CN1295774C - 晶片装载室 - Google Patents

Abstract

一种晶片装载室，包括一腔体、一升降台、一伸缩轴以及一蒸气捕捉装置；腔体包括一底表面；升降台是设置于腔体之内；伸缩轴包括一上端及一下端，上端是连结于升降台，下端连接于底表面，其中一润滑剂涂覆于伸缩轴之上；蒸气捕捉装置可防止润滑剂产生的蒸气造成晶片的污染。

Description

晶片装载室

技术领域

本发明是有关于一种晶片装载室，特别有关于一种晶片装载室，其具有一可伸缩套筒及一金属吸引组件，在可伸缩套筒与金属吸引组件的作用下是可防止润滑油的蒸气污染晶片，并且可避免或降低于晶片上产生漩涡缺陷。

背景技术

一般而言，半导体工艺是在减压及气体流动的环境中进行，并且大部分是在真空反应室内进行基板的相关制程作业，例如：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或低压干式蚀刻等反应室。

以物理气相沉积(PVD)工艺为例，其方式通常是可由一卡匣将多个晶片加载于一晶片装载室(loadlock)，或是自晶片装载室将具有多个晶片的卡匣子以取出。因此，在对于晶片进行处理之前，晶片装载室是必须保持在真空环境状态之中，如此可避免晶片装载室受到不当的污染，同时缩短工艺周期。

当晶片被置放入晶片装载室之后，可由晶片装载室便可将这些晶片输送至另一反应室，如此以进行其它的工艺，其它的工艺以沉积阻障层工艺为例。于反应室的主要污染源来自于水(H₂O)、氢(H₂)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)及甲烷(CH₄)，同时于晶片装载室内亦可能存在有其它如苯甲基(C₆H₅-CH₂)、氟(F₂)等污染物。

虽然于一般反应室中可由清洁系统以对于上述的各种污染物进行移除，并且可透过清洁系统清洁晶片的表面以有效增加成品率，但是即使预防保养作业之后仍可能会导致晶片成品率的降低。图1是显示出当进行电镀处理之后，于晶片110上出现漩涡状的瑕疵10(以下简称为漩涡缺陷10)。

图2是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与晶片上的污染程度(以信号表示)的关系图。当完成每一晶片的处理之后，且晶片尚未送回到物理气相沉积的现有装载室之前，即可对于其内部进行残余气体的相关分析，并且监控前几片晶片的污染程度。由图2中可看出，当晶片在送回到现有装载室之前，若晶片上的污染程度是在可接受范围内时，则可接受的污染程度的代表符号定义为“CTL”。另一方面，晶片传送到现有装载室之后，晶片(1)的污染程度突然剧增，此点可由图2所观察得知。此外，由图上更可看出，后续的晶片(2)、(3)、(4)、(5)及(6)的污染程度是逐渐减低。然而，就污染程度而言，这些晶片(2)、(3)、(4)、(5)、(6)的污染程度仍明显地较高于可接受的污染程度CTL。

图3是显示现有晶片装载室100的分解示意图。现有晶片装载室100具有一轴部108，轴部108是以可旋转方式于晶片装载室100内进行上、下的移动，并且可由轴部108可对于升降台的上、下位置进行调整。当升降台设置于正确位置之后，即可将卡匣104内的晶片110传送至邻接于其后侧的一反应室(未显示于图3)。如上所述，当完成晶片110的处理且将晶片110送回至装载室100时，于其中已处理过的前6片晶片上产生了漩涡缺陷10。就可存放25片晶片的一般卡匣而言，其所存放的第1片晶片的污染程度是最高，而其它的晶片的污染程度则依序减少。第7片至最后一片晶片上的污染程度则是微乎其微。根据残余气体分析显示，晶片110上的主要污染物为离子CF₃ ⁺，此离子CF₃ ⁺的分子量(amu)为69。

为了寻找污染物的来源，必须观察现有装载室的操作方式。由现有装载室100可知，为了准确地对于升降台、晶片110的上下移动位置进行控制，轴部108必须涂抹润滑剂，如此方能够将晶片110顺利地传送至装载室100、或是将晶片110由装载室100之中予以取出。经由实验得知，润滑剂的化学结构为F-(CF-CF₂-O)_n-CF₂CF₃，其中，n＝10-60。由此可知，在高温、低压的环境之下，润滑剂中的F-(CF-CF₂-O)_n-CF₂CF₃与离子CF₃ ⁺之间的键结容易被切断，亦即，高温、低压下的润滑剂极为容易被蒸发而形成气体状态。

因此，由图4可知，当于装载室100中进行另一残余气体频谱分析时，对于装载室100中的被加热的气体进行分析，并且当轴部108进行移动时，可由频谱分析可有效取得因为加热所产生气体(outgas)的程度。

经由上述说明可知，频谱分析是主要对于装载室100中的加热程序中所产生的气体进行分析。为了简化图示，图4中仅显示出H₂O、CF₃ ⁺及Ar等气体于加热后的产生气体程度加以说明，其中，H₂O的分子量为18，CF₃ ⁺的分子量为69及Ar的分子量为40。由图4可知，当处于时间点(b)时，也就是当轴部108进行移动时，污染程度是明显地增加。以分子量18的H₂O为例，当处于时间(b)时，装载室100的阀门(silt valve)(未显示于图中)处于开启状态，H₂O的信号程度于开始的瞬间便提升至1×10^-8与1×10^-7之间，随后的信号程度便衰减至1×10^-10与1×10^-9之间。然而，当处于时间(c)的期间时，由于装载室100中的轴部108正处于移动状态，其信号程度则突然又再度增加至接近于1×10^-9的位置上。同样地，分子量69的CF₃ ⁺、分子量40的Ar是均具有类似于H₂O的信号曲线图，并且当轴部108进行移动时，相对于图上的信号曲线便会骤升至1×10^-12与1×10^-11之间的高度。经由上述分析可知，信号程度会增加的原因是在于当轴部108处于移动状态时，润滑剂所产生的离子CF₃ ⁺完全扩散至装载室100的内部空间之中，如此将造成信号曲线的突然增加。此外，由于润滑剂对于钢合金、铜(Cu)、不锈钢(stainless steel)等金属及其它合金(例如：铝合金(aluminumalloy)、钛合金(titanium alloy)、镍合金(nickel alloy)及钴合金(cobaltalloy)等)均具有亲和性，如此将造成离子CF₃ ⁺有被直接吸附于晶片表面上的倾向，其又以处于高温环境之下且具有铜表面的晶片更是明显。随后，当阀门开启时，由时间(d)所代表，信号程度再次突然增加，增加的原因也是因为轴部108的移动。因此，污染物、晶片上的漩涡缺陷等现象均是由于装载室100之中的润滑剂受加热而产生蒸气所导致。

有鉴于此，需要一种装载室以有效解决污染物及晶片上的漩涡缺陷等问题，并且避免于装载室100中产生润滑剂的蒸气，以降低或消除晶片上的漩涡缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种晶片装载室，有效解决污染物及晶片上的漩涡缺陷等问题。

本发明的另一目的在于提供一种晶片装载室，更能增加成品率。

根据本发明的一种晶片装载室，其包括一腔体、一升降台、一伸缩轴以及一蒸气封闭装置。腔体包括一底表面。升降台是设置于腔体之内。伸缩轴包括一上端及一下端，上端是连结于升降台，下端连接于底表面，并且于伸缩轴之上涂覆有润滑剂。蒸气封闭装置是用以对于因高温环境下的润滑剂所产生的蒸气进行收集，如此以避免晶片受到不当的污染。

在一较佳实施例中，蒸气封闭装置包括一可伸缩套筒，可伸缩套筒是用以包覆伸缩轴且封闭润滑剂产生的蒸气。

又，可伸缩套筒具有一第一端与一第二端，第一端是设置于升降台，第二端是密封于伸缩轴的下端。

在另一较佳实施例中，蒸气封闭装置包括至少一金属吸引组件，金属吸引组件是用以封闭润滑剂所产生的蒸气。

又，腔体具有至少一侧壁，且该金属吸引组件设置于该侧壁之上。

金属吸引组件是由金属所制成，金属是选自铜、铝、钛、钴、钽、铁或上述至少一者的合金。

附图说明

图1是显示已污染且具有漩涡缺陷的晶片示意图；

图2是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与晶片上的污染程度(以信号表示)关系图；

图3是显示现有晶片装载室的分解示意图；

图4是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与现有晶片装载室的信号程度关系图；

图5是显示本发明第一实施例的晶片装载室的示意图；

图6是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与本发明第一实施例的具有可伸缩套筒的晶片装载室的信号程度关系图；

图7是显示本发明第二实施例的晶片装载室的示意图；

图8是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与进入晶片装载室前后的测试晶片的污染程度关系图；以及

图9是显示本发明第三实施例的晶片装载室的示意图。

符号说明：

10涡漩状缺陷；

100晶片装载室；

102反应室；

104卡匣；

106升降台；

108轴；

110晶片；

200晶片装载室；

202腔体；

2021侧壁；

2022侧壁；

2023侧壁；

2024侧壁；

2025底表面；

204卡匣；

206升降台；

208伸缩轴；

2081上端；

2082下端；

212可伸缩套筒(风箱)；

2121第一端；

2122第二端；

215吸收组件；

220晶片。

具体实施方式

为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个具体的较佳实施例，并配合所附图式做详细说明。

以下以具体的实施例，对本发明揭示的各形态内容加以详细说明。

图5是显示本发明第一实施例的晶片装载室200的示意图。当进行晶片装载室200中的晶片的传递作业时，其方式是主要可由一卡匣204将多个晶片加载于晶片装载室200，或是自晶片装载室200将具有多个晶片的卡匣204予以取出。晶片装载室200包括一腔体202、一升降台206、一伸缩轴208及一可伸缩套筒(风箱)212，其中，可伸缩套筒(bellows)212是用以作为一蒸气封闭装置，可由可伸缩套筒212以对于高温环境下的润滑剂所产生的蒸气进行收集。腔体202包括多个侧壁2021、2022及一底表面2025。升降台206是主要用以将卡匣204支撑于腔体202之内，并且卡匣204亦可自腔体202进行分离。伸缩轴208具有一上端2081及一下端2082，其中，伸缩轴208的上端2081是连接于伸缩轴208，并且伸缩轴208的下端2082是与腔体202的底表面2025相互连接，同时可由腔体202的底表面2025做为升降台206于调整过程中的参考点。升降台206的高度是可在伸缩轴208的作用下而改变，并且可将晶片移动至下一个反应室。于可伸缩套筒212上具有第一端2121及第二端2122，其中，第一端2121是设置于升降台206，而第二端2122则是密封于伸缩轴208的下端2082。如此一来，伸缩轴208是完全经由可伸缩套筒212所包覆。

如上所述，由于污染源主要是来自于伸缩轴208上的润滑剂，因而于本发明中是利用可伸缩套筒212以由上而下的方式完全地对于伸缩轴208进行包覆，在可伸缩套筒212阻挡作用下，因高温所造成伸缩轴208上的润滑剂的蒸气便可避免扩散至晶片装载室200之中。本发明的可伸缩套筒208的有效性是可由残余气体频谱分析(RGA)而加以证实。图6是根据残余气体分析而取得时间与本发明第一实施例中的具有可伸缩套筒208的晶片装载室200的信号程度之间的关系图。本实施例中，当伸缩轴208开始进行移动时，残余气体的相关分析作业便同步进行。当处于时间(b)时，亦即，当装载室100的阀门(silt valve)(未显示于图中)处于开启状态时，H₂O的信号便可于开始的瞬间增加至1×10^-8与1×10^-7之间，随后信号程度便又立刻降低至1×10^-10与1×10^-9之间。相较于图4的现有装载室的曲线可明显看出，在第一实施例的可伸缩套筒212完全地包围伸缩轴208的作用下，本发明于整个时间过程中的信号曲线中的信号程度均维持在1×10^-10与1×10^-9之间。相同地，具有分子量69的CF₃ ⁺所具有的信号曲线图于实质上是类似于H₂O的信号曲线图。当处于时间(c)的期间时，即使装载室200中的伸缩轴208正处于移动状态，其信号程度仍然可以维持在1×10^-12与1×10^-11之间，并且此一信号程度仍可以维持到阀门关闭(如时间(d)所代表的位置)。值得注意的是，气体Ar也同样显示出具有相类似的RGA曲线图。由此可知，在上述的实验数据的证实下，本发明所提出的利用可伸缩套筒212对于伸缩轴208进行完全包围作用，可以有效防止受蒸发的润滑剂进入装载室200的腔体之中，同时更可防止润滑剂扩散至晶片表面而造成污染。

此外，于本实施例中的封闭润滑剂的蒸气用可伸缩套筒212呈现出中空圆柱形结构，并且可经由外力作用而达到压缩，同时此可伸缩套筒212必须具有至少约9英寸以上的冲程(stroke)。当升降台206移动至最低高度时，由于可伸缩套筒212被压缩而达到小于2.25英寸的高度值，如此可将可伸缩套筒212的表面设计成为波状结构，并且在可伸缩套筒212被压缩之后，仍可以回复到初始状态所具有的形状。再者，可伸缩套筒212的材质具有挠性且不渗透的性质，例如：橡胶、不锈钢或是其它具有柔软性的材质。因此，可由可伸缩套筒212对于轴部进行包围的状态下，润滑剂是可以完全密封的方式保持于伸缩套筒212之中。

图7是表示出本发明的第二实施例。相较于第一实施例可知，第二实施例的晶片装载室200除了包括上述的腔体202、升降台206、伸缩轴208之外，更包括了多个金属吸引组件215，此金属吸引组件215是用以做为一蒸气封闭装置，并且金属吸引组件215是设置于腔体202内的侧壁2021、2022上。此外，由于润滑剂对于钢合金、铜(Cu)、不锈锈钢、铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、铁(Fe)及钴(Co)等合金均具有亲和性，并且可由设置金属吸引组件215于腔体202内时，离子CF₃ ⁺是倾向于直接吸附在金属吸引组件215上，离子CF₃ ⁺并不会附着于晶片220的表面之上。金属吸引组件215是可设置于腔体202的侧壁2021、2022的任何位置之上，或是可设置于升降台206之上。经由上述实验可得证，在至少一金属吸引组件215的作用下即可使得晶片装载室200内的污染程度明显的降低。值得注意的是，在所有具亲和性金属之中是以钽(Ta)具有特别良好的金属吸引性。

图8是根据残余气体分析(RGA)频谱而取得时间与进入晶片装载室200前后的晶片的污染程度关系图。由图8可看出铜吸引组件、钽吸引组件的污染程度，在此实验中，利用档片(dummy wafer)为吸引污染的组件。以下可由图8比较铜沉积档片(Cu dummy wafer)以及钽沉积档片(Ta dummy wafer)之上的污染程度。“Ta(CTL)”与“Cu(CTL)”分别代表当进入晶片装载室200前的钽沉积档片及铜沉积档片之上的污染程度。RGA频谱显示一开始Ta(CTL)比Cu(CTL)具有较高CF₃ ⁺(69amu)的污染程度。另一方面，“Ta(LL)”与“Cu(LL)”是分别代表当进入晶片装载室200之后的钽沉积档片及铜沉积档片的污染程度。如图所示，Ta(LL)所代表的信号强度明显高于Cu(LL)所代表的信号强度。因此，如果可由钽沉积档片做为钽吸引组件且将其设置于晶片装载室200之中时，可吸取更多的污染物。有鉴于此，在晶片装载室200之内的污染物几乎可由钽吸引组件所移除。

如上述第一及第二实施例中，晶片装载室200包括蒸气封闭装置，蒸气封闭装置可以是一可伸缩套筒212，用以防止蒸气扩散进入腔体中，或者是至少一金属吸引组件，用以将晶片上的污染物移除。

图9是表示本发明的第三实施例。于本实施例中，晶片装载室200包括一腔体202、一升降台206、一伸缩轴208、一挠性套筒(可伸缩套筒)212以及多个金属吸引组件215。升降台206同样是设置于腔体202内。伸缩轴208支撑升降台206。挠性套筒212包覆伸缩轴208。挠性套筒212具有风箱的结构形状，如同第一实施例的可伸缩套筒，可由一外力进而压缩挠性套筒212。在此实施例中，同时设置二主要组件：挠性套筒212以及金属吸引组件215，挠性套筒212及金属吸引组件215可完全的封闭晶片装载室200中的润滑剂蒸气，因此将漩涡缺陷减少到最低程度。于是，在本发明的晶片装载室200中，大约前六片晶片的污染程度都保持在可接受范围内，也因此有效地改善成品率。

根据本发明的较佳实施例，金属吸引组件215是一矩形薄板或是一板件。然而，应注意的是，金属吸引组件215的形状并未限定，可以具有其它不同形状，因此金属吸引组件215也可以设计成圆形，如同晶片的形状。

基于上述说明可知，本发明的优点在于可明显地减少漩涡缺陷形成于晶片上，进而增加成品率。须注意的是，如果只将可伸缩套筒212设置于现有的装载室的轴部上，仍无法达到本发明的目的。由于可伸缩套筒需要较高的冲程，造成压力差的产生使得可伸缩套筒的内表面会与轴部互相接触。因此，在现有装载室中，需要使用防止接触用的至少三个轴环(collar guide)，使得可伸缩套筒仅能被压缩至4-5英寸的高度，仍然高于所需的最低压缩高度(3英寸)。为了尽量达到可伸缩套筒的压缩程度，必须重新设计整体晶片装载室。因此，为了使压缩程度最佳化，并且配合可伸缩套筒的设置，晶片装载室的重新设置是必要的。再者，需要定期调整以达到长期的可靠性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种晶片装载室，其特征在于，包括：

一腔体；

一升降台，设置于该腔体内；

一伸缩轴，支撑该升降台；以及

一可伸缩套筒，包括一第一端与一第二端，该第一端是设置于该伸缩轴之上，该第二端是密封于该伸缩轴的下端，使该伸缩轴完全由该可伸缩套筒所包覆。

2.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，该可伸缩套筒是圆柱形空心管，可由一外力进行压缩。

3.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，该腔体包括一底表面，且该伸缩轴包括一上端及一下端，该上端是连结于该升降台，该下端是连接于该腔体的该底表面。

4.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，该腔体更包括至少一侧壁以及至少一金属吸引组件，该金属吸引组件是设置于该腔体的侧壁上。

5.根据权利要求4所述的晶片装载室，其特征在于，该金属吸引组件是一板状构件或一薄片状构件，且选自铜、铝、钛、钴、钽、铁或上述至少一者的合金。

6.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，更包括设置于升降台的多个金属吸引组件。

7.根据权利要求6所述的晶片装载室，其特征在于，该金属吸引组件是一板状构件或一薄片状构件，且选自铜、铝、钛、钴、钽、铁或上述至少一者的合金。

8.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，腔体内包括一卡匣，具有多个晶片，该卡匣是由该升降台所支撑。

9.根据权利要求1所述的晶片装载室，其特征在于，一润滑剂涂覆于该伸缩轴之上，且该可伸缩套筒是用以封闭该润滑剂产生的蒸气。

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