TW202135225A

TW202135225A - 傳遞晶圓之裝置及方法

Info

Publication number: TW202135225A
Application number: TW109107446A
Authority: TW
Inventors: 費玖海; 李婷; 尹影; 劉福強
Original assignee: 大陸商北京爍科精微電子裝備有限公司
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-16

Abstract

一種晶圓傳遞裝置以及使用該晶圓傳遞裝置傳遞晶圓的方法，該裝置包括：數個並列之清洗槽、一移動軌道、第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置、一驅動裝置以及一控制器，用以控制該驅動裝置。該數個並列之清洗槽包含至少第一清洗槽以及第二清洗槽，分別用於容納以及清洗一晶圓。該移動軌道沿該數個並列之晶圓清洗槽設置，並與該移動軌道保持一第一預定距離，該移動軌道之長向方向定義一X軸。該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置滑動地設置在該移動軌道上，該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置以一第二預定距離沿該X軸彼此間隔。該驅動裝置為一體成型沿該X軸設置之一電動缸，用以驅動該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置沿該移動軌道上同步移動。

Description

傳遞晶圓之裝置及方法

本發明係有關於一種半導體裝置及方法，特別關於一種晶圓之裝置及方法。

是指製作矽半導體積體電路所用的矽晶片，由於其形狀為圓形，故稱為晶圓。晶圓是生產積體電路所用的載體；在矽晶片上可加工製作成各種電路元件結構，而成為有特定電性功能之IC產品。隨著半導體積體電路的不斷發展，對線寬的要求越來越小，對晶圓表面缺陷的要求越來越高，相應的清洗難度越來越大，晶圓拋光後的清洗流程也越來越重要。一般情況下，晶圓清洗要經過噴淋、超聲(兆聲)、化學液、乾燥等數個清洗流程流程，每個清洗流程均在不同的清洗槽內進行，由於半導體製造流程的特殊性，晶圓清洗時在不同清洗槽之間的傳遞需要特殊的機械裝置(晶圓傳遞機械手)高效、可靠、穩定的自行完成。由於晶圓清洗對清洗效率及流程的特殊要求(避免各清洗槽之間的交叉污染等問題)，一般採用數個機械手來傳遞晶圓，通常晶圓傳遞機械手的數量比晶圓清洗工位槽的數量少1個。例如，在X軸方向有N個清洗槽工位，清洗槽與清洗槽之間等間距排列。晶圓傳遞裝置有X、Z兩個自由度，在X軸方向上裝有N-1個晶圓擷取裝置，該N-1個晶圓擷取裝置在X軸方向等間距排列，並且與清洗槽之間的間距相等。N-1個晶圓擷取裝置在X軸和Z軸方向只可同時同步移動。

上述裝置存在如下缺陷：1. 此晶圓傳遞裝置要求N個清洗槽之間必須等間距佈置，Z軸的N-1個晶圓擷取裝置之間也必須等間距佈置，並且二者的間距相等。如此一來，首先必然會造成整個清洗裝置佔用的空間比較大；其次，由於二者間距要求的嚴格一致性必然會對整個裝置的裝配、位置校對調整以及調試提出更高的技術要求，並造成不必要的困難。2. 整個晶圓轉移裝置在Z軸有多(N-1)個晶圓擷取裝置，但是所有的晶圓擷取裝置在X軸只可同時、同步的左右移動，在Z軸方向上只可同時、同步的上下移動。首先這將會對每個槽位清洗流程時間的安排提出更高的要求，如果每個槽位的清洗流程時間各不相同，那麼晶圓每傳遞一個槽位的時間間隔都將會是單個清洗槽流程時間的最大值(即使某個槽位的清洗流程率先完成，該裝置也不可將其傳遞到下一個清洗工位，因為單個晶圓擷取裝置不可動)，造成時間上的浪費，效率降低，成本增加，利潤下滑；其次由於所有的晶圓擷取裝置在X軸和Z軸方向上只可同時同步的移動，造成單個晶圓擷取裝置以及整個裝置的靈活性、機動性、穩定性大大降低。亦即，現有的晶圓在不同清洗槽之間的傳遞裝置結構複雜、笨重，缺乏靈活性、機動性以及穩定性。

緣是，為解決上述問題，本發明的目的之一在於提供一種晶圓傳遞方法及裝置，以解決現有技術中晶圓在不同清洗槽之間的傳遞裝置結構複雜、笨重，靈活性、機動性以及穩定性差的技術問題。

在本發明第一實施例中，提供一種晶圓傳遞裝置，其包括：數個並列之清洗槽、一移動軌道、第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置、一驅動裝置以及一控制器，用以控制該驅動裝置。該數個並列之清洗槽包含至少第一清洗槽以及第二清洗槽，分別用於容納以及清洗一晶圓。該移動軌道沿該數個並列之晶圓清洗槽設置，並與該移動軌道保持一第一預定距離，該移動軌道之長向方向定義一X軸。該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置滑動地設置在該移動軌道上，該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置以一第二預定距離沿該X軸彼此間隔。該驅動裝置為一體成型沿該X軸設置之一電動缸，用以驅動該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置沿該移動軌道上同步移動。

本發明第二實施例包含第一實施例的所有結構，其中每一該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置包括：一基座和一機械手臂，用於擷取和傳遞該等晶圓，該基座可滑動地設置在該移動軌道上，該驅動裝置與該基座連接，該機械手臂包括兩個擷取爪以及分別設置在該兩個擷取爪上的左右兩個氣動部，該兩個擷取爪之間界定一夾持口。

本發明第三實施例包含第二實施例的所有結構，其中該機械手臂上設置有用於監測該夾持口張開、閉合、抓住晶圓和未抓住晶圓四種狀態的感測器，該感測器與該控制器電性連接。

本發明第四實施例包含第二實施例的所有結構，其中每一該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置進一步包括一升降機構，該機械手臂通過該升降機構可升降地設置在該基座上，其中該升降機構的升降方向界定一Z軸，其中該控制器與該升降機構電性連接，並通過該升降機構控制該機械手臂的升降，其中該第一晶圓擷取裝置的升降機構與該第二晶圓擷取裝置的升降機構彼此獨立運動，互不干涉。

本發明第五實施例包含第四實施例的所有結構，其中該升降機構上設置有滑塊，可沿該Z軸移動，該滑塊上設置有擺動電動缸，該機械手臂通過該擺動電動缸可繞垂直於該X軸以及Z軸的Y軸旋轉。

本發明第六實施例提供一種晶圓傳遞方法，包括：提供如前述第一至第六實施例任一之晶圓傳遞裝置；使第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝置同步沿該移動軌道移動；操作第二晶圓擷取裝置以從第一清洗槽擷取晶圓；將第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝同步沿該移動軌道移動第一距離以使該第一晶圓擷取裝置移動到第二清洗槽上方並擷取第二清洗槽中的晶圓；以及將第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝同步沿該移動軌道移動第二距離以使該第二晶圓擷取裝置移動到第二清洗槽上方並將先前於第一清洗槽所擷取的晶圓放入第二清洗槽中。

與現有技術相比，本發明結構簡單，使用方便，只需要設置兩個以上的晶圓擷取裝置就可以完成晶圓在不同清洗槽間的擷取和輸送問題，並且最大程度地降低了晶圓在不同清洗槽清洗流程間的干涉問題，減少清洗工位整體占位尺寸，打破單一清洗方式的限制降低了電器和程式設計控制難度，提高操作靈活性。

以下結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1及圖2。本實施例提供的一種晶圓傳遞方法，包括提供第一晶圓擷取裝置100及第二晶圓擷取裝置200提供沿數個並列之晶圓清洗槽設置的移動軌道、使第一晶圓擷取裝置100及第二晶圓擷取裝置200同步沿移動軌道移動、操作第二晶圓擷取裝置200以從A清洗槽擷取晶圓，並準備將該晶圓輸送到下道流程中的清洗槽中、將兩個晶圓擷取裝置100、200同步沿移動軌道移動，且將第一晶圓擷取裝置100移動到B清洗槽上方並將擷取下道流程B清洗槽中的晶圓、將兩個晶圓擷取裝置100、200同步沿移動軌道移動，並將第二晶圓擷取裝置200移動到B清洗槽上方並將其於A清洗槽所擷取的晶圓放入B清洗槽中，依照此一方式通過C清洗槽以及後續清洗槽以完成所有的清洗動作。

在本發明一實施例中，晶圓擷取裝置數量為M個，清洗槽的數量為N個，其中，M為大於1的自然數，N為大於2的自然數，N個清洗槽依次沿移動軌道順序佈設，用於對晶圓進行清洗。如圖1所示，晶圓擷取和輸送過程包括如下步驟：將M個晶圓擷取裝置同步沿移動軌道移動；使得第I個晶圓擷取裝置移動到第J個清洗槽的清洗工位，擷取第J個清洗槽中的晶圓；使得M個晶圓擷取裝置同步沿移動軌道移動；使得第I+1個晶圓擷取裝置移動到第J+1個清洗槽的清洗工位；操作第I+1個晶圓擷取裝置以擷取第J+1個清洗槽中的晶圓；使得M個晶圓擷取裝置同步沿移動軌道移動；使得第I個晶圓擷取裝置移動到第J+1個清洗槽的清洗工位；將第J個清洗槽中取出的晶圓放入第J+1個清洗槽中進行清洗處理，其中，1≤I≤M-1；1≤J≤N-1，M個晶圓擷取裝置交替迴圈作業擷取，直至晶圓通過全部清洗流程。

在本發明中晶圓擷取裝置跳躍式作業，即每個晶圓擷取裝置相鄰兩次擷取作業間隔M-1個清洗槽。舉例而言，晶圓擷取裝置的數量為2個時，清洗槽數量為8個，即N為8時，第1個晶圓擷取裝置用於分別將第1、3、5以及7個清洗槽中的晶圓擷取、輸送並放置到第2、4、6以及8個清洗槽中；而第2個晶圓擷取裝置用於將第2、4以及6個清洗槽中的晶圓擷取、輸送並放置到第3、5和7個清洗槽中。在本發明中的若干個晶圓擷取裝置間隔作業，或者跳躍式工作，從而最大程度地減少了相鄰幾個清洗槽清洗流程之間的干涉，而第I個晶圓擷取裝置負責將第(I+xM)個清洗槽中的晶圓擷取、輸送並放置到第(I+xM)+1個清洗槽中，其中，I為自然數，且1≤I≤M，x為晶圓擷取裝置的擷取迴圈次數，x為非負整數，且(I+xM)+1≤N，晶圓擷取裝置的數量為2-5個；即2≤M≤5。

在本發明另一實施例中，如圖1和3所示，本發明還公開了一種用於上述晶圓傳遞方法的晶圓6傳遞裝置，其包括兩個晶圓擷取裝置10、沿數個並列的晶圓清洗槽20設置的移動軌道30(即X軸軌道)，兩個晶圓擷取裝置10設置在移動軌道30上、驅動裝置31以及控制器(未顯示)，移動軌道30和驅動裝置31固定在基板5上；在其他實施例中，晶圓擷取裝置的數量為三個、四個、五個或六個。控制器通過驅動裝置31驅動兩個晶圓擷取裝置100、200沿移動軌道30上同步移動。如圖3所示，每個晶圓擷取裝置100、200包括：基座12和機械手臂13；基座12可滑動地設置在移動軌道30上，驅動裝置31與基座12連接，用於驅動基座12攜帶著機械手臂13沿移動軌道30移動，機械手臂13用於抓取、移動和旋轉晶圓6，其中，驅動裝置31包括設置在基座12上的馬達和滾輪(未顯示)；在其他實施例中，驅動裝置31包括設置在移動軌道30一端的馬達，以及沿移動軌道30設置的螺桿、皮帶、齒輪或者鏈條傳動機構，馬達通過傳動機構帶動基座12往復或迴圈移動。在本實施例中移動軌道30和驅動裝置31為一體成型的X軸電動缸，包含馬達以及螺桿。另外，機械手臂13包括相對設置的兩個夾持部7，以及驅使夾持部間夾持口開啟閉合的動力機構。動力機構可以是馬達、氣缸或者液壓缸、以及中間的傳動部件等。在本實施例中，機械手臂13為氣動爪，氣動爪包括分別設置在兩個擷取爪7上的左右兩個氣動部50，兩個氣動部50相對設置以在中間形成用於夾持晶圓6的夾持口。機械手臂13上設置有用於監測夾持口張開、閉合、抓住晶圓6和未抓住晶圓6四種狀態的感測器9；感測器9與控制器(未顯示)連接。機械手臂13通過升降機構沿Z軸可升降地設置在基座12上，控制器與升降機構連接，並通過升降機構控制機械手臂13的升降。

具體而言，升降機構優選地為Z軸電動缸11，Z軸電動缸11設置有滑塊3，機械手臂13設置在滑塊3上，並隨滑塊3上下移動。滑塊3上設置有擺動電動缸2，機械手臂13通過擺動電動缸2可繞水平且垂直於Z軸電動缸11伸縮杆的軸線(相當於Y軸)左右擺動地設置在滑塊3上。擺動電動缸2的動力輸出軸上設置有安裝座8，機械手臂13通過樞接軸1俯仰角度可調地設置安裝座8上。當然，安裝座8上也可以設置用於調節機械手臂俯仰角的舵機等俯仰機構，控制器通過俯仰機構和擺動電動缸實現晶圓在豎直和水準方向的轉換。機械手臂13可俯仰、左右擺動設置便於調節機械手臂13抓取或者放置晶圓6的狀態。控制器與擺動電動缸2連接，從而控制機械手臂13的左右傾斜的角度，其中，至少兩個晶圓擷取裝置100、200的升降機構彼此獨立控制設置。

除非另外規定，否則諸如「上方」、「下方」、「向上」、「左邊」、「右邊」、「向下」、「本體」、「底座」、「垂直」、「水平」、「側」、「較高」、「下部」、「上部」、「上方」、「下面」等空間描述係關於圖中所展示之方向加以指示。應理解，本文中所使用之空間描述僅出於說明之目的，且本文中所描述之結構之實際實施可以任何相對方向在空間上配置，此限制條件不會改變本發明實施例之優點。舉例來說，在一些實施例之描述中，提供「在」另一元件「上」之一元件可涵蓋前一元件直接在後一元件上(例如，與後一元件實體接觸)的狀況以及一或複數個介入元件位於前一元件與後一元件之間的狀況。

如本文中所使用，術語「大致」、「實質上」、「實質的」及「約」用以描述及考慮微小之變化。當與事件或情形結合使用時，該等術語可意指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。

以上該之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。

1:樞接軸 2:擺動電動缸 3:滑塊 5:基板 6:晶圓 7:擷取爪 8:安裝座 9:感測器 11:Z軸電動缸 12:基座 10,13:機械手臂 20:清洗槽 30:移動軌道 31:驅動裝置 50:氣動部 100:第一晶圓擷取裝置 200:第二晶圓擷取裝置

圖1為本發明一實施例提供的晶圓傳遞裝置的結構示意圖。

圖2為圖1所示的晶圓擷取裝置的正視圖。

圖3為本發明實施例中機械手臂的結構示意圖。

圖4為本發明另一實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖。

5:基板

6:晶圓

7:擷取爪

11:Z軸電動缸

12:基座

31:驅動裝置

50:氣動部

100:第一晶圓擷取裝置

200:第二晶圓擷取裝置

Claims

一種晶圓傳遞裝置，其包括：數個並列之清洗槽，包含至少第一清洗槽以及第二清洗槽，分別用於容納以及清洗一晶圓；一移動軌道，沿該數個並列之晶圓清洗槽設置，並與該移動軌道保持一第一預定距離，該移動軌道之長向方向定義一X軸；第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置，其可滑動地設置在該移動軌道上，該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置以一第二預定距離沿該X軸彼此間隔；一驅動裝置，其為一體成型沿該X軸設置之一電動缸，用以驅動該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置沿該移動軌道上同步移動；以及一控制器，用以控制該驅動裝置。
如請求項1該的晶圓傳遞裝置，其中，每一該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置包括：一基座和一機械手臂，用於擷取和傳遞該等晶圓，該基座可滑動地設置在該移動軌道上，該驅動裝置與該基座連接，該機械手臂包括兩個擷取爪以及分別設置在該兩個擷取爪上的左右兩個氣動部，該兩個擷取爪之間界定一夾持口。
如請求項2該的晶圓傳遞裝置，其中該機械手臂上設置有用於監測該夾持口張開、閉合、抓住晶圓和未抓住晶圓四種狀態的感測器，該感測器與該控制器電性連接。
如請求項2該的晶圓傳遞裝置，其中每一該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置進一步包括一升降機構，該機械手臂通過該升降機構可升降地設置在該基座上，其中該升降機構的升降方向界定一Z軸，其中該控制器與該升降機構電性連接，並通過該升降機構控制該機械手臂的升降，其中該第一晶圓擷取裝置的升降機構與該第二晶圓擷取裝置的升降機構彼此獨立運動，互不干涉。
如請求項4該的晶圓傳遞裝置，其中該升降機構上設置有滑塊，可沿該Z軸移動，該滑塊上設置有擺動電動缸，該機械手臂通過該擺動電動缸可繞垂直於該X軸以及Z軸的Y軸旋轉。
一種晶圓傳遞方法，包括：提供如請求項1-5任一之晶圓傳遞裝置；使第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝置同步沿該移動軌道移動；操作第二晶圓擷取裝置以從第一清洗槽擷取晶圓；將第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝同步沿該移動軌道移動第一距離以使該第一晶圓擷取裝置移動到第二清洗槽上方並擷取第二清洗槽中的晶圓；以及將第一晶圓擷取裝置及第二晶圓擷取裝同步沿該移動軌道移動第二距離以使該第二晶圓擷取裝置移動到第二清洗槽上方並將先前於第一清洗槽所擷取的晶圓放入第二清洗槽中。
一種晶圓傳遞方法，包括：提供一晶圓傳遞裝置，包括： N個並列之清洗槽，分別用於容納以及清洗一晶圓；一移動軌道，沿該N個並列之晶圓清洗槽設置，並與該移動軌道保持一第一預定距離，該移動軌道之長向方向定義一X軸； M個晶圓擷取裝置，其可滑動地設置在該移動軌道上；一驅動裝置，其為一體成型沿該X軸設置之一電動缸，用以驅動該第一晶圓擷取裝置以及第二晶圓擷取裝置沿該移動軌道上同步移動；以及一控制器，用以控制該驅動裝置；其中，M為大於1的自然數，N為大於2的自然數將該M個該晶圓擷取裝置同步沿該移動軌道移動，使得第I個晶圓擷取裝置移動到第J個清洗槽的清洗工位，並擷取第J個清洗槽中的晶圓；將該M個晶圓擷取裝置同步沿該移動軌道移動，使得第I+1個晶圓擷取裝置移動到第J+1個清洗槽的清洗工位並擷取第J+1個該清洗槽中的晶圓；將該M個晶圓擷取裝置同步沿該移動軌道移動，使得第I個晶圓擷取裝置移動到第J+1個清洗槽的清洗工位並將第J個清洗槽中取出的晶圓放入第J+1個該清洗槽中進行清洗處理；將該M個晶圓擷取裝置交替迴圈作業擷取直至所有晶圓通過全部清洗流程；其中，1≤I≤M-1；1≤J≤N-1。
如請求項7的晶圓傳遞方法，其每一該第一及第二晶圓擷取裝置採跳躍式作業，即鄰兩次擷取作業間隔M-1個清洗槽。
如請求項7該的晶圓傳遞方法，其中第I個晶圓擷取裝置負責將第(I+xM)個該清洗槽中的晶圓擷取、輸送並放置到第(I+xM)+1個該清洗槽中；其中，I為自然數，且1≤I≤M；x為該晶圓擷取裝置的擷取迴圈次數，x為非負整數，且(I+xM)+1≤N。
如請求項7該的晶圓傳遞方法，其特徵在於，該晶圓擷取裝置的數量為2-6個。