CN105388866A - 用于ic芯片或mems器件的全流程生产工作站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于IC芯片或MEMS器件的全流程生产工作站，包括一个无尘的人机交换腔，用于人工取放工件和控制工作站运行；智能传输腔，用于传输工件到各个工艺流程腔；一个或多个工艺流程腔，设置在智能传输腔的传输线路上，由中心运输腔和围绕中心运输腔设置的多个卫星腔组成，其中，中心运输腔与智能传输腔连接，其内部设置能够在各个卫星腔内取放工件的自动抓取设备，所述卫星腔能够完成设定的工件生产工艺流程；所述智能传输腔、中心运输腔和卫星腔内的工作环境和运行次序通过设置在人机交换腔内的智能控制机构进行系统控制。所述工作站设计成多层结构，能够极大程度的减少设备占用面积和维护费用，同时提高生产效率，从根本上降低IC或者MEMS器件的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造集成电路（IC）芯片或微机电系统（MEMS）器件的生产设备，具体涉及一种能够用于IC芯片或MEMS器件的全流程生产工作站。
背景技术
众所周知，集成电路IC和MEMS器件的生产是一项高投资、高技术、高风险、高收益的产业。在IC芯片和MEMS器件的生产中涉及到的工艺流程和生产设备很多，这些生产设备放置在几千到上万平米空间的“无尘室”中，需要几十到几百个的高素质专业人员对其进行操作维护。昂贵的生产设备、大规模无尘车间的建设和维护决定了一条整体生产线的建设需要几亿到十几亿的投资，从而导致IC芯片和MEMS器件的生产成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于IC芯片或MEMS器件的全流程生产工作站，能够显著降低设备和维护成本，提高生产效率。
本发明采用的技术方案为：一种用于IC芯片或MEMS器件的全流程生产工作站，包括一个无尘的人机交换腔，用于人工取放工件和控制工作站运行；智能传输腔，用于传输工件到各个工艺流程腔；一个或多个工艺流程腔，设置在智能传输腔的传输线路上，由中心运输腔和围绕中心运输腔设置的多个卫星腔组成，其中，中心运输腔与智能传输腔连接，其内部设置能够在各个卫星腔内取放工件的自动抓取设备，所述卫星腔能够完成设定的工件生产工艺流程；所述智能传输腔、中心运输腔和卫星腔内的工作环境和运行次序通过智能控制机构进行系统控制。
优选地，所述工作站是单层结构，工件通过平行智能传输腔进行传送。
优选地，所述工作站是多层结构，工件在同一层内通过平行智能传输腔进行传送，工件在层与层之间的通过上下智能传输腔进行上下传送。
优选地，人机交换腔设置在第一层。
优选地，所述工件是IC芯片或MEMS器件的原料或半成品或成品。
优选地，每个工艺流程腔中配备的卫星腔的个数可根据需要进行设置。
优选地，所述工作站可应用于IC芯片和MEMS器件的生产和封装，所述卫星腔完成的生产工艺是键合、焊接、光刻、涂布、显影、ICP、CVD、PVD、离子注入、清洗、检测、分析中的一种或多种。
优选地，所述自动抓取设备是机器人或者机械手。
优选地，所述智能控制机构设置在人机交换腔内的，根据需要将智能传输腔、中心运输腔和卫星腔设置为真空、惰性气体或大气环境。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1）采用多功能卫星腔组成的工艺流程腔来完成IC和MEMS器件的生产、检测、封装等工艺流程，不同功能的卫星腔可以根据需要任意组合，在各个工艺流程腔内自由传送，与线性生产线相比，可以省略完成重复工序的设备，显著降低设备占用面积；此外，所述腔体之间密封连接，与外界环境隔离，因此在整个工作站中只需几平米至几十平米高无尘的人机交换腔，工作腔体则可以放置在低成本、低洁净、低维护的普通厂区，设备维护费用将大幅降低；再者，本发明的全流程生产工作站可以实现行业的理想工作条件，即一片或多片空白晶圆放入工作站，等待1～10天后，完整的IC芯片或MEMS器件生产出来，实现从原料到器件的全自动化生产，提高生产效率。上述多种因素将从根本上降低IC或者MEMS器件的生产成本；
2）将全流程工作站设计成多层结构，各个工艺流程腔之间通过水平和竖直智能传输腔进行传输，能够进一步降低设备占用面积，减少厂房占用和维护面积，从而进一步降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例1的平面结构示意图；
图2是本发明实施例2的平面结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例3中上下智能传输腔的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明，所以仅显示与本发明有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制。
实施例1：参见图1，是一种全流程生产工作站，可以应用于IC芯片和MEMS器件的生产、检测和分析，该工作站是单层、直线式的，主要包括：
无尘的人机交换腔10，用于人工取放工件和控制工作站运行，所述工件可以是IC芯片或MEMS器件的原料、半成品或成品。
智能传输腔20，连接在人机交换腔与工艺流程腔之间或者连接在工艺流程腔之间，用于传输工件，在本实施例中，所述智能传输腔是水平智能传输腔21。
工艺流程腔30，设置在智能传输腔20的传输线路上，由中心运输腔31和围绕中心运输腔设置的多个卫星腔32组成，其中，中心运输腔31与水平智能传输腔21连接，其内部设置机器人或者机械手等自动抓取设备33，能够在各个卫星腔32内取放工件，卫星腔32能够完成工件的生产工艺流程。在本实施例中，所述工艺流程腔的个数为2，其中一个工艺流程腔具有两个卫星腔，称为两星腔，另外一个是具有七个卫星腔的七星腔，较少的工艺流程腔可以适用于工艺流程较少的MEMS封装、检测等过程。
智能控制机构11，优选地设置在人机交换腔10内，可以系统控制工作站运行，例如控制智能传输腔、中心运输腔和卫星腔内工作次序，也可以控制这些腔体的工作环境，例如根据需要设置为真空、惰性气体或大气环境。
本实施例的工作流程是：1）在人机交换腔10内，人工将IC芯片或MEMS器件连托盘一起放入水平智能传输腔21内；2）智能传输腔中进行抽真空操作并将IC芯片或MEMS器件和托盘通过传送履带传送至两星腔中机械手33能够覆盖的位置；3）打开中心运输腔腔门，机械手33将IC芯片或MEMS器件运输至中心运输腔内，并根据设定好的工艺流程依次将MEMS晶圆片放入两个卫星腔中进行加工，需要注意的是，在放入每个卫星腔中进行加工前，需要将中心运输腔内的环境改变成与要放入的卫星腔内环境一致，以免污染卫星腔内环境；4）将加工后的IC芯片或MEMS器件通过机械手33和智能传输腔传递至七星腔进行下一轮加工，按照次序进行加工再顺着原来的路径返回四星腔，在四星腔内进行一些重复的工艺流程后，将加工好的IC芯片或MEMS器件放入与人机交换腔相连接的智能传输腔，由人工取出。
本发明的全流程生产工作站，可以实现行业的理想工作条件，即一片或多片空白晶圆放入工作站，等待1～10天后，完整的IC芯片或MEMS器件生产出来，实现“原料到器件”全自动化生产，提高生产效率。
实施例2：参见图2，与实施例1的区别在于：本实施例的全流程生产工作站是单层、循环式的。在整个工作站中，设置了两星腔、三星腔、四星腔、五星腔，相互之间通过水平智能传输腔连接起来。在人机交换腔和工艺流程腔之间的智能传输腔是通过传送履带传送到第一个工艺流程腔内，而工艺流程腔之间的智能传输腔是通过工艺流程腔内的机械手或者机器人完成的工件取放来实现传输。在人机交换腔10内，人工将原料和托盘放入输入窗口41，经过一系列工艺流程腔30的加工和水平智能传输腔21的传输进入人机交换腔的输出窗口42完成整个工艺流程。
实施例3：参见图3，与实施例1、2不同，本实施例所述工作站设计成多层结构，具体是上下3层工作间。其中，人机交换腔10和智能控制机构11设置在第一层工作间，便于人工操作；工艺流程腔30则分别设置在一、二、三层工作间，在本实施例中，每一层内的工艺流程腔设计成实施例1中的直线型结构，当然也可以设计成实施例2中的循环式结构。同一层内的工件传送通过水平智能传输腔21来实现，而层与层之间的工件传送则通过上下智能传输腔22来实现。
参见图4，是本实施例中涉及到的上下智能传输腔22内的上下智能传输机构，是通过旋转履带齿轮带动支架上的晶圆在一层、二层、三层之间上下传递的。该上下智能传输结构可以适用于传输腔内是惰性气体或大气的环境条件下。
本实施例的工作流程如下：1）在人机交换腔，人工通过窗口将工件放入平行智能传输腔21，水平智能传输腔21设计成一次可以放置多片晶圆，然后靠自动跌落实现拿取，当然也可以设计成实施例1、2中所述的传送履带；2）工件在智能传输腔内进行真空操作后进入第一个工艺流程腔进行加工操作，操作步骤和环境由智能控制机构11进行控制，在每进入一个卫星腔之前都要将中心传输腔内的环境改变成与要放入的卫星腔内环境一致，以免污染卫星腔内环境，完成卫星腔内各个工序后，通过机械手传送至平行传送腔，通过平行传送腔输送至第二工艺流程腔内；3）待第二工艺流程腔内卫星腔负责的任务完成之后，通过机械手33输送至上下智能传输腔22，通过上下智能传输腔22把元件传送至第二层工作区内进行下一道工序，在第二层的工作区域内可以放置多个工艺流程腔，待所有工序完成后通过上下智能传输腔传送至第三层工作区；4）待第三层工作区域内的工序完成后在通过上下传送带22将工件传送至第一层的出仓腔体，取出工件。
在上述各个实施例中，所述工艺流程腔中配备的卫星腔的个数可根据需要进行设置，可以是两星腔、三星腔、四星腔、五星腔、六星腔、七星腔和八星腔或者更多腔体的任意组合，可以用于完成IC芯片和MEMS器件的生产和封装中涉及到的生产工艺，例如键合、焊接、光刻、涂布、显影、ICP、CVD、PVD、离子注入、清洗、检测、分析等工序。
更进一步地，与人机交换腔连接的智能传输腔可以通过现有技术中的其他传输机构来进行工件的传输，并不限于本发明中涉及的传送履带或者自动跌落实现拿取的机构。而上下智能传输腔也可以使用现有技术其他种类的上下传输机构，只要满足腔体内工作环境即可。
本发明采用多功能卫星腔组成的工艺流程腔来完成IC芯片或MEMS器件的生产、检测、封装等工艺流程，不同功能的卫星腔可以根据需要任意组合，在各个工艺流程腔内自由传送。与线性生产线相比，可以省略完成重复工序的设备，显著降低设备占用面积；此外，所述腔体之间密封连接，与外界环境隔离，因此，整个工作站中只需几平米至几十平米高无尘的人机交换腔，工作腔体则可以放置在低成本、低洁净、低维护的普通厂区，设备和维护费用将大幅降低；再者，本发明可以实现行业的理想工作条件，即将一片或多片空白晶圆放入工作站，等待1～10天后，完整IC芯片或MEMS器件生产出来，实现从原料到器件的全自动化生产，提高生产效率。设备成本和维护费用的降低以及生产效率的提高将从根本上降低IC芯片和MEMS器件的生产成本。
在实施例3中，工作站设计成三层结构，当然也可以设计成两层或者更多层，各个工艺流程腔之间通过平行和上下智能传输腔进行传输，可以降低设备占用面积，减少厂房占用和维护面积，进一步降低成本。
总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于IC芯片或MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：包括一个无尘的人机交换腔，用于人工取放工件和控制工作站运行；智能传输腔，用于传输工件到各个工艺流程腔；一个或多个工艺流程腔，设置在智能传输腔的传输线路上，由中心运输腔和围绕中心运输腔设置的多个卫星腔组成，其中，中心运输腔与智能传输腔连接，其内部设置能够在各个卫星腔内取放工件自动抓取设备，所述卫星腔能够完成设定的工件生产工艺流程；所述智能传输腔、中心运输腔和卫星腔内的工作环境和运行次序通过智能控制机构进行系统控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述工作站是单层结构，工件通过平行智能传输腔进行传送。
3.根据权利要求1所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述工作站是多层结构，工件在同一层内通过平行智能传输腔进行传送，工件在层与层之间通过上下智能传输腔进行上下传送。
4.根据权利要求3所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述人机交换腔设置在第一层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述工件是IC芯片或MEMS器件的原料或半成品或成品。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：每个工艺流程腔中配备的卫星腔的个数可以根据需要进行设置。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述工作站可应用于IC芯片和MEMS器件的生产和封装，所述卫星腔完成的生产工艺是键合、焊接、光刻、涂布、显影、ICP、CVD、PVD、离子注入、清洗、检测、分析中的一种或多种。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述自动抓取设备是机器人或者机械手。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于IC和MEMS器件的全流程生产工作站，其特征在于：所述智能控制机构设置在人机交换腔内的，根据需要将智能传输腔、中心运输腔和卫星腔内设置为真空、惰性气体或大气环境。
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