CN113838787A - 晶圆承载组件、晶圆传递装置及晶圆传递之方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种用于反应腔中的晶圆承载组件，其包含：一加热板，固接有用于站立在反应腔底部的复数个支撑脚；一顶针托盘，垂直升降于该加热板下方，且固接有垂直升降于该加热板上方的复数个顶针，该顶针托盘配置成和一机械手臂的一手指互动而升降于该加热盘的下方。

Description

晶圆承载组件、晶圆传递装置及晶圆传递之方法
技术领域
本发明涉及一种传递晶圆的装置与方法，尤其是在特殊的环境腔室中，能以保持稳定且简易的作动方式与配置组合来传递晶圆。
背景技术
随着新技术的发展，半导体芯片的应用越来越广泛，半导体芯片的产量与种类越来越多。因此，各类半导体芯片生产相关设备的种类、功能以及要求也变得越来越多。对于半导体芯片制程之一的晶圆表面反应，反应时需要将晶圆放置在真空、高温等特殊环境的反应腔室内部，因此稳定、高效的将晶圆从大气环境传递至沉积需要的特殊环境的反应腔室，对于半导体晶圆表面反应设备是很重要的。
所以说，如何能在这特殊环境的反应腔室中进行传递晶圆是为一大课题，目前常见的传递晶圆发生的问题有，(一)传递晶圆的配置方式会影响反应腔室的流体及热场分布不均；(二)传递晶圆的配置大多使用复数个致动器，其震动会导致组件之间互相摩擦，进而产生微粒于反应腔室之间，影响腔室中的洁净度，最后导致晶圆处理制程中受到污染，如薄膜沉积等，更甚至晶圆受损影响良率；(三)传递晶圆配置的组件复杂化，当传递设备中的部分组件发生问题时，如晶圆传递过中发生误差，此时组件无法轻易的更换，更甚需要整台设备进行维修，造成设备制造停摆，影响生产效率。
因此，有必要发展能提高传片稳定度的晶圆传递装置及其传递方法。
发明内容
为解决上述之问题，本发明利用能够与机器臂进行垂直作动的晶圆承载组件来达到晶圆传递，无需在反应腔室中额外地配置致动装置，以简易的配置组件，来达到微粒产生的减少。
据上，本发明目的在于提供了一种晶圆传递装置，包含：至少一反应腔，具有一晶圆承载组件；及至少一传片腔，设置有至少一个以上的机械臂，该机械臂具有至少一第一手指与至少一第二手指，其中该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平。其中，该晶圆承载组件配置成能够和该第一手指和该第二手指互动，使该第一手指和该第二手指在该反应腔中分别以各自的操作水平同时和该晶圆承载组件配合，以将一晶圆放置于该晶圆承载组件。
本发明另一目的在于提供一种用于反应腔中的晶圆承载组件，包含：一加热板，固接有用于站立在反应腔底部的复数个支撑脚；及一顶针托盘，垂直升降于该加热板下方，且固接有垂直升降于该加热板上方的复数个顶针，该顶针托盘配置成和一机械手臂的一手指互动而升降于该加热盘的下方。
本发明又一目的在于提供一种晶圆传递方法，包含：在一反应腔内提供上述晶圆承载组件；提供一第一手指和一第二手指，该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平；利用该第一手指承载一晶圆，并移动至该晶圆承载组件上方；将该第二手指移动至该反应腔该晶圆承载组件的顶针托盘下方；将该第二手臂升起并抬升该顶针托盘，使该复数个顶针升高至该加热盘的上方撑起该第一手指上的该晶圆；将该第一手指从该反应腔收回；将该第二手指下降使该顶针托盘和该复数个顶针同部落下，使该晶圆坐落于该加热板上；将该第二手指从该反应腔收回。
本发明尚一目的在于提供一种晶圆传递方法，包含：在一反应腔内提供上述晶圆承载组件；提供一第一手指和一第二手指，该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平；将该第二手指移动至该晶圆承载组件之顶针托盘下方；将该第二手指升起并抬升该顶针托盘和该复数个顶针，使该复数个顶针撑起该加热板上的一晶圆；将该第一手指移动至被撑起的该晶圆与该加热盘之间；将该第二手指下降使该顶针托盘和该复数个顶针同步落下，让该晶圆坐落于该第一手指上；将承载有该晶圆的该第一手指从该反应腔收回；将该第二手指从该反应腔收回。
附图说明
图1显示为本发明之晶圆传递装置立体图。
图2显示为本发明之晶圆传递装置剖面图。
图3显示为本发明晶圆承载组件之立体图。
图4显示为本发明之机械臂之立体图。
图5a至5g显示为本发明从传片腔至反应腔进行传递晶圆方法之示意图。
图6显示为本发明从传片腔至反应腔进行传递晶圆方法之步骤图。
图7显示为本发明从反应腔至传片腔进行传递晶圆方法之步骤图。
具体实施方式
本发明之实施方式将于下文中参照本发明理想组态的示意图来进行描述。该等图示中的形状、设置方式会因制造技术、设计及/或公差而有所不同。因此，本发明文中所说明的实施方式不应被视为是用来将本发明结构局限在特定的组件或形状，其应包含任何因制作所造成在形状方面的差异。
请参阅图1与图2之本发明晶圆传递装置立体图与剖面图，如图所示，该晶圆传递装置100包含有至少一反应腔120(已移除上盖)，该反应腔120内部具有一对腔室，其分别可收容至少一个晶圆承载组件110。一传片腔200，与该反应腔120连接，且中间设置有一门阀300。其中该反应腔120、该传片腔200形成有与该门阀300连通的一通道P。该传片腔200腔体内部设置有至少一机械臂400，该机械臂400通过该通道P来传递至少一个以上的晶圆W于该反应腔120与该传片腔200之间，其中该晶圆传递装置100于传递晶圆W时保持为真空状态。该反应腔120，其真空腔室为近似圆柱体，且因为晶圆承载组件110的配置，真空抽气口121位置可配置在腔室的底部中心处，因此腔内部气体流场、热场均匀性好。所述通道P的高度至少大于机械臂400的上下前端手指之间的一间距，使机械臂400的上下手指前端可同时通过通道P进入腔室。
接着请参阅图3之本发明晶圆承载组件110之立体图，如图所示，该晶圆承载组件110包含有一加热盘111，该加热盘111设置有复数个支撑脚114，用以站立在该反应腔120腔室底部上并支撑该加热盘111于腔室中一位置并保持该加热盘111为水平状态。特别是，本发明支撑脚114接触于腔室底部的较外围，避开腔室底部的中央。该加热盘111盘面下方设置有一顶针托盘112，该顶针托盘112位于由加热盘111和复数个支撑脚114所围绕的空间之内，且该顶针托盘112于朝向该加热盘111之盘面上固接有复数个顶针113。该复数个顶针113配置成能够垂直穿透移动于该加热盘111之对应贯穿孔，但不会自加热盘111掉落而脱离。因此，该复数个顶针113和托盘112能相对于该加热盘111进行垂直位移。可使用已知的首段使顶针113不掉落加热盘111。举例而言，复数个顶针113之顶部直径可大于晶圆承载组件110之贯穿孔的一部分，顶针113受重力作用时所述贯穿孔可确保顶针113顶部保持顶针113不从贯穿孔掉落。顶针113底部与顶针托盘112通过接口连接固定且可以反复拆卸，因此该顶针托盘112受力抬升时可带动顶针113同步向上升起。没有外力介入的情况，顶针托盘112带动顶针113下降。顶针113与顶针托盘112，连接固定后顶针113重直刚性好，顶针113上升运动时运动稳定，且组合后组件重心在顶针113下方的顶针托盘112处，受自体重力作用时，顶针113下降时运动稳定。习知的顶针是由致动马达所驱动升降，这种方式有可能导致所有顶针之间产生移动误差，自然支撑的晶圆就可能倾斜。本发明所提出的顶针和顶针托盘设计可确报所有顶针垂直升降同步的距离，将移动误差的发生降低。
另外，在可能的实施例中，该加热盘111之盘面内部也可以设置有对应该复数个顶针113的复数个止挡片与复数个弹簧，来限制与保护该复数个顶针113不会脱离该加热盘111，或者缓冲发生重直位移速度过快的情况，该止挡片与该弹簧为熟知此技术领域之人常用的技术手段，故本发明不对该技术手段进行赘述与图示。
接着请参阅图4之本发明机械臂400之立体图，该机械臂400具有一对第一手指410以及一对第二手指420。基本上，第一手指410的操作水平高于第二手指420的操作水平。第一手指410以及第二手指420耦接有复数个旋转组件430且可转动地安装到一基座440上。第一手指410以及第二手指420可相对于该基座440升降，且第一手指410以及第二手指420可以藉由复数个旋转组件430相互转动，可进行对应地水平伸缩。第一手指410以及第二手指420之配置设计为当第一手指410以及第二手指420与该晶圆承载组件110进行作动时，不会接触于该晶圆承载组件110之复数个顶针113与复数个支撑脚114，意即第一手指410以及第二手指420的一宽度不足以让其触碰支撑脚114。本发明机械臂400旨在于手臂能够水平延伸来传递晶圆，据此，使用常见的伸缩组件以及致动器的搭配也能达到相同之功效，另外，该机械臂400可以根据晶圆传递的需求来安装不同数量的第一手臂410与第二手臂420。
接着说明本发明从传片腔至反应腔进行传递晶圆之方法，请参阅图5a至5g之本发明从传片腔至反应腔进行传递晶圆方法之示意图与图6之本发明从传片腔至反应腔进行传递晶圆方法之步骤图。其中图5a至5g为方便理解，故省略图2所示之该门阀300与该信道P等，只图标该晶圆承载组件110、单个第一手指410、单个第二手指420以及该晶圆W的互动。当该晶圆传递装置100开始进行晶圆传递时，如步骤S101，该门阀300开启。请参阅图5a，此时的第一手指410已预先承载有晶圆W。接着如步骤S102与图5b，承载有晶圆W的第一手指410从该传片腔200腔内水平地伸出移动至该反应腔120腔内，且止于该晶圆承载组件110之加热盘111上方。当第一手指410到达一正确位置时，如步骤S103与图5c，第二手指420从该传片腔200腔内水平地伸出移动至该反应腔120腔内，且止于该晶圆承载组件110之顶针托盘112下方。当第二手指420到达一正确位置时，如步骤S104与图5d，第二手指420向上升起，并撑起该顶针托盘112继续向上抬升。同时固接于该顶针托盘112的复数个顶针113也会相对于该晶圆承载组件110的上盘面垂直升起，但不会触碰第一手指410，直至该复数个顶针113将晶圆W自第一手指410撑起并保持稳定，而此时的该第一手指410处于该晶圆W与该加热板111之间的位置。接着如步骤S105与图5e，该第一手臂410由该反应腔120收回至该传片腔200，此时晶圆W稳固于该复数个顶针113上，因此不会随着该第一手指410收回而移动。当第一手指410收回至该传片腔200时。如步骤S106与图5f，第二手指420开始下降，该顶针托盘112因重力作用也跟着缓慢下降，并同步带动承载有晶圆W的该复数个一起下降并收回于该加热盘111盘面内。而晶圆W最终则会落于该加热盘111的上盘面，不与任何顶针113接触。当第二手指420下降至晶圆W能落于该加热盘111的位置后，如步骤S107与图5g，该第二手臂420由该反应腔120收回至该传片腔200。最后第一手指410与第二手指420收回至该传片腔200后，如步骤S108，该门阀300关闭。
接着说明本发明从反应腔至传片腔进行传递晶圆之方法，请参阅图7之本发明从反应腔至传片腔进行传递晶圆方法之步骤图。当晶圆W完成制程后，需要从该反应腔120移出时，如步骤S201，该门阀300开启。接着如步骤S202，第二手指420从该传片腔200腔内水平地伸出移动至该反应腔120腔内，并移动到顶针托盘112下方。当第二手指420到达一正确位置时，如步骤S203，第二手指420会向上升起，并撑起该顶针托盘112继续向上抬升，同时固接于该顶针托盘112的复数个顶针113也会同步相对于该晶圆承载组件110的上盘面一起垂直升起，直至该复数个顶针113将晶圆W撑起并保持稳定。当该晶圆W被撑起并保持稳定时，如步骤S204，第一手指410从该传片腔200腔内水平地伸出移动至该晶圆W与该加热板111和顶针113之间的位置。接着第一手指410位于一正确位置时，如步骤S205，该第二手臂420开始下降，该顶针托盘112因重力作用也跟着下降，并带动承载有晶圆W的该复数个顶针113一起下降并收回于该加热盘111盘面内，而晶圆W则会落于第一手指410上，当晶圆W位于第一手指410上时，如步骤S206，第二手指420由该反应腔120收回至该传片腔200，再如步骤S207，承载有晶圆W的该第一手指410由该反应腔120收回至该传片腔200。最后第一手指410与第二手指420收回至该传片腔200后，如步骤S208，该门阀300关闭。当中步骤S206与步骤S207可以同时执行，以加快第一手指410与第二手指420收回流程之速度，最后传递至该传片腔200的晶圆W，可以根据制程的需求，由第一手指410传递晶圆W至其他制程的腔室。
本发明图示虽以单个传片腔200连接单个反应腔120，但也可以根据需求，由一个传片腔200对应连接复数个反应腔120，甚至复数个传片腔连接复数个反应腔120之组合方式来达到设备的传递效率及成本。
总结来说，本发明晶圆传递装置与晶圆传递方法，能让晶圆在传递时稳定性可靠，反应腔内部以及传片腔相关的运动简单，部件变少，降低成本，而且腔室内部气体流场、热场分布均匀，可以提高半导体晶圆表面的反应质量。

Claims (4)

1.一种晶圆传递装置，其特征在于，包含：
至少一反应腔，具有一晶圆承载组件；及
至少一传片腔，设置有至少一个以上的机械臂，该机械臂具有至少一第一手指与至少一第二手指，其中该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平，
其中，该晶圆承载组件配置成能够和该第一手指和该第二手指互动，使该第一手指和该第二手指在该反应腔中分别以各自的操作水平同时和该晶圆承载组件配合，以将一晶圆放置于该晶圆承载组件。
2.一种用于反应腔中的晶圆承载组件，其特征在于，包含：
一加热板，固接有用于站立在反应腔底部的复数个支撑脚；及
一顶针托盘，垂直升降于该加热板下方，且固接有垂直升降于该加热板上方的复数个顶针，该顶针托盘配置成和一机械手臂的一手指互动而升降于该加热盘的下方。
3.一种晶圆传递方法，其特征在于，包含：
在一反应腔内提供一晶圆承载组件，该晶圆承载组件具有：
一加热板，固接有用于站立在该反应腔底部的复数个支撑脚；及
一顶针托盘，垂直升降于该加热板下方，且固接有垂直升降于该加热板上方的复数个顶针；
提供一第一手指和一第二手指，该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平；
利用该第一手指承载一晶圆，并移动至该晶圆承载组件上方；
将该第二手指移动至该反应腔该晶圆承载组件的顶针托盘下方；
将该第二手臂升起并抬升该顶针托盘，使该复数个顶针升高至该加热盘的上方撑起该第一手指上的该晶圆；
将该第一手指从该反应腔收回；
将该第二手指下降使该顶针托盘和该复数个顶针同部落下，使该晶圆坐落于该加热板上；
将该第二手指从该反应腔收回。
4.一种晶圆传递方法，其特征在于，包含：
在一反应腔内提供一晶圆承载组件，该晶圆承载组件具有：
一加热板，固接有用于站立在该反应腔底部的复数个支撑脚；及
一顶针托盘，垂直升降于该加热板下方，且固接有垂直升降于该加热板上方的复数个顶针；
提供一第一手指和一第二手指，该第一手指的操作水平高于该第二手指的操作水平；
将该第二手指移动至该晶圆承载组件之顶针托盘下方；
将该第二手指升起并抬升该顶针托盘和该复数个顶针，使该复数个顶针撑起该加热板上的一晶圆；
将该第一手指移动至被撑起的该晶圆与该加热盘之间；
将该第二手指下降使该顶针托盘和该复数个顶针同步落下，让该晶圆坐落于该第一手指上；
将承载有该晶圆的该第一手指从该反应腔收回；
将该第二手指从该反应腔收回。
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