一种用于实现高真空的晶圆传送装置的制作方法

1.本实用新型属于晶圆传输领域，具体属于一种用于实现高真空的晶圆传送装置。


背景技术：

2.晶圆片到成品需要经历多次的镀膜，刻蚀，都是在真空环境下加工。为了满足晶圆的生产工艺要求，大部分工艺需要设备在真空环境下运作，因此在半导体真空传送平台中，真空腔室就成为设备技术的主要部分。保证真空环境不仅需要真空泵，还有需要保证腔室的密封性良好；若达不到一定的密封条件，仅依靠抽真空很难实现半导体工艺要求的真空环境；并且真空度越高对于密封的要求就会越高。
3.对于晶圆形成工艺中的低真空领域，真空腔室配合真空泵即可达到低真空要求。但是对于高真空领域，需要真空泵配合一定的密封结构，确保真空腔室内部达到高真空状态；这就对真空腔室的密封提出了新的要求。
4.真空密封面通常采用适用于标准圆形开口的标准法兰。但在半导体行业中，多数大口径，异型非标准真空面需要真空密封，无法采用标准法兰进行密封，此时通常使用树脂密封圈，树脂密封圈难以在高真空有效使用；因此需要设计新的密封方式满足晶圆传输体系中的真空度要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种用于实现高真空的晶圆传送装置；用于确保晶圆传输体系中的高真空度要求。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于实现高真空的晶圆传送装置，包括处理腔室、传输单元和m个传输腔室，所述m个传输腔室同时连接至处理腔室，所述传输单元使得晶圆在传输腔室和处理腔室之间进行传送；m为大于0的整数；
7.所述处理腔室和传输腔室均包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈之间形成双层密封腔室，所述处理腔室包括连接惰性气源的处理进气口和连接真空泵的处理出气口，所述传输腔室包括连接惰性气源的传输进气口和连接真空泵的传输出气口，所述双层密封腔室包括连接惰性气源的密封进气口和连接真空泵的密封出气口。
8.进一步地，所述处理出气口包括第一处理出气口和第二处理出气口，所述第一处理出气口通过单向阀连接至真空泵，所述第二处理出气口通过单向阀连接至分子泵；
9.所述传输出气口包括第一传输出气口和第二传输出气口，所述第一传输出气口通过单向阀连接至真空泵，所述第二传输出气口通过单向阀连接至分子泵；
10.所述密封出气口通过单向阀连接至真空泵。
11.进一步地，所述处理进气口通过单向阀连接惰性气源；所述传输进气口通过单向阀连接惰性气源；所述密封进气口通过单向阀连接惰性气源。
12.进一步地，所述处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室连接至同一个真空泵；所述传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室连接至同一个真空泵。
13.进一步地，所述惰性气源为氮气。
14.本实用新型具有如下有益效果：本实用新型中传输腔室和处理腔室均采用双层密封，且密封腔室中保持中真空状态，使得密封腔室作为大气状态和高真空状态的隔离带，有效降低第一密封圈和第二密封圈的外侧气压，进而降低了处理腔室和传输腔室的排气总量，提高了真空度；确保传输腔室和处理腔室之间尽管传输时保持高真空度传输，提高晶圆传输效率；确保处理腔室能够在高真空状态下对晶圆进行处理，提高晶圆质量。
附图说明
15.附图1为本实用新型中处理腔室的密封抽放气结构示意图；
16.附图2为本实用新型中密封抽放气系统的结构示意图。
具体实施方式
17.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。
18.请参阅附图1
‑
2，本实用新型提高的一种用于实现高真空的晶圆传送装置，包括处理腔室、传输单元和m个传输腔室，m个传输腔室同时连接至处理腔室，传输单元使得晶圆在传输腔室和处理腔室之间进行传送；m为大于0的整数。具体的传输单元可以为机械手臂等传送结构。
19.本实用新型中处理腔室和传输腔室均包括第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈之间形成双层密封腔室，处理腔室包括连接惰性气源的处理进气口和连接真空泵的处理出气口，传输腔室包括连接惰性气源的传输进气口和连接真空泵的传输出气口，双层密封腔室包括连接惰性气源的密封进气口和连接真空泵的密封出气口。也就是说本实用新型中处理腔室和传输腔室的外侧均包括两层密封圈，且两层密封圈距离处理腔室或者传输腔室内部的距离不同，使得第一密封圈和第二密封圈之间形成了一定空间，该空间即为密封腔室。在完整的结构中，传输腔室还包括传输腔室上盖，传输腔室上盖覆盖传输腔室中的第一密封圈和第二密封圈，此时，传输腔室上盖以及传输腔室外侧的第一密封圈和第二密封圈之间形成位于传输腔室外侧的密封腔室。处理腔室还包括处理腔室上盖，处理腔室上盖覆盖处理腔室中的第一密封圈和第二密封圈，此时，处理腔室上盖以及处理腔室外侧的第一密封圈和第二密封圈之间形成位于处理腔室外侧的密封腔室。
20.本实用新型中处理腔室用于对晶圆进行具体的处理操作，具体的处理腔室可以真空镀膜、真空刻蚀等等晶圆加工工艺。传输腔室用于暂时放置晶圆，且传输腔室为大气中晶圆盒处理腔室中晶圆进行传输的过渡站，当传输腔室与外侧大气进行晶圆传输时，传输器腔室保持大气状态；当传输腔室与处理腔室进行晶圆传输时，传输腔室与处理腔室一起保持高真空状态。处理腔室在工作状态始终保持高真空状态，在非工作状态可以保持大气状态。
21.优选地，本实用新型中处理出气口包括第一处理出气口和第二处理出气口，第一处理出气口通过单向阀连接至真空泵，第二处理出气口通过单向阀连接至分子泵；其中，连接真空泵的第一处理出气口用于对处理腔室进行初步抽真空，即粗抽；连接分子泵的第二处理出气口用于对处理腔室进行再次抽真空，及精抽。值的说明的是，当处理腔室中真空度
达到一定状态时，再次抽真空即进一步提高真空度会变得相对困难，因此，本实用新型中采用分子泵进行精抽，确保处理腔室达到高真空状态。传输出气口包括第一传输出气口和第二传输出气口，第一传输出气口通过单向阀连接至真空泵，第二传输出气口通过单向阀连接至分子泵；传输腔室中同样分为粗抽和精抽，与处理腔室的结构和原理相同，不再详细说明。本实用新型中密封出气口通过单向阀连接至真空泵；密封腔室作为隔离带存在，其不需要保持高真空状态，只需要保持中真空状态即可，因此，密封腔室只需要连接至真空泵的一个密封出气口即可。
22.优选地，处理进气口通过单向阀连接惰性气源；传输进气口通过单向阀连接惰性气源；密封进气口通过单向阀连接惰性气源。本实用新型中惰性气源具体可以为氮气等惰性气体。惰性气体是为了在传输腔室或者处理腔室需要回到大气状态时，用于对处理腔室或者传输腔室进行充气，确保其中气压回升至大气状态下的气压。
23.优选地，处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室连接至同一个真空泵；传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室连接至同一个真空泵。这样可以确保整个密封抽放气系统结构简单，占地面积小。
24.本实用新型利用双层密封圈设计，降低封口两端压差，降低漏率，提高有效抽速，使真空腔室(处理腔室和传输腔室)高效达到高真空要求。搬运单元将晶圆从大气到真空腔室之间往复传送，真空腔室要一直处于真空大气互换的工作环境，这个过程所需要的时间越短，生产产能越高。提高真空密封性能，减少抽真空时间，提高效率。
25.有效抽速s＝总排气量q/真空度p(设备设计要求，定值)
26.总排气量q成为影响抽速s的因素；
27.总排气量q＝q
g
(工艺气体量) q
n
(耐火保温材料出气量) q
f
(暴露于真空条件下所有表面析出气体量) q
l
(密封面接触外泄漏到真空腔室气体量)
28.解决密封面泄漏是有效提高抽速的决定条件之一；
29.根据下列公式，封口两端压强差降低可有效优化有效抽速。
[0030][0031]
其中，q表示漏率，t表示绝对温度；m表示分子量；r表示密封圈的密封系数；l表示密封圈的接触长度，a表示密封圈表面峰谷高度；w表示密封宽度；
△
p表示密封口两端压强差；f表示密封力。
[0032]
接合上述公式可知，双层密封圈，建立了一个低真空隔离带过度，作为大气与高真空的隔离带，将一级高压差过度到2级低压差，有效的降低密封圈的2端压差，降低了排气总量，提高了真空度。
[0033]
例如腔室要求压力10
‑5pa；单层密封设计从大气压105到10
‑5pa；双层密封设计可利用第一层密封将从大气压105降到10
‑2pa，第二层密封从10
‑2pa到10
‑5pa。
[0034]
使压差有效降低，根据上述公式，降低漏率，进而提高有效抽速。使真空腔室更高效达到高真空要求。对于经常大气真空互换的环境，高效提高生产产能。
[0035]
如附图2所示，本实用新型提供的一种采用密封抽放气系统进行晶圆传输的方法，包括如下步骤：
[0036]
s01：真空泵通过密封出气口和第一处理出气口分别对处理腔室以及处理腔室外
侧的双层密封腔室抽真空，使得处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室达到中真空状态，此时，附图2中单向阀
①
和单向阀
②
打开，即为粗抽；
[0037]
分子泵通过第二处理出气口对处理腔室抽真空，使得处理腔室达到高真空状态，此时，单向阀
③
和单向阀
④
打开，同时单向阀
②
关闭，即为精抽；附图2中与处理腔室连接的分子泵的一端连接单向阀
④
，另一端通过单向阀
③
连接至真空泵。中真空状态下的大气压强大于高真空状态下的大气压强。其中处理腔室外侧的密封腔室无需达到高真空状态，其作为隔离带，仅保持中真空状态即可。
[0038]
s02：传输腔室处于大气环境，搬运单元将晶圆从密封抽放气系统外侧传送至传输腔室中。
[0039]
s03：真空泵通过密封出气口和第一传输出气口分别对传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室抽真空，使得传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室达到中真空状态，此时，附图2中单向阀a1和单向阀a2打开，即为粗抽；
[0040]
分子泵通过第二传输出气口对传输腔室抽真空，使得传输腔室达到高真空状态，此时，单向阀a3和单向阀a4打开，同时单向阀a2关闭，即为精抽，附图2中与传输腔室连接的分子泵的一端连接单向阀a4，另一端通过单向阀a3连接至真空泵。其中传输腔室外侧的密封腔室无需达到高真空状态，其作为隔离带，仅保持中真空状态即可。
[0041]
s04：搬运单元将传输腔室中的晶圆传输至处理腔室中进行晶圆处理。即完成了晶圆冲抽放气系统外侧的大气环境中传输至处理腔室的过程。
[0042]
s05：半圆单元将处理腔室中晶圆搬运至传输腔室中；此过程需要在处理腔室和传输腔室均保持高真空状态下完成；且当处理腔室和传输腔室保持高真空状态时，其对应的外侧密封腔室需要保持中真空状态。
[0043]
s06：此时若需要将传输腔室中晶圆传输至抽放气系统外侧的大气环境中，则分子泵和真空泵停止对传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室抽真空，惰性气源通过传输进气口和密封进气口分别对传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室充入氮气，使得传输腔室以及传输腔室外侧的双层密封腔室处于大气状态；即附图2中单向阀a1和单向阀a4关闭，不再对传输腔室及传输腔室外侧的密封腔室抽真空，同时开启单向阀a5和单向阀a6，对传输腔室及传输器像是外侧的密封腔室充入氮气。
[0044]
s07：搬运单元将处于大气状态下的晶圆搬运出密封抽放气系统。此时即完成了处理腔室中晶圆传输至大气环境的过程。
[0045]
当处理腔室完成对所有晶圆的处理之后，即密封抽放气系统停止工作时，处理腔室恢复至大气状态，具体包括：分子泵和真空泵停止对处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室抽真空，惰性气源通过处理进气口和密封进气口分别对处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室充入氮气，使得处理腔室以及处理腔室外侧的双层密封腔室处于大气状态。即附图2中单向阀
①
和单向阀
④
关闭，不再对传输腔室及传输腔室外侧的密封腔室抽真空，同时开启单向阀
⑤
和单向阀
⑥
，对传输腔室及传输器像是外侧的密封腔室充入氮气。
[0046]
值得说明的是，本实用新型中一个处理腔室可以同时连接多个传输腔室，上述说明仅仅对应一个传输腔室和处理腔室之间晶圆的传输过程，在晶圆加工的实际过程中，处理腔室和传输腔室之间晶圆的传输可能是多次且复杂的，只需要确保处理腔室和传输腔室之间进行晶圆传输时，处理腔室和该传输腔室保持高真空状态，且处理腔室和该传输腔室
外侧的密封腔室保持中真空状态。
[0047]
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。