专利名称：衬底传送容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及操作衬底传送容器的结构、能力和方法，其中该衬底传送容器适于在高度洁净的环境中储存或传送物体，如半导体晶片、光掩模或硬盘。
背景技术：
随着半导体器件的图形尺寸变得更精细，将来需要预先考虑甚至更高的洁净度。例如，应该预先考虑可能引起图形缺陷和布线短路的颗粒状污染物的目标控制尺寸小于0.1μm。此外，除了颗粒状污染物之外，必须减少气体污染物。通过吸收到半导体晶片上，各种碳氢化合物分子引起栅极氧化物膜的绝缘击穿电压下降或淀积膜中的厚度变化，并且碱性气体与化学增强型光刻胶反应，导致分辨率损失，酸性气体可能腐蚀布线。
此外，近年来潮气(湿气)已经作为减少的目标。这是因为更精细的构图已经导致在形成布线和膜时使用各种材料，环境中的潮气有时可能与上述材料粘接，产生问题。一方面，独立于朝向更精细构图的趋势，半导体晶片的尺寸增加，并且在晶片处理技术的领域中还进行自动操作。由于以下事实促进了半导体制造线的自动操作必须隔离作为污染源的人员，和随着半导体晶片的直径增加，传输容器的重量增加到约10kg，因此手动操纵非常困难。此外，满足标准化条件如制造设备和传送装置的公用结构和尺寸作为自动制造线中的必须条件是非常重要的。
过去，通过增加电路密度和半导体芯片速度，铝已经用作布线材料，以便连接半导体芯片内的元件。然而，当布线的宽度变得小于0.13μm时，常规铝布线引起热产生和信号延迟的严重问题，因此代替铝布线，有使用铜布线的趋势，铜具有低于铝布线的电阻率。
而且，SiO2已经用作隔离布线的绝缘材料。然而，SiO2的介电常数高到约为4，因此用铜布线代替铝布线只会改进20％的信号延迟，因而必须使用介电常数低于3的物质作为绝缘材料。
在这种发展之前，已经进行了铜布线和用于绝缘的低介电材料的检查，并识别出由处理线宽为0.18级别的芯片产生的潜在问题。这种低介电材料是以有机材料或多孔材料为基础的，因此会遇到如从环境吸收潮气灯问题，这将导致介电常数增加，因此这些材料必须由常规绝缘膜不同地处理，并存在极其困难的挑战。
而且，用于布线的铜与过去已经使用的铝特性不同，这是因为它与空气中的氧反应产生氧化物膜的趋势。而且，由于铜分子具有比铝分子更高的化学能力，因此如果含有铜或铜蒸气本身的颗粒被排放到洁净室中，则它将污染洁净室，导致半导体芯片产量严重下降。而且，已经知道硅表面上的有机污染物将引起栅极氧化物膜的可靠性下降、低压CVD工艺中的潜伏时间增加和不正常的膜生长。因此，即使将来发现更高级材料用于制备低介电绝缘膜，可以想象也不能采用，因为它对来自杂质如有机物质和环境中的离子的污染物灵敏性。相反，通过控制处理环境，出现了采用这些材料的机会，这些材料在过去是不能使用的。而且，如果存在氨，则施加于半导体晶片上的光刻胶材料呈现所谓的“T形顶部”现象，这指的是被显影的光刻胶的顶部比底部宽的现象。
发明公开鉴于上述背景信息提出了本发明，本发明的目的是提供衬底传送容器，该衬底传送容器用在制造小于0.13μm线宽的集成电路的工艺中，以便自由地控制环境条件，如容器内部的污染物的浓度，至少用于颗粒、酸性气体、碱性气体、有机物质和湿度，并具有与自动操作半导体制造设备相容的尺寸和结构。
为了解决上述问题，提供一种衬底传送容器，该衬底传送容器满足由国际半导体设备和材料(SEM)标准规定的尺寸并设有用于交换容器内气氛的空气循环装置、用于捕获/吸收各种污染物的装置、除湿装置以及其它装置，以便能自由地控制容器的内部环境。
附图简述
图1是表示本发明第一实施例的衬底传送容器的平面图；图2是表示本发明第一实施例的衬底传送容器的侧视图；图3是沿着图2中的衬底传送容器的平面A-A截取的剖视图；图4是沿着图3中的衬底传送容器的平面B-B截取的剖视图；图5是第一实施例中的衬底传送容器的背视图；图6是第一实施例中的衬底传送容器的底视图；图7是沿着图2中的衬底传送容器的平面C截取的剖视图；图8是以固体聚合物电解质膜为基础的加湿器的分解图；图9是以固体聚合物电解质膜为基础的另一加湿器的分解图；图10是本发明第二实施例中的衬底传送容器的平面图；图11是第二实施例中的衬底传送容器的侧视图；图12是通过图10中的平面D-D的衬底传送容器的侧视图；
图13是沿着图11中的平面E-E截取的衬底传送容器的剖视图；图14是本发明第三实施例中的衬底传送容器的平面图；图15是第三实施例中的衬底传送容器的侧视图；图16是通过图14中的平面F-F的衬底传送容器的侧视图；图17是通过图15中的平面G-G的衬底传送容器的剖视图；图18是位于装载端口上的的衬底传送容器的侧视图；图19是表示给衬底传送容器供电的方法的侧视图；图20是表示给衬底传送容器供电的另一方法的侧视图；图21是表示给衬底传送容器非接触供电的原理的示意图；图22是表示给衬底传送容器供电的另一方法的侧视图；图23A和23B是表示在电机、齿轮和线性滑道基础上的可移动电源输送装置的示意图；图24A和24B是表示在电机、蜗杆和蜗轮基础上的可移动电源输送装置的示意图；图25A和25B是表示在气动驱动器基础上的可移动电源输送装置的示意图；图26是表示气筒的空气输送/排放装置的示意图；图27是本发明第四实施例中的衬底传送容器的底视图；图28A是表示封闭状态下空气入口的检验阀的示意图，图28B表示打开状态下的该检验阀；图29A是表示封闭状态下空气出口的检验阀的示意图，图29B表示打开状态下的该检验阀；图30是表示采用铜布线和低介电绝缘膜的用于半导体芯片的形成工艺的布线电路的例子的示意图；和图31A-31H是表示用于排放来自传送容器的静电电力的各种方法的示意图。
实施发明的最佳方式下面将参照附图介绍优选实施例。
首先，必须介绍与半导体器件制造设备的自动操作相容的衬底传送容器(箱)。为了防止由操作者造成的人为错误和衬底如半导体晶片被有机物质和由操作者产生的微量氨气污染，使操作者与用于操作衬底的空间隔开一段距离是有效的。因此，需要引入工艺自动化，作为用于实现这种预防的污染手段。在这种自动化设备中使用的衬底传送容器包括SMIF(标准机械接口)容器和FOUP(前部开口统一容器)，它们与在特殊位置设置该设备并向外部打开门的开门工具结合使用，并与自动化传送装置结合使用。在半导体制造设备等中使用的自动化设备关于它的结构、尺寸、操作方式和测试方法以及其它方面由SEMI标准特殊化。SEMI标准的目的是限定用于半导体制造设备和相关设备、电气和通信设备、材料和安全设施的通用标准。为此，最后用户可以将这些设备与由不同制造者制造的其它设备组合起来，该制造者能够以合理的设计余量设计这些设备，以便避免额外的指标和帮助实现更低成本。
例如，对于设计成用于承载300mm晶片的FOUP型衬底传送容器，按标准限定设备的外部尺寸、用于设定销钉的接收器、操纵凸缘的形状、尺寸等。如果产品偏离标准指标，可能产生问题，如该产品不能由传送设备传送或不能储存在储存室中。
在衬底传送容器内部用于减少的目标物质的浓度应该是例如对于大于0.1μm的微型颗粒，小于1000颗(piece)/m3，优选小于100颗/m3；对于酸性气体，小于1μg/m3，优选小于0.1μg/m3；对于碱性气体，小于1μg/m3，优选小于0.5μg/m3；对于沸点高于80℃的有机物质，小于1μg/m3，优选小于0.5μg/m3，绝对湿度应该小于4×10-3g/g(在25℃时的相对湿度为20％)，优选小于1×10-3g/g(在25℃时的相对湿度为5％)。而且，当湿度降低时，储存的衬底易于静态放电，并且可能对元件如FET、冷凝器等产生损伤，因此被储存的衬底应该接地。用于接地的方法包括使用导电晶片载体，或者将半导体晶片储存在具有用于接地的金属端子的晶片载体中，或者用导电材料制成晶片载体。
本发明的第一实施例涉及用于在其中容纳多个衬底的高度气密容器，并构成为可以在侧表面上设置用于传送晶片的门，并且准备用在自动化设备中。用于自动化兼容容器所必须的最小条件是(1)设有用于通过外部门操作装置打开和关闭的装置的门；(2)可以与所述门配合并用于保持气密气氛的容器主体；(3)用于将设置在容器主体上的衬底保持以给定距离隔开的衬底保持装置；(4)用于自动机构的保持装置，以便外部地与设置在容器上部的容器配合；和(5)设置在容器底部的接收器部件，用于与该设备的定位装置配合。任选地，还可以具有(6)用于调整内部/外部压力差的压力差修正器；(7)用于操作者的保持装置，以便操纵该容器；(8)设置在该容器上的保持装置，以便自动机构能外部地配合；和(9)用于储存和输送信息如衬底数量的数据通信装置。第一实施例至少满足条件(1)-(5)，此外，还设有空气调节装置，如用于容器内部的颗粒除去装置、气体污染物除去装置、除湿装置和包括电源的操作控制装置。
接下来，将参照图1-7详细介绍第一实施例的具体结构。主要部件是具有锁存装置并可由锁定/开锁装置外部地操作的门1；容器主体6，其具有打开部2、3，用于允许容器主体6的内部气氛与空气调节装置连通，并制成为以给定距离与用于保持衬底4的保持装置5成一体；具有接收器部件7的底表面接收器部件8，用于在特定位置设置该容器，并与设备的定位装置匹配；设置在容器主体6的外表面上的第一空气调节装置9；覆盖第一空气调节装置9和开口部件2、3的盖子10，并用作用于容器的外部环境的隔离壁以及循环路径；设置在盖子10中的第二空气调节装置11；设置在容器主体6的上部的第一保持装置12，用于与自动机构配合；由操作者使用的第二保持装置13；由自动机构使用的第三保持装置14；用于固定衬底的位置的衬底固定装置15；设置在容器主体6的后部即与门1相对的电源16；和设置在门1和/或容器主体6上的门状态检测装置17。将这些关键部件组装起来构成衬底传送容器18。
衬底传送容器18具有用于在其前表面上转移衬底的门1并设计成保持衬底4在容器主体6内的在给定隔离距离上。衬底4由设置在容器主体6内部的梳状保持部件5保持在给定隔离距离上(参见图3)。而且，衬底4朝向容器主体6的后表面一侧加压，并借助设置在门1上的起弹簧部件作用的衬底固定装置15保持在位置上。
在容器主体6的两个横向表面上，设置盖子10以便用作隔离壁，将容器的外部环境隔离开，并且空气调节装置设置在容器主体6和盖子10之间形成的空间中。容器主体6设有开口部件2、3，通过开口部件2和3可以与盖子10内部的空间连通，以便使由空气调节装置调节的空气通过容器主体6内部的空间循环。在盖子10内部产生的空间中设有包括电机扇19的空气调节装置、用于降低气体污染物水平的化学过滤器20以及用于降低微型颗粒的水平的过滤器21。而且，提供包括固体聚合物电解质膜的除湿装置11，以便控制容器内部的湿度。通过这种空气调节装置清洁过的空气输送给用于衬底4的储存部件。
在衬底传送容器18中，相对重的空气调节装置相对于容器主体6的横向部分对称地设置在盖子10内部，并位于左侧和右侧，电源16和门1相对于容器主体6的前部和背部大致对称地设置。因此，可以提供上述空气调节装置，即使尺寸紧凑以便符合SEM标准的指标。而且，由于相对重的那些部件关于容器的左/右和前/后部对称地设置，因此重力的中心基本上与衬底传送容器的中心一致，当容器由设置在容器主体6的上表面上的保持装置12悬挂时，容器的重力中心与保持装置12一致，因此可以以稳定防止操纵容器。而且，盖子10设有用于手动操纵的保持装置13(参见图7)，以便于容器的手动控制。
电源16根据操作方式分为两种类型。第一种类型至少设有二次电池和控制电驱动器部件和用于外部供电的电源端子的板。当不能进行外部供电时，电源使用二次电池。电驱动器部件的条件由内部控制板提供，以便确定操作参数，如空气循环装置的操作图形和旋转速度。第二种类型至少设有外部电源端子。只有在可以进行外部供电时，这用于操作电驱动器部件，如电机扇。因此，控制板还可以设置在容器或外部供电装置上。如果需要的话，允许在电源端子附近设置信息通信装置。
空气调节装置分为两种。第一空气调节装置是颗粒污染物除去装置、气体污染物除去装置、用于固定污染物除去装置的保持装置和空气循环装置。第二空气调节装置是除湿装置。第一空气调节装置固定到外壳6的侧表面上或盖子10的内部。在本例中第二空气调节装置固定到盖子10上。第二空气调节装置的位置不限于盖子10，以便任何位置，包括外壳或门都是可以接受的。而且，虽然图中未示出，如果需要的话，第三空气调节装置可以设置在空气循环装置的上游位置上。这个第三空气调节装置由颗粒除去装置或气体污染物除去装置、或这两个装置、以及用于固定除去装置的保持装置构成。希望第一、第二和第三空气调节装置对称地设置在左右侧，但是它们可以设置在一侧。例如，操作具有多个第一、第二和第三空气调节装置的系统的方法是操作在一侧上的空气循环装置和/或除湿装置，并停止在相反侧上的空气循环装置和/或除湿装置的工作。这样，可以调整容器内部的颗粒的浓度、气体污染物和湿度。还可以延长电池驱动系统的操作。
接着，介绍容器内部的气体流动。由空气循环装置(电机扇)19循环的气体经过气体污染物除去装置20、颗粒除去装置21、第一流动路径22、并穿过设置在主体6上的开口部件3流进主体6的内部。进入主体内部的清洁气体流向衬底4的中心区域并流到设置在门1附近的开口部件2。然后，在设置在第二流动路径23附近的除湿装置(第二空气调节装置)11中被除湿，并返回到空气循环装置19中，以便完成循环通路。允许在颗粒除去过滤器的下游一侧设置多孔板或网状部件，用于使流速相等和保护过滤材料。
在这个流动通路中，甚至在打开门1以便让衬底4传送进/出容器时，在门1附近由空气调节装置9形成流向门1(开口部件2)的空气，以便不容易污染衬底4。通过光学、磁性或机械检测器17检测门被关闭，可以控制空气循环装置19的操作，以便只有在门关闭时才能操作。如果在门打开时电机扇操作，则由于将含有各种污染物的外部气氛引入到容器中而缩短了化学过滤器的寿命。其它目的是为了防止容器的内表面被外部气氛污染。
检测装置包括机械开关、近程开关和光电传感器。机械开关是最通用的检测装置，并包括按钮型、旋转型、滑动型、操纵杆型、转矩型，并且在市场上可得到最小模式。近程开关通过磁场或电场检测靠近的物体。它们是非接触型检测器，并且当检测物体是金属或非金属时有效。光电传感器包括散射反射型、镜面反射型、和透射型。在散射反射型中，它的操作是以从发射部件发射的光照射物体并散射/反射为基础的，反射光的一部分返回到接收器部件。在镜面反射型中，从发射部件发射的光由镜面反射返回到接收器部件，并在物体屏蔽光时操作。在透射型中，发射部件和接收器部件设置在不同位置，当物体屏蔽发射和接收部件之间的光路径时检测物体。在上述实施例中，在考虑了尺寸、形状、价格和每种方法的可靠性时，这些方法中的任何方法都可以使用。可以省略门状态检测装置17。
接着将介绍各种污染物除去装置。
通常采用空气过滤器用于除去空气中的的颗粒。根据JIS标准，根据目标颗粒尺寸和捕获效率以及其它要求将过滤器大致分为以下四种类型。
(1)粗颗粒过滤器主要用于除去大于5μm的颗粒。
(2)中等性能过滤器主要用于在捕获颗粒的中等效率除去小于5μm尺寸的颗粒。
(3)HEPA过滤器对于0.3μm尺寸的颗粒和小于245Pa的压力降，在标准流速，具有高于99.7％的颗粒捕获效率的空气过滤器。
(4)ULPA过滤器对于0.1μm尺寸的颗粒和小于245Pa的压力降，在标准流速，具有高于99.9995％的颗粒捕获效率的空气过滤器。
应该使用由HEPA过滤器或ULPA过滤器构成的颗粒除去装置21。ULPA过滤器一般构成为使得折叠型过滤部件设有间隔器以便固定流动通道。通过ULPA过滤器的压力降根据过滤膜片的流动电阻和折叠膜片的方式以及通道的均匀性而变化。当该结构使得过滤器的打开区域很小时，流动通道的长度应该增加，并通过包裹更多的过滤介质优选使用具有低压力降的过滤器。过滤介质可在市场上得到各种材料的，如玻璃纤维和氟化物基树脂，并且可以使用任何这种过滤介质，但是优选使用提供优异耐化学性、低气体发射和低耐流动性的氟化物基树脂。当打开区域可以制成很大时，优选减小流动的深度以便使可得到的有限空间的利用率最大。
用折叠HEPA或ULPA过滤器填充由铝或不锈钢制成的框架(SUS)或聚合物。折叠过滤器部件在过滤介质的顶部具有被称为条的间壁。该条用于保持折叠的恒定隔离距离，以便固定通过过滤器部件的空气通道。折叠型过滤介质固定导外部框架上。代替条，过滤部件可以制成为表面凸起，以便固定流动通道或可以消除条。而且，当外部框架由聚合物构成时，可以通过熔化而不使用粘接剂进行固定。代替条，可以使用波形隔离器。而且，如果流电阻很低，可以使用平面型而没有任何折叠的过滤部件。
用于颗粒过滤的过滤介质包括PTFE、玻璃纤维、无纺布、再生产品。过滤器的结构可包括折叠结构(褶皱、小型褶皱)、膜片(片型)、褶皱和中空纤维膜片。
通过围绕外部框架中的过滤介质，颗粒过滤器用作组件单元。为了防止捕获颗粒从过滤器中分离出来，必须在过滤部件和外部框架之间进行密封。密封的一般方法是使用粘接剂。还可以将过滤介质压力键合到外部框架上。粘接剂包括氨基甲酸乙酯基或环氧基树脂，此外，当外部框架由聚合物材料构成时，过滤部件可以熔接到框架上。
可根据目标物质选择气体污染物除去装置20。使用强酸或弱酸性阳离子交换无纺布或纤维、或者强酸或弱酸性阳离子交换珠，可以有效地除去碱性气体。还可以使用用酸性化学物质涂敷的活性炭或陶瓷除去它们。使用强碱性或弱碱性阴离子交换无纺布或纤维、或者强碱性或弱碱性阴离子交换珠可以有效地除去酸性气体、硼、和磷。还可以使用由碱性化学物质涂敷的活性炭或陶瓷除去它们。使用活性炭、活性碳纤维、沸石、分子筛、硅石凝胶和多孔陶瓷可以除去有机物质。使用由颗粒形式或板状的二氧化镁构成的载体介质或者通过将它们固定到载体上、或者涂敷了二氧化镁的活性炭可以除去臭氧。而且，通过无纺离子交换布或离子交换珠可以除去蒸汽形式的离子化金属，例如硫化铜。吸收材料的结构可以选择以便适合过滤器的可允许尺寸、形状和压力降。
离子交换无纺布和纤维可以例如通过放射性嫁接聚合反应而引入离子交换官能团而获得。就是说，在原始材料上产生很多活性部位，这些原始材料可以由有机高分子，如聚乙烯、聚丙烯，或自然聚合纤维或布，如通过用辐射如电子束或伽码射束辐射处理的毛织混频棉织品构成。这些活性部位是非常具有反应性的，并被称为官能团，而且可以由官能团给单体赋予不同于基体材料的性能。
由于这种技术基于将单体固定到基体材料上，因此这个反应被称为嫁接聚合反应。通过施加放射性嫁接聚合反应以便连接聚乙烯无纺纤维和单体，例如苯乙烯亚硫酸钠、丙烯酸、芳基一胺，具有离子交换官能团如砜基、羟基、氨基分子，可以获得具有明显高于离子交换珠的离子交换速度的无纺离子交换体或所谓的离子交换树脂。同样，在通过放射性嫁接聚合反应将能够结合离子交换官能团的单体如苯乙烯、氯甲基-苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯腈连接到基体材料之后，可以引入离子交换官能团，以便获得于基体材料相同形状的离子交换体。
过滤器结构可以由单种材料或多种材料构成。当使用多种材料时，例如可以使用活性碳颗粒和无纺离子交换布。在这种情况下，使用无纺离子交换布夹紧颗粒或粉末形式的活性炭。无纺离子交换布可以构成为板形或折叠形式。它们可以施加于由氨基甲酸乙酯、泡沫体、塑料、聚合物或金属材料制成的载体上。例如，在氨基甲酸乙酯载体上的活性炭颗粒和氨基甲酸乙酯载体上的离子交换树脂；或者氨基甲酸乙酯载体上的活性炭颗粒或注入了活性炭颗粒的氨基甲酸乙酯载体。
此外，化学过滤的形状可包括板型、滚芯型、W型、圆柱型、鳍板型、旁路型、和三维骨架型。
下面将介绍除湿剂和除湿器11。在这个实施例中，使用基于固体电解质膜的除湿单元。在这种方法中，采用催化剂将除湿器一侧空间上的水分子分解成氢和氧，通过向除湿器空间的外部施加电压而由固体聚合物电解质膜除去氢，就是说，朝向湿气排放侧排放氢。
基于固定电解质膜的除湿单元的例子示于图8中。基于固体聚合物电解质膜的除湿器所需要的主要部件是凸起电极31、固体聚合物电解质膜32、和催化剂层33。除了上述部件之外，该除湿单元还包括用于固定凸起电极31的固定凸缘34和封装部件35。这个除湿单元的特征在于催化剂层33和固体电解质膜32分开并单独形成。基于固体电解质膜的除湿单元的其它例子示于图9中。这种除湿单元的特征在于固体电解质膜32、多孔电极36和催化剂层33组合成单一单元。在由RyosaiTechnica公司制造的ROSAHL中发现了具体产品的例子。
除湿单元的形状可以是正方形、矩形、圆形、椭圆形或多边形和其它形状，但是优选设计成使得凸起电极SF的面积与固体电解质膜面积SSPE的比例很小。具体而言，比例SF/SSPE高于0.1且小于0.5，或者更优选高于0.01且小于0.3。如果接触要处理的气体与凸起电极的除湿面积的比例相同，则与圆形相比更优选椭圆形，并且矩形更优选于正方形。具体而言，优选设计成使得短轴和长轴、或者短周边和长周边在不小于10％和不大于90％的范围内相关。固体聚合物电解质膜应该优选传输质子，但是可以作为由DuPont Co，制造的Nafion(登记商标)-117，它具有170μm的正常膜厚。例如还可以使用Nafion-115、或由Dow ChemicalCo.制造的XUS-13.204.10。优选使用铂或铂黑作为催化剂，因为它的能力和耐久性，但是也可使用在碳载体上的铂或其它铂族金属催化剂。优选使用铝、钛、或不锈钢用于在多孔电极上施加均匀电压所需要的电流端子。对于封装材料，PTFE是优选的，因为它的有机物质的低发射性。由于固定凸缘直接接触处理气体，以便优选避免使用易于被处理气体腐蚀的金属，因此聚合物材料是优选的，但是如果除湿单元暴露于腐蚀气体中而没有危险，则可以使用铝、钛或不锈钢。而且，优选提供具有开口部件的防护装置，以便避免直接从外部接触电解质膜，该固体电解质膜包括催化剂和多孔电极。
用于除去包含在空气中的湿气的另一方法是使用主要含有硅石凝胶、沸石(包括合成沸石)、碳酸钙、氯化钙或氯化镁的除湿剂的方法。当使用除湿剂时，优选使用如硅石凝胶等试剂，这些试剂可以在再生热量之后被再利用并且可以获得弹筒形式用于可以自动进行替换。可以考虑的另一方法是冷却该容器或在给定时间内在容器内部插入冷却棒，以便收集冷冻的潮气，用于除去。
在任何这种方法中，通过循环容器内的气氛，可以再短时间内进行除湿。在本发明的实施例中，任何除湿方法都可以使用，只要用用于除湿的装置可以安装在容器内即可。而且，通过从设置在主体或门上的输送/排放口引入高纯度氮气或惰性气体或干燥空气，用于与除湿方法一起更换内部气氛，可以减少实现容器内的低湿度的时间。
而且，允许使用电气型除湿器和潮气吸收材料(活性炭、离子交换剂、硅石凝胶等)。这是为了保持潮气吸收材料在有源初始阶段，通过在任何时候保持吸收材料在干燥状态和在任何时侯通过使用电气除湿器，其呈现最快的吸收速度。此外，在其中使用具有用于强制循环惰性气体(气体净化)的装置的容器可以在最短的可能时间内实现低湿度。用于产生气流的装置是风扇或气体净化器，在晶片存储和晶片除去之间的期间内优选至少一次或多次、或者更优选三次以上循环气体，以便可以在与清洁度相关的目前处理之前和之后，根据储存衬底所要求的环境或存在于外部环境中的污染物的度数调整循环的次数。如果对风扇消耗的功率没有限制，则最优选恒定地循环气体。这里，应该注意到“由储存衬底所要求的环境”指的是在处理之间的过渡期间在容器内产生环境，使得可能降低产量的容器内的所有或任何污染物颗粒物质，如颗粒物质、离子、掺杂剂、包括有机物质的气体污染物、潮气可以保持在目标控制水平以下。
这里，当物体要保持低湿度时，最好使用具有用于容器的低潮气吸收因数的材料。这是因为在一般用于洁净室的25℃和50％相对湿度(RH)的典型环境中，如果只减少容器内部的湿度，(1)包含在包括容器的聚合物材料中的潮气由于湿度梯度而向低湿度一侧移动，(2)由于在容器内部和外部环境之间存在湿度梯度，包含在容器外部的环境中的潮气向容器内部移动，和(3)外部环境中的空气通过容器的连接处泄漏到容器内部。这三个原因引起潮气向保持在低温的容器内部移动。当容器高度密封时，上述三个原因中，最能影响容器内部湿度上升的是上述(1)，包含在包括容器的聚合物材料中的潮气向低湿度一侧移动。
测量聚合物材料的吸水系数根据ASTM(American Society forTesting and Meterials)D570标准规定指标，并且在文章或聚合物制造者的目录等中再现。经常使用聚碳酸酯(PC)用于制造衬底传送容器，但是PC的吸水系数在0.2-0.3％之间，因此重量为3kg的容器主体和门将含有6-9g的湿气。通过使用具有至少小于0.1％的吸水系数的材料，可以减少可能向容器内部移动的潮气的量，并且有助于提高除湿器的性能。小于0.1％吸水系数的聚合物材料包括PE(聚乙烯)＜0.01％；PP(聚丙烯)0.03％；PBT(聚丁烯对苯二酸酯)0.06-0.08％；PPS(聚苯撑硫)0.02％；PTFE(聚四氟乙烯)＜0.01％；PC/碳(具有20％添加碳的聚碳酸酯)0.1％；和PBT/碳(具有20％添加碳的聚丁烯对苯二酸酯)0.05％。这些物质当中，用于构成衬底传送容器，优选使用PPS(聚苯撑硫)或PBF(聚丁烯对苯二酸酯)或具有碳添加剂的上述材料，含有碳添加剂的上述材料呈现耐化学性能、优异的高温性能和低模制收缩的特性。该材料可以是通过混合不同材料制成的合金材料，只要该材料能满足上述性能即可。
而且，由于在湿度很低时晶片易于带静电，因此至少在接触晶片的晶片支撑部件、使容器接地的接地部分以及连接到晶片支撑部件的连接部分，优选使用具有添加碳的电导体构成该容器。聚合物材料一般分为以下几种具有表面电阻率为1×103-1×108Ω的材料被分为静电荷导电材料；具有1×105-1×1012Ω的材料被分为静电荷分散材料；和具有高于1×1012Ω的材料被分为绝缘材料。而且，具有体积电阻率1×102-1×105Ω·cm的那些材料被分为静电荷导电材料；具有体积电阻率1×104-1×1011Ω·cm的那些材料被分为静电荷分散材料；具有高于1×1011Ω·cm的那些材料被分为绝缘材料。在本发明的实施例中，优选表面电阻率小于1×1010Ω；并且体积电阻率小于1×109Ω·cm，或者更优选表面电阻率小于1×108Ω；并且体积电阻率小于1×107Ω·cm。而且，由于在刚刚制造它们之后，用于气体污染物捕获介质的无纺离子交换布和活性炭含有吸收的潮气，因此优选在使用之前对它们进行干燥。
如上所述，当各种过滤器和电源16安装在容器中时，容器的重力中心偏移到过滤一侧。如果例如通过抓住自动机构保持装置12而尝试着在OHT系统中传送衬底，例如，当它的重力中心向一侧偏移时，存在损伤OHT系统上的提升装置和其它部件的危险。为了避免这个问题，希望减少过滤器和电源16的重量。此外，可以在衬底传送门1附近和/或外壳6的开口部件附近设置相对重量。另一种方法是通过使用金属制成安装在门1中的锁定机构来增加门1的重量，以便调整重力中心。通过采用这些措施，优选在水平方向调整重力的中心，以便使其位于衬底半径的圆周的905以内，或者更优选位于衬底半径的圆周的70％以内。
在电源部件的侧壁面上，提供用于输送电力的端子。电源必须具有至少给二次电池充电的能力。优选，空气循环装置和除湿装置的供电是与采用隔离电路同时进行的。一般情况下，随着重复进行充电和放带内循环，二次电池的储存容量一般会下降。当容器连接到外部电源时，通过操作电气驱动部件而不使电池放电，也可以延迟电池的容量下降。相应地，可以减少电池更换的频率。另一方面，操作的另一种方法是不提供电池，以便该系统只在连接到外部电源时工作。这样，消除了二次电池和操作板的需要，降低了制造成本。外部电源端子的位置不限于该例中所示的那些，它可以设置在任何常用位置上。
根据使用容器的方式，对空气循环装置可以考虑各种操作。一般情况下，该系统可以连续操作，或者在操作的初始阶段空气可以每十分钟循环一次或多次，或者更优选每分钟循环一次或多次并小于10次。这样，可以有效地除去进入容器的污染物。系统已经工作一段时间之后，可以降低流速或系统可以间歇地工作，以便防止由容器的构成部件对储存在容器内的衬底W产生污染。这样，可以降低功耗，可以使更换二次电池的频率降低。
本发明的第二实施例示于图10-13中。本实施例光合第一实施例的差别在于独立地设置用于手动控制容器的第二操作装置13(参见图10和11)。其它特征如空气调节装置和流动路径与第一实施例的基本相同。
接着，本发明的第三实施例示于图14-17中。与第一实施例的主要差别在于用于保持衬底4的保持装置5在给定距离隔开，并且作为独立部件提供主体6，而且独立地设置颗粒除去装置21、气体污染物除去装置20和空气循环装置19(参见图17)。通过像这里所述这样设置各个部件，可以获得可设有空气调节装置的紧凑结构。
下面参见图18-20介绍用于给第一到第三实施例中所示的容器供电的方法。通过专用负载端口将衬底送进和送出容器并到达处理装置。图18示出了设置在负载端口51上的衬底传送容器18。图18还示出了安装传送自动机构52、开门器53、ULPA过滤器54、气体污染物过滤器55和鼓风机56的壳体57。衬底传送容器18由设置在可移动平台58上的定位钉59定位。然后，通过设置在可移动平台58上的夹持装置将衬底传送容器固定在位置上，并与可移动平台一起在开门器53的方向行进，因此可以打开门(图18示出了这种状态)。充电装置60设置在负载端口上。
图19是电源端子(供电)部件61附近的放大图。当衬底传送容器18位于负载端口51上的特定位置上时，电源端子63可由驱动装置64从设置在可移动平台58上的电源部件63移动，以便接触电源接收部件62，由此可以输送电力。优选提供确定衬底传送容器18是否需要充电的确定装置。因而，通过在不用于输送电力时缩回电源端子，并且只在需要供电时延伸该端子，可以防止损伤电源端子63。此外，可以采取安全措施以便根据确定装置控制通过电源端子63的放电。然而，根据负载端口相对于衬底传送容器的位置，容器的电源端子可以设置在下部部件中，而不设置在侧壁面上，如图19和20所示。此外，当电源端子位于下部部件中时，电源端子可以保持突出状态而不用缩回该端子。优选电源端子至少被弹簧压到设备一侧上或衬底传送一侧上，或者金属端子本身可具有弹簧作用。
供电的另一种方法示于图20中。这种方法和图19中所示的方法的差别在于通过非接触方法进行供电。该方法的原理示于图21中。当磁场在导体(线圈)周围变化时，产生电压并有电流流动。这是电磁感应的原理。初级线圈72缠绕在初级线圈侧71上，并在其中产生交变电流。由于AC电流的流动方向周期性变化，因此在磁极线圈74中产生电流。由于磁场的变化而产生电流，初级线圈71和磁极线圈73可以制成为非接触。这种方法已经用作用于给电动剃须刀、电刷和电车充电的被证实的方法。电磁感应型电源的特征在于由于不接触，因此不会发生端子磨损，不会产生火花，电击没有危险，和在湿环境中使用时没有短路危险。而且，可以防止由于瞬时放电等产生的灰尘对洁净室的污染。
图22示出了另一种充电方法。虽然这种方法是非接触的和与图20中所示的方法相同，但是功率接收端子62设置在容器18的底部上。这里，应该注意电源和接收端子的位置或其结构不限于上述这些。例如，在衬底传送容器设置在位于处理装置之间的自动化传送机构上并由其传送时，通过操作风扇电机，衬底传送容器内的空气被从电池或外部电源输送来的电力在自动化传送机构中循环。而且，当衬底传送容器设置在处理装置上并处于备用状态时，可以从电池或处理装置中的外部电源输送电力。这种供电布置同样可适用于充电的情况。而且，这种供电装置不仅包括用于充电的充电装置，而且包括具有供电能力的负载端口、临时仓库、半导体制造装置、自动化传送装置、手动传送装置和性能测试装置。
接下来，将参照图23A、23B到图26具体介绍可移动电源机构。
图23A和23B涉及在电机基础上的可移动电源机构和直接驱动型滑道。图23A示出了端子缩回的状态，图23B示出了用于供电的端子伸出的状态。衬底传送容器18设置在电源端子部件61上方，并且功率接收端子62和电源端子63互相面对设置。在图23A所示的端子缩回状态期间，电源端子63被包含在电源端子部件61中，但是当电机75被激励时，可移动侧上的滑道77b借助齿轮沿着固定侧上的滑道77a移动，并且电源端子63接触功率接收端子62(参见图23B)。这样，将电源供给衬底传送容器18，并且当完成供电时，通过旋转电机75的作用使电源端子63缩回到电源端子部件61的内部，以便该端子不从表面突出。使用控制板78控制电源操作和显示操作状态。
图24A和24B示出了基于电机以及蜗轮和蜗杆的直接驱动型电源机构。图24A示出了端子缩回状态，图24B示出了用于供电的端子伸出状态。如图24A所示，电源端子63安装在端子部件61内部。当电机75工作时，蜗轮79a旋转，使蜗杆79b旋转。蜗杆79b具有制动器79c，蜗杆79b的旋转使制动器79c沿着可移动导轨80b移动可移动平台80a，并且电源端子63接触功率接收端子62(参见图24B)。在这种状态下，返回弹簧80c伸长，当完成供电时，该端子由于它的弹簧作用而返回到它的原始位置，如图24A所示。
图25A和25B示出了以气动驱动为基础的可移动电源机构。电源端子部件61设有气缸81和空气输送/排放管82a、82b，并且电源端子63可以垂直移动。图25A示出了端子缩回状态，图25B示出了供电状态。如图26所示，气缸81的工作是这样的，通过螺旋发82a和针阀83a在气缸室81A的内部提供空气压力，活塞81p横向移动，即在图中的左右方向移动，因而移动固定导棒81d上的电源端子63。此时，气缸室81B中的空气通过针阀83b和螺旋阀82b排出。相反，当通过螺旋阀82b和针阀83b将空气引入到气缸室81B中时，活塞81p横向移动到图中的右侧，使电源端子63移动到右侧。根据这种方法，需要气缸控制单元83。
在这些方法中，从防止端子损伤和减少由滑动或接触产生的灰尘方面考虑，最好在0.1-5cm/s之间的范围内在装置一侧上调整移动电源端子的移动的平均速度。因此，在这些方法的任何方法中，由于除了供电期间之外电源端子可以缩回到电源端子部件(外壳61)中，因此可以保证安全操作。这里，优选电源端子的表面是镀金、在衬垫上的镀金或者镀铑的，以便防止洁净室被金属污染。
此外，当从外部电源进行电源供给时，优选在确定以下事项之后开始输送功率存在衬底传送容器，和需要输送功率，或者外部电源连接器和功率接收端子连接在一起。这是因为装置在洁净室中使用，如果在电端子之间产生瞬间放电，则产生金属微型颗粒并污染洁净室。
图27示出了本发明第四实施例中的衬底传送容器的底视图。该衬底传送容器的基本结构与图1-7中所示的第一实施例中的衬底传送容器相同。这个衬底传送容器在底表面上设有入口90a和出口90b，以便能循环容器内部的惰性气体。就是说，入口90a和出口90b例如连接到净化口，以便使用惰性气体(例如氮气)或干燥空气对该容器进行气体净化。检查阀分别设置在入口和出口90a、90b上，以使气体只在一个方向流动，而不回流。此外，根据规定，可以不在入口和出口上设置检查阀，而是可以设有颗粒除去过滤器或颗粒除去过滤器与气体污染物除去过滤器的组合。
图28A示出了通过设置在入口90a上的弹簧97的弹性作用而使检查阀95处于封闭状态，因此气体不从外部侧92流到容器的内部侧91。图28B示出了检查阀95的打开状态，在这种情况下，容器的外部侧92上的压力高于容器内部侧91上的压力，并且检查阀95由于弹簧97的弹力作用而打开，因此气体在图中箭头所示方向流动。这个气流通过颗粒除去过滤器94输送到容器的内部侧91。
图29A示出了出口90b的检查阀的封闭状态，图29B示出了检查阀的打开状态。在空气孔出口90b中，当容器的内部侧91中的压力变得高于容器的外部侧92中的压力和弹簧97的弹力的总和时，由于弹簧97的弹力而使检查阀95打开，因而打开检查阀95，使得气体从内部侧91流到容器的外部侧92，如图中的箭头所示。当容器的内部侧中的压力低于弹簧97的弹力时，检查阀95被设置在容器隔离壁93的接收部件中的O形环96封闭，由此防止气体从外部侧反向流到内部侧。这里，在本例中，提供了一个入口和一个出口，但是可以提供两个以上的出口和入口。而且，它们可以设置在底表面以外的其它表面上。
当高度气密的容器的内部用干燥气体代替时，就是说，不含湿气的高燥空气或惰性气体，在刚刚代替作用之后，湿度大致下降到约0％的有限湿度值。然而，如果通过停止输送高燥气体而使容器保持在这种状态，保持在聚合物材料的壁中的潮气成分由于湿度梯度而扩散到容器内部。因此，被高燥气体更换过的容器内部的湿度随时间而增加。在一个例子中，在容器由常规商业PC(聚碳酸酯)构成的情况下，在刚刚用高燥气体替换之后存在的0％湿度在几小时之后增加到高于30％的水平。通过使用0.02％潮气吸收系数的聚苯硫醚(PPS)，确任了抑制湿度升高的效果，因此在刚刚用高燥气体更换之后的0％的相对湿度值在几小时之后只升高到约12％，由此确认了防止湿度极度增加的效果。显然这种容器在传送处理期间可以防止容器内的湿度升高。此外，都知道通过在暗空间中储存将抑制正常氧化物膜的生长。为此，优选用于制成容器主体的材料应该是屏蔽材料而不是透明材料。
而且，容器的内部通常用空气填充，但是通过使用具有控制量的氧的惰性气体，可以防止铜被氧化。这种情况下的氧的量应该小于10000ppm或优选小于1000ppm。
下面将介绍适合于这个衬底传送容器的工艺。
图30示出了基于铜布线和低介电绝缘膜的半导体芯片的布线形成工艺的例子。如图30所示，使用CVD(化学汽相淀积)装置或涂覆器在具有制造在其上的器件元件的半导体衬底101的导电布线层的顶部淀积包括有机膜或多孔膜的绝缘膜102(步骤A)。接着，按照需要形成栓塞膜和其它膜之后，使用涂覆器施加光刻胶材料103，然后使被涂覆的衬底干燥(步骤B)。然后，使用分档器曝光被涂敷的衬底(步骤C)，对光刻胶膜进行显影之后，以便在绝缘膜102上形成光刻胶图形(步骤D)。接着，通过刻蚀在绝缘膜102上形成接触孔和布线沟槽105(步骤E)，并在除去光刻胶膜103之后，在其上形成包括TaN等的阻挡层，并在这层顶部形成铜籽晶层106，以便用作用于电解电镀的功率输入层(步骤F)。
然后，通过在半导体衬底61表面上施加铜层107，当在绝缘层102的顶部形成铜层67时，用铜填充器件衬底的接触孔和沟槽(步骤G)。然后，对器件衬底进行退火(步骤H)，并使用化学和机械抛光(CMP)，从绝缘层的顶部除去一部分铜层，以便使填充接触孔和布线沟槽的铜层107的表面大致与绝缘层的表面齐平(步骤I)。这个工艺重复多次，重复的次数与制造6-8层的多层布线结构所需要的布线的层数相同。
当低介电常数的绝缘层暴露于空气时，空气中的绝对湿度应该小于4×10-3g/g(在25℃下的20％相对湿度)，或者更优选小于1×10-3g/g(在25℃下的5％相对湿度)。
当铜层暴露于空气时，空气中的绝对湿度应该小于4×10-3g/g(在25℃下的20％相对湿度)，或者更优选小于1×10-3g/g(在25℃下的5％相对湿度)。此外，沸点高于80℃的有机物的浓度应该小于1μg/m3，更优选小于0.5μg/m3。氧的浓度应该小于10000ppm，或更优选小于1000ppm。
当光刻胶膜暴露于空气时，至少碱性气体的浓度应该小于1μg/m3，更优选小于0.5μg/m3。
而且，如果湿度很低，容易产生静电，并且这种静电荷引起元件如FET、冷凝器变得容易被损坏，因此希望将半导体晶片接地。接地的方法包括使用导电晶片载体或使用在晶片载体上的金属端子，以便使单独的晶片接地，或晶片载体本身可以由导电材料制成。
此外，为管理每批的晶片ID、历史记录和状态，每个衬底传送容器可以设有存储芯片，用于管理处理数据。
接着，将介绍对储存在衬底传送容器内部的晶片所带的静电进行放电的各种方法。如图31A所示，对容器(箱)内的晶片进行静电放电是通过将在容器内支撑晶片的保持部件504接地来实现的。当保持部件504与衬底传送容器的容器主体制成为一个单元时，包括保持部件504的整个主体501应该由导电材料构成。而且，当保持部件504和容器主体501分开制造时，如图31B所示，保持部件504和容器主体501由导电材料单独制造，并且可以构成这样的结构，使得使用导电材料523电连接这些部件。此外，如图31C所示，只有容器主体501的底部501a可以由导电材料制成。而且，如图31D所示，只有与保持部件504接触的衬底传送容器的部分501b可由导电材料制成。
对衬底传送容器进行静电放电的其它方法包括如图31E所示的方法，用于压制衬底和防止衬底和门502偏移的固定装置515可由导电材料制成，以便通过门到放置容器的装置的地线进行放电。而且，如图31F所示，只有固定装置515可由导电材料制成，使得接地端子524与固定装置515连接，用于接地，由此使容器的底部连接到外部地线。
接地的其它方法包括如图31G所示的方法，通过用于OHT传送系统的自动控制凸缘512进行接地。保持部件504和由自动装置控制并由OHT保持的凸缘512使用导电材料制成为一个单元，并且晶片的电荷通过保持部件504和容器的凸缘512接地到OHT的接地部分。而且，如图31H所示，凸缘512和保持部件504可制成为分离部件，并通过由导电材料制成的容器501的部件501c的电连接进行接地。此外，只有接触保持部件的容器主体的部件501c可由导电材料制成。
如上所述，本发明提供衬底传送容器及其操作方法，该操作方法适用于集成电路制造等的自动化半导体制造设备。因此，可以有效地进行半导体衬底的传送和存储。而且，本发明提供适于在高度洁净的环境中存储或传送物体的衬底传送容器，所述物体不仅可以是半导体晶片，而且可以是光掩模或硬盘。
工业实用性本发明涉及适于在高度洁净的环境中存储或传送物体如半导体晶片、光掩模或硬盘的衬底传送容器的结构、能力和操作方法。
权利要求
1.一种衬底传送容器，在容器主体的表面上具有用于装载和卸载衬底的门，并构成为在容器主体的内部按给定间距保持衬底，其中空气调节装置基本上对称地设置在容器主体的横向表面上，用于降低容器内部的颗粒和气体污染物的浓度。
2.根据权利要求1的衬底传送容器，其中还提供用于降低和/或调整容器内部的湿度的装置。
3.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体和用于保持衬底的保持部件整体地形成为一体。
4.根据权利要求3的衬底传送容器，其中容器主体和用于保持衬底的保持部件由静电荷导电材料或静电荷分散材料构成。
5.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体和用于保持衬底的保持部件制成为分离部件。
6.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体由具有小于0.1％的吸水系数的材料制成。
7.根据权利要求2的衬底传送容器，其中用于调整湿度的装置利用了固体聚合物电解质膜。
8.根据权利要求1的衬底传送容器，其中空气调节装置由空气循环装置、颗粒除去过滤器和气体污染除去过滤器构成。
9.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体设有在前表面上的门、在后表面上的电源单元、和在两个横向表面上的空气调节装置。
10.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体在其两个横向表面上设有用于隔离容器主体的内部环境和外部环境的盖子，并且在所述盖子内部的主体的所述横向表面上设有开口，以便与容器主体的内部空间连通，由此使已经在设置在盖子内部的空气调节装置中被调节的空气通过容器主体的内部空间循环。
11.根据权利要求10的衬底传送容器，其中在前面板一侧上设置开口，并在容器主体的后表面一侧上设置另一开口。
12.根据权利要求9的衬底传送容器，其中通过从设置在后表面一侧的开口经过容器主体内部将空气引导到设置在前表面一侧的开口，使空气循环。
13.根据权利要求1的衬底传送容器，其中容器主体设有气体入口和气体出口，并在每个端口中具有检查阀。
全文摘要
本发明提供一种例如在制造小于0.13mm线宽的集成电路的工艺中使用的衬底传送容器，能够保持容器内部的至少对于颗粒、酸性气体、碱性气体、有机物和湿气的污染物水平在被控低水平，并具有可与自动化半导体制造设备相容的尺寸和结构。该容器在容器主体的表面上设有用于装载和卸载衬底的门(1)，并构成为以给定隔开距离保持衬底在容器主体内部，其中用于降低颗粒和气体污染物的水平的空气调节装置大致对称地设置在容器主体(6)上。
文档编号B65D85/86GK1630930SQ0281009
公开日2005年6月22日 申请日期2002年5月16日 优先权日2001年5月17日
发明者田中亮, 铃木庸子, 岸贵士 申请人:株式会社荏原制作所