CN102263047B - 一种晶圆片热缓冲栈及实现热缓冲的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于半导体制造设备的一种晶圆片的热缓冲栈及实现热缓冲的方法。在缓冲栈的外壳的圆周壁上部两边分别设置晶圆片入口和晶圆片出口，在缓冲栈的外壳内，底部安装升降机和转动部件，升降机和转动部件中心的传动杆上部等距离固定多层圆托盘，两个圆托盘之间由垂直隔热板定位连接。实现热缓冲的方法为对于完成加工的处于较高的温度晶圆片用温度传感器探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度；按按照温度高到低的先后次序进入到热缓冲栈的圆托盘上，免去了加工片台反复的升降温温度循环，可提高能效及设备运行的稳定性、可靠性。能够形成流水线式的运行，配合特定的热缓冲栈的使用策略后，可更进一步地，从总体上提升晶圆片加工处理的产率。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造设备领域，特别涉及一种晶圆片的热缓冲栈及实现热缓冲的方法。
背景技术
当使用激光退火技术来进行半导体掺杂杂质的激活时，为了有效地降低晶圆片从表面向片内的温度梯度，一般地会同时对晶圆片进行衬底加热，使得晶圆片不会因为热应力过大而发生机械形变乃至碎片。
一般情况下，晶圆片加热至设定温度的过程会相对较快，而晶圆片降低其温度至室温的过程是比较缓慢的。如果加工工艺步骤包括了上片，晶圆片预升温，激光辐照退火处理，下片，晶圆片冷却至室温，晶圆片回收至片盒这样的全过程，那么因为冷却过程较为缓慢，将极大地制约激光退火设备的产率，成为影响生产效率的关键性的环节。
为缓解较高的产率要求和冷却环节需要较长时间之间的矛盾，本发明提出了一种晶圆片缓冲栈的机构，用于在激光加工处理完成后，暂时地容纳较高温度的晶圆片，待晶圆片充分冷却后，则可由缓冲栈移出至片盒回收。晶圆片缓冲栈能够容纳多个晶圆片，既保证各晶圆片的充分冷却，又能够形成流水线式的作业，不影响生产效率，因而是一种能够起到实际效果的，位于工艺腔和回收片盒之间的重要过渡装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆片的热缓冲栈及实现热缓冲的方法，其特征在于，在缓冲栈的外壳1圆周壁上部两边分别设置晶圆片入口5和晶圆片出口6，在缓冲栈的外壳1内，底部安装升降机和转动部件3，升降机和转动部件3中心的传动杆4上部等距离固定多层圆托盘2，两个圆托盘之间由垂直隔热板7定位连接。
所述多层圆托盘为2-4层。
所述圆托盘由热变形小的硬度比较大的陶瓷或金属材料制成；圆托盘具有容纳多片晶圆片的足够大的面积，该面积能够容纳2-6片晶圆片；
所述每个圆托盘上均配置多个温度传感器，用于探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度。
所述升降机和转动部件的机械驱动机构还提供圆托盘的旋转动作，这样可以通过程序控制的方式，具体地选择某个圆托盘上的某个晶圆片位置，使得晶圆片热缓冲栈具备多个晶圆片的存放容器的效用。
所述外壳的适当位置留气体流入的孔，这样热缓冲栈允许通入保护性气体，保护性气体向外壳的四周流出，实施气体流动换热，减少晶圆片的散热时间；或气流从在中心的传动杆上开相应的气流通孔进入，气流由传动杆处向四周流出。
所述陶瓷材料为氧化铝、氮化硅或氮化硼陶瓷；所述金属材料为不锈钢。
所述晶圆片热缓冲栈实现热缓冲的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)升降机和转动部件的机械驱动机构通过传动杆升起或降下某个圆托盘，使之高度处于适合的晶圆片入口及晶圆片出口的位置上；
(2)激光加工处理完成后的处于300-450℃范围的较高温度状态的晶圆片，由外部机械手通过晶圆片入口，放置到圆托盘之上；
(3)晶圆片放置在圆托盘之上后，用温度传感器探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度；判断按先后次序进入到热缓冲栈的晶圆片，有没有后放置的晶圆片温度比先放置的晶圆片温度更低的情况，如果温度差达到或超过了30摄氏度，则执行晶圆片位置的交换，从总体上去保证先进入的晶圆片，温度要更低；如果遇到某晶圆片的实际温度已经冷却达到了室温，则将此晶圆片从热缓冲栈取出，送至收片盒回收；
(4)如果温度传感器探测到所有晶圆片的温度都比较高，则会等待一段时间，在此时间内，晶圆片会逐渐冷却至室温，其后即可由外部机械手通过出口6取出，送入晶圆片回收片盒，完成该晶圆片的加工处理流程。
本发明的有益效果是在激光退火等加工处理中，晶圆片在完成加工时，往往处于比较高的温度，不适合于立即送入片盒回收，采用热缓冲栈后，晶圆片可以暂存于缓冲栈中，在那里停留并充分冷却。由于晶圆片在完成加工后立即移出至缓冲栈存放，所腾空的加工片台，可用于放置另一片晶圆片，进行加工处理，因此加工效率得到了保证。由于免去了对加工片台实行反复的升降温温度循环，可提高能效及设备运行的稳定性、可靠性。本发明提出之热缓冲栈，能够容纳多片晶圆片，各晶圆片在不同时间入栈，在不同的时间出栈，在先入先出的模式下，能够形成流水线式的运行，更进一步地，从总体上提升了晶圆片加工处理的工艺过程的产率。
附图说明
图1为一种与热处理加工有关的晶圆片热缓冲栈结构示意图。
图2为不同晶圆片存放位置之间设置隔热板的情况。
图中，
1-外壳；2-圆托盘；3-升降机转动部件；4-传动杆；5-晶圆片进入热缓冲栈的入口；6-晶圆片移出热缓冲栈的出口；7-隔热板。
具体实施方式
本发明提供一种晶圆片的热缓冲栈及实现热缓冲的方法，下面结合附图予以说明。
如图1-2所示的晶圆片的热缓冲栈结构示意图，可以由金属材料制造，但亦不排除采用其他具有一定机械强度和热特性的材料制造。具体结构是在缓冲栈的外壳1圆周壁上部两边分别设置晶圆片入口5和晶圆片出口6，在缓冲栈的外壳1内，底部安装升降机和转动部件3，升降机和转动部件3中心的传动杆4上部等距离固定2-4层圆托盘2，两个圆托盘2之间由垂直隔热板7定位连接。圆托盘2由热变形小的硬度比较大的陶瓷或金属材料(陶瓷材料，例如，为氧化铝、氮化硅或氮化硼陶瓷；金属材料，例如，为不锈钢)制成；圆托盘具有能够容纳2-6片晶圆片的足够大的面积。
所述每个圆托盘2上均配置多个温度传感器，用于探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度。
所述升降机和转动部件3的机械驱动机构还提供圆托盘的旋转动作，这样可以通过程序控制的方式，具体地选择某个圆托盘上的某个晶圆片位置，使得晶圆片热缓冲栈具备多个晶圆片的存放容器的效用。
所述外壳1的适当位置留气体流入的孔，这样热缓冲栈可以允许通入保护性气体，保护性气体向外壳的四周流出，实施气体流动换热，减少晶圆片的散热时间；或气流从在中心的传动杆4上开相应的气流通孔进入，气流由传动杆处向四周流出。机械传动杆，可采用比较耐热的无机材料制造，例如聚合物塑料或者玻璃。传动杆的中心可以掏空成为气流通道，中心掏空的传动杆，其外壁可以开大小不等的竖孔，以利于气体自传动杆向四周流动，起到换热作用。传动杆可通过轴承等机构与驱动部分相联接。无论是何种通气流方案，气体的流通路径，可以是从底部通入，向上方流出散失。采用底部流入的方案，对于机械部分少受热流影响会更有利一些，但是本发明并不排除自上向下的气流流动。本发明中，热缓冲栈本身并不要求和外界完全隔离，在外壳等处是有缝隙因而允许气流散失的
所述晶圆片热缓冲栈实现热缓冲的方法，包括如下步骤：
(1)升降机和转动部件3的机械驱动机构通过传动杆4升起或降下某个圆托盘2，使之高度处于适合的晶圆片入口5及晶圆片出口6的位置上；
(2)激光加工处理完成后的处于300-450℃范围的较高温度状态的晶圆片，由外部机械手通过晶圆片入口5，放置到某个圆托盘2之上；
(3)晶圆片放置在圆托盘2之上后，用温度传感器探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度；判断按先后次序进入到热缓冲栈的晶圆片，有没有后放置的晶圆片温度比先放置的晶圆片温度更低的情况，如果温度差达到或超过了30摄氏度，则执行晶圆片位置的交换，从总体上去保证先进入的晶圆片，温度要更低；如果遇到某晶圆片的实际温度已经冷却达到了室温，则将此晶圆片从热缓冲栈取出，送至收片盒回收；
(4)如果温度传感器探测到所有晶圆片的温度都比较高，则会等待一段时间，在此时间内，晶圆片逐渐冷却至室温，其后可由外部机械手通过出口6取出，送入晶圆片回收片盒，完成该晶圆片的加工处理流程。
所述外壳将缓冲栈机构内部与外部环境做一定程度上的隔离，主要是热隔离。
本发明向热缓冲栈中送入晶圆片，或者从中取出晶圆片，以及在某些定期时刻挪动或者交换晶圆片的位置，均由外部机械手完成。采用机械手搬运晶圆片，就半导体制造而言，是成熟的技术。本发明中并未特别指明圆盘片的机械结构，就其中一种最平凡的平板来说，只要机械手是吸取式的，无论是射流吸取，还是真空吸取，都可以实现晶圆片的正常取放。
Claims (2)
1.一种晶圆片的热缓冲栈，在缓冲栈的外壳的圆周壁上部两边分别设置晶圆片入口和晶圆片出口，在缓冲栈的外壳内，底部安装升降机和转动部件，升降机和转动部件中心的传动杆上部等距离固定多层圆托盘，两个圆托盘之间由垂直隔热板定位连接，其特征在于，所述每个圆托盘上均配置多个温度传感器，用于探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度。
2.一种晶圆片的热缓冲栈实现热缓冲的方法，所述晶圆片的热缓冲栈为在缓冲栈的外壳的圆周壁上部两边分别设置晶圆片入口和晶圆片出口，在缓冲栈的外壳内，底部安装升降机和转动部件，升降机和转动部件中心的传动杆上部等距离固定多层圆托盘，两个圆托盘之间由垂直隔热板定位连接；其特征在于，包括如下步骤：
（1）升降机和转动部件的机械驱动机构通过传动杆升起或降下某个圆托盘，使之高度处于适合的晶圆片入口及晶圆片出口的位置上；
（2）激光加工处理完成后的处于300-450℃范围的较高温度状态的晶圆片，由外部机械手通过晶圆片入口，放置到某个圆托盘之上；
（3）晶圆片放置在圆托盘之上后，用温度传感器探测和反馈不同晶圆片位置的实际温度；判断按先后次序进入到热缓冲栈的晶圆片，有没有后放置的晶圆片温度比先放置的晶圆片温度更低的情况，如果温度差达到或超过了30摄氏度，则执行晶圆片位置的交换，从总体上去保证先进入的晶圆片，温度要更低；如果遇到某晶圆片的实际温度已经冷却达到了室温，则将此晶圆片从热缓冲栈取出，送至收片盒回收；
（4）如果温度传感器探测到所有晶圆片的温度都比较高，则会等待一段时间，在此时间内，晶圆片逐渐冷却至室温，其后可由外部机械手通过出口（6）取出， 送入晶圆片回收片盒，完成该晶圆片的加工处理流程。
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