CN102569140A - 真空机械手和晶片处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空机械手和晶片处理系统。该真空机械手包括：固定底座和设置于所述固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，所述机械手的一端连接于所述固定底座上，所述机械手的另一端连接有托盘，且所述固定底座为所述机械手旋转移动的中心。本发明提供的真空机械手和晶片处理系统中，真空机械手包括固定底座和设置于固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，机械手的一端连接于所述固定底座上，机械手的另一端连接有托盘，固定底座转动以带动机械手移动。本发明中的真空机械手包括至少三个机械手，增加了同时进行工艺处理的反应腔室的数量，缩短了反应腔室的空闲时间，从而提高了反应腔室的使用效率，提高了晶片的产出率。

Description

真空机械手和晶片处理系统

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种真空机械手和晶片处理系统。

背景技术

随着有源元件，例如：互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，以下简称：CMOS)晶体管的尺寸不断缩小到次微米级，正如摩尔定律的预测，在高效率、高密度集成电路中的CMOS晶体管数量上升至几千万个。数量庞大的有源元件的信号集成需要多达十层以上高密度的金属互连线，通常金属互连线采用金属铝互连线，金属互连线层间的绝缘介质采用二氧化硅，然而上述金属互连线会带来电阻和寄生电容，并且上述电阻和寄生电容已经成为限制高效率、高密度集成电路速度的主要因素。为解决上述问题，半导体工业的集成电路制造工艺中采用金属铜互连线代替金属铝互连线作为金属互连线，同时采用低介电常数介质材料代替二氧化硅作为金属互连线层间的绝缘介质。金属铜减少了金属互连线层间的电阻，同时增强了电路稳定性；低介电常数介质材料减少了金属互连线层间的寄生电容。而集成电路中的金属材料通常是通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称：PVD)技术制备的。物理气相沉积技术是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺，其中，溅射(Sputtering)沉积技术是一种重要的物理气相沉积技术。而在集成电路制造行业中，该溅射沉积技术指的是磁控溅射(Magnetron Sputtering)技术，该磁控溅射技术主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以形成金属接触、金属互连线等。

在应用物理气相沉积制程工艺对晶片进行处理时，需要将待处理的晶片从大气环境中逐步传送到反应腔室中进行工艺处理。将晶片从大气环境传送到反应腔室进行工艺处理的过程，需要一个由一系列的设备组成的晶片处理系统来完成。图1为一种晶片处理系统的结构示意图，图2为图1中真空机械手的结构示意图，如图1和图2所示，该晶片处理系统为制造铜互连线的PVD设备。具体地，该晶片处理系统包括：大气传输装置、负载锁闭器(Load Lock)3、传输腔室(Transport Chamber)4、连接器(Pass Through)5、连接器9和传输腔室6，其中大气传输装置包括前端开启装置(front-opening unified pod，简称：FOUP)1、大气传输单元(Equipment Frond-End Module，以下简称：EFEM)2，大气传输单元2和传输腔室4通过负载锁闭器3连接，传输腔室4和传输腔室6通过连接器5和连接器9连接。传输腔室4连接有四个反应腔室，传输腔室6连接有四个反应腔室。其中，传输腔室4连接的反应腔室包括：去气腔室(DegasChamber)41、去气腔室42、预清洗腔室(Preclean Chamber)43和预清洗腔室44；传输腔室6连接的反应腔室包括：钽沉积腔室(Ta Chamber)61、钽沉积腔室62、铜沉积腔室(Cu Chamber)63和铜沉积腔室64。传输腔室4还可以称为缓冲腔室(Buffer Chamber)。传输腔室4中设置有真空机械手7，传输腔室5中设置有真空机械手8。以传输腔室4中的真空机械手7为例，真空机械手7包括：固定底座71以及设置于固定底座71上的二个机械手，该二个机械手分别为机械手72和机械手73，且机械手72和机械手73在固定底座71所在的平面内伸缩。机械手72包括四个机械手臂721和二个晶片托盘722。四个机械手臂721通过一固定底座71和多个转动轴承723构成一可折叠伸缩的四边形结构，且这种四边形结构只能够使四个机械手臂721平行于固定底座71所在的平面进行折叠，具体地，该四边形结构的一顶点为固定底座71，即其中一对机械手臂721的一端分别与该固定底座71铰接，并可在固定底座71所在的平面内以固定底座71为中心进行旋转，而另一对机械手臂721的一端分别通过一转动轴承723铰接于与转动轴承723连接的一对机械手臂721的另一端，且该另一对机械手臂721的一端再分别通过一转动轴承723铰接于晶片托盘722上，晶片托盘722所在四边形结构的顶点与固定底座71相对。晶片托盘722用于放置晶片。

下面以真空机械手7为例对真空机械手对晶片的处理过程进行描述。机械手72将晶片A从负载锁闭器3中取出使晶片A位于传输腔室4中，并将晶片A放入去气腔室41中，由去气腔室41对晶片A进行去气处理；机械手73将晶片B从负载锁闭器3中取出使晶片B位于传输腔室4中，并将晶片B放入去气腔室42中，由去气腔室42对晶片B进行去气处理；去气腔室41完成对晶片A的去气处理之后，机械手72将晶片A从去气腔室41中取出使晶片A位于传输腔室4中，并将晶片A放入预清洗腔室43中，由预清洗腔室43对晶片A进行预清洗处理；去气腔室42完成对晶片B的去气处理之后，机械手73将晶片B从去气腔室42中取出使晶片B位于传输腔室4中，并将晶片B放入预清洗腔室44中，由预清洗腔室44对晶片B进行预清洗处理；预清洗腔室43完成对晶片A预清洗处理之后，机械手72将晶片A从预清洗腔室43中并将晶片A放入连接器9中；预清洗腔室44完成对晶片B预清洗处理之后，机械手73将晶片B从预清洗腔室44中并将晶片B放入连接器5中。而后再通过传输腔室6中的真空机械手8对晶片A和晶片B进行进一步处理，此处不再详细描述。

从上述真空机械手7对晶片进行处理的过程中可以看出，由于真空机械手7仅包括二个机械手，每次只能传输两个晶片并使两个反应腔室对晶片进行工艺处理过程，另两个反应腔室空闲的时间则较长，降低了反应腔室的使用效率，从而导致了晶片的产出率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空机械手和晶片处理系统，用以解决晶片的产出率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种真空机械手，包括：固定底座和设置于所述固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，所述机械手的一端连接于所述固定底座上，所述机械手的另一端连接有托盘，且所述固定底座为所述机械手旋转移动的中心。

进一步地，所述机械手包括多个转动轴承和至少一个机械手臂，所述机械手臂和所述固定底座通过所述转动轴承连接，所述机械手臂和所述托盘通过所述转动轴承连接。

进一步地，所述机械手臂的数量为至少二个，至少二个所述机械手臂通过转动轴承依次铰接，以使至少二个所述机械手臂垂直于所述固定底座所在的平面进行折叠。

进一步地，所述转动轴承正方向转动使所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角增加；或者

所述转动轴承反方向转动使所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角减少。

进一步地，增加的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、增加的所述机械手臂之间的夹角以及增加的所述机械手臂和所述托盘之间的夹角相同，以实现所述机械手的伸长。

进一步地，减少的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、减少的所述机械手臂之间的夹角以及减少的所述机械手臂和所述托盘之间的夹角相同，以实现所述机械手的缩短。

进一步地，增加或者减少的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角不同，以实现所述托盘的高度变化。

进一步地，所述机械手的数量为四个。

进一步地，所述机械手之间的夹角为90度。

为实现上述目的，本发明提供了一种晶片处理系统，包括：依次连接的大气传输装置、至少一个传输腔室和与所述传输腔室连接的多个反应腔室，所述传输腔室中设置有上述真空机械手。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的真空机械手和晶片处理系统中，真空机械手包括固定底座和设置于固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，机械手的一端连接于所述固定底座上，机械手的另一端连接有托盘，机械手在固定底座顶面所在的平面内以固定底座为中心旋转移动。本发明中的真空机械手包括至少三个机械手，增加了同时进行工艺处理的反应腔室的数量，缩短了反应腔室的空闲时间，从而提高了反应腔室的使用效率，提高了晶片的产出率。

附图说明

图1为一种晶片处理系统的结构示意图；

图2为图1中真空机械手的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种真空机械手的结构示意图；

图4为图3中真空机械手的侧视图；

图5为本发明实施例二提供的一种晶片处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的真空机械手和晶片处理系统进行详细描述。

图3为本发明实施例一提供的一种真空机械手的结构示意图，图4为图3中真空机械手的侧视图，如图3和图4所示，该真空机械手包括：固定底座101和设置于固定底座101上的至少三个可伸缩的机械手，机械手的一端连接于固定底座101上，机械手的另一端连接有托盘102，且所述固定底座为所述机械手旋转移动的中心。

本实施例中，可由设置于固定底座101上的电机带动固定底座101转动，从而使机械手在固定底座101顶面所在的平面内以固定底座101为中心沿逆时针方向或者顺时针方向旋转平行移动。

本实施例中，托盘102可用于放置晶片109。例如：图2和图3中所示的为四个托盘103均放置有晶片109的情况。

机械手的数量可以为三个以上，本实施例中，机械手的数量为四个，该四个机械手分别为机械手103、机械手104、机械手105和机械手106。优选地，上述机械手之间的夹角为90度。

本实施例中的机械手可包括多个转动轴承107和至少一个机械手臂108，机械手臂108和固定底座101通过转动轴承107连接，机械手臂108和托盘102通过转动轴承107连接。

机械手臂108的数量为至少二个，则至少二个机械手臂108通过转动轴承107依次铰接，以使至少二个所述机械手臂垂直于所述固定底座所在的平面进行折叠。优选地，机械手臂108的数量为二个，本实施例以二个机械手臂为例进行描述。以机械手105为例，机械手105包括二个机械手臂108，一个机械手臂108与固定底座101通过转动轴承107连接，另一个机械手臂108与托盘102通过转动轴承107连接。本实施例中，转动轴承107正方向转动使机械手臂108和固定底座101之间的夹角、机械手臂108之间的夹角以及机械手臂108和托盘102之间的夹角增加；或者，转动轴承108反方向转动使机械手臂108和固定底座101之间的夹角、机械手臂108之间的夹角以及机械手臂108和托盘102之间的夹角减少。其中，若正方向为顺时针方向时，则逆方向为逆时针方向；若正方向为逆时针方向时，则反方向为顺时针方向。本实施例中，每个机械手均设置有电机，以带动该机械手上的多个转动轴承正方向或者反方向转动。

本实施例中，当机械手执行托盘102在水平方向上向前伸的动作时，增加的机械手臂108和固定底座101之间的夹角、增加的机械手臂108之间的夹角以及增加的机械手臂108和托盘102之间的夹角是相同的，以实现机械手的伸长，从而实现托盘102向前伸。本实施例中，当机械手执行托盘102在水平方向上向后缩的动作时，减少的机械手臂108和固定底座101之间的夹角、减少的机械手臂108之间的夹角以及减少的机械手臂108和托盘102之间的夹角是相同的，以实现机械手的缩短，从而实现托盘102向后缩。

本实施例中，当机械手执行托盘102在垂直方向上升高或者降低的动作时，可以根据需要增加或者减少机械手臂108和固定底座101之间的夹角、机械手臂108之间的夹角以及机械手臂108和托盘102之间的夹角，增加或者减少的机械手臂108和固定底座101之间的夹角、机械手臂108之间的夹角以及机械手臂108和托盘102之间的夹角是不同的，从而实现托盘102的高度变化，即使托盘在垂直方向上升高或者降低。

本实施例中，固定底座101还可以控制机械手之间的角度。具体地，可在固定底座101上设置用于控制机械手之间角度的电机，通过该电机带动机械手移动以改变机械手之间的角度。

图5为本发明实施例二提供的一种晶片处理系统的结构示意图，如图5所示，该晶片处理系统，包括：依次连接的大气传输装置、至少一个传输腔室和与传输腔室连接的多个反应腔室，传输腔室中设置有真空机械手。

本实施例中，大气传输装置可包括：前端开启装置1和大气传输单元2。

例如：本实施例中，传输腔室为二个，分别为传输腔室4和传输腔室6；传输腔室4连接有四个反应腔室，传输腔室5连接有四个反应腔室。其中，传输腔室4连接的反应腔室包括：去气腔室41、去气腔室42、预清洗腔室43和预清洗腔室44；传输腔室6连接的反应腔室包括：钽沉积腔室61、钽沉积腔室62、铜沉积腔室63和铜沉积腔室64。传输腔室4还可以称为缓冲腔室。

本实施例中，传输腔室4中设置有真空机械手10，传输腔室6中设置有真空机械手11。

进一步地，本实施例中，该晶片处理系统还包括负载锁闭器3、连接器5和连接器9。传输腔室4和大气传输单元2之间通过负载锁闭器3连接，传输腔室4和传输腔室6通过连接器5和连接器9连接。

本实施例中的真空机械手10和真空机械手11均可采用上述实施例一中的真空机械手，此处不再详细描述。

下面以一个具体的实例对晶片处理系统采用上述实施例一的真空机械手对晶片进行处理。

传输腔室4中，真空机械手10的机械手103将晶片A从负载锁闭器3中取出使晶片A位于传输腔室4中，并将晶片A放入去气腔室41中，由去气腔室41对晶片A进行去气处理；真空机械手10的机械手104将晶片B从负载锁闭器3中取出使晶片B位于传输腔室4中，并将晶片B放入去气腔室42中，由去气腔室42对晶片B进行去气处理；在去气腔室41和去气腔室42对晶片进行去气处理过程中，真空机械手10的机械手105将晶片C从负载锁闭器3中取出使晶片C位于传输腔室4中，真空机械手10的机械手106将晶片D从负载锁闭器3中取出使晶片D位于传输腔室4中；在去气腔室41完成对晶片A的去气处理过程之后，真空机械手10的机械手103将晶片A从去气腔室41中取出使晶片A位于传输腔室4中，真空机械手10的机械手105将晶片C从传输腔室4中放入去气腔室41中，由去气腔室41对晶片A进行去气处理，机械手103将晶片A从传输腔室4中放入预清洗腔室43中，由预清洗腔室43对晶片A进行预清洗处理；在去气腔室42完成对晶片B的去气处理过程之后，真空机械手10的机械手104将晶片B从去气腔室42中取出使晶片B位于传输腔室4中，真空机械手10的机械手106将晶片D从传输腔室4中放入去气腔室42中，由去气腔室42对晶片D进行去气处理，真空机械手10的机械手104将晶片B从传输腔室4中放入预清洗腔室44中，由预清洗腔室44对晶片B进行预清洗处理；此时，去气腔室41、去气腔室42、预清洗腔室43和预清洗腔室44同时对晶片进行工艺处理。在预清洗腔室43完成对晶片A的预清洗处理过程之后，真空机械手10的机械手103将晶片A从预清洗腔室43中取出并将晶片A放入连接器9；在预清洗腔室44完成对晶片B的预清洗处理过程之后，真空机械手10的机械手104将晶片B从预清洗腔室44中取出并将晶片B放入连接器5中。

传输腔室6中，真空机械手11的机械手103将晶片A从连接器9中取出使晶片A位于传输腔室6中，并将晶片A放入钽沉积腔室61，由钽沉积腔室61对晶片A进行钽沉积处理；真空机械手11的机械手104将晶片B从连接器5中取出使晶片B位于传输腔室6中，并将晶片B放入钽沉积腔室62，由钽沉积腔室62对晶片B进行钽沉积处理。

此时，传输腔室4中，去气腔室41完成对晶片C的去气处理之后，真空机械手10的机械手105将晶片C从去气腔室41中取出使晶片C位于传输腔室4中，并将晶片C放入预清洗腔室43中，由预清洗腔室43对晶片C进行预清洗处理；去气腔室42完成对晶片D的去气处理之后，真空机械手10的机械手106将晶片D从去气腔室42中取出使晶片D位于传输腔室4中，并将晶片D放入预清洗腔室44中，由预清洗腔室44对晶片D进行预清洗处理。

传输腔室4中，当预清洗腔室43和预清洗腔室44对晶片进行预清洗处理时，真空机械手10的机械手103将晶片E从负载锁闭器3中取出使晶片E位于传输腔室4中，并将晶片E放入去气腔室41中，由去气腔室41对晶片E进行去气处理；真空机械手10的机械手104将晶片F从负载锁闭器3中取出使晶片F位于传输腔室4中，并将晶片F放入去气腔室42中，由去气腔室42对晶片F进行去气处理。

传输腔室4中，在预清洗腔室43完成对晶片C的预清洗处理过程之后，真空机械手10的机械手105将晶片C从预清洗腔室43中取出并将晶片C放入连接器9；在预清洗腔室44完成对晶片D的预清洗处理过程之后，真空机械手10的机械手106将晶片D从预清洗腔室44中取出并将晶片D放入连接器5中。而后，真空机械手10的机械手105将晶片G从负载锁闭器3中取出使晶片G位于传输腔室4中；真空机械手10的机械手106将晶片H从负载锁闭器3中取出使晶片H位于传输腔室4中。

按照上述过程继续对晶片进行工艺处理，直至完成对每一个晶片的工艺处理过程。

上述晶片处理系统采用了本发明中的包括四个机械手的真空机械手，从上述对晶片进行处理过程的实例中可以看出，该真空机械手每次可传输四个晶片并使四个反应腔室同时对晶片进行工艺处理过程，与背景技术中提供的真空机械手相比可使同时进行工艺处理的反应腔室的数量提高一倍，极大的缩短了反应腔室的空闲时间，从而提高了反应腔室的使用效率，提高了晶片的产出率。并且与采用背景技术中提供的真空机械手的晶片处理系统进行的标准的工艺过程相比，工艺时间缩短了50％。背景技术中的真空机械手由于四个机械手臂通过一固定底座和多个转动轴承构成一可折叠伸缩的四边形结构，且这种四边形结构只能够使四个机械手臂平行于固定底座所在的平面进行折叠，因此该真空机械手所占用的空间较大，这就需要体积较大的传输腔室，从而导致整个晶片传输系统占地面积较大，而本发明中的真空机械手由于二个机械手臂是垂直于固定底座所在的平面进行折叠，与背景技术相比，本发明中的真空机械手所占用的空间较小，导致需要的传输腔室的体积也较小，从而减少了整个晶片传输系统的占地面积。

上述各实施例中，均以真空机械手包括四个机械手为例进行描述，在实际应用中还可根据需要增加机械手的数量，从而进一步提高反应腔室的使用效率，提高晶片的产出率。优选地，机械手的数量还可以为六个或者八个。

本发明上述实施例提供的真空机械手和晶片处理系统中，真空机械手包括固定底座和设置于固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，机械手的一端连接于所述固定底座上，机械手的另一端连接有托盘，且所述固定底座为所述机械手旋转移动的中心。本发明中的真空机械手包括至少三个机械手，增加了同时进行工艺处理的反应腔室的数量，缩短了反应腔室的空闲时间，从而提高了反应腔室的使用效率，提高了晶片的产出率。采用本发明提供的真空机械手完成对晶片的工艺处理过程，与标准的晶片处理系统相比，缩短了对晶片进行处理的工艺时间。本发明的技术方案中，对标准的物理气相沉积工艺流程没有改变，因此不会影响晶片的生产质量，并且也无需针对物理气相沉积的工艺流程进行特别的研发。

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)

1.一种真空机械手，其特征在于，包括：固定底座和设置于所述固定底座上的至少三个可伸缩的机械手，所述机械手的一端连接于所述固定底座上，所述机械手的另一端连接有托盘，且所述固定底座为所述机械手旋转移动的中心。

2.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手包括多个转动轴承和至少一个机械手臂，所述机械手臂和所述固定底座通过所述转动轴承连接，所述机械手臂和所述托盘通过所述转动轴承连接。

3.根据权利要求2所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手臂的数量为至少二个，至少二个所述机械手臂通过转动轴承依次铰接，以使至少二个所述机械手臂垂直于所述固定底座所在的平面进行折叠。

4.根据权利要求3所述的真空机械手，其特征在于，

所述转动轴承正方向转动使所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角增加；或者

所述转动轴承反方向转动使所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角减少。

5.根据权利要求3所述的真空机械手，其特征在于，增加的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、增加的所述机械手臂之间的夹角以及增加的所述机械手臂和所述托盘之间的夹角相同，以实现所述机械手的伸长。

6.根据权利要求3所述的真空机械手，其特征在于，减少的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、减少的所述机械手臂之间的夹角以及减少的所述机械手臂和所述托盘之间的夹角相同，以实现所述机械手的缩短。

7.根据权利要求3所述的真空机械手，其特征在于，增加或者减少的所述机械手臂和所述固定底座之间的夹角、所述机械手臂之间的夹角以及所述机械手臂和所述托盘之间的夹角不同，以实现所述托盘的高度变化。

8.根据权利要求1至7任一所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手的数量为四个。

9.根据权利要求8所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手之间的夹角为90度。

10.一种晶片处理系统，包括：依次连接的大气传输装置、至少一个传输腔室和与所述传输腔室连接的多个反应腔室，其特征在于，所述传输腔室中设置有如权利要求1至9任一所述的真空机械手。

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