CN110867402A - 晶圆清洗设备 - Google Patents

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CN110867402A CN201911181775.2A CN201911181775A CN110867402A CN 110867402 A CN110867402 A CN 110867402A CN 201911181775 A CN201911181775 A CN 201911181775A CN 110867402 A CN110867402 A CN 110867402A
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张豹
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Abstract

本发明提供的晶圆清洗设备，包括多层清洗结构、装载腔、传输通道、第一传输机构以及第二传输机构，其中，多层清洗结构在竖直方向上依次设置，每层清洗结构包括多个清洗腔；装载腔位于晶圆清洗设备的一侧，用于存放晶圆；第一传输机构和第二传输机构位于传输通道上，第一传输机构用于在装载腔与第二传输机构之间传输晶圆，第二传输机构用于通过晶圆传输至任一清洗腔内。本发明通过将多层清洗结构沿竖直方向依次设置，在与现有技术的清洗设备占用相同面积的情况下，清洗腔的数量按照叠置的层数成倍增加，从而提高清洗效率。

Description

晶圆清洗设备
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆清洗设备。
背景技术
在半导体制造工艺中，半导体设备分为单片和批式(多片)两种清洗设备，即一个工艺腔室一次清洗一片和一次清洗25片(或者50片)。在半导体制造工艺中，前道清洗工艺一般采用批式清洗，后道清洗工艺一般采用单片清洗。
图1为现有技术提供的一种单片清洗设备的结构示意图。如图1所示，单片清洗设备包括八个工艺腔室1和两个机械手2，八个工艺腔室呈两列间隔设置，在两列工艺腔室中间具有传输通道，其中一个机械手设置在传输通道的入口端，用于将装载腔4内的晶圆传递至缓存盒3，另一个机械手2设置在传输通道中，用于将缓存盒3上的晶圆传递至工艺腔室1中。
但是，上述单片清洗设备至少存在如下技术问题：
由于每一个片盒中存有25片晶圆，若要把一个片盒中25片晶圆全部清洗完毕，则需要三个以上循环周期，这样，在清洗工艺上会耗费较长时间，使得整个工艺流程不连贯。
因此，本领域亟需一种能够提高清洗工艺产量的清洗设备。
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，提出了一种晶圆清洗设备。
为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗设备，其包括多层清洗结构、装载腔、传输通道、第一传输机构以及第二传输机构：其中，
多层所述清洗结构在竖直方向上依次设置，每层所述清洗结构包括多个清洗腔；
所述装载腔位于所述晶圆清洗设备的一侧，用于存放晶圆；
所述第一传输机构、所述第二传输机构位于所述传输通道上；
所述第一传输机构用于在所述装载腔与所述第二传输机构之间传输晶圆；
所述第二传输机构，用于将所述晶圆传输至任一所述清洗腔内。
进一步地，多个所述清洗腔沿所述传输通道的长度方向排布，且分立于所述传输通道的两侧；
所述第二传输机构用于向一个或者多个所述清洗腔内传输晶圆。
进一步地，所述第二传输机构包括第二机械手和机械手升降结构；所述机械手升降结构与所述第二机械手相连接，所述机械手升降结构用于带动所述第二机械手在竖直方向上进行升降运动。
进一步地，所述第一传输机构包括第一机械手、缓存盒以及水平传送结构；其中，
所述第一机械手设置于所述装载腔与所述缓存盒之间，用于在所述装载腔与所述缓存盒之间传输所述晶圆；
所述水平传送结构设置于所述传输通道上；
所述水平传送结构用于承载所述缓存盒，并用于将所述缓存盒在所述传输通道上的第一位置和第二位置之间水平传送；
所述第一位置靠近所述第一机械手，且当所述缓存盒位于所述第一位置时，所述第一机械手用于自所述缓存盒中取放所述晶圆；
所述第二位置靠近所述第二机械手，且当所述缓存盒位于所述第二位置时，所述第二传输机构用于自所述缓存盒中取放所述晶圆。
进一步地，所述第一传输机构还包括缓存盒升降结构，所述缓存盒升降结构设置在所述第二位置上，且所述缓存盒升降结构一端固定于所述晶圆清洗设备的底部，另一端与所述缓存盒相连接；
所述缓存盒升降结构包括竖直驱动装置和垂直导轨，所述竖直驱动装置用于驱动所述缓存盒在所述垂直导轨上移动，用于带动位于所述第二位置上的所述缓存盒沿所述缓存盒升降结构进行升降运动。
进一步地，所述传输通道位于所述晶圆清洗设备中。
进一步地，所述水平传送结构包括水平驱动装置和水平导轨，所述水平驱动装置用于驱动所述缓存盒在所述水平导轨上移动；或者
所述水平传送结构包括水平驱动装置、皮带和用于支撑皮带的转动架，所述皮带包裹在所述转动架外部；所述水平驱动装置用于驱动所述皮带在所述转动架上转动，进而驱动所述缓存盒在所述转动架上移动。
进一步地，还包括用于向每个所述清洗腔中通入工艺介质的供应管路，所述供应管路的数量与所述清洗腔的数量相对应设置。
进一步地，至少一条所述供应管路与其它所述供应管路中的所述工艺介质不相同。
进一步地，所述第一机械手包括多个用于抓取所述晶圆的机械手指，每个所述机械手指用于抓取一个所述晶圆。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的晶圆清洗设备，包括多层清洗结构、装载腔、传输通道、第一传输机构以及第二传输机构，其中，多层清洗结构在竖直方向上依次设置，每层清洗结构包括多个清洗腔；装载腔位于晶圆清洗设备的一侧，用于存放晶圆；第一传输机构和第二传输机构位于传输通道上，第一传输机构用于在装载腔与第二传输机构之间传输晶圆，第二传输机构用于通过晶圆传输至任一清洗腔内。本发明通过将多层清洗结构沿竖直方向依次设置，在与现有技术的清洗设备占用相同面积的情况下，清洗腔的数量按照叠置的层数成倍增加，从而提高清洗效率。
附图说明
图1为现有技术提供的一种单片清洗设备的结构示意图；
图2为本发明提供的晶圆清洗设备的俯视图；
图3为本发明提供的晶圆清洗设备的侧视图。
其中：
1-工艺腔室；2-机械手；3-缓存盒；4-装载腔；11、12、13、14-装载腔；21-第一机械手；31、32-缓存盒；41、42-水平传送结构；51、52、53、54-缓存盒升降结构；61、62、63、64-第二机械手；71、72、73、74-机械手升降结构；801、802、803、804、805、806、807、808、809、810、811、812、813、814、815、816-清洗腔；91、92、93、94-供应管路；S-第一位置；A1、A2、B1、B2-第二位置。
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清洗设备进行详细描述。
本发明提供了一种晶圆清洗设备，其包括多层清洗结构、装载腔、传输通道、第一传输机构以及第二传输机构。其中，多层清洗结构在竖直方向上依次设置，每层清洗结构包括多个清洗腔；装载腔位于晶圆清洗设备的一侧，用于存放晶圆；第一传输机构和第二传输机构位于传输通道上，第一传输机构用于在装载腔与第二传输机构之间传输晶圆，第二传输机构用于通过晶圆传输至任一清洗腔内。
其中，不同层清洗结构在竖直方向上的投影既可以相互重叠，也可以交错设置，只要多层清洗结构在竖直方向上依次设置即属于本申请的保护范围。
本发明提供的晶圆清洗结构，通过将多层清洗结构沿竖直方向依次设置，在与现有技术的清洗设备占用相同面积的情况下，清洗腔的数量按照叠置的层数成倍增加，从而提高清洗效率。
下面结合附图对本发明提供的清洗设备进行详细说明。
图2为本发明提供的晶圆清洗设备的俯视图。图3为本发明提供的晶圆清洗设备的侧视图。
在如图2至图3所示的实施例中，晶圆清洗设备包括两层清洗结构，每层清洗结构分别包括多个清洗腔，位于同一层中多个清洗腔分为两列，两列清洗腔的数量相等，传输通道的数量为一个，此时，两列清洗腔沿传输通道的长度方向排布，且分立于传输通道的两侧。具体地，如图2至图3所示，晶圆清洗设备包括上层清洗结构(809、810、811、812、813、814、815、816)和下层清洗结构(801、802、803、804、805、806、807、808)，上层清洗结构按清洗腔的数量分为数量相等的两列清洗腔(809、810、811、812，和813、814、815、816)，下层清洗结构按清洗腔的数量分为数量相等的两列清洗腔(801、802、803、804，和805、806、807、808)，每层的两列清洗腔分设在传输通道的两侧。
其中，尽管在图2和图3所示的实施例中，清洗结构的层数为两层，但本发明并不局限于此，在实际应用中，清洗结构的层数也可以是其它层数，只要是具有多层清洁结构，均属于本发明的保护范围。能够理解的是，层数越多，清洗腔的数量也就越多，清洗效率也就更高。
其中，尽管在图2和图3所示的实施例中，每层清洗结构按清洗腔的数量分为数量相等的两列，两列清洗腔，但本发明并不局限于此，在实际应用中，每层清洗结构可以分为其它多数列，并且，每列的清洗腔的数量也可以不相同，也即每层清洗结构中清洗腔的列数和每列中清洗腔的数量均可以根据实际情况进行调整。另外，在图2和图3所示的实施例中，以传输通道的数量为一个进行示例，但在实际应用中，传输通道的数量也可以为多个，此时，每个传输通道负责与其相邻的位于不同层清洗结构的两列清洗腔的晶圆传输，这样设置，能够减少晶圆清洗结构的占地空间；或者，一个传输通道负责位于不同层清洗结构的同一列清洗腔的晶圆传输，这样设置，能够进一步提高晶圆的传输效率。
其中，传输通道位于晶圆清洗设备中。具体地，晶圆清洗设备包括壳体，多层清洗结构、装载腔、第一传输机构以及第二传输机构均设置于晶圆清洗设备的壳体中，同时，传输通道也位于壳体之中。
下面结合附图对第二传输机构的具体结构进行详细描述。
在本发明中，第二传输机构用于向一个或者多个清洗腔内传输晶圆，具体地，如图2至图3所示，第二传输机构包括第二机械手(61、62、63、64)和机械手升降结构(71、72、73、74)，其中，机械手升降结构(71、72、73、74)与第二机械手(61、62、63、64)相连接，机械手升降结构(71、72、73、74)用于带动与其相连的第二机械手(61、62、63、64)在竖直方向上进行升降运动，以使第二机械手(61、62、63、64)能够在抓取晶圆之后，将晶圆传输至任意一层的清洗腔内。
其中，第二传输机构用于向一个或者多个清洗腔内传输晶圆具体是指，第二传输机构具有同时向多个清洗腔传输晶圆的能力，也具有只向一个清洗腔传输晶圆的能力，换言之，第二传输机构可选择的向一个或多个清洗腔内传输晶圆。
另外，关于第二传输机构的数量，在如图2至图3所示的实施例中，位于不同层的同一列的清洗腔中的每两个相邻的清洗腔，由同一个第二传输机构负责传输，也即，此时，第二传输机构的数量＝清洗腔总数/(列数*2)。当然，在实际应用中，一个第二传输机构也可以负责位于不同层的同一列的清洗腔中的其它个数相邻的清洗腔，因此，第二传输机构的数量可以根据实际情况进行设置。
还需要说明的是，在利用机械手升降结构(71、72、73、74)对第二机械手(61、62、63、64)进行控制时，优选地，在同一时刻，第二机械手61与第二机械手64应分别位于不同层，第二机械手62与第二机械手63应分别位于不同层，以避免在第二机械手传输晶圆的过程中，与其它第二机械手产生干涉。
在现有技术中，由一个机械手负责将缓存位中的晶圆一一传递至八个工艺腔室中，一旦机械手出现故障，会导致整个设备的停工。在本发明中，由于一个第二传输机构仅负责几个清洗腔的传输，即便其中一个第二传输机构出现故障，其它几个第二传输机构仍能够保持正常工作，因此不会致使整个设备的停工，从而提高机台可靠性。
下面结合附图对第一传输机构的具体结构进行详细描述。
在本实施例中，如图2至图3所示，第一传输机构包括第一机械手21、缓存盒(31、32)以及水平传送结构(41、42)。其中，第一机械手21设置于装载腔与缓存盒(31、32)之间，用于在装载腔与缓存盒(31、32)之间传输晶圆；水平传送结构(41、42)设置于传输通道上；水平传送结构(41、42)用于承载缓存盒(31、32)，并用于将缓存盒(31、32)在传输通道上的第一位置和第二位置之间水平传送。其中，第一位置为靠近第一机械手21的位置，且当缓存盒位于第一位置时，第一机械手21用于自缓存盒(31、32)中取放晶圆；第二位置靠近第二机械手(61、62、63、64)，且当缓存盒(31、32)位于第二位置时，第二传输机构用于自缓存盒(31、32)中取放晶圆。
其中，第二位置的数量与第二传输结构的数量一致。
其中，第二位置的位置对应每个第二传输结构的位置设置。
其中，在本实施例中，水平传送结构(41、42)设置于晶圆清洗设备的底部，但本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以将水平传送结构设置于晶圆清洗设备的顶部，此时，晶圆清洗设备应具有顶板结构，以固定水平传送结构，或者，将水平传送结构设置在清洗结构的侧壁上。因此，只要能够实现缓存盒在第一位置和第二位置之间的水平传送，水平传送结构设置在任何位置都是可以的，均属于本发明的保护范围。
另外，在本实施例中，水平传送结构(41、42)的数量为两个，两个水平传送结构(41、42)分别对应两列清洗腔设置，每个水平传送结构(41、42)分别用于承载一个缓存盒(31、32)，并能够将缓存盒(31、32)在第一位置S和多个第二位置(A1、A2、B1、B2)之间水平传送，且在缓存盒(31、32)位于第一位置S时，第一机械手21能够自缓存盒(31、32)中取放晶圆，在缓存盒(31、32)位于第二位置(A1、A2、B1、B2)时，第二传输机构能够自缓存盒(31、32)中取放晶圆。
对于水平传送结构(41、42)的具体结构，本发明不做具体限定，只要能够实现缓存盒的水平传送均属于本发明的保护范围。举例而言，水平传送结构包括水平驱动装置和水平导轨，水平驱动装置用于驱动缓存盒在水平导轨上移动；或者，水平传送结构包括水平驱动装置、皮带和用于支撑皮带的转动架，皮带包裹在转动架外部，水平驱动装置用于驱动皮带在转动架上转动，进而驱动缓存盒在所述转动架上移动。
需要说明的是，虽然在本实施例中，水平传送结构、缓存盒的数量为两个，对应每列清洗腔设置，但在实际应用中，并不局限于此，也可以相邻的两列清洗腔共用一个水平传送结构和缓存盒，也即，一个水平传送结构和缓存盒同时为两列清洗腔传送晶圆。
进一步地，在本实施例中，如图2至图3所示，第一传输机构还包括缓存盒升降结构(51、52、53、54)，缓存盒升降结构(51、52、53、54)设置在第二位置(A1、A2、B1、B2)上，且缓存盒升降结构(51、52、53、54)一端固定于晶圆清洗设备的底部，另一端与缓存盒(31、32)相连接，以驱动位于第二位置(A1、A2、B1、B2)上的缓存盒(31、32)进行升降运动。
在没有缓存盒升降结构时，当需要在竖直方向上同移动晶圆，可以使第二机械手抓取晶圆后，再由机械手升降结构驱动第二机械手进行升降运动，从而带动晶圆进行升降，这种方式虽然也能够驱动晶圆进行升降运动，但是，晶圆暴露在传输通道中，传输通道中的洁净度不及缓存盒中洁净度高，故此不可避免的会影响晶圆的洁净度。通过设置缓存盒升降结构，当需要在竖直方向上同移动晶圆时，将晶圆置于缓存盒中，再利用缓存盒升降结构驱动缓存盒上升或下降，当缓存盒移动至指定位置时，再由对应的第二机械手将缓存盒中的晶圆取出，如此设置，晶圆在竖直方向移动时是在缓存盒中的，缓存盒的洁净度高于传输通道的洁净度，从而提高了晶圆在传输过程中的洁净度，避免晶圆遭受污染。
在本实施例中，如图2至图3所示，清洗设备还包括供应管路(91、92、93、94)，供应管路(91、92、93、94)用于向清洗腔中通入工艺介质，供应管路(91、92、93、94)的数量与清洗腔的数量相对应设置。
其中，如图3所示，供应管路(91、92、93、94)包括竖直通道，从而将工艺介质传送到多层清洗结构中。
在本实施例中，多条供应管路(91、92、93、94)中的至少一条与其它供应管路(91、92、93、94)中的工艺介质不同。
由于在本发明中，多个清洗腔彼此间隔且相互独立，因此，可以通过向不同清洗腔中通入不同的工艺介质，以使不同清洗腔完成不同的清洗工艺，从而增加机台工艺的多样性。
在本实施例中，第一机械手21包括多个用于获取晶圆的机械手指，每个机械手指用于抓取一个晶圆。在本实施例中，相应的，每个缓存盒(31、32)均包括多个缓存位，每个缓存位用于存放一片晶圆。并且，多个机械手指与多个缓存位的设置方式相同，譬如，多个缓存位沿竖直方向依次设置时，多个机械手指也沿竖直方向依次设置，且相邻机械手指之间的间隔与相邻缓存位之间的间隔相同。如此设置，第一机械手21能够一次性抓取多个晶圆，并同时将多个晶圆传送至缓存盒(31、32)的多个缓存位之中，进而提高第一机械手的传输效率，从而进一步提高晶圆清洗设备的清洗效率。
下面以图2至图3所示结构为例，对使用本发明提供的晶圆清洗设备的具体传输方式进行详细介绍。
S1，由第一机械手21从装载腔(11、12、13、14)中取出多个晶圆，并将多个晶圆传送至缓存盒(31、32)；
S2，水平传送结构(41、42)驱动承载有晶圆的缓存盒(31、32)进行水平移动，使缓存盒(31，32)自第一位置S移动至任意第二位置(A1、B1、A2、B2)；
S3，当缓存盒(31、32)到达第二位置(A1、B1、A2、B2)后，缓存盒升降结构(51、52、53、54)驱动缓存盒(31、32)传输至不同层，相应地，机械手升降结构驱动第二机械手(61、62、63、64)进行升降运动，以使第二机械手(61、62、63、64)与缓存盒(31，32)位于同一层；
S4，第二机械手(61、62、63、64)将缓存盒(31、32)中的晶圆传送至清洗腔中，以进行分别清洗。
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 (10)

1.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括多层清洗结构、装载腔、传输通道、第一传输机构以及第二传输机构：其中，
多层所述清洗结构在竖直方向上依次设置，每层所述清洗结构包括多个清洗腔；
所述装载腔位于所述晶圆清洗设备的一侧，用于存放晶圆；
所述第一传输机构、所述第二传输机构位于所述传输通道上；
所述第一传输机构用于在所述装载腔与所述第二传输机构之间传输晶圆；
所述第二传输机构，用于将所述晶圆传输至任一所述清洗腔内。
2.根据权利要求1中所述的晶圆清洗设备，其特征在于，
多个所述清洗腔沿所述传输通道的长度方向排布，且分立于所述传输通道的两侧；
所述第二传输机构用于向一个或者多个所述清洗腔内传输晶圆。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述第二传输机构包括第二机械手和机械手升降结构；所述机械手升降结构与所述第二机械手相连接，所述机械手升降结构用于带动所述第二机械手在竖直方向上进行升降运动。
4.根据权利要求1或2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述第一传输机构包括第一机械手、缓存盒以及水平传送结构；其中，
所述第一机械手设置于所述装载腔与所述缓存盒之间，用于在所述装载腔与所述缓存盒之间传输所述晶圆；
所述水平传送结构设置于所述传输通道上；
所述水平传送结构用于承载所述缓存盒，并用于将所述缓存盒在所述传输通道上的第一位置和第二位置之间水平传送；
所述第一位置靠近所述第一机械手，且当所述缓存盒位于所述第一位置时，所述第一机械手用于自所述缓存盒中取放所述晶圆；
所述第二位置靠近所述第二机械手，且当所述缓存盒位于所述第二位置时，所述第二传输机构用于自所述缓存盒中取放所述晶圆。
5.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述第一传输机构还包括缓存盒升降结构，所述缓存盒升降结构设置在所述第二位置上，且所述缓存盒升降结构一端固定于所述晶圆清洗设备的底部，另一端与所述缓存盒相连接；
所述缓存盒升降结构包括竖直驱动装置和垂直导轨，所述竖直驱动装置用于驱动所述缓存盒在所述垂直导轨上移动，用于带动位于所述第二位置上的所述缓存盒沿所述缓存盒升降结构进行升降运动。
6.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述传输通道位于所述晶圆清洗设备中。
7.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述水平传送结构包括水平驱动装置和水平导轨，所述水平驱动装置用于驱动所述缓存盒在所述水平导轨上移动；或者
所述水平传送结构包括水平驱动装置、皮带和用于支撑皮带的转动架，所述皮带包裹在所述转动架外部；所述水平驱动装置用于驱动所述皮带在所述转动架上转动，进而驱动所述缓存盒在所述转动架上移动。
8.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，还包括用于向每个所述清洗腔中通入工艺介质的供应管路，所述供应管路的数量与所述清洗腔的数量相对应设置。
9.根据权利要求8所述的晶圆清洗设备，其特征在于，至少一条所述供应管路与其它所述供应管路中的所述工艺介质不相同。
10.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述第一机械手包括多个用于抓取所述晶圆的机械手指，每个所述机械手指用于抓取一个所述晶圆。
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