[发明专利]多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，特别涉及一种多腔室堆栈式的晶圆处理设备及晶圆处理方法。

背景技术

半导体晶圆的处理过程一般包括传片和工艺两个工序，传片工序用于实现晶圆在晶圆缓存区、缺口调整区和工艺腔室等晶圆处理设备区域之间的传递，工艺工序则用于在工艺腔室内实现晶圆工艺，完成半导体晶圆的制造。

图1显示了现有技术中的半导体晶圆处理设备的俯视图，其包括晶圆装载埠、机械手1和晶圆缓存单元(或缺口调整单元、读取晶圆ID单元)所在的缓存区域、工艺腔室所在的工艺腔室区域、机械手2所在的传片区域以及工艺药液单元所在的工艺药液区域。其中，工艺腔室区域包括8台工艺腔室，为单层排布，传片区域中的机械手2通过横向导轨往返于8台工艺腔室和缓存区域之间，工艺药液区域用于对工艺腔室输送制作加工晶圆时所需的药液。可见，现有晶圆处理设备的单层结构体积较小，单位面积设备晶圆的产量有限。

中国专利申请CN 102820243A公开了一种半导体晶圆制造装置，其包括多个模块化工艺腔室组件，每个所述模块化工艺腔室组件实现一种晶圆工艺；用于传递晶圆到所述模块化工艺腔室组件的模块化传片组件；所述模块化传片组件与所述模块化工艺腔室组件之间为可拆装连接。该申请虽然能在一定程度上方便设备的装配和维护，缩短装配和维护的时间，但仍无法解决单位面积设备晶圆产量有限的问题，影响晶圆的处理效率。

此外，现有晶圆处理设备的机械手取放晶圆的方法为：机械手1从晶圆装载埠取晶圆放入晶圆缓存单元，机械手2从晶圆缓存单元取走晶圆放入指定工艺腔室，进行工艺；工艺完毕后机械手2从工艺腔室中取走工艺后的晶圆，放入晶圆缓存单元，机械手1从晶圆缓存单元取走晶圆放回晶圆装载埠。其中，传片区域的机械手2有上下两个手臂，上手臂抓取工艺后的晶圆，下手臂抓取工艺前的晶圆，避免交叉污染。现有技术中这两个手臂取放晶圆时为分布操作，即上手臂取完晶圆后回缩到初始位置之后，下手臂再伸出放置晶圆，一定程度上影响了晶圆传递的效率。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，而提供一种多腔室堆栈式晶圆处理设备及晶圆处理方法，能够提高单位面积设备的晶圆产量和晶圆处理效率。

本发明提供一种多腔室堆栈式晶圆处理设备，其包括：

晶圆缓存模块，用于放置工艺前、工艺后的晶圆；

工艺腔室模块，用于对晶圆进行工艺处理；

传片模块，具有机械手，用于在所述晶圆缓存模块与工艺腔室模块之间传递晶圆；

工艺药液模块，用于向所述工艺腔室模块提供晶圆的工艺处理所需药液；

其中，所述工艺腔室模块具有至少两层堆栈且每层环形排布的多个工艺腔室，所述传片模块位于环形排布的多个工艺腔室中间，其机械手可旋转地设于一纵向导轨上，以使机械手可对每层的工艺腔室进行晶圆的取放，所述机械手的旋转范围覆盖每层的每个工艺腔室的晶圆出入口。

进一步地，所述工艺腔室模块中每层包括四个工艺腔室，且每个工艺腔室的晶圆出入口均朝向中间的传片模块而设。

进一步地，所述晶圆缓存模块的晶圆出入口位于所述传片模块机械手的旋转取放晶圆范围内。

进一步地，所述机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂。

进一步地，所述每个工艺腔室的晶圆出入口均设有可动门，以与传片模块区域相隔离。

进一步地，所述每个工艺腔室均设有独立的风循环过滤单元，所述传片模块也设有独立的风循环过滤单元。

进一步地，所述每个工艺腔室还设有气压控制单元，以使工艺腔室的内部气压小于传片模块区域的气压。

进一步地，所述晶圆缓存模块的晶圆出入口也设有可动门，以与传片模块区域相隔离，所述晶圆缓存模块也设有独立的风循环过滤单元。

进一步地，所述工艺药液模块具有多个可拆卸的工艺药液腔体。

本发明还提供一种利用上述晶圆处理设备的晶圆处理方法，所述晶圆处理设备中传片模块的机械手具有可伸缩的上手臂和下手臂，其包括以下步骤：

步骤S01，传片模块机械手的下手臂从晶圆缓存模块抓取工艺前晶圆；

步骤S02，机械手通过纵向导轨移动到目标工艺腔室层，随后机械手旋转至朝向目标工艺腔室；

步骤S03，机械手的上手臂伸出并进入目标工艺腔室，抓取工艺后晶圆；

步骤S04，机械手通过纵向导轨上升以使工艺后晶圆离开工艺台，随后上手臂收回的同时，下手臂携带工艺前晶圆进入目标工艺腔室；

步骤S05，机械手通过纵向导轨下降以使工艺前晶圆置于工艺台，随后下手臂收回；