CN104617025A - 多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法 - Google Patents

多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法，该晶圆处理设备包括晶圆缓存模块、工艺腔室模块、传片模块和工艺药液模块，通过多层环形排布的多个工艺腔室，增加了单位面积的工艺腔室数量，可以提高单位面积设备的晶圆产量，改进的机械手设计可以迎合多层环形排布工艺腔室的需求，且上手臂和下手臂传递晶圆的方法可防止交叉污染，更提高了取放晶圆的效率。

Description

多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，特别涉及一种多腔室堆栈式的晶圆处理设备及晶圆处理方法。
背景技术
半导体晶圆的处理过程一般包括传片和工艺两个工序，传片工序用于实现晶圆在晶圆缓存区、缺口调整区和工艺腔室等晶圆处理设备区域之间的传递，工艺工序则用于在工艺腔室内实现晶圆工艺，完成半导体晶圆的制造。
图1显示了现有技术中的半导体晶圆处理设备的俯视图，其包括晶圆装载埠、机械手1和晶圆缓存单元(或缺口调整单元、读取晶圆ID单元)所在的缓存区域、工艺腔室所在的工艺腔室区域、机械手2所在的传片区域以及工艺药液单元所在的工艺药液区域。其中，工艺腔室区域包括8台工艺腔室，为单层排布，传片区域中的机械手2通过横向导轨往返于8台工艺腔室和缓存区域之间，工艺药液区域用于对工艺腔室输送制作加工晶圆时所需的药液。可见，现有晶圆处理设备的单层结构体积较小，单位面积设备晶圆的产量有限。
中国专利申请CN 102820243A公开了一种半导体晶圆制造装置，其包括多个模块化工艺腔室组件，每个所述模块化工艺腔室组件实现一种晶圆工艺；用于传递晶圆到所述模块化工艺腔室组件的模块化传片组件；所述模块化传片组件与所述模块化工艺腔室组件之间为可拆装连接。该申请虽然能在一定程度上方便设备的装配和维护，缩短装配和维护的时间，但仍无法解决单位面积设备晶圆产量有限的问题，影响晶圆的处理效率。
此外，现有晶圆处理设备的机械手取放晶圆的方法为：机械手1从晶圆装载埠取晶圆放入晶圆缓存单元，机械手2从晶圆缓存单元取走晶圆放入指定工艺腔室，进行工艺；工艺完毕后机械手2从工艺腔室中取走工艺后的晶圆，放入晶圆缓存单元，机械手1从晶圆缓存单元取走晶圆放回晶圆装载埠。其中，传片区域的机械手2有上下两个手臂，上手臂抓取工艺后的晶圆，下手臂抓取工艺前的晶圆，避免交叉污染。现有技术中这两个手臂取放晶圆时为分布操作，即上手臂取完晶圆后回缩到初始位置之后，下手臂再伸出放置晶圆，一定程度上影响了晶圆传递的效率。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，而提供一种多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法，能够提高单位面积设备的晶圆产量和晶圆处理效率。
本发明提供一种多腔室堆栈式晶圆处理设备，其包括：
晶圆缓存模块，用于放置工艺前、工艺后的晶圆；
工艺腔室模块，用于对晶圆进行工艺处理；
传片模块，具有机械手，用于在所述晶圆缓存模块与工艺腔室模块之间传递晶圆；
工艺药液模块，用于向所述工艺腔室模块提供晶圆的工艺处理所需药液；
其中，所述工艺腔室模块具有至少两层堆栈且每层环形排布的多个工艺腔室，所述传片模块位于环形排布的多个工艺腔室中间，其机械手可旋转地设于一纵向导轨上，以使机械手可对每层的工艺腔室进行晶圆的取放，所述机械手的旋转范围覆盖每层的每个工艺腔室的晶圆出入口。
进一步地，所述工艺腔室模块中每层包括四个工艺腔室，且每个工艺腔室的晶圆出入口均朝向中间的传片模块而设。
进一步地，所述晶圆缓存模块的晶圆出入口位于所述传片模块机械手的旋转取放晶圆范围内。
进一步地，所述机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂。
进一步地，所述每个工艺腔室的晶圆出入口均设有可动门，以与传片模块区域相隔离。
进一步地，所述每个工艺腔室均设有独立的风循环过滤单元，所述传片模块也设有独立的风循环过滤单元。
进一步地，所述每个工艺腔室还设有气压控制单元，以使工艺腔室的内部气压小于传片模块区域的气压。
进一步地，所述晶圆缓存模块的晶圆出入口也设有可动门，以与传片模块区域相隔离，所述晶圆缓存模块也设有独立的风循环过滤单元。
进一步地，所述工艺药液模块具有多个可拆卸的工艺药液腔体。
本发明还提供一种利用上述晶圆处理设备的晶圆处理方法，所述晶圆处理设备中传片模块的机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂，其包括以下步骤：
步骤S01，传片模块机械手的下手臂从晶圆缓存模块抓取工艺前晶圆；
步骤S02，机械手通过纵向导轨移动到目标工艺腔室层，随后机械手旋转至朝向目标工艺腔室；
步骤S03，机械手的上手臂伸出并进入目标工艺腔室，抓取工艺后晶圆；
步骤S04，机械手通过纵向导轨上升以使工艺后晶圆离开工艺台，随后上手臂收回的同时，下手臂携带工艺前晶圆进入目标工艺腔室；
步骤S05，机械手通过纵向导轨下降以使工艺前晶圆置于工艺台，随后下手臂收回；
步骤S06，机械手通过纵向导轨移动至并旋转至朝向晶圆缓存模块，上手臂将工艺后晶圆放入晶圆缓存模块。
本发明提供的多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法，通过多层环形排布的多个工艺腔室，增加了单位面积的工艺腔室数量，可以提高单位面积设备的晶圆产量，改进的机械手设计可以迎合多层环形排布工艺腔室的需求，且上手臂和下手臂传递晶圆的方法可防止交叉污染，更提高了取放晶圆的效率，可见，本发明可以提高晶圆的产量和处理效率。此外，可动门和风循环过滤单元的设置可以使每个工艺腔室、传片模块以及晶圆缓存模块相互独立，以防止工艺腔室内部的药液污染传片区域的机械手等部件；工艺药液模块中多个可拆卸工艺药液腔体的设置可以满足设备工艺种类的多样化需求，只需要更换或增减工艺药液腔体，而无需更换设备的其他模块，提高了晶圆处理设备的工艺灵活性、可互换性和多样化。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是现有技术中的半导体晶圆处理设备的俯视图；
图2是本发明一实施例的晶圆处理设备的俯视图；
图3是本发明一实施例中工艺腔室模块和传片模块的侧视图；
图4是本发明一实施例中机械手的俯视图；
图5是本发明一实施例中机械手的侧视图；
图6是本发明一实施例中具有风循环过滤单元的晶圆处理设备侧视图；
图7是本发明一实施例中具有风循环过滤单元的晶圆处理设备俯视图；
图8是本发明一实施例中具有多个工艺药液腔体的晶圆处理设备立体图。
具体实施方式
请参阅图2和图3，本实施例的一种多腔室堆栈式晶圆处理设备，其包括：
晶圆缓存模块1，用于放置工艺前、工艺后的晶圆；
工艺腔室模块2，用于对晶圆进行工艺处理；
传片模块3，具有机械手31，用于在晶圆缓存模块1与工艺腔室模块2之间传递晶圆；
工艺药液模块4，用于向工艺腔室模块2提供晶圆的工艺处理所需药液；
其中，工艺腔室模块2具有至少两层堆栈且每层环形排布的多个工艺腔室21，传片模块3位于环形排布的多个工艺腔室21中间，其机械手31可旋转地设于一纵向导轨32上，以使机械手31可对每层的工艺腔室21进行晶圆的取放，机械手31的旋转范围覆盖每层的每个工艺腔室21的晶圆出入口。
本实施例中，晶圆缓存模块1可以包括暂存工艺前、工艺后晶圆的晶圆缓存单元，还可以包括晶圆缺口调整单元或读取晶圆ID单元。晶圆缓存模块1的一侧还可以包括晶圆装载埠9，缓存机械手8用于晶圆在晶圆缓存模块1和晶圆装载埠9之间的传递。
本实施例中，工艺腔室模块2具有三层堆栈、每层四个环形排布的工艺腔室21，每个工艺腔室的晶圆出入口均朝向中间的传片模块而设，以便于传片模块的机械手出入于工艺腔室来取放晶圆。在其他实施例中，工艺腔室的层数和每层个数可以根据实际需要进行调整，本实施例利用三层堆栈、每层四个环形排布的工艺腔室，增加了单位面积的工艺腔室数量，即三倍于同样面积的晶圆处理设备，可以提高单位面积设备的晶圆产量。
本实施例中，为了便于传片模块的机械手出入于工艺腔室来取放晶圆，工艺腔室的晶圆出入口或/和晶圆缓存模块的晶圆出入口位于机械手的旋转取放晶圆范围内，以使得机械手仅依靠纵向导轨和自身的伸缩式结构，即可完成晶圆的传递和取放。若晶圆缓存模块距离机械手旋转范围较远，或布设有距离机械手旋转范围较远的工艺腔室，则需增设横向导轨，以使得机械手可对这些晶圆缓存模块或工艺腔室进行晶圆的传递、取放。
本实施例中，机械手31具有可伸缩的上手臂311和下手臂312，如图4和图5所示，上手臂用于取放工艺后的晶圆，下手臂用于取放工艺前的晶圆，避免交叉污染。
利用上述具有上手臂和下手臂的机械手，上述晶圆处理设备的晶圆处理方法的实施例包括以下步骤：
步骤S01，传片模块机械手31的下手臂312从晶圆缓存模块1抓取工艺前晶圆；
步骤S02，机械手31通过纵向导轨32移动到目标工艺腔室层，随后机械手31旋转至朝向目标工艺腔室；
步骤S03，机械手31的上手臂311伸出并进入目标工艺腔室，抓取工艺后晶圆；
步骤S04，机械手31通过纵向导轨32上升以使工艺后晶圆离开工艺台，随后上手臂311收回的同时，下手臂312携带工艺前晶圆进入目标工艺腔室；
步骤S05，机械手31通过纵向导轨32下降以使工艺前晶圆置于工艺台，随后下手臂312收回；
步骤S06，机械手31通过纵向导轨32移动至并旋转至朝向晶圆缓存模块1，上手臂311将工艺后晶圆放入晶圆缓存模块1。
通过上述晶圆处理方法，上手臂携工艺后晶圆收回的同时下手臂携工艺前晶圆伸出进入工艺腔室，缩短了机械手取放晶圆的时间，提高了取放晶圆的效率，并提高了晶圆处理设备的效率和产量。实际应用中，上手臂和下手臂的作用可以互换，即上手臂用于取放工艺前的晶圆，下手臂用于取放工艺后的晶圆。
请继续参阅图6和图7，为了实现工艺腔室内部环境与传片模块区域的相互独立、隔离，避免工艺腔室内药液进入传片模块区域，在一个实施例中，每个工艺腔室的晶圆出入口均设有可动门51，当机械手取放晶圆时，可动门打开，其他时间则关闭，从而使工艺腔室内部在进行晶圆工艺处理时，处于相对封闭独立的区域。较佳地，在每个工艺腔室内均设有独立的风循环过滤单元52，而在传片模块也设置独立的风循环过滤单元53，以实现各自的风循环，防止相互干扰。更佳地，每个工艺腔室内还设置有气压控制单元，其可以与风循环过滤单元相配合或一体，以使工艺腔室内部气压小于传片模块区域的气压，保证当可动门开启时，工艺腔室内部的药液不会雾化后进入传片模块区域，而腐蚀机械手等部件。在另一实施例中，晶圆缓存模块的晶圆出入口也可以设置可动门，以与传片模块区域相隔离，同时，也可在晶圆缓存模块中设置独立的风循环过滤单元。
请接着参阅图8，为了满足设备工艺种类的多样化需求，提高了晶圆处理设备的工艺灵活性、可互换性和多样化，在一个实施例中，晶圆处理设备中的工艺药液模块包括多个可拆卸的工艺药液腔体，图8中的晶圆处理设备具有四个工艺药液腔体41，通过电气柜42供电，向工艺腔室提供不同的晶圆处理工艺药液。当晶圆处理工艺需要改变时，只需要更换或增减工艺药液腔体，而无需更换晶圆处理设备的其他模块。

Claims (10)

1.一种多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于，其包括：
晶圆缓存模块，用于放置工艺前、工艺后的晶圆；
工艺腔室模块，用于对晶圆进行工艺处理；
传片模块，具有机械手，用于在所述晶圆缓存模块与工艺腔室模块之间传递晶圆；
工艺药液模块，用于向所述工艺腔室模块提供晶圆的工艺处理所需药液；
其中，所述工艺腔室模块具有至少两层堆栈且每层环形排布的多个工艺腔室，所述传片模块位于环形排布的多个工艺腔室中间，其机械手可旋转地设于一纵向导轨上，以使机械手可对每层的工艺腔室进行晶圆的取放，所述机械手的旋转范围覆盖每层的每个工艺腔室的晶圆出入口。
2.根据权利要求1所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述工艺腔室模块中每层包括四个工艺腔室，且每个工艺腔室的晶圆出入口均朝向中间的传片模块而设。
3.根据权利要求2所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述晶圆缓存模块的晶圆出入口位于所述传片模块机械手的旋转取放晶圆范围内。
4.根据权利要求1所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述每个工艺腔室的晶圆出入口均设有可动门，以与传片模块区域相隔离。
6.根据权利要求5所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述每个工艺腔室均设有独立的风循环过滤单元，所述传片模块也设有独立的风循环过滤单元。
7.根据权利要求6所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述每个工艺腔室还设有气压控制单元，以使工艺腔室的内部气压小于传片模块区域的气压。
8.根据权利要求6所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述晶圆缓存模块的晶圆出入口也设有可动门，以与传片模块区域相隔离，所述晶圆缓存模块也设有独立的风循环过滤单元。
9.根据权利要求1至4任一项所述的多腔室堆栈式晶圆处理设备，其特征在于：所述工艺药液模块具有多个可拆卸的工艺药液腔体。
10.一种利用权利要求1至4任一项所述晶圆处理设备的晶圆处理方法，所述晶圆处理设备中传片模块的机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，传片模块机械手的下手臂从晶圆缓存模块抓取工艺前晶圆；
步骤S02，机械手通过纵向导轨移动到目标工艺腔室层，随后机械手旋转至朝向目标工艺腔室；
步骤S03，机械手的上手臂伸出并进入目标工艺腔室，抓取工艺后晶圆；
步骤S04，机械手通过纵向导轨上升以使工艺后晶圆离开工艺台，随后上手臂收回的同时，下手臂携带工艺前晶圆进入目标工艺腔室；
步骤S05，机械手通过纵向导轨下降以使工艺前晶圆置于工艺台，随后下手臂收回；
步骤S06，机械手通过纵向导轨移动至并旋转至朝向晶圆缓存模块，上手臂将工艺后晶圆放入晶圆缓存模块。
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