TWI668790B - 用於半導體製程之基板傳送機構及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於半導體製程之成膜裝置中基板傳送機構，該基板傳送機構包含複數個氣體噴射器包含複數個取放部、複數個前臂及一後臂。該複數個取放部分別固定於複數個前臂，各係用於取放一基板。該複數個前臂係設於該後臂上，並分別相對於該後臂有靠近或遠離之運動。

Description

用於半導體製程之基板傳送機構及成膜裝置
本發明係關於一種於半導體基板上形成薄膜之氣相成膜系統，詳細而言，係關於一種用於半導體製程之成膜裝置中基板傳送機構。
在半導體基板上形成薄膜過程中，成膜裝置容納基板之反應腔內係利用氣體噴射器將氣體源供應之氣體水平(或垂直)噴射至承載盤(susceptor)上之基板上方進行混合，再利用加熱所引起的物理或化學反應，從而在基板(例如：晶圓)上沉積薄膜。
習知成膜裝置包含一用於產生氣相沉積薄膜之反應腔，其係由腔壁圍設一接近真空之密閉腔室。該腔室內設有一具有複數個基板保持構件之承載盤，係用以承載及固定複數片基板。與基板保持構件相對有一對向面形成構件，又該二者間形成並設有一氣體噴射器。該氣體噴射器具有獨立之三個氣體流道，一般分別用於導入及輸送用於製程之氣體，例如：H2/N2/V族原料氣體、III族原料氣體與載送氣體(carrier gas)之混合及H2/N2/V族原料氣體，並水平噴射至基板之上進行混合，再利用加熱所引起的物理或化學反應，從而在基板上沉積薄膜。
上述成膜裝置係自外部一收容匣(cassette)依序載入複數片基板，可由人員操作真空工具將各基板自收容匣取出，再分別放置於不同的基板保持構件上。但人工在吸附基板正面(線路面)及放置之過程中，可能無塵衣上或真空工具有顆粒(particle)掉落於基板之表面，從而污染基板上線 路而影響良率。或者，可採用真空取附之機械手臂將各基板自收容匣取出，再分別放置於不同的基板保持構件上，但每個動作循環或完整行程僅能取放同一片基板，因此生產能力(throughput)不佳。另一方面，真空工具或真空機械手臂直接接觸基板之正面可能會損害已形成之微細線路，並放置於基板保持構件也會有位置沒有對準之誤差產生。
綜上所述，半導體製造亟需要一種能改善前述問題之氣相成膜系統，藉此可以提昇沉積薄膜之品質及單位時間之產量。
本申請案係提供一種基板傳送機構及氣相成膜系統，其係藉由改善基板傳送機構之設計，從而增進沉積製程之生產能力(即單位時間之產量)，並避免外來顆粒污染基板之線路。
本申請案係提供一種基板傳送機構及氣相成膜系統，藉由一攝影機輔助該基板傳送機構放置基板至正確位置，從而增加沉積膜層之製造良率。
本申請案係提供一種基板傳送機構，其係利用靜電吸盤(E-chuck)吸附基板正面，確保基板上已形成之微細線路不被壓損或刮傷。
於是，本發明提出一實施例，一種用於半導體製程之基板傳送機構，包含：一後臂；複數個前臂，係設於該後臂上，並分別相對於該後臂有靠近或遠離之運動；以及複數個取放部，各該取放部係用於取放一基板，及固定於對應之複數個前臂。
於另一實施例中，該複數個取放部係靜電吸盤。
於另一實施例中，該複數個前臂係分別設於該後臂之相對之兩表面上，並能於該後臂之長度方向上向外伸展或向內重疊。
於另一實施例中，該基板傳送機構另包含一固定臂，該後臂係設於該固定臂上，並分別相對於該固定臂有靠近或遠離之運動。
於另一實施例中，該基板傳送機構另包含一支撐部，該支撐部與該固定臂連接，並驅動該固定臂旋轉。
於另一實施例中，該基板傳送機構另包含一基部，該基部與 該支撐部連接，並驅動該支撐部相對有上升或下降之運動。
本發明另提出一實施例，一種用於半導體製程之成膜系統，包含：一反應腔，包括複數個基板保持構件；以及一基板傳送機構，包括：一後臂；複數個前臂，係設於該後臂上，並分別相對於該後臂有靠近或遠離之運動；及複數個取放部，各該取放部係用於取放一基板至該基板保持構件，並固定於對應之複數個前臂。
於另一實施例中，該複數個取放部係依序吸取複數個基板，及依序放置該複數個基板至對應之該複數個基板保持構件上。
於另一實施例中，當該複數個取放部中一者係自一該基板保持構件吸取一基板，該複數個取放部中另一者已吸取另一基板，然後將該另一基板放置於剛卸載之該基板保持構件上。
於另一實施例中，該成膜系統另包含一攝影機，當該複數個取放部中一者放置一基板至該複數個基板保持構件中一者，該攝影機擷取該基板與該基板保持構件之影像，藉由判斷該影像中兩者之相對位置以調整該取放部之位置。
10、20‧‧‧成膜系統
11‧‧‧基板傳送機構
12‧‧‧反應腔
80‧‧‧晶圓匣
111‧‧‧第一前臂
112‧‧‧第一取放部
113‧‧‧第二前臂
114‧‧‧第二取放部
115‧‧‧後臂
116‧‧‧固定臂
117‧‧‧支撐部
118‧‧‧基部
121‧‧‧基板保持構件
122‧‧‧攝影機
123‧‧‧基板保持構件
W1‧‧‧基板
W2‧‧‧基板
W3‧‧‧基板
圖1A~1D係繪示本申請案第一實施例之氣相成膜系統的側視示意圖。
圖2A~2D係繪示本申請案第一實施例之氣相成膜系統的俯視示意圖。
圖3A~3D係繪示本申請案第二實施例之氣相成膜系統的側視示意圖。
圖4A~4D係繪示本申請案第二實施例之氣相成膜系統的俯視示意圖。
以下，就實施本發明之各種實施形態來加以說明。請參照隨附的圖式，並參考其對應的說明。另外，本說明書及圖式中，實質相同或 相同的構成會給予相同的符號而省略其重複的說明。
圖1A~1D係繪示本申請案第一實施例之氣相成膜系統的側視示意圖。如圖1A所示，成膜系統10包含一基板傳送機構11及一反應腔12。另有一裝載多片晶圓之晶圓匣80，可供基板傳送機構11吸取其中存放之晶圓或放置晶圓至其中空出之格位。反應腔12包括複數個基板保持構件，於基板保持構件121上有一攝影機122。
該基板傳送機構11包含一第一前臂111、一第一取放部112、一第二前臂113、一第二取放部114及一後臂115。該第一前臂111及第二前臂113係設於該後臂115上，並分別相對於該後臂115有靠近或遠離之運動。該第一前臂111及第二前臂113係分別連接於該後臂115之相對之兩表面(上表面及下表面)上，並能於該後臂115之長度方向上向外伸展或向內重疊。該第一取放部112及第二取放部114係用於取放一基板，並分別固定於對應該第一前臂111及第二前臂113上。
該基板傳送機構11另包含一固定臂116、一支撐部117及一基部118。該後臂115係設於該固定臂116上，並分別相對於該固定臂116有靠近或遠離之運動。該支撐部117與該固定臂116連接，並驅動該固定臂116旋轉。該基部118與該支撐部117連接，並驅動該支撐部117相對有上升或下降之運動。
該第一前臂111係相對於該後臂115延伸至該晶圓匣80內，然後該第一取放部112吸取一基板W1，同時該第二前臂113退縮至該後臂115下方，並和該後臂115重疊。
圖1B~1D係繪示第一實施例中接續圖1A的分段動作。如圖1B所示，於該第一取放部112吸取該基板W1後，當該支撐部117會上升至適當位置，該第二前臂113係相對於該後臂115延伸至該晶圓匣80內，然後該第二取放部114吸取一基板W2。當該第一取放部112吸取該基板W1及該第二取放部114同時吸取該基板W2後，會將兩片基板W1及W2遞送至該反應腔12內。
參見圖1C所繪示內容，該第一取放部112會放置該基板W1於該基板保持構件121上，同時已吸取該基板W2之該第二取放部114會在該 後臂115之下方等待。當該第一取放部112放置該基板W1至該基板保持構件121中，該攝影機122擷取該基板W1與該基板保持構件121之影像，藉由判斷該影像中兩者之相對位置以調整該第一取放部112之位置。
然後，當該基板保持構件121承載該基板W1後，該支撐部117上升，又承載盤會旋動另一基板保持構件123至同一取放之定位。此時，該第一前臂111退縮至該後臂115下方，並和該後臂115重疊。該第二前臂113係相對於該後臂115延伸至反應腔12內部之承載盤(圖未示)上，從而讓該第二取放部114能適當放置該基板W2於該基板保持構件123上，如圖1D所示。
此實施例中，各該取放部(112、114)係一靜電吸盤，其係利用介電質材料儲存電位能產生靜電，利用靜電去吸附基板等材料。另，該基板傳送機構11之第一前臂111、第一取放部112、第二前臂113、第二取放部114、後臂115、固定臂116、支撐部117及基部118係類似機械手臂之應用，但也可以是各種機械元件之組合，例如：連桿、線性滑軌、伺服馬達、線性馬達、時規皮(time belt)帶輪、時規皮帶等機械元件。
對照圖1A~1D，圖2A~2D係繪示本申請案第一實施例之氣相成膜系統的俯視示意圖。於圖2A~2D中該基板保持構件(121、123)上之該攝影機122並未繪出，又各圖分別對應圖1A~1D之側視示意圖，故說明可以參酌前開敘述。
圖3A~3D係繪示本申請案第二實施例之氣相成膜系統的側視示意圖。如圖3A所示，成膜系統20包含一基板傳送機構11及一反應腔12。另有一裝載多片晶圓之晶圓匣80，可供基板傳送機構11吸取其中存放之晶圓或放置晶圓至其中空出之格位。反應腔12包括複數個基板保持構件，於基板保持構件121上有一攝影機122。
該基板傳送機構11包含一第一前臂111、一第一取放部112、一第二前臂113、一第二取放部114及一後臂115。該第一前臂111及第二前臂113係設於該後臂115上，並分別相對於該後臂115有靠近或遠離之運動。該第一前臂111及第二前臂113係分別連接於該後臂115之相對之兩表面(上表面及下表面)上，並能於該後臂115之長度方向上向外伸展或向內重疊。該第一取放部112及第二取放部114係用於取放一基板，並分別固定於對應該第 一前臂111及第二前臂113上。
該基板傳送機構11另包含一固定臂116、一支撐部117及一基部118。該後臂115係設於該固定臂116上，並分別相對於該固定臂116有靠近或遠離之運動。該支撐部117與該固定臂116連接，並驅動該固定臂116旋轉。該基部118與該支撐部117連接，並驅動該支撐部117相對有上升或下降之運動。
該第一前臂111係相對於該後臂115延伸至該晶圓匣80內，然後該第一取放部112吸取一基板W1，同時該第二前臂113退縮至該後臂115下方，並和該後臂115重疊。
相較於圖1A，此實施例中該第二取放部114不會再接著吸取一基板W2。如圖3B所示，於該第一取放部112吸取該基板W1後，該第二取放部114下未有任何被吸附之基板，然後會將該基板W1遞送至該反應腔12內。此時該基板保持構件121上已負載一片基板W3，又該基板W3可以是已經完成沉積製程之基板，故可以於該基板傳送機構11完成一取放循環或行程中對該反應腔12一併進行卸載及負載兩種動作。該第二取放部114自該基板保持構件121上吸取該基板W3，同時已吸取該基板W1之該第一取放部112會在該後臂115之上方等待。
然後，如圖3C所示，當該基板保持構件121所承載該基板W1被取走後，該支撐部117下降，同時已吸取該基板W3之該第二取放部114會在該後臂115之下方等待。該第二前臂113係相對於該後臂115延伸至反應腔12內之承載盤(圖未示)上，從而讓該第一取放部112能適當放置該基板W1於已卸載之該基板保持構件121上。當該第一取放部112放置該基板W1至該基板保持構件121中，該攝影機122擷取該基板W1與該基板保持構件121之影像，藉由判斷該影像中兩者之相對位置以調整該第一取放部112之位置。
參見圖3D，已吸取該基板W3之該第二取放部114及剛卸載之該第一取放部112會隨著基板傳送機構11之運動移至該晶圓匣80處，該第二前臂113係相對於該後臂115延伸至該晶圓匣80內，然後該第二取放部114放置該基板W3至於其中空出之格位，此實施例為最上一層格位。放置於該基板保持構件121上之該基板W1可以進行沉積製程。
對照圖3A~3D，圖4A~4D係繪示本申請案第二實施例之氣相成膜系統的俯視示意圖。於圖4A~4D中該基板保持構件121上之該攝影機122並未繪出，又各圖分別對應圖3A~3D之側視示意圖，故說明可以參酌前開敘述。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (13)

  1. 一種用於半導體製程之基板傳送機構，包含：一後臂；複數個前臂，係設於該後臂上，並分別相對於該後臂有靠近或遠離之運動；以及複數個取放部，各該取放部係用於取放一基板，及固定於對應之複數個前臂；其中當該複數個取放部中一者正要吸取一基板，該複數個取放部中另一者已吸取另一基板，然後將該另一基板放置於剛被吸取該基板之空間。
  2. 如請求項1所述之用於半導體製程之基板傳送機構，其中該複數個取放部係靜電吸盤。
  3. 如請求項1所述之用於半導體製程之基板傳送機構，其中該複數個前臂係分別設於該後臂之相對之兩表面上，並能於該後臂之長度方向上向外伸展或向內重疊。
  4. 如請求項1所述之用於半導體製程之基板傳送機構，其另包含一固定臂，該後臂係設於該固定臂上，並分別相對於該固定臂有靠近或遠離之運動。
  5. 如請求項4所述之用於半導體製程之基板傳送機構，其另包含一支撐部，該支撐部與該固定臂連接，並驅動該固定臂旋轉。
  6. 如請求項5所述之用於半導體製程之基板傳送機構，其另包含一基部，該基部與該支撐部連接，並驅動該支撐部相對有上升或下降之運動。
  7. 一種用於半導體製程之成膜系統，包含：一反應腔，包括複數個基板保持構件；以及一基板傳送機構，包括：一後臂；複數個前臂，係設於該後臂上，並分別相對於該後臂有靠近或遠離之運動；及複數個取放部，各該取放部係用於取放一基板至各該基板保持構件，並固定於對應之該複數個前臂；其中當該複數個取放部中一者係自一該基板保持構件吸取一基板，該複數個取放部中另一者已吸取另一基板，然後將該另一基板放置於剛卸載之該基板保持構件上。
  8. 如請求項7所述之用於半導體製程之成膜系統，其另包含一攝影機，當該複數個取放部中另一者放置該另一基板至剛卸載之該基板保持構件上，該攝影機擷取該另一基板與該基板保持構件之影像，藉由判斷該影像中兩者之相對位置以調整該複數個取放部中另一者之位置。
  9. 如請求項7所述之用於半導體製程之成膜系統，其中該複數個取放部係靜電吸盤。
  10. 如請求項7所述之用於半導體製程之成膜系統，其中該複數個前臂係分別設於該後臂之相對之兩表面上，並能於該後臂之長度方向上向外伸展或向內重疊。
  11. 如請求項7所述之用於半導體製程之成膜系統，其中該基板傳送機構另包含一固定臂，該後臂係設於該固定臂上，並分別相對於該固定臂有靠近或遠離之運動。
  12. 如請求項11所述之用於半導體製程之成膜系統，其中該基板傳送機構另包含一支撐部，該支撐部與該固定臂連接，並驅動該固定臂旋轉。
  13. 如請求項12所述之用於半導體製程之成膜系統，其中該基板傳送機構另包含一基部，該基部與該支撐部連接，並驅動該支撐部相對有上升或下降之運動。
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