半导体工艺制程设备及气体置换方法与流程

1.本发明属于半导体设备技术领域，尤其涉及一种半导体工艺制程设备及气体置换方法。


背景技术：

2.立式炉热处理设备是半导体制造工艺制程中的重要的工艺处理设备，需要将晶圆盒内的晶圆搬运至晶舟内，并将晶舟送入反应管。晶圆传输阶段，晶圆盒与晶圆传输区域是连通的，而大部分晶圆盒内为空气，含有非工艺气体，如氧气，水蒸气等，每次开启晶圆盒时，晶圆盒内的非工艺气体，如氧气，水蒸气等将扩散至进晶圆传输区域。当工艺完成，晶舟离开从反应管，进入晶圆传输区域时。这些非工艺气体将对仍然处于高温状态下的晶圆产生影响。
3.现有技术中，设定一个阈值，如o2浓度，当晶圆传输区域的o2浓度达到某个阈值时，启动吹扫功能，充入大量n2，置换晶圆传输区域内的气体，稀释o2浓度，由于晶圆传输区域容积较大，且有很多死角区域，这个过程往往需要很长时间且很难达到理想效果。当设定值过低，将导致频繁吹扫，影响产能。当设定值过高，o2、水蒸气等非工艺气体浓度越高，对晶圆制程影响越大。
4.因此需要一种防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域的装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种半导体工艺制程设备及气体置换方法，可防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并能置换晶圆盒内的非工艺气体。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种半导体工艺制程设备，包括：
7.晶圆传输区域，其外壁的前端面开设一用于连通晶圆盒的第一窗口，
8.气体交换区域，用于防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并置换出晶圆盒内的非工艺气体，其固定于所述晶圆传输区域的内壁上；所述气体交换区域横跨所述第一窗口，围成所述气体交换区域的外壁上，开设第二窗口，所述第二窗口位于所述第一窗口的后侧；所述气体交换区域的外壁上开设用于气体排气口、用于通入惰性气体的气体进气口；
9.前封板和后封板，所述前封板用于密封所述第一窗口，后封板用于密封第二窗口，均位于所述气体交换区域内；
10.气缸一、气缸二和气缸三，用于移动前封板和后封板，均位于所述气体交换区域内，所述气缸一的缸体固定于前封板，其输出轴固定于后封板；所述气缸三的缸体固定于晶圆传输区域的左壁和右壁之间；所述气缸三的滑台固定于所述气缸二的缸体上，所述气缸二的输出轴固定于所述前封板。
11.优选地，所述晶圆传输区域连接一反应管。
12.优选地，所述气体排气口上设置气体浓度检测单元。
13.优选地，所述气体排气口和气体进气口上分别设置一控制其启闭的电磁阀。
14.一种半导体工艺制程设备的气体置换方法，包括以下步骤：
15.步骤1、当晶圆盒加载时，晶圆盒与气体交换区域通过第一窗口连通，后封板在气缸二的驱动下，从位置三移动到位置四，与气体交换区域的第二窗口接触并将其密封，此时晶圆盒与气体交换区域连通，气体交换区域通过后封板与晶圆传输区域隔绝；在此状态下，晶圆盒和气体交换区域内存在非工艺气体；
16.步骤2、开启气体进气口和气体排气口，通过气体进气口通入惰性气体至气体交换区域，以置换置换非工艺气体；被置换出的非工艺气体气体由气体排气口排出；
17.步骤3、在晶圆盒和气体交换区域内非工艺气体置换完成后，关闭气体进气口和气体排气口。
18.优选地，还包括：
19.步骤4、驱动气缸一，前封板和后封板相对位置发生移动，后封板与气体交换区域的第二窗口脱离接触；
20.步骤5、进行晶圆传输工序：驱动气缸三，气缸三通过滑台带动气缸二左右移动，前封板和后封板均随着气缸二移动，两者共同从位置一移动至位置二，此时晶圆盒、气体交换区域与晶圆传输区域依次连通，将晶圆由晶圆盒内，经气体交换区域传输至晶圆传输区域。
21.优选地，还包括：
22.步骤6、完成晶圆传输工序完成后，驱动气缸三，前封板和后封板位置发生移动，两者共同从位置二移动至位置一；
23.步骤7、驱动气缸二，前封板和后封板位置发生移动，从位置四移动至位置三；此时，前封板与晶圆传输区域的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域与晶圆传输区域连通，气体交换区域和晶圆传输区域均与外界隔绝；
24.步骤8、撤去晶圆盒。
25.优选地，还包括：
26.当晶圆盒未加载时，前封板与晶圆传输区域的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域通过第二窗口与晶圆传输区域连通。
27.与现有技术相比，本发明的优点为：可防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并能置换晶圆盒内的非工艺气体，具体体现如下：
28.(1)当晶圆盒加载时，晶圆盒与气体交换区域通过第一窗口连通，后封板在气缸二的驱动下，从位置三移动到位置四，与气体交换区域的第二窗口接触并将其密封，此时晶圆盒与气体交换区域连通，气体交换区域通过后封板与晶圆传输区域隔绝。此时开启气体进气口和气体排气口，通过气体进气口通入惰性气体至气体交换区域，以置换置换非工艺气体。
29.(2)晶圆盒和气体交换区域内非工艺气体置换完成后，驱动气缸一，前封板和后封板相对位置发生移动，后封板与气体交换区域的第二窗口脱离接触；之后进行晶圆传输工序，此时晶圆盒、气体交换区域与晶圆传输区域依次连通。
30.(3)完成晶圆传输工序完成后，驱动气缸三，前封板和后封板位置发生移动，两者共同从位置二移动至位置一，之后驱动气缸二，前封板和后封板位置发生移动，从位置四移
动至位置三；此时，前封板与晶圆传输区域的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域与晶圆传输区域连通，气体交换区域和晶圆传输区域均与外界隔绝。
附图说明
31.图1为未装载晶圆盒的状态图。
32.图2为装载晶圆盒，吹扫晶圆盒的状态图。
33.图3为装载晶圆盒，晶圆传输状态图。
34.图4为装载晶圆盒，晶圆传输结束的状态图。
35.1-晶圆传输区域，2-气体交换区域，3-气体进气口，4-气体排气口，5-晶圆盒，6-前封板，7-后封板，8-反应管，9-气缸一，10-气缸二，11-气缸三。
具体实施方式
36.下面将结合示意图对本发明的半导体工艺制程设备及气体置换方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
37.如图1～4所示，一种半导体工艺制程设备，包括：晶圆传输区域1、气体交换区域2、前封板6、后封板7、气缸一9、气缸二10和气缸三11。
38.晶圆传输区域1，其外壁的前端面开设一用于连通晶圆盒5的第一窗口。晶圆传输区域1连接一反应管8。反应管8的作用：晶圆表面镀膜区域。
39.气体交换区域2，为晶圆传输区域1内的独立区域，可以通过前封板6与外界隔绝，与晶圆传输区域1连通；或通过后封板7与晶圆传输区域1隔绝，与晶圆盒5连通。气体交换区域2用于防止晶圆盒5内非工艺气体进入晶圆传输区域1，并置换出晶圆盒5内的非工艺气体，其固定于晶圆传输区域1的内壁上。
40.具体的，气体交换区域2作为缓冲区域，隔绝晶圆盒5与晶圆传输区域1的直接接触，晶圆盒5内的非工艺气体将无法进入晶圆传输区域1。气体交换区域2横跨第一窗口，围成气体交换区域2的外壁上，开设第二窗口，第二窗口位于第一窗口的后侧。
41.气体交换区域2的外壁上开设用于气体排气口4、用于通入惰性气体的气体进气口3。气体排气口4上设置气体浓度检测单元，可以检测气体交换区域2内非工艺气体浓度。
42.气体排气口4和气体进气口3上分别设置一控制其启闭的电磁阀。控制单元通过电磁阀的开启和关闭，从而实现对气体排气口4(气体进气口3)的开启和关闭。
43.前封板6和后封板7，前封板6用于密封第一窗口，后封板7用于密封第二窗口，均位于气体交换区域2内。
44.气缸一9、气缸二10和气缸三11，用于移动前封板6和后封板7，均位于气体交换区域2内，气缸一9的缸体固定于前封板6，其输出轴固定于后封板7；气缸三11的缸体固定于晶圆传输区域1的左壁和右壁之间；气缸三11的滑台固定于气缸二10的缸体上，气缸二10的输出轴固定于前封板6。
45.在本实施例中，气缸三11为长条形，型号(产品)为无杆滑台气缸。
46.一种半导体工艺制程设备的气体置换方法，具体为：
47.当晶圆盒5未加载时：如图1所示，前封板6与晶圆传输区域1的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域2通过第二窗口与晶圆传输区域1连通。
48.当晶圆盒5加载时：
49.步骤1、如图2所示，晶圆盒5与气体交换区域2通过第一窗口连通，后封板7在气缸二10的驱动下，从位置三移动到位置四，与气体交换区域2的第二窗口接触并将其密封，此时晶圆盒5与气体交换区域2连通，气体交换区域2通过后封板7与晶圆传输区域1隔绝，在此状态下，晶圆盒5内的非工艺气体不会影响到晶圆传输区域1；在此状态下，晶圆盒5和气体交换区域2内存在非工艺气体。
50.步骤2、开启气体进气口3和气体排气口4，通过气体进气口3通入惰性气体至气体交换区域2，以置换置换非工艺气体；被置换出的非工艺气体气体由气体排气口4排出至厂务尾气处理端。
51.步骤3、如图3所示，在晶圆盒5和气体交换区域2内非工艺气体置换完成后，关闭气体进气口3和气体排气口4。具体的，气体排气口4包含气体浓度检测功能，气体进气口3持续开启，直到气体排气口4的气体浓度达到设定值。关闭气体进气口3和气体排气口4。在此条件下，可以认为晶圆盒5和气体交换区域2已经不存在非工艺气体，从而减少晶圆盒运输过程中，晶圆盒内非工艺气体对晶圆的侵蚀。
52.步骤4、如图3所示，驱动气缸一9，前封板6和后封板7相对位置发生移动，后封板7与气体交换区域2的第二窗口脱离接触。
53.步骤5、如图3所示，进行晶圆传输工序：驱动气缸三11，气缸三11通过滑台带动气缸二10左右移动，前封板6和后封板7均随着气缸二10移动，两者共同从位置一移动至位置二，此时晶圆盒5、气体交换区域2与晶圆传输区域1依次连通，之后可将晶圆由晶圆盒5内，经气体交换区域2传输至晶圆传输区域1。
54.步骤6、如图4所示，完成晶圆传输工序完成后，驱动气缸三11，前封板6和后封板7位置发生移动，两者共同从位置二移动至位置一。
55.步骤7、驱动气缸二10，前封板6和后封板7位置发生移动，从位置四移动至位置三。此时，前封板6与晶圆传输区域1的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域2与晶圆传输区域1连通，气体交换区域2和晶圆传输区域1均与外界隔绝。
56.步骤8、撤去晶圆盒5，恢复为初始状态，如图1所示。
57.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种半导体工艺制程设备，其特征在于，包括：晶圆传输区域，其外壁的前端面开设一用于连通晶圆盒的第一窗口；气体交换区域，用于防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并置换出晶圆盒内的非工艺气体，其固定于所述晶圆传输区域的内壁上；所述气体交换区域横跨所述第一窗口，围成所述气体交换区域的外壁上，开设第二窗口，所述第二窗口位于所述第一窗口的后侧；所述气体交换区域的外壁上开设用于气体排气口、用于通入惰性气体的气体进气口；前封板和后封板，所述前封板用于密封所述第一窗口，后封板用于密封第二窗口，均位于所述气体交换区域内；气缸一、气缸二和气缸三，用于移动前封板和后封板，均位于所述气体交换区域内，所述气缸一的缸体固定于前封板，其输出轴固定于后封板；所述气缸三的缸体固定于晶圆传输区域的左壁和右壁之间；所述气缸三的滑台固定于所述气缸二的缸体上，所述气缸二的输出轴固定于所述前封板。2.根据权利要求1所述的半导体工艺制程设备，其特征在于，所述晶圆传输区域连接一反应管。3.根据权利要求1所述的半导体工艺制程设备，其特征在于，所述气体排气口上设置气体浓度检测单元。4.根据权利要求1所述的半导体工艺制程设备，其特征在于，所述气体排气口和气体进气口上分别设置一控制其启闭的电磁阀。5.一种半导体工艺制程设备的气体置换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、当晶圆盒加载时，晶圆盒与气体交换区域通过第一窗口连通，后封板在气缸二的驱动下，从位置三移动到位置四，与气体交换区域的第二窗口接触并将其密封，此时晶圆盒与气体交换区域连通，气体交换区域通过后封板与晶圆传输区域隔绝；在此状态下，晶圆盒和气体交换区域内存在非工艺气体；步骤2、开启气体进气口和气体排气口，通过气体进气口通入惰性气体至气体交换区域，以置换置换非工艺气体；被置换出的非工艺气体气体由气体排气口排出；步骤3、在晶圆盒和气体交换区域内非工艺气体置换完成后，关闭气体进气口和气体排气口。6.根据权利要求5所述的半导体工艺制程设备的气体置换方法，其特征在于，还包括：步骤4、驱动气缸一，前封板和后封板相对位置发生移动，后封板与气体交换区域的第二窗口脱离接触；步骤5、进行晶圆传输工序：驱动气缸三，气缸三通过滑台带动气缸二左右移动，前封板和后封板均随着气缸二移动，两者共同从位置一移动至位置二，此时晶圆盒、气体交换区域与晶圆传输区域依次连通，将晶圆由晶圆盒内，经气体交换区域传输至晶圆传输区域。7.根据权利要求6所述的半导体工艺制程设备的气体置换方法，其特征在于，还包括：步骤6、完成晶圆传输工序完成后，驱动气缸三，前封板和后封板位置发生移动，两者共同从位置二移动至位置一；步骤7、驱动气缸二，前封板和后封板位置发生移动，从位置四移动至位置三；此时，前封板与晶圆传输区域的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域与晶圆传输区域连通，气体交换区域和晶圆传输区域均与外界隔绝；
步骤8、撤去晶圆盒。8.根据权利要求5所述的半导体工艺制程设备的气体置换方法，其特征在于，还包括：当晶圆盒未加载时，前封板与晶圆传输区域的第一窗口接触并将其密封，此时气体交换区域通过第二窗口与晶圆传输区域连通。

技术总结
本发明提出了一种半导体工艺制程设备及气体置换方法，该设备包括：晶圆传输区域，其外壁的前端面开设一用于连通晶圆盒的第一窗口，气体交换区域，用于防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并置换出晶圆盒内的非工艺气体，其固定于晶圆传输区域的内壁上；气体交换区域横跨第一窗口，围成气体交换区域的外壁上，开设第二窗口，第二窗口位于第一窗口的后侧；气体交换区域的外壁上开设用于气体排气口、用于通入惰性气体的气体进气口；前封板和后封板，前封板用于密封第一窗口，后封板用于密封第二窗口，均位于气体交换区域内；气缸一、气缸二和气缸三。本发明可防止晶圆盒内非工艺气体进入晶圆传输区域，并能置换晶圆盒内的非工艺气体。工艺气体。工艺气体。


技术研发人员：刘强 杨平
受保护的技术使用者：上海稷以科技有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/24