CN116344413B - 一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构 - Google Patents

一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体设备的技术领域，公开了一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，包括腔体，呈方形结构，在其内部承载自上而下、均匀间隔设置的多个晶圆；整流机构和百叶窗机构，均设置在腔体内部，分列在晶圆相对的两侧，所述整流机构用于对进入腔体的气体进行整流，使其能够均匀稳定地流过晶圆，所述百叶窗机构中的每个叶片与晶圆一一对应设置，用于自适应调整叶片的张开幅度，以允许相应流量的气体流出至腔体外部；开门机构，其与百叶窗机构相连，用于有选择地强制打开或者关闭对应的叶片，以允许对应的晶圆离开腔体。

Description

一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构
技术领域
本发明涉及半导体设备的技术领域，具体涉及一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构。
背景技术
随着半导体行业的迅猛发展，对设备的产能和性能提出了更高的要求。在半导体晶圆生产制作及传输过程中，需要对半导体晶圆的正反两面以及晶圆的位置进行检测观察，保证后续工艺的要求和品质。
都不可避免地使用到晶圆工艺暂存工位(Buffer)，而目前Buffer的洁净度受外部环境的影响较大，为防止晶圆高温情况下氧化，往往需要向Buffer通大量氮气，Buffer通氮气后一般会叫作Purge station，Purge station往往都是半封闭的，半封闭的机构决定了需要使用大量氮气，且防氧化效果不明显；同时氮气的气流状况基本没有被管理，会造成晶圆的局部降温不均匀，容易产生碎片、裂纹、内部应力不均及变形等不良现象。
发明内容
本发明提供了一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，借助增设的整流机构，使进入腔体的气体能够均匀稳定地流过晶圆，防止气流不均匀对高温晶圆造成的碎片、裂纹、内部应力不均及变形等不良现象，同时结合百叶窗机构，使气流出口具有百叶窗形式，可以根据气流量的大小调整百叶窗的张开幅度，以使腔体内部的防护微环境始终内部正压且压力稳定，外部颗粒无法进入，提高了设备的实用性。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，包括
腔体，呈方形结构，在其内部承载自上而下、均匀间隔设置的多个晶圆；
整流机构和百叶窗机构，均设置在腔体内部，分列在晶圆相对的两侧，所述整流机构用于对进入腔体的气体进行整流，使其能够均匀稳定地流过晶圆，所述百叶窗机构中的每个叶片与晶圆一一对应设置，用于自适应调整叶片的张开幅度，以允许相应流量的气体流出至腔体外部；
开门机构，其与百叶窗机构相连，用于有选择地强制打开或者关闭对应的叶片，以允许对应的晶圆离开腔体。
进一步，所述百叶窗机构包括自上而下均匀间隔排列设置在腔体侧壁上的多个叶片，它们与晶圆一一对应设置且其叶面均朝向晶圆，每个所述叶片的两端各设置一个转轴滑块，每个所述转轴滑块的自由端均穿过斜向通道与挡块相连，气流促使每个叶片绕其两端的转轴滑块转动，以自适应调整叶片的张开幅度。
进一步，每个所述叶片的横截面均成折线状，包括倾斜面和竖直面，所述倾斜面朝向晶圆设置，所述竖直面构成部分的腔体侧面，每个所述斜向通道均开设在与叶片相邻的腔体侧壁上，且朝向晶圆开设。
进一步，所述挡块采用铁质材料制成，所述开门机构包括对称设置的两个同步带轮传动机构，分列正对设置在腔体侧面开设斜向通道的位置，通过各自的同步带轮传动机构带动对应无线吸附滑块运动，吸附挡块沿对应的斜向通道运动，以带动对应叶片的竖直部离开腔体侧壁或者进入腔体侧壁，从而有选择地强制打开或者关闭对应的叶片。
进一步，每个所述无线吸附滑块均设置在对应同步带轮传动机构的同步带上，其横截面大于挡块的横截面，包括连接在一起的无线充电接收线圈和电磁铁，每个所述电磁铁的吸附端均正对对应的挡块设置，
在每个所述叶片位置的旁边均设置有无线充电发射线圈，它们正对无线充电接收线圈设置，且与交流电源相连。
进一步，每个所述同步带轮传动机构均包括通过同步带转动连接的主动轮和从动轮，每个所述同步带均垂直正对设置在腔体侧面开设斜向通道的位置，两个所述主动轮通过下传动轴同轴连接在一起，两个所述从动轮通过上传动轴同轴连接在一起，其中一个主动轮的中心轴还与电动机的输出轴连接。
进一步，所述上传动轴位于百叶窗机构的顶部，所述下传动轴位于百叶窗机构的底部，其轴向方向与叶片的长度方向平行。
进一步，所述整流机构包括正对设置在晶圆一侧的均流膜，在所述均流膜与腔体侧壁之间的空当里设置有整流板，所述整流板的中心正对气流入口设置，其采用孔状结构，所述气流入口设置在腔体侧壁上。
本发明有益的技术效果在于：
1)借助整流机构，能够有效管理气流均匀性，防止气流不均匀对高温晶圆造成的碎片、裂纹、内部应力不均及变形管理氮气使用量减少浪费。
2)增设百叶窗机构，使得气流出口具有百叶窗结构，从而可以根据腔体内部气流量大小，自适应调节每个百叶窗叶片的张开幅度，创建稳定的晶圆防护微环境，颗粒物控制减少对外部环境的依赖，实现微环境的自动调节。
3)采用同步带轮机构和无线吸附结构相结合的开门机构，实现开闭门快速响应，同时仅是开启每个晶圆对应的叶片而非整个腔体侧壁，可以有效降低开门对腔体内部微环境的影响，从而可以有效减少保护气体如氮气的使用量，另外借助无线吸附结构实现无接触的力传递，避免运动部件颗粒的产生，进一步保障腔体内部微环境的洁净度。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的侧向投影结构示意图；
图3为本发明的无线充电发射线圈、无线充电接收线圈、电磁铁和挡块的配合结构示意图；
图4为本发明的气体在腔体内部的流向示意图；
图5为本发明的气体在百叶窗机构处的流向示意图；
图6为本发明的图4中Ⅵ标识的放大示意图；
其中，1-晶圆，2-百叶窗机构，21-叶片，22-转轴滑块，23-斜向通道，24-挡块，3-开门机构，31-同步带，32-主动轮，33-从动轮，34-下传动轴，35-上传动轴，36-电动机，37-无线吸附滑块，371-无线充电接收线圈，372-电磁铁，38-无线充电发射线圈，4-气流入口，5-均流膜，6-整流板。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示，本发明提供了一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，包括腔体，呈方形结构，在其内部承载自上而下、均匀间隔设置的多个晶圆1；整流机构和百叶窗机构2，均设置在腔体内部，分列在晶圆1相对的两侧，该整流机构用于对进入腔体的气体进行整流，使其能够均匀稳定地流过晶圆，该百叶窗机构2中的每个叶片与晶圆1一一对应设置，用于自适应调整叶片的张开幅度，以允许相应流量的气体流出至腔体外部；开门机构3，其与百叶窗机构2相连，用于有选择地强制打开或者关闭对应的叶片，以允许对应的晶圆1离开腔体。这样，借助增设的整流机构，使进入腔体的气体能够均匀稳定地流过晶圆，防止气流不均匀对高温晶圆造成的碎片、裂纹、内部应力不均及变形等不良现象，同时结合百叶窗机构，使气流出口具有百叶窗形式，可以根据气流量的大小调整百叶窗的张开幅度，以使腔体内部的防护微环境始终内部正压且压力稳定，外部颗粒无法进入，而利用开门机构可以有有选择地开启或者关闭某个叶片，而不是整体打开，满足传输的最小开启量以及开启的快速响应，使得即便开启，防护微环境内部正压不变，进一步保障了晶圆存储的防护微环境。
具体如下：
如图1所示，该整流机构设置在腔体的气流入口4和晶圆1之间，包括正对设置在晶圆1一侧的均流膜5，其外形与腔体的内径配合，在均流膜5与腔体侧壁之间的空当里设置有整流板6，该整流板6的中心正对气流入口4设置，其采用孔状结构，该气流入口4设置在腔体侧壁上，这样气体进入腔体后经过整流板6作用，使气流能均衡的铺开，再通过均流膜5时会受到较大阻碍作用，使得均流膜5前的腔室内行程较大正压区，当压力高到一定数值后气流才能经过均流膜5，这时候经过均流膜5的气体会变得均匀，均匀的气流可以无死角经过晶圆放置区，以防止气流不均匀对高温晶圆造成的碎片、裂纹、内部应力不均及变形等不良现象。
如图4-6所示，该百叶窗机构2包括设置在腔体侧壁上的多个叶片21，它们自上而下均匀间隔排列，且与晶圆1一一对应设置，每个叶片21的横截面均成折线状，包括倾斜面和竖直面，该倾斜面朝向晶圆设置，该竖直面构成部分的腔体侧面，在每个叶片21的两个端部的折弯处均设置有转轴滑块22，每个转轴滑块22的自由端均穿过对应的斜向通道23与挡块24相连，每个斜向通道23均开设在与叶片21相邻的腔体侧壁上，且朝向晶圆1开设。这样，借助百叶窗机构2，使气流出口具有百叶窗形式，当气流量大时气流吹力推动百叶窗大幅张开即以转轴滑块22为转轴，气流推动叶片21绕转轴滑块22向下转动，使窗口逐减打开，随着气流推力减少，百叶窗的重力与推力会实现平衡，相反当气流变小时气流吹力推动百叶窗小幅张开，百叶窗的重力与推力也会实现平衡，从而使腔体内部的防护微环境始终内部正压且压力稳定，外部颗粒无法进入。
如图2、3所示，该开门机构3采用电动加无线吸附结构构成，因此，两个挡块24均采用铁质材料制成，该开门机构包括对称设置的两个同步带轮传动机构，分列正对设置在腔体侧面开设斜向通道23的位置，通过各自的同步带轮传动机构带动对应的无线吸附滑块运动，吸附挡块24沿对应的斜向通道23运动，以带动对应叶片21的竖直部离开腔体侧壁或者进入腔体侧壁，从而有选择地强制打开或者关闭对应的叶片。
每个同步带轮传动机构均包括通过同步带31转动连接的主动轮32和从动轮33，每个同步带31均垂直正对设置在腔体侧面开设斜向通道23的位置，这两个主动轮32通过下传动轴34同轴连接在一起，两个从动轮33通过上传动轴35同轴连接在一起，其中一个主动轮的中心轴还与电动机36的输出轴连接，上传动轴35位于百叶窗机构2的顶部，下传动轴34位于百叶窗机构2的底部，其轴向方向与叶片21的长度方向平行，这样，借助上传动轴35、下传动轴34将两个同步带轮传动机构连接在一起，只有一个电动机36就可以完成驱动，当然也可以分别设置，则需要两个电动机共同驱动。
每个无线吸附滑块37均设置在对应同步带轮传动机构的同步带31上，其横截面大于挡块的横截面，包括连接在一起的无线充电接收线圈371和电磁铁372，每个电磁铁372的吸附端均正对对应的挡块24设置，在每个叶片21位置的旁边均设置有无线充电发射线圈38，它们正对无线充电接收线圈38设置，且与交流电源相连。这样，由于交流电源的周期性变化特征，与交流电源相连的无线充电发射线圈38将会产生变化的磁场，以使无线充电接收线圈371产生电流，可以为电磁铁372供电，使电磁铁372的吸附端具有磁性，能够吸附铁质的挡块24，然后在电动机36的驱动下，同步带带动无线吸附滑块37连同挡块上下运动，由于与挡块24相连的转轴滑块22设置在斜向通道23内部，且无线吸附滑块37的横截面大于挡块24的横截面，具体面积差以能够带动转轴滑块满足移动行程而定，因此能够带动转轴滑块22沿斜向通道23运动，从而带动与转轴滑块23相连的叶片沿斜向通道23运动，由于叶片21的竖直部充当腔体侧壁，此时运动的竖直部就会拖离原来的位置，相当于在腔体侧壁打开一个缺口实现有选择地开门，最后可以借助机器人的夹爪将对应位置的晶圆夹持拖离腔体即从Buffer取出晶圆，完毕后，再控制电动机反向转动，就可以实现缺口的关闭，这样，整个开启过程都是由电动机的带动百叶窗移动实现，可以实现快速响应，而每个叶片均可以单独上下移动，当需要传片的晶圆层数传片时，只需要对该层的叶片开启便可，可以降对微环境的影响降到最小，有效减少气体如氮气的使用量，提升晶圆的防氧化效果，同时当某一层叶片开启时，内部压力变小、气流量变小，气流吹力变小，百叶窗的重力作用使开启变小，内部压力增加，重力与推力快熟达到平衡状态，内部压力又能重新稳定下来，从而有效保障腔体内部气流的稳定性。
另外，采用无线充电发射线圈、无线充电接收线圈相配合的无线充电方式，给电磁铁供电，完成对挡块的吸附，然后在开门机构的带动下，百叶窗的叶片就会跟随移动，实现无接触的力传递，避免运动部件颗粒的产生，进一步保障腔体内部微环境的洁净度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，其特征在于：包括腔体，呈方形结构，在其内部承载自上而下、均匀间隔设置的多个晶圆；
整流机构和百叶窗机构，均设置在腔体内部，分列在晶圆相对的两侧，所述整流机构用于对进入腔体的气体进行整流，使其能够均匀稳定地流过晶圆，所述百叶窗机构中的每个叶片与晶圆一一对应设置，用于自适应调整叶片的张开幅度，以允许相应流量的气体流出至腔体外部；
开门机构，其与百叶窗机构相连，用于有选择地强制打开或者关闭对应的叶片，以允许对应的晶圆离开腔体；
所述百叶窗机构包括自上而下均匀间隔排列设置在腔体侧壁上的多个叶片，它们与晶圆一一对应设置且其叶面均朝向晶圆，每个所述叶片的两端各设置一个转轴滑块，每个所述转轴滑块的自由端均穿过斜向通道与挡块相连，气流促使每个叶片绕其两端的转轴滑块转动，以自适应调整叶片的张开幅度；
每个所述叶片的横截面均成折线状，包括倾斜面和竖直面，所述倾斜面朝向晶圆设置，所述竖直面构成部分的腔体侧面，每个所述斜向通道均开设在与叶片相邻的腔体侧壁上，且朝向晶圆开设；
所述挡块采用铁质材料制成，所述开门机构包括对称设置的两个同步带轮传动机构，分列正对设置在腔体侧面开设斜向通道的位置，通过各自的同步带轮传动机构带动对应无线吸附滑块运动，吸附挡块沿对应的斜向通道运动，以带动对应叶片的竖直部离开腔体侧壁或者进入腔体侧壁，从而有选择地强制打开或者关闭对应的叶片。
2.根据权利要求1所述的用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，其特征在于：每个所述无线吸附滑块均设置在对应同步带轮传动机构的同步带上，其横截面大于挡块的横截面，包括连接在一起的无线充电接收线圈和电磁铁，每个所述电磁铁的吸附端均正对对应的挡块设置，
在每个所述叶片位置的旁边均设置有无线充电发射线圈，它们正对无线充电接收线圈设置，且与交流电源相连。
3.根据权利要求1所述的用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，其特征在于：每个所述同步带轮传动机构均包括通过同步带转动连接的主动轮和从动轮，每个所述同步带均垂直正对设置在腔体侧面开设斜向通道的位置，两个所述主动轮通过下传动轴同轴连接在一起，两个所述从动轮通过上传动轴同轴连接在一起，其中一个主动轮的中心轴还与电动机的输出轴连接。
4.根据权利要求3所述的用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，其特征在于：所述上传动轴位于百叶窗机构的顶部，所述下传动轴位于百叶窗机构的底部，其轴向方向与叶片的长度方向平行。
5.根据权利要求1所述的用于半导体晶圆传输系统的晶圆暂存单元结构，其特征在于：所述整流机构包括正对设置在晶圆一侧的均流膜，在所述均流膜与腔体侧壁之间的空当里设置有整流板，所述整流板的中心正对气流入口设置，其采用孔状结构，所述气流入口设置在腔体侧壁上。
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