技术领域
[0001] 脱气表示移除气体，尤其是（i）来自
蒸发的液体（例如
水）的气体，或（ii）由粘附到表面上的
升华材料引起的
蒸汽，或（iii）在
真空技术中，只要环境压
力下降到其
蒸汽压力以下就从（
块体）材料作为气体释出的物质。在某些真空处理过程中，尤其是在真空溅射涂覆过程中，脱气是重要的过程步骤，因为剩余气体可引起沉积层的粘附劣化或
沉积物中的不希望的副产物。
[0002] 区别常压脱气和
负压脱气。如术语所暗示的，负压脱气发生在周围压力可低于
大气压力的环境中。
[0003] 已知可通过加热衬底
加速脱气，因此提高释气率。但是，对于某些类型的材料（例如，塑料）或之前的过程步骤的结果可被（负面地）影响的情况，诸如
焊料隆起
熔化、衬底
翘曲或增大的不希望的扩散过程，此方法有其局限。可提高
泵容量，以更快地移除不希望的蒸汽和气体。
[0004] 但是，释气过程自身的物理性质仍是主要局限因素。为了避免在具有一系列限定的过程步骤的顺列式（inline）处理系统中单个衬底的脱气成为产量的决定因素，有时分批安排脱气。换言之，多个衬底共同地暴露于辅助脱气的环境。因此，这种分批式脱气器也用作衬底的中间存储装置。
[0005] 因此，需要一种为衬底脱气的设备，简称为“脱气器”，用于分批地使衬底（大量）释气，以
许可更长的释气时间，而不需要牺牲随后过程中的产量。
背景技术
[0006] 一些衬底，如
层压衬底、具有内嵌裸片（embedded dies）（扇出型（fan-out））的
聚合物基体衬底、或带上衬底（substrates on tape），在随后的真空过程（如PVD）之前需要延长的脱气时间。用于分批地使衬底大量释气的脱气器使更长的释气时间成为可能，而不需要牺牲随后加工工序（其可以是单个衬底的加工，如在组合设备（cluster tool）中）的产量。
[0008] US 6,497,734 B1、US 7,431,585 B2和US 20110114623 A1中描述了分批式脱气器。所有这些
变形处理用于每个衬底的多个单个加热器板；见图1和图2。堆叠式加热器板的缺点是成本高和所需空间大。
发明内容
[0009] 因此，本发明的具体目的是提出一种在制造、维护和操作方面有效且不昂贵的分批式脱气系统。
[0010] 为了解决所讨论的目的，本发明提出一种用于一批多于一个衬底的脱气室，其包括：热存储块，其由单个金属部件或由热狭窄地联接的多于一个的金属部件制成。所述块包括多于一个穴（pocket）和在每个这种穴中包括用于衬底的衬底
支撑件。每个穴具有在所述块的表面中的衬底处理开口。每个穴被制成以靠近地间隔开的非
接触的方式包围被应用在其衬底支撑件上的衬底。所述穴的衬底处理开口操作性地连接到相应的
门，所述门可控地打开和阻碍相应的衬底处理开口。还提供所讨论的块的加热器界面（interface）。
[0011] 因此，给出所讨论的目的的方案，其具体涉及脱气。如本领域技术人员完全明白的，此方案可更一般地用于加热和/或冷却一批多于一个
工件。此外，每个穴可具有多于一个处理开口，例如，一个用于加载所述穴，以及一个用于卸载所述穴。
[0012] 由此，解决了更一般的目的，即，提出一种在制造、维护和操作方面有效且不昂贵的分批式
热处理系统。
[0013] 因此，在更一般的方面，根据本发明的方案是用于一批多于一个工件的加热器和/或冷却器室，特别是相等的工件，特别是衬底，特别是用于这样一批（特别是衬底）的脱气器加热器室。这种室包括：热存储块，其由单个金属部件或由热狭窄地联接的多于一个的金属部件制成。所述块包括多于一个穴和在每个这种穴中包括用于工件的工件支撑件。每个穴具有至少一个工件处理开口。所述处理开口位于所述块的相应表面中。
[0014] 每个穴被制成以靠近地间隔开的非接触的方式包围被应用在其工件支撑件上的工件。由此实现从块到工件或从工件到块的良好热交换。
[0015] 所述穴的至少一个工件处理开口中的每个操作性地连接到门，所述门可控地打开和阻碍相应的工件处理开口。术语“阻碍”指的是，相应的门可以以气密方式关闭工件处理开口，或者，在“阻碍”
位置，仍可在穴体积和块周围之间建立气体
泄漏。
[0016] 提供所至讨论的块的加热器和/或冷却器界面，即，高热传导率表面区域，在该处加热器和/或冷却器装置或
流体可与块热密封地接触。
[0017] 在穴中对工件进行热处理，该穴被提供在块中，例如被加工到块中。块是热存储块，即，用作储热器，确保一旦在块中已经达到热平衡，穴中的加热或冷却作用就保持基本恒定。工件处理开口的打开和阻碍对块的热学状态的影响可忽略。
[0018] 在根据本发明的室的
实施例中，室包括被提供在所述块中的区分的外部区域中或外部区域处的加热器和/或冷却器布置。块的热学特性使得可仅在块的区别的外部区域处提供加热器和/或冷却器。与之相反的是，具有例如用于液体冷却和/或加热流体的例如成网状的管、通道，或具有在块内工作的用于电加热的线，这些到目前为止成本更高和更复杂。
[0019] 在根据本发明的室的实施例中，室包括气体供给管线布置，其分派在所述穴中的至少一些中或每个中。
[0020] 通过这种气体供应管线布置，可建立通过穴的冲洗气体流，和/或相应的穴可被加压以提高从穴至工件的热传递，反之亦然。当块中的热处理被建立在周围真空环境中时，后者特别有用。
[0021] 在根据本发明的室的实施例中，每个穴，或所述穴中的至少一些，被相应的门以气密方式阻碍。在一个实施例中，每个穴或所述穴中的至少一些则仍提供有气体出口。
[0022] 例如，这是由阻碍的门的期望的泄漏实现的。例如，在热处理期间，每当气体作为冲洗气体被供给到穴中并且沿工件流过并离开穴时，这种气体出口建立。
[0023] 还可能理解到，同一个门能够选择性地提供阻碍，即以气密或有泄漏地方式，例如通过相应的门-关闭-控制装置。
[0024] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述穴中的至少一些或全部沿所述块在一个方向对齐，即，沿空间坐标x、y、z中的一个。
[0025] 在一个实施例中，所述穴的至少一个开口中的至少一些或全部被认为沿一个方向对齐，即，沿空间坐标x、y、z中的一个，由此特别是沿相同的方向，在该方向相应的穴对齐。
[0026] 由此，显著简化了凭借相应的处理装置向和从相应的穴处理工件。
[0027] 此外，至少一个处理开口中的至少一些甚至全部沿一个方向对齐的事实显著简化了可控的门的实现。
[0028] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述工件是板形的，优选是衬底，并且穴是狭缝形的。
[0029] 在根据本发明的室的一个实施例中，相邻的穴中的至少一些或全部热狭窄地联接在一起。这意味着金属块内的相邻穴互相靠近地放置：由于块中的穴的稳定的热学状态，即使相邻的穴开启，穴的
热力学状态也基本不受影响。
[0030] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述穴中的至少一些或全部穴包括一个单个的工件处理开口。
[0031] 特别是在这类开口沿块在一个方向对齐的情形中，额外地简化了工件处理。
[0032] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述门被安排成可控地每次阻碍和打开所述门中的至少一个。即使仅提供两个穴，也可以同时开启和/或关闭一个或两个穴。
[0033] 此外，当提供多于两个穴时，多于一个门，例如两个，是可控的，以便同时实现阻碍和/或打开状态。
[0034] 根据一个实施例，门被认为在一段时间内可控地使全部门一起被阻碍。由此并且无论何时门被切换到打开和阻碍状态，存在全部的门都处于阻碍位置的室的状态。
[0035] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述至少一个工件处理开口中的至少一些或全部在一个方向沿块对齐。这些对齐的开口的门中的至少一些由具有至少一个门-工件-处理开口的门-板实现。所述门-板可沿所讨论的方向沿所述块并相对于所述块可控地滑动。至少一个门-工件-处理开口由此与所述穴的对齐的工件处理开口中的至少一个对齐和不对齐。
[0036] 如果提供多于一个门-工件-处理开口，则可同时开启和阻碍相应穴的多于一个对齐的工件处理开口，沿所讨论的方向考虑，如果门-工件-处理开口的距离与穴的工件处理开口之间的距离一致（仍沿管理方向）的话。即使不是后者这种情况，提供多于一个门-工件-处理开口仍然缩短了门板的滑动中心使相应的门-工件-处理开口与穴的工件-处理开口对齐的。
[0037] 在具有门-板的一个实施例中，所述门-板操作地连接到板
驱动器。替代性地或额外地，所述块操作地连接到块驱动器。
[0038] 在至此论述的实施例中，块可具有任何期望的合适形状。
[0039] 现在并且在根据本发明的室的一个实施例中，所述块包括两个侧面（例如，互相平行的面）和在侧面之间并联接侧面的
正面。所述加热器和/或冷却器布置位于两个所讨论的侧面处或中，而所述穴的所述至少一个工件处理开口被布置在所述正面中。由此实现块区域的分离，在一方面具有加热器和/或冷却器布置，以及在另一方面具有处理开口。这显著简化了室的总体构造。
[0040] 在根据本发明的室的一个实施例中，所述块位于隔离壳体中，例如，与所述隔离壳体分隔开。隔离壳体阻挡块和室周围之间的热流动。
[0041] 根据本发明的室的一个实施例包括分派在每个穴中的气体供给管线布置，并且所述穴包括一个单个工件处理开口。
[0042] 在另一实施例中，分派在至少一些穴中的气体供给管线与相应的门相对。因此，每当将要沿着工件建立冲洗气体流时，就可通过建立期望的泄漏而将相应的门用作气体出口，从而使得气体完全沿工件流动。
[0043] 如上所讨论的，根据本发明的室的所有实施例中的任何数量的实施例在不互相矛盾的情况下可结合。
[0044] 本发明还涉及一种设备或系统，其包括根据本发明的室并且可能地根据上述实施例中的一个或多于一个的室。在这种设备或系统中，室包括分派在所述穴中的至少一些中或全部中的气体供给管线布置。所述气体供应管线操作地连接到包含N2、Ar、He中的至少一种的气罐布置。
[0045] 本发明还涉及一种制造经热处理的工件的方法，特别是相等工件，由此特别是衬底，特别是经热脱气的工件，并且利用根据本发明的室或设备，并且可能地根据其实施例中的一个或多于一个的室或设备。
[0047] 在通过相应的门已经打开相应穴的相应工件处理开口之后，将工件加载在所述穴中的至少一个中，并在相应的工件支撑件上。
[0048] 然后，利用门阻碍加载有所述工件的所述穴的相应工件处理开口，并且在所述穴中热处理所述工件。
[0049] 在通过所述的或相应的门打开所述穴的所讨论的或另外的工件处理开口之后，通过所述打开的工件处理开口从所述穴移除所述经热处理的工件。
[0050] 在根据本发明的方法的一个变形中，通过所述穴的不同工件处理开口执行所述加载和所述移除。因此，通过穴的一个工件处理开口实现穴中的加载，并且通过同一穴的另外的工件处理开口执行移除。替代性地，通过穴的同一工件处理开口执行加载和移除。
[0051] 在根据本发明的方法的一个变形中，同时向和/或从相应数量的所述穴加载和/或移除多于一个工件。
[0052] 在根据本发明的方法的一个变形中，至少相应数量的穴中的工件加载在真空中执行。
[0053] 在根据本发明的方法的一个变形中，至少在所述热处理步骤期间，建立沿所述工件并离开相应穴的气体流。
[0054] 在根据本发明的方法的另一个变形中，至少所述加载在在第一压力真空下执行，并且在处理工件期间将加载有工件的相应的穴加压至第二压力，该第二压力高于所述第一压力。
[0055] 在根据本发明的方法的一个变形中，多于一个穴被加载有相应的工件。这同时地或具有时间延迟地完成。然而，在相等的时间跨度内执行这些工件的热处理。
[0056] 如上所讨论的根据本发明的方法的所有变形中的任何数量的变形在不互相矛盾的情况下可结合。
附图说明
[0057] 现在将在附图的帮助下进一步例示本发明，关注脱气。附图示出：
[0058] 图1示出US 7 431 585 B2中描述的现有技术的脱气器装备。
[0059] 图2示出US 2011/0114 623 A1中描述的现有技术的分批式脱气器装备。
[0060] 图3以简化的立体示意图示出根据本发明的脱气器室的一个实施例的块的基本设计。
[0061] 图4示意性地和简化地示出通过具有块和壳体的根据本发明的分批式脱气器室的实施例的剖视图。
[0062] 图5图示根据本发明的分批式脱气器室的实施例的穴的前视图和水平剖面，其具有移送臂和来自块
侧壁的指示的热流量。
[0063] 图6示意性地简化地示出根据本发明的分批式脱气器室的实施例的剖面，其中，竖直门-板布置处于“关闭”位置。
[0064] 图7在与图6类似的绘图中示出分批式脱气器室的实施例的剖面，其中，用于最下穴的竖直门-板处于加载（打开）位置（左手侧）和用于最上穴的竖直门-板处于加载（打开）位置（右手侧）。
[0065] 图8在与图6或7类似的绘图中示出分批式脱气器室的实施例的剖面，其中，竖直门布置具有在相邻穴之间的“关闭位置”。
[0066] 图9在与图6至8类似的绘图中示出根据本发明的分批式脱气器室的实施例的一部分，其中，两个门布置独立地由分别的驱动器驱动。
[0067] 图10在与图6至9类似的绘图中示出根据本发明的分批式脱气器室的实施例的剖面，其具有以便块处于两个位置的竖直升降装置。
[0068] 图11图示根据本发明的室的块内的穴设计的实施例的立体图，以便容易制造和容易清洁。
[0069] 图12图示在距离穴的壁4mm处，即距离相邻穴之间的间隔件（这里是“梳形
叶片”）4mm处，用氮气加热Si晶片的加热曲线，计算形成传导和
辐射传热。
具体实施方式
[0070] 图3示出根据本发明的分批式脱气器。一块良好的热传导材料1具有多个狭缝状腔或穴2的特征。位于两个相邻穴之间并且由3标注的块的面向前部分标志着两个穴之间的分隔件。穴可由单块材料加工成或由一起形成所述块1的若干个元件组装成。每个穴的高度由g标注。一个穴2的顶限（ceiling）和相邻穴的邻近底部之间的距离由t标注，从而两个相邻穴之间的距离是g+t。通过被布置在侧壁上的加热器元件加热所述块。通过仅利用块1的侧壁并保留其顶部和底部是空的，可实现所有穴的均匀温度分布。
[0071] 图4示出通过根据本发明的分批式脱气器的竖直剖面。待被加热的衬底5位于穴2内的销6上。每个穴2优选由吹扫气体管线7供应，吹扫气体管线7可装配有
过滤器8以避免颗粒。吹扫气体入口优选是长度为pg的浅气体腔9，其意图在吹扫气体进入穴2本身之前在被加热的脱气器块1中预加热吹扫气体。气体入口优选被布置在穴的上部中，因为目标是在衬底之上实现
层流气流，该处特别需要释气。穴具有最小化其体积的内型（inner profile，“pp”），从而使得仅从块中
切除移送臂所需的空间。
[0072] 分批式脱气器块位于壳体10中。此壳体可包括合适的隔离结构11，以避免块1损失热量。块位于壳体内的固
定位置的这种构思被提议用于具有移送臂的衬底加载系统，该移送臂具有竖直驱动器（z驱动器）。于是，脱气器块的穴的最大数量受到竖直z驱动器的范围的限制。
[0073] 图5示出在衬底5位于销6上的情况下分批式脱气器的前视图（右）和水平剖面（左）。穴2在一侧开口，以便允许加载和卸载衬底。在相对侧，穴的内部轮廓变圆，以匹配圆形衬底（晶片）的外部形状，并因此许可块内良好的热传递。销6的位置允许利用移送臂14（在加载/卸载操作期间示出）安全地操作衬底。穴的内部轮廓仅被加工成宽度足以在移送期间接纳移送臂和衬底。因此，穴的体积最小化并且分隔件3的型（profile）最大化，从而支持可能的最好的热传递。吹扫气体管线7被布置成与开口相对。它的预加热气体腔9可以是单个平直管线12或成网络的分散式管线（12、13）。
[0074] 为了降低每个穴向环境的热量损失，门15与被加热的块相邻布置。图6中的此门15具有平坦的板状设计，其尺寸基本是块1的正面的尺寸的二倍。它呈现有形状与穴开口近似相同的一个开口16，开口16优选被布置在门的中间，如图6所示。门可通过驱动器（未示出）沿箭头17所示的方向竖直地移动。位于门和穴之间的狭缝18尽可能小，以最小化气体流量和避免热量损失。在图6中，门被放置成所有穴都被关闭。
[0075] 图7示出门被放置成在最下穴（左）和最上穴（右）中加载或卸载衬底。板形门允许在加载/卸载操作期间保持所有穴关闭，待
访问的穴除外。可凭借
传感器或标志或在步进
电机的帮助下电地确定所述位置。
[0076] 图8示出了替代性实施例，其中，分隔件3具有这样的增大的厚度（t），其使得可移动门15中的开口被两个穴之间的面向前的分隔件区域
覆盖。这在操作门时具有某些优点，因为存在许多“穴之间的完全关闭”位置（比穴的数量少一个）。但是，缺点是，就脱气器的给定最大高度，相比上述版本，能够处理的堆叠的衬底更少。
[0077] 图9示出另一替代性方案，其具有可沿方向17、17’独立地移动的两个门15、15’，如图9所示。两个开口狭缝的偏移量使得刚好具有“关闭”配置，通过对齐两个开口可快速实现贯穿的开口。此方案将允许更好的
隔热，同时仍允许如图6所描述的紧凑的穴的布置。
[0078] 对于所有这些实施例，加载操作将包括：
[0079] -确定脱气器块内的空穴。这可通过给出相应（被占用/空的）
信号的传感器或通过监控穴的状态的
电子控制器来实现。这种控制器还可向加载/卸载管理系统传送“所有穴已满”信号
[0080] -通过使门15/15’中的开口16/18与块1中相应的开口对齐，允许访问空的穴[0081] -将衬底放置在能够执行z运动（即，在根据图6-9的实施例中的竖直运动）的处理器上，并且使处理器与门对齐
[0082] -通过门15/15’中的开口16/18将衬底引入穴2中
[0083] -将衬底放置在销6上
[0084] -从穴收回处理器
[0085] -根据a.m.关闭选项关闭通向穴2的开口（图6、8、9）。
[0086] 如果具有竖直驱动器的移送臂不可用，则替代性方案可以是通过驱动器17在壳体10内竖直地移动整个块，如图10简略描绘的。在此情形中，一个开口19位于壳体10中的限定的位置，其也可通过块的z移动来关闭或避免。图10在同一简图中示出“关闭”位置和以便加载或卸载块中的最下的穴的位置。吹扫气体管线7必须通过可选的
气体过滤器8之前的柔性管线支持竖直移动。
[0087] 所有这些门的变形的共同之处是，它们不需要用于访问开口的口盖（flap）或可倾斜的盖的布置，并且不需要为每个穴提供单独的门。用于竖直地移置门板15、15’的驱动器可被布置在块1上方或下方，并且因此不会阻挡发生加载和卸载操作的任何空间。
[0088] 分批式脱气器的另一要求是，它需要不时地被有效地清洁。释气材料在某些冷的位置冷凝和积累，并且产生被污染的表面、剥落或灰尘。图11简略描绘的设计具有的优点为穴的制造简化以及穴容易清洁。在Al块中，腔从顶部被加工，包括用于移送臂的切口、用以放置衬底的边缘（替代销）和气体入口。穴板在所有4个
角上具有孔，以按容易的方式堆叠或堆积任何数量的脱
气穴板。加热器被安装在块的侧壁上，如图1所示。必须提及的是，对于具有刚性衬底的普通应用，用于移送臂的切口可最小化，因为大气环境中的移送臂可用真空夹持器支承衬底。在此情形中，为了释放衬底，不需要移开或仅需要略微移开（在图11的情形中向下）衬底来允许处理器/夹持器的收回。
[0089] 本发明的重要特征是块1由热传递良好的材料制成并且被嵌入在壳体10中，这支持维持均匀的温度分布。门15也对此温度均匀性有贡献。只要衬底被加载到穴2中的一个中，就将发生暂时的排热。例子：将直径300mm、厚度0.77mm的
硅晶片从室温加热至150℃需要11kJ
能量。如果此能量能够从厚
铝板接收，该厚铝板作为所建议的间隔件3，其直径为320mm、厚度为5mm，则此间隔件的温度将降低17℃。但是，衬底和间隔件3之间的热交换与块
1内的热传导相比相对慢，从而使得在加热器元件4的帮助下，块不会经受相关的温度不均匀。
[0090] 所提出的分批式脱气器优选在大气压力下运转。但是，基本理念可应用于低压脱气。如果气体压力＞1kPa的话，可以进行有效的传导性的热传递。
[0091] 氮气是优选的吹扫气体，因为它避免衬底上的预处理的装置可能的
氧化。氮气的热传导率相当好（见下表）并且价格低。也可使用氩气或氦气。氦气具有优异的热传导率，但是在此情形中，由于成本原因，需要保持低泄漏率。另一方面，由于相似的
质量，氮气向待移除分子（如水蒸气）的动量传递更好。
[0092] N2 0.026W/mK
[0093] Ar 0.0167W/mK
[0094] He 0.149W/mK。
[0095] 图12示出用氮气的对Si晶片的加热，其是在与间隔件相距4mm处测量的。计算包括穴内的传导的辐射传热。
[0096] 具有n个穴的根据本发明的分批式脱气器的加工工序可看起来如下：
[0097] -将块1加热至温度设定点，通常是150℃
[0098] -将门15放置到最下穴#1
[0099] -将衬底加载到穴1#
[0100] -将门15定位在关闭位置
[0101] -在穴#1中，将氮气流调节到约50至1000sscm，优选100sscm
[0102] -对穴#2至穴#n重复步骤3至5。
[0103] 卸载将如下地发生，这里描述穴#1：
[0104] -关闭穴#1中的氮气流
[0105] -将门向对于穴#1定位
[0106] -将衬底从穴#1卸载到沉积工具的真空加载
锁。这应该在尽可能短的时间内发生，以避免衬底冷却或冷凝
[0107] -将新衬底加载到穴#1中。
[0108] 为了连续处理衬底，相应地重复加载/卸载工序。以上工序基本上描述FIFO（先进先出）行为。但是，这足够多的衬底在块1中已经达到热平衡时可能是不必要的，此时也可实现随机访问。
[0109] 特征总结
[0110] 分批式脱气器装备包括：
[0111] 由具有良好的热导率的材料制成的紧凑块，具有6至50个切出的穴。所述块可由单个件制成，或由多个单独的零件组装而形成一个如上所述的紧凑的块。
[0112] 该块从侧壁被加热并且位于隔离壳体中。
[0113] 该穴具有用于在该穴中的销上安全地处理衬底的最小体积，切出以许可从块的侧壁到穴的内表面的良好热传递。
[0114] 该穴之间的间隔件具有最小高度，并且被设计成用于向加载衬底提供优化的热传递。
[0115] 块和壳体之间的
滑动门仅打开需要加载或卸载衬底之处的穴。
[0116] 为滑动门提供至少一个位置，在所述位置处所有穴都关闭。
[0117] 替代性的设计，其中整个块在壳体中移动并且壳体中的狭槽用作穴的遮蔽结构。
[0118] 如上所述的分批式脱气器的使用方法：
[0119] 在连续模式，使得每个晶片在穴中停留相同时间（先进先出）。
[0120] 利用氮气或另外的气体传热和冲洗脱气材料。
[0121] 优选地，允许用最少的时间将衬底移送到沉积工具的真空加载锁，以避免不必要的冷却。因此，衬底可停留在穴中直到有可用的空的加载互锁装置。
