CN1072389C - 传输半导体晶片的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于从晶片正面装卸半导体晶片的设备，晶片正面上通过半导体晶片的处理形成抛光表面，正面包括外周边缘。所述设备包括具有在保持晶片时用来吸持晶片的尖端部位的抓手，和安装抓手的框架、使抓手确实定位，仅在晶片正面的外周边缘上吸持晶片。该设备还包括终止于抓手的尖端部位的真空压力通道装置，通过抓手尖端部位向晶片施加真空压力，抓住晶片。抓手设置成以单一预定取向保持晶片。

Description

传输半导体晶片的设备
本发明一般涉及不会沾污或损坏晶片的装卸半导体晶片的设备，尤其是涉及从接受器输送半导体晶片或输送至接受器的设备。
生产高质量半导体晶片需要供给表面无损伤的晶片。装卸晶片会增加损伤或沾污的机会。例如，在晶片向用于在晶片正面上淀积外延层的接受器传输期间，经常发生损伤或沾污。接受器通常是垂直取向的多边形管，由涂敷有石墨的碳化硅制成。管壁外表面具有圆形凹座，每个凹座的尺寸可保持一张晶片，晶片正面从接受器向外。在外延层淀积处理期间接受器在反应室内保持多张晶片。晶片反面通常与凹座基底配合，以使淀积在反面的材料量最少。
一般，采用特制镊子(夹钳)或真空杆把晶片从储存盒传输至接受器凹座。夹钳在正反两面上沿正反两面的周围边缘夹住晶片。真空杆吸住晶片反面的中心部位。真空杆不能从周围边缘向内吸住晶片的正面，或者可能发生沾污。与正面周围边缘的吸住不能使真空杆足以安全拾取地抓住晶片。
使用夹钳或真空杆需要操作者以相对于接受器为非平行的形式把晶片插入晶片凹座，在凹座底壁与夹住晶片反面的夹钳或真空杆之间设置空间。在这两种情况下，晶片首先在凹座底部以晶片顶部与凹座呈向上倾斜的方式与接受器接触。然后常常用分立的尖头工具或夹钳把晶片顶部推入凹座，使晶片安置于凹座。这经常导致晶片被工具或夹钳损坏。此装载和随后的安置工艺也增加了晶片放入凹座时晶片被凹座侧边刮伤的机会，结果损坏晶片。即使是微小的刮伤也会引起反应器和晶片本身的微粒污染。这些技术偶尔导致由热致滑动引起的晶片不能确实置于接受器或者处理期间晶片从接受器滑落。
使用夹钳或真空杆也会导致难于在接受器凹座以协调方式对晶片取向，结果由上述反应器淀积的硅跑到晶片之下，从而避免晶片反面与凹座底壁接触。而且，用于搬运晶片的夹钳仅依靠与晶片面的摩擦配合来抓住晶片。于是，经常发生晶片滑出夹钳受损的情况。
使用夹钳或真空杆还要求操作者具有高度的手工技巧，放置晶片于接受器凹座，而不使晶片脱落或被凹座侧边刮伤。
在本发明的几个目的中应该提到以下措施，提供一种用于从接受器输送半导体晶片或输送至接受器、而不会损坏晶片的设备；提供一种安全地保持晶片的设备；提供一种能在只夹住晶片一面的同时把晶片垂直地置于接受器上的设备；提供一种使半导体晶片在接受器上协调取向的设备；提供一种以使晶片因设备的夹持而受沾污的机会减至最小的方式保持晶片的设备；和提供一种易于使用的设备。
本发明的设备是用于从晶片正面装卸半导体晶片的，正面上通过半导体晶片的处理形成抛光表面。正面包括外周边缘。通常，该设备包括具有在保持晶片中用来吸持晶片的尖端部位的抓手，和安装抓手的框架，使抓手确实定位，在晶片正面的外周边缘上吸持晶片，同时不在晶片反面吸持。真空压力通道装置终止于抓手的尖端部位，通过抓手尖端部位向晶片施加真空力强，抓住晶片。
本发明的其他目的和特征在以下的说明中将部分地明了及部分地给出。
图1是用于装卸半导体晶片的设备的侧视图，其中展示了保持半导体晶片的状态。
图2是图1所示保持半导体晶片的设备的正视图。
图3是图1所示设备的部分放大图，展示了设备的抓手尖端部位与晶片的吸持状态。
在所有几幅图中对应的参考符号代表对应的部件。
参见附图，首先参见图1，本发明的用于装卸半导体晶片W的设备概括地表示为10。概括地表示为W的半导体晶片包括正面FF，其上通过对半导体晶片的处理所形成抛光表面，和可以抛光或不抛光的反面RF。晶片正面FF包括在抛光晶片中不使用的外周边缘M。在直径为150mm的晶片上边缘例如约为3mm宽。因此，在晶片W的装卸期间外周边缘M不必保持无缺陷。晶片通常是圆形的，并具有沿外周边缘部位形成的平坦部分F。
设备10以适当方式把晶片W垂直地置于接受器(未示出)的晶片凹座内，用以在外延反应室内(未示出)进行处理，例如共同授予的美国专利5518549所公开的方式，该公开在此引为参考。应该了解，虽然本发明是具体应用于在外延层淀积的意义上装卸半导体晶片W，但是也可以在其他应用中用于装卸其他物体，仍旧处于本发明的范围。晶片凹座通常是圆形的，并位于接受器的直立壁上，晶片W被支撑在凹座的薄凸缘部上。更具体地，晶片W通常是沿其边缘与该凸缘部接合。由于位于晶片凹座中，晶片W的正面FF从凹座朝外。通过淀积来自化学汽相的半导体材料，在正面FF形成外延层，化学汽相经过反应室并在接受器上面循环。
设备10包括抓手22；安装抓手和真空压力通道装置(一般表示为23)的框架(一般表示为24)；真空压力通道装置用于经过抓手的尖端部位25向晶片W施加真空压力以便吸住晶片。框架24包括手柄26，其从被设备10保持的半导体晶片W的正面FF垂直延伸，支管部分28在其中限定了框架通道。框架通道与每个抓手22的抓手通道30呈流体连通。手柄26和框架通道提供流体通道，用于准备传送至安装于支管部分28上的抓手22的真空压力。支管部分28由多条管部件组成。六个管部件32形成五边形结构，该结构位于一般平行于由设备10保持的半导体晶片W的正面FF的平面内。
如图2所示，框架24具有设备保持晶片时与半导体晶片W的中心一般为共心的中心C。抓手22构成和布置为只在其外周边缘M抓住晶片W，从而避免抓手与处理后即将使用的晶片部分的接触。支管部分28按如下方式设置，从五边形(见图2)的下角延伸的两个抓手22位于距框架中心C的距离为r的位置，从五边形最上角延伸的第三抓手位于距中心C的距离小于r的位置。通常，距离r对应于晶片W的半径(但稍大于)。第三抓手22距框架24中心的距离对应于晶片中心与平坦部分F之间的最短距离。此设置可由与外周边缘M的平坦部分F吸持的第三抓手22仅在一个位置使设备10安全地保持晶片W。这样，按前后晶片相同的方式(例如在凹座顶部)，以晶片平坦部分F定位在接受器凹穴，可使晶片W放置于接受器。框架24构型如下，从框架各角延伸的各抓手22相互隔开，用于仅与晶片W的正面FF的外周边缘M吸持。对于直径的晶片需要不同尺寸的设备。应该知道，在不脱离本发明范围的条件下，可以使用各种其他框架形状，和使不同数量的抓手连接于框架。
框架24包括连接于支管部分28的第七管部件44，并位于与支管部分相同的平面内。第六管部件44从支管部分28的底部一般延伸至框架中心C。手柄26与第六管部件44连接，并从支管部分28垂直延伸。在所示实施例中，手柄26取自真空管，例如加利福尼亚、Sunnyvale的H-Square公司销售的样品牌号为NOP191或NCP191的产品。例如，图1所示手柄尺寸，直径为15.7mm，长度为157mm。手柄26包括安装于框架24的尖端45和可安装于真空压力源(未示出)的倒剌连接器46。手柄26由聚合材料或其他适合材料制成。手柄26还包括用于选择地开闭手柄中的通道的阀48，控制通过抓手尖端部位25的真空压力的使用。因此，可以在设备10控制压力，代替在真空压力源的远程控制。阀包括旋钮49和蒸汽套管51，用于在手柄内定位阀门或球式阀门，或者其他适合的截流装置。
管部件32由6.4mm的不锈钢管制成。管部件32与不锈钢弯头58和三通60连接。也可使用其他适合材料例如塑料和不同的管尺寸。可以预见，也可以用实心棒制成框架(未示出)，其形成结构与图1和2所示框架相同，沿实心棒延伸的柔性管在刚性棒的外部提供流体通道。
每个抓手尖端部位具有切口50，其构成用于在其中接受晶片W的外周边缘M的部分，抓住晶片，如图3中一个抓手2所示。切口50限定了轴向端表面52和从轴向端表面向外轴向延伸的突出部件54。两个下抓手22的突出部件54位于晶片之下并支撑其，以便有助于由真空压力保持晶片。通常，距离r是从框架中心到突出部件的内径端面部位的距离。抓手通道开口31位于轴向端表面52。尖端部位还包括从轴向端表面52斜出的轴向向后斜面56。抓手尖端部位最好用耐热塑料制成，例如E.I.DuPont de Nemours and Company销售的商标为VESPEL的塑料。
操作中，利用手柄26一手抓住晶片装卸设备10，操作者压住旋钮49打开阀门48，使真空压力流至尖端部位25。然后用突出部件54靠近晶片的外周边缘，使设备10与晶片W接触。从支管部分28的上角延伸的抓手22置于晶片W的平坦部分F。沿突出部件54的真空压力把晶片保持在晶片装卸设备的固定位置。然后垂直地把晶片W输送至接受器，适当地与凹座对准，确实地放置于凹座。操作者然后松开阀门48的旋钮49，截断到达抓手尖端部位25的真空力强，释放晶片。设备10还可用于把晶片输送至其他处理设备或从其输送出。真空管(未示出)可用于从盒向晶片装卸设备输送晶片。
由以上可见，本发明的晶片装卸设备具有许多优点。所示构形可在仅接触晶片的外周边缘的同时，拾取半导体晶片并由真空压力保持，因此减少了损坏晶片正面的可能性。该设备可以垂直于设备的方式把晶片放置于外延反应器接受器上，于是提供了比以一定角度在凹座上放置晶片更好地在接受器上的对准，避免损坏晶片。此外，该设备可使晶片以选择的取向协调地定位于凹穴，还改进了抛光晶片的质量。
如上所述，可知达到了本发明的几个目的并获得了其他优点。
在不脱离本发明范围的条件下可对上述结构和方法做出各种变化，应该指出上述说明中包含的或者附图所示的全部内容均应理解为示例性的，并无限制含义。

Claims (10)

1．一种用于从晶片正面装卸半导体晶片的设备，晶片正面上通过半导体晶片的处理形成抛光表面，正面包括外周边缘，所述设备包括具有在保持晶片时用来吸持晶片的尖端部位的抓手，和安装抓手的框架，使抓手确实定位，在晶片正面的外周边缘上吸持晶片，同时不在晶片反面吸持，真空压力通道装置终止于抓手的尖端部位，通过抓手尖端部位向晶片施加真空压力，抓住晶片，尖端部位构造成用于沿正面的外周边缘吸持晶片。
2．根据权利要求1的晶片装卸设备，其中所述通道装置包括在每个抓手内终止于每个抓手的尖端部位的开口的抓手通道。
3．根据权利要求2的晶片装卸设备，其中所述通道装置还包括框架内的框架通道，框架通道与每个抓手的抓手通道保持流体连通。
4．根据权利要求3的晶片装卸设备，其中框架包括在其中限定框架通道的支管部分，抓手安装于支管部分上，手柄连接于框架，框架通道从支管部分经过手柄延伸。
5．根据权利要求4的晶片装卸设备，其中还包括位于手柄上的阀门，用于选择地开闭所述通道，从而对经过抓手尖端部位施加真空压力进行控制。
6．根据权利要求2-5中任一项的晶片装卸设备，其中每个抓手的抓手尖端部位具有切口，限定轴向端表面和从轴向端表面轴向向外延伸的突出部件，抓手通道在轴向端表面开口。
7．根据权利要求6的晶片装卸设备，其中抓手尖端部位的突出部件被构造和设置成由突出部件的内径接受半导体晶片的径向朝外的薄边缘，用抓手尖端部位的轴向端面吸持晶片正面的外周边缘，突出部件构造成用于从正面吸持外周边缘保持晶片，而不在与正面相反的晶片反面吸持。
8．根据权利要求6的晶片装卸设备，其中突出部件被构造和设置成用于以单一预定的取向接受晶片，由设备保持晶片时框架具有与半导体晶片中心共心的中心，第一和第二突出部件与框架中心有一固定距离r，第三突出部件与中心的固定距离小于r。
9．根据权利要求6的晶片装卸设备，其中抓手尖端部位还包括从轴向端表面轴向向后斜出的倾斜表面。
10．根据权利要求1-5中任一项的晶片装卸设备，其中抓手被设置成在框架顶部以单一预定取向用晶片平坦部分保持半导体晶片。
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