CN100346938C - 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手 - Google Patents

超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手 Download PDF

Info

Publication number
CN100346938C
CN100346938C CNB2005100864758A CN200510086475A CN100346938C CN 100346938 C CN100346938 C CN 100346938C CN B2005100864758 A CNB2005100864758 A CN B2005100864758A CN 200510086475 A CN200510086475 A CN 200510086475A CN 100346938 C CN100346938 C CN 100346938C
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission shaft
power transmission
magnetic power
commutation
jig arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100864758A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1739923A (zh
Inventor
钱佩信
梁聚宝
林惠旺
刘荣华
刘志弘
陈长春
张伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CNB2005100864758A priority Critical patent/CN100346938C/zh
Publication of CN1739923A publication Critical patent/CN1739923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100346938C publication Critical patent/CN100346938C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明属于集成电路半导体薄膜外延生长技术及超晶格薄膜材料生长技术领域；其特征在于含有：磁传动轴、止推弹簧、止推挡板、档头、双定位转芯、两个内套筒、外套筒、换向轴、换向弹簧以及基于四连杆机构的张合式机械手夹臂；磁传动轴前进过程中，固定在外套筒一端的档头被外延生长反应腔真空阀门第一次挡住后，磁传动轴继续向前位移，使机械手夹臂张开实现放片功能；而在磁传动轴前进过程中，档头被阀门第二次挡住时，磁传动轴继续向前位移，却使机械手夹臂闭合实现取片功能，并依次循环往复。本发明具有硅片的存取准确可靠，重复稳定性好的优点，大大提高了单片三腔红外加热超高真空化学气相淀积外延系统的生产效率。

Description

超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手
技术领域
本发明属于集成电路硅基异质外延薄膜生长技术和超晶格薄膜材料生长技术领域。
背景技术
以“第二代硅”面目出现的硅基Si1-xGex薄膜材料，可以通过改变锗组分调节其能带的禁带宽度。由于在制造技术上与成熟的Si平面工艺相兼容，特别是其具有优良的高频、高速和低功耗等性能及能够人工改性硅基异质外延材料而获得高速器件，所以它不仅在微电子领域受到青睐，而且在光电子领域也受到高度的重视，并且最终能实现大规模集成。
目前制备硅基SiGe薄膜材料的常规方法主要有气源分子束外延(GSMBE)和超高真空化学气相淀积(UHV/CVD)外延两种。分子束外延(MBE)具有控制精确、能够生长特殊结构、实时监控等优点，但这种设备价格昂贵、工艺复杂、运行成本高而难以实现工业化生长。相对而言，化学气相淀积(CVD)技术由于系统成本低、使用方便的优点而更具吸引力。在用传统CVD系统进行外延时，生长温度一般需高于1000℃来获得无氧的生长表面，但这一温度容易引起外延层和衬底间界面的过渡区杂质分布不陡峭、图形发生漂移和畸变，而且在生长应变SiGe层时容易导致应变的弛豫。自IBM公司的Meyerson等开发出UHV/CVD系统以来，SiGe器件的大规模生产成为现实。清华大学微电子学研究所基于自己的快速热退火专利技术(专利号：85100131.9)，研制出具有自主知识产权的单片二腔式“超高真空化学气相淀积外延系统”(UHV/CVD)(专利号：ZL 98111717.1)。
为了改进上述单片二腔式超高真空化学气相淀积外延系统(UHV/CVD)在硅基异质外延薄膜材料生长时的缺点，我们申请了单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统(UHV/CVD)，该系统的总体原理示意图如图1所示。它是在原来二腔UHV/CVD的基础上增加一个预装片腔，从而保证在外延炉工作期间石英反应腔和装片腔始终保持高真空状态，大大提高薄膜生长的质量和生产效率。该UHV/CVD系统主要由预装片腔15及其磁传动硅片片架16，装片腔102及其气缸驱动的升降台和磁传动机械手21，外延生长石英反应腔101及其石墨板电阻加热器104，不锈钢高真空外腔103，高真空机组112，气路系统144，尾气处理装置141，测温控温系统142，加热电源以及计算机控制系统143等组成。
但单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统的磁传动机械手中的不锈钢片托是固定的而需要手动取放硅片，因此存在一个取放片不可靠的问题，严重影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高真空化学气相淀积外延系统，尤其是单片三腔红外加热超高真空化学气相淀积外延系统用的可自动取放片的张合式机械手。
本发明的特征在于：
a)磁传动轴；
b)磁传动轴止推挡板，该挡板套在所述磁传动轴的一端，而且该挡板与所述磁传动轴相互连接固定；
c)挡头，该挡头滑套在所述磁传动轴上；
d)磁传动轴止推弹簧，该弹簧绕在所述的磁传动轴上且两端分别固定在所述磁传动轴止推挡板和挡头上；
e)外套筒，该外套筒套在所述磁传动轴之外，且该外套筒的一端与所述挡头的另一侧相固定；
f)两个内套筒，该两个内套筒沿所述磁传动轴的轴向固定在所述外套筒内，两内套筒的内圆柱间开有槽口相对接的导槽，该导槽的轴向长度既所述磁传动轴轴向运动的行程长度；
g)换向轴，套在所述外套筒及一个内套筒内，该换向轴一端与双定位转芯轴端相接触，另一端与换向关节相连接；
h)双定位转芯，该转芯为带外导槽的两端开口圆柱，一端滑动地套在所述换向轴的一端，另一端内接于所述磁传动轴端部的轴上，所述磁传动轴推动该双定位转芯内接于所述两个内套筒的导槽滑动与转动，并可分别锁定在两个内套筒的导槽内；
i)换向轴挡块，该挡块固定在所述换向轴上，并在所述外套筒开口槽区间内作轴向运动；双定位转芯第一次推动换向轴前移时，压缩的换向弹簧通过换向挡块使换向轴一端压紧双定位转芯，并使其锁定在内套筒的导槽内；而当双定位转芯第二次推动换向轴前移时，拉伸的换向弹簧通过换向挡块使换向轴一端压紧双定位转芯，并使其锁定在内套筒的导槽内；并依次循环；
j)换向接头，该接头的一端与所述外套筒嵌接，同时又通过位于轴向的插入孔与所述换向轴滑动套接；
k)换向弹簧，该弹簧绕在所述换向轴上，且两端分别固定在所述换向挡块的另一侧以及嵌入所述外套筒内的换向接头的台阶上，对所述换向轴的轴向移动起锁定作用；
l)张合式四连杆，其中两条连杆交叉且转动连接在位于所述换向接头一端的换向关节，分别构成了机械手的左夹臂和右夹臂，而另外两条连杆也交叉且转动地连接在位于所述换向轴一端的换向关节上，所述机械手左夹臂和右夹臂分别通过活动的换向关节和连接在所述换向轴上的两条连杆相连；当所述磁传动轴前进引起换向轴前移时，使机械手左夹臂和右夹臂张开，把嵌在所述两个夹臂凹槽中的硅片缓慢地放下；而当所述磁传动轴前进引起换向轴后移时，则使机械手左夹臂和右夹臂合上，把硅片嵌在所述两个夹臂凹槽内缓慢夹住取出。
张合式取放片机械手是一个将换向轴X轴方向的位移转换成左右夹臂在Y轴方向张合位移的装置。该张合式取放片机械手主要由磁传动轴、止推弹簧、止推挡板、档头、双定位转芯、两个内套筒、外套筒、换向轴、换向轴挡块、换向弹簧以及基于四连杆机构的张合式机械手夹臂等组成。磁传动轴在初始位置时，机械手左右夹臂处于“合”的状态，此时恰好托住一个硅片的边缘。在磁传动轴沿X轴向左运动时，当固定在外套筒上的档头第一次撞到外延生长石英反应腔高真空阀门时，外套筒停止了运动，而磁传动轴继续运动，直至止推挡板压缩弹簧到极限位置时才停止。这样，磁传动轴通过双定位转芯推动换向轴，并通过换向关节使机械手左右夹臂张开，转换成“张”的状态，从而把其上所托的硅片放到外延生长石英反应腔的石英支柱上。之后磁传动轴沿X轴向右运动，张合式取放片机械手退到外延生长石英反应腔高真空阀门外的装片腔中，完成了将一新硅片放进石英反应腔的放片过程。
当放在外延生长石英反应腔的石英支柱上的硅片外延完成后，系统驱动磁传动轴沿X轴向左运动，当固定在外套筒上的档头第二次撞到外延生长石英反应腔高真空阀门时，外套筒停止了运动，而磁传动轴继续运动，直至止推挡板压缩弹簧到极限位置时才停止。此时，磁传动轴通过双定位转芯推动换向轴，并通过换向关节使处于“张”的状态的机械手左右夹臂闭合，转换成“合”的状态，从而把石英支柱上的外延完的硅片夹起。之后磁传动轴沿X轴向右运动，张合式取放片机械手退到外延生长石英反应腔高真空阀门外的装片腔中，完成了将一外延完的硅片从石英反应腔取出的取片过程。并依次循环往复，实现生产过程自动取放片。
本发明提出的张合式取放片机械手，可以确保将硅片放进外延生长石英反应腔的石英支柱上，以及将硅片从石英支柱上取出的过程，准确可靠，重复稳定，大大提高了该设备的生产效率。
附图说明
图1单片三腔式UHV/CVD外延系统原理示意图。
图2张合式机械手示意图。
图3张合式机械手放片示意图。
图4张合式机械手取片示意图。
具体实施方式
单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统(UHV/CVD)中本发明所涉及的张合式取放片机械手的原理示意图如图2所示。
下面我们就来介绍在石英反应腔101内进行半导体薄膜外延生长时张合式取放片机械手如何进行取放片的。首先图2所示的张合式取放片机械手21主要由磁传动轴401、外套筒402、档头403、磁传动轴止推挡板405、止推弹簧4041、双定位转芯406、两个内套筒4071、4072及其内的双定位导槽、换向轴408、换向轴挡块413、换向弹簧4042、换向接头409、包含左夹臂414和右夹臂415在内的张合式四连杆机构。
磁传动轴401在初始位置时，机械手左夹臂414和右夹臂415处于“合”的状态，此时恰好托住一个硅片23的边缘。在磁传动轴401沿X轴向左运动时，当固定在外套筒402上的档头403撞到外延生长石英反应腔101高真空阀门7时，外套筒402停止了运动，而磁传动轴401继续运动，直至磁传动轴止推挡板405压缩止推弹簧4041到极限位置时才停止。这样，磁传动轴401通过双定位转芯406推动换向轴408、并通过两个内套筒4071及4072内的双定位导槽、换向接头409、换向轴挡块413、换向弹簧4042使机械手左夹臂414和右夹臂415张开，转换成“张”的状态，从而把其上所托的硅片23放到外延生长石英反应腔101内的石英支柱上。之后磁传动轴401沿X轴向右运动，张合式取放片机械手21退到外延生长石英反应腔101高真空阀门7外的装片腔102中，完成了将一新硅片23放进石英反应腔101的放片过程。此时，机械手放片的状态图见图3。
当放在外延生长石英反应腔101的石英支柱上的硅片23外延完成后，系统驱动磁传动轴401沿X轴向左运动，当固定在外套筒402上的档头403撞到外延生长石英反应腔101高真空阀门7时，外套筒402停止了运动，而磁传动轴401继续运动，直至磁传动轴止推挡板405压缩止推弹簧4041到极限位置时才停止。这样，磁传动轴401通过双定位转芯406推动换向轴408、并通过两个内套筒4071及4072内的双定位导槽、换向接头409、换向轴挡块413、换向弹簧4042使机械手左夹臂414和右夹臂415转换成“合”的状态，从而把外延生长石英反应腔101内石英支柱上的外延完的硅片23夹起。之后磁传动轴401沿X轴向右运动，张合式取放片机械手21退到外延生长石英反应腔101高真空阀门7外的装片腔102中，完成了将一外延完的硅片23从石英反应腔101取出的取片过程。此时，机械手取片的状态图见图4。重复上述过程，逐片完成样片的外延生长。
由此可见，本发明的张合式机械手具有可靠稳定的取放片功能，从而大大提高了该设备的外延生产效率。

Claims (1)

1.超高真空化学气相淀积外延系统用的张合式取放片机械手，其特征在于，该机械手含有：
a)磁传动轴(401)；
b)磁传动轴止推挡板(405)，该挡板套在所述磁传动轴(401)的一端，而且该挡板(405)与所述磁传动轴(401)相互连接固定；
c)挡头(403)，该挡头(403)滑套在所述磁传动轴(401)上；
d)磁传动轴止推弹簧(4041)，该弹簧绕在所述的磁传动轴(401)上且两端分别固定在所述磁传动轴止推挡板(405)和挡头(403)上；
e)外套筒(402)，该外套筒套在所述磁传动轴(401)之外，且该外套筒(402)的一端与所述挡头(403)的另一侧相固定；
f)第一内套筒(4071)和第二内套筒(4072)，两内套筒沿所述磁传动轴(401)的轴向并排固定在所述外套筒(402)内，第一内套筒(4071)和第二内套筒(4072)的内圆柱间开有槽口相对接的两个环形导槽，该导槽的轴向长度即所述磁传动轴(401)轴向运动的行程长度；
g)换向轴(408)，套在所述外套筒(402)及第一内套筒(4071)和第二内套筒(4072)内，该换向轴(408)一端与双定位转芯(406)轴端相接触，另一端与换向关节(412)相连接；
h)双定位转芯(406)，该转芯(406)为带外导槽的两端开口圆柱，一端滑动地套在所述换向轴(408)的一端，另一端内接于所述磁传动轴(401)端部的轴上，磁传动轴(401)推动该双定位转芯(406)，内接于第一内套筒(4071)及第二内套筒(4072)的导槽内滑动与转动，并可分别锁定在第一内套筒(4071)及第二内套筒(4072)的导槽内；
i)换向轴挡块(413)，该挡块(413)固定在所述换向轴(408)上，并在所述外套筒(402)开口槽区间内作轴向运动；双定位转芯(406)第一次推动换向轴(408)前移时，压缩的换向弹簧(4042)通过换向挡块(413)使换向轴(408)一端压紧双定位转芯(406)，并使双定位转芯(406)锁定在第二内套筒(4072)的导槽内；而当双定位转芯(406)第二次推动换向轴(408)前移时，拉伸的换向弹簧(4042)通过换向挡块(413)使换向轴(408)一端压紧双定位转芯(406)，并使双定位转芯(406)锁定在第一内套筒(4071)的导槽内；并依次循环；
j)换向接头(409)，该接头(409)的一端与所述外套筒(402)嵌接，同时又通过位于换向接头(409)轴向的插入孔与所述换向轴(408)滑动套接；
k)换向弹簧(4042)，该弹簧(4042)绕在所述换向轴(408)上，且两端分别固定在所述换向挡块(413)的一侧以及嵌入所述外套筒(402)内的换向接头(409)的台阶上，对所述换向轴(408)的轴向移动起锁定作用；
l)张合式四连杆，其中两条连杆交叉且转动连接在位于所述换向接头(409)一端的换向关节(416)，分别构成了机械手的左夹臂(414)和右夹臂(415)，而另外两条连杆也交叉且转动地连接在位于所述换向轴(408)一端的换向关节(412)上，所述机械手左夹臂(414)和右夹臂(415)分别通过活动的换向关节(411)和连接在所述换向轴(408)上的两条连杆相连；当所述磁传动轴(401)前进引起换向轴(408)前移时，使机械手左夹臂(414)和右夹臂(415)张开，把嵌在所述两个夹臂凹槽中的硅片缓慢地放下；而当所述磁传动轴(401)前进引起换向轴(408)后移时，则使机械手左夹臂(414)和右夹臂(415)合上，把硅片嵌在所述两个夹臂凹槽内缓慢夹住取出。
CNB2005100864758A 2005-09-23 2005-09-23 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手 Expired - Fee Related CN100346938C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100864758A CN100346938C (zh) 2005-09-23 2005-09-23 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100864758A CN100346938C (zh) 2005-09-23 2005-09-23 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1739923A CN1739923A (zh) 2006-03-01
CN100346938C true CN100346938C (zh) 2007-11-07

Family

ID=36092528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100864758A Expired - Fee Related CN100346938C (zh) 2005-09-23 2005-09-23 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100346938C (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101525739B (zh) * 2009-04-15 2012-07-18 苏州硕光科技有限公司 适应基片交接位置误差的机械手传递装置
CN103350886B (zh) * 2013-07-19 2015-06-17 深圳市华星光电技术有限公司 物件位置校正装置
CN107200110B (zh) * 2017-05-18 2019-04-30 北京理工大学 一种基于连杆拉簧机构的仿生螯机器人

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2122034U (zh) * 1992-05-05 1992-11-18 林正民 小型机械手
CN2274117Y (zh) * 1996-12-05 1998-02-11 山东矿业学院济南分院 多重四连杆机械臂机构
US6003400A (en) * 1998-05-16 1999-12-21 Jason W. Rauchfuss Robotic wrist mechanism
CN1067446C (zh) * 1998-12-25 2001-06-20 清华大学 超高真空化学气相淀积外延系统
US6494662B1 (en) * 1999-04-27 2002-12-17 Compagnie Generale De Participations Device for remote control of the movement of gripping elements
CN1546743A (zh) * 2003-12-05 2004-11-17 清华大学 单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统
CN1635608A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 清华大学 带竖立式热处理腔的半导体快速热处理设备
CN2721335Y (zh) * 2004-06-29 2005-08-31 王兆祥 抓物器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2122034U (zh) * 1992-05-05 1992-11-18 林正民 小型机械手
CN2274117Y (zh) * 1996-12-05 1998-02-11 山东矿业学院济南分院 多重四连杆机械臂机构
US6003400A (en) * 1998-05-16 1999-12-21 Jason W. Rauchfuss Robotic wrist mechanism
CN1067446C (zh) * 1998-12-25 2001-06-20 清华大学 超高真空化学气相淀积外延系统
US6494662B1 (en) * 1999-04-27 2002-12-17 Compagnie Generale De Participations Device for remote control of the movement of gripping elements
CN1546743A (zh) * 2003-12-05 2004-11-17 清华大学 单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统
CN1635608A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 清华大学 带竖立式热处理腔的半导体快速热处理设备
CN2721335Y (zh) * 2004-06-29 2005-08-31 王兆祥 抓物器

Also Published As

Publication number Publication date
CN1739923A (zh) 2006-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ginley et al. Topological insulator film growth by molecular beam epitaxy: A review
Rivest et al. Cation exchange on the nanoscale: an emerging technique for new material synthesis, device fabrication, and chemical sensing
CA1330193C (en) Method for making artificial layered high-t_ superconductors
Bedell et al. Kerf-less removal of Si, Ge, and III–V layers by controlled spalling to enable low-cost PV technologies
CN100346938C (zh) 超高真空化学气相淀积外延系统的张合式取放片机械手
Richardson et al. Metamorphic epitaxial materials
Teplin et al. A new approach to thin film crystal silicon on glass: Biaxially-textured silicon on foreign template layers
CN100495646C (zh) 一种在砷化镓衬底上外延生长锑化镓的方法
CN101388324B (zh) 一种锗量子点的制备方法
CN105977788B (zh) 一种量子点带间级联激光器
CN101525742A (zh) 化学气相淀积材料生长设备的装样、取样和样品转移的方法
CN1218409C (zh) Ⅲ－ⅴ/ⅱ－ⅵ族半导体界面的制备方法
CN110875170A (zh) 基于氮化硼中间层远程外延生长二硫化铪的方法
Xie et al. From relaxed GeSi buffers to field effect transistors: Current status and future prospects
CN219132311U (zh) 用于mocvd与mbe互联设备真空高温多轴传样的机械手及真空互联设备
JP2004106105A (ja) 搬送ロボット
CN1254567C (zh) 单片三腔式红外加热超高真空化学气相淀积外延系统
Sawano et al. Formation of Ge (111) on Insulator by Ge epitaxy on Si (111) and layer transfer
CN202513198U (zh) 一种半导体外延生长结构
CN105957824A (zh) 氮化镓器件介质生长方法及系统
CN102820213A (zh) 利用InN纳米棒作为形核层生长单晶GaN纳米管的方法
CN110195259A (zh) 一种生长在Si衬底上的In2Se3二维材料及其制备方法
Izyumskaya et al. Control over strain relaxation in Si-based heterostructures
CN116377572B (zh) 真空互联传样系统及其传样方法
Washburn et al. Defect formation in epitaxial crystal growth

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071107

Termination date: 20140923

EXPY Termination of patent right or utility model