CN113879846A - 一种内置传送机构的级联真空腔装置及传送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置传送机构的级联真空腔装置及传送方法，该装置包括多个依次连接的真空腔，定义最左面的一个真空腔室为第一真空腔，且最右面的一个真空腔为第二真空腔；每一真空腔皆包括真空腔室、分子泵、分子泵接口、晶圆进出口接口、支撑架和机器手，分子泵通过分子泵接口与真空腔室连接，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口与电子显微镜连接，第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口与光刻机连接。本发明通过机器手将晶圆从真空腔室与电子显微镜或光刻机中取出或送入，最终使光刻机刻蚀晶圆后能快速送入到电子显微镜中采集图像，采集图像后能够快速送入到光刻机中进行下一层的刻蚀，提高光刻机刻蚀的生产效率。

Description

一种内置传送机构的级联真空腔装置及传送方法

技术领域

本发明属于电子显微镜应用领域，具体涉及了一种内置传送机构且用于连接电子显微镜与光刻设备之间的级联真空腔装置及传送方法。

背景技术

电子显微镜(electronmicroscopy)是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。近年来，电子显微镜的研究和制造有了很大的发展，通过电镜，人们已经能直接观察到原子像；另一方面，除透射电镜外，还发展了多种电镜，如扫描电镜、分析电镜等。电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，因此被检测的样品在进入到电子显微镜内部前，需要在一个腔室内保持一定的真空度，而由于样品的取出或放入改变了真空度，所以在放入样品后需要抽真空，但是抽真空需要较长的时间。光刻机(MaskAligner)又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。光刻机在晶圆上刻蚀图形时，需要分析图形刻蚀的精确程度，需要在晶圆刻蚀一层后送入电子显微镜上采集图像，通过采集到的图像分析，达到一定精度要求后，再进行下一层的刻蚀。

传统的光刻机刻蚀晶圆的过程中，在刻蚀一层后，需要从光刻机中取出晶圆后再放入到电子显微镜中；在这个过程中，是从真空环境到普通环境，最后再到真空环境，将极大增加光刻机刻蚀晶圆与电子显微镜采集图像的时间成本，同时晶圆在普通环境中或受到空气中微粒的污染。

晶圆从真空环境与普通环境的切换，需要保护晶圆不受普通空气环境的污染，普通环境不容易达到光刻机内部的真空度条件，而且需要人工操作，大大增加了设备生产的时间成本。

总的来说，传统光刻机刻蚀后分析刻蚀的精确程度时，需要较大的时间成本，且晶圆容易受到污染；而且在放入到电子显微镜中仍然需要电子显微镜抽真空，增加了采集图像的时间成本，无法实现两个设备之间高效协同工作。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种内置传送机构的级联真空腔装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：本发明提供一种内置传送机构的级联真空腔装置，包括多个依次连接的真空腔，定义最左面的一个真空腔室为第一真空腔，且最右面的一个真空腔为第二真空腔；

每一真空腔皆包括真空腔室、分子泵、分子泵接口、晶圆进出口接口、支撑架和机器手，所述分子泵通过所述分子泵接口与所述真空腔室连接，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口与电子显微镜连接，所述第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口与光刻机连接；

所述支撑架和所述机器手位于所述真空腔室的内部；放置晶圆的样品托能够放置于所述支撑架；通过机器手实现样品托在电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间的抓取传送；

所述晶圆进出口接口设有密封装置和自动门装置，通过所述密封装置能够将电子显微镜或者光刻机与真空腔密封连接以及将相邻真空腔密封连接，通过自动门装置的关闭与否实现电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间是否连通。

进一步地说，所述真空腔设有两个。

进一步地说，所述支撑架配置带有步进编码的旋转驱动装置，其用于驱动位于所述支撑架的样品托匀速旋转。

进一步地说，所述真空腔还设有其它工艺接口，所述其它工艺接口处也设有密封装置和自动门装置。

进一步地说，所述机器手为六轴机器手，所述机器手配置有位置检测装置、执行机构、驱动系统和控制系统组成；所述驱动系统包括动力装置、调节装置和辅助装置。

进一步地说，所述分子泵设置有开关控制系统、监测系统、报警系统、分子泵本体和电源系统。

进一步地说，每一真空腔的机器手皆设有两个。

进一步地说，所述密封装置为卡槽式密封装置。

本发明还提供了一种采用所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，包括将晶圆从电子显微镜传送至光刻机的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第一真空腔内的真空度抽至与电子显微镜的真空度一致，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从电子显微镜取出并放置于支撑架，关闭与电子显微镜连接的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据光刻机的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

同时，根据光刻机的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第一个真空腔传送至第二个真空腔的支撑架，关闭第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至光刻机，关闭第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

进一步地说，所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，还包括将晶圆从光刻机传送至电子显微镜的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第二真空腔内的真空度抽至与光刻机的真空度一致，第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从光刻机取出并放置于支撑架，关闭与光刻机的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据电子显微镜的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；同时，根据电子显微镜的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第二个真空腔传送至第一个真空腔的支撑架，关闭第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至电子显微镜，关闭第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

本发明的有益效果是：

本发明通过机器手将晶圆从真空腔室与电子显微镜或光刻机中取出或送入，同时通过分子泵接口保持满足不同设备的真空度要求，或使用其它工艺接口进行其它工艺处理；最终使光刻机刻蚀晶圆后能快速送入到电子显微镜中采集图像，采集图像后能够快速送入到光刻机中进行下一层的刻蚀，提高光刻机刻蚀的生产效率；

且此过程中，晶圆始终处于真空环境中，相较于普通的非真空环境不易受到污染。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

实施例：如图1所示，一种内置传送机构的级联真空腔装置，包括多个依次连接的真空腔，定义最左面的一个真空腔室为第一真空腔Ⅰ，且最右面的一个真空腔为第二真空腔Ⅱ；其中，阿拉伯符号“Ⅰ”与“Ⅱ”表示第一与第二真空腔，“左”、“右”是按附图展示位置描述的，不用于限定本装置的保护范围；

每一真空腔皆包括真空腔室1、分子泵2、分子泵接口3、晶圆进出口接口4、支撑架7和机器手6，所述分子泵通过所述分子泵接口与所述真空腔室连接，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口与电子显微镜连接，所述第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口与光刻机连接；

所述支撑架和所述机器手位于所述真空腔室的内部；放置晶圆9的样品托8能够放置于所述支撑架；通过机器手实现样品托在电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间的抓取传送；

所述晶圆进出口接口设有密封装置10和自动门装置(图未示意)，通过所述密封装置能够将电子显微镜或者光刻机与真空腔密封连接以及将相邻真空腔密封连接，通过自动门装置的关闭与否实现电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间是否连通。

本实施例中，所述样品托配置有用于放置晶圆的托盘，样品托的中心设置有卡托，用于固定样品托在支撑架上。

自动门装置比如电控实现的自动门装置，其属于现有技术，容易实现，故不赘述。，自动门装置本身也具有密封结构，自动门装置关闭后，真空腔室内的真空度不会产生太大变化。

本实施例中，所述真空腔设有两个。能够满足，电子显微镜的真空度和光刻机的真空度不同的情况。

本实施例中，所述支撑架配置带有步进编码的旋转驱动装置，其用于驱动位于所述支撑架的样品托匀速旋转。

本实施例中，旋转驱动装置选用步进电机作为卷取驱动转子。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为"步距角"，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

所述真空腔还设有其它工艺接口5，所述其它工艺接口处也设有密封装置和自动门装置。比如，本实施例中，其它工艺比如表面清洁，采用气体对晶圆进行清洁。当真空腔达到真空度要求后，将其它工艺接口处的自动门装置打开，比如采用氮气对晶圆表面进行清洁等，清洁结束后，自动门装置关闭。

所述机器手为六轴机器手，所述机器手配置有位置检测装置、执行机构、驱动系统和控制系统组成；所述驱动系统包括动力装置、调节装置和辅助装置。

本实施例中，选用六轴机器手，其由执行机构、驱动系统、控制系统组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，可对机器手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以的精度达到设定位置；其中驱动系统是驱动机器手执行机构运动的，主要由动力装置、调节装置和辅助装置组成；控制系统是支配着机器手按规定的要求运动的系统。

所述分子泵设置有开关控制系统、监测系统、报警系统、分子泵本体和电源系统。

本实施例中，每一真空腔的机器手皆设有两个。

本实施例中，所述密封装置为卡槽式密封装置。但不限于此，其还可以参考栓-锥或异体同构周边对接装置，通过它的抓手、缓冲器、传力机构和锁紧机构使两个飞行器在结构上实现硬连接，同时增加密封圈等密封结构。只要能满足密封且能将电子显微镜的真空腔与本装置的真空腔、本装置的相邻真空腔以及本装置的真空腔与光刻机的真空腔密封连接即可。

本发明还提供了一种采用所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，包括将晶圆从电子显微镜传送至光刻机的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第一真空腔内的真空度抽至与电子显微镜的真空度一致，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从电子显微镜取出并放置于支撑架，关闭与电子显微镜连接的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据光刻机的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

同时，根据光刻机的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第一个真空腔传送至第二个真空腔的支撑架，关闭第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至光刻机，关闭第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

在步骤一和步骤三之后，可选的打开或关闭其它工艺接口处的自动门装置，并进行相应处理(比如清洁)。

一种所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，还包括将晶圆从光刻机传送至电子显微镜的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第二真空腔内的真空度抽至与光刻机的真空度一致，第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从光刻机取出并放置于支撑架，关闭与光刻机的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据电子显微镜的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；同时，根据电子显微镜的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第二个真空腔传送至第一个真空腔的支撑架，关闭第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至电子显微镜，关闭第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

在步骤一和步骤三之后，可选的打开或关闭其它工艺接口处的自动门装置，并进行相应处理(比如清洁)。

需要说明的是，上述实施例中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序；

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素；

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：包括多个依次连接的真空腔，定义最左面的一个真空腔室为第一真空腔，且最右面的一个真空腔为第二真空腔；

每一真空腔皆包括真空腔室、分子泵、分子泵接口、晶圆进出口接口、支撑架和机器手，所述分子泵通过所述分子泵接口与所述真空腔室连接，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口与电子显微镜连接，所述第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口与光刻机连接；

所述支撑架和所述机器手位于所述真空腔室的内部；放置晶圆的样品托能够放置于所述支撑架；通过机器手实现样品托在电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间的抓取传送；

所述晶圆进出口接口设有密封装置和自动门装置，通过所述密封装置能够将电子显微镜或者光刻机与真空腔密封连接以及将相邻真空腔密封连接，通过自动门装置的关闭与否实现电子显微镜与真空腔、相邻真空腔以及真空腔与光刻机之间是否连通。

2.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述真空腔设有两个。

3.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述支撑架配置带有步进编码的旋转驱动装置，其用于驱动位于所述支撑架的样品托匀速旋转。

4.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述真空腔还设有其它工艺接口，所述其它工艺接口处也设有密封装置和自动门装置。

5.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述机器手为六轴机器手，所述机器手配置有位置检测装置、执行机构、驱动系统和控制系统组成；所述驱动系统包括动力装置、调节装置和辅助装置。

6.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述分子泵设置有开关控制系统、监测系统、报警系统、分子泵本体和电源系统。

7.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：每一真空腔的机器手皆设有两个。

8.根据权利要求1所述的内置传送机构的级联真空腔装置，其特征在于：所述密封装置为卡槽式密封装置。

9.一种采用根据权利要求2所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，其特征在于：包括将晶圆从电子显微镜传送至光刻机的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第一真空腔内的真空度抽至与电子显微镜的真空度一致，第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从电子显微镜取出并放置于支撑架，关闭与电子显微镜连接的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据光刻机的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

同时，根据光刻机的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足光刻机的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第一个真空腔传送至第二个真空腔的支撑架，关闭第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至光刻机，关闭第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

10.一种根据权利要求8所述的内置传送机构的级联真空腔装置的传送方法，其特征在于：还包括将晶圆从光刻机传送至电子显微镜的传送方法，其包括以下步骤：

步骤一、分子泵将第二真空腔内的真空度抽至与光刻机的真空度一致，第二真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置打开，通过机器手将样品托及晶圆从光刻机取出并放置于支撑架，关闭与光刻机的晶圆进出口接口处的自动门装置；

步骤二、根据电子显微镜的真空度要求，第二真空腔的分子泵开始工作直至第二真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；同时，根据电子显微镜的真空度要求，第一真空腔的分子泵开始工作直至第一真空腔的真空度满足电子显微镜的真空度要求停止工作；

步骤三、打开第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆从第二个真空腔传送至第一个真空腔的支撑架，关闭第二真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置和第一真空腔的右侧的晶圆进出口接口的自动门装置；

步骤四、打开第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置，通过机器手将样品托及晶圆传送至电子显微镜，关闭第一真空腔的左侧的晶圆进出口接口的自动门装置。

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