專利名稱：現場吸氣泵系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及超高真空系統(tǒng)，更具體涉及在超高真空系統(tǒng)中使用的現場吸氣泵。
背景技術：
有許多需要例如10-7至10-12乇(Torr)超高真空能級的工藝。例如，高真空物理裝置、象回旋加速器和直線加速器常常需要10-8-10-12乇量級的真空。還有，在半導體制造工業(yè)，半導體處理設備中常常需要大約10-7-10-9乇的超高真空。
一般以串聯或并聯方式采用幾個泵以便在室內獲得超高真空能級。機械(例如油)泵常用于減小室內壓力至接近30-50毫乇。這些常被稱作“高壓”泵，因為它們僅抽吸相對高壓的氣體。高或超高真空泵系統(tǒng)、例如分子泵、離子泵、低溫泵、渦輪泵等用于降低壓力至大約10-7-10-9乇。這些常被稱作“低壓”泵，因為它們抽取低壓氣體。對于一個特定室的抽空時間范圍從幾分鐘到幾個小時至幾天，這取決于如室的大小、泵的容量、從室到泵的傳導率及所需要的最終壓力這些因素。
在某些超高真空應用中，吸氣泵已與前述的機械泵、分子泵和低溫泵聯合使用。吸氣泵包括對某些非惰性氣體有親合力的吸氣劑材料(金屬合金)。例如，取決于吸氣劑材料的組成和溫度，已經設計出優(yōu)選抽取某些非惰性氣體例如水蒸汽和氫氣的吸氣泵。
例如，意大利米蘭S.p.A的SAES吸氣劑(Getters)公司提供的吸氣泵已經安裝在粒子加速器上多年了。吸氣泵一般包括裝在不銹鋼容器內的吸氣劑材料。吸氣泵可以從環(huán)境溫度至約450℃下工作，這取決于被抽取氣體的種類、吸氣劑組成等。對于先有技術SAES吸氣泵最優(yōu)選的吸氣劑材料是ST707TM吸氣劑材料(它是一種Zr-V-Fe合金)且由意大利米蘭S.p.A的SAES吸氣劑公司生產。另一種這樣的材料是ST 101TM吸氣劑合金，也是從S.p.A的SAES吸氣劑公司買到的，它是一種Zr-Al合金。這些先有技術的某些吸氣泵可被認為是“現場”泵，因為它們被配置在高真空物理裝置中。
吸氣泵也被建議提供給半導體處理設備。例如，幾年前在由布雷塞契爾(Briesacher)等人的題為“用于半導體處理設備的非蒸發(fā)性吸氣泵”(“Non-Evaporable Getter Pumps for SemicondutorProcessing Equipment”)的文章中建議任何使用吸氣劑來純化半導體處理中所用的加工過的氣體的應用也可使用非蒸發(fā)性吸氣泵在現場純化和選擇性抽取雜質。
前述的布雷塞契爾的論文公開了在濺射系統(tǒng)中對于使用吸氣泵存在兩種可能的運行情況。第一種情況是吸氣泵加到系統(tǒng)中與系統(tǒng)的常規(guī)泵(例如機械泵和低溫泵)并聯運行。在此情況下，系統(tǒng)的運行沒有任何更改，吸氣泵只是作為一個輔助泵來降低室內殘余氣體某些組分的氣體分壓。第二種情況是室內充氬氣到3×10-3至6×10-3乇的壓力，停止氬氣流入該室并密封該室。吸氣泵對氬氣起一個所謂“現場”純化劑的作用。然而，如下所述，泵不是真正在“現場”，因為活性材料沒有在處理室的容積內。使用這種吸氣泵的實驗處理室在Ohmi博士指導下在日本東北大學(TohukuUniversity)電子系使用了若干年。
布雷塞契爾論文公開了吸氣泵可與濺射系統(tǒng)共同使用，濺射系統(tǒng)是一類半導體處理設備。在一個一般的濺射系統(tǒng)的實施例中，惰性氣體(通常是氬氣)被抽入室內并產生等離子體。等離子體使氬離子向靶加速運動而使材料移出并沉積在晶片的表面上。吸氣泵很適合與濺射系統(tǒng)一起使用，因為僅僅需要的處理氣體是不被吸氣泵抽取的惰性氣體。因此，吸氣泵可以從濺射室除去雜質氣體而不影響濺射處理所需要的惰性氣體的流動。
布雷塞契爾的論文是在半導體處理設備中對使用非蒸發(fā)性吸氣泵的實用性的最初科學分析。因此很少公開有關于本理論的實際應用。此外，在布雷塞契爾的文章使用術語“現場”描述吸氣泵的使用情況時，從描述中顯而易見吸氣泵是在室的外部并且只有當室是密封的且當無氬氣流入室時，吸氣泵被認為是在“現場”，在吸氣泵內的容積可認為與室的容積是相連接的。然而也不是真正在“現場”，因為吸氣泵的表面是在一個容積內，此容積通過一個限制性的喉部連接到室容積，限制性喉部很大程度地限制了室和泵之間的傳導率。例如，通過泵的一個喉部抽氣可以減少25％或更多的傳導率，且通過一個具有擋熱板(將低溫泵的活性部件與操作室的被加熱部件屏蔽開)的泵的喉部抽氣可以減少60％或更多的傳導率。
用于制造集成電路的濺射系統(tǒng)有一定的操作特點，此特點通過現場吸氣泵以先有技術沒談到過的方式被加強。這樣的一個特點是生產濺射設備必須在一些不同壓力下和在不同氣體組成的情況下運行。這個特點例如在粒子加速器中、如通常保持在高真空狀態(tài)下的前述普林斯頓(Princeton)大學粒子加速器中是不存在的。這個特點也沒有被布雷塞契爾的論文談論過。更具體而言，工業(yè)用的濺射設備的濺射室常常是暴露于三種完全不同的環(huán)境。當由于例如日常保養(yǎng)或維修向周圍環(huán)境大氣打開室時，出現第一種環(huán)境。在這種條件下，室被大氣和污染物所沾污。當室在超高真空條件例如小于10-7乇運行時，如在室的裝卸期間和在操作前抽吸到“基底壓力”期間存在第二種環(huán)境。最后，當在濺射室中氬氣壓力為幾毫乇壓力時，在處理過程中出現第三種環(huán)境。
為了在這些變化的運行環(huán)境中循環(huán)，一個一般的濺射室連接到一個機械(高壓)泵和一個低溫(低壓)泵上。機械泵減小室內壓力至約30-50毫乇而接著低溫泵(或其他高真空泵，例如渦輪泵)用于減小室內壓力至約10-7-10-9乇。
商業(yè)上需要盡可能減小這些變化的運行環(huán)境之間的“過渡”時間。例如，當從大氣壓力進入超高真空狀態(tài)時，對于傳統(tǒng)的機械泵和低溫泵需要600-700分鐘才能達到所需要的真空能級。因此，在每一次日常保養(yǎng)或維修之后，對濺射室可能需要10小時或更多時間才能接受要被處理的晶片。對于濺射設備，在其使用期內這可能導致數千或數百萬美元的“停機時間”損失。
因為總的“抽空”時間更多地取決于低溫泵而不是機械泵，一種解決方法是增加低溫泵的尺寸和泵的傳導率?！皞鲗省笔侵噶黧w(在此實施例中是氣體)從一個容積(例如處理室)流向另一個容積(例如泵室)的容易程度。傳導率由兩個室之間的孔大小和要被抽取的原子、分子和粒子與低溫泵內活性表面之間的路徑直接性所限制，其中孔的大小一般是低溫泵喉部的橫斷面。遺憾地是，增加低溫泵的尺寸和傳導率同樣也使必須流入處理室以支持濺射處理的氬氣量增加。這帶來兩個不希望的副作用。第一，由于氬氣的高價格，工藝費用驚人地增加。第二，大量的氬氣被低溫泵抽取將很快使此泵飽和，從而需要頻繁的再生(被捕集的材料從泵取出)，并因此對系統(tǒng)造成更多的停機時間。結果是，這種增加低溫泵尺寸的解決辦法在經濟上是不可行的。
一般希望有一個大容量的低溫泵以便使再生循環(huán)之間的周期時間盡可能長。然而，大低溫泵通常有大的喉部和大的傳導率。在先有技術中，在低溫泵嘴上面放置一個包括例如一個或多個洞或其它孔的擋板以便將它的傳導率減小到可接受的水平。另一種方式，可以使用具有較小傳導率的較小的低溫泵而不用擋板，或者可以使用其它的限制性機構。然而，由于低溫泵較小，所以再生循環(huán)間的周期時間也短。此外，用這些解決方法中任一個方法的基底壓力都比用不受限制的大低溫泵高。這點是不希望的，因為基底壓力越低，室就越干凈。
解決濺射裝置的室抽氣問題的另一個可能辦法是另外提供一個低溫泵，其中的一個低溫泵有大的傳導率以將室抽吸到基底壓力，而另一個低溫泵有較小的傳導率用于在處理過程中對室抽氣。然而，這一解決辦法也有其不足。其中之一是因為兩個低溫泵需要進行液氦低溫實驗和液氮低溫實驗，所以它們勢必占據相當量的空間。因此，不希望在半導體制造設備周圍通常狹窄的空間內增加另外一個低溫泵。其次，因為低溫泵是相當昂貴的設備，這是一個昂貴的解決辦法。而且，較小的低溫泵不得不在很頻繁的周期內再生。此外，每個低溫泵需要昂貴且龐大的閘閥和控制系統(tǒng)。最后，室很可能必須重新設計以便適應兩個低溫泵。
另一個解決辦法是使用一個有可變尺寸節(jié)流孔的擋板。盡管這在理論上有吸引力，但對大的低溫泵(例如有8″嘴的低溫泵)而言，這樣的擋板不能購買到并很可能是相當昂貴且制作復雜的。此外，還存在與可變節(jié)流孔有關的污染問題。
吸氣泵有令人感興趣的特點，即它們能優(yōu)選地抽取某些氣體。例如，通過改變材料(一般是一種金屬合金)的組成和它的操作溫度，不同的氣體可被選擇性地抽取。例如，前述的ST 707合金在約350℃溫度下優(yōu)選地抽取許多非惰性氣體，而在室溫(約25℃)下優(yōu)選地抽取氫氣。吸氣劑材料的這一特點已被用于純化惰性氣體和氮氣，如于1993年8月24日授予布雷塞契爾等人的美國專利No.5,238,469中公開的，此專利轉讓給了SAES純氣體股份有限公司(Pure Gas，Inc.)并在此引入作為參考。然而，先有技術沒有披露在幾個溫度下操作優(yōu)選抽取幾種氣體樣品的現場吸氣泵的使用情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明的晶片處理系統(tǒng)包括一個處理室、一個低壓泵和一個位于處理室內的現場泵。低壓泵優(yōu)選地是一個利用節(jié)流板與處理室連接的低溫泵。一個閥門機構將惰性氣體源連到處理室，使得惰性氣體連續(xù)流入處理室而用低壓泵從處理室抽氣?，F場泵、優(yōu)選地是吸氣泵在惰性氣體流入處理室的過程中抽取非惰性氣體而基本上不抽取惰性氣體。
吸氣泵優(yōu)選地包括一個或多個吸氣劑微型組件，每個組件有一個加熱器。一個吸氣劑微型組件在第一溫度下工作使其優(yōu)選地抽取某些氣體、例如水蒸汽，而另一個微型組件可在第二溫度下工作使其抽取不同的氣體、例如氫氣。另一種方法是，提供一個單個的微型組件，將其加熱到第一溫度以優(yōu)選地抽取第一氣體，然后加熱到第二溫度優(yōu)選地抽取第二氣體。可以使用擋熱板將吸氣劑材料與室內被加熱或被冷卻的表面隔離，因此能獨立地控制吸氣劑材料的溫度。
晶片處理系統(tǒng)優(yōu)選地包括一個連接到處理室的氣體分析器和一個其輸入連到氣體分析器而其輸出連到加熱器上的控制器。加熱器的自動控制能使得在第一溫度下通過操作吸氣泵抽取第一種氣體，然后在第一種氣體的濃度值已降至所要求的水平之后，在第二溫度下通過操作吸氣泵抽取第二種氣體。這就使得吸氣泵根據處理室內的氣體組成優(yōu)選地抽取氣體。
而且，在本發(fā)明所述的晶片處理系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述吸氣劑材料包括Zr-Al；所述第一溫度范圍是300-400℃；所述第二溫度范圍是25-100℃。此外，優(yōu)選地，所述吸氣劑材料包括鋯；所述第一溫度范圍是200-600℃；所述第二溫度范圍是25-100℃。
按照本發(fā)明的處理室包括一個可密封的外殼和一個配置在外殼內的現場吸氣泵系統(tǒng)，該現場吸氣泵系統(tǒng)能在多個溫度下運行以便在不同溫度下優(yōu)選地抽取不同的非惰性氣體?，F場吸氣泵包括一個受控的加熱器，從而可以依靠吸氣劑材料溫度優(yōu)選地抽取非惰性氣體(不是氫氣)或氫氣。優(yōu)選地是，處理室包括一個氣體分析器和一個其輸入連到氣體分析器而其輸出連到加熱器上的控制器。
本發(fā)明還包括幾種處理晶片的方法。更具體而言，按照本發(fā)明的處理晶片的方法包括以下步驟在處理室內放置晶片并密封該處理室；使惰性氣體流入處理室，而利用一個外部低壓泵和一個配置在處理室內的抽取非惰性氣體的現場泵來同時抽取處理室中的氣體；在處理室內處理晶片而惰性氣體繼續(xù)流動。優(yōu)選地是，在惰性氣體流入處理室的步驟之前，該方法包括用一個外部低壓泵和一個現場泵同時抽取處理室的步驟，以便達到基底壓力。該方法優(yōu)選地還包括監(jiān)測處理室內氣體組成和濃度并在此分析的基礎上控制吸氣劑材料溫度的步驟。另一種方法是，吸氣劑材料的溫度可以以預編程序的方式或用某些其它非反饋操作法加以控制。以這種方式，可以調節(jié)吸氣劑材料的吸附性能以便從惰性氣流中抽取所要的雜質。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是所提供的系統(tǒng)和方法是與半導體制造設備處理室的各種操作條件相協調的。由于提供一個現場吸氣泵，在半導體制造設備中的過渡時間可以大大減少，因此減少了設備的停機時間，從而提高了生產率和利潤率。
尤其是，在不同溫度下操作一個或多個吸氣劑微型組件以優(yōu)選地從濺射系統(tǒng)室中抽取選定的氣體是有利的。通過使用氣體分析器自動地控制吸氣劑微型組件的溫度，抽取氣體時間可大大減少。
此外，已經發(fā)現一個現場吸氣泵與一個低溫泵結合使用是有利的。因為低溫泵抽取惰性氣體例如氬氣是很有效的并且吸氣泵基本不抽取惰性氣體，因此吸氣泵的運行不干擾或影響處理室內惰性氣體的流動。而且，由于現場吸氣泵有助于低溫泵抽空室內氣體，所以可以使用低容量低溫泵或大的帶擋板的低溫泵，而仍然能獲得所需的低過渡周期。
在閱讀下面的詳細敘述和研究了附圖的各種圖的基礎上，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點將會變得顯而易見。


圖1是示出半導體處理設備的系統(tǒng)圖，該圖包括依據本發(fā)明的現場吸氣泵系統(tǒng)；圖2是低溫泵擋板的沿圖1的2-2線截取的斷面圖；圖3是依據本發(fā)明的吸氣劑微型組件的側視圖；圖3a是沿圖3的3a-3a線截取的視圖，其示出本發(fā)明的單個吸氣劑元件；圖4是本發(fā)明的現場吸氣泵系統(tǒng)的另一個實施例的方框圖；圖5是本發(fā)明的現場吸氣泵系統(tǒng)的再一個替換實施例；圖6是依據本發(fā)明第一抽氣過程的處理室內的壓力曲線圖；圖7是依據本發(fā)明第二抽氣過程的處理室內的壓力曲線圖；圖8是示出依據本發(fā)明的工藝的流程圖；及圖9是更詳細示出圖8的162步驟的流程圖。
具體實施例方式
圖1中晶片處理系統(tǒng)10包括一個用來封閉遙控晶片機械手14的第一外殼12，以及一個限定處理室18的第二外殼16。該系統(tǒng)10還包括一個機械泵20、一個低溫泵22、一個氣體輸送系統(tǒng)24、一個產生等離子的等離子發(fā)生器26以及一個用于控制晶片處理系統(tǒng)10的許多操作的基于微處理器的控制器28。本發(fā)明還包括一個現場吸氣劑系統(tǒng)泵30，該泵包括一個吸氣劑微型組件32、一個擋板33、一個可控電源34、一個殘余氣體分析器(RGA)36和一個基于微處理器的控制器38。晶片處理系統(tǒng)10處理一個利用遙控晶片的機械手14放在處理室18中的半導體晶片40。
第一外殼12和遙控晶片的機械手14的制作詳情對于本領域的技術人員而言是熟知的。外殼12形成了可以通過狹長切口活門(Slitvalve)44和46進出的機械手室42。機械手室一般被保持在小于10-7乇的超高真空能級。機械手14的作用是通過一個打開的狹長切口活門46將晶片40自動地放在處理室18內并且在已經完成處理后通過狹長切口活門46從處理室18將處理后的晶片40移出。在剛剛打開狹長切口活門46之前，在處理室18和機械手室42內的壓力優(yōu)選地處于約同一水平，以便在狹長切口活門打開時減小擾動。在晶片40的處理過程中，狹長切口活門46是關閉的。遙控晶片的機械手14和閘閥44和46都是由系統(tǒng)控制器28控制的。
形成處理室18的第二外殼16也是常規(guī)的結構。它和第一外殼12一樣，優(yōu)選地由強度耐用的材料如不銹鋼制成。除狹長切口活門46之外，一對活門48和50分別將機械泵20和低溫泵22連到處理室18上。如果處理室18已通向大氣(例如為了保養(yǎng)或維修)，則活門48被打開并用機械泵將處理室抽吸到約30毫乇。在那時，關閉活門48，同時打開低溫泵活門50繼續(xù)將系統(tǒng)抽空到約10-9乇。優(yōu)選地是，吸氣泵30的運行與低溫泵22的運行一起進行(即同時發(fā)生)。當處理室已經達到足夠低的基底壓力時，可以開始晶片40的處理?；讐毫σ话愕陀?0-7乇。
上面敘述的“抽空”過程當然是一個有點簡化的敘述，正如本領域的技術人員所理解的那樣。更完整的敘述如下。在處理室18被機械泵20部分抽空之后，關掉機械泵20并用活門48隔離，同時打開通向低溫泵22的活門50。然后處理室18一般用熱燈泡(未示出)“烘烤”，以便于從處理室18的壁和內部部件中釋放由低溫泵22抽吸的水蒸汽和其他氣體。另外，吸氣泵30通過將吸氣泵的吸氣劑材料加熱到高溫例如450℃而被“活化”。吸氣泵30的活化是必需的，因為吸氣劑材料在暴露于大氣后變得“鈍化”，活化周期可以和烘烤周期重疊。然而，烘烤周期和活化周期不一定要重合。一旦處理室被烘烤和吸氣劑材料活化，就打開吸氣泵30與低溫泵22一起同時抽氣，從而快速地使處理室18降到基底壓力。然后可以進行半導體的處理，這些是本領域的技術人員理解的。
為在濺射系統(tǒng)中啟動操作，控制器28使閥門52打開而使得惰性氣體(一般是氬氣)從氣源54流入室18中。因為低溫泵22仍在運行，所以氬氣和濺射過程的某些副產物從室18中抽出。閥門52這樣調節(jié)使得室18中的氬氣壓力為幾毫乇、例如1×10-3至6×10-3毫乇。由于現場吸氣泵30不抽吸氬氣(它是惰性氣體)，因此它基本不影響氬氣流入室18。然而，在氬氣流經室18的過程中，吸氣泵抽吸某些非惰性氣體，這些接著將更詳盡的討論。
本說明書所用的“現場吸氣泵”指的是一種吸氣泵，其中的活性元件、即活性吸氣劑材料實際上位于被處理晶片的同一空間容積內。實際上，吸氣泵室已變成處理室且反之亦然。就此而言，與外部吸氣泵經閘閥、導管、泵的喉部、擋熱板等連接到處理室相比較，現場吸氣劑材料和處理室之間的傳導率是很高的。例如，對于利用閘閥等連接到處理室的外部吸氣泵而言，其最大理論抽吸速度最高也不過75％(一般低至35％)，與之相比，利用帶擋熱板33的本發(fā)明的現場吸氣泵可達到75％以上(一般高于85％)的最大理論抽吸速度。應當指出傳導率和抽吸速度直接相關，抽吸速度被認為是給定分子和吸氣泵的吸氣劑表面之間沒有障礙條件下的理論最大抽吸速度的相對百分比。
因此加入本發(fā)明的現場吸氣泵系統(tǒng)可以在抽吸速度上超過先有技術吸氣泵的兩倍或三倍，先有技術的吸氣泵是通過泵的喉部或閥門喉部連到處理室上的。沒有擋熱板33，可以達到更高的最大理論抽吸速度。然而，優(yōu)選地是提供擋熱板，以便將吸氣劑材料與室18內的被加熱表面、例如前述的烘烤燈泡屏蔽開。擋熱板也有助于通過從吸氣劑材料和加熱器反射回來的輻射熱達到吸氣劑材料的再生溫度。
一旦氬氣經室18進入低溫泵22中，等離子體發(fā)生器26被激發(fā)而在室18內產生(“觸發(fā)”)等離子體放電。具有幾種在室內產生等離子體的方式，包括如本領域技術人員熟知的向濺射靶施加射頻(RF)信號。如本領域的技術人員所熟知的，等離子體產生帶正電荷的氬離子，它轟擊帶負電荷的或接地的濺射靶而使得材料流濺射落在晶片40上。被濺射材料的種類取決于濺射靶的組成。一般而言，例如鋁、鈦和鈦-鎢材料用作濺射靶以便在晶片表面上分別沉積鋁、鈦和鈦-鎢。
按照本發(fā)明的現場吸氣泵系統(tǒng)30包括吸氣劑微型組件32、擋板33、電源34、殘余氣體分析器(RGA)36和控制器38。就此而言，僅整個系統(tǒng)的一部分真正位于室18內。然而，系統(tǒng)30的活性部分、即吸氣劑微型組件32位于室18內。擋熱板33優(yōu)選地也位于室內以便將吸氣劑微型組件32的活性表面與室內被加熱的表面屏蔽開。如果吸氣劑微型組件32被設置成或另外被屏蔽成能防止室內被加熱表面的干擾，也可取消此擋熱板。擋熱板33可以是例如由不銹鋼制成的固定擋板或者可以是在操作過程中打開和在某些情況下(例如打開室18)關閉的活動擋板。
吸氣劑系統(tǒng)控制器38優(yōu)選地通過界面信息轉移通路55與濺射系統(tǒng)控制器28連通，以便現場吸氣泵在例如為了保養(yǎng)和維修而打開室18時的相反情況下不運行。或者，控制器28和38結合成一個單一控制器，本領域的技術人員是能夠理解這些的。
優(yōu)選地是，吸氣劑微型組件32包括一個能選擇吸氣劑微型組件32中吸氣劑材料的溫度的加熱器56。熱電偶58用于提供溫度反饋，使得吸氣劑微型組件中吸氣劑材料的溫度被精確控制。電源34由電纜60連到加熱器56上并給加熱器56提供電能。電源是變化的，因為可以開或關、或者可以得到一些不同的電源值、或者可提供一定范圍的電壓值。電壓34可以開或關，或者其電壓可由控制器38經信息轉移通路62發(fā)出的信號進行調節(jié)。
殘余氣體分析器(RGA)36由傳感器64和電纜66連接到處理室18上。就“連接”而言，在此意味著分析器可以接收有關室18中的氣體組成和濃度的信息。例如，分析器可以通過一個能經石英觀察孔(未示出)觀察室18內等離子體的光探測器以光學方式連到室18上。然而，在這個優(yōu)選的實施例中，分析器通過傳感器64和電纜66以物理方式連到室18上。
合適的RGA36可用商標為Transpector的產品，它可從紐約東習亞庫茲的利寶德因菲可恩股份有限公司(Leybold Inficon，Inc.ofEast Syracuse，New York)購得。RGA 36的用途是測定室18中存在什么氣體及其濃度。這個信息經信息轉移通路68提供給控制器38。
在運行中，控制器38從RGA 36經信息轉移通路68接收有關室18中的氣體組成和濃度的信息。該控制器38也經信息轉移通路70接收有關吸氣劑微型組件32中吸氣劑材料的當前溫度的信息。然后控制器38確定吸氣劑微型組件32中的吸氣劑材料的溫度是否應該調節(jié)以便改變吸氣劑微型組件32的抽吸特性。例如，如果RGA36測出在室18中存在高濃度的氫氣并且如果熱電偶58指出吸氣劑微型組件32當前在高溫下運行，則控制器38可經信息轉移通路62向電源34發(fā)出信號使電源34關閉。這也就關閉了加熱器56，使吸氣劑微型組件32冷卻至較低溫度。在較低溫度下，吸氣劑材料例如前述的ST 707和ST 101積極地吸附氫氣，從而很快地降低了室18中的氫氣濃度。在另一個實施例中，如果RGA 36探測出高濃度的水蒸汽并且如果吸氣劑微型組件32的溫度低，則控制器38促使電源34增加加熱器56的熱輸出，以將吸氣劑材料加熱到300-450℃，從而很快且有效地從室18中抽吸水蒸汽。
另外參看圖2，低溫泵22優(yōu)選地通過節(jié)流板72連接到閘閥50上。如先前所說明的，節(jié)流板72減小處理室18和低溫泵22之間的傳導率。例如，如果低溫泵有8英寸的嘴，節(jié)流板72的直徑將稍大于8英寸并設有一個或多個洞74(或其它例如狹長切口的孔)，通過此洞氣體可從處理室18流入低溫泵22。借助于所選的節(jié)流板結構，低溫泵的傳導率一般被減小到約原來的50-70％，幾乎一定可減少25％以上。這就允許使用高容量低溫泵，這種泵不必很頻繁地再生并且仍然有足夠低的傳導率，使得在處理過程中不需要過量的氬氣流入室18中。另一種方法是，可以使用更小的沒有節(jié)流板72的低溫泵，但此時需權衡由于低溫泵中的氬氣飽和而必須使其更頻繁地進行再生。
因此，現場吸氣泵系統(tǒng)30與低溫泵22有特殊的關系。由于低溫泵22的傳導率必須被限制以便在處理過程中不需要過量的氬氣(或其他惰性氣體)，現場吸氣泵可用于在抽空到基底壓力和在半導體晶片處理這兩個過程中提高抽氣速度。由于現場吸氣泵不抽吸惰性氣體、例如氬氣，因此它很適合于與一個有意限制傳導率的低溫泵結合使用。
在圖3中示出了吸氣劑微型組件32的優(yōu)選構型。優(yōu)選地是，吸氣劑微型組件32包括多個以間隔開的構型排列的吸氣劑元件74。另外參看圖3a的橫截面圖，每個吸氣劑元件配備有中心定位孔(洞)76，此孔容納一個細長的加熱器56。優(yōu)選地是，每個吸氣劑元件74大體是帶有一個構成中心定位孔76的軸向孔的圓盤形。每個吸氣劑元件74有一對相對的側面78和80并可以是多種合適吸氣劑材料中的任何一種，其中包括意大利米蘭S.p.A的SAES吸氣劑公司以商標ST707或ST 101出售的吸氣劑材料。這些吸氣劑元件優(yōu)選地是多孔的燒結吸氣劑元件、例如在轉讓給S.p.A的SAES吸氣劑公司的并在此引入作為參考的馬尼尼(Manini)等人的美國專利No.5,320,496中公開的那些元件。多孔吸氣劑材料以商標ST 172由SpA的SAES吸氣劑公司出售。在英國專利No.2,077,487中敘述了多孔吸氣劑材料的制造，此專利轉讓給了S.p.A的SAES吸氣劑公司并在此引入并作為參考。
在圖3的實施例中，鄰近的吸氣劑元件74例如吸氣劑元件74a和74b包括相對的面82a和82b。在圖3的實施例中，表面82a和82b大體上是平面且大體上是平行的。就“大體上平面”而論意味著表面基本上是平面，即使與完美的平面度有某些偏差也是可以接受的。就“大體上平行”而論意味著表面基本上是平行的，即使有某些小的偏差(例如±5°偏差)也是可以接受的。在本發(fā)明的另外的實施例中，吸氣劑元件可有非平面的表面或不平行的平的相對表面。例如相對的表面(例如表面82a和82b)可以確定一對平面(即使它們不完全是平的)，這兩個平面以約5°或更小的夾角相交。在某些場合，這樣可以提高被選擇氣體的吸附。
加熱器56可以是任意合適的加熱元件。對加熱器56的要求是它能把吸氣劑元件74加熱到要求的操作溫度分布。這一分布優(yōu)選地是均勻的，但可以包括一個沿吸氣劑微型組件長度的溫度梯度或不連續(xù)性。
如果例如使用ST 707吸氣劑材料，希望加熱器在操作期間能在25-300℃范圍內將吸氣劑元件74加熱，并能加熱到用于活化的450-500℃較高溫度。然而，如果吸氣劑微型組件32是用于抽吸氫氣，那么加熱器56一般不需要通電，因為ST 707吸氣材料在室溫下就能很好地抽吸氫氣。
然而，即使加熱器56不用于將吸氣劑元件74加熱到它們的工作溫度，但它們可用于活化吸氣劑元件74中的吸氣劑材料。例如，ST 707吸氣劑材料可以通過加熱到400-500℃而被活化，而ST 101可以通過加熱到600-700℃而被活化。然而，可以不需要再生，因為吸氣劑微型組件32可以完全被認為是可以在日常保養(yǎng)期間更換的一次性使用件或消耗件。
雖然加熱器56已被描述為是支承吸氣劑元件74的中心軸，但吸氣劑元件也可由非加熱軸支承或可以以其他方式支承。加熱器56可以與吸氣劑元件74的結構支承物、例如位于吸氣劑元件附近的輻射燈泡分離開。
如前所述，有一些提供加熱器56的技術。例如，可以提供電阻的、感應的或輻射的加熱器。然而，在本優(yōu)選的實施例中，加熱器56是在馬尼尼等人的專利中示出的那種電阻加熱器。加熱器應能在從環(huán)境或室溫到至少吸氣劑材料的工作溫度的范圍內進行加熱。優(yōu)選地是，加熱器能將吸氣劑材料加熱到它們的活化溫度。
在圖4中，按照本發(fā)明的處理室84包括一個可密封的外殼86和兩個配置在由外殼86限定的室92內的吸氣劑微型組件88和90。該系統(tǒng)84還包括RGA 90和微處理器控制系統(tǒng)92。當然，在采用所有的控制器例如控制器92的情況時，控制器的功能可由多個等效的電氣或電子系統(tǒng)完成。例如，控制器可以包括模擬電路、離散數字邏輯電路、微處理器、微型計算機等。系統(tǒng)84還包括一對電源94和96。雖然外殼86方便地由焊接的不銹鋼制成，但它可以是任何常規(guī)的結構。外殼96優(yōu)選地裝備一個狹長切口活門(未示出)或等效件，使得工件可以方便地插入室92內和從中移出。當密封時，外殼86將室92與周圍環(huán)境隔離。
要在室92內提供兩個或多個(即許多)吸氣劑微型組件例如吸氣劑微型組件88和90的原因有多個。例如，兩個現場吸氣劑微型組件88和90可以簡單地以并聯方式工作從而雙倍增加現場吸氣劑系統(tǒng)的容量和抽吸速率?；蛘?，吸氣劑微型組件88和90可以用不同的吸氣劑材料制成和/或在不同的工作溫度下工作。例如，吸氣劑微型組件88可用ST 707吸氣劑材料制成并在300-400℃下工作以便優(yōu)選抽吸除氫氣以外的大多數非惰性氣體，而吸氣劑微型組件90可用ST 101吸氣劑材料制成并讓其在室溫下優(yōu)選抽吸氫氣。所以，由于兩種吸氣劑微型組件結合可以抽吸廣范圍的非惰性氣體。
優(yōu)選地是，系統(tǒng)84以閉合回路方式被控制，即它在反饋控制下工作。熱電偶(或等效件)98和100分別用于監(jiān)測吸氣劑微型組件88和90的溫度，而傳感器102通過RGA電路91用于探測室92中的氣體組成和濃度?？刂破?3利用從RGA電路91以及熱電偶98和100來的輸入產生信號，此信號分別控制電源94和96，該電源94和96分別連接到吸氣劑微型組件88和90相應的加熱器104和106上。
在圖5中，處理系統(tǒng)108包括一個可密封的構成室112的外殼110以及三個吸氣劑微型組件114、116和118。應該指出每個吸氣劑微型組件114-118可被單獨控制并可以具有不同尺寸。例如，吸氣劑微型組件114可以包含ST 101吸氣劑材料并且可以不加熱以便保持在室溫下優(yōu)選地抽吸氫氣，而吸氣劑微型組件116可以包含被加熱到300-450℃的ST 707吸氣劑材料以便抽吸非惰性氣體，而吸氣劑微型組件118還可以包含在另一個溫度下工作的另一種吸氣劑材料以便補充吸氣劑微型組件114和116的抽吸能力。在這種情況下，吸氣劑微型組件114、116和118各自的加熱器120、122和124分別通過溫度控制器128、130和132連到電源126上?？刂破?28-132將加熱器120-124保持在所需要的但可以分別由熱電偶134、136和138檢測的固定溫度。因此，盡管每個單獨吸氣劑微型組件114-118的溫度控制器是一個閉合回路或反饋系統(tǒng)，但就室112中的氣體組成和濃度而論，系統(tǒng)108不是一個閉合回路或反饋系統(tǒng)，因為吸氣劑微型組件114-118總是在相同溫度下工作。然而，作為有許多文件證明的工藝，吸氣劑微型組件及它們的工作參數可以固定以便在最正常的條件下很好地運行。
在圖6中，曲線圖例示一個優(yōu)選的用于操作本發(fā)明現場吸氣泵的方法。在這個曲線圖中，室內壓力P沿垂直座標軸線表示，而時間T沿水平座標軸線表示。第一條線140表示室內水蒸汽對時間的分壓力，而第二條線142表示室內氫氣對時間的分壓力。在此實施例中水蒸汽140和氫氣142結合在處理室內產生合成壓力144。
參照圖6說明一種方法，該方法在活化之后和在抽吸期間使用一個單個吸氣劑微型組件、如圖1中的吸氣劑微型組件32作現場吸氣泵。應該指出，圖6的曲線圖僅是為了說明的目的，而實際的分壓力曲線會有變化。應當假定，在這種情況下，吸氣劑微型組件32包含ST 707型吸氣劑材料，當被加熱到300-450℃溫度范圍、例如到約350℃時，此吸氣劑材料很好地吸附水蒸汽(H2O)。ST 707在低溫例如室溫即25℃或25℃左右還能很好地吸附氫氣。在這種情況下，RGA 36在時間t＝0時探測到高濃度的水蒸汽，于是控制器38使電源34接通加熱器以將吸氣劑微型組件加熱到約350℃。這導致水蒸汽的濃度快速降低直至時間t＝T1時為止，此時水蒸汽基本從室內除去。然而，由于ST 707在高溫下不能很好地吸附氫氣而使氫氣的分壓力保持大體上恒定。一旦RGA 36探測到室18內水蒸汽濃度低而氫氣濃度42高，在時間t＝T1系統(tǒng)38關掉電源34，從而關掉加熱器并使吸氣劑微型組件32冷卻和開始吸附氫氣。所以，如圖6所曲線圖所示，在兩個不同溫度下工作的一個單個吸氣劑微型組件可以快速且有效地從室18中除去非惰性氣體而不干擾惰性氣體流經處理室。
在圖7中，曲線圖說明了有多個吸氣劑微型組件的系統(tǒng)、例如在圖4中說明的系統(tǒng)84的運行情況。此外，應該指出圖7的曲線圖只是為了說明的目的，而實際的分壓曲線會有變化。在這個實施例中，水蒸汽的分壓用線146表示，而氫氣的分壓用線148表示。室92內的總壓力在此實施例中用線150表示。由于RGA 91探測到水蒸汽和氫氣的濃度，微處理器93使電源94打開而使電源96關閉。這導致將吸氣劑微型組件88加熱到約350℃溫度，因此很快從室92中抽吸水蒸汽，而讓吸氣劑微型組件90在約環(huán)境溫度下工作以便可以從室92中快速抽吸氫氣。
應該指出，多微型組件系統(tǒng)由于更大的表面面積和由于實際上多種類的氣體可以被同時抽吸，從而可以達到很高的抽吸速度。然而，多個現場吸氣劑微型組件系統(tǒng)比先前敘述的單個吸氣劑微型組件系統(tǒng)更加昂貴。
在圖8中，依照本發(fā)明處理晶片的工藝152在步驟154開始，并且在步驟156中啟動現場吸氣泵與低溫泵協同將室內抽吸到基底壓力。然后，在步驟158，將晶片插入室內然后密封該室。在步驟160，氬氣開始流入該室，并在步驟162氬氣繼續(xù)流動并產生等離子體，同時保持現場泵系統(tǒng)和低溫泵系統(tǒng)二者運行。然后，在步驟164，熄滅等離子體且關掉氬氣使現場泵系統(tǒng)和低溫泵系統(tǒng)減小室內壓力。在步驟166，處理過的晶片從室中移出，并且在步驟168此工藝結束。
在圖9中說明了相應于圖8中步驟162的優(yōu)選工藝162。工藝162在步驟170開始，并且在步驟172監(jiān)測室內的氣體組成和濃度。然后，在步驟174，在監(jiān)測步驟和某些工藝觀察的基礎上調整現場吸氣泵的工作參數。工藝162在步驟176結束。
應該指出，圖9中所說明的工藝162是閉合回路或反饋工藝的一個實施例。當然，所敘述的開放回路工藝對于某些應用也是適用的并可以是優(yōu)選的。在步驟174中談到的現場吸氣泵的工作參數可以包括活化一個或多個吸氣劑微型組件、改變吸氣劑微型組件的溫度等。工藝觀察是由系統(tǒng)設計者為優(yōu)化此工藝所提供的經驗方法。例如，當水蒸汽的分壓力達到某一值時或在一預定的周期時間之后，系統(tǒng)設計者可以決定具有ST 707吸氣劑材料的吸氣劑微型組件的溫度應從350℃降至環(huán)境溫度。
雖然在幾個優(yōu)選實施例的范圍內對本發(fā)明已經做了敘述，但還有一些變更、重新配置和等同物，它們都在本發(fā)明的范圍之內。還應指出，可以有實現本發(fā)明的工藝和設備的其他可選擇的方法。例如，雖然在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述討論中公開了吸氣劑材料ST707和ST 101，本領域的技術人員應當理解其它的吸氣劑材料和化合物也適用于本發(fā)明。此外，雖然對本發(fā)明主要敘述了低溫泵，但應當理解分子泵、離子泵、渦輪泵等也可以或等效地被采用。
因此期望下述附加的權利要求書被理解為包括所有的屬于本發(fā)明的真實精神和范疇之內的那些變更、重新配置和等同物。
權利要求
1.一種現場吸氣泵微型組件，它包括彼此間隔開的吸氣劑元件，使得相鄰的吸氣劑元件不緊靠在一起，其中每個吸氣劑元件具有一個中心定位孔；和通過所述吸氣劑元件的孔而配置的以便支承和加熱所述吸氣劑元件的加熱器；以及用于熱屏蔽所述吸氣劑材料的擋熱板。
2.一種如權利要求1所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，每個吸氣劑元件大體上是帶有一個形成所述中心定位孔的軸向孔的圓盤形。
3.一種如權利要求1所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，每個吸氣劑元件有一對相對的側面。
4.一種如權利要求3所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，相鄰吸氣劑元件的相對側面具有不平行的相對表面。
5.一種如權利要求4所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，所述相對表面確定一對平面，它們以約小于5°的夾角相交。
6.一種如權利要求4所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，所述吸氣劑元件大體上是平面的；相鄰的吸氣劑元件彼此形成角度。
7.一種如權利要求4所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，所述吸氣劑元件大體上是平行的；相鄰吸氣劑元件間的相對表面彼此形成角度。
8.一種如權利要求1所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，所述加熱器是電阻加熱器。
9.一種如權利要求1所述的現場吸氣泵微型組件，其特征在于，所述加熱器是熱輻射加熱器。
10.一種處理晶片的方法，它包括以下步驟在處理室內放一個晶片然后密封所述處理室；惰性氣體流入所述處理室，而利用一個能有效抽吸氣體至少達到約10-7乇真空的抽吸惰性氣體的外部泵和一個配置在所述室內的抽吸非惰性氣體的現場泵來同時抽吸所述處理室，所述現場泵有活性元件，就處理室而論，活性元件至少具有其理論最大抽吸速度的75％的抽吸速度；以及處理所述室內的所述晶片而所述的惰性氣體繼續(xù)流動。
11.一種如權利要求10所述的處理晶片的方法，在流入惰性氣體的步驟之前，它包括下述步驟利用一個能有效抽吸氣體至少達到約10-7乇真空的抽吸惰性氣體的外部泵和一個抽吸非惰性氣體的所述現場泵同時抽吸所述處理室達到基底壓力。
12.一種如權利要求10所述的處理晶片的方法，在同時抽吸所述室達到基底壓力的步驟之前，它包括下述步驟利用能有效抽吸氣體至少達到約0.05乇真空的第二泵來抽吸所述處理室。
13.一種如權利要求10所述的處理晶片的方法，其特征在于，所述現場泵是一個包含吸氣劑材料的泵，它還包括如下步驟控制所述吸氣劑材料的溫度以便優(yōu)選抽吸所選定的氣體。
14.一種如權利要求13所述的處理晶片的方法，它還包括下述步驟監(jiān)測所述室內的氣體組成，在分析所述組成的基礎上控制所述吸氣劑材料的溫度。
全文摘要
一種晶片處理系統(tǒng)，它包括處理室，連到處理室用于抽吸惰性和非惰性氣體的低壓泵，將惰性氣體源連到處理室的閥門機構，配置在處理室內的現場吸氣泵、此泵在惰性氣體流入處理室的過程中抽吸某些非惰性氣體，處理機構、用于處理設置在處理室內的晶片。優(yōu)選地是，現場吸氣泵可在幾個不同的溫度下運行，使得能在這些溫度下優(yōu)選地抽吸不同種類的氣體。氣體分析器用于自動控制吸氣泵的溫度，以便控制從處理室中抽吸的氣體種類。本發(fā)明的處理晶片的方法包括以下步驟在處理室內放置晶片并密封處理室、惰性氣體流入處理室而利用外部低壓泵和配置在室內抽吸非惰性氣體的現場吸氣泵同時抽吸處理室，并且處理室內的晶片而惰性氣體繼續(xù)流動。該方法優(yōu)選地還包括以下步驟監(jiān)測室內的氣體組成并在組成分析的基礎上控制吸氣劑材料的溫度。
文檔編號F04B37/00GK1609447SQ20041005579
公開日2005年4月27日 申請日期1995年10月30日 優(yōu)先權日1994年10月31日
發(fā)明者D·H·羅列馬, G·P·克魯格 申請人:薩伊斯純汽油有限公司