一种晶片传送设备、传送方法及传送系统与流程

1.本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种晶片传送设备、传送方法及传送系统。


背景技术：

2.在半导体制造过程中，晶片会在各个工艺设备之间流转。通常情况下，使用前端开口通用晶圆匣(front opening unifiedpod，缩写为foup)进行晶片的传送、流转。
3.当foup将晶片传送到工艺设备处时，一般采用设备前端模块(equipment front end module，缩写为efem)将foup中的晶片传送到工艺设备内。但是，设备前端模块在传送晶片过程中，容易引入颗粒污染物，导致工艺质量降低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种晶片传送设备、传送方法及传送系统，以减少设备前端模块在传送晶片过程中引入的颗粒污染物，提高半导体制造工艺质量。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种晶片传送设备。所述晶片传送设备包括设备前端模块、排气装置以及设置在所述排气装置上的压力控制阀；所述排气装置设在所述设备前端模块具有的排气口上。
6.与现有技术相比，本发明的晶片传送设备在设备前端模块的排气口上设置排气装置，并在排气装置上设置压力控制阀，通过压力控制阀控制设备前端模块的排气量，可以实现对设备前端模块的内部压力的控制，从而能够保持设备前端模块的内部压力恒定。此时，设备前端模块内的气体在压力恒定的环境中流动，可以避免湍流、乱流的产生，从而可以减少设备前端模块因湍流、乱流引入的颗粒污染物，进而提高半导体工艺质量，提高良品率。
7.本发明还提供一种晶片传送方法。该晶片传送方法应用上述晶片传送设备，所述晶片传送方法包括：
8.获取设备前端模块的内部压力；
9.当获取的设备前端模块的内部压力高于预设阈值时，控制压力控制阀的开度增大，使得所述设备前端模块的内部压力与所述预设阈值之间的差值减小。
10.与现有技术相比，本发明提供的晶片传送方法的有益效果与上述技术方案所述晶片传送设备的有益效果相同，在此不做赘述。
11.本发明还提供一种晶片传送系统。该晶片传送系统包括上述的晶片传送设备。
12.与现有技术相比，本发明提供的晶片传送系统的有益效果与上述技术方案所述晶片传送设备的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
13.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
14.图1为现有技术中设备前端模块结构示意图；
15.图2为本发明实施例晶片传送设备的结构示意图。
16.图1-图2中，10-设备前端模块，11-壳体，12-装载口，13-传送机械手，14-风扇，15-过滤器，16-排气口，20-工艺设备，31-前端开口通用晶圆匣，32-装载台，41-排气装置，42-压力控制阀，43-压力传感器，44-控制器。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在附图中示出本发明实施例的各种示意图，这些图并非按比例绘制。其中，为了清楚明白的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
19.以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.此外，本发明中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义，应当能理解到，这些方向性术语是相对概念，它们用于相对的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位变化而相应地发生变化。
21.如图1所示，在现有技术中，设备前端模块10通常设置在工艺设备20前端。该设备前端模块10包括壳体11、装载口12、传送机械手13、风扇14、过滤器15及排气口16。
22.装载口12开设在壳体11上，装载口12外侧为停靠前端开口通用晶圆匣(foup)31的装载台32或工艺设备20。
23.传送机械手13设置在壳体11内，用于在工艺设备20与前端开口通用晶圆匣(foup)31之间传送晶片。该传送机械手13，可以是三轴机械手、二轴机械手等，只要能实现装卸、搬运晶片的目的即可，本发明实施例对传送机械手13不做具体限定。
24.风扇14设置在壳体11顶部，引入气体并向壳体11内输送气体，该气体可以是清洁的空气，也可以是氮气等保护性气体。
25.过滤器15设置在壳体11上部，且位于风扇14下侧，用于过滤风扇14送入的气体并以均匀平行的方式向下输出气体。该过滤器15，可以为高效颗粒搜集过滤器(hepa)，也可以为超低颗粒过滤器(ulpa)，且不仅限于此。
26.排气口16设置于壳体11的底部，用于排放设备前端模块10内部过多的气体。
27.如上所述，设备前端模块10通过顶部的风扇14吸入气体，通过手动打开或关闭排气口排出气体，使得设备前端模块10内部始终充满清洁气体。
28.上述排气口排气是一种自然排气方法，难以对排气量进行精确控制，导致设备前端模块10的内部压力容易失恒，产生乱流、湍流。当设备前端模块10的装载口12打开时，由
于设备前端模块10内部的湍流、乱流，容易引入设备前端模块10外的污染空气，增加设备前端模块10内的颗粒污染物，从而影响半导体工艺质量。
29.为了解决设备前端模块10的内部压力失恒而引入颗粒污染物的问题，本发明实施例提供一种晶片传送设备。如图2所示，该晶片传送设备包括设备前端模块10，排气装置41，以及压力控制阀42，排气装置41设在设备前端模块10具有的排气口16上，压力控制阀42设置在排气装置41上。
30.晶片传送设备接收前端开口通用晶圆匣31(foup)传送来的晶片，并将该晶片传送到工艺设备20中。上述晶片作为被传送对象，可以是未经过加工的晶片，也可以是经过若干工序加工的晶片，还可以是已制作有半导体器件的晶片。上述工艺设备20为加工处理晶片的工艺设备20。该工艺设备20可以为化学气相淀积工艺设备，也可以为涂胶工艺设备、热处理工艺设备或者干法刻蚀设备等。
31.如图2所示，本发明实施例在排气口16上设置排气装置41，并在排气装置41上设置压力控制阀42。通过控制压力控制阀42的开度，可以精确的控制设备前端模块10的排气量，从而维持设备前端模块10的内部压力恒定。当设备前端模块10的内部压力恒定时，设备前端模块内10的气体在压力恒定的环境中流动，可以避免湍流和乱流的产生，同时风扇14吸入的气体在设备前端模块10的内部形成正压环境，而正压环境可以防止外部空气从装载口12进入设备前端模块10内部。此时，设备前端模块10的内部为正压环境，且无乱流和湍流的扰动，可以有效避免外部污染空气流入，减少流入设备前端模块10内部的颗粒污染物，从而能够有效避免颗粒污染物通过设备前端模块10进入工艺设备20中，提高半导体工艺质量和良品率。
32.上述压力控制阀42的结构多种多样，可以根据具体工艺需求进行设计。例如，该压力控制阀42可以是节流阀，也可以减压阀，只要该压力控制阀42具有760torr～1000torr的压差控制能力即可。此时，可以通过设置在排气装置41上的压力控制阀42将设备前端模块10的内部压力降低或升高至760torr～1000torr，从而实现调节设备前端模块10内部压力的目的。
33.具体的，当压力控制阀42为节流阀时，通过调节节流阀的流通面积来调节设备前端模块10的内部压力。鉴于节流阀调节范围大的特点，便于对设备前端模块10的内部压力进行大范围的调控，同时节流阀缓冲性能较好，可以使设备前端模块10内部的压力变化较为平滑，可以避免压力骤变引发的乱流、湍流。由此可见，节流阀不仅可以实现大范围调控设备前端模块10的内部压力，还可以避免压力骤变引发的乱流、湍流，从而能够有效避免乱流、湍流将颗粒污染物引入设备前端模块10，提高半导体工艺质量和良品率。
34.另外，节流阀启动加速度快、动作灵敏，可以通过节流阀精确、快速的调节设备前端模块10的内部压力，进一步减小设备前端模块10内部的压力波动，维持压力恒定，实现减少设备前端模块10内部颗粒污染物的目的。
35.当压力控制阀42为减压阀时，通过控制减压阀内的启闭件的开度来调节排气量，从而调节设备前端模块10的内部压力。当采用减压阀控制设备前端模块10的排气量时，由于减压阀密闭性好，可以避免气体在排放过程中发生泄漏；同时减压阀工作平稳、排放速率稳定，能够避免因排气速率波动大导致的设备前端模块10内部产生乱流、湍流，从而减少设备前端模块10因乱流、湍流引入的颗粒污染物，提高半导体工艺质量和良品率。
36.在利用上述压力控制阀42调节设备前端模块10的内部压力，维持设备前端模块10的内部压力恒定时，可以将压力控制阀42设置为单向阀门，以防止排气装置41所排出的气体或设备前端模块10以外的气体回流。可见，将压力控制阀42设置为单向阀门，可以避免污染气体通过排气装置41回流到设备前端模块10内，从而能够提高设备前端模块10的内部清洁度，提高半导体工艺质量和良品率。
37.例如，当压力控制阀42为节流阀时，可以将节流阀和单向阀串联组合成单向节流阀。此时，该压力控制阀42，既可以维持设备前端模块10的内部压力恒定，又可以防止所排放的气体或者外部气体通过排气装置41回流到设备前端模块10内部，从而能够有效降低颗粒污染物流入设备前端模块10的几率，提高设备前端模块10内部环境的清洁度。可见，单向节流阀能够避免颗粒污染物通过设备前端模块10进入工艺设备20内，从而提高半导体工艺质量和良品率。
38.又例如，当压力控制阀42为减压阀时，可以将减压阀和单向阀串联组合成单向减压阀。此时，与上述单向节流阀类似，单向减压阀既可以维持设备前端模块10的内部压力恒定，又可以防止所排放的气体或者外部气体通过排气装置41回流到设备前端模块10内部，从而能够有效降低颗粒污染物流入设备前端模块10的几率，提高设备前端模块10内部环境的清洁度。可见，单向减压阀能够避免颗粒污染物通过设备前端模块10进入工艺设备20内，从而提高半导体工艺质量和良品率。
39.作为一种可能的实现方式，上述排气装置41可以采用通道结构。例如，排气装置41，可以为耐腐蚀管道，也可以为浇筑管道等。当然，排气装置41也可以为其他能够实现排气功能的结构。
40.当排气装置41为排气通道时，该排气通道可以容易的与排气口16进行密闭连接。此时，为了实现减少设备前端模块10的颗粒污染物，提高半导体制造工艺质量的目的，只需在排气口16处安装置与排气口16相匹配的管道即可，无需更改现有的设备前端模块10结构，可以节省设备改造成本。
41.此外，当排气装置41为排气通道时，便于在其上安装压力控制阀42，从而降低了压力控制阀42的设置难度，提高了设备前端模块10改进的可行性，为提高半导体工艺质量提供便利。
42.在实际应用中，为了提高半导体加工环境的清洁度，减少可进入设备前端模块10和工艺设备20的颗粒污染物，本发明实施例将排气通道与排气系统连通。
43.上述排气系统为半导体制造所产生的废气的排气系统。将排气通道与排气系统连通，使得设备前端模块10所排出的气体通过排气系统排出，而非无序的排放到设备前端模块10之外的工作环境中。此时，可以有效的提高半导体加工环境的清洁度，继而提高半导体制造工艺质量和良品率。
44.当排气通道与排气系统连通时，排气系统中的污染气体以及与排气系统相连的燃烧室的烟气容易通过排气通道回流到设备前端模块10内。如上所述，将压力控制阀42设置为单向阀门可以很好的解决这一问题。
45.作为一种可能的实现方式，本发明实施例的晶片传输设备还可以包括控制器44以及检测设备前端模块10的内部压力的压力传感器43。该压力传感器43包括探测件及信号处理元件(图中未示出)。
46.探测件设置在设备前端模块10的内部，用以检测设备前端模块10的内部压力。具体的，该探测件可以为压电式探测件、压阻式探测件等，且不仅限于此。
47.信号处理元件与探测件电连接，检测探测件由压力变化而发生的电阻或电压的变化，并按照一定的规律将电阻或电压的变化信号转换成可用的电信号输出。同时，该信号处理元件还与控制器44电连接，将上述表征压力变化的电信号发送给控制器44。具体的，信号处理元件可以与探测件集成设置在同一壳体11内，也可以分立设置。
48.上述控制器44与压力控制阀43电连接。该控制器44接收信号处理元件发送的电信号，经过信息处理生成命令信息，并将命令信息发送给压力控制阀42。压力控制阀43接收控制器44发送的执行信息，并根据执行信息进行开度的调节。
49.当通过压力传感器43进行设备前端模块10的内部压力检测，通过控制器44进行压力控制阀42的调节时，可以根据实时检测到的设备前端模块10的内部压力，及时调节压力控制阀42的开度，从而能够及时、精确的调节设备前端模块10的内部压力，以便于维持设备前端模块10的内部压力恒定，实现提高半导体工艺质量及良品率的目的。
50.本发明实施例还提供一种晶片传送方法。该晶片传送方法应用上述晶片传送设备。该晶片传送方法可以由终端设备(例如上述控制器)执行，也可以由应用于终端设备的芯片执行。
51.该晶片传送方法包括：
52.步骤s100：获取设备前端模块10的内部压力。在晶片传送设备包括压力传感器43的情况下，可以利用压力传感器43的探测件获取设备前端模块10的内部压力，并利用压力传感器43的信号处理元件向终端设备发送设备前端模块10的内部压力信息。
53.步骤s200：当获取的设备前端模块10的内部压力高于预设阈值时，控制压力控制阀42的开度增大，使得设备前端模块10的内部压力与预设阈值之间的差值减小。
54.当获取的设备前端模块10的内部压力小于预设阈值时，控制压力控制阀42的开度减小，使得所述设备前端模块10的内部压力与预设阈值之间的差值减小。
55.上述预设阈值可以点值，也可以为数值范围。为了使设备前端模块10内具有足够高的正压，以降低颗粒污染物流入的几率，设备前端模块10的内部压力的预设阈值为760torr～1000torr。
56.在晶片传送设备包括控制器44的情况下，可以由作为终端设备的控制器44比较获取的设备前端模块10的内部压力与预设阈值的大小关系，并控制压力控制阀42工作。
57.例如：控制器44接收压力传感器43发生的设备前端模块10的内部压力信息，然后比较该设备前端模块10的内部压力与预设阈值的大小关系。当获取的设备前端模块10的内部压力高于预设阈值时，控制器44发送开度增大的信息给压力控制阀42，压力控制阀42接收控制器44发送的信息后增大开度。当获取的设备前端模块10的内部压力小于预设阈值时，控制器44发送开度减小的信息给压力控制阀42，压力控制阀42接收控制器44发送的信息后减小开度。
58.由此可见，本发明实施例的晶片传送方法能够实现设备前端模块10的内部压力的自动调节，以达到设备前端模块10的内部压力恒定的目的，从而能够提高半导体工艺质量和良品率。
59.本发明实施例还提供一种晶片传送系统。该晶片传送系统包括上述的晶片传送设
备。当然，该晶片传送系统还可以包括前端开口通用晶圆匣等设备。
60.与现有技术相比，本发明实施例提供的晶片传送系统的有益效果与上述技术方案所述晶片传送设备的有益效果相同，在此不做赘述。
61.应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方案解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术间题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
62.以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种晶片传送设备，其特征在于，包括：设备前端模块；排气装置，所述排气装置设在所述设备前端模块具有的排气口上；以及设置在所述排气装置上的压力控制阀。2.根据权利要求1所述的晶片传送设备，其特征在于，所述压力控制阀的压差控制范围为760torr～1000torr。3.根据权利要求1所述的晶片传送设备，其特征在于，所述压力控制阀为节流阀或减压阀。4.根据权利要求1所述的晶片传送设备，其特征在于，所述压力控制阀为单向阀门。5.根据权利要求1所述的晶片传送设备，其特征在于，所述排气装置为排气通道，所述排气通道设在所述设备前端模块具有的排气口上，所述压力控制阀设置在所述排气通道上。6.根据权利要求5所述的晶片传送设备，其特征在于，所述排气通道用于与排气系统连通。7.根据权利要求1～6所述的晶片传送设备，其特征在于，所述晶片传送设备还包括控制器以及检测所述设备前端模块的内部压力的压力传感器；所述压力传感器与所述控制器电连接，所述控制器与所述压力控制阀电连接。8.根据权利要求7所述的晶片传送设备，其特征在于，所述压力传感器包括探测件及与探测件电连接的信号处理元件，所述探测件设置在所述设备前端模块的内部，所述信号处理元件与所述控制器电连接。9.一种晶片传送方法，其特征在于，应用权利要求1～7任一项所述晶片传送设备，所述晶片传送方法包括：获取设备前端模块的内部压力；当获取的所述设备前端模块的内部压力高于预设阈值时，控制压力控制阀的开度增大，使得所述设备前端模块的内部压力与所述预设阈值之间的差值减小。10.一种晶片传送系统，其特征在于，所述晶片传送系统包括权利要求1～8任一项所述的晶片传送设备。

技术总结
本发明公开一种晶片传送设备、传送方法及传送系统，涉及半导体设备技术领域，能够减少设备前端模块在传送晶片过程中引入的颗粒污染物，提高半导体制造工艺质量。该晶片传送设备包括设备前端模块，排气装置，以及压力控制阀，排气装置设在设备前端模块具有的排气口上，压力控制阀设置在排气装置上。本发明提供的一种晶片传送设备、传送方法及传送系统用于半导体器件、半导体芯片制造。半导体芯片制造。半导体芯片制造。


技术研发人员：徐官基 周娜 李琳 李俊杰 王佳
受保护的技术使用者：真芯（北京）半导体有限责任公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2023/8/31