CN217006234U - 一种晶圆片试验用环境系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶圆片试验用环境系统，其技术要点在于，包括：试验操作腔、2个样品存储腔、加热罩、真空管路系统、洁净管路系统；所述试验操作腔用于放置机械臂；所述样品存储腔用于放置晶圆片；所述2个样品存储腔设置在所述试验操作腔的两侧，且所述试验操作腔与所述样品存储腔连通；所述试验操作腔以及2个所述样品存储腔的外表面均包裹有所述加热罩。采用本申请的一种晶圆片试验用环境系统，能够为晶圆片进行科学试验提供环境支持。

Description

一种晶圆片试验用环境系统

技术领域

本发明涉及半导体试验领域，更具体地说，尤其涉及一种晶圆片试验用环境系统。

背景技术

随着半导体的发展，晶圆片在进行科学试验时，产生了“超高真空+高洁净度”的技术需求。

而对于“超高真空+高洁净度”的实现，申请人经过检索“洁净and真空and G01/IC”，发现以下文献：

CN207472294U、耐高压高洁净度安全压力试验箱，其记载了：箱体一侧连接高压气体、一侧连接有真空泵。其目的是通过高压气体配合减压阀来调节箱体内部的压力。进而实现：洁净度高且可以适应不同压力需求的试验箱。

上游客户提出针对“超高真空+高洁净度”，提出两个定量指标：

1)洁净度要至少满足ISO14644-1 CLASS1标准等级(ISO14644-1标准)；

2)真空度要至少满足：腔体内气压小于等于5×10^-7Pa。

对于CN207472294U而言，其虽然连接真空泵，但是他能达到的真空度一般在3～4pa级别，其无法作为晶圆片试验用环境系统。

因此，为了满足上游客户的两个需求，需要研发专门的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种晶圆片试验用环境系统。

本申请的技术方案为：

一种晶圆片试验用环境系统，包括：试验操作腔、2个样品存储腔、加热罩、真空管路系统、洁净管路系统；

所述试验操作腔用于放置机械臂，所述样品存储腔用于放置晶圆片；所述试验操作腔与所述样品存储腔共同称作所述内腔；

所述2个样品存储腔设置在所述试验操作腔的两侧，且所述试验操作腔与所述样品存储腔连通；

所述试验操作腔以及2个所述样品存储腔的外表面均包裹有所述加热罩；

其中，洁净管路系统包括：进气管路、出气管路；所述进气管路的一端与氮气气源连接，其另一端与样品存储腔连接，从氮气气源到样品存储腔的方向上，在进气管路上依次安装有：计量计、过滤器、进气阀；所述出气管路的一端与另一个样品存储腔连接，另一端与抽空泵连接，从样品存储腔到抽空泵的方向上，在出气管路上依次安装有出气阀、高分辨率粒子检测仪；

其中，所述真空管路系统包括：第一管路、第一插板阀、第一分子泵、第一低规、第一隔断阀、第三管路、旁抽阀、第五管路、第五管路阀、前级真空泵；

所述第一管路与第三管路并联设置且均连接在内腔与第五管路之间；按照从内腔到第五管路的方向，在第一管路上依次安装有：第一插板阀、第一分子泵、第一低规、第一隔断阀；

在第三管路上安装有旁抽阀；

在第五管路的端部安装有前级真空泵。

进一步，还包括：第二管路、第二插板阀、第二分子泵、第二低规、第二隔断阀；所述第二管路与第一管路并联，也连接在内腔与第五管路之间；

从内腔到第五管路的方向，在第二管路上依次安装有：第二分子泵、第二低规、第二隔断阀。

进一步，所述第一管路连接在所述试验操作腔与第五管路之间；所述第二管路、第三管路连接在所述样品存储腔与第五管路之间。

进一步，所述真空管路系统还包括：第四管路；所述第四管路与第一管路、第二管路、第三管路、第五管路的端部均连通；

第四管路上安装有检漏阀、检漏仪。

进一步，加热罩设置有电阻丝。

进一步，还包括：真空度测量传感器；在试验操作腔和/或2个样品存储腔上安装有真空度测量传感器，用于监测晶圆片试验用环境系统内部的真空度。

进一步，所述试验操作腔设置有上盖；在试验操作腔的上表面设置有螺栓孔、胶圈槽、铜圈刀口；所述上盖的下表面设置有螺栓孔、胶圈；

在钢圈刀口上缠绕若干圈铜丝；

上盖与试验操作腔固定时，上盖的胶圈插入到试验操作腔的胶圈槽内，采用螺栓-螺母将试验操作腔-上盖固定在一起。

只有通过上述双层密封，才能保证密封性，保证真空度

本申请的有益效果在于：

第一，本申请首次提出了“晶圆片试验用环境系统”的技术设计。这是本申请的基础构思，即“所述试验操作腔用于放置机械臂，所述样品存储腔用于放置晶圆片；所述2个样品存储腔设置在所述试验操作腔的两侧，且所述试验操作腔与所述样品存储腔连通”属于首次公开。

第二，本申请在结构设计上，为了实现：5×10^-7Pa。采用了“所述试验操作腔以及2个所述样品存储腔的外表面均包裹有所述加热罩”的结构设计。

2.1，加热罩的设计需求是基础构思。常规的抽真空需求，一般只需要达到2～5pa即可，这种情况只需要前级泵即可完成。对于加快更高的抽真空，正常的思路就是采用分子泵，分子泵的精度越高，抽取效果越好。但是，上述常规的思维在5×10^-7Pa就不再适用。

2.2对于如此高的抽真空而言，并非改变分子泵就能解决的。

发明人团队在首次试验时，发现：采用分子泵抽吸到一定阶段后，真空度下降的速度非常慢。机理分析：部分气体特别是惰性气体，容易吸附在设备的内表面。这就导致，设备内部的真空度下降速度非常缓慢。因为不断有惰性气体从设备的内表面进入到设备内部。

这一现象与上述机理是此前“抽真空”未曾遇见以及未曾预料到的。

2.3，解决方式是采用加热罩对设备进行高温烘烤，彻底除气后才能获得5×10^-7Pa的超高真空度；由于真空室内部需要超洁净的环境要求，所以烘烤系统需要在设备的外面实现，而不能在设备的内部进行。

2.4，加热罩的构成：在试验系统的外侧套设有加热罩，加热罩的内部设置有加热丝；加热罩分为若干个区域，每个区可单独控温加热；通过加热罩来进行对设备烘烤除气。上述分区设置的原因还在于：设备不同部分的耐热温度不一样。例如：上盖部分存在胶圈，加热罩的问题若超过180°，胶圈会受热破坏。同时，温度较低(低于150°效果不明显)，因此，存在胶圈的上盖，采用160°～170°，其余部分采用170°～200°加热。

第三，结构设计的第三个要点在于：洁净管路系统以及真空管路系统的设计。

第四，结构设计的第四个要点在于：系统需要经常开盖，考虑超高真空度指标对密封性的要求，设计了“双层密封”。具体而言，所述上盖的下表面设置有螺栓孔、胶圈；上盖与试验操作腔固定时，预先在钢圈刀口802上缠绕若干圈铜丝，然后上盖的胶圈插入到试验操作腔的胶圈槽801内，最后采用螺栓-螺母将试验操作腔-上盖固定在一起。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是一种晶圆片试验用环境系统的三维设计示意图(未示意加热罩)。

图2是一种晶圆片试验用环境系统的立面图。

图3是一种晶圆片试验用环境系统的俯视图。

图4是一种晶圆片试验用环境系统的气路设计图。

图5是一种晶圆片试验用环境系统的设计图(上盖打开)。

图6是一种晶圆片试验用环境系统的上盖的密封设计图(示意出了试验操作腔放置细铜丝和橡胶圈的空间)。

图7是一种晶圆片试验用环境系统的上盖的密封设计三维图(示意出了试验操作腔放置细铜丝和橡胶圈的空间)。

图8是一种晶圆片试验用环境系统的上盖的密封设计图(示意出了细铜丝和橡胶圈的配合设计)。

附图标记说明如下：

试验操作腔A、样品存储腔B；

第一管路101、第一插板阀102、第一分子泵103、第一低规104、第一隔断阀105；

第二管路201、第二插板阀202、第二分子泵203、第二低规204、第二隔断阀205；

第三管路301、旁抽阀302；

第四管路401、检漏阀402、检漏仪403；

第五管路501、第五管路阀502、前级真空泵503；

计量计601、过滤器602、进气阀603；

胶圈槽801、铜圈刀口802、胶圈901。

具体实施方式

<实施例1：一种晶圆片试验用环境系统>

结合附图1-4所示，一种晶圆片试验用环境系统，包括：试验操作腔A、2个样品存储腔 B、加热罩、真空管路系统、洁净管路系统；

所述试验操作腔A、所述样品存储腔B连通；

所述试验操作腔A中放置于机器臂；

所述试验操作腔、所述样品存储腔的外侧设置有加热罩；

所述试验操作腔设置有上盖，所述上盖用于放置机械臂以及晶圆。

其中，所述真空管路系统包括：

第一管路101、第一插板阀102、第一分子泵103、第一低规104、第一隔断阀105；

第二管路201、第二插板阀202、第二分子泵203、第二低规204、第二隔断阀205；

第三管路301、旁抽阀302；

第四管路401、检漏阀402、检漏仪403；

第五管路501、第五管路阀502、前级真空泵503；

所述第一管路101变联连接在试验操作腔A与第五管路501之间；

所述第二管路201、第三管路301变联连接在样品存储腔B与第五管路501之间(需要说明的是：第一管路也可以连接到样品存储腔与第五管路501之间，第二管路201、第三管路301也可以连接到试验操作腔与第五管路之间)；

按照从试验操作腔A到第五管路501的方向，在第一管路101上依次安装有：第一插板阀102、第一分子泵103、第一低规104、第一隔断阀105；

按照从样品存储腔B到第五管路501的方向，在第二管路201上依次安装有：第二插板阀202、第二分子泵203、第二低规204、第二隔断阀205；

在第三管路301上安装有旁抽阀302；

第五管路501上连接有第五管路阀502、前级真空泵503；

第四管路401与第一管路、第二管路、第三管路、第五管路的端部连通，第四管路的端部依次安装有检漏阀402、检漏仪403。

第二管路201与第一管路101并联，提高抽真空效果。

其中，洁净管路系统包括：进气管路、出气管路；

所述进气管路的一端与氮气气源连接，其另一端与样品存储腔B连接，从氮气气源到样品存储腔B的方向上，在进气管路上依次安装有：计量计601、过滤器602、进气阀603；

所述出气管路的一端与另一个样品存储腔B连接，另一端与抽空泵连接，从样品存储腔 B到抽空泵的方向上，在出气管路上依次安装有出气阀604、高分辨率粒子检测仪605。

表1给出了真空管路系统的各个部件的作用。

表1

另外，还需要说明的是：

如图5所示，上盖能够开闭。由于本申请要完成超高真空环境(5×10^-7pa)，密封设计非常重要。

本申请的密封设计是采用双层密封：胶圈和金属铜丝。

如图5-8所示，在试验操作腔的上表面设置有螺栓孔、胶圈槽801、铜圈刀口802；

所述上盖的下表面设置有螺栓孔、胶圈；

上盖与试验操作腔固定时，预先在钢圈刀口802上缠绕若干圈铜丝，然后上盖的胶圈插入到试验操作腔的胶圈槽801内，最后采用螺栓-螺母将试验操作腔-上盖固定在一起。

只有通过上述双层密封，才能保证密封性，保证真空度。

下述阐述本申请的设备的使用方法：本申请设备的使用方法，其包括如下步骤：

S100，对试验操作腔A进行多次抽真空操作；

S101，第一次抽真空，将试验操作腔A中的气压降低到10pa以下：将第五管路阀502、前级真空泵503、旁抽阀302打开，将设备的气压抽到10Pa以下，关闭旁抽阀；

S102，第二次抽真空：

首先，充气(设备内气压达到大气压)：洁净管路系统启动，进气阀603开启，出气阀604仍保持关闭；高压氮气经过过滤器602后进行过滤，然后通过进气阀603进入到试验操作腔A中；

然后，旁抽阀开启，抽气，将箱体真空抽到10Pa以下；

S103，第三次抽真空：与S202相同。

S101～S103的目的是为了提高洁净度(可认为属于粗换，设备内的洁净度已经得到了一定的改善)。

S200，换气操作(精细化换气)：

洁净管路系统启动：进气阀603、出气阀604均开启；

高压氮气经过过滤器602后进行过滤，然后通过进气阀603进入到试验操作腔A中，然后经过出气阀604、高分辨率粒子检测仪605；经过高分辨率粒子检测仪605能够实时监测气体的粒子数量，从而知晓试验操作腔A的内部是否达到CLASS 1级标准；

S300，待高分辨率粒子检测仪605监测得到的氮气的洁净度满足CLASS 1级标准后；洁净管路系统启动关闭；

S400，将第五管路阀、前级真空泵、旁抽阀打开，将设备的气压抽到10Pa以下，关闭旁抽阀；

然后，开启分子泵抽真空至10^-2pa～10^-3pa；

再然后，加热罩开始工作，对主体腔A、转接腔B的外表面进行加热烘烤；第一插板阀、第二插板阀保持开启；

待烘烤一定时间后(一般是24小时)，停止加热；

在降温过程中，将真空度降低到5×10^-7Pa。

对于设备而言，大的漏点容易查找。主要是小的漏点难寻找。特别是：真空度达到10^-5～10^-6pa时，分子泵开启很长时间，都无法再降低真空度。此时，可认为：设备仍然存在小的漏点。

因此，检漏也属于必要工艺：

若S400中，真空度真空一直抽不下去，说明：系统存在一定的漏气点(或者说密封度不够；因为此时已经排除了惰性气体的影响)，此时，打开检漏阀402，关闭第五管路阀502；然后在外侧对箱体的各个部位进行喷氦气，若该处存在漏气点，此时检漏仪即可检出。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，包括：试验操作腔、2个样品存储腔、加热罩、真空管路系统、洁净管路系统；

所述试验操作腔用于放置机械臂，所述样品存储腔用于放置晶圆片；所述试验操作腔与所述样品存储腔共同称作所述内腔；

所述2个样品存储腔设置在所述试验操作腔的两侧，且所述试验操作腔与所述样品存储腔连通；

所述试验操作腔以及2个所述样品存储腔的外表面均包裹有所述加热罩；

其中，洁净管路系统包括：进气管路、出气管路；所述进气管路的一端与氮气气源连接，其另一端与样品存储腔连接，从氮气气源到样品存储腔的方向上，在进气管路上依次安装有：计量计、过滤器、进气阀；所述出气管路的一端与另一个样品存储腔连接，另一端与抽空泵连接，从样品存储腔到抽空泵的方向上，在出气管路上依次安装有出气阀、高分辨率粒子检测仪；

其中，所述真空管路系统包括：第一管路、第一插板阀、第一分子泵、第一低规、第一隔断阀、第三管路、旁抽阀、第五管路、第五管路阀、前级真空泵；

所述第一管路与第三管路并联设置且均连接在内腔与第五管路之间；按照从内腔到第五管路的方向，在第一管路上依次安装有：第一插板阀、第一分子泵、第一低规、第一隔断阀；

在第三管路上安装有旁抽阀；

在第五管路的端部安装有前级真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，还包括：第二管路、第二插板阀、第二分子泵、第二低规、第二隔断阀；所述第二管路与第一管路并联，也连接在内腔与第五管路之间；

从内腔到第五管路的方向，在第二管路上依次安装有：第二分子泵、第二低规、第二隔断阀。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，所述第一管路连接在所述试验操作腔与第五管路之间；所述第二管路、第三管路连接在所述样品存储腔与第五管路之间。

4.根据权利要求2所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，所述真空管路系统还包括：第四管路；

所述第四管路与第一管路、第二管路、第三管路、第五管路的端部均连通；

第四管路上安装有检漏阀、检漏仪。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，加热罩设置有电阻丝。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，还包括：真空度测量传感器；在试验操作腔上安装有真空度测量传感器，用于监测晶圆片试验用环境系统内部的真空度。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，还包括：真空度测量传感器；在样品存储腔上安装有真空度测量传感器，用于监测晶圆片试验用环境系统内部的真空度。

8.根据权利要求1所述的一种晶圆片试验用环境系统，其特征在于，还包括：所述试验操作腔设置有上盖；

在试验操作腔的上表面设置有螺栓孔、胶圈槽、铜圈刀口；所述上盖的下表面设置有螺栓孔、胶圈；

在钢圈刀口上缠绕若干圈铜丝；

上盖的胶圈能够插入到试验操作腔的胶圈槽内，采用螺栓-螺母能够将试验操作腔-上盖固定在一起。

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