CN1525529A - 用于处理晶片的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于制造半导体器件的设备和方法。根据本发明，用于将晶片从晶片存储容器传送到晶片处理设备的晶片传送装置包括用来减小可能进入晶片容器的杂质量的流动室。该晶片传送设备提供用于允许两种气体流过传送设备的流动室的两个气体入口。这些导致减小能进入晶片容器的杂质的数量，依次导致用更可靠的性能特征以及高制造成品率制造器件。

Description

用于处理晶片的设备和方法
相关申请
本申请依据2003年2月25日申请的韩国专利申请号KR 2003-11777的优先权。在此引入该申请的全部内容作为参考。
背景技术
随着半导体集成电路的尺寸和线宽的设计规则减小，处理过程中器件和基底或晶片的污染问题变得更重要。对于这些器件的非常清洁的处理环境的要求增加。随着晶片的尺寸增加，例如，从200mm直径晶片增加到300mm晶片，完全自动化系统已变成处理晶片的需要。300mm晶片的面积比200mm晶片的面积大2.25倍，300mm晶片比200mm晶片重约2.2倍。晶片尺寸和重量的这些增加以及更清洁的处理环境的要求已导致晶片处理的完全自动化的要求。
SEMI标准提供用于半导体处理和处理设备的标准。例如，SEMI标准定义包括接在其一个或多个装载进出口收来自工厂材料处理系统的晶片装载体的晶片或基底装载体处理器的设备前端模块(EFEM)(如SEMI E15.1规定)。EFEM一般包括用于接收装载体的装载进出口、传送单元和支架或“微环境”。
常规的开放型晶片容器一般暴露于清洁室环境。结果，整个清洁室通常保持晶片要求的清洁度。随着清洁度需求变得更严格，保持一个可接受的清洁室变得非常昂贵。封闭型晶片容器通过防止容器中的晶片暴露于清洁室环境可以分开清洁室中的环境。前开口统一盒(FOUP)是封闭型晶片容器的一个种类型。
美国专利号US6074154公开了具有基底传输系统的常规基底处理系统。美国专利号US6032704公开了晶片处理系统中使用的常规晶片存储容器或盒子。在此引入这两个美国专利的全部内容作为参考。
图1为包含具有EFEM 40的制造处理系统或工具10的示意性俯视图。EFEM包括支架12和多个晶片盒装载台14。界面壁16将清洁室18与容纳了处理系统10的灰色区域20隔开。单晶片处理工具可以包括一个或多个装载锁定室22、中央传送室24和安装在传送室24上的多个处理室26。布置在支架12中的机械手28将晶片从布置在盒装载台14上的晶片盒移动到装载锁定室22中。布置在传送室24中的机械手30将晶片从装载室22移动到处理室26中。盒装载台14接收盒子(FOUP)，且装载在FOUP中的晶片被传送到支架12和晶片处理设备10。
图2为包含具有吸入空气到EFEM 40的晶片处理区内的风扇42和过滤器44的处理系统10和EFEM 40的剖视图。当硅片曝露于空气中时，生长不希望的自然氧化物。在常规系统中，为了减少氧化物生长，风扇42可以引入惰性气体到EFEM 40中，代替空气。然而，该方法的成本非常高。晶片容器或盒子(FOUP)13安装在EFEM 40的进出口14上。EFEM 40包括其上可以安装从盒子13传送的晶片的平台15。
在上面引入作参考的美国专利号US6032704中描述了具有惰性气体注入器的晶片容器。但是，该技术的缺点是处理器或EFEM或晶片容器具有复杂的结构和高成本。
发明内容
本发明涉及减小晶片处理系统中的杂质量的解决方法。在一个方面，本发明涉及用于处理晶片的设备和方法。流动室包括允许第一气体流入流动室的第一气体入口。其处晶片进入流动室的晶片入口连接到晶片存储装置。其处晶片退出流动室的晶片出口连接到晶片处理设备。流动室中的机械手设备将晶片从晶片入口移动到晶片出口。第二气体入口允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质的数量。
第一气体容器包括清洁的干燥空气。第二气体容器是惰性的、稳定的气体。第二气体可以包括氮气、氩气、氦气和/或清洁的干燥空气。
在一个实施例中，晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。本发明的设备可以是设备前端模块(EFEM)。
第一气体在流动室中具有基本上层流。第二气体在流动室中也具有基本上的层流，第二气体不引入涡流到流动室。第一和第二气体的混合流基本上是层流。
本发明的设备可以包括将第一气体移动到流动室的风扇和用于过滤流动室中流动的第一气体的过滤器。流动室可以包括微环境。该设备还可以包括允许第三气体进入流动室的第三气体入口。在一个实施例中，机械手元件是晶片处理器。
在另一方面，本发明涉及用于制造半导体器件的设备和方法。根据本发明的该方面，晶片存储装置存储其上将制造器件的半导体晶片。晶片处理设备在晶片上执行制造工序，晶片传送设备将晶片在晶片存储装置和晶片处理设备之间传送。晶片传送设备包括具有用于允许第一气体在流动室流动的第一气体入口。其处晶片进入流动室的晶片入口连接到晶片存储装置。其处晶片退出流动室的晶片出口连接到晶片处理设备。流动室中的机械手设备将晶片从晶片入口移动到晶片出口。第二气体入口允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质量。
第一气体容器包括清洁的干燥空气。第二气体容器可以是惰性的、稳定的气体。第二气体可以包括氮气、氩气、氦气和/或清洁的干燥空气。
在一个实施例中，晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。本发明的设备可以是设备前端模块(EFEM)。
第一气体在流动室中具有基本上层流。第二气体在流动室中也具有基本上的层流。第二气体不将涡流引入流动室。第一和第二气体的混合流基本上是层流。
本发明的设备可以包括将第一气体移动到流动室的风扇和用于过滤流动室中流动的第一气体的过滤器。流动室可以包括微环境。该设备还可以包括允许第三气体进入流动室的第三气体入口。在一个实施例中，机械手元件是晶片处理器。
在一个实施例中，晶片处理设备是化学气相淀积设备。在另一实施例中，晶片处理设备是熔炉。晶片处理设备也可以是干刻蚀设备或测量设备。
本发明的晶片处理系统提供超过现有方法的多种优点。因为两个气体入口导致两种气体在传送设备的流动室中流动，基本上防止杂质进入晶片存储装置，即FOUP。结果，可以以更高的成品率制造更可靠的器件。
附图说明
从本发明的优选实施例的更具体描述将使本发明的上述及其他目的、特点和优点显而易见，如附图所说明，其中在所有不同的示图中，相同的参考标记指相同的部分。附图没有必要按比例，重点在于说明本发明的原理。
图1是常规晶片处理系统的示意性示图。
图2是图1的晶片处理系统的剖视图。
图3是EFEM的模拟曲线图，示出了EFEM的内部和外部的NH3的常规分布。
图4是EFEM的模拟曲线图，示出了EFEM中的Cl2杂质的常规分布。
图5是EFEM的模拟曲线图，示出了从常规EFEM的顶部到底部的气流和其上安装的晶片容器，表示层流(laminar flow)和旋流。
图6是根据本发明的EFEM的示意透视图，示出了EFEM中装配的惰性气体喷嘴。
图7是根据本发明的EFEM的模拟曲线图，示出了晶片容器和EFEM中的NH3杂质的分布。
图8是根据本发明的EFEM的模拟曲线图，示出了晶片容器和EFEM中的Cl2杂质的分布。
图9是根据本发明、在EFEM中装配的惰性气体喷嘴的示意性示图。
图10是连接到EFEM的湿载台的俯视图。
图11A和11B为包含根据本发明在形成自对准接触(SAC)和淀积导电层的制造工序中的半导体器件的示意性剖视图。
具体实施方式
图3和4说明在EFEM 40和FOUP 13中模拟的杂质分布。图3说明杂质的分布，在该示例性图例中包括来自EFEM 40外部的NH3杂质。图4说明杂质的分布，在该示例性图例中包括从相邻的晶片处理设备引入EFEM 40和FOUP 13的Cl2杂质。
图3说明在EFEM外部和内部的杂质。由空间浓度等高线105表示杂质浓度，在该例子中是NH3杂质。包括NH3和分子杂质如Cl、F、Br等被引入EFEM 40和FOUP 13。即使微粒被过滤，分子杂质也透过过滤器且进入EFEM和FOUP。分子杂质降低了在暴露于杂质的半导体基底中形成的器件的效率和工作特性。
图3的模拟曲线图模拟来自支架12的顶侧的0.4m/秒的空气流和来自EFEM的1000ppm的NH3杂质源的情况。结果，在EFEM 40的内部、EFEM 40的外部和FOUP 13的内部探测到1000ppm的NH3。
图4示出了从处理设备如化学气相淀积(CVD)设备、干刻蚀设备、热熔炉、显影设备或测量设备引入EFEM 40和FOUP 13的杂质。杂质如Cl2分布在EFEM 40和FOUP 13中。这些杂质不仅在晶片上产生不希望的自然氧化层而且降低半导体芯片的工作特性和成品率。
图4的模拟曲线图模拟来自支架12顶侧的0.4m/秒的空气流和从位置标记“A”处通过支架12进入EFEM 40的来自晶片处理设备的1000ppm的Cl2杂质和情况。结果，如由杂质浓度等高线105所示，在EFEM 40的内部探测到杂质和在FOUP 13中探测到100ppm的Cl2。
图5包含说明在常规结构中来自EFEM 40的上侧的常规气流的模拟外形的图像。如图所示，部分空气流通过EFEM 40侧壁处的开口流入晶片存储容器中，并在晶片存储容器内环流，例如在FOUP 13内。即使气流是清洁的，该空气可能包含氧化物、水分等，且因此可能在容器上产生不希望的自然氧化物。这些自然氧化物可能降低在晶片中形成的半导体器件的性能和成品率。例如，如果在包括多晶硅的接触孔上形成自然氧化物，那么接触电阻增加。
图6包含一个示意性透视图，说明根据本发明的EFEM 100的实施例。根据本发明，除了从上侧引入EFEM 100的气体如空气之外，将一种附加的气流引入本发明的EFEM 100，以基本上减少或除去FOUP中流动的杂质。根据本发明，EFEM 100包括支架160中的气体喷嘴110，该喷嘴允许在EFEM 100中引入附加的气体流到。具体地说，允许稳定的、惰性气体如N2，Ar，He、清洁的干燥空气等流入EFEM 100。在一个实施例中，以少量或不妨碍在EFEM 100上侧进入EFEM 100的气体的层流完成第二气体流入EFEM 100。这些混合流气体防止FOUP中的气体和杂质流动。结果，几乎除去FOUP中存储的晶片的污染。
参考图6，FOUP 120被装载在晶片装载台130上。传送机构或平台140被装配在支架160中。晶片由传送机构140传送到处理设备150，如CVD设备、干刻蚀设备、热熔炉、测量设备等中。FOUP2 120通过容器传送机构如高架传送(OHT)或高架输送(OHC)系统和自动导向车(AGV或RGV)系统装载在晶片装载台130上或在晶片装载台130上卸载。晶片通过支架160的侧壁中的开口170传送到处理设备150。在一个实施例中，惰性气体喷嘴110装配在支架160的一侧，以便注入惰性气体和与气流或空气一致流入FOUP 120。惰性气体喷嘴110的优选位置是邻近支架160中的开口170，如图所示。
风扇(未示出)装配在支架160的上部，以便产生从支架160的上部到底部的气流。过滤器(未示出)可以装配在支架160中，用于清洁气流。使用本发明的该系统，清洁室分为国际标准化组织(下面作为“ISO”)5级和用于经济维护的ISO 2级。半导体处理通路如FOUP和EFEM环境超过ISO 2级，处理通路的外部低于ISO 5级。
图7说明本发明的结构中的FOUP 120和EFEM 100中的模拟杂质分布，亦即有附加气流引入EFEM 100。具体，图7通过浓度等高线105说明NH3杂质的空间分布。通过来自支架160的上侧的0.4m/秒的空气流和来自清洁室亦即支架160的外部的1000ppm的NH3杂质源的情况模拟杂质分布的模拟曲线图。如图所示，在本发明的结构中，在FOUP 120中探测到小于500ppm(480ppm)的NH3。这是超过常规结构中的NH3浓度的大的改进，如图3说明，其中在FOUP中探测到1000ppm的NH3。
当在本发明的结构中执行制造工序步骤时，将其中填充有惰性气体如氮气、氦气或氩气的FOUP 120中的晶片传送到EFEM 100中，其中层流气流从支架160的上侧流到支架160的底侧。通过气体喷嘴110引入的惰性气体防止晶片氧化和防止晶片间相互污染。具有从EFEM100的上侧的气流的惰性气体可能流为层流且不妨碍EFEM 100的环境。
如果根据本发明引入的惰性气体妨碍由引入涡流的气流的层流，那么存在晶片和EFEM的内部环境可能被由通过处理设备150引入或通过其他路径如支架160的上侧的气扇进入EFEM 100的杂质污染的可能。同样，如果以太高的压力执行惰性气体的注入，那么可能出现由FOUP的污染引起的第二污染。由此，在本发明的优选实施例中，惰性气体的流动不妨碍空气流的流动。空气流的速度和惰性气体可以由层流相互地决定。
图8说明本发明的结构中的FOUP 120和EFEM 100中的模拟杂质分布，亦即，具有附加的气流引入EFEM 100。具体，图8通过浓度等高线105说明Cl2杂质的空间分布。如图所示，尽管在处理设备和EFEM中存在杂质，但是在FOUP 120中几乎没有杂质。根据本发明，清洁的气体或惰性气体、例如氮气，氩气，氦气、清洁的干燥空气等防止杂质到达FOUP 120。图8说明0.4米/秒的空气流和1000ppm的Cl2作为来自处理设备150的杂质的情况。如浓度等高线105所说明，在FOUP 120探测到几乎为零ppm的Cl2。与图4中说明的常规结构相比杂质的浓度大大地减小。
图9说明本发明的另一实施例，示出了在EFEM 400中装配的惰性气体喷嘴。图9的图是彼此旋转九十度的EFEM 400的两个示图。惰性气体喷嘴200和300装配在EFEM 400中。惰性气体喷嘴200引入惰性气体如氮气、氩气、氦气等或清洁的干燥空气到FOUP 220且防止支架中的空气流流入FOUP 220。惰性气体喷嘴300注入惰性气体或清洁的干燥空气到FOUP 220中。图9中的EFEM 400可以与如图10所示的湿载台耦合。
参考图9和10，在半导体制造工序中，在湿电解槽250清洗晶片和储存在FOUP 220中。当FOUP 220清空时，惰气喷嘴200引入气体到FOUP 220约20秒。之后通过控制阀气体填充FOUP 220，通过机械手240将晶片传送到FOUP 220中。
在半导体器件的制造过程中，由常规化学气相淀积法(CVD)用介质层淀积具有源、漏、栅电极和隔离区如浅沟槽隔离区(STI)的晶片。然后形成接触孔(或自对准接触)，以通过刻蚀介质层露出源/漏区的表面。用化学剂刻蚀之后，应该除去接触孔上的残留物并在湿电解槽中清洗。该晶片转入后续制造工序步骤，例如用多晶硅填充接触孔。
但是，在常规处理系统中，因为接触孔的硅表面暴露于空气，所以具有接触孔的晶片易于生长不希望的二氧化硅。为了除去该问题，在FOUP中填充气体的目的是为了防止在接触孔中生长二氧化硅。将晶片230储存在FOUP 220中之后，惰性气体喷嘴300通过控制阀清除FOUP外部的空气和防止FOUP外部的空气吸入。FOUP开启器用盖关闭FOUP和卸载FOUP 220。惰性气体喷嘴200、300的形状可以是矩形、柱形、伸长的三角形等，可以具有用于气体的多个孔或伸长的隙缝。
图11A和11B包含根据本发明在形成自对准接触(SAC)和淀积导电层的制造工序中的半导体器件的示意剖视图。在半导体基底401上形成栅电极410和层间介质层430之后，通过常规方法形成SAC(接触孔)420。层间介质层430可以是硼磷硅玻璃(BPSG)。在刻蚀层间介质层430之后，用化学剂例如烯释的HF常规地执行清洗工序，用于除去接触孔420上的聚合物，以免增加接触电阻。当存在杂质例如聚合物或二氧化硅时，可能损坏约3000厚度的多晶硅层440和接触孔的表面。因此，在化学电解槽250中清洗晶片之后，晶片230通过图10中所示的机械手240传送到EFEM 400并被传送到FOUP 220。在图10所示的在EFEM 400中传送的过程中，晶片可能被暴露于空气，结果可能在接触孔中形成自然氧化物。根据本发明，惰性气体喷嘴200和300可以防止晶片被污染和具有在其上形成的自然氧化物。
尽管参考其优选实施例已经具体展示和描述了本发明，但是所属领域的普通技术人员应当明白在不脱离由下述权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节进行各种改变。

Claims (48)

1.一种用于处理晶片的设备，包括：
具有第一气体入口的流动室，第一气体入口允许第一气体在流动室中流动；
在其处晶片进入流动室的晶片入口，晶片入口连接到晶片存储装置；
在其处晶片退出流动室的晶片出口，晶片出口适合于连接到晶片处理设备；
在流动室中用于将晶片从晶片入口移动到晶片出口的机械手设备；以及
允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量的第二气体入口。
2.如权利要求1的设备，其中第一气体包括清洁的干燥空气。
3.如权利要求1的设备，其中第二气体包括从由惰性气体、稳定气体、氮气、氩气、氦以及清洁的干燥空气构成的组中选出的至少一种气体。
4.如权利要求1的设备，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
5.如权利要求1的设备，其中该设备是设备前端模块(EFEM)。
6.如权利要求1的设备，其中第一气体在流动室中具有基本上的层流。
7.如权利要求1的设备，还包括用于允许第三气体进入流动室的第三气体入口。
8.如权利要求1的设备，其中机械手元件是晶片处理器。
9.一种用于处理晶片的方法，包括：
提供具有第一气体入口的流动室，允许第一气体在流动室中流动；
提供在其处晶片进入流动室的晶片入口，晶片入口连接到晶片存储装置；
提供在其处晶片退出流动室的晶片出口，晶片出口适合于连接到晶片处理设备；
在流动室中提供用于将晶片从晶片入口移动到晶片出口的机械手设备；以及
允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量。
10.如权利要求9的方法，其中第一气体包括清洁的干燥空气。
11.如权利要求9的方法，其中第二气体包括从由惰性气体、稳定气体、氮气、氩气、氦以及清洁的干燥空气构成的组中选出的至少一种气体。
12.如权利要求9的方法，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
13.如权利要求9的方法，其中该设备是设备前端模块(EFEM)。
14.如权利要求9的方法，其中第一气体在流动室中具有基本上的层流。
15.如权利要求9的方法，还包括允许第三气体进入流动室。
16.如权利要求9的方法，其中机械手元件是晶片处理器。
17.一种用于制造半导体器件的设备，包括：
用于存储其上制造器件的半导体晶片的晶片存储装置；
用于在晶片上执行制造工序的晶片处理设备；以及
用于在晶片存储装置和晶片处理设备之间传送晶片的晶片传送设备，晶片传送设备包括：
具有第一气体入口的流动室，允许第一气体在流动室中流动；
在其处晶片进入流动室的晶片入口，晶片入口连接到晶片存储装置，
在其处晶片退出流动室的晶片出口，晶片出口适合于连接到晶片处理设备；
在流动室中用于将晶片从晶片入口移动到晶片出口的机械手设备，以及
允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量的第二气体入口。
18.如权利要求17的设备，其中第一气体包括清洁的干燥空气。
19.如权利要求17的设备，其中第二气体包括从由惰性气体、稳定气体、氮气、氩气、氦以及清洁的干燥空气构成的组中选出的至少一种气体。
20.如权利要求17的设备，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
21.如权利要求17的设备，其中该晶片传送设备是设备前端模块(EFEM)。
22.如权利要求17的设备，其中第一气体在流动室中具有基本上的层流。
23.如权利要求17的设备，其中该晶片传送设备还可以包括允许第三气体进入流动室的第三气体入口。
24.如权利要求17的设备，其中机械手元件是晶片处理器。
25.如权利要求17的设备，其中晶片处理设备是化学气相淀积设备。
26.如权利要求17的设备，其中晶片处理设备是热熔炉设备。
27.如权利要求17的设备，其中晶片处理设备是干刻蚀设备。
28.如权利要求17的设备，其中晶片处理设备是测量设备。
29.一种用于制造半导体器件的方法，包括：
在晶片存储装置中存储在其上制造器件的半导体晶片；
在晶片处理设备中在晶片上执行制造工序；以及
使用晶片传送设备在晶片存储装置和晶片处理设备之间传送晶片，所述的传送包括：
提供具有第一气体入口的流动室，允许第一气体在流动室中流动；
将在其处晶片进入流动室的晶片入口连接到晶片存储装置，
将在其处晶片退出流动室的晶片出口连接到晶片处理设备，
使用机械手设备将晶片从晶片入口移动到晶片出口，以及
允许第二气体通过第二气体入口进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量。
30.如权利要求29的方法，其中第一气体包括清洁的干燥空气。
31.如权利要求29的方法，其中第二气体包括从由惰性气体、稳定气体、氮气、氩气、氦以及清洁的干燥空气构成的组中选出的至少一种气体。
32.如权利要求29的方法，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
33.如权利要求29的方法，其中该晶片传送设备是设备前端模块(EFEM)。
34.如权利要求29的方法，其中第一气体在流动室中具有基本上的层流。
35.如权利要求29的方法，还包括允许第三气体进入流动室。
36.如权利要求29的方法，其中机械手元件是晶片处理器。
37.如权利要求29的方法，其中晶片处理设备是化学气相淀积设备。
38.如权利要求29的方法，其中晶片处理设备是熔炉设备。
39.如权利要求29的方法，其中晶片处理设备是干刻蚀设备。
40.如权利要求29的方法，其中晶片处理设备是测量设备。
41.一种用于处理保存在晶片存储装置中的晶片的设备前端模块(EFEM)，该模块包括：
允许第一气体在EFEM的流动室中流动的第一气体入口；以及
允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量的第二气体入口。
42.如权利要求41的EFEM，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
43.如权利要求42的EFEM，还包括用于允许第三气体进入流动室的第三气体入口，以致第一、第二和第三气体流入FOUP。
44.如权利要求41的EFEM，还包括用于允许第三气体进入流动室的第三气体入口，以致第一、第二和第三气体流入晶片存储装置。
45.一种处理保存在晶片存储装置中的晶片的方法，包括：
允许第一气体在设备前端模块(EFEM)的流动室中流动；以及
允许第二气体进入流动室，以致第二气体与第一气体结合并流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质数量。
46.如权利要求45的方法，其中晶片存储装置是前开口统一的盒子(FOUP)。
47.如权利要求46的方法，还包括用于允许第三气体进入流动室，以致第一、第二和第三气体流入FOUP。
48.如权利要求45的方法，还包括允许第三气体进入流动室，以致第一、第二和第三气体流入晶片存储装置，以致减小进入晶片存储装置的杂质量。
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