TWM606355U

TWM606355U - 離子注入機的作業平台

Info

Publication number: TWM606355U
Application number: TW109208995U
Authority: TW
Inventors: 夏世偉; 炯陳; 王占柱; 楊立軍; 王輝; 傑夫貝克; 俊華洪; 李軒; 陳克祿; 劉志峰
Original assignee: 大陸商上海臨港凱世通半導體有限公司; 大陸商上海凱世通半導體股份有限公司
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2021-01-11
Also published as: WO2021196397A1; CN211788912U

Abstract

本創作揭露一種離子注入機的作業平台，包括設備前端模組(Equipment front end module；EFEM)、兩個裝載互鎖腔室(Loadlock)、真空傳輸模組(Vacuum transfer module；VTM)和製程傳輸模組(Process transfer module；PTM)，EFEM、Loadlock和VTM沿著第一方向依次排布，兩個Loadlock平行地設置於EFEM和VTM之間，PTM在第二方向上與VTM相連，第一方向與第二方向不平行，VTM用於在真空狀態下在每個Loadlock和PTM之間傳輸矽片；PTM用於在真空中採用離子束對矽片進行加工，所述PTM包括掃描機器人和離子束收集裝置，所述離子束收集裝置位於PTM的遠離所述掃描機器人的一端並且在第二方向上與VTM相間隔。由此使得矽片免受沉積於離子束收集裝置中污染物的影響。

Description

離子注入機的作業平台

本創作關於一種作業平台，特別關於真空中傳輸矽片的作業平台。

圖1示出了一種早期的離子注入機的作業平台，其包括多個縱向串列式分佈的大氣腔室和真空腔室，分別為大氣矽片傳輸模組(EFEM)1001、與EFEM相連的兩個預抽真空裝置(Loadlock)2001和2002、與兩個與抽真空裝置相連的真空矽片傳輸模組(VTM)300以及與VTM相連的製程處理模組(PTM)400，參考圖1中的坐標系，以紙面為xy平面，z軸垂直紙面，其中EFEM 1001、預抽真空裝置、VTM 300和PTM 400在y軸方向上依次串列連接。

1)先從矽片的傳輸角度來說，矽片在xy平面中由EFEM被傳遞至PTM中，在VTM 300中配備有兩個分別對應於兩個Loadlock的機械手3001和3002，在傳輸矽片的過程中，兩個Loadlock輪流作業：即一個Loadlock被充氣至大氣壓後，EFEM 1001中的機器人將Loadlock中已完成注入的矽片取走再把需要注入的矽片放入其中，然後對Loadlock抽真空；在上述Loadlock進行大氣側矽片傳輸的同時，VTM內的兩個機械手協調地將另一個Loadlock中的矽片逐個取出傳送至PTM中進行製程處理，完成製程處理後的矽片再傳回Loadlock。在矽片進行製程處理的週期內，一個機械手將上次處理完成的矽片傳回至對應的Loadlock，再從該Loadlock中取出下一片放到中轉台，即刻往製程裝置運動，準備接受當前正在進行製程處理的矽片；同時，另一個機械手持有要注入的矽片在PTM附近等待，當掃描機器人完成注入，運動到PTM的矽片交換位置，沒有矽片的機械手取走掃描機械人的靜電吸盤上的矽片，另一機械手把矽片放上到靜電吸盤上，進行下一次注入。兩個機械手按照這樣的運行時序作業，直至這個Loadlock中的所有矽片全部處理完成，再處理另一個Loadlock，兩個VTM的機器人的運動步驟也跟著對換。

2)從整體佈局的角度來說，這種離子注入機採用了長條形的離子束，離子束4001前進方向為y軸方向，其長邊方向是x軸方向，短邊方向為z軸方向。在矽片10001被傳遞至PTM中之後，掃描機器人(例如設置有靜電吸盤)4002將持有矽片並且在注入前使得矽片的所在平面自xy平面轉換至xz平面中，掃描機器人4002攜帶矽片在z軸方向移動使得長條狀離子束4001覆蓋矽片的全部區域以實現對矽片的均勻注入。這種佈局結構的缺點在於，離子束4001、掃描機器人4002與VTM串列在同一方向上(y軸方向上)。因為離子束不能射到搬運機械人，一個擋住離子束收集裝置4003(例如法拉第杯，Faraday Cup)必須要安排在掃描機器人4002和VTM 300之間，鑒於搬運機器人的手臂長度有限，所以離子束收集裝置4003與進行注入處理的矽片距離很近，且離子束收集裝置4003的深度很淺，為此，從離子束收集裝置中濺射出來物質會沉積在掃描機械手表面。大劑量離子注入機具有較大的束流強度，在短時間內便能生成較厚的薄膜而這種薄膜又會剝落。剝落下來的顆粒物，將對矽片造成嚴重的顆粒物污染，這種顆粒物污染程度已經無法被當前先進的半導體器件製程技術所接受。

圖2顯示了另一種現有的作業平台，參考圖示的坐標系，z軸垂直紙面，依然包括EFEM100、兩個Loadlock 201和202、與Loadlock相連的VTM 30和執行離子注入的PTM 40，從佈局上來說，EFEM 100、兩個Loadlock 201和202、和VTM 30在y軸上相互串聯，而PTM 40則佈置在VTM 30的側面。離子束依然為長條形或板狀，離子束前進方向為y軸方向，長邊方向可以為x軸方向或者z軸方向。矽片1001自EFEM被傳遞至PTM的過程中均位於xy平面中，而在執行離子注入前，佈置於PTM 40中的掃描機構402攜帶矽片使得矽片平面自xy平面翻轉至xz平面中，繼而在z軸方向或x軸方向上(取決於離子束401的長邊方向)掃描矽片實現對矽片的均勻注入。在這種佈局中，VTM佈置在PTM的側面，避免束流射到VTM的任何部件；而且離子束收集裝置403可以安置在PTM端部，離進行注入處理的矽片有一定距離，且有較大的空間安排避免粒子從離子收集裝置中跑出來，防止矽片被污染。這種佈局結構克服了圖1所示結構的缺點，使得矽片受顆粒物污染的程度得到改善。但是，在這種作業平台中VTM 30中只有一個搬運機器人301，其產能很低，不能滿足當前半導體器件製程對產能的需求。

本創作要解決的技術問題是為了克服先前技術中離子注入機作業平台佈局不合理、矽片運輸效率受到限制的缺陷，提供一種離子注入機的作業平台。

本創作是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種離子注入機的作業平台，其特點在於，包括設備前端模組(Equipment front end module；EFEM)、兩個裝載互鎖腔室(Loadlock)、真空傳輸模組(Vacuum transfer module；VTM)和製程傳輸模組(Process transfer module；PTM)，其中，EFEM、Loadlock和VTM沿著第一方向依次排布，兩個Loadlock平行地設置於EFEM和VTM之間且每個Loadlock均皆與EFEM和VTM相連通，PTM在第二方向上與VTM相連，所述第一方向與所述第二方向不平行，其中，EFEM用於在大氣中傳遞矽片；每個Loadlock用於在大氣狀態和真空狀態中切換並且承載至少一片矽片；VTM用於在真空狀態下在每個Loadlock和PTM之間傳輸矽片，所述VTM包括：真空輸運腔室、位於所述真空輸運腔室中的兩個搬運機器人和用於承載矽片的中轉台。所述兩個搬運機器人中，每個搬運機器人有一個機械手；所述兩個搬運機器人中的一個搬運機器人用於把Loadlock中的矽片傳輸到所述中轉台，還用於把注入後的矽片從所述PTM或者所述中轉台輸送到Loadlock中；所述兩個搬運機器人中的另一個搬運機器人把矽片從所述中轉台送到所述PTM而進行注入加工。

PTM用於在真空採用離子束對矽片進行加工，所述PTM包括製程腔、位於製程腔中的掃描機器人和離子束收集裝置以及被傳輸至製程腔中的離子束，其中離子束的傳輸方向與所述第一方向的銳夾角小於等於60°，所述掃描機器人用於接收並持有來自於搬運機器人的矽片並且將矽片翻轉至注入平面以進行離子注入，這裡離子束的傳輸方向包括了絕對平行於所述第一方向的情況，以及離子束傳輸方向與第一方向的夾角小於等於60°的情況。

其中，所述第一方向和所述第二方向構成矽片的傳輸平面，所述注入平面和所述傳輸平面的銳夾角小於等於60°，所述注入平面和所述第一方向的銳夾角小於等於60°，所述離子束收集裝置位於PTM的遠離所述掃描機器人的一端並且在第二方向上與VTM相間隔。這裡包括了注入平面絕對垂直於所述傳輸平面和第一方向的情況，以及注入平面和傳輸平面、注入平面和第一方向呈一定角度的情況。

通過VTM和PTM的側向佈置以及將離子束收集裝置佈置在第二方向上與VTM相間隔的位置，也避免了離子束對VTM中部件的影響，同時也避免了離子束收集裝置中沉積的物質被濺射至矽片上。

較佳地，VTM位於離子束的側面，離子束傳輸方向的延伸線不與任一搬運機器人的動作範圍交叉。

較佳地，所述離子束為帶狀束流，所述帶狀束流的長邊方向垂直於所述傳輸平面，所述掃描機器人用於在所示注入平面中移動矽片。

較佳地，所述第一方向垂直於所述第二方向。

較佳地，所述中轉台設置於兩個搬運機器人之間。

較佳地，沿著兩個搬運機器人的中心連線方向來看，所述中轉台位於所述中心連線遠離所述PTM的一側，有利於作業平台的空間利用。

每個搬運機器人包括用於持有矽片的機械手，所述機械手在所述傳輸平面中是可旋轉的。

較佳地，每個機械手在垂直於所述傳輸平面的方向上是可升降的。

較佳地，每個機械手在平行於所述傳輸平面的平面中可線性伸縮。

較佳地，兩個Loadlock中的一個Loadlock中的矽片被逐一傳輸至所述PTM中處理時，兩個Loadlock中的另一個Loadlock處於抽真空或者破真空或者在大氣環境下移除或裝入矽片。

較佳地，所述中轉台還用於矽片中心的定位和/或矽片方向的對準。

較佳地，所述掃描機器人包括靜電吸盤。

較佳地，每個預抽真空裝置中設置有用於承載至少一片矽片的晶片承載裝置。

在符合本領域常識的基礎上，上述各較佳條件，可任意組合，即得本創作各較佳實例。

本創作的積極進步效果在於：1)將VTM佈置在PTM的側面，離子束收集裝置位於PTM的遠離所述掃描機器人的一端並且在第二方向上與VTM相間隔，使得矽片免受沉積於離子束收集裝置中污染物的影響，具有優越的顆粒物污染指標；2)VTM中配置兩個搬運機器人，通過對兩個搬運機器人功能的劃分，結合以具有多自由度的機械手，使得矽片在預抽真空裝置和中轉台之間以及中轉台和製程處理裝置之間的傳輸可以有序交替進行，從而減少無效等待時間，提高整體的產能；3)VTM中配置中轉台，可以執行矽片對準的功能，以提高矽片傳送的穩定性和注入製程的精度。

1:設備前端模組(EFEM)

3:真空傳輸模組(VTM)

4:製程傳輸模組(PTM)

21、22:裝載互鎖腔室(Loadlock)

30:真空傳輸模組(VTM)

31、32:搬運機器人

33:中轉台

40:製程傳輸模組(PTM)

41:離子束

42:掃描機器人

43:離子束收集裝置

100:設備前端模組(EFEM)

101:矽片

201、202:裝載互鎖腔室(Loadlock)

300:真空矽片傳輸模組(VTM)(圖1)

301:搬運機器人

400:製程處理模組(PTM)(圖1)

401:離子束

402:掃描機構

403:離子束收集裝置

1001:大氣矽片傳輸模組(EFEM)(圖1)

1001:矽片(圖2)

2001、2002:預抽真空裝置(Loadlock)(圖1)

3001、3002:機械手

4001:離子束

4002:掃描機器人

4003:離子束收集裝置

10001:矽片

圖1為先前技術中一種離子注入機的作業平台的示意圖。

圖2為先前技術中另一種離子注入機的作業平台的示意圖。

圖3本創作一實施例的離子注入機的作業平台的結構框圖。

圖4圖3所示框圖的離子注入機的作業平台的俯視圖。

圖5為圖4的作業平台的立體圖。

下面通過實施例的方式進一步說明本創作，但並不因此將本創作限制在所述的實施例範圍之中。

下面參考圖3至圖5，進一步介紹本創作的技術方案。參考圖3以及圖中xy座標，以y軸方向作為第一方向，以x軸方向作為第二方向，垂直於紙面方向為z軸，即第三方向，該離子注入機的作業平台，包括EFEM 1、兩個Loadlock 21和22、VTM 3和PTM 4，其中，EFEM 1、Loadlock 21和22和VTM 3沿著第一方向依次排布，兩個Loadlock 21和22平行地設置於EFEM 1和VTM 3之間且每個Loadlock均皆與EFEM 1和VTM 3相連通，PTM 4在第二方向上與VTM 3相連，所述第一方向與所述第二方向垂直，其中， EFEM 1用於在大氣中傳遞矽片101；每個Loadlock用於在大氣狀態和真空狀態中切換並且承載至少一片矽片；VTM 3用於在真空狀態下在每個Loadlock和PTM 4之間傳輸矽片，所述VTM 3包括：真空輸運腔室、位於所述真空輸運腔室中的兩個搬運機器人(分別以31和32表示)和用於承載矽片的中轉台33，所述中轉台33設置於兩個搬運機器人之間；所述兩個搬運機器人中，每個搬運機器人有一個機械手，所述兩個搬運機器人中的一個搬運機器人31用於把Loadlock中的矽片101傳輸到所述中轉台33，還用於把注入後的矽片從所述PTM 4或者所述中轉台33輸送到Loadlock中；所述兩個搬運機器人中的另一個搬運機器人32把矽片從所述中轉台33送到所述PTM 4而進行注入加工。PTM 4用於在真空採用離子束41對矽片進行加工，所述PTM 4包括製程腔、位於製程腔中的掃描機器人42和離子束收集裝置43以及被傳輸至製程腔中的離子束41，其中離子束41的傳輸方向平行於所述第一方向，所述掃描機器人42用於接收並持有來自於搬運機器人32的矽片並且將矽片翻轉至注入平面以進行離子注入，其中，所述第一方向和所述第二方向構成矽片的傳輸平面(即xy平面)，所述注入平面垂直於所述傳輸平面和所述第一方向，即xz平面，所述離子束收集裝置43位於PTM 4的遠離所述掃描機器人42的一端並且在第二方向上與VTM相間隔。

由於VTM和PTM側向佈置，即VTM和PTM的連線與離子束的傳輸方向不一致(在本實施例中相垂直)，而離子束接收裝置(例如法拉第杯)又被置於PTM遠離掃描機器人的一端，因此離子束作用到離子束收集裝置上由此濺射出的污染物也難以影響到矽片和VTM。而且，VTM位於離子束的側面，離子束傳輸方向的延伸線不與任一搬運機器人的動作範圍交叉。

所述離子束為帶狀束流，如果離子束長邊方向是x軸方向，那麼掃描機器人42就在z軸方向上移動。如果離子束長邊方向是z軸方向，那麼掃描機器人42就在x軸方向上移動。

參考圖4至圖5，沿著兩個搬運機器人的中心連線方向來看，所述中轉台位於所述中心連線且遠離PTM的一側(圖4中左側)，有利於作業平台的空間利用。在PTM 4中，採用設置有真空吸盤的機械手來作為掃描機器人42，掃描機器人的機械手有多個自由度，可以將矽片自xy平面翻轉至xz平面以使得沿著y軸傳輸的離子束垂直於矽片表面，獲得理想的注入角度。另外，掃描機器人的機械手可以持有矽片沿著x軸或者z軸平移。

每個搬運機器人31和32包括用於持有矽片的機械手，每個機械手在矽片傳輸平面中是可旋轉的。

其中，每個機械手在在垂直於矽片傳輸平面的方向上是可升降的。而且，每個機械手在矽片傳輸平面中可線性伸縮。除此之外，所述中轉台33除了用於在矽片輸運路徑的中途存放矽片，還用於矽片中心的定位和/或矽片方向的對準。

在本實施例中，每個Loadlock中設置有用於承載至少一片矽片的晶片盒(cassette)，所述晶片盒可以在垂直矽片傳輸平面的方向上升降，從而實現待處理矽片的取出和處理完的矽片的放入。每個Loadlock與所述VTM之間設置有傳送閥門，通過所述傳送閥門矽片可以被傳輸。此外，每個Loadlock還配備有抽真空設備和破真空設備，使得每個預抽真空裝置可以在真空和大氣之間切換。

VTM也設置有連接PTM的連接部，供矽片傳輸已在PTM中完成製程操作(例如離子注入)。

矽片的傳輸過程如下：矽片在xy平面中由EFEM被傳遞至Loadlocks 21和22中，在VTM 3中配備有兩個分別對應於兩個Loadlock的搬運機器人(機械手)31和32，在傳輸矽片的過程中，兩個Loadlocks同時作業：即一個Loadlock 21被充氣至大氣壓後，通過EFEM的機器人將注入後矽片取走再把要注入矽片放入其中，然後對Loadlock 21抽真空。同時由兩個VTM內的搬運機器人(機械手)31、32協調運動將另一個Loadlock 22中的矽片逐個取出傳送至PTM 4中進行製程處理，完成製程處理後的矽片再傳回Loadlock 22。在矽片進行製程處理的週期內，搬運機器人(機械手)31將上次處理完成的矽片傳回至對應的Loadlock 22，再從該Loadlock 22中取出下一矽片放到中轉台33，即刻往製程裝置運動；準備接受當前正在進行製程處理的矽片；同時，另一個搬運機器人(機械手)32從中轉台取上矽片往製程裝置運動，持有要注入的矽片在PTM附近等待，當掃描機械人42完成對矽片的注入，運動到PTM的矽片交換點，沒有矽片的搬運機器人(機械手)31取走掃描機械人的靜電吸盤上的矽片，另一搬運機器人(機械手)32把矽片放上到掃描機器人42中設置的靜電吸盤上，進行下一次注入。兩個機械手按照這樣的運行時序，直至這個Loadlock 22中的所有矽片全部處理完成，再處理另一個Loadlock 21中的矽片。

在本創作的技術方案中，兩個Loadlock中的一個Loadlock中的矽片被逐一傳輸至所述PTM中處理時，兩個Loadlock中的另一個Loadlock處於抽真空或者破真空。即所述兩個Loadlock輪流作業，當一個Loadlock的矽片在逐一進行矽片的製程處理期間，另一個Loadlock執行充氣-卸載矽片-裝載新的矽片-抽真空的作業。

雖然以上描述了本創作的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本創作的保護範圍是由所附申請專利範圍限定的。本領域的技術人員在不背離本創作的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本創作的保護範圍。