CN110838456A - 半导体装置制造系统 - Google Patents

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CN110838456A CN201910749494.6A CN201910749494A CN110838456A CN 110838456 A CN110838456 A CN 110838456A CN 201910749494 A CN201910749494 A CN 201910749494A CN 110838456 A CN110838456 A CN 110838456A
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Abstract

本公开提供一种半导体装置制造系统。半导体装置制造系统包括一处理模块以及一转移模块。处理模块包括一处理腔室以及一闸阀。处理腔室配置以处理一半导体晶片，而闸阀配置以提供至处理腔室的一通道。转移模块包括一转移腔室以及一衬垫。转移腔室耦接至处理腔室，而衬垫耦接至转移腔室的一内表面。衬垫配置以在转移模块的一转移腔室压力调整操作之前或期间减少转移腔室的体积。

Description

半导体装置制造系统
技术领域
本公开涉及一种制造系统，尤其涉及一种半导体装置制造系统。
背景技术
随着半导体科技的进步，对于更高的储存容量、更快的处理系统、更高的性能以及更低的成本的需求不断增加。为了满足这些需求，半导体产业持续微缩化(scale down)半导体装置的尺寸。这样的微缩化已然增加了半导体装置制造系统的复杂度以及增加这些系统的生产量的需求。
发明内容
本公开一些实施例提供一种半导体装置制造系统，包括一处理模块以及一转移模块。处理模块包括一处理腔室以及一闸阀。处理腔室配置以处理一半导体晶片，而闸阀配置以提供至处理腔室的一通道。转移模块包括一转移腔室以及一衬垫。转移腔室耦接至处理腔室，而衬垫耦接至转移腔室的一内表面。衬垫配置以在转移模块的一转移腔室压力调整操作之前或期间减少转移腔室的一体积。
本公开一些实施例提供一种半导体装置制造系统，包括一处理模块以及一转移模块。处理模块包括一处理腔室，处理腔室配置以处理一半导体晶片。转移模块包括一转移腔室以及一充气衬垫。转移腔室耦接至处理腔室，而充气衬垫耦接至转移腔室的一内侧表面。
本公开一些实施例提供一种操作一半导体装置制造系统的方法，包括转移一半导体晶片至一转移模块的一转移腔室内，对耦接至转移腔室的一内表面的一衬垫充气，将转移腔室抽气至一真空压力水平，且从转移腔室转移半导体晶片至一处理模块的一处理腔室。
附图说明
图1A是根据一些实施例的一半导体装置制造系统的平面图。
图1B是根据一些实施例的图1A的部分的放大图。
图2是根据一些实施例的一半导体装置制造系统的平面图。
图3A是根据一些实施例的一半导体装置制造系统的平面图。
图3B是根据一些实施例的一半导体装置制造系统的剖面图。
图4是根据一些实施例的用于操作一半导体装置制造系统的一方法的流程图。
附图标记如下：
100、200、300～半导体晶片制造系统/半导体装置制造系统
101A、101B～处理模块
102A、102B～处理腔室
103A、103B、203A、203B、303～转移模块
105～转移管
107、307～装载端口
108～晶片储存装置
109A、109B、309～气体供应系统
109C～气体供应管线
110A、110B、310～气体抽取系统
111A、111B、113、311～机器人手臂
112A、112B、212A、212B、312～转移腔室
114A、114B～晶片站
115～晶片定向平台
117A、117B、119A、119B～闸阀
120A、120B、320～进气端口
120C～转移模块的一部分
121A、121B、221A、221B、321～衬垫
122A、122B、322～出气端口
124、324～控制系统/控制单元
400～方法
410、420、430、440、450、460～操作
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下叙述各个构件以及排列方式的特定范例，以简化本公开。当然，范例仅供说明用且意欲不限于此。例如，若说明书叙述了第一特征形成于第二特征之上，即表示可包括上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可包括有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可未直接接触的实施例。除此之外，在各种范例中，本公开可能使用重复的参考符号及/或字母。这样的重复是为了简化以及清楚的目的，并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关联。
除此之外，空间相关用词，例如：“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”等等的用词，是为了便于描述附图中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包括使用中或操作中的装置的不同方位。装置可被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词亦可依此相同解释。
本文所使用的用语“标称(nominal)”指称在产品或工艺的设计阶段期间，对元件或工艺操作特征值或参数所设定的期望值或目标值，以及期望值以上及/或以下的值域(range of values)。值域通常是由于制造工艺的微小变异或公差。
本文所使用的用语“实质上(substantially)”指出给定量的值的变化，例如：值的±5％。
本文所使用的用语“约(about)”指出给定量的值的变化，其可基于与标的半导体装置相关的特定科技节点(particular technology node)而变化。基于特定科技节点，用语“约”可指出给定量的值的变化，例如，在值的5％至30％内(例如：±5％，±10％，±20％，或±30％的值)变化。
在半导体装置的制造期间，在半导体装置制造系统的不同的处理模块的处理腔室中，半导体基板(例如：半导体晶片)经历不同的装置制造工艺(例如：湿蚀刻、干蚀刻、灰化、剥离(stripping)、镀金属(metal plating)、外延(epitaxy)及/或化学机械研磨)。不同的处理模块可围绕中央自动化处理单元成群安排。这样的处理模块聚群(cluster)通常称为聚群工具。中央自动化处理单元可包括转移模块，转移模块可被配置以在不同处理腔室之间及/或处理腔室与晶片储存装置之间转移晶片。晶片通常通过转移模块(有时被称为负载锁定(load lock)模块)运送，而在不同工艺之间的时间间隔期间，晶片暂时批次地(inbatches)储存在晶片储存装置。
处理腔室可被配置以提供真空环境以执行晶片上的不同工艺。为了在处理腔室中执行工艺，晶片从其他处理腔室及/或晶片储存装置被转移至处理腔室。在接收晶片之前，处理腔室通常抽气至期望的真空压力。因为需要长的抽气时间(例如数小时或数天)以达成在处理腔室中期望的真空压力，且当通气时，处理腔室可能暴露于大气中的污染物，通常会避免处理腔室通气至大气压力，以减少晶片处理时间，并因此增加经处理的晶片的生产量。
半导体晶片可在真空环境下通过一个或多个转移模块转移至处理腔室，而非将处理腔室通气至大气压力以接收半导体晶片。转移模块可被配置在真空下从处理腔室来回转移以及接收晶片，以减少晶片处理时间并减少处理腔室中的污染。
转移模块的转移腔室可在腔室之间以闸阀(gate valves)耦接至一个或多个处理腔室。转移模块可具有自己的抽气(pumping)以及通气系统。转移模块可包括可承载数个单独晶片的晶片承载座以及机械转移机构(例如：机器人手臂)，以从处理腔室来回移动晶片。晶片可在大气压力下从储存装置被装载至转移腔室。然后，转移腔室可被抽气至真空压力，此真空压力类似于晶片将被转移到的处理腔室中的真空压力。然后，可开启转移腔室与处理腔室之间的闸阀，且可机械地转移(例如，使用转移模块的机器人手臂)一个或多个晶片至处理腔室。在晶片经处理之后，为了将晶片放回晶片储存装置并移动至下一个处理模块，可在真空下将晶片转移回转移腔室。因此，在无需将处理腔室通气至大气压力的情形下，转移模块允许晶片从处理腔室来回转移。
随着半导体装置制造工艺的复杂度增加，在处理腔室中进行的制造步骤的数量亦增加。如此一来，进入转移模块的频率亦增加，其中转移模块的每一次使用涉及转移模块的抽气以及通气的多个循环。即使转移模块的抽气以及通气的循环的持续时间相较于处理腔室的抽气以及通气的循环较短，在这些循环期间消耗的时间减少了经处理的晶片的整体生产量，并因此减少了经制造的半导体装置的生产量。
本公开提供用于提高半导体装置制造系统的生产量的范例系统以及方法。在一些实施例中，半导体装置制造系统的转移模块的转移腔室是配置以动态地调整转移腔室的内部体积，以达成转移腔室的更快的抽气以及通气。在一些实施例中，转移腔室可包括沿着转移腔室的内壁安装的衬垫(liners)。在转移模块的抽气及/或通气操作期间，衬垫可被配置而以一气相介质充气。可充气的(inflatable)衬垫的体积的扩增有助于减少转移腔室的内部体积。因此，相较没有衬垫的转移腔室，转移腔室的体积减少而可被更快的抽气以及通气，以分别地达成期望的真空压力以及大气压力。在一些实施例中，对具有衬垫的转移腔室抽气所需的时间减少了约5％至约10％。在一些实施例中，对具有衬垫的转移腔室通气所需的时间减少了约5％至约10％。在一些实施例中，在晶片转移操作期间，衬垫可被配置以保护转移模块的机器人手臂，而不会在与转移腔室的内部碰撞的情形下造成结构损坏。
图1A是根据一些实施例的一半导体装置制造系统100的平面图。半导体装置制造系统100可包括一处理模块101A、一处理模块101B、一转移模块103A、一转移模块103B、一转移管(transfer tube)105、多个装载端口107以及一控制系统124。
转移管105可被配置以提供一中央转移导管，以在装载端口107与转移模块103A以及转移模块103B之间转移晶片。在一些实施例中，转移管105可包括一机器人手臂113以及一晶片定向平台115。机器人手臂113可被配置以在装载端口107、晶片定向平台115、转移模块103A以及转移模块103B之间转移晶片。在一些实施例中，转移管105可被配置以在大气压力下或在真空环境下。
装载端口107的每一者可容纳一晶片储存装置108(有时称为前开式晶片传送盒(front opening unified pod,FOUP))。晶片储存装置108可被配置以在处理模块101A以及处理模块101B的不同工艺之间的间隔期间，在被控制的环境下暂时储存一批次的晶片。晶片储存装置108的每一者可包括一清洁系统(未图示)以减少来自环境的湿度以及污染。清洁系统可包括一个或多个进气管(未图示)，进气管被配置以将清洁气体供应至晶片储存装置108内。清洁系统可亦包括一个或多个出口(未图示)，出口被配置以从晶片储存装置108中抽取清洁气体。
晶片储存装置108中的一个或多个批次的晶片可在被转移至转移模块103A及/或转移模块103B以及随后被转移至相应的处理模块101A及/或处理模块101B之前，通过机器人手臂113转移至晶片定向平台115。晶片定向平台115可被配置以调整每个晶片的定向，使晶片的定向是朝向有利于将在晶片上执行的半导体制造工艺的方向，其中半导体制造工艺(例如：外延)的结果取决于晶片结晶度。机器人手臂113可被进一步配置以将经定向的晶片转移至转移模块103A及/或转移模块103B。在一些实施例中，机器人手臂113可被配置以将晶片从晶片储存装置108转移至转移模块103A及/或转移模块103B。
处理模块101A、101B可分别地包括处理腔室102A、102B以及闸阀117A、117B。尽管在此图示两个处理模块101A、101B，但是系统100可具有类似于处理模块101A、101B的少于两个或多于两个的处理模块。处理腔室102A以及处理腔室102B的每一者可被配置以提供高真空环境，以在半导体晶片(未图示)上进行多个半导体制造工艺，其需要真空环境(例如：低于10-4托的真空压力)的保持，例如，在操作期间，处理腔室102A、102B中的反应气体、等离子体及/或电子的期望平均自由径(desired mean-free-path)。
在一些实施例中，多个半导体制造工艺可包括例如沉积工艺，例如，分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)、化学气相沉积(chemical vaper deposition,CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vaper deposition,PECVD)、低压化学气相沉积(low-pressure chemical vaper deposition,LPCVD)、电化学沉积(electrochemical deposition,ECD)、物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、金属有机化学气相沉积(metal organicchemical vapor deposition,MOCVD)、溅射(sputtering)、热蒸发、电子束蒸发或其他沉积工艺；例如蚀刻工艺，例如，干蚀刻、反应离子蚀刻(reactive ion etching,RIE)、感应耦合等离子体蚀刻(inductively coupled plasma etching,ICP)或离子铣削(ionmilling)；例如热工艺，例如，快速热退火(rapid thermal annealing,RTA)；例如显微镜检查，例如，扫描式电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)以及穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)或前述工艺的任何组合。
处理腔室102A以及处理腔室102B的每一者可包括多个端口，用于安装辅助制造装置或用于耦接至其它真空腔室。处理腔室102A、102B的端口可在操作期间用配备有刀口(knife edge)或O形环的真空凸缘(flanges)密封，以确保处理腔室的真空压力水平的维持。
转移模块103A、103B可分别地包括转移腔室112A、112B、机器人手臂111A、111B、晶片站114A、114B以及闸阀119A、119B。转移腔室112A、112B可被配置以分别地包围机器人手臂111A、111B以及晶片站114A、114B。转移模块103A以及转移模块103B的每一者可耦接至相应的处理模块101A以及处理模块101B，且在转移模块103A、103B与处理模块101A、101B之间具有相应的闸阀117A、117B。闸阀117A、117B可被配置以在处理腔室102A、102B中的晶片工艺期间，将处理腔室102A、102B分别地与转移腔室112A、112B隔离。在晶片在处理腔室102A、102B与转移腔室112A、112B之间转移的期间，闸阀117A、117B可被进一步配置以分别地在处理腔室102A、102B与转移腔室112A、112B之间提供通道。当闸阀117A、117B被配置以在处理腔室102A、102B与转移腔室112A、112B之间提供通道时，转移腔室112A、112B可被配置以在类似于在处理腔室102A、102B中的真空压力的真空压力下，因此，处理腔室102A、102B可避免通气以节省时间。在一些实施例中，闸阀117A、117B可被配置以响应于控制信号(未图示)而分别地在处理腔室102A、102B与转移腔室112A、112B之间提供通道，此控制信号指出转移腔室112A、112B是在类似于在处理腔室102A、102B中的真空压力的真空压力下，且闸阀119A、119B是关闭的。
即使在此图示一个转移模块(例如：转移模块103A、103B)耦接至个别的处理模块101A、101B，不过系统100可具有共同转移模块，其在处理模块101A、101B之间共享或在类似于处理模块101A、101B的N个数量(N可为任意正整数)的处理模块之间共享。共同转移模块可类似于转移模块103A、103B，但是以类似于闸阀117A、117B的N个数量的闸阀分别地在共同转移模块与N个数量的处理模块之间提供通道。
在一些实施例中，机器人手臂111A、111B可被配置以分别地在晶片站114A、114B与处理腔室102A、102B之间转移一个或多个晶片(未图示)。在转移期间，晶片站114A、114B可作为晶片的暂时储存站，此转移是分别在处理腔室102A、102B与转移腔室112A、112B之间进行，在转移腔室112A、112B与转移管105之间进行，及/或在转移腔室112A、112B与装载端口107中的晶片储存装置108之间进行。晶片站114A、114B可被配置以分别地保持等待被转移至处理腔室102A、处理腔室102B、转移腔室112A、转移腔室112B、转移管105及/或晶片储存装置108的一个或多个晶片。
转移模块103A以及转移模块103B的每一者可以耦接至转移管105，且在转移模块103A以及转移模块103B的每一者与转移管105之间具有相应的闸阀119A、119B。因为转移管105通常在大气压力下，闸阀119A、119B可被配置以在晶片在处理腔室102A、102B与转移腔室之间被转移的期间，分别地隔离转移腔室112A、112B与转移管105。闸阀119A、119B可被进一步配置以在晶片在转移腔室112A、112B与转移管105之间被转移的期间，分别地在转移腔室112A、112B与转移管105之间提供通道。当闸阀119A、119B是配置以分别地在转移腔室112A、112B与转移管105之间提供通道时，转移腔室112A、112B可被配置以在大气压力下。
转移模块103A、103B可被配置以在相应的转移腔室112A、112B内提供类似于在转移管105或相应的处理腔室102A、102B(基于晶片预计被转移到哪里)的压力水平。在将晶片从转移管105转移至转移腔室112A及/或转移腔室112B之前，转移模块103A及/或转移模块103B可被配置以惰性气体及/或净化气体(例如：氮气或氩气)使相应的转移腔室112A及/或转移腔室112B通气，以达成如输送管105中的压力水平。响应于在转移腔室112A及/或转移腔室112B以及转移管105中的压力水平实质上彼此相等，相应的闸阀119A及/或闸阀119B可被配置以开启而允许机器人手臂113将晶片转移至相应的转移腔室112A及/或转移腔室112B内。
转移模块103A及/或转移模块103B可被进一步配置以一个或多个真空泵或其他合适的装置(未图示)分别地对相应的转移腔室112A及/或转移腔室112B抽气，以达成类似于处理腔室102A及/或处理腔室102B中的真空压力。响应于在处理腔室102A及/或处理腔室102B中以及转移腔室112A及/或转移腔室112B中的真空压力分别地实质上彼此相等，闸阀117A及/或闸阀117B可被配置以开启，以允许机器人手臂111A及/或机器人手臂111B将晶片分别地转移至处理腔室102A及/或处理腔室102B内。
转移模块103A及/或转移模块103B亦可被配置以惰性气体及/或净化气体(例如：氮气或氩气)将相应的转移腔室112A及/或转移腔室112B通气，以达成实质上相等于输送管105中的压力水平(例如：大气压力)。响应于在转移腔室112A及/或转移腔室112B中以及转移管105中的压力水平实质上彼此相等，相应的闸阀119A及/或闸阀119B可被开启，以允许晶片被转移至转移管105，且随后地被转移至装载端口107中的一个或多个晶片储存装置108。
在一些实施例中，转移模块103A、103B更可分别地包括衬垫121A、121B、气体供应系统109A、109B、气体抽取系统110A、110B、进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B。衬垫121A、121B可被分别地放置在转移腔室112A、112B的一个或多个内表面上。在一些实施例中，衬垫121A、121B可被分别地放置在转移腔室112A、112B的一个或多个内侧表面，内上表面(未图示)及/或内底表面(未图示)上，它们分别地不被晶片站114A、114B、机器人手臂111A、111B、闸阀117A、117B、闸阀119A、119B及/或其它元件或转移模块103A、103B的开口(未图示)阻隔。衬垫121A、121B可被分别地放置在具有闸阀117A、117B、闸阀119A、119B、进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B的转移腔室112A、112B的侧表面上，使得衬垫121A、121B不会阻隔这些闸阀以及端口。在一些实施例中，在晶片转移期间，衬垫121A、121B可被分别地放置在具有闸阀117A、117B以及闸阀119A、119B且不会阻隔机器人手臂111A、111B、113的移动的转移腔室112A、112B的侧表面上。在一些实施例中，在转移模块103A、103B的抽气以及通气期间，衬垫121A、121B可被分别地放置在具有进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B且不会阻隔气体的供应以及抽取的转移腔室112A、112B的侧表面上。
在一些实施例中，衬垫121A、121B可分别地以粘着剂(例如：胶带、胶水、例如硅树脂(silicones)、环氧树脂或树脂的聚合物组成)、机械零件(例如：螺钉或夹具)、其他合适的耦接元件或前述粘着方式的组合耦接至转移腔室112A、112B的一个或多个内侧面、内上表面(未图示)及/或内底表面(未图示)。衬垫121A、121B的材料可包括尼龙、橡胶、塑胶、合成、其它合适的弹性材料或前述材料的组合。
衬垫121A、121B可被配置以在相应的转移模块103A、103B的抽气及/或通气操作期间，减少相应的转移腔室112A、112B的体积。在一些实施例中，衬垫121A、121B可被配置以在相应的转移模块103A、103B的抽气及/或通气操作期间，以空气或其它合适的气体(例如：氮气、氩气或惰性气体)被充气，以减少相应的转移腔室112A、112B的体积。在一些实施例中，衬垫121A、121B可被配置以在相应的转移模块103A、103B的通气操作期间或之后被放气(deflated)。在转移腔室112A、112B的抽气及/或通气期间，减少转移腔室112A、112B的体积有助于减少对转移腔室112A、112B抽气及/或通气所需的时间。抽气及/或通气时间的这种减少有助于分别地减少晶片在转移腔室112A、112B与处理腔室102A、102B之间及/或在转移腔室112A、112B与转移管105之间的转移时间。
在一些实施例中，相较于不具有类似于衬垫121A、121B的衬垫的转移腔室，转移腔室112A以及转移腔室112B的每一者的体积可减少约5％至约10％。在一些实施例中，相较于不具有类似于衬垫121A、121B的衬垫的转移腔室，对转移腔室112A、112B抽气的时间可减少约5％至约10％。在一些实施例中，相较于不具有类似于衬垫121A、121B的衬垫的转移腔室，将转移腔室112A、112B通气的时间可减少约5％至约10％。在一些实施例中，相较于不具有类似于衬垫121A、121B的衬垫的转移腔室，在转移腔室112A、112B与处理腔室102A、102B之间转移晶片的时间分别地可减少约5％至约10％。
衬垫121A、121B的充气以及放气可分别地通过气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B而通过进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B来执行。进气端口120A、120B及/或出气端口122A、122B可为贯穿相应的转移腔室112A、112B的侧壁的开口。在一些实施例中，气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B可分别地为组合系统，而非如图1A所示的分开的系统。在一些实施例中，转移模块103A以及转移模块103B的每一者可具有共同气体系统(未图示)，而不是气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B，通过共同进气端口/出气端口(未图示)对相应的衬垫121A、121B供应气体以及从相应的衬垫121A、121B抽取气体，而不是分别地通过进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B。在一些实施例中，衬垫121A以及衬垫121B的每一者可为如图1A所示的单一连续衬垫或可包括两个或多个衬垫段部(segments)(未图示)。每一个衬垫段部可具有用于充气以及放气操作(类似于衬垫121A、121B)的专有的进气端口、出气端口、气体供应系统以及气体抽取系统。本文对衬垫121A及/或衬垫121B的讨论适用于衬垫段部。
衬垫121A、121B可分别地通过进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B耦接至气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B。由气体供应系统109A、109B分别地连至进气端口120A、120B的黑色虚线示出气体供应管线，而由出气端口122A、122B分别地连至气体抽取系统110A、110B的黑色虚线示出气体抽取管线。在一些实施例中，气体供应管线及/或气体抽取管线可使用可被配置以在相应的转移腔室112A、112B保持真空密封的机械联结器(coupling)(如图1B所示出的)分别地通过进气端口120A、120B及/或出气端口122、122B耦接至衬垫121A、121B。
图1B示出转移模块103A的一部分120C的放大图，其中衬垫121A通过进气端口120A耦接至气体供应系统109A的一气体供应管线109C。衬垫121A可使用一机械联结器而耦接至气体供应管线109C，且机械联结器包括一对凸缘141、一界面配件143、多个O形环145以及螺钉147。在一些实施例中，机械联结器的一对凸缘141中的一个凸缘、至少一个O形环145以及至少一个螺钉147可位于衬垫121A内。在一些实施例中，界面配件143可被定位在进气端口120A内，且界面配件143的一第一部分延伸至衬垫121A内，而界面配件143的一第二部分延伸出转移模块103A外。当转移腔室112A在真空下操作时，机械联结器可用保持真空密封的方式将衬垫121A耦接至气体供应管线109C。
请再次参考图1A，在一些实施例中，衬垫121A及/或衬垫121B可在晶片在转移管105以及相应的转移腔室112A及/或转移腔室112B之间被转移的期间处于被放气的状态。在一些实施例中，衬垫121A及/或衬垫121B可在晶片分别地从转移管105被转移至转移腔室112A及/或转移腔室112B的期间，通过进气端口120A及/或进气端口120B而通过气体供应系统109A及/或气体供应系统109B供应的空气或惰性气体而被充气。在将晶片转移至相应的处理腔室102A及/或处理腔室102B之前，可执行充气，以准备用于抽气操作的转移腔室112A及/或转移腔室112B。使用相应的经充气的衬垫121A及/或衬垫121B减少转移腔室112A及/或转移腔室112B的体积，可加速后续抽气操作。在一些实施例中，在从转移管105接收晶片之后以及在将转移腔室112A及/或转移腔室112B抽气至真空压力的期间，衬垫121A及/或衬垫121B可通过进气端口120A及/或进气端口120B通过气体供应系统109A及/或气体供应系统109B供应的空气或惰性气体而被充气。
在一些实施例中，如果转移腔室112A及/或转移腔室112B维持在真空下，直到晶片分别地在处理腔室102A及/或处理腔室102B中被处理之后，而被转移回转移腔室112A及/或转移腔室112B，则衬垫121A及/或衬垫121B可维持在被充气的状态。将晶片转移回至转移腔室112A及/或转移腔室112B之后，转移腔室112A及/或转移腔室112B可被通气，以准备在大气压力下用于将晶片转移回转移管105的转移腔室112A及/或转移腔室112B。在通气操作期间，可分别地使用气体抽取系统110A及/或气体抽取系统110B通过出气端口122A及/或出气端口122B从衬垫121A及/或衬垫121B抽取气体，而使衬垫121A及/或衬垫121B被放气。在一些实施例中，在通气操作期间以及在晶片从转移腔室112A及/或转移腔室112B转移的期间，衬垫121A及/或衬垫121B可维持被充气，以防止机器人手臂111A及/或机器人手臂111B在分别地与转移腔室112A及/或转移腔室112B的内部碰撞的情形下造成结构损坏。
控制系统124可耦接至气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B。在一些实施例中，控制系统124可被配置以控制气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B的操作，且因此分别地控制衬垫121A、121B的充气以及放气。在一些实施例中，控制系统124可基于控制信号(未图示)启动及/或停用气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B。控制系统124可被配置以防止同时地启动气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B。气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B的启动及/或停用可包括分别地控制供应气体至进气端口120A、120B以及气体抽取系统110A、110B的抽取泵的操作。在一些实施例中，为了启动以及停用气体供应系统109A、109B，控制系统124可提供启动以及停用信号，其开启以及关闭气体供应系统109A、109B的供气阀，以分别地供应以及阻挡流至进气端口120A、120B的气流。在一些实施例中，为了启动以及停用气体抽取系统110A、110B，控制系统124可提供启动以及停用信号，其启动以及停用抽取泵，且开启以及关闭阀气体抽取系统110A、110B的阀，以分别地允许以及阻挡分别地通过出气端口122A、112B流出衬垫121A、121B的气流。
气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B的操作可通过控制系统124基于一个或多个信号由控制系统124接收的信号来控制，前述信号指出转移腔室112A、112B的压力水平、衬垫121A、121B内的气压、闸阀117A、117B以及闸阀119A、119B的位置、用于将转移腔室112A、112B抽气及/或通气的转移模块103A、103B的抽气及/或通气系统的操作及/或在转移腔室112A、112B中晶片的存在。
在一些实施例中，控制系统124可响应于接收到的感测器信号提供启动信号至气体供应系统109A、109B，用于对衬垫121A及/或衬垫121B进行充气，前述感测器信号指出在转移腔室112A、112B中晶片的存在、闸阀117A、117B以及闸阀119A、119B的关闭位置及/或用于将相应的转移腔室112A、112B抽气的转移模块103A、103B的抽气系统的启动。类似地，响应于接收到的感测器信号，控制系统124可提供启动信号至气体抽取系统110A、110B，用于使衬垫121A及/或衬垫121B进行放气，前述感测器信号指出转移腔室112A、112B中晶片的不存在、闸阀117A、117B以及闸阀119A、119B的关闭位置及/或用于将相应的转移腔室112A、112B通气的转移模块103A、103B的通气系统的启动。
在一些实施例中，响应于接收到的感测器信号，控制系统124可提供停用信号至气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B，前述感测器信号分别地指出衬垫121A、121B内的气压是高于或低于期望值。在一些实施例中，基于分别地供应气体至衬垫121A、121B的持续时间以及从衬垫121A、121B抽取气体的持续时间，控制系统124可提供停用信号至气体供应系统109A、109B以及气体抽取系统110A、110B。
图2示出根据一些实施例，一半导体晶片制造系统200的平面图。除非另有描述，对半导体晶片制造系统100的讨论适用于半导体晶片制造系统200。半导体装置制造系统200可包括处理模块101A、101B、转移模块203A、203B、转移管105以及装载端口107。转移模块203A、203B可分别地包括转移腔室212A、212B。除非另有描述，对图1A至图1B以及图2中具有相同符号的元件的讨论适用于彼此。
除非另有描述，转移模块103A、103B以及转移腔室112A、112B的讨论适用于转移模块203A、203B以及转移腔室212A、212B，转移腔室212A以及转移腔室212B的每一者可分别地包括衬垫221A、221B。衬垫221A以及衬垫221B可为永久被充气的弹性元件。因此，与转移腔室112A、112B不同，转移腔室212A、212B不具有用于分别地将衬垫221A、221B充气以及放气的进气端口120A、120B以及出气端口122A、122B。衬垫221A、221B可在将它们分别地安装在转移腔室212A、212B之前，使用空气、任何气体种类，例如：氮气或软质薄片(flakes ofsoft material)被充气以及被放气。衬垫221A、221B之组成可类似于衬垫121A、121B之组成。在一些实施例中，衬垫221A、221B可包括塑胶、合成纤维(synthetic)或任何其他合适的材料。除非另有描述，衬垫221A、221B在转移腔室212A、212B内部之设置可类似于衬垫121A、121B之设置。在一些实施例中，衬垫221A、221B可经由粘着剂、胶带或机械部件(例如：夹具)耦接至转移腔室212、212B之一个或多个内表面。类似于衬垫121A、121B，经充气的衬垫221A、221B可减少转移腔室212A、212B之内部体积，且因此可减少在晶片转移操作期间转移腔室212A、212B之抽气及/或通气时间。系统200之晶片转移操作可类似于以上关于图1A所描述的系统100的晶片转移操作。
图3A示出根据一些实施例的一半导体晶片制造系统300的平面图，而图3B示出沿着图3A的A-A线的系统300的剖面图。除非另有描述，对半导体晶片制造系统100的讨论适用于半导体晶片制造系统300。半导体晶片制造系统300可包括一转移模块303以及多个装载端口307。除非另有描述，对转移模块103A以及装载端口107的讨论分别地适用于转移模块303以及装载端口307。
转移模块303可包括一转移腔室312以及一机器人手臂311。除非另有描述，对转移腔室112A以及机器人手臂111A的讨论适用于转移腔室312以及机器人手臂311。转移模块303可耦接至装载端口307以及类似于处理模块101A的一个或多个处理模块(未图示)。转移模块303可被配置以在转移腔室312内提供类似于装载端口307或一个或多个处理模块的处理腔室(未图示)(基于晶片预计被转移到哪里)中的压力水平。
转移模块303可被配置而以一个或多个真空泵或其他合适的装置(未图示)对转移腔室312抽气，以达成与一个或多个处理模块的处理腔室(未图示)中的真空压力类似的真空压力。响应于在处理腔室以及转移腔室312中的真空压力实质上彼此相等，机器人手臂311可将晶片转移至处理腔室内。转移模块303可被配置以惰性气体及/或净化气体(例如：氮气或氩气)将转移腔室312通气，以达成实质上相等于装载端口307的一者中的压力水平(例如：大气压力)。响应于在转移腔室312以及装载端口307的一者中的压力水平实质上彼此相等，机器人手臂311可将晶片转移至装载端口307的一者中的一个或多个晶片储存装置。
在一些实施例中，转移模块303可进一步包括一衬垫321、一气体供应系统309、一气体抽取系统310以及一控制单元324。除非另有描述，对衬垫121A、气体供应系统109A、气体抽取系统110A以及控制单元124的讨论适用于衬垫321、气体供应系统309、气体抽取系统310以及控制单元324。例如，在转移腔室312内的衬垫321的放置可类似于衬垫121A的放置。图3B进一步示出衬垫321沿着转移腔室312的内表面的放置，且图3B是图示沿着图3A的A-A线的转移模块303的剖面图。
类似于衬垫121A，衬垫321可分别地通过一进气端口320以及一出气端口322使用一机械联结器(未图示)而耦接至气体供应系统309以及气体抽取系统310。对进气端口120A以及出气端口122A的讨论分别地适用于进气端口320以及出气端口322。在转移模块303的抽气及/或通气操作期间，衬垫321可被配置以减少转移腔室312的体积。在一些实施例中，衬垫321可被配置以在转移模块303的抽气及/或通气操作期间，以空气或其它合适的气体(例如：氮气、氩气或惰性气体)被充气，以减少转移腔室312的体积。在一些实施例中，衬垫321可被配置以在转移模块303的通气操作期间或之后被放气。在抽气及/或通气期间，减少转移腔室312的体积有助于减少对转移腔室312抽气及/或通气所需的时间。这样的抽气及/或通气时间的减少有助于减少晶片在转移腔室312与处理腔室之间及/或在转移腔室312与装载端口307之间的转移时间。
在一些实施例中，衬垫321可为类似于衬垫221A的永久被充气的衬垫。在这样的实施例中，转移模块303可能不具有进气端口320、出气端口322、气体供应系统309、气体抽取系统310以及控制系统324。
图4是根据一些实施例的一范例方法400，用于操作如参考图1A至图1B所描述的半导体晶片制造系统。本公开并不限于此操作的描述。应理解的是，可执行额外操作。除此之外，可能不需要执行本公开在此提供的所有操作。除此之外，可同时地执行一些操作，或以与图4中图示的不同顺序来执行。在一些实施例中，除了当前描述的操作或取代当前描述的操作，可执行一个或多个其他操作。为了说明的目的，参考图1A以及图1B的实施例描述方法400。然而，方法400不限于这些实施例。
在操作410中，从一装载端口转移一半导体晶片至半导体晶片制造系统的一转移模块。例如，如参考图1A所描述的，晶片可从装载端口107被转移至转移模块103A的转移腔室112A。此晶片转移操作可包括将晶片从装载端口107转移至转移管105以及从转移管105转移至转移腔室112A。在装载端口107至转移管105之间的晶片转移操作可包括通过机器人手臂113将晶片从装载端口107转移至晶片定向平台115。在转移管105与转移腔室112A之间的晶片转移操作可包括将转移腔室112A抽气至大气压(例如：760毫托)，并通过机器人手臂113将经定向的晶片从晶片定向平台115转移至转移腔室112A。在一些实施例中，晶片可被放置在晶片站114A上。
请参照图4，在操作420中，对转移模块抽气，并且调整转移模块的衬垫的体积。例如，如参考图1A所描述的，转移腔室112A可被抽气至真空压力水平(例如：在约10毫托至约50毫托之间)，且为了使转移腔室112A更快抽气，衬垫121A可被充气以减少转移腔室112A的体积。在抽气操作之前或与抽气操作同时，可通过进气端口120A通过气体供应系统109A进行此充气操作。衬垫121A可利用空气或其它合适的气体(例如：氮气、氩气或惰性气体)而被充气。在一些实施例中，可以较对转移腔室112A抽气的速率更快的速率对衬垫121A充气。
请参照图4，在操作430中，从转移模块转移晶片至一处理模块。例如，如参考图1A所描述的，晶片可从转移腔室112A被转移至处理模块101A的处理腔室102A。此转移操作可包括将处理腔室102A中的压力调整为实质上类似于转移腔室112A中的压力，随后开启闸阀117A、使用机器人手臂111A将晶片从转移腔室112A转移至处理腔室102A、关闭闸阀117A并将处理腔室102A抽气至适合处理晶片的真空压力水平(例如：在约1毫托至约10毫托之间)。在一些实施例中，调整处理腔室102A中的压力可包括对处理腔室102A通气，以将腔室中的压力从约10毫托增加至约50毫托。
请参照图4，在操作440中，在处理模块中对晶片执行一个或多个半导体制造工艺。例如，如参考图1A所描述的，可对处理腔室102A中的晶片上执行一个或多个半导体制造工艺。前述一个或多个半导体制造工艺程序可包括沉积工艺，例如，分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、电化学沉积(ECD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、溅射、热蒸发、电子束蒸发或其他沉积工艺；蚀刻工艺，例如，干蚀刻、反应离子蚀刻(RIE)、感应耦合等离子体蚀刻(ICP)或离子铣削；热工艺，例如，快速热退火(RTA)；显微镜检查，例如，扫描式电子显微镜(SEM)以及穿透式电子显微镜(TEM)或前述工艺的任何组合。在一些实施例中，在前述一个或多个制造工艺期间，处理腔室102A内保持高真空(例如：在约1毫托至约10毫托之间)。
请参照图4，在操作450中，从处理模块转移经处理的晶片至转移模块。例如，如参考图1A所描述的，经处理过的晶片可从处理腔室102A被转移至转移腔室112A。此转移操作可包括将处理腔室102A中的压力调整为实质上类似于转移腔室112A中的压力，随后开启闸阀117A、使用机器人手臂111A将晶片从处理腔室102A转移至转移腔室112A、关闭闸阀117A并将处理腔室102A抽气至适合处理晶片的真空压力水平(例如：在约1毫托至约10毫托之间)。在一些实施例中，调整处理腔室102A中的压力可包括对处理腔室102A通气，以将腔室中的压力从约10毫托增加至约50毫托。
在一些实施例中，此转移操作450亦可包括响应于转移腔室112A的压力与处理腔室102A的经调整的压力不同，而在开启闸阀117A以及执行类似于操作420的操作之前，测量转移腔室112A的压力。
请参照图4，在操作460中，将转移模块通气。例如，如参考图1A所描述的，可将转移腔室112A通气至大气压力，且可使用机器人手臂113将经处理的晶片转移回装载端口107的一者。在一些实施例中，在转移腔室112A的通气期间或之后，衬垫121A可被放气。使衬垫121A放气可包括使用气体抽取系统110A通过出气端口122A从衬垫121A抽取气体。在一些实施例中，在转移腔室112A的通气期间或之后，衬垫121A可维持被充气。
本公开提供用于改善半导体装置制造系统的生产量的范例系统以及方法。在一些实施例中，半导体装置制造系统的转移模块的转移腔室是配置以动态地调整转移腔室(例如：转移腔室112A、112B及/或转移腔室312)的内部体积，以达成更快的转移腔室的抽气以及通气。在一些实施例中，转移腔室可包括沿着转移腔室的内侧壁安装的衬垫(例如：衬垫121A、121B、221A、221B及/或衬垫321)。在转移模块的抽气及/或通气操作期间，衬垫可被配置而以气相介质被充气。可充气的衬垫的体积扩增有助于减少转移腔室的内部体积。因此，相较没有衬垫的转移腔室，转移腔室的体积减少可被更快的抽气以及通气，以分别地达成期望的真空压力以及大气压力。在一些实施例中，对具有衬垫的转移腔室抽气所需的时间减少了约5％至约10％。在一些实施例中，对具有衬垫的转移腔室通气所需的时间减少了约5％至约10％。在一些实施例中，在晶片转移操作期间，衬垫可被配置以保护转移模块的机器人手臂，而不会在与转移腔室的内部碰撞的情形下造成结构损坏。
本公开一些实施例提供一种半导体装置制造系统，包括一处理模块以及一转移模块。处理模块包括一处理腔室以及一闸阀。处理腔室配置以处理一半导体晶片，而闸阀配置以提供至处理腔室的一通道。转移模块包括一转移腔室以及一衬垫。转移腔室耦接至处理腔室，而衬垫耦接至转移腔室的一内表面。衬垫是配置以在转移模块的一转移腔室压力调整操作之前或期间减少转移腔室的一体积。
在一些实施例中，衬垫是耦接至转移腔室的一侧表面或一底表面。在一些实施例中，衬垫是配置以在转移腔室压力调整操作之前或期间被充气。在一些实施例中，衬垫是配置以在转移模块之一抽气操作之前或期间被充气。在一些实施例中，衬垫是配置以一第一速率被充气，且转移腔室是配置以一第二速率被抽气，其中第二速率较第一速率慢。在一些实施例中，衬垫是配置以在转移模块的一通气操作期间被放气。在一些实施例中，衬垫是配置以在转移腔室压力调整操作之前或期间以一气体或多个软质薄片充气。在一些实施例中，衬垫包括一弹性材料，弹性材料包括尼龙、橡胶、塑胶或前述材料的组合。
在一些实施例中，转移模块还包括一进气端口以及一出气端口。在一些实施例中，转移模块还包括一气体供应系统以及一气体抽取系统，气体供应系统通过进气端口耦接至衬垫，而气体抽取系统通过出气端口耦接至衬垫。在一些实施例中，气体供应系统是配置以供应一气体以对衬垫充气，且气体抽取系统是配置以从衬垫抽取气体。在一些实施例中，气体供应系统是配置以基于一控制信号对衬垫充气，控制信号指示转移模块的一泵系统的启动，以对转移腔室抽气。在一些实施例中，衬垫是以一机械联结器耦接至气体供应系统，机械联结器包括一对凸缘以及一界面配件，凸缘的其中之一凸缘是位于衬垫内，界面配件的一第一部分延伸至衬垫内，且界面配件的一第二部分延伸出转移模块外。在一些实施例中，转移模块还包括一机器人手臂，机器人手臂是配置以运送半导体晶片至处理腔室以及从处理腔室运送半导体晶片。
本公开一些实施例提供一种半导体装置制造系统，包括一处理模块以及一转移模块。处理模块包括一处理腔室，处理腔室是配置以处理一半导体晶片。转移模块包括一转移腔室以及一充气衬垫。转移腔室耦接至处理腔室，而充气衬垫耦接至转移腔室的一内侧表面。在一些实施例中，充气衬垫包括多个充气衬垫段部。在一些实施例中，充气衬垫是耦接至转移腔室的一内底表面。在一些实施例中，充气衬垫包括一气体或多个软质薄片。
本公开一些实施例提供一种操作一半导体装置制造系统的方法，包括转移一半导体晶片至一转移模块的一转移腔室内，充气耦接至转移腔室的一内表面的一衬垫，将转移腔室抽气至一真空压力水平，且从转移腔室转移半导体晶片至一处理模块的一处理腔室。在一些实施例中，对衬垫充气的操作以及对转移腔室抽气的操作可同时地执行。
以上概述数个实施例的特征，使得本技术领域中技术人员可更佳地理解本公开的各方面。本技术领域中技术人员应理解的是，可轻易地使用本公开作为设计或修改其他工艺以及结构的基础，以实现在此介绍的实施例的相同目的及/或达成相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解的是，这样的等同配置并不背离本公开的精神以及范畴，且在不背离本公开的精神以及范畴的情形下，可对本公开进行各种改变、替换以及更改。

Claims (1)

1.一种半导体装置制造系统，包括：
一处理模块，包括：
一处理腔室，配置以处理一半导体晶片；以及
一闸阀，配置以提供至该处理腔室的一通道；以及
一转移模块，包括：
一转移腔室，耦接至该处理腔室；以及
一衬垫，耦接至该转移腔室的一内表面，其中该衬垫是配置以在该转移模块的一转移腔室压力调整操作之前或期间减少该转移腔室的一体积。
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