专利名称：装载室控制件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于在大气及半导体设备处理工具的抽空区
(evacuatedregion)之间移动工作件的装载室(loadlock)。 一种这样的工 具为离子注入机，但是其它使用装载室的工具在半导体设备处理的技术中 是已知的。
背景技术：
离子注入机能够用于通过离子束撞击晶片而处理硅晶片。这种光束处 理的一个使用是利用被控制浓度的杂质选择性地掺杂晶片，以在制造集成 电路期间产生半导体材料。
典型的离子注入机包括离子源、离子提取装置、质量分析装置、光束 传送装置、和晶片处理装置。离子源生成想要的原子或分子掺杂剂种类的 离子。这些离子通过提取系统从源提取，提取系统通常为一组电极，这组 电极通电并引导来自于源的离子的流动。想要的离子在质量分析装置中与 离子源的副产物分离，质量分析装置通常为磁性偶极子，该磁性偶极子对 已提取的离子束进行质量扩散。光束传送装置将离子束传送到晶片处理装 置，同时保持想要的离子束的光学性质，光束传送装置通常为真空系统， 该真空系统包括聚焦装置的光学组(opticaltrain)。最后，将半导体晶片注 入晶片处理装置内。
批处理离子注入机包括用于移动多个硅晶片通过离子束的自旋圆盘 支撑件。当支撑件旋转晶片通过离子束时，离子束撞击晶片表面。
连续注入机同时处理一个晶片。多个晶片支撑在暗盒(cassette)内， 并且有时取出单个晶片，并放置在支撑件上。然后在注入方向上定向晶片， 以使得离子束撞击单个晶片。这些连续注入机使用光束成形电子设备 (beam shaping electronic),以从光束的初始轨道偏转光束，并且这些连续 注入机经常与同位的(coordinated)晶片支撑件运动一起使用，以选择性
4地掺杂或处理整个晶片表面。
批次及连续注入机使用装载室，以将晶片移入和移出抽空注入室。通 过将装载室内部与真空绝缘并打开排气阀以允许在调节压力下的气体进
入装载室室，而开始普通装载室排气程序(vent sequence)。监测室压直到 达到想要的设定点，并且一旦设定点到达大气压或接近大气压，则关闭气 体排气孔，并将装载室开口向大气。
美国专利No.5,913,978涉及一种系统，其中气体被供给到第一室，以 使得室内的压力升高到预定水平。设置连通通道以便内部地连接另一室和 第一室。当第一室内的压力达到预定值时，允许气体通过连通通道由第二 室流入第一室。当打开-关闭门被打开以连接两个室时，能够检查气体流动。 因此，基本上没有气体流动，从而能够防止颗粒移动。
发明内容
本公开涉及用于将工作件从以一个压力区传送到第二压力区的方法 和设备。所公开的装载室具有装载室内部和第一贯穿通道 (throughpassage)，该第一贯穿通道打开和关闭以便将工件移入和移出装载 室。此第一贯穿通道开口至大气。第二贯穿通道打开和关闭以允许工件移 入和移出装载室，并且第二贯穿通道开口至注入机的抽空区，在该注入机 的抽空区内发生离子注入。
在将第一贯穿通道开口至大气之前，控制件通过将气体源连接到装载 室内部而开始给装载室内部加压。监测在装载室内部上升的压力，且当压 力达到大气压的阈值压力时，将压力释放、快速作用阀开口到大气。然后 打开第一贯穿通道，以允许工件插入装载室，或可选地允许移除装载室内 的工件。在机器人的帮助下完成工件移动，当机器人或者存放工件或者取 回工件时，机器人进入装载室内部。此过程最小化了装载室内部的颗粒污 染，而且最小化了贯穿通道附近的装载室外部区域内的污染。
对于与本发明相关的技术领域的技术人员来说，通过参照附图，阅读 下面的说明将了解本公开的进一步特征。图l是离子注入机的示意图，该离子注入机用于对诸如安装在支撑件 上的硅晶片的工件进行离子束处理；
图2是装载室的示意图，该装载室用于将工件传送到离子注入机的抽 空环境和从离子注入机的抽空环境传送工件；
图3是示出了与本发明一起使用的排气过程的流程图；以及
图4是示出了装载室内部压力对时间的时序表。该时序表是用于示例 系统的示例性时序表，并且权利要求应涵盖可以具有可选的时序表的可选 的情形。
具体实施例方式
回到附图，图1示出了离子束注入机10的示意图。注入机包括用于产 生多个离子的离子源12，多个离子形成离子束14，该离子束14被成形，并 被选择性地偏转以使其横越光束路径到端部或注入站20。注入站包括界定 内部区域的真空或注入室22，诸如半导体晶片的工件24定位在内部区域 内，以便通过组成离子束14的离子进行注入。示意性地表示为控制器41的 控制电子设备被提供，以便监测并控制由工件24所接收的离子剂量。经由 位于末站20附近的用户控制操纵台26执行到控制电子设备的操作员输入。 当光束横越源与注入室之间的区域时，离子束14内的离子往往发散。为减 少此发散性，通过一个或多个真空泵27将区域保持在低压下。
离子源12包括等离子室，该等离子室限定源材料(source materials) 所注射的内部区域。源材料可以包括可离子化的气体或被蒸发的源材料。 通过离子束提取组件28由室提取等离子室内所生成的离子，该离子束提取 组件28包括用于产生离子加速电场的许多金属电极。
分析磁铁30沿光束路径16定位，该分析磁铁30使离子束14弯曲，并引 导其通过光束快门(beam shutter) 32。在光束快门32之后，光束14穿过聚 焦光束14的四偶极透镜系统36。然后光束穿过由控制器41控制的偏转磁铁 40。控制器41将交流电信号提供给磁铁40的导电线圈，该磁铁40的导电线 圈又在数百赫兹的频率下反复地偏转离子束14或从一侧到另一侧地扫描 离子束14。在一个公开的实施例中，使用从200到300赫兹的扫描频率。这 种偏转或一侧到另一侧的扫描生成薄的、扇形丝带状离子束14a。在扇形丝带状光束内的离子离开磁铁40之后，它们沿分散路径而行。
离子进入平行放置的磁铁42，其中通过改变数量而再次弯曲组成光束14a 的离子，以使得它们离开平行放置的磁铁42，该平行放置的磁铁42沿大致 上平行于光束路径而移动。然后离子进入能量过滤器44，该能量过滤器44 由于离子的电荷而向下偏转离子(图l中的y-方向)。这样就在发生上游光 束成形期间移去己进入光束的中性颗粒。
离开平行放置的磁铁42的丝带状离子束14a是具有基本上形成非常狭
窄的矩形的横截面的离子束，即，在一个方向上延伸的光束，例如光束具 有被限制的垂直延伸(例如大约l/2英寸)，和具有在正交方向上的延伸，该 在正交方向上的延伸由于由磁铁40引起的扫描或偏转而向外加宽，从而完
全覆盖诸如硅晶片的工件的直径。
通常，当扫瞄离子束14a时，丝带状离子束14a的延伸足以对工件24的 整个表面进行注入。假设工件24的水平尺寸为300毫米(或直径为300毫 米)。磁铁40将偏转光束，以便当一撞击注入室22内的工件24的注入表面时， 丝带状离子束14a的水平延伸将至少为300毫米。
在注入期间，工件支撑件结构50相对于丝带状离子束14同时支撑和移 动工件24(在y方向的上下)，以便将工件24的整个注入表面均匀地注入离 子。因为注入室内部区被抽空，工件必需通过装载室60进入和离开室。位 于注入室22内的机器人62将晶片工件移动到装载室60和从装载室60移动 晶片工件。在图l中的装载室60内的水平位置内示意性地示出工件24。机 器人62借着支臂将工件24从装载室60移动到支撑件50，该支臂进入装载室 60内，以捕捉工件以便在注入室的抽空区域内移动。在注入之前，工件支 撑件结构50将工件24旋转到用于注入的垂直位置或接近垂直的位置。如果 工件24是垂直的，即，相对离子束14正交，注入角度或离子束与工件表面 的法线之间的入射角为O度。
在通常的注入操作中，通过两个机器人80、 82中的一个从许多暗盒 70-73中的一个收回未掺杂的工件(通常为半导体晶片)，这两个机器人80、 82将工件24移动到定位器84，在该定位器84上工件24被旋转到具体的方 位。机械手(robotic arm)收回定向的工件24，并将其移入装载室60。装 载室关闭，并被抽空(pump down)到想要的真空，然后在注入室Z2内打开。机械手62抓住工件24，将其带入注入室22内，并将其放置在工件支撑 件结构50的静电夹钳或夹盘(chuck)上。给静电夹钳通电，以在注入期 间将工件24保持在适当位置。在1995年7月25日发给Blake等人的美国专利 No.5,436，790和1995年8月22日发给Blake等人的美国专利No.5，444，597中公 开了多个合适的静电夹钳，这两个专利被委派给本发明的受让人。>790及 >597专利都通过引用在此全文并入。
在对工件24进行离子束处理之后，工件支撑件结构50使工件24返回到 水平位置，并且不再给静电夹钳通电，从而将工件释放。在这种离子束处 理之后，支臂62抓住工件24，并将其由支撑件50移回到装载室60内。根据 可选的设计，装载室具有被独立抽空并加压的顶部和底部区域，并且在该 可选的实施例中，注入站20处的第二机械手(未示出)抓住已注入的工件24， 并将其由注入室22移回到装载室60。机器人中的一个的机械手将已注入的 工件24从装载室60移回到暗盒70-73中的一个，而且最通常地是移回到其最 初被取出的暗盒。
在图2中示意性地画出装载室60。装载室60连接到第一和第二控制器 110、 112，第一和第二控制器IIO、 112控制各种阀的打开和闭合，并且控 制机器人的运动，该机器人的运动是将工件移入装载室到抽空区域120和 将工件移出装载室区到大气压下的区域122所需的运动，其中，离子注入 在抽空区域120内发生，而在大气压下的区域122内，工件存储在四个暗盒 70-73中。在发给Ferrara的题为"工件处理系统"的已公布的美国专利申请 案2005:0232727中公开了一种与本发明一起使用的适当的装载室，且该专 利申请通过引用在此并入。从大气区域122进入装载室内部，以便通过第 一和第二门件130、 132插入和移除晶片，第一和第二门件130、 132用作为 工件通过阀(passthrough)或通路。第三门件或阀134打开至抽空区域120， 以便将工件移动到离子注入室和从离子注入室移动工件。
装载室排气
假设一系列晶片中的一个已经插入已加工或处理的装载室60内。在一
个说明的实施例中，利用被控制的离子束内的离子通过撞击而进行处理。 然后关闭工件所移动通过的装载室隔离阀134，以将装载室内部与注入室 22内所保持的真空分离。事先已经通过控制器110将装载室初选阀(roughing valve) 140闭合，从而将装载室与初选泵142分离，在将装载室 打开至注入室的真空之前，该初选泵142开始将装载室抽空。通过排气阀 144从氮气源146将在所示的实施例中为氮气的排气气体引入，并且将排气 气体导入装载室室。此阀144保持打开，并且通过所公开的排气程序将气 体继续引入装载室内部。压力计或传感器150监测装载室内部内的气体压 力，并允许控制器110等待两个预先设定的设定点或阀值压力。
在所示的实施例中，第一设定点被设在外界大气压以下大约110托 (torr)。对于在海平面处的标准大气压来说，即为650托(看图4， "A")。由 于流入装载室的气流而从指示此压力的传感器150接收信号，并且信号的 接受导致控制器110开始大气装载室隔离阀打开程序。在所示的实施例中， 控制器110是许多通用计算机控制器中的一个，该通用计算机控制器中的 一个具有与注入机10的许多注入机传感器和部件连接的多个接口。控制器 110担负与离子注入机进度(scheduling)有关的功能。第二控制器112是一 个特殊目的的控制器，更具体地为可编程(PLC)控制器。控制器112是快速 作用控制器，并且提供专用控制，该专用控制显著地减少从一个排气循环 到下一个排气循环的时序变化性(timingvariability)。
虽然能够调整第一设定点，但是将第一设定点设定为足够低，以允许 执行排气操作的软件和硬件部件有充分的时间处理信息并提供指令输出。 启动此第一设定点而移除由控制器110执行的工具位准控制(tool level control)和来自于控制程序的时序的任何总变化性(resultantvariability),
以使得在最小延迟和最小变化性的情况下能够继续排气操作。第一设定点 的接收由第一控制器110通讯给第二控制器112，并使得第二控制器准备
(arms the second controller)根据传感第二阀值而接收第二触发事件。在 示例性实施例中，两个控制器IIO、 112用于执行排气操作，但一个控制器 可以执行所有这些功能。此控制器可以使用具有快速处理器和与第2图中 所示的部件直接连接的接口的实时操作系统。例如，该专用控制器112之 间的直接连接最小化了用于通讯和启动各种功能以及机构的启动所需的 层。然而，示例性注入机10使用具有多个控制器的分布式体系结构。控制 器中的某一些如控制器U2包括实时操作系统，而其它控制器却没有包括 实时操作系统。控制器112必需提供具有在多个循环之间的最小时序变化的快速作用的可重复控制程序。使具有纯电子及气动信号的固定控制器 U2驱动排气机构而实现此目标。控制器110的一个功能是提供或准备控制 器112，以在排气过程中执行另外的步骤。
用于触发排气程序的第二压力设定点被设为大气压力以上l托，或者
对于在海平面处的标准大气压力来说为761托(见图4， "B")。来自于传感 器150的压力触发信号直接连接到第二控制器112。对应于第二阀值的信号 的接收使控制器112打开快速作用阀160(大约用30毫秒打开)。虽然第二设 定点触发信号的接收被局部地并且电连接到PLC 112和快速作用阀160，但 是在第二设定点信号触发的接收与开始打开快速作用阀160之间有大约20 毫秒延迟(见图4，时间间隔"C")。使选择外界大气压以上的设定点和短 延迟的组合结合，从而保证装载室在当地外界大气压以上(不管在打开装载 室时的实际大气压力)。而在示例性实施例中，如果外界大气压力变化超过 IO托，压力计150则自行校准，控制器110能操纵压力计校准，以在周期性 间隔下传感大气压力，从而在每一个循环内频繁地消除由于大气压力改变 而产生的任何有意义的变化。当装载室没有在大气压或在大气压之上时， 将装载室60打开至大气可以产生不想要的颗粒污染，和/或可以允许来自 于区域122内的空气的湿气进入装载室，当下一次抽空装载室时，这可以 导致稍微较长的初选时间。如果装载室内的压力仍然低于大气压，外界空 气将被导入装载室内。通过软件校准指令将压力计150周期地校准到外界 压力。
从压力计150到控制器112的信号是高态动作(active high)、低压信 号。控制器110通过双路序列通讯与压力计150通讯，并在每秒3-5次的速率 下在用户接口上更新由压力计150返回的压力读数，该用户接口是可配置 的。触发是电压输出信号，该电压输出信号指示己经取得触发，但是没有 将压力/真空读数提供给控制器112。
上面的程序将装载室加压到在大气压力以上大约10-30托的压力(图4， "D")。 一旦打开快速作用阀160，快速作用阀160开始将气体从装载室内 部释放到远离通过阀130、 B2的外界大气。因此，装载室压力开始下降， 并在数毫秒时间内稳定在大气压以上大约2-4托的压力下(图4， "E")。
这种小但是期望装载室过压是由于在整个排气程序中将装载室内部连接到氮气源146的事实产生的。当通过空气隔离阀130、 132将己加工的 工件24从装载室移除时，正压是所期望，从而不允许外部颗粒进入装载室 (或允许颗粒通过快速作用阀160回去)。同时，正压的量值足够小，以便当 开始启动空气隔离阀时，不会包括颗粒生成和不传送越过装载室内空气隔 离阀130、 132。
在200毫秒的凭经验导出的固定时间延迟之后打开快速作用阀。选择 此时间延迟以确保装载室内的压力达到2-4托的稳态装载室过压(上面提到 的)。基于系统需求可以改变此时间延迟。伴随着排气程序的剩余部分的 发生，在独立固定时间延迟之后关闭快速作用阀160，并为下一个循环做 准备。
一终止200毫秒独立时间延迟，就通过将室暴露到外界大气的控制器 112打开空气隔离阀130、 132 (图4， "F")。来自于控制器112的控制信号 按规定路线经过螺线管倾斜件(bank)(未示出)，该螺线管倾斜件气压地 启动用于打开和闭合阀130、 132的驱动件。在被控制器110规定进度之后， 打开和闭合阀130、 132、 134的命令来自于控制器112。来自于多个阀的反 馈信息传送到两个控制器IIO、 112。因为装载室在大气压以上，因此从装 载室导入空气流。因为装载室过压的量值小，所以越过空气隔离阀130、 132的气流扰动不会导致移动或传送充分尺寸、数量或距离的颗粒而对通 过系统传送的处理晶片造成威胁。通过具有整合式HEPA过滤空气流的在 商业上可得到的设备前端模块(EFEM)提供在区域122内暴露给装载室的外
界大气。 流程图
图3是根据本发明的在加压装载室60中由控制器110、 112所使用的示 例性程序的流程图210。在步骤220，当通过控制器110指令将装载室内部 连接到离子注入室的隔离阀134时，该隔离阀134被关闭。控制器110检査 各种互锁(interlock),如阈134是否关闭，工件是否在装载室内、以及在 处理之前是否将阀140关上。
假设没有传感到任何错误，控制器110操纵230氮排气阀144打开，从 而使氮气的被调节供应146在每平方英寸30和40磅的控制压力下将氮气传 送到装载室60的内部。对于其它装载室或其它状态来说，此值可以更高或者更低。如果使用更高的压力，则实现更短的排气时间。通过压力计150
和与通讯到两个控制器IIO、 112的与压力相关的信号监测压力240。控制 器110通过与压力计150连续通讯而获得压力读数更新。控制器112监测从 压力计150发送的触发电压。
在处理期间控制器IIO、 112监测两个阀值。控制器110监测传感的压 力，以确定242什么时候达到第一阀值。 一达到第一阀值，控制器110发送 指令252给另一个控制器112，这使得第二控制器为第二阀值开始监测252， 在该第二阀值的时间处开始打开两个内空气隔离阔130、 132。第二控制器 112测试254，以通过监测来自于压力传感器150的信号(这是上面的外界信
号)而确定什么时候达到第二阀值压力。
当满足从第一控制器110的接收信号和传感大气压力阀值以上的信号 时，第二控制器112将打开指令260发送给快速作用阀160，该快速作用阀 160使装载室内部开口至外界大气。在操纵270内空气隔离阀130、 132打开 并允许工件通过机器人80、 82中的一个移动工件之前，第二控制器112开 始262固定时间延迟(在示例性实施例中大约为200毫秒)。由于连续氮气流
入装载室内，因此固定延迟允许装载室稳定在大气压力以上的最小值(大约 2-4托)。另外一种表达，阀144持续提供连续的氮气流，以使得保持从室流 出至外界大气。
例如，在移除已加工的工件之后， 一旦关闭装载室门件，就插入未加 工的工件并幵始初选循环(泵送作业)。在阀130、 132、 134、 144、 160关闭 的情况下，由控制器#1开始初选。
要理解的是虽然已经具体说明了本发明的示例性实施例，但是来自于 该实施例的改变和修改被包括并落入所附权利要求的精神和保护范围内。
1权利要求
1. 一种与半导体处理工具一起使用的设备，所述半导体处理工具具有用于加工工件的抽空区域、和用于将多个工件传送到抽空区域和从所述抽空区域收回工件的装载站，所述设备包括装载室，所述装载室包括通过阀，所述通过阀用于将工件从装载室内部移除和将工件插入装载室内部；到大气的第二阀；以及压力传感器，其中来自于所述压力传感器的输出控制所述第二阀，以在打开所述通过阀之前释放来自于所述装载室的过压。
2. 根据权利要求l所述的设备，另外包括控制件，所述控制件用于监测来自于所述压力传感器的信号。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中所述控制件包括用于控制所述通 过阀的打开和闭合的控制输出。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中所述控制件包括控制程序，在打 开所述通过阀之前，所述控制程序等待接收对应于大气压以上的指定压力 的信号。
5. 根据权利要求2所述的设备，其中所述控制件包括连接到压力传感 器的第一和第二控制器，并且其中一个控制器包括专用控制器，所述专用 控制器仅仅执行与控制装载室阀致动器相关的功能。
6. 根据权利要求5所述的设备，其中所述第二阀包括快速作用压力释放阀，所述快速作用压力释放阀用于使所述装载室内部向大气排气，并且 其中所述专用控制器操纵所述快速作用阀的打开。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中在所述快速作用阀的打开和所述通过阀的打开之间通过所述专用控制器建立延迟。
8. —种在半导体处理工具中将工件从一个压力区传送到第二压力区 的方法，所述方法包括如下步骤提供装载室，所述装载室具有装载室内部和第一贯穿通道，且所述第 一贯穿通道打开和关闭以便将多个工件移入和移出所述装载室，并且所述第一贯穿通道开口至大气，和第二贯穿通道，所述第二贯穿通道打开和关 闭以便将工件移入和移出所述装载室，并且所述第二贯穿通道开口至注入 机的抽空区域；通过将加压气体源连接到所述装载室内部而开始给所述装载室内部加压；当所述气体源将气体引导到所述装载室内部时，监测压力上升，并且 当压力达到大气压以上的高于大气阀值压力的压力时，打开压力释放阀， 以将所述装载室内部打开至大气；以及打开所述第一贯穿通道，以允许工件插入所述装载室，或者允许将所 述装载室内的工件移除。
9. 根据权利要求8所述的方法，另外包括步骤在所述压力释放阀的 打开与所述第一贯穿通道的打开之间建立延迟，以允许工件相对所述装载 室移动。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中当打开排气阀时，气体由加压气 体源流入室，以在打开所述第一贯穿通道之前以在所述装载室内保持在大 气压力以上。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中两个控制器监测所述压力，并且 其中当所述压力达到大气压力以下的较低的阀值压力时，第一控制器使得 第二专用控制器准备或启动第二专用控制器。
全文摘要
本发明公开了一种用于加压装载室的控制件。该控制件通过将气体源连接到装载室内部而开始对装载室内部进行加压。代表性的装载室包括压力传感器和到大气的多个阀，其中至少一个这样的阀为用于将工件从装载室内部移除和将工件插入装载室内部的通过阀。第二快速作用阀也打开至大气。监测装载室内部内的压力上升，并且当压力达到大气压以上的阀值压力时，将快速作用阀开口至大气。第二快速作用阀被构造成在打开通过阀之前从通过阀释放过压。在机器人的辅助下完成工件的移动，当该机器人或者存放工件或者收回工件时，机器人进入装载室内部。此系统和过程最小化了装载室内部的颗粒污染，并且最小化了在通过阀附近的装载室和任何被规定进度的工件的外侧区域内的污染。
文档编号H01L21/00GK101427345SQ200780014619
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月24日
发明者克劳斯·佩特利, 塔瑞克·法薛, 戴尔·史东, 莉德蜜菈·史东, 詹姆斯·卡罗尔, 达夫·威德史潘 申请人:艾克塞利斯科技公司