TW202021013A - 半導體裝置製造系統 - Google Patents

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劉晏宏
陳哲夫
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Abstract

本揭露提供一種半導體裝置製造系統。半導體裝置製造系統包括一處理模組以及一轉移模組。處理模組包括一處理腔室以及一閘閥。處理腔室配置以處理一半導體晶圓，而閘閥配置以提供至處理腔室的一通道。轉移模組包括一轉移腔室以及一襯墊。轉移腔室耦接至處理腔室，而襯墊耦接至轉移腔室之一內表面。襯墊係配置以在轉移模組之一轉移腔室壓力調整操作之前或期間減少轉移腔室之體積。

Description

半導體裝置製造系統
本揭露係有關於一種製造系統，特別係有關於一種半導體裝置製造系統。
隨著半導體科技的進步，對於更高的儲存容量、更快的處理系統、更高的性能以及更低的成本的需求不斷增加。為了滿足這些需求，半導體產業持續微縮化（scale down）半導體裝置之尺寸。這樣的微縮化已然增加了半導體裝置製造系統之複雜度以及增加這些系統之生產量的需求。
本揭露一些實施例提供一種半導體裝置製造系統，包括一處理模組以及一轉移模組。處理模組包括一處理腔室以及一閘閥。處理腔室配置以處理一半導體晶圓，而閘閥配置以提供至處理腔室的一通道。轉移模組包括一轉移腔室以及一襯墊。轉移腔室耦接至處理腔室，而襯墊耦接至轉移腔室之一內表面。襯墊係配置以在轉移模組之一轉移腔室壓力調整操作之前或期間減少轉移腔室之一體積。
本揭露一些實施例提供一種半導體裝置製造系統，包括一處理模組以及一轉移模組。處理模組包括一處理腔室，處理腔室係配置以處理一半導體晶圓。轉移模組包括一轉移腔室以及一充氣襯墊。轉移腔室耦接至處理腔室，而充氣襯墊耦接至轉移腔室之一內側表面。
本揭露一些實施例提供一種操作一半導體裝置製造系統之方法，包括轉移一半導體晶圓至一轉移模組之一轉移腔室內，對耦接至轉移腔室之一內表面的一襯墊充氣，將轉移腔室抽氣至一真空壓力水平，且從轉移腔室轉移半導體晶圓至一處理模組之一處理腔室。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本揭露之不同特徵。以下敘述各個構件以及排列方式之特定範例，以簡化本揭露。當然，範例僅供說明用且意欲不限於此。例如，若說明書敘述了第一特徵形成於第二特徵之上，即表示可包括上述第一特徵與上述第二特徵係直接接觸的實施例，亦可包括有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可未直接接觸的實施例。除此之外，在各種範例中，本揭露可能使用重複的參考符號及/或字母。這樣的重複係為了簡化以及清楚之目的，並不表示所討論的各種實施例及/或配置之間的關聯。
除此之外，空間相關用詞，例如：「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 等等的用詞，係為了便於描述圖式中一個元件或特徵與另一個（些）元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包括使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可被轉向不同方位（旋轉90度或其他方位），則在此使用的空間相關詞亦可依此相同解釋。
本文所使用的用語「標稱（nominal）」指稱在產品或製程之設計階段期間，對元件或製程操作特徵值或參數所設定之期望值或目標值，以及期望值以上及/或以下的值域（range of values）。值域通常係由於製造製程的微小變異或公差。
本文所使用的用語「實質上（substantially）」指出給定量之值的變化，例如：值之±5%。
本文所使用的用語「約（about）」指出給定量之值的變化，其可基於與標的半導體裝置相關的特定科技節點（particular technology node）而變化。基於特定科技節點，用語「約」可指出給定量之值的變化，例如，在值之5%至30%內（例如：±5%，±10%，±20%，或±30%的值）變化。
在半導體裝置之製造期間，在半導體裝置製造系統之不同的處理模組之處理腔室中，半導體基板（例如：半導體晶圓）經歷不同的裝置製造製程（例如：濕蝕刻、乾蝕刻、灰化、剝離（stripping）、鍍金屬（metal plating）、磊晶（epitaxy）及/或化學機械研磨）。不同的處理模組可圍繞中央自動化處理單元成群安排。這樣的處理模組聚群（cluster）通常稱為聚群工具。中央自動化處理單元可包括轉移模組，轉移模組可被配置以在不同處理腔室之間及/或處理腔室與晶圓儲存裝置之間轉移晶圓。晶圓通常透過轉移模組（有時被稱為負載鎖定（load lock）模組）運送，而在不同製程之間的時間間隔期間，晶圓暫時批次地（in batches）儲存在晶圓儲存裝置。
處理腔室可被配置以提供真空環境以執行晶圓上的不同製程。為了在處理腔室中執行製程，晶圓從其他處理腔室及/或晶圓儲存裝置被轉移至處理腔室。在接收晶圓之前，處理腔室通常抽氣至期望的真空壓力。因為需要長的抽氣時間（例如數小時或數天）以達成在處理腔室中期望的真空壓力，且當通氣時，處理腔室可能暴露於大氣中的汙染物，通常會避免處理腔室通氣至大氣壓力，以減少晶圓處理時間，並因此增加經處理的晶圓之生產量。
半導體晶圓可在真空環境下透過一個或多個轉移模組轉移至處理腔室，而非將處理腔室通氣至大氣壓力以接收半導體晶圓。轉移模組可被配置在真空下從處理腔室來回轉移以及接收晶圓，以減少晶圓處理時間並減少處理腔室中的汙染。
轉移模組之轉移腔室可在腔室之間以閘閥（gate valves）耦接至一個或多個處理腔室。轉移模組可具有自己的抽氣（pumping）以及通氣系統。轉移模組可包括可承載數個單獨晶圓的晶圓承載座以及機械轉移機構（例如：機器人手臂），以從處理腔室來回移動晶圓。晶圓可在大氣壓力下從儲存裝置被裝載至轉移腔室。然後，轉移腔室可被抽氣至真空壓力，此真空壓力類似於晶圓將被轉移到的處理腔室中的真空壓力。然後，可開啟轉移腔室與處理腔室之間的閘閥，且可機械地轉移（例如，使用轉移模組之機器人手臂）一個或多個晶圓至處理腔室。在晶圓經處理之後，為了將晶圓放回晶圓儲存裝置並移動至下一個處理模組，可在真空下將晶圓轉移回轉移腔室。因此，在無需將處理腔室通氣至大氣壓力的情形下，轉移模組允許晶圓從處理腔室來回轉移。
隨著半導體裝置製造製程之複雜度增加，在處理腔室中進行的製造步驟之數量亦增加。如此一來，進入轉移模組之頻率亦增加，其中轉移模組之每一次使用涉及轉移模組之抽氣以及通氣的複數個循環。即使轉移模組之抽氣以及通氣的循環之持續時間相較於處理腔室之抽氣以及通氣的循環較短，在這些循環期間消耗的時間減少了經處理的晶圓之整體生產量，並因此減少了經製造的半導體裝置之生產量。
本揭露提供用於提高半導體裝置製造系統之生產量的範例系統以及方法。在一些實施例中，半導體裝置製造系統之轉移模組之轉移腔室係配置以動態地調整轉移腔室之內部體積，以達成轉移腔室之更快的抽氣以及通氣。在一些實施例中，轉移腔室可包括沿著轉移腔室的內壁安裝的襯墊（liners）。在轉移模組之抽氣及/或通氣操作期間，襯墊可被配置而以一氣相介質充氣。可充氣的（inflatable）襯墊之體積之擴增有助於減少轉移腔室之內部體積。因此，相較沒有襯墊的轉移腔室，轉移腔室之體積減少而可被更快的抽氣以及通氣，以分別地達成期望的真空壓力以及大氣壓力。在一些實施例中，對具有襯墊的轉移腔室抽氣所需的時間減少了約5%至約10%。在一些實施例中，對具有襯墊的轉移腔室通氣所需的時間減少了約5%至約10%。在一些實施例中，在晶圓轉移操作期間，襯墊可被配置以保護轉移模組之機器人手臂，而不會在與轉移腔室之內部碰撞之情形下造成結構損壞。
第1A圖係根據一些實施例的一半導體裝置製造系統100之平面圖。半導體裝置製造系統100可包括一處理模組101A、一處理模組101B、一轉移模組103A、一轉移模組103B、一轉移管（transfer tube）105、複數個裝載端口107以及一控制系統124。
轉移管105可被配置以提供一中央轉移導管，以在裝載端口107與轉移模組103A以及轉移模組103B之間轉移晶圓。在一些實施例中，轉移管105可包括一機器人手臂113以及一晶圓定向平台115。機器人手臂113可被配置以在裝載端口107、晶圓定向平台115、轉移模組103A以及轉移模組103B之間轉移晶圓。在一些實施例中，轉移管105可被配置以在大氣壓力下或在真空環境下。
裝載端口107之每一者可容納一晶圓儲存裝置108（有時稱為前開式晶圓傳送盒（front opening unified pod, FOUP））。晶圓儲存裝置108可被配置以在處理模組101A以及處理模組101B的不同製程之間的間隔期間，在被控制的環境下暫時儲存一批次之晶圓。晶圓儲存裝置108之每一者可包括一清潔系統（未圖示）以減少來自環境的濕度以及汙染。清潔系統可包括一個或多個進氣管（未圖示），進氣管被配置以將清潔氣體供應至晶圓儲存裝置108內。清潔系統可亦包括一個或多個出口（未圖示），出口被配置以從晶圓儲存裝置108中抽取清潔氣體。
晶圓儲存裝置108中的一個或多個批次之晶圓可在被轉移至轉移模組103A及/或轉移模組103B以及隨後被轉移至相應的處理模組101A及/或處理模組101B之前，藉由機器人手臂113轉移至晶圓定向平台115。晶圓定向平台115可被配置以調整每個晶圓之定向，使晶圓之定向係朝向有利於將在晶圓上執行之半導體製造製程的方向，其中半導體製造製程（例如：磊晶）之結果取決於晶圓結晶度。機器人手臂113可被進一步配置以將經定向的晶圓轉移至轉移模組103A及/或轉移模組103B。在一些實施例中，機器人手臂113可被配置以將晶圓從晶圓儲存裝置108轉移至轉移模組103A及/或轉移模組103B。
處理模組101A、101B可分別地包括處理腔室102A、102B以及閘閥117A、117B。儘管在此圖示兩個處理模組101A、101B，但是系統100可具有類似於處理模組101A、101B的少於兩個或多於兩個的處理模組。處理腔室102A以及處理腔室102B之每一者可被配置以提供高真空環境，以在半導體晶圓（未圖示）上進行複數個半導體製造製程，其需要真空環境（例如：低於10-4 托的真空壓力）的保持，例如，在操作期間，處理腔室102A、102B中的反應氣體、電漿及/或電子之期望平均自由徑（desired mean-free-path）。
在一些實施例中，複數個半導體製造製程可包括例如沉積製程，例如，分子束磊晶（molecular beam epitaxy, MBE）、化學氣相沉積（chemical vaper deposition, CVD）、電漿輔助化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vaper deposition, PECVD）、低壓化學氣相沉積（low-pressure chemical vaper deposition, LPCVD）、電化學沉積（electrochemical deposition, ECD）、物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD）、原子層沉積（atomic layer deposition, ALD）、金屬有機化學氣相沉積（metal organic chemical vapor deposition, MOCVD）、濺射（sputtering）、熱蒸發、電子束蒸發或其他沉積製程；例如蝕刻製程，例如，乾蝕刻、反應離子蝕刻（reactive ion etching, RIE）、感應耦合電漿蝕刻（inductively coupled plasma etching, ICP）或離子銑削（ion milling）；例如熱製程，例如，快速熱退火（rapid thermal annealing, RTA）；例如顯微鏡檢查，例如，掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscopy, SEM）以及穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscopy, TEM）或前述製程的任何組合。
處理腔室102A以及處理腔室102B之每一者可包括複數個端口，用於安裝輔助製造裝置或用於耦接至其它真空腔室。處理腔室102A、102B之端口可在操作期間用配備有刀口（knife edge）或O形環的真空凸緣（flanges）密封，以確保處理腔室之真空壓力水平之維持。
轉移模組103A、103B可分別地包括轉移腔室112A、112B、機器人手臂111A、111B、晶圓站114A、114B以及閘閥119A、119B。轉移腔室112A、112B可被配置以分別地包圍機器人手臂111A、111B以及晶圓站114A、114B。轉移模組103A以及轉移模組103B之每一者可耦接至相應的處理模組101A以及處理模組101B，且在轉移模組103A、103B與處理模組101A、101B之間具有相應的閘閥117A、117B。閘閥117A、117B可被配置以在處理腔室102A、102B中的晶圓製程期間，將處理腔室102A、102B分別地與轉移腔室112A、112B隔離。在晶圓在處理腔室102A、102B與轉移腔室112A、112B之間轉移的期間，閘閥117A、117B可被進一步配置以分別地在處理腔室102A、102B與轉移腔室112A、112B之間提供通道。當閘閥117A、117B被配置以在處理腔室102A、102B與轉移腔室112A、112B之間提供通道時，轉移腔室112A、112B可被配置以在類似於在處理腔室102A、102B中的真空壓力的真空壓力下，因此，處理腔室102A、102B可避免通氣以節省時間。在一些實施例中，閘閥117A、117B可被配置以響應於控制訊號（未圖示）而分別地在處理腔室102A、102B與轉移腔室112A、112B之間提供通道，此控制訊號指出轉移腔室112A、112B係在類似於在處理腔室102A、102B中的真空壓力的真空壓力下，且閘閥119A、119B係關閉的。
即使在此圖示一個轉移模組（例如：轉移模組103A、103B）耦接至個別的處理模組101A、101B，不過系統100可具有共同轉移模組，其在處理模組101A、101B之間共享或在類似於處理模組101A、101B的N個數量（N可為任意正整數）之處理模組之間共享。共同轉移模組可類似於轉移模組103A、103B，但是以類似於閘閥117A、117B的N個數量之閘閥分別地在共同轉移模組與N個數量之處理模組之間提供通道。
在一些實施例中，機器人手臂111A、111B可被配置以分別地在晶圓站114A、114B與處理腔室102A、102B之間轉移一個或多個晶圓（未圖示）。在轉移期間，晶圓站114A、114B可作為晶圓的暫時儲存站，此轉移係分別在處理腔室102A、102B與轉移腔室112A、112B之間進行，在轉移腔室112A、112B與轉移管105之間進行，及/或在轉移腔室112A、112B與裝載端口107中的晶圓儲存裝置108之間進行。晶圓站114A、114B可被配置以分別地保持等待被轉移至處理腔室102A、處理腔室102B、轉移腔室112A、轉移腔室112B、轉移管105及/或晶圓儲存裝置108的一個或多個晶圓。
轉移模組103A以及轉移模組103B之每一者可以耦接至轉移管105，且在轉移模組103A以及轉移模組103B之每一者與轉移管105之間具有相應的閘閥119A、119B。因為轉移管105通常在大氣壓力下，閘閥119A、119B可被配置以在晶圓在處理腔室102A、102B與轉移腔室之間被轉移的期間，分別地隔離轉移腔室112A、112B與轉移管105。閘閥119A、119B可被進一步配置以在晶圓在轉移腔室112A、112B與轉移管105之間被轉移的期間，分別地在轉移腔室112A、112B與轉移管105之間提供通道。當閘閥119A、119B係配置以分別地在轉移腔室112A、112B與轉移管105之間提供通道時，轉移腔室112A、112B可被配置以在大氣壓力下。
轉移模組103A、103B可被配置以在相應的轉移腔室112A、112B內提供類似於在轉移管105或相應的處理腔室102A、102B（基於晶圓預計被轉移到哪裡）的壓力水平。在將晶圓從轉移管105轉移至轉移腔室112A及/或轉移腔室112B之前，轉移模組103A及/或轉移模組103B可被配置以惰性氣體及/或淨化氣體（例如：氮氣或氬氣）使相應的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B通氣，以達成如輸送管105中的壓力水平。響應於在轉移腔室112A及/或轉移腔室112B以及轉移管105中的壓力水平實質上彼此相等，相應的閘閥119A及/或閘閥119B可被配置以開啟而允許機器人手臂113將晶圓轉移至相應的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B內。
轉移模組103A及/或轉移模組103B可被進一步配置以一個或多個真空泵或其他合適的裝置（未圖示）分別地對相應的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B抽氣，以達成類似於處理腔室102A及/或處理腔室102B中之真空壓力。響應於在處理腔室102A及/或處理腔室102B中以及轉移腔室112A及/或轉移腔室112B中的真空壓力分別地實質上彼此相等，閘閥117A及/或閘閥117B可被配置以開啟，以允許機器人手臂111A及/或機器人手臂111B將晶圓分別地轉移至處理腔室102A及/或處理腔室102B內。
轉移模組103A及/或轉移模組103B亦可被配置以惰性氣體及/或淨化氣體（例如：氮氣或氬氣）將相應的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B通氣，以達成實質上相等於輸送管105中的壓力水平（例如：大氣壓力）。響應於在轉移腔室112A及/或轉移腔室112B中以及轉移管105中的壓力水平實質上彼此相等，相應的閘閥119A及/或閘閥119B可被開啟，以允許晶圓被轉移至轉移管105，且隨後地被轉移至裝載端口107中的一個或多個晶圓儲存裝置108。
在一些實施例中，轉移模組103A、103B更可分別地包括襯墊121A、121B、氣體供應系統109A、109B、氣體抽取系統110A、110B、進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B。襯墊121A、121B可被分別地放置在轉移腔室112A、112B之一個或多個內表面上。在一些實施例中，襯墊121A、121B可被分別地放置在轉移腔室112A、112B之一個或多個內側表面，內上表面（未圖示）及/或內底表面（未圖示）上，它們分別地不被晶圓站114A、114B、機器人手臂111A、111B、閘閥117A、117B、閘閥119A、119B及/或其它元件或轉移模組103A、103B之開口（未圖示）阻隔。襯墊121A、121B可被分別地放置在具有閘閥117A、117B、閘閥119A、119B、進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B的轉移腔室112A、112B之側表面上，使得襯墊121A、121B不會阻隔這些閘閥以及端口。在一些實施例中，在晶圓轉移期間，襯墊121A、121B可被分別地放置在具有閘閥117A、117B以及閘閥119A、119B且不會阻隔機器人手臂111A、111B、113之移動的轉移腔室112A、112B之側表面上。在一些實施例中，在轉移模組103A、103B之抽氣以及通氣期間，襯墊121A、121B可被分別地放置在具有進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B且不會阻隔氣體之供應以及抽取的轉移腔室112A、112B之側表面上。
在一些實施例中，襯墊121A、121B可分別地以黏著劑（例如：膠帶、膠水、例如矽樹脂（silicones）、環氧樹脂或樹脂的聚合物組成）、機械零件（例如：螺釘或夾具）、其他合適的耦接元件或前述黏著方式的組合耦接至轉移腔室112A、112B之一個或多個內側面、內上表面（未圖示）及/或內底表面（未圖示）。襯墊121A、121B之材料可包括尼龍、橡膠、塑膠、合成、其它合適的彈性材料或前述材料的組合。
襯墊121A、121B可被配置以在相應的轉移模組103A、103B之抽氣及/或通氣操作期間，減少相應的轉移腔室112A、112B之體積。在一些實施例中，襯墊121A、121B可被配置以在相應的轉移模組103A、103B之抽氣及/或通氣操作期間，以空氣或其它合適的氣體（例如：氮氣、氬氣或惰性氣體）被充氣，以減少相應的轉移腔室112A、112B之體積。在一些實施例中，襯墊121A、121B可被配置以在相應的轉移模組103A、103B之通氣操作期間或之後被放氣（deflated）。在轉移腔室112A、112B的抽氣及/或通氣期間，減少轉移腔室112A、112B之體積有助於減少對轉移腔室112A、112B抽氣及/或通氣所需的時間。抽氣及/或通氣時間的這種減少有助於分別地減少晶圓在轉移腔室112A、112B與處理腔室102A、102B之間及/或在轉移腔室112A、112B與轉移管105之間的轉移時間。
在一些實施例中，相較於不具有類似於襯墊121A、121B的襯墊的轉移腔室，轉移腔室112A以及轉移腔室112B之每一者之體積可減少約5%至約10%。在一些實施例中，相較於不具有類似於襯墊121A、121B的襯墊的轉移腔室，對轉移腔室112A、112B抽氣的時間可減少約5%至約10%。在一些實施例中，相較於不具有類似於襯墊121A、121B的襯墊的轉移腔室，將轉移腔室112A、112B通氣的時間可減少約5%至約10%。在一些實施例中，相較於不具有類似於襯墊121A、121B的襯墊的轉移腔室，在轉移腔室112A、112B與處理腔室102A、102B之間轉移晶圓的時間分別地可減少約5%至約10%。
襯墊121A、121B之充氣以及放氣可分別地藉由氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B而透過進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B來執行。進氣端口120A、120B及/或出氣端口122A、122B可為貫穿相應的轉移腔室112A、112B之側壁的開口。在一些實施例中，氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B可分別地為組合系統，而非如第1A圖所示的分開的系統。在一些實施例中，轉移模組103A以及轉移模組103B之每一者可具有共同氣體系統（未圖示），而不是氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B，透過共同進氣端口/出氣端口（未圖示）對相應的襯墊121A、121B供應氣體以及從相應的襯墊121A、121B抽取氣體，而不是分別地透過進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B。在一些實施例中，襯墊121A以及襯墊121B之每一者可為如第1A圖所示的單一連續襯墊或可包括兩個或多個襯墊段部（segments）（未圖示）。每一個襯墊段部可具有用於充氣以及放氣操作 （類似於襯墊121A、121B）的專有的進氣端口、出氣端口、氣體供應系統以及氣體抽取系統。本文對襯墊121A及/或襯墊121B之討論適用於襯墊段部。
襯墊121A、121B可分別地透過進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B耦接至氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B。由氣體供應系統109A、109B分別地連至進氣端口120A、120B的黑色虛線繪示氣體供應管線，而由出氣端口122A、122B分別地連至氣體抽取系統110A、110B的黑色虛線繪示氣體抽取管線。在一些實施例中，氣體供應管線及/或氣體抽取管線可使用可被配置以在相應的轉移腔室112A、112B保持真空密封的機械聯結器（coupling）（如第1B圖所繪示的）分別地透過進氣端口120A、120B及/或出氣端口122、122B耦接至襯墊121A、121B。
第1B圖繪示轉移模組103A之一部分120C之放大圖，其中襯墊121A透過進氣端口120A耦接至氣體供應系統109A之一氣體供應管線109C。襯墊121A可使用一機械聯結器而耦接至氣體供應管線109C，且機械聯結器包括一對凸緣141、一界面配件143、複數個O形環145以及螺釘147。在一些實施例中，機械聯結器之一對凸緣141中之一個凸緣、至少一個O形環145以及至少一個螺釘147可位於襯墊121A內。在一些實施例中，界面配件143可被定位在進氣端口120A內，且界面配件143之一第一部分延伸至襯墊121A內，而界面配件143之一第二部分延伸出轉移模組103A外。當轉移腔室112A在真空下操作時，機械聯結器可用保持真空密封的方式將襯墊121A耦接至氣體供應管線109C。
請再次參考第1A圖，在一些實施例中，襯墊121A及/或襯墊121B可在晶圓在轉移管105以及相應的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B之間被轉移的期間處於被放氣的狀態。在一些實施例中，襯墊121A及/或襯墊121B可在晶圓分別地從轉移管105被轉移至轉移腔室112A及/或轉移腔室112B的期間，透過進氣端口120A及/或進氣端口120B而藉由氣體供應系統109A及/或氣體供應系統109B供應的空氣或惰性氣體而被充氣。在將晶圓轉移至相應的處理腔室102A及/或處理腔室102B之前，可執行充氣，以準備用於抽氣操作的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B。使用相應的經充氣的襯墊121A及/或襯墊121B減少轉移腔室112A及/或轉移腔室112B之體積，可加速後續抽氣操作。在一些實施例中，在從轉移管105接收晶圓之後以及在將轉移腔室112A及/或轉移腔室112B抽氣至真空壓力的期間，襯墊121A及/或襯墊121B可透過進氣端口120A及/或進氣端口120B藉由氣體供應系統109A及/或氣體供應系統109B供應的空氣或惰性氣體而被充氣。
在一些實施例中，如果轉移腔室112A及/或轉移腔室112B維持在真空下，直到晶圓分別地在處理腔室102A及/或處理腔室102B中被處理之後，而被轉移回轉移腔室112A及/或轉移腔室112B，則襯墊121A及/或襯墊121B可維持在被充氣的狀態。將晶圓轉移回至轉移腔室112A及/或轉移腔室112B之後，轉移腔室112A及/或轉移腔室112B可被通氣，以準備在大氣壓力下用於將晶圓轉移回轉移管105的轉移腔室112A及/或轉移腔室112B。在通氣操作期間，可分別地使用氣體抽取系統110A及/或氣體抽取系統110B透過出氣端口122A及/或出氣端口122B從襯墊121A及/或襯墊121B抽取氣體，而使襯墊121A及/或襯墊121B被放氣。在一些實施例中，在通氣操作期間以及在晶圓從轉移腔室112A及/或轉移腔室112B轉移的期間，襯墊121A及/或襯墊121B可維持被充氣，以防止機器人手臂111A及/或機器人手臂111B在分別地與轉移腔室112A及/或轉移腔室112B之內部碰撞之情形下造成結構損壞。
控制系統124可耦接至氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B。在一些實施例中，控制系統124可被配置以控制氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B之操作，且因此分別地控制襯墊121A、121B之充氣以及放氣。在一些實施例中，控制系統124可基於控制訊號（未圖示）啟動及/或停用氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B。控制系統124可被配置以防止同時地啟動氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B。氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B之啟動及/或停用可包括分別地控制供應氣體至進氣端口120A、120B以及氣體抽取系統110A、110B之抽取泵之操作。在一些實施例中，為了啟動以及停用氣體供應系統109A、109B，控制系統124可提供啟動以及停用訊號，其開啟以及關閉氣體供應系統109A、109B之供氣閥，以分別地供應以及阻擋流至進氣端口120A、120B的氣流。在一些實施例中，為了啟動以及停用氣體抽取系統110A、110B，控制系統124可提供啟動以及停用訊號，其啟動以及停用抽取泵，且開啟以及關閉閥氣體抽取系統110A、110B之閥，以分別地允許以及阻擋分別地透過出氣端口122A、112B流出襯墊121A、121B的氣流。
氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B之操作可藉由控制系統124基於一個或多個訊號由控制系統124接收的訊號來控制，前述訊號指出轉移腔室112A、112B之壓力水平、襯墊121A、121B內的氣壓、閘閥117A、117B以及閘閥119A、119B之位置、用於將轉移腔室112A、112B抽氣及/或通氣的轉移模組103A、103B的抽氣及/或通氣系統之操作及/或在轉移腔室112A、112B中晶圓之存在。
在一些實施例中，控制系統124可響應於接收到的感測器訊號提供啟動訊號至氣體供應系統109A、109B，用於對襯墊121A及/或襯墊121B進行充氣，前述感測器訊號指出在轉移腔室112A、112B中晶圓之存在、閘閥117A、117B以及閘閥119A、119B之關閉位置及/或用於將相應的轉移腔室112A、112B抽氣的轉移模組103A、103B之抽氣系統之啟動。類似地，響應於接收到的感測器訊號，控制系統124可提供啟動訊號至氣體抽取系統110A、110B，用於使襯墊121A及/或襯墊121B進行放氣，前述感測器訊號指出轉移腔室112A、112B中晶圓之不存在、閘閥117A、117B以及閘閥119A、119B之關閉位置及/或用於將相應的轉移腔室112A、112B通氣的轉移模組103A、103B之通氣系統之啟動。
在一些實施例中，響應於接收到的感測器訊號，控制系統124可提供停用訊號至氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B，前述感測器訊號分別地指出襯墊121A、121B內的氣壓係高於或低於期望值。在一些實施例中，基於分別地供應氣體至襯墊121A、121B之持續時間以及從襯墊121A、121B抽取氣體之持續時間，控制系統124可提供停用訊號至氣體供應系統109A、109B以及氣體抽取系統110A、110B。
第2圖繪示根據一些實施例，一半導體晶圓製造系統200之平面圖。除非另有描述，對半導體晶圓製造系統100之討論適用於半導體晶圓製造系統200。半導體裝置製造系統200可包括處理模組101A、101B、轉移模組203A、203B、轉移管105以及裝載端口107。轉移模組203A、203B可分別地包括轉移腔室212A、212B。除非另有描述，對第1A圖至第1B圖以及第2圖中具有相同符號的元件之討論適用於彼此。
除非另有描述，轉移模組103A、103B以及轉移腔室112A、112B之討論適用於轉移模組203A、203B以及轉移腔室212A、212B，轉移腔室212A以及轉移腔室212B之每一者可分別地包括襯墊221A、221B。襯墊221A以及襯墊221B可為永久被充氣的彈性元件。因此，與轉移腔室112A、112B不同，轉移腔室212A、212B不具有用於分別地將襯墊221A、221B充氣以及放氣的進氣端口120A、120B以及出氣端口122A、122B。襯墊221A、221B可在將它們分別地安裝在轉移腔室212A、212B之前，使用空氣、任何氣體種類，例如：氮氣或軟質薄片（flakes of soft material）被充氣以及被放氣。襯墊221A、221B之組成可類似於襯墊121A、121B之組成。在一些實施例中，襯墊221A、221B可包括塑膠、合成纖維（synthetic）或任何其他合適的材料。除非另有描述，襯墊221A、221B在轉移腔室212A、212B內部之設置可類似於襯墊121A、121B之設置。在一些實施例中，襯墊221A、221B可經由黏著劑、膠帶或機械部件（例如：夾具）耦接至轉移腔室212、212B之一個或多個內表面。類似於襯墊121A、121B，經充氣的襯墊221A、221B可減少轉移腔室212A、212B之內部體積，且因此可減少在晶圓轉移操作期間轉移腔室212A、212B之抽氣及/或通氣時間。系統200之晶圓轉移操作可類似於以上關於第1A圖所描述的系統100之晶圓轉移操作。
第3A圖繪示根據一些實施例的一半導體晶圓製造系統300之平面圖，而第3B圖繪示沿著第3A圖之A-A線之系統300之剖面圖。除非另有描述，對半導體晶圓製造系統100之討論適用於半導體晶圓製造系統300。半導體晶圓製造系統300可包括一轉移模組303以及複數個裝載端口307。除非另有描述，對轉移模組103A以及裝載端口107之討論分別地適用於轉移模組303以及裝載端口307。
轉移模組303可包括一轉移腔室312以及一機器人手臂311。除非另有描述，對轉移腔室112A以及機器人手臂111A之討論適用於轉移腔室312以及機器人手臂311。轉移模組303可耦接至裝載端口307以及類似於處理模組101A的一個或多個處理模組（未圖示）。轉移模組303可被配置以在轉移腔室312內提供類似於裝載端口307或一個或多個處理模組之處理腔室（未圖示）（基於晶圓預計被轉移到哪裡）中的壓力水平。
轉移模組303可被配置而以一個或多個真空泵或其他合適的裝置（未圖示）對轉移腔室312抽氣，以達成與一個或多個處理模組之處理腔室（未圖示）中之真空壓力類似的真空壓力。響應於在處理腔室以及轉移腔室312中的真空壓力實質上彼此相等，機器人手臂311可將晶圓轉移至處理腔室內。轉移模組303可被配置以惰性氣體及/或淨化氣體（例如：氮氣或氬氣）將轉移腔室312通氣，以達成實質上相等於裝載端口307之一者中的壓力水平（例如：大氣壓力）。響應於在轉移腔室312以及裝載端口307之一者中的壓力水平實質上彼此相等，機器人手臂311可將晶圓轉移至裝載端口307之一者中的一個或多個晶圓儲存裝置。
在一些實施例中，轉移模組303可進一步包括一襯墊321、一氣體供應系統309、一氣體抽取系統310以及一控制單元324。除非另有描述，對襯墊121A、氣體供應系統109A、氣體抽取系統110A以及控制單元124之討論適用於襯墊321、氣體供應系統309、氣體抽取系統310以及控制單元324。例如，在轉移腔室312內的襯墊321之放置可類似於襯墊121A之放置。第3B圖進一步繪示襯墊321沿著轉移腔室312之內表面之放置，且第3B圖係圖示沿著第3A圖之A-A線之轉移模組303之剖面圖。
類似於襯墊121A，襯墊321可分別地透過一進氣端口320以及一出氣端口322使用一機械聯結器（未圖示）而耦接至氣體供應系統309以及氣體抽取系統310。對進氣端口120A以及出氣端口122A之討論分別地適用於進氣端口320以及出氣端口322。在轉移模組303之抽氣及/或通氣操作期間，襯墊321可被配置以減少轉移腔室312之體積。在一些實施例中，襯墊321可被配置以在轉移模組303之抽氣及/或通氣操作期間，以空氣或其它合適的氣體（例如：氮氣、氬氣或惰性氣體）被充氣，以減少轉移腔室312之體積。在一些實施例中，襯墊321可被配置以在轉移模組303之通氣操作期間或之後被放氣。在抽氣及/或通氣期間，減少轉移腔室312之體積有助於減少對轉移腔室312抽氣及/或通氣所需的時間。這樣的抽氣及/或通氣時間的減少有助於減少晶圓在轉移腔室312與處理腔室之間及/或在轉移腔室312與裝載端口307之間的轉移時間。
在一些實施例中，襯墊321可為類似於襯墊221A的永久被充氣的襯墊。在這樣的實施例中，轉移模組303可能不具有進氣端口320、出氣端口322、氣體供應系統309、氣體抽取系統310以及控制系統324。
第4圖係根據一些實施例的一範例方法400，用於操作如參考第1A圖至第1B圖所描述的半導體晶圓製造系統。本揭露並不限於此操作的描述。應理解的是，可執行額外操作。除此之外，可能不需要執行本揭露在此提供的所有操作。除此之外，可同時地執行一些操作，或以與第4圖中圖示的不同順序來執行。在一些實施例中，除了當前描述的操作或取代當前描述的操作，可執行一個或多個其他操作。為了說明的目的，參考第1A圖以及第1B圖之實施例描述方法400。然而，方法400不限於這些實施例。
在操作410中，從一裝載端口轉移一半導體晶圓至半導體晶圓製造系統之一轉移模組。例如，如參考第1A圖所描述的，晶圓可從裝載端口107被轉移至轉移模組103A之轉移腔室112A。此晶圓轉移操作可包括將晶圓從裝載端口107轉移至轉移管105以及從轉移管105轉移至轉移腔室112A。在裝載端口107至轉移管105之間的晶圓轉移操作可包括藉由機器人手臂113將晶圓從裝載端口107轉移至晶圓定向平台115。在轉移管105與轉移腔室112A之間的晶圓轉移操作可包括將轉移腔室112A抽氣至大氣壓（例如：760毫托），並藉由機器人手臂113將經定向的晶圓從晶圓定向平台115轉移至轉移腔室112A。在一些實施例中，晶圓可被放置在晶圓站114A上。
請參照第4圖，在操作420中，對轉移模組抽氣，並且調整轉移模組之襯墊之體積。例如，如參考第1A圖所描述的，轉移腔室112A可被抽氣至真空壓力水平（例如：在約10毫托至約50毫托之間），且為了使轉移腔室112A更快抽氣，襯墊121A可被充氣以減少轉移腔室112A之體積。在抽氣操作之前或與抽氣操作同時，可透過進氣端口120A藉由氣體供應系統109A進行此充氣操作。襯墊121A可利用空氣或其它合適的氣體（例如：氮氣、氬氣或惰性氣體）而被充氣。在一些實施例中，可以較對轉移腔室112A抽氣的速率更快的速率對襯墊121A充氣。
請參照第4圖，在操作430中，從轉移模組轉移晶圓至一處理模組。例如，如參考第1A圖所描述的，晶圓可從轉移腔室112A被轉移至處理模組101A之處理腔室102A。此轉移操作可包括將處理腔室102A中的壓力調整為實質上類似於轉移腔室112A中的壓力，隨後開啟閘閥117A、使用機器人手臂111A將晶圓從轉移腔室112A轉移至處理腔室102A、關閉閘閥117A並將處理腔室102A抽氣至適合處理晶圓的真空壓力水平（例如：在約1毫托至約10毫托之間）。在一些實施例中，調整處理腔室102A中的壓力可包括對處理腔室102A通氣，以將腔室中的壓力從約10毫托增加至約50毫托。
請參照第4圖，在操作440中，在處理模組中對晶圓執行一個或多個半導體製造製程。例如，如參考第1A圖所描述的，可對處理腔室102A中的晶圓上執行一個或多個半導體製造製程。前述一個或多個半導體製造製程程序可包括沉積製程，例如，分子束磊晶（MBE）、化學氣相沉積（CVD）、電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、電化學沉積（ECD）、物理氣相沉積（PVD）、原子層沉積（ALD）、金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）、濺射、熱蒸發、電子束蒸發或其他沉積製程；蝕刻製程，例如，乾蝕刻、反應離子蝕刻（RIE）、感應耦合電漿蝕刻（ICP）或離子銑削；熱製程，例如，快速熱退火（RTA）；顯微鏡檢查，例如，掃描式電子顯微鏡（SEM）以及穿透式電子顯微鏡（TEM）或前述製程的任何組合。在一些實施例中，在前述一個或多個製造製程期間，處理腔室102A內保持高真空（例如：在約1毫托至約10毫托之間）。
請參照第4圖，在操作450中，從處理模組轉移經處理的晶圓至轉移模組。例如，如參考第1A圖所描述的，經處理過的晶圓可從處理腔室102A被轉移至轉移腔室112A。此轉移操作可包括將處理腔室102A中的壓力調整為實質上類似於轉移腔室112A中的壓力，隨後開啟閘閥117A、使用機器人手臂111A將晶圓從處理腔室102A轉移至轉移腔室112A、關閉閘閥117A並將處理腔室102A抽氣至適合處理晶圓的真空壓力水平（例如：在約1毫托至約10毫托之間）。在一些實施例中，調整處理腔室102A中的壓力可包括對處理腔室102A通氣，以將腔室中的壓力從約10毫托增加至約50毫托。
在一些實施例中，此轉移操作450亦可包括響應於轉移腔室112A之壓力與處理腔室102A之經調整的壓力不同，而在開啟閘閥117A以及執行類似於操作420的操作之前，測量轉移腔室112A之壓力。
請參照第4圖，在操作460中，將轉移模組通氣。例如，如參考第1A圖所描述的，可將轉移腔室112A通氣至大氣壓力，且可使用機器人手臂113將經處理的晶圓轉移回裝載端口107之一者。在一些實施例中，在轉移腔室112A之通氣期間或之後，襯墊121A可被放氣。使襯墊121A放氣可包括使用氣體抽取系統110A透過出氣端口122A從襯墊121A抽取氣體。在一些實施例中，在轉移腔室112A之通氣期間或之後，襯墊121A可維持被充氣。
本揭露提供用於改善半導體裝置製造系統之生產量的範例系統以及方法。在一些實施例中，半導體裝置製造系統之轉移模組之轉移腔室係配置以動態地調整轉移腔室（例如：轉移腔室112A、112B及/或轉移腔室312）之內部體積，以達成更快的轉移腔室之抽氣以及通氣。在一些實施例中，轉移腔室可包括沿著轉移腔室的內側壁安裝的襯墊（例如：襯墊121A、121B、221A、221B及/或襯墊321）。在轉移模組之抽氣及/或通氣操作期間，襯墊可被配置而以氣相介質被充氣。可充氣的襯墊之體積擴增有助於減少轉移腔室之內部體積。因此，相較沒有襯墊的轉移腔室，轉移腔室之體積減少可被更快的抽氣以及通氣，以分別地達成期望的真空壓力以及大氣壓力。在一些實施例中，對具有襯墊的轉移腔室抽氣所需的時間減少了約5%至約10%。在一些實施例中，對具有襯墊的轉移腔室通氣所需的時間減少了約5%至約10%。在一些實施例中，在晶圓轉移操作期間，襯墊可被配置以保護轉移模組之機器人手臂，而不會在與轉移腔室之內部碰撞之情形下造成結構損壞。
本揭露一些實施例提供一種半導體裝置製造系統，包括一處理模組以及一轉移模組。處理模組包括一處理腔室以及一閘閥。處理腔室配置以處理一半導體晶圓，而閘閥配置以提供至處理腔室的一通道。轉移模組包括一轉移腔室以及一襯墊。轉移腔室耦接至處理腔室，而襯墊耦接至轉移腔室之一內表面。襯墊係配置以在轉移模組之一轉移腔室壓力調整操作之前或期間減少轉移腔室之一體積。
在一些實施例中，襯墊係耦接至轉移腔室之一側表面或一底表面。在一些實施例中，襯墊係配置以在轉移腔室壓力調整操作之前或期間被充氣。在一些實施例中，襯墊係配置以在轉移模組之一抽氣操作之前或期間被充氣。在一些實施例中，襯墊係配置以一第一速率被充氣，且轉移腔室係配置以一第二速率被抽氣，其中第二速率較第一速率慢。在一些實施例中，襯墊係配置以在轉移模組之一通氣操作期間被放氣。在一些實施例中，襯墊係配置以在轉移腔室壓力調整操作之前或期間以一氣體或複數個軟質薄片充氣。在一些實施例中，襯墊包括一彈性材料，彈性材料包括尼龍、橡膠、塑膠或前述材料的組合。
在一些實施例中，轉移模組更包括一進氣端口以及一出氣端口。在一些實施例中，轉移模組更包括一氣體供應系統以及一氣體抽取系統，氣體供應系統透過進氣端口耦接至襯墊，而氣體抽取系統透過出氣端口耦接至襯墊。在一些實施例中，氣體供應系統係配置以供應一氣體以對襯墊充氣，且氣體抽取系統係配置以從襯墊抽取氣體。在一些實施例中，氣體供應系統係配置以基於一控制訊號對襯墊充氣，控制訊號指示轉移模組之一泵系統之啟動，以對轉移腔室抽氣。在一些實施例中，襯墊係以一機械聯結器耦接至氣體供應系統，機械聯結器包括一對凸緣以及一界面配件，凸緣的其中之一凸緣係位於襯墊內，界面配件之一第一部分延伸至襯墊內，且界面配件之一第二部分延伸出轉移模組外。在一些實施例中，轉移模組更包括一機器人手臂，機器人手臂係配置以運送半導體晶圓至處理腔室以及從處理腔室運送半導體晶圓。
本揭露一些實施例提供一種半導體裝置製造系統，包括一處理模組以及一轉移模組。處理模組包括一處理腔室，處理腔室係配置以處理一半導體晶圓。轉移模組包括一轉移腔室以及一充氣襯墊。轉移腔室耦接至處理腔室，而充氣襯墊耦接至轉移腔室之一內側表面。在一些實施例中，充氣襯墊包括複數個充氣襯墊段部。在一些實施例中，充氣襯墊係耦接至轉移腔室之一內底表面。在一些實施例中，充氣襯墊包括一氣體或複數個軟質薄片。
本揭露一些實施例提供一種操作一半導體裝置製造系統之方法，包括轉移一半導體晶圓至一轉移模組之一轉移腔室內，充氣耦接至轉移腔室之一內表面的一襯墊，將轉移腔室抽氣至一真空壓力水平，且從轉移腔室轉移半導體晶圓至一處理模組之一處理腔室。在一些實施例中，對襯墊充氣之操作以及對轉移腔室抽氣之操作可同時地執行。
以上概述數個實施例之特徵，使得本技術領域中具有通常知識者可更佳地理解本揭露之各方面。本技術領域中具有通常知識者應理解的是，可輕易地使用本揭露作為設計或修改其他製程以及結構的基礎，以實現在此介紹的實施例之相同目的及/或達成相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解的是，這樣的等同配置並不背離本揭露之精神以及範疇，且在不背離本揭露之精神以及範疇的情形下，可對本揭露進行各種改變、替換以及更改。
100、200、300:半導體晶圓製造系統/半導體裝置製造系統 101A、101B:處理模組 102A、102B:處理腔室 103A、103B、203A、203B、303:轉移模組 105:轉移管 107、307:裝載端口 108:晶圓儲存裝置 109A、109B、309:氣體供應系統 109C:氣體供應管線 110A、110B、310:氣體抽取系統 111A、111B、113、311:機器人手臂 112A、112B、212A、212B、312:轉移腔室 114A、114B:晶圓站 115:晶圓定向平台 117A、117B、119A、119B:閘閥 120A、120B、320:進氣端口 120C:轉移模組之一部分 121A、121B、221A、221B、321:襯墊 122A、122B、322:出氣端口 124、324:控制系統/控制單元 400:方法 410、420、430、440、450、460:操作
第1A圖係根據一些實施例的一半導體裝置製造系統之平面圖。 第1B圖係根據一些實施例的第1A圖之部分之放大圖。 第2圖係根據一些實施例的一半導體裝置製造系統之平面圖。 第3A圖係根據一些實施例的一半導體裝置製造系統之平面圖。 第3B圖係根據一些實施例的一半導體裝置製造系統之剖面圖。 第4圖係根據一些實施例的用於操作一半導體裝置製造系統之一方法之流程圖。
100:半導體裝置製造系統
101A、101B:處理模組
102A、102B:處理腔室
103A、103B:轉移模組
105:轉移管
107:裝載端口
108:晶圓儲存裝置
109A、109B:氣體供應系統
110A、110B:氣體抽取系統
111A、111B、113:機器人手臂
112A、112B:轉移腔室
114A、114B:晶圓站
115:晶圓定向平台
117A、117B、119A、119B:閘閥
120A、120B:進氣端口
120C:轉移模組之一部分
121A、121B:襯墊
122A、122B:出氣端口
124:控制系統

Claims (1)

  1. 一種半導體裝置製造系統，包括： 一處理模組，包括： 一處理腔室，配置以處理一半導體晶圓； 一閘閥，配置以提供至該處理腔室的一通道；以及 一轉移模組，包括： 一轉移腔室，耦接至該處理腔室；以及 一襯墊，耦接至該轉移腔室之一內表面，其中該襯墊係配置以在該轉移模組之一轉移腔室壓力調整操作之前或期間減少該轉移腔室之一體積。
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