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：
本发明一般涉及超高真空系统，更具体涉及在超高真空系统中使用的现场吸气泵。
背景技术：
有许多需要例如10-7至10-12乇(Torr)超高真空能级的工艺。例如，高真空物理装置、象回旋加速器和直线加速器常常需要10-8-10-12乇量级的真空。还有，在半导体制造工业，半导体处理设备中常常需要大约10-7-10-9乇的超高真空。
一般以串联或并联方式采用几个泵以便在室内获得超高真空能级。机械(例如油)泵常用于减小室内压力至接近30-50毫乇。这些常被称作“高压”泵，因为它们仅抽吸相对高压的气体。高或超高真空泵系统、例如分子泵、离子泵、低温泵、涡轮泵等用于降低压力至大约10-7-10-9乇。这些常被称作“低压”泵，因为它们抽取低压气体。对于一个特定室的抽空时间范围从几分钟到几个小时至几天，这取决于如室的大小、泵的容量、从室到泵的传导率及所需要的最终压力这些因素。
在某些超高真空应用中，吸气泵已与前述的机械泵、分子泵和低温泵联合使用。吸气泵包括对某些非惰性气体有亲合力的吸气剂材料(金属合金)。例如，取决于吸气剂材料的组成和温度，已经设计出优选抽取某些非惰性气体例如水蒸汽和氢气的吸气泵。
例如，意大利米兰S.p.A的SAES吸气剂(Getters)公司提供的吸气泵已经安装在粒子加速器上多年了。吸气泵一般包括装在不锈钢容器内的吸气剂材料。吸气泵可以从环境温度至约450℃下工作，这取决于被抽取气体的种类、吸气剂组成等。对于先有技术SAES吸气泵最优选的吸气剂材料是ST707TM吸气剂材料(它是一种Zr-V-Fe合金)且由意大利米兰S.p.A的SAES吸气剂公司生产。另一种这样的材料是ST 101TM吸气剂合金，也是从S.p.A的SAES吸气剂公司买到的，它是一种Zr-Al合金。这些先有技术的某些吸气泵可被认为是“现场”泵，因为它们被配置在高真空物理装置中。
吸气泵也被建议提供给半导体处理设备。例如，几年前在由布雷塞契尔(Briesacher)等人的题为“用于半导体处理设备的非蒸发性吸气泵”(“Non-Evaporable Getter Pumps for SemicondutorProcessing Equipment”)的文章中建议任何使用吸气剂来纯化半导体处理中所用的加工过的气体的应用也可使用非蒸发性吸气泵在现场纯化和选择性抽取杂质。
前述的布雷塞契尔的论文公开了在溅射系统中对于使用吸气泵存在两种可能的运行情况。第一种情况是吸气泵加到系统中与系统的常规泵(例如机械泵和低温泵)并联运行。在此情况下，系统的运行没有任何更改，吸气泵只是作为一个辅助泵来降低室内残余气体某些组分的气体分压。第二种情况是室内充氩气到3×10-3至6×10-3乇的压力，停止氩气流入该室并密封该室。吸气泵对氩气起一个所谓“现场”纯化剂的作用。然而，如下所述，泵不是真正在“现场”，因为活性材料没有在处理室的容积内。使用这种吸气泵的实验处理室在Ohmi博士指导下在日本东北大学(TohukuUniversity)电子系使用了若干年。
布雷塞契尔论文公开了吸气泵可与溅射系统共同使用，溅射系统是一类半导体处理设备。在一个一般的溅射系统的实施例中，惰性气体(通常是氩气)被抽入室内并产生等离子体。等离子体使氩离子向靶加速运动而使材料移出并沉积在晶片的表面上。吸气泵很适合与溅射系统一起使用，因为仅仅需要的处理气体是不被吸气泵抽取的惰性气体。因此，吸气泵可以从溅射室除去杂质气体而不影响溅射处理所需要的惰性气体的流动。
布雷塞契尔的论文是在半导体处理设备中对使用非蒸发性吸气泵的实用性的最初科学分析。因此很少公开有关于本理论的实际应用。此外，在布雷塞契尔的文章使用术语“现场”描述吸气泵的使用情况时，从描述中显而易见吸气泵是在室的外部并且只有当室是密封的且当无氩气流入室时，吸气泵被认为是在“现场”，在吸气泵内的容积可认为与室的容积是相连接的。然而也不是真正在“现场”，因为吸气泵的表面是在一个容积内，此容积通过一个限制性的喉部连接到室容积，限制性喉部很大程度地限制了室和泵之间的传导率。例如，通过泵的一个喉部抽气可以减少25％或更多的传导率，且通过一个具有挡热板(将低温泵的活性部件与操作室的被加热部件屏蔽开)的泵的喉部抽气可以减少60％或更多的传导率。
用于制造集成电路的溅射系统有一定的操作特点，此特点通过现场吸气泵以先有技术没谈到过的方式被加强。这样的一个特点是生产溅射设备必须在一些不同压力下和在不同气体组成的情况下运行。这个特点例如在粒子加速器中、如通常保持在高真空状态下的前述普林斯顿(Princeton)大学粒子加速器中是不存在的。这个特点也没有被布雷塞契尔的论文谈论过。更具体而言，工业用的溅射设备的溅射室常常是暴露于三种完全不同的环境。当由于例如日常保养或维修向周围环境大气打开室时，出现第一种环境。在这种条件下，室被大气和污染物所沾污。当室在超高真空条件例如小于10-7乇运行时，如在室的装卸期间和在操作前抽吸到“基底压力”期间存在第二种环境。最后，当在溅射室中氩气压力为几毫乇压力时，在处理过程中出现第三种环境。
为了在这些变化的运行环境中循环，一个一般的溅射室连接到一个机械(高压)泵和一个低温(低压)泵上。机械泵减小室内压力至约30-50毫乇而接着低温泵(或其他高真空泵，例如涡轮泵)用于减小室内压力至约10-7-10-9乇。
商业上需要尽可能减小这些变化的运行环境之间的“过渡”时间。例如，当从大气压力进入超高真空状态时，对于传统的机械泵和低温泵需要600-700分钟才能达到所需要的真空能级。因此，在每一次日常保养或维修之后，对溅射室可能需要10小时或更多时间才能接受要被处理的晶片。对于溅射设备，在其使用期内这可能导致数千或数百万美元的“停机时间”损失。
因为总的“抽空”时间更多地取决于低温泵而不是机械泵，一种解决方法是增加低温泵的尺寸和泵的传导率。“传导率”是指流体(在此实施例中是气体)从一个容积(例如处理室)流向另一个容积(例如泵室)的容易程度。传导率由两个室之间的孔大小和要被抽取的原子、分子和粒子与低温泵内活性表面之间的路径直接性所限制，其中孔的大小一般是低温泵喉部的横断面。遗憾地是，增加低温泵的尺寸和传导率同样也使必须流入处理室以支持溅射处理的氩气量增加。这带来两个不希望的副作用。第一，由于氩气的高价格，工艺费用惊人地增加。第二，大量的氩气被低温泵抽取将很快使此泵饱和，从而需要频繁的再生(被捕集的材料从泵取出)，并因此对系统造成更多的停机时间。结果是，这种增加低温泵尺寸的解决办法在经济上是不可行的。
一般希望有一个大容量的低温泵以便使再生循环之间的周期时间尽可能长。然而，大低温泵通常有大的喉部和大的传导率。在先有技术中，在低温泵嘴上面放置一个包括例如一个或多个洞或其它孔的挡板以便将它的传导率减小到可接受的水平。另一种方式，可以使用具有较小传导率的较小的低温泵而不用挡板，或者可以使用其它的限制性机构。然而，由于低温泵较小，所以再生循环间的周期时间也短。此外，用这些解决方法中任一个方法的基底压力都比用不受限制的大低温泵高。这点是不希望的，因为基底压力越低，室就越干净。
解决溅射装置的室抽气问题的另一个可能办法是另外提供一个低温泵，其中的一个低温泵有大的传导率以将室抽吸到基底压力，而另一个低温泵有较小的传导率用于在处理过程中对室抽气。然而，这一解决办法也有其不足。其中之一是因为两个低温泵需要进行液氦低温实验和液氮低温实验，所以它们势必占据相当量的空间。因此，不希望在半导体制造设备周围通常狭窄的空间内增加另外一个低温泵。其次，因为低温泵是相当昂贵的设备，这是一个昂贵的解决办法。而且，较小的低温泵不得不在很频繁的周期内再生。此外，每个低温泵需要昂贵且庞大的闸阀和控制系统。最后，室很可能必须重新设计以便适应两个低温泵。
另一个解决办法是使用一个有可变尺寸节流孔的挡板。尽管这在理论上有吸引力，但对大的低温泵(例如有8″嘴的低温泵)而言，这样的挡板不能购买到并很可能是相当昂贵且制作复杂的。此外，还存在与可变节流孔有关的污染问题。
吸气泵有令人感兴趣的特点，即它们能优选地抽取某些气体。例如，通过改变材料(一般是一种金属合金)的组成和它的操作温度，不同的气体可被选择性地抽取。例如，前述的ST 707合金在约350℃温度下优选地抽取许多非惰性气体，而在室温(约25℃)下优选地抽取氢气。吸气剂材料的这一特点已被用于纯化惰性气体和氮气，如于1993年8月24日授予布雷塞契尔等人的美国专利No.5,238,469中公开的，此专利转让给了SAES纯气体股份有限公司(Pure Gas，Inc.)并在此引入作为参考。然而，先有技术没有披露在几个温度下操作优选抽取几种气体样品的现场吸气泵的使用情况。

发明内容
本发明的晶片处理系统包括一个处理室、一个低压泵和一个位于处理室内的现场泵。低压泵优选地是一个利用节流板与处理室连接的低温泵。一个阀门机构将惰性气体源连到处理室，使得惰性气体连续流入处理室而用低压泵从处理室抽气。现场泵、优选地是吸气泵在惰性气体流入处理室的过程中抽取非惰性气体而基本上不抽取惰性气体。
吸气泵优选地包括一个或多个吸气剂微型组件，每个组件有一个加热器。一个吸气剂微型组件在第一温度下工作使其优选地抽取某些气体、例如水蒸汽，而另一个微型组件可在第二温度下工作使其抽取不同的气体、例如氢气。另一种方法是，提供一个单个的微型组件，将其加热到第一温度以优选地抽取第一气体，然后加热到第二温度优选地抽取第二气体。可以使用挡热板将吸气剂材料与室内被加热或被冷却的表面隔离，因此能独立地控制吸气剂材料的温度。
晶片处理系统优选地包括一个连接到处理室的气体分析器和一个其输入连到气体分析器而其输出连到加热器上的控制器。加热器的自动控制能使得在第一温度下通过操作吸气泵抽取第一种气体，然后在第一种气体的浓度值已降至所要求的水平之后，在第二温度下通过操作吸气泵抽取第二种气体。这就使得吸气泵根据处理室内的气体组成优选地抽取气体。
而且，在本发明所述的晶片处理系统中，优选地，所述吸气剂材料包括Zr-Al；所述第一温度范围是300-400℃；所述第二温度范围是25-100℃。此外，优选地，所述吸气剂材料包括锆；所述第一温度范围是200-600℃；所述第二温度范围是25-100℃。
按照本发明的处理室包括一个可密封的外壳和一个配置在外壳内的现场吸气泵系统，该现场吸气泵系统能在多个温度下运行以便在不同温度下优选地抽取不同的非惰性气体。现场吸气泵包括一个受控的加热器，从而可以依靠吸气剂材料温度优选地抽取非惰性气体(不是氢气)或氢气。优选地是，处理室包括一个气体分析器和一个其输入连到气体分析器而其输出连到加热器上的控制器。
本发明还包括几种处理晶片的方法。更具体而言，按照本发明的处理晶片的方法包括以下步骤在处理室内放置晶片并密封该处理室；使惰性气体流入处理室，而利用一个外部低压泵和一个配置在处理室内的抽取非惰性气体的现场泵来同时抽取处理室中的气体；在处理室内处理晶片而惰性气体继续流动。优选地是，在惰性气体流入处理室的步骤之前，该方法包括用一个外部低压泵和一个现场泵同时抽取处理室的步骤，以便达到基底压力。该方法优选地还包括监测处理室内气体组成和浓度并在此分析的基础上控制吸气剂材料温度的步骤。另一种方法是，吸气剂材料的温度可以以预编程序的方式或用某些其它非反馈操作法加以控制。以这种方式，可以调节吸气剂材料的吸附性能以便从惰性气流中抽取所要的杂质。
本发明的一个优点是所提供的系统和方法是与半导体制造设备处理室的各种操作条件相协调的。由于提供一个现场吸气泵，在半导体制造设备中的过渡时间可以大大减少，因此减少了设备的停机时间，从而提高了生产率和利润率。
尤其是，在不同温度下操作一个或多个吸气剂微型组件以优选地从溅射系统室中抽取选定的气体是有利的。通过使用气体分析器自动地控制吸气剂微型组件的温度，抽取气体时间可大大减少。
此外，已经发现一个现场吸气泵与一个低温泵结合使用是有利的。因为低温泵抽取惰性气体例如氩气是很有效的并且吸气泵基本不抽取惰性气体，因此吸气泵的运行不干扰或影响处理室内惰性气体的流动。而且，由于现场吸气泵有助于低温泵抽空室内气体，所以可以使用低容量低温泵或大的带挡板的低温泵，而仍然能获得所需的低过渡周期。
在阅读下面的详细叙述和研究了附图的各种图的基础上，本发明的这些和其他优点将会变得显而易见。


图1是示出半导体处理设备的系统图，该图包括依据本发明的现场吸气泵系统；图2是低温泵挡板的沿图1的2-2线截取的断面图；图3是依据本发明的吸气剂微型组件的侧视图；图3a是沿图3的3a-3a线截取的视图，其示出本发明的单个吸气剂元件；图4是本发明的现场吸气泵系统的另一个实施例的方框图；图5是本发明的现场吸气泵系统的再一个替换实施例；图6是依据本发明第一抽气过程的处理室内的压力曲线图；图7是依据本发明第二抽气过程的处理室内的压力曲线图；图8是示出依据本发明的工艺的流程图；及图9是更详细示出图8的162步骤的流程图。
具体实施例方式
图1中晶片处理系统10包括一个用来封闭遥控晶片机械手14的第一外壳12，以及一个限定处理室18的第二外壳16。该系统10还包括一个机械泵20、一个低温泵22、一个气体输送系统24、一个产生等离子的等离子发生器26以及一个用于控制晶片处理系统10的许多操作的基于微处理器的控制器28。本发明还包括一个现场吸气剂系统泵30，该泵包括一个吸气剂微型组件32、一个挡板33、一个可控电源34、一个残余气体分析器(RGA)36和一个基于微处理器的控制器38。晶片处理系统10处理一个利用遥控晶片的机械手14放在处理室18中的半导体晶片40。
第一外壳12和遥控晶片的机械手14的制作详情对于本领域的技术人员而言是熟知的。外壳12形成了可以通过狭长切口活门(Slitvalve)44和46进出的机械手室42。机械手室一般被保持在小于10-7乇的超高真空能级。机械手14的作用是通过一个打开的狭长切口活门46将晶片40自动地放在处理室18内并且在已经完成处理后通过狭长切口活门46从处理室18将处理后的晶片40移出。在刚刚打开狭长切口活门46之前，在处理室18和机械手室42内的压力优选地处于约同一水平，以便在狭长切口活门打开时减小扰动。在晶片40的处理过程中，狭长切口活门46是关闭的。遥控晶片的机械手14和闸阀44和46都是由系统控制器28控制的。
形成处理室18的第二外壳16也是常规的结构。它和第一外壳12一样，优选地由强度耐用的材料如不锈钢制成。除狭长切口活门46之外，一对活门48和50分别将机械泵20和低温泵22连到处理室18上。如果处理室18已通向大气(例如为了保养或维修)，则活门48被打开并用机械泵将处理室抽吸到约30毫乇。在那时，关闭活门48，同时打开低温泵活门50继续将系统抽空到约10-9乇。优选地是，吸气泵30的运行与低温泵22的运行一起进行(即同时发生)。当处理室已经达到足够低的基底压力时，可以开始晶片40的处理。基底压力一般低于10-7乇。
上面叙述的“抽空”过程当然是一个有点简化的叙述，正如本领域的技术人员所理解的那样。更完整的叙述如下。在处理室18被机械泵20部分抽空之后，关掉机械泵20并用活门48隔离，同时打开通向低温泵22的活门50。然后处理室18一般用热灯泡(未示出)“烘烤”，以便于从处理室18的壁和内部部件中释放由低温泵22抽吸的水蒸汽和其他气体。另外，吸气泵30通过将吸气泵的吸气剂材料加热到高温例如450℃而被“活化”。吸气泵30的活化是必需的，因为吸气剂材料在暴露于大气后变得“钝化”，活化周期可以和烘烤周期重叠。然而，烘烤周期和活化周期不一定要重合。一旦处理室被烘烤和吸气剂材料活化，就打开吸气泵30与低温泵22一起同时抽气，从而快速地使处理室18降到基底压力。然后可以进行半导体的处理，这些是本领域的技术人员理解的。
为在溅射系统中启动操作，控制器28使阀门52打开而使得惰性气体(一般是氩气)从气源54流入室18中。因为低温泵22仍在运行，所以氩气和溅射过程的某些副产物从室18中抽出。阀门52这样调节使得室18中的氩气压力为几毫乇、例如1×10-3至6×10-3毫乇。由于现场吸气泵30不抽吸氩气(它是惰性气体)，因此它基本不影响氩气流入室18。然而，在氩气流经室18的过程中，吸气泵抽吸某些非惰性气体，这些接着将更详尽的讨论。
本说明书所用的“现场吸气泵”指的是一种吸气泵，其中的活性元件、即活性吸气剂材料实际上位于被处理晶片的同一空间容积内。实际上，吸气泵室已变成处理室且反之亦然。就此而言，与外部吸气泵经闸阀、导管、泵的喉部、挡热板等连接到处理室相比较，现场吸气剂材料和处理室之间的传导率是很高的。例如，对于利用闸阀等连接到处理室的外部吸气泵而言，其最大理论抽吸速度最高也不过75％(一般低至35％)，与之相比，利用带挡热板33的本发明的现场吸气泵可达到75％以上(一般高于85％)的最大理论抽吸速度。应当指出传导率和抽吸速度直接相关，抽吸速度被认为是给定分子和吸气泵的吸气剂表面之间没有障碍条件下的理论最大抽吸速度的相对百分比。
因此加入本发明的现场吸气泵系统可以在抽吸速度上超过先有技术吸气泵的两倍或三倍，先有技术的吸气泵是通过泵的喉部或阀门喉部连到处理室上的。没有挡热板33，可以达到更高的最大理论抽吸速度。然而，优选地是提供挡热板，以便将吸气剂材料与室18内的被加热表面、例如前述的烘烤灯泡屏蔽开。挡热板也有助于通过从吸气剂材料和加热器反射回来的辐射热达到吸气剂材料的再生温度。
一旦氩气经室18进入低温泵22中，等离子体发生器26被激发而在室18内产生(“触发”)等离子体放电。具有几种在室内产生等离子体的方式，包括如本领域技术人员熟知的向溅射靶施加射频(RF)信号。如本领域的技术人员所熟知的，等离子体产生带正电荷的氩离子，它轰击带负电荷的或接地的溅射靶而使得材料流溅射落在晶片40上。被溅射材料的种类取决于溅射靶的组成。一般而言，例如铝、钛和钛-钨材料用作溅射靶以便在晶片表面上分别沉积铝、钛和钛-钨。
按照本发明的现场吸气泵系统30包括吸气剂微型组件32、挡板33、电源34、残余气体分析器(RGA)36和控制器38。就此而言，仅整个系统的一部分真正位于室18内。然而，系统30的活性部分、即吸气剂微型组件32位于室18内。挡热板33优选地也位于室内以便将吸气剂微型组件32的活性表面与室内被加热的表面屏蔽开。如果吸气剂微型组件32被设置成或另外被屏蔽成能防止室内被加热表面的干扰，也可取消此挡热板。挡热板33可以是例如由不锈钢制成的固定挡板或者可以是在操作过程中打开和在某些情况下(例如打开室18)关闭的活动挡板。
吸气剂系统控制器38优选地通过界面信息转移通路55与溅射系统控制器28连通，以便现场吸气泵在例如为了保养和维修而打开室18时的相反情况下不运行。或者，控制器28和38结合成一个单一控制器，本领域的技术人员是能够理解这些的。
优选地是，吸气剂微型组件32包括一个能选择吸气剂微型组件32中吸气剂材料的温度的加热器56。热电偶58用于提供温度反馈，使得吸气剂微型组件中吸气剂材料的温度被精确控制。电源34由电缆60连到加热器56上并给加热器56提供电能。电源是变化的，因为可以开或关、或者可以得到一些不同的电源值、或者可提供一定范围的电压值。电压34可以开或关，或者其电压可由控制器38经信息转移通路62发出的信号进行调节。
残余气体分析器(RGA)36由传感器64和电缆66连接到处理室18上。就“连接”而言，在此意味着分析器可以接收有关室18中的气体组成和浓度的信息。例如，分析器可以通过一个能经石英观察孔(未示出)观察室18内等离子体的光探测器以光学方式连到室18上。然而，在这个优选的实施例中，分析器通过传感器64和电缆66以物理方式连到室18上。
合适的RGA36可用商标为Transpector的产品，它可从纽约东习亚库兹的利宝德因菲可恩股份有限公司(Leybold Inficon，Inc.ofEast Syracuse，New York)购得。RGA 36的用途是测定室18中存在什么气体及其浓度。这个信息经信息转移通路68提供给控制器38。
在运行中，控制器38从RGA 36经信息转移通路68接收有关室18中的气体组成和浓度的信息。该控制器38也经信息转移通路70接收有关吸气剂微型组件32中吸气剂材料的当前温度的信息。然后控制器38确定吸气剂微型组件32中的吸气剂材料的温度是否应该调节以便改变吸气剂微型组件32的抽吸特性。例如，如果RGA36测出在室18中存在高浓度的氢气并且如果热电偶58指出吸气剂微型组件32当前在高温下运行，则控制器38可经信息转移通路62向电源34发出信号使电源34关闭。这也就关闭了加热器56，使吸气剂微型组件32冷却至较低温度。在较低温度下，吸气剂材料例如前述的ST 707和ST 101积极地吸附氢气，从而很快地降低了室18中的氢气浓度。在另一个实施例中，如果RGA 36探测出高浓度的水蒸汽并且如果吸气剂微型组件32的温度低，则控制器38促使电源34增加加热器56的热输出，以将吸气剂材料加热到300-450℃，从而很快且有效地从室18中抽吸水蒸汽。
另外参看图2，低温泵22优选地通过节流板72连接到闸阀50上。如先前所说明的，节流板72减小处理室18和低温泵22之间的传导率。例如，如果低温泵有8英寸的嘴，节流板72的直径将稍大于8英寸并设有一个或多个洞74(或其它例如狭长切口的孔)，通过此洞气体可从处理室18流入低温泵22。借助于所选的节流板结构，低温泵的传导率一般被减小到约原来的50-70％，几乎一定可减少25％以上。这就允许使用高容量低温泵，这种泵不必很频繁地再生并且仍然有足够低的传导率，使得在处理过程中不需要过量的氩气流入室18中。另一种方法是，可以使用更小的没有节流板72的低温泵，但此时需权衡由于低温泵中的氩气饱和而必须使其更频繁地进行再生。
因此，现场吸气泵系统30与低温泵22有特殊的关系。由于低温泵22的传导率必须被限制以便在处理过程中不需要过量的氩气(或其他惰性气体)，现场吸气泵可用于在抽空到基底压力和在半导体晶片处理这两个过程中提高抽气速度。由于现场吸气泵不抽吸惰性气体、例如氩气，因此它很适合于与一个有意限制传导率的低温泵结合使用。
在图3中示出了吸气剂微型组件32的优选构型。优选地是，吸气剂微型组件32包括多个以间隔开的构型排列的吸气剂元件74。另外参看图3a的横截面图，每个吸气剂元件配备有中心定位孔(洞)76，此孔容纳一个细长的加热器56。优选地是，每个吸气剂元件74大体是带有一个构成中心定位孔76的轴向孔的圆盘形。每个吸气剂元件74有一对相对的侧面78和80并可以是多种合适吸气剂材料中的任何一种，其中包括意大利米兰S.p.A的SAES吸气剂公司以商标ST707或ST 101出售的吸气剂材料。这些吸气剂元件优选地是多孔的烧结吸气剂元件、例如在转让给S.p.A的SAES吸气剂公司的并在此引入作为参考的马尼尼(Manini)等人的美国专利No.5,320,496中公开的那些元件。多孔吸气剂材料以商标ST 172由SpA的SAES吸气剂公司出售。在英国专利No.2,077,487中叙述了多孔吸气剂材料的制造，此专利转让给了S.p.A的SAES吸气剂公司并在此引入并作为参考。
在图3的实施例中，邻近的吸气剂元件74例如吸气剂元件74a和74b包括相对的面82a和82b。在图3的实施例中，表面82a和82b大体上是平面且大体上是平行的。就“大体上平面”而论意味着表面基本上是平面，即使与完美的平面度有某些偏差也是可以接受的。就“大体上平行”而论意味着表面基本上是平行的，即使有某些小的偏差(例如±5°偏差)也是可以接受的。在本发明的另外的实施例中，吸气剂元件可有非平面的表面或不平行的平的相对表面。例如相对的表面(例如表面82a和82b)可以确定一对平面(即使它们不完全是平的)，这两个平面以约5°或更小的夹角相交。在某些场合，这样可以提高被选择气体的吸附。
加热器56可以是任意合适的加热元件。对加热器56的要求是它能把吸气剂元件74加热到要求的操作温度分布。这一分布优选地是均匀的，但可以包括一个沿吸气剂微型组件长度的温度梯度或不连续性。
如果例如使用ST 707吸气剂材料，希望加热器在操作期间能在25-300℃范围内将吸气剂元件74加热，并能加热到用于活化的450-500℃较高温度。然而，如果吸气剂微型组件32是用于抽吸氢气，那么加热器56一般不需要通电，因为ST 707吸气材料在室温下就能很好地抽吸氢气。
然而，即使加热器56不用于将吸气剂元件74加热到它们的工作温度，但它们可用于活化吸气剂元件74中的吸气剂材料。例如，ST 707吸气剂材料可以通过加热到400-500℃而被活化，而ST 101可以通过加热到600-700℃而被活化。然而，可以不需要再生，因为吸气剂微型组件32可以完全被认为是可以在日常保养期间更换的一次性使用件或消耗件。
虽然加热器56已被描述为是支承吸气剂元件74的中心轴，但吸气剂元件也可由非加热轴支承或可以以其他方式支承。加热器56可以与吸气剂元件74的结构支承物、例如位于吸气剂元件附近的辐射灯泡分离开。
如前所述，有一些提供加热器56的技术。例如，可以提供电阻的、感应的或辐射的加热器。然而，在本优选的实施例中，加热器56是在马尼尼等人的专利中示出的那种电阻加热器。加热器应能在从环境或室温到至少吸气剂材料的工作温度的范围内进行加热。优选地是，加热器能将吸气剂材料加热到它们的活化温度。
在图4中，按照本发明的处理室84包括一个可密封的外壳86和两个配置在由外壳86限定的室92内的吸气剂微型组件88和90。该系统84还包括RGA 90和微处理器控制系统92。当然，在采用所有的控制器例如控制器92的情况时，控制器的功能可由多个等效的电气或电子系统完成。例如，控制器可以包括模拟电路、离散数字逻辑电路、微处理器、微型计算机等。系统84还包括一对电源94和96。虽然外壳86方便地由焊接的不锈钢制成，但它可以是任何常规的结构。外壳96优选地装备一个狭长切口活门(未示出)或等效件，使得工件可以方便地插入室92内和从中移出。当密封时，外壳86将室92与周围环境隔离。
要在室92内提供两个或多个(即许多)吸气剂微型组件例如吸气剂微型组件88和90的原因有多个。例如，两个现场吸气剂微型组件88和90可以简单地以并联方式工作从而双倍增加现场吸气剂系统的容量和抽吸速率。或者，吸气剂微型组件88和90可以用不同的吸气剂材料制成和/或在不同的工作温度下工作。例如，吸气剂微型组件88可用ST 707吸气剂材料制成并在300-400℃下工作以便优选抽吸除氢气以外的大多数非惰性气体，而吸气剂微型组件90可用ST 101吸气剂材料制成并让其在室温下优选抽吸氢气。所以，由于两种吸气剂微型组件结合可以抽吸广范围的非惰性气体。
优选地是，系统84以闭合回路方式被控制，即它在反馈控制下工作。热电偶(或等效件)98和100分别用于监测吸气剂微型组件88和90的温度，而传感器102通过RGA电路91用于探测室92中的气体组成和浓度。控制器93利用从RGA电路91以及热电偶98和100来的输入产生信号，此信号分别控制电源94和96，该电源94和96分别连接到吸气剂微型组件88和90相应的加热器104和106上。
在图5中，处理系统108包括一个可密封的构成室112的外壳110以及三个吸气剂微型组件114、116和118。应该指出每个吸气剂微型组件114-118可被单独控制并可以具有不同尺寸。例如，吸气剂微型组件114可以包含ST 101吸气剂材料并且可以不加热以便保持在室温下优选地抽吸氢气，而吸气剂微型组件116可以包含被加热到300-450℃的ST 707吸气剂材料以便抽吸非惰性气体，而吸气剂微型组件118还可以包含在另一个温度下工作的另一种吸气剂材料以便补充吸气剂微型组件114和116的抽吸能力。在这种情况下，吸气剂微型组件114、116和118各自的加热器120、122和124分别通过温度控制器128、130和132连到电源126上。控制器128-132将加热器120-124保持在所需要的但可以分别由热电偶134、136和138检测的固定温度。因此，尽管每个单独吸气剂微型组件114-118的温度控制器是一个闭合回路或反馈系统，但就室112中的气体组成和浓度而论，系统108不是一个闭合回路或反馈系统，因为吸气剂微型组件114-118总是在相同温度下工作。然而，作为有许多文件证明的工艺，吸气剂微型组件及它们的工作参数可以固定以便在最正常的条件下很好地运行。
在图6中，曲线图例示一个优选的用于操作本发明现场吸气泵的方法。在这个曲线图中，室内压力P沿垂直座标轴线表示，而时间T沿水平座标轴线表示。第一条线140表示室内水蒸汽对时间的分压力，而第二条线142表示室内氢气对时间的分压力。在此实施例中水蒸汽140和氢气142结合在处理室内产生合成压力144。
参照图6说明一种方法，该方法在活化之后和在抽吸期间使用一个单个吸气剂微型组件、如图1中的吸气剂微型组件32作现场吸气泵。应该指出，图6的曲线图仅是为了说明的目的，而实际的分压力曲线会有变化。应当假定，在这种情况下，吸气剂微型组件32包含ST 707型吸气剂材料，当被加热到300-450℃温度范围、例如到约350℃时，此吸气剂材料很好地吸附水蒸汽(H2O)。ST 707在低温例如室温即25℃或25℃左右还能很好地吸附氢气。在这种情况下，RGA 36在时间t＝0时探测到高浓度的水蒸汽，于是控制器38使电源34接通加热器以将吸气剂微型组件加热到约350℃。这导致水蒸汽的浓度快速降低直至时间t＝T1时为止，此时水蒸汽基本从室内除去。然而，由于ST 707在高温下不能很好地吸附氢气而使氢气的分压力保持大体上恒定。一旦RGA 36探测到室18内水蒸汽浓度低而氢气浓度42高，在时间t＝T1系统38关掉电源34，从而关掉加热器并使吸气剂微型组件32冷却和开始吸附氢气。所以，如图6所曲线图所示，在两个不同温度下工作的一个单个吸气剂微型组件可以快速且有效地从室18中除去非惰性气体而不干扰惰性气体流经处理室。
在图7中，曲线图说明了有多个吸气剂微型组件的系统、例如在图4中说明的系统84的运行情况。此外，应该指出图7的曲线图只是为了说明的目的，而实际的分压曲线会有变化。在这个实施例中，水蒸汽的分压用线146表示，而氢气的分压用线148表示。室92内的总压力在此实施例中用线150表示。由于RGA 91探测到水蒸汽和氢气的浓度，微处理器93使电源94打开而使电源96关闭。这导致将吸气剂微型组件88加热到约350℃温度，因此很快从室92中抽吸水蒸汽，而让吸气剂微型组件90在约环境温度下工作以便可以从室92中快速抽吸氢气。
应该指出，多微型组件系统由于更大的表面面积和由于实际上多种类的气体可以被同时抽吸，从而可以达到很高的抽吸速度。然而，多个现场吸气剂微型组件系统比先前叙述的单个吸气剂微型组件系统更加昂贵。
在图8中，依照本发明处理晶片的工艺152在步骤154开始，并且在步骤156中启动现场吸气泵与低温泵协同将室内抽吸到基底压力。然后，在步骤158，将晶片插入室内然后密封该室。在步骤160，氩气开始流入该室，并在步骤162氩气继续流动并产生等离子体，同时保持现场泵系统和低温泵系统二者运行。然后，在步骤164，熄灭等离子体且关掉氩气使现场泵系统和低温泵系统减小室内压力。在步骤166，处理过的晶片从室中移出，并且在步骤168此工艺结束。
在图9中说明了相应于图8中步骤162的优选工艺162。工艺162在步骤170开始，并且在步骤172监测室内的气体组成和浓度。然后，在步骤174，在监测步骤和某些工艺观察的基础上调整现场吸气泵的工作参数。工艺162在步骤176结束。
应该指出，图9中所说明的工艺162是闭合回路或反馈工艺的一个实施例。当然，所叙述的开放回路工艺对于某些应用也是适用的并可以是优选的。在步骤174中谈到的现场吸气泵的工作参数可以包括活化一个或多个吸气剂微型组件、改变吸气剂微型组件的温度等。工艺观察是由系统设计者为优化此工艺所提供的经验方法。例如，当水蒸汽的分压力达到某一值时或在一预定的周期时间之后，系统设计者可以决定具有ST 707吸气剂材料的吸气剂微型组件的温度应从350℃降至环境温度。
虽然在几个优选实施例的范围内对本发明已经做了叙述，但还有一些变更、重新配置和等同物，它们都在本发明的范围之内。还应指出，可以有实现本发明的工艺和设备的其他可选择的方法。例如，虽然在本发明的优选实施例的上述讨论中公开了吸气剂材料ST707和ST 101，本领域的技术人员应当理解其它的吸气剂材料和化合物也适用于本发明。此外，虽然对本发明主要叙述了低温泵，但应当理解分子泵、离子泵、涡轮泵等也可以或等效地被采用。
因此期望下述附加的权利要求书被理解为包括所有的属于本发明的真实精神和范畴之内的那些变更、重新配置和等同物。
权利要求
1.一种现场吸气泵微型组件，它包括彼此间隔开的吸气剂元件，使得相邻的吸气剂元件不紧靠在一起，其中每个吸气剂元件具有一个中心定位孔；和通过所述吸气剂元件的孔而配置的以便支承和加热所述吸气剂元件的加热器；以及用于热屏蔽所述吸气剂材料的挡热板。
2.一种如权利要求1所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，每个吸气剂元件大体上是带有一个形成所述中心定位孔的轴向孔的圆盘形。
3.一种如权利要求1所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，每个吸气剂元件有一对相对的侧面。
4.一种如权利要求3所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，相邻吸气剂元件的相对侧面具有不平行的相对表面。
5.一种如权利要求4所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，所述相对表面确定一对平面，它们以约小于5°的夹角相交。
6.一种如权利要求4所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，所述吸气剂元件大体上是平面的；相邻的吸气剂元件彼此形成角度。
7.一种如权利要求4所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，所述吸气剂元件大体上是平行的；相邻吸气剂元件间的相对表面彼此形成角度。
8.一种如权利要求1所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，所述加热器是电阻加热器。
9.一种如权利要求1所述的现场吸气泵微型组件，其特征在于，所述加热器是热辐射加热器。
10.一种处理晶片的方法，它包括以下步骤在处理室内放一个晶片然后密封所述处理室；惰性气体流入所述处理室，而利用一个能有效抽吸气体至少达到约10-7乇真空的抽吸惰性气体的外部泵和一个配置在所述室内的抽吸非惰性气体的现场泵来同时抽吸所述处理室，所述现场泵有活性元件，就处理室而论，活性元件至少具有其理论最大抽吸速度的75％的抽吸速度；以及处理所述室内的所述晶片而所述的惰性气体继续流动。
11.一种如权利要求10所述的处理晶片的方法，在流入惰性气体的步骤之前，它包括下述步骤利用一个能有效抽吸气体至少达到约10-7乇真空的抽吸惰性气体的外部泵和一个抽吸非惰性气体的所述现场泵同时抽吸所述处理室达到基底压力。
12.一种如权利要求10所述的处理晶片的方法，在同时抽吸所述室达到基底压力的步骤之前，它包括下述步骤利用能有效抽吸气体至少达到约0.05乇真空的第二泵来抽吸所述处理室。
13.一种如权利要求10所述的处理晶片的方法，其特征在于，所述现场泵是一个包含吸气剂材料的泵，它还包括如下步骤控制所述吸气剂材料的温度以便优选抽吸所选定的气体。
14.一种如权利要求13所述的处理晶片的方法，它还包括下述步骤监测所述室内的气体组成，在分析所述组成的基础上控制所述吸气剂材料的温度。
全文摘要
一种晶片处理系统，它包括处理室，连到处理室用于抽吸惰性和非惰性气体的低压泵，将惰性气体源连到处理室的阀门机构，配置在处理室内的现场吸气泵、此泵在惰性气体流入处理室的过程中抽吸某些非惰性气体，处理机构、用于处理设置在处理室内的晶片。优选地是，现场吸气泵可在几个不同的温度下运行，使得能在这些温度下优选地抽吸不同种类的气体。气体分析器用于自动控制吸气泵的温度，以便控制从处理室中抽吸的气体种类。本发明的处理晶片的方法包括以下步骤在处理室内放置晶片并密封处理室、惰性气体流入处理室而利用外部低压泵和配置在室内抽吸非惰性气体的现场吸气泵同时抽吸处理室，并且处理室内的晶片而惰性气体继续流动。该方法优选地还包括以下步骤监测室内的气体组成并在组成分析的基础上控制吸气剂材料的温度。
文档编号F04B37/00GK1609447SQ20041005579
公开日2005年4月27日 申请日期1995年10月30日 优先权日1994年10月31日
发明者D·H·罗列马, G·P·克鲁格 申请人:萨伊斯纯汽油有限公司