传片腔室及半导体加工设备

摘要

本发明提供一种传片腔室及半导体加工设备，其包括腔体，在所述腔体内设置有沿竖直方向依次排列的多个子腔，且在每个子腔内沿竖直方向间隔设置有至少两个用于承载被加工工件的托架。本发明提供的传片腔室，其能够增加单次传输晶片的数量，从而提高腔室的传输能力，进而提高设备的产能。

权利要求

1.一种传片腔室，其特征在于，包括腔体，在所述腔体内设置有沿竖直方向依次排列的多个子腔，且在每个所述子腔内沿竖直方向间隔设置有至少两个用于承载被加工工件的托架；所述托架为两个，分别为上层托架和下层托架；

所述传片腔室还包括多个冷却盘，多个冷却盘一一对应地设置在多个所述子腔内的底部，用以在所述下层托架下降至冷却位置时，对置于所述冷却盘上的所述被加工工件进行冷却；其中，除最下层所述冷却盘外，其余所述冷却盘均设置在与其对应的所述腔体中，且与该腔体呈一体式结构；

所述下层托架包括连接部和两个支撑部，其中，

所述连接部为沿所述冷却盘的径向设置的连杆，所述连杆的两端位于与所述冷却盘上表面的边缘相对应的位置处；

所述两个支撑部分别设置在所述连杆的两端，每个所述支撑部在所述冷却盘上表面上的投影形状为圆弧形；

所述传片腔室还包括多个托架升降机构，用于一一对应地驱动多个所述子腔内的所述下层托架作升降运动；或者，用于一一对应地驱动多个所述子腔内的所述上层托架和下层托架作升降运动；所述多个托架升降机构设置于所述腔体的同侧；并且，在所述冷却盘的上表面设置有凹槽；所述下层托架在下降至所述冷却位置时，所述连接部和所述两个支撑部均位于所述凹槽内，且低于所述冷却盘的上表面。

2.根据权利要求1所述的传片腔室，其特征在于，所述凹槽在所述冷却盘上表面上的投影形状与所述下层托架在所述冷却盘上表面上的投影形状相对应。

3.根据权利要求1所述的传片腔室，其特征在于，所述上层托架包括两个支撑部，两个所述支撑部的下端相对设置在所述冷却盘上表面的边缘处；并且，每个所述支撑部在所述冷却盘上表面上的投影形状为圆弧形。

4.根据权利要求1所述的传片腔室，其特征在于，在所述冷却盘中设置有冷却管路，通过向所述冷却管路中通入冷却媒介，来冷却所述被加工工件。

5.根据权利要求1所述的传片腔室，其特征在于，在所述冷却盘的上表面设置有多个凸起，多个所述凸起沿所述冷却盘的上表面的周向间隔分布至少一圈。

6.根据权利要求5所述的传片腔室，其特征在于，所述凸起的顶端与所述冷却盘的上表面之间的高度差在0.1～0.5mm。

7.根据权利要求5所述的传片腔室，其特征在于，所述凸起所采用的材料与所述被加工工件的材料相同。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的传片腔室，其特征在于，所述腔体为多个，且多个腔体沿水平方向依次设置。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的传片腔室，其特征在于，所述传片腔室还包括多个真空管道，用于一一对应地对多个所述子腔进行抽真空。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的传片腔室，其特征在于，所述传片腔室还包括多个充气管道，用于一一对应地向多个所述子腔内通入气体。

11.一种半导体加工设备，包括传片腔室，所述传片腔室用作被加工工件在大气环境与真空环境之间或者在两个真空环境之间传输的过程中的过渡腔室，其特征在于，所述传片腔室采用权利要求1-10任意一项的传片腔室。

说明书

传片腔室及半导体加工设备

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种传片腔室及半导体加工设备。

背景技术

[0002] 半导体加工设备一般分为传片系统和工艺系统。其中，传片系统包括真空传片部分和大气传片部分，二者之间需要一个过渡腔室，即，传片腔室(Loadlock腔室)，用以装载分别来自大气环境和真空环境中的晶片。

[0003] 图1为现有的传片腔室的结构图。如图1所示，传片腔室包括腔体101，在腔体101中设置有上层晶片托架107和下层晶片托架108，二者通过托架支撑件106固定在腔体101中，用以承载晶片。当晶片从大气环境传入真空环境中时，将传片腔室充气至大气状态，打开大气端阀门；使用大气机械手将晶片传入传片腔室，并放置在上层晶片托架107上；大气机械手移出传片腔室，并关闭大气端阀门；对传片腔室抽真空至设定压力；打开真空端阀门，使用真空机械手将该晶片取出。当晶片从真空环境传入大气环境中时，对传片腔室抽真空至设定压力；打开真空端阀门，使用真空机械手将晶片传入传片腔室，并放置在下层晶片托架108上；真空机械手移出传片腔室，并关闭真空端阀门；将传片腔室充气至大气状态，打开大气端阀门；使用大气机械手将晶片取出。

[0004] 上述传片腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：

[0005] 由于传片腔室中只有两个晶片托架，其单次只能传入或传出一个晶片，腔室的传输能力较低，从而使设备的产能受限。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种传片腔室及半导体加工设备，其能够增加单次传输晶片的数量，从而提高腔室的传输能力，进而提高设备的产能。

[0007] 为实现本发明的目的而提供一种传片腔室，包括腔体，在所述腔体内设置有沿竖直方向依次排列的多个子腔，且在每个所述子腔内沿竖直方向间隔设置有至少两个用于承载被加工工件的托架。

[0008] 优选的，所述托架为两个，分别为上层托架和下层托架；

[0009] 所述传片腔室还包括多个托架升降机构，用于一一对应地驱动多个所述子腔内的所述下层托架作升降运动；或者，用于一一对应地驱动多个所述子腔内的所述上层托架和下层托架作升降运动。

[0010] 优选的，所述传片腔室还包括多个冷却盘，多个冷却盘一一对应地设置在多个所述子腔内的底部，用以在所述下层托架下降至冷却位置时，对置于所述冷却盘上的所述被加工工件进行冷却。

[0011] 优选的，在所述冷却盘的上表面设置有凹槽；所述下层托架在下降至所述冷却位置时，位于所述凹槽内，且低于所述冷却盘的上表面。

[0012] 优选的，所述凹槽在所述冷却盘上表面上的投影形状与所述下层托架在所述冷却盘上表面上的投影形状相对应。

[0013] 优选的，所述下层托架包括连接部和两个支撑部，其中，

[0014] 所述连接部为沿所述冷却盘的径向设置的连杆，所述连杆的两端位于与所述冷却盘上表面的边缘相对应的位置处；

[0015] 所述两个支撑部分别设置在所述连杆的两端，每个所述支撑部在所述冷却盘上表面上的投影形状为圆弧形。

[0016] 优选的，所述上层托架包括两个支撑部，两个所述支撑部的下端相对设置在与所述冷却盘上表面的边缘处；并且，每个所述支撑部在所述冷却盘上表面上的投影形状为圆弧形。

[0017] 优选的，在所述冷却盘中设置有冷却管路，通过向所述冷却管路中通入冷却媒介，来冷却所述被加工工件。

[0018] 优选的，在所述冷却盘的上表面设置有多个凸起，多个所述凸起沿所述冷却盘的上表面的周向间隔分布至少一圈。

[0019] 优选的，所述凸起的顶端与所述冷却盘的上表面之间的高度差在0.1～0.5mm。

[0020] 优选的，所述凸起所采用的材料与所述被加工工件的材料相同。

[0021] 优选的，所述腔体为多个，且多个腔体沿水平方向依次设置。

[0022] 优选的，所述传片腔室还包括多个真空管道，用于一一对应地对多个所述子腔进行抽真空。

[0023] 优选的，所述传片腔室还包括多个充气管道，用于一一对应地向多个所述子腔内通入气体。

[0024] 作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括传片腔室，所述传片腔室用作被加工工件在大气环境与真空环境之间或者在两个真空环境之间传输的过程中的过渡腔室，所述传片腔室采用了本发明提供的上述传片腔室。

[0025] 本发明具有以下有益效果：

[0026] 本发明提供的传片腔室，其通过在腔体内设置沿竖直方向依次排列的多个子腔，且在每个子腔内沿竖直方向间隔设置有至少两个用于承载被加工工件的托架，可以增加单次传输被加工工件的数量，从而提高腔室的传输能力，进而提高设备的产能。

[0027] 本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述传片腔室，可以提高产能。

附图说明

[0028] 图1为现有的传片腔室的结构图；

[0029] 图2为本发明实施例提供的传片腔室的整体结构图；

[0030] 图3A为本发明实施例提供的传片腔室的结构图；

[0031] 图3B为本发明实施例提供的传片腔室的剖视图；

[0032] 图4为本发明实施例提供的传片腔室的冷却盘的结构图。

[0033] 附图标记说明：

[0034] 腔体101；上层晶片托架107；下层晶片托架108；托架支撑件106；第一腔体201；第二腔体501；第一腔体201中的上层子腔217和下层子腔218；第二腔体501中的上层子腔517和下层子腔518；上层子腔217中的上层托架207和下层托架208；下层子腔218中的上层托架204和下层托架205；第一托架升降机构202；第二托架升降机构203；第一冷却盘206；第二冷却盘401；凹槽406；连接部404；下层托架205的支撑部402；上层托架204的支撑部403；凸起
405；第一真空管道209；第二真空管道210；第一充气管道216；第二充气管道215；大气开关
211；真空压力规212；真空隔离阀213。

具体实施方式

[0035] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的传片腔室及半导体加工设备进行详细描述。

[0036] 请一并参阅图2～图4，本发明提供一种传片腔室，其包括两个腔体，分别为第一腔体201和第二腔体501，二者沿水平方向依次设置，并且，在第一腔体201内设置有沿竖直方向依次排列的两个子腔，分别为上层子腔217和下层子腔218；在第二腔体501内设置有沿竖直方向依次排列的两个子腔，分别为上层子腔517和下层子腔518。而且，在每个子腔内沿竖直方向间隔设置有两个用于承载被加工工件的托架，以第一腔体201为例，如图3A所示，在上层子腔217内沿竖直方向间隔设置有两个托架，分别为上层托架207和下层托架208；在下层子腔218内沿竖直方向间隔设置有两个托架，分别为上层托架204和下层托架205。

[0037] 当被加工工件从大气环境传入真空环境中时，可以使用具有四个用于承载被加工工件的机械手指的大气机械手同时将四个被加工工件分别传入上述第一腔体201中的上层子腔217和下层子腔218及上述第二腔体501中的上层子腔517和下层子腔518，并放置在各个子腔内的上层托架上。当被加工工件从真空环境传入大气环境中时，同样可以使用具有四个机械手指的真空机械手将四个被加工工件分别传入上述第一腔体201中的上层子腔217和下层子腔218及上述第二腔体501中的上层子腔517和下层子腔518，并放置在各个子腔内的下层托架上。

[0038] 由上可知，本发明实施例提供的传片腔室，其通过与能够承载四个被加工工件的机械手配合使用，可以实现单次传输四个被加工工件，增加了单次传输被加工工件的数量，从而提高腔室的传输能力，进而提高设备的产能。当然，在实际应用中，根据不同的需要，腔体还可以为一个或者三个以上，并且每个腔体内的子腔以及每个子腔内的托架均可以为三个或者三个以上。

[0039] 需要说明的是，在本实施例中，当被加工工件从大气环境传入真空环境中时，该被加工工件被机械手放置在上层托架上；当被加工工件从真空环境传入大气环境中时，该被加工工件被机械手放置在下层托架上，这样是为了避免较多被加工工件在一起时交叉污染。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以单次将两个被加工工件同时放置在上层托架和下层托架，从而使传输被加工工件的数量翻倍，只要设计合适的传输流程，也能够保证腔室内留设有空置的托架放置被加工工件。

[0040] 还需要说明的是，在实际应用中，传片腔室不仅可以用作在真空环境和大气环境之间的过渡腔室，即，设置在大气环境和真空传输腔室之间；而且也可以用作在两个真空环境之间的过渡腔室，即，设置在两个真空传输腔室之间。

[0041] 可选的，传片腔室包括多个托架升降机构，用于一一对应地驱动多个子腔内的下层托架作升降运动。或者，多个托架升降机构用于一一对应地驱动多个子腔内的上层托架和下层托架作升降运动。

[0042] 而且，优选的，传片腔室还包括多个冷却盘，多个冷却盘一一对应地设置在多个子腔内的底部，用以在下层托架下降至冷却位置时，对置于冷却盘上的被加工工件进行冷却。该冷却位置是下层托架低于冷却盘的上表面的位置，以能够使下层托架上的被加工工件落在冷却盘的上表面。由于很多工艺都需要在高温环境下进行，导致完成工艺后的被加工工件的温度较高，若直接将高温的被加工工件传出，不仅影响其工艺结果，而且对与之接触的机械手也会有损伤。为此，通过设置上述冷却盘，可以对被加工工件进行冷却，从而保证被加工工件的质量。优选的，在冷却盘中设置有冷却管路，通过向冷却管路中通入冷却媒介，来冷却被加工工件。冷却媒介可以为冷却气体或者冷却液体。

[0043] 下面以第一腔体201为例，对上述托架升降机构及冷却盘的具体实施方式进行详细描述。具体地，第一托架升降机构202用于驱动上层子腔217中的下层托架208作升降运动；第二托架升降机构203用于驱动下层子腔218中的下层托架205作升降运动。如图3A和图3B所示，第一托架升降机构202安装在第一腔体201的底部，且靠近第一腔体201的边缘处，并且第一托架升降机构202的升降轴贯穿第一腔体201竖直向上延伸至上层子腔217中，并与下层托架208连接。第二托架升降机构203安装在第一腔体201的底部，且靠近第一腔体
201的中心处，并且第二托架升降机构203的升降轴贯穿第一腔体201竖直向上延伸至下层子腔218中，并与下层托架205连接。在实际应用中，托架升降机构可以由驱动电机及传动机构组成，只要其能够实现托架的升降即可，本发明对此没有特别的限制。

[0044] 第一冷却盘206设置在第一腔体201中，且与第一腔体201呈一体式结构，即，第一冷却盘206与第一腔体201连为一体，且将其分隔形成上述上层子腔217和下层子腔218。第二冷却盘401设置在第一腔体201中，且位于下层子腔218的底部。

[0045] 以第二冷却盘401为例对冷却盘的具体结构进行详细描述，如图4所示，在第二冷却盘401的上表面设置有凹槽406；下层托架205在下降至冷却位置时，位于凹槽406内，且低于第二冷却盘401的上表面，以保证被加工工件能够落在第二冷却盘401的上表面。

[0046] 优选的，为了尽可能地减小凹槽406对冷却效率和冷却均匀性的影响，凹槽406在第二冷却盘401上表面上的投影形状与下层托架205在第二冷却盘401上表面上的投影形状相对应。

[0047] 在本实施例中，下层托架205包括连接部404和两个支撑部402，其中，连接部404为沿第二冷却盘401的径向设置的连杆，该连杆的两端位于与第二冷却盘401上表面的边缘相对应的位置处；两个支撑部402分别设置在连杆的两端，每个支撑部402在第二冷却盘401上表面上的投影形状为圆弧形。

[0048] 在本实施例中，上层托架204相对于第二冷却盘401固定不动，具体地，上层托架204包括两个支撑部403，两个支撑部403的下端相对设置在第二冷却盘401上表面的边缘处；并且，每个支撑部403在第二冷却盘401上表面上的投影形状为圆弧形。

[0049] 优选的，在第二冷却盘401的上表面设置有多个凸起405，多个凸起405沿第二冷却盘401的上表面的周向间隔分布至少一圈，如图4所示，多个凸起405分布有两圈，其中，内圈间隔分布有三个凸起405，外圈间隔分布有四个凸起405。凸起405用于在下层托架205下降至冷却位置时，支撑被加工工件，以避免因被加工工件直接与第二冷却盘401相接触而导致冷却过快，从而造成被加工工件损坏。优选的，凸起405的顶端与第二冷却盘401的上表面之间的高度差在0.1～0.5mm。

[0050] 进一步优选的，凸起405所采用的材料与被加工工件的材料相同，以保证被加工工件的温度均匀性。例如，若被加工工件为硅片，则凸起405可以采用石英材料制作。

[0051] 在本实施例中，传片腔室还包括多个真空管道和多个充气管道，真空管道用于一一对应地对多个子腔进行抽真空，充气管道用于一一对应地向多个子腔内通入气体，从而实现腔室能够在真空状态和大气状态之间进行转换。以第一腔体201为例，如图3A所示，传片腔室包括第一真空管道209和第二真空管道210，以及第一充气管道216和第二充气管道215，其中，第一真空管道209用于对上层子腔217进行抽真空；第二真空管道210用于对下层子腔218进行抽真空；第一充气管道216用于向上层子腔217内通入气体；第二充气管道215用于向下层子腔218内通入气体。在实际应用中，上述真空管道与干泵连接，且在真空管道上设置有大气开关211、真空压力规212和真空隔离阀213，用以实现对子腔内的真空度进行控制。

[0052] 另外，在实际应用中，对于多个腔体，可以共用一个干泵和气源，或者也可以每个腔体单独设置一个干泵和气源。

[0053] 当被加工工件从大气环境传入真空环境中时，通过上述充气管道将各个子腔充气至大气状态，打开用于供被加工工件通过的大气端阀门；使用大气机械手将多个被加工工件一一对应地传入多个子腔中，并放置在上层托架上；大气机械手移出子腔，并关闭大气端阀门；通过上述真空管道对子腔抽真空至设定压力；打开真空端阀门，使用真空机械手将该被加工工件取出。

[0054] 当被加工工件从真空环境传入大气环境中时，使用真空管道对子腔抽真空至设定压力；打开真空端阀门，使用真空机械手将多个被加工工件一一对应地传入多个子腔，并放置在下层托架上；真空机械手移出子腔，并关闭真空端阀门；使用托架升降机构取得下层托架下降至冷却位置，以将被加工工件传递至冷却盘上，冷却盘对被加工工件进行冷却；使用充气管道将子腔充气至大气状态，此时被加工工件已冷却至室温，打开大气端阀门；使用大气机械手将被加工工件取出。

[0055] 需要说明的是，在本实施例中，在每个子腔内沿竖直方向间隔设置有两个托架，并且每个托架升降机构用于驱动与之对应的子腔中的下层托架作升降运动，即，每个子腔中的下层托架相对于冷却盘上升或下降，以实现将被加工工件传递至冷却盘上进行冷却，而每个子腔中的上层托架相对于冷却盘固定不动。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，每个托架升降机构也可以同时驱动与之对应的子腔中的上层托架和下层托架作升降运动，以使每个托架均能够配合机械手完成取放片操作。优选的，每个子腔中的上层托架和下层托架共用一个托架升降机构，实现同步上升和下降。

[0056] 综上所述，本发明实施例提供的传片腔室，其可以增加单次传输被加工工件的数量，从而提高腔室的传输能力，进而提高设备的产能。并且，作为一个优选方案，通过在子腔内设置冷却盘，可以对被加工工件进行冷却，从而可以避免因直接将高温的被加工工件传出，导致被加工工件的工艺结果受到影响，而且对与之接触的机械手造成损伤。

[0057] 作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括传片腔室，该传片腔室用作被加工工件在大气环境与真空环境之间或者在两个真空环境之间传输的过程中的过渡腔室，该传片腔室采用了本发明实施例提供的上述传片腔室。

[0058] 本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述传片腔室，可以提高产能。

[0059] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。