CN110473819A - 一种开门装置、传输腔室和半导体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种开门装置、传输腔室以及半导体处理设备，开门装置用于开启或关闭晶圆盒的密封门，包括：壳体部件，朝向所述晶圆盒的一侧设有第一开口；驱动机构，设置在所述壳体部件的内部；和对接部件，与所述驱动机构连接，并在所述驱动机构的驱动下移动，用于打开密封门并能保持住密封门；其中，所述对接部件打开并与密封门对接后，在所述驱动机构的驱动下，通过密封门或所述对接部件与所述第一开口密封配合，将所述驱动机构封闭在所述壳体部件内。

Description

一种开门装置、传输腔室和半导体处理设备
技术领域
本公开涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种开门装置、传输腔室和半导体处理设备。
背景技术
在半导体加工工艺中，对成膜均匀性、成膜质量、金属离子污染控制和颗粒污染控制等核心工艺参数都有非常高的要求。在半导体芯片制造过程中，微粒子的污染是影响产品良品率和工艺器件性能的主要原因之一，因此需要严格地控制颗粒对晶圆的污染。
影响晶圆洁净度的因素有很多，包括基础材料、加热器的选择、运动部件结构、设备接口、晶圆传送路径、气体管路及器件的洁净度等。晶圆的传输过程是最容易受到污染过程之一。因此半导体处理设备对晶圆暴露的区域都有非常高的洁净度要求，甚至采用氮气吹扫保护等方式防止晶圆被污染。在立式热处理工艺设备中，需要通过开门装置将晶圆盒密封门打开进行晶圆传送，而开门装置内部的运动部件是产生颗粒的主要环节之一。为了减少运动部件产生的颗粒，除采用适用于洁净室的低发尘材料外，还需要对运动部件的结构及净化方式采取有效措施，以解决机械动作引入的颗粒污染等技术难题。
现有技术的一种半导体处理设备，在滚珠丝杠机构的驱动下，其腔室底部安装结构和垂直移动机构将晶圆盒门打开。在该现有技术中，腔室底部安装结构和垂直移动机构将晶圆盒门打开后，晶圆盒与腔室底部安装结构的内部、以及垂直移动机构的内部处于连通状态，腔室底部安装结构和垂直移动机构内部的运动部件在运动过程中由于摩擦会产生的颗粒，运动部件的润滑油也会挥发产生颗粒。这些颗粒会进入晶圆盒，从而对晶圆盒内的晶圆造成污染，影响产品良品率。
发明内容
本公开旨在至少部分地解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种开门装置、传输腔室和半导体处理设备，以避免在晶圆盒的开启过程中，开门装置的运动部件摩擦产生的颗粒和润滑油挥发产生的颗粒对晶圆盒内部的晶圆造成污染。
根据本公开的一个方面，提供了一种开门装置，用于开启或关闭晶圆盒的密封门，所述开门装置包括：壳体部件，朝向所述晶圆盒的一侧设有第一开口；驱动机构，设置在所述壳体部件的内部；和对接部件，与所述驱动机构连接，并在所述驱动机构的驱动下移动，用于打开密封门并能保持住密封门；其中，所述对接部件打开并与密封门对接后，在所述驱动机构的驱动下，通过密封门或所述对接部件与所述第一开口密封配合，将所述驱动机构封闭在所述壳体部件内。
在本公开的一些实施例中，所述壳体部件包括板状件和罩体；所述板状件的中部设置贯穿其厚度的所述第一开口，所述板状件背离晶圆盒的一侧密封连接所述罩体；所述驱动机构固定在所述板状件上且被所述罩体包围。
在本公开的一些实施例中，所述对接部件包括吸附板，所述吸附板朝向晶圆盒的一侧设有吸盘，所述吸盘用于吸附密封门；所述吸附板背离晶圆盒的一侧或密封门能与所述第一开口密封配合。
在本公开的一些实施例中，所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧设有环形的第一密封件，且所述第一密封件环绕在所述第一开口的周围，用于与密封门或所述对接部件形成密封。
在本公开的一些实施例中，所述壳体部件设有排气管，所述排气管将所述壳体部件的内部与外部相连通。
根据本公开的另一个方面，提供了一种传输腔室，包括：腔室本体，为密闭结构，其内部形成传输空间；所述腔室本体的侧壁上设有用于与晶圆盒对接的传送接口；开门装置，采用任一上述的开门装置，并设置在所述腔室本体内，且所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧能通过环形的第二密封件密封对接在所述传送接口周围的腔室本体的侧壁内侧；壳体驱动机构，设置在所述腔室本体内，并与所述壳体部件连接，用于驱动所述开门装置整体移动。
在本公开的一些实施例中，还设有惰性气体吹扫装置，所述惰性气体吹扫装置包括：进气通道，设置于所述腔室本体的侧壁内，所述进气通道的入口开设在所述侧壁外侧，用于与气源相连，所述进气通道的出口开设在所述侧壁内侧；吹扫喷头，设置在所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧，用于向晶圆盒的内部吹扫惰性气体；在所述壳体部件密封对接在所述传送接口周围后，所述吹扫喷头的入口与所述进气通道的出口对接连通；排气通道，设置于所述腔室本体的侧壁内，所述排气通道的入口与晶圆盒的内部连通，所述排气通道的出口开设在所述侧壁外侧。
在本公开的一些实施例中，所述传送接口处的所述腔室本体的侧壁外侧设有托架，晶圆盒被传送到所述托架上，并在所述腔室本体的侧壁外侧密封对接在所述传送接口周围。
根据本公开的另一个方面，提供了一种半导体处理设备，包括任一上述的传输腔室。
在本公开的一些实施例中，所述半导体设备为立式热处理工艺设备。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本公开实施例开门装置尚未将晶圆盒密封门开启的状态示意图；
图2是本公开实施例开门装置已将晶圆盒密封门开启的状态示意图；
图3是本公开另一实施例开门装置已将晶圆盒密封门开启的状态示意图。
图4是本公开实施例半导体处理设备的结构示意图；
图5是本公开实施例晶圆盒与开门装置的位置关系示意图。
符号说明
1-加热器；2-工艺管；3-密封门；4-承载装置；5-传输空间；6-保温桶；7-工艺门；8-机械手；9-晶圆盒；9A-密封门；10-晶圆；11-吹扫喷头；12-开门装置；12A、12B、12D-密封圈；12C-充气密封圈；12E-驱动器；12F-开锁机构；12G-导向机构；12H-排气管；12K1-内环部；12M-吸附板；12N-支撑架；12K2-外环部；12J-顶板；12L-侧板；13-吸盘；P1-入口；P2-出口；14-腔室本体；15-托架；101-壳体部件；102-板状件；103-第一开口；104-罩体；105-驱动机构；106-对接部件；107-第一传送接口。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
本公开一实施例提供了一种开门装置，用于开启或关闭晶圆盒的密封门。请参见图1所示，其显示了开门装置尚未将晶圆盒密封门开启的情况。本实施例的开门装置12为一盒状结构，包括壳体部件101、对接部件106以及驱动机构。
壳体部件101朝向晶圆盒9的一侧设有第一开口103，壳体部件101包括：板状件102和罩体104。罩体104由顶板12J和侧板12L围成。顶板12J与侧板12L之间通过密封圈12A密封。
板状件102固定于侧板12L，其中部设置有贯穿板状件102厚度的所述第一开口103。板状件102背离晶圆盒9的一侧通过密封圈12B密封连接罩体104的侧板12L。壳体部件101也可以采用一体结构形成，以避免在各组成件的接合处形成间隙。
驱动机构105设置在壳体部件101的内部，其固定在板状件102上且被罩体104包围。
对接部件106连接驱动机构105，可在驱动机构105的驱动下移动。晶圆盒的密封门9A与第一开口103及开门装置12位置正对，第一开口103的尺寸应略大于密封门9A的尺寸，从而不影响开门装置12对其开启。
驱动机构105可驱动对接部件106朝向晶圆盒的密封门9A移动，使对接部件106打开晶圆盒的密封门9A并能保持住密封门9A。如图2所示，对接部件106打开并与密封门9A对接后，驱动机构105可驱动对接部件106远离晶圆盒的密封门9A移动，密封门9A与第一开口103密封配合，将驱动机构105封闭在壳体部件101内。
参见图1和图2所示，驱动机构105包括：支撑架12N、驱动器12E和导向机构12G。
支撑架12N固定于壳体部件101内，用于支撑驱动器12E和导向机构12G。驱动器12E安装于支撑架12N上，其例如但不限于是气缸。
对接部件106包括：开锁机构12F以及吸附部件。吸附部件包括吸附板12M与至少一个吸附件。吸附板12M为与晶圆盒密封门9A平行的平板状结构，其背向晶圆盒密封门9A的一侧连接驱动器12E，在驱动器12E的驱动下可沿垂直于晶圆盒密封门9A的方向，朝向或远离晶圆盒9移动，即在图2中沿水平方向左右移动。至少一个吸附件设置在吸附板12M朝向晶圆盒密封门9A的一侧，用于吸附晶圆盒密封门9A。在一个示例中，该吸附件采用吸盘13，开门装置12外部还设置有与吸盘13连通的抽真空装置，用于控制吸盘13的吸附动作。在其他示例中，吸附件也可以使用其他类型的吸附装置，只要能将晶圆盒密封门9A吸附至吸附板12M即可。开锁机构12F设置于吸附板12M背向晶圆盒密封门9A的一侧，其具有可伸缩的旋转销。晶圆盒密封门9A通过锁止机构锁定于晶圆盒9，开锁结构的旋转销可穿过吸附板12M打开锁止结构，将晶圆盒密封门9A解锁。
导向机构12G例如但不限于是直线轴承，其安装于支撑架12N上，一端连接吸附板12M背向晶圆盒密封门9A的一侧，用于使吸附部件和开锁机构12F平稳运动，实现平稳地将晶圆盒密封门9A开启。开门装置12还设有排气管12H，连通壳体部件101内部和外部，用于将开门装置12内部各运动部件及润滑装置产生的污染物排出，从而保证开门装置12内部的洁净。
本实施例的开门装置，请进一步参见图2，板状件102分为厚度较大的外环部12K2和厚度较小的内环部12K1。所述厚度是指垂直于晶圆盒密封门9A方向的长度，即图2中的水平方向的长度，板状件102朝向晶圆盒9的一侧形成台阶结构。内环部12K1朝向晶圆盒密封门9A的一侧设置有密封圈12D。
当本实施例的开门装置12将晶圆盒密封门9A开启时，一并参见图1和图2。在图1中，对接部件106位于其初始位置。首先，在驱动器12E的驱动下，对接部件106由初始位置向晶圆盒密封门9A移动，吸附板12M贴上密封门9A，吸附件将密封门9A吸住，开锁机构12F将密封门9A解锁，使对接部件106打开晶圆盒的密封门9A并保持住密封门9A。之后在驱动器12E的驱动下，驱动机构105驱动对接部件106远离晶圆盒的密封门9A移动，将晶圆盒密封门9A完全开启。当对接部件106回到初始位置后，密封门9A周缘压紧内环部12K1设置的密封圈12D，二者通过密封圈12D密封，使密封门9A与第一开口103密封配合，将开门装置12的驱动机构105与晶圆盒9隔离，图2显示了开门装置已将晶圆盒密封门开启的情况。
驱动机构105包括例如驱动器12E、导向机构12G等运动部件。在晶圆盒密封门9A的上述开启过程中，这些运动部件不可避免地会由于运动摩擦而产生颗粒污染物。另外，这些运动部件会由润滑油进行润滑，润滑油的挥发也会产生污染物。与现有技术相比，本实施例在晶圆盒密封门9A处于开启状态时，通过密封门9A与第一开口103密封配合使开门装置12的驱动机构105与晶圆盒9完全隔离，从而确保运动机构和润滑油产生的污染物不会对晶圆盒9内部的晶圆10造成任何污染，有利于提高产品良率和性能。
本公开另一实施例的开门装置，参见图3所示，其与上一实施例不同之处在于，板状件102的内环部12K1比上一实施例的内环部更远离晶圆盒9，并且内环部12K1的宽度比上一实施例内环部的宽度更大，所述宽度是指平行于吸附板12M方向的长度，即图3中的垂直方向的长度。这样，将晶圆盒密封门9A开启后，吸附板12M与内环部12K1之间通过内环部设置的密封圈12D密封，即吸附板12M的周缘与内环部12K1的密封圈12D密封，使对接部件106与第一开口103密封配合。本实施例通过对接部件106与第一开口103密封配合，将驱动机构105封闭在壳体部件101内，吸附板12M对密封圈12D施加的压紧力更大，可以实现更好的密封效果。
对于对接部件106，其包含的吸附部件也仅是示例性说明，本公开并不以此为限。实际上，该吸附部件可以替换为任何一种可以固定连接密封门的部件，例如卡接部件和旋接部件。
本公开又一实施例提供了一种传输腔室，用于在晶圆盒与反应腔室之间传输晶圆，参见图4所示，该传输腔室包括：腔室本体14、壳体驱动机构以及上述实施例的开门装置12。
腔室本体14为密闭结构，其内部形成传输空间5，传输空间5内设置有机械手8，腔室本体14的侧壁上设有用于与晶圆盒9对接的第一传送接口107。
开门装置12设置在腔室本体14内，具体来说，设置于腔室本体14的设置有第一传送接口107的侧壁上。在壳体驱动机构的驱动下，开门装置12可沿该侧壁移动以将该第一传送接口107打开与关闭。
晶圆盒的设有密封门9A的一侧四周可设置有密封圈，通过该密封圈能够与腔室本体14的侧壁外侧密封连接。
开门装置的壳体部件101朝向晶圆盒9的一侧密封对接在第一传送接口107周围的腔室本体14的侧壁内侧，具体来说，壳体部件101的板状件102的外环部12K2通过充气密封圈12C与腔室本体14的侧壁内侧密封，以将开门装置12内部与传输空间5隔离，避免开门装置12内部对传输空间5造成污染。
如图5所示，第一传送接口107处的腔室本体14的侧壁外侧设有托架15，晶圆盒9被传送到托架15上，并在腔室本体14的侧壁外侧密封对接在第一传送接口107周围。
腔室本体14顶壁开有连通反应腔室的第二传送接口。反应腔室包括：工艺管2、包围工艺管2的加热器1以及支撑组件。工艺管2底端设有密封门3，当密封门3关闭时，工艺管2与腔室本体14隔离，当密封门3打开后，工艺管2经该第二传送接口与腔室本体14连通。支撑组件包括：承载晶圆10的承载装置4、支撑承载装置4的保温桶6、工艺门7以及升降装置。升降装置可驱动承载装置4、保温桶6和工艺门7整体移动。当工艺管密封门3打开后，支撑组件可由腔室本体14进入工艺管2，或者由工艺管2进入腔室本体14。
在工艺开始前，开门装置12是将第一传送接口107关闭的，晶圆10放置于晶圆盒9内部。当本实施例的传输腔室工作时，晶圆盒9被传送到托架15上，与腔室本体14侧壁外侧密封对接，开门装置12将晶圆盒密封门9A开启。开门装置12连同晶圆盒密封门9A从第一传送接口107移开，使第一传送接口107完全开打，晶圆盒9内部与腔室本体14连通。机械手8将晶圆10从晶圆盒9中取出，并传送到承载装置4上。工艺管密封门3开启，升降装置驱动承载装置4、保温桶6和工艺门7向上移动进入工艺管2，工艺管密封门3关闭，晶圆10在工艺管2内进行工艺制程。工艺结束后，工艺管密封门3开启，升降装置驱动承载装置4、保温桶6和工艺门7向下移动，回到腔室本体14中的初始位置，机械手8从承载装置4取走晶圆10并将晶圆10经第一传送接口107传送至晶圆盒9内部。开门装置12移动至第一传送接口107，将第一传送接口107关闭，并将晶圆盒密封门9A关闭，晶圆盒9从腔室本体14移开，从而完成整个工艺过程。
壳体驱动机构设置于腔室本体14的侧壁，以驱动开门装置12沿侧壁移动。本实施例对壳体驱动机构的类型和结构不加以限制，只要能驱动开门装置12移动即可。开门装置12的移动方向也不加以限制，可以是图4中的上下方向、或垂直于纸面的方向，只要能将第一传送接口107完全打开即可。
请一并参见图2、图3、图5，本实施例的传输腔室，还设有惰性气体吹扫装置，惰性气体吹扫装置包括：
进气通道，设置于腔室本体14的侧壁内，进气通道的入口P1开设在所述侧壁外侧，用于与外部气源相连，进气通道的出口开设在所述侧壁内侧。
吹扫喷头11，设置在壳体部件101朝向晶圆盒9的一侧，具体来说，设置在板状件102朝向晶圆盒9的一侧，例如设置于板状件102的外环部12K2，用于向晶圆盒9的内部吹扫惰性气体；在壳体部件101密封对接在第一传送接口107周围后，吹扫喷头11的入口与进气通道的出口对接连通。
排气通道，设置于腔室本体14的所述侧壁内，排气通道的入口与晶圆盒9的内部连通，排气通道的出口P2开设在所述侧壁外侧。
开门装置12将晶圆盒密封门9A开启后，外部气源向进气通道入口P1通入氮气等惰性气体，惰性气体经进气通道、吹扫喷头11吹入晶圆盒9内部。晶圆盒9内部的惰性气体经排气通道、由其出口P2排出。在氮气吹扫过程中，由于密封门9A或对接部件106与第一开口103密封配合，吹扫的氮气不会进入到开门装置12内部，可以保证良好的气体分压和层流，实现更加良好的净化吹扫效果。在开门装置12完成晶圆盒密封门9A的开启及净化吹扫后，吸附有密封门9A的开门装置12沿腔室本体14侧壁移动，将第一传送接口107完全打开，实现晶圆盒9与传输空间5的连通。
本公开另一实施例的还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备为立式半导体热处理设备，包括晶圆盒9、反应腔室、以及上述实施例所述的传输腔室，该传输腔室用于在晶圆盒9与反应腔室之间传输晶圆10。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

Claims (10)

1.一种开门装置，用于开启或关闭晶圆盒的密封门，其特征在于，所述开门装置包括：
壳体部件，朝向所述晶圆盒的一侧设有第一开口；
驱动机构，设置在所述壳体部件的内部；和
对接部件，与所述驱动机构连接，并在所述驱动机构的驱动下移动，用于打开密封门并能保持住密封门；
其中，所述对接部件打开并与密封门对接后，在所述驱动机构的驱动下，通过密封门或所述对接部件与所述第一开口密封配合，将所述驱动机构封闭在所述壳体部件内。
2.如权利要求1所述的开门装置，其中，所述壳体部件包括板状件和罩体；所述板状件的中部设置贯穿其厚度的所述第一开口，所述板状件背离晶圆盒的一侧密封连接所述罩体；所述驱动机构固定在所述板状件上且被所述罩体包围。
3.如权利要求1所述的开门装置，其中，所述对接部件包括吸附板，所述吸附板朝向晶圆盒的一侧设有吸盘，所述吸盘用于吸附密封门；所述吸附板背离晶圆盒的一侧或密封门能与所述第一开口密封配合。
4.如权利要求1所述的开门装置，其中，所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧设有环形的第一密封件，且所述第一密封件环绕在所述第一开口的周围，用于与密封门或所述对接部件形成密封。
5.如权利要求1所述的开门装置，其中，所述壳体部件设有排气管，所述排气管将所述壳体部件的内部与外部相连通。
6.一种传输腔室，包括：
腔室本体，为密闭结构，其内部形成传输空间；所述腔室本体的侧壁上设有用于与晶圆盒对接的传送接口；
开门装置，采用权利要求1至5任一项所述的开门装置，并设置在所述腔室本体内，且所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧能通过环形的第二密封件密封对接在所述传送接口周围的腔室本体的侧壁内侧；
壳体驱动机构，设置在所述腔室本体内，并与所述壳体部件连接，用于驱动所述开门装置整体移动。
7.如权利要求6所述的传输腔室，其中，还设有惰性气体吹扫装置，所述惰性气体吹扫装置包括：
进气通道，设置于所述腔室本体的侧壁内，所述进气通道的入口开设在所述侧壁外侧，用于与气源相连，所述进气通道的出口开设在所述侧壁内侧；
吹扫喷头，设置在所述壳体部件朝向晶圆盒的一侧，用于向晶圆盒的内部吹扫惰性气体；在所述壳体部件密封对接在所述传送接口周围后，所述吹扫喷头的入口与所述进气通道的出口对接连通；
排气通道，设置于所述腔室本体的侧壁内，所述排气通道的入口与晶圆盒的内部连通，所述排气通道的出口开设在所述侧壁外侧。
8.如权利要求6所述的传输腔室，其中，所述传送接口处的所述腔室本体的侧壁外侧设有托架，晶圆盒被传送到所述托架上，并在所述腔室本体的侧壁外侧密封对接在所述传送接口周围。
9.一种半导体处理设备，包括权利要求6至8任一项所述的传输腔室。
10.如权利要求9所述半导体处理设备，所述半导体设备为立式热处理工艺设备。
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