TWI842835B - 自動批次生產薄膜沉積系統及使用該系統之自動批次生產薄膜沉積方法 - Google Patents

自動批次生產薄膜沉積系統及使用該系統之自動批次生產薄膜沉積方法 Download PDF

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TWI842835B TW109105377A TW109105377A TWI842835B TW I842835 B TWI842835 B TW I842835B TW 109105377 A TW109105377 A TW 109105377A TW 109105377 A TW109105377 A TW 109105377A TW I842835 B TWI842835 B TW I842835B
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麥可 Ｊ 瑟森
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勞倫 樂寇帝兒
杜斯夫 亞曼德 康 霍斯科泰 布登
拉梅什 普拉薩德 曼查拉朵 內拉哈里 拉奧
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美商維高儀器股份有限公司
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Abstract

全自動批次生產薄膜沉積系統，以較低的單一晶圓成本來提供均勻性和高產量。在一些示例中，本揭露之系統包括藉由低衝擊批次轉移之自動化安全晶圓搬運，其中低衝擊批次轉移係藉由裝載有多個晶圓之可運輸晶圓架來實現。 在一些示例中，系統包括模組化的預熱和冷卻架構，其可實現針對特定規格量身訂作之彈性熱管理解決方案。

Description

自動批次生產薄膜沉積系統及使用該系統之自動批次生產薄膜沉積方法
本發明大體上涉及薄膜沉積系統領域，特別是涉及自動批次生產薄膜沉積系統及使用該系統之自動批次生產薄膜沉積方法。
薄膜沉積製程被用來施加絕緣薄膜層、介電薄膜層及導電薄膜層於多種基板及元件上，例如半導體基板、半導體電路裝置。薄膜沉積製程也用來將上述薄膜層施加在應用於光學及光電裝置之透明及半透明玻璃以及其他基板上。在諸如原子層沉積(ALD)之化學氣相沉積(CVD)製程中，通常將晶圓個別對準並裝載到晶圓載體中，然後謹慎地放置在CVD反應器的反應室內。當化學反應完成後，熱的晶圓載體和晶圓必須小心地從反應室中取出來。在某些系統中，於薄膜沉積製程完成後，熱的且易損壞的晶圓會從反應器中分別被取出來。這種單獨的搬運增加了晶圓破裂的可能性並限制了CVD系統的產量。
在一實施例中，本揭露涉及一種用於基板的批次處理的自動化薄膜沉積系統。真空運輸模組包含一真空腔室，其具有複數開口，該些開口設置以耦接薄膜沉積製程模組。真空運輸模組還包含一機械手臂，其位於真空腔室 內，機械手臂具有一末端作用器，此末端作用器設置以耦接一運輸基板架，此運輸基板架設置以固持複數基板。其中前述機械手臂設置以經由一或多個該開口選擇性地移動運輸基板架，並且存放運輸基板架於相對應之薄膜沉積製程模組內以處理裝載於運輸基板架上之複數基板。
在另一實施例中，本揭露涉及一種半導體製程系統。所述系統包含真空運輸模組，真空運輸模組包含真空腔室、位於真空腔室內之機械手臂、以及複數開口。真空運輸模組還包含複數薄膜沉積製程模組，薄膜沉積製程模組包含預熱腔室、反應器、裝載鎖定腔室、以及裝載站。真空運輸模組還包含至少一運輸晶圓架，該至少一運輸晶圓架設置以固持複數半導體晶圓。其中預熱腔室、反應器、以及裝載鎖定腔室係分別耦接至該些開口中與其相對應的一個，且裝載站係耦接至裝載鎖定腔室，其中機械手臂係設置以自動地與選擇性地運送運輸晶圓架於裝載鎖定腔室、預熱腔室、以及反應室之間，以自動批次處理裝載於運輸晶圓架上之複數晶圓。
在另一實施例中，本揭露涉及一種以一薄膜沉積系統執行一薄膜沉積製程之方法。薄膜沉積系統包含真空運輸模組(VTM)、位於真空運輸模組中之真空運輸模組機械手臂、裝載鎖定腔室、預熱腔室、薄膜沉積反應器、以及至少一運輸晶圓架。所述方法包含一第一轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架從裝載鎖定腔室經由真空運輸模組而轉移至預熱腔室，其中該至少一運輸晶圓架裝載有複數晶圓。所述方法還包含加熱至少一運輸晶圓架以及位於預熱腔室內之複數晶圓。所述方法還包含一第二轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從預熱腔室經由真空運輸模組轉移至反應器。所述方法還包含對反應器內之複數 晶圓執行一薄膜沉積製程。所述方法還包含一第三轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從反應器經由真空運輸模組轉移至裝載鎖定腔室。所述方法還包含對至少一運輸晶圓架以及位於裝載鎖定腔室內之複數晶圓執行一受控的冷卻製程。
在另一實施例中，本揭露涉及一種用以控制一薄膜沉積系統之一控制系統。薄膜沉積系統包含真空運輸模組(VTM)、位於真空運輸模組中之真空運輸模組機械手臂、裝載鎖定腔室、預熱腔室、薄膜沉積反應器、以及至少一運輸晶圓架。所述控制系統包含具有一機器可讀取指令之記憶體與處理器，機器可讀取指令用以使處理器控制薄膜沉積系統以執行一操作。所述操作包含一第一轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架從裝載鎖定腔室經由真空運輸模組而轉移至預熱腔室，所述至少一運輸晶圓架裝載有複數晶圓。所述操作還包含加熱至少一運輸晶圓架以及位於預熱腔室內之複數晶圓。所述操作還包含一第二轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從預熱腔室經由真空運輸模組轉移至薄膜沉積反應器。所述操作還包含對薄膜沉積反應器內之複數晶圓執行一薄膜沉積製程。所述操作還包含一第三轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從薄膜沉積反應器經由真空運輸模組轉移至裝載鎖定腔室。所述操作還包含對至少一運輸晶圓架以及位於裝載鎖定腔室內之複數晶圓執行一受控的冷卻製程。
在另一實施例中，本揭露涉及一種非暫態機器可讀取媒體，其具有一機器可讀取指令。所述機器可讀取指令被設置以使一薄膜沉積系統之處理器執行一操作。所述薄膜沉積系統包含真空運輸模組(VTM)、位於真空運輸 模組中之真空運輸模組機械手臂、裝載鎖定腔室、預熱腔室、薄膜沉積反應器、以及至少一運輸晶圓架。所述操作包含一第一轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架從裝載鎖定腔室經由真空運輸模組而轉移至預熱腔室，所述至少一運輸晶圓架裝載有複數晶圓。所述操作還包含加熱至少一運輸晶圓架以及位於預熱腔室內之複數晶圓。所述操作還包含一第二轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從預熱腔室經由真空運輸模組轉移至薄膜沉積反應器。所述操作還包含對薄膜沉積反應器內之複數晶圓執行一薄膜沉積製程。所述操作還包含一第三轉移步驟，此步驟係以真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架以及複數晶圓從薄膜沉積反應器經由真空運輸模組轉移至裝載鎖定腔室。所述操作還包含對至少一運輸晶圓架以及位於裝載鎖定腔室內之複數晶圓執行一受控的冷卻製程。
在另一實施例中，本揭露涉及一種運輸晶圓架。所述運輸晶圓架包含底板、頂板以及設置於底板與頂板之間的複數柱體，各柱體包含複數凹部以承載可滑動地設置於底板與頂板之間的複數晶圓。所述運輸晶圓架還包含一介面接口，其設置於所述底板上，所述介面接口之結構與尺寸被設置以耦接一機械手臂之一末端作用器，藉此以運送所述運輸晶圓架與設置於所述運輸晶圓架上之所述複數晶圓於複數薄膜沉積製程模組之間以處理所述複數晶圓。
100:薄膜沉積系統/系統
1002:內部腔室
1004:VTM機械手臂/機械手臂
1006:末端作用器
1008:開口
1008a:開口
1008b:開口
1010:反應器門
102:中央真空運輸模組/VTM
104:外部結構
106:薄膜沉積反應器/反應器
108:預熱腔室
108a:第一預熱腔室/預熱腔室
108b:第二預熱腔室
1102:凹部
1110a:相對臂部
1110b:相對臂部
1112a:平坦頂面
1112b:平坦頂面
112:裝載鎖定腔室
112a:第一裝載鎖定腔室
112b:第二裝載鎖定腔室
116:裝載站
118:裝載埠
118a~118d:裝載埠
122:鐘擺門閥/門閥
122a、122b:鐘擺門閥
124:大氣門
124a、124b:大氣門
126:加熱門閥/門閥
126a、126b:加熱門閥
132:電源分配模組
200:單列運輸晶圓架/運輸晶圓架
202:基座
204:通用介面
206:第一彎曲端
208:第二彎曲端
210:第一平坦側
212:第二平坦側
214a~214c:錐形凹部
220:頂板
222:底板
224a~224d:柱體
226:凹部
228:底面
300:雙列運輸晶圓架/運輸晶圓架
302:基座
320:頂板
322:底板
324a~324g:柱體
326:凹部
328:底面
400:裝載站機械手臂/機械手臂
402、404:機械手臂
406、408:末端作用器
502:外殼
504:裝載站開口
506:轉盤
510:裝載鎖定腔室蓋
512:外周緣
602:VTM開口
702:地板
704:通用運輸晶圓架介面
706:板件
708:頂面
710:底面
714a~714c:錐形凸起
720:軸
722:真空引入線
802:旋轉驅動系統
804:旋轉驅動器
806:旋轉致動器
902:轉盤
1104:第一相對側
1106:第二相對側
1108:第三側
1201~1213:方塊
1301~1323:方塊
1400:電腦系統
1404:處理器
1408:記憶體
1412:匯流排
1416:基本輸入輸出系統
1420:指令/軟體
1424:儲存裝置
1428:機器可讀取媒體
1432:輸入裝置
1436:顯示裝置
1440:網路介面裝置
1444:網路
1448:遠端裝置
1452:視頻顯示轉接器
1456:週邊介面
1502:ALD處理階段
1504:預熱階段
1506:預熱階段
1510:卸載階段
為了說明本發明，圖式呈現出本發明的一或多個實施例的概念。然而，應當理解，本發明不限於圖式中所呈現的精確布置與手段，其中：[圖1A]係本揭露之模組化薄膜沉積系統的一個示例的俯視圖； [圖1B]係圖1A之系統之真空運輸模組(VTM)和裝載鎖定腔室的頂視圖，其頂部被移除以呈現出其內部腔室，包含位於VTM中之機械手臂以及位於裝載鎖定腔室中之轉盤；[圖2A]呈現出空的亦即未裝載晶圓的單列運輸晶圓架的頂部立體圖；[圖2B]呈現出圖2A之單列運輸晶圓架的底部立體圖；[圖3A]呈現出裝載有複數晶圓之雙列運輸晶圓架的頂部立體圖；[圖3B]係圖2A之雙列運輸晶圓架的底部立體圖；[圖4]呈現出裝載站之內部的一部分；[圖5]呈現出具有雙列運輸晶圓架之裝載鎖定腔室；[圖6]係圖5之裝載鎖定腔室之另一視圖；[圖7]係圖5與6之裝載鎖定腔室之地板及轉盤的頂部立體圖；[圖8]係圖7之地板及轉盤的底部立體圖；[圖9]呈現出具有轉盤之裝載鎖定腔室，該轉盤被設置以支撐兩個運輸晶圓架；[圖10]呈現出VTM之內部腔室之一示例；[圖11]係VTM機械手臂之末端作用器的立體圖；[圖12]繪示出使用模組化薄膜沉積系統執行自動批次生產薄膜沉積製程之一例示方法；[圖13]繪示出使用模組化薄膜沉積系統執行自動批次生產薄膜沉積製程之另一例示方法；[圖14]是與本揭露之模組化薄膜沉積系統一起使用之計算系統的元件的功能方塊圖；以及 [圖15]是時間線，其概念性地繪示出使用本揭露之模組化薄膜沉積系統對四個運輸晶圓架的同時處理。
本揭露之概念包含全自動批次生產薄膜沉積系統，其設置以較低的單位晶圓成本來提供均勻性以及高產能。於此所揭露之例示實施例係在談論半導體晶圓以及運輸晶圓架，然而，本揭露之系統也可以被用來將薄膜製程施加於半導體晶圓以外的基板。在一些實施例中，系統包含藉由低衝擊批次轉移的自動化安全晶圓搬運。在一些實施例中，本揭露之系統具有一模組化預熱及冷卻設計，此設計能夠實現針對特定規格量身訂做之彈性的熱管理解決方案。在一些實施例中，本揭露之自動批次薄膜沉積系統結合了高生產力反應器，其具有低耗材成本、低維護費用以及緊湊的佔地面積。
本揭露之概念也包含一耐用與彈性的反應器設計，其具有一直到例如300mm之無縫晶圓尺寸轉換能力。在一些實施例中，系統可以針對特定晶圓尺寸，例如100mm、150mm、200mm及/或300mm晶圓，而被設置以達到最佳產能。在一些實施例中，系統允許同時處理多個晶圓尺寸，例如2個或更多不同晶圓尺寸，又例如是100mm與150mm。此種同時處理不同尺寸的能力有助於製程發展以及產量擴充。本揭露之概念也包含模組化結構，模組化結構可提供可配置性的優點，因而可以有效率地量身訂作以最小化製程流程瓶頸以及提供優異的製程彈性。
本揭露的概念也包含透過從小批次生產前評估一直到加速生產來減少每晶圓的成本。在一實施例中，本揭露之系統可以提供高達每月40000片 晶圓的產能(假設是以原子層沉積製程(ALD)形成厚度100nm的Al2O3，且每批100片晶圓)，同時兼具生產率、優異的膜性能以及低廉的營運成本。
在一些實施例中，本揭露之系統可以針對氧化物膜而被最佳化，所述氧化膜包含封裝與阻障層以及光學塗層等。本揭露的概念還可以包括用於易碎及/或溫度敏感基板(例如LNO、LTO、玻璃、III-V族)的高產量、自動化與安全晶圓搬運；以及用於實現最佳製程彈性和和產能之模組化熱管理。
參照圖1A與圖1B，其為根據本揭露之一實施例所繪製之一模組化薄膜沉積系統100的一個範例。系統100包含一中央真空運輸模組(VTM)102，VTM 102包含一外部結構104，外部結構104定義一內部腔室1002。內部腔室1002係被設計以在相對大氣壓力下維持真空壓力，例如範圍在1Torr至500Torr之間的真空壓力。在所繪製的範例中，VTM 102具有一五邊形的佔地面積，其定義了五個側面，各個側面具有一開口1008(其中的三個標示於圖1B中)，開口1008設置以可操作地耦接至系統之一對應的模組。在所繪製的範例中，VTM 102係耦接至一薄膜沉積反應器106，薄膜沉積反應器106可以是本技術領域中所知之各種薄膜沉積反應器中的任一種，例如原子層沉積(ALD)反應器。在一範例中，反應器106可以是具有一個或更多個特徵之ALD反應器，所述特徵描述於US 9,175,388號「具有可移除內襯之反應腔室」、US 9,328,417號「用於薄膜沉積之系統與方法」以及US 9,777,371號「ALD系統與方法」等專利中，這些專利的內容也透過引用的方式而全部併入本案中。在一範例中，反應器106可以是美商維高儀器股份有限公司(Veeco Instruments Inc.)所生產之PhoenixTMALD反應器。反應器106可以包含一反應器腔室，該反應器腔室的構造和尺寸被設計成可接收一或多個運輸晶圓架，例如晶圓架200與300(圖2與圖3)。
VTM 102也耦接至一第一預熱腔室108a以及一第二預熱腔室108b藉此在反應器106內處理晶圓前，先預熱裝載有一或多列晶圓之運輸晶圓架。系統100也包含一第一裝載鎖定腔室112a以及一第二裝載鎖定腔室112b，其個別地耦接至VTM 102藉此在VTM腔室之真空環境與周遭環境之間轉移晶圓架。系統100也包含一裝載站116，其用以在位於裝載埠118a至d其中之一內的晶圓匣以及位在裝載鎖定腔室112內的運輸晶圓架之間轉移晶圓。系統100也包含一使用者介面120，其用以接收使用者輸入以控制系統100。VTM 102也包含至少一機械手臂1004(參照圖1B與圖10)以自動地運送晶圓架於系統100之不同模組之間。裝載站106也可以包含至少一機械手臂(參照圖4)以自動地運送個別晶圓於位在裝載埠118內之晶圓匣以及位在裝載鎖定腔室112內之晶圓架之間。系統100也包含一系列由一控制系統所控制的門與閥門，藉此以控制系統之不同模組的內部的環境。在所繪製的實施例中，鐘擺門閥122a、122b位於裝載鎖定腔室112與VTM 102之間，大氣門124a、124b位於裝載鎖定腔室與裝載站116之間。在一範例中，門閥122為ISO 500鐘擺門閥且定義一直徑500mm的開口，其足以允許VTM機械手臂1004(圖10)存取位於裝載鎖定腔室112內之晶圓架，並通過對應之門閥122之開口將晶圓架與晶圓運送入VTM 102。系統100也包含用於將每個預熱腔室108與VTM腔室隔離之大幅面加熱門閥126a與126b。在一範例中，加熱門閥126定義一開口，該開口具有大約450mm x 260mm的尺寸，其足以允許VTM機械手臂1004運送晶圓架於VTM腔室與預熱腔室之間。加熱門閥126包含加熱元件，藉此在加熱過程中加熱閥的門以維持該門之預熱腔室側之溫度大約與預熱腔室之內部相同。圖1B為VTM 102與裝載鎖定腔室112之俯視圖，這 些元件之頂部被移除以呈現這些元件的內部腔室，包含VTM內的機械手臂1004以及裝載鎖定腔室內的轉盤506。
系統100的模組化本質使其能夠立即根據特定製程所需被調整，例如產品體積、基板形態、以及所要沉積的薄膜等。舉例來說，其中一個預熱腔室108可以被與反應器106相同或不同型式之一第二反應器106所替換，或者是其中一個裝載鎖定腔室112可以被一預熱腔室108或反應器106或其他晶圓處理模組所替換。在其他實施例中，可以提供替代的VTM，其具有比五個更多的開口以耦接多於五個模組，例如，根據本揭露所製成的VTM可以具有六邊形、七邊形或八邊形等的外部形狀且具有相應之六個、七個或八個具有開口的側面，又或者VTM可以具有一延長的矩形且具有任意的開口數以及相應之模組等。
系統100可以透過將多批晶圓放置在於整個系統穿梭之運輸晶圓架(參照圖2A、2B、3A與3B)來同時處理多批晶圓。將晶圓放置於運輸晶圓架上可以同時處理多批晶圓，但當一開始裝載晶圓架時只需在室溫下而不是在升溫下搬運晶圓，這尤其對那些特別脆的晶圓，例如LNO、LTO、玻璃、以及III-V族晶圓等有好處。系統100之模組化本質也透過將發生於反應器內之薄膜沉積製程之耗時的預熱階段和冷卻階段相互分離，從而實現有效率的熱管理。例如，在圖1所繪示的範例中，當一運輸晶圓架正在反應器106內被處理時，一第二運輸晶圓架可以在其中一預熱腔室108中被加熱，且已經在反應器106中被處理的一第三運輸晶圓架可以在其中裝載鎖定腔室112中冷卻，而在其中一裝載鎖定腔室內之一第四運輸晶圓架可以被裝載晶圓以進行後續處理。整個系統100中整個晶圓架的運輸和處理也使得多個晶圓尺寸能夠同時處理。例如，如下面更詳細描述的，系統100可以包含多個運輸晶圓架，每個運輸晶圓架被設置以成承載不 同尺寸的晶圓，但是每個運輸晶圓架都具有用於耦接VTM機械手臂和裝載鎖定腔室之一通用介面。系統100之各元件的例示概念將在以下進行描述。
運輸晶圓架
圖2A及圖2B繪示出單列運輸晶圓架200之一範例，圖3A及圖3B繪示出雙列運輸晶圓架300之一範例。在所繪示之範例中，運輸晶圓架200可以是大約8吋高以及13吋寬，且結構和尺寸被設計以固持大約20至30個200mm至300mm的晶圓。雙列運輸晶圓架300可以是大約8吋高以及13吋寬，且結構和尺寸被設計以固持兩列，各列包含20至30個150mm的晶圓。在其他範例中，運輸晶圓架可以被設置以承載三列或更多列晶圓。運輸晶圓架200以及運輸晶圓架300各分別包含一基座202與基座302。基座202與基座302包含相同的通用介面204，通用介面204被設置以介接VTM 102(參照圖10)中之機械手臂1004之末端作用器1006以及介接裝載鎖定腔室112(參照圖5)中之轉盤506。通用介面204具有和VTM機械手臂1004之末端作用器1006中的凹部1102(圖11)互補的外型，藉此和末端作用器1006相互配合。在所繪示的範例中，通用介面204凸出基座202與基座302，且具有第一彎曲端206與第二彎曲端208，以及具有第一平坦側210與第二平坦側220。通用介面204也包含複數錐形凹部214a至214c，其設置以對準位於裝載鎖定腔室之轉盤506上之相對應的錐形凸起714a至714c並具有和錐形凸起714a至714c互補之外型。如本技術領域中具有通常知識者所能理解的，凹部的任何數量、凹部的圖案以及各凹部的形狀可以被用來和轉盤上之相對應的凸起進行結合，本申請案所繪示出的特殊配置係基於裝飾與功能上的理由。在其他範例中，其他的配合特徵可以被用來定義運輸晶圓架200、300相對於末端作用器1006、轉盤506或系統100的其他元件之橫向位置與旋轉位置，或者是被用來 以其他的方式固定或耦接運輸晶圓架。例如，通用介面204可以是凹的而不是從基座202、302延伸，且通用介面204之尺寸可以被設置成可以接收相應形狀之凸起。
單列運輸晶圓架200包含一頂板220以及底板222，頂板220與底板222透過多個柱體224a至224d以間隔且平行的關係定位，藉此在頂板220與底板222之間接收和支撐複數晶圓或其他基板。各個柱體224包含複數凹部226(僅標示出一個)，這些凹部226的尺寸與結構被設計成可以容納和支撐一晶圓的邊緣，相鄰凹部的間距定義了運輸晶圓架中之相鄰晶圓的間距。在所繪示的範例中，運輸晶圓架200包含四個柱體，柱體224a與224c係位在頂板220之約略中心線的相對兩側，藉此於晶圓之約略中心線處支撐晶圓。柱體224b與224d位在頂板的其中一半部以支撐晶圓的一側並作為晶圓從運輸晶圓架之相對側插入運輸晶圓架時的背後止擋之用。底板222具有比頂板220更大的寬度，底板222之底面228被設置成為一抬起面，當要抬起運輸晶圓架時，VTM機械手臂1004之末端作用器1006接觸並壓靠抬起面。相對寬的底板222也使得運輸晶圓架200能夠被穩定地支撐在末端作用器上。
雙列運輸晶圓架300包含頂板320以及底板322，頂板320與底板322透過多個柱體324a至324d以間隔且平行的關係定位，藉此在頂板320與底板322之間接收和支撐二列晶圓350(僅標示其中一個)。各個柱體324包含複數凹部326(僅標示其中一個)，這些凹部326的尺寸與結構被設計成可以容納和支撐一晶圓的邊緣，相鄰凹部的間距定義了運輸晶圓架中之相鄰晶圓的間距。在所繪示的範例中，運輸晶圓架300包含七個柱體，柱體324a、324g與324f係位在頂板220之約略中心線的約略中點處以及相對兩側，藉此於晶圓之約略中心線處 支撐晶圓。柱體324b、324c、324d與324e係位在頂板220的其中一半部以支撐晶圓的一側並作為晶圓從運輸晶圓架之相對側插入運輸晶圓架時的背後止擋之用。底板322定義一底面328，底面328被設置成為一抬起面，當要抬起運輸晶圓架時，VTM機械手臂1004之末端作用器1006接觸並壓靠抬起面。相對寬的底板322也使得運輸晶圓架300能夠被穩定地支撐在末端作用器上。
在一範例中，運輸晶圓架200與300被設置以全時地在整個系統100中維持垂直的位向，因此晶圓列之中心軸係實質上垂直的且被設置成只被支撐在運輸晶圓架之基座202、302上。運輸晶圓架200與300被設置以放置於系統100之特定位置，且透過機械手臂之末端作用器而從基座被抬起。因此，如以下所更加詳細描述，整個運輸晶圓架200或300係從裝載鎖定腔室112沿一垂直方向被運送，經由門閥122進入VTM 102，且從VTM 102經由加熱門閥126進入和離開預熱腔室，以及從VTM進入和離開反應器106。在一範例中，當運輸晶圓架200與300被移進與移出VTM 102時，其係全時地維持在相同的垂直方向。在其他範例中，根據本揭露所製造的運輸晶圓架可以包含額外的耦接特徵以安全地抬起和旋轉運輸晶圓架，例如在垂直位置和水平位置之間旋轉。在其他範例中，系統100可以被設置來維持運輸晶圓架始終位於水平位置上，也就是晶圓列的中心軸線係呈現實質上水平。
運輸晶圓架200與300可以選自各種材質，例如不銹鋼、石英、及/或陶瓷材料。運輸晶圓架200、300所具有之容易搬移的本質所帶來的好處是透過容易搬移而使他們可以容易清潔、置換以及更換不同尺寸的晶圓。
裝載站
裝載站116係設置以接收晶圓匣，例如本領域所習知的標準機械介面晶圓匣(standard mechanical interface，SMIF)或前開式晶圓匣(front opening universal pod，FOUPS)。這些晶圓匣可以透過作業員放置在其中一個裝載埠118以供系統100進行處理。在一範例中，系統100可以同時處理多個晶圓尺寸，例如150mm晶圓、200mm晶圓以及300mm晶圓等的一或多個。在一範例中，各裝載埠118被設置以接收裝載有複數晶圓之晶圓匣，晶圓匣所裝載之晶圓數量可以達25片晶圓或者達50片晶圓。
圖4繪示出裝載站116之其中一範例之內部的一部分。在所繪示的範例中，裝載站116包含至少一機械手臂400以從位於其中一裝載埠118中之晶圓匣循序轉移個別晶圓至運輸晶圓架，例如位於裝載鎖定腔室112中之運輸晶圓架200或300(圖2與圖3)。圖4繪示出裝載站機械手臂400之一範例，其包含一對機械手臂402、404。在一範例中，各機械手臂包含一可樞轉肩部、一第一手臂區段、一可樞轉肘部、一第二手臂區段、一可樞轉腕部、以及一或多個末端作用器。在所繪示的範例中，末端作用器406與408的尺寸被設計成適用於兩個不同的尺寸，例如末端作用器406的尺寸適用於100mm以及150mm晶圓，末端作用器408的尺寸適用於150mm以及200mm晶圓。因此，裝載站可以自動裝載100mm、150mm、以及200mm晶圓進入系統100以同時進行處理。末端作用器406、408也可以包含真空吸盤以安全地抓取晶圓。
在一範例中，裝載站116包含晶圓ID讀取器(圖未示)，其設置以讀取晶圓匣上及/或裝載埠118內之晶圓上的一機械可讀取碼以確定裝載於晶圓匣內之晶圓的尺寸，然後使用相應的機械手臂402/404來進行晶圓的循序運 送。因此，裝載站116之雙臂配置使得複數(例如二個)不同尺寸晶圓的處理得以實現且無須任何硬體更換。
在一範例中，裝載站116之機械手臂400是系統100中唯一一個處理單一晶圓的地方。此外，單一晶圓係在大約室溫以及大氣壓力條件下進行處理。在各個晶圓被裝載入其中一個裝載鎖定腔室112之後，晶圓會被批次處理，且除了支撐晶圓之運輸晶圓架以外，沒有任何晶圓會被作業員或者被任何機械手臂或者被系統100的其他元件所直接接觸，直到晶圓已經被處理且已經於裝載鎖定腔室112中冷卻至約略室溫。
裝載站116也可以包含整合的HEPA過濾器、防止靜電放電之靜電消除器、以及用來確定裝載埠中之晶圓匣中之晶圓對位的晶圓對準器。
裝載鎖定腔室
圖5與圖6繪示出其中一個裝載鎖定腔室112。如圖所示，裝載鎖定腔室112包含外殼502，外殼502定義了裝載鎖定腔室，裝載鎖定腔室被設置以相對大氣壓力抽氣至與VTM 102(圖1)內之真空壓力實質相同之一真空壓力。裝載鎖定腔室112包含一裝載站開口504，裝載站開口504之尺寸與結構被設計成可耦接裝載站116。裝載鎖定腔室112還包含VTM開口602(圖6)，VTM開口602之尺寸與結構被設計成可耦接VTM 102。在所繪示的範例中，裝載鎖定腔室112也包含轉盤506，轉盤506可旋轉地設置於裝載鎖定腔室內且被設置成可移開地耦接與支撐位於轉盤上之運輸晶圓架，例如圖5與圖6所示之運輸晶圓架300。在一範例中，系統100之控制系統係被設置以定位轉盤506於一第一旋轉位置以將晶圓裝載至運輸晶圓架300上，以及旋轉轉盤506至一第二位置以透過VTM機械手臂從裝載鎖定腔室抬起和移開運輸晶圓架。
圖7和圖8繪示出可旋轉地設置於裝載鎖定腔室之外殼502之地板702之轉盤506。在所繪示的範例中，轉盤506包含通用晶圓架介面704，通用晶圓架介面704設置以耦接和支撐包含運輸晶圓架200或300(圖2與圖3)之複數運輸晶圓架。通用運輸晶圓架介面704包含板件706，板件706具有設置以面向運輸晶圓架之底面的一頂面708。板件706也具有一相對的底面710以及一外周緣712，外周緣712之尺寸與形狀被設計成具有和VTM 102之機械手臂1004之末端作用器1006互補之一形狀(參照圖10與圖11)。因此，VTM 102之機械手臂1004之末端作用器1006可以被定位在至少一部份外周緣512的附近，然後可以沿垂直方向移動以從轉盤506抬起固持有複數晶圓之運輸晶圓架以將運輸晶圓架運送入VTM 102。板件706包含複數錐形凸起714a至714c，錐形凸起714a至714c被設置以對準運輸晶圓架200與300之通用介面204之錐形凹部214a至214c。
如圖7與圖8所示，轉盤506的旋轉係由位於地板702下方之旋轉驅動系統802所驅動，且旋轉驅動系統802藉由軸720耦接轉盤506，其中軸720藉由真空引入線722延伸穿過地板702使得所有可動件均位在裝載鎖定腔室112之真空環境外部，藉此確保晶圓所在環境能有低程度的塵粒產生。於所繪示的範例中，旋轉驅動系統802包含旋轉驅動器804以及旋轉致動器806，旋轉致動器806係被氣動控制且包含簧片開關以控制轉盤506的旋轉位置。在其他範例中，裝載鎖定腔室可以具有靜態平台來支撐運輸晶圓架而不是用轉盤506來支撐。在一範例中，控制系統可以被設置以控制轉盤506的旋轉位置，因此運輸晶圓架可以處在為了後續放置於反應器106中所需之精確的旋轉位置。在獲得正確的旋轉位置之後，VTM機械手臂可以用來在進出預熱腔室108與反應器106之整個運輸過程中維持該精確的位置。
在一範例中，各裝載鎖定腔室112包含存在感測器以提供可靠的真空轉移，包含凸出感測器以確保晶圓恰當地放置在運輸晶圓架上，以及包含觀察孔以幫助教導VTM機械手臂1004與裝載站機械手臂400。觀察孔可提供作業員清晰的視覺通道以確保VTM 102與裝載站末端作用器1006、406、408相對於運輸晶圓架200、300正確地定位，並且允許作業員在無須移除裝載鎖定腔室蓋510的情況下來檢查和教導機械手臂與末端作用器二者的位置。
各裝載鎖定腔室112耦接一壓力和流量控制系統130以控制裝載鎖定腔室內部的環境。在新的晶圓裝載於裝載鎖定腔室內之運輸晶圓架200、300上之後，壓力和流體控制系統130被設置以清洗裝載鎖定腔室以及減少腔室內的壓力至一真空壓力。如以下之更詳細的描述，在晶圓已經被處理之後，運輸晶圓架會回到其中一裝載鎖定腔室112以進行受控制的冷卻。壓力和流體控制系統可以被設置以注入一或多種氣體，例如氮氣、氬氣、或氦氣，以及根據被處理之特定晶圓或基板產生各種壓力與溫度順序，以達成一目標冷卻次序。對於最小化或避免對晶圓產生熱應力來說，一個特定的冷卻次序可能是重要的。熱應力可能源自不恰當的冷卻，其可能導致晶圓損壞。在一範例中，一個冷卻過程包含三個要素：沖洗、裝載鎖定腔室壓力、以及時間。在一範例中，一個冷卻過程可以包含(1)減少裝載鎖定腔室的壓力至一目標真空壓力；(2)隔離具有運輸晶圓架與剛處理完之晶圓的腔室；(3)以沖洗氣體沖洗腔室，例如以氮氣沖洗一特定時間；(4)停止沖洗且維持一特定時間；(5)逐漸增加壓力；及(6)重複步驟(3)~(5)直到達到大氣壓力為止。
圖9顯示裝載鎖定腔室112的另一範例，其包含轉盤902。轉盤902係設置以支撐兩個運輸晶圓架，例如兩個運輸晶圓架每一批可以各容納50片以 上之100mm晶圓以及150mm晶圓，或者各運輸晶圓架可以容納25片以上之200mm晶圓，也就是每一批有50片晶圓。所繪製的範例顯示轉盤902支撐兩個雙列運輸晶圓架300。在此範例中，裝載運輸晶圓架的方法可以包含：裝載相鄰於裝載站116之多個運輸晶圓架中之一第一運輸晶圓架，然後旋轉轉盤大約180度並裝載第二運輸晶圓架，然後關閉門閥122與大氣門124並對裝載鎖定腔室進行沖洗與抽真空。
VTM
圖10繪製出VTM 100之內部腔室1002之一範例。在所繪製的範例中，VTM 102包含機械手臂1004，機械手臂1004係設置以在整個系統中移動運輸晶圓架，例如運輸晶圓架200與300。在所繪製的範例中，機械手臂1004包含一可樞轉肩部、一第一手臂區段、一可樞轉軸部、一第二手臂區段、一可樞轉腕部、以及一末端作用器1006。圖10呈現出裝載有複數晶圓之其中一運輸晶圓架被定位於一末端作用器1006。如上面所提到，VTM 102包含複數開口，此些開口設置以耦接系統100之不同模組。圖10顯示出兩個開口1008a、1008b。其中一預熱腔室108係耦接於開口1008b，且圖10顯示出開口1008b內之處於關閉位置之加熱門閥126b。反應器106耦接開口1008a，且於圖10中，反應器門1010係處在關閉位置。VTM機械手臂1004係設置以快速地(例如少於一分鐘)，將運輸晶圓架從預熱腔室108運送至反應器106以進行處理，因此當晶圓被放置於反應器時，被加熱之晶圓的溫度係實質上等於其在預熱腔室時的溫度。
圖11為VTM機械手臂末端作用器1006之立體圖。如上面所說明，末端作用器1006係被設計與設置成一通用末端作用器以耦接多種不同的運輸晶圓架，例如運輸晶圓架200與300。末端作用器1006包含凹部1102，其具有相對 於運輸晶圓架200與300(圖2與圖3)之通用介面204互補的形狀以與其耦接。在所繪製的範例中，機械手臂1004係設置以耦接運輸晶圓架之一基座以及抬起運輸晶圓架，當機械手臂移動運輸晶圓架於整個系統中時，機械手臂會將運輸晶圓架保持在垂直位置。凹部1102包含第一相對側1104、第二相對側1106以及第三側1108，其設置以配合運輸晶圓架200或300之通用介面204之第一彎曲端206、第二彎曲端208與第一或第二平坦側210、212(參照圖2A至3B)。末端作用器也包含相對臂部1110a、1110b，相對臂部1110a、1110b各包含一平坦頂面1112a、1112，平坦頂面1112a、1112設置以接觸運輸晶圓架200或300之底板222或322之底面228或328。在其他範例中，VTM機械手臂還可以被設置成也耦接運輸晶圓架之頂部，或者是僅耦接運輸晶圓架之頂部。在部分範例中，VTM機械手臂可以被設置成可將運輸晶圓架從垂直位置旋轉至水平位置。
VTM 102也可以包含位於整個內部腔室1002之一或多個存在感測器，以確保運輸晶圓架能夠可靠地進出VTM 102。在一範例中，內部腔室1002可以包含位於每個開口1008附近或者內部之穿透光束感測器(through beam sensor)，穿透光束感測器設置以偵測末端作用器1006上之運輸晶圓架的存在，藉此確保將運輸晶圓架轉移到機械手臂1004上或者是將運輸晶圓架從機械手臂1004上轉移出是成功的。
預熱腔室
再次參照圖1，預熱腔室108定義一內部空間，內部空間之尺寸被設計以接收裝載有晶圓之至少一運輸晶圓架，例如運輸晶圓架200或300。在一範例中，預熱腔室108之內部空間大約和反應器106之處理腔室的內部空間的尺寸相同。圖1繪示出預熱腔室108a耦接至用以提供預熱腔室電源之電源分配模組 132。圖1也繪示出一壓力與流體控制系統134，壓力與流體控制系統134用以提供氣體媒介，例如氮氣、氬氣或氦氣以控制加熱過程中預熱腔室內之壓力與氣氛的化學組成。系統100之控制系統可以設置以控制預熱腔室，藉此針對特定晶圓尺寸、晶圓數量以及將會在反應器106中進行的薄膜沉積製程所需，而提供一特定加熱曲線與氣氛。預熱腔室108可以包含任意種類之加熱系統形式，例如輻射加熱元件、加熱燈、或者是耦接至定義加熱器之內部空間之結構的加熱管。在一範例中，多個加熱管耦接至預熱腔室之外壁，且預熱腔室包含多個熱電耦以讀取壁溫，且腔室內之壓力係透過將腔室隔離來控制，且使氮氣流經二階段卸壓閥(two stage vent valve)直到達到所需壓力為止。
操作方法
圖12繪示出使用模組化薄膜沉積系統，例如系統100來執行自動批次生產薄膜沉積製程之方法1200。於所繪示的範例中，在方塊1201，本方法可以包含裝載第一運輸晶圓架，例如位在第一裝載鎖定腔室內之運輸晶圓架200或300，第一裝載鎖定腔室可以是具有第一複數晶圓的其中一個裝載鎖定腔室。方塊1201可以透過裝載站機械手臂，例如機械手臂404而自動地執行。在方塊1203，轉移第一運輸晶圓架至一第一預熱腔室，第一預熱腔室可以是預熱腔室108的其中一個。方塊1203可以透過VTM機械手臂，例如VTM機械手臂1004來執行。在方塊1205，當第一運輸晶圓架被加熱，將第二複數晶圓裝載入位在裝載鎖定腔室內之第二運輸晶圓架，並將第二運輸晶圓架轉移至一第二預熱腔室。在方塊1207，當第一與第二運輸晶圓架被預熱時，將第三複數晶圓裝載入位在裝載鎖定腔室內之第三運輸晶圓架。在方塊1209，當第二運輸晶圓架於第二預熱腔室內被加熱，將被加熱之第一運輸晶圓架轉移至反應器腔室(例如反 應器106)並執行薄膜沉積製程(例如ALD製程)。在方塊1211，在對第一複數晶圓執行薄膜沉積製程之後，將第一運輸晶圓架從反應器腔室轉移至裝載鎖定腔室以進行冷卻，以及將第二運輸晶圓架轉移至反應器腔室，以及將第三運輸晶圓架從裝載鎖定腔室轉移至第一預熱腔室。在方塊1213，當第一複數晶圓在進行冷卻且第三複數晶圓在被預熱時，對第二複數晶圓執行薄膜沉積製程。方法1200的步驟可以透過一控制系統來執行，此控制系統操作批次生產薄膜沉積系統(例如系統100)去執行批次生產軟體程式，此批次生產軟體程式具有用於執行方法1200的指令。
如方法1200所示，模組化系統(例如系統100)提供顯著的優點而可大幅增加產能並減少每晶圓的處理成本。透過將耗時的升溫階段與冷卻階段自薄膜沉積階段中分離出來，多個運輸晶圓架可以被平行處理。
圖13繪示出使用模組化薄膜沉積系統，例如系統100來執行薄膜沉積製程之自動批次生產。於所繪示的範例中，在方塊1301，本方法可以包含將一晶圓匣之基板裝載入裝載站之開放式晶圓匣裝載埠，例如裝載站116之裝載埠118。在方塊1303，選擇適用於所裝載之基板之「處理條件設定(recipe)」。在一範例中，所述處理條件設定具體指出將會執行的薄膜沉積製程的類型以及關鍵製程參數，此處理條件設定會作為對控制系統的輸入藉此以自動地執行薄膜沉積製程。在一範例中，處理條件設定可以包含晶圓特徵確認，例如尺寸、平邊(flat)或缺口(notch)、材質以及晶圓匣類型；運輸晶圓架確認；架上晶圓的裝載次序(由上到下等等)；預熱處理條件設定，例如溫度、時間、預熱腔室壓力；薄膜沉積反應器處理條件設定；以及裝載鎖定腔室冷卻處理條件設定，例如時間以及裝載鎖定腔室內的壓力。處理條件設定也可以包含晶圓對位 規格，例如角度、晶圓ID、VTM內之轉移壓力、門閥壓差、裝載與卸載用的特定裝載鎖定腔室(例如進出均使用相同的裝載鎖定腔室，或者是進出分別使用不同的裝載鎖定腔室)。處理條件設定也可以包含裝載鎖定腔室幫浦之規格與沖洗循環，以及預熱腔室閒置溫度。
在方塊1305，執行裝載鎖定腔室預檢與準備裝載鎖定腔室以供後續裝載之用。在部分範例中，裝載鎖定腔室預檢可以包含關於檢查正確的運輸晶圓架是否裝載於裝載鎖定腔室內之一或多個檢查，例如透過讀取位在運輸晶圓架上之機器可讀取碼。此外，排空裝載鎖定腔室，檢查轉盤位置，以及掃描運輸晶圓架以確保沒有晶圓在架上。在方塊1307，透過裝載站機械手臂將晶圓從晶圓匣循序轉移至運輸晶圓架。在方塊1309，透過位在裝載鎖定腔室內之凸出感測器檢查裝載於運輸晶圓架中之晶圓的對位。在方塊1311，確保裝載鎖定腔室安全以及抽氣，為VTM機械手臂做準備。在一範例中，在晶圓被裝載於運輸晶圓架中之後，裝載鎖定腔室門會關閉而且一或多個幫浦與沖洗循環會被執行，直到裝載鎖定腔室之內部達到目標真空壓力為止。控制系統也可以旋轉裝載鎖定腔室轉盤至一正確位置以供轉移到VTM機械手臂，此外，也可以透過凸出感測器執行第二晶圓凸出檢查。
在方塊1313，透過VTM機械手臂將運輸晶圓架從裝載鎖定腔室轉移至預熱腔室。在裝載鎖定腔室處於正確壓力之後，控制系統可以打開門閥，且VTM機械手臂可以延伸通過門閥而進入裝載鎖定腔室直到機械手臂末端作用器接合運輸晶圓架之底座為止。然後控制系統可以驅使機械手臂自裝載鎖定腔室轉盤抬起整個運輸晶圓架，並縮回機械手臂與運輸晶圓架而進入VTM腔室。然後控制系統可以使用位於VTM腔室內之一或多個存在感應器來確認末端作用 器上之運輸晶圓架的存在，藉此確認轉移是成功的。一旦成功的轉移被確認，控制系統可以關閉裝載鎖定門閥然後開啟預熱門閥，並將架上的晶圓運送入預熱腔室進行加熱。
在方塊1315，對預熱腔室內之運輸晶圓架與晶圓進行預熱。在將運輸晶圓架放入預熱腔室內後，控制系統可以縮回機械手臂而進入VTM腔室，使用VTM存在感測器確認成功的轉移，關閉加熱門閥，以及根據所選擇的處理條件設定初始化一預熱順序。在方塊1317，將已預熱之運輸晶圓架與晶圓從預熱腔室運送至薄膜沉積反應器。在預熱處理完成且運輸晶圓架已經達到特定溫度後，控制系統可以開啟加熱門閥以及反應器腔室門，將VTM機械手臂伸入預熱腔室內，接合並抬起運輸晶圓架，然後迅速地將已預熱之運輸晶圓架從預熱腔室轉移入VTM腔室，以及從VTM腔室轉移入反應器腔室進行處理。
在方塊1319，對反應器腔室內的晶圓進行處理。在將運輸晶圓架放入反應器腔室後，控制系統可以從反應器腔室縮回機械手臂而進入VTM腔室，使用VTM存在感測器確認成功的轉移，關閉反應器腔室門，以及根據所選擇的處理條件設定初始化一薄膜沉積順序。在方塊1321，將運輸晶圓架從薄膜沉積反應器轉移至一裝載鎖定腔室進行冷卻。在薄膜沉積製程完成後，控制系統可以開啟反應器門閥，將VTM機械手臂伸入反應器腔室，接合並抬起運輸晶圓架並將運輸晶圓架從反應器腔室，通過VTM腔室而轉移至特定裝載鎖定腔室進行冷卻。
在方塊1323，執行冷卻手續以及卸載。在使用VTM存在感測器確認運輸晶圓架成功轉移至裝載鎖定腔室後，控制系統可以關閉裝載鎖定腔室門閥以及根據所選擇的處理條件設定初始化冷卻手續。在冷卻手續完成後，控制 系統可以對架上所有晶圓是否均已和對位感測器對位進行確認，然後將轉盤旋轉至正確位置以供裝載站機械手臂進行晶圓卸載。系統也可以對晶圓溫度感測器的讀值是否低於目標值，例如50℃進行確認，然後使裝載鎖定腔室進行排氣並開啟裝載站之裝載鎖定腔室門。然後裝載站之機械手臂可以依序將已經冷卻與被處理的晶圓從運輸晶圓架依序轉移至晶圓匣以供作業員進行搬運。
除了步驟1301與1303以外，方法1300(相當於圖13之方塊1301~1323)可以藉由控制系統操作一批次生產薄膜沉積系統(例如系統100)執行一批次生產軟體程式來執行，其中批次生產軟體程式具有可執行方法1300之指令。可以理解的，方法1300可以提供多個優點，包含同時處理位於運輸晶圓架上之複數晶圓的能力，同時只有當這些晶圓在系統之裝載站中處於室溫時才物理接觸個別晶圓。藉由在加熱過程中、薄膜沉積製程中以及冷卻階段中，避免對個別晶圓進行所有操作或物理接觸，晶圓損壞的可能性被大幅降低。
於此所述的任何一個或多個概念與實施例，可以透過使用根據本說明書之教示而程式化之一台或多台機器(例如，一或多個計算裝置，其被用作為可讀取電子文件之使用者端計算裝置，一或多個伺服裝置，例如文件伺服器等)而方便地實現，其對於計算機技術領域中具有通常知識者而言是顯而易見的。熟練的程式員根據本揭露的教示可以輕易地準備出適當的軟體編碼，這對軟體技術領域中具有通常知識者是顯而易見的。上述概念與實施方法使用了軟體及/或軟體模組，也可以包含適當的硬體以幫助實現所述軟體及/或軟體模組之機器可執行指令。
此種軟體可以是使用機器可讀取儲存媒體之電腦程式產品。機器可讀取儲存媒體可以是任何能夠儲存及/或對可被機器(例如計算裝置)所執行 之一系列指令進行編碼，並使所述機器執行於此所描述之任一種方法及/或實施例。機器可讀取儲存媒體之範例包含但不限於磁碟、光碟(例如CD、CD-R、DVD、DVD-R等)、磁光碟(magneto-optical disk)、唯讀記憶體(ROM)裝置、隨機存取記憶體(RAM)裝置、磁卡、光卡(0ptica1 card)、固態硬碟裝置、可複寫可編程記憶體(EPROM)、電子式可複寫可編程記憶體(EEPROM)、以及上述任何組合。於此所使用之機器可讀取媒體的意義包含單一媒體以及物理可分離媒體的集合，例如複數光碟的集合或者是一或多個硬碟與電腦記體的組合。於此所使用機器可讀取儲存媒體並不包含訊號傳輸之暫態形式。
此種軟體也可以包含資訊(例如資料)，其作為資料訊號攜帶於資料載體上，例如載波。舉例而言，機器可執行資訊可以被包含於嵌於一資料載體中之帶有資料的訊號中，其中該訊號係編碼一系列的指令，該一系列指令(或者其中一部分)用以透過一機器(例如計算裝置)執行。機器可執行資訊也可以是任何資訊(例如資料結構及資料本身)可以使該機器執行於此所述之任一方法及/或實施例。
計算裝置之範例包含但不限於電子書讀取裝置、電腦工作站、終端電腦、伺服電腦、手持裝置(例如平板電腦、智慧手機等等)、網頁設備(web appliance)、網路路由器、網路切換器、網路橋接器、任何能夠執行一系列指令以指定該機器所要執行之操作之機器、以及上述的任何組合。在一範例中，計算裝置可以包含及/或被包含於一互動式多媒體平台(kiosk)。
圖14繪示出電腦系統1400之例示型式之計算裝置之一實施例的示意圖，其含有一組指令，該組指令用來使控制系統(例如用來控制圖1A之系統100之控制系統)執行本揭露中可被執行的概念及/或方法中的任何一個或多 個。同樣可預期的，多個計算設備可以被用來實現一組特殊配置的指令，以使一個或多個裝置執行本揭露之概念及/或方法中的任何一個或多個。電腦系統1400包含可以彼此相互通訊以及藉由匯流排1412和其他元件通訊之處理器1404與記憶體1408。匯流排1412可以包含多種匯流排結構類型之任一種，其可以使用多種匯流排架構的任一種，匯流排結構類型包含但不限於記憶體匯流排、記憶體控制器、週邊匯流排、區域匯流排、以及上述的任意組合。
記憶體1408可以包含多種元件(例如機器可讀取媒體)，所述元件包含但不限於隨機存取記憶體元件、唯讀元件、以及上述任何組合。在一範例中，基本輸入輸出系統1416(BIOS)可以儲存在記憶體1408中，基本輸入輸出系統1416(BIOS)包含基本例行程序，基本例行程序可以幫助電腦系統1400內之元件之間的資訊傳遞(例如開機期間)。記憶體1408也可以包含(例如儲存於一或多個機器可讀取媒體)指令(例如軟體)1420，指令1420實現本揭露之概念及/和方法中的任一個或多個。在另一範例中，記憶體1408可以更包含任意數量的程式模組，程式模組包含但不限於作業系統、一或多個應用程式、其他程式模組、程式資料、以及上述任的任意組合。
電腦系統1400也可以包含儲存裝置1424。儲存裝置之範例(例如儲存裝置1424)包含但不限於硬碟機、磁碟機、結合光學媒體之光碟機、固態硬碟裝置、以及上述的任意組合。儲存裝置1424可以透過適當的介面(圖未示)連接至匯流排1412。例示介面包含但不限於SCSI、先進技術附件(advanced technology attachment,ATA)、序列先進技術附件(serial ATA)、通用序列匯流排(USB)、IEEE 1394(FIREWIRE)、以及上述的任意組合。在一範例中，儲存裝置1424(或其中一或多個元件)可以可移除地介接電腦系統1400(例如 透過外埠連接器(圖未示))。特別的是，儲存裝置1424以及相關聯之機器可讀取媒體1428可以對機械可讀取指令、資料結構、程式模組、及/或適用於電腦系統1400之其它資料提供非揮發性及/或揮發性的儲存。在一範例中，軟體1420可以完全或部分位在機器可讀取媒體1428中。在另一範例中，軟體1420可以完全或部分位在處理器1404中。
電腦系統1400也可以包含輸入裝置1432。在一範例中，電腦系統1400之使用者可以透過輸入裝置1432將命令及/或其它資訊輸入電腦系統1400。輸入裝置1432之範例包含但不限於文數字輸入裝置(例如鍵盤)、指向裝置、搖桿、遊戲控制器(gamepad)、聲音輸入裝置(例如麥克風、語音應答系統等)、游標控制裝置(例如滑鼠)、觸控板、光學掃描器、影像擷取裝置(例如靜態照相機、視頻攝影機)、觸控螢幕、以及上述的任意組合。輸入裝置1432可以透過各種介面(圖未示)的任一種與匯流排1412介接，所述介面包含但不限於序列介面、平行介面、遊戲埠、USB介面、FIREWIRE介面、至匯流排1412之直接介面、以及上述的任意組合。輸入裝置可以包含一觸控螢幕介面，觸控螢幕介面可以是顯示器1436的一部份或者是可自顯示裝置1436分離，以下會進一步討論。輸入裝置1432可以用來作為一個使用者選擇裝置，用來選擇如上述所述之圖形化介面中的一或多個圖形。
使用者也可以透過儲存裝置1424(例如可移除磁碟裝置、快閃記憶體)及/或網路介面裝置1440將命令及/或其它資訊輸入電腦系統1400。網路介面裝置，例如網路介面裝置1440可以用來將電腦系統1400連接至一或多個不同網路，例如網路1444，以及將電腦系統1400連接至與網路連接之一或多個遠端裝置1448。網路介面裝置包含但不限於網路介面卡(例如行動網路介面卡、區 域網路卡)、數據機、以及上述的任意組合。網路的範例包含但不限於廣域網路(例如網際網路、企業網路)、區域網路(例如聯繫一個辦公室、一棟建築、一個校園或者其它相對較小的地理空間之網路)、電話網路、聯繫一電話/語音提供者(例如行動通訊提供者資料及/或語音網路)之資料網路、二個計算裝置之間的直接連接、以及上述之任意組合。網路，例如網路1444，可以使用有線及/或無線通訊模式。一般而言，任何網路拓撲均可以使用。資訊(例如資料、軟體1420等)可以透過網路介面裝置1440傳遞至電腦系統1400及/或從電腦系統1400傳遞出去。
電腦系統1400可以更包含視頻顯示轉接器1452用以傳遞可顯示影像至顯示裝置，例如顯示裝置1436。顯示裝置的範例包含但不限於液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、電漿顯示器、光發射二極體(LED)顯示器、以及上述之任意組合。視頻顯示轉接器1452以及顯示裝置1436可以和處理器1404結合而提供本揭露之概念的圖案表示。除了顯示裝置外，電腦系統1400可以包含一或多個其它週邊輸出裝置，所述週邊輸出裝置包含但不限於揚聲器、印表機、以及上述之任意組合。此種週邊輸出裝置可以透過一週邊介面1456連接至匯流排1412。週邊介面之範例包含但不限於序列埠、USB連接、FIREWIRE連接、平行連接、以及上述之任意組合。
圖15為一時間線，該時間線概念式地繪示出使用本揭露之模組化沉積系統(例如系統100)之四個運輸晶圓架的同時處理。每一列代表一特定運輸晶圓架相對於時間之循序處理階段。圖15顯示出於薄膜沉積反應器(例如反應器106)內執行的ALD處理階段1502、兩個不同的預熱階段(預熱階段一1504以及預熱階段二1506)對應於兩個預熱腔室內(例如預熱腔室108a與108b)之 預熱、批次裝載階段1508(其可以發生在裝載鎖定腔室中，例如裝載鎖定腔室112a或112b)、以及批次冷卻與卸載階段1510(其也可以發生在其中一個裝載鎖定腔室)。圖15顯示出系統100如何被用來一次連續處理四個運輸晶圓架，例如運輸晶圓架200或300。圖15概念式地繪示出在一範例中，各階段之相對持續時間，並顯示出預熱階段(1504/1506)是十分長的。如上所述，系統100的其中一個好處是預熱和冷卻階段可以從薄膜沉積階段中分離出來。如圖15所示，當前一運輸晶圓架在經受ALD製程時，其它各個運輸晶圓架可以被預熱，且各個運輸晶圓架可以在裝載鎖定腔室中進行冷卻，因而反應器可以立即轉換下一個運輸晶圓架，而不會為了進行冷卻而被占用著，藉此大幅增加系統的產能。
前面已經對本發明的實施例進行了詳細描述。需注意的是，在本說明書和所附的申請專利範圍中，除非有特別說明或其它指示，否則連接詞用語例如「X、Y與Z中的至少一個」以及「X，Y與Z中的一個或多個」的用語中，應該被解釋成則表示連接的清單中的每個項目可以以排除其他項目的方式以任意數量存在，或者是與清單中的任何或所有其他項目共同以任何數量存在，其中的每一個也可以以任何數量存在。應用此一般規則，在前述範例中之連接詞用語，應分別包含：一個或多個X；一個或多個Y；一個或多個Z；一個或多個X和一個或多個Y；一個或多個Y和一個或多個Z；一個或多個X和一個或多個Z；一個或多個X、一個或多個Y和一個或多個Z。
在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種修改和添加。可以將上述各種實施例中的每一個的特徵適當地與其他描述的實施例的特徵予以組合，以便在相關聯的新實施例中提供多種特徵組合。此外，儘管前述內容描述了多個單獨的實施例，但是於此所描述的僅是本發明原理的應用的說 明。另外，儘管本文中的特定方法可以被繪示出及/或描述為以特定順序執行，但是在實現本揭露的概念的通常技術範圍內，順序是高度可變的。因此，該描述僅是例示，並非用以限制本發明的範圍。
例示的實施例已經揭露如上，並且搭配圖式予以說明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者將理解，在不脫離本發明之精神和範圍的情況下，可對於此具體揭露的內容進行各種改變、省略與添加。
1201~1213:方塊

Claims (28)

  1. 一種適用於一自動薄膜沉積系統之一真空運輸模組(VTM)，該自動薄膜沉積系統用於基板的批次處理，該真空運輸模組包含：一真空腔室，具有複數開口，該些開口設置以耦接薄膜沉積製程模組；及一機械手臂，位於該真空腔室內，該機械手臂具有一末端作用器，該末端作用器設置以耦接一運輸基板架，該運輸基板架設置以固持複數基板；其中該機械手臂設置以經由一或多個該開口選擇性地移動該運輸基板架，且存放該運輸基板架於一相對應之該薄膜沉積製程模組內以處理裝載於該運輸基板架上之該複數基板。
  2. 如請求項1所述之真空運輸模組，其中該機械手臂設置以耦接該運輸基板架之一基座並且沿一垂直方向將該運輸基板架運入與運出該真空運輸模組之該真空腔室。
  3. 如請求項2所述之真空運輸模組，其中該運輸基板架固持一列基板，當該運輸基板架移動於該真空運輸模組與該薄膜沉積製程模組之間時，該列基板被固持在一垂直方向。
  4. 如請求項1所述之真空運輸模組，其中該末端作用器係為一通用末端作用器，其被設置以耦接複數不同尺寸之該運輸基板架，以在相應之該薄膜沉積製程模組中同時處理複數基板尺寸。
  5. 一種半導體製程系統，包含：一真空運輸模組，包含一真空腔室、位於該真空腔室內之一機械手臂、以及複數開口； 複數薄膜沉積製程模組，包含一預熱腔室、一反應器、一裝載鎖定腔室、以及一裝載站；及至少一運輸晶圓架，該至少一運輸晶圓架設置以固持複數半導體晶圓；其中該預熱腔室、該反應器、以及該裝載鎖定腔室係分別耦接至該些開口中與其相對應的一個，且該裝載站係耦接至該裝載鎖定腔室，其中該機械手臂係設置以自動地與選擇性地運送該運輸晶圓架於該裝載鎖定腔室、該預熱腔室、以及該反應室之間，以自動批次處理裝載於該運輸晶圓架上之複數晶圓。
  6. 如請求項5所述之系統，其中該裝載站包含設置以當該運輸晶圓架位於該裝載鎖定腔室中時，將晶圓從一晶圓匣轉移至該運輸晶圓架之一機械手臂。
  7. 如請求項5所述之系統，其中該裝載鎖定腔室包含一轉盤，該轉盤係被設計與設置以支撐該至少一運輸晶圓架，該裝載鎖定腔室包含一旋轉驅動系統，該旋轉驅動系統用以控制該轉盤之一旋轉位置以及控制該至少一運輸晶圓架於一第一旋轉位置與一第二旋轉位置之間，其中於該第一旋轉位置時係可裝載該晶圓於該運輸晶圓架，於該第二旋轉位置時係可耦接該運輸晶圓架至該真空運輸模組之該機械手臂，藉此透過該真空運輸模組之該機械手臂來實現從該真空運輸模組之該真空腔室至該裝載鎖定腔室之間之該運輸晶圓架的運輸。
  8. 如請求項5所述之系統，其中該至少一運輸晶圓架包含設置以固持第一晶圓尺寸之晶圓之一第一運輸晶圓架以及設置以固持第二晶圓尺寸之晶圓之一第二運輸晶圓架。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該第一運輸晶圓架與該第二運輸晶圓架各包含一基座，該基座具有設置以耦接該真空運輸模組之該機械手臂之一通用介面。
  10. 如請求項8所述之系統，其中該真空運輸模組之該機械手臂包含設置以運輸該第一運輸晶圓架與該第二運輸晶圓架之一通用末端作用器。
  11. 如請求項5所述之系統，其中該至少一運輸晶圓架包含複數運輸晶圓架，各該運輸晶圓架裝載有複數晶圓，其中該系統設置以透過同時將各該運輸晶圓架設置於相對應之各個薄膜沉積製程模組中來同時處理該複數運輸晶圓架。
  12. 如請求項11所述之系統，其中該真空運輸模組之該機械手臂設置以根據一薄膜沉積製造製程來依序運送該複數運輸晶圓架進出該複數薄膜沉積模組。
  13. 如請求項11所述之系統，其中該系統設置以透過對相應之個別的該複數運輸晶圓架分別地且同時地執行一晶圓處理程序之一預熱階段、一薄膜沉積階段、以及一冷卻階段來增加晶圓處理產能。
  14. 一種以一薄膜沉積系統執行一薄膜沉積製程之方法，該薄膜沉積系統包含一真空運輸模組(VTM)、位於該真空運輸模組中之一真空運輸模組機械手臂、一裝載鎖定腔室、一預熱腔室、一薄膜沉積反應器、以及至少一運輸晶圓架，該方法包含：一第一轉移步驟，以該真空運輸模組機械手臂將至少一運輸晶圓架從該裝載鎖定腔室經由該真空運輸模組而轉移至該預熱腔室，該至少一運輸晶圓架裝載有複數晶圓； 加熱該至少一運輸晶圓架以及位於該預熱腔室內之該複數晶圓；一第二轉移步驟，以該真空運輸模組機械手臂將該至少一運輸晶圓架以及該複數晶圓從該預熱腔室經由該真空運輸模組轉移至該反應器；對該反應器內之該複數晶圓執行一薄膜沉積製程；一第三轉移步驟，以該真空運輸模組機械手臂將該至少一運輸晶圓架以及該複數晶圓從該反應器經由該真空運輸模組轉移至該裝載鎖定腔室；及對該至少一運輸晶圓架以及位於該裝載鎖定腔室內之該複數晶圓執行一受控的冷卻製程。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該薄膜沉積系統更包含一裝載站，該裝載站包含一裝載埠與一機械手臂，該方法更包含：當該至少一運輸晶圓架位於該裝載鎖定腔室內時，以該裝載站之該機械手臂依序轉移該複數晶圓於該晶圓匣與該至少一運輸晶圓架之間，其中該晶圓匣係位在該裝載埠內。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該裝載鎖定腔室包含設置以支撐該至少一運輸晶圓架之一轉盤，該方法更包含：定位該轉盤與該至少一運輸晶圓架於一第一旋轉位置以進行該依序轉移步驟；及定位該轉盤與該至少一運輸晶圓架於一第二旋轉位置以進行該第一轉移步驟與該第三轉移步驟。
  17. 如請求項14所述之方法，其中該至少一運輸晶圓架包含複數運輸晶圓架，各該運輸晶圓架裝載有相應之複數晶圓，該方法更包含： 同時地，對裝載有一第一複數晶圓之該複數運輸晶圓架中之一第一運輸晶圓架執行該加熱步驟，對裝載有一第二複數晶圓之該複數運輸晶圓架中之一第二運輸晶圓架執行該薄膜沉積製程，以及對裝載有一第三複數晶圓之該複數運輸晶圓架中之一第三運輸晶圓架執行該受控的冷卻製程。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該第一複數晶圓、該第二複數晶圓與該第三複數晶圓中的至少一者具有不同於另一者的尺寸。
  19. 一種運輸晶圓架，包含：一底板、一頂板以及設置於該底板與該頂板之間的複數柱體，各該柱體包含複數凹部以承載可滑動地設置於該底板與該頂板之間的複數晶圓；及一介面接口，設置於該底板上，該介面接口之結構與尺寸被設置以耦接一機械手臂之一末端作用器，藉此以運送該運輸晶圓架與設置於該運輸晶圓架上之該複數晶圓於用以處理該複數晶圓之複數薄膜沉積製程模組之間。
  20. 一種半導體製程系統，包含：一真空運輸模組(VTM)，包含一真空腔室、位於該真空腔室內之一機械手臂、以及複數開口；複數薄膜沉積製程模組，包含一反應器以及一裝載鎖定腔室；至少一運輸晶圓架，該至少一運輸晶圓架設置以固持複數半導體晶圓；其中該反應器以及該裝載鎖定腔室係分別耦接至該些開口中與其相對應的一個，其中該機械手臂係設置以自動地與選擇性地運送該運輸晶圓架於該裝載鎖定腔室以及一或多個該薄膜沉積製程模組之間，以自動批次處理裝載於該運輸晶圓架上之複數晶圓。
  21. 如請求項20所述之系統，其中該複數薄膜沉積製程模組包含耦接於該裝載鎖定腔室之一裝載站，該裝載站包含設置以當該運輸晶圓架位於該裝載鎖定腔室中時自一晶圓匣傳輸該些晶圓至該運輸晶圓架之一機械手臂。
  22. 如請求項20所述之系統，其中該裝載鎖定腔室包含一轉盤，該轉盤係被設計與設置以支撐該至少一運輸晶圓架，該裝載鎖定腔室包含一旋轉驅動系統，該旋轉驅動系統用以控制該轉盤之一旋轉位置以及控制該至少一運輸晶圓架於一第一旋轉位置與一第二旋轉位置之間，其中於該第一旋轉位置時係可裝載該晶圓於該運輸晶圓架，於該第二旋轉位置時係可耦接該運輸晶圓架至該真空運輸模組之該機械手臂，藉此透過該真空運輸模組之該機械手臂來實現從該真空運輸模組之該真空腔室至該裝載鎖定腔室之間之該運輸晶圓架的運輸。
  23. 如請求項20所述之系統，其中該至少一運輸晶圓架包含設置以固持第一晶圓尺寸之晶圓之一第一運輸晶圓架以及設置以固持第二晶圓尺寸之晶圓之一第二運輸晶圓架。
  24. 如請求項23所述之系統，其中該第一運輸晶圓架與該第二運輸晶圓架各包含一基座，該基座具有設置以耦接該真空運輸模組之該機械手臂之一通用介面。
  25. 如請求項23所述之系統，其中該真空運輸模組之該機械手臂包含設置以運輸該第一運輸晶圓架與該第二運輸晶圓架之一通用末端作用器。
  26. 如請求項20所述之系統，其中該至少一運輸晶圓架包含複數運輸晶圓架，各該運輸晶圓架裝載有複數晶圓，其中該系統設置以透過同時將各 該運輸晶圓架設置於相對應之各個薄膜沉積製程模組中來同時處理該複數運輸晶圓架。
  27. 如請求項26所述之系統，其中該真空運輸模組之該機械手臂設置以根據一薄膜沉積製造製程來依序運送該複數運輸晶圓架進出該複數薄膜沉積模組。
  28. 如請求項26所述之系統，其中該系統設置以透過對相應之個別的該複數運輸晶圓架分別地且同時地執行一晶圓處理程序之一預熱階段、一薄膜沉積階段、以及一冷卻階段來增加晶圓處理產能。
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