CN1266740C - 用于去除微粒的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于在处理设备中去除微粒的装置，所述处理设备包括真空容器单元，所述真空容器单元具有多个腔室，在所述腔室中对由处于大气压下的传送单元送入的晶片执行预定处理，所述去除微粒的装置包括：电荷中和装置，用于中和在晶片表面上产生的电荷，所述电荷中和装置安装在等待-容纳单元中，所述等待-容纳单元组成传送单元的一部分；和充电装置，用于通过静电力吸收真空容器单元中的微粒，所述充电设备安装在真空容器单元中，本发明装置没有降低处理设备的运行率的情况下有效地消除了真空容器单元中的微粒，且能够简单而廉价地实施。

Description

用于去除微粒的装置
技术领域
本发明总体上涉及一种用于去除微粒的装置，更确切地，涉及一种用于在包括真空容器单元在内的处理设备中去除微粒的装置，在所述真空容器单元中，在晶片上进行预定的工艺过程，所述晶片由传送单元承载。作为本发明所应用于的处理设备，有一个溅射装置，所述溅射装置用于制造诸如半导体集成电路和液晶板的电子器件。
背景技术
当诸如半导体集成电路和液晶显示板的电子器件在尺寸上变得较大并且其处理技术成为更微观时，微粒，如在制造过程中空气中的灰尘和液体化学药品中的细小晶粒，大大地影响电子器件的特性或生产率。由于这个原因，微粒的消除是非常重要的因素。例如，在半导体集成电路中，在电路上制成的金属线之间的距离要求大约0、2μm至0、1μm的设计规则并且要求处理技术是更微观的。在这样的微观电路中，由于微粒尺寸等于或大于金属线之间的距离，因此当微粒粘附于晶片上引起短路时，生产率(原材料与产品的比率)降低。
例如，在半导体集成电路的制造过程中使用的溅射装置中，在高真空水平的真空容器中产生惰性气体离子并且使用通过在靶和晶片之间施加电压而产生的电场使惰性气体离子碰撞靶。通过碰撞从靶材料上逃逸出的原子沉积在晶片上以形成预定的薄膜。在薄膜的形成过程中，通过碰撞从靶材料上逃逸出的原子不仅沉积在晶片上，而且也沉积在用于固定晶片的夹具上或在夹具周围。当沉积生长时，沉积在除了晶片外的部分上的靶材料通过薄膜的应力而分离，并作为微粒在真空容器中漂浮。而且，用于安装在真空容器中的晶片的传送单元和其它可移动单元引起微粒的产生。也存在自身粘附在晶片上并被带入真空容器中的微粒。
如图7所示，在日本专利未审查出版物JP-A6252066(1994)中披露了薄膜形成设备，在所述薄膜设备中使用静电力去除微粒。薄膜形成设备包括真空容器41；安装在真空容器中的盘支架42；微粒收集盘43；充电装置44，用于使微粒收集盘43充电；和充电棒45，其构成充电设备的一部分。薄膜形成设备也包括排气端口46、反应气体引入线47、清洁气体引入线48、阀49和其它元件(未出示)。
根据上述薄膜形成设备，由电导体材料组成的微粒收集盘43被传送至真空容器41中并放在盘支架42的预定位置上。充电棒45然后被展开以与接触并使微粒收集盘43充电，所述充电棒45构成充电设备44的一部分。同时，气体通过清洁气体引入线48被引入真空容器41中，所述清洁气体引入线48与反应引入线47连接，以至于被气体吹出的微粒通过静电力而吸在充电微粒收集盘43上。微粒以被收集在其上的微粒收集盘43然后从真空容器41传送出来。在设备中的微粒用上述方法消除。用于制成设备的晶片然后传送入真空容器41中以经受薄膜形成过程。
然而，在日本专利未审查出版物JP-A6252066(1994)中披露了薄膜形成设备中，注入气体以把微粒吹出，这样使微粒在整个真空容器弥散。由于充电微粒收集盘的面积与真空容器内表面的面积相比较小，因此仅使用微粒收集盘来消除整个弥散的微粒是不够的。而且，由于充电电极与微粒收集盘接触以充电，因此微粒收集盘的表面由于划伤而损坏，导致附加的微粒产生。
此外，由于移动充电棒的机构通过真空容器的壁而安装，因此使微粒收集盘充电的装置是复杂并巨大的，而且需要高的装配花费。而且，由于使用用于帮助燃烧的昂贵气体来干燥清洁，因此操作成本较高。
此外，由于当微粒收集盘吸收微粒时，薄膜制备过程必须停止很长时间，因此运行率降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于去除微粒的装置，其在没有降低处理设备的运行率的情况下能有效地消除真空容器单元中的微粒，并且简单廉价地实施。
为了达到上述目的，提供一种用于在处理设备中去除微粒的装置，所述处理设备包括真空容器单元，所述真空容器单元具有多个腔室，在所述腔室中对由处于大气压下的传送单元送入的晶片执行预定处理，所述去除微粒的装置包括：电荷中和装置，用于中和在晶片表面上产生的电荷，所述电荷中和装置安装在等待-容纳单元中，所述等待-容纳单元组成传送单元的一部分；和充电装置，用于通过静电力吸收真空容器单元中的微粒，所述充电设备安装在真空容器单元中。
根据本发明的去除微粒的装置，在晶片表面上产生的电荷被在等待-容纳单元中的电荷中和装置所中和，所述等待-容纳单元构成传送单元的一部分。因此，当晶片被传送至真空容器单元内时，有效地防止真空容器中存在的微粒通过静电力粘附至晶片表面。此外，在真空容器单元中，存在于真空容器单元中的微粒通过静电力被吸收至充电设备上以有效地去除漂浮在真空容器单元中的微粒。另外，通过电荷中和晶片表面的中和及通过充电设备微粒的吸收在没有于接触晶片的情况下进行。这防止在晶片表面上任何附加微粒的产生。因此，在真空容器单元中漂浮的微粒数量保持在较低水平。因此，使用晶片的生产率(原料与产品的比率)也比传统技术高。
在根据本发明的去除微粒的装置中，电荷中和装置安装在等待-容纳单元内，所述等待-容纳单元构成传送单元的一部分，也就是在大气压下。另一方面，由于充电装置通过静电力吸收真空容器单元中的微粒，因此充电装置能够用例如带电金属盘来实施，并且不需要任何可移动零件。因此，根据本发明的用于去除微粒的装置能够简单而廉价地实施。所以，安装费用低。此外，根据本发明的用于去除微粒的装置不消耗象用于去除微粒的清洁气体材料，导致与传统装置比较更少的运行费用。
此外，当进行处理设备的固有过程时能够同时通过电荷中和装置进行晶片表面的中和及通过充电装置进行微粒吸收。即，通过传送单元传送晶片，当在晶片上进行预定过程时，所述晶片通过在真空容器单元中的传送单元传送，能够进行晶片表面的中和及微粒的吸收。因此，处理设备的固有过程不需要停止来去除微粒。所以，根据本发明的用于去除微粒的装置，处理设备的运行率没有降低。
在用于去除微粒的装置的实施方案中，电荷中和装置通过从远离晶片安装的电极上放电进行晶片上产生的电荷的中和。
根据本实施方案的去除微粒的装置，没有与晶片接触通过电荷中和装置进行中和晶片表面上产生的电荷。因此，从晶片表面不产生任何额外的微粒。此外，从电极排放出的电荷数量(正离子或负离子的数量)能够调节至完全中和晶片表面上的电荷。
在用于去除微粒的装置的一个实施方案中，充电装置包括金属盘，其与晶片分离地安装，所述晶片在真空容器单元内传送，并通过给金属盘充电吸收微粒。
根据本实施方案的用于去除微粒的装置，没有与晶片接触而通过充电装置进行微粒的吸收。因此，没有任何额外的微粒从晶片表面产生。此外，极性(正或负)或金属盘的电荷数量完全调节至有效地吸收真空容器中的微粒。
此外，提供一种用于在处理设备中去除微粒的方法，所述处理设备包括真空容器单元，所述真空容器单元具有多个腔室，在所述腔室中在由大气压下的传送单元送入的晶片上执行预定处理，所述方法包括如下步骤：中和在等待-容纳单元中的晶片的表面上产生的电荷，所述等待-容纳单元构成传送单元的一部分；和通过静电力吸收存在于真空容器中的微粒。
附图说明
图1是溅射装置的构造示意平面图，所述溅射装置包括根据本发明的一个实施方案的用于去除微粒的装置；
图2是包含在溅射装置中的离子发生器和等待-容纳单元的示意侧面图；
图3是充电装置的示意平面图，所述充电装置安装在溅射装置的压力缓冲单元中；
图4是说明充电装置和每一个腔室之间的结构关系的平面图；
图5(A)是说明器件晶片处理流程的图表；
图5(B)是说明通过溅射装置的微粒收集处理流程的图表
图6是说明腔室的压力状态的图表，通过所述压力状态移动晶片；和
图7是说明在传统薄膜形成设备中去除微粒的方法的图表。
具体实施方式
将参照附图详细地说明根据本发明的用于去除微粒的装置。
图1是示意地说明溅射装置的构造平面图，所述溅射装置包括根据本发明的一个实施方案的用于去除微粒的装置。
溅射装置1包括用于传送晶片的传送单元11；压力缓冲单元12和处理腔室13。压力缓冲单元12和处理腔室13构成真空容器单元10。溅射装置1也包括控制单元，其对整个装置进行控制；真空排放系统；电源单元和其它组件，虽然未在图中出示，因为他们不是直接与本发明有关。
传送单元11把用于薄膜形成的晶片沿虚线所示的箭头A传送至真空容器单元10。在薄膜形成之后，传送单元11沿虚线所示的箭头B把晶片传送出真空容器单元10之外。具体地，如图1所示，从左至右，传送单元11包括盒装载单元111，在所述盒装载单元111上，放置有包括安装在其内的晶片(器件晶片)的盒；传送带单元112，其沿箭头A或箭头B所示的方向传送晶片；和等待-容纳单元113，晶片在被传送至真空容器单元10之前临时容纳在所述等待-容纳单元113中。离子发生器114，其用作中和晶片表面上的电荷的电荷中和装置，安装在等待-容纳单元113的上面。传送单元11的零件全部在大气压下。离子发生器114将在后面详细说明。
压力缓冲单元12在大气压下设置在传送单元11(等待-容纳单元113)和真空下处理腔室13之间。压力缓冲单元12包括通过门(未出示)依次排列的载荷锁定腔室(LOC)121、缓冲腔室(BUC)122和清洁腔室(CLC)123。去除微粒的充电装置124安装在腔室121、122、123的每一个之中，所述腔室121、122、123构成了压力缓冲单元12。充电装置124将在后面详细说明。
载荷锁定腔室121通过开启安装在具有等待-容纳单元113的边界处的门(未出示)加载晶片，并且使用真空排放系统(未出示)增加具有装载在其中的晶片的真空度。用这种方法，晶片能够加载到具有维持在处理腔室13中的高真空度的真空容器单元10中。缓冲腔室122容纳晶片直到在缓冲腔室122中的晶片数量达到预定的数量，所述预定的数量能够在处理腔室13中的成批处理。清洁腔室123具有侵蚀功能，在所述清洁腔室123中，晶片表面被侵蚀以在薄膜形成过程之前清洁。
处理腔室13容纳四个晶片固定器(No、1-No、4)，在此实施方案中，四个晶片固定器放置在四个位置。当晶片从第一固定器移至第四固定器时，放置在处理腔室13的晶片经受用于薄膜形成的溅射处理。在薄膜形成过程之后，晶片被传送至压力缓冲单元12。
图2示意地说明图1的离子发生器114和包括于溅射装置中的等待-容纳单元113的构造侧面图。离子发生器114包括多个用于产生离子的离子产生电极31；水平延伸离子发生器棒(棒形电极)32，离子产生电极31连接至所述离子发生器棒32上；和支撑棒33，其把离子发生器棒32连接至离子发生器外壳上(未详细出示)。每一个离子产生电极31都以预定距离与放置在等待-容纳单元113内的晶片面对。离子发生器114也包括非接触型电荷测量装置(未出示)，其通常被称为静电测试器。使用非接触型电荷测量装置，没有任何接触能够测量晶片表面的电荷数量。将被辐射的离子剂量基于测量的电荷的数量而确定。由每一个离子产生电极31产生的离子被辐射到晶片34的整个表面上。因此在晶片表面上的电荷被中和，即，没有与晶片接触而消除。
参照图2，离子发生器114具有多个(+)、(-)电极。每一个电极重复电晕放电以至于(+)电极产生(+)电荷而(-)电极产生(-)电荷。因此，在离子发生器114下面的晶片表面上的电荷由电极产生的(+)(-)电荷而抵消以中和。而且，离子发生器114具有响应晶片表面上的电荷的状态而调节(+)(-)电荷的功能。
在图2中，说明了多个离子产生电极31交替产生正和负离子。然而，这仅仅是离子发生器的构造的一个实例，产生离子的方法不限于此实例。从每一个离子产生电极31所产生的正和负离子的数量能够完全被调节至中和晶片表面上的电荷。
图3是示意地说明充电装置124的平面图，所述充电装置124安装在图1的压力缓冲单元12内。压力缓冲单元12包括由绝缘体(例如石英玻璃)组成的侧壁12A和12B，其构成了腔室121、122和123。侧壁12A和12B的外部处于大气压下而其内部在真空下。
充电装置124包括内部盘电极85B和86B，它们由沿腔室侧壁12A和12B的内侧安装的金属盘组成；外部盘电极85A和86A，它们由沿腔室侧壁12A和12B的外侧安装的金属盘组成以与内部盘电极85B和86B相对；DC(直流)电源81和82；线路83A和84A，它们分别用外部盘电极85A和86A连接电源81和82的正端子；和线路83B和84B，它们分别用内部盘电极85B和86B连接电源81和82的负端子。线路83B和84B通过气密地穿透腔室壁而安装。
图3所示的充电装置是电容器，通过它们之间的腔室侧壁，外部盘电极85A和86A被充上正电荷，内部盘电极85B和86B被充上负电荷。因此，在腔室内带正电微粒被收集在带负电的内部盘电极上。
电容存在内部盘电极85B和86B和外部盘电极85A和86A之间。因此，一旦DC电压施加在内部盘电极85B和86B和外部盘电极85A和86A之间，则除非通过放电消失，否则内部盘电极85B和86B的电荷数量能够保持。因此，充电装置124不需要高的动力来运行。
根据此实施方案，构成压力缓冲单元12的载荷锁定腔室121、缓冲腔室122和清洁腔室123分别包括充电装置124。然而，充电装置124可以安装在腔室121、122和123中的至少一个内。在充电装置124和每一个腔室121、122和123之间的结构关系如图4所示。
如上所述，离子发生器114安装在等待-容纳单元113的内，也就是在大气压下。另一方面，充电装置124不需要可移动件。因此，包括这些组件的用于去除微粒的装置能够简单而廉价地实施。所以，安装费用是低的。此外，不需要使用象清洁气体的材料，与传统装置比较，这减少了运行花费。
说明在溅射装置中的器件晶片处理和微粒收集处理的流程图分别如图5(A)和5(B)所示。
(a)首先，图5(A)所示的说明器件晶片处理的流程图将参照图1来说明。在此实施方案中，作为一个实例，具有8英尺(大约200毫米)直径的硅晶片被用作器件晶片以制造半导体集成电路。预定数量的晶片，例如，25个晶片，被清洁，然后被加载在晶片盒内。晶片盒设置在溅射装置的盒装载单元111上。当提示处理开始命令时，处于真空的压力缓冲单元12的载荷锁定腔室(LOC)121内的压力增加至大气压力。在压力增加过程中，晶片设定待在盒装载单元111上。
当载荷锁定腔室121的压力达到大气压力时，器件晶片通过传送带单元112沿箭头A的方向一次一个晶片地被传送至等待-容纳单元113。然后当安装在等待-容纳单元113上面的离子发生器114辐射预定数量的离子且没有接触器件晶片以便中和在晶片的表面上所带的电荷时，等待-容纳单元113执行在等待-容纳单元113内的器件晶片的位置确定调整。
其后，中和了的器件晶片被传送至载荷锁定腔室121。例如，当全部的器件晶片被容纳于载荷锁定腔室121中时，载荷锁定腔室121的压力从大气压减小至预定值，如2×10-5Pa。当压力达到预定值时，器件晶片依次从载荷锁定腔室121传送至缓冲腔室(BUC)122。在缓冲腔室122内容纳的器件晶片通过清洁腔室123被清洁。器件晶片然后经过在处理腔室13中的第一-第四固定器并经过清洁腔室123然后送回至缓冲腔室122。当器件晶片经过第一-第四固定器时，通过溅射方法在器件晶片的表面沉积预定金属薄膜。
在完成金属薄膜的形成过程并且所有的器件晶片都被送回至缓冲腔室122之后，器件晶片被传送至载荷锁定腔室121。其后，在载荷锁定腔室121内的压力从真空升至大气压。当载荷锁定腔室121内的压力达到大气压时，器件晶片被传送至等待-容纳单元113，然后通过传送带单元112沿箭头B的方向送回至设在盒装载单元111内的晶片盒。
这通过溅射装置完成了器件晶片处理。由于每一个过程的条件实质上与通常半导体集成电路制造过程是相同的，因此没有详细说明每一个过程的条件。
(b)第二，将说明如图5(B)所示的说明微粒收集处理的流程图。
在溅射处理过程中大量的金属微粒从靶上产生。通常，金属微粒在真空下倾向于具有正电荷。
根据溅射装置，如图3所示，由金属盘组成的内部盘电极85B和86B沿压力缓冲单元12的侧壁12A和12B的内部侧面安装。内部盘电极85B和86B总是带负电荷载。因此，由于施加在微粒90上的来自内部盘电极85B和86B的静电力，大多数漂浮在压力缓冲单元12的腔室121、122和123的微粒90被吸收至内部盘电极85B和86B上。所以，有效地防止微粒粘附于沿路径A和B被传送的器件晶片上。
另一方面，内部盘电极85B和86B的电荷数量，也就是，在内部盘电极85B和86B和外部盘电极85A和86A之间所施加的电压值依赖于处理设备和离子的类型来确定。
然而，如上所述，当使用等待-容纳单元113内的离子发生器114中和装置晶片的表面电荷时，被正传送至压力缓冲单元12上的器件晶片表面电荷数量几乎是零。因此，与当不使用离子发生器时相比，可有效地防止由于静电力而使在真空容器单元10中存在的微粒粘附至器件晶片表面。粘附于真空容器单元10内的晶片表面的微粒数量能够少于一半。此外，由于总是通过压力缓冲单元12内的充电装置124收集微粒，因此有效地消除真空容器单元10(压力缓冲单元12)内漂浮的微粒。另外，可在没有与晶片有任何接触下，通过离子发生器114进行晶片表面的中和和通过充电装置124进行微粒吸收。因此，在晶片表面不产生额外的微粒。所以，在真空容器单元10内漂浮的微粒数量保持在低水平，并且使粘附于器件晶片的真空容器单元10的额外微粒减到最小。因此，例如，当每一个晶片微粒允许的数量少于20时，装置能够运行时间长于传统的装置。与使用传统装置情况相比，使用晶片的生产率(原材料与产品的比率)也被提高。
根据本发明，由于压力缓冲单元12内的微粒不变地被充电装置收集，因此，微粒收集过程不需要停止器件晶片的处理。此外，等待-容纳单元113的离子发生器114保持中和模式以中和装置晶片的表面电荷以至于不需要模式的变化。所以，实质上提高了设备的处理能力(运行率)。
将更详细地说明根据本发明的用于去除微粒的装置的载荷锁定腔室和充电装置。
图6是说明通过其移动晶片的腔室的压力状态的图表。如图6所示，载荷锁定腔室121作为把晶片从大气压状态送入真空状态并晶片从真空状态送回至大气压状态的压力缓冲部分。参照图6，等待-容纳单元113处于大气压下。在载荷锁定腔室121的前面直接地放置等待-容纳单元113，并且离子发生器114放置在等待-容纳单元113上以至于离子发生器正常地运行以使晶片表面总是处于中和状态下(它相应于图5(A)的流程)。
而且，图3所示的充电装置分别放置在处于真空状态的载荷锁定腔室121、缓冲腔室122和清洁腔室123内或上，并且在真空腔室内收集微粒以至于一段晶片总是处于清洁的状态(它相应于图5(B)的流程)。
即，在等待-容纳单元113中，晶片表面被离子发生器114所中和以处于清洁状态下，其中微粒不因为静电力等而粘附。同时，真空腔室的内部通常被图3所示的充电装置保持在清洁状态下，并且中和了的清洁晶片经过被清洁的真空腔室(双清洁效果)。图5(A)和图5(B)的流程同时进行。
根据本发明，对于微粒收集过程不需要特别的操作。由于不需要在传统技术中微粒收集所使用的晶片，因此能够完全消除购买用于微粒收集的晶片的费用和操纵用于微粒收集的晶片的时间和费用。
在本发明的实施方案中，充电装置124的内部盘电极85B和86B分别用一个盘(见图3)来说明。然而，内部盘电极85B和86B能够被分成多段并且只要它们不接触器件晶片，其安排没有任何限制。充电装置124的内部盘电极85B和86B的电荷极性和数量可以基于微粒的特性来确定以被消除。
此外，当充电装置124的内部盘电极85B和86B安装成具有多个段时，各自的段的电荷的极性和数量能够彼此独立或非独立地设定。
而且，在本发明的实施方案中，充电装置124安装在真空容器单元10的压力缓冲单元12内。然而，本发明的范围并不限于此。充电装置124能够安装在处理腔室13内代替压力缓冲单元12或即能够安装在压力缓冲单元12又能够安装在处理腔室13内。只要充电装置124不与器件晶片接触，充电装置124的数量和安排没有具有任何特别限制。
在此实施方案中，已经说明了本发明的用于去除微粒的装置，所述用于去除微粒的装置应用于溅射装置。然而，本发明的用于去除微粒的装置能够应用于其它包括真空容器单元的处理设备，例如减压CVD设备、蚀刻设备或离子注射设备，并提供相同的作用。本发明的用于去除微粒的装置的使用不限制于半导体集成电路制造过程。用于去除微粒的装置也能够应用于包括真空容器单元的处理设备，所述真空容器单元用在化学合成物半导体制造过程和LCD板制造过程，并且提供相同的作用。
如上述，根据本发明的用于去除微粒的装置，没有降低处理设备的运行率能够有效地消除真空容器单元的微粒。此外，本发明的用于去除微粒的装置能够简单而廉价地实施。
本发明已被以图解的方式说明了，应该理解所使用的术语旨在具有说明的作用而不是为了限制本发明。根据上述说明，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，应该理解在所附权利要求书的范围内，除了象具体说明的实施本发明外，也可以实施本发明。

Claims (5)

1、一种用于在处理设备中去除微粒的装置，所述处理设备包括真空容器单元，所述真空容器单元具有多个腔室，在所述腔室中对由处于大气压下的传送单元送入的晶片执行预定处理，所述去除微粒的装置包括：
电荷中和装置，用于中和在晶片表面上产生的电荷，所述电荷中和装置安装在等待-容纳单元中，所述等待-容纳单元组成传送单元的一部分；和
充电装置，用于通过静电力吸收真空容器单元中的微粒，所述充电设备安装在真空容器单元中。
2、根据权利要求1所述的去除微粒的装置，其中电荷中和装置通过从电极放电执行在晶片表面上所产生的电荷的中和，所述电极安装的与晶片离开预定距离。
3、根据权利要求1所述的去除微粒的装置，其中充电装置包括金属盘并通过使金属盘充电吸收微粒，所述金属盘安装的与晶片离开，所述晶片在真空容器单元内移动。
4、根据权利要求3所述的去除微粒的装置，其中金属盘包括沿腔室侧壁的内侧安装的内部盘电极；和沿腔室侧壁的外侧安装以与内部盘电极相对的外部盘电极。
5、一种用于在处理设备中去除微粒的方法，所述处理设备包括真空容器单元，所述真空容器单元具有多个腔室，在所述腔室中在由大气压下的传送单元送入的晶片上执行预定处理，所述方法包括如下步骤：
中和在等待-容纳单元中的晶片的表面上产生的电荷，所述等待-容纳单元构成传送单元的一部分；和
通过静电力吸收存在于真空容器中的微粒。
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