一种涂胶显影设备及控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种涂胶显影设备及控制方法。

背景技术

现有半导体加工的光刻工艺中，涂胶设备、光刻设备和显影设备分别完成光刻胶涂布工艺流程、光刻工艺流程以及显影工艺流程。随着半导体加工工艺水平的提升，市场主流将涂胶显影工艺流程集成在同一设备上，同时需要涂胶显影设备的产能大于光刻设备的产能。

现有技术中，片盒模块和工艺模块之间还设有层间工艺模块，用于增粘工艺或是缺陷检测，鉴于层间工艺模块需要对晶圆进行工艺处理，因此晶圆从片盒中取出时便是单片传递，大大限制了片盒模块的晶圆传递效率，同时，层间工艺模块两侧的两个穿墙单元还占据了整体设备长度方向上的大量空间。

发明内容

本发明主要提供了一种涂胶显影设备及控制方法，用以解决上述背景技术中提出的层间工艺模块逐片传递晶圆限制了整体设备的产能等技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种涂胶显影设备，所述涂胶显影设备包括：片盒模块，所述片盒模块用于储存放置有晶圆的片盒；以及工艺模块，所述工艺模块用于对所述晶圆做工艺处理：其中，所述片盒模块包括：片盒装载单元，所述片盒装载单元用于放置所述片盒；晶圆机械手，所述晶圆机械手用于一次性移动所述片盒中的N个所述晶圆，其中N为大于1的整数；层间机械手，所述层间机械手用于移动所述晶圆机械手上的所述晶圆；以及穿墙单元，所述穿墙单元用于在所述层间机械手和所述工艺模块之间移动所述晶圆。

优选的，所述晶圆机械手、所述层间机械手和所述穿墙单元沿所述涂胶显影设备的宽度方向设置。

优选的，所述片盒装载单元和所述晶圆机械手均设置有M个，其中M为不小于4的偶数，M个所述晶圆机械手成对设置于所述层间机械手的两侧，所述片盒装载单元和所述晶圆机械手一一对应。

优选的，所述片盒装载单元和所述晶圆机械手均设置有四个。

优选的，所述穿墙单元设置有至少六个，多个所述穿墙单元成对设置于所述层间机械手的两侧。

优选的，多个所述穿墙单元和所述晶圆机械手在竖直方向上间隔设置。

优选的，所述晶圆机械手设置有N个手指件，一个所述手指件用于放置一个所述晶圆。

优选的，所述工艺模块包括沿长度方向设置的层内机械手组以及设置在所述层内机械手组两侧的工艺单元，所述层内机械手组用于移动所述晶圆，所述工艺单元用于对所述晶圆进行工艺处理。

优选的，所述控制方法包括：S1：控制片盒机械手从片盒存放单元取出片盒后放到片盒装载单元；S2：控制进片用的晶圆机械手从所述片盒装载单元上的所述片盒中一次性取出N个所述晶圆送至层间机械手侧，其中N为大于1的整数；S3：控制所述层间机械手从进片用的所述晶圆机械手上取出所述晶圆送至穿墙单元；S4：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述工艺模块；S5：对所述晶圆进行工艺处理；S6：控制所述穿墙单元将所述晶圆送回所述片盒模块；S7：控制所述层间机械手从所述穿墙单元处取出所述晶圆送至出片用的所述晶圆机械手；S8：控制出片用的所述晶圆机械手将晶圆送回至所述片盒装载单元上的所述片盒中；S9：控制片盒机械手从所述片盒装载单元取出所述片盒后送至所述片盒存放单元。

优选的，所述控制方法中的步骤S5包括单层工艺路线、多层串联工艺路线和多层并联工艺路线中的一个或多个：其中，所述单层工艺路线包括：S511：控制层内机械手从穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺；以及S521：控制所述层内机械手带着所述晶圆做完工艺后再放回到所述穿墙单元；所述多层串联工艺路线包括：S512：控制所述层内机械手从所述穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺；S522：控制所述层内机械手带着所述晶圆做完工艺后放回到所述穿墙单元；S532：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述片盒模块；S542：控制所述层间机械手从该层的所述穿墙单元取得所述晶圆后放到其他层的所述穿墙单元；S552：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述工艺模块；以及S562：控制其他层的所述层内机械手从该层的所述穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到所述穿墙单元；所述多层并联工艺路线包括：S513：控制多个所述层内机械手从所述穿墙单元上取得所述晶圆后分别在各自层内做工艺；S523：控制多个所述层内机械手带着所述晶圆做完工艺后放回到所述穿墙单元；S533：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述片盒模块；S543：控制所述层间机械手从不同层的所述穿墙单元取得所述晶圆后放到另一层的所述穿墙单元；S553：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述工艺模块；以及S563：控制另一层的所述层内机械手从该层的所述穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到所述穿墙单元；或者S514：控制所述层内机械手从所述穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺；S524：控制所述层内机械手带着所述晶圆做完工艺后放回到所述穿墙单元；S534：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述片盒模块；S544：控制所述层间机械手从所述穿墙单元取得所述晶圆后放到不同层的所述穿墙单元；S554：控制所述穿墙单元将所述晶圆送至所述工艺模块；以及S564：控制不用层的所述层内机械手从该层的所述穿墙单元上取得所述晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到所述穿墙单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明首先取消了层间工艺模块，将其整合进后续的工艺模块，从而无需从片盒中逐片取出晶圆，另外本发明通过晶圆机械手从片盒中一次性取出大量的晶圆，大大提高了晶圆传递效率，同时，本发明取消了和层间工艺模块配合的一个穿墙单元，保留另一个穿墙单元，配合层间机械手对晶圆进行移动，简化了晶圆提取流程，降低了整体设备的长度以及占地面积，使得整体设备精简并且传输效率更高，更稳定。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1：本发明部分实施例的整体结构俯视图；

图2：本发明部分实施例的整体结构侧视图；

图3：本发明部分实施例的整体结构立体图；

图4：本发明部分实施例的晶圆机械手整体结构示意图；

图5：本发明部分实施例的控制方法流程图；

图6：本发明部分实施例的控制方法中步骤S4的单层工艺路线流程图；

图7：本发明部分实施例的控制方法中步骤S4的多层串联工艺路线流程图；

图8：本发明部分实施例的控制方法中步骤S4的多层并联工艺路线的一种流程图；

图9：本发明部分实施例的控制方法中步骤S4的多层并联工艺路线的另一种流程图。

附图标记说明：

100片盒模块；

101片盒装载单元；102晶圆机械手；103层间机械手；104穿墙单元；105片盒存放单元；106片盒机械手；

200工艺模块；

201层内机械手组；202工艺单元；

300片盒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

现有技术中，涂胶显影设备中的层间工艺模块晶圆逐片进行传递严重影响了整体设备的产能，并且层间工艺模块及双向穿墙传动系统占据设备大量的面积。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种涂胶显影设备，请参考附图1至4，涂胶显影设备包括片盒模块100以及工艺模块200，片盒模块100用于储存放置有晶圆的片盒300，工艺模块200用于对晶圆做工艺处理，片盒模块100包括片盒装载单元101、晶圆机械手102、层间机械手103以及穿墙单元104，片盒装载单元101用于放置片盒300，晶圆机械手102用于一次性移动片盒中300的N个晶圆，其中N为大于1的整数，也即晶圆机械手102可以一次性从片盒中移动300大量的晶圆，以此来提高晶圆的传递效率，层间机械手103用于移动晶圆机械手102上的晶圆，穿墙单元104用于在层间机械手103和工艺模块200之间移动晶圆。

请参考附图1至3，片盒模块100在远离工艺模块200的一侧还设有片盒存放单元105以及片盒机械手106，片盒存放单元105用于存放片盒300，片盒机械手106设置于片盒存放单元105和片盒装载单元101之间，用于在两者间移动片盒。

具体的，本发明的片盒模块100开始作业时，先通过片盒机械手106从片盒存放单元105取出片盒300后放到片盒装载单元101，然后控制晶圆机械手102从片盒装载单元101上的片盒300中一次性取出大量的晶圆送至层间机械手103，层间机械手103从晶圆机械手102上取出晶圆送至穿墙单元104，最后，穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200，对晶圆进行工艺处理。

待晶圆工艺处理结束，穿墙单元104将晶圆送回片盒模块100，然后通过层间机械手103从穿墙单元104处取出晶圆送至晶圆机械手102，晶圆机械手102将晶圆送回至片盒装载单元101上的片盒300中，最后控制片盒机械手106从片盒装载单元101取出片盒300后送至片盒存放单元105。

本发明首先取消了层间工艺模块，将其整合进后续的工艺模块200，从而无需从片盒300中逐片取出晶圆，另外本发明通过晶圆机械手102从片盒300中一次性取出大量的晶圆，大大提高了晶圆传递效率，同时，本发明取消了和层间工艺模块配合的一个载片式穿墙单元，保留另一个穿墙单元104，配合层间机械手103对晶圆进行移动，简化了晶圆提取流程，降低了整体设备的长度以及占地面积，使得整体设备精简并且传输效率更高，更稳定。

在本发明的部分实施例中，请参考附图1至3，晶圆机械手102、层间机械手103和穿墙单元104沿涂胶显影设备的宽度方向设置，这样的设置下晶圆机械手102、层间机械手103和穿墙单元104可以更好地利用涂胶显影设备宽度上的空间，结构更加紧凑，有效降低了涂胶显影设备的长度以及占地面积，节省空间，同时，层间机械手103在晶圆机械手102和穿墙单元104之间的晶圆传递效率也更高。

考虑到进一步提高晶圆的传递效率，在本发明的部分实施例中，请参考附图1至3，片盒装载单元101和晶圆机械手102均设置有M个，其中M为不小于4的偶数，M个晶圆机械手102成对设置于层间机械手103的两侧，片盒装载单元101和晶圆机械手102一一对应，这样的设计下，多个晶圆机械手102可以同时从多个片盒装载单元101上的片盒300中取出大量的晶圆，大大提高了晶圆的传递效率，另外，当有四个片盒装载单元101时，其中两个用于进片，两个用于出片，可以避免已加工的晶圆和未加工的晶圆间的相互污染，晶圆机械手102同理，两个用于进片，两个用于出片。

进一步的，在本发明的部分实施例中，还是请参考附图1至3，片盒装载单元101和晶圆机械手102均设置有四个，也即层间机械手103的两侧各有两个晶圆机械手102以及片盒装载单元101，两个晶圆机械手102以及片盒装载单元101分别用于提供待处理的晶圆和接收已处理的晶圆，以此避免晶圆之间的相互污染。

在本发明的部分实施例中，请参考附图2和3，穿墙单元104设置有至少六个，多个穿墙单元104成对设置于层间机械手103的两侧，考虑到设置了多个晶圆机械手102，提高了晶圆机械手102处晶圆的传递效率，后续穿墙单元104也对应设置有多个，提高晶圆机械手102取出了大量的晶圆后，向后传递的效率，具体的，每个穿墙单元104内区分有一半用于进片，一半用于出片，可以避免已处理和待处理的晶圆间的交叉污染。

进一步的，在本发明的部分实施例中，还是请参考附图2和3，多个穿墙单元104和晶圆机械手102在竖直方向上间隔设置，也即层间机械手103从晶圆机械手102上取出晶圆后可以向上也可以向下移动，尽快将晶圆送至穿墙单元104，以提高晶圆传递效率。

具体的，在本发明的部分实施例中，请参考附图4，晶圆机械手102设置有N个手指件，一个手指件用于放置一个晶圆，也即晶圆机械手102可以一次性取出N个晶圆，示例性的，本发明的晶圆机械手102设置有25个手指件，可以一次性取出25个晶圆。

在本发明的部分实施例中，请参考附图1，工艺模块200包括沿长度方向设置的层内机械手组201以及设置在层内机械手组201两侧的工艺单元202，层内机械手组201用于移动晶圆，工艺单元202用于对晶圆进行工艺处理，两个工艺单元202相对于层内机械手组201对称设置，晶圆在单个工艺单元202内进行工艺处理，相较于传统技术下的一个工艺单元202占据整个工艺模块200，本发明的两个工艺单元202分别进行工艺可以进一步提高瓶颈产能。

本发明第二方面提供了一种涂胶显影设备的控制方法，请参考附图5，控制方法包括：

S1：控制片盒机械手106从片盒存放单元105取出片盒300后放到片盒装载单元101，另外，考虑到需要取出片盒300中的晶圆，还需要控制片盒装载单元101打开片盒300的密封门，露出晶圆；

S2：控制进片用的晶圆机械手102从片盒装载单元101上的片盒300中一次性取出N个晶圆送至层间机械手103侧，其中N为大于1的整数，需要说明的是，这里晶圆机械手102在层间机械手103的一侧成对出现，其中一个用于进片，另一个用于出片；

S3：控制层间机械手103从进片用的晶圆机械手102上取出晶圆送至穿墙单元104；

S4：控制穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200；

S5：对晶圆进行工艺处理；

S6：控制穿墙单元104将晶圆送回片盒模块100；

S7：控制层间机械手103从穿墙单元104处取出晶圆送至出片用的晶圆机械手102；

S8：控制出片用的晶圆机械手102将晶圆送回至片盒装载单元101上的片盒300中，同前所述，还需要控制片盒装载单元101关闭片盒300的密封门；

S9：控制片盒机械手106从片盒装载单元101取出片盒300后送至片盒存放单元105。

考虑到具体的步骤S7内容，进一步的，在本发明的部分实施例中，控制方法中的步骤S7包括单层工艺路线、多层串联工艺路线和多层并联工艺路线中的一个或多个：

其中，单层工艺路线是指晶圆在单一层内做工艺，请参考附图6，单层工艺路线包括：

S511：控制层内机械手从穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺；以及

S521：控制层内机械手带着晶圆做完工艺后再放回到穿墙单元104；

示例性的，以三个工艺层为例，晶圆由层间机械手103104送至一层或二层或三层处的穿墙单元104，然后穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104。

多层串联工艺路线是指晶圆在一层内做完工艺后，转移至另一层继续做工艺，请参考附图7，多层串联工艺路线包括：

S512：控制层内机械手从穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺；

S522：控制层内机械手带着晶圆做完工艺后放回到穿墙单元104；

S532：控制穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100；

S542：控制层间机械手103从该层的穿墙单元104取得晶圆后放到其他层的穿墙单元104；

S552：控制穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200；以及

S562：控制其他层的层内机械手从该层的穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到穿墙单元104；

示例性的，任然以三个工艺层为例，晶圆由层间机械手103送至一层的穿墙单元104，然后穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104，穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100，层间机械手103将晶圆转移至二层或三层处的穿墙单元104，穿墙单元104再将晶圆送至工艺模块200，然后层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104。

多层并联工艺路线是指多个晶圆在不同层内做完工艺后，转移至同一层继续做工艺，或者多个晶圆在同一层内做完工艺后，转移至不同层继续做工艺，请参考附图8和9，多层并联工艺路线包括：

S513：控制多个层内机械手从穿墙单元104上取得晶圆后分别在各自层内做工艺；

S523：控制多个层内机械手带着晶圆做完工艺后放回到穿墙单元104；

S533：控制穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100；

S543：控制层间机械手103从不同层的穿墙单元104取得晶圆后放到另一层的穿墙单元104；

S553：控制穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200；以及

S563：控制另一层的层内机械手从该层的穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到穿墙单元104；

示例性的，任然以三个工艺层为例，两个晶圆由层间机械手103分别送至一层和二层处的穿墙单元104，然后穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104，穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100，层间机械手103将两个晶圆转移至三层处的穿墙单元104，然后穿墙单元104再将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104。

或者

S514：控制层内机械手从穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺；

S524：控制层内机械手带着晶圆做完工艺后放回到穿墙单元104；

S534：控制穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100；

S544：控制层间机械手103从穿墙单元104取得晶圆后放到不同层的穿墙单元104；

S554：控制穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200；以及

S564：控制不用层的层内机械手从该层的穿墙单元104上取得晶圆后在该层内做工艺，做完工艺后再放回到穿墙单元104。

示例性的，任然以三个工艺层为例，两个晶圆由层间机械手103送至一层处的穿墙单元104，然后穿墙单元104将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104，穿墙单元104将晶圆送至片盒模块100，层间机械手103将两个晶圆分别转移至二层和三层处的穿墙单元104，然后穿墙单元104再将晶圆送至工艺模块200，层内机械手带着晶圆在该层内做工艺，做完工艺放回到该层的穿墙单元104。

进一步的，本发明提供的控制方法步骤S5中展示了晶圆在三个工艺层中做工艺的步骤，具体的步骤S5中的数量可能因为实际设备中的工艺层的层数不同而有不同，或者因为实际工艺方法的不同而不同，本领域技术人员可以灵活选择。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。