CN103594401B - 载锁腔及使用该载锁腔处理基板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载锁腔，包括：腔室，所述腔室具有第一真空阀门和第二真空阀门；夹盘，所述夹盘具有收容于所述腔室的夹座，所述夹座用于放置基板，所述夹座的外边缘设有至少两个凹槽；支撑架，所述支撑架收容于所述腔室并位于所述夹座的上方，所述支撑架具有至少两个连接部，每个连接部向所述支撑架的轴心方向水平凸伸出数个支撑台，每一支撑台具有一承载部，所述承载部位于所述夹座的凹槽内，各连接部上同一层的承载部与所述夹座平行并能托住一片基板；及至少一升降机构，用于升高或降低所述支撑架的连接部。本发明载锁腔结构简单，能够处理多片基板，因此提高了工艺效率。本发明还公开了使用该载锁腔处理基板的方法。

Description

载锁腔及使用该载锁腔处理基板的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造装置，尤其涉及一种载锁腔及使用该载锁腔处理基板的方法。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，常用载锁腔作为真空腔与大气之间的中转腔，为了提高工艺效率，部分载锁腔具有加热或冷却功能以适于对半导体基板进行预加热或后冷却，由此减少半导体基板在工艺腔中的占用时间。

例如在美国公开专利US 2011/0308458中揭露了一种载锁腔，该载锁腔包括四个由层叠配置的结构构成的腔体，其中两个腔体作为装载腔用于装载工艺前的大面积基板，另外两个腔体作为卸载腔用于装载工艺后的大面积基板。装载腔和卸载腔分别具有第一出入口和第二出入口以及用来放置一片大面积基板的载物台。在装载腔的载物台上设有用于预热大面积基板的预热部件，在卸载腔的载物台上设有用于降低大面积基板温度的冷却部件。大面积基板通过大气机械手搬入装载腔或从卸载腔搬出。当大气机械手将大面积基板搬入装载腔或从卸载腔搬出时，装载腔和卸载腔保持大气压状态。在工艺腔与载锁腔之间配置有传输腔，该传输腔分别与工艺腔及载锁腔的装载腔和卸载腔相通，传输腔中设置有真空机械手用于在工艺腔与装载腔及卸载腔之间传输大面积基板。当真空机械手从装载腔卸载大面积基板或向卸载腔装载大面积基板时，装载腔或卸载腔保持真空状态，即装载腔或卸载腔中压强与传输腔中的一致。

使用上述载锁腔处理大面积基板时，在大气机械手将大面积基板搬入装载腔之前，先向装载腔中注入氮气，使得装载腔中的压强与外界大气压一致，然后装载腔的第一出入口打开，大气机械手将一片大面积基板搬入装载腔并放置在装载腔的载物台上，装载腔的第一出入口关闭，装载腔被抽真空，放置在装载腔的载物台上的大面积基板被加热。大面积基板被加热至设定温度后，装载腔的第二出入口打开，真空机械手从装载腔中取出大面积基板并将大面积基板放入工艺腔中进行工艺处理。工艺处理结束后，真空机械手从工艺腔中取出大面积基板，同时，卸载腔被抽真空，当卸载腔中的压强与传输腔中的压强一致时，卸载腔的第二出入口打开，真空机械手将大面积基板搬入卸载腔并放置在卸载腔的载物台上进行冷却。大面积基板的温度冷却至设定值时，向卸载腔中注入氮气，使卸载腔的压强与大气压一致，打开卸载腔的第一出入口，大气机械手将大面积基板从卸载腔中取出。

由上述可知，使用该载锁腔对大面积基板预加热或后冷却时，装载腔或卸载腔每加热或冷却一片大面积基板，装载腔或卸载腔都需要被注入氮气和抽真空，导致该载锁腔处理大面积基板的效率很低，无法满足现代工艺的需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种结构简单、能够提高工艺效率的载锁腔。

为实现上述目的，本发明提供的载锁腔，包括：腔室，所述腔室具有第一真空阀门和第二真空阀门；夹盘，所述夹盘具有收容于所述腔室的夹座，所述夹座用于放置基板，所述夹座的外边缘设有至少两个凹槽；支撑架，所述支撑架收容于所述腔室并位于所述夹座的上方，所述支撑架具有至少两个连接部，每个连接部向所述支撑架的轴心方向水平凸伸形成数个支撑台，每一支撑台具有一承载部，所述承载部位于所述夹座的凹槽内，各连接部上同一层的承载部与所述夹座平行并能托住一片基板；及至少一升降机构，用于升高或降低所述支撑架的连接部。

本发明还提供了一种使用上述载锁腔处理多片基板的方法，包括：

a)向腔室内注入惰性气体直至腔室内的压强与外界大气压一致；

b)打开第一真空阀门，并将数片基板放置在承载部上；

c)关闭第一真空阀门，并将腔室抽真空；

d)降低支撑架，使最下层的承载部上的基板位于夹座的上方并与夹座保持一定距离或者使最下层的承载部上的基板放在夹座上进行处理；

e)升高支撑架，已被处理的基板由最下层的承载部托住；

f)打开第二真空阀门，并将已被处理的基板从腔室中取走；

g)重复上述步骤d)~f)直到承载部上的基板都被处理并从腔室中取走。

本发明还提供了另一种使用上述载锁腔处理多片基板的方法，包括：

a)将腔室抽真空；

b)打开第二真空阀门，并将一片基板放置在顶层的承载部上；

c)降低支撑架，使顶层的承载部上的基板放在夹座上进行处理；

d)升高支撑架，已被处理的基板由顶层的承载部托住；

e)重复上述步骤b)~d)直到所有层的承载部都有托住已被处理的基板；

f)关闭第二真空阀门，并向腔室内注入惰性气体直至腔室内的压强与外界大气压一致；

g)打开第一真空阀门，并将已被处理的基板从腔室中取走。

综上所述，本发明载锁腔结构简单，能够处理多片基板，同时，载锁腔只需要注入一次惰性气体和抽一次真空，因此能够大大提高工艺效率。

附图说明

图1是本发明载锁腔的剖面图。

图2是本发明载锁腔的夹盘与支撑架组装后的立体图。

图3是支撑台的立体图。

图4是夹盘的立体图。

图5是夹盘的剖面图。

图6是使用本发明载锁腔加热两片基板的工艺流程示意图。

图7是使用本发明载锁腔冷却两片基板的工艺流程示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。

请参阅图1和图2，本发明载锁腔100包括腔室10、夹盘20、支撑架30、至少一升降机构40及马达50。腔室10具有第一真空阀门11及第二真空阀门12，打开第一真空阀门11，腔室10与外界大气相连通，打开第二真空阀门12，腔室10与传输腔（图中未示）相连通。第一真空阀门11和第二真空阀门12能够独立的上下移动从而打开或关闭腔室10。

请参阅图2至图4，夹盘20具有用来放置基板的圆形夹座21及用来支撑夹座21的圆柱形支杆22。夹座21收容于腔室10内，支杆22的一端与夹座21的中部相连，另一端穿出腔室10。夹座21的外边缘向其中部凹陷形成凹槽23，凹槽23至少有两个，在本实施例中，凹槽23有四个且对称分布在夹座21的外边缘。

支撑架30收容于腔室10内并位于夹座21的上方，支撑架30具有圆环形基体31及从基体31向下延伸的至少两个连接部32，在本实施例中，连接部32为四个。每个连接部32向支撑架30的轴心方向水平凸伸形成数个支撑台33，该数个支撑台33由层叠配置的结构构成，支撑台33与连接部32垂直连接且与夹盘20的夹座21平行，每相邻的两个支撑台33之间间隔一定距离。

请结合图3，每个支撑台33具有与连接部32垂直相连的基部331，该基部331用于增大连接部32间的距离，以便能够将基板放置在夹盘20的夹座21上。基部331向下倾斜形成倾斜的引导部333后再向支撑架30的轴心方向水平延伸形成承载部332，承载部332收容于夹座21的相应凹槽23内。每个支撑台33还具有限位部334，限位部334的顶端连接引导部333，限位部334的底端连接承载部332。

请参阅图1，在本实施例中，升降机构40有两个且设置在腔室10的外部，升降机构40与支撑架30的基体31相连用来升高或降低支撑架30。如果支撑架30没有基体31，也可以使用四个升降机构40，该四个升降机构40分别与四个连接部32相连，同时升高或降低四个连接部32。马达50配置在夹盘20的支杆22的底部，用来升高或降低夹盘20。

请参阅图5，加热装置60和冷却装置70分别设置在夹盘20内，用来独立的加热或冷却放置在夹座21上的基板。具体的，加热装置60可以是电阻型加热器，冷却装置70可以是冷却液循环装置。温度传感器80设置在夹盘20内用来探测夹座21的温度。

请参阅图6，当载锁腔100作为装载腔使用时，第一真空阀门11和第二真空阀门12都关闭。向腔室10内注入氮气或其他惰性气体以调节腔室10内的压强直到腔室10内的压强与外界大气压一致，然后打开第一真空阀门11，大气机械手（图中未示）将数片基板放置在支撑架30的承载部332上，各连接部32上同一层的承载部332与夹盘20的夹座21平行并托住一片基板。在本实施例中，每一连接部32上有五个承载部332，因此，支撑架30可以一次装载五片基板，图中仅示意两片基板。等到数片基板都放置在承载部332上后，关闭第一真空阀门11，腔室10被抽真空，腔室10内的压强与传输腔内的压强一致。如果承载部332上的基板需要加热，升降机构40降低支撑架30，位于最下层的承载部332上的基板被降低至夹座21的上方，为了提高工艺效率，此时的夹座21已预加热至一定温度，为了使基板加热的更均匀，基板与夹座21保持一定距离。如果承载部332上的基板需要冷却，升降机构40降低支撑架30使位于最下层的承载部332上的基板降低并被放到已预先冷却的夹座21上。当基板的温度达到预设的温度后，升降机构40升高支撑架30，已被加热或冷却的基板仍位于最下层的承载部332上。打开第二真空阀门12，传输腔中的真空机械手将已被加热或冷却的基板从腔室10中取走。采用相同的方式，承载部332上的基板被逐一加热或冷却并被真空机械手从腔室10中取走。在上述过程中，可以使支撑架30保持不动，而通过马达50升高或降低夹盘20，或者同时使支撑架30和夹盘20保持相对运动。

请参阅图7，当载锁腔100作为卸载腔使用时，第一真空阀门11和第二真空阀门12都关闭。腔室10被抽真空，腔室10内的压强与传输腔内的压强一致。打开第二真空阀门12，真空机械手将一片基板放置在顶层的承载部332上。如果承载部332上的基板需要冷却，升降机构40降低支撑架30，位于顶层的承载部332上的基板被放到已预先冷却的夹座21上进行冷却。如果承载部332上的基板需要加热，位于顶层的承载部332上的基板被降低至夹座21的上方，此时的夹座21已预加热至一定温度，为了使基板加热的更均匀，基板与夹座21保持一定距离。当基板的温度达到预设的温度后，升降机构40升高支撑架30，已被冷却或加热的基板仍位于顶层的承载部332上。真空机械手将另一片基板放置在第二层的承载部332上并以相同的方式对该层的承载部332上的基板冷却或加热，这里所述的第二层紧邻顶层，采用相同的方式，直到所有层的承载部332都放置有基板且基板被冷却或加热。关闭第二真空阀门12，向腔室10内注入氮气或其他惰性气体，直到腔室10内的压强与外界大气压一致。打开第一真空阀门11，大气机械手将承载部332上所有基板全部取走。在上述过程中，可以使支撑架30保持不动，而通过马达50升高或降低夹盘20，或者同时使支撑架30和夹盘20保持相对运动。

使用本发明载锁腔100处理基板的方法包括如下步骤：

步骤11：向腔室10内注入氮气或其他惰性气体以调节腔室10内压强，直至腔室10内的压强与外界大气压一致；

步骤12：打开第一真空阀门11，并将数片基板分别放置在每一层的承载部332上；

步骤13：关闭第一真空阀门11，并对腔体10抽真空，使腔体10内的压强与传输腔内的压强一致；

步骤14：降低支撑架30和/或升高夹盘20，使最下层的承载部332上的基板位于夹座21的上方并与夹座21保持一定距离或者使最下层的承载部332上的基板放在夹座21上进行处理；

步骤15：升高支撑架30和/或降低夹盘20，已被处理的基板由最下层的承载部332托住；

步骤16：打开第二真空阀门12，将位于最下层的承载部332上的基板从腔室10中取走；

步骤17：重复步骤14-16，直到各层的承载部332上的基板被处理并从腔室10中取走。

使用本发明载锁腔100处理基板的另一方法包括如下步骤：

步骤21：对腔体10抽真空，使腔体10内的压强与传输腔内的压强一致；

步骤22：打开第二真空阀门12，并将一片基板放置在顶层的承载部332上；

步骤23：降低支撑架30和/或升高夹盘20，使放置在顶层的承载部332上的基板放在夹座21上或者位于夹座21的上方并与夹座21保持一定距离进行处理；

步骤24：升高支撑架30和/或降低夹盘20，已被处理的基板由顶层的承载部332托住；

步骤25：重复步骤22-24，直到各层的承载部332上都放置有基板且基板被处理；

步骤26：关闭第二真空阀门12，并向腔室10内注入氮气或其他惰性气体，使腔体10中的压强与外界大气压一致；

步骤27：打开第一真空阀门11，将承载部332上所有基板从腔室10中取走。

由上述可知，本发明载锁腔100结构简单并能够加热或冷却多片基板，同时，载锁腔100只需要注入一次氮气或其他惰性气体和抽一次真空，因此能够大大提高工艺效率。

综上所述，本发明载锁腔及使用该载锁腔处理基板的方法通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种可以处理多片基板的载锁腔，其特征在于，包括：

腔室，所述腔室具有第一真空阀门和第二真空阀门；

夹盘，所述夹盘具有收容于所述腔室的夹座，所述夹座用于放置基板，所述夹座的外边缘设有至少两个凹槽，所述夹盘还进一步包括支杆，所述支杆的一端与所述夹座的中部连接，所述支杆的另一端穿出所述腔室，一马达配置在所述支杆的另一端，用于升高或降低所述夹盘；

支撑架，所述支撑架收容于所述腔室并位于所述夹座的上方，所述支撑架具有至少两个连接部，每个连接部向所述支撑架的轴心方向水平凸伸出数个支撑台，每一支撑台具有一承载部，所述承载部位于所述夹座的凹槽内，各连接部上同一层的承载部与所述夹座平行并能托住一片基板，在处理多片基板时通过支撑架使基板位于夹座上方并与夹座保持一定距离；及

至少一升降机构，用于升高或降低所述支撑架的连接部。

2.根据权利要求1所述的载锁腔，其特征在于：每一支撑台还进一步包括与所述连接部垂直相连的基部，所述基部向下倾斜形成一引导部后再向所述支撑架的轴心方向水平延伸形成所述承载部。

3.根据权利要求2所述的载锁腔，其特征在于：每一支撑台还进一步包括一限位部，所述限位部的顶端连接所述引导部，所述限位部的底端连接所述承载部。

4.根据权利要求1所述的载锁腔，其特征在于：所述支撑架还进一步包括一基体，所述连接部分别与所述基体相连接。

5.根据权利要求4所述的载锁腔，其特征在于：所述升降机构设置在所述腔室的外部，并且与所述基体相连接。

6.根据权利要求1所述的载锁腔，进一步包括设置于所述夹盘内的加热装置。

7.根据权利要求1所述的载锁腔，进一步包括设置于所述夹盘内的冷却装置。

8.根据权利要求6或7所述的载锁腔，进一步包括设置于所述夹盘内的温度传感器。

9.一种使用权利要求1所述的载锁腔处理基板的方法，包括：

a)向腔室内注入惰性气体直至腔室内的压强与外界大气压一致；

b)打开第一真空阀门，并将数片基板放置在承载部上；

c)关闭第一真空阀门，并将腔室抽真空；

d)降低支撑架，使最下层的承载部上的基板位于夹座的上方并与夹座保持一定距离或者使最下层的承载部上的基板放在夹座上进行处理；

e)升高支撑架，已被处理的基板由最下层的承载部托住；

f)打开第二真空阀门，并将已被处理的基板从腔室中取走；

g)重复上述步骤d)～f)直到承载部上的基板都被处理并从腔室中取走。

10.一种使用权利要求1所述的载锁腔处理基板的方法，包括：

a)将腔室抽真空；

b)打开第二真空阀门，并将一片基板放置在顶层的承载部上；

c)降低支撑架，使顶层的承载部上的基板放在夹座上进行处理；

d)升高支撑架，已被处理的基板由顶层的承载部托住；

e)重复上述步骤b)～d)直到所有层的承载部都有托住已被处理的基板；

f)关闭第二真空阀门，并向腔室内注入惰性气体直至腔室内的压强与外界大气压一致；

g)打开第一真空阀门，并将已被处理的基板从腔室中取走。