TWI601230B - Substrate processing system - Google Patents

Description

基片處理系統

本發明涉及一種真空處理系統，尤其涉及一種用於生產半導體元件的基片處理系統。

習知的基片處理系統通常為真空集群設備(cluster)，如第1圖所示。該真空集群設備包括設備前端模組11、真空鎖(load lock)12、傳輸腔(transfer chamber)13以及多個處理腔14，其中，傳輸腔13內安裝有機械臂(robot)15，該機械臂15用於將待處理基片從真空鎖12內取出，並放置到任意一個處理腔14中，在處理腔14內，對待處理基片進行處理，待基片處理完成後，機械臂15再把處理完的基片從處理腔14內取出，將其傳送到外界大氣環境中。

在一些情況下，基片在送入處理腔14處理前，可能需要對待處理基片進行預處理，或者在基片處理完後需要對基片進行後處理。然而，習知的基片處理系統僅能對基片進行一個處理過程，當需要對基片進行預處理或後處理這些額外處理時，需要將基片從一個基片處理系統取出經過大氣環境然後再進入另外一個基片處理系統。例如，基片的蝕刻製程中，在蝕刻腔內對基片進行蝕刻後，還需要剝離基片上的光刻膠或掩膜層。利用習知技術中的基片處理系統就需要將蝕刻後的基片傳送到與蝕刻系統分離的剝離系統中進行剝離。如此，導致基片處理效率較低，進而導致半導體元件的生產效率低下。

有鑑於此，本發明提供了一種基片處理系統，以提高基片處理效率，進而提高半導體元件的生產效率。

為了解決上述技術問題，本發明採用了如下技術手段：一種基片處理系統，包括：設備前端模組、第一真空鎖、第一傳輸腔、第二真空鎖、第二傳輸腔、至少一個第一處理腔以及至少一個第二處理腔；其中，第一真空鎖連接設備前端模組以及第一傳輸腔；第二真空鎖連接第一傳輸腔以及第二傳輸腔；上述至少一個第一處理腔與第二傳輸腔連接；每個第一處理腔均具有第一埠，第一埠用於在第一處理腔以及第二傳輸腔之間傳送基片；上述至少一個第二處理腔與第一傳輸腔連接；每個第二處理腔均具有第二埠，第二埠用於在第二處理腔以及第一傳輸腔之間傳送基片；第一傳輸腔內設置有第一機械臂，第一機械臂用於實現基片在第一真空鎖、第二真空鎖以及至少一個第二處理腔之間的傳送；第二傳輸腔內設置有第二機械臂，第二機械臂用於實現基片在第二真空鎖與至少一個第一處理腔之間的傳送。

較佳地，第一真空鎖包括相互隔離的第一部分以及第二部分，第一部分用於傳輸未處理的基片到第一傳輸腔，第二部分用於傳輸 已處理完的基片。

較佳地，第二部分具有冷卻功能，能夠對放置在其內部的基片進行冷卻。

較佳地，第二部分內設置有第三機械臂，第三機械臂用於將已處理完的基片傳送到大氣環境。

較佳地，第一處理腔為對基片進行蝕刻處理的蝕刻處理腔；蝕刻處理腔內包括用於固定基片的基座，基座上方包括靜電夾盤以及反應氣體供應裝置，基座上連接有射頻電源。

較佳地，第二處理腔為對基片進行剝離處理的剝離腔室，剝離腔室包括位於底部的加熱基座和位於頂部的電漿發生裝置，電漿發生裝置使得反應氣體形成電漿並向下流向下方加熱基座上的基片。

相較於習知技術，本發明具有以下有益效果：本發明提供的基片處理系統中，包括第一處理腔以及第二處理腔，基片經第一機械臂傳送到第一處理腔後，在此可以進行第一處理，基片經第二機械臂傳送到第二處理腔後，在此可以進行第二處理。因此，基片在本發明提供的基片處理系統中，能夠進行兩個不同的處理過程。針對一個基片來說，這兩個不同的處理過程可以為主處理過程以及輔助處理過程，其中，輔助處理包括預處理或者後處理過程。如此，利用一個基片處理系統即可完成對基片的主處理以及輔助處理。因此，本發明提供的基片處理系統提高了基片的處理效率，進而提高了元件的生產效率。

另外，第二處理腔內進行的製程處理和裝載/卸載基片均由第二機械臂完成，因此，第二處理腔內的製程過程的進行能夠在獨立於 第一處理腔內的第一機械臂完成，因而，本發明提供的基片處理系統還能夠提高整個系統的輸送量。

11‧‧‧設備前端模組

12‧‧‧真空鎖

13‧‧‧傳輸腔

14‧‧‧處理腔

15‧‧‧機械臂

201‧‧‧設備前端模組

202‧‧‧第一真空鎖

203‧‧‧第一傳輸腔

204‧‧‧第二真空鎖

205‧‧‧第二傳輸腔

206a、206b、206c、206d、206e、206f‧‧‧第一處理腔

207a、207b‧‧‧第二處理腔

208‧‧‧第一機械臂

209‧‧‧第二機械臂

210a、210b、210c、210d、210e、210f‧‧‧第一埠

211a、211b‧‧‧第二埠

為了清楚地理解本發明的技術方案，下面將描述本發明的具體實施方式時用到的圖式做一簡要說明。顯而易見地，這些圖式僅是本發明的部分實施例，本領域通常知識者在不付出進步性勞動的前提下，還可以獲得其它圖式。

第1圖是習知技術中的基片處理系統的結構示意圖。

第2圖是本發明實施例提供的基片處理系統的一種結構示意圖。

為使本發明的目的、效果以及技術手段更加清楚、完整，下面結合圖式對本發明的具體實施方式進行描述。

第2圖是本發明實施例提供的基片處理系統的第一種結構示意圖。如第2圖所示，該基片處理系統包括：設備前端模組201、第一真空鎖202、第一傳輸腔203、第二真空鎖204、第二傳輸腔205、六個第一處理腔206a至206f以及兩個第二處理腔(207a和207b)；其中，第一真空鎖202連接設備前端模組201以及第一傳輸腔203；第二真空鎖204連接第一傳輸腔203以及第二傳輸腔205； 每個第一處理腔(206a至206f)均分別與第二傳輸腔205連接；每個第二處理腔207a和207b均與第一傳輸腔203連接；第一傳輸腔203內設置有第一機械臂208，第一機械臂208用於實現基片在第一真空鎖202、第二真空鎖204以及第二處理腔(207a和207b)之間的傳送；第二傳輸腔205內設置有第二機械臂209，第二機械臂209用於實現基片在第二真空鎖204與第一處理腔(206a至206f)之間的傳送。

在本發明實施例中，設備前端模組EFEM201在業界也被稱為前端(front end)或微環境。設備前端模組201內部維持在大氣壓下，為大氣環境，第一傳輸腔203以及第二傳輸腔205內部為真空環境。

需要說明的是，在本發明實施例中，第一處理腔的數量不限於上述的6個，其可以為1個、2個或者其它個數。基片處理系統中的第一處理腔的數量至少為一個，但是，為了增加基片處理系統的輸送量，通常情況下，第一處理腔的數量為多個。同理，第二處理腔的數量也不限於上述的2個，其可以為1個或其它個數。

在本發明實施例中，可以將第一處理腔作為基片的主處理腔，將第二處理腔作為基片的輔助處理腔。例如，第一處理腔為蝕刻腔，第二處理腔為對蝕刻後的基片進行剝離的剝離腔。

當第一處理腔為對基片進行蝕刻處理的蝕刻處理腔時，此時第一處理腔內包括用於固定基片的基座，基座上方包括靜電夾盤和反應氣體供應裝置，基座上連接有射頻電源。

當第二處理腔為對基片進行剝離處理的剝離腔室時，第二處理腔內包括位於底部的加熱基座和位於頂部的電漿發生裝置，電漿發生裝置使得反應氣體形成電漿並向下流向下方加熱基座上的基片。

為了隔絕設備前端模組201與第一傳輸腔203，第一真空鎖202上設置有第一門閥以及第二門閥(圖中未示出)，第一門閥連通到設備前端模組201，第二門閥連通到第一傳輸腔203，並且這兩個門閥不會同時開通。當第一門閥開通時，第一真空鎖202內維持在大氣環境，第一真空鎖202內和設備前端模組內的基片可以進行交換。當第二門閥開通時，第一真空鎖202內維持在真空環境，第一真空鎖202內與第一傳輸腔203內的基片可以進行交換。

由於第一傳輸腔203以及第二傳輸腔205對應基片不同的處理過程，所以，兩者內部的真空環境有可能不同。為了隔絕這兩個腔體內的環境，第二真空鎖204上也可以設置有兩個門閥，為了與第一真空鎖202上的門閥相區別，本實施例將設置在第二真空鎖204上的兩個門閥分別稱為第三門閥以及第四門閥。其中，第三門閥連通到第一傳輸腔203，第四門閥連通到第二傳輸腔205。當第三門閥開通時，第二真空鎖204與第一傳輸腔203之間能夠進行基片的交換，當第四門閥開通時，第二傳輸腔205與第二真空鎖204之間能夠進行基片的交換。與第一真空鎖202上的門閥類似，第二真空鎖204上的第三門閥和第四門閥也不會同時打開，在一個時刻，僅開啟其中一個門閥。如此，第一傳輸腔203和第二傳輸腔205的氣流不相通，因此，兩個腔室內的環境不會相互影響，如果第一傳輸腔203內的環境較髒時，也不會污染第二傳輸腔205內的環境。

另外，每個第一處理腔(206a至206f)上均分別設置有一第 一埠(210a至210f)，該第一埠(210a至210f)與第二傳輸腔205連通，藉由該第一埠(210a至210f)可以實現第一處理腔與第二傳輸腔205之間的基片交換。並且第二處理腔(207a至207b)上也均分別設置有第二埠(211a和211b)，該第二埠(211a和211b)與第一傳輸腔203連通，用於實現第一傳輸腔203與第一處理腔之間的基片交換。需要說明的是，各個第一處理腔與第二傳輸腔共用互相連通的真空環境，各個第二處理腔與第一傳輸腔共用互相連通的真空環境。

在本發明實施例中，在第二處理腔內可以執行如光刻膠或掩膜層剝離、清洗和灰化等製程。為了實現這個目的，第二處理腔可以包括一個電漿施加裝置。值得注意的是，本發明實施例中，任何一個第一處理腔或第二處理腔內均可以包括電漿施加裝置。電漿施加裝置可以是電感性的、電容性的、微波的，其被設計用來在第二處理腔中的內部處理空間中維持電漿。相反地，電漿施加裝置可以是遠端電漿源，在遠離內部處理空間的一腔體內保持電漿，但是電漿中的活性自由基被傳送到內部處理空間。該電漿施加裝置可以被用來剝除基片上的光刻膠掩膜。此外，第二處理腔也可以包括反應氣體輸送機制，如氣體噴淋頭或氣體噴射器。

下面介紹基片在該基片處理系統的各個部件間的傳送流程。

當基片需要依次進行第一處理和第二處理時，其在基片處理系統的各個部件間的傳送流程如下：首先，基片從基片盒內取出放置到設備前端模組201內。第一真空鎖202內維持大氣環境，打開第一真空鎖202的第一門閥，同時保持第一真空鎖202的第二門閥關閉，將基片從設備前端模組201內 傳送到第一真空鎖202內。

然後關閉第一門閥，控制第一真空鎖202內維持真空環境，打開第一真空鎖202的第二門閥以及第二真空鎖204的第三門閥，設置在第一傳輸腔203內的第一機械臂208將基片從第一真空鎖202內取出，並將該基片傳送到第二真空鎖204內。

然後，關閉第三門閥，打開第四門閥，設置在第二傳輸腔205內的第二機械臂209將放置在第二真空鎖204內的基片傳輸到任一一個第一處理腔(206a至206f)內。在第一處理腔內，對基片進行第一處理。待第一處理完成後，第二機械臂209將第一處理後的基片從第一處理腔內取出並傳送到第二真空鎖204內，然後，第一機械臂208將第一處理後的基片從第二真空鎖204內取出並將其傳送到第二處理腔(207a或207b)。在第二處理腔內，對第一處理後的基片進行第二處理，待第二處理完成後，第一機械臂208將第二處理後的基片從第二處理腔內取出，並將其傳送到第一真空鎖202內，然後，第一機械臂208從第一真空鎖202內取出另一新的基片，開始對該新的基片進行處理流程。

當基片只需要進行第一處理時，第一處理後的基片傳送到第二真空鎖204之後，由第一機械臂208直接傳送到第一真空鎖202，而無需經過第二處理腔(207a或207b)。然後，從第一真空鎖202傳送到設備前端模組201，最後送到大氣環境中。

在本發明實施例中，第一處理腔可以為蝕刻腔，在該腔室內可以對放置在其內部的基片進行蝕刻處理，第二處理腔可以為剝離腔，在該腔室內可以對放置其內部的基片上的光刻膠或掩膜層進行剝離處理。因此，藉由本發明提供的基片處理系統，不僅可以實現對基片的主處理如蝕刻處理，還可以對主處理後的基片進行後處理如剝離。所以， 藉由本發明實施例提供的基片處理系統，當一個基片完成主處理後，如若需要進行後處理時，就不需要將該基片再傳送到另一個具有後處理功能的系統中，可以在一個基片處理系統中就可以完成主處理和後處理這兩個處理過程。

另外，當基片需要預處理時，第二處理腔可以為預處理腔。此時，基片在處理系統的各個部件間的流轉過程如下：進入到第一真空鎖202內的基片，經第一機械臂208傳送到第二處理腔，在第二處理腔內對基片進行預處理，預處理完成後，第一機械臂208將基片取出，並將其傳送到第二真空鎖204內，然後第二機械臂209將基片從第二真空鎖204內取出並將其傳送到第一處理腔內，在第一處理腔內對基片進行第一處理，第一處理後的基片經第二機械臂傳送到第二真空鎖204，然後再由第一機械臂208傳送到第一真空鎖202，最後傳出基片處理系統。

以上為本發明實施例提供的基片處理系統的第一種結構。相較於習知技術中需要將基片傳送到兩個不同的處理系統中進行不同處理的方案，本發明提供的基片處理系統能夠對基片進行主處理和輔助處理過程，該輔助處理過程包括預處理及/或後處理過程，因此能夠提高基片處理效率，有利於提高元件的生產效率。

另外，第二處理腔內進行的製程處理和裝載/卸載基片均由第二機械臂完成，因此，第二處理腔內的製程過程的進行能夠在獨立於第一處理腔內的第一機械臂完成，因而，本發明提供的基片處理系統還能夠提高整個系統的輸送量。

另外，為了進一步提高基片處理系統的輸送量，使得基片進入基片處理系統的路徑與離開基片處理系統的路徑不同，提高基片處 理系統的處理效率，本發明實施例還提供了基片處理系統的第二種結構。

該基片處理系統的第二種結構與第一種結構相比，區別僅在於，第一真空鎖202不是一個整體連通結構，其被隔板分割成相互隔離的第一部分和第二部分。在一種示例中，其中第一部分只被用來傳輸新的基片到第一傳輸腔203，而第二部分只被用來傳輸處理完的基片離開第一真空鎖202並被傳送到設備前端模組201。處理完的基片是指已經被第一處理腔處理完成的基片或者被第二處理腔處理完的基片。在第二部分中可以設置有第三機械臂，第三機械臂用於將已處理完的基片傳送到大氣環境。

另外，對基片進行處理時，一般會採用較高的溫度。因此剛處理完後的基片溫度較高，如果直接將溫度較高的基片傳送到大氣環境中，基片表面就會與大氣中的氣體發生反應，降低基片的性能。為了避免這個問題，在本發明實施例中，為了能夠對處理完的基片進行冷卻，第一真空鎖202的第二部分具有冷卻功能，其可以對放置在其內部的基片進行冷卻。

需要說明的是，作為示例，第一真空鎖202的第一部分可以為第一真空鎖202的頂部部分，第一真空鎖202的第二部分可以為第一真空鎖202的底部部分。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

201‧‧‧設備前端模組

202‧‧‧第一真空鎖

203‧‧‧第一傳輸腔

204‧‧‧第二真空鎖

205‧‧‧第二傳輸腔

206a、206b、206c、206d、206e、206f‧‧‧第一處理腔

207a、207b‧‧‧第二處理腔

208‧‧‧第一機械臂

209‧‧‧第二機械臂

210a、210b、210c、210d、210e、210f‧‧‧第一埠

211a、211b‧‧‧第二埠

Claims (6)

1. 一種基片處理系統，其包括：一設備前端模組、一第一真空鎖、一第一傳輸腔、一第二真空鎖、一第二傳輸腔、至少一第一處理腔以及至少一第二處理腔；其中，該第一真空鎖連接該設備前端模組以及該第一傳輸腔；該第二真空鎖連接該第一傳輸腔以及該第二傳輸腔；該至少一第一處理腔與該第二傳輸腔連接；每一該第一處理腔均具有一第一埠，該第一埠用於在該第一處理腔以及該第二傳輸腔之間傳送基片；該至少一第二處理腔與該第一傳輸腔連接；每一該第二處理腔均具有一第二埠，該第二埠用於在該第二處理腔以及該第一傳輸腔之間傳送基片；該第一傳輸腔內設置有一第一機械臂，該第一機械臂用於實現基片在該第一真空鎖、該第二真空鎖以及該至少一第二處理腔之間的傳送；該第二傳輸腔內設置有一第二機械臂，該第二機械臂用於實現基片在該第二真空鎖與該至少一第一處理腔之間的傳送；其中，該至少一第一處理腔與該至少一第二處理腔用於不同的工藝製程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基片處理系統，其中，該第一真空鎖包括相互隔離的一第一部分以及一第二部分，該第一部分用於傳輸未處理的基片到該第一傳輸腔，該第二部分用於傳輸已處理完的基片。
3. 如申請專利範圍第2項所述之基片處理系統，其中，該第二部分具有冷卻功能，能夠對放置在其內部的基片進行冷卻。
4. 如申請專利範圍第2項所述之基片處理系統，其中，該第二部分內設置有一第三機械臂，該第三機械臂用於將已處理完的基片傳送到大氣環境。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之基片處理系統，其中，該第一處理腔為對基片進行蝕刻處理的一蝕刻處理腔；該蝕刻處理腔內包括用於固定基片的一基座，該基座上方包括靜電夾盤以及反應氣體供應裝置，該基座上連接有射頻電源。
6. 如申請專利範圍第5項所述之基片處理系統，其中，該第二處理腔為對基片進行剝離處理的一剝離腔室，該剝離腔室包括位於底部的一加熱基座以及位於頂部的一電漿發生裝置，該電漿發生裝置使得反應氣體形成電漿並向下流向下方加熱基座上的基片。