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CN113257723B - 半导体工艺设备 - Google Patents

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CN113257723B
CN113257723B CN202110771060.3A CN202110771060A CN113257723B CN 113257723 B CN113257723 B CN 113257723B CN 202110771060 A CN202110771060 A CN 202110771060A CN 113257723 B CN113257723 B CN 113257723B
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Abstract

本发明提供一种半导体工艺设备，包括晶圆传输区和储片盒存储区，储片盒存储区具有上下料工位，且上下料工位设置有储片盒暂存装置，用于在晶圆传输区对位于上下料工位的储片盒进行晶圆取放操作后，将储片盒升高至预设位置。在本发明中，储片盒暂存装置设置在上下料工位，且能够在上下料工位的储片盒完成晶圆取放操作后将其升高至预设位置，以便向上下料工位放置下一个储片盒，从而减少了上下料工位的空置时间，使晶圆传输机械手可以对同一上下料工位依次加载的多个储片盒进行晶圆取放操作，进而将现有机台中多余的一个上下料工位用于额外存储一个储片盒，扩大了储片盒存储区中的储片盒存储空间，提高了传输效率，从而提升了半导体工艺设备的产能。

Description

半导体工艺设备
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种半导体工艺设备。
背景技术
晶圆传输系统（Wafer Transfer System，WTS）是槽式清洗设备的重要组成部分，其主要功能是在设备上料区和设备工艺区之间，进行晶圆的快速自动的传输。如图1所示为一种现有的晶圆传输系统的俯视结构图，其主要包括：上料区（Loadport），储片盒（FOUP）存储区及晶圆传输（Wafer Transfer）区。
其中，FOUP Robot（储片盒机械手）负责将Loadport上放置好的FOUP传输至FOUP存储区， Wafer Robot（晶圆传输机械手）负责将FOUP存储区中FOUP内晶圆取出，传递至晶圆翻转机构，晶圆翻转机构将晶圆由水平放置转换为竖直放置，之后由PTZ（ProcessTransfer Zone，过程传输区域）将晶圆取下，经过Aligner（晶圆缺口对齐装置）对齐晶圆缺口，最后由Process Robot（工艺机械手）取走晶圆，进行工艺处理。晶圆清洗完成后则按照上述步骤反顺序实施，以取出晶圆至FOUP中。
发明内容
本发明旨在提供一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备能够提升产能，提高机台空间的利用率并降低半导体工艺设备的制造及维护成本。
为实现上述目的，本发明提供一种半导体工艺设备，包括晶圆传输区和储片盒存储区，所述储片盒存储区具有上下料工位，且所述上下料工位设置有储片盒暂存装置，所述晶圆传输区用于取出位于所述上下料工位的储片盒中的工艺前晶圆，以及将工艺后晶圆放入位于所述上下料工位的储片盒中；所述储片盒暂存装置用于在所述晶圆传输区对位于所述上下料工位的储片盒进行晶圆取放操作后，将所述储片盒升高至预设位置，所述储片盒存储区中设置有储片盒机械手，用于在所述储片盒暂存装置将所述上下料工位的储片盒升高至预设位置后，将另一储片盒放置在所述上下料工位，并与所述储片盒暂存装置进行储片盒交接，以取下所述预设位置的储片盒。
可选地，所述储片盒暂存装置包括升降组件和抓取组件，所述抓取组件用于抓取位于所述上下料工位的储片盒，所述升降组件用于驱动所述抓取组件下降至所述抓取组件能够抓取所述位于所述上下料工位上的储片盒，或者在所述抓取组件抓取所述储片盒后，驱动所述抓取组件带动所述储片盒升高至所述预设位置，所述抓取组件还用于在所述储片盒位于所述预设位置且进行储片盒交接时，释放所述储片盒。
可选地，所述升降组件包括升降驱动机构和横臂，所述横臂的一端与所述升降驱动机构连接，另一端与所述抓取组件连接，所述升降驱动机构用于驱动所述横臂带动所述抓取组件升降。
可选地，所述升降驱动机构包括升降驱动部、导轨和滑块，所述导轨沿竖直方向固定设置，所述滑块设置在所述导轨上，所述升降驱动部用于驱动所述滑块沿所述导轨运动。
可选地，所述升降驱动机构还包括固定板，所述导轨固定设置在所述固定板上，所述固定板贴附并固定设置在所述半导体工艺设备对应于所述储片盒存储区的内壁上。
可选地，所述升降驱动部为气缸。
可选地，所述升降驱动部为直线电机。
可选地，所述抓取组件包括抓取机构和至少一对手指，所述抓取机构与所述横臂固定连接，所述抓取机构用于驱动每对手指相互靠近或相互远离。
可选地，所述抓取组件包括一对所述手指，所述抓取机构包括双向伸缩气缸，所述双向伸缩气缸具有朝向相反的两个输出杆，且两个所述输出杆分别与两个所述手指固定连接，所述双向伸缩气缸用于驱动两个所述输出杆同时伸出或同时缩回，以使两个所述手指相互靠近或相互远离。
可选地，手指包括相互连接的第一板状部和第二板状部，所述第一板状部沿竖直方向设置，所述第二板状部沿水平方向设置；两个手指的所述第一板状部的顶端分别与所述双向伸缩气缸的两个所述输出杆固定连接，所述第一板状部的底端与所述第二板状部固定连接，且两个所述第二板状部分别由两个所述第一板状部的底端向对侧延伸，两个所述第二板状部相对的一侧边缘上均形成有定位缺口。
在本发明提供的半导体工艺设备中，储片盒暂存装置设置在上下料工位，且能够在上下料工位的储片盒完成晶圆取放操作后，将储片盒升高至预设位置，以便于储片盒存储区的储片盒机械手向上下料工位放置下一个储片盒，从而减少了上下料工位的空置时间，使晶圆传输机械手可以连续对同一上下料工位依次加载的多个储片盒进行晶圆取放操作，进而使储片盒存储区与晶圆传输区之间可以仅通过一个上下料工位进行晶圆交接，扩大了储片盒存储区中的储片盒存储空间（现有机台中多余的一个上下料工位可用于额外存储一个储片盒），增加了储片盒的储存量，提高了传输效率，从而提升了半导体工艺设备的产能。并且，储片盒存储区仅设置一个上下料工位，节约了现有技术中另一上下料工位的物料成本，降低了半导体工艺设备的制造及维护成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是一种现有的晶圆传输系统的俯视结构图；
图2是本发明实施例提供的半导体工艺设备中储片盒暂存装置的结构示意图；
图3至图10是本发明实施例提供的半导体工艺设备中储片盒暂存装置的工作原理示意图；
图11是本发明实施例提供的半导体工艺设备中储片盒暂存装置的结构示意图；
图12是图11中储片盒暂存装置的局部视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，储片盒存储区中设置有用于与晶圆传输区对接的上下料工位（LP5、LP6），由于储片盒存储区仅设置有一个储片盒机械手，为提高储片盒传输效率，储片盒存储区中通常设置有两个上下料工位LP5、LP6，其中一者用于进行晶圆取放操作（包括上料，即，将工艺前晶圆的储片盒传输至上下料工位，然后再经过晶圆传输机械手及工艺机械手传输晶圆，进行工艺，以及下料，即，工艺后晶圆通过晶圆传输区的晶圆传输机械手传输至上下料工位的储片盒中，储片盒机械手将承载工艺后晶圆的储片盒由该上下料工位取走）时，储片盒机械手可预先将下一待进行晶圆取放操作的储片盒放置在另一者中，从而节约了晶圆传输机械手取放晶圆时等待储片盒机械手取放储片盒的时间，提高了机台效率。
然而，该双上下料工位的设计虽然能够提高工艺机械手与晶圆传输机械手交接的流畅性，提高机台效率，但清洗设备整体的占地面积十分宝贵，该设计仍存在浪费储片盒存储空间的问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括晶圆传输（Wafer Transfer）区和储片盒存储区（FOUP存储区），储片盒存储区具有上下料工位20，且上下料工位20设置有储片盒暂存装置（如图2所示），晶圆传输区用于取出位于上下料工位20的储片盒10中的工艺前晶圆（即，待进入工艺腔室并进行半导体工艺的晶圆），以及将工艺后晶圆（即，已完成半导体工艺并由工艺腔室中传出的晶圆）放入位于上下料工位20的储片盒10中。储片盒暂存装置用于在晶圆传输区对位于上下料工位20的储片盒10进行晶圆取放操作后，将储片盒10升高至预设位置，位于预设位置的储片盒10与位于上下料工位20上的储片盒10沿高度方向相互间隔。储片盒存储区中设置有储片盒机械手（FOUP Robot）30，用于在储片盒暂存装置将上下料工位20的储片盒10升高至预设位置后，将另一储片盒10放置在上下料工位20，并与储片盒暂存装置进行储片盒交接，以取下预设位置的储片盒10。
在本发明提供的半导体工艺设备中，储片盒暂存装置设置在上下料工位20（上下料工位20在水平面上的投影尺寸与单个储片盒对应），且能够在上下料工位20的储片盒10完成晶圆取放操作后，将储片盒升高至预设位置，以便于储片盒存储区的储片盒机械手30向上下料工位20放置下一个储片盒10，从而减少了上下料工位20的空置时间（上下料工位20仅在储片盒暂存装置抬升储片盒10时空置），使晶圆传输机械手可以连续对同一上下料工位20依次加载的多个储片盒10进行晶圆取放操作，进而使储片盒存储区与晶圆传输区之间可以仅通过一个上下料工位20进行晶圆交接，扩大了储片盒存储区中的储片盒存储空间（现有机台中多余的一个上下料工位20可用于额外存储一个储片盒10），增加了储片盒的储存量，提高了晶片传输效率，从而提升了半导体工艺设备的产能。并且，储片盒存储区仅设置一个上下料工位20，节约了现有技术中另一上下料工位20的物料成本（如，实现自动控制的传感器、定位组件等），降低了半导体工艺设备的制造及维护成本。
本发明实施例对储片盒暂存装置如何驱动储片盒升高不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2所示，储片盒暂存装置可以包括升降组件100和抓取组件200，抓取组件200用于抓取位于上下料工位20的储片盒10，升降组件100用于驱动抓取组件200下降至抓取组件200能够抓取位于上下料工位20上的储片盒10，或者在抓取组件200抓取储片盒10后，驱动抓取组件200带动储片盒10升高至预设位置，抓取组件200还用于在储片盒位于预设位置且进行储片盒交接时，释放储片盒10，以便储片盒机械手30在储片盒交接过程中取走该储片盒10。
本发明实施例对升降组件100的结构不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2所示，升降组件100包括升降驱动机构120和横臂110，横臂110的一端与升降驱动机构120连接，另一端与抓取组件200连接，升降驱动机构120用于驱动横臂110带动抓取组件200升降。
在本发明实施例中，升降驱动机构120通过横臂110与抓取组件200连接，并通过横臂110驱动抓取组件200垂直往复运动，从而通过横臂110拉开了储片盒10的侧面与升降驱动机构120之间的距离，提高了升降驱动机构120的安全性和稳定性。
本发明实施例对横臂110的结构不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图11所示，横臂110包括相互连接的横板111和竖板112，横板111沿水平方向设置，竖板112沿竖直方向设置，竖板112背离横板111的一侧固定连接在滑块122上，横板111远离竖板112的一端与抓取组件200（的抓取机构210）固定连接。
为提高横板111与竖板112之间的连接强度，优选地，如图11所示，横板111与竖板112的连接位置设置有多个加强筋，加强筋与横板111和竖板112均连接，且与横板111和竖板112均垂直。
为提高升降驱动机构120传动的平稳性以及储片盒10位置的精确性，作为本发明的一种优选实施方式，升降驱动机构120可以包括导轨、滑块结构，具体地，如图2所示，升降驱动机构120包括升降驱动部、导轨121和滑块122，导轨121沿竖直方向固定设置，滑块122设置在导轨121上，升降驱动部用于驱动滑块122沿导轨121运动。
为提高向半导体工艺设备上安装储片盒暂存装置的便捷性，并提高装置整体稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图2所示，储片盒暂存装置还包括固定板300，导轨121固定设置在固定板300上，固定板300贴附并固定设置在半导体工艺设备对应于储片盒存储区的内壁上。
在本发明实施例中，升降驱动机构120的导轨121固定设置在固定板300上，从而在向半导体工艺设备上安装储片盒暂存装置时，可直接通过紧固件将固定板300固定安装在腔室壁上，通过固定板300上的平面与腔室壁的平整表面之间的配合作用保证导轨121位置、角度的准确性，进而提高了安装储片盒暂存装置的便捷性和储片盒暂存装置抬升储片盒10的方向的精确性。并且，导轨121通过固定板300与半导体工艺设备的内壁固定连接，可有效分散半导体工艺设备内壁上产生的应力，进而延长半导体工艺设备侧壁的使用寿命，提高升降驱动机构120传动的平稳性。
本发明实施例对升降驱动部的结构不作具体限定，只要升降驱动部能够沿高度方向精确地驱动横臂110带动抓取组件200运动所需的距离即可，例如，作为本发明的一种可选实施方式，升降驱动部可以为气缸。在本发明的其他实施方式中，升降驱动部还可以为直线电机。
本发明实施例对抓取组件200的结构不作具体限定，只要抓取组件200能够抓取并固定储片盒10即可，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2、图11所示，抓取组件200包括抓取机构210和至少一对手指220，抓取机构210与横臂110固定连接，抓取机构210用于驱动每对手指220相互靠近或相互远离。在抓取机构210驱动手指220相互靠近时，手指之间合拢，从而抓取并固定储片盒10（上的凸出结构），在抓取机构210驱动手指220相互远离时，手指张开，从而释放抓取组件200所抓取的储片盒10（上的凸出结构）。
本发明实施例对抓取机构210的结构不作具体限定，只要抓取机构210能够驱动至少一对手指220合拢（相互靠近）或张开（相互远离）即可，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2、图11所示，抓取组件200包括一对手指220，抓取机构210包括双向伸缩气缸，双向伸缩气缸具有朝向相反的两个输出杆，且两个输出杆分别与两个手指220固定连接，双向伸缩气缸用于驱动两个输出杆同时伸出或同时缩回，以使两个手指220相互靠近或相互远离。
本发明实施例对手指220的结构不作具体限定，手指220的形状与储片盒10上待抓取的结构对应即可。例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2、图11、图12所示，抓取组件200用于抓取储片盒顶部的方形结构11，手指220包括相互连接的第一板状部221和第二板状部222，第一板状部221沿竖直方向设置，第二板状部222沿水平方向设置。
两个手指220的第一板状部221的顶端分别与双向伸缩气缸的两个输出杆固定连接，第一板状部221的底端与第二板状部222固定连接，且两个第二板状部222分别由两个第一板状部221的底端向对侧延伸。两个第二板状部222相对的一侧边缘上均形成有定位缺口，且两个定位缺口的长度（即沿该边缘延伸方向的尺寸）均小于储片盒顶部的方形结构11的宽度（即正方形的边长）。
在本发明实施例中，抓取组件200用于抓取储片盒顶部的方形结构11，两个手指的第二板状部222分别由方形结构11的两侧向中间合拢，并将带有定位缺口的两个第二板状部222插入至方形结构11的下方，从而稳定地将方形结构11限定在两个手指所围成的空间内。
在本发明的其他实施例中，抓取机构210也可以采用连杆结构驱动两手指实现抓取和松开动作。
为便于本领域技术人员理解，以下给出本发明实施例提供的半导体工艺设备中，单个储片盒在储片盒机械手30、上下料工位20以及储片盒暂存装置之间传输的完整动作分析：
如图3所示，抓取组件200位于初始位置，等待晶圆传输区的晶圆传输机械手对上下料工位20上的储片盒10进行晶圆取放操作；
在晶圆传输机械手对上下料工位20上的储片盒10进行晶圆取放操作后，如图4所示，升降组件100驱动抓取组件200下降至其能够抓取上下料工位20上的储片盒10的高度；
如图5所示，抓取组件200到达该高度后，对储片盒10（顶部的方形结构11）进行抓取；
待抓取组件200抓取储片盒10后，如图6所示，升降组件100驱动抓取组件200及其所抓取的储片盒10升高至预设位置（该预设位置设置为，使位于预设位置的储片盒10与位于上下料工位20上的储片盒10沿高度方向相互间隔，以免前后两储片盒10之间发生碰撞），以便储片盒机械手30及时向上下料工位20上放置下一储片盒10，使晶圆传输机械手的晶圆取放操作在两储片盒10之间无缝切换；
如图7所示，储片盒机械手30向上下料工位20上放置下一储片盒10，使晶圆传输机械手无缝切换至下一储片盒10；
如图8所示，储片盒机械手30移动至预设位置，并开始与抓取组件200进行储片盒交接。
如图9所示，抓取组件200在储片盒交接过程中释放储片盒10，储片盒10转移至储片盒机械手30上；
如图10所示，储片盒机械手30取走位于预设位置的储片盒10，使上下料工位20恢复图3所示的初始状态，等待当前上下料工位20上的储片盒10完成晶圆取放操作后，重新开始图3至图10的循环动作。
在本发明实施例中，抓取组件200与储片盒机械手30进行储片盒交接时，晶圆传输机械手已经开始由上下料工位20上的下一储片盒10中取出工艺前晶圆或者向下一储片盒10中放入工艺后晶圆（即进行晶圆取放操作），从而使晶圆传输机械手可以连续对同一上下料工位20依次加载的多个储片盒10进行晶圆取放操作，扩大了储片盒存储区中的储片盒存储空间，增加了储片盒的储存量，提升了半导体工艺设备的产能。并且，储片盒存储区仅设置一个上下料工位20，节约了现有技术中另一上下料工位20的物料成本，进而降低了半导体工艺设备的制造及维护成本。
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。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括晶圆传输区和储片盒存储区，所述储片盒存储区具有上下料工位，且所述上下料工位设置有储片盒暂存装置，所述晶圆传输区用于取出位于所述上下料工位的储片盒中的工艺前晶圆，以及将工艺后晶圆放入位于所述上下料工位的储片盒中；所述储片盒暂存装置用于在所述晶圆传输区对位于所述上下料工位的储片盒进行晶圆取放操作后，将所述储片盒升高至预设位置，所述储片盒存储区中设置有储片盒机械手，用于在所述储片盒暂存装置将所述上下料工位的储片盒升高至所述预设位置后，将另一储片盒放置在所述上下料工位，并与所述储片盒暂存装置进行储片盒交接，以取下所述预设位置的储片盒。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述储片盒暂存装置包括升降组件和抓取组件，所述抓取组件用于抓取位于所述上下料工位的储片盒，所述升降组件用于驱动所述抓取组件下降至所述抓取组件能够抓取所述位于所述上下料工位上的储片盒，或者在所述抓取组件抓取所述储片盒后，驱动所述抓取组件带动所述储片盒升高至所述预设位置，所述抓取组件还用于在所述储片盒位于所述预设位置且进行储片盒交接时，释放所述储片盒。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降组件包括升降驱动机构和横臂，所述横臂的一端与所述升降驱动机构连接，另一端与所述抓取组件连接，所述升降驱动机构用于驱动所述横臂带动所述抓取组件升降。
4.根据权利要求3所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降驱动机构包括升降驱动部、导轨和滑块，所述导轨沿竖直方向固定设置，所述滑块设置在所述导轨上，所述升降驱动部用于驱动所述滑块沿所述导轨运动。
5.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降驱动机构还包括固定板，所述导轨固定设置在所述固定板上，所述固定板贴附并固定设置在所述半导体工艺设备对应于所述储片盒存储区的内壁上。
6.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降驱动部为气缸。
7.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降驱动部为直线电机。
8.根据权利要求3至7中任意一项所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述抓取组件包括抓取机构和至少一对手指，所述抓取机构与所述横臂固定连接，所述抓取机构用于驱动每对手指相互靠近或相互远离。
9.根据权利要求8所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述抓取组件包括一对所述手指，所述抓取机构包括双向伸缩气缸，所述双向伸缩气缸具有朝向相反的两个输出杆，且两个所述输出杆分别与两个所述手指固定连接，所述双向伸缩气缸用于驱动两个所述输出杆同时伸出或同时缩回，以使两个所述手指相互靠近或相互远离。
10.根据权利要求9所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述手指包括相互连接的第一板状部和第二板状部，所述第一板状部沿竖直方向设置，所述第二板状部沿水平方向设置；两个手指的所述第一板状部的顶端分别与所述双向伸缩气缸的两个所述输出杆固定连接，所述第一板状部的底端与所述第二板状部固定连接，且两个所述第二板状部分别由两个所述第一板状部的底端向对侧延伸，两个所述第二板状部相对的一侧边缘上均形成有定位缺口。
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