技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体技术领域，并且尤其地，涉及一种真空腔体装置和使用真空腔体装置处理
硅片的方法。
背景技术
[0002] 半导体硅片的检测过程通常需要在真空环境中进行。为了提高在真空条件下运行的半导体检测设备的产率，一般都需要在设备的
工作腔与处于大气环境的硅片盒之间增加一个装载
锁定腔。工作腔容积一般较大，抽到额定真空所需的时间比较长。装载锁定腔与之相比腔体容积要小得多，这样在抽气成真空状态时，所需的时间就要少得多，从而可以增加设备的产率。此外，在半导体硅片检测领域，要避免硅片在检测环节受到损伤和污染，也就是保证硅片在检测过程中的安全。
发明内容
[0003] 本部分是为了概述本发明的部分方面和简述一些优选的
实施例。为了避免使得本部分的目的不清楚做出了简化和省略。这些简化或省略不是为了限制本发明的范围。
[0004] 根据本发明的一方面，提供一种用于在第一压
力环境和第二压力环境之间传递硅片的真空腔体装置，所述真空腔体装置包括：
[0005] 壳体，限定一真空腔；
[0006] 第一
门阀，设置在壳体上，配置成能够连通第一压力环境和真空腔以便第一压力环境和真空腔处于相同大体相同的压强下，或切断第一压力环境和真空腔之间的联通以便真空腔能够保持预定真空状态；
[0007] 第二门阀，设置在壳体上，配置成能够连通第二压力环境和真空腔以便第二压力环境和真空腔处于相同大体相同的压强下，或切断第二压力环境和真空腔之间的联通以便真空腔能够保持所述预定真空状态；
[0008] 硅片
支撑装置，设置在所述真空腔内部，用于支撑多个硅片；
[0009] 其中硅片支撑装置配置成包括多层硅片支撑结构，每层硅片支撑结构用于支撑一个硅片。
[0010] 根据本发明另一方面，提供一种使用上述的真空腔体装置处理硅片的方法，其中，[0011] 打开第一门阀，使得第一压力环境和真空腔处于相同大体相同的压强下，通过外部装置将硅片装载至一层硅片支撑结构上，硅片
位置调整装置能够自动调整硅片位置使得硅片处于平衡位置；
[0012] 当预定数量硅片被装载至真空腔体装置内后，切断第一门阀，将真空腔抽真空至预定真空状态；
[0013] 打开第二门阀，使得真空腔和第二压力环境处于相同大体相同的压强下，将硅片转移至第二压力环境中。
[0014] 许多目的、特征、有益效果和优点以及前面所描述的在下面的
说明书中本发明的实践中获得并且得出
附图中示出的实施例。
附图说明
[0015] 通过下面的说明书、
权利要求以及附图，本发明的这些或其他特征、方面以及优点将变得更加好理解，其中：
[0016] 图1示出了根据本发明一个实施例的真空腔体装置的正视图和俯视图；
[0017] 图2示出了根据本发明一个实施例的
传感器组；
[0018] 图3示出了根据本发明一个实施例的硅片支撑架；
[0019] 图4示出了根据本发明一个实施例的硅片位置调整装置；和
[0020] 图5示出了根据本发明一个实施例的硅片位置调整装置的两种状态。
具体实施方式
[0021] 下面主要详细地描述本发明的过程、步骤、逻辑组件、处理或直接或间接地反应机械装置的操作的其他表示术语。这些说明和术语通常被本领域技术人员用于最有效地将他们的工作原理传递给本领域其他技术人员。本公开给出了大量的具体细节以便提供对本发明的全面的理解。然而，本领域技术人员在没有这些具体细节的情况下也可以实现本发明。在其他情况下，熟知的方法、工艺或过程、部件以及
电路没有详细地描述，避免对本发明产生不必要的模糊。
[0022] 此处提到的“一个实施例”或“实施例”指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书的多处出现的“在一个实施例中”的表述或措辞不需要都理解为是同一实施例，也不需要理解都是与其他实施例不同或排斥的分离的或替换的实施例。
[0023] 此处，“第一”和“第二”的表述并不是为了排序，并不涉及部件的重要性，而仅是为了区分不同的部件。
[0024] 在此参照图1-5讨论本发明的实施例。然而，本领域技术人员容易认识到，此处给出的有关这些附图的具体描述是为了解释本发明的目的，本发明延伸到这些有限的实施例以外。
[0025] 本发明的一个实施例提供一种真空腔体装置，如图1所示，用于在第一压力环境和第二压力环境之间传递硅片。所述真空腔体装置包括：壳体，限定一真空腔2。在壳体上，设置有第一门阀3a和第二门阀3b。第一门阀3a配置成能够连通第一压力环境和真空腔2以便第一压力环境和真空腔2处于相同大体相同的压强下，或切断第一压力环境和真空腔2之间的联通以便真空腔2能够保持处于预定真空状态。第一压力环境可以例如是大气环境，待处理硅片可以被放置在大气环境。第二门阀配置成能够连通第二压力环境和真空腔2以便第二压力环境和真空腔2处于相同大体相同的压强下，或切断第二压力环境和真空腔2之间的联通以便真空腔2能够保持处于所述预定真空状态。第二压力环境可以例如是用于后续工艺的真空腔，一般情况下，第二压力环境包含大得多的空间。如果直接将大气环境中的硅片转移至用于处理硅片的真空腔内，则需要对该大的真空腔进行放气和抽气处理，导致产量降低。而使用本发明的实施例的真空腔体装置，仅需要对体积小得多的真空腔体装置进行放气和抽气处理，因而效率提高，产量得以提高。真空腔2体装置还可以包括：硅片支撑装置8，设置在所述真空腔2的内部，用于支撑多个硅片；其中硅片支撑装置8配置成包括多层硅片支撑结构802，每层硅片支撑结构802用于支撑一个硅片。由于硅片支撑装置能够支撑多个硅片，因而使用本发明的真空腔体装置可以提高效率。相对于需要连同硅片盒一起把硅片载入真空环境的装置和一些没有载入硅片盒但同时也载入多个硅片的
现有技术的方案来说，本发明通过对硅片位置的监控和矫正一定的位置偏差，提高了对硅片操作的安全性和可靠性。
[0026] 在一个实施例中，壳体可以包括真空腔盖1和真空腔体2，其中，真空腔盖1和真空腔体2密闭连接构成真空腔2。真空腔2两侧分别连接门阀3a和3b，用来控制腔体与大气连通情况和硅片的出入。如果其一个门阀3a用来从第一压力环境中装载硅片，则另一个3b用来将硅片转移至第二压力环境。也就是说，门阀3a可以是第一门阀，门阀3b可以是第二门阀。然而，图1中门阀3b可以是第一门阀，门阀3a可以是第二门阀。
[0027] 示例地，硅片支撑装置8包括至少两个硅片支撑架8a、8b，所述至少两个硅片支撑架配置成每层硅片支撑结构能够确定一个圆，当硅片被保持在所述至少两个硅片支撑架上时该圆的圆心与硅片圆心重合。作为示例，图1示出一种真空腔体装置，其中硅片支撑装置包括3个硅片支撑架8a、8b和8c。然而，硅片支撑装置可以包括其他数量的硅片支撑架。
[0028] 在图3中示出本发明的一个实施例中，硅片支撑架8如图3所示，可以包括固定座801和硅片位置调整装置802。硅片位置调整装置802固定连接至固定座801。在图1中设置3个硅片支撑架8来支撑硅片。然而，可以设置其他数量的硅片支撑架8。如图1所示，本实施例中的3个硅片支撑架8确定一个圆，该圆的圆心位于硅片的理想的中心位置。该圆的半径是硅片中心至硅片位置调整装置802的可旋转座
侧壁802s(图5的(b)所示状态)。
[0029] 在本发明的实施例中，所述至少两个硅片支撑架的每一个的硅片支撑结构8包括硅片位置调整装置802。每个硅片支撑架包括多个硅片位置调整装置，以构成能支撑多层硅片的硅片支撑结构8。硅片位置调整装置802可以包括可旋转座，其中所述硅片支撑结构8配置成当未保持硅片时，可旋转座处于第一状态以适于硅片放置至所述硅片支撑结构的可旋转座，并且通过受到的硅片重力，可旋转座旋转以便调整硅片位置从而所述硅片支撑结构8能够保持硅片处于平衡状态。
[0030] 在本发明的实施例中，如图4所示，可旋转座具有用于支撑硅片的可旋转座底部802b和可旋转座侧部802s，可旋转座侧部802s沿竖直方向延伸。可旋转座整体类似“L”形，也可以是其他形，例如“C”形。如图5的(a)所示，当硅片将要被放置到可旋转座底部802b上时，此时可旋转座底部802b处于第一状态，在如图5的(a)所示的实施例中，可旋转座底部
802b向上，可旋转座侧部802s处于倾斜状态，通过这种配置方式，通过多个可旋转座侧部
802s限
定位于多个可旋转座侧部之间的空间内的大体的圆的直径比硅片的直径大，这有利于硅片被放置到可旋转底座802b，减小硅片与可旋转座侧部802s
接触或碰撞的可能性。图5的(a)并不是为了限定可旋转座的第一状态，可旋转座的第一状态可以是其他形式，可旋转座侧部802s相对于竖直方向可以是其他倾斜
角度，只要便于硅片放置到可旋转座上即可。
当硅片压在可旋转座底部802b上时，可旋转座朝下方旋转，可旋转座侧部同时旋转。如果硅片与一个可旋转座侧部802s接触，则可旋转座侧部802s旋转的时候将会推动硅片，从而将硅片调整至预定位置，使得所述硅片支撑结构8确定的圆的圆心与静置在所述硅片支撑结构8上的硅片圆心重合，如图5的(b)所示。本发明的实施例中的硅片支撑装置8能够通过硅片的重力自动地调整硅片的位置，并且结构简单。
[0031] 图4是详细地示出硅片支撑装置8的具体结构，如图4所示，通过弹性装置802f和
推杆802g对可旋转座施加作用力，使得可旋转座在未保持硅片的时候处于第一状态，即可旋转座底部802b斜向上翘起，可旋转座侧部802s处于倾斜状态，便于硅片放置到可旋转座。弹性装置作用到可旋转座的弹力是可调的，例如通过
紧定螺钉802e调节，使得在硅片放置到可旋转座之后，可旋转座处于预定的第二状态以便能够保持硅片平衡并且使得所述硅片支撑结构确定的圆的圆心与硅片圆心重合。换句话说，在可旋转座处于第二状态下，可旋转座保持静止，因而硅片被静止地保持，并且硅片保持大体
水平状态。在一个实施例中，弹性装置包括紧定螺钉，用于调整弹性装置施加至可旋转座的作用力。弹性装置可以是
弹簧，弹簧的弹性系数通过考虑硅片的重量、可旋转座的旋转等因素确定，以便获得可旋转座的第二状态。
[0032] 在图4中示出本发明的一个实施例，硅片支撑结构包括硅片位置调整装置802。硅片位置调整装置802的在如图4的右侧包括可旋转座底部802b和可旋转座侧部802s，还有可旋转座底部802b上的具有顶部的顶尖802a，换句话说，顶尖802a固定连接在可旋转座底部802b上。硅片位置调整装置802的下部是安装座802d，旋
转轴802c穿过安装座802d，可旋转座通过
旋转轴802c安装在安装座802d上，从而能够绕旋转轴802c自由转动。紧定螺钉802e将弹簧802f挡在安装座内部的孔内，弹簧802f推动推杆802g顶在可旋转座底部802b，从而使可旋转座底部802b可以旋转一定角度。硅片位置调整装置802的具体运作方式是：当硅片没有被放置到硅片位置调整装置802上时，可旋转座处于如图5的(a)中所示的状态，可旋转座侧部802s倾斜，使得多个硅片位置调整装置802的可旋转座侧部802s构成直径稍大于硅片的直径的圆以便硅片能够轻易地放置到多个硅片位置调整装置802的可旋转座上；当硅片被放置到多个硅片位置调整装置802上时，当硅片中心与3个硅片位置调整装置802所确定的中心不一致(参见图5的(a))时，在硅片的重力作用下，将顶尖802a向下压，使得可旋转座底部802b克服弹簧力旋转，同时由于旋转会使可旋转座侧部802s产生一个对硅片边缘的水平推力。这个推力将使硅片发生水平位置偏移，直到达到图5的(b)所示位置。在如图5的(b)所示的平衡位置，或者是硅片静置位置，可旋转座侧部802s的表面处于竖直状态，硅片与可旋转座侧部802s是
正交的。从而完成了对硅片位置的调整。硅片位置调整装置802所能调节的距离，依赖于设计所需。
[0033] 在根据本发明的一个实施例中，真空腔体装置还包括多组传感器组7。每组传感器702与每层硅片支撑结构对应，用于确定硅片支撑结构是否保持硅片和是否正确地保持硅片。所述多组传感器的每组传感器包括多个传感器，用于通过感测从硅片反射的
激光束检测硅片的位置，如图1所示。所述多组传感器通过多个传感器
支架7保持。多个传感器支架7配置成包括多层传感器支撑结构，每层传感器支撑结构确定一个圆，当硅片被保持在所述至少两个硅片支撑架上时该圆的圆心与硅片圆心重合。
[0034] 在根据本发明的一个实施例中，如图1和2所示，所述传感器组7在图2中具体示出，图2中一组传感器组7包括支架701、若干传感器702和若干连接片703，各传感器702均通过连接片703与支架701固定连接。图1中使用至少3组如图2所示的传感器组7来确定硅片的位置。如图1所示，本实施例中3个传感器组7确定一个圆，该圆的圆心位于硅片的理想的中心位置，该圆的半径为传感器检测点与圆心之间的距离。该圆的半径略大于硅片的半径，具体尺寸视硅片位置调整装置802所能调整的距离确定。在一个实施例中，传感器组确定的圆可以与硅片支撑结构8确定的圆的直径接近。
[0035] 在一个实施例中，传感器可以与硅片支撑结构共用一个支架，而不是如上述实施例那样单独提供传感器组的支架701。
[0036] 当硅片位于此圆范围内时传感器无
信号输出，从而确定是否有硅片被保持在硅片调整装置上，同时硅片位置调整装置能够矫正存在的位置误差。在另一实施例中，当硅片位于此圆范围内时传感器有信号输出，以便判断是否有硅片被保持在硅片调整装置上。
[0037] 在一个实施例中，真空腔体装置还包括观察窗，配置成能够从真空腔装置外部观察真空腔装置内部，并且能够从外部朝真空腔装置内部发生激光束。在一个实施例中，还包括
激光器，激光器通过观察窗朝向真空腔内发射激光束以便传感器通过检测是否从硅片上反射激光束确定硅片的存在。
[0038] 具体地，硅片4在放入真空腔2内时，盛放在硅片支撑架8上。传感器，例如
光电传感器组7固定在真空腔体1内部的
底板上，其位置要保证各传感器能够检测到硅片。真空腔盖1上开有观察窗6。激光器5可以固定在观察窗6的上面，使激光能够从观察窗6投射到真空腔内部。可以设置激光器5a和激光5b，它们之间的距离略大于硅片尺寸。当激光照射到硅片上，反射的激光束被传感器感测，从而可以确定硅片的存在。这样当硅片进入腔体或离开腔体时，硅片靠近和离开激光传感器，硅片反射激光至激光传感器，则激光传感器有信号输出，通知控制系统可以关闭或打开门阀，确保硅片转移过程的安全。并且多个传感器感测结果可以结合，通过处理器可以计算硅片的状态，例如水平度等。在一个实施例中，激光器可以设置在真空腔内部。
[0039] 在一个实施例中，真空腔体装置还包括真空
泵，用于
抽取真空腔内气体使得真空腔达到预定真空状态。在本实施例中，真空腔体装置还包括
真空泵接口9，用来连接真空产生装置，例如真空泵，以便真空腔室处于密闭状态时可以形成额定真空度。
[0040] 根据本发明的另一实施例，提供一种使用上述的真空腔体装置处理硅片的方法。方法包括：打开第一门阀，使得第一压力环境和真空腔处于相同大体相同的压强下，通过外部装置将硅片装载至一层硅片支撑结构上，硅片位置调整装置能够自动调整硅片位置使得硅片处于平衡位置；当预定数量硅片被装载至真空腔体装置内后，切断第一门阀，将真空腔抽真空至预定真空状态；以及，打开第二门阀，使得真空腔和第二压力环境处于相同大体相同的压强下，将硅片转移至第二压力环境中。本实施例还包括：待硅片完成后续工艺，将硅片转移至真空腔体装置内的硅片支撑结构上，硅片位置调整装置能够自动调整硅片位置使得硅片处于平衡位置；关闭第二门阀；以及，打开第一门阀，将硅片逐一转移出真空腔体装置。
[0041] 根据本发明的一个实施例，使用上述的真空腔体装置处理硅片的过程可以如下：打开真空腔的门阀3a，保持门阀3b关闭。外部机械手臂将校正好位置的硅片转移到腔内，转移数目视腔体所能容纳的数量定。关闭真空腔门阀3a，启动真空发生装置，将真空腔抽到额定真空度。达到额定真空后，打开真空腔门阀3b。在后续工序中，逐个将硅片取出，在处理后放回至原位置。待所有硅片全部处理完毕后，关闭真空腔门阀3b，然后停止真空发生装置。
打开排气阀并控制流量。待真空腔内气压达到
大气压强时，关闭排气阀，打开真空腔门阀
3a。外部机械手臂将硅片逐个放回至硅片盒。重复以上过程，每次抽一次真空，完成将多片未处理的硅片转移真空环境将处理后的硅片传出真空环境。硅片转移和传出真空腔的过程中有传感器检测其状态，一旦发生异常，立即停止动作。该运作方法需要后续工序在每一个循环中等待硅片转移真空腔和抽真空的时间。
[0042] 根据本发明的另一个实施例，使用上述的真空腔体装置处理硅片的过程可以如下：打开真空腔门阀3a，保持真空腔门阀3b关闭。外部机械手臂将校正好位置的硅片转移到腔内，转移数目视腔体所能容纳的数量定。关闭真空腔门阀3a，启动真空发生装置，将真空腔抽到额定真空度。达到额定真空后，打开真空腔门阀3b。在后续工序中，逐个将硅片取出和处理后放回至原位置。到最后一个硅片时，后续工序取出硅片后，关闭真空腔门阀3b，然后停止真空发生装置。打开排气阀并控制流量。待真空腔内气压达到大气压强时，关闭排气阀，打开真空腔门阀3a。外部机械手臂将腔室内处理过的硅片逐个放回至硅片盒，然后放入与之数量相同的未处理硅片。然后关闭真空腔门阀3a，启动真空发生装置，将真空腔抽到额定真空度。达到额定真空后，打开真空腔门阀3b。此时如果后续工序已经处理完最后的那片硅片，则直接放回到真空腔空位处，如果没有处理完，则等待。后续工序仍然逐个将硅片取出和处理后放回至原位置，待到最后一个硅片时，后续工序取走后即关闭真空腔门阀3b。后续过程与前述类似。
[0043] 已经在一定程度的特性方面充分具体地描述本发明。本领域技术人员应该理解，此处仅是通过示例的方式公开这些实施例，在不脱离本发明权利要求的精神和范围的情况下可以获得布置及其多个部分的组合的大量的
修改。相应地，本发明的范围通过权利要求限定，而不是通过前述的实施例限定。
