高產量半導體成批晶片處理設備的自動操作的製作方法

2023-04-26 10:32:11 1

專利名稱：高產量半導體成批晶片處理設備的自動操作的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及半導體處理設備。特別地，本發明的實施方式涉 及成批晶片處理設備。
背景技術：
多數半導體處理設備使用機器人技術將矽晶片傳送到系統內的指定位 置進行處理，以修整晶片表面。成批晶片處理的一個實例是垂直擴散爐，用 於形成熱氧化層，在摻雜層中分散，或通過化學蒸發沉積(CVD)來沉積氧 化層、氮化層或其他層。
對大多數大型成批處理，以矽晶片形式或其他形狀的具有lOOmm或更 大直徑的襯底的產品被放置在晶片攜帶裝置的槽中，有時被稱為支架或晶片 舟。晶片舟被豎直地安裝在熱阻支撐結構(稱為基座)的上部，而該熱阻支 撐結構位於門封閉組件(稱為處理室門)上。對於目前多數大批量系統來講， 插入到處理室區域的組件包括門、基座以及晶片攜帶裝置。這堆可分離的部 件作為一個單元在處理室(例如處理管)的開放的下端之下移動，且然後向 上移動到處理室中直到門組件在處理室或管的下端延邊緣關閉。
為了更高產量，成批系統經常具有兩個或甚至三個這樣的門、基座、攜 帶裝置組件以及裝置，用於將成堆的組件從裝載/卸載位置移動到處理室下面的插入位置。
為了最小化每一個晶片處理的成本和時間， 一般來講更傾向於儘可能在 每個處理循環使用最大數量的部件。但是成批規模受限於總體系統高度和處 理一致性，其限制了由晶片攜帶裝置的槽距所確定的部件間距。
允許處理更多部件的已知自動化處理技術存在很多缺陷。 一種技術移動 使槽更加緊湊或延長晶片舟。該技術能減小晶片舟槽距。另一種技術增長晶 片舟或舟的長度以允許添加額外的晶片槽從而提供更大的裝載規模。但是， 該技術增加了處理室下面的空間和處理室的長度。
針對目前系統設計，門、基座以及晶片舟一旦被組裝就作為一個單元被 移動。門/基座/攜帶裝置組件對室下面空間的需求設定了能在一個循環中進 行處理的放置在晶片攜帶裝置(例如，晶片舟)中的部件(例如晶片)的數 量上限。


通過參考以下說明和附圖可以更好理解本發明的實施方式，這些附圖用 於對本發明的實施方式進行描繪，在附圖中
圖1示出了根據本發明的一種實施方式的處於初始階段的系統； 圖2示出了根據本發明的一種實施方式的處於裝載的第二階段的系統； 圖3示出了根據本發明的一種實施方式的處於裝載的第三階段的系統； 圖4示出了根據本發明的一種實施方式的處於裝載的第四階段的系統； 圖5示出了根據本發明的一種實施方式的處於裝載的最終階段的系統； 圖6示出了根據本發明的一種實施方式的處於卸載的第二階段的系統； 圖7示出了根據本發明的一種實施方式的處於卸載的第三階段的系統； 圖8示出了根據本發明的一種實施方式的處於卸載的第四階段的系統； 圖9是示出了根據本發明的一種實施方式為了高產量而自動化部件傳送的流程的流程圖10是示出了根據本發明的一種實施方式將升降機臂接合到舟支座的 下側的流程的流程圖11是示出了根據本發明的一種實施方式將BTU臂從第二位置移開的 流程的流程圖12是示出了根據本發明的一種實施方式從處理室卸掉部件的流程的 流程圖。
具體實施例方式
本發明的一種實施方式是為高產量而對部件傳送進行自動化的技術。攜 帶包含多個部件的舟的舟傳送單元(BTU)臂從初始位置旋轉到位於處理室 下方的第一位置。BTU臂與用於支撐舟的舟支座相接合。BTU臂向上移動 到第二位置，從而舟部分地進入到處理室中，離處理室的入口的距離為D。 攜帶基座的升降機臂接合到舟支座的下側。BTU臂從所述第二位置移開。升 降機臂向上移動，將舟完全插入到處理室內。
在下面的描述中，許多具體細節被提出。但是，應當理解沒有這些具體 細節也能實施本發明的實施方式。在其它的例子中，為了避免對對描述理解 不清楚，沒有示出已知電路、結構以及技術。
本發明的實施方式可以被描述為通常用流程表、流程圖、結構圖或框圖 描述的流程。儘管流程表可以將操作描述成順序流程，但是許多操作仍可以 並行或同時被操作。此外，操作的順序可以重新排列。流程在操作完成時才 終止。流程可以對應於方法、程序、過程、製造或加工方法等。
本發明的一種實施方式是為高產量而對部件傳送進行自動化的技術。該 技術使用己有設備來增加可被處理的部件的數量。通過這種方式，可以提高 總產量。此外，操作順序可以重疊，從而當一批部件正從處理室卸載時，另一批可以準備裝載到處理室中。
本發明的一種實施方式使用獨特的自動化方案，允許更多的部件在單個 處理循環中被處理而不用增加總的系統高度也不用減小晶片攜帶裝置的槽 距。這是通過利用室下面的整個空間來將部件(例如晶片)裝載到晶片攜帶 裝置而實現的。在裝載晶片攜帶裝置後，晶片攜帶裝置隨後被推入到處理室 中，並在處理室下面創造了足夠的空間，以使得門/基座在處理室下面轉動和 放置。以這種方式，用於容納門/基座的初始空間現在被用於更多的部件(例 如晶片)。這種利用空間和自動化的獨特方法使在一個循環中能處理更大數 量的部件。
該技術首先將攜帶包括多個部件的舟的舟傳送單元(BTU)從初始位置 轉動到位於處理室下面的第一位置。然後，BTU向上移動一段距離以便使自 己部分位於處理室內，從而為升降機臂和基座能夠移進來製造空間。升降機 臂然後轉動以與舟支座相接合。在升降機臂固定舟支座後，BTU臂移開使得 升降機臂可以將舟推動從而將舟完全插入到處理室內。以這種方式，舟可以 包含另一批部件而不需要更改室下面的外殼部分。另一批中的部件佔據下面 所說明的距離Dl提供的空間。
圖1示出根據本發明的實施方式的處於初始位置的系統100。系統100 可以是處理部件的任意系統。在一個實施方式中，該系統是批量型豎直擴散 系統(空氣或低壓化學蒸發沉積(LPCVD))，用於處理半導體晶片或襯底。 系統IOO包括外殼110、處理室120、部件攜帶裝置130、部件處理單元140、 BTU 160以及升降機單元170。
外殼IIO為部件處理系統中的各種單元和組件提供空間。外殼110包括 前部區域112和後部區域115。指定"前部"和"後部"只是為了便於參考 並不必須指示區域的方位。前部區域112用於從部件攜帶裝置130接收部件 或將部件卸載到部件攜帶裝置130。部件攜帶裝置130包括待處理的部件或已經處理完的部件。後部區域115為升降機單元170提供空間。後部區域115
還在處理室正下方含有空間，用作部件傳送到處理室120和從處理室120傳
送過來的工作區域。
處理室120是用於處理部件的室。處理室120位於外殼110的後部區域 115的上方。在一個實施方式中，處理操作包括加熱晶片。處理室120包括 加熱單元122和室管125。加熱單元122在部件被保持在試管125內時在一 段預定時間段產生預定溫度的熱。室管125被設置在加熱單元122內。處理 室120還具有管道，作為處理的一部分，用於提供氣體以排空或清潔室管 125。處理室120具有門或入口以允許升降機單元將包括部件的舟推入到室 管125中。
部件攜帶裝置130是包括部件的攜帶裝置。部件攜帶裝置130可以具有 艙門(port)以允許提取部件或將部件傳送到BTU160或從BTU160傳送回 來。當處於前部區域112的裝載臺時，舟150充滿將被部件處理單元140處 理的材料，其將部件從存儲裝置(例如用於100mm直徑和/或更大尺寸的晶 片的盒，或用於300 mm的晶片和/或更大尺寸的晶片的前開口通用容器 (FOUP))移動到舟150的槽。舟150的裝載可以通過一次移動一個部件(例 如，晶片或其他形狀的襯底)或使用多分叉提取工具移動以多於一個的群組 來移動部件。部件處理單元140是自動從部件攜帶裝置130提取部件並傳送 到BTU 160的機構。部件處理單元140還在卸載操作中從BTU 160中提取 部件並傳送到部件攜帶裝置130。
BTU 160是將包含在舟150或攜帶裝置中的部件移動到後部區域115或 從後部區域115移動。BTU 160包括BTU臂162和BTU移動臺165。 BTU 臂162是典型地水平延伸以抓住包括部件160的舟150。 BTU移動臺165是 控制BTU臂162移動的機構。BTU移動臺165可以包括使BTU臂162在水 平面轉動或垂直上下移動的步進電機或其他驅動器。舟150是包含或存儲在裝載操作期間從部件攜帶裝置130傳送或在卸載
操作期間從處理室120傳送的部件160的容器。部件160可以是需要在處理 室120中被處理的任意部件。在一個實施方式中，部件160可以包括半導體 晶片或襯底。部件160可以被組織以在垂直方向上佔據舟150的內部。它們 可以被垂直地堆疊。舟150可以具有用來支持舟的舟支座155。舟支座155 被牢固地連接到舟150的底部。舟支座155可以具有槽或接合機構以允許 BTU臂162緊固接合。BTU臂162可以通過移動到槽中與舟支座155接合 且並通過移開槽與舟支座155脫離。舟支座155還可以在底部具有插口、襯 墊或接合機構以允許升降機單元170中的升降機臂緊固接合。
BTU臂162位於前部區域112中的初始/最終位置164。在該初始/最終 位置，BTU臂162與舟支座155接合以保持包括部件160的舟150。部件160 可以是將在裝載期間的被傳送到處理室120的未處理部件。那麼初始/最終位 置164對應於裝載順序的初始位置。部件160也可以是在卸載期間來自處理 室120已經被處理的處理過的部件。那麼初始/最終位置164對應於卸載順序 的最終位置。
升降機單元170包括升降機臂172、基座175以及升降機移動臺177。 升降機臂172作為支撐單元支撐基座175。基座175可以作為熱阻單元。如 果升降機臂172很堅固、剛性，並足以機械穩定的支撐舟150，則基座175 可以是可選的。升降機移動臺177使升降機臂172和基座175轉動並上下移 動。在開始時，升降機臂172和基座處於停放位置174。
圖2示出根據本發明的一個實施方式的處於裝載的第二階段的系統。在 裝載順序的第二階段，BTU臂162從初始位置164轉動到第一位置210。該 轉動在圍繞BTU移動臺165在水平平面進行。舟150從前部區域112移動 到後部區域115。第一位置210在處理室120的正下方。舟150被設置在處 理室120的入口的正下面。升降機單元170處於停放位置174。在第一位置210，舟支座155的底 部和地面之間的空間間隙可能不足以大到裝入升降機單元170。這是因為舟 150被配置成比常規配置攜帶更多的部件以增加總產量。
圖3示出根據本發明的一個實施方式的處於裝載的第三階段的系統。在 裝載順序的第三階段，BTU臂162向上移動到第二位置310。第二位置310 是第一位置210上方距離Dl的垂直位置。該距離Dl提供額外空間，從而 舟150可以被延伸以容納比常規裝載更多的部件。距離D1可以在舟支座115 的底部與地面之間為升降機單元170提供足夠的空間。舟150部分地進入處 理室120，進入的位置離處理室120入口的距離為CXD1。
攜帶基座175的升降機臂172從停放位置174移動到將要接合到的舟支 座155的下側。基座175被設置以穩固地固定舟支座155。這可以通過將升 降機臂172從停放位置移動到在第二位置下面的接合位置320來實現。然後， 升降機臂172轉動到BTU臂162的下面，且升降機臂172向上輕微移動以 與舟支座150的下側接合。
圖4示出根據本發明的一個實施方式的處於裝載的第四階段的系統。在 第四階段，BTU臂162從第二位置移開以允許升降機臂172推入的舟150 自由移動。這可以通過首先將BTU臂162從舟支座155脫離來實現。接下 來，BTU臂162從第二位置310轉動到第三位置410。然後，BTU臂162 從第三位置410移動到初始/最終位置164。
圖5示出了根據本發明的一個實施方式的處於裝載的最終階段的系統。 在裝載順序的最終階段，升降機臂172和基座175向上移動以使舟150完全 插入到處理室120內。升降機臂172和175在到達門擋板的位置時停止，將 門組件密封在處理室120下端的邊緣。
一旦舟被完全插入到處理室120中且處理室120的入口被牢固的封閉， 則處理室120處理部件160。在計算機控制下調用處理方法並運行，以控制控制室溫度、壓力、氣流以及處理步驟的時間和順序。在部件160被處理後， 就準備將部件160從處理室120卸載。
部件160從處理室120的卸載順序基本上與裝載順序相反。卸載順序從 固定部件160的舟150位於處理室120內的階段開始。
圖6示出了根據本發明的一個實施方式的處於卸載的第二階段的系統。 在卸載順序的第二階段，處理室120的門被打開。升降機臂172與舟支座155 接合。
升降機移動臺177使升降機臂172向下移動到第二位置310，從而舟150 部分地仍留在處理室120內，離處理室120的入口的距離為D。在那期間， BTU臂162處於第三位置410或可以在前部區域12的任意其他位置。
圖7示出了根據本發明的一個實施方式的處於卸載的第三階段的系統。 在卸載順序的第三階段，BTU臂162與舟支座155接合。這可以通過將BTU 臂162從第三位置410或前部區域112的任意其他位置移動到與第二位置 310對齊的位置來完成。然後BTU臂162轉動到第二位置310以與舟支座 155接合。
這時，升降機臂172從第二位置310移開。這可以通過將升降機臂172 與基座175從第二位置310繞著升降機移動臺177轉動到接合位置320來完 成。然後升降機臂172和基座715移動到停放位置174。
圖8示出了根據本發明的一個實施方式的處於卸載的第四階段的系統。 在卸載順序的第四階段，BTU臂162從第二位置310向下移動到第一位置 210。舟150現在已經完全在處理室120的外面。然後，BTU臂162從第一 位置210轉動到前部區域112的初始/最終位置164。
為了提高系統的產量，可以具有兩個或更多個晶片裝載位置或兩個或更 多個舟。同一個或其它BTU臂可以將下方的預裝載舟向上移動到處理室120 口邊。在第一個舟被卸載並重新裝載以用於下一個處理循環時，可以從門上和承載在升降機臂上的基座上抓起第二個舟，舉到處理位置。
設計的獨特之處在於舟150部分地插入到處理室120的下端，且門和基
座隨後被設置在舟150的下面。這種順序降低對處理室120下面的部件處理 區的高度要求，允許使用更長的處理管、更長的舟以及更長的處理區，而仍 然能將總的系統高度保持在固定限制內(加熱器高度除外)。
此外，本發明的實施方式利用最大可用空間在舟150中裝入部件(例如 晶片)以改進總產量，這是因為與現有技術相比，部件的數量增加了。額外 的空間等於距離D1。
圖9是根據本發明的一個實施方式為了高產量而自動化部件傳送的流程 的流程圖。
一旦啟動，流程卯0在BTU臂處於初始位置時將多個部件傳送到舟(塊 910)。接下來，流程900將攜帶包含部件的舟的舟傳送單元(BTU)臂從初 始位置轉動到位於處理室下面的第一位置(塊920)。 BTU臂與支撐舟的舟 支座接合。
然後，流程900將BTU臂向上移動到第二位置，從而舟部分地進入到 處理室中，離處理室入口的距離為D (塊930)。接下來，流程900將攜帶基 座的升降機臂接合到舟支座的下側(塊940)。然後，流程900將BTU臂從 第二位置移開(塊950)。接下來，流程900將升降機臂向上移動以使舟完全 插入到處理室內。
然後，流程900對室中的部件進行處理(塊970)。這可以包括在處理室 內發生的任何處理操作。在一個實施方式中，這包括產生熱和各種氣體到處 理室。接下來，流程900從處理室卸載部件(塊980)。流程卯0然後終止。
圖10是示出根據本發明的一個實施方式將升降機臂接合到舟支座的下 側的流程940的流程圖。
一旦啟動，流程940將升降機臂從停放位置移動到在第二位置下面的接合位置(塊940)。接下來，流程940將升降機臂轉動到在第二位置的BTU 臂下面(塊1020)。然後，流程940將升降機臂輕微地向上移動以將升降機 臂接合到舟支座的下側(塊1030)。流程940然後終止。
圖11是示出根據本發明的一個實施方式將BTU臂從第二位置移開的流 程950的流程圖。
一旦啟動，流程950將BTU臂從舟支座脫離(塊lllO)。連下來，流程 950將BTU臂從第二位置轉動到第三位置(塊1120)。然後，流程950將 BTU臂從第三位置移動到初始位置(塊1130)。然後流程950終止。
圖12是示出根據本發明的一個實施方式從處理室卸載部件的流程980 的流程圖。
一旦啟動，流程980將升降機臂與舟支座接合(塊1210)。接下來，流 程980將升降機臂向下移動到第二位置，從而舟部分地保留在處理室中，離 處理室入口的距離為D (塊1220)。然後，流程980將BTU臂與舟支座接合 (塊1230)。
接下來，流程980將升降機臂從第二位置移開(塊1240)。然後，流程 980將BTU臂向下移動到第一位置(塊1250)。接下來，流程980將BTU 臂從第一位置轉動到初始位置(塊1260)。然後，流程980將多個部件從舟 傳送到卸載區域(塊1270)。流程980然後終止。
雖然根據一些實施例描述本發明，但是本領域技術人與應當認識到本發 明不限於描述的實施方式，且可以在所附權利要求的實質和範圍內進行修改 和變型。因此這裡的描述被視為示例性而不是限定性。
權利要求
1、一種方法，該方法包括將舟傳送單元(BTU)臂從初始位置轉動到位於處理室下面的第一位置，該BTU臂攜帶包含多個部件的舟，該BTU臂與支撐所述舟的舟支座相接合；將所述BTU臂向上移動到第二位置，從而所述舟部分地進入到所述處理室中，離所述處理室的入口的距離為D；將攜帶基座的升降機臂接合到所述舟支座的下側；將所述BTU臂從所述第二位置移開；以及將所述升降機臂向上移動以使所述舟完全插入到所述處理室內。
2、 根據權利要求l所述的方法，該方法還包括在轉動所述BTU臂之前，當所述BTU臂處於初始位置時，將所述多個 部件傳送到所述舟。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中接合所述升降機臂包括.-將所述升降機臂轉到所述BTU臂下面；以及將所述升降機臂向上輕微移動以將所述升降機臂接合到所述舟支座的
4、 根據權利要求3所述的方法，該方法還包括在轉動所述升降機臂之前，將該升降機臂從停放位置移動到位於所述第 二位置下面的接合位置。
5、 根據權利要求1所述的方法，其中將所述BTU臂從所述第二位置移 開包括將所述BTU臂從所述舟支座脫離；以及將該BTU臂從所述第二位置轉動到第三位置。
6、 根據權利要求5所述的方法，其中將所述BTU臂從所述第二位置移開還包括將所述BTU臂從所述第三位置移動到所述初始位置。
7、 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括從所述處理室卸載所述多個部件。
8、 根據權利要求7所述的方法，其中卸載所述多個部件包括 將所述升降機臂與所述舟支座相接合；將所述升降機臂向下移動到所述第二位置，從而所述舟部分地保留在所述處理室內，離該處理室的入口的距離為D; 將所述BTU臂與所述舟支座相接合； 將所述升降機臂從所述第二位置移開； 將所述BTU臂向下移動到所述第一位置；以及 將所述BTU臂從所述第一位置轉動到所述初始位置。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中卸載所述多個部件還包括 將所述多個部件從所述舟傳送到卸載區域。
10、 根據權利要求1所述的方法，其中所述多個部件包括多個半導體襯底。
11、 根據權利要求1所述的方法，其中所述處理室包括加熱器單元和處 理管。
12、 一種系統，該系統包括 處理室；舟傳送單元(BTU)，包括BTU臂和BTU移動臺，該BTU臂與支撐舟 的舟支座相接合，其中所述舟包含多個部件；以及 具有升降機臂的升降機單元；其中，所述BTU移動臺使所述BTU臂從初始位置轉動到位於處理室下 面的第一位置，並使該BTU臂向上移動到第二位置，從而所述舟部分地進 入到所述處理室中，離該處理室的入口的距離為D;且其中所述升降機臂接 合到所述舟支座的下側，並且在所述BTU臂從所述第二位置移開後，所述 升降機臂向上移動以使所述舟完全插入到所述處理室內。
13、 根據權利要求12所述的系統，其中所述升降機單元使所述升降機 臂轉動到所述BTU臂下面，並向上輕微移動以將該升降機臂接合到所述舟 支座的下側。
14、 根據權利要求13所述的系統，其中所述升降機單元在使所述升降 機臂轉動之前還使所述升降機臂從停放位置移動到位於所述第二位置下面 的接合位置。
15、 根據權利要求12所述的系統，其中所述BTU移動臺將所述BTU 臂從所述舟支座脫離，並將所述BTU臂從所述第二位置轉動到第三位置以 將所述BTU臂從所述第二位置移開。
16、 根據權利要求15所述的系統，其中所述BTU移動臺使所述BTU 臂從所述第三位置移動到所述初始位置。
17、 根據權利要求12所述的系統，其中所述BTU和所述升降機單元從所述處理室卸載所述多個部件。
18、 根據權利要求17所述的系統，其中所述升降機單元將所述升降機 臂與所述舟支座相接合，並將所述升降機臂向下移動到所述第二位置，從而 所述舟部分地保留在所述處理室內，離所述處理室的入口的距離為D。
19、 根據權利要求18所述的系統，其中所述BTU移動臺將所述BTU 臂與所述舟支座相接合，並在所述升降機臂從所述第二位置移開後將所述 BTU臂向下移動到所述第一位置。
20、 根據權利要求19所述的系統，其中所述BTU移動臺使所述BTU臂從所述第一位置移動到所述初始位置。
全文摘要
本發明的一種實施方式是為高產量而對部件傳送進行自動化的技術。攜帶包含多個部件的舟的舟傳送單元(BTU)臂從初始位置旋轉到位於處理室下方的第一位置。BTU臂與用於支撐舟的舟支座相接合。BTU臂向上移動到第二位置，從而舟部分地進入到處理室中，離處理室的入口的距離為D。攜帶基座的升降機臂接合到舟支座的下側。BTU臂從所述第二位置移開。升降機臂向上移動，將舟完全插入到處理室內。
文檔編號H01L21/68GK101553913SQ200780043452
公開日2009年10月7日 申請日期2007年11月8日 優先權日2006年11月22日
發明者A·A·埃瑪尼, M·阿加莫哈馬迪, S·賽德伊 申請人:北京七星華創電子股份有限公司