CN213459676U - 晶圆运载装置 - Google Patents

Abstract

一种晶圆运载装置包含：容置腔体、气体喷头、排气出口。容置腔体用以进行晶圆搬运；气体喷头连接第一气体，气体喷头设置于所述容置腔体的上部；排气出口设置于所述容置腔体的下部；气体喷头能将第一气体从容器腔体的上部喷出进入容置腔体内从排气出口排出。据此，直接将极纯净干燥气体或氮气等第一气体吹向容置腔体中，而第一气体将排出容置腔体内的可能含有有害气体的环境气体，形成新的受控环境气体，该新的受控环境气体基本上接近于第一气体的成分，因此，避免了晶圆在搬运过程中所接触的该受控环境气体中存在对晶圆产生危害的气体成分。

Description

晶圆运载装置

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造设备领域，特别涉及一种晶圆承载搬运工具。

背景技术

半导体晶圆加工环节需要高性能、超洁净和久经考验的可靠性。与半导体设备真空传输平台外连接的前端模块（Equipment Front End Module，EFEM）用于装载前端开口式晶片传送盒（Front Opening Unified Pod，FOUP），并集成大气机器人、预对准机等。晶圆在EFEM的搬运过程处于大气环境，EFEM上端一般安装有高效颗粒过滤网（High efficiencyparticulate air Filter，HEPA），上端的进气风扇不断的鼓风进入过滤网，使洁净空气流入EFEM维持其内部一定的正压，避免外界空气污染。但是，过滤前的空气源也是直接来自机台周边环境空气。随着半导体加工技术的不断发展，目前到达了28nm以下的先进制程节点。先进制程的推进，带来工艺难度与制造成本增加的同时，良率问题也成为一大挑战，任何细小错误都将导致重新流片，控制影响制品良率的环境因素变得越来越重要，越早发现和控制消除就等同更小损失、更大利润空间。已知环境中总挥发性有机物（Total VolatileOrganic Compounds，TVOC）对制品良率有影响。现有技术中，在某一个制造厂区（Fabrication-Foundry，FAB）中，全厂环境点安装有27个监测点，24个设备内部检测点，全面管控环境中的TVOC。为了维持FAB环境中的较低的各种有害物质，在FAB的 4楼到3楼的楼层内安装有大量的过滤器，使用大功率风扇形成向下的洁净空气。在最上层设有空气净化扇（Smoke Purge Fan）将外部空气引入FAB的最上层空间中，在最上层和下一层之间空气通过全新风处理单元（Make-up Air Handling Unit）、全新风机组过滤器（Make-up Air UnitFilter，MAU Filter），形成了全新风供应源（Make-up Air Supply）。还设有，再循环空气处理单元（Recirculating Air Handling Unit）。在下一层和再下一层（前述4楼）之间通过风机净化过滤单元（Fan Filter Unit，FFU）的过滤器进一步过滤。在再下一层（前述4楼）与其下一层（前述3楼）之间装有风管式过滤器（Ducted Filters）。采用大量的洁净空气向下吹扫整个FAB，为了使得整个工厂处于洁净空气的环境中，在这些过滤器单元处集成安装化学过滤单元（Chemical Filter）。这样造成了巨大的浪费，因为本质上只需要保证制品接触的气体的洁净就可以避免制品良率的下降。但是，现有技术中却忽略了关键因素，晶圆制品接触的EFEM内的空气，没有考虑过滤TVOC、水汽等因素。如果为每一台设备加装相应的过滤器会造成巨大的成本消耗。而且，每台设备加装风扇和过滤器会增加设备的总体高度，增加爬高作业风险。

现有技术中，在用于电浆蚀刻及金属溅镀等具有真空反应室的设备上，用来晶圆进出真空腔体，通常配备FI（或LM）系统，在FI（或LM）系统中也存在一个隔尘腔室，厂区中的空气通过化学过滤单元（Chemical Filter）、风机净化过滤单元（Fan Filter Unit，FFU）、气载分子污染物过滤单元（airborne molecular contamination filter，AMC Filter），并且维持一正压，防止环境中的微尘进入。这个腔室一端连接传送室（Load Lock），传送室（Load Lock）在放入晶圆后，能够抽真空，再将传送室与反应腔体之间通道打开，晶圆运送至真空反应腔室中。在FI系统中，晶圆在隔尘腔室中接触到经其自带过滤单元净化后的厂区的空气，也存在上述前端模块中的相关技术缺陷。诸如，需要花费较大设备和财力保证整个厂区的空气洁净度要求，实际接触晶圆的空气并不能确保不含有害物质（如TVOC等）。

综上所述，现有技术中晶圆在前端模块或FI（或LM）系统的除尘腔体中接触空气，现有技术中该空气的质量由整个FAB的空气质量决定。而，环境中的有害物质如TVOC并不能全覆盖的监控（尽管已经设置多个监控点，共达51个），导致了实际与晶圆接触的空气受到厂区整个空气中具体某个点某个时刻状态下是否存在TVOC等有害气体的影响。而且，为了保证整个厂区的空气质量的要求，需要在厂区各个区域安装大量过滤器，需要支出高昂的过滤耗材费用，也需要消耗过滤器风扇的电能。而且，在巨大的浪费情况下，实际晶圆并没有能够接触到其期望的洁净空气或者减少其接触环境中的有害气体。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是：如何保证晶圆在转运过程中所接触的环境气体中TVOC等有害气体含量尽量降至最低；并且，在前述前提下，能够进一步节约生产厂区的为了不必要的空间中达到晶圆能够接触的环境气体质量要求而付出的高额的空气净化成本。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种晶圆运载装置，其目的在于提供一种在晶圆转运过程中的受控的环境气体，尽量减少环境气体中的有害气体的含量，而且能够减少整个工厂厂区的过滤器，避免每个设备都配备的过滤器。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种晶圆运载装置，包含：

容置腔体，所述容置腔体用以进行晶圆搬运；

气体喷头，所述气体喷头连接第一气体，所述气体喷头设置于所述容置腔体的上部；

排气出口，所述排气出口设置于所述容置腔体的下部；

所述气体喷头能将所述第一气体从容器腔体的上部喷出进入容置腔体内从所述排气出口排出。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述第一气体为极纯净干燥气体（ExtremeClean Dry Air, XCDA），厂区设有XCDA气体发生器，所述气体喷头通过供气管路连接至XCDA气体发生器，所述XCDA气体发生器包含压缩机、化学过滤器、纯化器，所述供气管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入所述容置腔体内。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述第一气体为氮气，厂区设有氮气存储罐，所述气体喷头通过供气管路连接至氮气存储罐，所述供气管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入所述容置腔体内。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述气体喷头具有至少二个喷口，所述喷口在所述容置腔体的上部的内侧壁均匀分布，以形成风淋莲蓬头。

优选地，所述晶圆运载装置，还包括：

晶圆装载埠，所述晶圆装载埠用以放置晶圆装载盒，所述晶圆装载盒用以容纳待搬运晶圆，所述晶圆装载埠上设有第二进气口和第二排气口，所述晶圆装载埠贴合设置于所述容置腔体外部；

所述晶圆装载盒设有第一开门机构和第一闸门，所述第一开门机构带动所述第一闸门启闭；

所述容置腔体设有第二开门机构和第二闸门，所述第二开门机构带动所述第二闸门启闭；

在所述晶圆装载盒放置于所述晶圆装载埠上时，所述第一闸门对准所述第二闸门设置，所述第二进气口将第二气体进入至晶圆装载盒中从第二排气口排出，所述第二气体通过第二管路连接厂区第二气体供应源，所述第二管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第二气体进入所述晶圆装载盒内，所述第二气体为极纯净干燥气体或氮气。

优选地，所述晶圆运载装置，还包括：

传送室，所述传送室能够抽真空，所述传送室的第一侧贴合设置于所述容置腔体外部，所述传送室设有第三开门机构和第三闸门，所述第三开门机构带动所述第三闸门启闭；所述容置腔体设有第四开门机构和第四闸门，所述第四开门机构带动所述第四闸门启闭；所述第三闸门对准所述第四闸门设置，所述传送室的第二侧贴合设置于真空反应腔室。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述容置腔体中设置有机械手，所述机械手用以搬运晶圆。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述容置腔体中设置有减容块，所述减容块为外部封闭内部空心结构，所述减容块材质为不锈钢。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述第一气体进入容置腔体的流量为100升每分钟~500升每分钟。

优选地，所述晶圆运载装置进一步为，所述排气出口设有负压吸排器，所述负压吸排器具有吸排气负压-2~-5kPa，负压吸排器由电控启动和关闭。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种晶圆运载装置，包含：容置腔体，所述容置腔体用以进行晶圆搬运；气体喷头，所述气体喷头连接第一气体，所述气体喷头设置于所述容置腔体的上部；排气出口，所述排气出口设置于所述容置腔体的下部；所述气体喷头能将所述第一气体从容器腔体的上部喷出进入容置腔体内从所述排气出口排出。与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果在于：直接将极纯净干燥气体或氮气等第一气体吹向容置腔体中，而第一气体将排出容置腔体内的可能含有有害气体的环境气体，形成新的受控环境气体，该新的受控环境气体基本上接近于第一气体的成分，因此，避免了晶圆在搬运过程中所接触的该受控环境气体中存在对晶圆产生危害的气体成分；第一气体由厂区集中供应，无需每个机台均准备相应的化学过滤器、再纯化器等设备以及设备耗材，降低了过滤器等使用成本；减少容置腔体上方的风口、风扇、过滤器等部件的设置，降低设备的高度，减少爬高风险；不必要将整个厂区中环境指标提升到很高的程度，因为，厂区中除了容置腔体中的环境为晶圆可能接触的气体环境，其他部分空气质量对晶圆没有太多影响，而且，避免了监控点与实际接触环境之间气体质量差异，将有害气体得到实质控制。

附图说明

图1为本实用新型的晶圆运载装置的第一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的晶圆运载装置的第二实施例的结构示意图。

附图标记说明：

1 容置腔体

2 气体喷头

3 排气出口

4 XCDA气体发生器

5 供气管路

6 地板

7 开关阀

8 氮气存储罐

9 供气管路

10 开关阀

11 喷口

12 晶圆装载埠

13 晶圆装载盒

14 第一闸门

15 第二闸门

16 第四闸门

17 机械手

18 减容块

19 负压吸排器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

参阅图1-2所示，本实用新型提供的晶圆运载装置，包含：容置腔体1，容置腔体1用以进行晶圆搬运。气体喷头2，气体喷头2连接第一气体，气体喷头2设置于容置腔体1的上部。排气出口3，排气出口3设置于容置腔体1的下部。气体喷头2能将第一气体从容器腔体1的上部喷出进入容置腔体1内从排气出口3排出。

参阅图1-2所示，第一气体为极纯净干燥气体（Extreme Clean Dry Air, XCDA），厂区设有XCDA气体发生器4，气体喷头2通过供气管路5连接至XCDA气体发生器4， XCDA气体发生器4包含压缩机、化学过滤器、纯化器，供气管路5上设有开关阀7、流量调节阀、压力调节阀，开关阀7为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入容置腔体1内。通常，XCDA气体发生器4设置在厂区的机台层（无尘室，clean room）的地板6以下的次洁净室（subfab）。

参阅图1所示，第一气体为氮气，厂区设有氮气存储罐8，气体喷头2通过供气管路9连接至氮气存储罐8，供气管路9上设有开关阀10、流量调节阀、压力调节阀，开关阀10为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入容置腔体1内。

参阅图1和图2所示，气体喷头2具有至少二个喷口11，喷口11在容置腔体1的上部的内侧壁均匀分布，以形成风淋莲蓬头。

参阅图1-2所示，本实用新型提供的晶圆运载装置，还包括：晶圆装载埠12，晶圆装载埠12用以放置晶圆装载盒13，晶圆装载盒13用以容纳待搬运晶圆，晶圆装载埠12上设有第二进气口和第二排气口，晶圆装载埠12贴合设置于容置腔体1外部。晶圆装载盒13设有第一开门机构和第一闸门14，第一开门机构带动所述第一闸门14启闭。容置腔体1设有第二开门机构和第二闸门15，第二开门机构带动第二闸门15启闭。在晶圆装载盒放置于所述晶圆装载埠上时，第一闸门14对准第二闸门15设置，第二进气口将第二气体进入至晶圆装载盒中从第二排气口排出，第二气体通过第二管路连接厂区第二气体供应源，第二管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第二气体进入所述晶圆装载盒内，第二气体为极纯净干燥气体或氮气。

参阅图1-2所示，本实用新型提供的晶圆运载装置，还包括：传送室，传送室能够抽真空，传送室的第一侧贴合设置于容置腔体外部，传送室设有第三开门机构和第三闸门，第三开门机构带动第三闸门启闭；容置腔体1设有第四开门机构和第四闸门16，所述第四开门机构带动所述第四闸门16启闭；第三闸门对准第四闸门16设置，传送室的第二侧贴合设置于真空反应腔室。

参阅图1所示，容置腔体1中设置有机械手17，机械手17用以搬运晶圆。

参阅图1所示，容置腔体1中设置有减容块18，减容块18为外部封闭内部空心结构，减容块18材质为不锈钢。

参阅图1-2所示，第一气体进入容置腔体的流量为100升每分钟~500升每分钟。

参阅图2所示，排气出口3设有负压吸排器19，负压吸排器19具有吸排气负压-2~-5kPa，负压吸排器由电控启动和关闭。

以上所述即本实用新型提供的晶圆运载装置主要结构的组成部件和连接方式。

为了进一步理解本实用新型提供的晶圆运载装置，现将其主要的使用方式进行详细描述。

第一，晶圆装载盒13（如前端开口式晶片传送盒FOUP）装载到晶圆装载埠12（LoadPort，简称LP）上，控制第二管路上开关阀的电磁线圈得/失电，接通为第二气体（如XCDA）的第二管路，约2分钟，进行净化，对晶圆装载盒13内尾气气体吹扫。

第二，在第一步的同时，控制供气管路5上设有开关阀7的电磁线圈得/失电，接通供气管路5约2分钟，对容置腔体1（如FI/LM或者EFEM）进行XCDA净化，对容置腔体1内部吹扫降低水汽、微尘等。

第三，晶圆装载埠12和容置腔体1（如FI/LM或者EFEM）继续进行XCDA低流量吹扫。

第四，晶圆装载盒13的第一闸门14打开，容置腔体1的第二闸门15打开，通过机械手17（Robot）开始搬送晶圆（wafer）。传送室（Load Lock）的第三闸门打开，容置腔体1的第四闸门16打开，晶圆被搬运到传送室中。传送室（Load Lock）所有的闸门（包含第三闸门）关闭，抽真空。传送室和真空腔体之间的通道打开，晶圆被搬送到真空腔体中。

第五，容置腔体1（如FI/LM或者EFEM）停止XCDA吹扫。

以上全过程排气出口3都开启，排气压力-2到-5Kpa。吹扫流量高500LPM（升每分），低100LPM。比如，低流量吹扫就采用100升每分。在腔室内设置减容块18，在不干涉排气畅通、不干涉机械手搬运工作的情况下为了进一步减少气体用量。风淋莲蓬头的设置是尽量保证气体形成一个均匀的完整的面吹扫，尽量布满容置腔体1的整个截面。

极纯净干燥气体（Extreme Clean Dry Air, XCDA）对排出挥发性有机物（TVOC）效果较佳。氮气也可以用来排出挥发性有机物。

容置腔体1还设有电气单元，电气单元包括机器手控制器、各个阀的控制器等电气元件。

据此，本实用新型能够达到的技术效果在于：第一，保证了晶圆在容置腔体1中接触的环境气体为第一气体，而第一气体源头供应能够保证其不含有害气体；第二，XCDA等气体集中供应，取消分布式布置过滤器（如FFU）和鼓风扇，节约成本；第三，XCDA只有在晶圆搬运作业时才使用，而不需如现有技术中全厂全天候全区域环境监测的过滤系统所有时段均处于工作状态，节约成本；第三，由于取消分布式过滤器和鼓风扇，降低了容置腔体1（如前端模块EFEM）的高度约30cm~50cm，减少爬高作业风险；第四，取消了超高集成电路制造厂区的整个制造空间的控制质量的监测和控制，取消不必要的过滤器，减少运维成本。

上述具体实施例和附图说明仅为例示性说明本实用新型的技术方案及其技术效果，而非用于限制本实用新型。任何熟于此项技术的本领域技术人员均可在不违背本实用新型的技术原理及精神的情况下，在权利要求保护的范围内对上述实施例进行修改或变化，均属于本实用新型的权利保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆运载装置，其特征在于，包含：

容置腔体，所述容置腔体用以进行晶圆搬运；

气体喷头，所述气体喷头连接第一气体，所述气体喷头设置于所述容置腔体的上部；

排气出口，所述排气出口设置于所述容置腔体的下部；

所述气体喷头能将所述第一气体从容器腔体的上部喷出进入容置腔体内从所述排气出口排出。

2.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述第一气体为极纯净干燥气体（Extreme Clean Dry Air, XCDA），厂区设有XCDA气体发生器，所述气体喷头通过供气管路连接至XCDA气体发生器，所述XCDA气体发生器包含压缩机、化学过滤器、纯化器，所述供气管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入所述容置腔体内。

3.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述第一气体为氮气，厂区设有氮气存储罐，所述气体喷头通过供气管路连接至氮气存储罐，所述供气管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第一气体进入所述容置腔体内。

4.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述气体喷头具有至少二个喷口，所述喷口在所述容置腔体的上部的内侧壁均匀分布，以形成风淋莲蓬头。

5.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，还包括：

晶圆装载埠，所述晶圆装载埠用以放置晶圆装载盒，所述晶圆装载盒用以容纳待搬运晶圆，所述晶圆装载埠上设有第二进气口和第二排气口，所述晶圆装载埠贴合设置于所述容置腔体外部；

所述晶圆装载盒设有第一开门机构和第一闸门，所述第一开门机构带动所述第一闸门启闭；

所述容置腔体设有第二开门机构和第二闸门，所述第二开门机构带动所述第二闸门启闭；

在所述晶圆装载盒放置于所述晶圆装载埠上时，所述第一闸门对准所述第二闸门设置，所述第二进气口将第二气体进入至晶圆装载盒中从第二排气口排出，所述第二气体通过第二管路连接厂区第二气体供应源，所述第二管路上设有开关阀、流量调节阀、压力调节阀，所述开关阀为电磁阀通过电磁线圈接通或断开的使得第二气体进入所述晶圆装载盒内，所述第二气体为极纯净干燥气体或氮气。

6.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，还包括：

传送室，所述传送室能够抽真空，所述传送室的第一侧贴合设置于所述容置腔体外部，所述传送室设有第三开门机构和第三闸门，所述第三开门机构带动所述第三闸门启闭；所述容置腔体设有第四开门机构和第四闸门，所述第四开门机构带动所述第四闸门启闭；所述第三闸门对准所述第四闸门设置，所述传送室的第二侧贴合设置于真空反应腔室。

7.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述容置腔体中设置有机械手，所述机械手用以搬运晶圆。

8.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述容置腔体中设置有减容块，所述减容块为外部封闭内部空心结构，所述减容块材质为不锈钢。

9.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述第一气体进入容置腔体的流量为100升每分钟~500升每分钟。

10.根据权利要求1所述的晶圆运载装置，其特征在于，所述排气出口设有负压吸排器，所述负压吸排器具有吸排气负压-2~-5kPa，负压吸排器由电控启动和关闭。

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