CN106816401B - 一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置及密封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，包括：框形密封圈固定板，密封叠设于接口面向晶圆盒的一侧；框形密封圈支撑板，可调节叠设于密封圈固定板外侧；框形密封圈，固定在密封圈支撑板上，并至少将其内外两侧壁的部分环绕覆盖；其中，当晶圆盒向接口移动并压紧密封圈支撑板时，通过使密封圈支撑板产生弹性形变，使密封圈支撑板两侧的密封圈对应压缩产生形变，形成晶圆盒与密封圈支撑板之间以及密封圈支撑板与密封圈固定板之间的密封，从而对接口进行有效密封。本发明还对应公开了一种密封方法。

Description

一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置及密封方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，更具体地，涉及一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置及密封方法。
背景技术
在半导体工艺设备中，晶圆通过晶圆盒传送进入反应腔室进行工艺，工艺完成后再将晶圆送回晶圆盒，从而不可避免需要将晶圆盒门打开并对其中的晶圆进行取放。晶圆取放过程中，晶圆暴露的所在区域需要控制较低的氧含量，而该暴露的区域通常是相对密闭空间，并通过向该密闭空间控制充入氮气或其他惰性气体来保证较低的氧含量。该密闭空间通常称之为微环境。
要保证微环境较低的氧含量，对设备各个接口部分或者晶圆传送位置需要进行良好的密封隔离。
将晶圆传送到工艺腔室时，是通过微环境与晶圆盒之间的接口进行的，当晶圆盒位于该接口位置时，由接口处设置的晶圆盒开门机构将晶圆盒盖子打开，并通过安装在微环境内部的晶圆传取机械手将晶圆从晶圆盒中取出，然后再传送到工艺设备需要的位置。
由于需要维持微环境的密封性，就必然需要对微环境与晶圆盒之间的接口进行密封，这样才能保证微环境的氧含量。通常的做法是在微环境与晶圆盒之间的接口位置环绕设置可压缩的密封圈，通过晶圆盒压紧密封圈时的压缩量所产生的形变进行晶圆盒与微环境之间的密封。
密封圈的安装方式与位置调整功能直接决定晶圆盒与微环境之间的密封效果和晶圆取放的安全性问题。通常，现有采用燕尾槽嵌入式的密封圈安装方式在使用过程中存在着受压引起密封圈脱离燕尾槽的危险；同时，由于在压紧式密封方式中，晶圆盒的定位是由密封圈的安装底板(密封圈固定板)、密封圈压缩量及压紧装置共同决定的，尤其密封圈的安装底板是密封圈和压紧装置的定位基准，必须要求其定位准确，并且具备调整能力，以防止晶圆与传送装置碰撞或划伤破坏。
业界都在致力于彻底解决上述密封问题，部分采用在晶圆盒底部增加压紧晶圆盒装置或其他锁紧装置防止晶圆盒位置精度发生变化，但这些机构定位精度仍较差，调整能力有限且可靠性较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置及密封方法，在保证密封性能的同时，还能够对晶圆盒的定位位置进行精确调整，从而可以较好地保证晶圆传送的可靠性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，包括：
框形密封圈固定板，密封叠设于接口面向晶圆盒的一侧；
框形密封圈支撑板，可调节叠设于密封圈固定板外侧；
框形密封圈，固定在密封圈支撑板上，并至少将其内外两侧壁的部分环绕覆盖；
其中，当晶圆盒向接口移动并压紧密封圈支撑板时，通过使密封圈支撑板产生弹性形变，使密封圈支撑板两侧的密封圈对应压缩产生形变，形成晶圆盒与密封圈支撑板之间以及密封圈支撑板与密封圈固定板之间的密封，从而对接口进行有效密封。
优选地，所述密封圈支撑板通过若干调节螺钉调整其在密封圈固定板上的安装水平度和垂直度及安装位置。
优选地，所述调节螺钉一端穿过密封圈固定板与密封圈支撑板固接，另一端通过锁紧螺母与密封圈固定板形成自锁。
优选地，所述密封圈由密封圈支撑板下方将其内外两侧壁至少部分环绕包覆。
优选地，所述密封圈通过密封圈固定螺钉与密封圈支撑板固定。
优选地，所述密封圈固定螺钉通过设于密封圈支撑板外侧的压板框对密封圈进行安装定位。
优选地，所述密封圈支撑板的内缘具有向外侧的第一突起部。
优选地，位于密封圈支撑板内侧的密封圈具有抵触密封圈固定板的第二突起部。
一种微环境与晶圆盒之间接口的密封方法，采用上述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，包括以下步骤：
步骤S01：提供一测试用晶圆盒，向微环境与晶圆盒之间接口方向移动晶圆盒，直至晶圆盒正面压住位于接口外侧的密封圈；
步骤S02：调整晶圆盒的压紧力，以使密封圈产生一定的压缩量；
步骤S03：测量晶圆盒的水平度和垂直度及其与密封圈之间的相对位置，据此调整密封圈支撑板在密封圈固定板上的安装水平度和垂直度及安装位置；
步骤S04：重复上述步骤，直至晶圆盒压紧密封圈时的水平度和垂直度达标，以及密封圈的压缩量达标为止；
步骤S05：采用生产用晶圆盒，通过密封装置与接口密封，对晶圆进行传送。
优选地，步骤S02中，对密封圈的下边框压缩量进行测量，步骤S04中，对密封圈的四周边框压缩量分别进行测量，并直至其一致为止。
本发明具有以下优点：
1)采用本发明的密封结构，可以有效实现晶圆盒与微环境之间的良好密封，保证微环境的洁净度和低氧含量要求，以及片盒打开后对晶片的洁净度要求。
2)本发明的密封结构能在安装和维护使用过程中，实现晶圆盒位置的精确调整和定位，避免晶圆盒位置精度的变化导致晶圆在传输过程中产生碰撞或划伤，从而可以保证较好的晶圆传送可靠性。
3)本发明通过设计固定安装式密封结构，保证了密封圈安装的稳定性，在使用过程中不会随着晶圆盒的重复动作产生脱离以危害晶圆安全，并可简化检查维护流程，降低设备使用维护成本。
附图说明
图1是一种微环境与晶圆盒之间的接口状态示意图；
图2是本发明一较佳实施例的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置结构侧视图；
图3是图2中a部局部结构放大示意图；
图4是本发明一较佳实施例的密封圈固定板与密封圈支撑板及密封圈的配合状态示意图；
图5是本发明一较佳实施例的调节螺钉在密封圈固定板上的设置位置示意图；
图中1.晶圆盒支撑平台，2.微环境，3.密封区域，4.晶圆盒开门机构，5.晶圆盒底部锁紧装置，6.晶圆盒，7.压板框，8.密封圈，9.密封圈支撑板，10.密封圈固定板，11.锁紧螺母，12.调节螺钉，13.密封圈固定螺钉，14.晶圆盒压紧装置，15.接口，16.第一突起部，17.第二突起部。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是一种微环境与晶圆盒之间的接口状态示意图。如图1所示，本发明的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，设置在微环境与晶圆盒之间接口15的外侧位置，并环绕接口设置；具体位于图示的密封区域3的位置。微环境2侧壁设有接口15，用于传送晶圆；接口内侧设有晶圆盒开门机构4，用于将晶圆盒盖子打开，并通过安装在微环境内部的晶圆传取机械手将晶圆从晶圆盒取出，然后传送到工艺设备需要的位置。接口外侧(接口面向晶圆盒的一侧)设有晶圆盒支撑平台1，用于放置传送至的晶圆盒。晶圆盒支撑平台设有晶圆盒底部锁紧装置5，可实现对晶圆盒底部进行固定。
请参阅图2和图3，图2是本发明一较佳实施例的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置结构侧视图，图3是图2中a部局部结构放大示意图。如图2、图3所示，本发明的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，包括：密封圈固定板10，密封圈支撑板9，密封圈8等几个主要部分。
密封圈固定板10为框形(环状)，其密封叠设于接口15外侧的微环境侧壁上，并处于密封区域3的位置；密封圈固定板中部设有密封窗口，其位置及大小与接口对应。密封圈固定板也可与微环境侧壁形成一体式结构。
密封圈支撑板9也为对应的框形，并以可调节方式叠设于密封圈固定板10的外侧。密封圈8也为对应的框形，并固定安装在密封圈支撑板9上。在密封圈支撑板9的内外两侧都装有密封圈8，并且，密封圈至少应将密封圈支撑板的内外两侧壁的其中一部分进行环绕覆盖。
密封圈支撑板9、密封圈固定板10可采用具有一定强度及弹性的金属材料，其主要作用是对密封圈进行定位、固定和形变引导。并且，具备调整功能的密封圈支撑板采用了金属环状结构，其主要作用是定位密封圈安装基准面及密封圈压缩基准面。
密封圈8可采用PTFE、PFA或其他高分子材料制作；密封圈为环状矩形结构，厚度可为2～5mm。密封圈的主要作用是用于密封。由于该材料的密封圈具备承压变形密封功能，在晶圆盒6定位后，可由设于晶圆盒支撑平台的晶圆盒压紧装置14动作，保证其行程位置，使密封圈产生所需的圆周均匀压缩量，从而可保持非常好的密封性能。
本发明处于工作状态时，通过晶圆盒传输机械手将晶圆盒6放置在晶圆盒支撑平台1上面，并通过晶圆盒底部锁紧装置5实现对晶圆盒底部固定；接着，驱动晶圆盒支撑平台1向微环境方向移动，压住密封圈8，使密封圈8与晶圆盒6贴合形成密封。在此过程中，当晶圆盒6向接口15方向移动并压紧密封圈支撑板9时，通过使密封圈支撑板9产生弹性形变，使密封圈支撑板9两侧的密封圈8对应压缩产生形变，形成晶圆盒6与密封圈支撑板9之间以及密封圈支撑板9与密封圈固定板10之间的密封，从而对接口15进行有效密封。之后，由晶圆盒开门机构4将晶圆盒6盖子打开，再通过晶圆传取机械手对晶圆进行传送。
所述密封圈支撑板9可通过若干调节螺钉12调整其在密封圈固定板10上的安装水平度和垂直度及安装位置。如图5所示，可在密封圈固定板10的上方边框的左右位置设置两个调节螺钉12，并在密封圈固定板的下方边框中间位置设置一个调节螺钉12，采用不少于三个调整点的方式对密封圈支撑板9进行调整。同时，可将所述调节螺钉12一端穿过密封圈固定板10与密封圈支撑板9固接，另一端通过锁紧螺母11与密封圈固定板10形成自锁；密封圈支撑板调节螺钉12利用锁紧螺母11实现自锁功能，能够实现精确的位置定位，如图3所示。
请继续参阅图3。所述密封圈8可由密封圈支撑板9下方将密封圈支撑板的内外两侧壁进行环绕包覆，并应至少包覆部分的密封圈支撑板内外两侧壁。进一步地，密封圈8可通过密封圈固定螺钉13与密封圈支撑板9进行固定。如图4所示，其显示本发明一较佳实施例的密封圈固定板10、密封圈支撑板9及密封圈8三者之间的配合状态示意图。
请继续参阅图3。所述密封圈固定螺钉13还可通过设于密封圈支撑板9外侧的压板框7对密封圈8进行安装定位。压板框也可采用金属材料，其主要作用是固定密封圈。密封圈固定螺钉13通过压板框7对密封圈8进行有效的定位固定，可防止密封圈8在晶圆盒6的重复压紧、放松过程中脱离安装位置，从而可避免对晶圆产生污染和损伤。
为了发挥更好的密封作用，还可环绕所述密封圈支撑板9的内缘制作向外侧方向突出的第一突起部16结构；可通过将密封圈支撑板的内缘厚度加工成大于其框形外侧部分的厚度来实现。第一突起部16作为晶圆盒6抵触密封圈8时的受压部位。此状态下，应使调节螺钉12与密封圈支撑板9的外缘部分(即厚度较小的区域)相连接，以在密封圈支撑板的第一突起部16受压时，利用杠杆作用起到较好的弹性变形效果。
此外，还可以将位于密封圈支撑板内侧的密封圈8加工出具有抵触密封圈固定板10的第二突起部17结构，其亦为环绕框形密封圈的连续结构；并使此第二突起部17优先位于相对于第一突起部16上方的位置。这样，无论密封圈支撑板是否处于受力状态，都可利用该侧密封圈的第二突起部结构，形成与密封圈固定板之间的良好密封效果，并可在密封圈支撑板受力变形时，在第二突起部下方位置形成密封圈与密封圈固定板之间的第二个抵触部，从而产生双重密封效果。
还可进一步在密封圈固定板对应位置加工出连续的凹槽，以便将第二突起部的前端嵌入其中，增强其固定效果。作为一具体实施例，密封圈固定螺钉13在垂直方向上可设置在第二突起部17与第一突起部16之间的位置。
下面结合具体实施方式及附图，对本发明的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封方法进行详细说明。
本发明的一种微环境与晶圆盒之间接口的密封方法，可采用上述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，包括以下步骤：
步骤S01：提供一测试用晶圆盒，向微环境与晶圆盒之间接口方向移动晶圆盒，直至晶圆盒正面压住位于接口外侧的密封圈。
首先通过晶圆盒传输机械手将晶圆盒6放置在晶圆盒支撑平台1上面，并通过晶圆盒底部锁紧装置5实现对晶圆盒底部的固定；接着，驱动晶圆盒支撑平台1向微环境2方向移动，并压住密封圈8，使密封圈8与晶圆盒6贴合。
步骤S02：调整晶圆盒的压紧力，以使密封圈产生一定的压缩量。
当晶圆盒6向接口15移动并刚与密封圈8接触时，密封圈8处于未形变位置；此时，通过设于晶圆盒支撑平台1上的晶圆盒压紧装置14动作，对晶圆盒6进行压紧定位，并使密封圈支撑板9产生弹性形变，同时使得密封圈8产生一定的压缩量。
可使用卡尺对密封圈的压缩量进行测量；由于此时尚未对晶圆盒的水平度进行测量及调整，因此只需对密封圈下边框处的压缩量进行测量即可(此处的压缩量相对最大)。
步骤S03：测量晶圆盒的水平度和垂直度及其与密封圈之间的相对位置，据此调整密封圈支撑板在密封圈固定板上的安装水平度和垂直度及安装位置。
可使用水平仪、卡尺等量具，测量晶圆盒6的水平度和垂直度及其与密封圈8之间的相对位置；然后，通过调整调节螺钉12的高度来调节密封圈支撑板9的垂直度和高度，并通过锁紧螺母11进行固定，使密封圈8与晶圆盒6完全贴合并密封起来。调整后，再使用量具确认调整结果。
步骤S04：重复上述步骤，直至晶圆盒压紧密封圈时的水平度和垂直度达标，以及密封圈的压缩量达标为止。
可通过重复上述全部或部分的步骤，并通过调整调节螺钉12，对晶圆盒压紧密封圈时的水平度和垂直度进行调整及确认。
此过程中，一方面需要密封圈8在整个环形圆周上产生均匀的压缩量，例如0.5mm～1mm的压缩量，以对接口15进行有效密封，从而在晶圆盒开门机构4将晶圆盒打开后，晶圆盒6与微环境2之间的有效密封能够使微环境保持洁净和低氧含量状态。
另一方面，由于晶圆传送位置的定位精度要求，在设备安装或维护过程中，利用对密封圈支撑板9的位置调整、即通过密封圈支撑板调节螺钉12调节密封圈支撑板9相对于晶圆盒6的位置关系，保证晶圆盒在门打开后的水平度和垂直度，使晶圆能够安全取放。
密封圈固定螺钉13通过压板框7对密封圈8进行有效的定位固定，可防止密封圈8在晶圆盒6重复压紧、放松的过程中脱离安装位置，导致对晶圆产生污染和损伤。
通常密封圈支撑板调节螺钉12可采用不少于三个调整点的方式对密封圈支撑板9进行调整，同时密封圈支撑板调节螺钉12可利用锁紧螺母11实现自锁功能，能够实现精确的位置定位。
可使用水平仪、卡尺等量具，测量晶圆盒的水平度和垂直度及其与密封圈之间的相对位置，直至满足设定标准；并对密封圈的四周边框压缩量分别进行测量，直至其一致并处于0.5mm～1mm的范围内为止。
步骤S05：采用生产用晶圆盒，通过密封装置与接口密封，对晶圆进行传送。
调整完毕之后，即可采用生产用晶圆盒进行正常作业，通过晶圆盒传输机械手将晶圆盒放置在晶圆盒支撑平台上面，并通过晶圆盒底部锁紧装置实现对晶圆盒底部的固定；接着，驱动晶圆盒支撑平台向微环境方向移动，并压住密封圈，使密封圈与晶圆盒贴合；然后，通过晶圆盒压紧装置对晶圆盒进行压紧定位，在接口处的密封区域实现晶圆盒与微环境之间的密封。最后，由晶圆盒开门机构将晶圆盒打开，再通过微环境中的晶圆传取机械手对晶圆进行传送。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，包括：
框形密封圈固定板，密封叠设于接口面向晶圆盒的一侧；
框形密封圈支撑板，可调节叠设于密封圈固定板外侧；
框形密封圈，固定在密封圈支撑板上，并至少将其内外两侧壁的部分环绕覆盖；
其中，当晶圆盒向接口移动并压紧密封圈支撑板时，通过使密封圈支撑板产生弹性形变，使密封圈支撑板两侧的密封圈对应压缩产生形变，形成晶圆盒与密封圈支撑板之间以及密封圈支撑板与密封圈固定板之间的密封，从而对接口进行有效密封。
2.根据权利要求1所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述密封圈支撑板通过若干调节螺钉调整其在密封圈固定板上的安装水平度和垂直度及安装位置。
3.根据权利要求2所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述调节螺钉一端穿过密封圈固定板与密封圈支撑板固接，另一端通过锁紧螺母与密封圈固定板形成自锁。
4.根据权利要求1所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述密封圈由密封圈支撑板下方将其内外两侧壁至少部分环绕包覆。
5.根据权利要求1或4所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述密封圈通过密封圈固定螺钉与密封圈支撑板固定。
6.根据权利要求5所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述密封圈固定螺钉通过设于密封圈支撑板外侧的压板框对密封圈进行安装定位。
7.根据权利要求1或4所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，所述密封圈支撑板的内缘具有向外侧的第一突起部。
8.根据权利要求7所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，位于密封圈支撑板内侧的密封圈具有抵触密封圈固定板的第二突起部。
9.一种微环境与晶圆盒之间接口的密封方法，采用权利要求1-8任一所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：提供一测试用晶圆盒，向微环境与晶圆盒之间接口方向移动晶圆盒，直至晶圆盒正面压住位于接口外侧的密封圈；
步骤S02：调整晶圆盒的压紧力，以使密封圈产生一定的压缩量；
步骤S03：测量晶圆盒的水平度和垂直度及其与密封圈之间的相对位置，据此调整密封圈支撑板在密封圈固定板上的安装水平度和垂直度及安装位置；
步骤S04：重复上述步骤，直至晶圆盒压紧密封圈时的水平度和垂直度达标，以及密封圈的压缩量达标为止；
步骤S05：采用生产用晶圆盒，通过密封装置与接口密封，对晶圆进行传送。
10.根据权利要求9所述的微环境与晶圆盒之间接口的密封方法，其特征在于，步骤S02中，对密封圈的下边框压缩量进行测量，步骤S04中，对密封圈的四周边框压缩量分别进行测量，并直至其一致为止。
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