TWI807778B - 基片處理系統及其工作方法 - Google Patents

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陶珩
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大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
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Abstract

一種基片處理系統及其工作方法，其中，基片處理系統包括：傳輸腔；製程腔，傳輸腔和製程腔沿第一方向排布，製程腔內設有第一基座單元和第二基座單元，第一基座單元和第二基座單元沿第一方向排布，第一基座單元包括至少一個第一基座，第二基座單元包括至少一個第二基座，第一基座用於承載第一基片，第二基座用於承載第二基片；機械手裝置，設於所述傳輸腔內，具有第一工作位置和第二工作位置，機械手裝置在第一工作位置時用於傳輸所述第一基片，機械手裝置在第二工作位置時用於傳輸所述第二基片，機械手裝置在傳輸第一基片和第二基片時所述第一基座和第二基座的位置不發生變化。所述基片處理系統中製程腔運行的穩定性較好。

Description

基片處理系統及其工作方法
本發明涉及半導體的技術領域，尤其涉及一種基片處理系統及其工作方法。
現有的基片處理系統通常為真空集群設備(Cluster)，所述真空集群設備包括設備前端模組、真空鎖(Load Lock)、傳輸腔以及包圍傳輸腔的製程腔。其中，所述傳輸腔內安裝有機械臂(Robot)，所述機械臂用於將基片從真空鎖內取出，並放置到任意一個製程腔中，在所述製程腔內，對基片的表面進行處理，基片的表面處理完成後，機械臂再將處理完的基片從製程腔內取出，並將處理完的基片傳送到外界大氣環境中。
通常所述製程腔內會設置多個基片，為了能夠實現每片基片的傳輸，所述製程腔內需額外設置一驅動裝置，以使將被傳輸的基片轉動至靠近機械手附近。而設置所述驅動裝置將使得製程腔的設計變得複雜，運行穩定性差。
本發明解決的技術問題是提供一種基片處理系統及其工作方法，以使製程腔內不增設複雜的驅動裝置，因此能夠降低製程腔內運行的穩定性，降低設計的難度。
為解決上述技術問題，本發明提供一種基片處理系統，包括：傳輸腔；製程腔，所述傳輸腔和製程腔沿第一方向排布，所述製程腔內設有第一基座單元和第二基座單元，所述第一基座單元和第二基座單元沿第一方向排布，所述第一基座單元包括至少一個第一基座，所述第二基座單元包括至少一個第二基座，所述第一基座用於承載第一基片，所述第二基座用於承載第二基片；機械手裝置，設於所述傳輸腔內，具有第一工作位置和第二工作位置，所述機械手裝置在第一工作位置時用於傳輸所述第一基片，所述機械手裝置在第二工作位置時用於傳輸所述第二基片，所述機械手裝置在傳輸第一基片和第二基片時所述第一基座和第二基座的位置不發生變化。
可選的，所述機械手裝置包括第一機械手元件和第二機械手元件，所述第一機械手元件用於傳送第一基片，所述第二機械手元件用於傳送第二基片。
可選的，當所述第一基座單元包括1個第一基座時，或者，當所述第一基座單元包括多個第一基座，且多個所述第一基座沿第一方向排布時，所述第一機械手元件具有一個第一機械手；當所述第二基座單元包括1個第二基座時，或者，當所述第二基座單元包括多個第二基座，且多個所述第二基座沿第一方向排布時，所述第二機械手元件具有一個第二機械手。
可選的，當所述第一基座單元包括大於等於2個第一基座，部分個數的第一基座沿垂直於第一方向的第二方向排布時，所述第一機械手元件具有的第一機械手的個數與第二方向上第一基座的個數相同，一個所述第一機械手用於傳輸一個第一方向上的第一基片；當所述第二基座單元包括大於等於2個第二基座，部分個數的第二基座沿垂直於第一方向的第二方向排布時，所述 第二機械手元件具有的第二機械手的個數與第二方向上第二基座的個數相同，一個所述第二機械手用於傳輸一個第一方向上的第二基片。
可選的，沿所述第二方向上，所述第一基座單元包括2個第一基座，所述第二基座單元包括2個第二基座時，所述機械手裝置包括：第一大手臂、第二大手臂、第一小手臂、第二小手臂、一對第一機械手、一對第二機械手和轉軸，所述第一大手臂和第二大手臂的一端通過一第一活動軸交疊連接在轉軸的頂部，所述第一大手臂和第二大手臂可沿所述第一活動軸轉動，所述第一大手臂的另一端通過一第二活動軸連接所述第一小手臂的一端，所述第一小手臂的另一端連接所述一對的第一機械手，所述第二大手臂的另一端連接第二小手臂的一端，所述第二小手臂的另一端連接所述一對第二機械手，所述第一小手臂沿所述第二活動軸旋轉，可使第一機械手與第二機械手上下疊放，且所述第一機械手和第二機械手位於所述第一小手臂和第二小手臂之間。
可選的，所述第一大手臂與第一小手臂的長度相等或者不等；所述第二大手臂與第二小手臂的長度相等或者不等。
可選的，還包括：驅動裝置，用於使所述機械手裝置處於第一工作位置或者第二工作位置。
可選的，所述機械手裝置的個數為1個，所述機械手裝置在第一工作位置和第二工作位置切換時，所述驅動裝置驅動所述機械手裝置上下移動。
可選的，所述製程腔的個數為多個，多個所述製程腔環繞所述傳輸腔，每個製程腔內均設有所述第一基座和第二基座。
可選的，還包括：基片裝卸機、設備前端模組和氣鎖室，所述設備前端模組的兩側分別與基片裝卸機和氣鎖室連接，所述氣鎖室的兩側分別與設備前端模組和傳輸腔連接。
相應的，本發明還提供一種基片處理系統的工作方法，包括：提供上述任一種態樣所述的基片處理系統；使所述機械手裝置設置於第一工作位置，利用所述機械手裝置傳輸第一基片；使所述機械手裝置設置於第二工作位置，利用所述機械手裝置傳輸第二基片。
可選的，放置所述第一基片和第二基片的方法包括：使所述機械手裝置設置於第二工作位置，利用所述機械手裝置放置第二基片；放置所述第二基片之後，使所述機械手裝置設置於第一工作位置，利用所述機械手裝置放置第一基片。
可選的，取出所述基片和第二基片的方法包括：使所述機械手裝置設置於第一工作位置，利用所述機械手裝置取出第一基片；取出所述第一基片之後，使所述機械手裝置設置於第二工作位置，利用所述機械手裝置取出第二基片。
與習知技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果：本發明技術方案提供的基片處理系統及其工作方法中，由於所述機械手裝置具有第一工作位置和第二工作位置，所述機械手裝置在第一工作位置時用於傳輸第一基片，所述機械手裝置在第二工作位置時用於傳輸第二基片，因此，所述第一基片或第二基片在傳輸的過程中，無需轉動原本的位置，以使所述第一基片或第二基片靠近機械手裝置，就能夠實現第一基片和第二基片的傳輸。由於所述製程腔內無需額外增設驅動裝置，則所述製程腔的運行穩定性 不會受驅動裝置的影響，因此，有利於提高製程腔的穩定性。並且，還能夠降低製程腔的設計複雜度。
100:製程腔
101:傳輸腔
102:氣鎖腔
103:第一基座單元
103a:第一基座
104:第二基座單元
104a:第二基座
105:機械手裝置
110:設備前端模組
111:基片裝載機
200:第一大手臂
201:第二大手臂
202:第一小手臂
203:第二小手臂
204:第一機械手
205:第二機械手
206:轉軸
X:第一方向
Y:第二方向
S1~S3:步驟
圖1是本發明一種基片處理系統處於等候狀態時的結構示意圖；圖2是本發明一種基片處理系統處於第一工作位置時的結構示意圖；圖3是本發明一種基片處理系統處於第二工作位置時的結構示意圖；以及圖4是本發明一種基片處理系統的工作流程圖。
正如先前技術所述，習知的基片處理系統中製程腔運行穩定性較差，為解決所述技術問題，本發明技術方案提供一種基片處理系統，所述機械手裝置包括第一工作位置和第二工作位置，所述機械手裝置在第一工作位置時用於傳輸第一基片，所述機械手裝置在第二工作位置時用於傳輸第二基片，則在傳輸第一基片和第二基片的過程中第一基座和第二基座的位置無需改變，使得所述製程腔內無需額外設置驅動裝置，因此，有利於提高所述基片處理系統中製程腔內運行穩定性。
為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖1是本發明一種基片處理系統處於等候狀態時的結構示意圖。
請參考圖1，所述基片處理系統包括：製程腔100、傳輸腔101和氣鎖腔102，所述製程腔100和氣鎖腔102包圍傳輸腔101。
所述製程腔(Process Module，PM)100內為真空環境，用於在基片的表面進行半導體製程處理。
在本實施例中，所述製程腔內進行的是採用低壓化學氣相沉積製程(LPCVD)形成鎢沉積，一個所述製程腔100內具有四個基座，每個基座用於承載一個基片，相鄰基座之間不隔離，4個基片進行相同的製程。在其它實施例中，所述製程腔內進行的製程還可以為其它製程。
所述傳輸腔(Transfer Modul，TM)101內為真空環境，且所述傳輸腔101內具有機械手，用於將傳輸腔101內的基片傳入其中一個所述製程腔100內。所述製程腔100的個數為多個，多個製程腔100環繞傳輸腔101。
所述氣鎖腔(Loadlock)102用於實現大氣環境與真空環境之間進行切換。
所述基片處理系統還包括：設備前端模組(EFEM)110和基片裝載機(Loadport)111，所述設備前端模組110為大氣環境，所述基片裝載機111用於裝載基片。
請繼續參考圖1，所述傳輸腔101和製程腔100沿第一方向X排布，所述製程腔100內設有第一基座單元103和第二基座單元104，所述第一基座單元103和第二基座單元104沿第一方向X排布，所述第一基座單元103包括至少一個第一基座103a，所述第二基座單元104包括至少一個第二基座104a，所述第一基座103a用於承載第一基片，所述第二基座104a用於承載第二基片；機械手裝置105，設於所述傳輸腔101內，具有第一工作位置和第二工作位置，所述機械手裝置105在第一工作位置時用於傳輸所述第一基片，所述機械手裝置 105在第二工作位置時用於傳輸所述第二基片，所述機械手裝置105在傳輸第一基片和第二基片時所述第一基座103a和第二基座104a的位置不發生變化。
為了提高基片的處理效率，通常在所述製程腔100內設置多個基座，每個基座用於承載一個基片，具體的，所述製程腔100內設置第一基座103a和第二基座104a。所述第一基座103a和第二基座104a沿第一方向X排布，由於所述第一基座103a靠近機械手裝置105，因此傳輸第一基座103a上的第一基片較容易，而所述第二基座104a離機械手裝置105較遠，因此，傳輸第二基座104a上的第二基片相對較困難。
所述基片處理系統還包括：驅動裝置，用於使所述機械手裝置105在所述第一工作位置和者第二工作位置之間切換。
由於所述機械手裝置105具有第一工作位置和第二工作位置，因此，所述第一基片或第二基片在傳輸的過程中，無需轉動第一基座103a或第二基座104a原本的位置，以使所述第一基片或第二基片靠近機械手裝置105，就能夠實現第一基片和第二基片的傳輸。由於所述製程腔100內無需額外增設驅動裝置，則所述製程腔100的運行穩定性不會受驅動裝置的影響，因此，有利於提高製程腔100的穩定性。並且，由於所述製程腔100內無需額外設計驅動裝置還能夠降低製程腔100的設計複雜度，降低製程腔100調試的難度，還有利於降低生產製程腔100的生產成本，節省製程腔100的空間。
在一種實施例中，所述機械手裝置105包括伸縮臂和與伸縮臂連接的機械手，當所述伸縮臂的伸縮量為第一伸縮量時，所述機械手裝置105處於第一工作位置，此時，所述機械手裝置105用於傳輸第一基片；當所述伸縮臂的伸 縮量為第二伸縮量，所述第二伸縮量大於第一伸縮量，所述機械手裝置105處於第二工作位置，此時，所述機械手裝置105用於傳輸第二基片。
在另一種實施例中，所述機械手裝置105包括第一機械手元件和第二機械手元件，所述第一機械手元件用於傳送第一基片，所述第二機械手元件用於傳送第二基片。
具體的，在一種實施例中，當所述第一基座單元103包括1個第一基座103a時，所述第一機械手元件具有一個第一機械手，一個所述第一機械手在第一工作位置時就能夠傳輸第一基座103a上的第一基片；當所述第一基座單元103包括多個第一基座103a，且多個所述第一基座103a沿第一方向X排布時，所述第一機械手元件也可以僅具有一個第一機械手，一個所述第一機械手一次性傳輸多個第一基片。同樣的，當所述第二基座單元104包括1個第二基座104a時，所述第二機械手元件具有一個第二機械手，一個所述第二機械手在第二工作位置時就能夠傳輸第二基座104a上的第二基片；當所述第二基座單元104包括多個第二基座104a，且多個所述第二基座104a沿第一方向X排布時，所述第二機械手元件也可以僅具有一個第二機械手，一個所述第二機械手可一次性傳輸多個第二基片。
在另一種實施例中，當所述第一基座單元103包括大於等於2個的第一基座103a，部分個數的第一基座103a沿垂直於第一方向X的第二方向Y排布時，所述第一機械手元件具有的第一機械手的個數與第二方向Y上第一基座103a的個數相同，這樣，一個所述第一機械手能夠傳輸一個第一方向X上的第一基片，換句話說，當所述第一方向X上的第一基片的個數為多個時，一個所述第一機械手能夠一次性傳輸第一方向X上的多個第一基片；當所述第二基座 單元104包括大於等於2個第二基座104a，部分個數的第二基座104a沿垂直於第一方向X的第二方向Y排布時，所述第二機械手元件具有的第二機械手的個數與第二方向上第二基座104a的個數相同，這樣，一個所述第二機械手能夠傳輸一個第一方向X上的第二基片，換句話說，當所述第一方向X上的第二基片的個數為多個時，一個所述第二機械手能夠一次性傳輸第一方向X上的多個第二基片。
在有一種實施例中，所述機械手裝置的個數為1個，所述機械手裝置在第一工作位置和第二工作位置切換時，所述驅動裝置驅動所述機械手裝置上下移動。
以下以一種機械手裝置為例具體說明如何在第一基座103a和第二基座104a不轉動的情況下實現第一基片和第二基片的傳輸。
圖2是本發明一種基片處理系統處於第一工作位置時的結構示意圖。
請參考圖2，所述機械手裝置105包括：第一大手臂200、第二大手臂201、第一小手臂202、第二小手臂203、一對第一機械手204、一對第二機械手205和轉軸206，所述第一大手臂200和第二大手臂201的一端通過一第一活動軸交疊連接在轉軸206的頂部，所述第一大手臂200和第二大手臂201可沿所述第一活動軸轉動，所述第一大手臂200的另一端通過一第二活動軸連接所述第一小手臂202的一端，所述第一小手臂202的另一端連接所述一對的第一機械手204，所述第二大手臂201的另一端連接第二小手臂203的一端，所述第二小手臂203的另一端連接所述一對第二機械手205，所述第二小手臂203沿所述第二活動軸旋轉，可使第一機械手204與第二機械手205上下疊放，且所述第 一機械手204和第二機械手205位於所述第一小手臂202和第二小手臂203之間。
轉動所述第一大手臂200和第二大手臂201，所述第二大手臂201帶動第二小手臂203，所述第二小手臂伸出所述第二機械手205，所述第二機械手205用於放置或者卸載所述第二基座104a上的第二基片。
在一種實施例中，所述第一大手臂200和第二大手臂201可沿所述第一活動軸轉動，且轉動過程中，所述第一大手臂200與第二手臂201之間的夾角不變，使得第一機械手204在轉動的過程中，所述第二機械手205也發生轉動，則所述第一機械手204和第二機械手205能夠相互讓位。
在另一種實施例中，所述第一大手臂200和第二大手臂201可沿所述第一活動軸轉動，且轉動過程中，所述第一大手臂200與第二大手臂201之間的夾角可變。
另外，所述第一大手臂200與第一小手臂202的長度可相等也可不等；同樣，所述第二大手臂201與第二小手臂203的長度可相等也可不等。
圖3是本發明一種基片處理系統處於第二工作位置時的結構示意圖。
請參考圖3，轉動所述第一大手臂200和第二大手臂201，所述第一大手臂200帶動第一小手臂202，所述第一小手臂202伸出所述第一機械手204，所述第一機械手204用於放置或者卸載所述第二基座104a上的第一基片。
圖4是本發明一種基片處理系統的工作流程圖。
請參考圖4，步驟S1：提供上述基片處理系統；步驟S2：使所述機械手裝置設置於第一工作位置，所述機械手裝置用於傳輸第一基片；步驟S3：使所述機械手裝置設置於第二工作位置，所述機械手裝置用於傳輸第二基片。 為了在所述第一基座103a和第二基座104a上傳進第一基片和第二基片，機械手裝置105各個階段的圖示依次為圖1、圖2、圖3，之後又返回至圖1中所示的位置。其中圖1位置為待機位置。
相應的，為了傳出所述第一基座103a和第二基座104a上放置的第一基片和第二基片，機械手裝置105各個階段的圖示依次為圖1、圖3、圖2，之後又返回至圖1。其中圖1位置為待機位置。
由此可見，無論是基片的傳進，還是基片的傳出，所示第一基座103a和第二基座104a的位置始終不變，僅利用機械手裝置105在第一工作位置和第二工作位置進行切換，即可實現第一基座103a上第一基片的取放和第二基座104a上第二基片的去放。由於所述製程腔100內無需額外設置驅動裝置以事實調整所述第一基座103a和第二基座104a的位置，因此，所述製程腔100內的穩定性不會受到驅動裝置的影響，有利於提高製程腔的穩定性，且有利於降低製程腔100的製程成本、製造複雜度，節約製程腔100的空間。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為準。
100:製程腔
101:傳輸腔
102:氣鎖腔
103:第一基座單元
103a:第一基座
104:第二基座單元
104a:第二基座
105:機械手裝置
110:設備前端模組
111:基片裝載機
X:第一方向
Y:第二方向

Claims (13)

  1. 一種基片處理系統，其中，包括：一傳輸腔；一製程腔，該傳輸腔和該製程腔沿一第一方向排布，該製程腔內設有一第一基座單元和一第二基座單元，該第一基座單元和該第二基座單元沿該第一方向排布，該第一基座單元包括至少一個第一基座，該第二基座單元包括至少一個第二基座，該第一基座用於承載一第一基片，該第二基座用於承載一第二基片；一機械手裝置，設於該傳輸腔內，具有一第一工作位置和一第二工作位置，該機械手裝置在該第一工作位置時用於傳輸該第一基片，該機械手裝置在該第二工作位置時用於傳輸該第二基片，該機械手裝置在傳輸該第一基片和該第二基片時該第一基座和該第二基座的位置不發生變化。
  2. 如請求項1所述的基片處理系統，其中，該機械手裝置包括一第一機械手元件和一第二機械手元件，該第一機械手元件用於傳送該第一基片，該第二機械手元件用於傳送該第二基片。
  3. 如請求項2所述的基片處理系統，其中，當該第一基座單元包括一個該第一基座時，或者，當該第一基座單元包括多個該第一基座，且多個該第一基座沿該第一方向排布時，該第一機械手元件具有一個第一機械手；當該第二基座單元包括一個該第二基座時，或者，當該第二基座單元包括多個該第二基座，且多個該第二基座沿第一方向排布時，該第二機械手元件具有一個第二機械手。
  4. 如請求項2所述的基片處理系統，其中，當該第一基座單元中包括大於等於二個該第一基座，部分個數的該第一基座沿垂直於該第 一方向的一第二方向排布時，該第一機械手元件具有的一第一機械手的個數與該第二方向上該第一基座的個數相同，一個該第一機械手用於傳輸一個該第一方向上的該第一基片；當該第二基座單元包括大於等於二個該第二基座，部分個數的該第二基座沿垂直於該第一方向的該第二方向排布時，該第二機械手元件具有的一第二機械手的個數與該第二方向上該第二基座的個數相同，一個該第二機械手用於傳輸一個該第一方向上的該第二基片。
  5. 如請求項4所述的基片處理系統，其中，沿該第二方向上，該第一基座單元包括二個該第一基座，該第二基座單元包括二個該第二基座時，該機械手裝置包括：一第一大手臂、一第二大手臂、一第一小手臂、一第二小手臂、一對第一機械手、一對第二機械手和一轉軸，該第一大手臂和該第二大手臂的一端通過一第一活動軸交疊連接在該轉軸的頂部，該第一大手臂和該第二大手臂可沿該第一活動軸轉動，該第一大手臂的另一端通過一第二活動軸連接該第一小手臂的一端，該第一小手臂的另一端連接該一對的第一機械手，該第二大手臂的另一端連接該第二小手臂的一端，該第二小手臂的另一端連接該一對第二機械手，該第一小手臂沿該第二活動軸旋轉，可使該第一機械手與該第二機械手上下疊放，且該第一機械手和該第二機械手位於該第一小手臂和該第二小手臂之間。
  6. 如請求項5所述的基片處理系統，其中，該第一大手臂與該第一小手臂的長度相等或者不等；該第二大手臂與該第二小手臂的長度相等或者不等。
  7. 如請求項1所述的基片處理系統，其中，還包括：一驅動裝置，用於使該機械手裝置處於一第一工作位置或者一第二工作位置。
  8. 如請求項7所述的基片處理系統，其中，該機械手裝置的個數為一個，該機械手裝置在該第一工作位置和該第二工作位置切換時，該驅動裝置驅動該機械手裝置上下移動。
  9. 如請求項1所述的基片處理系統，其中，該製程腔的個數為多個，多個該製程腔環繞該傳輸腔，每個該製程腔內均設有該第一基座和該第二基座。
  10. 如請求項1所述的基片處理系統，其中，還包括：一基片裝卸機、一設備前端模組和一氣鎖室，該設備前端模組的兩側分別與該基片裝卸機和該氣鎖室連接，該氣鎖室的兩側分別與該設備前端模組和該傳輸腔連接。
  11. 一種基片處理系統的工作方法，其中，包括：提供一如請求項1至請求項10任一項所述基片處理系統；使該機械手裝置設置於該第一工作位置，利用該機械手裝置傳輸該第一基片；使該機械手裝置設置於該第二工作位置，利用該機械手裝置傳輸該第二基片。
  12. 如請求項11所述的基片處理系統的工作方法，其中，放置該第一基片和該第二基片的方法包括：使該機械手裝置設置於該第二工作位置，利用該機械手裝置放置該第二基片；放置該第二基片之後，使該機械手裝置設置於該第一工作位置，利用該機械手裝置放置該第一基片。
  13. 如請求項11所述的基片處理系統的工作方法，其中，取出該第一基片和該第二基片的方法包括：使該機械手裝置設置於該第一工作位置，利用該機械手裝置取出該第一基片；取出該第一基片之後，使 該機械手裝置設置於該第二工作位置，利用該機械手裝置取出該第二基片。
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