TWI465380B - 晶圓傳輸系統 - Google Patents

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Chun Ho Chen
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Description

晶圓傳輸系統
本申請是有關於一種晶圓傳輸系統。
隨著積體電路之半導體元件的積集度日益增加，製程的準確度及生產效率 相對重要。在半導體製程中發生些微的錯誤，便可能導致製程失敗，造成晶圓的毀損，因而耗費大量成本。
然而，已知晶圓傳輸系統的結構與運動方式相當複雜，須藉由包括桿件與軸承等的機械手臂進行旋轉、延伸及縮回等動作，以將晶圓傳輸到定位，因此致使生產效率受限。然而，機械手臂頻繁使用後往往會造成傳動元件的材料老化、磨耗甚至是變形，而導致材料顆粒的產生與粉塵掉落，成為汙染源。在機械手臂傳送晶圓的過程中，這些掉落的顆粒通常會隨著製程氣體的流動方向而在晶圓上產生缺陷(defect)或造成表面的刮傷或甚至於破片等情形。
除此之外，晶圓傳輸系統在長期使用後，上述傳動元件的材料老化、磨耗越益嚴重，因而當機台運轉一段的時間後就必須停機以更換老化、摩耗的元件，導致時間及成本的浪費，影響製程產率。
本申請提供一種晶圓傳輸系統，其結構與運動方式簡 單，並可對料件進行快速的傳輸，因而可大幅延長傳動元件的使用壽命，防止材料老化、磨耗，有助於降低成本，提升生產能力(throughput)。
本申請提供一種晶圓傳輸系統，可將入料步驟與後續之分類或其他製程步驟自動化，以節省時間成本。
為具體描述本申請之內容，在此提出一種晶圓傳輸系統，適於傳輸來自一晶圓匣(cassette)的多個晶圓。所述晶圓傳輸系統包括定位治具(locating jig)、入料機構(feeding mechanism)、承載單元以及取放單元(unload/load unit)。定位治具具有對應於所述晶圓的多個容置槽，而入料機構適於沿一平面上的一第一方向將晶圓匣內的所述多個晶圓同時載入定位治具的所述容置槽。承載單元包括一旋轉盤(rotary table)，旋轉盤上設置有多個承載部。旋轉盤適於沿著垂直平面的一軸向轉動，使所述多個承載部依序通過一放料位置(load position)，其中放料位置以及定位治具在平面上的投影沿著第一方向排列。取放單元用以將定位治具內的晶圓分別且依序地傳送到位於放料位置的承載部。
在本申請的一實施例中，所述晶圓匣適於沿著平面上的一第二方向移動，且第二方向實質上垂直於第一方向。
在本申請的一實施例中，晶圓匣內的晶圓沿著垂直平面的一第三方向相互層疊，且第三方向垂直於前述第二方向。相應地，定位治具的容置槽可沿著第三方向排列，且各容置槽在第一方向上具有相對的一第一開口以及一第二開口。各晶圓適於由第一開口進入容置槽，並且適於由第 二開口離開容置槽。
在本申請的一實施例中，所述取放單元適於承載相應的晶圓沿著所述第一方向移動至放料位置的上方，並且沿著所述第三方向將晶圓放置於放料位置的承載部上。
在本申請的一實施例中，所述旋轉盤為圓形或對稱多邊形。
在本申請的一實施例中，所述定位治具的底部鏤空，且旋轉盤的所述多個承載部的底部鏤空。取放單元位於定位治具與旋轉盤的下方，以經由所述多個鏤空處取放晶圓。
在本申請的一實施例中，取放單元包括一機械手臂以及一真空吸嘴模組。所述真空吸嘴模組位於機械手臂的一端，用以吸取晶圓。
在本申請的一實施例中，所述多個承載部等分地設置於旋轉盤上。
以下藉由實施例搭配圖式來說明本申請的晶圓傳輸系統可能的實施態樣。
圖1繪示依照本申請的一實施例的一種晶圓傳輸系統100。圖2為此晶圓傳輸系統100的局部放大圖。本實施例的晶圓傳輸系統100包括入料機構110、定位治具120、承載單元130以及取放單元140。圖2的放大圖省略了承載單元130，以清楚表示位於承載單元130下方的取放單元140。
本實施例的晶圓傳輸系統100可應用於半導體製程中，用以在各個製程反應室間傳輸晶圓102。通常，晶圓102被儲存於晶圓匣180內，並且藉由晶圓傳輸系統100將晶圓102從晶圓匣180中取出，以在製程反應室內進行製程。在製程完成後，再將晶圓102取回並傳送至預定進行後續製程步驟的另一個製程反應室內；或者，於製程結束後將晶圓102傳送回晶圓匣180中，以完成一系列的製程步驟。
如圖1所示，多個晶圓匣180分別承載不同批次的晶圓102，並且被輸送帶190沿著X-Y平面上的Y方向依序傳送到入料機構110與定位治具120之間的入料位置P1。通常，晶圓102是以層疊方式儲存於晶圓匣180內。請同時參見圖3A~3D，對應於晶圓匣180的設置，定位治具120內設有可容納同一批晶圓102的多個容置槽122。例如，本實施例的晶圓102是沿Z方向層疊於晶圓匣180內，而定位治具120的容置槽122也是沿著Z方向排列。
此外，各容置槽122在X方向上具有相對的第一開口122a以及第二開口122b。入料機構110適於沿X方向將位於入料位置P1的晶圓匣180內的晶圓102同時載入定位治具120的容置槽122。具體而言，本實施例的入料機構110與定位治具120分別位於晶圓匣180的相對兩側。入料機構110包括氣壓缸112以及連接氣壓缸112的連桿114，其中氣壓缸112適於驅動連桿114沿著X方向移動，而位於連桿114前端的頂塊114a適於同時推頂晶圓匣180 內的晶圓102，使晶圓匣180內的所有晶圓102分別沿著X方向由各容置槽122的第一開口122a進入定位治具120。在此，即使晶圓102在晶圓匣180中被輸送時發生位移或錯位，仍可藉由頂塊114a的推頂以及定位治具120的定位，使得晶圓102整齊地排列於定位治具120內，以利後續製程步驟的進行。
在晶圓102被載入定位治具120的容置槽122之後，可以藉由承載單元130以及取放單元140將定位治具120內的晶圓102取出並進行分類或其他製程步驟。本實施例的承載單元130例如是旋轉盤(rotary table)，其適於沿著垂直X-Y平面的轉軸A轉動，以提供可相互輪換的多個承載部130a。所述多個承載部130a設置於承載單元130上，並且隨著承載單元130轉動而依序通過放料位置S1。藉此，可形成相互輪換的承載部130a，並可藉由取放單元140將定位治具120內的晶圓102分別且依序地傳送到位於放料位置S1的承載部130a。
請同時參見圖3A~3D，放料位置S1以及定位治具120在X-Y平面上的投影沿著X方向排列，而取放單元140具有X方向以及Z方向的兩個運動自由度，是以當晶圓匣180內的所有晶圓102分別沿著X方向被載入定位治具120之後，取放單元140可以將晶圓102由容置槽122的第二開口122b取出，並且沿X方向與Z方向將晶圓102傳送至承載單元130的承載部130a。
另一方面，為了方便取放單元140作業，本實施例的 定位治具120的底部以及承載單元130的承載部130a的底部是鏤空的。如此，位於定位治具120與承載單元130下方的取放單元140可經由前述鏤空處來取放晶圓102。取放單元140例如是末端設有真空吸嘴模組144的機械手臂142，真空吸嘴模組144用以吸取晶圓102，並由機械手臂142帶往承載單元130的承載部130a。
如圖3A~3D所示之本實施例的晶圓傳輸系統100的作動示意圖，承載晶圓102的晶圓匣180首先被傳送到圖3A所示的入料位置P1，接著入料機構110沿X方向將晶圓匣180內的晶圓102由容置槽122的第一開口122a載入定位治具120。然後，入料機構110可退回原位。之後，如圖3C所示，取放單元140由定位治具120的下方沿Z方向往上移動，以藉由真空吸嘴模組144來吸取晶圓102。再如圖3D所示，藉由取放單元140帶動晶圓102沿X方向移動，使晶圓102由容置槽122的第二開口122b離開定位治具120。待晶圓102移動到承載單元130的承載部130a上方時，再使取放單元140沿Z方向往下移動，以將晶圓102放置於位於放料位置S1的承載部130a上。
換言之，本實施例將入料位置P1、定位治具120以及放料位置S1沿著X方向設置，其中藉由沿X方向作動的入料機構110來達成入料位置P1上的晶圓匣180與定位治具120之間的晶圓102傳輸，並且藉由具有X方向與Z方向之運動自由度的取放單元140來達成定位治具120與承載單元130之間的晶圓102傳輸。
在本實施例中，定位治具120不僅可對晶圓匣180內的晶圓102進行定位，亦可作為晶圓102載入的緩衝區。亦即，在進行前述如圖3C與3D所示的步驟，藉由取放單元140將定位治具120內的晶圓102依序取出並傳送到承載單元130的同時，承載下一批晶圓102的另一個晶圓匣180可被移動到定位治具120旁預備。在定位治具120內的最後一片晶圓102被取出並且被傳送到承載單元130的過程中，可同時進行圖3A與3B所示的步驟，藉由入料機構110將下一批晶圓102載入定位治具120。如此，承載單元130在完成圖3D所示的步驟之後，定位治具120仍舊存有晶圓102，使得入料、取料、放料等步驟得以不間斷地自動化實施，可大幅提升製程效率(processing efficiency)。
此外，本實施例之承載單元130的形態並不限於旋轉盤。舉凡能夠提供持續輪換的承載部130a的設計，都可作為本實施例的承載單元130。此外，旋轉盤的形狀亦不受限，舉凡圓形或對稱多邊形等形狀之旋轉盤都可達到類似的效果。
如圖1所示，本實施例的承載單元130例如具有三個承載部130a，可分別對應於放料位置S1以及其他的兩個位置S2與S3。位置S2例如可被設定為對晶圓102進行檢測或其他製程步驟的站別，而位置S3則作為出料的站別。承載單元130可沿逆時針方向D1旋轉。當一個承載部130a在放料位置S1得到晶圓102之後，會隨著承載單元130 移動到位置S2，以藉由例如雷射位移感測器170來對晶圓102進行檢測，或者可藉由其他裝置來對晶圓102進行其他製程步驟。
更具體而言，前述對應於位置S1的站別可執行入料承載的動作，對應於位置S2的站別可執行例如厚度檢測、均勻度檢測、微粒或粉塵偵測、外觀檢驗(顏色、透光度、刮傷…)、電性功能測試、雷射修補(修補刮痕缺陷)、清潔、複判...等動作，而對應於位置S3的站別可執行出料傳遞或複判等動作。當然，本申請的承載單元不限於只具有三個承載部。例如，承載部可增加為四個以上，此時對應增加的站別可為執行前述位置S2的站別所執行的動作之一。
此外，雖然前述實施例的三個承載部130a係等分地設置於承載單元(旋轉盤)130上。換言之，任兩相鄰承載部130a與承載單元130中心的連線的夾角θ1約為120度。然而，本申請並不限制承載部在承載單元上的設置位置。例如，承載部不需等分地設置於承載單元上。圖4為本申請的另一實施例的承載單元230的上視圖。承載單元230例如是一旋轉盤，其上具有承載部230a與230b，承載部230a、230b與承載單元230中心的連線的夾角θ2約為90度。
圖5為圖1之雷射位移感測器170的放大圖。如圖1與5所示，雷射位移感測器170例如是藉由固定治具172被固定在位置S2，且固定治具172具有開槽172a，使得承 載單元130可帶動晶圓102進入開槽172a，以藉由雷射位移感測器170來判定晶圓102的平整度。
當晶圓102在位置S2完成檢測或其他製程步驟之後，承載單元130可繼續帶動晶圓102到達位置S3，並且對晶圓102進行分類，以藉由機械手臂160或其他輸送裝置將晶圓102傳送至預定進行後續製程步驟的另一個製程反應室。
當然，承載單元130的承載部130a的數量不限於本實施例所示的三個，其可視需求而定，以分別對晶圓102進行不同的處理。例如，可將承載部130a的數量增加為四個，並且於出料的站別(位置S3)之後增設驗證的站別，用以判斷通過此驗證站別的承載部130a是否淨空，避免因為承載部130a仍留存有晶圓102而再回到放料位置S1時，造成製程錯誤。
綜上所述，本申請的晶圓傳輸系統將傳動元件架構在同一方向上，避免複雜的機構佈局並且可簡化晶圓的傳輸動作，因此可對晶圓進行快速的傳輸，有助於加快入料、取料、放料等自動化步驟的進行，節省時間成本；此外，還可大幅延長傳動元件的使用壽命，防止材料老化、磨耗，有助於降低成本，提升製程產率。再者，定位治具可對晶圓匣內的晶圓進行定位，並且可作為晶圓載入的緩衝區。在取放單元將定位治具內的晶圓依序取出的同時，便可將承載下一批晶圓的晶圓匣移動到定位治具旁預備，因此使得入料、取料、放料等步驟得以不間斷地自動化實施，以 大幅提升製程效率。
雖然本申請已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本申請，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本申請之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本申請之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧晶圓傳輸系統
102‧‧‧晶圓
110‧‧‧入料機構
112‧‧‧氣壓缸
114‧‧‧連桿
114a‧‧‧頂塊
120‧‧‧定位治具
122‧‧‧容置槽
122a‧‧‧容置槽的第一開口
122b‧‧‧容置槽的第二開口
130‧‧‧承載單元
130a‧‧‧承載單元的承載部
140‧‧‧取放單元
142‧‧‧機械手臂
144‧‧‧真空吸嘴模組
160‧‧‧機械手臂
170‧‧‧雷射位移感測器
172‧‧‧固定治具
172a‧‧‧固定治具的開槽
180‧‧‧晶圓匣
190‧‧‧輸送帶
230‧‧‧承載單元
230a、230b‧‧‧承載部
P1‧‧‧入料位置
S1‧‧‧放料位置
S2、S3‧‧‧位置
X、Y、Z‧‧‧方向
A‧‧‧轉軸
D1‧‧‧旋轉方向
θ1、θ2‧‧‧夾角
圖1繪示依照本申請的一實施例的一種晶圓傳輸系統。
圖2為圖1之晶圓傳輸系統的局部放大圖。
圖3A~3D為依照本申請的一實施例的晶圓傳輸系統的作動示意圖。
圖4為本申請的另一實施例的承載單元的上視圖。
圖5為圖1之雷射位移感測器的放大圖。
100‧‧‧晶圓傳輸系統
102‧‧‧晶圓
110‧‧‧入料機構
112‧‧‧氣壓缸
114‧‧‧連桿
114a‧‧‧頂塊
120‧‧‧定位治具
130‧‧‧承載單元
130a‧‧‧承載單元的承載部
140‧‧‧取放單元
160‧‧‧機械手臂
170‧‧‧雷射位移感測器
180‧‧‧晶圓匣
190‧‧‧輸送帶
P1‧‧‧入料位置
S1‧‧‧放料位置
S2、S3‧‧‧位置
X、Y、Z‧‧‧方向
A‧‧‧轉軸
D1‧‧‧旋轉方向
θ1‧‧‧夾角

Claims (9)

  1. 一種晶圓傳輸系統，適於傳輸來自一晶圓匣的多個晶圓，該晶圓傳輸系統包括：一定位治具，具有對應於該些晶圓的多個容置槽；一入料機構，適於沿一平面上的一第一方向將該晶圓匣內的該些晶圓同時載入該定位治具的該些容置槽；一承載單元，包括一旋轉盤，該旋轉盤上設置有多個承載部，且該旋轉盤適於沿著垂直該平面的一軸向轉動，使該些承載部依序通過一放料位置，該放料位置以及該定位治具在該平面上的投影沿著該第一方向排列；以及一取放單元，用以將該定位治具內的該些晶圓分別且依序地傳送到位於該放料位置的該些承載部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓傳輸系統，其中該晶圓匣適於沿著該平面上的一第二方向移動，且該第二方向實質上垂直於該第一方向。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓傳輸系統，其中該晶圓匣內的該些晶圓沿著垂直該平面的一第三方向相互層疊，且該第三方向垂直於該第二方向。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之晶圓傳輸系統，其中該定位治具的該些容置槽沿著該第三方向排列，且各該容置槽在該第一方向上具有相對的一第一開口以及一第二開口，各該晶圓適於由該第一開口進入該容置槽，並且適於由該第二開口離開該容置槽。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之晶圓傳輸系統，其中 該取放單元適於承載相應的該晶圓沿著該第一方向移動至該放料位置的上方，並且沿著該第三方向將該晶圓放置於該放料位置的該承載部上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓傳輸系統，其中該旋轉盤為圓形或對稱多邊形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓傳輸系統，其中該定位治具的底部鏤空，該旋轉盤的該些承載部的底部鏤空，而該取放單元位於該定位治具與該旋轉盤的下方，以經由該些鏤空處取放該些晶圓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓傳輸系統，其中該取放單元包括一機械手臂以及一真空吸嘴模組，該真空吸嘴模組位於該機械手臂的一端，用以吸取該些晶圓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓傳輸系統，其中該些承載部等分地設置於該旋轉盤上。
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