专利名称：用于降低装载锁中的压力的方法和相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将基板装载锁中的压力从大气压力降低到低压以将基板载入维持在低压的处理室中并且将该基板从该处理室中卸载的方法。本发明还涉及一种包括装载锁的适于实现所述方法的设备，例如用于制造半导体元件的设备。
背景技术：
一些制造方法包括这样一个重要的步骤，其中基板在设备的处理室中的压力非常低的受控大气中被处理。例如，在半导体元件制造方法中，期望保持半导体基板在非常低的压力下以执行等离子蚀刻或沉积。为了维持可接受的生产率并且避免任何杂质或污染的出现，围绕基板的大气压力最初被与处理室连通的装载锁降低至较低的级别。为此，所述装载锁包括具有第一门的气密室，该室内部借助于该第一门与大气压力下的区域连通，例如清洁室或设备小环境，从而装载至少一个基板。所述装载锁的室连接到气体泵送系统，该系统能够将该室中的压力降低到与处理室中相似的合适的低级别，从而使得该基板能够被传送至处理室。所述装载锁还包括用于在基板从所述装载锁撤离之后将该基板卸载至处理室或传送室中的第二门。在设备包括多个处理室的情况下，装载锁与保持为低压的传送室连通，该传送室然后将基板送到各种不同的处理室中。通过使用装载锁，可以减少从大气压改变成低传送压力所需要的时间。也可以减小处理室或传送室中的污染。所述装载锁中的压力通常以两个连续步骤而逐渐降低。在第一步骤中，从大气压至第一特征阈值而执行较慢的主泵送。慢泵送对于防止围绕基板的装载锁气体环境中的特定气体类型的凝固(例如防止出现水结晶)而言是必不可少的。在第二步骤中，气体环境被降低到合适的低压以通过较快的主泵送来传送。然而， 可以看出，传送压力下的残余气体混合物中的水蒸气的部分压力并没有很好地被主泵送系统排出。水蒸气对于基板是相对有害的，并且因而会降低生产效率，特别是在半导体制造过程中对基板金属层的腐蚀。此外，在降低装载锁中的大气压力的过程中，不可避免要进行基板的脱气，并且在将基板引入处理室中之前充分地实现这种脱气是很重要的。如果没有充分实现脱气，则在处理室中继续进行脱气，并且来自后一次脱气的气体构成处理过程中的附加污染源。WO 01/81651公开了一种包括主泵的气体泵送系统，该主泵通过泵送电路连接到装载锁以泵送气体直到达到合适的传送压力。涡轮分子泵被插入主泵与装载锁之间的泵送电路中。气体控制装置被提供以适配主泵的速度从而避免装载锁中的气体的任何冷凝或凝固。涡轮分子泵是连接到装载锁的唯一泵送单元。然而，已经发现使用涡轮分子泵从大气压开始泵送会产生涡轮分子泵的可靠性问题并且使得泵送的噪声较大。另外，用来适配泵送速度的主泵的驱动装置的实现较为复杂。
发明内容
本发明的目的因而是通过提出一种用于降低设备的装载锁中的压力的方法来解决现有技术问题，该方法简单、实现成本低、简洁并且能够在减少残余水蒸汽量时防止高压下的特定类型的气体凝固从而避免其传播至低压下的处理或传送室，而不会阻碍基板传送至处理室中。该方法还旨在改进传送压力下的基板的脱气。本发明还提出了一种用于实现该方法的设备。为此，本发明提出了一种用于将设备的装载锁中的压力从大气压力降低至低于大气压的传送压力的方法，所述装载锁包括其中在大气压下放置了至少一个基板的室，和包括主泵和涡轮分子泵的气体泵送系统，该涡轮分子泵的吸入口经由第一隔离阀连接到所述室并且其排放侧在所述主泵的上游连接到主泵送电路，所述气体泵送系统还包括所述涡轮分子泵的旁通电路，其一方面与位于所述第一隔离阀上游的所述室通信，另一方面与所述主泵送电路通信，该旁通电路包括具有可以被激活的限流装置的第二隔离阀，并且所述主泵送电路包括位于所述涡轮分子泵的排放侧与该旁通电路之间的第三隔离阀，该方法包括-第一步骤，其中所述第一和第三隔离阀关闭而所述限流装置针对其而被激活的第二隔离阀打开，从而通过其泵送速度受限的主泵的旁通电路执行从大气压至第一特征阈值的第一主泵送，工作状态下的涡轮分子泵的吸入口与所述室隔离开并且该涡轮分子泵的排放侧与所述主泵隔离开，-第一步骤后的第二步骤，其中所述第二隔离阀的限流装置被禁用从而执行比第一步骤更快的第二主泵送直到第二特征阈值，同时维持所述涡轮分子泵的隔离，以及-第二步骤后的第三步骤，其中所述第一和第三隔离阀打开而所述第二隔离阀关闭从而借助于位于主泵送上游的涡轮分子泵送而执行次级泵送，其中所述室与所述主泵隔开。这迅速降低了锁室内的总压力，并且因而也降低了水蒸汽部分压力。另外，涡轮分子泵通常保持在低压下全速工作，这因而增长了它的服务寿命并且使得泵送能够在隔离阀被打开时立即在所述室中被执行。单独地或组合地考虑根据所述方法的一个或多个特征，-该方法包括第三步骤之后的第四步骤，其中所述第一隔离阀关闭，而第二隔离阀打开从而当达到第三特征阈值时通过隔离所述涡轮分子泵而重新开始主泵送，其中所述限流装置已经针对该第二隔离阀而被禁用，-在第四步骤期间注入惰性气体，-所述第一和/或第二和/或第三特征阈值是预先确定的时间间隔，-所述第一和/或第二和/或第三特征阈值是预先确定的压力级别，-当所述室接收请求卸载所述基板的信号时重新开始所述第二主泵送。本发明还提出了一种用于实现上述降低压力的方法的设备，包括装载锁，该装载锁包括用于将至少一个基板的环境压力从大气压降低到低于大气压的传送压力的室，以及至少一个处理室，该处理室与所述装载锁连通以在传送压力下将所述基板传送到该处理室，所述装载锁包括气体泵送系统，该气体泵送系统包括主泵和涡轮分子泵，该涡轮分子泵的吸入口经由第一隔离阀连接到所述室并且其排放侧在所述主泵的上游连接到主泵送电路，该气体泵送系统还包括所述涡轮分子泵的旁通电路，该旁通电路一方面与位于所述第一隔离阀上游的所述室通信，另一方面与所述主泵送电路通信，所述旁通电路包括第二隔离阀，该第二隔离阀包括能被激活的限流装置，并且所述主泵送电路包括位于所述涡轮分子泵的排放侧与所述旁通电路之间的第三隔离阀，所述气体泵送系统还包括用于控制所述隔离阀的装置。单独地或组合地考虑根据所述设备的一个或多个特征，-所述第二隔离阀包括第一主阀，该第一主阀具有第一电导和第二限制阀，该第二限制阀从所述主阀中分支出来并且具有比第一电导要低的第二电导，-所述设备包括用于根据所述室的气体特征参数传感器的至少一个输出信号来控制所述阀的处理单元，-所述第三阀被并入所述涡轮分子泵的外壳以与该涡轮分子泵的排放孔配合。
参考附图，通过阅读下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中-图1示意性地示出了一个设备的装载锁和处理室；-图2是用于制造半导体元件的设备的示意性侧视图；-图3示意性地示出了用于降低装载锁中的压力的方法；和-图4是装载锁中的压力降低随时间变化的曲线图。在附图中，相同的参考号码代表相同的元素。为了清楚，与所述方法有关的元素是从100开始标号的。
具体实施例方式术语“主真空压力”是指通过主泵送获得的小于约0. 1帕斯卡(Pascal)的压力。 术语“次级真空压力”是指通过次级涡轮分子泵送获得的小于约0. 1帕斯卡的压力。图1示出了包括装载锁2的设备1，该装载锁包括用于将至少一个基板4的环境压力从大气压降低到低于大气压的传送压力的室3。低于大气压的传送压力例如是约为0. 01帕斯卡的主真空压力。设备1还包括至少一个处理室5，该处理室经由第一锁门6与装载锁2连通以沿着箭头7的方向将基板4传送至传送压力下的处理室5中。装载锁2和处理室5包括特别用于支撑和传送基板4的基板承载件8和自动操纵装置(未示出)。室3是气密性的并且包括第二锁门9，该第二锁门使得室3的内部与处于大气压力下的区域连通，例如清洁室或设备小环境(也称作“设备前端模块”)，以沿着箭头10的方向装载至少一个基板4。所述装载锁2还包括用于恢复大气压的装置(未显示)，用于在等待装载新的基板时以及在装载已在处理室2中被处理的基板之后使得室3的内部返回大气压。因此，装载锁2可以被用来减少从大气压改变成低于大气压的传送压力所需要的时间，并且减少传送室处理过程中的污染。
设备1例如是用于制造半导体元件的设备。在这种情况下，处理室5是处理室或传送室。在简单的(或“独立的”)设备的情况下，处理室5是其中在例如大约10-3帕斯卡的次级真空压力的受控大气下用多层基板4对半导体进行沉积或蚀刻的处理室。在多重(或“群集”)设备的情况下，该设备可以包括一个或多个处理室。在这种情况下，处理室5是传送室。在使用中，将传送室保持为与处理室的压力级别相同的传送压力，约为例如10-2帕斯卡。由主泵或次级泵在例如氮的惰性气体的受控大气下维持传送室中的大气。传送室以传送压力接收来自装载锁2的基板4并且将它传送至合适的处理室。图2示出了用于制造半导体的多重设备的例子，其包括设备小环境11、装载锁2、 传送室5和处理室12。所述装载锁2包括与室3连通以降低该室中的压力的气体泵送系统13(图1)。气体泵送系统13包括主泵14和按照泵送气体流动方向(用箭头16指示)位于主泵14上游的涡轮分子泵15。主泵14可以是专用于装载锁2的泵或者是设备1的另一个室的主泵，例如传送室5。涡轮分子泵15的吸入口 17经由第一隔离阀18连接到室3。涡轮分子泵15的排放侧19在主泵14的吸入口的上游连接到主泵送电路20。气体泵送系统13还包括涡轮分子泵15的旁通电路21，其一方面在第一隔离阀18 的上游与室3通信，另一方面与主泵送电路20通信。旁通电路21包括第二隔离阀22，该第二隔离阀包括可以被激活的限流装置。当被激活时，该限流装置使得主泵14的泵送速度能够被机械地限制。例如，第二隔离阀22包括具有第一电导的第一主阀和第二限制阀，该第二限制阀从所述主阀中分支出来并且具有比第一电导要低的第二电导。主泵送电路20还包括位于涡轮分子泵15的排放侧19与旁通电路21之间的第三隔离阀23。第三阀23也可以被并入涡轮分子泵15的外壳中以使得第三阀23的塞子直接与涡轮分子泵的排放孔配合。可以使用小型涡轮分子泵，例如Alcatel Lucent销售的ATH30泵。这个泵具有紧凑小巧的优点并且因而易于被放置在邻近于室3的位置。因此，通过关闭第一和第三阀18和23，可以使得涡轮分子泵15完全地隔离于吸入口 17和排放侧19处的操作，这因而特别地在涡轮分子泵15的排放侧19创建了主真空压力。这个排放侧19的低压使得涡轮分子泵15能够全速工作而不会超过功耗也不会有出故障的风险。气体泵送系统13还包括用于根据特征阈值控制隔离阀18、22、23的打开和关闭的
直ο为此，设备1包括处理单元对。例如，处理单元M按照预定时间间隔的届满来控制阀18、22、23的打开和/或关闭。在另一个例子中，处理单元M按照传感器25的至少一个输出信号沈来控制阀 18、22、23，该传感器连接到室3以测量装载锁2的室3中的气体的特征参数。传感器25的输出信号26连至处理单元M以按照输出信号沈所提供的特征阈值来控制阀18、22、23。
例如，传感器25是用于指示在室3中建立的压力的压力传感器。还可以使用能提供关于室3中的气体的部分压力的指示的传感器25。例如，传感器25可以提供关于室3中的水蒸气的部分压力的指示。在指定的实施例中，传感器25包括间接激励的电池和由功率生成器供电的电磁激励天线，该天线围绕该电池以构成该电池内部的等离子体。由该等离子体发出的光射线随后被捕捉到并且被发送到光学光谱仪。传输可以通过光纤或合适的导线来提供。光谱仪生成检测到的光谱的输出信号沈，该信号被发送到处理单元对。在另一个实施例中，传感器25是质谱仪。设备1的装载锁2中的压力从大气压降低到低传送压力，是以至少三个连续步骤 (参见图3所示的过程100)来逐步执行的。至少一个基板4最初被放置在大气压下的室3中。第一和第二隔离阀18、22被关闭。也可以关闭第三隔离阀23。主泵14和涡轮分子泵15处于工作状态。在第一步骤101中，执行从大气压至第一特征阈值的第一主泵送。该泵送是借助于泵送速度受限的主泵14的旁通电路21来执行的。工作中的涡轮分子泵15的吸入口 17 与室3隔离开，并且涡轮分子泵15的排放侧19与主泵14隔离开。为此，在图1所考虑的例子中，第一和第三隔离阀18和23被关闭而第二隔离阀22被打开，该第二隔离阀的限流装置例如通过提供较低的第二电导而被激活，直到达到第一特征阈值。因此，在第一步骤101中，涡轮分子泵15与旁通电路21和室3中的气体完全隔离开，其中范围在大气压与低于大气压的第一主压力之间的压力会损坏涡轮分子泵15。该第一步骤101使得较慢的主泵送能够从大气压至第一特征阈值而被执行，在该第一特征阈值处不再存在由于过快的主泵送而造成污染的风险。借助于较慢的泵送，可以防止围绕基板4的气体环境中的特定类型气体凝固。在第一步骤101之后的第二步骤102中，执行比第一步骤101中更快的第二主泵送，直到第二特征阈值，同时维持涡轮分子泵的隔离。为此，第一和第三隔离阀18和23保持闭合。第二隔离阀22保持打开并且限流装置例如通过使得隔离阀22具有比第二电导大的第一电导而被禁用，直到经过第二特征阈值。主泵14的泵送速度不再受限。第二特征阈值对应于这样一个阈值涡轮分子泵15的吸入口 17处的压力足够低从而不会对其工作产生影响。因此，在第二步骤102中，当室3中的压力是从低于大气压的第一压力至第二主真空压力时，涡轮分子泵15在吸入口 17和排放侧19保持隔离，由此涡轮分子泵15的功耗被限制并且其服务寿命延长。在第二步骤102之后的第三步骤103中，借助于在主泵送上游的涡轮分子泵执行次级泵送，并且室3与主泵送隔离开。为此，第一和第三隔离阀18和23被打开而第二隔离阀22被关闭。这个第三步骤103降低了残余气体混合物中的水蒸气的部分压力并且加快了基板的脱气，这因而提高了生产效率。因此，在第三步骤103中，当室3中的压力足够低时，维持全速工作的涡轮分子泵 15可以立即降低室3中的压力。
过程100可以包括第三步骤之后的第四步骤104，其中当达到第三特征阈值时在隔离涡轮分子泵的情况下重新开始主泵送。例如，当装载锁2接收到请求卸载基板4的信号时重新开始主泵送，该信号可以由处理室5生成。为此，当在步骤103中已经经过第三特征阈值时，第一隔离阀18被关闭而第二隔离阀22被打开，该第二隔离阀的限流装置例如通过提供较高的第一电导而被禁用。也可以在打开第二隔离阀22之前立即关闭第三隔离阀23，以确保涡轮分子泵15的排放侧19在主真空压力下被隔离。第四步骤104使得基板4的气体环境能够达到合适的传送压力。因此，处理室5 中的过程的各步骤不必被修改来使得基板4进入，因为保持了相同的传送压力。在第四步骤104中，也可以注入惰性气体，例如氮气，以维持气流的方向朝向主泵送。第一和/或第二和/或第三特征阈值可以是预定的时间间隔。可选地，第一和/ 或第二和/或第三特征阈值是预定的压力级别。图4是装载锁2中的压力随时间降低的曲线图G。在图中的初始时刻t0，基板4的大气处于大气压1^。在第一步骤101中，基板4的环境压力通过借助于其泵送速度受限的主泵14而实现的至低于大气压的压力Pi的较慢泵送而被降低。约为例如五十帕斯卡的压力Pi对应于第一特征阈值，超过该阈值则认为不再存在由于过快的主泵送而造成污染的风险。在第二步骤102中，基板4的环境压力因而通过借助于其泵送速度不再受限的主泵14而实现的至低于压力Pl的低于大气压的压力P2的较快泵送而被降低。因此，当较快的主泵送开始时，在压力降低曲线的斜率中在时刻tl存在一个拐点。约为例如0. 1帕斯卡的压力P2对应于第二特征阈值，超过该阈值则涡轮分子泵可以以全速工作而不会有被损坏的风险。在第三步骤103中，基板4的环境压力因而借助于次级泵15而被降低到低于大气压的压力P3，例如约为10_4帕斯卡。在时刻t2观察到压力降低曲线的斜率中的第二拐点， 在时刻t2借助于涡轮分子泵15执行泵送。在第四步骤104中，在时刻t3，当已经过第三特征阈值时，基板4的环境压力再次升至与约为10_2帕斯卡的主真空压力相对应的传送压力P4。压力P4是通过其中注入惰性气体的主泵送而获得的。在室3中的压力已达到低于大气压的压力P3之后，第三特征阈值例如对应于几秒钟的时间间隔D的结束。这在同一个时期内迅速降低了室3中的总压力并且因而降低了水蒸气部分压力。 另外，涡轮分子泵15持续保持在全速工作状态并且只在主真空压力下启动，由此它的服务寿命延长并且当它与室3连通时不会损耗时间或效率。也可以使用标准的涡轮分子泵15。用于降低压力的方法因而实现起来简单并且成本低，并且可以被用来迅速过渡到低于传送压力的低压，从而改进基板的调节，同时满足了关于为装载锁提供高速率泵送周期的可靠性的行业约束。
权利要求
1.一种用于将设备的装载锁中的压力从大气压降低到低于大气压的传送压力的方法， 所述装载锁( 包括其中以大气压放置至少一个基板的室(3)，和具有主泵(14)和涡轮分子泵(15)的气体泵送系统(13)，该涡轮分子泵的吸入口(17)经由第一隔离阀(18)连接到所述室C3)并且其排放侧(19)在所述主泵(14)的上游连接到主泵送电路(20)，所述气体泵送系统(1 还包括所述涡轮分子泵(1 的旁通电路(21)，该旁通电路一方面与位于所述第一隔离阀(18)上游的所述室通信，另一方面与所述主泵送电路00)通信，所述旁通电路包括第二隔离阀(22)，该第二隔离阀包括能被激活的限流装置，并且所述主泵送电路OO)包括位于所述涡轮分子泵(1 的排放侧(19)与所述旁通电路之间的第三隔离阀(23)，所述方法包括-第一步骤(101)，其中，所述第一和第三隔离阀(18、2；3)被关闭，而其限流装置被激活的所述第二隔离阀0 被打开，从而通过其泵送速度受限的所述主泵(14)的所述旁通电路来执行从大气压至第一特征阈值的第一主泵送，工作状态下的所述涡轮分子泵 (15)的所述吸入口(17)与所述室(3)隔离开并且该涡轮分子泵(15)的所述排放侧(19) 与所述主泵(14)隔离开，-所述第一步骤(101)之后的第二步骤(102)，其中，所述第二隔离阀0 的限流装置被禁用从而执行比所述第一步骤中更快的至第二特征阈值的第二主泵送，同时维持涡轮分子泵送的隔离，和-所述第二步骤(10 之后的第三步骤(103)，其中，所述第一和第三隔离阀(18、23) 被打开而所述第二隔离阀02)被关闭，从而借助于位于所述主泵送上游的所述涡轮分子泵送来执行次级泵送，其中所述室(3)与所述主泵(14)隔离开。
2.根据权利要求1所述的用于降低压力的方法，包括所述第三步骤(10 之后的第四步骤(104)，其中，所述第一隔离阀(18)被关闭而其限流装置已经被禁用的所述第二隔离阀0 被打开以重新建立主泵送，其中当达到第三特征阈值时隔离所述涡轮分子泵。
3.根据权利要求2所述的用于降低压力的方法，其中，在所述第四步骤(104)期间注入惰性气体。
4.根据前述任一权利要求所述的用于降低压力的方法，其中，所述第一和/或第二和/ 或第三特征阈值是预定的时间间隔。
5.根据前述任一权利要求所述的用于降低压力的方法，其中，所述第一和/或第二和/ 或第三特征阈值是预定的压力级别。
6.根据前述任一权利要求所述的结合权利要求2考虑的用于降低压力的方法，其特征在于，当所述装载锁(2)接收了请求卸载所述基板(4)的信号时重新开始所述第二主泵送。
7.一种用于实现根据前述任一权利要求所述的用于降低压力的方法的设备，包括装载锁O)，所述装载锁( 包括用于将至少一个基板(4)的环境压力从大气压降低到低于大气压的传送压力的室C3)和至少一个处理室(5)，该至少一个处理室与所述装载锁C3)连通以将所述基板(4)传送至处于所述传送压力下的该处理室(5)中，所述装载锁包括具有主泵 (14)和涡轮分子泵(15)的气体泵送系统(13)，该涡轮分子泵的吸入口(17)经由第一隔离阀(18)连接到所述室(3)并且其排放侧(19)在所述主泵(14)的上游连接到主泵送电路 (20)，所述气体泵送系统(1 还包括所述涡轮分子泵(1 的旁通电路(21)，该旁通电路一方面与位于所述第一隔离阀(18)上游的所述室通信，另一方面与所述主泵送电路OO)通信，所述旁通电路包括第二隔离阀(22)，该第二隔离阀包括能被激活的限流装置， 并且所述主泵送电路OO)包括位于所述涡轮分子泵(1 的排放侧(19)与所述旁通电路 (21)之间的第三隔离阀(23)，所述气体泵送系统(13)还包括用于控制所述隔离阀(18、22、 23)的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第二隔离阀0 包括具有第一电导的第一主阀和第二限制阀，该第二限制阀从所述主阀中分支出来并且具有低于所述第一电导的第二电导。
9.根据权利要求7或8所述的设备，包括处理单元(M)，该处理单元用于按照所述室 (3)中的气体的特征参数的传感器05)的至少一个输出信号06)来控制所述阀(18、22、 23)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述第三阀被并入所述涡轮分子泵(1 的外壳中从而与所述涡轮分子泵(1 的排放孔配合。
全文摘要
本发明涉及一种用于将设备装载锁中的压力从大气压降低至低于大气压的传送压力的方法，所述锁包括其中以大气压放置了至少一个基板的室，所述方法包括第一步骤(101)，其中，利用泵送速度受限的主泵执行从大气压至第一特征阈值的第一主泵送，同时将涡轮分子泵送与所述室隔离开；第一步骤(101)之后的第二步骤(102)，其中，执行比所述第一步骤中更快的至第二特征阈值的第二主泵送，同时维持涡轮分子泵送的隔离；所述第二步骤(102)之后的第三步骤(103)，其中，借助于位于所述第一泵送上游的所述涡轮分子泵送来执行次级泵送，并且所述室与所述主泵隔离开。本发明还涉及一种用于实现所述方法的设备。
文档编号H01L21/677GK102282663SQ200980154661
公开日2011年12月14日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月19日
发明者J·布努阿尔, J-M·福雷 申请人:阿迪森真空产品公司