TW202207347A - 具有整合的基板預處理腔室的傳送腔室 - Google Patents

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Abstract

一種傳送腔室，包括單體腔室主體；傳送機械手臂，配置成在基板處理系統中於工廠界面及處理模組之間傳遞基板；整合於單體腔室主體之中的裝載閘腔室站、遮板站、預清潔腔室站及處理腔室站；及整合於單體腔室主體之中的複數個狹縫閥。複數個狹縫閥配置成從遮板站開啟及關閉裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站之各者，使得裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站分別維持真空壓力。

Description

具有整合的基板預處理腔室的傳送腔室
本揭露案的實施例大致關於在次大氣壓環境中處理基板的裝置及方法，且更具體而言，關於用於預處理基板的整合的單體緩衝站。
傳統叢集工具配置成在基板處理期間實行一或更多處理。舉例而言，叢集工具可包括物理氣相沉積（PVD）腔室、原子層沉積（ALD）腔室、化學氣相沉積（CVD）腔室及/或一或更多其他處理腔室，用於在基板上實行一或更多其他處理。許多薄膜沉積及蝕刻處理在處理腔室中處理之前，於附接至叢集工具的專用腔室中實施預處理，例如清潔、除氣、冷卻及退火。使用機械手臂從一個腔室至另一者裝載及卸載基板且抽吸各個腔室所需的時間對叢集工具中處理基板所需的總時間添加花費時間，減少產量，且增加擁有成本（CoO）。
因此，本領域中需要增加機械產量且減少CoO的用於基板的實行預處理之方法及裝置。
此處所述的實施例提供一種在基板處理系統中的傳送腔室。傳送腔室包括單體腔室主體；傳送機械手臂，配置成在基板處理系統中於工廠界面及處理模組之間傳遞基板；整合於單體腔室主體之中的裝載閘腔室站、遮板站、預清潔腔室站及處理腔室站；及整合於單體腔室主體之中的複數個狹縫閥。複數個狹縫閥配置成從遮板站開啟及關閉裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站之各者，使得裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站分別維持真空壓力。
此處所述的實施例提供一種基板處理系統。基板處理系統包括處理模組，包含一或更多處理腔室；工廠界面，包含一或更多前開式晶圓傳送盒；傳送腔室，耦合於工廠界面及處理模組之間。傳送腔室包括單體腔室主體；傳送機械手臂，配置成在基板處理系統中的工廠界面及處理模組之間傳遞基板；裝載閘腔室站、遮板站、預清潔腔室站及處理腔室站整合於單體腔室主體之中；及複數個狹縫閥整合於單體腔室主體之中。複數個狹縫閥配置成從遮板站開啟及關閉裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站之各者，使得裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站分別維持真空壓力。
此處所述的實施例提供在基板處理系統中附接至主框架的傳送腔室（亦稱為「緩衝站」）。傳送腔室包括整合於單體腔室主體中的裝載閘腔室站、預清潔/除氣腔室站及可選的處理腔室站，其中可實行預處理，例如清潔、除氣、冷卻及退火。移除在傳統叢集工具中必須的使用機械手臂從一個腔室至另一者裝載及卸載基板且抽吸各個腔室，且因此減少在基板處理系統中處理基板所需的總時間，導致增加的產量。傳送腔室進一步包括整合於單體腔室主體之中的複數個狹縫閥。複數個狹縫閥配置成從遮板站開啟及關閉裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站之各者，使得裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站分別維持真空壓力。
第1圖根據一個實施例，為處理系統100的概要視圖。處理系統100大致包括處理模組102、工廠界面104、耦合在處理模組102及工廠界面104之間的傳送腔室（亦稱為「緩衝站」）106、及系統控制器122。傳送腔室106配置成藉由與傳送腔室106相關聯的傳送機械手臂108，從工廠界面104傳遞基板至處理模組102中，以及從處理模組102至工廠界面104中。
在第1圖中所顯示的範例中，處理模組102包括六個可進出處理站110A-110F（統一標記為110），且處理站110A藉由處理腔室閥124連接至傳送腔室106。各個處理站110耦合至配置成排空處理站110的處理區域的真空幫浦112。基板可後續在處理模組102之中從一個處理站110移動至另一個處理站110。各個處理站110可獨立或類似地配置成實施一或更多沉積處理，例如物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）、及電漿輔助原子層沉積（PEALD）、蝕刻處理、熱處理（例如，迅速熱處理（RTP）、退火、冷卻、熱管理控制）。中心傳送機械手臂114配置成從一個處理站110傳送基板至另一處理站110。裝載至處理模組102中的基板無須在各個處理站110A-110F處處理。舉例而言，所有六個處理站110可利用相同的濺射標靶材料，六個基板裝載至處理模組102中，且各個基板在處理站110之不同一者中處理，用於在其上沉積相同的材料膜。此後，所有六個基板從處理模組102移除，且另一組六個基板裝載至處理模組102中，且實行在各個處理站110中各個基板的處理。或者，在處理模組102之中於不同處理站110中實行不同處理。舉例而言，在處理站110A、110C及110E中實行第一沉積處理以沉積第一類型的膜層，且在處理站110A、110C及110E中實行第二沉積處理以沉積第二類型的膜層。在此情況中，個別基板僅暴露至兩個處理站110，例如第一基板僅暴露至處理站110A及110B，第二基板僅暴露至處理站110C及110D，且第三基板僅暴露至處理站110E及110F。接著，移除基板。類似地，在處理系統100中的各個基板處理可在高達所有的處理站110中處理，且在各個處理站110處實行的處理可與其餘處理站110之一者或所有者為相同的或不同的。儘管此處提供的範例大致圖示包括六個處理站的處理模組，此配置並非意圖限制為此處提供的發明之範疇，因為處理模組102可替換包括二或更多處理站110，例如四或更多處理站110，八或更多處理站110，十或更多處理站110，或甚至12或更多處理站110。
工廠界面104藉由裝載閘腔室閥126連接至傳送腔室106，在其一側處連接至工廠界面104。工廠界面104為大氣或周遭壓力基板輸入及輸出管制站，其中隨著基板在不同機器之間移動時安全地保護且儲存基板。在某些實施例中，工廠界面104使用定位在及/或耦合至處理系統100之中的清洗裝置（例如，供應線、氣源、真空幫浦、閥門或類似者，未顯示）可維持在正的壓力非反應氣體環境（使用例如氮氣作為非反應氣體）中，而具有高於大氣壓力最小4 torr。此非反應氣體還降避免基板暴露至空氣，具體為氧氣及濕氣，而歸因於氧化可能不利地影響基板特性及基板處理。
在某些實施例中，工廠界面104包括至少一個對接站116及至少一個工廠界面機械手臂118，以促進基板的傳送。對接站116配置成容納一或更多前開式晶圓傳送盒（FOUP）。在第1圖的實施例中顯示四個FOUP，例如120A、120B、120C及120D（統一標記為120）。工廠界面機械手臂118配置成從工廠界面104傳送基板至傳送腔室106。
系統控制器122控制在處理系統100中建立的自動化部件的活動及操作參數。一般而言，基板藉由處理系統的大量運動使用各種自動化設備實行，在此處藉由使用藉由系統控制器122發送的命令來揭露。系統控制器122為用以控制在處理系統100中建立的一或更多部件的通用電腦。系統控制器122大致設計成促進控制及自動化此處所揭露的處理順序之一或更多者，且通常包括中央處理單元（CPU）（未顯示）、記憶體（未顯示）及支援電路（或I/O）（未顯示）。軟體指令及資料可編碼且儲存於記憶體（例如，非暫態電腦可讀取媒體）中，用於指示CPU。在系統控制器之中藉由處理單元可讀取的程式（或電腦指令）決定哪個任務可在處理系統中實行。舉例而言，非暫態電腦可讀取媒體包括程式，當藉由處理單元執行時，配置成實行此處所述的一或更多方法。較佳地，程式包括編碼，以實行關於運動的監控、執行及控制、基板的支撐及/或定位的任務，以及各種處理配方任務及實行的各種處理模組處理配方步驟。
第2圖根據一個實施例，為傳送腔室106的概要視圖。傳送腔室106以單體腔室主體202形成，具有整合在腔室主體202之中的一對裝載閘腔室站204A、204B，遮板站206，預清潔/除氣腔室站208A、208B，及可選的處理腔室站210。單體腔室主體202以鋁材料形成（例如，6061 Al）。
裝載閘腔室站204A、204B藉由裝載閘腔室閥126（顯示於第1圖中）連接。處理腔室站210藉由處理腔室閥124（顯示於第1圖中）連接至處理模組102的處理站110A。基板從工廠界面104傳遞至處理模組102的處理站110A中，以及從處理模組102的處理站110A藉由傳送機械手臂108通過傳送腔室106至工廠界面104中。舉例而言，為了傳遞基板從處理模組102的處理站110A至工廠界面104，開啟處理腔室閥124，且傳送機械手臂108的端效器將基板從處理模組102的處理站110A縮回。傳送機械手臂108的端效器接著從處理模組102的處理站110A縮回到傳送腔室106內部，且關閉處理腔室閥124。後續，開啟裝載閘腔室閥126，且傳送機械手臂108的端效器從傳送腔室106傳送基板至工廠界面104。一旦基板定位於工廠界面104中，傳送機械手臂108的端效器從工廠界面104縮回到傳送腔室106的內部，且關閉裝載閘腔室閥126。
傳送腔室106的內部空間藉由連接至傳送腔室106的排氣接口（未顯示）的一或更多真空幫浦212排空，以將傳送腔室106之中的壓力降低至介於約10-5 torr及約10-8 torr之間的次大氣壓力，例如約10-7 torr。真空幫浦212可為渦輪幫浦、低溫幫浦、粗抽幫浦或能夠在傳送腔室106的內部空間之中維持所欲壓力的其他實用設備。當裝載閘腔室閥門126為開啟時，傳送腔室106的內部暴露至大氣或周遭壓力條件。
傳送腔室106包括整合的狹縫閥214、216A、216B、218，以將裝載閘腔室站204A、204B，預清潔/除氣腔室站208A、208B及處理腔室站210控制在不同真空壓力下，用於各種不同處理氣體，而無須憂慮在傳送腔室106之中不同站之間的污染。在一個範例中，處理腔室站210維持在約10-4 torr及約10-6 torr之間的壓力下，例如10-5 torr。整合的狹縫閥214配置成從遮板站206關閉裝載閘腔室站204A、204B。整合的狹縫閥216A、216B配置成從遮板站206分別關閉預清潔/除氣腔室站208A、208B。整合的狹縫閥218配置成從遮板站206關閉處理腔室站210。在某些實施例中，傳送腔室106包括定位於其之中的水站（未顯示），以容納待預處理的水或已預處理的水，且準備傳遞至處理腔室站210。
在操作期間，從工廠界面104至裝載閘腔室站204A、204B之一者中的傳送的基板，藉由機械手臂108藉由傳送腔室106之中的遮板站206，可移動至預清潔/除氣腔室站208A、208B或處理腔室站210之一者。或者，在處理模組102之中處理且傳送至處理腔室106的處理腔室站210中的基板，藉由傳送腔室106之中的遮板站206，可移動回到裝載閘腔室站204A、204B之一者，且後續離開工廠界面104。
在預清潔/除氣腔室站208、208B中，於傳送至處理模組102中用於基板處理之前預清潔基板。預清潔處理可包括加熱基板以從其揮發任何吸收的濕氣或其他可揮發材料。預清潔處理可使基板遭受電漿蝕刻處理，其中移除其上的殘餘污染材料。在某些實施例中，預清潔/除氣腔室站208A、208B同時預清潔兩個基板。舉例而言，一個基板從裝載閘腔室站204A傳送至預清潔/除氣腔室站208A，且另一基板從裝載閘腔室站204B傳送至預清潔/除氣腔室站208B，且兩個基板在其分別的預清潔/除氣腔室站208A、208B中獨立且同時預清潔。因為預清潔/除氣腔室站208A、208B藉由整合的狹縫閥216A、216B分別與遮板站206隔絕，不同基板的通路可由工廠界面104至處理模組102承擔，而不會干擾在分別的預清潔/除氣腔室站208A、208B中的基板的預清潔。
在例如基板已於預清潔/除氣腔室站208A、208B預清潔之後，基板從預清潔/除氣腔室站208A、208B或例如當基板無須預清潔而來自裝載閘腔室站204A、204B，可藉由傳送機械手臂108通過傳送腔室106之中的遮板站206移動至處理腔室站210中。處理腔室站210可適以實行熱處理（例如，迅速熱處理（RTP）、退火、冷卻、熱管理控制）。
第3圖根據一個實施例，描繪包括兩個端效器302、304的傳送機械手臂108。兩個端效器302、304可獨立操作。兩個端效器302、304從在Z方向中延伸的中心軸306四周延伸且弧形擺盪。各個端效器302、304操作地耦合至中心樞紐308。中心樞紐308大致定位於遮板站206上，且包括在中心軸306四周各個可獨立旋轉的上部可旋轉樞紐及下部可旋轉樞紐（未顯示）。第一端效器302包括第一叉狀物310及第一手臂312。第一樞紐手臂314在其第一端耦合至中心樞紐308，且在其遠離第一端效器302的端於第一腕部連接316處耦合至第一手臂312，其中第一手臂312在第一腕部軸318四周可樞轉，以允許第一端效器302在第一腕部軸318四周旋轉。類似地，第一腕部連接316，且因此第一腕部軸318，藉由第一樞紐手臂314在中心軸306四周的弧形運動的屬性，可在中心軸306四周環繞。第二端效器304包括第二叉狀物320及第二手臂322。第二樞紐手臂324在其第一端耦合至上部可旋轉樞紐，且在其遠離第二端效器304的端於第二腕部連接326處耦合至第二手臂322，其中第二手臂322在第二腕部軸328四周可樞轉，以允許第二端效器304在第二腕部軸328四周旋轉。類似地，第二腕部連接326，且因此第二腕部軸328，藉由第二樞紐手臂324在中心軸306四周的弧形運動的屬性，可在中心軸306四周環繞。
當手臂（第一手臂312及第一樞紐手臂314，或第二手臂322及第二樞紐手臂324）共同對齊時，即，當手臂一起形成直線路徑時，第一及第二端效器302、304的叉狀物310、320之各者可從中心軸306延伸最大距離。在手臂的此定向中，第一及第二叉狀物310或320之一者在裝載或卸載位置處，以相對於基板支撐件接收或推離基板。從此位置，藉由上部或下部樞紐在中心軸306四周及第一或第二手臂312、322之一者在相對應第一腕部軸318或第二腕部軸328四周的弧形運動的屬性，相對應的叉狀物310或320縮回朝向中心樞紐308。藉由在傳送腔室106之中定位傳送機械手臂108且在遮板站206上定位中心軸306，叉狀物310、320可操作以在裝載閘腔室站204A、204B，預清潔/除氣腔室站208A、208B，及處理腔室站210之任一者處進出任何基板支撐件，且僅通過遮板站206而彼此獨立地。
在此處所述的範例實施例中，顯示在基板處理系統中附接至主框架的傳送腔室。傳送腔室包括整合於單體腔室主體中的裝載閘腔室站、預清潔/除氣腔室站及可選的處理腔室站，其中可實行預處理，例如清潔、除氣、冷卻及退火。移除在傳統叢集工具中必須的使用機械手臂從一個腔室至另一者裝載及卸載基板且抽吸各個腔室，且因此減少在基板處理系統中處理基板所需的總時間，導致增加的產量。傳送腔室進一步包括整合於單體腔室主體之中的複數個狹縫閥。複數個狹縫閥配置成從遮板站開啟及關閉裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站之各者，使得裝載閘腔室站、預清潔腔室站及處理腔室站分別維持真空壓力。
儘管以上導向本揭露案的各種範例，可衍生其他及進一步範例而不會悖離其基本範疇，且其範疇藉由以下請求項來決定。
100:處理系統 102:處理模組 104:工廠界面 106:傳送腔室 108:傳送機械手臂 110:處理站 112:真空幫浦 114:中心傳送機械手臂 116:對接站 118:工廠界面機械手臂 122:系統控制器 124:處理腔室閥 126:裝載閘腔室閥 202:腔室主體 206:遮板站 210:處理腔室站 212:真空幫浦 214:狹縫閥 218:狹縫閥 302:第一端效器 304:第二端效器 306:中心軸 308:中心樞紐 310:第一叉狀物 312:第一手臂 314:第一樞紐手臂 316:第一腕部連接 318:第一腕部軸 320:第二叉狀物 322:第二手臂 324:第二樞紐手臂 326:第二腕部連接 328:第二腕部軸 204A:裝載閘腔室站 204B:裝載閘腔室站 208A:預清潔/除氣腔室站 208B:預清潔/除氣腔室站 216A:狹縫閥 216B:狹縫閥
由此方式可詳細理解本揭露案以上所載之特徵，以上簡要概述的本揭露案的更具體說明可藉由參考實施例獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示範例實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，且可認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據一個實施例，為處理系統的概要視圖。
第2圖根據一個實施例，為傳送腔室的概要視圖。
第3圖根據一個實施例，為傳送機械手臂的平面視圖。
為了促進理解，已儘可能地使用相同的元件符號代表共通圖式中相同的元件。應考量一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無須進一步說明。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
206:遮板站
202:腔室主體
206:遮板站
210:處理腔室站
212:真空幫浦
214:狹縫閥
218:狹縫閥
204A:裝載閘腔室站
204B:裝載閘腔室站
208A:預清潔/除氣腔室站
208B:預清潔/除氣腔室站
216A:狹縫閥
216B:狹縫閥

Claims (18)

  1. 一種在一基板處理系統中的傳送腔室，包含： 一單體（monolithic）腔室主體； 一傳送機械手臂，配置成在一基板處理系統中於一工廠界面及一處理模組之間傳遞基板； 一裝載閘（load lock）腔室站、一遮板站、一預清潔腔室站及一處理腔室站，該裝載閘腔室站、遮板站、預清潔腔室站及處理腔室站整合於該單體腔室主體之中；及 複數個狹縫閥，該複數個狹縫閥整合於該單體腔室主體之中，其中該複數個狹縫閥配置成從該遮板站開啟及關閉該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站之各者，使得該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站分別維持真空壓力。
  2. 如請求項1所述之傳送腔室，進一步包含一或更多幫浦，以排空該傳送腔室的一內部空間。
  3. 如請求項2所述之傳送腔室，其中在該傳送腔室之中的壓力維持在約10-5 torr及約10-8 torr之間。
  4. 如請求項3所述之傳送腔室，其中在該處理腔室站之中的壓力維持在約10-4 torr及約10-6 torr之間。
  5. 如請求項1所述之傳送腔室，其中該單體腔室主體包含從鋁及不銹鋼選擇的材料。
  6. 如請求項1所述之傳送腔室，其中該傳送機械手臂進一步配置成在該基板處理系統中於該裝載閘腔室站及該工廠界面之間傳送一基板。
  7. 如請求項1所述之傳送腔室，其中該傳送機械手臂進一步配置成在該基板處理系統中於該處理腔室站及該工廠界面之間傳送一基板。
  8. 如請求項1所述之傳送腔室，其中該傳送機械手臂進一步配置成藉由該遮板站在該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站之間傳送一基板。
  9. 一種基板處理系統，包含： 一處理模組，包含一或更多處理腔室； 一工廠界面，包含一或更多前開式晶圓傳送盒（front opening unified pod）； 一傳送腔室，耦合於該工廠界面及該處理模組之間，該傳送腔室包含： 一單體腔室主體； 一裝載閘腔室站，整合於該單體腔室主體之中，且透過一裝載閘腔室閥耦合至該工廠界面； 一處理腔室站，整合於該單體腔室主體之中，且透過一處理腔室閥耦合至該處理模組； 一遮板站及一預清潔腔室站，整合於該單體腔室主體之中；及 複數個狹縫閥，整合於該單體腔室主體之中，整合於該單體腔室主體之中，其中 該複數個狹縫閥配置成從該遮板站開啟及關閉該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站之各者，使得該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站分別維持真空壓力；及 一傳送機械手臂，配置成透過該傳送腔室在該工廠界面及該處理模組之間傳遞基板。
  10. 如請求項9所述之基板處理系統，進一步包含一或更多幫浦，以排空該傳送腔室的一內部空間。
  11. 如請求項10所述之基板處理系統，其中在該傳送腔室之中的壓力維持在約10-5 torr及約10-8 torr之間。
  12. 如請求項11所述之基板處理系統，其中在該處理腔室站之中的壓力維持在約10-4 torr及約10-6 torr之間。
  13. 如請求項9所述之基板處理系統，其中該單體腔室主體包含從鋁及不銹鋼選擇的材料。
  14. 如請求項9所述之基板處理系統，其中該傳送機械手臂進一步配置成在該基板處理系統中於該裝載閘腔室站及該工廠界面之間傳送一基板。
  15. 如請求項9所述之基板處理系統，其中該傳送機械手臂進一步配置成在該基板處理系統中於該處理腔室站及該工廠界面之間傳送一基板。
  16. 如請求項9所述之基板處理系統，其中該傳送機械手臂進一步配置成藉由該遮板站在該裝載閘腔室站、該預清潔腔室站及該處理腔室站之間傳送一基板。
  17. 如請求項9所述之基板處理系統，其中該工廠界面維持在一非反應氣體環境中。
  18. 如請求項9所述之基板處理系統，其中在該工廠界面之中的壓力維持於高於大氣壓力最小4 torr。
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