半导体工艺处理系统及其处理方法

专利名称：半导体工艺处理系统及其处理方法
技术领域：
本发明关于半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种半导体工艺处理 系统及其处理方法。
背景技术：
目前有两种常用的半导体工艺处理系统， 一种是对工艺件进行批量处 理的系统，而另一种则对工艺件进行单片处理。在批量处理系统中，多片 工艺件被同时水平地或垂直地放置并进行处理。
由于装置内同时处理多片工艺件，因此工艺件之间的间距是极为有限 的。这就需要以低气压处理来消除气体压力梯度， 一般而言，在工艺件间 距大于其厚度四分之一的情况下，压力应当小于500毫托，而这时的沉积 速率会小于100A/min。这意味着需要更长的加工时间。
虽然单片处理系统在产品处理均一性、热效应以及单批加工速度方面
具有优势，但是其低产能以及昂贵的生产成本显然是难以克服的致命缺陷。
为了解决以上问题美国专利第5855681号的背景部分提供了一种批量 处理的系统。如图12所示，这种批量处理系统101具有处理腔室102，处 理腔室中102具有多个处理平台103,这样处理腔室102就可以同时一次 处理多片工艺件，而不必考虑工艺件之间的间3巨问题。
但是这类系统也同样存在一些问题，而影响工艺件的处理速度和品质， 不能有效地进行大批量工艺件的同时处理。其中，主要影响处理品质的问
题在于各个处理平台的处理条件的均 一性。处理条件的均 一性主要有两方 面的影响，即反应气体和温度。
一般如果处理平台之间密闭的话，则形成
平台之间的热隔绝，各处理平台之间的温度均一难以控制；如果处理平台 之间不密闭，则各处理平台之间的反应气体可能形成相互串扰，影响各处 理平台之间处理气氛的均 一性。
因此，目前的包含多个处理平台的处理腔室仍不能均一地进行大批量 工艺件的同时处理。
此外，美国专利第6860965号提供了另一种工艺件批量处理系统。如 图13所示，该系统简化了传送室111,实现了机台更小的占地面积。但是 该系统装载系统112复杂，工艺件装载速度较慢，工序中需要留出一段时 间用于等待工艺件的装卸，影响了生产效率。这就需要提供一种快速的工 艺件装卸装置及方法，以减少装卸过程的等待时间，加快工艺件处理效率。
同时该专利中的工艺件处理装置只能拥有一个处理腔室113。因此减 小了每个机台能够同时处理的工艺件的数量，增加了生产成本。
除此以外，现有的工艺件批量处理装置还存在着一个共同的问题，即 机械结构复杂，不易维护，且传送装置在装卸或交换工艺件时，传送成本 较高，使得单位产能下降。

发明内容
本发明的目的在于提供一种解决目前工艺件量产装置可靠性不高、机 械结构复杂的问题的半导体工艺处理系统。
本发明是通过以下技术方法实现的 一种半导体工艺处理系统，包括
多个处理腔室，每一个所述处理腔室内部"^殳置有多个工艺件处理平台；
一传送室，所述多个处理腔室围绕所述传送室设置；
多个真空锁，与所述传送室相连，每一所述真空锁设置有多个槽用于放 置半导体工艺件，所述真空锁用来为所述多个处理腔室提供未处理的半导体
工艺件以及从所述多个处理腔室接收处理过的半导体工艺件；
一个设置于所述传送室内的传送装置，其具有至少两个可伸缩的传送 臂，每一个所述传送臂可以沿传送装置的主轴上下移动及作水平方向旋转以
调整位置，以便从所述多个真空锁和所述多个处理腔室内取出、放置半导体 工艺件。
本发明的另 一 目的在于提供一种解决目前工艺件量产装置处理均一不 高、不能高质量地进行工艺件批量处理的问题的半导体工艺处理系统。
本发明是通过以下技术方法实现上述目的的 一种半导体处理腔室， 包括腔室顶盖和腔室基盘，所述处理腔室内设置有多个处理平台，其特征 在于所述处理腔室内部还包括一个抽气隔离板放置于所述多个处理平台 上，所述抽气隔离板具有多个与处理平台相对应的抽气隔离孔。
其中，在半导体处理过程中，所述腔室顶盖和腔室基盘合在一起，于 其内部形成一个密闭反应空间，所述抽气隔离板位于所述密闭反应空间 内。所述腔室顶盖上设置有凹陷部，所述凹陷部和所述多个抽气隔离孔在 空间上相连通。所述腔室顶盖的凹陷部上设置有若干个与每一个抽气隔离 孔相对应的凸起的喷淋头，在所述抽气隔离板下方的腔室基盘中设置有与 每个抽气隔离孔相对应的加热基座，在半导体工艺件处理过程中，喷淋头 靠近抽气隔离板的抽气隔离孔并向放置于加热基座上的半导体工艺件喷 射反应气体，反应气体再从喷淋头与抽气隔离孔间的间隙排出而流入至凹 陷部。
所述的腔室顶盖上的凹陷部周边设有与凹陷部相连通的延伸部。所述 的抽气隔离板周围还设置有与所述延伸部相连通的排气口 。在腔室基盘上 设有至少一个用于排气的排气槽，且排气槽与抽气隔离板的排气口相连 通。所述的腔室基盘底部设有与所述排气槽相通的排气通道，所述排气通 道与排气装置相连。
所述的处理腔室中气流流向为反应气体由喷淋头送入每个处理平 台，对^:置在加热基座上的半导体工艺件进行处理，由于进气系统的气压
以及排气装置对反应气体的抽取，反应气体从喷淋头与抽气隔离孔间的间 隙中流出，进入腔室顶盖的凹陷部，并向凹陷部的延伸部流动，经抽气隔 离板的周围的排气口流至腔室基盘的排气槽中，再通过与排气槽相通的排 气通道进入排气装置。
所述抽气隔离板的周围设有多个对称的排气口 。
所述加热基座周围设有向上喷射的惰性气体气幕，以防止孩t粒尘埃在 加热基座下方沉积和薄膜生长。
所述抽气隔离孔的孔径上宽下窄。
另一技术方案为 一种半导体处理腔室，包括腔室顶盖和腔室基盘，所 述处理腔室内设置有多个处理平台，其特征在于还包括一个抽气隔离板放 置在所述多个处理平台上，所述抽气隔离板具有多个与处理平台对应的抽气 隔离孔，所述腔室顶盖上设置有多个与每一个抽气隔离孔相对应的凸起的喷 淋头，在所述抽气隔离板下方的腔室基盘中设置有与每个抽气隔离孔相对应 的加热基座，在半导体工艺件处理过程中，所述每一对应的凸起的喷淋头、 抽气隔离孔和加热基座共同作用使得各处理平台反应环境相互隔离。
其中，所述每一个对应的喷淋头、抽气隔离孔和加热基座共同作用处 理一片半导体工艺件。
所述抽气隔离孔的周边设有若干个放射状槽，所述放射状的槽的分布 为靠近抽气隔离板周边的 一侧较靠近抽气隔离板中心的 一侧疏。
腔室基盘正对传送室一侧设有用于装卸工艺件的装卸口 。加热基座底部 通有惰性气体以防止微粒尘埃在加热基座下方沉积和薄膜生长。
本发明的再一目的在于提供一种解决目前工艺件量产装置工艺件装卸 速度慢，工艺件处理效率低的问题的处理系统。
本发明是通过以下技术方法实现上述目的的 一种半导体工艺处理系统 的工艺件的传递方法，包括
提供多个处理腔室，每一个所述处理腔室内部设置有多个工艺件处理平
提供一传送室，所述多个处理腔室围绕所述传送室设置；
提供多个真空锁，与所述传送室相连，每一所述真空锁设置有多个槽用 于放置半导体工艺件，所述真空锁用来为所述多个处理腔室提供未处理的半
导体工艺件以及从所述多个处理腔室接收处理过的半导体工艺件；
提供一个设置于所述传送室内的传送装置，所述传送装置设置有至少一 第一传送臂和一第二传送臂，所述第一传送臂和第二传送臂可以伸缩，并且 可以分别沿传送装置的主轴上下移动及作水平方向旋转以调整位置，每一个 所述传送臂可分别从所述多个真空锁和所述多个处理腔室内取出、放置半导 体工艺件；
所述传送装置的第一传送臂从所述多个真空锁中的一个取出 一片未处 理的半导体工艺件，然后旋转该第一传送臂和第二传送臂至所述多个处理腔 室中的一个的一装卸口；
在竖直方向上移动所述传送装置的第二传送臂至对准所述装卸口的合 适方位，水平地移动该第二传送臂通过装卸口并进入所述处理腔室，从所述 处理腔室内取出一片处理过的半导体工艺件，然后，该第二传送臂携带着所 述处理过的半导体工艺件从所述装卸口缩回；
在竖直方向上移动所述传送装置的第一传送臂至对准所述装卸口的合 适方位，水平地移动该第一传送臂通过装卸口并进入所述处理腔室，将所述 未处理的半导体工艺件放入所述处理腔室内。
本发明的另一技术方案为 一种半导体工艺处理系统的工艺件装载方 法，包括
a. 提供多个处理腔室，每一个所述处理腔室内部设置有n个半导体工艺 件处理平台，每一个所述处理腔室包括一个装卸口；
b. 提供一工艺件交换平台，其可移动地设置于每一处理腔室内部，用于 在各处理平台之间传送工艺件；
c. 提供一传送室，所述多个处理腔室围绕所述传送室设置；
d. 提供多个真空锁，其与所述传送室相连，每一所述真空锁设置有多个
槽用于放置半导体工艺件，所述多个真空锁用来为所述多个处理腔室提供未
处理的半导体工艺件以及>^人所述多个处理腔室接收处理过的半导体工艺件；
e. 提供一个设置于所述传送室内的传送装置，所述传送装置设置有至少 一第一传送臂和一第二传送臂，所述第一传送臂和第二传送臂可以伸缩，并 且可以分别沿传送装置的主轴上下移动及作水平方向旋转以调整位置，所述 第一传送臂和第二传送臂可以分别指向所述每一个处理腔室的装卸口和所 述多个真空锁，以分别从所述多个真空锁和所述多个处理腔室内取出、放置 半导体工艺件；
f. 所述第一传送臂和第二传送臂从所述多个真空锁中的一个中各取出 一片未处理的半导体工艺件；
g. 旋转第一传送臂并且竖直地调整和水平地伸缩第一传送臂，使其位于 正对所述多个处理腔室的某一个的装卸口的位置；
h. 移动携带有一片半导体工艺件的所述第一传送臂，使其通过所述装卸 口并进入所述处理腔室内部，将半导体工艺件;改置在工艺件交换平台上；
i. 所述第一传送臂从处理腔室内部缩回； j.工艺件交换平台旋转n分之一圈；
k.旋转第二传送臂并且竖直地调整和水平地伸缩第二传送臂，使其位于 正对所述装卸口的位置；
1.移动携带有一片半导体工艺件的所述第二传送臂，使其通过装卸口并 进入处理腔室内部，将半导体工艺件放置在工艺件交换平台上；
m.所述第二传送臂从处理腔室内部缩回；
n.工艺件交换平台旋转n分之一圏；
o.重复上述步骤f至n,直至处理腔室的n个半导体工艺件处理平台均 对应装载一片半导体工艺件。
一种半导体工艺处理系统的工艺件卸载方法，包括
a.提供多个处理腔室，每一个所述处理腔室内部设置有n个半导体工艺 件处理平台，每一个所述处理腔室包括一个装卸口 ；
b. 提供一工艺件交换平台，其可移动地设置于每一处理腔室内部，用于
在各处理平台之间传送工艺件；
c. 提供一传送室，所述多个处理腔室围绕所述传送室设置；
d. 提供至少一真空锁，与所述传送室相连；
e. 提供一个设置于所述传送室内的传送装置，所述传送装置设置有至少 一第一传送臂和一第二传送臂，所述第一传送臂和第二传送臂可以伸缩，并 且可以分别沿传送装置的主轴上下移动及作水平方向旋转以调整位置，所述 第一传送臂和第二传送臂可以分别指向所述每一个处理腔室的装卸口和所 述真空锁，以分别从所述真空锁和所述多个处理腔室内取出、放置半导体工 艺件；
f. 旋转第一传送臂并且竖直地调整和水平地伸缩第一传送臂，使其位于 正对所述多个处理腔室的某一个的装卸口的位置；
g. 移动所述第一传送臂，使其通过所述装卸口并进入所述处理腔室内 部，从工艺件交换平台上取出一片处理过的半导体工艺件；
h. 第一传送臂携带着一片处理过的半导体工艺件从所述处理腔室内部 缩回；
i. 工艺件交换平台旋转n分之一圏；
j.旋转第二传送臂并且竖直地调整和水平地伸缩第二传送臂，使其位 于正对所述装卸口的位置；
k.移动所述第二传送臂，使其通过所述装卸口并进入所述处理腔室内 部，从工艺件交换平台上取出另外一片处理过的半导体工艺件；
1.第二传送臂携带着所述另外一片处理过的半导体工艺件从所述处理 腔室内部缩回；
m.旋转和伸缩所述第一传送臂和第二传送臂，并且在竖直方向调整所 述第一传送臂和第二传送臂的位置，使得所述第一传送臂和第二传送臂指向 所述真空锁；
n.所述第一传送臂和第二传送臂分别伸进所述真空锁将各自携带的所
述处理过的半导体工艺件放置于所述真空锁内；
0. 重复上述步骤f至n,直至所述处理腔室的n个半导体工艺件处理平 台的半导体工艺件都被卸载。
一种半导体工艺处理系统的工艺件交换方法，包括
a. 提供多个处理腔室，每一个所述处理腔室内部设置有n个半导体工艺 件处理平台，每一个所述处理腔室包括一个装卸口，其中至少一个所述处理 腔室的至少一个处理平台上放置有一片处理过的半导体工艺件；
b. 提供一工艺件交换平台，其可移动地设置于每一处理腔室内部，用于 在各处理平台之间传送工艺件；
c. 提供一传送室，所述多个处理腔室围绕所述传送室设置；
d. 提供多个真空锁，与所述传送室相连，每一所述真空锁设置有多个槽 用于放置半导体工艺件，所述真空锁用来为所述多个处理腔室提供未处理的 半导体工艺件以及从所述多个处理腔室接收处理过的半导体工艺件；
e. 提供一个设置于所述传送室内的传送装置，所述传送装置设置有至少 一第一传送臂和一第二传送臂，所述第一传送臂和第二传送臂可以伸缩，并 且可以分别沿传送装置的主轴上下移动及作水平方向旋转以调整位置，所述 第一传送臂和第二传送臂可以分别指向所述每一个处理腔室的装卸口和所 述多个真空锁，以分别从所述多个真空锁和所述多个处理腔室内取出、放置 半导体工艺件；
f. 旋转和伸缩第一传送臂并且竖直地调整第一传送臂，使其位于正对所 述多个真空锁的某一个的位置；
g. 第 一传送臂伸进所述真空锁取出 一片未处理过的半导体工艺件，再从 所述真空锁缩回；
h. 旋转所述放置有一片处理过的半导体工艺件的工艺件交换平台，使得 所述至少 一 片处理过的半导体工艺件正对其处理腔室的装卸口处；
1. 旋转和伸缩第二传送臂并且竖直地调整第二传送臂，使其位于正对所 述装卸口的位置； j.移动所述第二传送臂，使其通过所述装卸口并进入处理腔室内部，
从工艺件交换平台上取出所述处理过的半导体工艺件；
k.旋转和伸缩第一传送臂并且竖直地调整第一传送臂，使其位于正对 所述装卸口的位置；
1.将携带有所述未处理过的半导体工艺件的第一传送臂伸进所述处理 腔室，将所述未处理过的半导体工艺件放置在所述工艺件交换平台上，第一 传送臂再从所述处理腔室内缩回；
m.旋转和伸缩第二传送臂并且竖直地调整第二传送臂，使其位于正对 真空锁的位置；
j.第二传送臂伸进真空锁将处理过的半导体工艺件放置在真空锁内， 第二传送臂再从所述真空锁内缩回。
本发明采用独特的传送装置工艺件传送结构，可以更加迅速地装卸工艺 件，提高产能。本发明的处理腔室采用特殊设计的进排气系统，使得各处理 平台之间形成反应气体幕障，可以提升各平台之间的均一度，避免了不同处 理平台之间的反应气体串扰。


图l是本发明半导体工艺处理系统的立体结构示意图。 图2为本发明半导体工艺处理系统在省略处理腔室顶盖时的俯^L图。 图3为本发明半导体工艺处理系统的处理腔室的结构分解示意图。 图4为本发明半导体工艺处理系统的一个处理腔室在腔室顶盖打开状 态时的示意图。
图5为本发明半导体工艺处理系统的腔室基盘的底面示意图。
图6为本发明处理腔室的抽气隔离板的结构示意图。
图7为图4中所示的腔室基盘沿I-I线剖开的剖视图。
图8为本发明真空锁及传送室的结构示意图。
图9为本发明的传送装置位于处理腔室内的俯视图。
图IO为本发明的工艺件交换平台位于处理腔室内的俯视图。 图11为本发明的半导体工艺件装载过程示意图。 -图12为一种现有半导体工艺处理系统的示意图。 图13为另一种现有半导体工艺处理系统的示意图。
具体实施例方式
请参阅图1，图1是本发明半导体工艺处理系统的立体结构示意图。
本发明由一个标准的工厂界面1、两个真空锁2、 一个传送室3、 一个或多 个处理腔室4构成。其中，工厂界面1与真空锁2相邻。传送室3位于真 空锁2和处理腔室4之间。多个处理腔室4可围绕传送室3设置。每一个 处理腔室4中包含有多个处理平台5,每个处理平台5可处理一片半导体 工艺件。在如图l所示的实施例中，半导体工艺处理系统包括两个处理腔 室4,两个处理腔室4围绕传送室3设置。每一个处理腔室4上方均设置 有一个腔室顶盖8,为了便于本发明的说明，其中一个处理腔室4的腔室 顶盖8处于闭合状态，另一个腔室顶盖8处于打开状态。从闭合状态的腔 室顶盖8上可以看到，处理腔室4的腔室顶盖8上设有一个反应气体供应 装置6，该反应气体供应装置6可以通过进气管从腔室顶盖8的顶部向处 理腔室4内不同的处理平台5输入反应气体。从打开着的腔室顶盖8中可 以看到，腔室顶盖8内部具有一个凹陷部9,凹陷部9四周各有一个延伸 部10。在凹陷部9中具有与处理平台l的个数相同的多个凸起的喷淋头11, 喷淋头11上设有若干个均匀密布的细孔12以供反应气体供应装置6提供 的反应气体输入处理平台5内。另外，在处理腔室4的支架侧边还设有进 行工艺件处理所需的控制、排气以及动力装置7,为简洁起见，此处不详 述。本发明每一处理腔室4可以共用一套清洁源及反应气体提供装置、排 气泵和终端#:测器。在等离子体化学气相沉积的情况下，同一处理腔室4 的处理平台5之间还可以共用一套射频能量输入装置。
请参阅图2,图2是本发明半导体工艺处理系统在缺省处理腔室顶盖 时的俯视图。图2中的实施例中，传送室3是五边形的，可以在其周围最 多设置三个处理腔室4，图2的实施例中设置了两个，当然也可以只有一 个处理腔室4。在其他一些实施例中，传送室3也可以是其他不同的形状， 例如六边形。相应的，传送室3周围最多可设置的处理腔室4的数目也可 以不同。如图2所示的实施例中处理腔室4是具有带有四个倒角的四边形， 其内部设置有四个处理平台5。当然在其他的一些实施例中，处理腔室4 也可以拥有其他不同的形状以及不同数目的处理平台5。
请参阅图3,图3为本发明半导体工艺处理系统中的处理腔室的结构 分解示意图。在图3中，处理腔室包括腔室顶盖8、抽气隔离板13、工艺 件交换平台25、加热基座19以及腔室基盘18。其中，加热基座19通过 其中心轴31安装在腔室基盘18的轴孔31，中，抽气隔离板13、工艺件交 换平台25和腔室基盘18沿如图所示的共同的轴心线上下安装在一起，腔 室顶盖8与腔室基盘18机械连接在一起并且可以打开或闭合。当腔室顶 盖8盖在腔室基盘18上时，腔室顶盖8和腔室基盘18内部形成一个密闭 的工艺件处理腔室。需要说明的是，本发明中的处理腔室内部可以设置有 多个工艺件处理平台，为了^f更于说明，在图3所示的实施例中，仅以四个 工艺件处理平台为例。
腔室顶盖8向内凹陷，形成一个凹陷部9，该凹陷部9四周有延伸的 突起状的延伸部10。当处理半导体工艺件时，腔室顶盖8与腔室顶盖合上， 内部形成一个密闭反应腔体，反应气体会在凹陷部9内流动，并最终排出 处理腔室(容后详述)。腔室顶盖8的凹陷部9内设置有四个从凹陷部9 凸起的喷淋头11,喷淋头11上均匀分布着供反应气体输入的细孔12。
抽气隔离板13上设置有与喷淋头11的个数及位置相对应的若干个抽 气隔离孔16。抽气隔离孔16的孔径上宽下窄，对应地，腔室顶盖8上的 喷淋头11直径小于该抽气隔离孔16的上端直径，大于该抽气隔离孔16 的下端直径，这种设置使得当腔室顶盖8盖在腔室基盘18时，喷淋头11
和抽气隔离孔16有较紧密的接触。另外，抽气隔离板13周围还设置有四
个与腔室顶盖8的凹陷部9的延伸部IO相连通的排气口 14。
工艺件交换平台25用于在各处理平台5之间传送工艺件，其具有一 转轴孔33及沿转轴孔33外围均匀设置的与工艺件平台数目相对应对数的 可开合的传送臂37,每一对传送臂37上用于放置工艺件。工艺件交换平 台25可以旋转，并可以使每一对传送臂37正好位于一处理平台5的上方。 本实施例中，抽气隔离板排气口工艺件交换平台25具有四对可开合的传 送臂37与抽气隔离板13的抽气隔离孔16相对应。
加热基座19具有一个呈圆形的加热平台，加热平台下面的中心位置 处有一个支撑杆31,可以在腔室基盘18中沿轴孔31，上下升降。加热平台 上放置用于处理的工艺件。为了配合工艺件交换平台25在加热基座19上 取放工艺件，加热基座19上还设有多个可沿腔室基盘18的轴孔20，上下 移动的顶针20。顶针20的个数及排列方式可以有多种，在如图3所述的 实施例中，每个加热基座19上具有三个呈三角形分布的顶针20。
结合参考图3和图4,腔室基盘18中间设有一个与工艺件交换平台 25的转轴孔33共轴心的轴孔33'，工艺件交换平台25通过一转动机构(未 图示)安装在腔室基盘18中的轴孔33，上。腔室基盘18内设置有4个工 艺件处理平台5,每一个工艺件处理平台里面设置一个轴孔31，和三个轴孔 20，，加热基座19的支撑杆31可在轴孔31，内上下升降，顶针20可在轴孔 20，内上下升降。腔室基盘18正对一个工艺件处理平台5的一侧设置有一 个供工艺件进出的工艺件装卸口 23。腔室基盘18上在工艺件装卸口 23相 对两侧各设置有一个用于排气的排气槽17。腔室基盘18底部还设置有与 排气通道21相连通的排气装置22。请再结合参考图7，图7是图4中所 示的腔室基盘18沿I-I线剖开的剖视图。由图7可知，排气槽17和排气 通道21之间通过一连接槽27使二者连通在一起。因此，排气槽17、排气 通道21和排气装置22相互连通。
图6是本发明的抽气隔离板13的结构示意图，如图6所示，抽气隔
离板13的抽气隔离孔16的周边设有若干个放射状的槽24,抽气隔离板13 周围还设置有与腔室顶盖8的凹陷部9的延伸部IO相连通的多个排气口 14。
请结合参考图3，在工艺件处理时，腔室顶盖8盖在腔室基盘18上形 成一个处理腔，在处理腔内，抽气隔离板13放置在腔室基盘18上，并且 抽气隔离板13的每一个抽气隔离孔16正好位于加热基座19的上方，腔 室顶盖8的喷淋头11与抽气隔离板13的抽气隔离孔16紧靠，加热基座 19与抽气隔离板13紧靠，被处理的工艺件放在加热基座19与抽气隔离板 13之间，工艺件交换平台25的传送臂37可以通过各种方式的设置使传送 臂37位于不阻挡加热基座19的位置，/人而不影响/人喷淋头11上喷出的反 应气体直接喷射到位于加热基座19上的工艺件上。由此，喷淋头11、抽 气隔离板13和加热基座19共同作用处理一片半导体工艺件。反应气体供 应装置6从腔室顶盖8的顶部通过喷淋头ll上的细孔12给处理平台5输 入反应气体。反应气体从喷淋头11上喷出来，对放置在加热基座19上的 半导体工艺件进行处理，由于抽气隔离板13上设置有放射状槽24，使得 腔室顶盖8上的喷淋头11与抽气隔离板13不能完全密闭，从喷淋头11 上的密布的细孔12上进入处理平台5的反应气体在处理过工艺件后，经 过由这些放射状槽24构成的抽气隔离板孔隙漏出，进入腔室顶盖8向内 凹陷的凹陷部9，并向凹陷部9的延伸部10流动，由于延伸部10与抽气 隔离板13的多个排气口 14相连通，再由于排气装置22的作用，漏出的 气体自动流至抽气隔离板13上的多个排气口 14处，因为多个排气口 14 与设置在腔室基盘18上的排气槽17相连通，且由于排气槽17和排气通 道21相连通，气体就由此通路进入了排气通道21,最终被排气装置22抽 出，形成一个完整的进气排气系统。由于反应气体供应装置6的气压以及 排气装置22对反应气体的抽取，整个进气排气系统的反应气体的流速可 以4艮快，在处理平台5周围形成气幕，使得各个平台之间的反应气体不至 于互相干扰。 进一步地，考虑到处理腔室4内部气压大小的不同而对反应气体的流 速产生的影响，本发明将放射状槽24的分布设置为靠近抽气隔离板13周 边的一侧较靠近抽气隔离板13中心轴孔35的一侧疏。这.样对于每个放射 状槽24中流出的反应气体流到排气装置22的难易程度是一致的，因而气 流也就更力p均匀。
由于处理腔室4内的处理平台5是对称设置的，每个处理平台5排出 的反应气体所受到的阻碍是一致的。本发明通过靠近抽气隔离板13周围 设置在腔室基盘18上的排气槽17使得排出的气体被均匀、迅速地被抽出， 保证了多片工艺件之间的处理均一性。而且本发明釆用了喷淋头11与抽气 隔离板13之间的由放射状槽14构成的孔隙来作为处理平台5的排气口 ， 使得处理平台5中的气流更为均匀，而且排出的气体形成了气幕，在腔室 内部开放的条件下形成了气幕隔离，使得各处理平台的处理环境相对独 立。此外还可以在加热基座19周围设有向上喷射的惰性反应气体气幕， 进一步防止反应气体从加热基座19与抽气隔离板13之间的缝隙泄漏或进 入。通过这些措施，可以有效地避免处理平台5之间反应气体的相互干扰。
请参考图2，图2为本发明半导体工艺处理系统在省略处理腔室顶盖 时的俯视图。工艺件由工艺件匣经流水线送至本发明的半导体工艺处理系 统，工厂界面l从工艺件匣中取出工艺件放置到真空锁2中。传送室3中 设有一传送装置15,该传送装置15具有至少两个可以分别伸缩的传送臂 (容后详述)。在图中所示的实施例中，传送装置15是一个具有两个传送 臂的双臂机器人，当然也可以是包括两个以上传送臂的机器人。该传送装 置15将工艺件自真空锁2中取出，放置到处理腔室4中的处理平台5里。 在一个处理腔室4的所有处理平台5内放置完工艺件时，该处理腔室4就 可以进行工艺件处理。处理完以后，再由传送室3中的传送装置15取出 处理完的工艺件，同时在原位放入未处理的工艺件再进行下一批次的处 理。取出的工艺件放入真空锁2中冷却。冷却完后再经由工厂界面l将其 放置到流水线上的工艺件匣中送入下 一个工艺步骤进行处理。
请参阅图8，图8是本发明的真空锁2及传送室3的结构示意图。本 发明具有两个真空锁2,真空锁2.位于五边形传送室3靠近工厂界面1的 两个相邻边。其中每个真空锁2被分隔成四个槽，每个槽中可容纳一片工 艺件。真空锁2及其每个槽可以被抽成真空。工厂界面l可以一次或多次 地将真空锁2中的四个槽里的工艺件装上或取走。在另外一些实施例中真 空锁2可以被分割成交换层和冷却层，前者用于工艺件在真空锁2和处理 腔室4之间的转送，而后者则用于冷却处理完的工艺件，并将其送至非真 空环境中以供工厂界面1取走。
如图8中的传送室3是一个五边形的真空腔室。在传送室3内具有一 个传送装置15,传送装置15的两个传送臂可以在水平面上同步旋转或独 立旋转各自角度(比如，两个传送臂可以旋转成相互呈180度)，以及在 竖直方向各自沿主轴上下移动，并可以在水平方向上前后伸缩。工作时， 工厂界面l从工艺件传送盒中提取工艺件至真空锁2中，再由传送室3中 的传送装置15将工艺件装入处理腔室4。
图9为本发明的传送装置位于处理腔室内的俯视图，该传送装置15 具有两个传送臂151、 152,该两个传送臂151、 152位于同一主轴的上下 位置。传送装置15的两个传送臂151、 152可以在真空锁2 (图2)和处 理腔室4 (图2)之间的水平面上同步旋转或独立旋转。传送装置15每次 由某一个传送臂(传送臂151或传送臂152)向一个处理腔室通过其工艺 件的装卸口 23装入或卸出一片工艺件，且传送装置15每次在一个或多个 真空锁2中可取出两片工艺件。传送装置15的每一个臂151、 152可以随 传送装置15的主轴在竖直方向上下移动调整位置，并且传送装置15的每 一个臂151、 152都可以自由地在水平方向上前后伸缩。传送装置15的两 个传送臂151、 152可以同时指向某一个方向，比如，同时指向同一个真 空锁或同一个处理腔室，也可以各自单独旋转指向不同的方向，比如，两 个传送臂分别指向同一个真空锁的两个不同的工艺架，或分别指向不同的 两个真空锁的工艺架；或者， 一个传送臂指向一个真空锁，用于向该真空
锁内取或放半导体工艺件，而另一个传送臂指向一个处理腔室，用于向该
处理腔室内取或放半导体工艺件；或者，两个传送臂分别指向设置于传送 室边上的两个不同的处理腔室，用于分别向两个处理腔室内取或放半导体 工艺件。因此，本发明的传送装置的多个传送臂可以灵活地单独执行半导 体工艺件的取放动作，可以同时从一个或多个真空 锁内装载或卸载两片半导体工艺件，也可以连续地无等待时间地向一个或 多个处理腔室内完成半导体工艺件的装载、卸载或交换动作，尤其适用于
集成有多个真空锁或处理腔室的半导体工艺处理系统，因而整个半导体工 艺处理系统的生产量(throughput)被大大提高。因此，本发明的传送装置 15在工艺件交换或装卸过程中，只需要通过调整传送装置15的传送臂 151、 152的竖直位置，真空锁2工艺件支架与和处理腔室4中的工艺件交 换平台25在竖直位置固定，只通过传送装置15的运动完成工艺件交换。
请参阅图10,抽气隔离板13与加热基座19之间设有与每个抽气隔离 孔16相对应的工艺件交换平台25。在如图IO所示的实施例中，该工艺件 交换平台25共有四对传送臂37与四个抽气隔离孔16相对应。该工艺件 交换平台25可以旋转使其每一对传送臂37位于处理平台5的上方，传送 臂37上方用以放置半导体工艺件，通过配合图3中的顶针20的动作，可 以很容易地将半导体工艺件从工艺件交换平台25的传送臂37上放置到加 热基座19上，或反之，将半导体工艺件从加热基座19上放置到工艺件交 换平台25的传送臂37上，这种工艺件的传递动作在现有技术中很普遍， 可以有多种方式，此处不详述。该工艺件交换平台25还可以旋转使得其 中一对与装卸口 23正对，以配合传送室3内的传送装置15将工艺件放置 于工艺件交换平台25的一对传送臂37上或从传送臂37上卸载工艺件。
处理完毕后，再将工艺件取出腔室。先配合图3中的顶针20的动作， 使工艺件落置于工艺件交换平台25上的四对传送臂37上。通过转动工艺 件交换平台25，使工艺件交换平台25上的每一对传送臂37依次移至正对 工艺件装卸口 23的一侧，再由传送装置15的传送臂通过工艺件装卸口 23从每一对传送臂37上取出处理过的工艺件，并传送至真空锁2。
下面结合附图介绍一下传送装置装卸工艺件的流程。如图11所示，这 里以两个真空锁201、 202、 一个含有传送装置15的传送室3以及两个处 理腔室401、 402的结构为例。在本实施例中两个真空锁201、 202各有四 个槽(未图示)。传送装置15具有两个传送臂151、 152;两个处理腔室 401和402分别具有一个装卸口 231、 232正对传送室3,处理腔室401、 402内分别具有四个处理平台，即处理平台511、 512、 513、 514以及处理 平台521、 522、 523、 524。
一开始真空锁201、 202内各有四片工艺件，两个处理腔室401、 402 内没有工艺件。传送装置15利用其两个传送臂151、 152分别从真空锁201 的两个槽中拿出一片工艺件，此时两个传送臂151、 152处于上下竖直位 置。再将两个传送臂151、 152在水平方向上旋转至面向处理腔室401的 装卸口 231处，接着调整传送臂151的竖直位置，使其正对装卸口 231, 并通过前后伸缩传送臂151将传送臂151所持的工艺件放在工艺件交换平 台25上的一对传送臂37上，工艺件交换平台25旋转四分之一圈；接下 来传送装置15的另外一个传送臂152在竖直方向上调整至正对装卸口 231 处，将传送臂152所持的工艺件放在工艺件交换平台25上的下一对传送 臂37上，工艺件交换平台25再旋转四分之一圏。尔后传送装置15再返 回原位，从真空锁201的另外两个槽中取出两片工艺件，并将传送臂151、 152旋转至正对装卸口 231处。重复前述过程，将工艺件先后》文在工艺件 交换平台25上，工艺件交换平台25旋转一周后，四对传送臂37上都承 载有工艺件，再通过工艺件交换平台25的上下升降及配合顶针20的动作 将工艺件一起》文在处理平台511、 512、 513、 514上。如此完成一个处理腔 室401的工艺件装载工作。再将传送装置15退至真空锁202的位置，重 复上述步骤完成处理腔室402的工艺件装载工作。
装载完成后，真空锁201、 202可以通过需要从工艺件匣中重新装载工 艺件。以上实施例中，真空锁201、 202中的工艺件取放的顺序是自由的，
并不一定需要自上而下或自下而上。
处理腔室401、 402处理完成后，需要将处理腔室401、 402中的已处-理过的工艺件取出，并换上未处理的工艺件。具体过程如下传送装置15 从真空锁201中用其传送臂152从真空锁201中的一个槽中取出一片未处 理的工艺件，将传送装置15旋转至处理腔室401的装卸口 231处。此时 假设传送臂152在传送臂151下方，传送臂151正对装卸口 231。传送臂 151从工艺件交换平台25上正对装卸口 231的一对传送臂37上取出一片 处理过的工艺件，取走后，正对装卸口 231的一对传送臂37上没有工艺 件，可以等待放入一片新的未处理的工艺件，接着，传送臂152上升到正 对装卸口 231的位置，并将其从真空锁中取出的一片新的未处理的工艺件 放在工艺件交换平台25上刚取走处理过的工艺件的一对传送臂37上，从 而可以只通过传送装置15的上下传送臂151、 152的动作，在工艺件交换 平台25的同一对传送臂37上用一片新的未处理的工艺件来换上一片处理 过的工艺件。然后，工艺件交换平台25再旋转四分之一圈。传送装置15 返回原位，其传送臂151将其从工艺件交换平台25上取到的工艺件放在 真空锁201中的槽中，传送臂152再从真空锁201中的另一个槽中取出一 片工艺件。重复以上步骤，直到一个处理腔室的四片工艺件全部交换完成 后，工艺件交换平台25再统一将工艺件放置到处理平台上。紧接着再进 行处理腔室402的工艺件交换工作。
真空锁设计的另外一个较佳实施例是将真空锁设计成两层，其中上层 是交换层用于工艺件的传送和交换，而下层则设有易于散热的石英垫，这 样的设计可以加快工艺件的冷却速度。假定有4片工艺件在处理腔室中处 理。工厂界面1会^:置一个未处理的工艺件在交换层，传送装置15用传 送臂152从真空锁的交换层中取出未处理的工艺件并旋转至处理腔室401 的装卸口 231位置。传送臂151正对装卸口 231，传送臂152在传送臂151 下方。传送>,151将工艺件交换平台25上处理完的工艺件取出，然后传 送臂152上升至正对装卸口 231的位置，将其从真空锁中取出的工艺件放
在工艺件交换平台25上，工艺件交换平台25转动四分之一。传送装置15 旋转至真空锁202,传送臂151将处理完的工艺件放入其冷却层，传送臂 152从真空锁202的交换层中拣起一处新的未处理的工艺件。真空锁201 和202的交换层从工厂界面1取得新的未处理工艺件。真空锁202的冷却 层冷却该工艺件并送至非真空环境中以便工厂界面l拾取。以上完成了一
片工艺件的交换。接着传送装置15在完成交换后又返回真空锁201。重复 同样的步骤，直至处理腔室401中的工艺件交换完成，再进行处理腔室402 的工艺件交换过程。
以上实施例中仅介绍了具有四个处理平台的处理腔室，对于每个处理 腔室具有其他数目个处理平台的半导体工艺处理系统也可以依上例简单 类推出其装卸方法。
由于本发明的传送装置具有至少两个位于上下位置关系的传送臂，并 且传送臂可以沿传送装置主轴在竖直方向上调节其上下位置，因此，在传 送装置从真空锁或处理腔室内拾取工艺件时，可以只通过传送装置的运 动，而不需要真空锁或处理腔室在竖直方向调整，即可完成工艺件装卸或 交换动作。详言之，半导体工艺处理系统在工艺件装卸或交换的过程中， 只需要调节传送装置的多个传送臂在竖直方向的位置，而不需要像现有技 术中的半导体工艺处理系统要调整真空锁或处理腔室在竖直方向的位置。 并且，只通过传送装置的上下传送臂的动作，使之分别对准处理腔室的装 卸口 ，可以很容易地在处理腔室内的工艺件交换平台的同一对传送臂上用 一片新的未处理的工艺件来换上一片处理过的工艺件，从而可以更加迅速 及低成本地装卸和交换工艺件，提高产能。
本发明运用上述的传送装置于半导体工艺处理系统中，具有很多优点 和现有技术的双刀片双臂(dual blades dual arms)的传送装置相比，本发明的 传送装置的制作成本更低，且在传送半导体工艺件的过程中，定位更灵活 且准确度更高；另外，本发明的传送装置的至少两个传送臂是沿主轴上下 设置的，不同于现有技术的传送装置的双臂是依水平方向设置的，因而本
发明的传送室可以设置得很小，不仅便于传送室的设计，而且使整个半导 体工艺处理系统的占地面积变小，大大降低制造成本和维护成本。再者， 本发明的传送装置的多个传送臂可以灵活地单独执行半导体工艺件的取 放动作，可以同时从一个或多个真空锁内装载或卸载两片半导体工艺件， 也可以连续地无等待时间地向一个或多个处理腔室内完成半导体工艺件 的装载、卸载或交换动作，尤其适用于集成有多个真空锁或处理腔室的半 导体工艺处理系统，因而整个半导体工艺处理系统的生产量^C大大提高。
以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定 本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、 组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替 换均不超出本发明的揭露以及保护范围。
权利要求
1、一种半导体处理腔室，包括腔室顶盖和腔室基盘，所述处理腔室内设置有多个处理平台，其特征在于所述处理腔室内部还包括一个抽气隔离板放置于所述多个处理平台上，所述抽气隔离板具有多个与处理平台相对应的抽气隔离孔。
2、 根据权利要求1所述的半导体处理腔室，其特征在于在半导体 处理过程中，所述腔室顶盖和腔室基盘合在一起，于其内部形成一个密闭 反应空间，所述抽气隔离板位于所述密闭反应空间内。
3、 根据权利要求1所述的半导体处理腔室，其特征在于所述腔室顶 盖上设置有凹陷部，所述凹陷部和所述多个抽气隔离孔在空间上相连通。
4、 根据权利要求3所述的半导体处理腔室，其特征在于所述腔室 顶盖的凹陷部上设置有若干个与每一个抽气隔离孔相对应的凸起的喷淋 头，在所述抽气隔离板下方的腔室基盘中设置有与每个抽气隔离孔相对应 的加热基座，在半导体工艺件处理过程中，喷淋头靠近抽气隔离板的抽气 隔离孔并向放置于加热基座上的半导体工艺件喷射反应气体，反应气体再 从喷淋头与抽气隔离孔间的间隙排出而流入至凹陷部。
5、 根据权利要求4所述的半导体处理腔室，其特征在于所述的腔 室顶盖上的凹陷部周边设有与凹陷部相连通的延伸部。
6、 根据权利要求5所述的半导体处理腔室，其特征在于所述的抽 气隔离板周围还设置有与所述延伸部相连通的排气口 。
7、 根据权利要求6所述的半导体处理腔室，其特征在于在腔室基 盘上设有至少一个用于排气的排气槽，且排气槽与抽气隔离板的排气口相 连通。
8、 根据权利要求7所述的半导体处理腔室，其特征在于所述的腔 室基盘底部设有与所述排气槽相通的排气通道，所述排气通道与排气装置 相连。
9、 根据权利要求8所述的半导体处理腔室，其特征在于所述的处 理腔室中气流流向为反应气体由喷淋头送入每个处理平台，对放置在加 热基座上的半导体工艺件进行处理，由于进气系统的气压以及排气装置对 反应气体的抽取，反应气体从喷淋头与抽气隔离孔间的间隙中流出，进入 腔室顶盖的凹陷部，并向凹陷部的延伸部流动，经抽气隔离板的周围的排 气口流至腔室基盘的排气槽中，再通过与排气槽相通的排气通道进入排气 装置。
10、 根据权利要求l所述的半导体处理腔室，其特征在于抽气隔离 板的周围设有多个对称的排气口 。
11、 根据权利要求4所述的半导体处理腔室，其特征在于加热基座 周围设有向上喷射的惰性气体气幕，以防止微粒尘埃在加热基座下方沉积 和薄膜生长。
12、 根据权利要求1所述的半导体处理腔室，其特征在于所述抽气 隔离孔的孔径上宽下窄。
13、 一种半导体处理腔室，包括腔室顶盖和腔室基盘，所述处理腔室 内设置有多个处理平台，其特征在于还包括一个抽气隔离板放置在所述 多个处理平台上，所述抽气隔离板具有多个与处理平台对应的抽气隔离 孔，所述腔室顶盖上设置有多个与每一个抽气隔离孔相对应的凸起的喷淋 头，在所述抽气隔离板下方的腔室基盘中设置有与每个抽气隔离孔相对应 的加热基座，在半导体工艺件处理过程中，所述每一对应的凸起的喷淋头、 抽气隔离孔和加热基座共同作用使得各处理平台反应环境相互隔离。
14、 根据权利要求13所述的半导体处理腔室，其特征在于所述每 一个对应的喷淋头、抽气隔离孔和加热基座共同作用处理一片半导体工艺 件。
15、 根据权利要求13所述的半导体处理腔室，其特征在于抽气隔 离孔的周边设有若干个放射状槽，所述放射状的槽的分布为靠近抽气隔离 板周边的一侧较靠近抽气隔离板中心的一侧疏。
全文摘要
一种半导体工艺处理系统，其包括真空锁、传送室、以及一个或多个处理腔室；其中，传送室位于真空锁和处理腔室之间，处理腔室可围绕传送室设置；传送室内设有传送装置。本发明可以只通过传送装置的运动，而不需要真空锁或处理腔室在竖直方向调整位置，即可完成工艺件装卸或交换动作，从而可以更加迅速及低成本地装卸和交换工艺件，提高产能。本发明还公开了一种采用特殊设计的进排气系统的处理腔室，使得处理腔室内的各处理平台之间形成反应气体幕障，可以提升各处理平台之间的均一度，避免了不同处理平台之间的反应气体串扰。
文档编号H01L21/00GK101174556SQ20071019497
公开日2008年5月7日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者陈爱华 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司