CN114334729A - 法兰装置及半导体制造*** - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种法兰装置，连接于处理腔体及传递腔体之间。所述装置包含一本体，所述本体具有一第一环形内壁及所述第一环形内壁定义的一晶圆传输通道。所述第一环形内壁由一顶面、一对侧面及一底面所界定，其中所述第一环形内壁的顶面提供有多个扩散孔，用于朝所述晶圆通道供应净化气体。此外，本发明还揭露了一种半导体制造***。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造装备技术，特别是一种配置于处理腔体(PM chamber)和传递腔体(TM chamber)之间的法兰装置(flange device)及半导体制造***。
背景技术
集束型制程设备(clustertool)已广泛用于半导体制造中，主要包含执行环境转移的前端接口(如负载锁定腔体)、以机械手指移动晶圆的传递腔体(TM chamber)以及可执行不同工艺的多个处理腔体(PM chamber)。已知处理腔体经由晶圆传递口接收待处理晶圆和退出已处理的晶圆。在执行工艺期间，尽管晶圆传递口为藉由阀门而关闭，但晶圆传递口所涵盖的空间并非反应区域，故通常此空间的温度相较于反应区域的工艺温度为低。
为了使工艺气体在工艺反应期间不会过度流向低温的晶圆传递口，有必要发展特殊的解决手段对抗此问题，避免工艺气体在温度相对较低的晶圆传递口发生冷凝现象，进而形成污染粒子或沉积不均匀。
发明内容
本发明目的在于提供一种法兰装置及半导体制造***，以避免气体在晶圆传递口发生冷凝和产生污染的问题。
本发明提供的法兰装置，用于连接在处理腔体及传递腔体之间，所述装置包含：一本体，具有一第一环形内壁及所述第一环形内壁定义的一晶圆传输通道，所述第一环形内壁具有一顶面、一对侧面及一底面，所述第一环形内壁的顶面提供有多个扩散孔，用于朝所述晶圆通道供应净化气体。
本发明提供的所述法兰装置的有益效果在于：所述第一环形内壁的顶面提供有多个扩散孔，用于朝所述晶圆通道供应净化气体，避免了气体在晶圆传递口发生冷凝和产生污染微粒。
可选地，所述本体提供有一进气口，用于接收净化气体，一环形扩散通道形成于所述本体中并延伸于所述进气口及所述多个扩散孔之间，用于将净化气体从所述进气口分散至所述多个扩散孔，且所述环形扩散信道环绕着所述晶圆信道。
可选地，所述本体由一气窗和一外框所组成，所述气窗具有所述第一环形内壁及一环形外壁，一环形沟槽形成于所述气窗的环形外壁且沿着所述气窗的环形外壁延伸，而所述外框具有一第二环形内壁，当所述气窗的环形外壁和所述外框的第二环形内壁结合时，所述沟槽和所述外框的第二环形内壁形成所述环形扩散通道。
可选地，所述本体由一气窗和一外框所组成，所述气窗具有一环形外壁、一环形沟槽及一长条狭缝，所述环形沟槽形成于所述气窗的环形外壁且沿着所述气窗的环形外壁延伸，所述长条狭缝形成于所述第一环形内壁的顶面，使所述长条狭缝与所述沟槽相通，所述外框提供有一扩散管，所述扩散管形成有多个扩散孔，当所述扩散管位于所述气窗和所述外框之间时，所述扩散管的多个扩散孔经由所述长条狭缝暴露于所述晶圆通道。
可选地，所述扩散管配置为以可拆卸的方式***所述本体，当所述扩散管***所述本体时，所述扩散管的多个扩散孔对应所述气窗的长条狭缝，所述扩散管、所述外框与所述气窗界定出所述环形扩散通道，净化气体得以经由所述环形扩散通道及所述多个扩散孔进入所述晶圆通道。
可选地，所述扩散管的两端分别形成有一缺口，当所述扩管散管***所述本体时，所述缺口与所述气窗的沟槽流体连通，使净化气体得以经由所述缺口进入所述扩散管。
可选地，所述扩散管的一端连接至一转动手段，使所述扩散管能以其***方向为转轴进行转动，进而改变所述多个扩散孔的方向。
此外，本发明还提供了一种半导体制造***，包含：用于执行制造工艺的处理腔体，具有一第一晶圆传递口；用于在站和站之间转移晶圆的传递腔体，具有一第二晶圆传递口；所述的法兰装置，连接于处理腔体和传递腔体之间，且所述晶圆通道与所述第一晶圆传递口和所述第二晶圆传递口相对应；及气体源，连接并供应净化气体至所述法兰装置。
所述半导体制造***由于采用了所述法兰装置，所述气体源连接并供应净化气体至所述法兰装置，所述法兰装置的所述第一环形内壁的顶面提供有多个扩散孔，净化气体可经由这些扩散孔向下进入晶圆通道并在反应腔体的晶圆传递口形成所述气体屏障，避免气体在传递口发生冷凝和产生污染的问题。
附图说明
图1为平面视图，显示本发明法兰装置连接于处理腔体和传递腔体之间，其中法兰装置和处理腔体以剖面显示。
图2为立体图，显示本发明法兰装置连接于处理腔体和传递腔体之间，其中法兰装置和处理腔体以剖面显示。
图3显示本发明法兰装置与气体源的关联性。
图4为本发明法兰装置的第一实施例。
图5A至图5C为本发明法兰装置的第二实施例，其中图5A和图5B的剖面与图5C的剖面互为正交平面。
图6A至图6B显示扩散管的正视图及剖面图。
图7A至图7B显示扩散管的其他实施例。
具体实施方式
底下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。
本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。
图1及图2显示本发明法兰装置1连接于处理腔体2及传递腔体3，尤其所述处理腔体2及传递腔体3为集束型制程设备的一部分。更具体而言，本发明法兰装置1是连接在处理腔体2的晶圆传递口20和传递腔体3的晶圆传递口30之间。图中所示处理腔体2尽管有多个部件省略未显示，所述未显示部件包括上盖和加热盘，但本领域技术人员仍可理解此为双腔室腔体，且通常用于执行相同的工艺，但本发明不以此为限制。如同本领域技术人员所熟知，用于处理晶圆的处理区域大致上为抽气环21所围绕的区域，而抽气环21下方至晶圆传递口20之间的空间则是非反应区，其也是工艺气体应尽量避免进入的区域，以防止发生工艺气体冷凝。所述抽气环21下方至晶圆传递口20之间的空间为自柱状空间侧向延伸的扁平通道。
如图所见，本发明法兰装置1的底部还连接有气体供应管线4，其更连接至气体源5，尤其是净化气体源。如此，本发明法兰装置1能于处理腔体2的晶圆传递口20供应净化气体并控制气体的压力、流速、温度及流动方向。虽然图中所示气体源5较为像是额外连接的一气体箱(gas box)，但本领域技术者应了解气体源5亦可以是所述集束型设备中具备的气体源，意即原始厂务设备所使用的气体源可进一步拉出所述气体供应管线4至法兰装置1。所述净化气体在本发明的实施例子中为惰性气体。言下之意，本文所述气体源5不限于厂务既有气体源或额外配置的气体源。图1以箭头示意净化气体自气体供应管线4进入法兰装置1并由法兰装置1朝晶圆传递口20供气，净化气体经由抽气环21排出。藉此，晶圆传递口20处的空间被填入净化气体而形成一气体屏障(gas barrier)，可有效阻止工艺气体进入此非反应区域。
图3显示本发明法兰装置1及气体供应管线4，其中气体供应管线4可配置成以相同温度、流速及压力向两个法兰装置1供应净化气体。气体供应管线4可包含加热套、过滤器、质量流量控制器(MFC)、压力阀及手动阀等部件，但本发明不以此为限制，且这些部件亦可由气体源5实现。如同前述，气体源5可以是传递腔体3源本所使用的气体源，意即法兰装置1和传递腔体3可共享相同的气体源。此外，本发明法兰装置1具有相对的两个连接接口，可以适当的方式分别连接至处理腔体2的外侧和传递腔体3的外侧。所述连接接口可以是任何机构的组合用于机械接口的连接。因应实的处理腔体和传递腔体机构设计，本发明法兰装置的连接接口可为不同的机构配置，不限于图中揭露的外观。
图4为本发明法兰装置的第一实施例，其主要是由一气窗10及一外框15所组成的一本体。
气窗10为一狭长型的环体，其具有一第一环形内壁101及相对的一环形外壁102。第一环形内壁101包含一顶面101A、一对侧面101B及一底面101C，藉此界定出一晶圆通道，其宽度和高度相当于如图1所示晶圆传递口20、30。晶圆可通过此通道，从传递腔体进入处理腔体，或从处理腔体退回传递腔体。
气窗10的环形外壁102形成有一环形沟槽103，其沿着环形外壁102延伸并围绕着所述晶圆通道，但未穿透壁。顶面101A于对应环形沟槽103的区域形成有多个扩散孔104，这些扩散孔104沿着气窗10的长度方向均匀排列。
外框15具有一第二环形内壁151，其包含一顶面151A、一对侧面151B及一底面151C，其基本上皆为平坦表面藉此界定出用于容置气窗10的容置空间。具体而言，第二环形内壁151配置成与气窗10的环形外壁102相匹配，意即当气窗10和外框15组装在一起时，环形外壁102与第二环形内壁151几乎贴合且之间仅有微小间隙，其可使用已知手段密封而不暴露。第二环形内壁151可提供有跟环形外壁102相配合的限位机构，确保气窗10位于外框15中的适当位置，或限制气窗10和外框15只能朝特定方向组装和分离。
第二环形内壁151形成有一进气口152，延伸于底面151C和外框15的底部之间以连接如图3所示气体供应管线4。净化气体则经由进气口152进入法兰装置。在其他实施例中，更多个进气口152可形成于第二环形内壁151的底面151C。
当气窗10和外框15组装时，环形外壁102的环形沟槽103和外框15的第二环形内壁151共同界定出一环形扩散通道。组装时，第二环形内壁151的进气口152的位置与环形沟槽103的位置对应，故组装后所形成的环形扩散通道与进气口152连通。净化气体自进气口152进入环形扩散通道后向两侧(晶圆通道的宽度方向)扩散并向上流动至环形扩散通道的顶端，即分布有扩散孔104的区段。最终，净化气体可经由这些扩散孔104向下进入晶圆通道并在反应腔体的晶圆传递口形成所述气体屏障。
图5A至图5C为本发明法兰装置的第二实施例，其中图5A和图5B基于相同的剖面显示内部结构，图5C的剖面与前两者的剖面为正交关系且位于法兰装置的中央。具体而言，图5A和图5B的剖面与法兰装置的所述连接接口平行，图5C的剖面与所述连接接口为正交关系，因此图5A和图5B可看到完整的环形扩散信道路径，而图5C可看到环形扩散通道的截面细节，其中H为晶圆通道的高度，也就是顶面101A和底面101C之间的距离。
本发明法兰装置的第二实施例与第一实施例的主要差异在于，第二实施例的第一环形内壁所提供的扩散孔是可调整的。更具体而言，第二实施例的第一环形内壁所提供的扩散孔是一可动部件所具有的扩散孔，详细说明如下。
图5A至图5C显示气窗10已组装至外框15中。尽管图5A至图5C未显示分离的气窗10，但如同图4所示第一实施例，第二实施例的气窗10也具有相同的环形外壁102及外壁上形成的环形沟槽103，使得气窗10和外框15结合后形成有从进气口152两侧横向延伸并向上延伸的一扩散通道。
惟不同的是，第二实施例的气窗10于其内壁的顶面101A形成有一长条狭缝105。具体而言，第二实施例的气窗10并没有如图4所示的多个扩散孔104，取而代之的是长条狭缝105，使环形外壁和顶面101A之间经由环形沟槽103和长条狭缝105而贯穿。第五C图的截面显示气窗10自外壁102至内壁的顶面101A具有所述环形沟槽103和长条狭缝105，且长条狭缝105靠近顶面101A处还形成扩散漏斗结构。
外框15于靠近气窗10的长条狭缝105处形成有一插孔，供一扩散管6***。第六A图显示所述扩散管6的一实施例，第六B图显示根据其AA线的剖面结构。扩散管6基本上为一管体，具有一末端61及一耦接端62。末端61具有匹配所述插孔末端的结构，耦接端62用于连接至一转动手段，此实施例为马达7。扩散管6的长度经适当选择使***所述***孔的扩散管6的耦接端62可连接至位于外框15外侧的马达7。作为所述转动手动，马达7可迫使扩散管6以***方向(如图5A虚线所示)为轴而相对外框15进行转动。扩散管6的直径经适当选择使***所述***孔的扩散管6的部分容置于环形沟槽103中，如图5C所示，甚至可略为进入长条狭缝105中。此外，以转动顺畅为目的，环形沟槽103两侧可形成倒角以减少扩散孔6转动时的摩擦。
扩散管6在靠近末端61和耦接端62分别形成有缺口63，还在两个缺口63之间形成有多个扩散孔64。这些扩散孔64基本上沿着管体的长度直线方向排列，但本发明不以此为限制。根据第六B图所示，扩散管6内的通道将缺口63及扩散孔64流体连通，使气体可从缺口63进入管内并经由扩散孔64释放至管外。
图7A和图7B分别显示扩散管的其他实施例。与图6A的圆柱形孔(或锥形孔)不同的是，所述扩散孔可被替代为多个槽形扩散孔64’或单一个狭缝形扩散孔64”。
返参图5A至图5C，当扩散管6***至所述插孔时，管壁和气窗10的外壁接触，使所述扩散通道的两个上方末端未直接流体连通所述晶圆通道的空间，且使管体上的两个缺口63分别位于所述扩散通道的两个上方末端上方，藉此使所述扩散通道和扩散管6内通道形成一环形扩散通道。具体而言，气窗10具有一对肩部106，长条狭缝105界定于所述对肩部106之间，且肩部106接触扩散管6的表面形成阻挡，使气体未能直接从扩散管流入晶圆通道，而是被迫从缺口63进入管内。
当扩散管6***于气窗10和外框15之间时，第一环形内壁的顶面101A提供有扩散管6的扩散孔64，其通过环形沟槽103和长条狭缝105暴露于晶圆通道，如图5C。净化气体通过扩散孔64朝晶圆通道中扩散以形成气体屏障。
基于马达7所提供的转动手段，扩散管6以***方向为轴进行转动，如同前述。藉此，扩散孔64的方向得以偏转。如图5C所示，扩散孔64的方向可顺时针或逆时针偏转，让气体屏障选择性地往处理腔体的晶圆传递口靠近或往传递腔口的晶圆传递口靠近。换言之，本发明提出的法兰装置第二实施例具备了扩散孔64方向调整的机制以及气体屏障位移的控制。
在配置有第一实施例或第二实施例所述的法兰装置的集束型制程设备中，处理腔体的晶圆传递口附近空间可形成气体屏障，且藉由加热手段和控制手段使气体屏障维持在特定的温度、压力和流速。如此，于工艺期间，晶圆传递口的温度可和反应区域一致，反应气体受到气体屏障的阻挡而难以流向晶圆传递口，避免反应气体在晶圆传递口发生冷凝和产生污染微粒。
Claims (8)
1.一种法兰装置，用于连接在处理腔体及传递腔体之间，所述装置包含：一本体，具有一第一环形内壁及所述第一环形内壁定义的一晶圆传输通道，所述第一环形内壁具有一顶面、一对侧面及一底面，其特征在于：所述第一环形内壁的顶面提供有多个扩散孔，用于朝所述晶圆通道供应净化气体。
2.根据权利要求1所述法兰装置，其特征在于，所述本体提供有一进气口，用于接收净化气体，一环形扩散通道形成于所述本体中并延伸于所述进气口及所述多个扩散孔之间，用于将净化气体从所述进气口分散至所述多个扩散孔，且所述环形扩散信道环绕着所述晶圆信道。
3.根据权利要求2所述法兰装置，其特征在于，所述本体由一气窗和一外框所组成，所述气窗具有所述第一环形内壁及一环形外壁，一环形沟槽形成于所述气窗的环形外壁且沿着所述气窗的环形外壁延伸，而所述外框具有一第二环形内壁，当所述气窗的环形外壁和所述外框的第二环形内壁结合时，所述沟槽和所述外框的第二环形内壁形成所述环形扩散通道。
4.根据权利要求2所述法兰装置，其特征在于，所述本体由一气窗和一外框所组成，所述气窗具有一环形外壁、一环形沟槽及一长条狭缝，所述环形沟槽形成于所述气窗的环形外壁且沿着所述气窗的环形外壁延伸，所述长条狭缝形成于所述第一环形内壁的顶面，使所述长条狭缝与所述沟槽相通，所述外框提供有一扩散管，所述扩散管形成有多个扩散孔，当所述扩散管位于所述气窗和所述外框之间时，所述扩散管的多个扩散孔经由所述长条狭缝暴露于所述晶圆通道。
5.根据权利要求4所述法兰装置，其特征在于，所述扩散管配置为以可拆卸的方式***所述本体，当所述扩散管***所述本体时，所述扩散管的多个扩散孔对应所述气窗的长条狭缝，所述扩散管、所述外框与所述气窗界定出所述环形扩散通道，净化气体得以经由所述环形扩散通道及所述多个扩散孔进入所述晶圆通道。
6.根据权利要求5所述法兰装置，其特征在于，所述扩散管的两端分别形成有一缺口，当所述扩管散管***所述本体时，所述缺口与所述气窗的沟槽流体连通，使净化气体得以经由所述缺口进入所述扩散管。
7.根据权利要求5所述法兰装置，其特征在于，所述扩散管的一端连接至一转动手段，使所述扩散管能以其***方向为转轴进行转动，进而改变所述多个扩散孔的方向。
8.一种半导体制造***，包含：用于执行制造工艺的处理腔体，具有一第一晶圆传递口；用于在站和站之间转移晶圆的传递腔体，具有一第二晶圆传递口；根据权利要求1至7任意一项所述的法兰装置，连接于处理腔体和传递腔体之间，且所述晶圆通道与所述第一晶圆传递口和所述第二晶圆传递口相对应；及气体源，连接并供应净化气体至所述法兰装置。
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