TWI788397B - 晶圓傳送裝置、晶圓處理系統以及方法 - Google Patents

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Abstract

一種晶圓傳送裝置，其包括機械臂以及托架。機械臂用於傳送晶圓。托架設置在所述機械臂上並包括定位凹槽，所述定位凹槽用以夾持所述晶圓的部分並將所述晶圓定位於所述托架上，所述定位凹槽在所述托架的邊緣處具有圓弧導角，且所述托架的最大厚度與所述定位凹槽的深度的比率介於4.85至5.17之間。

Description

晶圓傳送裝置、晶圓處理系統以及方法
本發明實施例是有關於一種晶圓傳送裝置、晶圓處理系統及方法。
半導體製造業是一系列主要製程步驟的迴圈和重複。依照不同性質的處理製程，晶圓往往需要在多個半導體製程設備的製程腔之間透過晶圓傳送裝置進行傳輸。在製程設備內，晶圓傳送裝置的主要功能是裝載晶圓，所有的裝卸通常是由自動機械手臂完成。機械手臂的設計要求能使晶圓平穩地傳送，並能保護晶圓不被損壞。
目前的機械手臂為求能縮短晶圓的傳送時間，往往期望能加速機械手臂的移動速度，然而，機械手臂的移動速度仍有其限度，再者，加速機械手臂的移動速度容易導致晶圓滑離機械手臂的托架，或增加晶圓與托架之間的碰撞，使得托架容易產生裂縫，縮短托架的使用壽命，甚至對晶圓造成損傷，不但造成一定的經濟損失，也影響到設備的生產效率。
本發明實施例提供一種晶圓傳送裝置以及晶圓處理系統，其可提升機械臂的移動速率，並可延長晶圓傳送裝置以及晶圓處理系統的使用壽命。
在本發明的一實施例中，晶圓傳送裝置包括機械臂以及托架。機械臂用於傳送晶圓。托架設置在所述機械臂上並包括定位凹槽，所述定位凹槽用以夾持所述晶圓的部分並將所述晶圓定位於所述托架上，所述定位凹槽在所述托架的邊緣處具有圓弧導角，且所述托架的最大厚度與所述定位凹槽的深度的比率介於4.85至5.17之間。
為讓本發明實施例的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10:晶圓處理系統
100:晶圓傳送裝置
110:機械臂
120:托架
122:定位凹槽
122a:圓弧導角
124:透氣凹槽
126:透氣開口
200a、200b:處理腔室
300:晶圓裝載匣
D1:最大厚度
D2:深度
D3:深度
D4:厚度
WF:晶圓
結合附圖閱讀以下詳細說明可最好地理解本發明實施例的各個方面。應注意的是，根據業界中的標準實務，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1是根據本發明某些示例性實施例的晶圓傳送裝置的示意圖。
圖2是根據本發明某些示例性實施例的托架的示意性上視圖。
圖3是根據本發明某些示例性實施例的托架的示意性局部剖面圖。
圖4是根據本發明某些示例性實施例的晶圓處理系統的示意圖。
圖5是根據本發明某些示例性實施例的晶圓處理系統的操作示意圖。
以下揭露內容提供用於實作所提供標的之不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本揭露內容。當然，這些僅為實例且不旨在進行限制。舉例來說，以下說明中將第一特徵形成於第二特徵「之上」或第二特徵「上」可包括其中第一特徵與第二特徵被形成為直接接觸的實施例，也可包括其中所述第一特徵與所述第二特徵之間可形成有附加特徵進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本揭露內容可能在各種實例中重複使用標號及/或字母。這種重複是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「之下(beneath)」、「下面(below)」、「下部(lower)」、「上方(above)」、「上部(upper)」等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其 他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外更囊括裝置在使用或操作中的不同取向。設備可具有其他取向(旋轉90度或處於其他取向)且本文中所用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
圖1是根據本發明某些示例性實施例的晶圓傳送裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的晶圓傳送裝置100可用於在任何半導體製程設備中傳送晶圓WF。在本實施例中，晶圓傳送裝置100包括機械臂110以及托架120。機械臂110可以是用於支撐、定位、居中以及運送晶圓WF的自動控制裝置的一部分。機械臂110可以配置成為了運送晶圓WF而進行三維運動。在圖1所示的實施例中，托架120可以設置在機械臂110的懸臂端上，以用於夾持及固定晶圓WF於機械臂110上。
圖2是根據本發明某些示例性實施例的托架的示意性上視圖。圖3是根據本發明某些示例性實施例的托架的示意性局部剖面圖。請參照圖2及圖3，托架120可包括定位凹槽122，定位凹槽122可用以夾持至少晶圓WF的一部份，並將晶圓WF定位於所述托架120上。在本實施例中，定位凹槽122可如圖2所示的延伸通過托架120，並用以夾持晶圓WF的相對兩側邊。在圖2所示的實施例中，定位凹槽122可在托架122的邊緣處具有圓弧導角122a，進一步來說，圓弧導角122a可往遠離晶圓WF的所述部分的方向延伸。在這樣的結構配置下，圓弧導角122a的設計可以減少機械臂110移動時晶圓WF與定位凹槽122之間的碰撞， 因而能降低定位凹槽122因碰撞而產生裂痕或缺角的情形，進而提升托架120的使用壽命，更能防止晶圓WF受到損傷。此外，由於圓弧導角122a的設計可以減少定位凹槽122因碰撞而產生裂痕或缺角的情形，機械臂110的移動速率因而可再進一步提升。
除此之外，為了提升機械臂110的移動速率，本實施例的托架120的最大厚度D1可降低，以減輕托架120的重量。並且，為了減少機械臂110快速移動時晶圓WF從托架120上滑落的情形，本實施例的定位凹槽122的深度D2可加深，以提升定位凹槽122對晶圓WF的夾持及定位效果。因此，為了滿足上述需求且又要使托架120維持足夠的結構強度，托架120的最大厚度D1與定位凹槽122的深度D2須設計為特定的比例。在本實施例中，托架120的最大厚度D1與定位凹槽122的深度D2的比率(也就是D1/D2的值)約可介於4.85至5.17之間。
進一步而言，定位凹槽122的深度D2約可介於0.48毫米(mm)至0.52毫米之間。托架120的最大厚度D1約可介於2.48毫米至2.52毫米之間。在本實施例中，托架120更可包括透氣凹槽124，其中，透氣凹槽124位於定位凹槽122內，晶圓WF可如圖3所示承靠於定位凹槽122的底面，而透氣凹槽124的深度D3約大於定位凹槽122的深度D2。也就是說，晶圓WF的底面會與透氣凹槽124的底面之間存在氣隙，因而有助於空氣對流，進而幫助晶圓WF進行加溫或降溫。在本實施例中，透氣凹槽124與定位凹槽122之間的深度差(也就是D3-D2)約介於0.08毫米至 0.12毫米之間。在本實施例中，透氣凹槽124可包括如圖3所示的具有底面的溝槽，也可包括如圖2所示的貫穿托架120的透氣開口126，本發明實施例並不限制透氣凹槽124的數量及形式。
圖4是根據本發明某些示例性實施例的晶圓處理系統的示意圖。請參照圖1及圖4，在本實施例中，前述的晶圓傳送裝置100可適用於如圖4所示的晶圓處理系統10，因此，晶圓處理系統10可包括前述的晶圓傳送裝置100、至少一處理腔室200a、200b以及至少一晶圓裝載匣300。在此必須說明的是，圖4所示的晶圓傳送裝置100與圖1所示的晶圓傳送裝置100相同或至少相似，因此，本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重複贅述。本實施例的晶圓傳送裝置100可用於將晶圓WF傳送於所述處理腔室200a、200b與所述晶圓裝載匣300之間。舉例來說，晶圓處理系統10可例如為用於快速高溫處理製程(Rapid Thermal Process，RTP)的晶圓處理系統，處理腔室200a則可例如包括多個快速高溫處理腔室，用來在晶圓處理程序的一或多個步驟期間對晶圓WF進行退火。在本實施例中，托架120的材料可包括石英，以承受熱處理製程的高溫。
當然，本實施例的處理腔室200a更可用於執行各種製程，例如物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、分耦式等離子氮化(DPN)或乾式蝕刻製程等，以在晶 圓表面上形成各種元件特徵。各種元件特徵可包括(但不限於)形成層間介電層、柵極介電層、多晶矽柵極、形成通孔(via hole)和溝槽、平坦化步驟以及沉積接觸墊或通孔內連線(interconnect)。在一實施例中，處理製程可適於形成柵極堆疊，其中處理腔室200a可以是DPN腔室、能夠沉積介電材料的CVD腔室、能夠沉積多晶矽的CVD腔室、快速高溫處理腔室及/或MCVD腔室。在本實施例中，處理腔室200b可例如為公設腔室(service chamber)，其適合執行除氣、定位、冷卻等動作。當然，所屬領域中具通常知識者應該瞭解，本發明實施例並不限制處理腔室200a、200b的種類、功能以及數量。
圖5是根據本發明某些示例性實施例的晶圓處理系統的操作示意圖。請參照圖4及圖5，在本實施例中，晶圓裝載匣300用於裝載晶圓WF，其中，晶圓裝載匣300的數量可為多個，且各個晶圓裝載匣300內可裝載的晶圓WF數量也可為多個。機械臂110可例如旋轉地移動於處理腔室200a、200b之間或是移動於處理腔室200a、200b與晶圓裝載匣300之間，以在處理腔室200a、200b之間或處理腔室200a、200b與晶圓裝載匣300之間傳送晶圓WF。在本實施例中，晶圓裝載匣300可如圖5所示包括多個插槽，其分別用以容納多個晶圓WF。托架120則適合伸入晶圓裝載匣300的插槽內以拾取晶圓WF。在本實施例中，各個插槽的厚度D4約介於5.5毫米至5.6毫米之間。在這樣的結構配置下，本實施例的托架120的最大厚度D1已降低至例如介於2.48毫米至2.52毫 米之間，因此，托架120在插槽內可有較大的移動餘裕，進而可提升傳送晶圓WF時可以容許的誤差，使托架120可更穩定且快速地傳送晶圓WF。
綜上所述，在本發明實施例的晶圓傳送裝置以及使用此晶圓傳送裝置的晶圓處理系統中，用以夾持及定位晶圓的定位凹槽在托架的邊緣處具有圓弧導角，如此設計可以減少機械臂移動時晶圓與定位凹槽的邊緣的碰撞，因而能降低定位凹槽因碰撞而產生裂痕或缺角的情形，進而提升托架的使用壽命，更能防止晶圓受到損傷。此外，由於圓弧導角的設計可以減少定位凹槽因碰撞而產生裂痕或缺角的情形，機械臂的移動速率因而可再進一步提升。
此外，為了提升機械臂的移動速率，本發明實施例降低了托架的最大厚度，以減輕托架的重量，並可提升托架傳送晶圓時可以容許的誤差，使晶圓傳送裝置可更穩定且快速地傳送晶圓。並且，為了減少機械臂快速移動時晶圓從托架上滑落的情形，本發明實施例加深了定位凹槽的深度，以提升定位凹槽對晶圓的夾持及定位效果。因此，本發明實施例的托架的最大厚度與定位凹槽的深度被設計為特定的比例(例如介於4.85至5.17之間)，以滿足上述需求並同時能使托架維持足夠的結構強度。因此，本發明實施例的晶圓傳送裝置以及使用此晶圓傳送裝置的晶圓處理系統可有效延長托架的使用壽命，更可有效提升機械臂移動的速率及穩定度，進而提升晶圓處理製程的效率以及良率。
雖然本發明實施例已以實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明實施例的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
122:定位凹槽
122a:圓弧導角
124:透氣凹槽
126:透氣開口

Claims (9)

  1. 一種晶圓傳送裝置，包括：一機械臂，用於傳送一晶圓；以及一托架，設置在所述機械臂上，所述托架包括一定位凹槽，所述定位凹槽用以夾持所述晶圓的部分並將所述晶圓定位於所述托架上，所述定位凹槽在所述托架的一邊緣處具有一圓弧導角，所述圓弧導角在水平方向上往遠離所述晶圓的邊緣的方向延伸，其中所述定位凹槽的一深度介於0.48毫米至0.52毫米之間，且所述托架的一最大厚度介於2.48毫米至2.52毫米之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓傳送裝置，其中所述托架的所述最大厚度與所述定位凹槽的所述深度的一比率介於4.85至5.17之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓傳送裝置，其中所述托架更包括一透氣凹槽，位於所述定位凹槽內，所述透氣凹槽的一深度大於所述定位凹槽的所述深度，所述晶圓承靠於所述定位凹槽的一底面。
  4. 一種晶圓處理系統，包括：一處理腔室；一晶圓裝載匣，用於裝載至少一晶圓；一晶圓傳送裝置，包括：一機械臂，移動於所述處理腔室與所述晶圓裝載匣之間；以及 一托架，設置在所述機械臂上，所述托架包括一定位凹槽，所述定位凹槽用以夾持所述晶圓的一部分並將所述晶圓定位於所述托架上，其中所述定位凹槽在所述托架的一邊緣處具有一圓弧導角，所述圓弧導角在水平方向上往遠離所述晶圓的邊緣的方向延伸，所述定位凹槽的一深度介於0.48毫米至0.52毫米之間，且所述托架的一最大厚度介於2.48毫米至2.52毫米之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的晶圓處理系統，其中晶圓裝載匣包括用以容納所述晶圓的插槽，且所述插槽的厚度與所述托架的最大厚度的比率介於2.18至2.26之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的晶圓處理系統，其中所述處理腔室包括一快速高溫處理腔室。
  7. 一種晶圓處理系統，包括：晶圓裝載匣，包括用於容納晶圓的插槽；以及晶圓傳送裝置，包括托架，其用於伸入所述插槽內以拾取所述晶圓並包括定位凹槽，所述定位凹槽用以夾持所述晶圓的部分並將所述晶圓定位於所述托架上，所述定位凹槽的一深度介於0.48毫米至0.52毫米之間，且所述托架的一最大厚度介於2.48毫米至2.52毫米之間，其中所述托架還包括透氣凹槽，位於所述定位凹槽內，且所述晶圓承靠於所述定位凹槽與所述透氣凹槽之間的區域。
  8. 一種晶圓處理系統，包括：晶圓裝載匣，包括用於容納晶圓的插槽；以及 晶圓傳送裝置，包括托架，其用於以延伸深度伸入所述插槽內以將所述晶圓移入及移出所述插槽，其中所述定位凹槽的一深度介於0.48毫米至0.52毫米之間，且所述托架的一最大厚度介於2.48毫米至2.52毫米之間，所述插槽的厚度與所述托架的最大厚度的比率介於2.18至2.26之間，其中用於將所述晶圓定位於所述托架的所述定位凹槽內，其中所述托架還包括透氣凹槽，位於所述定位凹槽內，且所述晶圓承靠於所述定位凹槽與所述透氣凹槽之間的區域。
  9. 一種晶圓處理方法，包括：將托架伸入晶圓裝載匣的插槽內；以及將所述晶圓定位於位在所述插槽內的所述托架上，其中所述定位凹槽的一深度介於0.48毫米至0.52毫米之間，且所述托架的一最大厚度介於2.48毫米至2.52毫米之間，用於將所述晶圓定位於所述托架上的定位凹槽內；將所述晶圓由所述插槽傳送至處理腔室；以及將所述晶圓放置於所述處理腔室內。
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