CN114512431B - 一种多腔体集成式半导体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多腔体集成式半导体设备，包括多个晶圆腔体及机械手，临近的两个晶圆腔体在竖直方向上具有高度差，以及临近的两个晶圆腔体在水平面上的投影具有夹角，且多个晶圆腔体在水平面上的投影呈环状排布；机械手包括机械手主体部及与机械手主体部连接的多个机械手臂，多个机械手臂在水平面上的投影呈环状排布，机械手臂与晶圆腔体对应设置，且机械手通过机械手主体部进行旋转运行，以对位于不同的晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置。本发明可增加机械手的使用效率，增加机台的产能效率，且可提高半导体设备的空间利用率。

Description

一种多腔体集成式半导体设备
技术领域
本发明属于半导体设备领域，涉及一种多腔体集成式半导体设备。
背景技术
在半导体设备领域中，多腔室晶圆加工设备是半导体制造中的一种常见的设备，一般由装载待处理晶圆的卡匣模块、传输晶圆的晶圆传输模块和对晶圆进行加工处理的多个晶圆加工腔体组成，是一种集成式半导体生产机台。
在集成式半导体生产机台中，用于对晶圆进行加工处理的多个晶圆加工腔体通常在水平面上沿直线进行对称分布，而在对称分布的晶圆加工腔体的对称轴位置处则设置有索引轨道，传输晶圆的机械手臂固定在该索引轨道上，以通过索引轨道的位移使得机械手臂进行线性移动，用以传输晶圆。
在当前的集成式半导体生产机台中，晶圆传输模块中通常仅具有一个机械手臂(robot)，从而只能对一个晶圆腔体内的晶圆进行抓取或放置，不能同时对多个晶圆腔体内的晶圆进行抓取或者放置操作，这样会降低robot的使用效率，降低机台的产能效率。
因此，提供一种多腔体集成式半导体设备，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多腔体集成式半导体设备，用于解决现有技术中半导体设备产能效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多腔体集成式半导体设备，所述半导体设备包括：
多个晶圆腔体，临近的两个所述晶圆腔体在竖直方向上具有高度差，以及临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有夹角，且多个所述晶圆腔体在水平面上的投影呈环状排布；
机械手，所述机械手包括机械手主体部及与所述机械手主体部连接的多个机械手臂，多个所述机械手臂在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂与所述晶圆腔体对应设置，且所述机械手通过所述机械手主体部进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置。
可选地，所述机械手臂与所述晶圆腔体一一对应设置。
可选地，当所述晶圆腔体对所述晶圆的加工时间大于所述机械手的运行时间时，所述机械手臂的个数小于所述晶圆腔体的个数。
可选地，多个所述晶圆腔体在竖直方向上呈阶梯式排布或多个所述晶圆腔体在竖直方向上呈高低交错式排布。
可选地，所述晶圆腔体在竖直方向上具有相同高度差，且所述晶圆腔体的高度差的数量级包括厘米级。
可选地，所述晶圆腔体在水平面上的投影具有相同夹角，且所述晶圆腔体的夹角的范围为15°～180°。
可选地，临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有交叠区。
可选地，临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影无交叠区，且临近的两个所述晶圆腔体的高度差的数量级为厘米级。
可选地，包括M个所述晶圆腔体，2≤M≤8；包括N个所述机械手臂，2≤N≤8。
可选地，所述半导体设备适用的所述晶圆包括4英寸晶圆、6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的一种或组合。
如上所述，本发明的多腔体集成式半导体设备，包括多个晶圆腔体及机械手，临近的两个所述晶圆腔体在竖直方向上具有高度差，以及临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有夹角，且多个所述晶圆腔体在水平面上的投影呈环状排布；所述机械手包括机械手主体部及与所述机械手主体部连接的多个机械手臂，多个所述机械手臂在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂与所述晶圆腔体对应设置，且所述机械手通过所述机械手主体部进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置。
本发明的多腔体集成式半导体设备将多个晶圆腔体配置成沿竖直方向、具有高度差及夹角的方式排布，并将机械手臂与晶圆腔体对应设置，且通过机械手主体部进行旋转运行，即可对位于不同的晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置，以增加机械手的使用效率，增加机台的产能效率，且可提高半导体设备的空间利用率。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中半导体设备在应用中的一种俯视结构示意图。
图2显示为本发明实施例一中半导体设备在应用中的另一种俯视结构示意图。
图3显示为本发明实施例一中多个晶圆腔体的侧视结构示意图。
图4显示为本发明实施例一中机械手的侧视结构示意图。
图5显示为本发明实施例一中另一种机械手的俯视结构示意图。
图6显示为图5中机械手的侧视结构示意图。
图7显示为本发明实施例二中多个晶圆腔体的侧视结构示意图。
图8显示为本发明实施例二中一种机械手的俯视结构示意图。
图9显示为图8中机械手的侧视结构示意图。
图10显示为本发明实施例二中另一种机械手的俯视结构示意图。
图11显示为图10中机械手的侧视结构示意图。
元件标号说明
110、120 晶圆腔体
111、121 腔壳
112、410、122 晶圆载体
210、220 机械手
211、221 机械手主体部
212、222 机械手臂
310、320 晶圆
h1、h2 高度差
θ1、θ2 夹角
A 运行轨迹
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。若使用“介于……之间”则表示包括两端点值。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1～图6，本实施例提供一种多腔体集成式半导体设备，本实施例中，多个晶圆腔体110在竖直方向上呈阶梯式排布，如图3所示，但所述晶圆腔体110的排布方式并非局限于此，在另一实施例中，晶圆腔体还可在竖直方向上呈高低交错式排布等，此处暂不作介绍。
本实施例中，所述半导体设备包括多个晶圆腔体110及机械手210。其中，临近的两个所述晶圆腔体110在竖直方向上具有高度差h1，以及临近的两个所述晶圆腔体110在水平面上的投影具有夹角θ1，且多个所述晶圆腔体110在水平面上的投影呈环状排布；所述机械手210包括机械手主体部211及与所述机械手主体部211连接的多个机械手臂212，多个所述机械手臂212在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂212与所述晶圆腔体110对应设置，且所述机械手210通过所述机械手主体部211进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体110内的晶圆310进行同时抓取或同时放置。
本实施例将多个所述晶圆腔体110配置成沿竖直方向排布，且具有高度差h1及夹角θ1的排布形态，并设置与所述晶圆腔体110对应设置的所述机械手臂212，且所述机械手210通过所述机械手主体部211进行旋转运行，从而可同时对位于不同的所述晶圆腔体110内的所述晶圆310进行抓取或放置，以增加所述机械手210的使用效率，进而增加机台的产能效率，且可提高所述半导体设备的空间利用率。
作为示例，所述半导体设备可包括M个所述晶圆腔体110，其中，2≤M≤8；所述半导体设备可包括N个所述机械手臂212，其中，2≤N≤8。
具体的，如图1～图3，本实施例中，所述半导体设备包括4个所述晶圆腔体110，即M＝4，但M的取值并非局限于此，其中，M还可为2个、3个、5个、6个及8个等。所述半导体设备包括4个所述机械手臂212，即N＝4，但N的取值并非局限于此，其中，N还可为2个、3个、5个、6个及8个等。关于M及N的取值，可根据需求进行选择，此处不作过分限制。
作为示例，所述机械手臂212与所述晶圆腔体110一一对应设置。
具体的，参阅图1及图2，本实施例中，4个所述机械手臂212与4个所述晶圆腔体110一一对应设置，从而所述机械手臂212通过所述机械手主体部211的旋转运行，如沿运行轨迹A运行，即可在一次上下的动作后，带动所述机械手臂212对位于不同的所述晶圆腔体110中的4个所述晶圆310进行同时抓取或同时放置，从而可增加所述机械手210的使用效率，进而增加机台的产能效率。
其中，参阅图1及图2示意了所述半导体设备在传输所述晶圆310时的两种俯视结构示意图，所述机械手主体部211通过旋转及上下运动，将所述晶圆110自传输中转装置中的晶圆载体410传输至位于所述晶圆腔体110的腔壳111中的所述晶圆载体112上，以承载所述晶圆310，对所述晶圆310进行加工，待加工工艺完成后，再通过所述机械手210将多个所述晶圆310进行转移，从而完成对位于不同的所述晶圆腔体110内的所述晶圆310进行同时抓取或同时放置。
作为示例，所述晶圆腔体110在竖直方向上具有相同高度差h1，且所述晶圆腔体110的高度差h1的数量级包括厘米级。
作为示例，所述晶圆腔体110在水平面上的投影具有相同夹角θ1，且所述晶圆腔体110的夹角θ1的范围为15°～180°。
具体的，参阅图1～图4，本实施例中，临近的两个所述晶圆腔体110在水平面上的投影具有相同夹角θ1，从而在于所述晶圆腔体110对应设置的所述机械手210中临近的两个所述机械手臂212在水平面上的投影也均具有夹角θ1。临近的两个所述晶圆腔体110在竖直方向上具有相同高度差h1，同理，临近的两个所述机械手臂212在竖直方向上具有相同高度差h1，以使得所述机械手臂212与所述晶圆腔体110一一对应设置。其中，所述夹角θ1的度数可为15°、30°、45°、60°、90°、120°、180°等，所述高度差h1的数量级可为厘米级，其中，所述高度差h1的取值可为1厘米、5厘米、10厘米、20厘米、30厘米等，关于所述夹角θ1及所述高度差h1的取值此处不作过分限制，如根据需要，所述夹角θ1及所述高度差h1也可设置成不等，此处不作过分限制。
作为示例，当所述晶圆腔体110对所述晶圆310的加工时间大于所述机械手210的运行时间时，所述机械手臂212的个数也可小于所述晶圆腔体110的个数。
具体的，当所述晶圆腔体110对所述晶圆310的加工时间大于所述机械手210的运行时间时，可将所述机械手臂212的个数设置成小于所述晶圆腔体110的个数，以通过所述机械手主体部211的旋转运行，对所述晶圆310进行同时抓取或放置，从而可减少设备复杂度，降低成本。
如图5及图6，可将临近的两个所述机械手臂212设置成夹角为临近的两个晶圆腔体110的夹角的倍数，即可由夹角θ1转变为夹角2θ1，对应的将临近的两个所述机械手臂212的高度差设置成临近的两个晶圆腔体110的高度差的倍数，即可由高度差h1转变为高度差2h1，以成倍的减少所述机械手臂212的个数，并通过所述机械手主体部211的旋转运行，对所述晶圆310进行同时抓取或放置，从而可成倍的减少所述机械手臂212的数量，以提高所述半导体设备的布局灵活性，降低成本，但所述机械手臂212及所述晶圆腔体110的设置并非局限于此，可根据具体的需求进行选择。
作为示例，临近的两个所述晶圆腔体110在水平面上的投影无交叠区，且临近的两个所述晶圆腔体110的高度差h1的数量级为厘米级。
具体的，当多个所述晶圆腔体110在水平面上的投影无交叠区时，可将临近的两个所述晶圆腔体110的高度差h1的数量级定为厘米级，从而可减小所述半导体设备在竖直方向上占用的高度空间，以减小占空比，其中，所述高度差h1的取值可为1厘米、5厘米、10厘米、20厘米、30厘米等，关于所述高度差h1的取值此处不作过分限制。
作为示例，所述半导体设备适用的所述晶圆310可包括4英寸晶圆、6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的一种或组合，关于所述半导体设备适用的所述晶圆310的具体尺寸，可根据需要进行选择，此处不作过分限制。
实施例二
参阅图7～图11，本实施例还提供另一种多腔体集成式半导体设备，在本实施例中，所述半导体设备与实施例一中的所述半导体设备的主要区别在于：将多个所述晶圆腔体120在竖直方向上呈高低交错式排布，以及使得临近的两个所述晶圆腔体120在水平面上的投影具有交叠区，以进一步的提高所述半导体设备的空间利用率，扩大所述半导体设备的应用范围。
所述半导体设备的具体结构如下：
本实施例提供一种多腔体集成式半导体设备，所述半导体设备包括多个晶圆腔体120及机械手220。其中，临近的两个所述晶圆腔体120在竖直方向上具有高度差h2，以及临近的两个所述晶圆腔体120在水平面上的投影具有夹角θ2，且多个所述晶圆腔体120在水平面上的投影呈环状排布；所述机械手220包括机械手主体部221及与所述机械手主体部221连接的多个机械手臂222，多个所述机械手臂222在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂222与所述晶圆腔体120对应设置，且所述机械手220通过所述机械手主体部221进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体120内的晶圆320进行同时抓取或同时放置。
参阅图7，本实施例将多个所述晶圆腔体120配置成沿竖直方向呈高低交错式排布，且临近的两个所述晶圆腔体120具有高度差h2及夹角θ2，其中，所述晶圆腔体120的个数选择为4个。参阅图8及图9，可将所述机械手臂222的个数设置成小于所述晶圆腔体120的个数，即可选择为2个，且临近的两个所述机械手臂222在竖直方向上具有高度差h2，以及临近的两个所述机械手臂222在水平面上的投影具有夹角θ2，以使得所述机械手臂222与所述晶圆腔体120对应设置，从而一次可同时转移2片腔壳121内的位于所述晶圆载体122上的所述晶圆320。但所述机械手臂222的设置并非局限于此。参阅图10及图11，本实施例还提供另一种机械手，临近的两个所述机械手臂在水平面上的投影具有夹角2θ2，且临近的两个所述机械手臂在竖直方向上的高度差为0，从而也可实现一次同时转移2片所述晶圆320。其中，关于所述晶圆腔体120及所述机械手220的数量、分布及效果等均可参阅实施例一，此处不作赘述。
本实施例中，优选所述晶圆腔体120呈高低交错式排布，并将临近的两个所述晶圆腔体120设置成在水平面上的投影具有交叠区，从而可适用于所述晶圆腔体120高度较小的设备，以进一步的缩小所述半导体设备在水平方向上的占空比，从而进一步的扩大所述半导体设备的应用范围，提高所述半导体设备的空间利用率。
综上所述，本发明的多腔体集成式半导体设备，包括多个晶圆腔体及机械手，临近的两个所述晶圆腔体在竖直方向上具有高度差，以及临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有夹角，且多个所述晶圆腔体在水平面上的投影呈环状排布；所述机械手包括机械手主体部及与所述机械手主体部连接的多个机械手臂，多个所述机械手臂在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂与所述晶圆腔体对应设置，且所述机械手通过所述机械手主体部进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置。
本发明的多腔体集成式半导体设备将多个晶圆腔体配置成沿竖直方向、具有高度差及夹角的方式排布，并将机械手臂与晶圆腔体对应设置，且通过机械手主体部进行旋转运行，即可对位于不同的晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置，以增加机械手的使用效率，增加机台的产能效率，且可提高半导体设备的空间利用率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种多腔体集成式半导体设备，其特征在于，所述半导体设备包括：
多个晶圆腔体，临近的两个所述晶圆腔体在竖直方向上具有高度差，以及临近的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有夹角，且多个所述晶圆腔体在水平面上的投影呈环状排布，多个所述晶圆腔体在竖直方向上呈高低交错式排布，所述高低交错式排布为高低周期式排布且在竖直方向上相邻的两个所述晶圆腔体具有所述高度差，在水平方向上相邻的两个所述晶圆腔体的高度相同，且在竖直方向上相邻的两个所述晶圆腔体在水平面上的投影具有交叠区；
机械手，所述机械手包括机械手主体部及与所述机械手主体部连接的多个机械手臂，多个所述机械手臂在水平面上的投影呈环状排布，所述机械手臂与所述晶圆腔体对应设置，所述机械手臂的个数小于所述晶圆腔体的个数，且临近的两个所述机械手臂在水平面上的投影的夹角为在竖直方向上相邻的两个所述晶圆腔体的夹角的倍数，所述临近的两个所述机械手臂在竖直方向上的高度差为0，以成倍的减少所述机械手臂的个数，且所述机械手臂通过所述机械手主体部进行旋转运行，以对位于不同的所述晶圆腔体内的晶圆进行同时抓取或同时放置。
2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：所述晶圆腔体在竖直方向上具有相同高度差，且所述晶圆腔体的高度差的数量级包括厘米级。
3.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：所述晶圆腔体在水平面上的投影具有相同夹角，且所述晶圆腔体的夹角的范围为15°~180°。
4.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：包括M个所述晶圆腔体，2≤M≤8；包括N个所述机械手臂，2≤N≤8。
5.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：所述半导体设备适用的所述晶圆包括4英寸晶圆、6英寸晶圆、8英寸晶圆及12英寸晶圆中的一种或组合。
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