CN113474485A - 自动批次生产薄膜沉积系统及其使用方法 - Google Patents

自动批次生产薄膜沉积系统及其使用方法 Download PDF

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迈克尔·W·佩奇
迈克尔·J·瑟申
亚当·F·伯图赫
劳伦特·莱克蒂尔
图西夫·艾哈迈德·卡恩·霍萨科特·布登
拉梅什·普拉萨德·曼查拉多尔·那拉哈里·拉奥
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Abstract

全自动批次生产薄膜沉积系统，以较低的每个晶圆的成本来提供均匀性和高产能。在一些示例中，本公开系统包括借助于装载有多个晶圆的运输晶圆架经由低冲击批次转移的自动化安全晶圆搬运。在一些示例中，系统包括模块化的预热和冷却架构，其能够实现针对特定规格量身定制的灵活的热管理解决方案。

Description

自动批次生产薄膜沉积系统及其使用方法
相关申请数据
本申请要求2019年2月19日递交的、题为“Automated Batch Production AtomicLayer Deposition Systems and Methods of Using the Same(自动批次生产原子层沉积系统及使用该系统的方法)”的美国临时专利申请序列号62/807,612的优先权的权益，本美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及薄膜沉积系统领域。特别地，本申请涉及自动批次生产薄膜沉积系统及使用该系统的方法。
背景
薄膜沉积程序被用来将绝缘薄膜层、介电薄膜层及导电薄膜层施加到多种基板及部件上，例如半导体基板、半导体电路装置上，并且施加在应用于光学及光电装置的透明及半透明玻璃以及其他基板上。在诸如原子层沉积(ALD)的化学气相沉积(CVD)程序中，通常将晶圆单独地对齐并装载到晶圆载体中，然后小心地放置在CVD反应器的反应腔室内。当化学反应完成后，热的晶圆载体和晶圆必须小心地从反应腔室中移除。在某些系统中，在薄膜沉积程序完成后，热的且易损坏的晶圆会从反应器中被单独地移除。这种单独的搬运增加了晶圆破裂的可能性并限制了CVD系统的产能。
公开内容的概要
在一个实施方式中，本公开涉及一种用于自动化薄膜沉积系统的真空转移模块(VTM)，该自动化薄膜沉积系统被配置成用于基板的批次处理。真空转移模块包含真空腔室，真空腔室具有多个开口，这些开口配置成联接薄膜沉积程序模块，并且真空转移模块还包含机械手臂(robotic arm)，机械手臂位于腔室内，机械手臂具有末端作用器(endeffector)，此末端作用器配置成联接运输基板架(transportable substrate rack)，此运输基板架配置成保持多个基板；其中机械手臂配置成经由一个或更多个开口选择性地移动运输基板架，并且将运输基板架存放在薄膜沉积程序模块中的相应薄膜沉积程序模块内，以处理装载于运输基板架上的多个基板。
在另一个实施方式中，本公开涉及一种半导体处理系统。该系统包含：真空转移模块(VTM)，真空转移模块包含真空腔室、位于真空腔室内的机械手臂、以及多个开口；多个薄膜沉积程序模块，薄膜沉积程序模块包含预热腔室、反应器、装载锁定装置、以及装载站；至少一个运输晶圆架，该至少一个运输晶圆架配置成保持多个半导体晶圆；其中预热腔室、反应器、以及装载锁定装置各自联接至该多个开口中的相应的一个，且装载站联接至装载锁定装置，其中机械手臂配置成自动地且选择性地在装载锁定装置、预热腔室以及反应器之间转移该运输晶圆架，以自动批次处理装载于运输晶圆架上的多个晶圆。
在又一个实施方式中，本公开涉及一种通过薄膜沉积系统执行薄膜沉积程序的方法，薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器以及至少一个运输晶圆架。该方法包含：第一转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架从装载锁定装置经由真空转移模块而转移至预热腔室，该至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；在预热腔室内加热至少一个运输晶圆架以及多个晶圆；第二转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从预热腔室经由真空转移模块转移至反应器；在反应器内对多个晶圆执行薄膜沉积程序；第三转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从反应器经由真空转移模块转移至装载锁定装置；以及在装载锁定装置内对至少一个运输晶圆架以及多个晶圆执行受控的冷却程序。
在又一个实施方式中，本公开涉及一种用于控制薄膜沉积系统的控制系统。薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器以及至少一个运输晶圆架。该控制系统包含处理器和存储器，该存储器包含机器可读取指令，机器可读取指令用于使处理器控制薄膜沉积系统以执行操作，所述操作包含第一转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架从装载锁定装置经由真空转移模块而转移至预热腔室，该至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；在预热腔室内加热至少一个运输晶圆架以及多个晶圆；第二转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从预热腔室经由真空转移模块转移至反应器；在反应器内对多个晶圆执行薄膜沉积程序；第三转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从反应器经由真空转移模块转移至装载锁定装置；以及在装载锁定装置内对至少一个运输晶圆架以及多个晶圆执行受控的冷却程序。
在又一个实施方式中，本公开涉及一种非暂态机器可读取储存媒介(non-transitory machine-readable storage medium)，其包含机器可读取指令。机器可读取指令被配置成使薄膜沉积系统的处理器执行操作，薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器、以及至少一个运输晶圆架，所述操作包含：第一转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架从装载锁定装置经由真空转移模块而转移至预热腔室，至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；在预热腔室内加热至少一个运输晶圆架以及多个晶圆；第二转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从预热腔室经由真空转移模块转移至反应器；在反应器内对多个晶圆执行薄膜沉积程序；第三转移步骤，通过真空转移模块机械手将至少一个运输晶圆架以及多个晶圆从反应器经由真空转移模块转移至装载锁定装置；以及在装载锁定装置内对至少一个运输晶圆架以及多个晶圆执行受控的冷却程序。
在另一个实施方式中，本公开涉及一种运输晶圆架。运输晶圆架包含基部板、顶部板以及设置在基部板与顶部板之间的多个柱体(columns)，该多个柱体中的每一个包含多个凹部以支撑可滑动地设置于基部板与顶部板之间的多个晶圆；界面(interface)，界面设置在基部板上，界面配置和设定尺寸成联接机械手臂的末端作用器，以在用于处理晶圆的多个薄膜沉积程序模块之间运输该运输晶圆架以及设置于运输晶圆架上的多个晶圆。
附图简述
为了说明本发明，附图示出了本发明的一个或更多个实施例的方面。然而，应当理解，本发明不限于附图中所示的精确布置与手段，其中：
图1A是本公开的模块化薄膜沉积系统的一个示例的俯视图；
图1B是图1中的系统的真空转移模块(VTM)和装载锁定装置的俯视图，其顶部被移除以呈现出这些部件的内部腔室，包含位于真空转移模块中的机械手臂以及位于装载锁定装置中的转盘；
图2A呈现出空的，即未装载晶圆的单列运输晶圆架的俯视立体图；
图2B呈现出图2A的单列运输晶圆架的仰视立体图；
图3A呈现出装载有多个晶圆的双列运输晶圆架的俯视立体图；
图3B是图2A的双列运输晶圆架的仰视立体图；
图4呈现出装载站的内部的一部分；
图5呈现出具有双列运输晶圆架的装载锁定装置；
图6是图5的装载锁定装置的另一视图；
图7是图5和图6的装载锁定装置的底板及转盘的俯视立体图；
图8是图7的底板及转盘的仰视立体图；
图9呈现出具有转盘的装载锁定装置，该转盘被配置成支撑两个运输晶圆架；
图10呈现出VTM的内部腔室的一个示例；
图11是VTM机械手的末端作用器的立体图；
图12图示出使用模块化薄膜沉积系统执行自动批次生产薄膜沉积程序的一个例示方法；
图13图示出使用模块化薄膜沉积系统执行自动批次生产薄膜沉积程序的另一个例示方法；
图14是与本公开的模块化薄膜沉积系统一起使用的计算系统的多个部件的功能框图；以及
图15是时间线，其概念性地图示出使用本公开的模块化薄膜沉积系统同时对四个运输晶圆架的处理。
详述
本公开的方面包含全自动批次生产薄膜沉积系统，其配置成较低的每个晶圆的成本来提供均匀性以及高产能。本文所公开的例示实施例涉及半导体晶圆以及运输晶圆架，然而，本公开的系统也可以被用来将薄膜程序施加于半导体晶圆以外的基板。在一些示例中，系统包含经由低冲击批次转移的自动化安全晶圆搬运。在一些示例中，本公开的系统具有模块化预热及冷却设计，此设计能够实现针对特定规格量身定制的灵活的热管理解决方案。在一些示例中，本公开的自动批次薄膜沉积系统包含高生产力反应器，其具有低耗材成本、低维护费用以及紧凑的占地面积。
本公开的方面还包含坚固且灵活的反应器设计，其具有直到例如300mm晶圆的无缝晶圆尺寸转换能力。在一些示例中，系统可以针对特定晶圆尺寸，例如100mm、150mm、200mm和/或300mm晶圆尺寸，而被容易地配置成达到最佳产能。在一些示例中，系统允许同时处理多个晶圆尺寸，例如2个或更多不同晶圆尺寸，又例如是100mm与150mm。此种同时处理不同尺寸的能力有助于程序发展以及生产扩充。本公开的方面还包含模块化结构，模块化结构可提供可配置性的优点，因而可以有效率地量身定制以最小化程序流程瓶颈以及提供优异的程序灵活性。
本公开的方面还包含通过从小批次生产前评估一直到加速生产来减少每个晶圆的成本。在一个示例中，本公开系统可以提供高达每月40000个晶圆的产能(例如，假设以原子层沉积(ALD)程序形成厚度100nm的Al2O3，且每批100个晶圆)，同时兼具生产率、优异的膜性能以及低廉的营运成本。
在一些实施例中，本公开的系统可以针对氧化物膜而被优化，所述氧化膜包含封装与阻障层以及光学涂层等。各个方面还可以包括用于易碎和/或温度敏感基板(例如LNO、LTO、玻璃、III-V族)的高产能、自动化与安全晶圆搬运；以及用于实现最佳程序灵活性和和产能的模块化热管理。
参照图1A与图1B，其为根据本公开的实施例绘制的模块化薄膜沉积系统100的一个示例。系统100包含中央真空转移模块(VTM)102，VTM102包含外部结构104，外部结构104定义内部腔室1002。内部腔室1002被设计成相对于大气压力维持真空压力，例如范围在1Torr至500Torr之间的真空压力。在所图示的示例中，VTM 102具有五边形的占地面积，其定义了五个侧面，各个侧面具有开口1008(其中的三个标示在图1B中)，开口1008配置成可操作地联接至系统中的相对应的模块。在图示的示例中，VTM 102联接至薄膜沉积反应器106，薄膜沉积反应器106可以是本技术领域中已知的各种薄膜沉积反应器中的任一种，例如原子层沉积(ALD)反应器。在一个示例中，反应器106可以是具有一个或更多个特征的ALD反应器，所述特征描述于美国专利第9,175,388号、题为“Reaction chamber withremovable liner(具有可移除内衬的反应腔室)”，美国专利第9,328,417号、题为“Systemand method for thin film deposition(用于薄膜沉积的系统与方法)”以及美国专利第9,777,371号、题为“ALD systems and methods(ALD系统与方法)”等专利中，这些专利的内容也通过引用的方式而以其整体并入本文中。在一个示例中，反应器106可以是维高仪器股份有限公司(Veeco Instruments Inc.)所生产的PhoenixTMALD反应器。反应器106可以包含反应器腔室，该反应器腔室配置和设定尺寸成接收一个或更多个运输晶圆架，例如晶圆架200与300(图2和图3)。
VTM 102还联接至第一预热腔室108a以及第二预热腔室108b，用于在反应器106内处理晶圆前来预热装载有一列或更多列晶圆的运输晶圆架。系统100也包含第一装载锁定装置112a以及第二装载锁定装置112b，每个装载锁定装置可操作地联接至VTM 102，用于在VTM腔室的真空环境与周围环境之间转移晶圆架。系统100还包含装载站116，其用于在位于装载站的装载埠118a至118d中的一个装载埠内的晶圆匣与位于装载锁定装置112内的运输晶圆架之间转移晶圆。系统100还包含用户界面120，其用于接收用户输入以控制系统100。VTM 102可以包含至少一个机械手1004(参照图1B与图10)以自动地在系统100的不同模块之间运输晶圆架。装载站116也可以包含至少一个机械手(参照图4)以自动地在定位在装载埠118内的晶圆匣与定位在装载锁定装置112内的晶圆架之间运输单独的晶圆。系统100还包含由控制系统所控制的一系列门与阀门，用于控制系统中的不同模块的内部的环境。在图示的实施例中，摆动式门阀(pendulum gate valves)122a、122b位于装载锁定装置112与VTM 102之间，并且大气门124a、124b位于装载锁定装置与装载站116之间。在一个示例中，门阀122为ISO500摆动式门阀且定义直径500mm的开口，该开口足以允许VTM机械手臂1004(图10)接近位于装载锁定装置112内的晶圆架，并通过相对应的门阀122的开口运输晶圆架与晶圆并输送到VTM102中。系统100还包含用于将每个预热腔室108与VTM腔室隔离的大幅面加热门阀126a与126b。在一个示例中，加热门阀126定义的开口具有大约450mm x 260mm的尺寸，该开口足以允许VTM机械手臂1004在VTM腔室与预热腔室之间运输晶圆架。加热门阀126包含加热元件，用于在加热过程中加热该阀门的门以将该门的预热腔室侧的温度维持成与预热腔室的内部大约相同。图1B为VTM 104与装载锁定装置112的俯视图，其中这些部件的顶部被移除以示出这些部件的内部腔室，包含VTM内的机械手臂1004以及装载锁定装置内的转盘506。
系统100的模块化本质使其能够立即根据特定程序所需被调整，例如产品体积、基板类型、以及所要沉积的薄膜类型等。举例来说，其中一个预热腔室108可以被与反应器106相同或不同类型的第二反应器106所替换，或者其中一个装载锁定装置112可以被预热腔室108或反应器106或其他晶圆处理模块所替换。在其他实施例中，可以提供替代的VTM，其具有数量比五个更多的开口以联接多于五个模块，例如，根据本公开所制成的VTM可以具有六边形、七边形或八边形等的外部形状且具有相应的六个、七个或八个具有开口的侧面，又或者VTM可以具有延长的矩形形状且具有任意数量的开口以及相应的模块等。
系统100可以被用于通过将多批次晶圆放置在穿过整个系统被运输的运输晶圆架(参照图2A、图2B、图3A与图3B)上来同时处理多批次晶圆。将晶圆放置于运输晶圆架上可以处理多批次晶圆，而当一开始装载晶圆架时只需在室温下而不是在升温下搬运晶圆，这尤其对那些特别脆的晶圆，例如诸如LNO、LTO、玻璃、以及III-V族晶圆等有好处。系统100的模块化本质也通过将发生于反应器内的薄膜沉积程序的耗时的预热阶段和冷却阶段相互分离，从而实现有效率的热管理。例如，在图1所图示的示例中，当一个运输晶圆架正在反应器106内被处理时，第二运输晶圆架可以在其中一个预热腔室108中被加热，且已经在反应器106中被处理的第三运输晶圆架可以在其中一个装载锁定装置112中冷却，同时位于另一个装载锁定装置内的第四运输晶圆架可以被装载晶圆以进行后续处理。整个系统100中的全部晶圆架的运输和处理也使得能够同时处理多个晶圆尺寸。例如，如下面更详细描述的，系统100可以包含多个运输晶圆架，每个运输晶圆架被配置成承载不同尺寸的晶圆，但是每个运输晶圆架都具有用于联接VTM机械手和装载锁定装置的通用界面。系统100的部件的例示方面将在以下进行描述。
运输晶圆架
图2A及图2B图示出单列运输晶圆架200的一个示例，并且图3A及图3B图示出双列运输晶圆架300的一个示例。在所图示的示例中，架200可以是大约8英寸(8in)高以及13英寸宽，且配置和设定尺寸成保持大约20至30个200mm至300mm的晶圆。双列架300可以是大约8英寸高以及13英寸宽，且配置和设定尺寸成保持两列，各列包含20至30个150mm的晶圆。在其他示例中，运输晶圆架可以被配置成承载三列或更多列晶圆。架200以及架300各自包含基座202与基座302，基座202与基座302包含相同的通用界面204，通用界面204被配置成对接VTM 102(参照图10)中的机械手1004的末端作用器1006以及对接装载锁定装置112(参照图5)中的转盘506。界面204具有和VTM机械手1004的末端作用器1006中的开口1102(图11)的尺寸和形状互补的外部形状，从而与末端作用器配合。在所图示的示例中，界面204凸出于基座202与基座302，且具有第一弯曲端206与第二弯曲端208，以及具有第一平坦侧210与第二平坦侧212。界面204还包含多个锥形凹部214a至214c，其具有与位于装载锁定装置的转盘506上的相对应的锥形凸起714a至714c互补的形状并且配置成与这些相对应的锥形凸起714a至714c对齐。如本技术领域普通技术人员所能理解的，凹部的各种任何数量、凹部的图案以及每个凹部的形状可以被用来和转盘上的相对应的凸起进行结合，本申请案所示出的特殊配置是基于装饰性与功能性理由而选择的。在其他示例中，其他的配合特征可以被用来定义架200、300相对于末端作用器1006、转盘506或系统100的其他元件的特定横向位置与旋转位置，或者是被用来以其他的方式固定或联接该架。例如，界面204可以是凹的而不是从基座202、302延伸，且界面204的尺寸可以被设置成接收相应形状的凸起。
单列运输晶圆架200包含顶部板220以及底部板222，顶部板220与底部板222通过多个柱体224a至224d以间隔且平行的关系定位，用于在顶部板220与底部板222之间接收和支撑多个晶圆或其他基板。各个柱体224包含多个凹部226(仅标示出一个)，这些凹部226的尺寸与结构被设计成可以接收和支撑晶圆的边缘，相邻凹部的间距定义了架中相邻晶圆的间距。在所图示的示例中，架200包含四个柱体，柱体224a与224c相对于顶部板的大约中点定位在顶部板220的相对两侧，用于在晶圆的大约中心线处支撑晶圆。柱体224b与224d定位在顶部板的其中一半部以支撑晶圆的一侧并用作晶圆从架的相对侧插入该架时的后止动件。底部板222具有比顶部板220更大的宽度，底部板的底部表面228被设置成为抬起表面，当要抬起该架时，VTM机械手1004的末端作用器1006接触并压靠该抬起表面。相对宽的底部板222也使得架200被稳定地支撑在末端作用器上。
双列运输晶圆架300包含顶部板320以及底部板322，顶部板320与底部板322通过多个柱体324a至324d以间隔且平行的关系定位，用于在顶部板320与底部板322之间接收和支撑两列晶圆350(仅标示其中一个)。各个柱体324包含多个凹部326(仅标示其中一个)，这些凹部326设定尺寸和配置成接收和支撑晶圆的边缘，相邻凹部的间距定义了架中相邻晶圆的间距。在所图示的示例中，架300包含七个柱体，柱体324a、324g与324f定位在顶部板320的相对两侧处和相对于顶部板的大约中心线的顶部板320的中点处，用于在晶圆的大约中心线处支撑晶圆。柱体324b、324c、324d与324e定位在顶部板的其中一半部以支撑晶圆的一侧并用作晶圆从架的相对侧插入该架时的后止动件。底部板322定义底部表面328，底部表面328被设置成为抬起表面，当要抬起该架时，VTM机械手1004的末端作用器1006接触并压靠该抬起表面。相对宽的底部板322还使得架300能够被稳定地支撑在末端作用器上。
在一个示例中，架200和300被配置成始终在整个系统100中定向在竖直位置，因此晶圆的列的中心纵向轴线是基本上竖直的且被配置成只在架的基座202、302处被支撑。架200和300被配置成放置于系统100的特定位置，且通过机械手臂的末端作用器，诸如末端作用器1006而从基座被抬起。因此，如以下所更加详细描述，所有的架200或300从装载锁定装置112沿竖直定向被运输，经由门阀122并进入VTM 102，且从VTM102经由加热门阀126进入和离开预热腔室108，以及从VTM进入和离开反应器106。在一个示例中，当架200和300被移进与移出VTM 102时，其始终维持在相同的竖直定向。在其他示例中，根据本公开所制造的运输晶圆架可以包含额外的联接特征以安全地抬起和旋转晶圆架，例如在竖直位置和水平位置之间旋转。例如，当系统包括被配置成以水平定向处理晶圆的薄膜沉积反应器时。在其他示例中，系统100可以被配置成将运输晶圆架始终维持在水平位置，始终在整个系统中晶圆的列(wafer column)的中心纵向轴线是基本上水平的。
运输晶圆架200与300可以由各种材质，例如不锈钢、石英、和/或陶瓷材料形成。架200、300所具有的可容易移除的本质所带来的好处是由于可容易移除，他们可以容易清洁、替换以及针对不同尺寸的晶圆进行更换。
装载站
装载站116配置成接收晶圆匣，例如本领域已熟知的标准机械界面(standardmechanical interface，SMIF)或前开式通用夹(front opening universal pod，FOUPS)的匣。这些晶圆匣可以通过操作员放置在其中一个装载埠118以供系统100进行处理。在一个示例中，系统100可以同时处理多个晶圆尺寸，例如150mm晶圆、200mm晶圆以及300mm晶圆中的一个或更多个。在一个示例中，每个装载埠118被配置成接收保持有多个晶圆的晶圆匣，晶圆匣保持的晶圆数量可以多达25个晶圆或者多达50个晶圆。
图4图示出装载站116中的一个示例的内部的一部分。在所图示的示例中，装载站116包含至少一个机械手400，以将单独的晶圆从位于其中一个装载埠118中的晶圆匣循序转移至运输晶圆架，例如位于装载锁定装置112中的一个中的晶圆架200或300(图2、图3)。图4图示出装载站的机械手400的一个示例，其包含一对机械手臂402、404。在一个示例中，每个机械手臂包含可枢转肩部、第一臂区段、可枢转肘部、第二臂区段、可枢转腕部、以及一个或更多个末端作用器406、408。在所图示的示例中，末端作用器406和408设定尺寸成适用于两个不同的晶圆尺寸，例如末端作用器406的尺寸适用于100mm以及150mm晶圆，并且末端作用器408的尺寸适用于150mm以及200mm晶圆，因此，装载站116可以将100mm、150mm、以及200mm晶圆自动装载到系统100中以同时进行处理。末端作用器406、408也可以包含真空吸盘以安全地抓取晶圆。
在一个示例中，装载站116包含晶圆ID读取器(未图示)，晶圆ID读取器配置成读取晶圆匣上和/或装载在装载埠118内的晶圆上的机械可读取码以确定装载于晶圆匣内的晶圆的尺寸，然后使用相应的手臂402/404来进行晶圆的循序运输。因此，装载站116的双臂配置使得多个(例如二个)不同的晶圆尺寸的处理得以实现且无须任何硬件更换。
在一个示例中，装载站116的机械手400是系统100中唯一一个处理单一晶圆的地方。此外，单一晶圆是在大约室温以及大气压力条件下进行处理。在每个晶圆被装载入其中一个装载锁定装置112之后，晶圆会被批次处理，且除了支撑晶圆的运输晶圆架以外，没有任何晶圆会被操作员或者被任何机械或者被系统100的其他部件所直接接触，直到晶圆被处理完成且在其中一个装载锁定装置112中冷却至大约室温。
装载站116也可以包含集成的HEPA过滤器、防止静电放电的静电消除器、以及用来确定装载埠中的晶圆匣中的晶圆对齐的晶圆对齐器。
装载锁定装置
图5与图6图示出其中一个装载锁定装置112。如图所示，装载锁定装置112包含外壳502，外壳502定义了装载锁定腔室，装载锁定腔室被配置成相对大气压力抽气至与VTM102(图1)内的真空压力大致相同的真空压力。装载锁定装置112包含装载站开口504，装载站开口504设定尺寸和配置成联接装载站116，并且装载锁定装置112包含VTM开口602(图6)，VTM开口602设定尺寸和配置成联接VTM 102。在所图示的示例中，装载锁定装置112还包含转盘506，转盘506可旋转地设置于装载锁定装置内且被设置成可移开地联接并支撑位于转盘上的运输晶圆架，例如图5与图6所示的晶圆架300。在一个示例中，系统100的控制系统被配置成将转盘506定位于第一旋转位置以将晶圆装载至晶圆架300上，以及将转盘旋转到第二位置以通过VTM机械手臂从装载锁定装置抬起和移除晶圆架。
图7和图8图示出可旋转地设置于装载锁定装置的外壳502的底板702的转盘506。在所图示的示例中，转盘506包含通用晶圆架界面704，通用晶圆架界面704配置成联接和支撑包含晶圆架200或300(图2和图3)的多个晶圆架。通用晶圆架界面704包含板706，板706具有配置成面向晶圆架的底部表面的顶部表面708。板706还具有相对的底部表面710以及外周边712，外周边712的形状配置和设定尺寸成相对于VTM 102的机械手臂1004的末端作用器1006是互补的(参照图10与图11)，因此，VTM机械手臂的末端作用器可以被定位成围绕外周边512的至少一部分，然后可以以竖直定向移动以从转盘506抬起保持有多个晶圆的运输晶圆架，从而将晶圆架运输到VTM 102中。板706包含多个锥形凸起714a至714c，锥形凸起714a至714c被配置成与晶圆架200和300的界面204的锥形凹部214a至214c对齐。
如图7与图8所示，转盘506的旋转是由旋转驱动系统802所驱动，旋转驱动系统802位于底板702下方，且经由轴720联接转盘506，其中轴720经由真空引入线722延伸穿过底板702使得所有移动件均定位在装载锁定装置112的真空环境外部，从而确保晶圆所在环境能有低程度的尘粒产生。在所图示的示例中，旋转驱动系统802包含旋转驱动器804以及旋转致动器806，旋转致动器806是被气动控制的且包含簧片开关以控制转盘506的旋转位置。在其他示例中，装载锁定装置可以具有静态平台来支撑晶圆架而不是用可旋转的转盘506来支撑。在一个示例中，控制系统可以被配置成控制转盘506的旋转位置，使得运输晶圆架处在为了后续放置于反应器106中所需的精确的旋转位置。在获得正确的旋转位置之后，VTM机械手可以配置成在进出预热腔室108与反应器106的整个运输过程中维持该正确的位置。
在一个示例中，每个装载锁定装置112包含存在感测器以提供可靠的真空转移，包含凸出感测器以确保晶圆恰当地放置在晶圆架上，以及包含观察孔以帮助教导VTM机械手1004与装载站的机械手400。观察孔为操作员提供清晰的视觉通道以确保VTM与装载站的末端作用器1006、406、408相对于晶圆架200、300正确地定位，并且允许操作员在无须移除装载锁定盖510的情况下来检查和教导机械手末端作用器二者的位置。
每个装载锁定装置112联接压力和流量控制系统130以控制装载锁定腔室内部的环境。在新的晶圆装载于装载锁定腔室内的晶圆架200、300上之后，压力和流体控制系统130被配置成清洗装载锁定腔室以及将腔室内的压力减少至真空压力。如以下更详细的描述，在晶圆已经被处理之后，晶圆架会回到其中一个装载锁定装置112以进行受控的冷却。压力和流体控制系统130可以被配置成注入一种或更多种气体，例如氮气、氩气、或氦气，以及根据被处理的特定晶圆或基板产生各种压力与温度顺序，以达成目标冷却次序。对于最小化或避免对晶圆产生热应力来说，特定的冷却次序可能是重要的。热应力可能源自不恰当的冷却，其可能导致晶圆损坏。在一个示例中，冷却过程包含三个要素：冲洗流、装载锁定腔室压力、以及时间。在一个示例中，冷却过程可以包含(1)将装载锁定装置的压力减少至目标真空压力；(2)隔离具有运输晶圆架与刚处理完的晶圆的腔室；(3)用冲洗气体冲洗腔室，例如用氮气冲洗特定时间段；(4)停止冲洗且维持特定时间段；(5)逐渐增加压力；及(6)重复步骤(3)～(5)直到达到大气压力为止。
图9示出了装载锁定装置112的另一个示例，其包含转盘902。转盘902配置成支撑两个运输晶圆架，例如两个架中的每一个可以包含50片以上的晶圆，100mm晶圆以及150mm，从而每批次100个晶圆，或者每个架可以包含25片以上的晶圆，每个是200mm晶圆，从而每批次50个晶圆。所图示的示例示出了转盘902支撑两个双列运输晶圆架300。在此示例中，装载运输晶圆架的方法可以包含：装载架中的相邻于装载站116的第一架，然后将转盘旋转大约180度并装载第二架，然后关闭阀门122与124，并对装载锁定腔室进行冲洗与抽真空。
VTM
图10图示出了VTM 102的内部腔室1002的一个示例。在所图示的示例中，VTM 102包含机械手臂1004，机械手臂1004配置成在整个系统中移动运输晶圆架，例如晶圆架200和300。在所图示的示例中，机械手臂1004包含可枢转肩部、第一手臂区段、可枢转轴部、第二手臂区段、可枢转腕部、以及末端作用器1006。图10示出了装载有多个晶圆的晶圆架300被定位于末端作用器1006上。如上面所提到，VTM 102包含多个开口，这些开口配置成联接系统100的不同模块。图10显示出两个开口1008a、1008b。预热腔室108中的一个联接于开口1008b，且图10显示出开口1008b内的处于关闭位置的加热门阀126b中的一个。反应器106联接开口1008a，且在图10中，反应器门1010被示出为处在关闭位置。VTM机械手臂1004配置成快速地(例如少于一分钟)，将晶圆架从预热腔室108运输至反应器106以进行处理，因此当晶圆被放置于反应器时，被加热的晶圆的温度基本上等于其在预热腔室时的温度。
图11为VTM机械手的末端作用器1006的立体图。如上面所说明，末端作用器1006被设计且配置成通用末端作用器，以联接多种不同的运输晶圆架，例如晶圆架200和300。末端作用器1006包含凹部1102，凹部1102具有相对于架200和300(图2和图3)的通用界面204互补的形状以与该架联接。在所图示的示例中，机械手臂1004配置成联接晶圆架的基座以及抬起晶圆架，并且当机械手臂在整个系统中移动晶圆架时，机械手臂会将晶圆架保持在竖直位置。凹部1002包含相对的第一侧1104和第二侧1106以及第一侧1108，其配置成配合架200或300的通用界面204的第一弯曲端206、第二弯曲端208以及第一或第二平坦侧210、212(参照图2A至图3B)。末端作用器还包含相对的臂1110a、1110b，相对的臂1110a、1110b各自包含平坦顶部表面1112a、1112b，平坦顶部表面1112a、1112b配置成接触架200或300的底部板222或322的底部表面228或328。在其他示例中，VTM机械手臂还可以被配置成还联接运输晶圆架的顶部，或者仅联接晶圆架的顶部，并且在一些示例中，VTM机械手臂可以被配置成可将晶圆架从竖直位置旋转至水平位置。
VTM 102还可以包含位于整个内部腔室1002中的一个或更多个存在感测器，以确保晶圆架能够可靠地转移到VTM和转移出VTM。在一个示例中，腔室1002可以包含位于每个开口1008附近或者每个开口1008内部的穿透光束感测器(through beam sensor)，穿透光束感测器配置成检测末端作用器1006上的晶圆架的存在，从而确保成功地将晶圆架转移到机械手臂1004上或者将晶圆架从机械手臂1004上转移。
预热腔室
再次参照图1，预热腔室108界定内部空间，内部空间设定尺成接收装载有晶圆的至少一个运输晶圆架，例如晶圆架200或300，并且在一个示例中，该内部空间大约和反应器106的处理腔室的内部空间的尺寸相同。图1示出了预热腔室108a联接至用于为预热腔室提供电源的电源分配模块132和压力与流动控制系统134，压力与流动控制系统134用于提供气体媒介，例如氮气、氩气或氦气以控制加热过程中预热腔室内的氛围的压力与化学组成。系统100的控制系统可以配置成控制预热腔室，用于针对特定晶圆尺寸、晶圆类型、晶圆数量以及将会在反应器106中进行的薄膜沉积程序的类型的需要，而提供特定加热曲线与氛围。预热腔室108可以包含任意种类的加热系统类型，例如辐射加热元件、加热灯、或者联接至定义加热器的内部空间的结构的管状加热器。在一个示例中，多个管状加热器联接至预热腔室的外壁，且预热腔室包含多个热电耦以读取壁温，且腔室内的压力是通过将腔室隔离，且使氮气流经两级排气阀(two stage vent valve)直到达到所需压力为止来控制的。
操作方法
图12说明了使用模块化薄膜沉积系统，例如系统100来执行自动批次生产薄膜沉积程序的方法1200。在所图示的示例中，在框1201，本方法可以包含装载第一运输晶圆架，例如定位在第一装载锁定装置内的晶圆架200或300，诸如具有第一多个晶圆的其中一个装载锁定装置112。框1201可以通过装载站机械手，例如机械手404而自动地执行。在框1203，将第一晶圆架转移至第一预热腔室，第一预热腔室例如是预热腔室108中的一个。框1203可以通过VTM机械手，例如VTM机械手1004来执行。在框1205，当第一晶圆架被加热时，将第二多个晶圆装载到定位在装载锁定装置内的第二运输晶圆架，并将第二晶圆架转移至第二预热腔室。在框1207，当第一与第二晶圆架被预热时，将第三多个晶圆装载到定位在装载锁定装置内的第三运输晶圆架。在框1209，当第二晶圆架在第二预热腔室内被加热时，将被加热的第一晶圆架转移至反应器腔室(例如反应器106)并执行薄膜沉积程序(例如ALD程序)。在框1211，在对第一多个晶圆执行薄膜沉积程序之后，将第一晶圆架从反应器腔室转移至装载锁定装置以进行冷却，以及将第二晶圆架转移至反应器腔室，以及将第三晶圆架从装载锁定装置转移至第一预热腔室。在框1213，当第一多个晶圆在进行冷却且第三多个晶圆在被预热时，对第二多个晶圆执行薄膜沉积程序。方法1200的步骤可以通过控制系统来执行，此控制系统操作批次生产薄膜沉积系统(例如系统100)去执行批次生产软件程序，此批次生产软件程序具有用于执行方法1200的指令。
如方法1200所示，模块化系统(例如系统100)提供显著的优点而可大幅增加产能并减少每个晶圆的处理成本。通过将耗时的升温阶段和冷却阶段与薄膜沉积阶段分离，多个晶圆架可以被并行地处理。
图13图示了使用模块化薄膜沉积系统，例如系统100来执行薄膜沉积程序的自动批次生产的方法1300的一个示例。在所图示的示例中，在框1301，本方法可以包含将基板的匣装载入装载站的开放式匣装载埠，例如装载站116的装载埠118。在框1303，选择适用于所装载的基板的“处理方式(recipe)”。在一个示例中，处理方式具体指出将会执行的薄膜沉积程序的类型以及关键程序参数，此处理方式会作为对控制系统的输入以自动地执行薄膜沉积程序。在一个示例中，处理方式可以包含晶圆特征确认，例如尺寸、平边(flat)或缺口(notch)、材质以及匣类型；晶圆架确认；架上的晶圆的装载次序(由上到下等等)；预热处理方式，例如温度、时间、预热腔室压力；薄膜沉积反应器处理方式；以及装载锁定装置的冷却处理方式，例如时间以及装载锁定装置内的压力。处理方式也可以包含晶圆对齐规格，例如角度、晶圆ID、VTM内的转移压力、门阀压差、用于装载与卸载的特定装载锁定装置(例如对于进出两者均使用相同的装载锁定装置，或者是进出分别使用不同的装载锁定装置)。处理方式也可以包含装载锁定装置的泵的规格与冲洗循环，以及预热腔室的闲置温度。
在框1305，执行装载锁定装置预检与准备装载锁定装置以供后续装载之用。在一些示例中，装载锁定装置预检可以包含一个或更多个检查，例如通过读取位于架上的机器可读取码，检查正确的运输晶圆架是否装载于装载锁定装置内。此外，排空装载锁定装置，检查转盘位置，以及扫描架以确保没有晶圆在架上。在框1307，通过装载站的机械手将晶圆从匣循序转移至运输晶圆架。在框1309，通过定位在装载锁定装置内的凸出感测器检查装载于运输晶圆架中的晶圆的对齐。在框1311，固定装载锁定装置以及抽气，并且准备VTM机械手。在一个示例中，在晶圆被装载于运输晶圆架中之后，装载锁定装置的门会关闭而且一个或更多个泵与冲洗循环会被执行，直到装载锁定装置的内部达到目标真空压力为止。控制系统也可以将装载锁定装置的转盘旋转到正确位置以供转移到VTM机械手，并且可以通过凸出感测器执行第二晶圆凸出检查。
在框1313，通过VTM机械手将运输晶圆架从装载锁定装置转移至预热腔室。在装载锁定装置处于正确压力之后，控制系统可以开启门阀，且VTM机械手臂可以延伸通过门阀而进入装载锁定腔室直到机械手臂的末端作用器接合运输晶圆架的底座为止。然后控制系统可以驱使机械手臂将整个晶圆架从装载锁定装置的转盘抬起，并将该手臂和晶圆架缩回到VTM腔室内。然后控制系统可以使用位于VTM腔室内的一个或更多个存在感测器来确认机械手臂的末端作用器上的运输晶圆架的存在，从而确认转移是成功的。一旦成功的转移被确认，则控制系统可以关闭装载锁定装置的门阀然后开启预热门阀，并将晶圆架运输到预热腔室进行加热。
在框1315，对预热腔室内的运输晶圆架与晶圆进行预热。在将运输晶圆架放置在预热腔室内后，控制系统可以将机械手臂缩会到VTM腔室中，使用VTM存在感测器确认成功的转移，关闭加热门阀，以及根据所选择的处理方式初始化预热顺序。在框1317，将已预热的运输晶圆架与晶圆从预热腔室运输至反应器。在预热处理完成且晶圆架已经达到特定温度后，控制系统可以开启加热门阀以及反应器腔室门，将VTM机械手臂伸入预热腔室内，接合并抬起预热晶圆架，然后迅速地将已预热的晶圆架从预热腔室转移到VTM腔室中，以及从VTM腔室转移到反应器腔室中以进行处理。
在框1319，在反应器腔室内对晶圆进行处理。在将晶圆架放置在反应器腔室后，控制系统可以将机械手臂从反应器腔室缩回并进入VTM腔室，通过VTM存在感测器确认成功的转移，关闭反应器腔室门，以及根据所选择的处理方式初始化薄膜沉积顺序。在框1321，将晶圆架从反应器转移至装载锁定装置，以进行冷却。在薄膜沉积程序完成后，控制系统可以开启反应器门阀，将VTM机械手伸入反应器腔室，接合并抬起晶圆架并将晶圆架从反应器腔室，通过VTM腔室而运输到特定装载锁定装置，以进行冷却。
在框1323，执行冷却程序以及卸载。在通过VTM存在感测器确认晶圆架成功转移至装载锁定装置后，控制系统可以关闭装载锁定装置的门阀以及根据所选择的处理方式初始化冷却程序。在冷却程序完成后，控制系统可以通过装载锁定装置的对齐感测器来确认架上的所有晶圆是否均对齐，然后将转盘旋转至正确位置以供装载站的机械手进行晶圆卸载。系统也可以确认晶圆温度感测器的读值是否低于目标值，例如50℃，然后使装载锁定装置进行排气并开启装载站的装载锁定装置的门。然后装载站的机械手可以循序将已经冷却且处理过的晶圆从晶圆架循序转移至匣，以供操作员进行移除。
除了步骤1301与1303以外，方法1300可以经由控制系统操作批次生产薄膜沉积系统(例如系统100)执行批次生产软件程序来执行，其中批次生产软件程序具有用于执行方法1300的指令。应理解，方法1300可以提供多个显著优点，包含同时处理位于运输晶圆架上的多个晶圆的能力，同时只有当单独的晶圆在系统的装载站中处于室温时才物理接触这些单独的晶圆。通过在加热过程中、膜沉积以及冷却阶段中，避免所有的对单独的晶圆进行的操作或物理接触，晶圆损坏的可能性被大幅降低。
本文所述的任何一个或更多个方面与实施例，可以通过使用根据本说明书的教示而程序化的一台或更多台机器(例如，一个或更多个计算装置，其被用作可读取电子文件的用户计算装置，一个或更多个伺服装置，例如文件伺服器等)而方便地实现，其对于计算机技术领域中的普通技术人员而言是明显的。熟练的程序员根据本公开的教示可以轻易地准备出适当的软件编码，这对软件技术领域普通技术人员是明显的。上述方面与实施方式使用了软件和/或软件模块，也可以包含适当的硬件以帮助实现软件和/或软件模块的机器可执行指令。
此种软件可以是使用机器可读取储存媒介的计算机程序产品。机器可读取储存媒介可以是任何能够储存和/或对可被机器(例如计算装置)所执行的一系列指令进行编码，并使该机器执行本文所描述的任一种方法和/或实施例。机器可读取储存媒介的示例包含但不限于磁碟、光碟(例如CD、CD-R、DVD、DVD-R等)、磁光碟(magneto-optical disk)、只读存储器(ROM)装置、随机存取存储器(RAM)装置、磁卡、光卡(optical card)、固态存储器装置、可复写可编程存储器(EPROM)、电子式可复写可编程存储器(EEPROM)、以及上述任何组合。本文所使用的机器可读取媒介旨在包含单一媒介以及物理可分离媒介的集合，例如多个光碟的集合或者是一个或更多个硬碟与计算机存储器的组合。本文所使用的机器可读取储存媒介并不包含信号传输的暂态形式。
此种软件也可以包含信息(例如数据)，其作为数据信号携带于数据载体上，例如载波。举例而言，机器可执行信息可以被包含于嵌入数据载体中的带有数据的信号中，其中该信号编码一系列的指令，该一系列指令(或者其中一部分)用于通过机器(例如计算装置)执行。机器可执行信息也可以是任何信息(例如数据结构及数据本身)可以使该机器执行本文所述的任一方法和/或实施例。
计算装置的示例包含但不限于电子书读取装置、计算机工作站、终端计算机、伺服计算机、手持装置(例如平板计算机、智能手机等等)、网页设备(web appliance)、网络路由器、网络交换机、网络桥接器、任何能够执行一系列指令以指定该机器所要执行的操作的机器、以及上述的任何组合。在一个示例中，计算装置可以包含互动式多媒介平台(kiosk)和/或被包含在互动式多媒介平台中。
图14图示出计算机系统1400的例示形式的计算装置的一个实施例的示意图，计算机系统1400含有一组指令，该组指令用来使控制系统(例如用来控制图1A的系统100的控制系统)执行本公开中可被执行的方面和/或方法中的任何一个或更多个。同样可预期的，多个计算设备可以被用来实现一组特殊配置的指令，以使一个或更多个装置执行本公开的方面和/或方法中的任何一个或更多个。计算机系统1400包含彼此相互通讯以及经由汇流排1412和其他部件通讯的处理器1404与存储器1408。汇流排1412可以包含多种汇流排结构类型中的任一种，其可以使用多种汇流排架构的任一种，汇流排结构类型包含但不限于存储器汇流排、存储器控制器、周边汇流排、区域汇流排、以及上述的任意组合。
存储器1408可以包含多种部件(例如机器可读取媒介)，该部件包含但不限于随机存取存储器部件、只读部件、以及上述任何组合。在一个示例中，基本输入输出系统1416(BIOS)可以储存在存储器1408中，基本输入输出系统1416(BIOS)包含基本例行程序，基本例行程序可以帮助计算机系统1400内的元件之间的信息传递(例如开机期间)。存储器1408也可以包含(例如储存于一个或更多个机器可读取媒介)指令(例如软件)1420，指令1420实现本公开的方面及/和方法中的任一个或更多个。在另一个示例中，存储器1408可以还包括任意数量的程序模块，程序模块包含但不限于操作系统、一个或更多个应用程序、其他程序模块、程序数据、以及上述任的任意组合。
计算机系统1400也可以包含储存装置1424。储存装置的示例(例如储存装置1424)包含但不限于硬碟机、磁碟机、结合光学媒介的光碟机、固态存储器装置、以及上述的任意组合。储存装置1424可以通过适当的接口(未图示)连接至汇流排1412。例示接口包含但不限于SCSI、先进技术附件(advanced technology attachment,ATA)、序列先进技术附件(serial ATA)、通用序列汇流排(USB)、IEEE 1394(FIREWIRE)、以及上述的任意组合。在一个示例中，储存装置1424(或其中一个或更多个部件)可以可移除地对接计算机系统1400(例如通过外埠连接器(未图示))。特别地，储存装置1424以及相关联的机器可读取媒介1428可以对机械可读取指令、数据结构、程序模块、和/或适用于计算机系统1400的其他数据提供非挥发性和/或挥发性的储存。在一个示例中，软件1420可以完全或部分位于机器可读取媒介1428中。在另一个示例中，软件1420可以完全或部分位于处理器1404中。
计算机系统1400也可以包含输入装置1432。在一个示例中，计算机系统1400的用户可以通过输入装置1432将命令和/或其他信息输入计算机系统1400。输入装置1432的示例包含但不限于文字-数字输入装置(例如键盘)、指向装置、摇杆、游戏控制器(gamepad)、声音输入装置(例如麦克风、语音应答系统等)、游标控制装置(例如滑鼠)、触控板、光学扫描器、影像捕获装置(例如静态照相机、视频摄影机)、触控萤幕、以及上述的任意组合。输入装置1432可以通过各种接口(未图示)的任一种与汇流排1412对接，该接口包含但不限于序列接口、平行接口、游戏埠、USB接口、FIREWIRE接口、至汇流排1412的直接接口、以及上述的任意组合。输入装置1432可以包含触控萤幕界面，触控萤幕界面可以是显示器1436的一部分或者可与显示器1436分离，以下会进一步讨论。输入装置1432可以用来作为用户选择装置，用来选择如上述所述的图形化界面中的一个或更多个图形。
用户也可以通过储存装置1424(例如可移除磁碟装置、快闪存储器)和/或网络接口装置1440将命令和/或其他信息输入计算机系统1400。网络接口装置，例如网络接口装置1440可以用来将计算机系统1400连接至一个或更多个不同网络，例如网络1444，以及将计算机系统1400连接至与网络连接的一个或更多个远程装置1448。网络接口装置包含但不限于网络接口卡(例如行动网络接口卡、局域网络卡)、数据机、以及上述的任意组合。网络的示例包含但不限于广域网络(例如网际网络、企业网络)、局域网络(例如关联一个办公室、一栋建筑、一个校园或者其他相对较小的地理空间的网络)、电话网络、关联一部电话/语音提供者(例如行动通讯提供者数据和/或语音网络)的数据网络、两个计算装置之间的直接连接、以及上述的任意组合。网络，例如网络1444，可以使用有线和/或无线通讯模式。一般而言，任何网络拓扑均可以使用。信息(例如数据、软件1420等)可以通过网络接口装置1440传递至计算机系统1400和/或从计算机系统1400传递出去。
计算机系统1400还可以包括视频显示适配器1452用于传递可显示影像至显示装置，例如显示装置1436。显示装置的示例包含但不限于液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、等离子显示器、发光二极管(LED)显示器、以及上述的任意组合。视频显示适配器1452以及显示装置1436可以和处理器1404结合而提供本公开的方面的图案表示。除了显示装置外，计算机系统1400可以包含一个或更多个其他周边输出装置，该周边输出装置包含但不限于扬声器、印表机、以及上述的任意组合。此种周边输出装置可以通过外围接口1456连接至汇流排1412。外围接口的示例包含但不限于序列埠、USB连接、FIREWIRE连接、平行连接、以及上述的任意组合。
图15为时间线，该时间线概念式地图示出使用本公开的模块化沉积系统(例如系统100)的四个运输晶圆架的同时处理。每一排代表特定晶圆架相对于时间的循序处理阶段。图15显示出在薄膜沉积反应器(例如反应器106)内执行的ALD处理阶段1502、两个不同的预热阶段(预热阶段1，1504以及预热阶段2，1506)对应于两个预热腔室(例如预热腔室108a与108b)中的一个内的预热、批次装载阶段1508(其可以发生在装载锁定装置中，例如装载锁定装置112a或112b)、以及批次冷却与卸载阶段1510(其也可以发生在其中一个装载锁定装置中)。图15显示出系统100如何被用来同时连续处理四个运输晶圆架，例如架200或300。图15概念式地图示出在一个示例中，各阶段的相对持续时间，并显示出预热阶段(1504/1506)是相对较长的。如上所述，系统100的其中一个好处是预热阶段和冷却阶段可以各自与薄膜沉积阶段分离。如图15所示，当前编号的架在经受ALD处理时，其他各个运输晶圆架可以被预热，且各个架可以在装载锁定装置中进行冷却，使得反应器可以立即转换下一个晶圆架，而不会为了进行冷却而被占用，从而大幅增加系统的产能。
前面已经对本发明的实施例进行了详细描述。需注意的是，在本说明书和所附的申请专利范围中，除非有特别说明或其他指示，否则连接词用语例如X、Y与Z中的至少一个以及X，Y与Z中的一个或更多个的用语中，应该被解释成表示连接的清单中的每个项目可以以排除其他项目的方式以任意数量存在，或者是与清单中的任何或所有其他项目共同以任何数量存在，其中的每一个也可以以任何数量存在。应用此一般规则，在前述示例中的连接词用语，应分别包含：一个或更多个X；一个或更多个Y；一个或更多个Z；一个或更多个X和一个或更多个Y；一个或更多个Y和一个或更多个Z；一个或更多个X和一个或更多个Z；一个或更多个X、一个或更多个Y和一个或更多个Z。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和添加。可以将上述各种实施例中的每一个的特征适当地与其他描述的实施例的特征予以组合，以便在相关联的新实施例中提供多种特征组合。此外，尽管前述内容描述了多个单独的实施例，但是本文所描述的仅是本发明原理的应用的说明。另外，尽管本文中的特定方法可以被图示出和/或描述为以特定顺序执行，但是在实现本公开的方面的通常技术范围内，顺序是高度可变的。因此，该描述仅是例示，并非用于限制本发明的范围。
例示的实施例已经公开如上，并且搭配附图予以说明。本发明所属技术领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本文具体公开的内容进行各种改变、省略与添加。

Claims (29)

1.一种真空转移模块(VTM)，其用于自动化薄膜沉积系统，所述自动化薄膜沉积系统被配置成用于基板的批次处理，所述真空转移模块包括：
真空腔室，其具有多个开口，所述开口被配置成联接薄膜沉积程序模块；和
机械手臂，其位于所述腔室内，所述机械手臂具有末端作用器，所述末端作用器配置成联接运输基板架，所述运输基板架配置成保持多个基板；
其中所述机械手臂配置成通过一个或更多个所述开口选择性地移动所述运输基板架，且将所述运输基板架存放在所述薄膜沉积程序模块的相应一个内，以处理装载于所述运输基板架上的所述多个基板。
2.根据权利要求1所述的真空转移模块，其中，所述机械手臂配置成联接所述运输基板架的基座并且以竖直定向将所述运输基板架运入所述真空转移模块的真空腔室，以及将所述运输基板架从所述真空转移模块的真空腔室运出。
3.根据权利要求2所述的真空转移模块，其中，所述运输基板架保持一列基板，当所述运输基板架在所述真空转移模块与所述薄膜沉积程序模块之间移动时，所述一列基板被保持成竖直定向。
4.根据权利要求1所述的真空转移模块，其中，所述末端作用器是通用末端作用器，其被配置成联接所述运输基板架中的多个不同尺寸的运输基板架，以在相应的薄膜沉积程序模块中同时处理多个基板尺寸。
5.一种半导体处理系统，包括：
真空转移模块(VTM)，其包含真空腔室、位于所述真空腔室内的机械手臂、以及多个开口；
多个薄膜沉积程序模块，包含预热腔室、反应器、装载锁定装置、以及装载站；
至少一个运输晶圆架，所述至少一个运输晶圆架配置成保持多个半导体晶圆；
其中所述预热腔室、所述反应器以及所述装载锁定装置各自联接至所述多个开口中的相应的一个，且所述装载站联接至所述装载锁定装置，其中所述机械手臂配置成自动地且选择性地在所述装载锁定装置、所述预热腔室和所述反应器之间转移所述运输晶圆架，以自动批次处理装载于所述运输晶圆架上的多个晶圆。
6.根据权利要求5所述系统，其中，所述装载站包含机械手臂，所述机械手臂配置成当所述运输晶圆架设置在所述装载锁定装置内时，将晶圆从晶圆匣转移至所述运输晶圆架。
7.根据权利要求5所述系统，其中，所述装载锁定装置包含转盘，所述转盘被设计且配置成支撑所述至少一个运输晶圆架，所述装载锁定装置包含旋转驱动系统，所述旋转驱动系统用于控制所述转盘与所述至少一个运输晶圆架在第一旋转位置和第二旋转位置之间的旋转位置，所述第一旋转位置用于将晶圆装载到所述晶圆架上，所述第二旋转位置用于将所述晶圆架联接至所述真空转移模块的机械手臂，用于通过所述真空转移模块的机械手臂将所述运输晶圆架从所述装载锁定装置运输到所述真空转移模块的真空腔室。
8.根据权利要求5所述系统，其中，所述至少一个运输晶圆架包含第一运输晶圆架和第二运输晶圆架，所述第一运输晶圆架被配置成保持第一晶圆尺寸，所述第二运输晶圆架被配置成保持第二晶圆尺寸。
9.根据权利要求8所述系统，其中，所述第一运输晶圆架和所述第二运输晶圆架中的每个包含基座，所述基座具有通用界面，所述通用界面被配置成联接所述真空转移模块的机械手臂。
10.根据权利要求8所述系统，其中，所述真空转移模块的机械手臂包含通用末端作用器，所述通用末端作用器被配置成联接并运输所述第一运输晶圆架和所述第二运输晶圆架两者。
11.根据权利要求5所述系统，其中，所述至少一个运输晶圆架包含多个运输晶圆架，每个运输晶圆架装载有多个晶圆，其中所述系统配置成通过同时将所述多个运输晶圆架中的每一个定位到所述多个薄膜沉积程序模块中的相应的一个中来同时处理所述多个运输晶圆架。
12.根据权利要求11所述系统，其中，所述真空转移模块的机械手臂配置成根据薄膜沉积制造程序来循序运输所述多个运输晶圆架进出所述多个薄膜沉积程序模块。
13.根据权利要求11所述系统，其中，所述系统配置成通过对所述多个运输晶圆架中的相应的各个运输晶圆架独立地且同时地执行晶圆处理程序中的预热阶段、薄膜沉积阶段以及冷却阶段来增加晶圆处理产能。
14.一种通过薄膜沉积系统执行薄膜沉积程序的方法，所述薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于所述真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器、以及至少一个运输晶圆架，所述方法包括：
第一转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架从所述装载锁定装置经由所述真空转移模块而转移至所述预热腔室，所述至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；
加热所述预热腔室内的所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆；
第二转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述预热腔室经由所述真空转移模块转移至所述反应器；
在所述反应器内对所述多个晶圆执行薄膜沉积程序；
第三转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述反应器经由所述真空转移模块转移至所述装载锁定装置；以及
在所述装载锁定装置内对所述至少一个运输晶圆架以及多个晶圆执行受控的冷却程序。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述薄膜沉积系统还包含装载站，所述装载站包含装载埠和机械手臂，所述方法还包括：
当所述至少一个运输晶圆架位于所述装载锁定装置内时，通过所述装载站的机械手臂，在位于所述装载埠内的晶圆匣与所述至少一个运输晶圆架之间循序转移所述多个晶圆。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述装载锁定装置包含转盘，所述转盘配置成支撑所述至少一个运输晶圆架，所述方法还包括：
将所述转盘与所述至少一个运输晶圆架定位在第一旋转位置，以进行循序转移步骤；以及
将所述转盘与所述至少一个运输晶圆架定位在第二旋转位置，以进行所述第一转移步骤与所述第三转移步骤。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个运输晶圆架包含多个运输晶圆架，所述多个运输晶圆架中的每一个装载有相应的多个晶圆，所述方法还包括：
同时地，对所述多个运输晶圆架中的装载有第一多个晶圆的第一运输晶圆架执行加热步骤，对所述多个运输晶圆架中的装载有第二多个晶圆的第二运输晶圆架执行薄膜沉积程序，以及对所述多个运输晶圆架中的装载有第三多个晶圆的第三运输晶圆架执行受控的冷却程序。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的至少一者具有不同于所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的另一者的尺寸。
19.一种用于控制薄膜沉积系统的控制系统，所述薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于所述真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器、以及至少一个运输晶圆架，所述控制系统包括：
处理器和存储器，所述存储器包含机器可读取指令，所述机器可读取指令用于使所述处理器控制所述薄膜沉积系统以执行操作，所述操作包括：
第一转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架从所述装载锁定装置经由所述真空转移模块而转移至所述预热腔室，所述至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；
加热所述预热腔室内的所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆；
第二转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述预热腔室经由所述真空转移模块转移至所述反应器；
在所述反应器内对所述多个晶圆执行薄膜沉积程序；
第三转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述反应器经由所述真空转移模块转移至所述装载锁定装置；以及
在所述装载锁定装置中对所述至少一个运输晶圆架以及多个晶圆执行受控的冷却程序。
20.根据权利要求19所述的控制系统，其中，所述薄膜沉积系统还包括装载站，所述装载站包含装载埠与机械手臂，所述操作还包括：
当所述至少一个运输晶圆架位于所述装载锁定装置内时，通过所述装载站的机械手臂，在位于所述装载埠内的晶圆匣和所述至少一个运输晶圆架之间循序转移所述多个晶圆。
21.根据权利要求20所述的控制系统，其中，所述装载锁定装置包含转盘，所述转盘配置成支撑所述至少一个运输晶圆架，所述操作还包括：
将所述转盘与所述至少一个运输晶圆架定位在第一旋转位置，以进行所述循序转移步骤；以及
将所述转盘和所述至少一个运输晶圆架定位在第二旋转位置，以进行所述第一转移步骤和所述第三转移步骤。
22.根据权利要求19所述的控制系统，其中，所述至少一个运输晶圆架包含多个运输晶圆架，所述多个运输晶圆架中的每一个装载有相应的多个晶圆，所述操作还包括：
同时地，对所述多个运输晶圆架中的装载有第一多个晶圆的第一运输晶圆架执行所述加热步骤，对所述多个运输晶圆架中的装载有第二多个晶圆的第二运输晶圆架执行所述薄膜沉积程序，以及对所述多个运输晶圆架中的装载有第三多个晶圆的第三运输晶圆架执行所述受控的冷却程序。
23.根据权利要求22所述的控制系统，其中，所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的至少一者具有不同于所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的另一者的尺寸。
24.一种非暂态机器可读取储存媒介，其包含机器可读取指令，所述机器可读取指令被配置成使薄膜沉积系统中的处理器执行操作，所述薄膜沉积系统包含真空转移模块(VTM)、位于所述真空转移模块中的真空转移模块机械手、装载锁定装置、预热腔室、薄膜沉积反应器、以及至少一个运输晶圆架，所述操作包括：
第一转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架从所述装载锁定装置经由所述真空转移模块而转移至所述预热腔室，所述至少一个运输晶圆架装载有多个晶圆；
在所述预热腔室内加热所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆；
第二转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述预热腔室经由所述真空转移模块转移至所述反应器；
在所述反应器内对所述多个晶圆执行薄膜沉积程序；
第三转移步骤，通过所述真空转移模块机械手，将所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆从所述反应器经由所述真空转移模块转移至所述装载锁定装置；以及
在所述装载锁定装置内对所述至少一个运输晶圆架以及所述多个晶圆执行受控的冷却程序。
25.根据权利要求24所述的非暂态机器可读取储存媒介，其中，所述薄膜沉积系统还包括装载站，所述装载站包含装载埠以及机械手臂，所述操作还包括：
当所述至少一个运输晶圆架位于所述装载锁定装置内时，通过所述装载站的机械手臂，在定位在所述装载埠内的晶圆匣和所述至少一个运输晶圆架之间循序转移所述多个晶圆。
26.根据权利要求25所述的非暂态机器可读取储存媒介，其中，所述装载锁定装置包含转盘，所述转盘配置成支撑所述至少一个运输晶圆架，所述操作还包括：
将所述转盘与所述至少一个运输晶圆架定位在第一旋转位置，以进行所述循序转移步骤；以及
将所述转盘与所述至少一个运输晶圆架定位在第二旋转位置，以进行所述第一转移步骤和所述第三转移步骤。
27.根据权利要求24所述的非暂态机器可读取储存媒介，其中，所述至少一个运输晶圆架包含多个运输晶圆架，所述多个运输晶圆架中的每一个装载有相应的多个晶圆，所述操作还包括：
同时地，对所述多个运输晶圆架中的装载有第一多个晶圆的第一运输晶圆架执行所述加热步骤，对所述多个运输晶圆架中的装载有第二多个晶圆的第二运输晶圆架执行所述薄膜沉积程序，以及对所述多个运输晶圆架中的装载有第三多个晶圆的第三运输晶圆架执行所述受控的冷却程序。
28.根据权利要求27所述的非暂态机器可读取储存媒介，其中，所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的至少一者具有不同于所述第一多个晶圆、所述第二多个晶圆和所述第三多个晶圆中的另一者的尺寸。
29.一种运输晶圆架，包括：
基部板、顶部板以及设置于所述基部板与所述顶部板之间的多个柱体，所述多个柱体中的每一个包含多个凹部以支撑可滑动地设置于所述基部板与所述顶部板之间的多个晶圆；以及
界面，其设置于所述基部板上，所述界面配置和设定尺寸成联接机械手臂的末端作用器，以在用于处理所述晶圆的多个薄膜沉积程序模块之间运输所述运输晶圆架与设置在所述运输晶圆架上的所述多个晶圆。
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