一种半导体处理系统的制作方法

1.本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种半导体处理系统。


背景技术：

2.半导体芯片被日益广泛的应用到各种电子设备中，其中半导体芯片加工过程需要用到大量等离子处理器以及其它处理器，如化学气相沉积处理器(cvd)，这些处理器会对待处理的基片进行等离子刻蚀、化学气相沉积等工艺。半导体生产线需要在洁净室中进行，洁净室需要设置相应的进气和排气装置和过滤装置等，维持长期运行才能保证洁净室内颗粒物数量低于要求的值。所以维护洁净室需要极高的成本，为了提高经济效益，需要在有限的洁净室空间内进行尽可能多的基片处理量。所以最佳的半导体处理系统是占地面积(footprint)最小化，同时处理量(throughput)最大化的。
3.为了实现上述占地面积最小化、处理量最大化的目标，现有技术提出了如图1所示的半导体处理系统。该系统包括真空传输腔120，两个基片传输装置130、131设置在长条形的真空传输腔120内，传输腔的两个长侧壁上分别连接着大量处理腔p1-p8，这些处理腔各自通过气密阀门(如v8)联通到传输腔长侧壁上。处理腔p1-p8每个都是独立的反应腔结构，且与相邻的处理腔之间保留一定的间隙d0。传输腔的第一端包括两个呈一定夹角的前侧壁，两个前侧壁上分别连接着真空锁101和102。真空锁101、102两端通过各自的两个气密阀门分别联通到大气传输腔110(efem)和传输腔120。大气传输腔在真空锁101、102连接面的另一侧还包括多个位于大气环境中的多个基片存储盒(foup)102，基片存储盒102用于在半导体生产线的不同设备之间保存和运输大量基片，以完成不同的处理工艺。如图1所述的现有技术整体占地面积为x0*y0，最大的处理腔设置量是8个，要想增大处理量就需使传输腔向第二端方向延长，并在延长的侧壁上加载新的一对处理腔p9、p10或更多对。但是这种延长会导致负面作用，整个半导体处理系统延长了处理腔宽度d0长度，因而增加占地面积；另一方面，要向位于传输腔第二端的处理腔(如p7、p8)运送基片时，必须经过机械传输装置131中转传递到机械传输装置130，再由机械传输装置130传入处理腔，再增加处理腔长度就需要再设置额外的机械传输装置，传输过程需要更多机械传输装置参与基片中转传递。因此在原有半导体处理系统设计中，挂载的处理腔越多就需要越多机械传输装置，花费更多的中转传输时间，既增加成本也降低处理效率。此外在该设计中由于一个机械臂需要同时处理传输腔120两侧的4个或更多个处理腔，机械传输装置的机械臂必然需要倾斜伸入处理腔取放基片，所以需要传输腔侧壁之间的宽度具有足够大的数值d1以容纳更大的机械传输装置，导致系统整体占地面积无法缩小。所以简单延长传输腔长度多挂载的处理腔，会出现成本和处理效率的降低，半导体处理系统的有效处理量并没有相应的提升，反而增加了占地面积和多出的两个处理腔成本和新增机械传输装置的成本。此外，现有技术中每个处理腔侧壁之间的间隙d0设计的非常小，只能容许手臂伸入，无法在侧壁设置拆卸、检修的功能。所以每个处理腔可以进行拆卸、检修的操作面只有面向传输腔的正面(通过进入传输腔内实现)和与正面相对的背面区域，硬件设计时可选的余地很小，导致处理腔很难设计达到
成本和功效的最优化。
4.现有技术难以提高基片处理的吞吐量，同时处理腔的维护操作空间受限，处理腔硬件设计空间小。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种半导体处理系统，能够在少量增加半导体处理系统占地面积的情况下增加处理能力，而且通过优化处理腔的空间排布还能使得半导体处理系统更易维护，简化处理腔设计要求。本发明半导体处理系统包括：一个纵长形的传输腔，所述传输腔包括中间部、位于中间部两端的第一端部和第二端部，中间部上的第一侧壁和第二侧壁上分别设置至少一组侧面半导体处理模块，每组侧面半导体处理模块包括两个处理腔，所述每组侧面半导体处理模块的处理腔通过各自的气密阀门连接到所述传输腔中间部的第一或第二侧壁；所述传输腔的第一端部通过真空锁与大气环境相连；所述传输腔的第二端部连接有一组端部半导体处理模块，所述端部半导体处理模块包括互相平设置的两个处理腔，所述端部半导体处理模块的两个处理腔分别通过一个气密阀门连接到所述第二端部的端面，所述端面的宽度大于所述传输腔中间部第一侧壁和第二侧壁的间距(d2)。其中端面的宽度大于所述端部半导体处理模块上的两个气密阀门的跨接距离。使得本发明半导体处理系统少量增加系统长度而能够在狭窄的传输腔第二端部的端面上安装两个处理腔。
6.其中所述侧面半导体处理模块或端部半导体处理模块中的处理腔具有不同的尺寸，用于执行不同的处理工艺，也可以具有相同的尺寸用于执行相同的工艺。
7.可选地，所述传输腔第一端部上具有第一端部端面，所述第一端部端面上还连接有两个平行设置的真空锁处理腔，所述两个平行设置的真空锁之间具有一真空锁跨接距离(d4’)，所述第一端部端面的宽度大于等于所述真空锁跨接距离，所述传输腔中间部的第一侧壁和第二侧壁的间距(d2)小于所述真空锁跨接距离。进一步在传输腔第一端减少系统长度，减小系统占地面积。
8.其中所述传输腔的第二端部包括逐渐向两侧半导体处理模块延伸的侧壁，使得第二端部中传输腔侧壁之间的距离从中间段的侧壁间距(d2)逐渐扩展到所述端面的宽度。
9.进一步的，本发明半导体处理系统，的中间部的第一侧壁上连接有第一、第三两组侧面半导体处理模块，第二侧壁上连接有第二、第四两组侧面半导体处理模块；其中第一、第三侧面半导体处理模块在沿所述传输腔的纵长方向上具有第一间隙空间，所述第一间隙空间用于对第一、三侧面半导体处理模块中与所述第一间隙空间相邻的处理腔进行检修维护；其中第二、第四侧面半导体处理模块在沿传输腔的纵长方向上具有第二间隙空间，所述第二间隙空间用于对第二、第四侧面半导体处理模块中与所述第二间隙空间相邻的处理腔进行检修维护。其中第一或第二间隙空间中设置有至少一个暂存腔，所述暂存腔与所述传输腔相连通，用于存放基片或者处理腔内环状部件的替换件。使得半导体处理系统能够自动实现聚焦环替换和进行清洁工艺，减少了开腔更换零部件的时间，提高了半导体处理系统的利用率。
10.其中所述暂存腔的前端侧壁穿过所述传输腔的侧壁伸入所述传输腔内，以减少对维护空间的占用。
11.本发明中的端部半导体处理模块和/或侧面半导体处理模块中的两个处理腔集成
为一体，具有共用的侧壁，进一步减少系统的整体长度。可选地，本发明中的侧面半导体处理模块中的两个处理腔之间可以具有间隙，所述间隙小于100mm，其单位面积的实际处理效率仍然大于现有技术的系统设计。
12.较佳的，所述传输腔包括一个轨道，一个可移动机械传输装置可沿所述轨道运动，用于实现各个处理腔和所述真空锁之间的基片传输。所述可移动机械传输装置包括一个可移动基座和两个机械臂。所述可移动机械传输装置运动到与侧面半导体处理模块相对的位置时，取放所述位置相对的侧面半导体模块中的基片；运动到靠近所述第二端部位置时，取放端部半导体处理模块的基片。
附图说明
13.图1为现有技术一种半导体处理系统示意图；
14.图2为本发明半导体处理系统的顶视示意图；
15.图3是本发明另一实施例的半导体处理系统的顶视示意图；
16.图4是本发明另一实施例的半导体处理系统的顶视示意图。
具体实施方式
17.为了解决背景技术中描述的技术问题，发明人提出了一种新的半导体处理系统。图2是本发明提出的半导体处理系统的顶视图，本发明半导体处理系统包括大气传输腔10，大气传输腔10连接到多个基片存储盒2。大气传输腔另一侧通过气密阀门sa1连接到第一真空锁ll1，通过气密阀门sa2连接到第二真空锁ll2。第一真空锁ll1通过气密阀门sv1连接到真空的传输腔20，第二真空锁ll2通过气密阀门sv2连接到真空的传输腔20。大气传输腔中包括大气环境中的机械臂用于实现基片在基片存储盒2到第一、第二真空锁之间的运输。传输腔呈长条形，包括第一侧壁201和第二侧壁202，还包括中间部20a、位于中间部第一端的端部20d和位于传输腔第二端的端部20c。第一侧壁201和第二侧壁202在中间部20a两侧平行设置，两个侧壁上均设置有多组侧壁半导体处理模块。每组半导体处理模块内均包括一对平行设置且互相紧贴的处理腔，其中第一半导体处理模块包括处理腔p11、p12，第二半导体处理模块包括处理腔p22、p21，第三半导体处理模块包括处理腔p31、p32，第四半导体处理模块包括处理腔p31、p32，其中第一、第二半导体处理模块位于传输腔两侧相对应的位置，第三、第四半导体处理模块也位于传输腔两侧对应位置，第一、第二、第三和第四半导体处理模块为侧面半导体处理模块。传输腔中设置有一个轨道，轨道上包括一个基片传输装置，其中基片传输装置包括一个可移动基座30，基座上设置至少一个机械臂31用于取放基片，基座上设置两个机械臂时可以实现同时取出处理完的基片并放入另一个待处理基片到反应腔内，进一步提高取放和传输效率。其中中间部20a的宽度也就是第一侧壁和第二侧壁之间的距离d2需要设计的尽量小，以减小整个半导体处理系统的占地面积。本发明第一侧壁201和第二侧壁202在传输腔的端部20c向互相远离的方向扩展，形成一个扩展空间，最终使得端部20c的侧壁间距增加，增加后的间距大小要大于一组处理模块内的两个气密阀门的跨接距离d4。跨接距离是指两个平行设置且互相紧贴的处理腔上的两个气密阀门在y轴方向上的跨越宽度，为两个气密阀门的开口宽度与两个气密阀门相邻侧壁之间的距离之和。由于上述端面203的宽度足够，使得传输腔第二端部的端面203上能够容纳两个开口与
第五半导体处理模块上的两个气密阀门互相匹配，实现两个处理腔p51、p52与传输腔20互相联通。此处的第五半导体处理模块为端部半导体处理模块。端面203的宽度大于中间部第一侧壁和第二侧壁的间距d2的115％，可选的，端面203的宽度大于中间部第一侧壁和第二侧壁的间距d2的125％。
18.其中位于传输腔同一侧的第一、第二半导体处理模块侧壁之间在x方向上设置有一个足够大的间距d3，该间距d3需要满足容纳工作人员进入的要求(如d3>500mm)，在这个由传输腔侧壁201、处理腔p12、p31围绕成的维护空间内工作人员可以进入后在处理腔p12、p31的侧面进行检修维护。与之相对的，传输腔另一侧的两个半导体处理模块之间也具有这样的维护空间。在处理过程中，可移动基座30首先运动到传输腔中a1位置处，从真空锁ll1、ll2中取出基片，然后运动到a2位置向处理腔p11、p12或者处理腔p21、p22中输入基片，或者根据需要运动到a4位置向处理腔p31、p32或者处理腔p41、p42中输入基片，也可以经过位置a4进一步运动到传输腔深处的a5位置(图3所示)向处理腔p51、p52输入基片。基片处理完成后的取片过程与上述过程的运动方向相反但是内容相同，在此不再赘述。
19.上述a1-a5的移动位置仅仅为本发明半导体处理系统运行方式的一种示例，实际可以由更多的基片传输方法，比如挂载在侧壁201上第一半导体处理模块与对面的第二半导体处理模块的位置存在错位，处理腔p11与p21、处理腔p12与p22的真空锁位置并不对齐，此时可以驱动机械传输装置在第一组半导体处理模块正面停留取放基片，然后再微量移动到对侧的第二半导体处理模块相对应的位置进行取放基片。由于本发明采用了可沿轨道水平移动的机械传输装置，可以在轨道内任意位置移动到达处理腔正对位置，然后由机械臂取片，所以具有水平移动能力的机械传输装置缩小了机械臂31的运动范围，简化了机械臂驱动控制难度。由于x方向的运动由基座30的水平运动实现，所以机械臂31只需要垂直或者接近垂直伸入处理腔就可以取放基片，机械臂的运动范围很小，因此本发明中的传输腔侧壁间距d2小于现有技术中传输腔侧壁间距d1的数值。
20.在本发明半导体处理系统中第五半导体处理模块的两个侧面均包括一个足够大小的空间以作为维护空间，所以第一至第五每组半导体处理模块的每个处理腔的侧壁均包括一个维护空间，也就是每个处理腔均包括3个可以进行维护的面：正面(气密阀门安装面)、背面和朝向维护空间的侧面。同时由于端部20c从处理腔p32、p42的气密阀门靠向第二端的预设位置开始，向两侧延展直到第二端端面侧壁203的宽度达到d4，其中第二端面203基本与从处理腔p32、p42的侧面齐平。因此本发明半导体处理系统，只增加了第二端处反应腔p51、p52的腔体长度，但是半导体处理模块中相邻的处理腔(如p12、p11)互相紧贴，将空间集成为一可供工作人员进入的操作空间，提高了设备的维护面。最终整体的占地面积增加了少量，最终系统占地面积为x1*y1，但是处理腔数量增加了2个，实现了处理系统效率和占地面积的最佳化。
21.较佳的，基座上设置的两个机械臂时可以实现同时取放一个反应腔内的基片，在一个处理腔完成基片处理时，一个机械臂将处理完的基片取出，同时另一个机械臂装入待处理的基片，随后两个机械臂一起运动到真空锁处再次进行基片交换。这样，就能够利用一个机械传输装置更快的实现处理完成基片的取出和待处理基片的放入，使得一个基片传输装置能够应对10个处理腔的传输任务。
22.本发明中的每组半导体处理模块中的两个处理腔可以是互相紧贴的两个独立的
处理腔，也可以是整合成一体的处理腔，处理腔由一个共用的分割壁分隔为两个处理空间，可以使本发明半导体处理系统进一步减少反应腔侧壁厚度的长度。此外两个反应腔整合一体后可以共用一个排气系统，可以进一步减少反应腔下部空间和制造成本。
23.图3所示为本发明另一实施例，与图2所示的本发明第一实施例相比，传输腔第一端的端部20d’的两个侧壁向两侧延展，使得第一端部端面204的宽度足够平行安装两个真空锁ll1、ll2的气密阀门，也就是大于两个真空锁跨接距离d4’。真空锁跨接距离d4’为两个真空锁的气密阀门的开口宽度与气密阀门相邻侧壁之间距离之和。其中端面宽度可以与第二端端面203的宽度接近d4，或者略小于d4，但是仍然远大于中间部20a的宽度d2。相对现有技术中两个真空锁需要呈一定夹角排布，本发明传输腔第一端的设计可以减小传输腔第一端到大气传输腔之间的距离，进一步减小半导体处理系统整体长度到x2(x2<x1<x0)。此外，图3所示的实施例还提出了一个改进设计：在第一、第二半导体处理模块之间的维护空间内添加了第一暂存腔b1，在第三、第四半导体处理模块之间的维护空间内添加第二暂存腔b2，第一暂存腔b1和第二暂存腔b2与传输腔20直接联通。第一暂存腔b1中可以设置用于处理腔等离子清洁的可循环使用的清洁基片w(dummywafer)。在处理腔完成一次或多次处理后需要进行等离子清洁步骤，此时可以通过机械臂将所述清洁基片w送入反应腔，完成相应的清洁步骤后再将清洁基片w放回暂存腔b1。由于清洁基片w与待处理的基片尺寸相同均为300mm，所以暂存腔的尺寸只要略大于基片尺寸就可以，不会影响维修空间进行相应的维修作业。暂存腔中可以设置垂直叠放的多个清洁基片，以满足多个处理腔的清洁需求。第二暂存腔b2可以用于存放替换用的聚焦环fr，各个处理腔中经常用于执行等离子处理工艺，长期的等离子处理会导致处理腔内环绕处理基片的聚焦环、边缘环或者其它处理套件(process kits)损耗，为了不影响等离子处理效果需要隔一段时间更换。但是现有技术中的真空锁ll1、ll2、基片存储盒2均是为基片传输设计的，无法用于长期存放尺寸更大的聚焦环fr等大尺寸处理套件。本发明可以通过大气传输腔(efem)和真空锁将聚焦环送入第二暂存腔b2，待需要更换聚焦环时从暂存腔b2取出与处理腔内的损耗后的聚焦环替换。也可以在每次开腔检修时打开传输腔将足够多的处理套件存放入暂存腔b2内，其中暂存腔b2可以设置叠层的存储空间，以存储多个聚焦环。本发明所述的第一暂存腔b1、第二暂存腔b2也可以具有相同的结构和功能，均可以用于存放基片或聚焦环等环形处理套件，这样可以根据工艺需求由用户自主地选择在两个暂存腔中分别存放的物品和数量。本发明的传输腔侧壁上也可以只挂载一个暂存腔如b1，一个暂存腔中可以同时放置若干基片和聚焦环，或者在日常处理中只存放基片，只在需要更换聚焦环时才将基片放置到暂存腔中。
24.本发明半导体处理系统提供第三实施例，如图4所示为传输腔20的中间部20a示意图，暂存腔b2的尺寸较大，所以可以将暂存腔的前端面伸入传输腔内，越过传输腔侧壁202，以减小对第三、第四半导体处理模块之间的维护空间的影响。机械传输装置实现所述暂存腔与处理腔之间的基片传输，也可以实现处理腔与真空锁之间的基片传输。
25.本发明半导体处理系统每个处理模块中两个处理腔之间也可以具有一定间隙，如图4所示，该间隙距离d5可以小于现有技术中的d0，通常小于100mm。由于本发明在传输腔第二端以很小的面积增加，获得了额外的两个处理腔，同时增加了每个处理腔的维护空间，改善了处理腔的设计空间。并且在传输腔两侧的维护空间中设置了两个暂存腔，改善了清洁步骤的处理效率，实现了聚焦环等处理套件在真空环境中自动更换，避免了现有技术中需
要开腔维护时才能进行聚焦环更换的限制。上述多个技术效果均可以通过本发明提出的半导体处理系统实现，所以本发明提供的半导体处理系统可以少量增加占地面积甚至不增加占地面积的情况下大幅提高处理系统内基片处理效率，也同时降低了了处理腔的维护和设计难度，实现了半导体处理系统成本和功效的最大化。
26.本发明所述的半导体处理系统中的处理腔从挂载在传输腔20侧面201、202的处理腔p11-p42到挂载在传输腔端面203的端面处理模块中的处理腔p51、p52，均可以执行同样的处理工艺，具有相同的硬件结构，也可以设计为进行不同的处理工艺，特别是进行前后相接的处理工艺。比如p11-p42执行等离子刻蚀工艺，在刻蚀完成后将基片移入处理腔p51、p52进行刻蚀掩膜去除工艺。或者第一组处理腔进行刻蚀工艺，第二组处理腔进行沉积工艺。这种执行不同工艺的处理腔组合可以不必在第一步处理完成后将基片通过真空锁传输到大气环境中的基片存储盒2，随后再转运到执行下一个处理工艺的另一个半导体处理系统中，而是可以直接在真空环境中移动到同一半导体处理系统中的下一个处理腔，避免了不同环境中的传输切换，节约了传输时间，减少了被污染的概率，进一步提高了半导体处理系统的处理效率。执行不同工艺的处理腔具有不同的外部尺寸，所以本发明中同一侧相邻半导体处理模块之间的间隙构成维护空间大小也不尽相同。如图2、4所示，侧壁201上的第一、第三半导体处理模块之间的间隙距离为d3，侧壁202上挂载的第二、第四半导体处理模块之间的间隙距离为d3’，其中d3’的数值可以与d3不同。在一个传输腔挂载不同处理腔时，本发明由于采用了可线性水平运动的机械传输装置，所以可以将机械传输装置的基座30移动的不同处理腔的对应位置，减少了机械臂31的运动范围。现有技术揭露的半导体处理系统由于多个机械臂是固定不动的，所以一旦半导体处理系统中更换了一个或多个尺寸不同的处理腔，必须同时使得机械臂具有不同的运动轨迹，以适应不同型号的处理腔，大大增加了系统改进的难度。所以本发明提供的半导体处理系统在能适应不同类型处理腔组合的系统结构，具有系统设置灵活性。
27.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。