现场吸气泵系统和方法

专利名称：现场吸气泵系统和方法
技术领域：
本发明总的说是关于超高真空系统，而较具体说是关于超高真空系统中所用的现场吸气泵。
存在有许多要求超高真空级别例如10-7～10-12Torr数量级的真空。例如，高真空物理机器象回旋加速器和线性加速器都要求10-8～10-12Torr数量级的真空，而在半导体制造工业中，半导体处理设备内也经常需要接近10-7～10-9Torr的超高真空。
典型地是采用数个泵串行或并行来在一腔室内达到超高真空级别。常常采用机械(例如油)泵来将一腔室内的压力降到30～50mTorr左右。它们常常被称之为“高压”泵，因为它们泵唧相对高压气体，然后，高或超真空泵系统例如分子泵、离子泵、低温泵、涡轮泵等被用来将压力降低到接近于10-7～10-9Torr，它们经常被称之为“低压”泵，因为它们泵唧低压气体。对一特定腔室的降压时间随腔室大小、泵的容量、由腔室到泵的传导性能和所希望的最后压力这些因素而定可由数分钟到数小时到数天。
在某些超高真空应用中与上述的机械、分子和低温泵相结合地应用吸气泵。吸气泵包括有和某些非惰性气体具有亲合力的吸气剂(金属合金)。例如，取决于吸气剂的成分和温度，吸气泵被设计成优先地泵唧一定的非惰性气体如水蒸汽和氢。
例如，意大利Lainate lS.P.A的SAES Getters提供的吸气泵已被安装在粒子加速器中多年了。此吸气泵典型地包括有被封闭合在不锈钢容器中的吸气剂。吸气泵依据欲泵唧的气体种类、吸气剂成分等可由室温到约450℃运行。对先有技术SAES吸气泵的优选吸气剂为ST707TM吸气剂(这是Zr-V-Fe含金)，它是由意大利LainateS.P.A.的SAES Getters生产的。另一个这样的材料是ST101TM吸气合金，也可由S.P.A.的SAES Getters得到，为Zr-Al合金。这些先有技术吸气泵在它们被配置在高真空物理机内部方面可被看成为“现场”泵。
也已提出为半导体处理设备设置吸气泵。例如在数年前Briesacher等的题为“用于半导体处理设备的非易蒸发吸气泵”的论文中提出，任何为进行半导体处理采用吸气器来纯化被处理气体的应用也均可为现场纯化和为选择泵唧杂质采用非易蒸发吸气泵。
上述的Briesacher文献揭示了为在溅镀系统中应用吸气泵有二种可能的运行情况。第一种是将吸气泵加到系统与系统的通常泵(例如机械的和低温泵)并行运行。在这一情况中，系统的运行不作任何修改，而吸气泵仅用作为辅助泵来降低腔室中残留气体的某些成分的局部气压。第二种情况是填充腔室达到3×10-3至6×10-3Torr的压力范围，阻止氩流入腔室，和密封腔室。这样即将吸气泵说成为对氩起“现场”净化器的作用。但是，如下面讨论的，此泵并不真正是“现场的”因为活性材料并不在处理腔室的容积之内。日本Tohokv大学电子系在Dr.Ohmi指导下已实现采用这样的吸气泵的实现处理腔室多年了。
Briesacher参考文献中揭示了吸气泵可与作为一类半导体处理设备的溅镀系统相结合应用。在一典型溅镀系统的示例中，惰性气体(通常为氩)被泵唧一腔室内生成等离子体。此等离子体使得氩离子向着靶极加速促使材料被驱动沉积到晶片表面上。吸气泵很适用于溅镀系统。因为仅仅所希望的处理气体为不被吸气泵所泵唧的惰性气体。因此，吸气泵能由溅镀室去除杂质气体而不会影响溅镀过程所需惰性气体的流动。
Briesacher文献基本上是对在半导体处理设备中采用非可蒸发吸气泵的实用性的纯理论分析。因此，所披露的该理论的实际应用很少。而且，尽管Briesacher论文应用术语“现场的“来说明采用吸气泵的情况，而由其说明中可清楚看到，吸气泵在腔室之外和将其看成是“现场的”仅仅在于当此腔室被密封以及没有氩流进腔室时吸气泵内部容积可被看作是被连接到腔室的容积。但是，它并非真正的“现场的”因为吸气泵表面是处于一通过对腔室与泵之间的传导性有很大限制的扼流性狭道连接到腔室容积的容积之内。例如，通过泵的狭道泵唧可能降低传导性25％或更大，而通过一具有隔热屏(为防止有效部件被来自处理腔室的被加热部件的低温抽吸)的泵的狭道的泵唧则可能降低传导性60％或更多。
用于集成电路制造的溅镀系统具有某些先有技术中尚未提及的能由流行中的现场吸气泵所增强的运行特性。一种这样的特性是生产用溅镀设备必须在多个不同压力下和以不同的气体成分运行。这一特点例如说在粒子加速器如前述的Princeton University粒子加速器中是不存在的，它们通常保持高真空。在前述的Briesacher参考文献中这一特征也未讨论。较具体说，工业用溅镀机常常承受三种完全不同的环境。在当腔室因日常维护或修理而敞开到周围大气时出现第一种环境。在这样的环境下腔室受到大气中气体和杂质的污染。在例如腔室装载和卸载期间和在进行处理前降压到“基本压力”期间当腔室运行于超高真空条件如低于10-7Torr时出现第二环境。最后，当溅镀室中的氩气体压力在几个mTorr的压力时的进行处理期间出现第三环境。
为了在这些不同的运行环境间循环，要将一典型的溅镀腔室耦合到一机械(高压)泵和一低温泵(低压泵)。机械泵将此腔室中的压力降低到接近30～50mTorr然后利用低温泵(或其他高真空泵例如涡轮泵)将腔室中的压力降低到接近10-7～10-9Torr。
商业上可望将这些不同运行环境之间的“过渡”时间减到最小。例如在由大气压变为超高真空情况时传统的机械泵和低温泵为达到所需真空级别常常需要600～700分钟。因此，在每次例行维护或修理之后溅镀腔室为接收供处理的晶体准备就绪可能需要十多个小时。这可能导致溅镀机在其全部寿命中的数千或数百万个“停机时间”元。
由于总的泵“抽气降压时间”依赖于低温泵比机械泵更多，一种解决办法增加低温泵的大小和对泵的传导性。所谓“传导性”是指一流体(在此情况中为气体)由一个容积(如处理腔室)流动到另一个容积(如泵腔室)时的情况。传导性受限于一般为低温泵的狭道的横截面的二腔室间的孔径的大小，和欲泵唧的原子、分子和粒子与低温泵内有效表面间路程的径直(directness)。不幸的是，增大低温泵的大小和传导性同样会增加必须流进处理腔室的氩的量以支撑溅镀过程。这具有两个副作用。第一，处理成本因氩气体的高度耗费而显著增加。第二，由低温泵泵唧的大量氩将迅速使泵饱和而需要频繁“再生”(此时被俘获材料被由泵释放)，而因此造成系列更多的停机时间。结果，这一增加低温泵尺寸的解决办法没有商业上的价值。
总的说希望有一大容量低温泵以便使再生周期间的时间期间尽可能地长。但大的低温泵通常具有大的狭道和大的传导性。先有技术中，可将一包括例如一个或多个孔或其他孔隙的挡板置于低温泵的入口上以便将其传导性降低可接收的级别。另一方面，可采用具有较小传导性的较小的低温泵无需挡板，或可采用其他限制机构。但是，采用较小的抽气低温泵，再生周期间的时间期间将较短。而且这些答案中任一个的基本压力将高于采用未加限制的大低温泵。这是不希望的，因为基本压力越低腔室越清洁。
对泵唧一溅镀机的腔室问题的另一可能解决方法是设置一辅助低温泵，此时一个低温泵具有大的传导性来将腔室降低压力到基本压力，和另一低温泵具有较小传导性供进行处理期间泵唧腔室用。但这一解决方案也具有其缺点。其一，低温泵倾向于相当大的空间因为它们需要运行液氦低温实验和液氮低温实验双方。因此，要在半导体制造设备周围的经常受束缚的空间增加辅助低温泵是不方便的。还因为低温泵是十分昂贵的产品，这将是昂贵的解决方案。而且较小的低温泵必须频繁地再生。各个低温泵还需要昂贵和笨重的阀门和控制系统。最后，腔室多半还必须重新设计来适应二个低温泵。
另一可能的解决方案是采用具有可变大小孔眼的挡板。尽管这在理论上很吸引人，但对大的低温泵(例如带有8入口的低温泵)这样的挡板在商业上是不能的和多半制造昂贵而复杂。而且，可能存在着与可变孔眼结构相关的某些杂质问题。
吸气泵具有它们能优先泵唧一定气体的有意义特征。例如，依靠改变材料(典型地为金属合金)的成分及其运行温度，有选择地泵唧不同气体。例如前述ST707合金在约350℃的温度时优先泵唧许多非惰性气体，而在室温(约25℃)时优先泵唧氢气体。吸气剂的这一特征已被用来净化惰性气体和氮，如这里结合作为参考的转让给SAES Pure Gas，Inc.的Briesachen等的美国专利NO.5238469(Aug，24，1993)中所揭示的。但是，先有技术未揭示在数个温度下运行来优先泵唧数种气体的现场吸气泵的应用。
先有技术中所遇到的重复问题是半导体制造设备(或“系统”)因周期地维护所引起的加长的“停机时间”。例如，设备制造者可能需要定期地例如一月一次或在应用一定小时数之后“卸下”一种半导体制造设备清理、检查、替换部件或校准。在完成周期的维护之后，系统必须在再次准备应用之前被降压到足够低的压力。这涉及到降低前述处理腔室的压力，但它还涉及降低安放由处理腔室装载和卸载晶片的机械臂的传送腔室的压力。
一个半导体处理设备的传送腔室必须是或者低于处理腔室的压力。过去传送腔室由机械泵和低温泵相结合来降压，而它常常需要约八小时左右的时间来降低传送腔室的压力。降压时间是要付出代价的，因为系统不能用于进行半导体处理的每一小时都可能导致生产中成千万元的损失。
本发明的晶片处理系统包括有处理腔室，低压泵，和被置于处理腔室中的现场泵。此低压泵最好为一以节流板耦合到处理腔室的低温泵。一阀机构将惰性气体源耦合到处理腔室以使惰性气体能连续地流进处理腔室并以低压泵泵出此腔室。此最好为吸气泵的现场泵在惰性气体流进期间将非惰性气体泵出腔室，而基本上不泵唧任何惰性气体。
吸气泵最好包括一或多个各自装备有加热器的吸气组件。一个吸气组件可在第一温度运行以便其优先地泵唧一定的气体例如水蒸汽，而另一组件则可运行于一第二温度以便其能泵唧一不同的气体例如氢。另一方面，也可设置单个组件，将其加热到第一温度来优先泵唧第一气体，然后再将其加热到第二温度以优先泵唧第二气体。可采用热屏蔽来将吸气剂与腔室内的被加热或冷却的表间隔离，由此而能与温度无关地控制吸气剂。
此晶片处理系统最好包括有一耦合到腔室的气体分析器和一输入耦合到气体分析器和输出耦合到加热器的控制器。加热器的这种自动控制使得吸气泵在第一温度下运行能泵唧第一种气体，而后能在第一种气体的浓缩级别降低到所希望级别之后在第二温度时运行吸气泵以泵唧第二种气体。这使得吸气泵能根据腔室内的气体成分来优先泵唧气体。
按照本发明的处理腔室包括有可密封的机壳和配置在此机壳内的现场吸气泵系统，后者能在不只一个温度下运行以使得能在不同温度时优先泵唧不同的非惰性气体。此现场吸气泵包括有一根据吸气剂的温度被控制来优先泵唧非惰性气体(除氢外)或氢。最好，此处理腔室包括一气体分析器和一其输入耦合到气体分析器和输出耦合到加热器的控制器。
本发明还包括数种为处理晶片的方法。较具体说，按照本发明的处理晶片的方法包括有步骤将晶片置入处理腔室和密封此腔室，使惰性气体流进此腔室并同时以外部低压泵和以配置在腔室内的泵唧非惰性气体的现场泵泵唧此腔室，和处理腔室内的晶片而惰性气体继续流动。最好，在使惰性气体流进腔室的步骤之前，此方法包括有以外部低压泵和现场泵同时泵唧此腔室以达到基本压力的步骤。此方法最好还包括有根据分析监视腔室内气体的成分和浓度及控制吸气剂的温度的步骤。另一方面，吸气剂温度也可以被编程方式或者某种其他非反馈方法来进行控制。藉此，吸气剂的吸收特性就可被调节来泵唧惰性气体流内部所希望的杂质。
本发明的另一实施例中，于一半导体制造设备的传送腔室内设置的吸气泵。此吸气泵起相对传送腔室的内部容积有非常高的传导性的现场泵作用，并与现有的低温泵并行操作以降压传送腔室。由于吸气泵在泵唧某些气体(特别是氢气体)有很高效率，因而系统总的降压时间大大降低。
此发明的优点在于所提供的系统和方法能与半导体制造设备腔室的各种不同运行条件相兼容。依靠设置现场吸气泵可很大地减少半导体制造设备的过渡时间，由此减少设备的降压时间从而提高传导性和应用性能。
具体说，它优越地能在不同温度下运行一或多个吸气组件来优先地泵唧由溅镀系统腔室选择的气体。利用自动控制吸气组件的温度的气体分析器，可极大地降低降压时间。
而且还看到，能优越地将现场吸气泵与一低温泵相配合使用。由于低温泵对泵唧象氩这样的惰性气体有很高效率和因为吸气泵主要是泵唧非惰性气体，所以吸气泵的运行不会干扰或影响惰性气体在腔室内部的流动。另外由于现场吸气泵协助低温气泵降低腔室压力，所以有可能采用小容量低温泵或者采用很大的带有挡板的低温泵而同时仍然达到所希望的较低过渡时间期间的结果。
由阅读以下的详细说明和研究各种附图将会清楚理解本发明的这些和其他种种优点。
对附图的简要说明

图1为说明包括有按照本发明的现场吸气泵系统的半导体处理装置的系统图；图2为沿图1的连线2-2取的低温泵挡板的横截面图；图3为按照本发明的吸气组件的侧视正面图；图3a为沿图3的连线3a-3a取的说明本发明的单个吸气元件的图形；图4为本发明现场吸气泵系统另一实施例的方框图；图5为本发明现场吸气泵系统的另一可替代实施例；图6为按照本发明第一降压过程的腔室内的压力图；图7为按照本发明第二降压过程的腔室内的压力图；图8为说明按照本发明的过程的流程图；图9为更详细说明图8步骤162的流程图；和图10为说明包括被配置在半导体处理设备的传送腔室内的按照本发明的现场吸气泵系统的半导体处理设备的本发明的替代实施例的系统图。
图1中所示晶片处理系统10包括有用于机器人晶片机械臂14的第一机壳12和确定处理腔室18的第二机壳16。系统10还包括有机械泵20，低温泵22，气体排放系统24，为生成等离子体的等离子体发生器26，和为控制大部分晶片处理10的运行的基于微处理器的控制器28。本发明还包括有包含吸气组件32、防护屏33、可控电功率源34、残留气体分析器(RGA)36、和基于微处理器的控制器38的现场吸气系统泵30。晶片处理系统10利用机器人晶片机械臂14处理被置于腔室18内的半导体40。
第一机壳12和机器人晶片机械臂14的加工细节时熟悉本技术领域人士是公知的。机壳12确定可通过狭缝阀44和46接触的机械臂腔室42。此机械臂腔室通常维持低于10-7Torr的超高真空级别。机械臂14的目的是通过打开的狭缝阀46在处理腔室18内自动布置晶片40和在处理完成后通过狭缝阀46由腔室18取走经处理过的晶片40。在狭缝阀46打开前处理腔室18和机械臂腔室42内的压力最好为大致相同的级别以使得在狭缝阀被打开时的涡流最小。当处理晶片40期间，狭缝阀46被关闭。机器人晶片机械臂14和门阀44及46均由系统控制器28控制。
确定处理腔室18的第二机壳16也是惯常的设计。如第一机壳那样，它最好由坚固耐久的材料例如不锈钢制成。除了狭缝阀46，一对阀48和50各自将机械泵20和低温泵22耦合到腔室18。如果腔室18已经被泄放达到大气压(例如为了维护或修理)，阀48被打开和机械泵被用来将腔室降压到约30mTorr。这时，阀48被关闭而打开低温泵50继续将系统降压到约10-9Torr。最好，吸气泵30配合(例如同时地)低温泵22的操作运行。当腔室已低致“基本压力”级别时即可开始晶片40的处理。基本压力通常低于10-7Torr。
当然，上述的“抽气降压”过程是一定程度上的经简化了的描述，如本技术领域人员将会理解的。更完整的说明如后。在腔室18被机械泵20部份地降压之后，机械泵20被关闭并由阀48隔断，而打开通往低温泵22的阀50。而后通常腔室被以加热管(未图示)“烘干”来由室壁和被低温泵22泵唧的腔室18的内部成分释放水蒸汽和其他气体。吸气泵30还通过将吸气泵的吸气剂加热到如450℃的高温而被“激活”。吸气泵30的这种激活是所要求的，因为吸气剂在曝露到大气压时成为“被钝化”的；而此激活期间可与烘干期间相重叠。但是，烘干期间与激活期间并不必须同时发生。一旦腔室已被烘干和吸气剂被激活，吸所泵30即被接通来与低温泵22同时泵唧以便迅速使腔室18降低到基本压力。这样即可进行半导体处理，如熟悉本技术领域的人士所将理解的。
为启动溅镀系统中的处理，控制器28促使阀52打开以便惰性气体(典型地为氩)能由气体源54流进腔室18。由于低温泵22仍在运行，氩气和溅镀过程的其它副产品被由腔室18中抽出。将阀52调节使得腔室18内的氩压成为数mTorr，如为1×10-3至6×10-3mTorr。因为现场吸气泵30不泵唧氩(它是惰性气体)，所以它基本上不会影响氩流进腔室18，但吸气泵30则在氩气通过腔室18流动期间泵唧某些非惰性气体，如随后将更详细讨论的。
如这里所采用的，“现场吸气泵“将指的是有效要素亦即有效吸气剂实际上被安置在与被处理晶片处于相同的空间容积内部的吸气泵。事实上，吸气泵腔室已成为处理腔室，或反之。这样，现场吸气剂与处理腔室间的传导性比起通过门阀、导管、泵的狭道、穿过防热屏等将外部吸气泵耦合到腔室来是非常高的。例如，采用带有防热屏33的本发明的现场吸气泵，可达到超过最大理论泵唧速度的75％(典型地超过85％)，而对于以门阀之类耦合到处理腔室的外部吸气泵充其量仅为最大理论泵唧速度的75％(典型地低至35％)。应该指出，传导性与泵唧速度直接相关，而泵唧速度则是指假定一给定分子与吸气泵的吸气表面之间不存在任何障碍时的最大理论泵唧速度的相对百分比。
因此附加以本发明的现场泵唧系统在泵唧速度上能取得超过先有技术的通过泵狭道或阀狭道耦合到处理腔室的吸气泵二或三倍的改善。不用防热屏33，可实现更高的最大理论泵唧速度。但是，最好设置防热屏33来将吸气剂与腔室18内的被加热表面如前述的烘干管隔离。防热屏还有助于通过由吸气剂和加热器反射回幅射热来为吸气剂达到再生温度。
一旦氩气体通过腔室18流动进入低温泵22，等离子体发生器26即被激活在腔室18内促成(“触发”)等离子体放电。有多种方法在腔室内生成等离子体，包括将射频(RF)信号加到溅镀靶的，如熟悉本技术人士所公知的。也如本技术领域内的熟知人员所公知的，等离子体生成带正电的氩离子，它们轰击带负电或被接地溅镀靶而使得材料簇射落在晶片40上。作溅镀的材料类型取决于溅镀靶的成分。典型地采用类似铝、钛、和钛一钨材料作为溅镀靶的来分别在晶片表面上沉积铝、钛、和钛一钨。
按照本发明的现场吸气泵系统30包括有吸气组件32，隔屏33，电压源34，RGA36，和控制器38。这样整个系统只有一部分实际被配置在腔室18内。但是，系统30的有效部分亦即吸气组件32被布置在腔室18内。防热屏33也最好被置于此腔室用来将吸气组件32的有效表面与腔室内的被加热表面隔离。如果吸气组件被配置成或者被屏蔽成防止被腔室内的加热表面干扰则可省除防热屏。防热屏33可以是一例如由不锈钢制的固定屏板，或者可以是一在运行期间被打开和在一定条件(例如打开腔室18)下关闭的可动屏板。
最好吸气系统控制器38通过接口总线55与溅镀系统控制器28通信以便能使现场泵在不利情况下例如在为维护和修理腔室18被打开时不运行。另外，控制器28和38可组合成一单个的控制器，如本技术领域熟悉人员将能理解。
最好，吸气组件32包括有一使吸气组件32内吸气剂的温度能加以选择的加热器56。热电耦58被用来提供温度反馈以便能准确地控制吸气组件32内吸气剂的温度。电压源34经电缆60耦合到加热器56提供激励加热器56的电源。此电压源是可变的，能加以接通或切断，或者能得到多个不同电压电平，或者能得到一段范围的电压电平。电压源34可按由控制器38通过总线62发送的信号来接通或切断或调节其电压。
残留气体分析器(RGA)36被传感器64和电缆66耦合到处理腔室18。所谓“耦合”在这里是指分析器36能够接收到关于腔室18内的气体的成分和浓度的信息。例如，分析器可以设置能通过石英窗孔(未图示)观察腔室18内的等离子体的光电探测器作光耦合到腔室18，但是，在此优选实施例中，此分析器实际上是由传感器64和电缆66耦合到腔室18的。
由Leybold Inficon Inc(East Syracuse，NewYork)可获得商标为Transpector的合适的R6A36。RGA26的作用是要确定腔室内存在什么气体和其浓度如何。此信息被经由总线68提供给控制器38。
运行中，控制器38从RGA36通过总线68接收有关腔室18内气体成分和浓度的信息。它还通过总线70接收关于吸气组件32内的吸气剂的当前温度。然后控制器38确定是否要为改变吸气组件32的泵唧特性而调节吸气组件32中吸气剂的温度。例如说，如果RGA36确定腔室18中氢气体的浓度很高和如果热电偶38指砂吸气组件32正运行在高温下，控制器38就可通过总线62发送一信息到电压源来促使电压源34关断。这切断加热器56使吸气组件32能冷却到较低温度。在较低温度下，吸气剂例如前面提到的ST707和ST101积极地吸收氢，从而迅速地降低腔室18内氢的浓度。在另一示例中，如果RGA36检测到高浓度的水蒸汽和如果吸气组件32的温度很低，控制器38即促使电压源34提高加热器56的热输出来将吸气剂加热到300～450℃的范围以便迅速高效地由腔室18泵唧水蒸汽。
另外参看图2，低温泵22最好由一节流板72耦合到门阀50。如前向解释的，此节流板72降低处理腔室18与低温轴抽气泵22间的传导性。例如说如果低温泵具有一个8”的出口，则节流板72将直径上稍大于8”并将调协以气体能由处理腔室18通过它流进低温泵32的一或多个孔74(或其它孔隙如狭缝)。低温泵的传导性被所选择的节流板设计典型地会降低约50～70％，而几乎一定大于25％。这使得可利用不必非常频繁地再生而具有足够低的传导性使得在处理期间无需过量的氩气体流进腔室18的大容量低温泵。另一方面，也可以采用小得多的低温泵22而无节流板72，其代作是低温泵在其由于氩气体所饱和时将必须较频繁地再生。
因此现场吸气泵系统30与低温泵22具有特殊关系。因为低温泵22的传导性必须加以限制以便能在处理期间不需要过量的氩(或其他惰性气体)，所以现场吸气泵在降压基本压力期间和在处理半导体晶片期间均能被用来提高泵唧速度。由于现场吸气泵不泵唧惰性气体如氩，所以它理想的适宜被用于具有有意限制传导性的低温泵22。
图3中揭示用于吸气组件32的优选配置。可取的是，此吸气组件32包括有多个被配置成空间分离的结构的吸气元件74。附带参看图3a的截面图，每一个吸气元件均被设置用于感受加长加热器56的中心配置孔(图)76。最好各吸气元件74基本上呈带有形成中心配置孔76的轴向孔的盘形。各吸气元件74具有一对相对的边78和80，并可以是多个适合的吸气剂的任何一个，包括由SAESGetters(S.P.A，Lainate，Italy)以商标ST707或ST101出售的吸气剂。这些吸气元件最好多孔的烧结吸气元件如象转让给SAESGetters的美国专利No.5320496中所揭示的那些。多孔吸气材料由SAES Getters以商标ST172出售。多孔吸气剂的加工在英国专利No.2077487中有说明，该专利转让给SAES Getters，SPA，在此被结合作为参考。
图3的实施例中，相邻的吸气元件74例如吸气元件74a和74b包括相对表面82a和82b。在图3的实施例中，表面82a和82b基本上为同平面和基本上是平行的。所谓“基本上同平面”是指表面本质上是平面尽管与完全的平面度有某种程度不符也是允许的。所谓“基本上平行”是指表面本质上相平行，尽管有某些小的偏差(例如±5°偏差)也能允许。在本发明另外的实施例中吸气元件可具有非平面表面或者不平行的平面相对表面。例如，相对表面(如表面82a和82b)可能定义一对以约5°或更小的夹角相交的平面(甚至它们并非完全为平面)。在一定的情况下这可以增强所选气体的吸收性。
加热器56可以是任一适用的加热元件。加热器56的必要条件是应能将吸气元件84加热到所希望的运行温度分布状态。这种分布状态最好是均匀的，但在沿吸气组件长度的温度中可包括有梯度或不连续性。
例如说如果ST707吸气剂被采用，则希望加热器能在运行期间在25～30℃范围内对吸气元件74加热且能加热到用于激活的较高温度450～500℃。但如果要利用吸气组件泵唧氢，加热器56通常不必加给能量，因为ST707吸气剂在室温下能很好地泵唧氢。
尽管如此，即使加热器56不被用于将吸气元件74加热到它们的运行温度，它们也可被用来激活吸气元件74内的吸气剂。例如，ST707吸气剂可通过加热到450～500℃而被激活(再生)和ST101可通过加热到600～700℃而被激活。但是，再生可能是不需要的，因为吸气组件32可被仅仅看作为在例行维护期间被替换的自由处置的即消耗品。
虽然加热器56被描述成为支撑吸气元件74的中心轴，吸气元件也可由不被加热的轴支撑或者可用其他方式支撑。这样加热器56即可与用户吸气元件74的结构支撑相分离，例如被布置于接近吸气元件的辐射管。
如前面提到的，用于提供加热器56有数种技术。例如，可设置阻性的，感性的，或辐射加热器。但是，本优选实施例中，加热器56为电阻性加热器例Manini等的专利中所表明的。加热器应能在由周围即室温范围内加热到至少吸气剂的运行温度。最好，加热器应能将吸气剂加热到它们的激活温度。
图4中，按照本发明的处理腔室84包括有可密封的机壳86和配置在由机壳86确定的腔室92内的二个吸气组件88和90。系统84还包括有RGA90和微处理器控制系统92。当然，如在所述控制器和控制器92的情况下，控制器的功能可由许多等同的电气或电子系统来实现。例如，控制器可包括有模拟电路，离散数字逻辑，微处理器，小型计算机等。系统84还包括有一对电压源94和96。机壳86可以是任一惯常的设计，虽然它通常由焊接不锈钢加工成。机壳86最好被设置有使得加工件能方便地插入和由腔室92取走的狭缝阀(未图示)或类似件。当初被密封时，机壳86将腔室92与周围环境隔离。
为何在腔室92内设置二个或更多(即多个)吸气组件如吸气组件88和90有许多理由。例如，该两个现场吸气组件88和90可简单地并行运行来使现场吸气泵的容量和泵唧速度加倍。另外，吸气组件88和90还可由不同的吸气剂制成和/或以不同的运行温度运行。例如，吸气组件88可用ST707吸气剂制成并在300～400℃下运行优选地泵唧大部分非惰性气体(除氢外)，而吸气组件90则可用ST101吸气剂制成并保持为室温以使优先泵唧氢。因此，利用二吸气组件相结合来泵唧很大范围的非惰性气体。
最好，系统84被以闭环方式控制，即它在反馈控制下运行。热电偶(或等同物)98和100被用来分别监视吸气组件88和90的温度，传感器102由RGA电路91用来检测腔室92内气体的成分和浓度。控制器93利用RGA电路91和热电偶98及100的输入来产生分别控制各自耦合到吸气组件88和90的加热器104和106的电压源94和96的信号。
图5中，处理系统108包括有定义腔室112的可密封机壳110和三个吸气组件114、116和118。应当指出，各吸气组件114～118均可独立地控制，和可能具有不同的大小。例如，吸气组件114可包括有ST101吸气剂并能保持不用加热以维持室温来优先泵唧氢气体，吸气组件116可包括有ST707吸气剂被加热到300～450℃的温度来泵唧非惰性气体，和吸气组件118可包括有运行在其他温度的另外的吸气剂来补足吸气组件114和116泵唧能力。在这一例中，吸气组件114、116和118的加热器120、122和124各自由温度控制器128、130和132分别耦合到电压源126。控制器128～132分别将加热器120～124保持在如由热电耦134、136和138所检测得的所希望的但是固定的温度。因此，尽管用于各个吸气组件114～118的温度控制器为闭环即反馈系统，而就腔室112内气体的成分和浓度方面来说系统108则不是闭环即反馈系统，因为吸气组件114-118始终将在同一温度下运行。不管怎样，对于许多资料证明的过程，吸气组件及它们的运行参数可被固定为在大多数正常情况下良好地运行。
图6中，图示说明一按照本发明运行现场吸气泵的优选方法。这一图中沿纵轴表示腔室内的压力P，而沿横轴表示时间T。第一条线140说明腔室内随时间变化的水蒸汽的分压，而第二条线142说明腔室内随时间变化的氢的分压。这一示例中水蒸汽140与氢142的结合在处理腔室内生成且组合压力144。
参照图6的图解来说明在激活后和降压期间应用单个吸气组件例如图1的吸气组件32作为现场吸气泵的过程。应当指出，图6的图形仅只是用于说明的目的，实际上的分压曲线将会不同。在此示例中将假定，吸气组件32包括有ST707型吸气剂，它在被加热到温度范围300～450℃、例如约350℃时非常好地吸收水蒸汽(H20)。ST707还能在较低温度下例如为25℃左右的室温下很好地吸收氢。在这一示例中，RGA 36在时间t＝0检测到高浓度水蒸汽，控制器38使电压源34接通加热器将吸气组件32加热到350℃。这使得水蒸汽浓度非常快地下降直至时间t＝T1水蒸汽大体上由腔室去除。但氢分压基本保持不变因为ST707在高温时不怎么吸收氢。一旦RGA 36在时间t＝T1检测到腔室18内的水蒸汽浓度很低和氢浓度42很高，系统38使得电压源34关断，断开加热器而使吸气组件32能冷却和开始吸收氢。因而和图6中表示的，运行于二不同温度的单个吸气组件能迅速有效地由腔室18去除非惰性气体而不致干扰惰性气体通过腔室的流动。
图7中，图示说明具有多个吸气组件的系统例如图4中所表明的系统84的运行。应再次指出，图7的图形仅仅只是用于说明目的而实际上的分压曲线将会不同。在此例中，由水蒸汽引起的分压以曲线146表示，而由氢产生的分压以线148表示。在此例中腔室92内的总压力曲线由150表示。由于RGA91检测到水蒸汽和氢双方的浓度，微处理机93促使电压源94接通和电压源96断开。这使得吸气组件88加热到温度约350℃，由此由腔室92迅速地泵唧水蒸汽，同时使组件90能在约周围温度下运行而能使其由腔室92迅速泵唧氢。
将会注意到，多组件系统由于较大的表面面积和由于可能同时泵唧多种气体这一事实而能达到更大的泵唧速度。但是，多现场吸气组件使得系统较之最初描述的单吸气组件系统更加昂贵。
图8中，在步骤154开始按照本发明处理晶片的过程152，而在步骤156，与一低温泵相结合的一现场吸气泵被激励来在腔室中产生基本压力。接着在步骤158将晶片插入腔室和将腔室密封。在步骤160氩开始流入腔室和在步骤162运转现场泵系统和低温泵的同时，使氩气体继续流动并生成等离子体。下面在步骤164中，等离子体停止和氩气体被切断以使现场泵系统和低温泵系统能降低腔室中的压力。然后在步骤166中由腔室取出经处理的晶片而过程在步骤168停止和氩气体被切断以使现场泵系统和低温泵系统能降低腔室中的压力。然后在步骤166中由腔室取出经处理的晶片而过程在步骤168结束。
图9中说明对应于图8的步骤162的优选过程162。过程162在170开始，在步骤172中监测气体和腔室的成分和浓度。接着在步骤174根据此监测步骤和某种过程启发推断调整现场吸气泵的运行参数。此这程162在176结束。
应指出，图9中所说明的过程162是闭环即反馈过程的实施例。当然，所说明的开环过程也是可行的而对于某些应用可能是更可取的。步骤174中所涉及的现场吸气泵的运行参数可包括激活一或多个吸气组件，改变吸气组件的温度等等。过程的启发推断是由系统设计者为优化该过程所实施的经验法则。例如说，系统设计者可能确定具有ST707吸气剂的吸气组件上的温度在当水蒸汽的分压到达一定级别时或者在预定的时间期限之后应该由350降到周围温度。
图10说明一按照本发明的可替代系统10’。在此系统10’的元件基本上与图1系统10的同样元件相同的条件下采用同样的引用号而在说明系统10’中将不再加以讨论。
图10中应注意的是，系统10’的机械臂腔室42(或“传送腔室”)内设置有辅助现场泵178。为“降低(抽气)”传送腔室42的压力，首先利用机械泵180粗略地将传送腔室42泵唧到约30～50mTorr。然后现场吸气泵178最好与低温泵182同时运行降压传送腔室42。现场吸气泵178与低温泵182的这种“并行”泵唧大大降低了传送腔室42的降压时间从而使系统10’在为作周期的维护或因其他原因而被“拆卸”之后能更迅速成为可运行的。
更具体地说，在降压运行期间，传送腔室42的狭缝阀44和46被关闭来密封腔室42，而阀184被打开来将机械泵180耦合到传送腔室42。在被机械泵180粗略泵唧后，阀184被关闭而阀186被打开来将低温泵182耦合到传送腔室42。然后吸气泵178和低温泵182同时运行来更快地降压腔室42。当此腔室达到基本操作压力时，如由腔室42内压力传感器188所检测得的，阀186即被关闭，而传送腔室42可以其正常方式运行。
低温泵182无需设置象挡流板72这样的挡流板，因为由于不将氩泵唧进传送腔室42而无需节流低温泵182的传导性。但是，低温泵182最好设置有用于防护低温泵182内部免遭因小物体堕入低温泵孔隙而受到损坏的屏障190。
吸气泵178在设计上类似于前述的吸气泵。吸气泵178最好由多个如上所述的可由SAES Getters(SpA of Lainate，Italy)得到的多孔吸气盘构成。吸气盘最好由有助于吸气盘之间的热分布的金属棒(例如由不锈钢制成)支撑。
在传送腔室现场吸气泵(与前述的处理腔室现场吸泵相对)中，可以无需热屏蔽。这是因为总的说传送腔室42内没有在泵唧周期内会使吸气剂过热的被加热表面。但是，最好将一例如说由经过抛光的不锈钢制成的热反射器192布置在吸气盘的附近以便使得在吸气盘的再生周期内来自加热器194的热能可能被反射到吸气盘上。但可希望将热反射器192配置成使吸气泵178的传导性维持尽可能地高，亦即为相对于腔室42的至少75％的传导性。
加热器194最好为被置于接近吸气元件的辐射石英管。因此加热器194借助由热反射器192反射的辐射通过直接辐射，和借助通过金属支撑杆的热传导来加热吸气元件。另一方面，加热器194也可以是一或者被布置在吸气盘邻近或者被设置在保持吸气盘的杆内部的电阻性加热器。
吸气泵178的温度最好由闭环反馈环路控制。较具体说，一基于微处理器的控制器196控制对加热器194提供电功率的可变电压源198。温度传感器200向控制器196提供温度数据。控制器196与系统控制器28进行通信以便给系统控制器提供信息和由系统控制器接收命令，即由系统软件所生成的命令。
应当指出，关于传送腔室现场泵192描述了一简单的控制系统。但是，关于处理腔室现场泵32所说明的较复杂的系统也能被应用到传送腔室现场泵。因而将会理解，传送腔室现场泵可被促成在多个温度下运行以便在这些多温度下优先泵唧不同气体，并能由包括有气体分析器的反馈回路控制。
还应指出，传送腔实现场吸气泵178也能包括有或者同一或者不同类型吸气剂的多个吸气泵，如按照处理腔室现场吸气泵所讨论的。因此关于这样的多泵配置的讨论也能在这里适用于传送腔室现场吸气泵。
虽然本发明已针对数个优选实施例作了说明，但存在着属于此发明范围内的多种变体、移植和等同物。也应指出，可能存在有实现本发明的过程和设备双方的替代途径。例如，尽管在上述讨论本发明的优选实施例期间揭示了ST707和ST101吸气剂，但熟悉本技术领域的人士将会理解，其他的吸气剂和化合物也可适用于本发明。同样，虽然相关于本发明主要描述了低温泵，便将会理解，分子泵、离子泵、涡轮泵等也可以或同等地被加以利用。
因此所期望的是下列所附权利要求应被看作为包括属于本发明的精神实质和范围之内的所有的这些变体、移植和等价物。
权利要求
1.一种晶片处理系统，包括传送腔室；由包括有分子泵、离子泵、低温泵和涡轮泵的组中选择的低压泵，所述低压泵被耦合到所述传送腔室；配置在所述传送腔室的现场吸气泵，其中所述吸气泵包括有吸气组件和被配置接近于所述吸气组件以使所述吸气组件能被加热的加热器；配置于接近所述吸气泵的温度传感器；和耦合到所述温度传感器和运行来有选择地控制所述加热器的温度的控制器。
2.权利要求1中所述晶片处理系统，其特征是还包括耦合到所述传送腔室的机械泵。
3.权利要求1中所述晶片处理系统，其特征是由所述控制器控制的所述吸气组件的第一温度被选择来泵唧除氢外的至少一种非惰性气体，和所述吸气组件的第二温度被选择来泵唧氢。
4.权利要求3中所述晶片处理系统，其特征是所述加热器还能将所述吸气组件加热到一第三温度以再生所述组件。
5.权利要求3中所述晶片处理系统，其特征所述吸气剂包括Zr-Al，和所述第一温度在300～400℃的范围内，所述第二温度在25～100℃的范围内。
6.权利要求1中所述晶片处理系统，其特征是所述吸气泵包括有多个吸气组件。
7.权利要求6中所述晶片处理系统，其特征是所述多个吸气组件主要包括有相同类型的吸气剂。
8.权利要求6中所述晶片处理系统，其特征是至少二个所述吸气组件包括有至少二不同类型的吸气剂。
9.权利要求6中所述晶片处理系统，其特征是所述吸气泵包括有与相应数量的所述吸气组件相关联的多个加热器来控制所述相应数量吸气组件的温度。
10.晶片处理系统，包括传送腔室；被配置在所述传送腔室内和设置有加热器的现场吸气泵系统，以使所述泵系统能运行在不只一个温度下，使得不同的非惰性气体能在不同温度时被优先泵唧；和用于传送晶片进出所述传送腔室的机器人传送臂。
11.权利要求10中所述晶片处理系统，其特征是还包括耦合到所述腔室的气体分析器；和具有耦合到所述气体分析器的输入和耦合到所述加热器的输出的控制器，据此根据所述腔室内混合气体的分析来控制所述温度。
12.权利要求11中所述晶片处理系统，其特征是选择第一温度来泵唧除氢外的至少一种非惰性气体，和选择第二温度来泵唧氢。
13.权利要求12中所述晶片处理系统，其特征是所述吸气剂包括Zr-Al，和所述第一温度在300～400℃的范围内，所述第二温度在25～100℃的范围内。
14.权利要求10中所述晶片处理系统，其特征是所述泵系统设置有多个吸气组件，其中每一个均与一加热器相关联，以便所述多个吸气组件的温度能加以控制。
15.权利要求10中所述晶片处理系统，其特征是还包括耦合到所述腔室的气体分析器；和具有耦合到所述气体分析器的输入和耦合到所述多个加热器的输出的控制器，据此所述吸气组件的所述温度根据所述腔室内混合气体的分析而加以控制。
16.处理系统，包括可密封的机壳；和被置于所述机壳内的具有吸气剂的、能在不只一个温度下运行的现场吸气泵系统，使得在当所述机壳被密封时能在不同温度下泵唧不同的非惰性气体。
17.权利要求16中所述处理系统，其特征是所述现场吸气泵包括有加热器，和选择第一温度来泵唧除氢外的至少一种非惰性气体，选择第二温度来泵唧氢。
18.权利要求17中所述处理系统，其特征是还包括耦合到所述腔室的气体分析器；和具有耦合到所述气体分析器的输入和耦合到所述加热器的输出的控制器，据此所述温度由所述加热器根据所述腔室内混合气体的分析加以控制。
19.权利要求18中所述处理系统，其特征是所述泵系统包括有多个吸气组件，其中至少二个所述吸气组件可被所述加热器保持在不同的温度。
20.现场吸气泵组件，包括被空间隔开以使相邻吸气元件不相贴合的吸气元件，其中各吸气元件设置有位于中央的孔隙；被配置通过所述吸气元件的孔隙以支撑所述吸气元件的金属支撑杆；和被配置于接近所述吸气元件和所述金属支撑杆的辐射石英灯加热器，用于辐射加热所述吸气元件和依靠通过所述支撑杆的热传导来传导性地加热所述吸气元件。
21.权利要求20中所述现场吸气泵组件，其特征是各吸气元件基本上呈盘形，带有形成所述位于中央的孔隙的轴孔。
22.权利要求20中所述现场吸气泵组件，其特征是各吸气元件具有一对相对的面。
23.权利要求20中的所述的现场吸气泵组件，其特征是还包括布置成由所述石英灯向着所述吸气元件反射辐射能的热反射性表面。
24.处理晶片的方法，包括步骤密封传送腔室；以泵唧惰性气体的外部低压泵和以泵唧非惰性气体的被配置在所述腔室内的现场吸气泵泵唧所述传送腔室，所述现场泵具有其泵唧速度相对于腔室至少为其理论最大泵唧速度的75％的有效元件；将半导体晶片通过所述传送腔室送往至少一处理腔室；和作为加工集成电路装置的必要步骤在所述至少一处理腔室中处理所述晶片。
25.一种泵唧腔室的方法，包括步骤密封机壳；和以能在多于一个温度下运行的配置在所述机壳内的现场吸气泵系统泵唧所述机壳，以使得在机壳被密封时能在不同温度下泵唧不同的非惰性气体。
26.权利要求25中所述泵唧腔室的方法，其特征是还包括步骤控制所述吸气泵系统的温度来优先泵唧至少一种气体。
27.权利要求26中所述泵唧腔室的方法，其特征是所述控制步骤为一闭环过程。
28.权利要求26中所述泵唧一腔室的方法，其特征是所述控制步骤为一开环过程。
29.权利要求26中所述泵唧腔室的方法，其特征是还包括步骤监视所述腔室内的气体的成分，和根据所述成分的分析控制所述吸气泵系统的温度。
30.权利要求29中所述泵唧腔室的方法，其特征是所述吸气泵系统包括至少二个吸气组件，其中所述控制温度步骤能控制所述二组件间相对温度。
31.晶片处理系统，其特征是包括处理腔室；被配置在所述处理腔室内的处理腔室现场吸气泵；传送腔室；配置在所述传送腔室内的用于传送晶片出入所述处理腔室的机器人机械臂；配置在所述传送腔室内的传送腔室现场吸气泵；和用于处理被置于所述处理腔室内的晶片的处理系统。
全文摘要
晶片处理系统,包括有处理腔室,用于泵唧惰性和非惰性气体的连接到处理腔室的低压泵,连接惰性气体源到处理腔室的阀机构,配置在处理腔室内部的当惰性气体流入处理腔室期间泵唧一定的非惰性气体的现场吸气泵,和用于处理被置于处理腔室内的晶片的处理机构。可取的是,此现场吸气泵能在多个不同温度下运行以在这些温度时优选地泵唧不同种类的气体。一气体分析仪被用来自动控制吸气泵的温度以控制由处理腔室泵唧的气体类别。本发明的另一替代方案包括有额外设置在半导体制造设备的传送腔室中的现场吸气泵。
文档编号B01J3/00GK1252844SQ98804253
公开日2000年5月10日 申请日期1998年4月15日 优先权日1997年4月18日
发明者达西H·洛里默, 戈登P·克吕格尔 申请人:赛斯纯净气体公司