CN213635920U - 一种抽真空及大气回填的给排气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽真空及大气回填的给排气装置，包括用于晶圆加工的工艺腔、用于晶圆中转的搬运腔和用于存储晶圆的装载腔；其中，所述装载腔包括第一排气回路、位于第一排气回路上的二阶阶梯阀Ⅰ、第一供气回路、位于第一供气回路上的二阶阶梯阀Ⅲ；所述搬运腔包括第二排气回路、位于第二排气回路上的二阶阶梯阀Ⅱ、第二供气回路、位于第二供气回路上的二阶阶梯阀Ⅳ；所述二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ包括半开、全开和关闭三种状态；所述第一排气回路和第二排气回路的另一端连接同一个真空泵。本实用新型用于简化搬运腔和装载腔的供气排气回路，提高晶圆传输效率。

Description

一种抽真空及大气回填的给排气装置

技术领域

本实用新型属于给排气领域，具体属于一种抽真空及大气回填的给排气装置。

背景技术

半导体制造工艺中经常需要将晶圆进行不同工艺之间的传输；例如刻蚀机、CVD、PVD等等装置，其对应的工艺腔为真空环境，因此需要利用晶圆传送腔来实现晶圆和工艺腔之间的晶圆取放。晶圆传送腔主要包括搬运腔和装载腔，其中，搬运腔需要和工艺腔进行对接，需要一直保持低真空状态，用于将其中的晶圆在低真空环境下传输至工艺腔中，确保传输过程不会影响到工艺腔中真空度。装载腔用于将外界晶圆传输至搬运腔中，当装载腔和外界连通时，装载腔需要保持大气状态，当装载腔和搬运腔连通时，装载腔需要保持低真空状态，所以装载腔需要不断在低真空状态和大气状态之间进行循环切换。

现有技术中抽真空及大气回填的给排气装置包括工艺腔、搬运腔和装载腔，其中搬运腔和装载腔均同时连接供给回路和排气回路，供给回路用于对搬运腔或装载腔进行氮气供应，排气回路用于对搬运腔或装载腔进行抽真空。

由于搬运腔需要时刻保持低真空状态，而搬运腔在实际工作过程中需要与装载腔或者工艺腔连通，此时，搬运腔的腔门打开，其内部的供气量和排气量的平衡被破坏，因此搬运腔在腔门关闭以及腔门打开的不同状态下，需要调整其供气和排气状态，使得内部始终保持低真空状态。同时，装载腔在与外界连通或者与搬运腔连通时，其内部的供气状态和排气状态均需要进行调整，以确保装载腔位置低真空状态或者大气状态。

当搬运腔和装载腔中包含晶圆时，对于供气和排气的状态也需要进行调整，在保证其所处气压状态的情况下，需要尽可能使得内部气流平稳，避免大气流供气或者大气流排气，这是因为大气流下腔室内容易起风，引起强室内颗粒物飞扬，若颗粒物或者其他杂质飘在晶圆上，就会造成晶圆被污染，影响晶圆的加工及性能。

鉴于搬运腔和装载腔内部气压的频繁转换以及对洁净度的要求，现有技术中的供气回路和排气回路需要采用并联的双回路，双回路的使用既增加了系统的复杂性，又增加了管道配置所使用的空间，同时也带来了管道泄漏可能的增加；进而影响整个晶圆加工工艺的效率和成品率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抽真空及大气回填的给排气装置，用于简化搬运腔和装载腔的供气排气回路，提高晶圆传输效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种抽真空及大气回填的给排气装置，其特征在于，包括用于晶圆加工的工艺腔、用于晶圆中转的搬运腔和用于存储晶圆的装载腔；其中，所述搬运腔位于所述装载腔和工艺腔之间；所述搬运腔保持低真空状态，所述装载腔处于与外界连通状态时，保持大气状态，所述装载腔处于与搬运腔连通状态时，保持低真空状态；

所述装载腔包括第一排气回路、位于第一排气回路上的二阶阶梯阀Ⅰ、第一供气回路、位于第一供气回路上的二阶阶梯阀Ⅲ；所述搬运腔包括第二排气回路、位于第二排气回路上的二阶阶梯阀Ⅱ、第二供气回路、位于第二供气回路上的二阶阶梯阀Ⅳ；所述二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ包括半开、全开和关闭三种状态；所述第一排气回路和第二排气回路的另一端连接同一个真空泵。

进一步的，所述装载腔和搬运腔中分别包括第一压力计和第二压力计，所述第一压力计和第二压力计连接至控制中心。

进一步的，所述第一供气回路和第二供气回路另一端连接氮气源。

进一步的，所述二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ连接至控制中心。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过在供气回路和排气回路上设置二阶阶梯阀，以及对二阶阶梯阀不同状态的控制，可以精确控制腔室的供气和排气状况，既能缩减整个装置供气回路和排气回路的占地面积，也能降低供气回路和排气回路的管道泄漏风险；可以显著降低传输装置成本，提高传输装置的传输效率。本实用新型通过巧妙的控制方法，使得搬运腔和装载腔的排气回路连接至同一个真空泵，进一步缩小整个装置的占地面积，节约成本。

附图说明

附图1为本实用新型一种抽真空及大气回填的给排气装置的结构示意图。

图中：1工艺腔，2搬运腔，3装载腔，21第二供气回路，22第二排气回路、23二阶阶梯阀Ⅳ，24二阶阶梯阀Ⅱ，25第二压力计，31第一供气回路，32第一排气回路，33二阶阶梯阀Ⅲ，34二阶阶梯阀Ⅰ，35第一压力计，36真空泵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

如附图1所示，本实用新型提供的一种抽真空及大气回填的给排气装置，包括用于晶圆加工的工艺腔1、用于晶圆中转的搬运腔2和用于存储晶圆的装载腔3；其中，搬运腔2位于装载腔3和工艺腔1之间；工艺腔用于对晶圆进行加工，其内部始终保持真空状态；搬运腔用于与装载腔或者真空腔连通，用于将装载腔中的晶圆传输至工艺腔中，其内部始终保持低真空状态，装载腔与外界连通时，保持大气状态，装载腔与搬运腔连通时，保持低真空状态。本实用新型中低真空状态指的是介于真空和大气压下的一种状态。

装载腔3包括第一排气回路32、位于第一排气回路上的二阶阶梯阀Ⅰ34、第一供气回路31、位于第一供气回路上的二阶阶梯阀Ⅲ33；搬运腔2包括第二排气回路22、位于第二排气回路上的二阶阶梯阀Ⅱ24、第二供气回路21、位于第二供气回路上的二阶阶梯阀Ⅳ23；其中，第一排气回路32和第二排气回路22的另一端连接同一个真空泵36；第一供气回路31和第二供气回路21另一端连接氮气源。

本实用新型中二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ优选的为二阶阶梯阀；其包括半开、全开和关闭三种状态，当二阶阶梯阀完全关闭时，其所在的回路断开，当二阶阶梯阀半开时，其所在的回路供气和排气为小剂量的供气和排气；当二阶阶梯阀全开时，其所在的回路供气和排气为大剂量的供气和排气。装载腔和搬运腔中分别包括第一压力计35和第二压力计25，第一压力计35和第二压力计25连接至控制中心，用于实时监测装载腔3和搬运腔2中的压力，通过腔室内部压力确定腔室内部所处的状态。本实用新型中二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ、二阶阶梯阀Ⅳ、第一压力计、第二压力计以及真空泵均连接至控制中心，控制中心具体可以为上位机中具体控制软件，用于通过第一压力计和第二压力计的监测值以及搬运腔和装载腔所处状态的不同，控制二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ、二阶阶梯阀Ⅳ以及真空泵的开闭状态。

搬运腔始终处于低真空状态，在低真空状态下，搬运腔室中也存在供气和排气的动态平衡，并且排气回路中二阶阶梯阀Ⅱ优选始终处于半开状态；当搬运腔的腔门关闭时，即搬运腔与外界不连通时，二阶阶梯阀Ⅳ处于半开状态，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；当搬运腔的腔门打开时，即搬运腔与外界连通时，二阶阶梯阀Ⅳ处于全开状态，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态。

装载腔需要在大气状态和低真空状态下进行循环转换。当装载腔需要从大气状态转换为低真空状态时，需要对装载腔进行排气抽真空，初始抽真空时，二阶阶梯阀Ⅰ处于半开状态，实现慢速排气要求，防止直接快速抽气，使得腔室内部起风，引起腔室内部颗粒杂质飞扬，从而造成晶圆污染；当装载腔中真空压力达到第一预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅰ切换为全开状态，实现快速排气，直至装载腔处于低真空状态；第一预设压力大于低真空状态压力。

当装载腔需要从低真空状态转换为大气状态时，需要对装载腔进行给气，使得其回复至大气状态。初始给气时，二阶阶梯阀Ⅲ处于半开状态，实现慢速给气要求，防止直接快速给气，使得腔室内部起风，引起腔室内部颗粒杂质飞扬，从而造成晶圆污染；当装载腔中真空压力达到第二预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅲ全开，实现快速给气，直至装载腔处于大气状态；第二预设压力大于低真空状态压力且小于大气状态压力。

如附图1所示，本实用新型还提供了一种将晶圆从装置外侧传输至工艺腔中的方法，包括如下步骤：

S01：对搬运腔2进行抽真空处理：控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ24全开，控制二阶阶梯阀Ⅰ34关闭，直至搬运腔达到低真空状态；此时搬运腔腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ24切换为半开，控制二阶阶梯阀Ⅳ23半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S02：装载腔处于大气状态，将晶圆从外界传输至装载腔中；

S03：装载腔由大气状态转变为低真空状态：控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ24和二阶阶梯阀Ⅲ33关闭，使得搬运腔保持低真空状态；控制中心控制二阶阶梯阀Ⅰ34半开，实现慢速排气，直至装载腔中真空压力达到第一预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅰ34切换为全开，实现快速排气，直至装载腔处于低真空状态；第一预设压力大于低真空状态压力；此时，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅰ34关闭，使得装载腔保持低真空状态；同时控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ24和梯阀Ⅳ23半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S04：装载腔和搬运腔连通，使得装载腔中晶圆传输至搬运腔中，此时，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ23全开，二阶阶梯阀Ⅱ24半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；当晶圆传输完成后，搬运腔的腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ23半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S05：搬运腔和工艺腔连通，使得搬运腔中晶圆传输至工艺腔中；此时，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ23全开，二阶阶梯阀Ⅱ24半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；当晶圆传输完成后，搬运腔的腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ23半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S06：装载腔由真空状态转变为大气状态：控制中心控制二阶阶梯阀Ⅲ33半开，实现慢速给气，直至装载腔中真空压力达到第二预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅲ33全开，实现快速给气，直至装载腔处于大气状态；第二预设压力大于低真空状态压力且小于大气状态压力；此时，将传输装置外侧的晶圆传输至装载腔中；

S07：重复步骤S02-S06，实现晶圆从传输装置外侧至工艺腔中的传输。

如附图1所示，本实用新型还提供了一种将工艺腔中晶圆传输至装置外侧的方法，具体包括如下步骤：

S01：对搬运腔进行抽真空处理：控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ全开，控制二阶阶梯阀Ⅰ关闭，直至搬运腔达到低真空状态；此时搬运腔腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ切换为半开，控制二阶阶梯阀Ⅳ半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S02：搬运腔和工艺腔连通，使得工艺腔中晶圆传输至搬运腔中；此时，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ全开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；当晶圆传输完成后，搬运腔的腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S03：装载腔由大气状态转变为低真空状态，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ和二阶阶梯阀Ⅲ关闭，使得搬运腔保持低真空状态；控制中心控制二阶阶梯阀Ⅰ半开，实现慢速排气，直至装载腔中真空压力达到第一预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅰ切换为全开，实现快速排气，直至装载腔处于低真空状态；

控制中心控制二阶阶梯阀Ⅰ关闭，使得装载腔保持低真空状态；同时控制中心控制二阶阶梯阀Ⅱ和梯阀Ⅳ半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S04：装载腔和搬运腔连通，使得搬运腔中晶圆传输至装载腔中，此时，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ全开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；当晶圆传输完成后，搬运腔的腔门关闭，控制中心控制二阶阶梯阀Ⅳ半开，使得搬运腔内供气和排气达到平衡，保持低真空状态；

S05：装载腔由真空状态转变为大气状态：控制中心控制二阶阶梯阀Ⅲ半开，实现慢速给气，直至装载腔中真空压力达到第二预设压力时，控制二阶阶梯阀Ⅲ全开，实现快速给气，直至装载腔处于大气状态；将装载腔中晶圆传输至传输装置外侧；

S06：重复步骤S02-S05，实现晶圆从工艺腔中传输至传输装置外侧。

本实用新型通过在供气回路和排气回路上设置二阶阶梯阀，以及对二阶阶梯阀不同状态的控制，可以精确控制腔室的供气和排气状况，既能缩减整个装置供气回路和排气回路的占地面积，也能降低供气回路和排气回路的管道泄漏风险；可以显著降低传输装置成本，提高传输装置的传输效率。本实用新型通过巧妙的控制方法，使得搬运腔和装载腔的排气回路连接至同一个真空泵，进一步缩小整个装置的占地面积，节约成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用于限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种抽真空及大气回填的给排气装置，其特征在于，包括用于晶圆加工的工艺腔、用于晶圆中转的搬运腔和用于存储晶圆的装载腔；其中，所述搬运腔位于所述装载腔和工艺腔之间；所述搬运腔保持低真空状态，所述装载腔处于与外界连通状态时，保持大气状态，所述装载腔处于与搬运腔连通状态时，保持低真空状态；

所述装载腔包括第一排气回路、位于第一排气回路上的二阶阶梯阀Ⅰ、第一供气回路、位于第一供气回路上的二阶阶梯阀Ⅲ；所述搬运腔包括第二排气回路、位于第二排气回路上的二阶阶梯阀Ⅱ、第二供气回路、位于第二供气回路上的二阶阶梯阀Ⅳ；所述二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ包括半开、全开和关闭三种状态；所述第一排气回路和第二排气回路的另一端连接同一个真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种抽真空及大气回填的给排气装置，其特征在于，所述装载腔和搬运腔中分别包括第一压力计和第二压力计，所述第一压力计和第二压力计连接至控制中心。

3.根据权利要求1所述的一种抽真空及大气回填的给排气装置，其特征在于，所述第一供气回路和第二供气回路另一端连接氮气源。

4.根据权利要求1所述的一种抽真空及大气回填的给排气装置，其特征在于，所述二阶阶梯阀Ⅰ、二阶阶梯阀Ⅱ、二阶阶梯阀Ⅲ和二阶阶梯阀Ⅳ连接至控制中心。

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