片盒腔室、等离子体加工设备及片盒腔室的吹扫方法

摘要

本发明提供的片盒腔室、等离子体加工设备及片盒腔室的吹扫方法，其包括进气装置和排气装置，进气装置包括气源、气路、第一通断阀和流量控制单元，其中，气路的进气端与气源连通，气路的出气端与片盒腔室的内部连通；气源用于经由气路向片盒腔室输送不与工件发生反应的气体；第一通断阀用于接通或断开气路；流量控制单元用于调节气路的气体流量。排气装置用于将气体排出片盒腔室。本发明提供的片盒腔室，其不仅可以提高片盒腔室的清洁度，而且还可以减少片盒腔室内完成工艺的工件所释放出的反应气体对其他工件及进气装置和排气装置的腐蚀。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种片盒腔室、 等离子体加工设备及片盒腔室的吹扫方法。

背景技术

随着半导体技术的不断普及，生产企业面临着越来越激烈的市 场竞争。因此，就需要这些生产企业最大化地利用设备产能、不断 提高生产效率来应对日趋激烈的市场竞争。为了最大化地利用设备 产能，就要保证生产设备时刻处于工作状态，并尽量避免其他环节 (如，晶片的装载和卸载等)所造成的设备空闲。

为此，人们提出了一种带有片盒腔室结构的等离子体加工设备， 以提高生产效率。如图1所示，为现有的等离子体加工设备的结构 示意图。等离子体加工设备包括依次串接的片盒腔室1、传输腔室2 和工艺腔室3，且在相邻的两个腔室之间设置有门阀(图中未示出)， 以连通或隔离相邻的两个腔室。其中，片盒腔室1用于放置片盒4， 片盒4的具体结构如图2所示，在片盒4上沿竖直方向间隔放置有 多个托盘6，通常每个片盒4上可放置5～10个托盘6，在每个托盘6 上承载有多个晶片；而且，如图3所示，在片盒腔室1上还设置有 进气装置和抽气装置，其中，进气装置用于在卸载片盒4之前使片 盒腔室1恢复大气压力状态，其包括气源和气路，气路的进气端与 气源连通，气路的出气端与片盒腔室1连通，并且在气路上依次设 置有过滤器及用于通断该气路的隔膜阀；气源用于经由气路向片盒 腔室1内提供氮气；抽气装置用于在完成片盒4的装载之后对片盒 腔室1进行抽真空，以使其处于真空状态。此外，在传输腔室2内 设置有机械手5，用以将待加工的晶片自片盒腔室1的片盒4中取出， 并传输至工艺腔室3内，以及将已加工的晶片自工艺腔室3内取出， 并传输至片盒腔室1的片盒4中；工艺腔室3用于对晶片进行溅射、 刻蚀、沉积等工艺。

上述等离子体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问 题：

其一，由于机械手5在工艺腔室3和片盒腔室1之间传输晶片 的过程中，往往会将工艺腔室3内的污染颗粒携带至片盒腔室1内， 导致置于片盒腔室1内的晶片受到污染，从而降低了等离子体加工 设备的良品率。

其二，由于刚刚完成工艺的晶片的温度及承载该晶片的托盘的 温度较高，其在被机械手5传输至片盒腔室1内之后，会不断释放 残留在表面上的反应气体，导致片盒腔室1内的其他晶片表面因与 该反应气体发生反应而产生缺陷，从而降低了等离子体加工设备的 良品率。而且，由于通常需要连续对至少5个托盘上的被加工工件 进行工艺，导致完成工艺的晶片及托盘在片盒腔室1内停留的时间 较长，这使得释放在片盒腔室1内的反应气体的浓度越来越大，从 而不仅加重了对其他晶片表面的腐蚀，而且还会腐蚀与片盒腔室1 连通的进气装置和排气装置，进而降低了这些装置的使用寿命。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种片盒腔室、等离子体加工设 备及片盒腔室的吹扫方法，其不仅可以提高片盒腔室的清洁度，而 且还可以减少片盒腔室内完成工艺的工件所释放出的反应气体对其 他待加工工件及进气装置和排气装置的腐蚀。

为实现本发明的目的而提供一种片盒腔室，其包括进气装置和 排气装置，其中，所述进气装置包括气源、气路和第一通断阀，所 述气路的进气端与所述气源连通，所述气路的出气端与所述片盒腔 室的内部连通；所述第一通断阀用于接通或断开所述气路；所述气 源用于经由所述气路向所述片盒腔室输送不与工件发生反应的气 体；所述排气装置用于将所述气体排出所述片盒腔室，而且，所述 进气装置还包括流量控制单元，用以调节所述气路的气体流量。

其中，所述流量控制单元包括设置在所述气路上，且与所述第 一通断阀串联连接的质量流量控制器，用以调节所述气路的气体流 量。

其中，所述流量控制单元包括与所述第一通断阀并联的支路， 在所述支路上设置有质量流量控制器和第二通断阀，其中，所述质 量流量控制器用于调节其所在支路的气体流量；所述第二通断阀用 于接通或断开其所在支路。

其中，所述进气装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制 所述第二通断阀接通其所在支路，同时控制所述第一通断阀断开其 所在气路；或者，控制所述第一通断阀接通其所在气路，同时控制 所述第二通断阀断开其所在支路。

其中，所述第二通断阀的数量为一个，且位于所述质量流量控 制器的上游或下游；或者，所述第二通断阀的数量为两个，且分别 位于所述质量流量控制器的上游和下游。

其中，在所述气路上设置有过滤器。

其中，所述不与工件发生反应气体包括氮气。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备， 其包括依次串接的片盒腔室、传输腔室和工艺腔室，其中，所述片 盒腔室用于放置片盒，所述片盒用于承载放置有多个工件的托盘； 在所述传输腔室内设置有机械手，用以将待加工的工件自所述片盒 腔室的片盒中取出，并传输至所述工艺腔室内，以及将已加工的工 件自所述工艺腔室内取出，并传输至所述片盒腔室内的片盒中；所 述工艺腔室用于对工件进行相应的工艺，所述片盒腔室采用了本发 明提供的上述片盒腔室。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种片盒腔室的吹扫方法， 包括以下步骤：

S1，在将承载有待加工的工件的片盒放置于所述片盒腔室内之 后，对所述片盒腔室进行抽真空，以使其腔室压力保持在预设的第 一腔室压力值以下；

S2，向所述片盒腔室通入不与工件发生反应的气体，同时自所 述片盒腔室排出该气体，且使所述片盒腔室的腔室压力保持在预设 的第二腔室压力值以下；

S3，自所述片盒腔室将所述待加工的工件输送至工艺腔室内， 并开始对所述工艺腔室内的工件进行工艺；

S4，待所有的工件完成工艺，并均被传输至所述片盒腔室内的 片盒中之后，停止自所述片盒腔室排出所述气体，并继续向所述片 盒腔室通入所述气体直至所述片盒腔室的腔室压力达到大气压力；

S5，卸载所述片盒腔室内的片盒。

其中，在完成步骤S1之后，且在进行步骤S2之前，判断所述 片盒腔室的腔室压力是否在所述第一腔室压力值以下，若是，则进 入步骤S3；若否，则发出报警。

其中，在步骤S3中，在向所述片盒腔室内通入所述气体之后， 判断所述片盒腔室的腔室压力是否在所述第二腔室压力值以下，若 否，则发出报警。

其中，所述第二腔室压力值为0.2T。

其中，所述第一腔室压力值为0.1T。

其中，在步骤S2中，所述气体的流量范围在50～200sccm。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的片盒腔室，其通过借助在进气装置的气路上设置 的流量控制单元调节该气路的气体流量，可以在传输工件的机械手 自片盒腔室内的片盒取出未加工的工件或将已加工的工件放入该片 盒内时，通过按预定的气体流量向片盒腔室通入不与工件发生反应 的气体，同时借助排气装置排出该气体，而在片盒腔室内形成一定 的气流，该气流可以将进入片盒腔室的机械手所携带的污染颗粒冲 走，并排出片盒腔室，从而可以提高片盒腔室的清洁度，以避免工 件受到污染，进而可以提高等离子体加工设备的良品率。而且，借 助上述气流，可以稀释在片盒腔室内刚刚完成工艺的工件及承载该 工件的托盘所释放出的残留反应气体，从而可以减少残留的反应气 体对片盒腔室内的工件，以及与片盒腔室连通的进气装置和排气装 置的腐蚀，进而不仅可以提高等离子体加工设备的良品率，而且还 可以提高进气装置和排气装置的使用寿命。

本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的片 盒腔室，不仅可以避免工件受到污染，从而可以提高等离子体加工 设备的良品率，而且还可以提高进气装置和排气装置的使用寿命。

本发明提供的片盒腔室的吹扫方法，其不仅可以避免片盒腔室 内的工件受到污染，而且还可以提高等离子体加工设备的良品率， 以及提高进气装置和排气装置的使用寿命。

附图说明

图1为现有的等离子体加工设备的结构示意图；

图2为片盒的结构示意图；

图3为片盒腔室的进气装置和抽气装置的结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的片盒腔室的结构示意图；

图5为本发明第二实施例提供的片盒腔室的结构示意图；以及

图6为本发明实施例提供的片盒腔室的吹扫方法的流程框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图对本发明提供的片盒腔室、等离子体加工设备及片盒腔室的 吹扫方法进行详细描述。

图4为本发明第一实施例提供的片盒腔室的结构示意图。请参 阅图4，片盒腔室20用于放置片盒21，在片盒21上沿竖直方向间 隔放置有多个托盘，且在每个托盘上承载有多个工件。片盒腔室20 包括进气装置22和排气装置23，进气装置22包括气源、气路、过 滤器224、第一通断阀222和流量控制单元221，其中，气路的进气 端与气源连通，气路的出气端位于片盒腔室20的顶部，且与片盒腔 室20的内部连通；气源用于经由该气路向片盒腔室20输送不与工 件发生反应的气体，例如，氮气；流量控制单元221用于调节该气 路的气体流量，在本实施例中，流量控制单元221包括设置在气路 上，且与第一通断阀222串联的质量流量控制器(Mass Flow Controller，以下简称MFC)，用以调节气路的气体流量。第一通断 阀222的数量为两个，且分别位于MFC的上游和下游，用以接通或 断开气路。

排气装置23设置在片盒腔室20的底部，用以将气体排出片盒 腔室20，在本实施例中，排气装置23包括排气气路、排气通断阀 231和干泵。其中，排气气路的一端位于片盒腔室20的底部，且与 片盒腔室20的内部连通，排气气路的另一端与干泵连通；排气通断 阀231用于接通或断开排气气路；干泵用于经由排气气路抽取片盒 腔室内的气体。

下面对片盒腔室20的工作流程进行详细描述。具体地，将承载 有待加工的工件的片盒放置于片盒腔室20内之后，接通排气通断阀 231，并启动干泵对片盒腔室20进行抽真空，直至片盒腔室20的腔 室压力保持在预设的第一腔室压力值以下，优选地，第一腔室压力 值为0.1T。先后接通位于MFC的上游和下游的第一通断阀222，并 开启气源，以经由气路自片盒腔室20的顶部通入不与工件发生反应 的气体；借助MFC调节气路的气体流量，同时使干泵以适当的功率 抽取片盒腔室20内的气体，以在片盒腔室20内形成自上而下的气 流，且使片盒腔室20的腔室压力能够保持在预设的第二腔室压力值 以下，优选地，第二腔室压力值为0.2T，气体的流量范围在 50～200sccm。待所有的工件完成工艺，并均被传输至片盒腔室20内 的片盒中之后，关闭干泵，并断开排气通断阀231，以停止自片盒腔 室20抽取气体；借助MFC将气路的气体流量调节至最大值，以加 快向片盒腔室20通入气体的速度，直至片盒腔室20的腔室压力达 到大气压力；关闭气源，并先后断开位于MFC的下游和上游的第一 通断阀222，以停止向片盒腔室20通入气体；卸载片盒腔室20内的 片盒。

通过借助MFC调节该气路的气体流量，可以在传输工件的机械 手自片盒腔室20内的片盒取出未加工的工件或将已加工的工件放入 该片盒内时，通过按预定的气体流量向片盒腔室20通入不与工件反 应的气体，同时借助排气装置23排出该气体，而在片盒腔室20内 形成自上而下的气流，该气流可以将进入片盒腔室20的机械手所携 带的污染颗粒冲走，并排出片盒腔室20，从而可以提高片盒腔室20 的清洁度，以避免工件受到污染，从而可以提高等离子体加工设备 的良品率。而且，借助上述气流，可以稀释在片盒腔室20内刚刚完 成工艺的工件及承载该工件的托盘所释放出的残留反应气体，从而 可以减少残留的反应气体对片盒腔室20内的工件，以及与片盒腔室 20连通的进气装置22和排气装置23的腐蚀，进而不仅可以提高等 离子体加工设备的良品率，而且还可以提高进气装置22和排气装置 34的使用寿命。

需要说明的是，在本实施例中，第一通断阀222的数量为两个， 且分别位于MFC的上游和下游，但是本发明并不局限于此，在实际 应用中，第一通断阀222的数量还可以为一个，且位于MFC的上游 或下游，这同样可以实现对其所在气路的接通或断开。

还需要说明的是，在本实施例中，借助干泵抽取片盒腔室20内 的气体，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以省去干 泵，且使排气气路的另一端直接与外界连通，即，使片盒腔室20内 的气体直接排出片盒腔室20。

进一步需要说明的是，在本实施例中，借助MFC调节气路的气 体流量，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用流 量调节阀等的其他任意的气体流量调节装置，来对气路的气体流量 进行调节。

进一步需要说明的是，在本实施例中，气路的出气端位于片盒 腔室20的顶部，排气装置23设置在片盒腔室20的底部，以在同时 自片盒腔室20通入和排出气体时，在片盒腔室20内形成自上而下 的气流，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以将气路 的出气端和排气装置23分别设置在片盒腔室20的侧壁两侧，以在 在片盒腔室20内形成横向的气流；或者，还可以将气路的出气端设 置在片盒腔室20的侧壁上，而排气装置23设置在片盒腔室20的顶 部或底部，或者与之相反，将排气装置23设置在片盒腔室20的侧 壁上，而气路的出气端设置在片盒腔室20的顶部或底部，只要气路 的出气端和排气装置23所在位置能够在片盒腔室20内形成气流即 可。

图5为本发明第二实施例提供的片盒腔室的结构示意图。请参 阅图5，本实施例提供的片盒腔室与第一实施例相比，二者的技术方 案的区别仅在于：流量控制单元221的结构不同，除此之外，本实 施例的技术方案与上述第一实施例的技术方案完全相同，故下面仅 对本实施例中的流量控制单元221的结构进行详细地描述。

具体地，在本实施例中，流量控制单元221包括与第一通断阀 222并联的支路；并且，在该支路上设置有MFC和第二通断阀223， MFC用于调节其所在支路的气体流量；第二通断阀223的数量为两 个，且分别位于MFC的上游和下游，用以接通或断开其所在支路。

下面对本实施例提供的片盒腔室20的工作流程进行详细描述。 具体地，将承载有待加工的工件的片盒放置于片盒腔室20内之后， 接通排气通断阀231，并启动干泵对片盒腔室20进行抽真空，直至 片盒腔室20的腔室压力保持在预设的第一腔室压力值以下，优选地， 第一腔室压力值为0.1T。先后接通位于MFC的上游和下游的第二通 断阀223(此时第一通断阀222断开)，并开启气源，以经由气路(流 经MFC所在支路)自片盒腔室20的顶部通入不与工件发生反应的 气体；借助MFC调节其所在支路的气体流量，即，调节通入片盒腔 室20的气体的流量，同时使干泵以适当的功率抽取片盒腔室20内 的气体，以在片盒腔室20内形成自上而下的气流，且使片盒腔室20 的腔室压力能够保持在预设的第二腔室压力值以下，优选地，第二 腔室压力值为0.2T，气体的流量范围在50～200sccm。。待所有的工 件完成工艺，并均被传输至片盒腔室20内的片盒中之后，关闭干泵， 并断开排气通断阀231，以停止自片盒腔室20抽取气体，与此同时， 将MFC的流量调至零，并先后断开位于MFC的下游和上游的第二 通断阀223；同时接通第一通断阀222，以快速向片盒腔室20通入 气体(流经第一通断阀222所在气路)，直至片盒腔室20的腔室压 力达到大气压力；关闭气源，并断开第一通断阀222，以停止向片盒 腔室20通入气体；卸载片盒腔室20内的片盒。

在实际应用中，由于受到MFC的最大流量量程的限制，导致在 需要将片盒腔室20的腔室压力恢复至大气压力时，无法快速地向片 盒腔室20通入气体，从而降低了工艺效率，在这种情况下，通过设 置与第一通断阀222并联的支路，且将MFC设置在该支路上，可以 实现在需要限制气路的流量时仅接通MFC所在支路，而在需要快速 向片盒腔室20通入气体时仅接通第一通断阀222所在气路，即，根 据对气体流量的不同要求在第一通断阀222所在气路和MFC所在支 路之间进行切换，从而可以提高工艺效率。

优选地，进气装置23还包括控制单元(图中未示出)，该控制 单元用于控制第二通断阀223接通其所在支路，同时控制第一通断 阀断222开其所在气路；或者，控制第一通断阀222接通其所在气 路，同时控制第二通断阀223断开其所在支路，从而可以实现第一 通断阀222所在气路和MFC所在支路的自动切换。

需要说明的是，在本实施例中，第二通断阀223的数量为两个， 且分别位于MFC的上游和下游，但是，本发明并不局限于此，在实 际应用中，第二通断阀的数量也可以为一个，且位于MFC的上游或 下游，这同样可以实现对其所在支路的接通或断开。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种等离子体加工 设备，其包括依次串接的片盒腔室、传输腔室和工艺腔室，其中， 片盒腔室用于放置片盒，该片盒用于承载放置有多个工件的托盘， 并且，片盒腔室采用了上述各个实施例提供的片盒腔室。在传输腔 室内设置有机械手，用以将待加工的工件自片盒腔室的片盒中取出， 并传输至工艺腔室内，以及将已加工的工件自工艺腔室内取出，并 传输至片盒腔室内的片盒中；工艺腔室用于对工件进行相应的工艺。

下面针对利用本发明实施例提供的等离子体加工设备对工件进 行工艺的工作过程进行详细地描述。具体地，将承载有待加工的工 件的片盒放置于片盒腔室内；借助排气装置23对片盒腔室进行抽真 空，以使其腔室压力保持在预设的第一腔室压力值以下；借助进气 装置22按预定的气体流量向片盒腔室通入不与工件发生反应的气 体，同时借助排气装置23自片盒腔室排出该气体，且使片盒腔室的 腔室压力保持在预设的第二腔室压力值以下，以在片盒腔室内形成 一定的气流。借助机械手将待加工的工件自片盒腔室的片盒中取出， 并传输至工艺腔室内；开始对工艺腔室内的工件进行工艺；待所有 的工件完成工艺，并均由机械手传输至片盒腔室内的片盒中之后， 停止排气装置23自片盒腔室排出气体，并继续借助进气装置22向 片盒腔室通入气体，直至片盒腔室的腔室压力达到大气压力；卸载 片盒腔室内的片盒。

本发明实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例 提供的片盒腔室，不仅可以避免工件受到污染，从而可以提高等离 子体加工设备的良品率，而且还可以提高进气装置和排气装置的使 用寿命。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种片盒腔室的吹 扫方法，图6为本发明实施例提供的片盒腔室的吹扫方法的流程框 图。请参阅图6，该吹扫方法包括以下步骤：

S10，将承载有待加工的工件的片盒放置于片盒腔室内。

S20，对片盒腔室进行抽真空，以使其腔室压力保持在预设的第 一腔室压力值SP1以下，优选地，第一腔室压力值SP1为0.1T。

S30，判断片盒腔室的腔室压力是否在第一腔室压力值SP1以下， 若是，则进入步骤S40；若否，则发出报警。

S40，向片盒腔室通入不与工件发生反应的气体，同时自片盒腔 室排出该气体，且使片盒腔室的腔室压力保持在预设的第二腔室压 力值SP2以下，优选地，第二腔室压力值SP2为0.2T，气体的流量 范围在50～200sccm。

S50，判断片盒腔室的腔室压力是否在第二腔室压力值SP2以下， 若是，则进入步骤S60；若否，则发出报警。

S60，自所述片盒腔室将所述待加工的工件输送至工艺腔室内， 并开始对工艺腔室内的工件进行工艺。

S70，待所有的工件完成工艺，并均被传输至所述片盒腔室内的 片盒中之后，停止自片盒腔室排出气体，并继续向片盒腔室通入气 体直至片盒腔室的腔室压力达到大气压力；

S80，卸载片盒腔室内的片盒。

本实施例提供的片盒腔室的吹扫方法，其不仅可以避免工件受 到污染，从而可以提高等离子体加工设备的良品率，而且还可以提 高进气装置和排气装置的使用寿命。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而 采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内 的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可 以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。