專利名稱：晶圓傳送容器的凈化的制作方法
相關(guān)申請本申請要求2004年2月5日提交的美國臨時(shí)申請No.60/542,032的權(quán)益，其內(nèi)容在此全部參考并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及高清潔度環(huán)境的凈化，以去除污染。具體地，本發(fā)明提供了一種凈化標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口盒的方法，以保證其中的環(huán)境質(zhì)量。本發(fā)明尤其涉及容納半導(dǎo)體設(shè)備、晶圓、平板顯示屏和其他要求高清潔度環(huán)境的產(chǎn)品的容器的凈化，該容器和過程工具或者其他密封室連接。
在半導(dǎo)體設(shè)備的制造中，硅晶圓經(jīng)過許多過程步驟以建立設(shè)備所需的多層材料。每個(gè)過程步驟要求不同的工具來執(zhí)行任務(wù)，而且晶圓必需在這些過程工具間傳送。晶圓特征尺寸的減小促使在每個(gè)過程步驟中和晶圓接觸的氣體、化學(xué)物質(zhì)和環(huán)境的清潔度持續(xù)增高。因?yàn)闊o塵室環(huán)境和晶圓表面相比清潔度明顯偏低，在傳送過程中把晶圓暴露在無塵室的空氣中對過程是有害的，這導(dǎo)致瑕疵和晶圓浪費(fèi)。標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口(SMIF)系統(tǒng)提供了在開放無塵室中傳送晶圓的解決方案。
雖然每個(gè)過程的不潔容度級別不同，在大部分過程工具中使用凈化的益處是顯而易見的。過程氣體通常在制造設(shè)備的長距離管道內(nèi)傳送至工具，經(jīng)過的距離越長，氣流中懸浮污染物的可能性越大。此外，通常供應(yīng)商不可能為制造設(shè)備提供清潔度足夠高的氣體。既便可以實(shí)際制造清潔度足夠高的氣體，在傳送和安裝過程中產(chǎn)生污染物的可能通常依然排除的了直接使用這種氣體的可能。因此，在先技術(shù)中有許多發(fā)明對過程工具中使用的基本所有氣體進(jìn)行凈化。將這些方法和設(shè)備結(jié)合到過程工具中已成為工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)做法。
為了保證清潔并易于傳送，晶圓在向不同過程工具傳送時(shí)通常容納在標(biāo)準(zhǔn)的容器中。兩種最常見的這種類型的容器是標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口(SMIF)盒和前開式統(tǒng)集盒(FOUP)。SMIF系統(tǒng)通過保護(hù)晶圓免受微粒污染以及提供和過程工具的清潔環(huán)境之間的標(biāo)準(zhǔn)的自動化接口，降低了晶圓的污染。在SMIF系統(tǒng)中，晶圓或其他如平板顯示器的敏感設(shè)備容納在盒中，盒由聚碳酸酯塑料構(gòu)成。典型的FOUP容量為10-25個(gè)晶圓，每個(gè)晶圓固定在單獨(dú)的架子上。FOUP通過接口設(shè)備或“端口”和過程工具連接，端口可以是如Asyst Technologies所提供的Isoport。Isoport提供了運(yùn)動連接裝置，以把FOUP和工具對準(zhǔn)，還提供了自動門，以打開并關(guān)閉FOUP使晶圓進(jìn)出。打開時(shí)，F(xiàn)OUP環(huán)境和工具環(huán)境接觸，接口通常由來自過程工具的正向流凈化。
盡管對FOUP和過程工具之間的接口進(jìn)行凈化，F(xiàn)OUP環(huán)境依然易于受不潔物的影響，不潔物是微?；蛘呖罩袀鞑サ姆肿游廴疚?AMC)，其來源有若干種。FOUP由密封于鋁基座上的聚碳酸酯塑料體制成。FOUP中使用的密封劑和樹脂會釋放污染物，尤其是在清洗FOUP的濕樹脂過程中吸收的污染物。在過程步驟中，晶圓連續(xù)地從FOUP中取出并放回。依賴于工具中發(fā)生的過程，晶圓表面會附著一些污染物。晶圓停留在FOUP中時(shí)，尤其是存儲一段時(shí)間時(shí)，這些污染物會釋放到FOUP環(huán)境中，污染更多的晶圓或晶圓的更多部分。而且，晶圓在FOUP中停留時(shí)，外部空氣泄漏進(jìn)FOUP中并污染FOUP環(huán)境。為了安全和操作的緣故，晶圓的構(gòu)造不是氣密封閉的。
Isoport站的設(shè)計(jì)中沒有結(jié)合對FOUP的單獨(dú)凈化，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證據(jù)表明凈化FOUP對晶圓有害。Veillerot等(“Testing the use of purgegas in wafer storage and transport containers，”[online]1997-2003；在因特網(wǎng)<URLhttp://www.micromagazine.com/archive/03/08/verllerot.html)進(jìn)行了研究，其中他們檢測了使用包括＜2ppb碳?xì)浠衔镂廴疚锏母蓛舾煽諝?，以及包?00ppt的碳?xì)浠衔镂廴疚锏牡獨(dú)鈱MIF盒進(jìn)行凈化的效果。基于對存儲的晶圓在有凈化和無凈化時(shí)的電子測量，他們得出結(jié)論，認(rèn)為靜態(tài)環(huán)境比凈化的容器更優(yōu)。因此，使用這種清潔度級別的氣體凈化FOUP顯然是不符合需要的。
在授權(quán)給Asyst Technologies的專利中，公開了一些閥門設(shè)備、傳感器和傳動裝置，當(dāng)FOUP位于Isoport臺上時(shí)，這些裝置把凈化氣體流和FOUP結(jié)合。這些發(fā)明的核心是在Isoport中引入凈化，而不考慮凈化條件的控制。管理凈化氣體的條件對于該方法的成功很重要。除了由于清潔度級別不確定的氣體引起的復(fù)雜情況外外，凈化氣體流的開始和停止在FOUP中引起了新的由氣體湍流造成的復(fù)雜情況。該湍流發(fā)生在氣體瞬時(shí)流經(jīng)壓力差的任何情況下，會引起沉積在FOUP底部的微粒懸浮在氣流中，隨后附著在晶圓表面上。凈化的后果是晶圓受到污染，引起了瑕疵和晶圓損失。Asyst的專利顯然是使凈化氣體和FOUP接觸的新方法，但是不正確控制凈化條件時(shí)，該專利是不能實(shí)際操作的。
在授權(quán)給IBM公司的美國專利號5,346,518中，公開了吸收劑和過濾器的精細(xì)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，污染物，尤其是碳?xì)浠衔锉粡腟MIF盒中去除。該發(fā)明包括許多使用不同吸收劑裝置的實(shí)施例，以補(bǔ)償不同的過程和SMIF盒中可能遇到的變化。盡管本發(fā)明提供了保護(hù)FOUP環(huán)境的新方法，本方法的使用存在一些重大缺陷。本發(fā)明描述的蒸氣去除元素或吸收劑依賴于靜態(tài)環(huán)境下污染物向它們的擴(kuò)散傳遞。因此，污染物在FOUP中停留的時(shí)間會比較長，一些不可逆地吸附于晶圓表面的污染物不能有效去除。既便污染物可逆地吸附于晶圓表面，晶圓表面仍然會達(dá)到污染物的準(zhǔn)穩(wěn)定級別，因此使用純粹的擴(kuò)散過程難以去除污染物。吸收劑自身通常依賴于可逆的平衡吸收條件以從FOUP環(huán)境中去除污染物。因此，當(dāng)吸收劑上的污染物聚積時(shí)，污染物會釋放到FOUP環(huán)境中。通過定期更換吸收劑來防止這種復(fù)雜情況，由此產(chǎn)生了新的過程步驟。此外，因?yàn)楦鼡Q依賴于時(shí)間而不是污染物濃度，所以該方法易受過程不規(guī)則性的影響。例如，系統(tǒng)倒置會引起大量的不潔凈氣體進(jìn)入FOUP，如從過程工具凈化氣體進(jìn)入。這些氣體中的不潔物可能會使FOUP中的吸收劑飽和，使其在預(yù)定的替換之前就不可用。因?yàn)镕OUP通常以濕沖洗過程清洗，在該過程之前必需去除吸收劑或者對其進(jìn)行保護(hù)。因此，同在適當(dāng)條件下凈化FOUP相比這種污染控制方法相當(dāng)不便，但是這兩種方法并非相互排斥的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，描述了凈化傳送容器的方法。該方法包括使用污染物濃度級別不大于約兆分之一百(100ppt)、10ppt或者1ppt的氣體凈化非氣密封閉的傳送容器。傳送容器可以包括塑料，也可以是標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口盒或前開式統(tǒng)集盒。用于凈化傳送容器的氣體中的污染物可以是有機(jī)污染物、碳?xì)浠衔?、胺、有機(jī)磷酸酯、硅氧烷、無機(jī)酸、氨或者任何前述元素的組合。用于凈化傳送容器的氣體可以包括空氣、氧氣、氮?dú)狻⑺投栊詺怏w中的一種或多種。該氣體流過傳送容器的流速小于約300標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)，或者其流速在約5slm和200slm之間。該氣體可以從0slm開始以增加的流動速率導(dǎo)入到傳送容器中。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，描述了把物體從非氣密封閉的傳送容器傳送到密封室的方法。該方法包括如下步驟使用氣體凈化傳送容器，連通送容器和密封室，在傳送容器和密封室之間傳送物體。用于凈化傳送容器的氣體的污染物濃度不大于約100ppt。該方法可以進(jìn)一步包括檢測由傳送容器凈化的氣體的污染物濃度的步驟，只有在檢測的污染物濃度不大于閾值污染物濃度時(shí)，才連通傳送容器和密封室。傳送的物體可以是半導(dǎo)體設(shè)備或晶圓。傳送容器可以在傳送容器中具有至少一個(gè)非氣密封閉的容器，其容納要傳送的物體。用于凈化傳送容器的氣體的流速在約100slm和10000slm之間。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了將物體從非氣密封閉的傳送容器傳送到密封室的方法。該方法包括下列步驟用氣體凈化傳送容器，連通傳送容器和密封室，在傳送容器和密封室之間傳送物體。用于凈化傳送容器的氣體污染物濃度小于約十億分之二。污染物濃度足夠低，因此和傳送容器未使用氣體凈化相比，和傳送容器連通時(shí)，密封室的污染物濃度更低。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了在兩個(gè)環(huán)境之間傳送容器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括非氣密封閉的傳送容器和密封室。傳送容器包括用污染物濃度不大于100ppt的氣體凈化的環(huán)境。密封室和傳送容器連接?？申P(guān)閉的門關(guān)閉時(shí)隔開傳送容器和環(huán)境和密封室的環(huán)境?？蛇x地包括檢測器，用于識別由傳送容器凈化的氣體污染物濃度。檢測器還用于向控制器發(fā)送信號，以在污染物濃度不大于閾值污染物濃度時(shí)打開可關(guān)閉的門。


本發(fā)明的前述及其他目的、特征和有益方面將通過以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)描述而顯而易見，優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行說明，其中相同的參考特征在不同的視圖中指代相同部件。附圖不一定依比例繪制，相反重點(diǎn)在于說明本發(fā)明的原理。
圖1說明本發(fā)明的概略實(shí)施例的過程流。
圖2的圖說明結(jié)合來自傳感器反饋的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的過程流。
圖3A示出和過程工具連接的位于Isoport臺上的FOUP，其中FOUP可以用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法凈化。
圖3B示出和過程工具連接的位于Isoport臺上的SMIF，其中SMIF可以用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法凈化。
圖4是用于測試FOUP中污染物濃度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖，一些測量利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法。
圖5示出了在兩個(gè)不同測試條件下FOUP中污染物濃度的結(jié)果，其中一個(gè)條件利用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法。
圖6是用于測試FOUP和IsoPort連接的系統(tǒng)中不同位置的污染物濃度級別的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖，一些測量利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法。
圖7是用于測試在不同系統(tǒng)配置和環(huán)境條件下，檢查晶圓容器的總污染物濃度級別的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖，一些測量利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的儲料盒的外部視圖。
圖8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的儲料盒的剖面視圖。
具體實(shí)施例方式
下面描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在制造設(shè)備中儲存和運(yùn)送敏感設(shè)備時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口(SMIF)系統(tǒng)控制其微環(huán)境極大地改進(jìn)了過程控制并降低了設(shè)備污染。這些改進(jìn)產(chǎn)生了更高的設(shè)備成品率，并且實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和無塵室環(huán)境直接接觸所不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)改進(jìn)。SMIF系統(tǒng)在支持130mm集成電路和300mmULSI晶圓的污染控制中發(fā)揮了非常重大的作用。隨著這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步實(shí)施以及向未來次微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的接近，過程改進(jìn)在繼續(xù)，污染控制對半導(dǎo)體制造的過程而言變得愈發(fā)重要。因此，支持技術(shù)進(jìn)步并提高晶圓成品率的SMIF系統(tǒng)的增強(qiáng)是必需的。
雖然前文公開了SMIF系統(tǒng)，尤其是SMIF盒和前開式統(tǒng)集盒(FOUP)的凈化，其應(yīng)用在本發(fā)明之前是不實(shí)際的。雖然也公開了其他的凈化方法，但是這些被動系統(tǒng)中的控制缺失使其對污染控制而言不理想。此外，這些方法和FOUP的積極凈化兼容互補(bǔ)。
本發(fā)明的實(shí)施例解決了和凈化FOUP相關(guān)的問題，并且提供了對SMIF系統(tǒng)的增強(qiáng)，這種增強(qiáng)支持未來的技術(shù)發(fā)展。本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用極度純凈的凈化氣體，≤100ppt總有機(jī)物污染，優(yōu)選的≤10ppt。這一清潔度級別在大多數(shù)在先技術(shù)方法里都不易達(dá)到。然而，申請人在氣體凈化技術(shù)方面的創(chuàng)新有利于獲得所述純度氣體。本發(fā)明的其他實(shí)施例在FOUP中以非瞬態(tài)的方式導(dǎo)入凈化氣體流。需要指出的是，這些實(shí)施例的公開和在先技術(shù)所描述的凈化應(yīng)用是矛盾的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，凈化氣體4流過凈化器5，因此，凈化氣體6的污染物濃度≤100ppt總有機(jī)物污染(TOC)，優(yōu)選的≤10ppt。流量控制設(shè)備3使凈化氣體流2以某個(gè)速率從零流量條件增加到期望的流速4，因此充分消除了湍流及其所引起的微粒懸浮。然后使凈化氣體流經(jīng)作為SMIF系統(tǒng)1的一部分的SMIF盒7。因此，在其最概略的實(shí)施例中，本發(fā)明的方法克服了凈化運(yùn)送設(shè)備的主要障礙，該運(yùn)送設(shè)備用于處理易受低污染級別影響的設(shè)備，如半導(dǎo)體晶圓或者平板顯示襯底等。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例涉及如圖2所描述的下列步驟。SMIF盒，優(yōu)選的為FOUP，和SMIF系統(tǒng)或者其組件連接，優(yōu)選的是Isoport或類似的設(shè)備或者FOUP存儲架9。該連接涉及多點(diǎn)接觸裝置的運(yùn)動對準(zhǔn)，以保證FOUP的正確放置10。如果FOUR沒有正確對準(zhǔn)11，即出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，并且必須重新進(jìn)行對準(zhǔn)。如果FOUR對準(zhǔn)正確，發(fā)送數(shù)字信號給流控制設(shè)備12，流控制設(shè)備12的參數(shù)已經(jīng)預(yù)先設(shè)定，優(yōu)選地該設(shè)備是數(shù)字壓力補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量控制器(MFC)。然后氣體流經(jīng)凈化器，以保證其純度在前述范圍內(nèi)13。凈化氣體流出凈化器，通過FOUP和SMIF系統(tǒng)之間的閥門流入FOUP。優(yōu)選地所述閥門的開口也受到控制，可以由FOUP的正確對準(zhǔn)主動或者被動控制，如在前文Asyst Technologies所公開的設(shè)備中，參見美國專利號6,164,664并進(jìn)行參考。凈化氣體通過和進(jìn)氣閥門類似的閥門流出FOUP，其污染物濃度由在該開口的下游由合適的分析設(shè)備進(jìn)行控制14。當(dāng)流出氣體的污染物濃度達(dá)到預(yù)定級別時(shí)，分析設(shè)備向SMIF系統(tǒng)發(fā)送數(shù)字信號15。系統(tǒng)可以用各種方式使用該信號，其依賴于應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，可以存儲該信號，以提供另外的過程控制16。在優(yōu)選的Isoport或類似設(shè)備中，信號致使Isoport的FOUP過程工具門打開9。該信號也可以被所述數(shù)字MFC12利用，以把流經(jīng)FOUP的凈化氣體調(diào)整到另一個(gè)預(yù)定設(shè)置點(diǎn)。因?yàn)橥ǔ＿B續(xù)地從FOUP中取出并放回晶圓，連續(xù)凈化氣體監(jiān)控14提供關(guān)于剛制成的產(chǎn)品環(huán)境的連續(xù)信息。當(dāng)把所有晶圓放回FOUP時(shí)，Isoport9關(guān)閉FOUP過程工具門。此時(shí)，可以向數(shù)字MFC12發(fā)送可選的數(shù)字信號，以把凈化氣體流調(diào)整到預(yù)定設(shè)置點(diǎn)。再次使用監(jiān)控凈化氣體的污染物濃度14，直到凈化氣體到達(dá)終點(diǎn)，這時(shí)，數(shù)字信號通知FOUP現(xiàn)在可以進(jìn)行傳送和/或存儲17。
在圖3A中，過程工具300示為具有連接的載入端口310，F(xiàn)OUP320位于載入端口的臺上，載入端口的一種為Isoport。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在FOUP和過程工具的接觸建立之前、建立當(dāng)中以及/或建立之后，通過載入端口臺上的端口對FOUP進(jìn)行凈化。根據(jù)該方法，凈化氣體流以總污染物濃度＜100ppt，優(yōu)選地＜10ppt引入FOUP中，以充分消除凈化氣體流中的湍流及其引起的微粒懸浮。此外，在圖3B中，示出了另一種過程工具305，其具有連接的載入端口315，并且載入端口上有SMIF盒325。
本發(fā)明不限于特定的凈化氣體。所使用氣體的性質(zhì)可以隨制造過程的要求改變，也可以是過程或工具所專有的。因?yàn)樵诒景l(fā)明之前不能實(shí)現(xiàn)SMIF盒凈化，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能不知道最優(yōu)的氣體。然而，預(yù)計(jì)用于凈化類似環(huán)境的最優(yōu)氣體的已知性質(zhì)，也可用于凈化FOUP。其他超高清潔度環(huán)境所使用的普通凈化氣體為，氮?dú)狻鍤?、氧氣、空氣以及這些氣體的組合。近來，本發(fā)明的申請人公開了比在先技術(shù)具有相當(dāng)優(yōu)勢的新的氣體，用于對超高清潔度氣體傳送線和組件進(jìn)行凈化。此外，期望所述氣體能很快在發(fā)明中得到應(yīng)用，盡管所述應(yīng)用的方法未知。因此，本發(fā)明所使用的優(yōu)選凈化氣體是極度干凈的干空氣(XCDA)，如美國專利申請No.10/683,903、美國專利申請No.10/683,904和國際申請No.PCT/US2004/017251中所定義的一樣，其都在此并入作為參考。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對凈化氣體進(jìn)行凈化，因此晶圓或者其他易受污染的設(shè)備，不會被所述凈化氣體污染。其比較寬泛的定義是凈化氣體比SMIF盒環(huán)境的環(huán)境氣體更干凈。本發(fā)明的實(shí)施例限于從SMIF盒的環(huán)境中有效去除污染的凈化氣體(即，≤100ppt總有機(jī)污染物，或者更優(yōu)的為≤10ppt)。
如發(fā)明人在前文所公開的那樣，在凈化氣體中加入一些含氧物，會提高凈化氣體的有效性。具體而言，在無氧的或者干凈化氣體中加入純氧或者水，降低從凈化環(huán)境流出的氣體達(dá)到期望純度級別所需的時(shí)間。據(jù)推測，O2和H2O的物理和化學(xué)性質(zhì)，有助于有機(jī)物和氣體污染物從不潔凈表面的解吸附。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，這些含氧物在某些過程中是必需的化合物，如光致抗蝕劑聚合體的正確保存。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，凈化后可以在凈化氣體中加入水和/或氧氣。在這些實(shí)施例中，加入這些物質(zhì)不會降低位于所述范圍內(nèi)的凈化氣體的清潔度。
盡管前文所述的本發(fā)明的實(shí)施例旨在凈化諸如FOUP和其他SMIF盒的晶圓傳送容器，應(yīng)該理解的是本發(fā)明可用于更廣的范圍。例如，本發(fā)明的實(shí)施例描述的方法不限于凈化晶圓和SMIF盒的環(huán)境。該方法可用于任何非氣密封閉的傳送容器。同時(shí)，傳送容器所傳送和凈化的物體可以是任何半導(dǎo)體設(shè)備、電子制造元件、平板顯示元件或者其他需要傳送到凈化的密封室的物體(如高真空系統(tǒng)的元件)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方法，旨在凈化非氣密封閉的傳送容器。該方法包括使用污染物濃度不大于100ppt的氣體凈化傳送容器的步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的目的是把物體從非氣密封閉的傳送容器傳送到密封室的方法。該方法包括使用污染物濃度不大于100ppt的氣體凈化傳送容器。接下來，傳送容器和密封室連接(例如，通過連接器連接端口，以使傳送容器和密封室的環(huán)境處于流通的狀態(tài))。最后，物體在傳送容器和密封室之間傳送；物體可以雙向傳送?？蛇x地，該方法包括檢測來自傳送容器的被凈化氣體的污染物濃度的步驟。直到凈化氣體的污染物濃度等于或低于閾值濃度級別后，傳送容器的環(huán)境才和密封室的環(huán)境連通。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，和前文所描述的傳送方法類似，使用氣體凈化傳送容器。氣體的污染物濃度小于2ppb。而且，污染物濃度足夠低，因此，在密封室和傳送容器連通后，密封室內(nèi)的污染連通濃度，低于傳送容器未被凈化是所預(yù)期的級別。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的目的是傳送半導(dǎo)體設(shè)備的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括非氣密封閉的傳送容器，該容器用污染物濃度不大于兆分之一百的氣體凈化。該系統(tǒng)還包括和傳送容器連通的密封室，以使半導(dǎo)體設(shè)備在密封室和傳送容器間傳送。這樣的實(shí)施例可以在更廣的范圍內(nèi)應(yīng)用，其中要在傳送容器和密封室間傳送的物體不必限于半導(dǎo)體設(shè)備。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，用于在兩個(gè)環(huán)境間傳送物體的系統(tǒng)包括傳送容器和密封室。傳送容器是非氣密封閉的容器，其使用污染物濃度不大于兆分之一百的氣體凈化。密封室和傳送容器連接?？申P(guān)閉的門關(guān)上時(shí)，把密封室的環(huán)境和傳送容器的環(huán)境隔開?？蛇x的還包括檢測器。檢測器用于識別從傳送容器凈化的氣體的污染物濃度。當(dāng)污染物濃度等于或小于閾值級別時(shí)，檢測器用于向控制器發(fā)送信號，控制器打開關(guān)閉的門。隨后，物體，如晶圓或其他半導(dǎo)體設(shè)備，可以通過傳送容器和密封室。
前文的實(shí)施例所使用的密封室包括內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境密封隔絕的容器。這種容器用氣體不可穿透的墻構(gòu)成(如不銹鋼)。因此，污染物向容器內(nèi)的泄漏限于和其他環(huán)境連接的端口。密封室包括半導(dǎo)體過程工具(例如，光刻工具)和其他污染物容器，這些容器可以保持和開放空氣隔離的真空或其他條件。
本發(fā)明的實(shí)施例所使用的傳送容器不限于FOUP或者其他類型的SMIF盒。傳送容器可以用如塑料的材料制造(例如聚碳酸脂或者聚丙烯)。因?yàn)閭魉腿萜鞣菤饷芊忾]，污染物可能會吸附于傳送容器所包圍的環(huán)境。同樣的，使用塑料時(shí)，塑料的釋放物會進(jìn)一步污染傳送容器中的環(huán)境。另一個(gè)污染源是容器所傳送的物體。例如，晶圓在運(yùn)送過程中會在傳送容器的環(huán)境中釋放并解吸附一定量的污染物。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以支持對這種傳送容器及其容納物的凈化。
要從本發(fā)明的實(shí)施例所使用的凈化氣體中去除的污染物不限于如碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)物，而且還包括高清潔度處理環(huán)境所關(guān)心的污染物。其他例子包括，胺、有機(jī)磷酸酯、硅氧烯、無機(jī)酸和氨。任何這些污染物或其混合物，都需要從凈化氣體中去除。而且，這種污染物可以在傳送容器的凈化中去除。
上述實(shí)施例中用于凈化傳送容器的氣體包括在SMIF盒和FOUP凈化實(shí)施例中所提及的任何氣體。凈化氣體的類型包括空氣(例如XCDA)、氧氣、氮?dú)?、水汽、惰性氣體和這些氣體的混合物。
凈化氣體中污染物的濃度級別影響本發(fā)明的實(shí)施例有效凈化傳送容器以允許與密封室連接而不嚴(yán)重地污染密封室的環(huán)境的能力。本發(fā)明的實(shí)施例利用污染物濃度不大于約100ppt的凈化氣體。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，污染物濃度不大于約10ppt，另一個(gè)特殊例子中不大于約1ppt；在另一個(gè)特殊例子中約為百億分之五百或更低。
凈化氣體流入傳送容器的流動速率也影響傳送容器環(huán)境的清潔度，在密封室和傳送容器的容納物接觸時(shí)，其隨后影響密封室的清潔度。本發(fā)明的實(shí)施例采用的凈化氣體流動速率小于約300標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)，而且在特殊實(shí)施例中使用約3slm和約200slm之間的氣體流動速率。
在本發(fā)明的相關(guān)實(shí)施例中，凈化傳送容器時(shí)，可以用特殊的方式把凈化氣體流導(dǎo)入傳送容器中，以抑止傳送容器中的微粒污染物，其隨后再引入密封室中。凈化氣體流從基本上沒有流量的條件增加到期望的流動速率，而不是以階梯形式引入或者基本上瞬時(shí)引入。這種流量的實(shí)現(xiàn)可以采用壓力補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量控制器(MFC)，或者結(jié)合用于引入氣體的校準(zhǔn)孔的壓力控制器，或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的任何其他用于控制高純度容器的氣體流動速率的裝置。這種有控制的引入凈化氣體有助于抑止湍流和旋渦的形成，這些湍流和旋渦會增強(qiáng)微粒傳送，因此導(dǎo)致傳送容器中的微粒污染。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例可以使用包括一個(gè)或多個(gè)非氣密封閉的傳送容器的傳送容器。例如，傳送容器可以是如圖8A和8B所示的儲料器800，其包括一個(gè)或多個(gè)FOUP或者其他類型的SMIF盒。一個(gè)儲料器可以包括25個(gè)待插入工具的環(huán)境中的FOUP，以便隨后把FOUP中的物體分布到密封室中。在該例中，這種傳送容器所使用的凈化氣體的流速可以在100slm到10,000sml的范圍內(nèi)。這種實(shí)施例允許FOUP中的容納物在一定時(shí)間段內(nèi)，相對于沒有這種凈化儲料器的FOUP而言免受污染。例如，Cu沉淀過程的元素只可以暴露于空氣中約16小時(shí)，然后污染就讓這些元素降解。放置在嵌在儲料器中的FOUP盒中時(shí)，同樣的降解大約發(fā)生在兩天之后。
例子下面的例子旨在說明本發(fā)明一些實(shí)施例的特殊方面。這些例子的意圖不在于限制本發(fā)明所使用的任何特殊實(shí)施例的范圍。
例1FOUP空氣測試在靜態(tài)條件和用XCDA凈化的條件下，檢查FOUP450空氣中的碳?xì)浠衔镂廴疚铩D4示出了FOUP污染測試的實(shí)驗(yàn)裝置。質(zhì)量流量控制器410用于把凈化氣體的流速保持在5slm。干凈的干空氣(CDA)利用Aeronex CE500KFO4R氣體凈化器(MykrolisCorporation，Billerica，Massachusetts)420進(jìn)行凈化，以產(chǎn)生污染物濃度低于1ppt的凈化氣體。真空泵430用在冷凝管440的下游以收集采樣。使用校準(zhǔn)曲線計(jì)算一組苯、甲苯、乙苯及二甲苯(BTEX)的組合污染物的污染物濃度時(shí)，考慮壓力及流速的差別。
FOUP實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在圖5示出。在靜態(tài)條件下，在開始XCDA凈化之前，F(xiàn)OUP內(nèi)組合非甲烷碳?xì)浠衔?NMHC)濃度是71ppb。一旦FOUP內(nèi)達(dá)到相變平衡，在凈化氣體下，平均組合總碳?xì)浠衔?THC)濃度為357ppt。
例2載入端口和FOUP實(shí)驗(yàn)圖6所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于另一個(gè)實(shí)驗(yàn)測試。對碳?xì)浠衔镂廴疚餄舛冗M(jìn)行四次測量(i)在載入端口傳送系統(tǒng)的出口處，通過和特氟綸管連接的硬管道(hard plumbing)獲得采樣(參見圖6中位置610)；(ii)通過FOUP快速連接在載入端口的出口處(參見圖6中位置620)；(iii)在FOUP內(nèi)部凈化入口過濾器處(參見圖6中位置630)；以及(iv)在FOUP內(nèi)部，不進(jìn)行凈化測量整體背景(參見圖6中位置640)。
MFC用于在圖6的位置610、620、630將凈化氣體的流速保持在25slm。CDA氣體利用Aeronex CE500KFO4R氣體凈化器(MykrolisCorporation，Billerica，Massachusetts)進(jìn)行凈化，以產(chǎn)生污染物濃度低于1ppt的凈化氣體。只允許氣體流過載入端口的一個(gè)氣體出口。停止氣流，同時(shí)測量靜態(tài)條件下FOUP的THC濃度級別。濃度方法用于測定到ppt濃度級別的碳?xì)浠衔餄舛取?br> 對于測量(i)，特氟綸管直接和GC/FID連接。背壓調(diào)整器用于在測試中保持30磅/平方英寸的壓力，MFC用于維持0.75slim的采樣流速。
因?yàn)椴荒軐D6中的位置620、630、640進(jìn)行硬管道連接，構(gòu)造了自定義的不銹鋼罩子，以在這些位置進(jìn)行采樣。采樣罩子支持對FOUP和載入端口的連接，因此采樣可以發(fā)送到GC/FID。需要在GC/FID的下游使用泵，以收集位置620、630、640的采樣。因此，當(dāng)使用BTEX校準(zhǔn)曲線進(jìn)行濃度計(jì)算時(shí)，必須考慮壓力和流速的不同。
表1根據(jù)在不同位置測量的污染碳?xì)浠衔?CHCs)平均濃度總結(jié)了載入端口和FOUP實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。如表中所示，位置610不是重要的污染源。

表1載入端口和FOUP實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)例3晶圓存儲實(shí)驗(yàn)圖7是測量在靜態(tài)和不同凈化氣體條件下由于暴露在FOUP環(huán)境中引起的晶圓污染的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該設(shè)備的主要目的是在碳?xì)浠衔锝馕街?，消除晶圓在周圍環(huán)境中的暴露；因此，晶圓上所有的污染都直接來自FOUP環(huán)境。
MFC710、711、712用于在實(shí)驗(yàn)過程中保持空氣的流速?？諝饫肁eronex CE500KFO4R氣體凈化器720，721進(jìn)行凈化，以產(chǎn)生污染物濃度低于1ppt的XCDA氣流。背壓調(diào)整器730將流向設(shè)備及用于采樣測量的氣流增壓到30磅/平方英寸。因?yàn)镕OUP740未氣密封閉，流向FOUP740的氣流處于大氣壓。晶圓容器750由不銹鋼組成。旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)760用于確定自FOUP740向晶圓容器750的流量。晶圓容器的操作溫度保持在環(huán)境容器770的溫度。GC/FID780用于測量氣體采樣中的碳?xì)浠衔?。冷凝管用于測量ppt濃度級別的碳?xì)浠衔?。冷凝管方法的低檢測界限(LDL)是1ppt。MFC712用于把通過GC/FID780的采樣流速維持在0.75slm。FOUP和GC/FID以及閥門V1到V5之間的管道用Sulfinert涂覆。
在三個(gè)不同條件下測量晶圓污染1、FOUP處于靜態(tài)環(huán)境下七天；
2、FOUP處于使用XCDA凈化的環(huán)境下七天；3、FOUP處于使用UHP CDA凈化的環(huán)境下七天。
在全部三個(gè)測量中，閥門V5保持開，以使XCDA氣體凈化閥門V4下游的管道。對于測量1，F(xiàn)OUP的入口關(guān)閉。閥門V1打開，閥門V2、V3和V4關(guān)閉，以把晶圓容器暴露在FOUP環(huán)境中。對于測量2和3，閥門V1和V3打開，閥門V2和V4關(guān)閉，以使凈化氣體以5slm的速率流經(jīng)FOUP。凈化氣體流經(jīng)晶圓容器流出到通氣口的流速約為3.0到3.5slm。旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)用于確定實(shí)際通過FOUP流到晶圓容器的氣體有多少。三個(gè)測量經(jīng)過七天的測量周期后，晶圓容器被隔離并加熱至150℃。一旦達(dá)到該溫度，通過關(guān)閉閥門V5并打開閥門V2和V4來收集采樣。在收集采樣中間，晶圓容器被隔離，因此可以捕獲所有釋放的碳?xì)浠衔镆赃M(jìn)行測量。
表2根據(jù)從晶圓收集的非甲烷碳?xì)浠衔?NMHC)的總體積總結(jié)了所有三個(gè)測量的結(jié)果。

圖2晶圓存儲實(shí)驗(yàn)總結(jié)結(jié)果表明，XCDA凈化氣體條件在限制及去除晶圓表面的碳?xì)浠衔锓矫?，比靜態(tài)和UHP CDA凈化氣體條件都有效。因?yàn)閁HP CDA凈化氣體中出現(xiàn)的碳?xì)浠衔?，在該方法中，比靜態(tài)條件下沉積到晶圓上的碳?xì)浠衔锔唷Ｔ谶M(jìn)行UHP CDA凈化條件之前，測量到UHP CDA中的碳?xì)浠衔餄舛葹?5ppt。因此，使用非凈化的凈化氣體會在晶圓污染中增加碳?xì)浠衔镂廴?，而不是將其避免?br> 盡管特別參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明和描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以進(jìn)行不同形式和細(xì)節(jié)的改變，而不背離所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種凈化傳送容器的方法，包括使用污染物濃度不大于約兆分之一百(100ppt)的氣體凈化傳送容器，該傳送容器未氣密封閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中傳送容器包括塑料，在凈化傳送容器時(shí)該塑料接觸氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述污染物包括至少一種有機(jī)污染物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述污染物包括碳?xì)浠衔?、胺、有機(jī)磷酸酯、硅氧烷、無機(jī)酸和氨中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中凈化包括以小于約300標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)的流速使氣體流過所述傳送容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述流速在約5slm和約200slm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述流動氣體從大約0slm開始以增加的流速導(dǎo)入到所述傳送容器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中氣體中污染物的所述濃度不大于約10ppt。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中氣體中污染物的所述濃度不大于約1ppt。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送容器為前開式統(tǒng)集盒。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送容器為標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口盒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體包括空氣、氧氣、氮?dú)狻⑺投栊詺怏w中的至少一種。
13.一種把物體從傳送容器傳送到密封室中的方法，包括使用污染物濃度不大于兆分之一百(100ppt)的氣體凈化該傳送容器，該傳送容器未氣密封閉；連通傳送容器和該密封室；以及在該傳送容器和該密封室之間傳送該物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述物體為半導(dǎo)體設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述半導(dǎo)體設(shè)備為晶圓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中傳送容器包括至少一個(gè)包括該物體的非氣密封閉室。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中凈化包括以約100slm和約10,000slm之間的流速使氣體流過所述傳送容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在凈化所述傳送容器的同時(shí)，檢測流出所述傳送容器的氣體的污染物濃度，其中連通所述傳送容器和所述密封室發(fā)生在所述流出氣體的污染物濃度不高于閾值污染物濃度之后。
19.一種把物體從傳送容器傳送到密封室中的方法，包括a)用氣體凈化該傳送容器，該傳送容器未氣密封閉；b)連通該傳送容器和該密封室；以及c)在該傳送容器和該密封室之間傳送該物體。所用氣體的污染物濃度小于十億分之二，該氣體的污染物濃度足夠低，因此在連通該傳送容器和該密封室后，該密封室的污染物連通濃度低于只進(jìn)行步驟b)和c)的濃度。
20.一種用于在兩個(gè)環(huán)境間傳送物體的系統(tǒng)，包括非氣密封閉的傳送容器，該容器具有用污染物濃度不大于兆分之百的氣體凈化的環(huán)境；和該傳送容器連接的密封室；以及可關(guān)閉的門，配置為在關(guān)閉時(shí)，用于分隔該密封室的該環(huán)境和該傳送容器的該環(huán)境。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括檢測器，用于識別來自該傳送容器的凈化的氣體污染物濃度，該檢測器用于向控制器發(fā)送信號，以在污染物濃度不大于閾值污染物濃度時(shí)打開該可關(guān)閉的門。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開了用于凈化如標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口(SMIF)盒的傳送容器的方法和系統(tǒng)。尤其是，凈化后的凈化氣體可以凈化前開式統(tǒng)集盒(FOUP)和其他非氣密封閉的傳送容器，因此該容器可以和密封室(如半導(dǎo)體處理工具)連接而不會由于有機(jī)物和其他有害污染物有害的污染密封室的環(huán)境。該方法和系統(tǒng)可用于在電子材料制造和處理中傳送物體，如晶圓、半導(dǎo)體元件和其他要求暴露于極度干凈的環(huán)境中的材料。
文檔編號F24F3/16GK1938818SQ200580009743
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者杰弗里·J·施皮格爾曼, 小丹尼爾·阿爾瓦雷斯, 拉塞爾·J·霍姆斯 申請人:安格斯公司