CN116721904B - 一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法，其属于集成电路设备技术领域，其中腔体结构包括有冷阱腔体，冷阱腔体内设置有冷阱，冷阱腔体与集成电路设备的工艺腔体相连接；工艺腔体上开设有用于抽真空的排气口，冷阱腔体与排气口相互独立；工艺腔体上设有用于控制与冷阱腔体连通或密封分隔的闸阀。本发明解决了集成电路设备腔体暴露在大气后抽真空时间长的问题，通过冷阱的低温冷凝效应捕集工艺腔体内残余气体，并能够将冷阱与工艺腔体隔绝，从而实现显著缩短抽真空时间，并有助于获得更洁净的真空环境，提升半导体产品的良率。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设备技术领域，具体地涉及一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法。
背景技术
在集成电路设备中，有一些工艺制程设备需要在高真空度条件下进行，因此在相应设备中具有用于进行工艺的真空腔体。实际使用中，根据工艺的不同，设备需要定期开腔维护，维护时腔体会暴露在大气中、接触空气。维护完成后需要再次抽真空，需要花费较长时间抽真空到本底压力后才能投入生产使用；并且空气中的水蒸气比较容易吸附在腔体内壁上，会进一步降低抽真空效率，以及若腔体中残留有水，将会对工艺效果产生明显的负面影响。对此，现有技术的处理方式是①延长抽气时间，或者②腔体通热水，在温度高的条件下，吸附在腔体壁面的气体更容易解除吸附，进而被抽吸走，但仍需很长时间。因此目前集成电路设备普遍存在维护后恢复高真空所需时间长、且腔体内易残留水的问题，设备利用率低，影响产能及产品良率。
发明内容
基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法，解决集成电路设备腔体暴露在大气后抽真空时间长的问题，实现缩短抽真空的时间，并获得洁净的真空环境，减少真空腔体内的残余气体，从而提升半导体产品的良率。
依据本发明的技术方案，本发明提供了一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，包括有冷阱腔体，冷阱腔体内设置有冷阱，冷阱腔体与集成电路设备的工艺腔体相连接；工艺腔体上开设有用于抽真空的排气口，冷阱腔体与排气口相互独立；工艺腔体上设有用于控制与冷阱腔体连通或密封分隔的闸阀；闸阀设置于冷阱腔体与工艺腔体之间，冷阱腔体与闸阀之间通过真空卡箍可拆卸地连接；冷阱连接有用于控制其移动伸入工艺腔体以及移动回到冷阱腔体的升降装置，冷阱腔体在与工艺腔体相对的一侧面的外侧密封连接并连通有波纹管，波纹管的另一端密封连接有波纹管底板。
优选地，冷阱腔体的形状与冷阱相匹配。
优选地，冷阱腔体与排气口相邻。
进一步地，冷阱连接有硬质的内部冷凝剂管，内部冷凝剂管穿入设置于波纹管内；内部冷凝剂管的另一端密封地穿出波纹管底板并连接有外部冷凝剂管，外部冷凝剂管与冷凝剂输送设备相连接；波纹管底板连接有升降驱动机构。
进一步地，升降驱动机构包括有导轨，导轨、波纹管及内部冷凝剂管的长度方向相同，均与冷阱至工艺腔体的连线方向平行；导轨上滑动连接有滑块，滑块与波纹管底板相连接；滑块连接有用于控制其移动的电机。
进一步地，导轨位于波纹管外侧，导轨的一端与冷阱腔体的外侧相连接；滑块通过L形板与波纹管底板相连接。
本发明还提供一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的方法，采用本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体进行实施，其包括如下步骤：对工艺腔体进行抽真空，随着抽真空的进行，抽气速度会随着压力的降低而变慢，当压力或抽气速度降低至设定值时，通过冷阱捕集残余气体；待压力降低至目标压力值后，关闭闸阀，使冷阱及其捕集到的气体被隔绝在工艺腔体之外的冷阱腔体内。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
1、本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法在工艺腔体上独立地设置有冷阱腔体，冷阱通过低温冷凝效应捕集残余气体，并可在真空度达到要求后关闭闸阀，使冷阱捕集到的残余气体被隔绝在工艺腔体之外，从而显著缩短设备开腔维护后恢复高真空的时间，并能够更进一步地避免水及其他气体的残留，获得更高洁净度的真空环境，从而提升工艺效果、提升半导体产品的良率。
2、本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法在工艺腔体通过冷凝的方式帮助排除残余气体，设备高真空环境中通常都存在一定的残余气体，大部分是水蒸气，传统设计只靠延长抽气时间或通热水加热腔体的方式来获得高真空环境，效率较低，经测试采用本发明可缩短60%-90%的抽气时间，大幅提高设备维护及工作效率。
3、本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法将冷阱腔体独立设置，进一步优选采用可拆卸连接结构，从而在抽真空结束后可将冷阱腔体卸下，进一步保证工艺腔体中的洁净度，并且可将该冷阱腔体再安装于其它设备进行快速抽真空工作，使用灵活，具有极高的实用价值。
4、本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法优选将冷阱设置为可升降移动，从而能够将冷阱伸入工艺腔体，之后再收回冷阱腔体，进一步保证冷凝捕集气体的效率及效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的结构示意图。
图3是本发明一优选实施例的结构示意图。
图4是图3所示结构中闸阀的结构示意图。
图5是图3所示结构中真空卡箍的结构示意图。
图6是图3所示结构中冷阱腔体、冷阱及其升降装置部分的结构示意图。
附图中的附图标记说明：
1、冷阱腔体；
2、冷阱；
3、工艺腔体；
4、排气口；
5、闸阀；
6、真空卡箍；
7、波纹管；
8、波纹管底板；
9、内部冷凝剂管；
10、外部冷凝剂管；
11、导轨；
12、滑块；
13、电机；
14、L形板；
15、阀板；
16、阀盒；
17、闸阀连接段；
18、阀板控制器；
19、连接凸缘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明涉及一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体及方法，属于集成电路设备技术领域，其中腔体结构包括有冷阱腔体，冷阱腔体内设置有冷阱，冷阱腔体与集成电路设备的工艺腔体相连接；工艺腔体上开设有用于抽真空的排气口，冷阱腔体与排气口相互独立；工艺腔体上设有用于控制与冷阱腔体连通或密封分隔的闸阀。本发明解决了集成电路设备腔体暴露在大气后抽真空时间长的问题，通过冷阱的低温冷凝效应捕集工艺腔体内残余气体，并能够将冷阱与工艺腔体隔绝，从而实现显著缩短抽真空时间，并有助于获得更洁净的真空环境，提升半导体产品的良率。
具体地，本发明提供了一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，包括有冷阱腔体，冷阱腔体内设置有冷阱，冷阱腔体与集成电路设备的工艺腔体相连接；工艺腔体上开设有用于抽真空的排气口，冷阱腔体与排气口相互独立；工艺腔体上设有用于控制与冷阱腔体连通或密封分隔的闸阀；闸阀设置于冷阱腔体与工艺腔体之间，冷阱腔体与闸阀之间通过真空卡箍可拆卸地连接；冷阱连接有用于控制其移动伸入工艺腔体以及移动回到冷阱腔体的升降装置，冷阱腔体在与工艺腔体相对的一侧面的外侧密封连接并连通有波纹管，波纹管的另一端密封连接有波纹管底板。
优选地，冷阱腔体的形状与冷阱相匹配。
优选地，冷阱腔体与排气口相邻。
进一步地，冷阱连接有硬质的内部冷凝剂管，内部冷凝剂管穿入设置于波纹管内；内部冷凝剂管的另一端密封地穿出波纹管底板并连接有外部冷凝剂管，外部冷凝剂管与冷凝剂输送设备相连接；波纹管底板连接有升降驱动机构。
进一步地，升降驱动机构包括有导轨，导轨、波纹管及内部冷凝剂管的长度方向相同，均与冷阱至工艺腔体的连线方向平行；导轨上滑动连接有滑块，滑块与波纹管底板相连接；滑块连接有用于控制其移动的电机。
进一步地，导轨位于波纹管外侧，导轨的一端与冷阱腔体的外侧相连接；滑块通过L形板与波纹管底板相连接。
本发明还提供一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的方法，采用本发明的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体进行实施，其包括如下步骤：对工艺腔体进行抽真空，随着抽真空的进行，抽气速度会随着压力的降低而变慢，当压力或抽气速度降低至设定值时，通过冷阱捕集残余气体；待压力降低至目标压力值后，关闭闸阀，使冷阱及其捕集到的气体被隔绝在工艺腔体之外的冷阱腔体内。
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1，本发明所适用的一种集成电路设备包括有用于形成真空环境并进行工艺处理的工艺腔体3，工艺腔体3内具有例如用于放置待处理材料的载台等用于实现所需工艺的部件，以及外部还可能连接有其他部件或腔体，这些并非是本发明的改进重点，故不再赘述，可以理解的是，本发明的方案可以应用于所有具有真空腔体的设备。工艺腔体3需要获得工艺所需的高真空度，故通常均开设有用于抽真空的排气口4，排气口4连接抽真空设备如真空泵等。现有的工艺腔体3在抽真空至所需高真空度时，都难免存在一定的残余气体，其中大部分是水蒸气，这些气体例如会影响工艺过程中所需的粒子在真空腔体中的运动，从而导致工艺效果不佳。传统设计只靠延长抽气时间或通热水加热腔体的方式来获得高真空环境，效率均较低。对此，本发明的主要构思在于，在腔室中连接冷阱，通过冷凝的方式帮助排除残余气体，从而实现缩短设备开腔维护后恢复高真空的时间。
本发明一实施例的一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，包括有冷阱腔体1，冷阱腔体1内设置有冷阱2，冷阱腔体1与集成电路设备的工艺腔体3相连接，工艺腔体3上设有用于控制与冷阱腔体1连通或密封分隔的闸阀5，从而使冷阱腔体1的内部空间与工艺腔体3的内部空间能够形成相连通的一个真空腔室，还能够密封地分隔为两个真空腔室。冷阱腔体1与排气口4相互独立，即，冷阱腔体1和排气口4并列地分别设置在工艺腔体3上两个位置，冷阱腔体1大体呈盒形，仅在与工艺腔体3相连通处具有开口，其余部分为直接或间接地密封；冷阱腔体1上不具有排气口，冷阱腔体1并非是设置在工艺腔体3与抽真空设备之间的通道结构，其可以理解为是在现有工艺腔体3的腔体壁上增设了一个小真空室。
请参阅图2，冷阱腔体1可以设置在工艺腔体3的底面，也可以设置在工艺腔体3的侧壁等，优选地，冷阱腔体1与排气口4相邻，使冷阱2与工艺腔体3内气体接触更充分。冷阱2例如为圆柱形冷阱，更优选为细管螺旋形或者多翅片结构，增大表面积，以便于提升冷凝气体的效果。冷阱腔体1及工艺腔体3的形状不局限于方形、圆形或其它形状。冷阱腔体1及冷阱2的材料可依据集成电路设备所进行工艺不同，选择与工艺腔体3相同的材料。优选地，冷阱腔体1的形状与冷阱2相匹配，例如为略大于冷阱2的圆柱形，使冷阱腔体1的体积较小，避免因其体积而对抽真空效率产生明显影响。
闸阀5可以是位于工艺腔体3内侧的阀板等结构，能实现所需的连通及密封隔绝效果的具体结构均可。优选实施方式中，闸阀5设置于冷阱腔体1与工艺腔体3之间，即设置于工艺腔体3的外侧，便于安装及控制。优选地，闸阀5为图4所示的插板阀，其具有阀盒16，阀盒16中容纳有阀板15，阀盒16上开设有贯通的管状的插板阀连接段17，阀板15连接有阀板控制器18，阀板控制器18通过电控或手动等方式控制阀板15运动，阀板15受控在插板阀连接段17处封堵或不封堵。
进一步优选地，请参阅图3至图6，冷阱腔体1与闸阀5之间通过真空卡箍6可拆卸地连接。真空卡箍6例如图5所示现有结构，其也称夹紧型真空快卸法兰或夹钳。在插板阀连接段17及冷阱腔体1相对接处，均设置有连接凸缘19，进而通过真空卡箍6上下侧的挡板结构夹紧。可以理解的是，本发明结构中需要密封连接的部分按照现有技术方案即可实现，例如在连接处还具有密封胶圈等，实现密封的具体技术细节并非本发明的主要改进点，故不再赘述。优选将冷阱腔体1设置为可拆卸式，当工艺腔体3内真空度达到目标压力后，闸阀5关闭，便可将冷阱腔体1连带冷阱2等拆卸下来，进一步保证工艺腔体3中的洁净度，并且可将该冷阱腔体1再安装于其他维护后需要恢复高真空的设备，使用灵活，具有极高的实用价值。
更优选地，冷阱2连接有用于控制其移动伸入工艺腔体3以及移动回到冷阱腔体1的升降装置，从而在闸阀5开启后，可控制冷阱2上升至工艺腔体3内，使冷阱2与工艺腔体3内气体接触更充分，冷凝捕集效果及效率更佳。例如应用于图2所示结构，可控制冷阱2向右伸入工艺腔体3、位于排气口4的正上方，使被抽吸到排气口4附近的残留气体被冷阱2迅速捕集。
具体而言，优选的一种冷阱2及升降装置结构如图3、图6所示，冷阱腔体1在与工艺腔体3相对的一侧面的外侧密封连接并连通有波纹管7，波纹管7的另一端密封连接有波纹管底板8。冷阱2为盘管结构，连接有硬质的内部冷凝剂管9，内部冷凝剂管9为两条，分别为冷阱2盘管输入和输出冷凝剂，内部冷凝剂管9穿入设置于波纹管7内，内部冷凝剂管9的另一端密封地穿出波纹管底板8并连接有外部冷凝剂管10，外部冷凝剂管10也对应地包括输入、输出两条管路，外部冷凝剂管10可选为软管，外部冷凝剂管10与冷凝剂输送设备如冷凝机相连接，从而使冷阱2获得所需的低温。
波纹管底板8连接有升降驱动机构。具体例如，升降驱动机构包括有导轨11，导轨11、波纹管7及内部冷凝剂管9的长度方向相同，均与冷阱2至工艺腔体3的连线方向平行。导轨11位于波纹管7外侧，导轨11的一端与冷阱腔体1的外侧相连接。导轨11上滑动连接有滑块12，滑块12与波纹管底板8相连接，更具体为滑块12通过L形板14与波纹管底板8相连接，保证波纹管底板8受力方向符合要求。导轨11和滑块12例如为现有的线性模组结构，滑块12连接有用于控制其移动的电机13，可以想到的是，采用其他结构实现控制滑块12在导轨11上移动也可。
基于本发明的上述腔体结构，本发明提供一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的方法，其主要步骤及原理可以概括为：对工艺腔体3进行抽真空，随着抽真空的进行，抽气速度会随着压力的降低而变慢，当压力或抽气速度降低至设定值时，通过冷阱2捕集残余气体；待压力降低至目标压力值后，关闭闸阀5，使冷阱2及其捕集到的气体被隔绝在工艺腔体3之外的冷阱腔体1内。具体例如包括以下步骤。
首先进行准备工作，在维护结束后正确安装连接集成电路设备等结构，并确定初始状态为，闸阀5为关闭状态，冷阱腔体1与工艺腔体3密封分隔。
然后开始进行抽真空，并控制冷阱2开始制冷。优选为，先开始抽真空再开始制冷。
随着抽真空的进行，抽气速度随着压力的降低而变慢，当压力降低至预定压力值（优选例如10mTorr，但不限于此，可根据设备情况不同进行调整；此时抽气速度已处于较低的水平，继续仅通过抽气降低真空度效率会较差）时，将闸阀5打开，工艺腔体3内的气体经过冷阱2时（冷阱2温度可达到例如-120℃至-150℃），会发生低温冷凝效应，从而通过冷阱2迅速捕集残余气体，可缩短60%-90%的抽气时间，并获得洁净的真空环境。
对于优选实施方式，在上述步骤将闸阀5打开后，可通过升降装置控制冷阱2上升，使冷阱2与工艺腔体3内气体接触更充分。此过程中，波纹管7和冷阱腔体1的内部空间均与工艺腔体3相连通形成一个真空腔室，波纹管7在L形板14的推动下被压缩，波纹管7能够在缩短或伸长的同时保证密封，硬质的内部冷凝剂管9同时起到推杆作用推动和支撑冷阱2，软质的外部冷凝剂管10保持与冷凝剂输送设备的连接。
待压力降低至工艺所需的目标压力值（即设备的本底压力，例如为0.1mTorr，设备不同，目标压力值也不尽相同）后，关闭闸阀5（若冷阱2位于冷阱腔体1外，则先通过升降装置控制冷阱2收回到冷阱腔体1内），使冷阱2捕集到的气体被隔绝在工艺腔体3之外，不影响工艺腔体3进行工艺生产，也不影响后续继续通过排气口4进行抽气等过程。
另一种优选实施方式的步骤为：初始状态闸阀5为开启状态，冷阱腔体1与工艺腔体3连通，抽真空时，工艺腔体3和冷阱腔体1内的气体同时被抽走，当压力降低，且抽速减缓后，开启冷阱2制冷，同时将冷阱2升起，捕集腔体内残余气体，达到目标压力后，收回冷阱2，关闭闸阀5，然后停止制冷。
对于例如图3所示的优选实施方式，在闸阀5关闭后，可将真空卡箍6松开，将冷阱腔体1连带冷阱2等结构一起拆卸下来，替换为相应尺寸的盲板（现有结构，与真空卡箍6相配套）安装于闸阀5的末端，通过真空卡箍6固定，保证密封效果。从而进一步保证工艺腔体3中的洁净度，并且可将该冷阱腔体1再安装于其他维护后需要恢复高真空的设备。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，其特征在于，包括有冷阱腔体（1），冷阱腔体（1）内设置有冷阱（2），冷阱腔体（1）与集成电路设备的工艺腔体（3）相连接；工艺腔体（3）上开设有用于抽真空的排气口（4），排气口（4）连接抽真空设备，冷阱腔体（1）与排气口（4）相互独立；冷阱腔体（1）仅在与工艺腔体（3）相连通处具有开口，其余部分为直接或间接地密封；工艺腔体（3）上设有用于控制与冷阱腔体（1）连通或密封分隔的闸阀（5）；
闸阀（5）设置于冷阱腔体（1）与工艺腔体（3）之间，冷阱腔体（1）与闸阀（5）之间通过真空卡箍（6）可拆卸地连接；冷阱（2）连接有用于控制其移动伸入工艺腔体（3）以及移动回到冷阱腔体（1）的升降装置；冷阱腔体（1）在与工艺腔体（3）相对的一侧面的外侧密封连接并连通有波纹管（7），波纹管（7）的另一端密封连接有波纹管底板（8）；升降装置为与波纹管底板（8）相连接的升降驱动机构；
冷阱腔体（1）的形状与冷阱（2）相匹配，冷阱腔体（1）略大于冷阱（2）；
冷阱腔体（1）与排气口（4）相邻，冷阱腔体（1）设置在工艺腔体（3）的侧壁；冷阱（2）伸入工艺腔体（3）后位于排气口（4）的正上方；
冷阱（2）连接有硬质的内部冷凝剂管（9），内部冷凝剂管（9）穿入设置于波纹管（7）内；内部冷凝剂管（9）的另一端密封地穿出波纹管底板（8）并连接有外部冷凝剂管（10）；外部冷凝剂管（10）与冷凝剂输送设备相连接。
2.根据权利要求1所述的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，其特征在于，升降驱动机构包括有导轨（11），导轨（11）、波纹管（7）及内部冷凝剂管（9）的长度方向相同，均与冷阱（2）至工艺腔体（3）的连线方向平行；导轨（11）上滑动连接有滑块（12），滑块（12）与波纹管底板（8）相连接；滑块（12）连接有用于控制其移动的电机（13）。
3.根据权利要求2所述的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体，其特征在于，导轨（11）位于波纹管（7）外侧，导轨（11）的一端与冷阱腔体（1）的外侧相连接；滑块（12）通过L形板（14）与波纹管底板（8）相连接。
4.一种用于集成电路设备的快速获得高真空度的方法，其特征在于，采用根据权利要求1-3中任意一项所述的用于集成电路设备的快速获得高真空度的腔体进行实施，其包括有如下步骤：
初始状态闸阀（5）为开启状态，冷阱腔体（1）与工艺腔体（3）连通；
对工艺腔体（3）进行抽真空，工艺腔体（3）和冷阱腔体（1）内的气体同时被抽走；
当压力降低至10mTorr时，开启冷阱（2）制冷，同时将冷阱（2）升起，冷阱（2）伸入工艺腔体（3）且位于排气口（4）的正上方，使被抽吸到排气口（4）附近的残留气体被冷阱（2）迅速捕集；
待压力降低至目标压力值后，收回冷阱（2），关闭闸阀（5），使冷阱（2）及其捕集到的气体被隔绝在工艺腔体（3）之外的冷阱腔体（1）内；
将真空卡箍（6）松开，将冷阱腔体（1）整体拆卸下来，替换为相应尺寸的盲板安装于闸阀（5）的末端，通过真空卡箍（6）固定，保证密封。
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2023
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