CN117276159A - 晶圆运送系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种晶圆运送系统。晶圆运送系统包括：晶圆处理装置，用于对待处理晶圆进行工艺处理；晶舟，用于承载晶圆；卸载装置，用于移出晶舟上经工艺处理后的晶圆；装载装置，与卸载装置在第一方向上并排设置，装载装置用于在卸载装置将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆移入至空载的晶舟上。采用本申请所提供的晶圆运送系统能够提高生产效率。

Description

晶圆运送系统
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆运送系统。
背景技术
在半导体器件的制备过程中，为了缩短生产周期，在某些工艺制程中通常可以利用晶圆处理装置对大批量的晶圆同时进行处理，以晶圆处理装置为炉管为例，通常可以同时将多片（通常为100片或150片）的晶圆置于炉管中进行加热以缩短炉管工艺的制程时间。
相关技术中，在大批量的晶圆经处理完成后，通常需要将处理后的晶圆由晶舟多次地传出至晶圆传送盒，再多次地将待处理的晶圆由晶圆传送盒传入晶舟。然而，由于需要交换的晶圆的次数较多，导致晶圆处理装置的闲置时间比较长，从而存在生产效率较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中的生产效率较低问题提供一种晶圆运送系统。
为了实现上述目的，本申请提供了一种晶圆运送系统，包括：
晶圆处理装置，用于对待处理晶圆进行工艺处理；
晶舟，用于承载晶圆；
卸载装置，用于移出所述晶舟上经工艺处理后的晶圆；
装载装置，与所述卸载装置在第一方向上并排设置，所述装载装置用于在所述卸载装置将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆移入至空载的所述晶舟上。
上述晶圆运送系统，包括：晶圆处理装置，用于对待处理晶圆进行工艺处理；晶舟，用于承载晶圆；卸载装置，一次地移出所述晶舟上经工艺处理后的晶圆；装载装置，与所述卸载装置在第一方向上并排设置，所述装载装置用于在所述卸载装置将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆一次地移入至空载的所述晶舟上。本申请意想不到的技术效果是：由于在将晶圆处理装置内经工艺处理后的晶圆通过晶舟传出至卸载装置暂存后，可以在较短时间内将装载装置内存储的下一批的待处理晶圆通过晶舟传入至晶圆处理装置内继续进行工艺处理，从而晶圆处理装置闲置的时间很短，从而能够提高生产效率。
在其中一个实施例中，所述卸载装置与所述装载装置之间设置有缓冲区域。
在其中一个实施例中，所述晶圆运送系统还包括：
驱动装置，与所述晶舟连接，用于驱动控制所述晶舟在第一位置与第二位置之间往复运动；所述第一位置为所述晶圆处理装置的舱室所在位置，所述第二位置为所述缓冲区域所在位置。
在其中一个实施例中，所述驱动装置还用于驱动控制所述晶舟沿第二方向在所述第一位置与所述第二位置之间往复运动，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直设置。
在其中一个实施例中，所述晶圆运送系统还包括：
抓取装置，所述抓取装置用于在所述晶圆处理装置对所述待处理晶圆进行工艺处理的过程中，将所述卸载装置中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒。
在其中一个实施例中，所述抓取装置还用于在所述卸载装置中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒后，将下一批待处理晶圆移入至所述装载装置。
在其中一个实施例中，所述晶舟、所述卸载装置以及所述装载装置的晶圆容量均大于或等于所述晶圆传送盒的晶圆容量。
在其中一个实施例中，所述卸载装置及所述装载装置的晶圆容量均等于所述晶舟的晶圆容量。
在其中一个实施例中，所述卸载装置移出晶圆的取片方向与所述装载装置移入晶圆的置片方向相反。
在其中一个实施例中，所述晶圆处理装置包括炉管。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中提供的晶圆运送系统的结构示意图；
图2为又一实施例中提供的晶圆运送系统的结构示意图。
附图标记说明：10-晶圆处理装置，20-晶舟，30-装载装置，40-卸载装置，50-缓冲区域，60-抓取装置，70-晶圆传送盒，80-驱动装置。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
在半导体器件的制备过程中，为了缩短生产周期，在某些工艺制程中通常可以利用晶圆处理装置对大批量的晶圆同时进行处理，以晶圆处理装置为炉管为例，通常可以同时将多片（通常为100片或125片）的晶圆置于炉管中进行加热以缩短炉管工艺的制程时间。
相关技术中，在大批量的晶圆经处理完成后，通常需要将处理后的晶圆由晶舟内多次地传出至晶圆传送盒，再多次地将待处理晶圆由晶圆传送盒传入晶舟。例如，在炉管工艺中，通常一个炉管可以同时对125片晶圆进行工艺处理，相关技术中，晶圆经处理完成后，首先抓取装置将125片晶圆由晶舟移出至晶圆传送盒，再将125片待处理晶元由晶圆传送盒移入至晶舟，此过程至少需要花费大约30min的时间，此过程中炉管的闲置时间较长，从而导致生产效率较低。
如图1所示，本申请提供一种晶圆运送系统，包括：晶圆处理装置10、晶舟20、卸载装置40以及装载装置30。其中：晶圆处理装置10，用于对待处理晶圆进行工艺处理；晶舟20，用于承载晶圆；卸载装置40，用于移出晶舟20上经工艺处理后的晶圆；装载装置30，与卸载装置40在第一方向上并排设置，装载装置30用于在卸载装置40将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆移入至空载的晶舟20上。
其中，晶圆处理装置10为半导体器件的制备过程中所涉及的各种类型的工艺机台，例如可以包括炉管（Furnace）、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)机台、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)机台等等，本实施例在此不做限制。
其中，晶舟20上承载的晶圆数量通常为多个，例如可以为25个、100个或150个。当然，晶舟20上承载的晶圆数量还可以为其他合适的数量，本实施例在此不做限制。通过晶舟20能够将大批量的晶圆同时送入晶圆处理装置10内，以使晶圆处理装置10同时对大批量的晶圆进行工艺处理。待工艺处理结束后，通过晶舟20还能同时将大批量的晶圆传出。
其中，卸载装置40与装载装置30可以并排设置于晶圆处理装置10的下方，第一方向可以为如图1中所示的水平方向，当然，第一方向还可以为其他合适的方向，本实施例在此不做限制。晶圆处理装置10、晶舟20、卸载装置40与装载装置30可以为同一工艺机台内的各个部件，也可以将晶圆处理装置10单独作为一个工艺机台，其余的装置作为此工艺机台的附加部件，以便于拆卸以及改装，从而适应不同的应用场景需求，本实施例在此不做限制。
可以理解的是，在晶圆处理装置10对晶圆进行工艺处理过程中，装载装置30内就可以预先存储下一批的待处理晶圆。如图1所示，在晶圆处理装置10的工艺处理结束后，卸载装置40可以一次性将晶舟20内的晶圆全部移出，并将移出的晶圆暂时存储；而装载装置30则可以一次性将晶圆全部移入至空载的晶舟20内。此过程中，由于晶舟20在将晶圆处理装置10内经工艺处理后的晶圆传出后，可以在较短时间内将下一批的待处理晶圆传入至晶圆处理装置10内继续进行工艺处理，从而晶圆处理装置10闲置的时间很短，从而能够提高生产效率。同样，以晶圆处理装置10为炉管为例，上述相关技术中炉管的闲置时间至少为50min，而采用本申请的晶圆运送系统可以将炉管的闲置时间缩减至22min左右。
本实施例中的晶圆运送系统，包括：晶圆处理装置10、晶舟20、卸载装置40以及装载装置30。其中：晶圆处理装置10，用于对待处理晶圆进行工艺处理；晶舟20，用于承载晶圆；卸载装置40，用于移出晶舟20上经工艺处理后的晶圆；装载装置30，与卸载装置40在第一方向上并排设置，装载装置30用于在卸载装置40将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆移入至空载的晶舟20上。本申请意想不到的技术效果是：由于在将晶圆处理装置10内经工艺处理后的晶圆通过晶舟20传出至卸载装置40暂存后，可以在较短时间内将装载装置30内存储的下一批的待处理晶圆通过晶舟20传入至晶圆处理装置10内继续进行工艺处理，从而晶圆处理装置10闲置的时间很短，从而能够提高生产效率。
在一个实施例中，如图1所示，卸载装置40与装载装置30之间设置有缓冲区域50。
其中，缓冲区域50为卸载装置40与装载装置30之间预留的空余区域，缓冲区域50的大小可以根据晶舟20的大小以及具体的工艺机台而确定，本实施例在此不做限制。
可选的，卸载装置40可以具有多个承载部件，如图1所示，在晶圆处理装置10的工艺处理结束后，通过晶舟20将工艺处理后的晶圆移出至缓冲区域50，此时，卸载装置40可以沿第一方向移动至缓冲区域50内，并利用卸载装置40的承载部件将晶舟20上所承载的经工艺处理后的晶圆一次性进行移出，并且卸载装置40可以暂时存储经工艺处理后的晶圆，经工艺处理后的晶圆被卸载装置40一次性移出后，晶舟20处于空载状态。
可选的，装载装置30可以具有多个承载部件，如图1所示，在晶圆处理装置10对晶圆进行工艺处理过程中，装载装置30内就可以预先存储下一批的待处理晶圆。其后，在经工艺处理后的晶圆被卸载装置40一次性移出，使得晶舟20处于空载状态时，卸载装置40从缓冲区域50移走。此时，装载装置30可以沿第一方向移动至缓冲区域50内，并利用装载装置30的承载部件将装载装置30内预先存储的下一批待处理晶圆一次性移入至空载的晶舟20上，使得下一批待处理晶圆能够快速地通过晶舟20传入至晶圆处理装置10内进行工艺处理。
可选的，卸载装置40可以包括Unload Buffer；装载装置30可以包括LoadBuffer。
在一个实施例中，如图2所示，晶圆运送系统还包括驱动装置80，与晶舟20连接，用于驱动控制晶舟20在第一位置与第二位置之间往复运动。第一位置为晶圆处理装置10的舱室所在位置，第二位置为缓冲区域50所在位置。其中，缓冲区域50可以与晶舟20的尺寸相同，或者略大于晶舟20的尺寸，以便于容纳晶舟20。
在一个实施例中，请继续参阅图2，驱动装置80还用于驱动控制晶舟20沿第二方向在第一位置与第二位置之间往复运动，其中，第二方向与第一方向垂直设置。
其中，第一方向可以为图2中的水平方向，第二方向可以为图2中的竖直方向。此时，可以使缓冲区域50处于晶圆处理装置10的正下方，且可以将缓冲区域50与晶圆处理装置10之间的距离保持的尽量小，从而可以保证晶圆运送系统所占用的空间较小。
在一个实施例中，如图2所示，晶圆运送系统还包括抓取装置60，抓取装置60用于在晶圆处理装置10对待处理晶圆进行工艺处理的过程中，将卸载装置40中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒70。
其中，抓取装置60在半导体器件制备过程中起到晶圆运输的中介作用，晶圆传送盒70的外门打开后，抓取装置60再多次的将待处理晶圆传入装载装置30，或者，抓取装置60再多次将处理完毕的晶圆由卸载装置40传入晶圆传送盒70。
可选的，抓取装置60可以包括机械手臂。另外，需要说明的是，在实际的应用场景中，抓取装置60的形状以及所设置的位置等具体参数可以根据实际的工艺机台以及制备工艺需求所确定，只要能保证抓取装置60能够完成晶圆的转运工作即可，本实施例在此不做限制。
其中，晶圆传送盒70为半导体制程中保护、运送、并储存晶圆的一种容器，晶圆传送盒70可以包括前开式晶圆传送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)。其中，晶圆传送盒70的数量可以为至少一个。
在上述实施例的基础上，在一个实施例中，如图2所示，抓取装置60还用于在卸载装置40中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒70后，将下一批待处理晶圆移入至装载装置30。
可以理解的是，在装载装置30内的待处理晶圆进入晶圆处理装置10开始工艺处理后，此时缓冲区域50以及装载装置30均处于空置状态，且晶圆处理装置10的工艺处理时间通常较长。从而在晶圆处理装置10的工艺处理过程中有足够的时间可以利用抓取装置60将暂存于卸载装置40内的工艺处理后的晶圆传输至晶圆传送盒70内。等卸载装置40内的处理后的晶圆全部移走以后，再通过抓取装置60将下一批的待处理晶圆运至装载装置30内暂存，为下一批待处理晶圆进行工艺处理做准备。从而能够最大化地利用晶圆处理装置10的工艺处理过程中的空余时间，从而能够进一步地提高生产效率。
在一个实施例中，晶舟20、卸载装置40以及装载装置30的晶圆容量均大于或等于晶圆传送盒70的晶圆容量。
示例性的，晶舟20、卸载装置40及装载装置30的晶圆容量均可以为125片，而晶圆传送盒70的容量可以为25片。当然，晶舟20、卸载装置40及装载装置30的晶圆容量还可以为其他合适的数量，晶圆传送盒70的晶圆容量也可以为其他合适的数量，本实施例在此不做限制。
在一个实施例中，卸载装置40及装载装置30的晶圆容量均等于晶舟20的晶圆容量。
由于卸载装置40的晶圆容量等于晶舟20的晶圆容量，从而晶舟20内处理后的晶圆可以全部暂存于卸载装置40内，又由于装载装置30的晶圆容量等于晶舟20的晶圆容量，从而晶舟20可以始终保持满载待处理晶圆的状态，从而可以保证运入晶圆处理装置10内的待处理晶圆的数量始终是最大化的，从而能够进一步地提高生产效率。基于尽量减小机台所占用空间的考虑，卸载装置40及装载装置30的晶圆容量均可以等于晶舟20所能承载的晶圆数量。
在一个实施例中，卸载装置40移出晶圆的取片方向与装载装置30移入晶圆的置片方向相反。例如，如图1中，卸载装置40的取片方向可以向右，即卸载装置40向右移动即可一次性去除晶舟20内承载的所有晶圆；装载装置30的置片方向可以向左，即装载装置30向右移动即可一次性将空载的晶舟20装满。
在一个实施例中，晶圆处理装置10包括炉管。
其中，炉管是半导体工艺中广泛应用于氧化、扩散、薄膜生长、退火、合金等工艺的设备，可以分为卧式和立式两种，此处不展开详述。
在晶圆处理装置10为炉管时，可选的，晶舟20、卸载装置40及装载装置30的晶圆容量可以相等，并均大于晶圆传送盒70的容量。例如，晶舟20、卸载装置40及装载装置30的晶圆容量均可以为125片，而晶圆传送盒70的容量可以为25片。炉管对于125片晶圆的工艺处理时间通常为180min（或者，还可以为其他的处理时间，这里仅是进行示例说明），而在炉管工艺结束后，由打开炉管舱室到晶舟20下降，以将处理后的晶圆运至缓冲区域50的时间大约为15min。
其后，若按照相关技术中一片一片地将处理后的晶圆运至晶圆传送盒70，再由一个个的晶圆传送盒70将处理后的晶圆转走，则至少需要30min。最后，晶舟20载着125片待处理晶圆上升至炉管舱室，以将待处理晶圆再次运至炉管内大约需要5min。（即炉管的闲置时间至少有15min+30min+5min=50min）。
而利用本实施例的晶圆运送系统，由于晶舟20在将炉管内经工艺处理后的125片晶圆传出至卸载装置40暂存后，可以在较短时间内将装载装置30内存储的下一批的125片待处理晶圆传入至炉管内继续进行工艺处理，从而可以将晶圆运送时间缩短至2min左右（即炉管的闲置时间缩短为：15min+2min+5min=22min）。
另外，生产效率的高低可以用每小时晶圆数量（Wafer Per Hour，WPH）来衡量。例如，仍以上述晶圆处理装置10为炉管，传输晶圆片数为125片为示例，计算相关技术的WPH以及本申请的WPH，WPH=125/[（Process+BoatDown+Wafer Transfer+Boat Up）]，其中，Process代表制程时间，Boat Down代表晶舟下降时间（例如为15min），WaferTransfer代表晶圆运送时间，Boat Up代表晶舟上升时间（例如为5min）。若制程时间为180min，采用相关技术，其晶圆运送时间为30min，对应的WPH=125/[（180+15+30+5）/60]=32.6 片/小时，而采用本实施例的晶圆运送系统后，其晶圆运送时间可以减少为2min，对应的WPH=125/[（180+15+2+5）/60]=37.2 片/小时。也就是说，本实施例相较于相关技术而言，其生产效率可以提高（37.2-32.6）/32.6=14%左右。而若是制程时间为60min，则WPH可由68.2提高至91.5，其生产效率可以提高（91.5-68.2）/68.2=34.2%。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶圆运送系统，其特征在于，包括：
晶圆处理装置，用于对待处理晶圆进行工艺处理；
晶舟，用于承载晶圆；
卸载装置，用于移出所述晶舟上经工艺处理后的晶圆；
装载装置，与所述卸载装置在第一方向上并排设置，所述装载装置用于在所述卸载装置将工艺处理后的晶圆取出后，将待处理晶圆移入至空载的所述晶舟上。
2.根据权利要求1所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述卸载装置与所述装载装置之间设置有缓冲区域。
3.根据权利要求2所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述晶圆运送系统还包括：
驱动装置，与所述晶舟连接，用于驱动控制所述晶舟在第一位置与第二位置之间往复运动；所述第一位置为所述晶圆处理装置的舱室所在位置，所述第二位置为所述缓冲区域所在位置。
4.根据权利要求3所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述驱动装置还用于驱动控制所述晶舟沿第二方向在所述第一位置与所述第二位置之间往复运动，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直设置。
5.根据权利要求1所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述晶圆运送系统还包括：
抓取装置，用于在所述晶圆处理装置对所述待处理晶圆进行工艺处理的过程中，将所述卸载装置中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒。
6.根据权利要求5所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述抓取装置还用于在所述卸载装置中已存储的工艺处理后的晶圆移出至晶圆传送盒后，将下一批待处理晶圆移入至所述装载装置。
7.根据权利要求5所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述晶舟、所述卸载装置以及所述装载装置的晶圆容量均大于或等于所述晶圆传送盒的晶圆容量。
8.根据权利要求1所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述卸载装置及所述装载装置的晶圆容量均等于所述晶舟的晶圆容量。
9.根据权利要求1所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述卸载装置移出晶圆的取片方向与所述装载装置移入晶圆的置片方向相反。
10.根据权利要求1所述的晶圆运送系统，其特征在于，所述晶圆处理装置包括炉管。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5931627A (en) * 1996-12-25 1999-08-03 Sumitomo Eaton Nova Corporation Wafer transport apparatus that can transfer multiple wafers in a short period of time
KR20060022146A (ko) * 2004-09-06 2006-03-09 삼성전자주식회사 반도체 제조 설비에 이용되는 웨이퍼 로딩 로봇
CN1981366A (zh) * 2004-06-30 2007-06-13 东京毅力科创株式会社 立式热处理装置及其运用方法
KR100781816B1 (ko) * 2006-09-18 2007-12-03 위순임 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템
US20220005717A1 (en) * 2019-03-19 2022-01-06 Kokusai Electric Corporation Method of Manufacturing Semiconductor Device, Substrate Processing Apparatus and Non-transitory Computer-readable Recording Medium

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