專利名稱：防止真空計腐蝕的真空工作設備與方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種防止真空計腐蝕的方法，特別是關于一種可針對不同半導體制作機臺而設計的防止真空計腐蝕的方法。
背景技術：
許多半導體制作需要在降壓或熾熱放電(glow discharge)的環(huán)境中進行，例如低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)、蒸鍍(evaporation)、磊晶(epitaxy)、離子植入(ion implantation)、濺鍍(sputtering deposition)、干蝕刻(dry etching)等。故許多用于這些工序的機臺因此需要使用真空系統(tǒng)，以達到所要求的工作條件。
一個典型的用于薄膜沉積的真空系統(tǒng)，如圖1所示，主要包含一工作室10、一裝載室12、一工作氣體14、一加熱基座16、一真空計18、一粗抽泵20、一高真空泵22、一節(jié)流閥24及一閥門26等，其中裝載室12(load lock chamber)的目的是將工作室10(process chamber)保持一定的真空度，以降低污染并縮短工作周期。粗抽泵20(roughing pump)多為機械式泵(mechanical pump)，在晶片28放入裝載室12后，將裝載室12由一大氣壓開始降壓，當裝載室12到達一定真空度后，裝載室12和工作室10之間的閥門26(valve)就會打開，晶片28從裝載室12被送到工作室10內(nèi)的加熱基座16上。在此之前，工作室10先以另一粗抽泵20，配合一氣鎮(zhèn)裝置(gas ballast)(未圖示)抽至一定的真空度。等晶片28傳送至工作室10后，再利用高真空泵22，如擴散泵(diffusion pump)、渦輪分子泵(turbo molecular pump)、冷凍泵(cryo pump)或路茲泵(Roots blower)等，來提高工作室10的真空度。之后再將晶片28加熱至沉積或工作溫度。將工作氣體14經(jīng)質(zhì)流控制器(mass flow controller，MFC)34，通入工作室10內(nèi)。真空度以一真空計18(vacuum gauge)，如電容真空計(capacitance manometer)、熱電偶計(thermocouple gauge)或游離計(ionization gauge)等，來進行測量并作工作控制之用。工作結束時，把工作氣體14或副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體(by-products)全部抽走，經(jīng)由排氣處理裝置(exhaust gas abatement equipment for process)，例如燃燒室30(burn box)，來過濾工作氣體14或副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體中，其含有可燃性或有毒性的部分氣體，最后將安全處理完的工作氣體14或副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體，經(jīng)由排氣32排出此薄膜沉積的真空系統(tǒng)。
在一個真空系統(tǒng)中，除了泵以外，重要的零件還有真空計(vacuum gauge)、管件(tubing)和閥門(valve)等。其中選擇真空計時，要考慮終極真空度。在真空技術中，將真空依壓力大小分為五個區(qū)域粗略真空(rough vacuum)、中度真空(medium vacuum)、高真空(high vacuum)、超高真空(very highvacuum)與極高真空(ultra high vacuum)。在不同的半導體制作工序中，需要有不同的真空度的要求，例如濺鍍和干蝕刻是介于粗略真空與中度真空之間，離子植入則須在高真空的環(huán)境進行。
由于在半導體制作中，經(jīng)常使用反應性的工作氣體，在工作室內(nèi)與晶片表面產(chǎn)生反應，以形成薄膜或產(chǎn)生蝕刻作用。由于反應的生成物除了會沉積在晶片上，也會附著在工作室的金屬壁上，這些沉積物若附著不良，往往會脫落而成為工作中的微粒(particle)來源，造成產(chǎn)品的良率(yield)降低。所以為避免工作室的表面上累積過多的沉積物，設備工程師須定期進行機臺的預防維護(preventive maintenance，PM)。雖然在半導體制作結束時，工作氣體或副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體會經(jīng)由真空泵抽氣以排出工作室，但是仍會有部分殘留的工作氣體，吸附在工作室與管路的金屬壁上。其中負責檢測工作室內(nèi)壓力，是否達到工作所需壓力范圍的真空計，也會有這些殘留的工作氣體吸附。當設備工程師在大氣下進行機臺的預防維護時，這些殘留的工作氣體，因為含有氟或氯的分子，在遇到大氣中的水氣后，會產(chǎn)生酸性的腐蝕物質(zhì)，并進而腐蝕真空計，造成真空計的使用壽命縮短，且測量真空度時的準確度偏移等問題。
為防止上述的問題，現(xiàn)今機臺的設計都有加裝一氣動閥門介于真空計與工作室的連通管路之間，當進行工作室清潔保養(yǎng)前，氣動閥門會在真空的狀態(tài)下啟動，來關閉真空計與工作室之間的連通管路，然后才進行工作室破真空的動作，以隔離大氣的水氣進入真空計。現(xiàn)今機臺保護真空計的隔離裝置，皆為氣動式閥門，由工作室內(nèi)的壓力感應器檢測的信號來控制，當工作室內(nèi)壓力大于一設定值，例如10毫米汞柱(托爾)(torr)，則壓力感測器會送出一信號給氣動閥門進行關閉動作，此時真空計內(nèi)部空間的壓力是屬于10托爾(torr)的真空環(huán)境，當工作室的壓力到達一大氣壓時，即760托爾(torr)，壓力感測器會送一信號給機臺，來顯示工作室已到達一大氣壓力，此時設備工程師就可以將工作室的閥門打開，進行機臺的清潔保養(yǎng)。由于工作室的壓力在760托爾(torr)的大氣壓下，而真空計的內(nèi)部空間的壓力是在10托爾(torr)的真空狀態(tài)下，故難免會有部分大氣中的水氣因壓差滲入真空計的內(nèi)部空間，更有甚者，若氣動閥的管路有反應性氣體或其副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體的吸附，并形成沉積物在管壁上，則氣動閥門將會產(chǎn)生密閉不全的狀況，使得大氣中的水氣經(jīng)由氣動閥門與閥座間的空隙，直接進入真空計的內(nèi)部空間，形成酸性物質(zhì)來造成真空計的腐蝕。
現(xiàn)今一般半導體機臺的制造廠商，對于這種防止真空計腐蝕的隔離裝置，有的機臺完全沒有設計隔離裝置，所以其真空計的使用壽命，經(jīng)常達不到有設計隔離裝置的真空計的一半使用壽命，另外，有的機臺雖然設計有氣動式閥門，但是因為氣動閥門都是在真空的狀態(tài)下關閉，所以真空計的內(nèi)部空間都是控制在真空的條件，容易發(fā)生當氣動閥門密閉不全時，產(chǎn)生漏氣的情況，造成真空計的腐蝕。所以現(xiàn)今機臺的設計，不論是有沒有安裝隔離裝置，都會有大氣的水氣滲入，并與真空計上吸附的工作氣體或副產(chǎn)物雜質(zhì)氣體產(chǎn)生反應，形成腐蝕性的物質(zhì)，造成真空計的腐蝕，使得真空計的使用壽命降低與讀值不準確的問題發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，傳統(tǒng)的沒有采用隔離裝置或是現(xiàn)今采用氣動式隔離裝置的方式，皆會造成真空計腐蝕的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種防止真空計腐蝕的方法。其特點在于使真空計保持在干凈無水氣的保護性氣體下，由于保護性氣體內(nèi)不含有水氣，所以不會與吸附在真空計上的殘留工作氣體產(chǎn)生反應，達到防止真空計腐蝕的目的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種藉由增加一手動閥門，就可以防止真空計腐蝕的裝置。由于手動閥門為一構造簡單、價格便宜且容易維修的隔離裝置，可直接安裝在真空計與工作室之間的連通管路，就可以達到比現(xiàn)今采用氣動式隔離裝置的機臺更好的防止真空計腐蝕的效果。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用等壓原理的防止真空計腐蝕的方法。其特點在于使真空計的內(nèi)部空間的氣體壓力，保持與隔離裝置外的大氣壓力一致，所以可以避免因隔離裝置的密閉不全或漏氣，而導致大氣中的水氣進入到真空計的情形。
根據(jù)本發(fā)明提供一種防止真空計腐蝕的真空工作設備，其包含一工作室，用以執(zhí)行一真空工作反應；一真空計，與工作室相連通；一無水保護氣體源，于工作室內(nèi)的真空工作反應完成后，通入一無水的保護氣體至工作室內(nèi)，以破除工作室內(nèi)的真空度；及一隔離裝置，設于工作室與真空計之間，隔離裝置在無水的保護氣體達一大氣壓的狀態(tài)下，啟動以隔離工作室與真空計之間的連通，以避免工作室與真空計之間產(chǎn)生一壓力差。
為進一步說明本發(fā)明的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。
圖1所示為一薄膜沉積的真空系統(tǒng)的示意圖。
圖2所示為本發(fā)明的一最佳實施例的示意圖。
圖3所示為本發(fā)明的一手動閥門結構的示意圖。
圖4所示為本發(fā)明的一氣動閥門結構的示意圖。
圖5所示為本發(fā)明的另一最佳實施例的示意圖。
圖6所示為本發(fā)明的另一最佳實施例的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一些實施例會詳細描述如下。然而，除了該詳細描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例施行。亦即，本發(fā)明的范圍不受已提出的實施例的限制，而應以本申請的權利要求所限定的范圍為準。再者，在本說明書中，各元件的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關尺度相比已經(jīng)被夸張或是簡化，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。
在此實施例中，該防止真空計腐蝕的真空工作設備包含一工作室，用以執(zhí)行一真空工作反應；一真空計，與工作室相連通；一無水保護氣體源，于工作室內(nèi)的真空工作反應完成后，通入一無水的保護氣體至工作室內(nèi)，以破除工作室內(nèi)的真空度；及一隔離裝置，設于工作室與真空計之間，隔離裝置在無水的保護氣體達一大氣壓的狀態(tài)下，啟動以隔離工作室與真空計之間的連通，以避免工作室與真空計之間產(chǎn)生一壓力差。
參考圖2，為本發(fā)明的一較佳實施例，是利用安裝一隔離裝置，例如手動閥門，來隔離真空計與工作室的一等離子體蝕刻機臺，其包含一工作室50、一電容真空計52、一手動閥門54、一射頻產(chǎn)生器56、一真空泵58、一節(jié)流閥60、一反應性氣體源62、一質(zhì)流控制器64及一無水保護氣體源72。首先，將一基材，例如晶片66，由工作室50的一閥門(未圖示)放置于一電極基座68上，之后將閥門(未圖示)關閉。再以真空泵58將工作室50內(nèi)的氣體抽出70，一直抽氣到等離子體蝕刻工作條件下的工作壓力，此工作壓力大約0～10托爾(torr)。將反應性氣體源62中的反應性氣體送入工作室50內(nèi)，這里常用的反應性氣體，可以是氯氣(Cl2)、溴化氫(HBr)、三氯化硼(BCl3)等。接者，啟動一射頻產(chǎn)生器56，以射頻場使反應性氣體游離產(chǎn)生等離子體(未圖示)，并對晶片66進行非等向性蝕刻。反應性氣體的氣流持續(xù)供應，并不斷以真空泵58抽氣，因為部分反應性氣體及其副產(chǎn)物有毒，當?shù)入x子體蝕刻工作完成的后，必須停止送氣，并關掉射頻產(chǎn)生器56，將反應性氣體及其副產(chǎn)物經(jīng)由真空泵58抽出工作室50，再由無水保護氣體源72灌入一干凈無水的保護性氣體，例如氮氣(N2)，以破除真空，就可把工作室50的閥門(未圖示)打開，取出晶片66。其中當灌入干凈無水的氮氣于工作室50時，因為真空計52的內(nèi)部空間與工作室50有連通管相連接，所以此時真空計52的內(nèi)部空間同時也充滿著等壓的氮氣，當工作室50內(nèi)氮氣壓力與大氣壓力相等時，工作室50的壓力感測器(未圖示)會送出一信號給機臺控制器(未圖示)，并藉由一顯示器(未圖示)來顯示工作室50內(nèi)的壓力與大氣壓力相等，接著，才將真空計52與工作室50間的手動閥門54關閉，以隔離真空計52與工作室50的連通，而后再打開工作室50的閥門，就可以進行工作室50的清潔保養(yǎng)。此為本發(fā)明的一主要特點。由于真空計50內(nèi)部空間內(nèi)的氣壓與工作室50的氣壓相同，所以工作室50內(nèi)的大氣中的水氣不易因壓力差而進入到真空計52的內(nèi)部空間，達到防止真空計腐蝕的目的。
另一方面，本發(fā)明的另一主要特點是使用手動閥門54，其詳細結構如圖3所示，包含有一轉動鈕80、一活動桿82、一閥帽84、一閥體86、一波紋管88、一圓盤90、一封合墊圈92、一墊片94、一封合座96、一工作室接口98及一真空計接口100。其中封合墊圈92可以使用彈性體墊圈，例如O型環(huán)墊圈(O-ring)，由于不同材質(zhì)的O型環(huán)墊圈對不同的工作氣體有不同的防止腐蝕的效果，故可針對機臺所使用的工作氣體，安裝合適材質(zhì)的O型環(huán)墊圈，達到節(jié)省成本的效果。
此外，若要考慮自動化的控制，上述的手動閥門54，也可以采用氣動式閥門，如圖4所示，包含一活動桿110、一墊圈112、一閥帽114、一盤體116、一工作室接口118及一真空計接口120。其中活動桿110使用O型環(huán)墊圈雙重密封或波紋管密封，其動力來源除了以氣動式操作外，也可以電磁閥的方式設計。
接者，參考圖5，為本發(fā)明的另一較佳實施例，是利用安裝一手動閥門，來隔離真空計與工作室的一降壓的化學氣相沉積爐，其包含一工作室130、一電容真空計132、一手動閥門134、一加熱器136、一反應性氣體138、一真空泵140，此機臺常用以沉積多晶硅、二氧化硅及氮化硅等。首先，晶片142經(jīng)由裝卸門144進入工作室130，以真空泵140，例如用路茲泵(Roots blower)，將氣體抽出工作室130，一直到壓力大約0.25～2托爾(torr)，此時加熱器136加熱晶片142到溫度約300℃～900℃，并通入反應性氣體138，其氣流量約在100～1000每分鐘立方公分(sccm)，待沉積工作反應完成后，將反應性氣體138及其副產(chǎn)物抽出，再灌入干凈無水的氮氣(未圖示)破真空，直到工作室130的壓力感測器(未圖示)測量值達到一大氣壓時，就可以把手動閥門134關閉，打開裝卸門144將晶片142取出，之后設備工程師就可以進行工作室130的清潔保養(yǎng)。由于真空計132內(nèi)部空間內(nèi)的氣壓與工作室130的氣壓相同，所以工作室130內(nèi)的大氣中的水氣不易因壓力差而進入到真空計132的內(nèi)部空間，達到防止真空計腐蝕的效果。
最后，參考圖6，為本發(fā)明的另一較佳實施例，是一防止真空計腐蝕的預防保養(yǎng)作業(yè)流程圖，其步驟包含首先提供晶片置于工作室的基座上200，以真空泵將工作室內(nèi)的氣體抽出到工作條件下的工作壓力210，將反應性氣體送入工作室內(nèi)進行工作反應220，工作反應完成后停止送氣230，將反應性氣體及其副產(chǎn)物經(jīng)由真空泵抽出工作室240，以干凈無水的保護性氣體倒灌工作室以破除真空250，將真空計與工作室間的手動閥門關閉260，打開工作室的閥門以取出晶片270，進行工作室的預防保養(yǎng)280。其中當灌入干凈無水的保護性氣體于工作室時，因為真空計的內(nèi)部空間與工作室有連通管相連接，所以此時真空計的內(nèi)部空間同時也充滿著等壓的保護性氣體，當工作室內(nèi)保護性氣體壓力與大氣壓力相等時，才將真空計與工作室間的手動閥門關閉，以隔離真空計與工作室的連通，而后再打開工作室的閥門，就可以進行工作室的清潔保養(yǎng)。由于真空計內(nèi)部空間內(nèi)的氣壓與工作室的氣壓相同，所以工作室內(nèi)的大氣中的水氣不易因壓力差而進入到真空計的內(nèi)部空間，達到防止真空計腐蝕的目的。
雖然本發(fā)明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權利要求書的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種防止真空計腐蝕的真空工作設備，包含一工作室，用以執(zhí)行一真空工作反應；一真空計，與該工作室相連通；一無水保護氣體源，于該工作室內(nèi)的該真空工作反應完成后，通入一無水的保護氣體至該工作室內(nèi)，以破除該工作室內(nèi)的真空度；及一隔離裝置，設于該工作室與該真空計之間，該隔離裝置在該無水的保護氣體達一大氣壓的狀態(tài)下，啟動以隔離該工作室與該真空計之間的連通，以避免該工作室與該真空計之間產(chǎn)生一壓力差。
2.如權利要求1所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該真空計為一電容真空計。
3.如權利要求1所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該無水保護氣體源為氮氣。
4.如權利要求1所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該真空工作反應為一等離子體蝕刻反應。
5.如權利要求1所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該真空工作反應為一化學氣相沉積反應。
6.如權利要求1所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該隔離裝置為一閥門。
7.如權利要求6所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該閥門為一手動閥。
8.如權利要求6所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該閥門為一氣體閥。
9.如權利要求6所述的防止真空計腐蝕的真空工作設備，其特征在于該閥門為一電磁閥。
10.一種防止真空計腐蝕的方法，包含提供一工作室，該工作室與一真空計連通；當該工作室內(nèi)的一真空工作反應完成后，通入一無水的保護氣體至該工作室內(nèi)，以破除該工作室內(nèi)的真空度；及于該無水的保護氣體達一大氣壓的狀態(tài)下，隔離該工作室與該真空計之間的連通，以避免該工作室與該真空計之間產(chǎn)生一壓力差。
全文摘要
一種防止真空計腐蝕的真空工作設備，其包含一工作室，用以執(zhí)行一真空工作反應；一真空計，與工作室相連通；一無水保護氣體源，于工作室內(nèi)的真空工作反應完成后，通入一無水的保護氣體至工作室內(nèi)，以破除工作室內(nèi)的真空度；及一隔離裝置，設于工作室與真空計之間，隔離裝置在無水的保護氣體達一大氣壓的狀態(tài)下，啟動以隔離工作室與真空計之間的連通，以避免工作室與真空計之間產(chǎn)生一壓力差。
文檔編號C23C14/22GK1676665SQ200410032399
公開日2005年10月5日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權日2004年4月2日
發(fā)明者吳錦龍, 何立偉 申請人:矽統(tǒng)半導體股份有限公司