CN1106887A - 用于在超净条件下进行制造的组合式建筑物和传送结构 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体制造设施的建筑物，具有圆形多 层结构。一筒仓位于其中央位置，用于存储晶片，以 及把晶片输运至每一楼面环绕所述筒仓呈径向分布 的各净化室。禁止人员进入此筒仓和净化室，从而防 止对晶片的污染。由于净化室结构具有模块特征，可 以方便地对净化室进行重新组合，而不会对正在进行 中的制造运行产生重大影响。在不需要的时候，由于 结构的模块特性，还可以拆除部分设施。

Description

本发明涉及的是用作制造产品的建筑物场地，尤其是一种用作制造半导体器件的设施。

为使制造中的器件免受污染，包括集成电路在内的半导体器件是在“净化室”环境中制造的。这些制造设施的净化程度用一级别标准表示。这些标准是用一“等级”数定义、它基于给定体积的空气中所容许的污染微粒数。等级数越低，净化室越清洁。通常，最清洁的净化室现今用等级1表示。

世界上各种半导体制造设施在净化室设施中的布局通常采用一种相当标准的设计。如制造设施的制造区指明需具有最洁环境，为了使正在半导体晶片上制作的各个器件免受污染。此制造区有一受控通道，以减少人员的在场，而人员的在场可显著增加制造设施的污染。为了保持高度净化，制造区天花板的上方设计了一个区域（“空间”），制造区地板下面也设计了一个区域。这样，地板下面空间的地板为地面，而制造区的地板悬在高出地面的某一预定高度上。所以，制造区看上去就象是一个悬在地面之上的、其天花板上方有一敞开区域的完全密封的围场（enclosure）。

另外，用来把液体或气体输送给各个晶片加工设备的设备和仪器位于此密封围场之外，液体和气体通过此密封围场的上方或下方用管道输送到位于制造区内的各个加工设备。通常在地板下面的区域内建造有一个封栏栅区（如一沟槽），来收集从上面制造区流出的任何液体。

净化室的全部或部分地板上，以及天花板上有许多孔，用作压力空气的通路。通常，空气从位于天花板上方的区域往下压下，通过净化室，再通过悬吊地板进入下方区域。然后，空气经过滤，循环到上方区域，再被压下。因为每分钟净化室内的过滤空气被替换了好几次，所以制造区相对来说不含有污染微粒。净化度将取决于所用空气过滤的量和类型，以及在制造区内对污染物产生的控制。

由于很容易在所述净化环境中引入或产生污染物，所以已往设计出许多种方法，用来减少晶片或者器件实际所在区域内污染物的存在。首先，是对人员通道的限制。进入净化区的人员必须遵守严格的入场程序，包括每人穿上通常称作“兔服”的更衣程序。净化室内污染的一个原因是由于净化室中人员的在场。因此，即使极其当心地使用设备、化学品等物，人们还是连续不断把污染物带入制造设施。

控制出现污染物的另一种方法是分开或者隔离污染源。例如，一种方法是使用两个或更多个净化区。晶片存放在净化度较高的（或最净化的）区域内，而不接触晶片的污染源存放在净化度较低的区域内。这样，制造设施中的维护通道和供给区就与净化室的晶片加工区隔离开来了。

当今一种更为先进的方法是使用SMIF技术（标准机械界面技术）来把晶片与周围环境隔离开来的。通常，这种技术要求在储存或输送过程中，把晶片封装在净化箱内。尽管这种技术有助于减少污染，但因为很难保持净化箱的净化完善性，晶片总是容易受到污染。现代化集成电路制造设施，概括描述了一种净化室的现代化设计和使用，参见美国专利号为5，058，491的美国专利。

另一个考虑的因素是材料的处理。通常，现有制造设施在设计时，把人员通道作为考虑中心。然后，同时考虑通向设备的人员通道，设计制造设施中设备的位置和设施的供给。为通过制造制施“移动”晶片，使用了一种晶片管理系统。这些晶片的工艺流程通常呈直线型，因而效率低，这是线性工艺流程系统的特点。

克服上述线性工艺流程系统缺陷的一种解决方法是设计一种环形系统。环形系统的一个实施方案是设计一种环形制造设施。环形制造设施的早期设计思想见“晶片的圆形工艺流程系统：一种制造设施设计和操作的新方法”（欣斯利：微污染，12-15页，1986年6月）中的描述。在这种方法中，控制计算机和晶片储存库位于中心位置。各加工设备位于从中心呈辐射的脊柱的近旁。

环形制造设施的一种更先进的设计，见Tadahiro Ohmi教授所著“2001年科学的半导体制造的突破”（A Proposal from Tohoku University，Special Issue on 2001 Semiconductor manufacturing，1992）。Ohmi教授描述了一种环形单柱制造设施，其净化室面积为20，000平方米，其产量为每月220，000片晶片。此设计描述了一个中央输运塔，中央输运塔周围被位于净化区内的加工设备和工具所包围。“脊柱”或管道用来输运晶片至加工设备。管道区位于净化室的下面，而空气过滤器位于天花板的上方。过滤空气流从天花板处供给层状空气流，从而保持设备区的超净化状态。净化室地板下面的空气回流供作制造设施中空气的再循环。

尽管上述设计呈环形，并且输运塔位于中央位置，但Ohmi的设计还是依赖于许多已有的实践，这些实践基于有关净化室现有的设计思想。这些设计思想是，净化室是一个大生产台，而人员通道对适当的操作以及设备管理来说又是必不可少的。这样，为了把晶片和周围污染源隔离开来，要使用输运管道来把晶片从中央塔输运到净化室楼面上的多个加工设备上。

本发明与回绕着人员的通道设计制造设施的现有实践完全不同。本发明把最重要的设计考虑放在晶片管理上，并提供一种把人员通道从实际晶片加工区移开的制造设施。虽然本发明涉及到环形制造设施的概念，但是，制造设施的模块化及其多层结构，提供了一种对制造环境保持重要控制的手段。

本文描述了一种具有超净化半导体制造设备的建筑物，这种超净化半导体制造设备带有一晶片筒仓（silo）和模块式净化室。此制造设备呈环形，其中央带有一筒仓，用来输送和储存半导体晶片。模块式构件呈射线状排列在每一层上此筒仓的周围，每一模块式构件包含一净化室及其维护区。每一构件还包括为实现晶片在净化室与晶片筒仓之间输送的接口。此建筑物还包括一在其基底上的设施供给区，以及与此供给区邻近的一些办公室。

在这种多层结构中，位于中央的晶片筒仓被用作一晶片管理系统，用来把晶片分配给各个净化室，由各个净化室执行加工任务。筒仓上的开孔与制造设施每一楼面上沿筒仓周围分布的各个净化室一一对应。净化室通过其接口与筒仓孔一一配对。

沿含有净化室的加工区向外呈射状的区域是净化室的维护/供给区。一走道沿维护/供给区的外周边沿伸，使人员可以进入每一模块式构件。然而，除非在设备安装或维修的情况下，否则不允许操作人员进入对晶片进行加工的净化室。最后，此环形结构的最外的周边上是空气、气体及辅助设备的分配区，空气、气体及辅助设备的分配通常是通过两个垂直通气管道从位于基底上的设施供给区来供给的。

上述环形设施是这样来构造的，也即最净化的环境位于最中央部位，越往外的环形区，其净化级别越低。所以，晶片筒仓的净化要求最高，其次为各净化室。因为晶片要在这些区域中出现，因而这两个区域要求保持超净。再有，为了防止由于人员的在场而导致的污染，在晶片出现的地方是禁止有人员接近的。

在一种较佳实施例中，在晶片筒仓中使用超纯惰性气体，如氮气，而在净化室中使用循环超纯空气。为了晶片在晶片筒仓与净化室之间的输送期间隔离这两个不同的环境，使用一种含有一晶片穿梭运输机的封闭式容器。此容器的作用就如同是晶片筒仓与净化室之间的一个密封接口。用空气或者氮气来净化和填充此封闭式容器，视晶片输送所要进入的空腔环境的不同情况而定。位于容器内相对的两密封空腔之间的晶片穿梭运输机（本例中实际上有两部穿梭运输机）携带晶片在晶片筒仓与净化室之间来回输送以达到输送的目的。

由于围绕中央晶片筒仓结构的模块化，可以很快地去掉隔板及隔墙，从而重新构筑净化室的大小。再有，由于模块化以及对进入每一加工区的空气、气体等的独立控制，因而每一净化室模块可以停止使用（“关闭”），而不显著影响正在进行的操作。这种模块化还对各种半导体产品的生产而设计的制造设备作了考虑。

经济优点：最后，本发明的实施具有在制造设备的寿命期间每平方厘米的加工晶片的综合成本较低以及产量提高的优点。

图1是本发明半导体制造建筑物所述制造设施的局部剖面图。

图2是晶片管理以及制造设备存储筒仓的内部轴向图，图中还描述了多层输送机器人以及存储筒仓内的模块储存单元。

图3是存储筒仓的截面图，图中描绘了三个位于存储筒仓内的机械手。

图4是本发明制造设施截面图，本图描述了此多层结构的几个楼层布局。

图5是本制造设施制造楼面的剖视图。

图6是本制造设施的截面图，图中描绘了本设施一个楼面上器械以及操作室布局的几个范例。

图7是图4中所描述的一个模块加工段的放大截面图，图中还描绘了本加工段内空气流的方向。

图8是在本发明的存储筒仓以及净化室之间穿梭输运晶片的晶片穿梭输运车的图示。

本发明描述的是一种带中央晶片管理系统的、具有环形超净化半导体制造设施的建筑物。在下文的描述中，对诸如特定形状、材料、设备、结构等作了许多特别细致的描述，从而可使读者对本发明有一透彻的理解。然而，对本领域的技术人员来说，很明显，本发明的实施无需上述细节。在其他情况下，一些众所周知的工艺和结构不作详细描述，为了不对本发明产生不必要的误解。

图1描述了本发明半导体制造设施的建筑物10的情况。建筑物10包括一办公楼11，一设施供给区12以及一制造设施13。两个辅助管道14和15从设施供给区12向上沿伸，其功能就如同是设施供给区12的延伸。

如图1所示，制造设施13呈圆形，且为一多层结构。此圆形制造设施在其基底部分被沿施供给区12所包围。二根管道14和15从基底上沿圆形制造设施13的外周边向上沿伸。图1中管道的位置相向而立，但实际上管道的数量或其位置可由设计选定。有一点是必须的，即管道必须能够向制造设施13结构的所有楼面提供辅助通路。另外，在图1中，管道15在其结构内还包括一升降机47（实际上是两部分开的升降机，见图6），用来为各楼面输运人员、材料以及设备。同样，在管道内含有升降机47以及升降机的实际数量也由设计选择而定。再有，每一管道14-15中还包括有楼梯井48（图6中也有同样的描述），用于楼面通道的紧急出口。

毗连供给区12的是办公楼，供操作、工程以及制造设施13的管理有关人员办公之用。办公楼可以毗连或者远离制造设施13，但最好与制造设施13连在一起。如图1所示，办公楼在管道15所在位置与设施供给区12连在一起。与含有一部（或多部）升降机47邻近，可使办公楼11与制造设施13的各楼面之间步行距离为最短。

设施供给区12的用途是用来存放各种设备以及制造设施13的运转所需的化学品。所述设备通常包括，发电机、空气循环设备、空调机、储液罐、配液装置、气罐、环境及安全监测仪，以及废物循环和（或）处理系统。这种用来供给全功能制造设施和办公楼11的设施和系统在现有技术中已为公众所知。图中没有画出空气的进气口和排气口，但这对于制造设施13以及建筑物10的其他区域的运转是必不可少的。空气进气口和出气口的数量、大小以及位置严格来说由设计选定。

尽管供给区12包围圆形结构制造设施13的基底，但供给区12被视为是由制造设施13的外支架隔开的一个分离单元。在现有技术中，通常把会产生振动的设备，如发电机和马达，存放在与实际制造设施隔开一定距离处，从而不会干扰某些敏感设备（如光刻设备）的运转。尽管这样做对于本发明所述制造设施来说是可行的，但最好是供给区12能容纳所有所必须的设施供给设备，从而保持一个整体的建筑物结构。正如下文中所要说明的那样，为阻尼振动而使用动力学隔离架是因为这种振动的阻尼对于那些对振动很敏感的半导体加工设备的正常运作是必不可少的。从供给区12至制造设施13各楼面的各种气体、液体、废料的分送以及空气循环是由通过管孔14和15向上分送的管道和筒仓道来实现的。

如图1剖视部分所示的那样，圆形的中心筒仓20位于圆形制造设施13的中心位置。此筒仓20大体沿伸到与制造设施13等高，成为本发明所述的晶片管理器械。筒仓20的用途是储存和输运要在制造设施13各楼面进行加工的半导体晶片。

图2和图3还详细描述了筒仓20的内部结构。如这些图所示的那样，筒仓20成圆柱形，并大体上延伸到与制造设施等高。同样延伸到与筒仓20等高的是数个垂直导轨21。在本例中，三个独立导轨沿筒仓20的内壁相互成120度角。每一导轨包括一位于筒仓20内的用来控制晶片运动的机械手22。每一机械手22能够沿其相应导轨21的长度运动，为了把晶片输运到制造设施13的任一层。

另外，每一机械手能够从其导轨22处向外沿伸，到达筒仓20的内部区域。如本例中所示的那样，每一机械手22用一输运基座23安装到导轨21上。每一机械手22带有铰链24-26，使得每一连接件可在枢轴上转动和在转节上转动，为了机械手可在筒仓20内输运晶片。

应该意识到，尽管图中画了三个分立轨道，但实际使用的导轨数由设计选定。另外，现有技术中所使用的机器人装置可以用作图中所示的机械手22。然而，必须使机械手22能在筒仓20内动作，而不会相互干扰。这样，在本例中，每一机械手22一般情况下在邻近导轨21保持收缩状态，而只在收回或传递晶片时才呈伸展状态。

沿筒仓20的周边上分布有许多开孔30。每一开孔30用来在筒仓20与邻近净化室33之间输运晶片。这样，制造设施13的每一楼面上沿筒仓20的周边上分布有许多开孔。每一层上的实际开孔数将取决于位于每一层上的隔离净化室33的数目。十分明显，最好每一隔离净化室33至少有一个开孔30，但实际开孔数由设计选定。

沿筒仓20的内壁上、在没有开孔30的地方，还有模块式材料存储单元28分布在筒仓20的内壁上。如图所示，晶片29存放在存储单元28内。需要指出的是，各种晶片（包括还未加工完毕的晶片）都可以存放在存储单元28内。另外，如果需要，其他器械也可以存放在筒仓20内。在本较佳实施例中，每一机械手22的设计使存储单元28邻近导轨21和那些同样也靠近导轨21的开孔30处。然而，机械手22的操纵及其所到达的范围严格来说由设计选定。

对本行业的专业人员来说，很明显的是，一旦原晶片被引入筒仓20，原晶片就被保持在筒仓20的超净环境之中。此晶片由多层输运机械（本较佳实施例中为机械手22）输运到相应于一净化室33的特定开孔30处，所述净化室含有完成某一（或多个）加工工序的器械。然后，晶片29被输运到另一净化室33来完成下一个（或多个）加工工序，或返回到位于筒仓20内的一个存储单元28内。最后，当晶片29的加工全部结束以后，就可以从制造设施13中移走晶片。所以，很明显，除非超净环境遭到某些非预计的破坏，否则晶片将被一直处于筒仓20和净化室33的一种超净环境中。晶片不会与人接触，这是由于在正常操作期间，人员是不允许进入筒仓20以及净化室33内的。

筒仓20的内部保持在具有净化级别等级1或亚等级1（等级O.X）的一种超净环境中。筒仓20可设计成内部充满空气、气体或一个真空环境。然而，如果有漏气的话，筒仓20最好为一正压环境。在本发明所述制造设施13中，宁可用非反应气体而不用空气。同时最好使用一种能够安全地排放到大气中去的非反应气体，如氮气。另外，如同空气在净化室中的循环一样，氮气经过滤并在筒仓20内循环，从而保持筒仓20的超净环境。

图4-图7对制造设施13的结构作了更为详细的描述。如上所述，晶片输运筒仓20由制造设施13的中心芯体组成，包围此中心芯体的是许多圆形区域，圆形区域的边界中用同心圆划定，见图6所示的横截面图。这些圆形区域41-45形成围绕筒仓20的同心区域。邻近筒仓20的第一个区域为一输送区41。环绕此输送区41的下一个区域为加工区42。加工区42内有需要用来加工半导体晶片的设备和器械。输送区的用途是在筒仓20与加工区42内位于净化室内的多个加工器械之间输送晶片。因此，前面描述中所提到的位于筒仓20的周边处的开孔30，其位置在筒仓20与输送区41的交界面处。

环绕加工区42的是供给区43。此供给区43通常含有与加工区42的加工设备有关，但并不用来加工晶片本身的供给设备和维护设备。因为晶片不是由位于供给区43中的供给设备和维护设备加工的，所以这些设备与加工区42的净化室隔离开来。此供给区43可以含有操作人员工作的操作室或操作区（图6中表示为区域46）。

然后，环绕供给区43的是用作人员走道的区域44。走道44用来供人员沿制造设施13的每一楼面行走、沿楼面移动设备以及把设备移至升降机47。如图所示，位于管道孔15处的升降机47开口与每一楼面的走道44相接。楼梯井48也与走道44相连。走道44与各个操作室（或操作区）46相接，从而操作人员和技术人员可以通过走道44进入这些区域46。

最后，环绕走道44的是辅助设备区45。辅助设备区45与管孔14-15相连，从而辅助设备线、管道、液体配置、通风装置、筒仓道以及其他与运转有关的设施可以沿环绕制造设施13的圆形周边上的管孔14-15配置。

图5-图6上还标明了脊柱的位置。这些脊柱从筒仓20向外呈幅射状延伸，并终止于走道44的内壁。这些脊柱实际上是模块墙，此墙用作形成多个环绕筒仓20的劈形室51的隔板50。劈形室51由区域41、42和43的隔离段构成，从而使每一劈形室51与其他劈形室完全隔离开来。隔板50以及分别用来分开区域41、42以及43的墙55-57具有气密特性，为了形成高度完善的密封。相应的，每一隔离的劈形室51形成位于工作区42内的净化室33、区域43内的供给区、区域41处的界面，区域41包括用来在筒仓20和净化室33之间输运晶片的开孔30。

隔离室51在图5-图7中作了更好的描述。每一楼面上的隔离室51位于环绕筒仓20处，从而筒仓20上的开孔30邻近此隔离区。每一隔离室51的输运区被用作筒仓20与加工区42的净化室33之间的接口。此输运区被用作在筒仓20和净化室33之间输运晶片。还可以把开孔30开在净化室33内，这样就可不再需要输运区41。然而，由于后文的描述的差别，在较佳实施例中还是像输运区41那样使用一中间接口。把输送区41和加工区42隔开的墙55处也有开孔34，加工区42内的净化室33用作把晶片送入或送出净化室33的通道。

含有晶片加工器械的净化室33，从输运区41向外延伸。然后另一面墙56把净化室与供给区43隔开。正如前文所指出的那样，每一劈形室的供给区可含有分开的、操作人员可进入的隔离区或隔离室。如图6所示，操作人员区46可以处在不同的位置，但必须可以从走道44进入这些操作人员区。供给区43的墙57外是走道44，其外墙58把走道44与设施区45隔开。

如果从上下文来看模块设计，位于中心处为最净化环境、从中心向外的区域，其净化等级减小，就可以理解本发明所述各墙55-58以及隔板50的用途。参见图6可以清楚地理解这一布局。最净化环境是位于圆形筒仓20内的晶片输运和储存区。如前文所述，尽管可以使用空气、真空或其他气体，但较佳实施例使用正压力下的超纯氮气。此超纯氮气环境最好用一压力过滤氮气流保持在筒仓20内。层流是用在筒仓20的上端引入氮气、在筒仓20的底部收集返回气体的方法获得的。然后通过一位于基底地板下面的返回装置，氮气经过滤并再循环至筒仓的顶部。位于最高楼层之上的顶楼区19内可以安放用于氮气循环的过滤器、筒仓以及挡板。筒仓内环境应为净化标准所述的等级1或等级0.X（亚等级1）。

接着，因为晶片要在区域41和42内存留，所以区域41和42也具有超净环境。最好是等级10或更好地净化等级。这些区域41-42也是绝对禁止人员进入的，因为晶片要在这些区域内存留。供给区43具有净化等级100+。因为晶片不会在区域43内存在，所以尽管净化对区域43来说是重要的，但并非很严格。在某些情况下，例如当需要进行维修时，人员可以进入供给区43。

制造设施13的净化室和供给区以相类似的方式提供一空气层流，从而保持一净化环境。正如图7所描绘的那样，制造设施的工作区悬于地面之上。地板61悬于每一层的地面之上，从而在地面之上形成一空气返流区63。天花板面板62同实际天花板隔开一定高度，从而在天花板62面板之上形成一空气馈给区64。板61与62之间筑有许多前面所描述的隔板和墙，从而形成每一劈形室51的各个隔离区域。净化室33和供给区43的布置与现有技术所描述的以及目前用来构筑制造设施的悬式密封围场没有什么不同。

用来提供过滤空气层流、从而保持超净环境的现有技术也可用于本发明。用压力把来自管孔14-15、环绕设施区45分送的空气流压入上方区域64。位于天花板62之上的风扇及（或）过滤单元60对空气进行过滤。鼓风机所产生的压力使空气向下流入工作区，经过地板61流出，进入回流区63。天花板和地板61-62上的开孔使层流空气可以通过工作区。然后空气经汇流，再循环返回至上方区域64。空气过滤以及净化环境中的空气流的循环已为现有技术所熟知，并可用来提供本发明所述净化区。

另外，正如图7所描述的那样，每一封闭区的净化程度可以用对进入这一区域的空气过滤进行控制的办法来控制。与此类似，也可以控制每一封闭区的湿度。还应该理解的是，用对风扇/过滤单元60进行节流控制的方法，可以关闭每一封闭区41-43的空气循环系统，从而可对空气循环进行独立控制。

再有，风扇/过滤单元65-66构筑于每一劈形室51的天花板之上、走道44之下。风扇/过滤单元65用来过滤来自区域45的空气，并把过滤空气压向上方馈给区64，而风扇/过滤单元66则用来把空气压向下方返流区63，从而进入区域45。这些风扇/过滤单元也对空气进行节流，从而控制空气通过节流单元65进入上方区域64的进气量以及通过节流单元66、来自下方区域63的排气量。关闭某一封闭室51的节流单元，则可以完全关闭与封闭室51的空气对流。所以，本发明的一个明显优点是把每个封闭室51隔离成一个小球境。

相应地，对于制造设施的某一楼面，并不需要使用所有的净化室33。这种把每一制造设施楼面隔离成许多模块单元的方法使制造设施的工作区域可以有不同的大小。这种模块式结构当制造设施的负荷超过时可“关闭”一部分制造设施。它还允许在不完全关闭制造设施的情况下，进行设备修理和设备更换。另外，还允许当需要增大容量时对制造设施进行扩容，而不必对制造设施进行全面重新设计。

应该指出的是，这些模块式构件的每一个都含有分开的、各自带有供给区和操作人员区的净化室。每一模块单元还有自己的过滤系统，每一过滤系统如需要可被变更或关闭。所以，每一模块单元基本上可独立于其他单元而运转。对模块式单元来说的公共要素是筒仓20的晶片管理容量，以及来自设施供给区12的电力、空气、化学品以及液体的配置。

在不使圆形制造设施的半径增大到一难以管理的大小的情况下，为尽可能增大净化室模块室的数量，本发明提供一种多层结构，从而容纳尽可能多的净化室模块。楼层的具体层数由设计选定，并取决于某一给定制造设施13所需的总楼层面积。应该指出的是，在楼房结构完成以后，可以用在此楼层结构上纵向加上加层的办法来获得制造设施容量的增加。

应该理解，为了防止振动对某些特定加工工序的影响，或中断特定加工工序，必须严格隔离振源以及（或者）禁止产生振动。所以，最好从运动学上使每一楼层与其邻近楼层隔离开来。然而，最最必不可少的是从运动学上使加工区与其他含有振动源的区域隔离开来。因此，最好用运动学骨架16和17使加工区42与筒仓20和供给区43隔离开来。进入加工区42的管道、筒仓道以及配置线可以与骨架16-17安装在一起，也可以不安装在一起。运动学隔离的应用在本行业中已为公众所知。

还应该强调的是，尽管图中所示的建筑物10是从地面往上增高的，但制造设施13也可以建筑在地面以下。在世界某些地方，可能采用这种方法更好。

最后，应该理解的是，每一模块区应被构筑成能容纳各加工步骤的多种器械。图6中标明了器械和设备安置的几个例子。通常，每一净化室中安放了一个器械70。此器械可以是用来处理以及加工多个晶片的一个器械组。本例中，此器械能够与开孔30或34配合，用来接受晶片。但是，也可以使一器械（如器械71）远离筒仓20。本例中，必须用某种自动馈给装置，把器械71和筒仓20连接起来，用来输送晶片。也可以在净化室内配备一个以上器械，如图示的器械72-73，以及74-75。还有，必须配备某种能够在器械与器械之间，以及在一器械与筒仓20之间传送晶片的自动输运装置。可以用各种已知的自动输运方法来实现这种器械之间的连接。

图8所示为本发明的晶片穿梭输运机80。正如前面所描述的那样，输运区41被用来在筒仓孔30和净化室开孔34之间输运晶片。应该理解的是，本发明所述制造设施13的设计可以不带有输运区41。作为一种选择，输运区41可以是包括在净化室内的一部分，然后直接与开孔30相连。在本发明所述的例子中，加工区42可以与开孔30和筒仓20连接在一起。然而，究竟采用哪一种实施例更好，取决于使用输运区41的某一重要使用目的。本发明中使用输运区41，是为了把净化室33的空气环境与筒仓20的氮气环境隔离开来。这就是说，晶片穿梭输运机80的使用是为了连接两个分开的环境。

穿梭输运机80被封装在一个封闭的、可移动的容器81内，容器81有两个进气口82和83，以及一个排气口（图中未画出）。容器81一端的开孔84与筒仓孔30连接。容器81另一端的第二个开孔85与净化室开孔34相连。密封物86用来严密密封开孔84-85处的接口。此容器用夹紧装置87安装并固定在某一位置上。固定容器81的方法留作设计选择，本发明的实施中不严格要求。

导轨88和89平行安装并运行于开孔84和85之间。导轨88和89上分别装有一个可滑动的晶片支架91。每一晶片支架91上能容纳一片晶片90，用来在开孔84和85之间输运。

尽管晶片支架91可以采用不同的设计结构，但支架的较佳实施例采用一种具有一平面底座92和一垂直支承体93的结构，垂直支承体93的顶端有一弯曲成一定角度的凸缘95，用来把晶片90固定在垂直支承体93上。底座92和垂直支承体93构成一整体支架91。支承体91在导轨88或89上滑动，支承体93与底座92之间成一直角。当支承体93处于邻近开孔84和85的地方时，支承体93的平面部分靠近开孔84和85，且与开孔84或85平行。

晶片90在进入开孔84和85以后，其边缘在底座92上，其平的表面部分放在支承体93上。晶片支架91受计算机控制，可在开孔84和85之间滑动，从而在开孔84和85之间输运晶片。机器人操纵装置（包括机械手22）把晶片放置到支架91上，以及从支架91上取下晶片。应该理解，也可以采用其他技术方法来把晶片90固定在支架91上。例如可以使用机械夹具或者真空装置。

还应该强调的是，用来在导轨88和89上移动支架的机械装置可以安装在容器81外面的底面上，从而不会把污染杂质引入容器81。因为筒仓20和净化室33所处的环境不同，进气口82和83被用来用合适的气体吹洗容器81的内部。在从筒仓20接受晶片以前，先用超净氮气充满容器81的内部。打开进气口83，把氮气引入容器81。然后再开启筒仓口20，接受晶片。实际上，因为图8所示的设计中有两个晶片支架91，所以可以接受一片或者两片晶片。然后开启空气进气口82，让空气充满容器。此时，也打开排气孔，从而把氮气排放掉。一旦超净空气充满了容器，开孔85开启，把二晶片90输运到净化室33。

应该理解，把晶片从净化室33输运至筒仓20的过程是上述过程的逆过程。还应该注意的是，因为每一轮气体更换需要一定的时间，所以可以使用二个晶片支架91，从而在每一轮气体更换之间输运一片以上晶片。自然，晶片输运器械的实际数量或设计机理，以及输运的晶片数量可由设计选定。晶片穿梭输运机80的大小可适合于某一特定晶片尺寸，例如200mm，但是由于设备的模块性，如果需要容纳另一尺寸的晶片的话，可以更换为另一尺寸的晶片穿梭输运机。穿梭输送机80的构件可以用适合于本用途的各种不同材料构成，包括铝和不锈钢。

实施本发明可以获得许多优点。这些优点中的某一些列举如下。

本发明提供了一种带有独立过滤系统和控制系统的单一、中央、超净、层流储存设施（以一个筒仓的形式）。尽管此净化环境中可以存放各种不同的产品，但本发明可用来存放半导体晶片，特别是硅晶片。多层筒仓结构中，用机器人装置把晶片输运到某一存放点（或输运出某一存放点）以输运到（或者输运出）邻近以及毗连此筒仓的入口（或者出口）。这些机器人装置被制成模块式，从而可尽可能少地只使用一个机器人装置或尽可能多地增加所使用的机器人数“n”。这些机器人装置具有相同的“把任何物品输运至任一入口（或出口）”的功能。晶片的输运是在一不允许人员进入的自动环境中完成的。还有，非运行的机器人可通过位于筒仓内的通道进入以及移出此自动环境。应该理解的是，尽管此筒仓和制造设施的描述是针对半导体器件的制造而言的，但制造设施和（或者）筒仓也可以用于其他类型的物品。

邻近和毗连此筒仓的模块过道入口（出口）可用来在配置有加工器械和（或）加工设备的筒仓和净化室之间输运晶片。因为最好在筒仓中使用超净氮气，而在净化室内使用超净空气，所以这些过道口经密封和隔离，从而把两种分开的环境连接起来。然而应该指出的是，本发明的筒仓和净化室中可以使用不同的环境。因为在正常工作时人员是不允许进入净化室的，所以需要的话可以用氮气（或其他某种气体）充满净化室。入口（出口）的模块性可使移走或替换这些器械变得容易。

净化室是以邻近和毗连输运通道的模块加工结构的形式组成的。由于每一净化室的空气过滤和循环可以单独控制，所以这些加工结构的模块化可以形成独立运行和保持的小环境。净化室可以简单地采用把隔离墙放置到某一所要求的位置上的方法，把净化室构筑成不同的大小。简单工具、夹具和（或）复杂工具可被放置在每一净化室内。另外，由于这种模块设计，可以在制造运行中加进或从制造运行中拆掉某些净化室，而不必关闭整个制造设施。这种模块化结构可以在不关闭制造设施的情况下对设备进行修理和维护。

邻近和毗连加工构件的模块加工供给/维护构件有一分开的循环控制系统，从而使模块加工供给/维护构件与净化室隔离开来。这种模块化结构允许这种模块供给/维护构件以一最低过滤等级单独运行和保持，而不必综合考虑其他环境的净化程度。

可以允许人员进入这些供给/维护构件执行维护任务。在供给/维护构件中或邻近此构件的地方设计有一些操作人员室，供操作人员逗留，操作净化室内的加工器械。环绕圆形制造设施周边的人员通道走廊允许操作人员出入。所以，净化室（限定范围内的）布局设计必须使人员通行距离为最短。沿制造设施的最外周边上延伸的设施供给区与孔道相连，这些孔道用来馈送制造设施恰当运转所需的电力、空气、化学品、液体、废气等。通道可以从走道以及（或者）孔道接出。

结构和机器人的模块化使得厂区按比例变化无需重新设计或者中断运行。可以在基础设计上构筑单层或多层制造设施。如果必须扩充制造设施的最大容量，可以沿轴向构造附加楼层，而无需建造分开的设施。运转期间，可以沿径向或轴向加上或减去某些模块，而无需对结构作重大改变。

关于正在制造中的产品，视所用的输运系统和设备而定，产品可以单个处理，或是成批处理。除某些例外（如炉中批量处理）以外，现代技术趋向于单个晶片处理。一旦产品进入筒仓内，产品完全与外界环境和人员的接触隔离开来，并且一直保持此隔离状态直至加工完毕。由于制造设施的模块特性，同一制造设施设计可被用来把制造设施构筑成具有各种大小。所以小型ASIC（专用集成电路）制造设施和大型高容量存储器芯片制造设施都可用这种基本设计进行构筑。因此，制造设施的首先设计重点应放在晶片的管理（并且最好是自动管理）上，而把对人员进出以及行走放在较为次要的位置。

应该理解的是，本发明的实施中，最好不要使人员出现在筒仓和净化室内。但是，这并不是说人员不可以出现在这些地方。在某些情况下，可能需要人员出现在这些区域内。另外，需要指出的是，要求使用可密封门，便于人员从走道（或者操作人员区）进入供给室，以及从供给室进入各净化室。门应该是可密封的，为了当使用净化室和供给定时，提供一个完美的环境。至于筒仓，如果需要人员出现在筒仓内的话，必须在人员进入以前使空气充满在筒仓内。

尽管本发明是针对一种半导体制造设备进行描述的，但在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用于其它产品。其他超净制造（如平面显示屏的制造）也可以应用本发明。平面显示屏的制造可以在一玻璃衬底上完成，而不是在硅衬底或砷化镓衬底上。另外，本发明所述设施不必仅限于微电子元件或产品，还可以用于其他产品领域。

至此，对用含有多个独立隔离小环境的模块式建筑物结构构筑的集成制造设施作了描述。

Claims (23)

1、一种在超净环境下用于制造微电子器件的建筑物，其特征在于，它包括：

一带有中央控制区的中央封闭装置，用于分散材料，进行所述微电子器件的制造；

一楼面；

一位于所述楼面上方的天花板；

多面隔离墙，所述多面隔离墙从所述中央封闭装置沿径向向外幅射，并形成多个环绕所述中央封闭装置的脊柱，所述隔离墙与所述楼面和所述天花板连接在一起；

一面环绕所述中央封闭装置成同心圆式分布的隔离墙，所述隔离墙与所述楼面、天花板以及多面隔离墙相连，从而环绕所述中央封闭区形成成同心圆式分布的多个完全封闭的净化室，所述净化室用来容纳用于处理所述材料的加工设备；

每一所述净化室的环境与其他所述净化室的环境隔离开，从而在每一所述净化室中形成一小环境，从而每一所述净化室的环境完善性的破坏不会影响到其他所述净化室的环境完善性；

所述中央封闭装置内和所述净化室内具有超净空气流或超净气体流，从而保持超净小环境；

所述中央封闭装置有一开向每一所述净化室的开孔，用来在所述中央封闭装置和所述净化室之间传送所述材料；

一与所述中央封闭装置相连的自动材料支架，用来在所述中央封闭装置内，在所述中央封闭装置和通过所述开孔的所述净化室之间输运所述材料；

所述材料被输运到各净化室，用来在所述超净环境中进行加工。

2、如权利要求1所述的建筑物，其特征在于，它还进一步包括一面环绕第一隔离墙成同心圆式配置的第二隔离墙，所述第二隔离墙与所述地面、天花板以及多个隔离墙相连，向外相应于每一所述净化室形成多个完全封闭的供给室，从而为每一所述净化室提供供给区。

3、如权利要求2所述的建筑物，其特征在于，它还进一步包括一面环绕所述第二隔离墙成同心圆式配置的第三隔离墙，所述第三隔离墙与所述地面和天花板相连，从而提供一环绕所述供给区的通道。

4、如权利要求3所述的建筑物，其特征在于，所述净化室和供给室包括一用于层流空气或层流气体的悬式地面和天花板。

5、一种用于在超净环境下制造半导体器件的建筑物，其特征在于，它包括：

一带有一中央控制区的中央封闭装置，用来分散用于制造所述半导体器件的半导体晶片;

一楼面;

一位于所述楼面上方的天花板;

多面隔离墙，所述多面隔离墙从所述中央封闭装置沿径向向外辐射，并形成多个环绕所述中央封闭装置的脊柱，所述隔离墙与所述楼面和所述天花板连接在一起;

一面环绕所述中央封闭装置成同心圆式分布的隔离墙，所述隔离墙与所述楼面、天花板和多面隔离墙相连，从而环绕所述中央封闭区形成成同心圆式分布的多个完全封闭的净化室，所述净化室用来容纳用于处理所述材料的加工设备;

每一所述净化室的环境与其他所述净化室的环境隔离开，从而在每一所述净化室中形成一小环境，从而每一所述净化室的环境完善性的破坏不会影响到其他所述净化室的环境完善性;

所述中央封闭装置内和所述净化室内具有超净空气流或超净气体流，从而保持超净小环境;

所述中央封闭装置有一开向每一所述净化室的开孔，用来在所述中央封闭装置和所述净化室内传送所述半导体晶片;

一与所述中央封闭装置相连的自动晶片支架，用来在所述中央封闭装置和通过所述开孔的所述净化室之间输运所述半导体晶片;

所述半导体晶片被输运到各净化室，用来在所述超净环境中进行加工。

6、如权利要求5所述的建筑物，其特征在于，它还进一步包括一面环绕所述第一隔离墙成同心圆式配置的第二隔离墙，所述第二隔离墙与所述楼面、天花板和多面隔离墙相连，向外相应于每一所述净化室形成多个完全封闭的供给室，从而为每一所述净化室提供供给区。

7、如权利要求6所述的建筑物，其特征在于，它还进一步包括一面环绕所述第二隔离墙成同心圆式配置的第三隔离墙，所述第三隔离墙与所述楼面和天花板相连，从而环绕所述供给区提供一通道。

8、如权利要求7所述的建筑物，其特征在于，所述净化室和供给室包括一用于层流空气或层流气体流动的悬式楼面和天花板。

9、如权利要求8所述的建筑物，其特征在于，所述中央封闭装置进一步包括用于储存所述半导体晶片的装置。

10、如权利要求9所述的建筑物，其特征在于，所述中央封闭装置使用超纯非反应气体层流，而所述净化室和供给室使用超纯空气层流。

11、如权利要求10所述的建筑物，其特征在于，所述隔离墙和所述第一隔离墙为模块式结构。

12、一种在超净环境下用于制造微电子器件的多层建筑物，其特征在于，它包括：

一大体上与所有楼面等高的中央封闭装置，用来对向所有楼面分散材料提供一中央控制区，从而进行微电子器件的制造;

每一楼层包括：

一楼面;

一位于所述楼面上方的天花板;

多面隔离墙，用来从所述中央封闭装置沿径向向外幅射，环绕所述中央封闭装置形成多个脊柱，所述隔离墙与所述楼面和所述天花板相连;

一环绕所述中央封闭装置成同心圆式配置的第一隔离墙，所述第一隔离墙与所述楼面、天花板和多面隔离墙相连，从而环绕所述中央封闭装置成同心圆式形成多个完全封闭的净化室，所述净化室用来的存放用于加工所述材料的加工设备;

每一所述净化室的环境与其他所述净化室的环绕隔离开，从而每一所述净化室形成一小环境，从而某一所述净化室环境完善性的破坏不会影响到其他所述净化室环境的完善性;

所述中央封闭装置和净化室具有超净空气流或超净气体流，从而保持超净小环境;

所述中央封闭装置具有朝向每一所述净化室的开孔，用来在所述中央封闭装置和所述净化室之间传送所述材料;

一与所述中央封闭装置相连的自动材料支架，用来在所述中央封闭装置和通过开孔，在所述中央封闭装置和所述净化室之间输运所述材料;

所述材料被输运至各净化室，在所述超净环境中进行加工。

13、如权利要求12所述的多层建筑物，其特征在于，它还进一步包括，一环绕所述第一隔离墙、在每一楼面上成同心圆式分布的第二隔离墙，所述第二隔离墙与所述楼面、天花板和多面隔离墙相连;从而向外相应于每一所述净化室形成多个全封闭供给室，在每一楼面上为每一所述净化室提供供给室。

14、如权利要求13所述的多层建筑物，其特征在于，它还进一步包括：一环绕所述第二隔离墙、在每一楼面上成同心圆式分布的第三隔离墙，所述第三隔离墙与所述楼面和天花板相连，从而在每一楼面上环绕所述供给区提供一通道。

15、如权利要求14所述的多层建筑物，其特征在于，每一所述净化室和供给室包括一用于层流空气或层流气体的悬吊式楼面和天花板结构。

16、如权利要求15所述的多层建筑物，其特征在于，所述中央封闭装置进一步包括用于存储所述材料的装置。

17、如权利要求16所述的多层建筑物，其特征在于，所述中央封闭装置使用一种超净非反应气体层流，而所述净化室和供给室使用超纯空气层流。

18、如权利要求16所述的多层建筑物，其特征在于，所述材料是一种半导体器件。

19、如权利要求16所述的多层建筑物，其特征在于，所述多层建筑物的形状和所述中央封闭结构的形状呈圆柱形。

20、如权利要求16所述的多层建筑物，其特征在于，所述隔离墙和所述第一隔离墙成模块式。

21、一种在超净环境下，在一种材料上制造微电子器件的方法，其特征在于，在所述超净环境中对所述材料进行加工的加工步骤是在各分开和隔离的环境中进行的，它包括下述步骤：

提供一种具有中央封闭式装置的制造建筑物，所述中央封闭装置用作对存储和分散所述材料的中央控制，从而制造所述微电子器件;

提供多个环绕所述封闭装置成同心圆式分布的净化室，从而每一净化室提供所述隔离小环境，从而某一所述净化室环境完善性的破坏不会破坏其他所述净化室环境的完善性;

在所述中央封闭装置和所述净化室内提供超纯空气流或超纯气体流，从而保持一超净小环境;

提供一自动材料支架，所述自动材料支架与所述中央封闭装置相连，用于在所述中央封闭装置内和在所述中央封闭装置与所述净化室之间输运所述材料;

所述材料在超纯环境下，在各净化室内输运和加工。

22、如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述材料是一种半导体晶片，所述微电子器件是半导体集成电路。

23、如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述材料是一种玻璃衬底，所述微电子器件是平板显示器。

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