專利名稱：氣流凈化系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及氣體輸送系統(tǒng)和測(cè)量設(shè)備，更具體來說，涉及在氣體輸送系統(tǒng)中組合各構(gòu)件的系統(tǒng)和方法，特別是涉及組合在半導(dǎo)體制造中使用的氣流凈化構(gòu)件。
許多當(dāng)前的制造方法需要通過氣流管路輸送氣體，氣流管路具有許多用于調(diào)節(jié)、過濾及監(jiān)測(cè)通過管路流動(dòng)的氣體的構(gòu)件。例如，目前的半導(dǎo)體制造方法，如化學(xué)氣相淀積，需要以適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)速率和數(shù)量向處理室如裝載鎖定(Load-lock)處理室輸送超純氣體。一般在氣體管路中裝入許多氣體構(gòu)件(對(duì)于半導(dǎo)體制造方法來說，一般將氣路稱為氣棒(gasstick))，包括氣體流量監(jiān)測(cè)器、氣體過濾器、氣體凈化器、氣體擴(kuò)散器和其它可以購置的構(gòu)件。
上述市售的氣路構(gòu)件傳統(tǒng)上是制成一般要連接在線路中的單獨(dú)的獨(dú)立組件。例如，氣體過濾器或氣體凈化器一般安裝在氣體擴(kuò)散器上游。在線路中連接氣體構(gòu)件的一個(gè)問題在于，它們?cè)诎雽?dǎo)體加工區(qū)域中占據(jù)大量空間。向氣路中增設(shè)氣體構(gòu)件，由于構(gòu)件長度和連接件長度會(huì)增加氣路總長度，因而增加制造成本。
所述市售氣路構(gòu)件可能具有的功能是使裝載鎖定處理室通氣。過去一直只使用氣體擴(kuò)散器使裝載鎖定處理室通氣，但是這種獨(dú)立的氣體擴(kuò)散器一般具有很疏松的孔隙結(jié)構(gòu)，不能阻止顆粒進(jìn)入裝載鎖定處理室的真空處理室。當(dāng)使裝載鎖定處理室通氣時(shí)出現(xiàn)的另一個(gè)問題是，氣體必須以5psi的很低流量流過氣路。如果氣體以超過5psi的流量流動(dòng)，顆粒或污染物如水汽、氧氣、一氧化碳及二氧化碳可能沖過氣體過濾器或氣體擴(kuò)散器，進(jìn)入裝載鎖定處理室。上述污染物可能附著并污染儲(chǔ)存在裝載鎖定處理室中的半導(dǎo)體晶片，使產(chǎn)量棒(yield bar)下降。為了避免污染裝載鎖定處理室，通過氣路的氣流必須慢，因而使裝載鎖定處理室通風(fēng)花費(fèi)長的時(shí)間。
在裝載鎖定、轉(zhuǎn)送、冷卻和處理室的抽空或預(yù)抽時(shí)出現(xiàn)的另一個(gè)問題是冷凝。當(dāng)一個(gè)室很快抽空時(shí)，在室及管中可能形成冷凝。為了減少形成冷凝，目前的抽空過程很慢。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的氣流凈化構(gòu)件的組合系統(tǒng)和方法，它能夠消除或減小以前研制的在半導(dǎo)體制造中使用的氣流凈化系統(tǒng)和方法中的缺陷和問題。
更具體來說，本發(fā)明組合氣體過濾器、氣體凈化器和氣體、水汽監(jiān)測(cè)擴(kuò)散器以提供一種以快得多的速率從氣體過濾污染物的組合氣體構(gòu)件系統(tǒng)和方法。組合氣流凈化構(gòu)件的系統(tǒng)和方法包括連接于氣體凈化器底側(cè)的一個(gè)組合式氣體擴(kuò)散-過濾膜片。氣體首先流過氣體凈化器內(nèi)一個(gè)腔室中的活性微基質(zhì)，從而凈化氣體。接著，氣體流過組合式擴(kuò)散-過濾膜片，該膜片允許和緩的層流，并可防止污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
本發(fā)明提供一種擴(kuò)散-過濾膜片，它含有較緊密的孔隙結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步防止污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室，這是另一個(gè)重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，提供加工、冷卻、轉(zhuǎn)送和裝載鎖定處理室的更快的通風(fēng)時(shí)間，同時(shí)減少在裝載鎖定處理室中的氧氣、烴及水汽量。
本發(fā)明提供的一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)組件中組合兩個(gè)或更多的氣流構(gòu)件，從而減少氣流構(gòu)件的占地面積(footprint)及制造成本。
本發(fā)明提供的另一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是裝載鎖定處理室更快地干燥。
本發(fā)明提供的另一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，提供一種組合式擴(kuò)散-過濾膜片，它可防止在氣體管線中的較多污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
本發(fā)明提供的另一個(gè)重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，形成了氣體監(jiān)測(cè)，因而當(dāng)檢測(cè)到水汽時(shí)，工藝工程師可以停止處理而不致?lián)p壞晶片，從而防止批量生產(chǎn)出現(xiàn)可能的缺陷。
現(xiàn)在對(duì)照以下附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，以便進(jìn)一步理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同的件號(hào)表示相同的特征。


圖1表示本發(fā)明的改進(jìn)的氣流凈化系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施例；圖2表示裝有本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)裝載鎖定處理室20。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例表示在附圖中，在各附圖中使用相同的件號(hào)表示相同或相應(yīng)的零件。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法包括一個(gè)連接于氣體凈化器底側(cè)的組合式氣體擴(kuò)散-過濾膜片。氣體首先流過位于氣體凈化器的一個(gè)腔室中的活性微基質(zhì)，從而凈化氣體。接著，氣體流過組合式擴(kuò)散-過濾膜片，從而防止污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
圖1所示的氣體凈化系統(tǒng)100包括一個(gè)氣流凈化器105、一個(gè)組合式氣體擴(kuò)散-過濾膜片110、一個(gè)氣流監(jiān)測(cè)器135、一個(gè)過濾板(grit)125和一個(gè)VCR管接頭120。氣體凈化器105具有一個(gè)腔室115，內(nèi)含活性微基質(zhì)，在含大量污染物的氣體流過氣體凈化器105時(shí)，用于凈化氣體。在美國專利第5,340,552號(hào)中可發(fā)現(xiàn)活性微基質(zhì)的一個(gè)實(shí)例，上述專利在本說明書中用作參考。凈化器的腔室115可以是管狀或盤狀的。過濾板125連接于氣體凈化器105的頂部，組合式氣體擴(kuò)散-過濾膜片110連接于氣體凈化器105的底側(cè)，以便保證無活性微基質(zhì)從氣體凈化器的腔室115逸出。過濾板125可以用不銹鋼、鎳、鉻或其它金屬(陶瓷特氟隆Telflon)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，過濾板125可通過現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工而連接于氣體凈化器頂部。VCR管接頭120連接于過濾板125的頂側(cè)。工業(yè)中使用的接頭套管或各種其它管接頭可用來替代VCR管接頭。一個(gè)Kf-50凸緣真空連接裝置用于在裝載鎖定處理室保持真空，也可以使用其它工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)凸緣。
氣流監(jiān)測(cè)器135通過電纜130連接于組合式氣體凈化器105。氣流監(jiān)測(cè)器135測(cè)量氣流凈化系統(tǒng)100從流過氣棒(gas stick)的特定氣體中除去污染物的速率。氣流凈化系統(tǒng)100的另一個(gè)目的是將開、閉裝載鎖定處理室的門時(shí)進(jìn)入的氧氣和水汽排出裝載鎖定處理室。在一個(gè)實(shí)施例中，氣流監(jiān)測(cè)器可以放置在裝載鎖定處理室外面，但在另一實(shí)施例中，氣流監(jiān)測(cè)器可以放置在裝載鎖定處理室內(nèi)部。氣流監(jiān)測(cè)器135的一個(gè)實(shí)例可在美國專利第5,477,716號(hào)中找到，該專利全文在本說明書中用作參考。
組合式氣體擴(kuò)散-過濾膜片110包括一個(gè)氣體過濾器和一個(gè)氣體擴(kuò)散器，它們可連在一起形成一個(gè)多孔金屬構(gòu)件。這種組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片濾除污染物的性能要比標(biāo)準(zhǔn)氣體過濾器或氣體擴(kuò)散器好得多。大多數(shù)單獨(dú)的氣體擴(kuò)散器或氣體過濾器，其對(duì)數(shù)減少值(LRV)為1，不很有效。本發(fā)明的組合擴(kuò)散-過濾膜片110的LRV可達(dá)3或更高。工業(yè)需要LRV為9的過濾器。LRV越高，氣體過濾器的效率越高。例如，組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片的LRV可達(dá)9。通過氣體擴(kuò)散-過濾膜片110過濾的氣體，其水汽可少于十億分之一份(PPB)。因此，組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片110相對(duì)于以前的技術(shù)方案效率有所增加。氣體過濾器和氣體擴(kuò)散器的組合的另一優(yōu)點(diǎn)在于。不再需要?dú)獍羯蠚怏w過濾器下行線路，因而減少了最終用戶的構(gòu)件成本。另一個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于，兩個(gè)或更多氣流構(gòu)件組合在一起可減少氣棒需要的水平空間。水平空間的減少可使制造成本下降。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片110可提供橫過組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片110的表面的層流，迅速注滿腔室。氣體能夠以每分鐘5至1000升的速率流過組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片110，并仍可正常地除去污染物。這也可使裝載鎖定處理室的處理、冷卻、轉(zhuǎn)送的通風(fēng)時(shí)間更快，同時(shí)減少裝載鎖定處理室中的氧氣、烴和水汽量。雖然某些現(xiàn)有技術(shù)的氣體過濾器可以適當(dāng)?shù)剡^濾氣體，但是，它們會(huì)攪起已存在于腔室中的顆粒，除非氣體以5psi的慢速率流過現(xiàn)有技術(shù)的氣體過濾器，因而使裝載鎖定處理室通氣需要長的時(shí)間。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以取得允許層流的正確混合的孔隙度(這是由于可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腄P)。另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明可加快裝載鎖定處理室的干燥。
連接于氣體凈化器105的頂部的過濾板125可以用不銹鋼、鎳或鉻制造。過濾板125連接于氣體凈化器105的頂部的一個(gè)方式是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工。過濾板125的多孔金屬中的孔隙小得足以防止任何活性微基質(zhì)從氣體凈化器腔室逸出，但是又大得足以通過過濾板125過濾氣體。在另一實(shí)施例中，一個(gè)第二組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片110可連接于氣體凈化器105的頂部以替代過濾板125。
活性微基質(zhì)在氣體進(jìn)入裝載鎖定處理室前從其除去污染物。當(dāng)氣體流過氣棒進(jìn)入裝載鎖定處理室時(shí)活性微基質(zhì)從氣體除去任何水汽和氧氣，從而減少可能設(shè)置在裝載鎖定處理室中的晶片上的缺陷。
圖2表示裝有本發(fā)明的實(shí)施例的裝載鎖定室20。如圖2所示，裝載鎖定室20裝有一個(gè)連接于處理室的擴(kuò)散器50(它可以是前述的擴(kuò)散-過濾膜片110)，在氣體流入裝載鎖定室20時(shí)從氣體除去污染物。在線的水汽監(jiān)測(cè)器135可以監(jiān)測(cè)隨氣體一起進(jìn)入裝載鎖定室20的水汽量。處理室凈化材料(或稱“吸氣劑”材料)棒30設(shè)置在裝載鎖定室20內(nèi)以便從裝載鎖定室20除去水汽和氧氣(這些凈化棒也可包括前述的樹脂凈化材料)。在工作中當(dāng)開、閉裝載鎖定室20時(shí)，水汽和氧氣可能會(huì)進(jìn)入(這對(duì)于處理來說是有害的)。室凈化材料棒使用吸氣材料以除去水汽和氧氣。顯然使用棒只是一個(gè)實(shí)施例，凈化材料能夠以多種結(jié)構(gòu)放置在裝載鎖定室20內(nèi)，也可以在裝載鎖定室中設(shè)置在許多位置上。當(dāng)使用吸氣劑材料時(shí)，在裝載鎖定室20工作期間可以使用外部電力供應(yīng)來加熱吸氣劑材料。在本實(shí)施例中，可以使用公知的凈化和吸氣劑材料。
如圖所示，直列連接于真空泵60的前級(jí)擴(kuò)散器40連接于裝載鎖定室20。前級(jí)擴(kuò)散器40在結(jié)構(gòu)上可類似于室保護(hù)擴(kuò)散器50。在工作中，使用真室泵60迅速將裝載鎖定室20抽空。在上述迅速抽空過程中，可能形成冷凝物，前級(jí)擴(kuò)散器40可以捕獲這些冷凝物，使裝載鎖定室更快干燥，有助于防止處理的污染。
總之，組合氣流凈化構(gòu)件的系統(tǒng)和方法包括一個(gè)連接于氣體凈化器底側(cè)的組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片。氣體首先流過位于氣體凈化器的一個(gè)腔室中的活性微基質(zhì)，從而凈化氣體。然后，氣體流過組合擴(kuò)散-過濾膜片，它可以防止污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
雖然已經(jīng)結(jié)合圖示實(shí)施例詳述了本發(fā)明，但是這種描述顯然只是一種舉例而并不是為了限定。因此，本專業(yè)技術(shù)人員閱讀本說明書后顯然可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)作出各種修改變化和作出另外的實(shí)施例，所有這種修改變化和另外的實(shí)施例都包含在權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種組合氣流凈化構(gòu)件系統(tǒng)，它包括一個(gè)氣體凈化器，它可用于凈化含多種污染物的氣體；一個(gè)氣體過濾器；以及一個(gè)氣體擴(kuò)散器，其中，所述氣體過濾器和所述氣體擴(kuò)散器連接在一起形成一個(gè)組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片，所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片連接于所述氣體凈化器的底側(cè)，所述氣體凈化器用于防止所述多種污染物進(jìn)入一個(gè)裝載鎖定處理室。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)連接于所述過濾板頂側(cè)的VCR管接頭；以及一個(gè)ILM監(jiān)測(cè)器電連接于所述凈化器，所述ILM監(jiān)測(cè)器用于監(jiān)測(cè)所述多種污染物從所述裝載鎖定處理室除去的速度。
3．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣體凈化器包括一個(gè)凈化器腔室，內(nèi)裝用于凈化含所述多種污染物的所述氣體的活性微基質(zhì)；以及一個(gè)連接于所述凈化器腔室的頂側(cè)的過濾板，其用于過濾所述多種污染物。
4．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)套管接頭連接于所述過濾板的頂側(cè)。
5．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于在所述氣體凈化器所述頂側(cè)上的過濾板和在所述氣體凈化器所述底側(cè)的所述擴(kuò)散-過濾膜片將所述活性微基質(zhì)保持在所述凈化器腔室內(nèi)。
6．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片是一個(gè)多孔金屬構(gòu)件。
7．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片的過濾效率可以等于3或更大的對(duì)數(shù)減少值(LRV)。
8．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述過濾板可以在所述氣體凈化器腔室的所述頂部上機(jī)加工。
9．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述過濾板的多個(gè)孔隙小得足以防止所述活性微基質(zhì)從所述凈化器腔室逸出。
10．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述凈化器腔室可以呈管狀或盤狀。
11．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣體能夠以35psi的速率流過所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片。
12．組合多個(gè)氣流凈化構(gòu)件的方法，它包括以下步驟連接一個(gè)氣體擴(kuò)散器和一個(gè)氣體過濾器以形成一個(gè)組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片；以及將所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片連接于一個(gè)氣體凈化器的底側(cè)。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括以下步驟用活性微基質(zhì)填裝所述氣體凈化器內(nèi)的一個(gè)腔室；將一個(gè)過濾板連接于所述氣體過濾器的頂側(cè)，以便將所述活性微基質(zhì)保持在所述過濾板和所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片之間；將一個(gè)VCR管接頭連接于所述過濾板的頂側(cè)；以及將一個(gè)ILM監(jiān)測(cè)器電連接于所述氣體凈化器，所述ILM監(jiān)測(cè)器用于監(jiān)測(cè)從所述裝載鎖定處理室除去所述多種污染物的速率。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片用于防止所述多種污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述活性微基質(zhì)用于凈化所述氣體的所述多種污染物。
16．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括將一個(gè)套管接頭連接于所述過濾板頂側(cè)的步驟。
17．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述過濾板和所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片將所述活性微基質(zhì)保持在所述凈化器腔室內(nèi)。
18．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片是一個(gè)多孔金屬構(gòu)件。
19．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片的過濾效率可以等于3或更大的對(duì)數(shù)減少值(LRV)。
20．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括一個(gè)在所述氣體凈化器腔室頂部機(jī)加工所述過濾板的步驟。
21．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述過濾板的多個(gè)孔隙小得足以防止所述活性微基質(zhì)從所述過濾器腔室逸出。
22．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述凈化器腔室可以呈管狀或盤狀。
23．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述氣體能夠以35psi的速率流過所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片。
24．一種半導(dǎo)體制造處理室的凈化系統(tǒng)，它包括一個(gè)腔室保護(hù)擴(kuò)散器，它連接于所述處理室的進(jìn)口以減少進(jìn)入處理室的污染物量；一個(gè)腔室凈化裝置，它設(shè)置在所述處理室內(nèi)，用于從處理室除去污染物；以及一個(gè)前級(jí)管道擴(kuò)散器，它連接于所述處理室的泵送出口，以便在處理室的抽空過程中吸收冷凝物。
25．如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于所述腔室保護(hù)擴(kuò)散器和前級(jí)管道擴(kuò)散器中的每一個(gè)還包括一個(gè)氣體過濾器；以及一個(gè)氣體擴(kuò)散器，其中所述氣體過濾器和所述氣體擴(kuò)散器連接在一起形成一個(gè)組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片。
26．如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述腔室凈化裝置還包括一種凈化材料或吸氣劑材料。
27．如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)ILM監(jiān)測(cè)器，它電連接于處理室，用于監(jiān)測(cè)從處理室除去污染物的速度。
28．如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣體凈化器包括一個(gè)凈化器腔室，內(nèi)裝活性微基質(zhì)，用于從流入處理室的氣體除去污染物；以及一個(gè)過濾板，它連接于凈化器腔室，用于從氣體過濾污染物。
29．如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片的過濾效率能夠等于3或更大的對(duì)數(shù)減少值(LRV)。
30．如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于氣體能夠以35psi的速率流過所述組合氣體擴(kuò)散-過濾膜片。
全文摘要
組合氣流凈化構(gòu)件的系統(tǒng)和方法包括一個(gè)連接于一個(gè)氣體凈化器底側(cè)的組合氣體擴(kuò)散－過濾膜片。氣體首先流過一個(gè)凈化裝置,該凈化裝置可以在氣體凈化器的一個(gè)腔室內(nèi)包括活性微基質(zhì),從而凈化氣體。然后,氣體流過組合氣體擴(kuò)散－過濾膜片以防止污染物進(jìn)入裝載鎖定處理室。
文檔編號(hào)B01D46/00GK1299700SQ0013294
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月16日
發(fā)明者克里斯特·A·托里德斯 申請(qǐng)人:米里坡公司