CN101625962A - 排气装置和相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于一种用于具有能够通过盒门闭塞的输入/输出开口并且包含依照平行平面层叠的衬底晶片的传送盒的排气装置。该排气装置包括由密封的壁限定的容积空间，该容积空间至少被分成具有净化气体进气孔的上部和具有净化气体排气孔的下部，所述两个部分由密封的隔离板隔开；和一系列导向装置，该导向装置限定平行于这些晶片布置的开口并且与排气装置的容积空间相连以朝向传送盒引导净化气体。

Description

排气装置和相关的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在制造半导体和微电子部件(例如微机电系统(MEMS)或微光机电系统(MOEMS)部件)时在不同的台之间移置半导体衬底的传送盒的排气(drain)装置。
背景技术
在生产过程中，衬底(例如直径200mm或300mm的掩模或硅片)在传送盒中进行输送，所述传送盒保护晶片免受存在于清洁室中大气中的污染物污染。
传送盒具有能够在衬底周围保持受控的环境气体的优点，在传送盒中可以尽可能地避免污染产品的存在。为了传送晶片直径300mm的衬底，使用一种特定型的传送盒，就是熟知的FOUP(“前开式晶片盒”)，其包括密封的具有横向的输入-输出开口的周壁，所述输入-输出开口可以通过装备有密封装置的门闭塞。在传送盒内，晶片一个摞一个地层叠在一种架中，这种架可被称为匣或舱(basket)。包括多达25个晶片的舱通常被放置或保持在构成传送盒的基部的壁上。
传送盒可以连接到用于半导体部件加工设备的输入-输出界面。该界面是一种允许对传送盒进行定位并且允许传送盒的门被打开的系统。该界面通常包括驱动门以打开和闭合所述传送盒的门的机器人装置。这种界面(有时也称为微环境)，通常称之为设备前端模块，或EFEM。
在生产微电子芯片过程中控制污染是半导体工业的主要挑战。污染可能由颗粒或气体引起，这些颗粒或气体造成例如晶片上的腐蚀或在晶片上形成结晶。污染物对于芯片制造可具有显著的影响，因为芯片的性能将会由于这些缺陷严重地降低。
通过在衬底传送盒中安装排气系统，有益地，可以使用真空或惰性气体，可以提供限制污染的方案。然而，这些排气系统仅可以在传送盒从设备上脱离时使用(US-2007-062,561；JP-2007-317909)，换句话说，只有在其闭合时使用。这带来两个问题。
第一问题与排气操作的持续时间有关，也就是用清洁的惰性气体(例如氮气)替换传送盒内的被污染的环境气体的时间。因而，给一个闭合的传送盒排气需要通过排气端口注入清洁气体，排气端口具有不标准的缺点并且效果有限。因而，要花费多于10分钟来不彻底地排放一个盒的气体(R.Bernard和A.Favre：“Using numerical simulation to optimize300mm FOUP purging”，Solid State Techn.，2003年10月，p.71)。此外，真空过程需要传送盒放置在真空中并且将传送盒逐步地返回到大气压力中以便避免损坏盒的风险。
第二个问题在于包含衬底的传送盒可能保持与设备连接几个小时。即使可以在已经处理完包含在传送盒内的整批衬底后实施排气操作，但是不可撤消的缺点已经出现了。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于有效地给一种包含衬底晶片的FOUP传送盒排气的装置，即使该传送盒仍然与设备连接，该装置也能实现排气。
本发明目的还在于提供一种排气装置，其能够适于所有标准的FOUP型传送盒。
晶片大约每2到3分钟被从传送盒中取出或插入到传送盒中。因而，这是对于在处理一批衬底的过程中作为背景任务的排气操作的时间限制。因而，本发明目的还在于提供一种排气方法，其可以用来在传送盒与设备连接的时候在3分钟内获得有效的FOUP传送盒的排气。
本发明的目标在于提供一种排气装置，其用于具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含以平行平面层叠的衬底晶片的传送盒，所述排气装置包括：
容积空间，由壁限定，所述容积空间至少被分成具有净化气体进气孔的上部和具有净化气体排气孔的下部，所述两个部分由密封的隔离板隔开，和
主壁，用来与传送盒的输入/输出开口协作，所述主壁大体上垂直于晶片的平面并且包括一系列开口，所述主壁的中间平面平行于所述晶片的平面，所述开口将所述排气装置的容积空间连接到所述传送盒。
根据一个优选的实施方法，开口相对于所述净化气体进气孔的尺寸使得所述排气装置的所述上部处于过压。应该理解，排气装置的上部和传送盒之间的连接开口的总的表面积必须足够小。
优选地，开口的数量至少等于包含在所述传送盒内的晶片的数量，以便分别将净化气体引导向每个晶片。传送盒通常可以包含数量在1到25个之间的晶片。
根据本发明的第一实施例，开口是矩形狭缝。有利地，开口具有与所述衬底晶片的直径相同量级的长度。优选地，矩形狭缝高度小于分开两个连续晶片的间距，或小于大约10mm，并且狭缝高度优选小于3mm。
根据第二实施例，开口由排列的孔组成。有利地，这些孔以与所述衬底晶片的直径大致相同量级的间距排列。优选地，这些孔是圆形的并且直径小于分开两个连续晶片的间距，并且这些孔优选地具有小于2mm的直径。
根据一个变体，排气装置在其它物体之间包括插入在开口之间的一系列导向装置。导向装置的数量优选至少等于包含在传送盒内的晶片的数量。这些导向装置被用于引导气体流尽可能地靠近晶片。
根据一种实施方法，导向装置具有与衬底晶片的直径相同量级的长度。
根据本发明的另一实施方法，导向装置布置在晶片的平面中。因而，每个导向装置与同其对应的晶片设置在相同的平面中。有利地，每个导向装置的端部具有与对应的圆形晶片的形状匹配的凹形。
优选地，排气装置还包括位于传送盒的输入/输出开口处的密封的连接装置。
本发明的另一目标在于提供一种用于使用前面所述的排气装置对具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含衬底晶片的叠层的传送盒进行排气的系统。根据本发明，排气系统包括具有与装备有室门的传送盒的至少一个连接孔的室，并且包括驱动所述盒门以打开和闭合所述传送盒的门的装置和驱动所述排气装置以将排气装置连接到所述传送盒的装置。
本发明在于添加形成门的排气装置，用于替代所述传送盒的门，并且使用所述排气装置将清洁气体注入到传送盒内。
排气系统还包括位于连接孔到传送盒的输入/输出开口的连接区处的密封装置。
本发明另一目标在于提供一种用于使用上面所述的排气装置对具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含层叠在平行平面上的衬底晶片的传送盒进行排气的方法。根据本发明，该方法包括以下步骤：
将所述排气装置连接到所述传送盒的输入/输出开口，
通过净化气体进气孔将净化气体注入到所述排气装置的容积空间的上部，
通过开口将所述气体注入到所述传送盒，所述开口的中间平面平行于晶片平面，并且所述开口与所述排气装置的容积空间的上部连接，
通过开口收集所述气体，所述开口的中间平面平行于晶片平面，并且所述开口与所述排气装置的容积空间的下部连接，
通过位于所述排气装置的容积空间的下部中的净化气体排气孔排出所述气体。
有利地，净化气体以大于2巴的压力注入到所述排气装置的上部。
使用根据本发明的排气装置的排气方法通过衬底晶片之间的强制对流起作用。排气方法可以与现有的通过扩散工作的排气装置结合使用以提高效率。排气操作更快：用1分钟代替几分钟。在以50slm的净化气体循环1分钟后，在传送盒内保持平均小于3.4％的分子氧。
排气装置和这种排气方法能够与目前应用的所有FOUP型传送盒一起使用。
对于相同的流量，相比使用布置在标准传送盒的后壁上的排气孔实施排气的情形，惰性气体以小的多的速度进入传送盒。基于这种原因，存在更少的颗粒分离并被吹入到传送盒的内部。而且，这些颗粒不会被背散射，因而可以防止晶片免受任何再沉积的风险。
排气操作可以用在再次闭合和断开传送盒之前的处理结束时，或作为两个晶片转送步骤之间的处理过程中的背景任务。在30slm的净化气流的情况下，达到大于90％的排气效率所需的时间小于2分钟。这个时间比两个晶片传送之间的花费的时间短。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过下面的一个实施例和附图中的说明变得清楚，该实施例以非限定的示例给出，在附图中：
图1以图示的方式示出与传送盒连接的衬底处理装置；
图2a、2b和2c以图示的方式示出根据本发明的一个实施例的FOUP传送盒连接到排气系统的方式；
图3a和3b分别示出根据本发明的一个实施例的排气装置两个面的立体图；
图4示出根据本发明另一实施例的排气装置的其中一个面的立体图；和
图5示出连接到图3a和3b中的净化装置的传送盒内的不同平面之间的净化气体的路径。
具体实施方式
图1中示出了衬底处理装置。该装置包括处理室1，所述处理室保持真空状态，在处理室1中实施对衬底(例如半导体晶片)的加工或处理操作。处理室1连接到也处于真空状态的转送室2，在晶片于处理室1中处理之前和之后将晶片立即放置在转送室2内。转送室2连接到真空状态和返回到大气压状态交替变换的加载/卸载过渡间(loading/unloading lock)3。所述过渡间3将转送室2连接到用来在大气压下输送衬底的EFEM模块4。例如，一个或更多个可移除的晶片传送盒(FOUP)型的传送盒5可以通过孔6连接到EFEM模块4。这些盒5用于在大气压力下存储或输送衬底，尤其是在两个加工阶段或两个处理设备之间输送衬底。这样，层叠放在筐7中的衬底晶片就可以一个接一个地经过EFEM模块4和过渡间3转移到转送室2。
图2a、2b和2c对应于根据本发明的将FOUP型的传送盒连接到排气装置的连续步骤。
图2a示出根据本发明的一个实施例的排气系统20，其包括具有密封壁的室21，所述密封壁包括至少一个孔口22用以允许与传送盒23的连接。包含水平地布置的衬底晶片的筐24放置在传送盒23内。传送盒23包括侧壁23a、顶部壁23b和底部壁23c，筐24置于底部壁23c上。在侧壁23a中的一个中，具有一个由门25闭塞(block)的输入/输出开口。门25设置在排气系统20的孔口22的对面。根据本发明的一个实施例的排气装置26设置在室21的下部中。如果排气系统20提供EFEM模块的功能，则其还包括能够连接到用于衬底处理装置的加载/卸载过渡间的第二孔口27。
一旦传送盒23位于排气系统20的孔口22的对面，则使用驱动所述盒门的装置打开传送盒门25，然后例如将传送盒门移动到所述室21的下部，以便不会阻碍将晶片移置到加载/卸载过渡间，如图2b所示。
通过机器人驱动装置将排气装置26替代传送盒23的门25，以便给传送盒23和其包含的衬底晶片排气，如图2c所示。将排气装置26施加到盒23以闭合地密封所述盒。可以在整批衬底处理结束时和/或每次移置晶片到所述方法室之间实施将排气装置26放置到适当的位置的操作。
图3a和3b表示根据本发明的排气装置的具体实施例。排气装置30包括由密封壁限定的容积空间，所述容积空间由密封的隔开的隔离板33分成上部31和下部32。上部31包括用于净化气体的进气孔34。下部32包括用于排出气体的排气孔35。排气装置的容积空间在排气系统室侧上通过密封壁(未示出)闭合并且朝向传送盒的内侧打开。排气装置30包括限制开口37的水平的导向装置(guide)36，所述导向装置的数目必须等于包含在所述筐中的晶片的数目。所述盒的输入/输出开口的尺寸稍微大于衬底晶片的直径，以便允许晶片通过。因而作为所述盒门的替代物闭塞所述盒的排气装置30将具有相似的尺寸，并因此所述导向装置36和开口37将具有与晶片相同量级的长度。在这种情形中，开口37是具有大约300mm长度和小于3mm高度的矩形的狭缝。每个导向装置36的端部是凹形38，与水平地布置在筐中圆形晶片的形状相匹配，以便使净化气体尽可能靠近每个晶片以吹扫表面。接头39确保传送盒和排气装置30之间连接的密封。
图4示出包含有气体进气孔41的排气装置40的另一实施例的立体图。这里，开口42由平行的孔43的行组成，每个水平的行对应于晶片的水平平面。排气装置40不包含导向装置。
参照图5说明排气方法。根据本发明一个实施例的排气装置50与传送盒51的输入/输出开口连接并密封，以便将排气装置50的容积空间连接到传送盒51的内部。清洁的净化气体，优选是惰性气体，有利地以大于2巴的压力通过气体进气孔52注入到排气装置容积空间50的上部53中。然后净化气体通过开口54由导向装置55引导到筐56内部的四周并朝向框56内部引导。净化气流并行地移动到晶片57的平面，移动到导向装置55的平面以及移动到开口54的中间平面，分别如箭头58和59所示。
在冲洗位于筐56的顶部的晶片后，净化气体返回到排气装置容积空间50的下部60，冲洗位于框56底部的晶片，如箭头61和62所示。然后净化气体通过排气孔63排出。
开口54相对于气体进气孔52的尺寸使得排气装置50的上部53处于轻微的过压，以便惰性和清洁气体可以均匀地进入传送盒51。开口54可以采用具有小高度的狭缝的形式，或一系列具有小直径(例如具有小于2mm的直径)的排列的孔的形式。这些开口54的小横截面允许在排气装置50的上部53的整个表面上均匀分布的气体输入。

Claims (12)

1.一种用于具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含基于平行平面层叠的衬底晶片的传送盒的排气装置，包括：
容积空间，由密封的壁限定，所述容积空间被至少分成具有净化气体进气孔的上部和具有净化气体排气孔的下部，所述两个部分由密封的隔离板隔开，和
主壁，用来与传送盒的输入/输出开口协作，所述主壁大体上垂直于晶片的平面并且包括一系列开口，所述主壁的中间平面平行于所述晶片的平面，所述开口将所述排气装置的容积空间连接到所述传送盒。
2.根据权利要求1所述的排气装置，其中所述开口相对于所述净化气体进气孔的尺寸使得所述排气装置的所述上部处于过压。
3.根据权利要求1或2所述的排气装置，其中开口的数量至少等于包含在所述传送盒内的晶片的数量。
4.根据权利要求1或2所述的排气装置，其中所述开口是矩形的狭缝，所述狭缝具有与所述衬底晶片的直径相同量级的长度。
5.根据权利要求1或2所述的排气装置，其中所述开口由以与所述衬底晶片的直径大致相同量级的间距排列的孔组成。
6.根据权利要求1所述的排气装置，还包括插入到所述开口之间的一系列导向装置。
7.根据权利要求6所述的排气装置，其中导向装置的数量至少等于包含在所述传送盒内的晶片的数量，并且所述导向装置布置在所述晶片的平面中。
8.根据权利要求7所述的排气装置，其中每个导向装置和与所述导向装置对应的晶片布置在相同的平面上，每个导向装置的端部具有与对应的圆形晶片的形状匹配的凹形。
9.根据权利要求1所述的排气装置，还包括用于密封连接到所述传送盒的所述输入/输出开口的装置。
10.一种传送盒的排气系统，所述传送盒具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含衬底晶片的叠层，所述排气系统使用根据权利要求1所述的排气装置，所述排气系统包括具有与装备有室门的传送盒连接的至少一个连接孔的室，并且包括用于驱动所述盒门以打开和闭合所述传送盒的门的装置和用于驱动所述排气装置以将排气装置连接到所述传送盒的装置。
11.一种用于传送盒的排气方法，所述传送盒具有能够由盒门闭塞的输入/输出开口并且包含依照平行平面层叠的衬底晶片，所述方法使用根据权利要求1所述的排气装置进行排气，所述方法包括步骤：
将所述排气装置连接到所述传送盒的输入/输出开口，
通过所述净化气体进气孔将净化气体注入到所述排气装置的容积空间的上部，
通过开口将所述气体注入到所述传送盒，所述开口的中间平面平行于晶片平面并且所述开口与所述排气装置的容积空间的上部连接，
通过开口收集所述气体，所述开口的中间平面平行于晶片平面并且所述开口与所述排气装置的容积空间的下部连接，
通过位于所述排气装置的容积空间的下部中的净化气体排气孔排出所述气体。
12.根据权利要求11所述的排气方法，其中所述净化气体以大于2巴的压力注入到所述排气装置的上部。
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