TW392104B

TW392104B - Metered gas control in a substrate processing apparatus

Info

Publication number: TW392104B
Application number: TW87105604A
Authority: TW
Inventors: Douglas R Adams
Original assignee: Brooks Automation Inc
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2000-06-01
Also published as: JP5046429B2; WO1998048074A1; KR101148276B1; EP0977906A1; KR20010020130A; US5879461A; EP0977906A4; AU6874298A; JP2002500822A

Description

五、發明説明（I ) 經濟部中央標隼局員工消费合作社印^ 參照相關申請本申請案主張享有1997年4月21日提出申請的美國臨時申請案第6 0/0 4 4，4 9 4號的權利。發明背景 1·發明領域本發明關係到一種基質處理裝置，更詳細地說，一種氣體輔助處理裝置》 2·前技說明美國第4 9 6 3 7 1 3號專利揭示一種蝕刻裝置的電漿電極系統的冷卻方法。美國第5 0 9 0 9 0 0號專利揭示一種真空室的工件支持物。發明槪述根據本發明，提供了一種將氣體導入基質處理室的方法β此方法包括以下步驟：將氣體充入氣體測量區至第一預設氣壓，關閉此區域以保持此第一預設氣壓，將氣體測量區向基質處理室打開，氣體將充滿基質處理室，以爲該室提供第二預設氣壓。根據本發明的第一個實施例提供了一基質處理裝置。此基質處理裝置包括一個基質處理室和一個氣體測量計。本紙張尺度適用中國國家椋準（CNS ) Λ4规枋（2Κ)Χ2^7公公） - I- i 1 I— I I : - I I I- - .1- -i I I— i-i /\s 、vd (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（l ) 請先閲讀背 ιέ i 事· 項再填ϊ 本衣頁氣體測量計外置於基質處理室》氣體測量計測量一定量將要導入基質處理室的處於第一預設氣壓下的氣體，這樣，在基質處理室收到的氣體處於第二預設氣壓下。氣體測量計在定量氣體導入基質處理室之前測量定量氣體。根據本發明的第二個實施例提供了一基質處理裝置。此基質處理裝置包括一個基質處理室和將氣體導入基質處理室的裝置以在處理室中獲得最終預設氣壓》將預定量氣體導入基質處理室的裝置包括一個固定體積以不同於最終預設氣壓的最初預設氣壓接收氣體的氣體測量室。訂經濟部中央標準局®:工消贽合作枉印製根據本發明的第三個實施例提供了一基質處理裝置。此基質處理裝置包括一個基座，一個冷卻盤，一個活門。冷卻盤可移動地安裝於底座上並可以移動。活門可移動地安裝於底座上，置於冷卻盤之上。活門與冷卻盤共同動作形成一個冷卻室，以冷卻裝載於這裏的基質β冷卻盤有一個氣壓控制器以控制冷卻室裏的氣壓Λ氣壓控制器包括一個處於冷卻盤和爲冷卻室供氣的裝置間的氣體測量區β氣體測量區與冷卻室是可隔開的，可以在定量氣體釋放入冷卻室之前將處於第一預設氣壓的定量氣體裝入氣體測量區圖式簡述以下將結合附圖對本發明前面所述各方面與其他特徵在下面的描述中進行解釋。這些圖式包括：本紙张尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4规棉（210X 297公# ) 經濟部中央標隼局負工消费合作社印裝 Α7 Η 7 五、發明説明（1) 圖1爲具有本發明特徵的基質處理裝置的平面俯視圖圖2爲圖1所示之裝置的主部件立體圖；圖3 A爲冷卻器上部結構剖視圖；圖3 B爲冷卻器下部結構剖視圖；圖3 C爲圖3 B所示基質冷卻室的3 C區域放大視圖 « ί 圖4 Α爲沿圖3 Α中4 Α — 4 Α直線的冷卻器結構剖視圖，所示基質裝載於可移動的基質支座上；圖4 B爲沿圖3A中4B — 4B直線的冷卻器結構剖視圖’所示機械手臂正通過通孔；圖5爲圖3 A所示的供氣系統示意圖；圖6爲回塡氣壓2 0托時氣體體積比與氣體測量室氣壓關係圖；圖7爲控制過程表；圖8爲冷卻器下組件之示意圖；以及圖9爲冷卻器中基質冷卻過程之流程圖· 較佳實施例說明圖1爲具有本發明特徵的基質處理裝置1〇的平面俯視圖。儘管本發明將參照圖式所示實例進行描述，應該理解的是本發明可以以各種方式實例實施。而且，可以採用各種合適的尺寸、形狀或各種類型的元件和材料。 /L·.-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS > Λ4说柊（2丨0X2W公於）經濟部中央標準局只工消资合作社印¾ A7

— HI 五、發明説明（斗）裝置10包括主部件1 2，基質處理單元1 4，基質保持單元或裝載鎖緊單元1 6和計算機控制器4 〇〇〇圖2 爲主部件1 2之立體圖。主部件1 2有一側面有多個帶端 •蓋2 0的孔的基座18。單元14，16連接在端蓋2 〇上。基質處理單元1 4和基質保持單元1 6在同業中廣爲人知，所以不做進一步的描述。主要部件1 2的基座1 8 構成一個由上蓋板38 '下蓋板104及側蓋板1 〇 6圍成的增壓室1 0 0。同業中爲了防止基質在基質處理單元 1 4和基質保持單元1 6在輸送時混入雜質，主要部件工 2的增壓室1 〇〇保持真空。基質S可以是半導體晶圓，平板顯示基質，或者任何其他類型基質。主要部件i 2有一基質輸送機構2 2以在單元1 4和1 6之間傳遞基質。 P C T第WO 9 4/2 3 9 1 1號專利中描述了一種相似的基質輸送機構，因此這裏一同作爲參考》而且，各種合適的基質輸送機構都可以使用。上蓋板3 8有一出入孔1 0 7，以及一個可移動的上端蓋2 4以覆蓋該孔1 0 7。上端蓋2 4由曲柄2 6帶動而上下移動。主部件1 2的前端2 8伸出一部分3 0 »較佳的實例中，基質保持單元1 6位於主要部件1 2的前端 2 8。其他實例中，基質保持單元1 6可以位於基質處理裝置主要部件的任何合適的位置β 較佳的實例中，伸出部分3 0支撐著對準器3 2、緩衝器3 4及冷卻器3 6。對準器3 2和冷卻器3 6是組合件，通過上蓋板3 8上的出入孔6 6安裝於主要部件1 6 ____6____—_____ — 氏張尺度適用中國國家栉準（CNS ) Λ4規格（2丨0X 297公筇） ---------L — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局只工消费合作社印裝 Λ7 Η 7 五、發明説明（冬）的增壓室1 0 0。其他實施例中，對準器、緩衝器及冷卻器或其他任意合適的組合可以整個在增壓室1〇〇之外被安裝在該主部件1 2之上β緩衝器3 4位於對準器3 2和冷卻器3 6之間。緩衝器可以在等候基質輸送機構2 2將基質輸送至單元14和16中的某一個時盛放另一或多種基質。但是，緩衝器3 4不是必需的。如習知技術中己知，對準器3 2用於定位基質。此實例中，對準器3 2是一組合插件，通過基座1 8的上蓋板3 8的孔6 6其中之一孔插於基座1 8上》4個螺釘4 0用於固定對準器3 2的固定凸緣4 1於基座1 8上。曲柄26由平板4 2安裝於基座1 8上。平板4 2位於緩衝器3 4之上。平板4 2可以從基座1 8上移開，這樣使用者可以取下緩衝器。參看圖3 Α和3 Β，冷卻器3 6包括上組件4 4和下組件或冷卻盤4 6 »冷卻盤4 6包括帶有導管5 0和冷卻通道5 2的導熱盤4 8。導熱盤4 8安裝於基座1 8的下擋板1 0 4上。導熱盤4 8的上表面4 9與下蓋板1 0 4 的上表面1 0 8大致平齊。下組件4 6可移動地安裝於基座1 8 »導熱盤4 8與下蓋板1 0 4間形成一個嵌槽結合 1 1 0。導熱盤4 8有一密封圈1 1 2位於嵌槽結合1 1 0上，導熱盤4 8與下蓋板1 0 4之間。密封圈1 1 2維持增壓室1 0 0完全真空。導熱盤4 8有一隔離管5 3與真空源（沒有表示出）相連。此隔離管5 3有一隔離閥5 4將導熱盤4 8與真空源分開。隔離閥5 4通過輸送管6 2連接於導熱盤4 8上。輸送管6 2伸至導熱盤4 8的上 ____7---- 本紙张尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4规枋（210X 297公片） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /L·^.. 經濟部中央標準局貝工消贽合作社印繁 A7 __lil________ 五、發明説明（心）表面4 9。導熱盤4 8同時也由一供氣管5 5連接於氣體源6 0。供氣管5 5有回塡閥5 6和充氣閥5 8。回塡閥 5 6和充氣閥5 8通過一導管5 7相連而樺成下面將要進一步講述的氣體測量區。回塡閥5 6通過伸至導熱盤4 8 的上表面4 9的導管6 4連接於導熱盤4 8。上組件或活門機構4 4是一組合插件，通過底座1 8 的上蓋板3 8的孔6 6中的一孔插於基座1 8上。4個螺釘40將固定凸緣68固定於基座18上（見圖2) °固定凸緣6 8與該對準器的固定凸緣4 1具有相同大小和形狀。基座1 8、對準器3 2、冷卻器3 6如此結構使得基座1 8在位置Α與Β可以容納對準器3 2或冷卻器3 6。這樣，主部件1 2可以擁有2個對準器或2個冷卻器，或者，對準器與冷卻器的位置可以在對側β這種模組式結構使製造商可以容易地根據特定的需要改變此裝置10的結構。如果主部件1 2不需要對準器或冷卻器，只需用密封板（未顯示）取代對準器或冷卻器連接於底座1 8即可。另外一個重要的優點是，由於採用插接方式組裝，校準器 3 2的上部和冷卻器3 6的上組件4 4只需移動其4個安裝螺釘4 0即可輕易地從主部件1 2的頂部移開。這樣如果一個晶圓壞了，淸理壞掉的晶圓時，可以迅速而容易地取下對準器和冷卻器。上組件4 4包括蓋子7 0，機身7 2和一個移動支座7 4 ◊上組件4 4還有一個壓力邊界1 —__8______ 本紙張尺度適用中國國家枕準（（：奶）六4規栳（2】〇/2^7公筇） n m m n n I I n In I I I !— 1 - - I— HI 丁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局兵工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（g ) 2 0將上組件4 4隔爲真空部分1 2 2和壓力部分1 2 4 兩部分。冷卻器3 6的上組件4 4上壓力邊界1 2 0是由主部件1 2的基座1 8形成的壓力邊界的一部分，這樣可保持增壓室1 0 0的真空狀態β壓力邊界1 2 0的真空部分1 2 2之上的上組件4 4的部分暴露於增壓室1 0 0的真空中。壓力邊界1 2 0的壓力部分1 2 4之上的上組件 4 4的部分暴露於環境氣壓下。上組件4 4之中的壓力邊界1 2 0由機身7 2、其下移動支座7 4間的墊圈1 2 6 形成的。機身7 2靜連接於底座1 8的上蓋板3 8。主部件1 2的下表面1 2 8是上組件4 4上壓力邊界1 2 0的一部分。移動支座7 4有一驅動部分或機械驅動部分7 6 和一個下支座7 8。驅動部分7 6可移動地安裝於壓力邊界1 2 0的壓力部分1 2 4上的機身7 2。驅動部分7 6 連接於下支座7 8上，以活門運動來驅動下支座7 8相對於機身7 2上下運動（見圖3Α和3 Β)。在此較佳實例中，驅動部分7 6可以由柱塞或千斤頂液壓驅動或氣動的。其他實例中，任何合適的驅動方式均可用於推動下支座 7 8作爲活門。例如，驅動部分可以是機電控制的千斤頂〇移動支座7 4有一連接部分1 3 0將驅動部分7 6與下支座7 8連接起來。下支座7 8懸於一連接部分1 3 0 的下端1 3 2。驅動部分7 6與連接部分1 3 0的上端1 3 4相連。上端1 3 4位於上組件4 4的壓力部分1 2 4 之上。一個連桿1 3 6伸在連接部分1 3 0的上端1 3 4 _2__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规梠（210X297公]Γ5 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1Τ 經满部中央標準局，Μ工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（？）和下端1 3 2之間。下支座7 8位於上組件4 4的真空部分1 2 2。連桿1 3 6穿過機身7 2：的下表面1 2 8和機身7 2。下部機身7 2與下支座7 8間的墊圈1 2 6套於連桿1 3 6上以保護壓力邊界1 2 0。驅動部分7 6的行程被調節來抬起下支座7 8至基質裝載或卸載的高位置及降低下支座7 8至基質冷卻的低位置。圖3 Α和4 Α所示爲下支座7 8處於高位置，圖3 B和4 B所示爲低位置。下支座7 8的下表面1 3 8有一基質接收槽1 4 0。墊圈 8 2環套於接收槽1 4 0上。基質支持臂8 0伸於下表面 1 3 8之下。下支座也有一通孔8 4，由此處可穿過輸送機構2 2。在圖3 A所示高位置處，基質S可以輸送機構 22送入或移出支持臂80 (見圖4A) 〇基質S送入支持臂8 0後，該下支座被向下移動，因而，墊圈8 2與導熱盤4 8的上表面4 9接觸，如圖3 B所示。在下位置處，如圖4 Β所示，輸送機構2 2穿過孔8 4伸入保持單元 1 6。當墊圈8 2與導熱盤4 8的上表面4 9接觸，在下支座7 8的下表面1 3 8與導熱盤4 8的的上表面4 9之間的基質接收槽1 4 0間會形成一個封閉的小室8 6。這個封閉的小室8 6有墊圈8 2密封。亦參看圖3 C，基質 S被置於導熱盤4 8的輸送管5 0上。輸送管5 0突伸於導熱盤4 8的上表面4 9之上，因而當墊圏8 21與導熱盤 4 8接觸時，傳輸管上的基質S被置於基質接收槽1 4 0 內。導熱盤4 8的上表面上有槽，當下支座7 8處於低位置時，可以容納支持臂8 0，這樣墊圏8 2才會與上表面 __Ιΰ_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规枋（210Χ 297公疗） I I - I- - «1-- I - 1^1 - I J I !- - I m . i —^1 X» 、τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 經濟部中央標率局負工消費合作社印^ Α7 Η 7 五、發明説明（q ) 接觸。如圖3 C所示，輸送管5 0爲導熱盤4 8的上表面 4 9和基質S之間提供了間隙1 4 2。當小室8 6關閉後，惰性氣體被導入小室8 6 ’對基質S進行氣體冷卻。惰性氣體源6 0提供的氣體通過供氣管5 5導入，通過導熱盤4 8進入小室8 6 (見圖3 B)。基質處理單元1 4中處理的基質由於處理過程而溫度升高。例如處理的基質爲半導體晶圓’爲晶圓脫氣時，典型晶圓溫度升高至接近2 5 0度。高溫的基質必須在從處理裝置1 0中取出之前冷卻。這樣會防止高溫容易發生的基質汙染，同時也省去了處理高溫基質的專門設備。此實例中，基質是由導熱盤4 8提供的熱傳導將熱量導入散熱座而冷卻的。真空狀態下，基質S與導熱盤4 8之間的熱傳遞基本是通過輻射進行的。然而當冷熱表面溫差接近3 0 0度時，輻射的冷卻效率很低。真空狀態下，由於每個表面的微觀不規則性導致接觸有限，所以進行的傳導導熱也是很有限的。通過在基質與散熱座之間充以惰性氣體可以大大提高兩者間的熱傳遞速率，這時熱傳遞是以氣體對流/傳導的方式進行的。該氣體必須被包含於一室中以避免在主要部件1 8中失去真空。此較佳實例中，小室8 6 是基質的冷卻室。室8 6中的氣體可容許的壓力是受真空增壓室1 0 0與室8 6間的墊圈8 2限制的。墊圈8 2兩側的壓差越大’爲了防止氣體由室8 6經墊圈8 2洩漏，墊圏8 2就越複雜。然而，室8 6裏的氣體Μ力必須足夠以提供有效的熱傳遞。大約2 0托（0.3 8 psig)的氣壓本紙张尺度適用中國國家榡準（CNS ) 梠（2)0X29*7公处） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印絮 A7 _________ B7___ 五、發明説明（丨C?) 被發現爲基質S與導熱盤4 8之間提供足夠有效的熱傳遞。爲處理這樣低的壓力，該墊圈8 2爲一個已知簡單的單個密封圈8 3即可，所以不做進一步的說明。過去，控制冷卻室裏的氣壓一直是一個難題。傳統的氣壓計在大約2 0托的氣壓下是無效的。所以，同業使用對流氣壓計測量冷卻室加壓時的氣壓。傳統的氣壓計成本高’易損，需頻繁更換。本發明不用對流氣壓計而解決這個問題。本發明中，基質冷卻室裏的氣壓通過將已知量的惰性氣體在已知氣壓下導入已知體積的室8 6，而控制在 2 0托左右。已知的定量的惰性氣體在導入室8 6之前已測量好。此氣體是通過將氣體以一定的壓力導入已知體積的測量室，封住測量室，則形成已知體積，已知壓力的氣體。氣體在導入室8 6之前已測量省去了測量室8 6裏氣體壓力的對流氣壓計。圖5所示爲氣壓計2 0 0控制基質室8 6裏氣體壓力的示意圖。氣壓計2 0 0包括位於供氣管5 5之上，連接氣體源6 0與基質室8 6的氣體測量室2 0 2。氣體測量室2 0 2具有預設的固定體積爲V 1。體積V 1與導管5 7體積大致相等。閥門5 6及5 8裏的氣體體積對於氣體測量室2 0 2的總體積V1影響很小。氣體測量室2 0 2 可以在其順流邊由回塡閥5 6與基質室8 6斷開。在其逆流邊’氣體測量室2 0 2可以充氣閥5 8與氣體源6 0斷開。氣體源6 0將惰性氣體充入氣體測量室2 0 2，以加壓在其中的氣體至預設的壓力Ρ 1。然後，氣體測量室2 ________L2___ 本^张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规枯（2丨ΟΧ297公幼)~" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T A7 137

Pi Vi Pf Vf 五、發明説明（〖丨） 0 2與氣體源6 0斷開，氣體擴散進入真空的具有已知體積V 2的基質室8 6。最後基質室8 6裏的回充壓力P cool取決於基質室8 6的體積V 2和氣體測量室2 0 2的體積V 1的比率，及氣體測量室2 〇 2的最初壓力P 1。此關係可由玻耳定律解釋。玻耳氣體定律： ⑴ PiVi=PfVf 其中： = 定量氣體在最初體積下的壓力 =氣體最初體積 =氣體在最終體積下的最終壓力 =氣體最終體積 5 ’玻耳定律在公式（1 )中所述關係可以用如下公式表示： -- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局負工消费合作社印裂 (2) P1V1+P2V2 = Pcool(V 1 + V 2 ) 其中： Ρ 1 = 氣體測量室2 0 2內氣體的最初壓力 VI = 氣體測量室2 0 2的體積 Ρ 2 = 基質室8 6抽空時的壓力 V 2 = 基質室8 6的體積 P cool = 從氣體測量室2 0 2擴散後的最終回塡氣壓 (V 1 +v 2)= 從氣體測量室2 0 2擴散後的的氣體的最終體積 13 紙張尺度適用中 (210X297公处） A7 ____ 五、發明説明（α ) 假設基質室8 6抽空時的壓力P 2与Ο，則公式（2 )變爲： (3) P 1 V 1 = Pcool(V 1 + V 2 ) 並且假設Vl< < V 2，則公式（3 )變爲： 4(a) P 1 (V 1/V 2 ) - P cool 或 4(b) P 1 = (V 1 / V 2 )P cool 公式4(b)描述了基質室8 6的最終壓力 Pcool與氣體測量室2 0 2的最初壓力 P 1及基質室8 6與氣體測量室202的體積比 V2/V1 的關係。基質室8 6與氣體測量室202的體積比 V2/V1 是預先設定的’使得氣體源加壓，氣體測置室2 0 2中的氣體至壓力 P1 會使氣體擴散後基質室8 6內回塡壓力Pcool .約爲20托。例如，如果體積比 V2/V1 被設定爲 1〇0(如氣體測童室的體積 VI 基質冷卻室體積的 1/1 0 0 )，爲獲得2 0托的回塡氣壓 Pcool 則氣體最初的充氣壓力應爲2000托。壓力 P1 如下計算：經濟部中央標準局負工消费合作社印^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Pcool = 2 〇 Torr(0.38psia) 假設 V 2/V 1 - 1〇〇 p 1 = 2 0 0 0 Torr(38psia);或 2 3 psig 圖6爲回塡氣壓 Pcool爲2 0托時氣體體積比 V 2/V 1與氣體氣壓P 1的比率關係圖。其中橫坐標爲氣體氣壓P1，縱坐標爲氣體體積比 V2/V1 。圖 6表明氣體氣壓P 1增加時，基質冷卻室至氣體測量室的 —--------- -14____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現枋（210X297*^"] 經濟部中央標率局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（\、）氣體體稹比 V2/V1 也必成比例增加。基質室86的體積 V2 與氣體測量室202的體積 VI 的比値由基質室8 6及氣體測量室2 0 2和連接室8 6及2 0 2及氣體源6 0的供氣管5 5的機械設計決定的。較佳的實例中，氣體測量室2 0 2包括回塡閥5 6、充氣閥5 8和兩者間的導管5 7 (見圖5 )。所以氣體測量室202體積 VI 是由導管57的體積界定的。體稹 VI 由導管57的內部尺寸所固定。其他實例中，氣體測量室可以由任何供應已知體積的元件構成。圖 3C說明的最淸楚，體積 V2 包括室86的體積以及連接基質冷卻室8 6和回塡閥5 6的導管6 4的體積。基質室86的體積 V2 受基質室86和導管64的設計要求限制β下支座7 8上的基質接收槽1 4 0的體積由1 4 0的深度和面積確定的。基質接收槽1 4 0的面積和深度要裝得下基質S，當基質室8 6形成時，基質S盛於接收槽1 4 0中，並且在基質S與導熱盤4 8之間要留有足夠的間隙1 4 2。間隙1 4 2允許惰性氣體可以在基質S 下流動。導管6 4的體積由其長度和直徑確定的，導管6 4的長度要足以伸過導熱盤4 8而至回塡閥5 6。上述設計要求基本是固定的β所以，基質室8 6的體積 V 2 也大致是固定的，因此，提供導管5 7適當的體積 VI 即可得到基質室8 6與氣體測量室2 0 2的體積比 V 2 /VI。可以根據圖6選擇合適於供氣源60氣壓 Ρ1 的 __15_______ 本紙張尺度適用中國國家標準（匚化）厶4圯枯（210\ 297公#) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂經满部中央標準局K工消赀合作社印裝 A7 Η 7 五、發明説明（斗）體積比 V2/V1 。一旦適當的體積比 V2/V1 確定，並給定基質室8 6的體積V 2 ，導管5 7的長度和內徑被設定來提供所需的體積V 1。大約2 3 psig的供氣氣壓是一個可由氣體調節器容易獲得的氣壓。從圖6 可以看出，當供氣氣壓大約2 3 psig時，爲在基質室8 6 中獲得最低2 0 toir(0.38pSia)的氣壓，所需體積比 V 2 /VI 爲1 0 0。1〇〇的體積比V 2/V 1 可由冷卻器3 6的下組件4 6的設計條件控制。如圖8所示，較佳實例中，下組件4 6有必要的管線裝置使基質室8 6中獲得2 Otoir的氣壓。此必要的裝置包括供氣管5 5和氣體測量室2 0 2。供氣管5 5由導熱盤4 6定位與支撐，所以供氣管5 5與下組件4 6成爲一個整體。供氣管5 5機械連接於惰性氣體源6 0。隔離管5 3與真空源機械相連。當供氣管5 5和隔離管5 3分別與惰性氣體源6 0和真空源分開時，導熱盤4 8與供氣管5 5和隔離管5 3—同從基座1 8上移開。其他實例中，氣體測量室和其他所有必要的管線可以固定於主部件1 2的基座1 8上。用於輔助基質室8 6中的基質冷卻的氣體，較好的是惰性氣體。氬氣是適用於真空度高的系統之較佳回塡氣體，而氮氣適用於真空度不高的系統β氬氣的導熱性低於氮氣，熱傳遞效率低，但在高度真空狀態下顯示出較好的性能。而且，氬氣不容易起化學反應，氮氣則容易干涉化學處理過程。參見圖1，基質處理裝置10有一計算機控制器40 _._16___ 本紙張尺度適用中國國家標卑（CNS ) 枯（210X2^7公却） I - - - I I - - !1= - n '- —I- - 8 - 1 -- ί .· 'νβ * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標羋局Μ工消费合作社印製 A 7 Η 7 五、發明説明（ 0，控制基質輸送機構2 2及移動支座7 4及冷卻器3 6 的閥54、56及5 8的運動。計算機控制器4 0 0協調移動支座7 4的運動與氣體測量室2 0 2的放氣動作。如圖3 B與4 B移動支座7 4滑至下位先於氣體測量室2 0 2.的放氣動作發生。冷卻周期中移動支座7 4保持下位。只有當基質室8 6被真空源隔離時移動支座7 4才會上升。計算機控制器4 0 0也協調移動支座7 4的運動與機械輸送手臂2 2的位置。見圖3 A與4 A，移動支座7 4處於上位時，計算.機控制器4 0 0可將機械輸送手臂2 2伸至下支座7 8的下面，將基質拿起或置於下支座7 8的支持臂8 0上。裝卸基質時，計算機控制器4 0 0保持移動支座7 4處於的上方位置。移動支座7 4下降至下位置時，機械輸送手臂2 2完全伸出，將基質穿過下支座7 8的孔84移進或移出至緊鄰冷卻器36的保持模組16，（見圖4B)。當機械輸送手臂22伸過下支座78的孔8 4時，計算機控制器4 0 0保持移動支座7 4處於的下位置。此較佳實例中，計算機控制器4 0 0是以一種具有傳感器的類似於典型V A T的槽形滑閥的方式控制移動支座 7 4的運動。如圖3 A所示，當移動支座7 4處於上位時，一個“活門上位”限位開關4 0 2會發出信號。如圖3 B所示，當移動支座7 4處於下位時，一個“活門下位” 限位開關4 0 4會發出信號。向上移動支座7 4時，計算機控制器將移動支座74提升且保持直至“活門上位”限 _17____ 本紙张尺度適用中國阎家捃羋（C’NS ) Λ4現枯（2丨0x29hM;;) .....--I- - I .-=-- —II. -· - I I— II 1 士民- ---I- - 1.— .-------- Τ» 、-=-° (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ7 B7 經濟部中央標準局•为工消费合作社印裝五、發明説明（ft ) 位開關4 0 2發出的信號由0變爲1爲止（即，活門上位開關閉合）。向下移動支座74時，計算機控制器將移動支座7 4下降且保持直至“活門下位”限位開關4 0 4斷開。在向上和向下移動中都有一個檢測錯誤的暫停時間。其他實例中，計算機控制器4 0 0可以以任何一種合適的方式來控制移動支座7 4。爲協調移動支座7 4與機械輸送手臂2 2的運動，計算機控制器4 0 0具有下面的互鎖裝置。 “活門升/降允許”互鎖器4 0 6只有械輸送手臂2 2縮回時才允許移動支座7 4運動’可以避免傷及該傳輸受臂22與移動支座74» “活門升降允許”互鎖器40 6是由一個當械輸送手臂2 2縮回時發出信號的傳感器使能的。“機械手臂裝載/卸載及通過允許”互鎖器4 0 8 只有當移動支座7 4處於上位時才允許從下支座7 8上裝卸基質，只有當移動支座7 4處於下位時才允許械輸送手臂2 2完全伸出’將基質置於保持單元1 6上》使得械輸送手臂22伸出時不與移動支座74發生干涉》“機械手臂裝載/卸載及通過允許”互鎖器4 0 8是當“活門上位，，限位開關或“活門下位”限位開關閉合時使能的（見圖 4A和圖4B) °計算機控制器400還有一個“活門開 /關允許”互鎖器4 1 0 ’當冷卻周期完畢’允許向上移動支座7 4，打開基質室8 6。這個互鎖器是在冷卻完畢，基質室8 6隔離開時使能的。這樣，只有當基質冷卻室恢復真空時，移動支座7 4才可以運動，從而防止了主部 18 $张尺度巾酬料WCNS )處#，（ 21GX2<m># ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

C 、-ff 丁經滴部中央標準局Μ工消费合作社印5Ϊ Λ7 H7 五、發明説明（β) 件1 2的增壓室1 0 0混入汙染物。此實例中，回塡閥5 6和充氣閥5 8都沒有指明位置。相反，有可控制的高和低設定點的壓力開關3 0 0可以感測氣體測量室2 0 2內氣體的壓力（見圖8)。壓力開關3 0 0還可以在回塡閥 56打開時測量基質室86的氣壓β “活門開/關允許” 互鎖器4 1 0由壓力開關3 0 0發出的表明基質室8 6爲真空的"低氣壓”信號使能的。其他實例中，基質室8 6 的真空情況可以用任何合適的方法測量和傳遞信號給計算機控制器。回塡閥5 6，充氣閥5 8和隔離閥5 4都是由計算機控制器遠程控制和驅動的》此實例中，隔離閥5 4是一個 Κ Ρ- 6單級角度活門。此閥爲單步氣動閥。回塡閥5 6 和充氣閥5 8是外徑1/4英寸的單級高純度流量閥。其他實例中，回塡閥5 6和充氣閥5 8可以是任何合適於遠程操作的閥門。此較佳實例中，壓力開關3 0 0是一個有可控制高低極限的數字壓力開關。典型的最高極限爲1 〇 psig，最低設定點爲一 1 4。3 psig 〇其他實例中，壓力開關3 0 0可以是任何具有高低設定點的可控制的壓力開關。移動支座7 4的氣動驅動部分7 6與氣動驅動的回塡閥 5 6 ’充氣閥5 8和隔離閥5 4均有電和氣交互的控制系統’如前導式電磁閥，由計算機控制器4 0 0控制。基質室8 6裏冷卻基質S的過程很簡單。包括釋放一定量的氣體進入關閉的基質室8 6，然後在氣體與導熱盤 4 8之間進行熱傳遞。一段時間後，隔離氣體，打開基質 _____19_____ 本紙浓尺度適用中國國家標準（CNS )以現枘（2]0χ29κΓ)ΓΪ ' {請先閲讀背面之注意事項再填耗本頁) .裝. 、1Τ 經漪部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____H7_ 五、發明説明（β ) 室8 6。圖9爲基質處理裝置1 〇中基質冷郤步驟的流程圖。一般地，該步驟順序如下所述◊最初，冷卻器3 6呈如下狀態。充氣閥5 8關閉。回塡閥5 6和隔離閥5 4打開β如圖3 B所示，移動支座7 4處於下位或關閉狀態。冷卻過程由第一次將基質S裝於基質室8 6開始。爲完成這一步’回塡閥5 6和隔離閥5 4關閉。移動支座7 4被移至圖3 Α所示的上方或開啓位置，傳輸機構縮回。移動支座7 4被移到閉合位置（見圖3 B)。輸送機構部分伸出’將基質S置於下支座7 8的支撐臂8 0上（見圖4 A )^與裝入基質的同時，對氣體測量室202內的氣體進行測量。實際上，氣體測量可以與任何一個回塡閥5 6關閉的步驟同時進行（即，除了下面冷卻過程的放氣部分以外的任一步驟）。測量氣體需將充氣閥5 8打開，允許惰性氣體源6 0 內的氣體進入導管5 7。充氣閥5 8打開狀態保持一段指定時間，以確保導管5 7中充氣閥5 8與回塡閥5 6之間的氣體與許氣體源6 0內的氣體具有同樣的壓力（大約4 Opsig)。這段時間間隔是固定的（即，使用者不可更改 )，道是由於導管57的形狀及惰性氣體源60的類型之特性決定的。然後充氣閥5 8關閉。導管5 7處的壓力開關3 0 0將啓動其已規劃的高輸出，表明導管5 7內已有氣體，充氣閥5 8已經工作β基質S裝入基質室8 6並測量之後’基質S可以冷卻。回塡閥5 6打開，將定量的氣體釋放入基質室8 6。基質室8 6關閉一段可由使用者確 ___20______ 本紙张尺度適ϋ國國家標準（CNS ) /\4规枋（2]〇Χ297公兌） — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} i - I I I - I - - I - . - - II > h^I? . - -- I— i n T I-I n I I . .____I_ ,i 令、v* L.---------I------ 經濟部中央標準局兵工消费合作社印裝 Λ/ Β7 五、發明説明（4) 定的時間（冷卻時間）。這段時間裏，氣體壓力，冷卻盤的溫度’基質S進入基質室8 6的溫度的函數。壓力開關 3 0 0將回到中性狀態（非高或低的設定點）。冷卻時間結束後隔離基質室8 6 »隔離閥5 4打開，隔離管5 3打開一段時間，使氣體從室8 6移走。壓力開關3 0 0將啓動已規劃的低輸出，指示氣壓已存在，隔離閥5 4已經工作。最後，隔離完畢，將基質S從基質冷卻室8 6中取出。將基質從室8 6中取出的過程與裝入類似。回塡閥5 6 和隔離閥5 4關閉β移動支座7 4被移到開啓或上位，基質由機械傳輸手臂2 2移出。然後，正常地，進行更換基質（即，移動支座7 4仍然打開時，將新的基質置於支持臂80上），進行下一冷卻循環。然而如果移動支座7 4在沒有基質的情況下被關閉，隔離管5 3將再打開，冷卻器3 6恢復最初狀態。基質處理裝置10最好具有如下特徵以改善基質處理並防止了基質在處理裝置1 0中時混入汙染物。計算機控制器的溫度監測傳感器在導熱盤4 8的溫度超過有效冷卻所需溫度時會斷開。閥門也會因錯誤檢測而暫停β出現在以前的技術中的冷卻模組上的基質傳感器被取消了。因爲判定基質是否適當安置的能力幾乎是不可能的，而且，基質傳感器並沒有提高可靠性或防止基質洩漏的能力。基質輸送機構2 2的高度可靠性及系統控制軟件的基質追蹤能力將保證基質的正確處理。爲了使機構2 2可靠地處理基質，移動支座7 4必須是可重複的，基質在冷卻循環中一 ______-24----- 本紙張尺度通用中國國家榡卑（CNS〉Λ4况格（210X29*?公片） ---------/W — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局1¾工消t合作.社印取活門下降前導電磁充氣閥前導電磁回塡閥前導電磁隔離閥前導電磁 A7 B7 五、發明説明（W ) 定不能移動。應該進行足夠的測試以保證在處理過程中基質位置不漂移。冷卻器3 6的控制系統最好具有失敗模式以防止： 1 ·斷電 2·氣壓失控所有前導式電磁閥在斷電時都應保持原狀。在設備失壓情況下，系統的氣壓控制分佈系統應有足夠的儲備以防止氣壓在3 0分鐘之內降至5 0 psig以下。設備的接頭連接處及分支點應安裝有檢測閥。還應該安裝一個低氣壓計以顯示檢測閥的供氣流壅力^ 圖7爲控制器4 0 0在冷卻循環的時序圖。控制細節如下：可控制功能（數位輸出）指示（數位輸入）活門上升前導電磁活門高位置活門低位置高氣壓低氣壓冷卻盤高溫丁 > 3 〇度（警告）控制器4 0 0在基質冷说]栖福山上 -的醜趣中的操作以圖9所 75的流程随fT簡。難畴作馳如下： ^nn mu ^^^1 dn t^J UK I -- - HI I3^. m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) ----- A7 B7 五、發明説明（vl ) *初始條件： p 1 . A 當驅動部件7 6被加壓時，移動支座7 4處於閉合或被降低至其閉合位置。 B “活門下位”限位開關斷開以指示移動支座 7 4處於閉合位置。 C充氣閥5 8關閉。 D 回塡閥56打開。 E 隔離閥54打開。 F 提供一定規格（~40psig )的氮氣/氬氣被提供至充氣閥5 8。 G 隔離閥5 4連接於合適的真空源（（1 0 0 托）。 Η 基質冷卻室中有或沒有基質均可。 *裝載/卸載 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1Τ 經漪部中央標準局另工消f合作社印奴 P 2. “活門開啓允許”互鎖器被使能。 P 3 . “活門升/降允許”互鎖器被俾能。 P 4 . 關閉回塡閥5 6。 P 5 . 關閉隔離閥5 4。 P 6 . 升起移動支座7 4。 P 7 . 移動支座的"活門上位”限位開關斷開 P 8 . 打開充氣閥5 8。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4ML格（210\ 297公筇） A7 A7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印^ 五、發明説明（/) P 9 . “機械手臂裝載/卸載及通過允許”互鎖器被使能。 P10.機械手臂2 2移走冷卻的晶圓（如果有），並將熱晶圓置於下支座7 8的支持臂8 0上 P 1 1 “活門升/降允許”互鎖器被使能》 P 1 2 ·壓力開關3 0 0發出高壓信號。 P 1 3 .關閉充氣閥5 8。 *冷卻 P 1 4.降低移動支座7 4 〇 P 1 5 _移動支座7 4的"活門下位”限位開關斷開〇 p 1 6 “機械手臂裝載/卸載及通過允許”互鎖器被使能（輸送臂2 2開始從保持模組1 6處輸送基質） P 1 7.打開回塡閥5 6。 P 1 8 冷卻基質。等待冷卻過程（操作者可控制）〇 p 1 9 .打開隔離閥5 4。 p 2 0 .隔離過程等待。（操作者可控制）^ Ρ 2 1.壓力開關3 0 0發出低壓信號。指示晶圓排程器“冷卻過程完成，可以卸載，’ ^ 本發明中的基質處理裝置i 〇在以前有技術的基礎上 ---:----- 0Δ__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Mim ( 210X297^^ ) I I -I - I - - - I --- » Hi 1^1 -·-i- » - HI - - I . . T* (錆先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 經濟部中央標準局K工消费合作·社印¾ kl B7 五、發明説明（4) 進行了很大的簡化。爲了以最簡單的結構獲得最好的性能，幾項功能進行了很大的簡化。這些變化包括··插入式系統輸送室，簡化的氣體輔助冷卻裝置，除去了在板上的控制電子電路。冷卻器3 6的移動支座7 4從上面再裝於設備上。冷卻器3 6的移動機構被裝配成一個插接的上組合單元4 4 。移動插接的上組件4 4，其所有使用的零件（即墊圈8 2 '支持臂8 0及波紋密封圈1 2 6)都可以容易地更換，導熱盤4 8可以很容易地淸潔。在系統使用壽命中，正常的操作下，導熱盤4 8不需從輸送室上卸下。氣體輔助晶圓冷卻的基本方法做了幾處改動保留了下來。重要的改動是在移動支座7 4下面的氣體回塡是利用具有一定體積的加壓氣體來測量的，該氣體允許擴散入前面的真空冷卻室8 6。這種簡化省去了閥門壓力監測，消除了導致對流計漂移的誤差。其他實例中，由於相當低的熱負載被放置於冷卻器3 6之上及增壓室1 0 〇的下表面 1 0 4相對較強的傳導冷卻能力，晶圓冷卻環5 2可以不用。前有技術中使用的嵌入式控制器也不再使用，所有功能控制都置於主控制器4 0 0上。現在需要五位的數字式輸入/輸出。本發明的特徵在於加熱器/冷卻器的聯合裝置’可用於加熱器除了冷卻器之外。而且，本發明的特徵也可以用於基質處理裝置的氣體輔助處理。應該理解的是前面的描述只是對本發明進行瞭解釋說明。不同的變化和改進可以是沒有偏離本發明之範疇的設 ---- ----—*---— -—___2L·___________- 本紙张尺度適用中國1¾家標準（CNS ) ( 210X297公筇> (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝訂經漪部中央標準局只工消贽合作社印製 A7 B7 五、發明説明（外）備。從而，本發明欲包含各種落入所附的申請專利範圍內的變化及修正和改進。 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 枋（210X 297公处） I I II I n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims

經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A8 Bd ________ D8 六、申請專利範圍 1· 一種將氣體導入基質處理室的方法，其包括步驟有：將氣體充滿氣體測量區至第一預定氣壓；關閉該區域，使該區域保持在該第一預定氣壓；將該區域向基質處理室打開，因而氣體擴散入該室之中以提供該室一第二預定氣壓； 2，如申請專利範圍第1項之方法，其中該充氣步驟包括關閉氣體測量區與基質處理室之間的回塡閥及打開氣體測量區與氣源間的充氣閥。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該關閉該區的步驟包括關閉充氣閥，使氣體測量區與氣源分開’並且其中該充氣閥是在打開並經過一段時間之後關閉的’因此 ’氣體測量區保持在該第一預定氣壓。 4♦一種基質處理裝置，其包括：一基質處理室；以及一在該基質處理室之外的氣體測量計，用於測量將要導入基質處理室的處於第一預定氣壓的定量的氣體’因而接收於該基質處理室的氣體具有一第二預定氣壓；其中該氣體測量計在該定量氣體被導入基質處理室則，先測量此定量的氣體。 5·如申請專利範圍第4項之基質處理裝置’其中該氣體測量計位於向基質處理室提供氣體的供氣管上。 6.如申請專利範圔第4項之基質處理裝寘’其中該氣體測量計包括位於向基質處理室提供氣體的供氣管上的 1 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X2Q7公釐） --------ί ------1Τ------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 ?88 # -D8 六、申請專利範圍氣體測量室。 7·如申請專利範圍第6項之基質處理裝置，其中該氣體測量室的體積固定。 8 ·如申請專利範圍第6項之基質處理裝置，其中該氣體測量室有一將氣體測量室與基質處理室隔開的回塡閥〇 9 ·如申請專利範圍第8項之基質處理裝置，其中該氣體測量室有一將氣體測量室與基質處理室的供氣源隔開的充氣閥。 1 如申請專利範圍第9項之基質處理裝置，其中該回塡閥和充氣閥爲外徑1/4英寸的高純度流量閥。 1 1 ♦如申請專利範圍第9項之基質處理裝置，其中該氣體測量室包括一連接回塡閥和充氣閥的具有預設長度和預設直徑的導管。 1 2·如申請專利範圍第1 1項之基質處理裝置，其中該定量的氣體在氣體測量室中通過將氣體由氣源導入導. 管測量的，此時，回塡閥關閉，充氣閥打開，經過預設的時間後將充氣閥關閉。 1 3 ·如申請專利範圍第4項之基質處理裝置，其中該基質處理室具有一構成基質處理室的下表面的導熱盤，基質處理室裏的基質與導熱盤接觸。 1 4·如申請專利範圍第1 3項之基質處理裝置，其中該基質處理室有一閥門部件，當此閥門部件處於低位置時與導熱盤共同形成了基質處理室。 2 --------?^.------1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 1 5·如申請專利範圍第1 4項之基質處理裝置，其中該導熱盤有一氣體出口，氣體測量計通過這個出口測量定量的氣體，此出口通過導管與氣體測量計連接。 1 6，一種基質處理裝置，其包括：一基質處理室；以及將預定量氣體導入基質處理室並在基質處理室中獲得第二預定氣壓的裝置；其中，將預定量氣體導入基質處理室之裝置包括一預定體積的氣體測量室以接收不同於最後預定氣壓的最初預定氣壓的氣體。 1 7·如申請專利範圍第1 6項之基質處理裝置，其中該氣體測量室包括一將氣體測量室與基質處理室隔開的回塡閥，一將氣體測量室與供氣源及連接回塡閥至充氣閥的導管隔開的充氣閥。 1 8·如申請專利範圍第1 7項之基質處理裝置，其中該導管具有預定長度和預定直徑，並具有預定體積，所以，當定量的氣體從氣體測量室釋放並導入基質處理室時，以導管體積接收的第一預定氣壓的氣體，就形成了爲獲. 得基質處理室中最終預定氣壓的氣體所需的預定量氣體。 1 9·—種基質處理裝置，其包括： —底座；一可移動地安裝於底座上的冷卻盤；及一可移動地安裝於底座的冷卻盤之上的活門；此活門與冷卻盤共同形成冷卻室，以供冷卻其中的基質；其中冷 3 --------ί ^------、玎------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公嫠） A8 ?88 . D8 六、申請專利範圍卻盤有一控制冷卻室氣壓的氣壓控制器，此氣壓控制器包括一處於供氣源和冷卻室之間的氣體測量區，當定量氣體釋放入冷卻室之前，氣體測量區可與冷卻室分離，以將氣體測量區的氣體定於第一預定氣壓。 2 〇♦如申請專利範圍第1 9項之基質處理裝置，其中該氣體測量區體積固定，由將氣體測量區與冷卻室隔開的回塡閥在下游處及將氣在上游處圍成的。測童區與供氣源隔開的充氣閥 ----------- ------ΐτ------it (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）