CN105321844A - 堆叠布局的半导体设备 - Google Patents

Abstract

单个机台的占地面积小、产能高是采购半导体设备的重要考量标准。本发明提供了一种堆叠布局的半导体设备，包括前端模组和后方机台，所述前端模组用于容置和取放晶圆，所述前端模组中具有第一工艺机器人；所述后方机台用于安放多个工作腔室，所述后方机台中具有第二工艺机器人；其中，所述第一工艺机器人在前端模组和第二工艺机器人之间传递晶圆，所述第二工艺机器人在第一工艺机器人和各个工作腔室之间传递晶圆；所述多个工作腔室在水平方向上分布在所述第二工艺机器人的左、右两侧，在竖直方向上相互上下堆叠排布。本发明的半导体设备大幅度的节约了空间，且具备很高的产能，非常适宜于洁净室的使用环境。

Description

堆叠布局的半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体生产和加工领域，更具体地说，涉及一种采用堆叠方式布局腔室的半导体设备。

背景技术

随着经济的发展，发达地区的房价和地价也水涨船高。这一严酷的现实对半导体行业的经营者和管理者造成的制约效应体现的非常明显：因为从事半导体生产和制造往往需要专门建造标准极高的洁净室，用“寸土寸金”来形容洁净室的建造和使用成本可以说是毫不夸张。本就昂贵的洁净室造价，在这样的背景之下，无异于雪上加霜。如果能够提高对洁净室单位面积的利用率，从半导体设备的角度考量，即如果半导体生产厂商购置的加工和生产设备具有结构紧凑、占地面积小的优点，那么这样的设备无疑将在激烈的市场竞争中为厂商带来长久的经济利益。

另一方面，虽然人们的确希望半导体设备在合理情况下尽可能少的占用洁净室的空间，但这并不意味着人们愿意用牺牲单个机台的产能的方式去换取设备占地面积的减小。如果一台半导体设备具有非常小的占地面积，但却产能低下，那么这样的设备同样无法得到市场的青睐。

为此，结构紧凑、占地面积小但却具有高产能的半导体设备在行业中的优势地位不言而喻。

发明内容

为了能够设计出紧凑而高产的半导体机型，本发明提出了一种新的堆叠布局的半导体设备，将多个工作腔室相互堆叠并对称排布，并使用两个工艺机器人相互配合来完成晶圆的传递和取放，从而在高产和占地面积两个方面都达到了明显的优化效果。

为了达到上述目的，本发明实施了如下的技术方案：

一种堆叠布局的半导体设备，包括前端模组和后方机台，

所述前端模组用于容置和取放晶圆，所述前端模组中具有第一工艺机器人；

所述后方机台用于安放多个工作腔室，所述后方机台中具有第二工艺机器人；

其中，所述第一工艺机器人在前端模组和第二工艺机器人之间传递晶圆，所述第二工艺机器人在第一工艺机器人和各个工作腔室之间传递晶圆；所述多个工作腔室在水平方向上分布在所述第二工艺机器人的左、右两侧，在竖直方向上相互上下堆叠排布。

进一步地，所述半导体设备中总共具有两个工艺机器人。

进一步地，所述后方机台包括向所述工作腔室内供给药液的原料管路和为所述半导体设备提供电力支持的电气控制系统。

优选地，所述原料管路和电气控制系统被集成到所述多个工作腔室的后方，位于所述后方机台的最末端。

优选地，所述第一工艺机器人的运动方式包括旋转、升降和平移。

优选地，所述第二工艺机器人的运动方式包括旋转、升降和平移。

优选地，所述工作腔室在所述第二工艺机器人的左、右两侧对称分布。

进一步地，所述后方机台的背面以及两个侧面开设有维护门。

可选地，所述工作腔室的数量为四个、六个、八个或十六个。

可选地，所述后方机台内具有供所述第二工艺机器人移动的通道，所述多个工艺腔室对称分布于所述通道的两侧。

本发明所涉及的半导体设备，被分为前端模组和后方机台前、后两大部分，前端模组主要负责装载晶圆，后方机台安装了工作腔室，并将整个设备的供给和电力系统集成于后方机台的末端，从而最大限度的减小了占地面积。两个工艺机器人分别服务于前端模组和后方机台，彼此之间相互配合又互不影响，能够高效地完成传送晶圆的任务，有利于设备产能的提高。

附图说明

图1是本发明所述半导体设备具体实施例的立体结构示意图；

图2是本发明所述半导体设备具体实施例的正视图；

图3是本发明所述半导体设备具体实施例的后视图；

图4是本发明所述半导体设备具体实施例的侧视图；

图5是本发明所述半导体设备具体实施例的背面打开后的立体结构示意图；

图6是本发明所述半导体设备具体实施例的工艺机器人的结构示意图；

图7是本发明所述半导体设备又一实施例的简明示意图。

具体实施方式

下述具体实施例将结合附图进一步揭示本发明的要旨和实质：

附图1-5揭示了本发明具体实施例的外部特征。

其中，图1是该具体实施例的立体结构示意图。该半导体设备主要包括前端模组101和后方机台102两大部分。前端模组101包含有4个装载端口103，主要用于放置晶圆。同时，在前端模组101的中部，安装设置有第一工艺机器人106。后方机台102主要用于容置工作腔室以及供液和控制系统，是该半导体设备的主要工作区域。相应的，在后方机台102的中部安装设置有第二工艺机器人107。由于外部结构的遮挡，图中仅标出了第一工艺机器人106和第二工艺机器人107在设备中所处的具体位置。其中，第一工艺机器人106和第二工艺机器人107均能够在水平面内旋转和平移，并能上下升降。第一工艺机器人106负责在装载端口103和第二工艺机器人107之间传递和取放晶圆，而第二工艺机器人107则负责在各个工作腔室之间以及工作腔室和第一工艺机器人106之间传递晶圆。该第一工艺机器人106以及第二工艺机器人107在它们的手臂处具有吸附能力，能够在靠近晶圆上方位置后吸附并抓取晶圆，从而带动晶圆运动至相应的目标位置，其运行的轨迹可以受电脑程序控制。在传递晶圆的过程中，第一工艺机器人106和第二工艺机器人107相互配合，互不影响，精确而高效地完成了外界与设备之间以及设备内部各个机构之间晶圆交换任务。同时，由于该设备所使用的工艺机器人运动方式比较全面，所以配备两台工艺机器人就现有工艺来说已经足够。虽然增加更多的机器人有可能进一步提高工作效率，但工艺机器人价格昂贵，目前的市价大约在6-7万美金，所以不宜在设备中设置过多，应尽量用较少的工艺机器人完成更多的传递任务。在前端模组101的右侧，设置有操作平台105和显示面板104，二者连接至电气控制系统。显示面板104方便操作人员观察设备内部各个机构的工作状况，操作平台105是操作人员输入指令控制工艺过程的命令输入端口。进一步地，为了工作人员操控更加顺畅，显示面板104和操作平台105能够绕轴旋转，使工作人员可以在不同位置进行操作。

图2给出了本发明具体实施例的正视图。结合图1和图2，当第一工艺机器人106需要抓取晶圆时，第一工艺机器人106先下降至与装载端口103位于同一水平面内，之后第一工艺机器人106旋转一定角度，对准其中一个装载端口103，然后向前进动伸出机械手，抓取晶圆后收缩回原来位置；进一步地，第一工艺机器人106上升至与第二工艺机器人107同一高度，机械手转向第二工艺机器人107，将晶圆移交给第二工艺机器人107，从而完成晶圆由前端模组101向后方机台102传递的任务。

图3是本发明具体实施例的后视图。结合图1和图3，在后方机台102的末端集成有原料管路301和电气控制系统302。由于半导体设备通常会设置一些维护门或框架将机器内部保护起来，所以在图中只标出了原料管路301和电气控制系统302的相应位置。这些维护门分布在后方机台102的左右两侧、以及背面，并且主要位于原料管路301、电气控制系统302以及工作腔室的相应位置。维护门在设备工作时关闭，而在设备需要维护或保养时打开，方便工作人员对设备进行保养和修理。而在图中门303的位置后面，是一条供第二工艺机器人107上下升降以及前后进动的通道。该通道为一段长条形的空间，第二工艺机器人107在该通道内上行或下移，即可到达位于不同水平面的工作腔室，再通过水平旋转即可将晶圆送入相应的工作腔室内。第二工艺机器人107还可以在门303后方的通道内前进或后退，在通道的尽头与第一工艺机器人106完成晶圆的交接任务。工作腔室对称的分布在该通道的两侧，上下堆叠排布。原料管路301和电气控制系统302均分布于相应工作腔室的后方，为工作腔室提供工艺过程中所需要的药液和能源。电气控制系统302还与操作平台105和显示面板104相连，控制工作腔室内的环境参数和工艺进程。

而通过观察该实施例的侧视图图4可知，在本实施例中，总共设置了8个工作腔室401。结合图1、图3和图4，8个工作腔室401对称的分布在第二工艺机器人107行进的通道两侧，并上下堆叠排布，由于现阶段半导体行业中洁净室的高度一般设置为2.5-3m，所以由于高度的限制，该半导体设备左、右两侧仅放置了4个工作腔室401。由于该半导体设备的功能并不特定，所以可以根据工艺过程的不同放置在相应位置放置不同的工作腔室401。比如，如果是涂胶工艺，则工作腔室401即可为涂胶腔室；如果是加热处理，则工作腔室401即可为加热堆栈；如果是刻蚀工艺，则工作腔室401即可为刻蚀腔室等。由此可以看出，利用该半导体设备，可以一次性完成有关半导体器件的多道加工工艺，再加上机器本身结构紧凑、布局合理，能够大大提高生产和加工效率，增加了单个半导体设备的产能和利用率。同时，可以看到原料管路301和电气控制系统302整个被集成到8个工作腔室401的后方，位于后方机台102的最末端，原料管路301和电气控制系统302大约占去了后方机台102五分之一的空间。

为了更好的反映本发明所述半导体设备具体实施例的内部结构，图5将本实施例中的各个门打开，对设备整体进行了展示。该半导体设备按本发明的技术方案进行排布和安放各机构后，机器的长度为2.25m，宽度为2.5m，整个占地面积不超过6㎡，大大节约了机器在洁净室中所占的空间。而且如果设备出现问题，这样的排布允许工作人员打开例如门303的维护门，从设备的左右两侧以及后方三个方向上对机器进行保养和维护，大大减小了养护的难度。

图6展示了本实施例中所使用到的第一工艺机器人106和第二工艺机器人107(参考图1)的结构特征。该工艺机器人能够水平移动、上下升降或水平旋转，行动敏捷且准确性好，在机械手处还具有吸附能力，精确的对准和抓取晶圆，行动时也能保证晶圆不会脱落。

图7给出了本发明的另一实施例，图7是俯视该设备时各个机构的布局图。其结构和布局与上一实施例基本一致，同样包括前端模组101和后方机台102。设备具有两个工艺机器人，第一工艺机器人与第二工艺机器人相互配合完成晶圆的传输任务。整个机器的原料管路和电气控制系统集成在后方机台102的末端。多个工作腔室401在竖直方向上相互上下堆叠排布，并对称分布于第二工艺机器人的两侧。图中灰色部分即为第二工艺机器人在水平方向进动以及上下升降的通道。该设备共设置有16个工作腔室401,4*4的排布在后方机台102中，第二工艺机器人通过升降、平移以及旋转运动即可将晶圆送至对应的工作腔室401内。

上述权利要求书及说明书中所记载的内容旨在详尽阐述本发明技术方案的设计意图、作用原理及进步效果，其中所提及的结构细节，均为便于公众理解发明内容所用，并不能用来限定本发明的保护范围。对于在本发明技术方案的基础之上的微小调整或等效替换，均应视为落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种堆叠布局的半导体设备，包括前端模组和后方机台，其特征在于：

所述前端模组用于容置和取放晶圆，所述前端模组中具有第一工艺机器人；

所述后方机台用于安放多个工作腔室，所述后方机台中具有第二工艺机器人；

其中，所述第一工艺机器人在前端模组和第二工艺机器人之间传递晶圆，所述第二工艺机器人在第一工艺机器人和各个工作腔室之间传递晶圆；所述多个工作腔室在水平方向上分布在所述第二工艺机器人的左、右两侧，在竖直方向上相互上下堆叠排布。

2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备中总共具有两个工艺机器人。

3.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述后方机台进一步包括向所述工作腔室内供给药液的原料管路和为所述半导体设备提供电力支持的电气控制系统。

4.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述原料管路和电气控制系统被集成到所述多个工作腔室的后方，位于所述后方机台的最末端。

5.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述第一工艺机器人的运动方式包括旋转、升降和平移。

6.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述第二工艺机器人的运动方式包括旋转、升降和平移。

7.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述工作腔室在所述第二工艺机器人的左、右两侧对称分布。

8.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述后方机台的背面以及两个侧面开设有维护门。

9.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述工作腔室的数量为四个、六个、八个或十六个。

10.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述后方机台内具有供所述第二工艺机器人移动的通道，所述多个工艺腔室对称分布于所述通道的两侧。