專利名稱：一種用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造中防止晶片缺陷的方法及其裝置，特別是涉及用于真空系統防止由于開關閥門產生晶片顆粒缺陷的方法及其裝置。
背景技術：
真空系統用于晶片上集成電路的制作是眾所周知的。真空系統包括一中心真空腔，即傳輸腔，用于由一個工藝反應腔或裝載腔，到另一個工藝反應腔。真空系統還包括一些次要系統，如微環境，以提供晶片到裝載和反應腔以及收集晶片以送到下一個工序。傳輸腔加上周圍的反應腔以及集結區域叫集群式設備。在兩個真空腔之間，如傳輸腔和一個工藝反應腔之間有開關閥組件。開關閥組件包括開關閥門，拉長的直角開口用于兩個真空腔之間的物理存取，如當開關閥門處于開狀態時，傳輸腔中的機械手將晶片從一個真空腔中取出送進另一個真空腔。晶片被送進一真空腔后，開關閥門關閉，被其隔絕的兩個腔保持各自的真空封閉狀態，進行各自的制程。在半導體組件尺寸越來越小甚至在次微米以下的組件的制造中，顆粒的控制是最主要的關鍵點。半導體中導致芯片缺陷的主要的顆粒缺陷問題之一是由于腔體開關閥門損壞引起的。設置在反應腔體的裝載腔與傳輸腔、傳輸腔與反應腔、反應腔與反應腔之間的供芯片進出用的開關閥門，由于芯片進出反應腔體的頻繁，一旦發生閥門損壞或機械磨損產生的顆粒可能掉在芯片上面，就會導致芯片合格率的下降，和機臺可利用時間減少。
現行的裝置，反應腔體之間僅設置有一個開關閥門，有其使用壽命或機械異常的發生可能，若發生顆粒缺陷異常時無法被監測。當產品工程師通知設備工程師關于開關閥門產生的缺陷問題時，設備工程師不得不停下整個機臺以替換開關閥門，或者需要等到定期測機時才能被發現異常。如此將影響機臺工作時間而且無法挽回已經造成的損失。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的能夠防止由于開關閥門出現的晶片顆粒缺陷的方法和其裝置。使其能夠實時監測開關閥門產生的顆粒，分析并根據顆粒數量分析結果，需要時立即在兩個開關閥門之間進行切換，不會因為開關閥門的問題而使整個機臺停下來，保證機臺的連續工作和產品的合格率。
本發明的一種用于真空系統的防止晶片顆粒缺陷的裝置，包括開關閥組件，用于集群式真空反應設備的相鄰腔體之間，其具有第一開關閥門，其單方向單獨密封反應腔體，在關狀態時隔絕兩個不同的相鄰腔體，使它們分別在不同壓力下，可以同時各自進行不同的工藝，在開狀態時成為傳輸晶片進出腔體的通道；氣壓閥控制器，用于開關閥門開/關狀態的控制；其特征在于，還包括顆粒采樣通道，其一端在開關閥門的下端設置有采樣點，另一端與顆粒分析儀連接；顆粒分析儀，設置在開關閥組件遠程，一方面與顆粒采樣通道相連，另一方面與氣壓閥控制器相連。
而且，所述的開關閥組件，還包括第二開關閥門，與第一開關閥門構成雙開關閥門形式，第一開關閥門和第二開關閥門上下顛倒設置，互為備用。
根據本發明，第一開關閥門為靠汽缸推動，靠密封圈密封的結構。第二開關閥門為與第一開關閥門機械動作與原理相同的結構。第一開關閥門和第二開關閥門為結構相同，能單方向單獨密封腔體。氣壓閥門控制器為由電子信號控制，按照信號指示來選擇驅動第一或第二開關閥門。
顆粒分析儀還包括，顆粒計數器和吸取顆粒的泵，該泵與采樣通道另一端相連。顆粒分析儀為使用光譜分析或顆粒遇光線反射方式，來計數顆粒的數目。
本發明的一種用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，包括如下步驟a)采集顆粒，真空系統腔體閥門處的顆粒；
b)顆粒計數分析；c)顆粒計數分析結果信息送到氣壓閥控制器；d)氣壓閥控制器選擇驅動第一或第二開關閥門，在兩個開關閥門之間切換。
其中，采集顆粒是實時監測實時采集，即處于工作狀態的開關閥門中產生的顆粒，由于重力作用向下沉降到采樣點，通過軟管被采樣通道另一端的泵吸取。顆粒計數分析是對采集的顆粒送到顆粒計數器，計數并分析顆粒數是否異常，顆粒異常時進行開關閥門之間的切換，而且以顆粒的數目作為腔體開關閥門是否異常的標準。兩個開關閥門之間的切換可以是自動的，也可以是手動的。
由于兩個開關閥門可以交替工作，使一個開關閥門始終處于工作狀態而開關閥門產生的顆粒處于實時監測之中，工作中的開關閥門的顆粒始終處于正常，因此機臺不會因為開關閥門的問題而停機，而且顆粒數受到控制，從而不會對產品的合格率產生影響，保證機臺的連續工作和芯片的合格率。
圖1是設置腔體開關閥門的反應腔體示意圖。
圖2是現有技術的開關閥組件在腔體間設置的示意圖。
圖3是現有技術的開關閥組件示意圖。
圖4是本發明的具有雙開關閥門的開關閥組件在腔體間設置的一個實施例的示意圖。
圖5是本發明的防止晶片顆粒缺陷的裝置示意圖。
圖6是本發明的防止晶片顆粒缺陷的裝置工作原理流程圖。
附圖標注說明1 集群式設備11 傳輸腔12 機械手臂13 裝載腔
14 裝載腔15～18 反應腔2 現有技術開關閥組件20 等離子反應腔21 現有技術的腔體開關閥門211 密封圈213 氣壓缸214 壓縮干燥氣體入口/開狀態215 壓縮干燥氣體入口/關狀態3 具有雙開關閥門的開關閥組件30 等離子反應腔31 本發明的第一開關閥門311 第一開關閥門密封圈313 第一開關閥門氣壓缸32 本發明的第二開關閥門321 第二開關閥門密封圈323 第二開關閥門氣壓缸326 顆粒采樣點33 顆粒采樣通道331 顆粒采樣點332 軟管333 小泵34 顆粒分析儀35 氣壓閥控制器36 指示閥門開關信號37 壓縮空氣驅動第一開關閥門38 壓縮空氣驅動第二開關閥門具體實施方式
下面結合附圖對本發明的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法和和裝置進行詳細的說明。
本發明的防止晶片顆粒缺陷的裝置，包括開關閥組件，其是在原有技術的一個開關閥門的基礎上增加了一個開關閥門，因此具有第一開關閥門和第二開關閥門，兩閥門上下顛倒設置，互為備用，設置在兩個不同腔體之間。開關閥門的作用是，當開關閥門處于關狀態時隔絕兩個不同的相鄰腔體，使它們分別在不同壓力下，可以同時各自進行不同的工藝，當開關閥門處于開狀態時，提供晶片進出腔體的通道；雙開關閥門的作用是當第一開關閥門被實時監測到有異常的顆粒發生，并判斷可能會影響產品合格率或需要立即停止機臺中斷生產時，立即提供一個額外的開關閥門切換，使其工藝能繼續進行，待時間容許下或另行搭配其它保養項目，一并實施處理。
顆粒采樣通道，其一端在開關閥門的下端設置有采樣點，另一端與設置在顆粒分析儀中的泵連接；當顆粒產生時，由于重力作用向下沉降到采樣點，通過軟管被采樣通道另一端的泵吸取，傳送到顆粒分析儀。
氣壓閥控制器，其設置在開關閥組件的遠程，其作用是接收來自顆粒分析儀的電子信號，選擇驅動第一或第二開關閥門，通過壓縮空氣的推動達到執行被選定的開關閥門打開或關閉的目的。
顆粒分析儀，其設置在開關閥組件遠程，通過軟管取樣顆粒，并將其實時不間斷的結果傳送到顆粒記數器，用顆粒計數的分析結果作為腔體開關閥門是否異常的標準，其作用是采集和分析顆粒信息。
如圖1所示為設置有開關閥組件的腔體示意圖。其中開關閥組件設置于相鄰兩個腔體之間，如傳輸腔11與反應腔15，也可以設置于裝載腔13與傳輸腔11，傳輸腔11與反應腔16、17、18之間等等。當開關閥門處于關狀態時，其作用是隔絕兩個不同的相鄰腔體，使它們分別在不同的壓力及工藝條件下，能同時進行各自不同的工藝過程。當開關閥門處于開狀態時，是供晶片在相鄰腔體之間的傳輸，傳輸腔11中設置有機械手臂12，用于在各個腔體之間傳輸晶片。
如圖2所示是，現有的開關閥門設置的一個例子，其中一個開關閥門21設置在相鄰腔體傳輸腔11與等離子反應腔20之間，隔絕傳輸腔與等離子反應腔，使兩個腔在不同的工藝條件下進行不同的工作，傳輸腔中機械手臂12傳輸晶片，而等離子反應腔中進行等離子淀積或刻蝕。
如圖3所示，開關閥門21和等離子反應腔20之間通過密封圈211密封，并有壓縮干燥氣體入口/開狀態214和壓縮干燥氣體入口/關狀態215，以控制壓縮干燥氣體進入氣壓缸213中。通過進入氣壓缸213中的壓縮干燥氣體的驅動而使開關閥門開或關。由于僅設置有一個開關閥門，若發生顆粒異常無法被監測。當產品工程師通知設備工程師關于開關閥門產生的缺陷問題時，設備工程師不得不停下整個機臺以替換開關閥門，或者需要等到定期測機時才能被發現異常。不僅影響機臺的連續運行，還影響產品的合格率，一旦造成損失無法挽回。
如圖4所示是設置本發明的開關閥組件的腔體的一個實施例，其中具有雙開關閥門的開關閥組件3設置在傳輸腔與等離子反應腔之間，是在原有的一個開關閥門的基礎上，加上一個同樣的開關閥門，當開關閥門處于關狀態時，其作用同樣是隔絕相鄰腔體之間，如傳輸腔和反應腔，使它們可分別在不同壓力下，可以同時進行各自不同的工藝，當開關閥門處于開狀態時，傳輸腔中的機械手臂12在真空下傳輸晶片，而等離子反應腔在一定壓力和溫度及氣體氛下進行等離子氣相淀積或等離子刻蝕。可以進行實時監測，防止出現晶片顆粒缺陷。
如圖5所示是包括圖4中雙開關閥組件的本發明的防止晶片顆粒缺陷的裝置示意圖，其包括具有雙開關閥門的開關閥組件3，包括第一開關閥門31，和第二開關閥門32，其設置在兩個不同腔體傳輸腔與等離子反應腔之間，其中第一開關閥門31和第二開關閥門32是上下顛倒設置，互為備用；第一開關閥門31與等離子反應腔30之間通過密封圈311密封，第二開關閥門32和腔體之間通過密封圈321密封。其作用是當一個開關閥門被實時監測到有異常的顆粒發生，并判斷可能會影響產品合格率或需要立即停止機臺中斷生產時，立即提供一個額外的閥門切換，使其工藝能繼續進行，待時間容許下或另行搭配其它保養項目，一并實施處理。
顆粒采樣通道33，其一端有采樣點331設置在開關閥門的下端、通過軟管332，與設置在顆粒分析儀的小泵333連接，當缺陷顆粒產生時，由于重力作用而向下沉降到采樣點331，由泵333通過軟管332吸取顆粒，傳送到顆粒分析儀34。
氣壓閥控制器35，其設置在開關閥門31、32的遠程，其作用是接收來自顆粒分析儀34的電子信號36，通過壓縮空氣的推動達到執行被選定的開關閥門31或32打開或關閉的目的。
顆粒分析儀34，其設置在開關閥門31、32的遠程，通過軟管332和泵333，取樣顆粒，將其實時不間斷的結果傳送到分析顆粒記數器(在顆粒分析儀中，圖中未示出)，用顆粒計數的數目作為腔體開關閥門是否異常的標準，其作用是采集并分析出顆粒信息。
如圖5所示，首先，第一開關閥門31開始工作，第一開關閥門31為靠汽缸推動，靠密封圈密封，單方向單獨密封腔體的結構。顆粒采樣通道33在采樣點331處通過軟管332和泵333吸取采集的顆粒，輸送到顆粒分析儀34中的顆粒計數器，顆粒數據經過顆粒分析儀34的分析，以電子信號傳送給氣壓閥控制器35作為控制信號，根據顆粒數據的分析結果，產生顆粒異常時進行兩個閥門之間的切換。
第二開關閥門32為與第一開關閥門31機械動作與原理相同的結構。第一開關閥門31和第二開關閥門32為結構相同，能單方向單獨密封腔體的裝置。氣壓閥門控制器35由電子信號36控制，按照信號指示來選擇開/關第一或第二閥門。顆粒分析儀34為使用光譜分析或顆粒遇光線反射方式，來計數顆粒的數目。兩個開關閥門之間的切換可以通過來自顆粒分析儀34的指示閥門切換的信號使氣壓閥控制器35對選定的閥門送去壓縮干燥氣體執行壓縮干燥氣體入口的開或關，壓縮干燥氣體入口處于開狀態時壓縮干燥氣體進入氣壓缸中推動閥門開啟，否則壓縮干燥氣體入口處于關狀態，沒有壓縮干燥氣體進入氣壓缸中而使開關閥門關閉。兩個開關閥門可以通過切換控制信號進行自動切換。
其中信號的傳遞過程如圖6所示，如在第一開關閥門31的采樣點331采集的顆粒由小泵333通過軟管332到達顆粒分析儀34，顆粒分析儀34為使用光譜分析或顆粒遇光線反射方式，來計數顆粒的數目。如果顆粒分析儀34傳出的電信號36表明顆粒正常，則將“不切換信號”傳到氣壓閥控制器35，繼續通過驅動37送出壓縮干燥氣體執行第一開關閥門31開或關，壓縮干燥氣體入口處于開狀態，氣壓缸313中氣體推動第一開關閥門開啟，否則關閉，這樣第一開關閥門31處于繼續工作狀態，而不切換信號使第二開關閥門仍處于停止使用狀態。如果顆粒分析儀34傳出的電子信號36表明顆粒異常，則“切換”信號傳到氣壓閥控制器35，通過停止驅動37，不送出壓縮干燥氣體使第一開關閥門31停止使用，同時“切換”信號傳到氣壓閥控制器35，通過驅動38送出壓縮干燥氣體執行第二開關閥門32的開或關，當壓縮干燥氣體入口處于開狀態，氣壓缸323中的壓縮干燥氣體推動第二開關閥門開啟，否則關閉，第二開關閥門處于工作狀態。此時，第一開關閥門可以進行處理或替換，以備用，而機臺仍連續工作，不會受到任何影響。
本發明的另一方面，顆粒分析結果產生的信息也可以通過屏幕顯示，設備工程師根據開關閥門切換標準，需要時進行閥門之間的手動切換。
由于開關閥門產生的顆粒處于實時監測狀態，因此可以防止晶片出現顆粒缺陷，對產品合格率不產生影響。
權利要求
1.一種用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，包括開關閥組件，用于集群式真空反應設備的相鄰腔體之間，其具有第一開關閥門，其單方向單獨密封反應腔體，在關狀態時隔絕兩個不同的相鄰腔體，使它們分別在不同壓力下，可以同時各自進行不同的工藝，在開狀態時成為傳輸晶片進出腔體的通道；氣壓閥控制器，用于開關閥門開/關狀態的控制；其特征在于，還包括顆粒采樣通道，其一端在開關閥門的下端設置有采樣點，另一端與顆粒分析儀連接；顆粒分析儀，設置在開關閥組件遠程，一方面與顆粒采樣通道相連，另一方面與氣壓閥控制器相連；所述的開關閥組件，還包括第二開關閥門，其與第一開關閥門構成雙開關閥門形式，第一開關閥門和第二開關閥門上下顛倒設置，互為備用。
2.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的第一開關閥門為靠汽缸推動，靠密封圈密封的結構。
3.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的第二開關閥門為靠汽缸推動，靠密封圈密封的結構。
4.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的第一開關閥門和第二開關閥門結構相同，能單方向單獨密封腔體。
5.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片出現顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的氣壓閥門控制器為由電子信號控制，按照信號指示來選擇驅動第一或第二開關閥門。
6.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的顆粒分析儀，包括，顆粒計數器和吸取顆粒的泵，該泵與采樣通道另一端相連。
7.根據權利要求1所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的裝置，其特征在于，所述的顆粒分析儀，使用光譜分析或顆粒遇光線反射方式，來計數顆粒的數目。
8.一種用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，包括如下步驟a)采集顆粒，真空系統腔體閥門處的顆粒；b)顆粒計數分析；c)顆粒計數分析結果信息送到氣壓閥控制器；d)氣壓閥控制器選擇驅動第一或第二開關閥門，在兩個開關閥門之間切換。
9.根據權利要求8所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，其特征在于，所述的采集顆粒是實時監測實時采集，即處于工作狀態的開關閥門中產生的顆粒，由于重力作用向下沉降到采樣點，通過軟管被采樣通道另一端的泵吸取。
10.根據權利要求8所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，其特征在于，所述的顆粒計數分析是對采集的顆粒送到顆粒計數器，計數并分析顆粒數是否異常。
11.根據權利要求8所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，其特征在于，所述的顆粒計數分析結果作為腔體開關閥門是否異常的標準
12.根據權利要求8所述的用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，其特征在于，所述的兩個開關閥門之間的切換是自動的。
全文摘要
一種用于真空系統防止晶片顆粒缺陷的方法，包括采集顆粒，顆粒計數分析，顆粒計數分析結果信息送到氣壓閥控制器，氣壓閥控制器選擇驅動第一或第二開關閥門，在兩個開關閥門之間切換；用于該方法的裝置，包括開關閥組件，其具有第一開關閥門和第二開關閥門，顆粒分析儀，氣壓閥控制器；由開關閥門產生的顆粒處于實時監測之中，一個閥門工作，而另一個閥門備用，通過顆粒信息的傳遞和控制，使兩個閥門之間進行自動或手動切換，保證機臺的連續運轉和晶片的合格率。
文檔編號F16K51/02GK1959928SQ20051003091
公開日2007年5月9日 申請日期2005年10月31日 優先權日2005年10月31日
發明者姚政源, 華宇, 施敏, 王鐵渠 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司