TWI383430B - 半導體製程處理系統及其處理方法 - Google Patents

Description

半導體製程處理系統及其處理方法

本發明係關於半導體製造設備技術領域，尤其係關於一種半導體製程處理系統及其處理方法。

目前有兩種常用的半導體製程處理系統，一種係對工件進行批量處理之系統，而另一種則對工件進行單片處理。在批量處理系統中，多片工件被同時水平地或垂直地置放並進行處理。

由於裝置內同時處理多片工件，因此工件之間的間距極為有限。此需要以低氣壓處理來消除氣體壓力梯度，一般而言，在工件間距大於其厚度四分之一的情況下，壓力應當小於500毫托，而此時之沉積速率會小於100 A/min。此意謂需要更長的加工時間。

雖然單片處理系統在產品處理均一性、熱效應以及單批加工速度方面具有優勢，但其低產能以及昂貴的生產成本顯然係難以克服的致命缺陷。

為解決以上問題美國專利第5855681號之背景部分提供了一種批量處理之系統。如圖12所示，此種批量處理系統101具有處理腔室102，處理腔室中102具有多個處理平臺103，如此處理腔室102就可同時一次處理多片工件，而不必考量工件之間的間距問題。

但此類系統亦同樣存在某些問題，而影響工件的處理速度及品質，不能有效地進行大批量工件之同時處理。其中，主要影響處理品質的問題在於各個處理平臺之處理條件的均一性。處理條件之均一性主要有兩方面的影響，即反應氣體及溫度。一般若處理平臺之間密閉，則形成平臺之間的熱隔絕，各處理平臺之間的溫度均一難以控制；若處理平臺之間不密閉，則各處理平臺之間的反應氣體可能形成相互交互干擾，影響各處理平臺之間處理氣氛的均一性。

因此，目前的包含多個處理平臺之處理腔室仍不能均一地進行大批量工件之同時處理。

此外，美國專利第6860965號提供了另一種工件批量處理系統。如圖13所示，該系統簡化傳送室111，實現機台較小的占地面積。但該系統裝載系統112複雜，工件裝載速度較慢，工序中需要留出一段時間用於等待工件之裝卸，影響生產效率。此需要提供一種快速的工件裝卸裝置及方法，以減少裝卸過程之等待時間，加快工件處理效率。

同時該專利中之工件處理裝置只能擁有一處理腔室113。因此減小了每一機台能夠同時處理的工件之數量，增加了生產成本。

除此以外，現有的工件批量處理裝置亦存在一共同問題，即機械結構複雜，不易維護，且傳送裝置在裝卸或交換工件時，傳送成本較高，使得單位產能下降。

本發明之目的在於提供一種解決目前工件量產裝置可靠性不高、機械結構複雜之問題的半導體製程處理系統。

本發明係藉由以下技術方法實現：一種半導體製程處理系統，包括傳送室及處理腔室，傳送室設有傳送裝置，處理腔室具有裝卸口，該傳送裝置具有至少兩個可分別伸縮之傳送臂，該傳送臂可同時指向該處理腔室之同一裝卸口，並且可分別在垂直方向調整至正對該同一裝卸口之位置，以完成工件之取放。

其中該等兩個傳送臂處於指向裝卸口之上下位置。該等兩個傳送臂可在傳送室及處理腔室之間的水平面上旋轉，並且傳送裝置之兩個傳送臂可隨傳送裝置之主軸上下移動；傳送裝置之每一傳送臂均可自由地前後伸縮。

該半導體製程處理系統亦包括至少一真空鎖，該真空鎖設有多個工件架，該傳送臂可同時指向真空鎖之不同工件架之位置，以完成工件之取放。每一真空鎖設有兩個或四個工件架。真空鎖分為上下兩層，處於下層之工件架設有易於散熱之墊片用以增強散熱效果。

本發明之另一目的在於提供一種解決目前工件量產裝置處理均一不高、不能高品質地進行工件批量處理之問題的半導體製程處理系統。

本發明藉由以下技術方法實現上述目的：一種半導體處理腔室，包括多個處理平臺，處理平臺周圍設有用於排氣之放射狀的槽，處理腔室周圍設有排氣通道，處理腔室之排氣通道及處理平臺之放射狀的槽相連通，構成一排氣系統。

其中，該處理腔室包括腔室頂蓋及腔室基盤，一抽氣隔離板設置於腔室頂蓋與腔室基盤之間，其中腔室頂蓋具有若干凸起之噴淋頭，該抽氣隔離板上具有與該噴淋頭對應的若干抽氣隔離孔，在抽氣隔離板下方的腔室基盤中具有與每一抽氣隔離孔相對應的加熱基座，該對應的噴淋頭、抽氣隔離孔及加熱基座形成處理平臺。抽氣隔離板之周邊設有多個放射狀的槽。該放射狀的槽之分佈為靠近抽氣隔離板周邊之一側較靠近抽氣隔離盤中心的一側疏。抽氣隔離板周圍亦設置有與腔室頂蓋之凹陷部的延伸部相對應的多個排氣口。

在腔室基盤上設有至少一用於排氣之排氣槽，且排氣槽與抽氣隔離板之排氣口相連通。腔室基盤底部設有與該排氣槽相通之排氣通道，該排氣通道與排氣裝置相連。

處理平臺周圍排出之氣流形成的氣幕形成過程為：氣體由本發明之噴淋頭送入每一處理平臺，由於進氣系統之氣壓以及排氣裝置對氣體之抽取，氣體自每一處理平臺之放射狀槽中流出，由於氣壓的作用，氣體之流速可很快，在處理平臺周圍形成氣幕。加熱基座周圍設有向上噴射之惰性氣體氣幕。

另一技術方案為：一種半導體處理腔室，包括多個處理平臺，亦包括一抽氣隔離板置放在處理平臺上，該抽氣隔離板具有多個與處理平臺對應的抽氣隔離孔，在半導體處理過程中，藉由抽氣隔離孔使得各處理平臺之反應環境相互隔離。

其中，該半導體處理腔室亦包括腔室頂蓋及腔室基盤，處理平臺設置於腔室基盤內，抽氣隔離板設置於腔室頂蓋與腔室基盤之間。其中腔室頂蓋具有若干凸起之帶有細孔的噴淋頭。該抽氣隔離板上之抽氣隔離孔與該噴淋頭相對應，並且在半導體工件處理過程中，噴淋頭緊靠抽氣隔離板之抽氣隔離孔。在抽氣隔離板下方的腔室基盤中具有與每一抽氣隔離孔相對應的加熱基座，該對應的噴淋頭、抽氣隔離孔及加熱基座形成處理平臺。抽氣隔離孔之周邊設有若干放射狀槽，該放射狀的槽之分佈為靠近抽氣隔離板周邊之一側較靠近抽氣隔離板中心的一側疏。抽氣隔離板周圍亦設置有與腔室頂蓋之凹陷部的延伸部相對應的多個排氣口。抽氣隔離板之周圍設有多個對稱的排氣口。在腔室基盤上靠近抽氣隔離板周圍設有至少一用於排氣之排氣槽。腔室基盤底部設有與該排氣槽相通之排氣通道，該排氣通道與排氣裝置相連。

該處理腔室中氣流流向為：反應氣體由噴淋頭送入每一處理平臺，對置放在加熱基座上之半導體工件進行處理，由於進氣系統之氣壓以及排氣裝置對反應氣體之抽取，反應氣體自每一處理平臺之抽氣隔離板的放射狀槽中流出，進入腔室頂蓋之凹陷部，並向凹陷部之延伸部流動，經抽氣隔離板之周圍的排氣口流至腔室基盤之排氣槽中，再藉由與排氣槽相通之排氣通道進入排氣裝置。

腔室基盤正對傳送室一側設有用於裝卸工件之裝卸口。加熱基座底部通有惰性氣體以防止微粒塵埃在加熱基座下方沉積及薄膜生長。

本發明之再一目的在於提供一種解決目前工件量產裝置工件裝卸速度慢，工件處理效率低之問題的處理系統。

本發明藉由以下技術方法實現上述目的：一種半導體製程處理系統之工件的傳遞方法，該半導體製程處理系統包括傳送室及處理腔室，傳送室內設置有傳送裝置，該傳送裝置具有至少兩個位於上下位置且可分別沿水平方向伸縮之傳送臂，該方法包括：(1)傳送裝置之一傳送臂自處理腔室內的一工件裝卸口取出一片工件；(2)緊跟步驟(1)完成後，傳送裝置之另外一傳送臂將另外一片工件藉由該工件裝卸口放入處理腔室內。

其中，該傳送裝置可在傳送室內之水平面上旋轉。傳送裝置之兩個傳送臂可隨傳送裝置的主軸上下移動。傳送裝置每次藉由工件之裝卸口裝入或卸出一片工件。半導體製程處理系統亦包括真空鎖，傳送裝置每次在真空鎖中可取出兩片工件。

本發明之另一技術方案為：一種半導體製程處理系統之工件裝載方法，該半導體製程處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺之處理腔室，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室內無工件之情況下裝載工件的步驟如下：(1)傳送裝置利用其兩個傳送臂自真空鎖中拿出兩片工件；(2)將兩個傳送臂旋轉至處理腔室之裝卸口處，其中第一傳送臂正對裝卸口，將該第一傳送臂所持之工件放在工件交換平臺上，工件交換平臺旋轉n分之一圈；(3)傳送裝置之第二傳送臂調整至正對裝卸口處，將該第二傳送臂所持之工件放在工件交換平臺上；(4)兩個傳送臂返回真空鎖再取兩片工件，工件交換平臺旋轉n分之一圈；(5)重複上述步驟(2)、(3)、(4)，直至處理腔室裝滿。

其中，處理平臺之個數n為自然數。處理腔室之數目為兩個或三個。真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。真空鎖內容納兩片或四片工件。

在步驟(5)完成後且等待所有的工件經處理後，亦進一步包括工件交換步驟，該工件交換步驟包括：a.傳送裝置返回真空鎖，並自真空鎖中用第一傳送臂取出一片未處理的工件；b.旋轉傳送裝置，使其返回處理腔室位置，並使第二傳送臂正對處理腔室之裝卸口處；c.傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片處理後之工件；d.調整傳送裝置位置，使第一傳送臂正對裝卸口，傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口向工件交換平臺放入一片未處理的工件；e.傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖，並將第二傳送臂取得之處理後的工件放入真空鎖。

工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。

一種半導體製程處理系統之工件卸載方法，該半導體製程處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺之處理腔室，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室為滿之情況下卸載工件的步驟如下：(1)傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片工件；(2)工件交換平臺旋轉n分之一圈，調整第二傳送臂位置使其正對裝卸口；(3)傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片工件；(4)傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖並將取得之兩片工件放入真空鎖；(5)重複上述步驟，直至處理腔室卸載完畢。

其中，處理平臺之個數n為4自然數。處理腔室之數目為兩個或三個。真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。

一種半導體製程處理系統之工件交換方法，該半導體製程處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺之處理腔室，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室有工件之情況下交換工件的步驟如下：(1)傳送裝置返回真空鎖，並自真空鎖中用第一傳送臂取出一片未處理之工件；(2)旋轉傳送裝置，使其返回處理腔室位置，並使第二傳送臂正對處理腔室之裝卸口處；(3)傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片處理後之工件；(4)調整傳送裝置位置，使第一傳送臂正對裝卸口，傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口向工件交換平臺放入一片未處理的工件；(5)傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖，並將第二傳送臂取得之處理後的工件放入真空鎖。

其中，處理平臺之個數n為4自然數。處理腔室之數目為兩個或三個。真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。真空鎖內容納兩片或四片工件。工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。

本發明採用獨特的傳送裝置工件傳送結構，可更加迅速地裝卸工件，提高產能。本發明之處理腔室採用特殊設計的進排氣系統，使得各處理平臺之間形成反應氣體幕障，可提昇各平臺之間的均一度，避免了不同處理平臺之間的反應氣體交互干擾。

請參看圖1，圖1為本發明半導體製程處理系統之立體結構示意圖。本發明由一標準的工廠介面1、兩個真空鎖2、一傳送室3、一或多個處理腔室4構成。其中，工廠介面1與真空鎖2相鄰。傳送室3位於真空鎖2與處理腔室4之間。多個處理腔室4可圍繞傳送室3設置。每一處理腔室4中包含有多個處理平臺5，每一處理平臺5可處理一片半導體工件。在如圖1所示之實施例中，半導體製程處理系統包括兩個處理腔室4，兩個處理腔室4圍繞傳送室3設置。每一處理腔室4上方均設置有一腔室頂蓋8，為便於本發明之說明，其中一處理腔室4之腔室頂蓋8處於閉合狀態，另一腔室頂蓋8處於打開狀態。自閉合狀態之腔室頂蓋8上可看到，處理腔室4之腔室頂蓋8上設有一反應氣體供應裝置6，該反應氣體供應裝置6可藉由進氣管自腔室頂蓋8之頂部向處理腔室4內不同之處理平臺5輸入反應氣體。自打開之腔室頂蓋8中可看到，腔室頂蓋8內部具有一凹陷部9，凹陷部9四周各有一延伸部10。在凹陷部9中具有與處理平臺1之個數相同的多個凸起之噴淋頭11，噴淋頭11上設有若干均勻密佈之細孔12以供反應氣體供應裝置6提供的反應氣體輸入處理平臺5內。另外，在處理腔室4之支架側邊亦設有進行工件處理所需之控制、排氣以及動力裝置7，為簡潔起見，此處不詳述。本發明每一處理腔室4可共用一套清潔源及反應氣體提供裝置、排氣泵及終端探測器。在電漿化學氣相沉積之情況下，同一處理腔室4之處理平臺5之間亦可共用一套射頻能量輸入裝置。

請參看圖2，圖2為本發明半導體製程處理系統在省略處理腔室頂蓋時之俯視圖。圖2中之實施例中，傳送室3為五邊形的，可在其周圍最多設置三個處理腔室4，圖2之實施例中設置了兩個，當然亦可只有一處理腔室4。在其他某些實施例中，傳送室3亦可為其他不同形狀，例如六邊形。相應的，傳送室3周圍最多可設置之處理腔室4的數目亦可不同。如圖2所示之實施例中處理腔室4是具有帶有四個倒角之四邊形，其內部設置有四個處理平臺5。當然在其他的某些實施例中，處理腔室4亦可擁有其他不同的形狀以及不同數目的處理平臺5。

請參看圖3，圖3為本發明半導體製程處理系統中之處理腔室的結構分解示意圖。在圖3中，處理腔室包括腔室頂蓋8、抽氣隔離板13、工件交換平臺25、加熱基座19以及腔室基盤18。其中，加熱基座19藉由其中心軸31安裝在腔室基盤18之軸孔31'中，抽氣隔離板13、工件交換平臺25及腔室基盤18沿如圖所示之共同的軸心線上下安裝在一起，腔室頂蓋8與腔室基盤18機械連接在一起並且可打開或閉合。當腔室頂蓋8蓋在腔室基盤18上時，腔室頂蓋8及腔室基盤18內部形成一密閉的工件處理腔室。需要說明，本發明中之處理腔室內部可設置有多個工件處理平臺，為便於說明，在圖3所示之實施例中，僅以四個工件處理平臺為例。

腔室頂蓋8向內凹陷，形成一凹陷部9，該凹陷部9四周有延伸之突起狀的延伸部10。當處理半導體工件時，腔室頂蓋8與腔室頂蓋合上，內部形成一密閉反應腔體，反應氣體會在凹陷部9內流動，並最終排出處理腔室(容後詳述)。腔室頂蓋8之凹陷部9內設置有四個自凹陷部9凸起之噴淋頭11，噴淋頭11上均勻分佈著供反應氣體輸入之細孔12。

抽氣隔離板13上設置有與噴淋頭11之個數及位置相對應的若干抽氣隔離孔16。抽氣隔離孔16之孔徑上寬下窄，對應地，腔室頂蓋8上之噴淋頭11直徑小於該抽氣隔離孔16之上端直徑，大於該抽氣隔離孔16之下端直徑，此種設置使得當腔室頂蓋8蓋在腔室基盤18時，噴淋頭11及抽氣隔離孔16有較緊密之接觸。另外，抽氣隔離板13周圍亦設置有四個與腔室頂蓋8之凹陷部9的延伸部10相連通之排氣口14。

工件交換平臺25用於在各處理平臺5之間傳送工件，其具有一轉軸孔33及沿轉軸孔33周邊均勻設置的與工件平臺數目相對應對數之可開合的傳送臂37，每一對傳送臂37上用於置放工件。工件交換平臺25可旋轉，並可使每一對傳送臂37正好位於一處理平臺5之上方。本實施例中，抽氣隔離板排氣口工件交換平臺25具有四對可開合之傳送臂37與抽氣隔離板13之抽氣隔離孔16相對應。

加熱基座19具有一呈圓形之加熱平臺，加熱平臺下面之中心位置處有一支撐桿31，可在腔室基盤18中沿軸孔31'上下升降。加熱平臺上置放用於處理之工件。為配合工件交換平臺25在加熱基座19上取放工件，加熱基座19上亦設有多個可沿腔室基盤18之軸孔20'上下移動的頂針20。頂針20的個數及排列方式可有多種，在如圖3該之實施例中，每一加熱基座19上具有三個呈三角形分佈之頂針20。

結合參看圖3及圖4，腔室基盤18中間設有一與工件交換平臺25之轉軸孔33共軸心的軸孔33'，工件交換平臺25藉由一轉動機構(未圖示)安裝在腔室基盤18中之軸孔33'上。腔室基盤18內設置有4個工件處理平臺5，每一工件處理平臺裏面設置一軸孔31'及三個軸孔20'，加熱基座19之支撐桿31可在軸孔31'內上下升降，頂針20可在軸孔20'內上下升降。腔室基盤18正對一工件處理平臺5之一側設置有一供工件進出的工件裝卸口23。腔室基盤18上在工件裝卸口23相對兩側各設置有一用於排氣之排氣槽17。腔室基盤18底部亦設置有與排氣通道21相連通之排氣裝置22。請再結合參看圖7，圖7為圖4中所示之腔室基盤18沿I－I線剖開之剖視圖。由圖7可知，排氣槽17及排氣通道21之間藉由一連接槽27使二者連通在一起。因此，排氣槽17、排氣通道21及排氣裝置22相互連通。

圖6為本發明之抽氣隔離板13的結構示意圖，如圖6所示，抽氣隔離板13之抽氣隔離孔16的周邊設有若干放射狀的槽24，抽氣隔離板13周圍亦設置有與腔室頂蓋8之凹陷部9的延伸部10相連通之多個排氣口14。

請結合參看圖3，在工件處理時，腔室頂蓋8蓋在腔室基盤18上形成一處理腔，在處理腔內，抽氣隔離板13置放在腔室基盤18上，並且抽氣隔離板13之每一抽氣隔離孔16恰好位於加熱基座19之上方，腔室頂蓋8之噴淋頭11與抽氣隔離板13的抽氣隔離孔16緊靠，加熱基座19與抽氣隔離板13緊靠，被處理之工件放在加熱基座19與抽氣隔離板13之間，工件交換平臺25之傳送臂37可藉由各種方式之設置使傳送臂37位於不阻擋加熱基座19之位置，從而不影響自噴淋頭11上噴出之反應氣體直接噴射到位於加熱基座19上的工件上。由此，噴淋頭11、抽氣隔離板13及加熱基座19形成一處理平臺5。反應氣體供應裝置6自腔室頂蓋8之頂部藉由噴淋頭11上的細孔12給處理平臺5輸入反應氣體。反應氣體自噴淋頭11上噴出來，對置放在加熱基座19上之半導體工件進行處理，由於抽氣隔離板13上設置有放射狀槽24，使得腔室頂蓋8上之噴淋頭11與抽氣隔離板13不能完全密閉，自噴淋頭11上之密佈的細孔12上進入處理平臺5之反應氣體在處理過工件後，經過由此等放射狀槽24構成之抽氣隔離板孔隙漏出，進入腔室頂蓋8向內凹陷之凹陷部9，並向凹陷部9之延伸部10流動，由於延伸部10與抽氣隔離板13之多個排氣口14相連通，再由於排氣裝置22之作用，漏出的氣體自動流至抽氣隔離板13上之多個排氣口14處，因為多個排氣口14與設置在腔室基盤18上之排氣槽17相連通，且由於排氣槽17及排氣通道21相連通，氣體就由此通路進入了排氣通道21，最終被排氣裝置22抽出，形成一完整的進氣排氣系統。由於反應氣體供應裝置6之氣壓以及排氣裝置22對反應氣體之抽取，整個進氣排氣系統之反應氣體的流速可很快，在處理平臺5周圍形成氣幕，使得各個平臺之間之反應氣體不至於互相干擾。

進一步地，考量到處理腔室4內部氣壓大小之不同而對反應氣體之流速產生的影響，本發明將放射狀槽24之分佈設置為靠近抽氣隔離板13周邊之一側較靠近抽氣隔離板13中心軸孔35的一側疏。如此對於每一放射狀槽24中流出之反應氣體流到排氣裝置22的難易程度係一致的，因而氣流亦更加均勻。

由於處理腔室4內之處理平臺5係對稱設置的，每一處理平臺5排出之反應氣體所受到之阻礙係一致的。本發明藉由靠近抽氣隔離板13周圍設置在腔室基盤18上之排氣槽17使得排出之氣體被均勻、迅速地被抽出，保證了多片工件之間的處理均一性。而且本發明採用了噴淋頭11與抽氣隔離板13之間的由放射狀槽14構成之孔隙來作為處理平臺5之排氣口，使得處理平臺5中之氣流更為均勻，而且排出之氣體形成氣幕，在腔室內部開放之條件下形成氣幕隔離，使得各處理平臺之處理環境相對獨立。此外亦可在加熱基座19周圍設有向上噴射之惰性反應氣體氣幕，進一步防止反應氣體自加熱基座19與抽氣隔離板13之間的縫隙洩漏或進入。藉由此等措施，可有效地避免處理平臺5之間反應氣體之相互干擾。

請參看圖2，圖2為本發明半導體製程處理系統在省略處理腔室頂蓋時之俯視圖。工件由工件匣經流水線送至本發明之半導體製程處理系統，工廠介面1自工件匣中取出工件置放到真空鎖2中。傳送室3中設有一傳送裝置15，該傳送裝置15具有至少兩個可分別伸縮之傳送臂(容後詳述)。在圖中所示之實施例中，傳送裝置15係一具有兩個傳送臂之雙臂機器人，當然亦可係包括兩個以上傳送臂之機器人。該傳送裝置15將工件自真空鎖2中取出，置放到處理腔室4中之處理平臺5內。在一處理腔室4之所有處理平臺5內置放完工件時，該處理腔室4就可進行工件處理。處理完以後，再由傳送室3中之傳送裝置15取出處理完之工件，同時在原位放入未處理之工件再進行下一批次之處理。取出之工件放入真空鎖2中冷卻。冷卻完後再經由工廠介面1將其置放到流水線上之工件匣中送入下一製程步驟進行處理。

請參看圖8，圖8為本發明之真空鎖2及傳送室3之結構示意圖。本發明具有兩個真空鎖2，真空鎖2位於五邊形傳送室3靠近工廠介面1之兩個相鄰邊。其中每一真空鎖2被分隔成四個槽，每一槽中可容納一片工件。真空鎖2及其每一槽可被抽成真空。工廠介面1可一次或多次地將真空鎖2中之四個槽內的工件裝上或取走。在另外某些實施例中真空鎖2可被分割成交換層及冷卻層，前者用於工件在真空鎖2及處理腔室4之間的轉送，而後者則用於冷卻處理完之工件，並將其送至非真空環境中以供工廠介面1取走。

如圖8中之傳送室3是一五邊形的真空腔室。在傳送室3內具有一傳送裝置15，傳送裝置15之兩個傳送臂可在水平面上同步旋轉或獨立旋轉各自角度(比如，兩個傳送臂可旋轉成相互呈180度)，以及在垂直方向各自沿主軸上下移動，並可在水平方向上前後伸縮。工作時，工廠介面1自工件傳送盒中提取工件至真空鎖2中，再由傳送室3中之傳送裝置15將工件裝入處理腔室4。

圖9為本發明之傳送裝置位於處理腔室內的俯視圖，該傳送裝置15具有兩個傳送臂151、152，該等兩個傳送臂151、152位於同一主軸之上下位置。傳送裝置15之兩個傳送臂151、152可在真空鎖2(圖2)及處理腔室4(圖2)之間的水平面上同步旋轉或獨立旋轉。傳送裝置15每次由某一傳送臂(傳送臂151或傳送臂152)向一處理腔室藉由其工件之裝卸口23裝入或卸出一片工件，且傳送裝置15每次在一或多個真空鎖2中可取出兩片工件。傳送裝置15之每一臂151、152可隨傳送裝置15之主軸在垂直方向上下移動調整位置，並且傳送裝置15之每一臂151、152均可自由地在水平方向上前後伸縮。傳送裝置15之兩個傳送臂151、152可同時指向某一方向，比如，同時指向同一真空鎖或同一處理腔室，亦可各自單獨旋轉指向不同的方向，比如，兩個傳送臂分別指向同一真空鎖之兩個不同的製程架，或分別指向不同的兩個真空鎖之製程架；或者，一傳送臂指向一真空鎖，用於向該真空鎖內取或放半導體工件，而另一傳送臂指向一處理腔室，用於向該處理腔室內取或放半導體工件；或者，兩個傳送臂分別指向設置於傳送室邊上之兩個不同的處理腔室，用於分別向兩個處理腔室內取或放半導體工件。因此，本發明之傳送裝置的多個傳送臂可靈活地單獨執行半導體工件之取放動作，可同時自一或多個真空鎖內裝載或卸載兩片半導體工件，亦可連續地無等待時間地向一或多個處理腔室內完成半導體工件之裝載、卸載或交換動作，尤其適用於整合有多個真空鎖或處理腔室之半導體製程處理系統，因而整個半導體製程處理系統之產出量(throughput)被大大提高。因此，本發明之傳送裝置15在工件交換或裝卸過程中，只需要藉由調整傳送裝置15之傳送臂151、152的垂直位置，真空鎖2工件支架與及處理腔室4中之工件交換平臺25在垂直位置固定，只藉由傳送裝置15之運動完成工件交換。

請參看圖10，抽氣隔離板13與加熱基座19之間設有與每一抽氣隔離孔16相對應的工件交換平臺25。在如圖10所示之實施例中，該工件交換平臺25共有四對傳送臂37與四個抽氣隔離孔16相對應。該工件交換平臺25可旋轉使其每一對傳送臂37位於處理平臺5之上方，傳送臂37上方用以置放半導體工件，藉由配合圖3中之頂針19之動作，可很容易地將半導體工件自工件交換平臺25之傳送臂37上置放到加熱基座19上，或反之，將半導體工件自加熱基座19上置放到工件交換平臺25之傳送臂37上，此種工件之傳遞動作在先前技術中很普遍，可有多種方式，此處不詳述。該工件交換平臺25亦可旋轉使得其中一對與裝卸口23正對，以配合傳送室3內之傳送裝置15將工件置放於工件交換平臺25之一對傳送臂37上或自傳送臂37上卸載工件。

處理完畢後，再將工件取出腔室。先配合圖3中之頂針19的動作，使工件落置於工件交換平臺25上之四對傳送臂37上。藉由轉動工件交換平臺25，使工件交換平臺25上之每一對傳送臂37依次移至正對工件裝卸口23之一側，再由傳送裝置15之傳送臂藉由工件裝卸口23自每一對傳送臂37上取出處理過之工件，並傳送至真空鎖2。

下面結合所附圖式介紹傳送裝置裝卸工件之流程。如圖11所示，此處以兩個真空鎖201、202、一含有傳送裝置15之傳送室3以及兩個處理腔室401、402的結構為例。在本實施例中兩個真空鎖201、202各有四個槽(未圖示)。傳送裝置15具有兩個傳送臂151、152；兩個處理腔室401及402分別具有一裝卸口231、232正對傳送室3，處理腔室401、402內分別具有四個處理平臺，即處理平臺511、512、513、514以及處理平臺521、522、523、524。

一開始真空鎖201、202內各有四片工件，兩個處理腔室401、402內無工件。傳送裝置15利用其兩個傳送臂151、152分別自真空鎖201之兩個槽中拿出一片工件，此時兩個傳送臂151、152處於上下垂直位置。再將兩個傳送臂151、152在水平方向上旋轉至面向處理腔室401之裝卸口231處，接著調整傳送臂151之垂直位置，使其正對裝卸口231，並藉由前後伸縮傳送臂151將傳送臂151所持之工件放在工件交換平臺25上的一對傳送臂37上，工件交換平臺25旋轉四分之一圈；接下來傳送裝置15之另外一傳送臂152在垂直方向上調整至正對裝卸口231處，將傳送臂152所持之工件放在工件交換平臺25上的下一對傳送臂37上，工件交換平臺25再旋轉四分之一圈。而後傳送裝置15再返回原位，自真空鎖201之另外兩個槽中取出兩片工件，並將傳送臂151、152旋轉至正對裝卸口231處。重複前述過程，將工件先後放在工件交換平臺25上，工件交換平臺25旋轉一周後，四對傳送臂37上均承載有工件，再藉由工件交換平臺25之上下升降及配合頂針20的動作將工件一起放在處理平臺511、512、513、514上。如此完成一處理腔室401之工件裝載工作。再將傳送裝置15退至真空鎖202之位置，重複上述步驟完成處理腔室402之工件裝載工作。

裝載完成後，真空鎖201、202可藉由需要自工件匣中重新裝載工件。以上實施例中，真空鎖201、202中之工件取放之順序係自由的，並不一定需要自上而下或自下而上。

處理腔室401、402處理完成後，需要將處理腔室401、402中之已處理過的工件取出，並換上未處理之工件。具體過程如下：傳送裝置15自真空鎖201中用其傳送臂152自真空鎖201中之一槽中取出一片未處理的工件，將傳送裝置15旋轉至處理腔室401之裝卸口231處。此時假設傳送臂152在傳送臂151下方，傳送臂151正對裝卸口231。傳送臂151自工件交換平臺25上正對裝卸口231之一對傳送臂37上取出一片處理過的工件，取走後，正對裝卸口231之一對傳送臂37上無工件，可等待放入一片新的未處理之工件，接著，傳送臂152上升到正對裝卸口231之位置，並將其自真空鎖中取出之一片新的未處理之工件放在工件交換平臺25上剛取走處理過的工件之一對傳送臂37上，從而可只藉由傳送裝置15之上下傳送臂151、152的動作，在工件交換平臺25之同一對傳送臂37上用一片新的未處理之工件來換上一片處理過的工件。然後，工件交換平臺25再旋轉四分之一圈。傳送裝置15返回原位，其傳送臂151將其自工件交換平臺25上取到之工件放在真空鎖201中的槽中，傳送臂152再自真空鎖201中之另一槽中取出一片工件。重複以上步驟，直到一處理腔室之四片工件全部交換完成後，工件交換平臺25再統一將工件置放到處理平臺上。緊接著再進行處理腔室402之工件交換工作。

真空鎖設計之另外一較佳實施例係將真空鎖設計成兩層，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之石英墊，如此之設計可加快工件之冷卻速度。假定有4片工件在處理腔室中處理。工廠介面1會置放一未處理之工件在交換層，傳送裝置15用傳送臂152自真空鎖之交換層中取出未處理之工件並旋轉至處理腔室401的裝卸口231位置。傳送臂151正對裝卸口231，傳送臂152在傳送臂151下方。傳送臂151將工件交換平臺25上處理完之工件取出，然後傳送臂152上升至正對裝卸口231之位置，將其自真空鎖中取出之工件放在工件交換平臺25上，工件交換平臺25轉動四分之一。傳送裝置15旋轉至真空鎖202，傳送臂151將處理完之工件放入其冷卻層，傳送臂152自真空鎖202之交換層中揀起一處新的未處理之工件。真空鎖201及202之交換層自工廠介面1取得新的未處理工件。真空鎖202之冷卻層冷卻該工件並送至非真空環境中以便工廠介面1拾取。以上完成了一片工件之交換。接著傳送裝置15在完成交換後又返回真空鎖201。重複同樣的步驟，直至處理腔室401中之工件交換完成，再進行處理腔室402之工件交換過程。

以上實施例中僅介紹了具有四個處理平臺之處理腔室，對於每一處理腔室具有其他數目個處理平臺之半導體製程處理系統亦可依上例簡單類推出其裝卸方法。

由於本發明之傳送裝置具有至少兩個位於上下位置關係之傳送臂，並且傳送臂可沿傳送裝置主軸在垂直方向上調節其上下位置，因此，在傳送裝置自真空鎖或處理腔室內拾取工件時，可只藉由傳送裝置之運動，而不需要真空鎖或處理腔室在垂直方向調整，即可完成工件裝卸或交換動作。詳言之，半導體製程處理系統在工件裝卸或交換之過程中，只需要調節傳送裝置之多個傳送臂在垂直方向的位置，而不需要如先前技術中之半導體製程處理系統要調整真空鎖或處理腔室在垂直方向的位置。並且，只藉由傳送裝置之上下傳送臂的動作，使之分別對準處理腔室之裝卸口，可很容易地在處理腔室內之工件交換平臺的同一對傳送臂上用一片新的未處理之工件來換上一片處理過之工件，從而可更加迅速及低成本地裝卸及交換工件，提高產能。

本發明運用上述之傳送裝置於半導體製程處理系統中，具有很多優點：與先前技術(美國專利第5855681號)所揭露之雙刀片雙臂(dual blades dual arms)之傳送裝置相比，本發明之傳送裝置的製作成本更低，且在傳送半導體工件之過程中，定位更靈活且準確度更高；另外，本發明之傳送裝置的至少兩個傳送臂係沿主軸上下設置的，不同於先前技術之傳送裝置之雙臂係依水平方向設置的，因而本發明之傳送室可設置得很小，不僅便於傳送室之設計，而且使整個半導體製程處理系統之占地面積變小，大大降低製造成本及維護成本。再者，本發明之傳送裝置的多個傳送臂可靈活地單獨執行半導體工件之取放動作，可同時自一或多個真空鎖內裝載或卸載兩片半導體工件，亦可連續地無等待時間地向一或多個處理腔室內完成半導體工件之裝載、卸載或交換動作，尤其適用於整合有多個真空鎖或處理腔室之半導體製程處理系統，因而整個半導體製程處理系統之產出量被大大提高。

以上介紹之僅為基於本發明之幾個較佳實施例，並不能以此來限定本發明之範圍。任何對本發明之裝置作本技術領域內熟知之部件之替換、組合、分立，以及對本發明實施步驟作本技術領域內熟知之等同改變或替換均不超出本發明之揭示以及保護範圍。

1．．．工廠介面

2．．．真空鎖

3．．．傳送室

4．．．處理腔室

5．．．處理平臺

6．．．反應氣體供應裝置

7．．．控制、排氣以及動力裝置

8．．．腔室頂蓋

9．．．凹陷部

10．．．延伸部

11．．．噴淋頭

12．．．細孔

13．．．抽氣隔離板

14．．．排氣口

15．．．傳送裝置

16．．．抽氣隔離孔

17．．．排氣槽

18．．．腔室基盤

19．．．加熱基座

20．．．頂針

20'．．．軸孔

21．．．排氣通道

22．．．排氣裝置

23．．．裝卸口

24．．．放射狀槽

25．．．交換平臺

27．．．連接槽

31．．．中心軸

31'．．．軸孔

33．．．轉軸孔

33'．．．軸孔

37．．．傳送臂

101．．．批量處理系統

102．．．處理腔室

103．．．處理平臺

111．．．傳送室

112．．．系統

113．．．處理腔室

151．．．傳送臂

152．．．傳送臂

201．．．真空鎖

202．．．真空鎖

231．．．裝卸口

232．．．裝卸口

401．．．處理腔室

402．．．處理腔室

511．．．處理平臺

512．．．處理平臺

513．．．處理平臺

514．．．處理平臺

521．．．處理平臺

522．．．處理平臺

523．．．處理平臺

524．．．處理平臺

圖1為本發明半導體製程處理系統之立體結構示意圖。

圖2為本發明半導體製程處理系統在省略處理腔室頂蓋時之俯視圖。

圖3為本發明半導體製程處理系統之處理腔室的結構分解示意圖。

圖4為本發明半導體製程處理系統之一處理腔室在腔室頂蓋打開狀態時的示意圖。

圖5為本發明半導體製程處理系統之腔室基盤的底面示意圖。

圖6為本發明處理腔室之抽氣隔離板的結構示意圖。

圖7為圖4中所示之腔室基盤沿I-I線剖開的剖視圖。

圖8為本發明真空鎖及傳送室之結構示意圖。

圖9為本發明之傳送裝置位於處理腔室內的俯視圖。

圖10為本發明之工件交換平臺位於處理腔室內的俯視圖。

圖11為本發明之半導體工件裝載過程示意圖。

圖12為一現有半導體製程處理系統之示意圖。

圖13為另一現有半導體製程處理系統之示意圖。

1．．．工廠介面

2．．．真空鎖

3．．．傳送室

4．．．處理腔室

5．．．處理平臺

6．．．反應氣體供應裝置

7．．．控制、排氣以及動力裝置

8．．．腔室頂蓋

9．．．凹陷部

10．．．延伸部

11．．．噴淋頭

12．．．細孔

13．．．抽氣隔離板

15．．．傳送裝置

24．．．放射狀槽

Claims (32)

1. 一種半導體製程處理系統，包括傳送室及處理腔室，傳送室設有傳送裝置，處理腔室具有裝卸口，其特徵在於：該傳送裝置具有至少兩個可分別在一直線方向上伸縮之傳送臂，該傳送臂可同時指向該處理腔室之同一裝卸口，並且可分別在垂直方向調整至正對該同一裝卸口之位置，以完成工件之取放。
2. 如請求項1之半導體製程處理系統，其特徵在於：該等兩個傳送臂處於指向裝卸口之上下位置。
3. 如請求項1之半導體製程處理系統，其特徵在於：該等兩個傳送臂可在傳送室與處理腔室之間的水平面上旋轉。
4. 如請求項1之半導體製程處理系統，其特徵在於：該傳送裝置之兩個傳送臂可隨傳送裝置之主軸上下移動。
5. 如請求項1之半導體製程處理系統，其特徵在於：該傳送裝置之每一傳送臂均可自由地前後伸縮。
6. 如請求項1之半導體製程處理系統，其特徵在於：該半導體製程處理系統亦包括至少一真空鎖，該真空鎖設有多個工件架，該傳送臂可同時指向真空鎖之不同工件架的位置，以完成工件之取放。
7. 如請求項6之半導體製程處理系統，其特徵在於：該每一真空鎖設有四個工件架。
8. 如請求項6之半導體製程處理系統，其特徵在於：該每一真空鎖設有兩個工件架。
9. 如請求項6之半導體製程處理系統，其特徵在於：該真空鎖分為上下兩層，處於下層之工件架設有易於散熱之墊片用以增強散熱效果。
10. 一種半導體製程處理系統之工件的傳遞方法，該半導體製程處理系統包括傳送室及處理腔室，傳送室內設置有傳送裝置，該傳送裝置具有至少兩個位於上下位置且可分別沿水平方向在一直線方向上伸縮之傳送臂，該方法包括：(1)傳送裝置之一傳送臂自處理腔室內的一工件裝卸口取出一片工件；(2)緊跟步驟(1)完成後，傳送裝置之另外一傳送臂將另外一片工件藉由該工件裝卸口放入處理腔室內。
11. 如請求項10之半導體製程處理系統的工件之傳遞方法，其特徵在於：該傳送裝置可在傳送室內之水平面上旋轉。
12. 如請求項10之半導體製程處理系統的工件之傳遞方法，其特徵在於：該傳送裝置之兩個傳送臂可隨傳送裝置的主軸上下移動。
13. 如請求項10之半導體製程處理系統的工件之傳遞方法，其特徵在於：該傳送裝置每次藉由工件之裝卸口裝入或卸出一片工件。
14. 如請求項10之半導體製程處理系統的工件之傳遞方法，其特徵在於：該半導體製程處理系統亦包括真空鎖，傳送裝置每次在真空鎖中可取出兩片工件。
15. 一種半導體製程處理系統之工件的裝載方法，該之半導體工件處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺之處理腔室，其中n為自然數，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室內無工件之情況下裝載工件的步驟如下：(1)傳送裝置利用其兩個傳送臂自真空鎖中拿出兩片工件；(2)將兩個傳送臂旋轉至處理腔室之裝卸口處，其中第一傳送臂正對裝卸口，將該第一傳送臂所持之工件放在工件交換平臺上，工件交換平臺旋轉n分之一圈；(3)傳送裝置之第二傳送臂調整至正對裝卸口處，將該第二傳送臂所持之工件放在工件交換平臺上；(4)兩個傳送臂返回真空鎖再取兩片工件，工件交換平臺旋轉n分之一圈；(5)重複上述步驟(2)、(3)、(4)，直至處理腔室裝滿。
16. 如請求項15之半導體製程處理系統的工件之裝載方法，其特徵在於：處理腔室之數目為兩個或三個。
17. 如請求項15之半導體製程處理系統的工件之裝載方法，其特徵在於：該真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。
18. 如請求項15之半導體製程處理系統的工件之裝載方法，其特徵在於：真空鎖內容納兩片或四片工件。
19. 如請求項15之半導體製程處理系統的工件之裝載方法，其特徵在於：在步驟(5)完成後且等待所有的工件經過處理後，亦進一步包括工件交換步驟，該工件交換步驟包括：a.傳送裝置返回真空鎖，並自真空鎖中用第一傳送臂取出一片未處理的工件；b.旋轉傳送裝置，使其返回處理腔室位置，並使第二傳送臂正對處理腔室之裝卸口處；c.傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片處理後的工件；d.調整傳送裝置位置，使第一傳送臂正對裝卸口，傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口向工件交換平臺放入一片未處理的工件；e.傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖，並將第二傳送臂取得之處理後的工件放入真空鎖。
20. 如請求項15之半導體製程處理系統的工件之裝載方法，其特徵在於：工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。
21. 一種半導體製程處理系統之工件的卸載方法，該工件處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺之處理腔室，其中n為自然數，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室為滿之情況下卸載工件的步驟如下： (1)傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片工件；(2)工件交換平臺旋轉n分之一圈，調整第二傳送臂位置使其正對裝卸口；(3)傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片工件；(4)傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖並將取得之兩片工件放入真空鎖。(5)重複上述步驟，直至處理腔室卸載完畢。
22. 如請求項21之半導體製程處理系統的工件之卸載方法，其特徵在於：處理平臺之個數n為4自然數。
23. 如請求項21之半導體製程處理系統的工件之卸載方法，其特徵在於：處理腔室之數目為兩個或三個。
24. 如請求項21之半導體製程處理系統的工件之卸載方法，其特徵在於：該真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。
25. 如請求項21之半導體製程處理系統的工件之卸載方法，其特徵在於：真空鎖內容納兩片或四片工件。
26. 如請求項21之半導體製程處理系統的工件之卸載方法，其特徵在於：工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。
27. 一種半導體製程處理系統之工件的交換方法，該半導體製程處理系統包括真空鎖、傳送室、具有n個處理平臺 之處理腔室，其中n為自然數，處理腔室內設置有工件交換平臺，其中傳送室具有指向同一方向並且位於上下位置之至少兩個傳送臂的傳送裝置，在處理腔室有工件之情況下交換工件的步驟如下：(1)傳送裝置返回真空鎖，並自真空鎖中用第一傳送臂取出一片未處理之工件；(2)旋轉傳送裝置，使其返回處理腔室位置，並使第二傳送臂正對處理腔室之裝卸口處；(3)傳送裝置用第二傳送臂藉由裝卸口自工件交換平臺取出一片處理後的工件；(4)調整傳送裝置位置，使第一傳送臂正對裝卸口，傳送裝置用第一傳送臂藉由裝卸口向工件交換平臺放入一片未處理的工件；(5)傳送裝置之第二傳送臂返回真空鎖，並將第二傳送臂取得之處理後的工件放入真空鎖。
28. 如請求項27之半導體製程處理系統的工件之交換方法，其特徵在於：處理平臺之個數n為4自然數。
29. 如請求項27之半導體製程處理系統的工件之交換方法，其特徵在於：處理腔室之數目為兩個或三個。
30. 如請求項27之半導體製程處理系統的工件之交換方法，其特徵在於：該真空鎖設有上下兩層結構，其中上層為交換層用於工件之傳送及交換，而下層則設有易於散熱之墊片用以散熱。
31. 如請求項27之半導體製程處理系統的工件之交換方法， 其特徵在於：真空鎖內容納兩片或四片工件。
32. 如請求項27之半導體製程處理系統的工件之交換方法，其特徵在於：工件交換平臺設有n對傳送臂，其中工件交換平臺可旋轉使得每對傳送臂與一處理平臺相對應。