闭环境内产生真空所需的时间，并使得可以在尽可能少地进行稀释的情况下进行气体分析。去污室的内容积理想地可以大约为运送箱的外容积的两倍，并大于膜和光掩模的有源层之间所包围的容积的20倍(例如，2升)。为了实现此目的，去污室可以为柔性或易弯曲。

去污装置可以进一步包括用于测量去污室内的压力变化的装置，例如，压力传感器。具体地，测量压力的变化可以测试箱内是否产生真空，这可以证实不正常的难点。可能由液体的存在造成的这种功能导致较差的干燥。

气体抽吸装置包括至少一个主抽吸单元。有利地，抽吸装置进一步包括可以为涡轮分子抽吸单元、分子抽吸单元或混合抽吸单元的辅助抽吸单元，以便在分子相期间通过快速获得大约10^-2到10^-3托的低压显著地减小含湿量。

附图说明

通过阅读以下仅通过非限制实例给出的示例实施例以及相应的附图将使本发明的其它特征和优点变得更加清晰，其中：

-图1示意性地显示根据本发明的一个实施例的去污装置；

-图2是根据用于对运送箱去污的本发明的一个实施例的装置的横截面；

-图3是根据用于对覆盖有膜的光掩模去污的本发明的一个实施例的横截面；

-图4显示了用于控制去污室内的压力变化的压力相对时间的理论曲线的一个可能形状；

-图5和图6是在靠近低平衡压力的区域中的图4的压力变化曲线的具体视图；

-图7到图10显示在从FOUP运送箱去除污染的各阶段期间的气体交换；

-图11显示了特别适用于翘曲传感器的去污装置的一个实施例；

-图12显示了去污测量的结果；

-图13显示了通过观察在未密封的封闭环境内的产品的有源表面上的晶体的生长的去污效果；

-图14以随着时间变化的图表的形式显示在产品的有源表面上的晶体的生长的去污和钝化的效果；以及

-图15显示了通过观察污染的钝化测量方法的步骤。

具体实施方式

图1显示了为由壁部3划定界线的容积2的形式并包括一个泄漏部4的未密封的封闭环境1。在所述方法的第一步骤期间，未密封的封闭环境1放置在密封的去污室5内，所述去污室的内容积5a稍微大于未密封的封闭环境1的容积，以便容纳未密封的封闭环境1。可以为柔性或易弯曲的去污室5包括用于插入或去除未密封的封闭环境1的一个门5b、用于气体流动的入口6以及连接到气体抽吸装置8的出口7。去污室5的壁部9机械上能够承受真空。

抽吸装置8包括至少一个主抽吸单元8a，以及优选地包括辅助抽吸单元8b，例如，涡轮分子、分子或混合抽吸单元。

本发明的方法包括通过利用存在于未密封的封闭环境1的壁部3内的泄漏部4同时抽吸未密封的封闭环境1的外部和内部的至少一个步骤，使得气体可以漏出未密封的封闭环境1，从而使得未密封的封闭环境1的内部大气和外部大气之间的压力差总是小于可能造成将损坏未密封的封闭环境1的壁部3的机械翘曲的压力差。

所述方法进一步包括至少一个步骤，所述步骤通过经由入口6将气流注射进去污室5，使用泄漏部4使得气体可以进入未密封的封闭环境1，并从而使得未密封的封闭环境1的内部大气和外部大气之间的压力差总是小于可能造成将损坏未密封的封闭环境1的壁部3的机械翘曲的压力差，来恢复未密封的封闭环境1内的大气压力。

为了实现此目的，本发明的净化装置包括用于控制去污室5内的大气压力的装置。为了保持壁部3的机械特性，追踪并控制此压力的变化。

在显示的实施例中，净化装置包括压力传感器10、通过抽吸装置8连续地连接到抽吸管的可变导阀12、连接到入口6的净化气体源13、命令装置14以及潜在的翘曲传感器15。

在图2所示的本发明的第一实施例中，横截面显示了用于净化未密封的封闭环境1的装置，所述封闭环境为大气运送箱和/或衬底晶片储存箱，具有由配备有可以通过门3b堵塞的进入孔3a的侧壁3划定界线的内容积2，且制作为可以增加或去除一叠衬底晶片100。区分开容积可以为放置在其内的未密封的封闭环境1的容积的2倍的去污室5，所述去污室连接到净化气体注射装置6，13、气体抽吸装置7，8、用于测量去污室5内的气体压力的压力测量装置10以及用于控制运送箱1的内部和外部之间的压力差的装置。

本发明的方法特别适用于大气运送箱1，所述大气运送箱的塑料结构不能承受快速发展或太大且从而可能损坏壁部3的压力差，例如，造成运送箱1的壁部3的断裂。大气运送箱1包括泄漏部，且本发明方法的目的是在方法的步骤期间利用所述箱的天然泄漏部4，使得运送箱1在整个方法期间保持关闭(门3b关闭)。

下面返回图1。

在显示的装置中，包括主泵8a、辅助泵8b以及潜在的可变导阀12的抽吸装置具有可变抽吸量。抽吸量可以通过控制可变导阀12的关闭改变，和/或通过控制主泵8a和/或辅助泵8b的电动机的驱动速度的变化改变。

气体引入装置6、13能在去污室内产生可变的气体注射流。

根据本发明，需要控制去污室5内的压力的变化，所采用的方式为使未密封的封闭环境1的内部和外部之间的压力差总是小于将造成会损坏未密封的封闭环境的壁部的机械翘曲的压力差。

为了实现此目的，设置用于控制未密封的封闭环境1的内部和外部之间的压力差的装置，并且命令装置14设置为调节抽吸量并根据从用于控制压力差的装置接收的信息调节气体注射流。

命令装置14可以包括与储存命令程序的存储器14b相连的处理器14a。处理器14a可以接收来自例如压力传感器10、翘曲传感器15的各传感器以及抽吸气体分析仪11的信息。

处理器14a在其输出处以公知的方式连接到用于操作可变导阀12、主泵8a和辅助泵8b的驱动电动机以及用于控制气体引入装置6，13的流量的阀的各致动器。

在第一实施例中，命令装置14依照压力相对时间的理论曲线控制去污室5内的压力的变化。在先前的采集步骤期间，此理论曲线保存在储存器14b中。图4、图5和图6显示了压力相对时间的理论曲线的一个可能的形状。所述视图显示了抽吸的第一步骤A、保持平衡低压极限的第二步骤B以及通过将气体注射进去污室5中升高压力的第三步骤C。

处理器14a从压力传感器10接收信息，并根据储存在存储器14b中的程序调节抽吸装置8的抽吸量和气体注射装置6、13的流量，使得该测量压力总是依照储存在存储器14b中的压力相对时间的理论曲线。

在采集步骤期间，在标准的未密封的封闭环境1中，通过保证未密封的封闭环境1的内部和外部之间的压力差保持总是小于将造成会损坏未密封的封闭环境1的壁部3的机械翘曲的压力差来确定理论压力曲线。接下来，假定同样的压力相对时间的理论曲线可以应用到相同类型的所有未密封的封闭环境1。

根据一种优选实施例，通过追踪在抽吸步骤和/或去污室5内的升高压力的步骤期间，由能够检测未密封的封闭环境1的壁部3的实际翘曲的翘曲传感器15发出的信号来控制去污室5内的压力的变化。在这种情况下，处理器14a接收由翘曲传感器15发出的信号，并根据储存在存储器14b中的程序操作气体引入装置6、13和抽吸装置8的致动器，以便足够缓慢地改变去污室5内的压力，使得泄漏部4的流量能够使未密封的封闭环境1的内部大气2紧密地跟随去污室5的内部的压力的变化。

对于翘曲传感器15，有利地可以使用与本质上为FOUP运送箱的未密封的封闭环境1一起使用的显示在图11中的传感器。这种FOUP运送箱在其上表面上包括蘑菇状的抓握结构1a，所述抓握结构公知为MUSHROOM，该抓握结构通常不透明，而运送箱的其余部分由透明的塑料材料制成。去污室5的壁部9包括与抓握结构1a对准的透明观察孔9a。翘曲传感器15包括通过观察孔9a检测其与抓握结构1a分离的距离的激光发送-接收器。人们可以选择这种激光发送-接收器，使得该激光发送-接收器能够测量在30mm和130mm之间的距离，且精度大约为0.5mm。

这种传感器可以用于检测存在性(如果所述距离大于130mm，则这意味着在去污室5内没有未密封的封闭环境1)，以便进行检察以适当的定位(如果所述距离不在规定的范围内，则意味着未密封的封闭环境1不适当地定位)，并测量翘曲，从而在所述方法期间保证未密封的封闭环境1的完整性(如果翘曲超过阈值，则必须减缓或停止抽吸或注射)。

确定地是，无论泄漏部4在什么状态，即无论该泄漏部完全还是部分堵塞，已经公知使用翘曲传感器15对未密封的封闭环境1的壁部3的翘曲都是有益的。

下面参照图5和图6，所述视图显示了压力变化速度在靠近极限低压时有意减慢。此有意减慢的效果是减少掩模或半导体晶片的有源表面上的颗粒污染。应该理解，当压力的变化在低压下表现出太快时，出现此颗粒污染，且该颗粒污染导致在压力很低时增加颗粒的平均自由路径。

去污装置可以包括已加热的壁部，以便防止必须排出的气体被吸收。去污室5的壁部9可以有利地由经过镜面精加工的不锈钢制成，从而能够具有很好的表面状态，或者由石英制造。这些材料使得可以防止壁部9发生脱气。去污室5的形状可以为圆柱形，以便降低静容量(dead volume)。去污室5还可以包括由玻璃、石英或任何其它与真空、压力的变化和/或等离子相容的透明材料制成的观察孔，使得操作者可以检察运送箱1内部的衬底100的叠列没有翻倒。

根据未显示的一种变更方式，本发明方法的目的是同时抽入运送箱或从运送箱排出。此不同的抽吸使得可以更快地产生真空，并使得可以更容易对数据进行译码。为了实现此目的，所述装置的抽吸装置包括用于在密封隔室中产生真空的第一抽吸装置、以及第二抽吸装置，所述第二抽吸装置连接到由过滤器阻塞的运送箱的密封侧壁的至少一个孔口，用于抽吸运送箱的内部。此第二抽吸装置包括第二抽吸管。

下面参照图7导图10，所述视图显示了未密封的封闭环境1的壁部3的去污及钝化机构，所述封闭环境在此为运送箱。

图式显示了壁部的一部分。

在图7中，如箭头50所示，在降低工作压力的步骤期间(图4中的曲线A)，截留在壁部3内的气体分子漏出而进入未密封的封闭环境1的内部空间2中。

在图8中，在较低的平衡压力下的净化步骤期间(图4中的步骤B)，出现脱气流(箭头51)，然后随着壁部3的孔被排空逐渐减少。在步骤B的大约20分钟的周期后，脱气流变低。

在图9中，与图4中的步骤C相对应，在该期间引入净化气体，如箭头52所示，净化气体分子逐渐进入壁部3中。

在图10中，当将压力升高到大气压的步骤结束时，净化气体分子已经替换初始气体，且在壁部3内形成含有净化气体的边界层3a。

通过正确地选择净化气体，此边界层3a的组成保证了壁部3的钝化。

根据本发明的去污及钝化方法的最终效果已经利用由国际半导体设备材料产业协会(SEMI)组织定义和出版的SEMI E 108-0301进行测量。此方法分析了出现在放置在未密封的封闭环境1的内部的硅晶片中的污染。

已经观察到，本发明的方法很大程度地降低了FOUP运送箱的壁部的脱气效果。

对于各种离子，此降低显示在图12中。

实际情况中，当半导体晶片放置在运送箱的内部时，如图13的上部所示，通常可以观察到晶体在有源表面上逐渐生长。另一方面，当半导体晶片放置在已经根据本发明的方法经过去污及钝化步骤的运送箱内部时，如图13的下部中所示，大大减缓了晶体的生长，并使晶体的生长变为在使用周期期间不会检测到。

图14检测相同的现象：曲线D显示在没有经过去污和钝化步骤的运送箱内部的晶体的逐渐增长，而曲线E显示，当半导体晶片放置在经过去污和钝化步骤的运送箱内部时，几乎没有检测到晶片的发展。

很有利地，图1的装置可以用于将半导体晶片储存在运送箱内。多个去污室5可以平行地连接到单个抽吸系统8和单个气体注射装置6、13，从而保证容纳在运送箱5内的衬底100的内部大气的净化且不会损坏壁部3。

本发明的装置具有增加衬底运送箱的保存期限的优点。一旦运送箱已经通过去污室5，就可以长期储存运送箱，而不存在任何污染该运送箱所包含的衬底的机会。在所述装置中实现的方法特别是可防止外部大气的污染，例如，可能氧化衬底(特别是半导体晶片)的表面的氧的污染，更具体地用锗或铜沉积物进行涂敷。

下面将参照显示根据本发明的第二实施例的图3。本发明的方法在此应用到其中未密封的封闭环境1为配备有膜的光掩模的情况。封闭环境包括在由膜构成的其壁部3与其覆盖的光掩模的有源表面32之间的容积2。具有低传导性的过滤器的开口35位于未密封的封闭环境1的边缘上。

去污室5可以包含一个或多个光掩模1。去污室5本身可以为运送箱，或可以为连接到小的额外容积5c的运送箱，所述额外容积可以打开运送箱，或者去污室可以为单独的箱。如果具有多个光掩模1，则该光掩模堆叠在放置在密封的、低容积的去污室5内的承载架33内。优选去污室5具有低容积(例如，在壁部3的下方比容积2大20倍)，以保证更好的去污效果。去污室5紧密地包围放置掩模1的承载架33，使得当该去污室在关闭位置时，去污室5不会比承载架33的容积大很多。

所述装置包括用于注射净化气体的入口6以及连接到抽吸装置8的出口。抽吸装置8可以有利地用于缓慢地抽吸，从而防止过度的压力差形成于膜的壁3的任意一侧上。此壁非常脆，且基本不能超过其翘曲极限(内部/外部压力的最大差值为大约1Pa)。

图15显示了根据本发明的方法由去污掩模获得的效果。在步骤1期间，在去污之前，测量掩模运送箱的初始脱气。

从步骤1到步骤3，用氮或干燥空气进行20分钟的去污循环。

当去污结束时，测量掩模运送箱的最终脱气。可以观察到最终的脱气水平低于初始的脱气水平。

在步骤4期间，掩模运送箱保留在环境气体中六天。

在步骤5期间，再次测量一次掩模运送箱的脱气。当保留六天后，可以观察到此脱气具有与保留六天之前的最终脱气实际相同的程度。在不使用去污方法中，脱气水平与步骤1中的初始脱气相同。

在步骤6期间，可以用氮或干燥空气进行第二个20分钟的去污循环并再次测量脱气。当出现此情况时，观察到第二次去污的效果，从而进一步减少脱气。

当六天周期完成后，此图15的基本观测在保持其降低的脱气特性的掩模运送箱处进行。

与气体分析仪11相连的取样装置连接到去污室5。抽吸装置8与取样装置分离，因此能够以大约10sim的高出较多的流量抽吸。例如汽缸的致动器39可以升高或降低去污室5内的承载架33。

气体分析仪11可以为离子迁移谱仪(或IMS)，例如，在文献FR 2,883,412中说明的一种，该文献并入此处作为参考，所述离子迁移谱仪具有实时测量为几个ppb的剩余气体量的优点。例如具有大约0.2L/min的流量的小泵的取样装置可以取样环境内的大气。接近抽吸步骤结束时，将包含在去污室5内的气体的样品发送到气体分析仪11，以便确定是否已经达到设定的去污水平，且如果达到，则可以停止抽吸。通过限制包含在未密封的封闭环境1的内容积内的气体混合物的稀释度，去污室5的低容积可以改进测量的检测灵敏度。

一旦获得所需的去污水平，则停止抽吸，且通过引入清洁的气体，未密封的封闭环境1返回到其初始的压力。

在净化步骤期间，使用的净化气体的密度可以大于封闭的大气内所发现的气体的密度，即，该净化气体的密度更大和/或更冷，这是因为过滤器的传导性与温度除以气体的质量的商的平方根成比例。净化气体的质量特性和/或温度使其几乎能够避免通过存在于膜壁3所固定的光掩模的边缘上的低传导性的过滤器35。在此方式中，净化气体将逐步地主要替换去污室5内的气体大气，并将大气保留在完好的未密封的封闭环境1内，使得其可以被分析。这是因为待检测的气体量很低且这使得不能稀释该气体。另外，此净化气体可以优选为已经不是大多数在去污室5内的气体，从而可以将该气体与来自封闭环境的大气的混合物区分开，并减少稀释问题。在这种应用中，因为氩具有高密度且为惰性，所以氩特别适用于作为净化气体，并通常可在处理设备附近使用。

可供选择地，净化气体可以由80％的氮和20％的氧的合成空气构成。合成空气可以有利地与校准此混合物的IMS气体分析仪结合使用。

更通常地，有利地可以使用氮。

如上所述，本发明具有在用于半导体晶片的去污和钝化光掩模或运送箱中的应用。本发明还特别适用于医药领域(修复术等)、农业食品领域或汽车领域(例如，精密零件的氧化)中的分子检测和去污。

本发明不局限于已经明确说明的实施例；而是包括在本领域的普通技术人员的技术范围内所做出的各种变更和通用形式。

Claims (29)

1.一种用于对未密封的封闭环境(1)进行去污的方法，所述未密封的封闭环境包括由具有天然泄漏部(4)的壁部(3)划定界线的内部空间(2)，所述方法包括以下步骤：

-将具有天然泄漏部(4)的未密封的封闭环境(1)放置在密封的去污室(5)内，所述去污室包括用于引入气体的装置(6)以及用于抽出气体的抽吸装置(7，8)；以及

-通过调节去污室(5)内的压降抽出包含在去污室(5)内的气体的抽吸步骤，所述调节所采用的方式为使得未密封的封闭环境(1)的内部和外部之间的压力差总是小于将造成损坏未密封的封闭环境(1)的壁部(3)的机械翘曲的压力差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括升高压力的步骤，在所述升高压力的步骤期间，调节去污室(5)内的压力的增加，使得未密封的封闭环境(1)的内部和外部之间的压力差总是小于将造成损坏未密封的封闭环境(1)的壁部(3)的机械翘曲的压力差。

3.根据权利要求1所述的方法，其中去污室(5)内的压力的变化依照压力相对时间的理论曲线进行控制。

4.根据权利要求1所述的方法，其中去污室(5)内的压力的变化依照由检测未密封的封闭环境(1)的壁部(3)中的翘曲的至少一个传感器发出的信号进行控制。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了调节去污室(5)内的压力的变化，通过控制所述抽吸装置的旋转速度、和/或通过控制所述抽吸装置的可变传导性(12)改变抽吸装置(7，8)的抽吸量，和/或通过控制用于引入气体的装置(6)改变进入去污室(5)的气流。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括净化步骤，所述净化步骤包括至少一个填充净化气体的操作，在所述填充净化气体的操作期间，净化气体被引入去污室(5)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述净化步骤进一步包括至少一个净化气体抽吸操作，在所述净化气体抽吸操作期间，存在于去污室(5)中的气体混合物被从该去污室吸出。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述净化气体填充和抽吸操作同时进行，且抽吸流量小于注射流量。

9.根据权利要求7所述的方法，其中连续执行多个净化气体填充和抽吸操作。

10.根据权利要求6所述的方法，其中包括净化气体填充和抽吸操作的多个净化步骤与抽吸步骤交替进行。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述净化气体填充操作包括过压周期，在所述过压周期期间，去污室(5)在返回到大气压力之前保持在大于大气压力的压力下。

12.根据权利要求6所述的方法，其中所述净化气体为氮气。

13.根据权利要求6所述的方法，其中所述净化气体为合成空气。

14.根据权利要求6所述的方法，其中所述净化气体被引入到未密封的封闭环境(1)中，并通过所述环境所包括的过滤器(35)被从所述环境中吸出。

15.根据权利要求6所述的方法，其中未密封的封闭环境(1)为配备有膜(3)的光掩模，使得该封闭环境(1)包括在由所述光掩模的膜构成的壁部和所述膜所覆盖的光掩模的有源表面(32)之间的容积，所述净化气体通过将所述膜与所述掩模的有源部分分离的低传导性过滤器被引入和吸出。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述未密封的封闭环境(1)为封闭的大气运送箱。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述运送箱包含半导体衬底晶片(100)。

18.根据权利要求1所述的方法，其中在去污室(5)内获得大约10^-2到10^-3托的低压力。

19.根据权利要求1所述的方法，其中分析抽吸的气体，且当密封的去污室(5)内的污染水平变为小于预设值时停止所述抽吸步骤。

20.一种用于对未密封的封闭环境(1)进行去污的装置，包括：

-能够包含未密封的封闭环境(1)的去污室(5)；

-用于引入气体的装置(6，13)，所述用于引入气体的装置能够在去污室(5)内产生气体注射流；以及

-能够将所述气体抽吸到去污室(5)外的抽吸装置(7，8)，

其中：

-抽吸装置(7，8)具有可变抽吸量；

-命令装置(14)，设置用于调节所述抽吸量以及调节所述气体注射流；

-设置用于控制未密封的封闭环境(1)的内部和外部之间的压力差的装置；

所述命令装置(14)调节所述抽吸量和/或所述气体注射流，

其特征在于，用于控制压力差的所述装置包括至少一个翘曲传感器(15)，所述翘曲传感器适于测量未密封的封闭环境(1)的壁部(3)的翘曲，并且，

提供用于控制去污室(5)内的压力的变化的信号，使得通过用于控制压力差的所述装置确定的、未密封的封闭环境(1)的内部和外部之间的压力差，总是小于将造成损坏未密封的封闭环境(1)的壁部(3)的机械翘曲的压力差。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述用于控制压力差的装置包括保存在命令装置(14)的存储器(14b)中的压力相对时间的理论曲线，且命令装置(14)依照该理论曲线，以便随着时间的过去改变所述抽吸量和/或气体注射流。

22.根据权利要求20所述的装置，进一步包括用于加热未密封的封闭环境(1)的装置。

23.根据权利要求20所述的装置，其中用于引入气体的装置(6，13)包括净化气体源。

24.根据权利要求20所述的装置，进一步包括抽吸气体分析装置(11)。

25.根据权利要求24所述的装置，其中抽吸气体分析装置(11)包括用于电离抽吸气体的装置、用于通过测量离子参数识别所述电离的抽吸气体的装置以及用于对所述测量的离子参数进行操作的装置。

26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述抽吸通过读取来自抽吸气体分析装置(11)和/或翘曲传感器(15)的信号自动操作并被触发。

27.根据权利要求20所述的装置，其中去污室(5)的尺寸稍微大于未密封的封闭环境(1)的尺寸。

28.根据权利要求20所述的装置，进一步包括用于测量去污室(5)内的压力的变化的测量装置(10)。

29.根据权利要求20所述的装置，其中抽吸装置(7，8)包括主泵(8a)和辅助泵(8b)，实现能够在去污室(5)内建立10^-2到10^-3托的真空的抽吸。

Images