CN106558520A - 晶片传输系统及晶片传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的晶片传输系统及晶片传输方法，其包括依次设置的反应腔室、传输腔室和装载腔室，在各个腔室之间设置有门阀，其中，在传输腔室内设置有机械手，用于在反应腔室与装载腔室之间传输承载晶片的托盘；在装载腔室上设置有密封门；装载腔室包括片盒和用于驱动片盒作升降运动的升降装置，片盒用于支撑沿竖直方向间隔设置的至少两个托盘；片盒的结构被设置为：使托盘可分别自片盒正对门阀的第一侧和正对密封门的第二侧移入或移出。本发明提供的晶片传输系统，其可以在进行工艺的同时，对片盒进行取放片操作，从而不仅可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。

Description

晶片传输系统及晶片传输方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种晶片传输系统及晶片传输方法。
背景技术
在使用半导体加工设备时，通常需要将晶片从大气环境中传送到真空环境的反应腔室中进行工艺处理，并在完成工艺后再将晶片从反应腔室中传送出来，这个传输过程需要一套由传输腔室、装卸腔室以及相应的传输装置等组成的晶片传输系统。
图1为现有的晶片传输系统的剖视图。如图1所示，晶片传输系统用于将晶片传输至反应腔室101内，其包括传输腔室102、装载腔室107和承载装置。其中，反应腔室101、传输腔室102和装载腔室107依次串接，且各个腔室之间利用门阀(110a，110b)相隔离，从而各个腔室的气压状态可处于真空状态，且可独立控制。承载装置包括定位板105和片盒升降装置104，其中，定位板105位于装载腔室107内，并与片盒升降装置104连接，定位板105用于支撑片盒108。片盒108用于分层装载一定数量(通常是5个)的托盘109，托盘109用于承载多个晶片。片盒升降装置104用于驱动定位板105作升降运动。在传输腔室102内设置有机械手103，用以在装卸腔室107与反应腔室101之间传输托盘109。
上述晶片传输系统的工作流程为：如图2所示，首先使装卸腔室107处于大气状态，并开启装卸腔室107的密封门106，将装载有多个托盘109的片盒108放置在定位板105上，然后关闭密封门106，并将装卸腔室107抽真空，以使其处于真空状态。在传输托盘109时，首先利用片盒升降装置104驱动片盒108升降至合适的高度，以使其中一个托盘109的高度与门阀110b相对，然后机械手103通过门阀110b伸入装卸腔室107内，并自片盒108取出该托盘109，然后通过门阀110a传送至反应腔室101内。在完成工艺之后，机械手103再自反应腔室101取出托盘109，并重新将其放回片盒108上。这样，通过片盒108的竖直升降运动与机械手的水平伸缩运动相配合，而实现将片盒108上的各个托盘109先后传入反应腔室101内进行工艺处理。当片盒108上的所有托盘109均完成工艺之后，反应腔室101停止工艺，并等待操作人员更换片盒108。
上述晶片传输系统在实际应用中不可避免地存在以下问题：
其一，由于片盒108的结构限制，托盘109只能从片盒108的前侧开口装入或取出，而在将片盒108放入装载腔室107时，片盒108的前侧开口应与门阀110b相对，以供机械手103进行取放片操作。因此，在进行工艺时，操作人员无法更换对片盒108进行取放片操作。在这种情况下，上述晶片传输系统的运行属于串行模式，即，在操作人员更换片盒108时，反应腔室101处于等待操作，而无法进行工艺，虽然可以通过增加单个片盒108装载托盘109的数量，来分担反应腔室101的这部分怠工时间，但是片盒108装载托盘109的数量会受到托盘109的重量的限制，通常不超过5个，从而导致晶片传输系统的传输效率较低，且对反应腔室101的加工能力浪费较大。例如，一般情况下，单个托盘109的工艺时间约为40min，单个托盘109的传输时间总计为2min，每次取放片盒108的时间总计为7min(包含对装载腔室107充大气和抽真空的时间)，若每个片盒108装载有5个托盘109，则上述晶片传输系统的传输效率η为92.2％
其二，为了使单个托盘109能够容纳更多的晶片，目前主流的托盘直径已从330mm发展到380mm，未来很可能扩大至450mm，单个托盘的重量也从330mm的1.1kg增加到380mm的2.2kg。在这种情况下，若还继续采用每个片盒108容纳5个托盘109的方式，则装满托盘109的片盒108的重量将由目前的约10kg增加至约17kg，这超过了操作人员的合理承受能力，而如果减少片盒容量又会降低晶片传输系统的传输效率，因此，该晶片传输系统无法满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶片传输系统及晶片传输方法，其可以在进行工艺的同时，对片盒进行取放片操作，从而不仅可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
为实现本发明的目的而提供一种晶片传输系统，包括依次设置的反应腔室、传输腔室和装载腔室，在各个腔室之间设置有门阀，其中，在所述传输腔室内设置有机械手，所述机械手用于在所述反应腔室与所述装载腔室之间传输承载晶片的托盘；在所述装载腔室上设置有密封门；所述装载腔室包括片盒和用于驱动所述片盒作升降运动的升降装置，所述片盒用于支撑沿竖直方向间隔设置的至少两个所述托盘；所述片盒的结构被设置为：使所述托盘可分别自所述片盒正对所述门阀的第一侧和正对所述密封门的第二侧移入或移出。
其中，所述片盒包括：底板，与所述升降装置连接；两个侧柱，相对设置在所述底板的上表面，且所述两个侧柱之间的间隔空间分别对应所述门阀和所述密封门；沿竖直方向间隔设置的至少两层定位块组，每层定位块组包括两个定位块，所述两个定位块相互平齐地分别设置在所述两个侧柱上，用以支撑所述托盘。
其中，所述片盒包括：底板，与所述升降装置连接；两个侧柱，相对设置在所述底板的上表面，且所述两个侧柱之间的间隔空间分别对应所述门阀和所述密封门；并且，在每个侧柱上沿竖直方向间隔设置有至少两个插槽，且所述两个侧柱上的各个插槽一一对应地相互平齐，用以支撑所述托盘。
优选的，在每个所述定位块用于支撑所述托盘的表面上设置有定位凹槽；在同一层定位块组中，所述两个定位块上的两个定位凹槽在所述底板的上表面上的投影形状和尺寸与所述托盘在所述底板的上表面上的投影形状相适配。
优选的，所述升降装置包括升降轴、传动机构和旋转电机，其中，所述升降轴的上端与所述底板连接，所述升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至所述装载腔室的外部，并通过所述传动机构与所述旋转电机连接；所述旋转电机用于提供旋转动力；所述传动机构用于将所述旋转电机的旋转动力转换成竖直方向上的直线运动，并传递至所述升降轴。
优选的，所述升降装置包括升降轴和升降电机，其中，所述升降轴的上端与所述底板连接，所述升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至所述装载腔室的外部，并与所述升降电机连接；所述升降电机用于驱动所述升降轴在竖直方向上作直线运动。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种晶片传输方法，其采用本发明提供的上述晶片传输系统传输所述托盘，所述晶片传输方法包括以下步骤：
S1，对所述装载腔室充入大气；
S2，开启所述密封门，自所述片盒的第二侧向所述片盒内放入至少两个未加工的所述托盘，并取出已完成工艺的所述托盘；
S3，关闭所述密封门，并对所述装载腔室抽真空；
S4，所述升降装置驱动所述片盒作升降运动，以使其中一个未加工的所述托盘位于所述门阀所在高度处；所述机械手自所述片盒的第一侧取出该托盘，并将其传送至所述反应腔室内；
S5，所述反应腔室开始对所述托盘上的晶片进行工艺，在完成工艺之后，所述机械手自所述反应腔室取出所述托盘，并将其传送回所述片盒内；
重复所述步骤S4和S5，直至所有所述托盘上的晶片均完成工艺；并且，在所述反应腔室对最后一个所述托盘进行工艺的同时，进行所述步骤S1-S3。
优选的，所述片盒支撑沿竖直方向间隔设置的两个所述托盘；在所述步骤S2中，未加工的所述托盘位于上层；已完成工艺的所述托盘位于下层。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的晶片传输系统，其通过将片盒的结构设置为使托盘可分别自片盒正对门阀的第一侧和正对密封门的第二侧移入或移出，可以在进行工艺的同时，通过开启密封门自片盒的第二侧对片盒进行取放片操作，即，将托盘的取放片操作与反应腔室内的工艺过程并行，从而不仅可以避免反应腔室的怠工，实现连续生产，从而可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以实现对尺寸和重量更大的托盘的装卸，进而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
本发明提供的晶片传输方法，其通过采用本发明提供的上述晶片传输系统，不仅可以避免反应腔室的怠工，实现连续生产，从而可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以实现对尺寸和重量更大的托盘的装卸，进而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
附图说明
图1为现有的晶片传输系统的剖视图；
图2为现有的晶片传输方法的流程框图；
图3为本发明实施例提供的晶片传输系统的剖视图；
图4为本发明实施例中的装载腔室的内部结构图；
图5为本发明实施例的一个变形实施例中的片盒的结构图；以及
图6为本发明实施例提供的晶片传输方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的晶片传输系统及晶片传输方法进行详细描述。
图3为本发明实施例提供的晶片传输系统的剖视图。请参阅图3，晶片传输系统包括依次设置的反应腔室401、传输腔室402和装载腔室406，其中，在反应腔室401和传输腔室402之间设置有门阀409a，用以将二者隔离形成可独立控制气压的空间；在传输腔室402和装载腔室406之间设置有门阀409b，用以将二者隔离形成可独立控制气压的空间。在传输腔室402内设置有用于在反应腔室401与装载腔室406之间传输托盘408的机械手403，该托盘408用于承载晶片。而且，在装载腔室406上设置有密封门405，该密封门405位于与门阀409b相对的一侧。
装载腔室406包括片盒407和用于驱动片盒407作升降运动的升降装置404，片盒407用于支撑沿竖直方向间隔设置的两个托盘408。而且，片盒407的结构被设置为：使托盘408可分别自片盒407正对门阀409b的第一侧(图3中片盒407的左侧)和正对密封门405的第二侧(图3中片盒407的右侧)移入或移出。
下面对片盒的具体实施方式进行详细描述。图4为本发明实施例中的装载腔室的内部结构图。请参阅图4，片盒包括底板501、两个侧柱502和两层定位块组503。其中，底板501水平设置在装载腔室406内，且与升降装置404连接；两个侧柱502相对设置在底板501的上表面，且二者之间的间隔空间分别对应门阀409b和密封门405，例如，在图4中，装载腔室406的前侧和后侧分别为密封门405和门阀409b所在的两侧，在这种情况下，两个侧柱502位于分别靠近装载腔室406的左右两侧侧壁的位置处，两个侧柱502之间的间隔空间分别对应门阀409b和密封门405，该间隔空间可供托盘408移入或移出片盒。两层定位块组503沿竖直方向间隔设置，每层定位块组503包括两个定位块，两个定位块相互平齐地分别设置在两个侧柱502上，托盘408被放置于同一组定位块组503中的两个定位块上。
优选的，在每个定位块用于支撑托盘408的表面上设置有定位凹槽，如图4所示，在同一层定位块组中，两个定位块上的两个定位凹槽在底板501的上表面上的投影形状和尺寸与托盘408在底板501的上表面上的投影形状相适配。借助同一定位块组中的两个定位凹槽，可以限定托盘408在定位块上的位置，从而起到定位的作用。
下面对上述晶片传输系统的工作流程进行详细描述。具体地，当第一个托盘408在反应腔室401内进行工艺同时，操作人员可以打开装载腔室406的密封门405，将第二个托盘408放入片盒407位于上层的定位块上；当第一个托盘408完成工艺之后，由机械手403将其自反应腔室401传送回片盒407位于下层的定位块上，然后取出位于上层的定位块上的第二个托盘408，并将其传送至反应腔室401内进行工艺；在第二个托盘408进行工艺的同时，操作人员又可以打开密封门405，将第三个托盘408放入片盒407位于上层的定位块上，并取出位于下层的定位块上的第一个托盘408。如此循环，实现了新旧托盘的自动更换和反应腔室的连续生产，即，将托盘的取放片操作与反应腔室内的工艺过程并行，从而不仅可以避免反应腔室的怠工，实现连续生产，从而可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以实现对尺寸和重量更大的托盘的装卸，进而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
升降装置404用于驱动片盒407作升降运动。升降装置404的具体结构可以为：包括升降轴、传动机构和旋转电机(图中未示出)，其中，升降轴的上端与底板501连接，升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至装载腔室406的外部，并通过传动机构与旋转电机连接；旋转电机用于提供旋转动力；传动机构用于将旋转电机的旋转动力转换成竖直方向上的直线运动，并传递至升降轴。在升降装置404的驱动下，片盒407可以通过升降使未加工的托盘408位于门阀409b所在高度处，从而可以使机械手403通过平移伸入装载腔室406内取出该托盘408。当然，在实际应用中，升降装置404还可以采用其他任意结构，例如，升降装置还可以包括升降轴和升降电机，其中，升降轴的上端与底板501连接，升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至装载腔室406的外部，并与升降电机连接；升降电机用于驱动升降轴在竖直方向上作直线运动。
需要说明的是，在本实施例中，片盒407可支撑沿竖直方向间隔设置的两个托盘408，即，具有两层定位块组503，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，片盒还可以用于支撑三个、四个或者五个以上的托盘，即，定位块组的数量可以为三个以上，在这种情况下，操作人员可以在反应腔室对最后一个未加工的托盘进行工艺的同时进行取放片操作，即，将所有的已完成工艺的托盘取出，并放入多个未加工的托盘。
作为本实施例的一个变形实施例，图5为本发明实施例的一个变形实施例中的片盒的结构图。请参阅图5，本变型实施例与上述实施例相比，其区别仅在于，片盒的结构不同。具体地，在本变型实施例中，片盒包括底板601和两个侧柱602，其中，与上述实施例相类似的，底板601水平设置在装载腔室内，且与升降装置连接；两个侧柱602相对设置在底板601的上表面，且二者之间的间隔空间分别对应门阀和密封门。并且，在每个侧柱602上沿竖直方向间隔设置有至少两个插槽603，且两个侧柱602上的各个插槽603一一对应地相互平齐，托盘604被置于两个侧柱602上位于同一高度的两个插槽603上，这同样可以实现使托盘604可分别自片盒正对门阀的第一侧和正对密封门的第二侧移入或移出。
作为另一个技术方案，图6为本发明实施例提供的晶片传输方法的流程框图。请参阅图6，本发明实施例还提供一种晶片传输方法，其采用了本发明实施例提供的上述晶片传输系统传输托盘。下面以图3中示出的晶片传输系统为例，详细描述该晶片传输方法的具体步骤。具体的，包括以下步骤：
S1，对装载腔室406充入大气，使其处于大气状态；
S2，开启密封门405，自片盒407的第二侧(右侧)向片盒407位于上层的定位块上放入未加工的托盘408，并自片盒407位于下层的定位块上取出已完成工艺的托盘408；
S3，关闭密封门405，并对装载腔室406抽真空，以使其处于真空状态；
S4，升降装置404驱动片盒407作升降运动，以使未加工的托盘408位于门阀409b所在高度处；然后，机械手403自片盒407的第一侧(左侧)取出该未加工的托盘408，并将其传送至反应腔室401内；
S5，反应腔室401开始对托盘408上的晶片进行工艺，在完成工艺之后，机械手403自反应腔室401取出托盘408，并将其传送回片盒407位于下层的定位块上。
并且，在反应腔室401对托盘408进行工艺的同时，进行步骤S1-S3，以将新的未加工的托盘408放入片盒407位于上层的定位块上，并取出位于下层的定位块上的已完成工艺的托盘408。
由上可知，本发明实施例提供的上述晶片传输方法，可以实现托盘的取放片操作与反应腔室内的工艺过程并行，从而不仅可以避免反应腔室的怠工，实现连续生产，从而可以提高晶片传输系统的传输效率，而且操作人员无需搬运片盒，从而可以实现对尺寸和重量更大的托盘的装卸，进而可以更好地满足未来传输更大尺寸的托盘的需求。
需要说明的是，在本实施例中，盒407可支撑沿竖直方向间隔设置的两个托盘408，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，片盒还可以用于支撑三个、四个或者五个以上的托盘，在这种情况下，首先重复上述步骤S4和S5，直至所有托盘上的晶片均完成工艺；然后在反应腔室对最后一个托盘进行工艺的同时，进行上述步骤S1-S3。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶片传输系统，包括依次设置的反应腔室、传输腔室和装载腔室，在各个腔室之间设置有门阀，其中，在所述传输腔室内设置有机械手，所述机械手用于在所述反应腔室与所述装载腔室之间传输承载晶片的托盘；在所述装载腔室上设置有密封门；所述装载腔室包括片盒和用于驱动所述片盒作升降运动的升降装置，所述片盒用于支撑沿竖直方向间隔设置的至少两个所述托盘；其特征在于，所述片盒的结构被设置为：使所述托盘可分别自所述片盒正对所述门阀的第一侧和正对所述密封门的第二侧移入或移出。
2.根据权利要求1所述的晶片传输系统，其特征在于，所述片盒包括：
底板，与所述升降装置连接；
两个侧柱，相对设置在所述底板的上表面，且所述两个侧柱之间的间隔空间分别对应所述门阀和所述密封门；
沿竖直方向间隔设置的至少两层定位块组，每层定位块组包括两个定位块，所述两个定位块相互平齐地分别设置在所述两个侧柱上，用以支撑所述托盘。
3.根据权利要求1所述的晶片传输系统，其特征在于，所述片盒包括：
底板，与所述升降装置连接；
两个侧柱，相对设置在所述底板的上表面，且所述两个侧柱之间的间隔空间分别对应所述门阀和所述密封门；并且，在每个侧柱上沿竖直方向间隔设置有至少两个插槽，且所述两个侧柱上的各个插槽一一对应地相互平齐，用以支撑所述托盘。
4.根据权利要求2所述的晶片传输系统，其特征在于，在每个所述定位块用于支撑所述托盘的表面上设置有定位凹槽；
在同一层定位块组中，所述两个定位块上的两个定位凹槽在所述底板的上表面上的投影形状和尺寸与所述托盘在所述底板的上表面上的投影形状相适配。
5.根据权利要求2或3所述的晶片传输系统，其特征在于，所述升降装置包括升降轴、传动机构和旋转电机，其中，
所述升降轴的上端与所述底板连接，所述升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至所述装载腔室的外部，并通过所述传动机构与所述旋转电机连接；
所述旋转电机用于提供旋转动力；
所述传动机构用于将所述旋转电机的旋转动力转换成竖直方向上的直线运动，并传递至所述升降轴。
6.根据权利要求2或3所述的晶片传输系统，其特征在于，所述升降装置包括升降轴和升降电机，其中，
所述升降轴的上端与所述底板连接，所述升降轴的下端沿竖直方向向下延伸至所述装载腔室的外部，并与所述升降电机连接；
所述升降电机用于驱动所述升降轴在竖直方向上作直线运动。
7.一种晶片传输方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的晶片传输系统传输所述托盘，所述晶片传输方法包括以下步骤：
S1，对所述装载腔室充入大气；
S2，开启所述密封门，自所述片盒的第二侧向所述片盒内放入至少两个未加工的所述托盘，并取出已完成工艺的所述托盘；
S3，关闭所述密封门，并对所述装载腔室抽真空；
S4，所述升降装置驱动所述片盒作升降运动，以使其中一个未加工的所述托盘位于所述门阀所在高度处；所述机械手自所述片盒的第一侧取出该托盘，并将其传送至所述反应腔室内；
S5，所述反应腔室开始对所述托盘上的晶片进行工艺，在完成工艺之后，所述机械手自所述反应腔室取出所述托盘，并将其传送回所述片盒内；
重复所述步骤S4和S5，直至所有所述托盘上的晶片均完成工艺；并且，在所述反应腔室对最后一个所述托盘进行工艺的同时，进行所述步骤S1-S3。
8.根据权利要求7所述的晶片传输方法，其特征在于，所述片盒支撑沿竖直方向间隔设置的两个所述托盘；
在所述步骤S2中，未加工的所述托盘位于上层；已完成工艺的所述托盘位于下层。
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