一种用于晶圆盒的充气系统的制作方法

1.本实用新型涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种用于晶圆盒的充气系统。


背景技术：

2.随着半导体制程技术的不断发展，晶圆制程和存储过程中对环境洁净度的要求越来越高，如果遭到微粒、金属的污染或者氧气的氧化，很容易造成晶圆内电路功能的损坏，晶圆良率下降。因此，用于存储晶圆的晶圆盒在清洗后，还需要设法去除晶圆盒内空气中残留的氧气、水分、微粒等杂质。目前常用的方法是向晶圆盒内充入干燥洁净的氮气，从而将原本可能含有杂质的空气排出。
3.已知的晶圆盒充气系统，主要是以一进气管路连接到单一的氮气气源，然后该气源的氮气充入到晶圆盒中，再从晶圆盒的排气口连接一排气管路到厂务端排气系统以排出废气。由于氮气的价格比较昂贵，为了有效降低成本，如何精准地控制氮气流量是一大难题——如果氮气流量过大，则成本会非常高，还会造成浪费；而如果氮气流量过小，则其去除水分、氧气和微粒的效果会大幅降低，晶圆盒无法满足使用要求。然而现有的晶圆盒充气系统气体流向单一、管路连接方式相对固定，并不能根据晶圆盒的实际情况进行氮气流量的实时调控。
4.因此，目前缺少一种能够灵活、高效、根据实际需要控制氮气流量的用于晶圆盒的充气系统，以实现氮气最大程度的利用率，在保证充气效果的基础上有效降低生产成本。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种操作方便、能够根据实际情况精准调节氮气流量的用于晶圆盒的充气系统。
6.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种用于晶圆盒的充气系统，待充气的晶圆盒具有盒体，所述盒体具有相对封闭的内腔，所述盒体上间隔地开设有四个通气口，每个所述通气口均与所述内腔相连通，所述充气系统包括供气装置、进气管路、排气管路，所述进气管路包括总进气管及四条支进气管，所述总进气管上设有总进气阀，每条所述支进气管上均设有支进气阀，每条所述支进气管均具有分设于自身长度方向相异两端部的第一端部与第二端部，所述总进气管的一端部与所述供气装置连接，所述总进气管的另一端部与四条所述支进气管的所述第一端部分别连接，每条所述支进气管的所述第二端部分别连接一个所述通气口；所述排气管路包括总排气管及四条支排气管，所述总排气管上设有总排气阀，每条所述支排气管上均设有支排气阀，每条所述支排气管均具有分设于自身长度方向相异两端部的第三端部与第四端部，每条所述支排气管的所述第三端部分别连接一个所述通气口，四条所述支排气管的所述第四端部均与所述总排气管的同一端部连接；所述充气系统还包括控制单元，所述控制单元与所述总进气阀、所述总排气阀、四个所述支进气阀、四个所述支排气阀分别信号连接；每个所述通气口均具有可切换的进气状态与排气状态，所述通气口处于进气状态下，与该所
述通气口相连接的所述支进气管上的所述支进气阀开启，与该所述通气口相连接的所述支排气管上的所述支排气阀关闭；所述通气口处于排气状态下，与该所述通气口相连接的所述支进气管上的所述支进气阀关闭，与该所述通气口相连接的所述支排气管上的所述支排气阀开启。
8.优选地，所述总进气管上设有气压检测装置及流量检测装置，所述控制单元与所述气压检测装置、所述流量检测装置分别信号连接。
9.优选地，所述总排气管上设有用于检测气体温度和/或湿度的传感器，所述传感器与所述控制单元信号连接。
10.优选地，所述总进气管上设有用于过滤气体中的杂质的过滤器。
11.进一步优选地，所述总进气管上设有针阀，沿气体的传输路径上，所述总进气阀、所述针阀、所述过滤器、所述支进气管自后向前依次设置。
12.优选地，所述供气装置用于提供氮气，所述总进气管上设有供气阀，且沿气体的传输路径上，所述供气阀设置在所述总进气阀的后侧。
13.优选地，所述充气系统还包括废气处理装置，所述总排气管远离所述支排气管的一端部与所述废气处理装置连接。
14.优选地，所述总进气阀、所述支进气阀、所述总排气阀、所述支排气阀中的一者或多者为气动阀。
15.优选地，沿气体的传输路径上，所述总进气管上自后向前依次设有所述总进气阀、减压阀、流量计、针阀及过滤器，所述总排气管上自后向前依次设有温湿度传感器及所述总排气阀，其中，所述减压阀与压力表连接，所述温湿度传感器与压差计连接。
16.优选地，所述充气系统具有大流量充气状态、平衡流量充气状态及小流量充气状态，所述充气系统处于大流量充气状态下，处于所述进气状态的所述通气口的数量大于处于所述排气状态的所述通气口的数量；所述充气系统处于平衡流量充气状态下，处于所述进气状态的所述通气口的数量等于处于所述排气状态的所述通气口的数量；所述充气系统处于小流量充气状态下，处于所述进气状态的所述通气口的数量小于处于所述排气状态的所述通气口的数量。
17.由于以上技术方案的运用，本实用新型提供的用于晶圆盒的充气系统，晶圆盒的每个通气口均连接有一条支进气管与一条支排气管，能够实现进气状态与排气状态的实时切换，从而整个充气系统能够进行非常灵活地调节和转换，配合控制单元及各检测装置对管路情况的实时监测，可以通过增加进气状态的通气口以增大氮气流量，或者增加排气状态的通气口以减小氮气流量，且通气口的切换只需要通过控制单元来控制阀门启闭，不涉及任何手动操作，操作快捷且不易出错。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.附图1为本实用新型一具体实施例中充气系统的架构示意图；
20.附图2为本实施例中充气系统工作时的流程示意图；
21.其中：100、晶圆盒；101、通气口；200、进气管路；210、总进气管；211、总进气阀；212、减压阀；213、压力表；214、流量计；215、针阀；216、过滤器；220、支进气管；221、支进气阀；300、排气管路；310、总排气管；311、总排气阀；312、温湿度传感器；313、压差计；320、支排气管；321、支排气阀；400、供气装置；401、供气阀；500、废气处理装置；600、充气工位。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“左右方向”、“高度方向”、“前后方向”等指示的方位或位置关系为基于附图1，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、仅具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.参见图1所示，一种用于晶圆盒的充气系统，包括进气管路200、排气管路300、供气装置400、废气处理装置500及充气工位600等。其中，充气工位600用于放置待充气的晶圆盒100，待充气的晶圆盒100具有盒体，盒体具有用于存放晶圆的、相对封闭的内腔，盒体上间隔地开设有四个可开闭的通气口101，每个通气口101均与内腔相连通。
26.本实施例中，供气装置400用于提供氮气，具体可采用压缩氮气瓶等。废气处理装置500用于接纳从晶圆盒100中排出的空气或多余的氮气，进行无害化处理后排入大气中。
27.具体地，进气管路200包括一条总进气管210及四条支进气管220，每条支进气管220均具有分设于自身长度方向相异两端部的第一端部与第二端部，总进气管210的一端部与供气装置400连接，总进气管的另一端部与四条支进气管220的第一端部分别连接，每条支进气管220的第二端部分别连接一个通气口101。
28.类似地，排气管路300包括总排气管310及四条支排气管320，每条支排气管320均具有分设于自身长度方向相异两端部的第三端部与第四端部，每条支排气管320的第三端部分别连接一个通气口101，四条支排气管320的第四端部均与总排气管310的同一端部连接，而总排气管310的另一端部与废气处理装置500连接。
29.如此，待充气的晶圆盒100就具有了多条进气通道及多条排气通道，每个通气口101都能够根据需要选择作为进气口或是排气口。为实现通气口101的高效切换，该充气系统进一步包括沿气体的传输路径自后向前依次设置在总进气管210上的供气阀401、总进气阀211、减压阀212、流量计214、针阀215及过滤器216，其中减压阀212还与压力表213连接；
该充气系统还包括沿气体的传输路径自后向前依次设置在总排气管310上的温湿度传感器312及总排气阀311，其中温湿度传感器312还与压差计313连接。此外，每条支进气管220上均设有支进气阀221，每条支排气管320上均设有支排气阀321，本实施例中总进气阀211、各个支进气阀221、总排气阀311、各个支排气阀321均采用气动阀。
30.该充气系统还包括控制单元（图中未示出），控制单元与上述总进气阀211、总排气阀311、四个支进气阀221、四个支排气阀321、压力表213、流量计214、温湿度传感器312及压差计313等分别信号连接，从而能够对整个充气系统进行统一的检测和控制。
31.本实施例中，供气阀401采用球阀，作为氮气气源的总开关，用于控制供气装置400的启闭。总进气阀211为进气管路200的开关，用于控制氮气是否进入总进气管210。压力表213用于检测总进气管210中氮气的压力，减压阀212用于根据压力表213的测量值来调节总进气管210中氮气的压力。流量计214用于检测总进气管210中氮气的气体流量。针阀215用于进一步精准调节氮气的气体流量。高精度的过滤器216用于过滤氮气中可能存在的水分和微粒，保证进入晶圆盒100中的氮气干燥、洁净。四个支进气阀221可单独控制每条支进气管220的打开与关闭。
32.如此，上述压力表213及减压阀212构成气压检测装置，流量计214构成流量检测装置，能够对进气管路200中的气压及流量进行实时检测并传送至控制单元。
33.另一方面，温湿度传感器312用于检测排气管路300中排出气体的温度和湿度，从而判断晶圆盒100中是否已经达到了所需的氮气浓度，是否可以停止氮气输送。压差计313用于检测排气管路300中的气体压力。总排气阀311为排气管路300的开关。四个支排气阀321可单独控制每条支排气管320的打开与关闭 。
34.由上可知，本实施例中，晶圆盒100上的每个通气口101均具有可切换的进气状态与排气状态。进气状态下，与该通气口101相连接的支进气管220上的支进气阀221开启，与该通气口101相连接的支排气管320上的支排气阀321关闭；排气状态下，与该通气口101相连接的支进气管220上的支进气阀221关闭，与该通气口101相连接的支排气管320上的支排气阀321开启。也就是说，通过控制单元控制各个支进气阀221与支排气阀321的启闭，能够在线将通气口101在进气状态与排气状态之间切换。当然，每个通气口101还具有关闭状态，此时与该通气口101相连接的支进气阀221与支排气阀321均关闭，通气口101不起到进气或排气的作用。
35.由此，根据处于进气状态及排气状态的通气口101的数量，该充气系统至少具有大流量充气状态、平衡流量充气状态及小流量充气状态。大流量充气状态下，处于进气状态的通气口101的数量大于处于排气状态的通气口101的数量，例如可以是3进1排、2进1排；平衡流量充气状态下，处于进气状态的通气口101的数量等于处于排气状态的通气口101的数量，例如可以是2进2排、1进1排；小流量充气状态下，处于进气状态的通气口101的数量小于处于排气状态的通气口101的数量，例如可以是1进2排、1进3排。通过切换各个通气口101的进气状态与排气状态，还可以改变晶圆盒100内气体的流向和流速，以适用于不同的制程需求。
36.此外，设置多条支进气管220、支排气管320的另一优势在于能够适应于不同规格的晶圆盒100。实际生产过程中，可能会使用到不同厂家生产的、不同规格的晶圆盒100，不同晶圆盒100的容积及通气口101的形状、位置都会有所差异，传统单一固定的充气系统难
以满足多种晶圆盒100的使用需求，而本实施例中的充气系统可以在不同支进气管220的第二端部、不同支排气管320的第三端部分别设置不同规格的连接头，从而能够根据需要适配到不同的通气口101上，应用范围更广，也相应降低了设备成本。
37.参见图1及图2所示，本实施例中充气系统的具体工作原理阐述如下：
38.首先将待充气的晶圆盒100放置在充气工位600上，将四条支进气管220的第二端部、四条支排气管320的第三端部分别连接到对应的通气口101上。然后通过控制单元打开总排气阀311、总进气阀211以及至少一个支进气阀221和支排气阀321，随后打开供气阀401，供气装置400开始向晶圆盒100内通入干燥洁净的氮气，同时废气从晶圆盒100进入排气管路300及废气处理装置500中。
39.此过程中，减压阀212、压力表213、流量计214、针阀215及过滤器216开始工作，同时总排气管310上的温湿度传感器312开始检测排气管路300中排出气体的温度和湿度，压差计313检测排气管路300的气体压力，一旦排气管路300中气体的温度和湿度达到要求，控制单元可以在瞬间接收到信号并同时关闭总排气阀311和总进气阀211，晶圆盒100的充氮气流程完成。
40.充气过程中，如果流量计214检测到进气管路200中的氮气的流量不够或者过大，控制单元可以根据预设程序控制部分支进气阀221或支排气阀321关闭或者开启，实现实时的流量调节，在满足充气要求的前提下，最大程度降低氮气使用成本。
41.综上所述，本实施例的用于晶圆盒的充气系统，能够根据实际需要自由调节、精准控制氮气充气的流量、流速、气压等，在氮气充满晶圆盒100以后可以瞬间检测到并停止动作，既节约了成本，又避免了安全隐患，且适用范围广。
42.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。