CN109712923A - 一种晶圆周转装置及晶圆周转方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆周转装置和晶圆周转方法。晶圆周转装置包括晶圆盒载置台，晶圆盘载置台，第一中转台，第二中转台，三个搬运机构以及控制单元。第一中转台包括用于识别并调整晶圆的平边位置的晶圆寻边器；第二中转台包括用于识别并调整晶圆盘的承载部的平边位置的晶圆盘寻边器。控制单元控制三个搬运机构分别在晶圆盒载置台和晶圆寻边器之间、晶圆寻边器和晶圆盘寻边器之间、以及晶圆盘寻边器和晶圆盘载置台之间传递晶圆，以高效地将晶圆从晶圆盒载置台搬运至晶圆盘载置台，或从晶圆盘载置台搬运至晶圆盒载置台。

Description

一种晶圆周转装置及晶圆周转方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆制造技术领域，特别涉及一种晶圆周转装置及晶圆周转方法。

背景技术

在半导体行业生产中，晶圆在制程中采用不同的生产工艺，而不同生产工艺的生产设备所使用的晶圆载盘不同，因此在整个制程中需要频繁地把晶圆在不同载盘之间周转。例如在PVD(物理气相沉积)和MOCVD(金属有机物化学气相沉淀)两个生产工艺之间，就需要将晶圆从半导体外延段原料仓搬运到PVD腔室，以及将晶圆从PVD腔室搬运到MOCVD腔室。如果不能对晶圆搬运进行合理调度，容易造成时间浪费以及制造效率低下的问题。

此外，晶圆分为正面和反面，晶圆正面要求不能接触，目前的生产模式是作业员手持吸笔将上个生产工艺完成的载盘中的晶圆的背面放置到下个制程的载盘中，作业强度大且效率非常低下。在放置晶圆时，由于晶圆在圆周方向有个平边，对于不同载具放片时平边的放置方向有要求，导致目前人工放片时效率低下。进一步的，人工周转晶圆仍然会带来晶圆微粒污染风险。

因此，需要提供一种高效、低污染风险的晶圆周转装置及晶圆周转方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种周转效率高、环境污染小的晶圆周转装置及周转方法。

为达成上述目的，本发明提供一种一种晶圆周转装置，包括：晶圆盒载置台，装载多个用于收纳晶圆的晶圆盒，每一所述晶圆具有一平边；晶圆盘载置台，装载多个用于承载晶圆的晶圆盘，每个所述晶圆盘具有多个承载所述晶圆的承载部，每一所述承载部具有一平边；第一中转台，其包括晶圆寻边器，所述晶圆寻边器用于识别并调整所述晶圆的平边位置；第一搬运机构，用于将所述晶圆在所述晶圆盒和所述晶圆寻边器之间传递；第二中转台，其包括晶圆盘寻边器，所述晶圆盘寻边器用于识别并调整所述晶圆盘的承载部的平边位置；第二搬运机构，用于将所述晶圆以平边对准的方式在所述晶圆寻边器和所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘之间传递；第三搬运机构，用于将所述晶圆盘在所述晶圆盘寻边器和所述晶圆盘载置台之间传递；以及控制单元，用于根据所述晶圆的处理状态控制将所述晶圆从所述晶圆盒载置台搬运至所述晶圆盘载置台，或从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盒载置台的操作。

优选地，所述控制单元控制将所述晶圆从所述晶圆盒载置台搬运至所述晶圆盘载置台的操作包括：控制所述第三搬运机构将空的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；同时控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盒搬运至所述晶圆寻边器寻边；控制所述第二搬运机构将所述晶圆以平边对准的方式从所述晶圆寻边器搬运到所述晶圆盘寻边器的晶圆盘内；重复上述对所述第一搬运机构和第二搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部装满晶圆或所述晶圆盒为空。

优选地，当所述晶圆盘的承载部装满晶圆后，所述控制单元还控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

优选地，所述控制单元控制将所述晶圆从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盒载置台的操作包括：控制所述第三搬运机构将放满晶圆的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；控制所述第二搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘搬运到所述晶圆寻边器内寻边；控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆寻边器搬运至所述晶圆盒；重复上述对所述第二搬运机构和第一搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部为空或所述晶圆盒全部装满。

优选地，当所述晶圆盘的承载部为空，所述控制单元还控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

优选地，所述晶圆寻边器还包括读取模块，用于读取所述晶圆的平边侧的晶圆序列号。

优选地，所述晶圆盒载置台的多个晶圆盒以所述第一搬运机构为圆心呈半圆环状分布，且在竖直方向上堆叠设置；其中所述晶圆盒载置台包括第一区域和第二区域，所述第一区域内的晶圆盒用于收纳搬运至所述晶圆盘载置台的晶圆，所述第二区域内的晶圆盒用于收纳来自所述晶圆盘载置台的晶圆；所述晶圆盘载置台包括第三区域和第四区域，所述第三区域内的晶圆盘用于收纳搬运至所述晶圆盒载置台的晶圆，所述第四区域内的晶圆盘用于收纳来自所述晶圆盒载置台的晶圆。

根据本发明的另一方面，还提供了一种应用于上述晶圆周转装置的晶圆周转方法，包括以下步骤：

控制所述第三搬运机构将空的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；同时控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盒搬运至所述晶圆寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆以平边对准的方式从所述晶圆寻边器搬运到所述晶圆盘寻边器的晶圆盘内；

重复上述对所述第一搬运机构和第二搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部装满晶圆或所述晶圆盒为空；若所述晶圆盘的承载部装满晶圆，则控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

根据本发明的另一方面，还提供了一种应用于上述晶圆周转装置的晶圆周转方法，包括以下步骤：

控制所述第三搬运机构将放满晶圆的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘搬运到所述晶圆寻边器内寻边；

控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆寻边器搬运至所述晶圆盒；

重复上述对所述第二搬运机构和第一搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部为空或所述晶圆盒全部装满；若所述晶圆盘的承载部为空，则控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

优选地，所述晶圆寻边器对所述晶圆寻边的同时还读取所述晶圆的平边侧的晶圆序列号。

相较于现有技术，本发明采用三个搬运机构和两个寻边器协同作业完成晶圆在晶圆盒载置台和晶圆盘载置台之间的周转，提高整个生产流程的效率。此外本发明采用两个寻边器自动定位识别并调整平边位置，无需人工操作，提高晶圆放置到盘中的合格率。整个装置可以实现兼容4寸和6寸晶圆不同生产工艺的周转生产，且结构紧凑，方便操作和生产。

附图说明

图1所示为具有平边的晶圆的示意图；

图2所示为晶圆盘的示意图；

图3所示为本发明一实施例的晶圆周转装置的十一图；

图4所示为本发明一实施例的晶圆周转方法的流程图；

图5所示为本发明另一实施例的晶圆周转方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

以下将结合图1-图5对本发明的晶圆周转装置和晶圆周转方法加以详细说明。晶圆周转装置包括：晶圆盒载置台1，晶圆盘载置台2，第一中转台3，第二中转台4，第一搬运机构5，第二搬运机构6，第三搬运机构7，以及控制单元。本实施例中晶圆周转装置用于在PVD工艺和MOCVD工艺之间进行晶圆搬运，即将来自原料仓的晶圆搬运至PVD腔室，以及将PVD腔室处理完毕的晶圆再送至MOCVD处理腔室。当然，晶圆周转装置也可以应用在其他生产工艺之间，本发明并不加以限制。

请参照图3，本发明中晶圆盒载置台1可装载多个晶圆盒(Cassette)，每个晶圆盒可以收纳多个晶圆，这些晶圆可以在晶圆盒中垂直堆叠放置。常规的，每个晶圆盒可以放置25片晶圆。如图1所示，每个晶圆11都有一平边，且在晶圆的平边侧还刻有晶圆序列号。本实施例中，为了进一步节省空间，晶圆盒载置台1也是以垂直堆叠的方式装载晶圆盒，例如将5个晶圆盒垂直堆叠为一列。此外，晶圆盒载置台1作为晶圆盒装载装置，其中装载的晶圆盒内的晶圆可以是将要搬运至PVD腔室的没有经过PVD处理的晶圆，也可以是从PVD腔室搬出的已经经过PVD处理的晶圆。为了针对两种晶圆进行区别化存放，晶圆盒载置台1可分为两个区域，第一区域内的晶圆盒中的晶圆是将要搬运至PVD腔室的，而第二区域内的晶圆盒中的晶圆是已经从PVD腔室搬运出来的。

晶圆盘载置台2用于装载多个晶圆盘，如图2所示，每个晶圆盘12具有多个共面的、用于承载晶圆的承载部13，每个承载部13的形状大小和晶圆的形状大小相匹配，也具有一平边。本实施例中，晶圆盘12的承载部13为凹槽状，可将晶圆容纳在凹槽中。晶圆盘可以是碳化硅盘或硅盘，通常放置5片晶圆或7片晶圆。晶圆盘载置台2作为晶圆盘装载装置，其中装载的晶圆可以是从晶圆盒载置台传递过来的、没有经过PVD处理的晶圆，也可以是经PVD处理的、将传递至晶圆盒载置台的晶圆。为了针对两种晶圆进行区别化存放，晶圆盘载置台2可分为两个区域，第三区域内的晶圆盘中的晶圆是已经从PVD腔室搬运出来的、将要搬运至晶圆盒载置台1的，而第四区域内的晶圆盒中的晶圆是未经PVD处理的、从晶圆盒载置台1搬运来的。

第一中转台3位于晶圆盒载置台1侧，其具有晶圆寻边器，晶圆寻边器可起到寻边作用，即识别晶圆的平边位置并将其调整至指定位置。寻边可通过视觉传感器结合PLC传感器来实现。较佳的，晶圆寻边器还包括一个读取模块，可以自动读取晶圆平边侧的晶圆序列号。由此，可防止人工读取序列号时因序列号的字符和数字太小只能抽检部分的晶圆读取其序列号所产生的生产风险。

第二中转台4位于晶圆盘载置台2侧，其具有晶圆盘寻边器，晶圆盘寻边器可实现寻边作用，即识别承载部平边位置并将其调整至指定位置。具体地，如图2所示，晶圆盘上具有一凹口，作为晶圆盘的原点。晶圆盘寻边器可利用视觉传感器和PLC传感器来识别出晶圆盘的原点以及承载部平边位置。晶圆寻边器可以充分保证晶圆放置到晶圆盒中方向的一致性。晶圆盘寻边器可以充分保证晶圆盘放置到晶圆盘载置台中方向的一致性。晶圆寻边器和晶圆盘寻边器共同充分保证晶圆放置在晶圆盘中的一致性。

三个搬运机构5-7分别在晶圆盒载置台和第一中转台之间、第一中转台和第二中转台之间、以及第二中转台和晶圆盘载置台之间进行晶圆的传递。搬运机构例如是机械臂，本发明并不加以限制。具体来说，第一搬运机构5用于根据控制信号将晶圆在晶圆盒和晶圆寻边器之间传递；第二搬运机构6用于根据控制信号调整晶圆的位置，使晶圆以平边对准的方式在晶圆寻边器和晶圆盘寻边器的晶圆盘之间传递；第三搬运机构7用于根据控制信号将晶圆盘在晶圆盘寻边器和晶圆盘载置台2之间传递。需要注意的是，为了优化空间布局，本实施例中晶圆盒载置台的多列晶圆盒以第一搬运机构5为圆心呈半圆环状分布，即第一区域和第二区域分别占一个圆环的四分之一。两个区域晶圆盘载置台以第三搬运机构为中心对称并列排列。如此一来，第一搬运机构至任一列晶圆盒的距离相等，第三搬运机构至任一晶圆盘的距离也相等，提高了搬运效率。

控制单元则用于根据晶圆的处理状态发出控制信号，控制将晶圆从晶圆盒载置台1搬运至晶圆盘载置台2，或从晶圆盘载置台2搬运至晶圆盒载置台1的操作。

接下来请参考图4和图5，其所示为本发明的晶圆周转装置在不同周转过程中的流程图。图4所示为将晶圆从晶圆盒载置台搬运至晶圆盒载置台的流程图，具体包括如下步骤。

首先，控制单元控制第三搬运机构将空的晶圆盘从晶圆盘载置台搬运至晶圆盘寻边器寻边；同时控制单元控制第一搬运机构将晶圆从晶圆盒载置台的晶圆盒搬运至晶圆寻边器寻边。控制单元控制第一搬运机构和第三搬运机构同步操作，提升了工作效率。

接下来，当晶圆盘寻边器和晶圆寻边器都完成寻边后，控制单元控制第二搬运机构将晶圆以平边对准的方式从晶圆寻边器搬运到晶圆盘寻边器的晶圆盘内。具体地，控制单元可调整第二搬运机构的抓取位姿使其按照角度要求将晶圆放置到晶圆盘内。

在每放完一片晶圆后，控制单元判断晶圆盘是否已经装满。如果没有装满且晶圆盒内的晶圆还没有取空，控制单元继续控制第一搬运机构和第二搬运机构执行下一晶圆的搬运操作，直至将晶圆盘装满，控制单元控制第三搬运机构将晶圆盘从晶圆盘寻边器搬运到晶圆盘载置台。如果晶圆盘没有装满但晶圆盒空的话，则需人工更换晶圆盒后再进行晶圆周转操作。

请参照图5，其所示为将晶圆从晶圆盘载置台搬运至晶圆盒载置台的流程图，具体包括如下步骤。

首先，控制单元控制第三搬运机构将放满晶圆的晶圆盘从晶圆盘载置台搬运至晶圆盘寻边器进行寻边。寻边完成后，控制单元控制第二搬运机构将晶圆盘中的一片晶圆搬运到晶圆寻边器内寻边。接着控制单元控制第一搬运机构按照角度要求将晶圆从晶圆寻边器搬运至晶圆盒内。

每一片晶圆搬运完成后，控制单元判断晶圆盘内的晶圆是否已空，若是则控制第三搬运机构将空的晶圆盘从晶圆盘寻边器搬运到晶圆盘载置台。如果晶圆盘里还有晶圆且晶圆盒还没有全部装满，那么控制单元控制第二搬运机构搬运晶圆盘内的下一晶圆至晶圆盒内。如此将晶圆盘内晶圆依次放入晶圆盒内，如果晶圆盒已经装满了，需人工更换晶圆盒后再进行晶圆周转操作。

综上所述，本发明通过三个搬运机构和两个寻边器协同作业完成晶圆在晶圆盒载置台和晶圆盘载置台之间的周转，整个过程中都是全自动化实现的，可以充分保证晶圆放置在晶圆盘中的一致性，晶圆盘放置到晶圆盘载置台中方向的一致性，以及晶圆放置到晶圆盒中方向的一致性，且可以提高晶圆放置到晶圆盘中的合格率、提高整个生产流程的效率、降低晶圆和晶圆盘的报废率，生产效率和合格率都远高于人工生产。此外只要更换调整搬运机构和中转台中的部分结构就可以实现兼容不同尺寸的晶圆的生产工艺。更大大降低了人工周转晶圆所带来的晶圆微粒污染风险，可以达到ISO CLASS5即百级的洁净环境要求。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种晶圆周转装置，其特征在于，包括：

晶圆盒载置台，装载多个用于收纳晶圆的晶圆盒，每一所述晶圆具有一平边；

晶圆盘载置台，装载多个用于承载晶圆的晶圆盘，每个所述晶圆盘具有多个承载所述晶圆的承载部，每一所述承载部具有一平边；

第一中转台，其包括晶圆寻边器，所述晶圆寻边器用于识别并调整所述晶圆的平边位置；

第一搬运机构，用于将所述晶圆在所述晶圆盒和所述晶圆寻边器之间传递；

第二中转台，其包括晶圆盘寻边器，所述晶圆盘寻边器用于识别并调整所述晶圆盘的承载部的平边位置；

第二搬运机构，用于将所述晶圆以平边对准的方式在所述晶圆寻边器和所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘之间传递；

第三搬运机构，用于将所述晶圆盘在所述晶圆盘寻边器和所述晶圆盘载置台之间传递；以及

控制单元，用于根据所述晶圆的处理状态控制将所述晶圆从所述晶圆盒载置台搬运至所述晶圆盘载置台，或从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盒载置台的操作。

2.根据权利要1所述的晶圆周转装置，其特征在于，所述控制单元控制将所述晶圆从所述晶圆盒载置台搬运至所述晶圆盘载置台的操作包括：

控制所述第三搬运机构将空的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；同时控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盒搬运至所述晶圆寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆以平边对准的方式从所述晶圆寻边器搬运到所述晶圆盘寻边器的晶圆盘内；

重复上述对所述第一搬运机构和第二搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部装满晶圆或所述晶圆盒为空。

3.根据权利要求2所述的晶圆周转装置，其特征在于，当所述晶圆盘的承载部装满晶圆后，所述控制单元还控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

4.根据权利要求1所述的晶圆周转装置，其特征在于，所述控制单元控制将所述晶圆从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盒载置台的操作包括：

控制所述第三搬运机构将放满晶圆的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘搬运到所述晶圆寻边器内寻边；

控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆寻边器搬运至所述晶圆盒；

重复上述对所述第二搬运机构和第一搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部为空或所述晶圆盒全部装满。

5.根据权利要求4所述的晶圆周转装置，其特征在于，当所述晶圆盘的承载部为空，所述控制单元还控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

6.根据权利要求1所述的晶圆周转装置，其特征在于，所述晶圆寻边器还包括读取模块，用于读取所述晶圆的平边侧的晶圆序列号。

7.根据权利要求5所述的晶圆周转装置，其特征在于，所述晶圆盒载置台的多个晶圆盒以所述第一搬运机构为圆心呈半圆环状分布，且在竖直方向上堆叠设置；其中所述晶圆盒载置台包括第一区域和第二区域，所述第一区域内的晶圆盒用于收纳搬运至所述晶圆盘载置台的晶圆，所述第二区域内的晶圆盒用于收纳来自所述晶圆盘载置台的晶圆；所述晶圆盘载置台包括第三区域和第四区域，所述第三区域内的晶圆盘用于收纳搬运至所述晶圆盒载置台的晶圆，所述第四区域内的晶圆盘用于收纳来自所述晶圆盒载置台的晶圆。

8.一种利用如权利要求1所述的晶圆周转装置的晶圆周转方法，其特征在于，包括：

控制所述第三搬运机构将空的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；同时控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盒搬运至所述晶圆寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆以平边对准的方式从所述晶圆寻边器搬运到所述晶圆盘寻边器的晶圆盘内；

重复上述对所述第一搬运机构和第二搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部装满晶圆或所述晶圆盒为空；若所述晶圆盘的承载部装满晶圆，则控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

9.一种利用如权利要求1所述的晶圆周转装置的晶圆周转方法，其特征在于，包括：

控制所述第三搬运机构将放满晶圆的所述晶圆盘从所述晶圆盘载置台搬运至所述晶圆盘寻边器寻边；

控制所述第二搬运机构将所述晶圆从所述晶圆盘寻边器上的晶圆盘搬运到所述晶圆寻边器内寻边；

控制所述第一搬运机构将所述晶圆从所述晶圆寻边器搬运至所述晶圆盒；

重复上述对所述第二搬运机构和第一搬运机构的控制直至所述晶圆盘的承载部为空或所述晶圆盒全部装满；若所述晶圆盘的承载部为空，则控制所述第三搬运机构将所述晶圆盘从所述晶圆盘寻边器搬运到所述晶圆盘载置台。

10.根据权利要求8或9所述的晶圆周转方法，其特征在于，所述晶圆寻边器对所述晶圆寻边的同时还读取所述晶圆的平边侧的晶圆序列号。