CN111029287A - 晶圆自动上下片系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆自动上下片系统，包括集成于工艺设备上的存储单元，晶圆定位单元，晶圆盘定位单元，晶圆盘存料单元，并采用第一装载单元在晶圆盘存料单元与晶圆盘定位单元之间传输工艺前后的晶圆盘，采用第二装载单元在晶圆盘定位单元、晶圆定位单元和存储单元之间传输工艺前后的晶圆。本发明能够提高整个生产流程的效率，避免晶圆污染，提高晶圆放置到晶圆盘中的合格率，降低晶圆的报废率。

Description

晶圆自动上下片系统
技术领域
本发明涉及半导体设备自动化控制技术领域，特别是涉及一种集成化晶圆自动上下片系统。
背景技术
在晶圆外延PVD(物理气相沉积)制程中，需要把沉积前的晶圆片放置在碳化硅晶圆盘中，在工艺设备中经过高温沉积后，再将晶圆片从碳化硅晶圆盘中取出。
目前，一般采用由人工将沉积后的多个放置碳化硅晶圆盘的FOUP(前开式晶圆传送盒)从PVD设备中搬出到一个位置，由人工将每个碳化硅晶圆盘中沉积后的晶圆取出，再把沉积前的其他晶圆放入碳化硅晶圆盘中。
然而，在人工操作过程中出现合格率较低的问题。由于晶圆运输长期暴露在普通环境中，报废率也高，晶圆在外接搬运时的时间也长。由于整个过程熟练人工操作一天只能完成100晶圆盘左右，故效率很低，且报废率很高，大约在5％。
此外，目前工人操作的熟练程度各有不同，工人流动性大，对生产造成很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种晶圆自动上下片系统，以提高整个生产流程的效率，避免晶圆污染，提高晶圆放置到晶圆盘中的合格率，降低晶圆的报废率，并解决工人流动性大用工难的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种晶圆自动上下片系统，包括：
存储单元，用于存储多个卡塞，所述卡塞用于放置工艺前晶圆或工艺后晶圆；
晶圆定位单元，用于对传输至的所述工艺前晶圆或工艺后晶圆进行定位；
晶圆盘定位单元，用于对传输至的晶圆盘进行定位，所述晶圆盘用于放置所述工艺前晶圆或工艺后晶圆；
晶圆盘存料单元，设于工艺设备上，用于放置所述晶圆盘；
第一装载单元，用于将所述晶圆盘存料单元中放有所述工艺后晶圆的所述晶圆盘传输至所述晶圆盘定位单元进行定位后，再将所述晶圆盘中的所述工艺后晶圆传输至所述晶圆定位单元进行定位，以及将所述晶圆定位单元上经定位后的所述工艺前晶圆传输至所述晶圆盘定位单元上空置的所述晶圆盘中，并将放有所述工艺前晶圆的所述晶圆盘传输至所述晶圆盘存料单元；
第二装载单元，用于将所述晶圆定位单元上的所述工艺后晶圆传输至所述存储单元中指定的所述卡塞内，以及将其他指定的所述卡塞内的所述工艺前晶圆传输至所述晶圆定位单元上。
进一步地，所述存储单元包括立库，所述立库中设有多个存储位，每个所述存储位用于存储一个所述卡塞。
进一步地，所述立库包括一至多层。
进一步地，所述立库具有圆弧形立面。
进一步地，所述圆弧形立面的圆心与所述第二装载单元的转动支点重合。
进一步地，所述第一装载单元和所述第二装载单元为机器人。
进一步地，所述晶圆定位单元通过识别并调整所述工艺前晶圆或工艺后晶圆的位置以及读取序列号，对传输至的所述工艺前晶圆或工艺后晶圆进行定位。
进一步地，所述晶圆盘定位单元通过视觉传感器和PLC传感器识别出所述晶圆盘上设置的原点，并由此调整所述晶圆盘的位置。
进一步地，所述晶圆盘具有多个晶圆放置位。
进一步地，所述工艺设备正面依次设有第一区域和第二区域，所述第一区域相邻所述晶圆盘存料单元设置，所述晶圆盘存料单元、所述第一区域和所述第二区域设于洁净房中，所述洁净房设有风机过滤机组；其中，所述存储单元、所述晶圆定位单元和所述晶圆盘定位单元依次分布于所述第二区域中，所述第二装载单元设于所述第二区域中并面向所述存储单元设置，所述第一装载单元位于所述第一区域中并面向所述晶圆定位单元和所述晶圆盘定位单元设置。
从上述技术方案可以看出，本发明在晶圆盘从工艺设备中取放，晶圆上下片时采用洁净机器人搬运，整个过程中都是全自动化实现的，可以充分保证晶圆放置于晶圆盘时的一致性，报废率可降低至人工操作的10％，整体报废率在0.5％以内。同时，使晶圆盘在工艺设备旁边进行上下片操作，上下片功能和工艺设备集成到一起，设备内部采用FFU(风机过滤机组)、洁净元器件保证洁净环境可以达到ISOClass5，避免了碳化硅晶圆盘在搬运过程中导致晶圆污染，和碳化硅晶圆盘损坏等情况，使设备的生产效率和合格率都远高于人工生产，能够为工厂带来巨大的经济效益和解决由于工人流动性大造成的用工难问题。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种晶圆自动上下片系统结构示意图。
图2是一种晶圆平面结构示意图。
图3是本发明一较佳实施例的一种晶圆自动上下片系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参考图1，图1是本发明一较佳实施例的一种晶圆自动上下片系统结构示意图。如图1所示，本发明的一种晶圆自动上下片系统，与工艺设备集成在一起，可包括：存储单元5，晶圆定位单元7，晶圆盘定位单元8，晶圆盘存料单元1，第一装载单元9和第二装载单元4等主要结构组成部分。下面以本发明的晶圆自动上下片系统与PVD工艺设备集成在一起为例进行说明。
请参考图1。存储单元5用于存储多个卡塞6。存储单元5中可设置有立库5，立库5中设有多个存储位，每个存储位用于存储一个卡塞6。立库5可采用一至多层结构。
卡塞6(晶圆盒)用于放置PVD工艺前晶圆或PVD工艺后晶圆。卡塞6通常采用前开式结构，卡塞6中可同时放置多层晶圆，并能够兼容市面上常规的4寸或6寸晶圆。
请参考图1。晶圆定位单元7可设置在立库5的一侧，用于对由第一装载单元9或第二装载单元4传输至的工艺前晶圆或工艺后晶圆进行定位。
晶圆定位单元7可采用晶圆定位机构7。晶圆定位机构7包括一个寻边模块，可起到寻边作用，即用于识别晶圆的平边位置11，如图2所示；晶圆定位机构7据此将晶圆旋转调整至指定位置。寻边可通过视觉传感器结合PLC传感器来实现。通过晶圆定位机构7可确保晶圆放入晶圆盘内时的一致性。较佳的，晶圆定位机构7还包括一个读取模块，可以自动读取晶圆平边侧上标记的晶圆序列号。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。
请参考图1。晶圆盘定位单元8可设置在晶圆定位单元7的一侧，用于对由第一装载单元9传输至的晶圆盘10进行定位。晶圆盘10用于放置PVD工艺前晶圆或PVD工艺后晶圆；晶圆盘10可采用碳化硅晶圆盘10，其上设有多个晶圆放置位。
晶圆盘定位单元8可采用晶圆盘精确定位机构8。晶圆盘精确定位机构8可识别晶圆盘10的位置，并将其调整至指定位置。具体地，晶圆盘10上可设置一凹口作为晶圆盘10的原点；晶圆盘精确定位机构8利用视觉传感器和PLC传感器，来识别出晶圆盘10的原点，并由此调整晶圆盘10的位置。通过晶圆盘精确定位机构8可确保晶圆盘10放入转晶圆盘内的一致性。
请参考图1。晶圆盘存料单元1设于PVD工艺设备前端上，用于放置晶圆盘10。晶圆盘10通过PVD工艺设备前端进出PVD设备进行沉积工艺。
第一装载单元9用于在PVD工艺后，将晶圆盘存料单元1中放有工艺后晶圆的晶圆盘10传输至晶圆盘精确定位机构8；并在晶圆盘精确定位机构8上对晶圆盘10进行定位后，再将晶圆盘10中的工艺后晶圆取出传输至晶圆定位机构7上，由晶圆定位机构7对工艺后晶圆进行定位。第一装载单元9还用于将晶圆定位机构7上经定位后的工艺前晶圆传输至晶圆盘精确定位机构8上装入空置的晶圆盘10中，并将放有工艺前晶圆的晶圆盘10进一步传输至晶圆盘存料单元1。
第二装载单元4用于在立库5中对晶圆进行上下料，并用于将晶圆定位机构7上经定位后的工艺后晶圆传输至立库5中装入指定的具有空位的卡塞6内，以及将其他指定的卡塞6内装有的工艺前晶圆取出传输至晶圆定位机构7上。
第一装载单元9和第二装载单元4可采用具有多轴向运动形式的机器人。
立库5可采用圆弧形立面；其圆弧形立面的圆心与第二装载单元4的机器人的转动支点相重合。
请参考图1。PVD工艺设备正面(前端)设有晶圆盘存料单元1，晶圆盘存料单元1外侧依次设有第一区域2和第二区域3，第一区域2相邻晶圆盘存料单元1设置。晶圆盘存料单元1、第一区域2和第二区域3设于洁净房中，洁净房可按晶圆盘存料单元1、第一区域2和第二区域3进行分区隔离设置，洁净房设有风机过滤机组。
立库5、晶圆定位机构7和晶圆盘精确定位机构8依次分布于第二区域3中，第二装载单元4的机器人设于第二区域3中，并面向立库5设置，第一装载单元9的机器人位于第一区域2中，并同时面向晶圆定位机构7和晶圆盘精确定位机构8设置。
请参考图3。本发明的工作流程包括：通过第二装载单元4的机器人进行晶圆上下料，将运载晶圆的卡塞6放置在晶圆立库5中。立库5例如为两层，每层具有4个存储位，故立库5共可以放置8个卡塞6，并且卡塞6能够兼容市面上常规的4寸或6寸晶圆。
当PVD设备发出需求指令时，第一装载单元9的机器人将PVD设备中的晶圆盘10取出，搬运到晶圆盘精确定位机构8上，由晶圆盘精确定位机构8对晶圆盘10进行精确定位；再由第一装载单元9的机器人将晶圆盘10中完成PVD的晶圆取出，放置在晶圆定位机构7上进行定位，包括对晶圆进行刻号读取。定位完成后，第二装载单元4的机器人(上下料机器人)将完成PVD的晶圆取回到卡塞6中。
当把所有完成PVD的晶圆下料后，再由第二装载单元4的机器人将待PVD的晶圆从卡塞6中取出，放置在晶圆定位机构7上面；定位完成后，再由第一装载单元9的机器人(上下片机器人)将待PVD的晶圆放置到晶圆盘精确定位机构8上的晶圆盘10中。
放置完成后，第一装载单元9的机器人将晶圆盘10自动放回PVD设备，等待后续PVD工艺。
从本发明布局可知，所有上下料工位都设置在PVD设备同一侧，方便作业。整个搬盘、上下片过程全部采用机器人自动操作，没有人工参与。并且，将工作位置集成在PVD设备上面，不会因为晶圆暴露在空气中而造成污染，也避免了人工操作对晶圆表面造成的划伤，使良率得到大幅度提升。同时，本发明系统内部采用FFU、洁净元器件，保证洁净环境可以达到ISOClass5。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆自动上下片系统，其特征在于，包括：
存储单元，用于存储多个卡塞，所述卡塞用于放置工艺前晶圆或工艺后晶圆；
晶圆定位单元，用于对传输至的所述工艺前晶圆或工艺后晶圆进行定位；
晶圆盘定位单元，用于对传输至的晶圆盘进行定位，所述晶圆盘用于放置所述工艺前晶圆或工艺后晶圆；
晶圆盘存料单元，设于工艺设备上，用于放置所述晶圆盘；
第一装载单元，用于将所述晶圆盘存料单元中放有所述工艺后晶圆的所述晶圆盘传输至所述晶圆盘定位单元进行定位后，再将所述晶圆盘中的所述工艺后晶圆传输至所述晶圆定位单元进行定位，以及将所述晶圆定位单元上经定位后的所述工艺前晶圆传输至所述晶圆盘定位单元上空置的所述晶圆盘中，并将放有所述工艺前晶圆的所述晶圆盘传输至所述晶圆盘存料单元；
第二装载单元，用于将所述晶圆定位单元上的所述工艺后晶圆传输至所述存储单元中指定的所述卡塞内，以及将其他指定的所述卡塞内的所述工艺前晶圆传输至所述晶圆定位单元上。
2.根据权利要求1所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述存储单元包括立库，所述立库中设有多个存储位，每个所述存储位用于存储一个所述卡塞。
3.根据权利要求2所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述立库包括一至多层。
4.根据权利要求2或3所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述立库具有圆弧形立面。
5.根据权利要求4所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述圆弧形立面的圆心与所述第二装载单元的转动支点重合。
6.根据权利要求1或5所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述第一装载单元和所述第二装载单元为机器人。
7.根据权利要求1所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述晶圆定位单元通过识别并调整所述工艺前晶圆或工艺后晶圆的位置以及读取序列号，对传输至的所述工艺前晶圆或工艺后晶圆进行定位。
8.根据权利要求1所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述晶圆盘定位单元通过视觉传感器和PLC传感器识别出所述晶圆盘上设置的原点，并由此调整所述晶圆盘的位置。
9.根据权利要求1所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述晶圆盘具有多个晶圆放置位。
10.根据权利要求1所述的晶圆自动上下片系统，其特征在于，所述工艺设备正面依次设有第一区域和第二区域，所述第一区域相邻所述晶圆盘存料单元设置，所述晶圆盘存料单元、所述第一区域和所述第二区域设于洁净房中，所述洁净房设有风机过滤机组；其中，所述存储单元、所述晶圆定位单元和所述晶圆盘定位单元依次分布于所述第二区域中，所述第二装载单元设于所述第二区域中并面向所述存储单元设置，所述第一装载单元位于所述第一区域中并面向所述晶圆定位单元和所述晶圆盘定位单元设置。
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