专利名称：离子注入机晶圆传送系统及晶圆传送方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造装备领域，特别涉及一种离子注入机晶圆传送系统及其 晶圆传送方法。
背景技术：
离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高 新技术。其基本原理是用能量为IOOkeV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中 的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留 在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化。离子注入技术已经在半导体材料掺 杂上获得了极为广泛的应用。离子注入机晶圆传送系统是离子注入机的一个重要组成部 分，它主要完成晶圆在系统中的传输以及与生产线上晶圆的交换。在晶圆传输系统设计中， 最为重要的是设计合理的晶圆传输路线方案，以提高晶圆传输效率从而达到较高的生产率 以达到降低半导体制造成本的目的。随着集成电路制造行业的高速发展，高传输效率的晶 圆传送系统已成为该行业的迫切需要。文献号为EP0559360A1的欧洲专利中提出了一种单机械手晶圆传送系统，由于该 系统只使用了一台机械手来传送晶圆，无法并行工作，导致了晶圆传送效率低。另外，专利号为200520142510的中国专利中提出了一种双传送机构的晶圆传送 控制系统，该系统使用两个晶圆定位与传送系统配合传送晶圆，并在真空靶室内完成晶圆 的定位过程(即由晶圆定位与传送装置完成定位和传送双重任务)。该系统将晶圆定位过 程放到真空靶室内降低了离子注入机晶圆传送的整体效率。另外，该系统虽然有两个盛放 晶圆的空间，但在每个空间内都只有一个传送机构工作，传送效率仍有待提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高离子注入机中晶圆的传送效率。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，提供一种离子注入机晶圆传送系统，其包括真空靶室、左 输片机械手、中输片机械手、右输片机械手、左隔离阀门、右隔离阀门、左片库、右片库及离 子注入靶台；左输片机械手、中输片机械手、右输片机械手均固定在真空靶室内，三者依左 中右排布；左隔离阀门隔离所述左片库和真空耙室，右隔离阀门隔离所述右片库和真空耙 室；离子注入靶台位于所述真空耙室内；左输片机械手的工作位包括左片库和离子注入靶 台，中输片机械手的工作位包括左片库、右片库和离子注入靶台，右输片机械手的工作位包 括右片库和离子注入靶台。进一步的技术方案是，所述左片库和右片库的晶盒中所盛放的晶圆为已完成定位 的晶圆。再进一步的技术方案是，所述左片库和右片库中均设有气泵。
再进一步的技术方案是，所述左输片机械手、右输片机械手相对于中输片机械手 对称设置。再进一步的技术方案是，所述左片室和右片室相对于所述中输片机械手对称设置。为了解决上述技术问题，还提供一种晶圆传送方法，其包括如下步骤(1)大气机械手将多片已完成定位的晶圆从真空靶室外部的大气环境中放入右片 库的片盒中，然后右片库关闭，右片库中的气泵开始工作，气泵将右片库中的空气抽出，直 到右片库中的真空度和真空靶室内的真空度相同时，气泵停止工作，右隔离阀门打开；(2)右输片机械手伸入右片库的片盒中取晶圆，取到晶圆后，右输片机械手带着晶 圆收缩到右机械手的初始位置，同时中输片机械手将离子注入靶台上已完成离子注入的晶 圆取走，并收缩到中输片机械手的初始位置；(3)右输片机械手及中输片机械手旋转并分别对准离子注入靶台和右片库；(4)右输片机械手伸出，将晶圆送到离子注入靶台上，然后右输片机械手收缩一段 安全距离，等待晶圆完成离子注入过程；同时，中输片机械手伸出，将已完成离子注入的晶 圆送到右片库中的片盒中，然后中输片机械手收缩一段安全距离，等待右片库中的片盒完 成升降过程；(5)右输片机械手伸出，将完成离子注入的晶圆从离子注入靶台上取走，右输片机 械手带着晶圆收缩回到右输片机械手的初始位置；同时，中输片机械手伸入右片库中，取出 一片待进行离子注入的晶圆，并收缩到中输片机械手的初始位置；(6)右输片机械手及中输片机械手旋转并分别对准右片库及离子注入靶台；(7)右输片机械手完成离子注入的晶圆送回右片库的片盒中，然后右输片机械手 收缩一段安全距离，等待右片库中的片盒完成升降过程；同时，中输片机械手伸出，将待进 行离子注入的晶圆送到离子注入靶台上，然后中输片机械手收缩一段安全距离，等待晶圆 完成离子注入过程；(8)整个系统重复上述(2)_(7)的步骤，直到右片库中所有的晶圆完成离子注入；在进行上述(2) _(8)的步骤时，左片库也在完成步骤(1)的工作大气机械手将多 片已完成定位的晶圆从靶室外部的大气环境中放入左片库的片盒中，然后左片库关闭，左片 库中的气泵开始工作，气泵将左片库中的空气抽出，直到左片库中的真空度和靶室内真空度 相同时，气泵停止工作；当右片库中所有的晶圆完成离子注入后，右隔离阀门关闭，左隔离阀 门打开；然后左输片机械手和中输片机械手相互配合完成和上述(2)_(8)相同的步骤。(三)有益效果本发明离子注入机晶圆传送系统使用了三台机械手来配合传送晶圆。在传送任意 一个片库中的晶圆时，两个机械手之间可以并行传送，只不过他们的传送顺序正好错开，以 避免在实际工作中两机械手运送晶圆时发生干涉。这样大大提高了晶圆传送的效率。此外， 本发明离子注入机晶圆传送系统为了更进一步提高晶圆的传送效率，将晶圆定位过程放到 了真空耙室外，即左片库和右片库的晶盒中所盛放的晶圆为已完成定位的晶圆。
图1是本发明离子注入机晶圆传送系统结构示意图2是本发明晶圆传送方法流程简图。下面结合附图和具体实施例对本发明离子注入机晶圆传送系统及晶圆传送方法 进行详细介绍。
具体实施例方式参见图1，离子注入机晶圆传送系统包括真空靶室1、左输片机械手2、中输片机械 手3、右输片机械手4、左隔离阀门5、右隔离阀门6、左片库7、右片库8及离子注入靶台9。 左输片机械手2、中输片机械手3、右输片机械手4均固定在真空靶室1内，三者依左中右排 布。左输片机械手2、右输片机械手4相对于中输片机械手3对称设置。左隔离阀门5隔 离左片库7和真空耙室9 ；右隔离阀门6隔离右片库8和真空耙室9。左片库7和右片库8 的晶盒中所盛放的晶圆为已完成定位的晶圆。左片室7和右片室8相对于中输片机械手3 对称设置。离子注入靶台9位于真空耙室1内。左输片机械手2的工作位包括左片库7和 离子注入靶台9，中输片机械手3的工作位包括左片库7、右片库8和离子注入靶台9，右输 片机械手4的工作位包括右片库8和离子注入靶台9。图1中的虚线分别表示各个机械手 的工作路线。当然，各个机械手还有其工作初始位置。在左片库7和右片库8中均设有用 于抽真空的气泵(图未示)。参见图2，图2是晶圆传送的流程简图，图中每个虚线框内的上下两部分流程为同 步进行，具体地说，右边的虚线框表示“右隔离门打开，然后右输片机械手和中输片机械手 配合传送右片库中所有晶圆，使其完成离子注入”，与此同时，“耙室外部的大气输片机械手 将已完成定位的晶圆送入左片库的片盒中，然后左片库抽真空”。左边的虚线框表示“耙室 外部的大气输片机械手将已完成定位的晶圆送入右片库的片盒中，然后右片库抽真空”，与 此同时，“左隔离门打开，然后左输片机械手和中输片机械手配合传送左片库中所有晶圆， 使其完成离子注入”。上述晶圆传送过程循环重复进行。下面介绍上述离子注入机晶圆传送系统进行晶圆传送的详细流程晶圆传送方法，其包括如下步骤(1)大气机械手(图未示)将多片已完成定位的晶圆从真空靶室1外部的大气环 境中放入右片库8的片盒中，然后右片库8关闭，右片库8中的气泵开始工作，气泵将右片 库8中的空气抽出，直到右片库8中的真空度和真空靶室1内的真空度相同时，气泵停止工 作，右隔离阀门6打开。(2)右输片机械手4伸入右片库8的片盒中取晶圆，取到晶圆后，右输片机械手4 带着晶圆收缩到右机械手4的初始位置，同时中输片机械手3将离子注入靶台9上已完成 离子注入的晶圆取走，并收缩到中输片机械手3的初始位置。(3)右输片机械手4及中输片机械手3旋转并分别对准离子注入靶台9和右片库 8。(4)右输片机械手4伸出，将晶圆送到离子注入靶台9上，然后右输片机械手4收 缩一段安全距离，等待晶圆完成离子注入过程；同时，中输片机械手3伸出，将已完成离子 注入的晶圆送到右片库8中的片盒中，然后中输片机械手3收缩一段安全距离，等待右片库 8中的片盒完成升降过程。(5)右输片机械手4伸出，将完成离子注入的晶圆从离子注入靶台9上取走，右输片机械手4带着晶圆收缩回到右输片机械手4的初始位置；同时，中输片机械手3伸入右片 库8中，取出一片待进行离子注入的晶圆，并收缩到中输片机械手3的初始位置。(6)右输片机械手4及中输片机械手3旋转并分别对准右片库8及离子注入靶台 9。(7)右输片机械手4完成离子注入的晶圆送回右片库8的片盒中，然后右输片机 械手4收缩一段安全距离，等待右片库8中的片盒完成升降过程；同时，中输片机械手3伸 出，将待进行离子注入的晶圆送到离子注入靶台9上，然后中输片机械手3收缩一段安全距 离，等待晶圆完成离子注入过程。(8)整个系统重复上述(2)_(7)的步骤，直到右片库中所有的晶圆完成离子注入。在进行上述(2)-(8)的步骤时，左片库也在完成步骤(1)的工作即，大气机械手 将多片已完成定位的晶圆从靶室外部的大气环境中放入左片库7的片盒中，然后左片库7 关闭。左片库7中的气泵开始工作，气泵将左片库7中的空气抽出，直到左片库中的真空度 和靶室内真空度相同时，气泵停止工作。当右片库8中所有的晶圆完成离子注入后，右隔离 阀门6关闭，左隔离阀门5打开；然后左输片机械手2和中输片机械手3相互配合完成和上 述(2)_(8)相同的步骤。这样依次反复，实现对左片库和右片库中晶圆的循环离子注入处 理。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
离子注入机晶圆传送系统，其特征在于，包括真空靶室、左输片机械手、中输片机械手、右输片机械手、左隔离阀门、右隔离阀门、左片库、右片库及离子注入靶台；左输片机械手、中输片机械手、右输片机械手均固定在真空靶室内，三者依左中右排布；左隔离阀门隔离所述左片库和真空耙室，右隔离阀门隔离所述右片库和真空耙室；离子注入靶台位于所述真空耙室内；左输片机械手的工作位包括左片库和离子注入靶台，中输片机械手的工作位包括左片库、右片库和离子注入靶台，右输片机械手的工作位包括右片库和离子注入靶台。
2.如权利要求1所述的离子注入机晶圆传送系统，其特征在于，所述左片库和右片库 的晶盒中所盛放的晶圆为已完成定位的晶圆。
3.如权利要求1所述的离子注入机晶圆传送系统，其特征在于，所述左片库和右片库 中均设有气泵。
4.如权利要求1所述的离子注入机晶圆传送系统，其特征在于，所述左输片机械手、右 输片机械手相对于中输片机械手对称设置。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的离子注入机晶圆传送系统，其特征在于，所述左 片库和右片库相对于所述中输片机械手对称设置。
6.晶圆传送方法，其特征在于，包括如下步骤(1)大气机械手将多片已完成定位的晶圆从真空靶室外部的大气环境中放入右片库的 片盒中，然后右片库关闭，右片库中的气泵开始工作，气泵将右片库中的空气抽出，直到右 片库中的真空度和真空靶室内的真空度相同时，气泵停止工作，右隔离阀门打开；(2)右输片机械手伸入右片库的片盒中取晶圆，取到晶圆后，右输片机械手带着晶圆收 缩到右机械手的初始位置，同时中输片机械手将离子注入靶台上已完成离子注入的晶圆取 走，并收缩到中输片机械手的初始位置；(3)右输片机械手及中输片机械手旋转并分别对准离子注入靶台和右片库；(4)右输片机械手伸出，将晶圆送到离子注入靶台上，然后右输片机械手收缩一段安全 距离，等待晶圆完成离子注入过程；同时，中输片机械手伸出，将已完成离子注入的晶圆送 到右片库中的片盒中，然后中输片机械手收缩一段安全距离，等待右片库中的片盒完成升 降过程；(5)右输片机械手伸出，将完成离子注入的晶圆从离子注入靶台上取走，右输片机械手 带着晶圆收缩回到右输片机械手的初始位置；同时，中输片机械手伸入右片库中，取出一片 待进行离子注入的晶圆，并收缩到中输片机械手的初始位置；(6)右输片机械手及中输片机械手旋转并分别对准右片库及离子注入靶台；(7)右输片机械手完成离子注入的晶圆送回右片库的片盒中，然后右输片机械手收缩 一段安全距离，等待右片库中的片盒完成升降过程；同时，中输片机械手伸出，将待进行离 子注入的晶圆送到离子注入靶台上，然后中输片机械手收缩一段安全距离，等待晶圆完成 离子注入过程；(8)重复上述(2)-(7)的步骤，直到右片库中所有的晶圆完成离子注入；在进行上述(2)-(8)的步骤时，左片库也在完成步骤(1)的工作大气机械手将多片已 完成定位的晶圆从靶室外部的大气环境中放入左片库的片盒中，然后左片库关闭，左片库 中的气泵开始工作，气泵将左片库中的空气抽出，直到左片库中的真空度和靶室内真空度相同时， 气泵停止工作；当右片库中所有的晶圆完成离子注入后，右隔离阀门关闭，左隔离 阀门打开；然后左输片机械手和中输片机械手相互配合完成和上述(2)-(8)相同的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种离子注入机晶圆传送系统及其晶圆传送方法。一种离子注入机晶圆传送系统，其包括真空靶室、左输片机械手、中输片机械手、右输片机械手、左隔离阀门、右隔离阀门、左片库、右片库及离子注入靶台；左输片机械手、中输片机械手、右输片机械手均固定在真空靶室内；左隔离阀门隔离左片库和真空耙室，右隔离阀门隔离右片库和真空耙室；离子注入靶台位于真空耙室内；左输片机械手的工作位包括左片库和离子注入靶台，中输片机械手的工作位包括左片库、右片库和离子注入靶台，右输片机械手的工作位包括右片库和离子注入靶台。该系统使用了三台机械手来配合传送晶圆，大大提高了晶圆传送的效率。
文档编号H01L21/677GK101964319SQ20101024527
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者万超, 付成龙, 刘志, 周于, 朱煜, 杨开明, 陈恳 申请人:清华大学