CN115662929A - 一种外延片自动上下片设备及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外延片自动上下片设备及制造工艺，外延片自动上下片设备包括：洁净仓，包括相连通的中转仓和操作仓，中转仓与操作仓之间设有能够启闭的隔离门，操作仓内设有用于喷出惰性气体的喷口，中转仓内设有用于放置带有晶圆的卡塞的卡塞放置位；载盘上下料装置，设置于操作仓内，用于承载载盘，并能够放入或取出载盘至外延炉内；晶圆上下料装置，设置于洁净仓内，能够转移中装仓内的晶圆至操作仓内，并定位晶圆，晶圆上下料装置设有晶圆吸附抓取机器手，晶圆吸附抓取机器手设有吸附端，吸附端上设有同向设置的超声波发生器和真空吸盘，真空吸盘能够吸取晶圆，超声波发生器于其近场区，吸附端用于转移定位的晶圆至操作仓内的载盘上。

Description

一种外延片自动上下片设备及制造工艺

技术领域

本发明涉及晶圆制造领域，特别涉及一种外延片自动上下片设备及制造工艺。

背景技术

MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，对于半导体III-V化合物是最重要的制造工艺，目前主流的MOCVD设备均采用人工手动上下片，仅有个别机型在6、8英寸晶圆采取了部分自动化的设计。同时因为上片衬底通常对环境中的水氧较为敏感，所以目前一般采用设置手套箱充氮气的方式，降低水氧对衬底的影响。由于手套箱的设置，需要将衬底通过传送仓至手套箱再通过人工放置于生长载盘内，或是从生长载盘取出生长好的外延片再通过传送仓取出。整个过程操作复杂，上下片效率低，且容易造成晶圆破损。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种外延片自动上下片设备，能够大幅提升上下片的效率，节省人工，同时采用非接触式转运，不会对外延片造成额外损伤，也不影响外延生长。

本发明还提出一种使用上述外延片自动上下片设备的制造工艺。

根据本发明第一方面实施例的外延片自动上下片设备，包括：洁净仓，包括相连通的中转仓和操作仓，所述中转仓与所述操作仓之间设有能够启闭的隔离门，所述操作仓内设有用于喷出惰性气体的喷口，所述中转仓内设有用于放置带有晶圆的卡塞的卡塞放置位；载盘上下料装置，设置于所述操作仓内，用于承载载盘，并能够放入或取出载盘至外延炉内；晶圆上下料装置，设置于所述洁净仓内，能够转移所述中装仓内的晶圆至所述操作仓内，并定位所述晶圆，所述晶圆上下料装置设有晶圆吸附抓取机器手，所述晶圆吸附抓取机器手设有吸附端，所述吸附端用于转移定位的晶圆至所述操作仓内的载盘上，所述吸附端上设有同向设置的超声波发生器和真空吸盘，所述真空吸盘能够吸取所述晶圆，所述超声波发生器于其近场区排斥被吸取的所述晶圆。

根据本发明实施例的外延片自动上下片设备，至少具有如下有益效果：

1.在进行晶圆上料前，人工将晶圆盒放置在中转仓内后，再打开隔离门，并通过喷口喷出惰性气体，以排出洁净仓内的水氧，人工位于中转仓外对晶圆盒进行操作，以打开晶圆盒，并对其中的晶圆进行转运，避免晶圆受到损伤；

2.在晶圆上料转运时，通过载盘上下料装置和晶圆上下料装置，实现对晶圆的自动化转运，使得晶圆的转运更加方便，晶圆的转运效率更高，生产效率更高，节省人力；

3.在晶圆吸附抓取机械手的吸附端进行转运的过程中，通过真空吸盘吸附晶圆，使得晶圆上升，超声波发生器发出超声波，且具有近场区，在晶圆上升至近场区时，将会受到超声波发生器的斥力，并在吸力与斥力大小相同，方向相反时，将处于平衡状态，实现晶圆的悬浮，避免与晶圆的表面直接接触，而导致晶圆损伤。

根据本发明的一些实施例，所述载盘上下料装置包括载盘、载盘承载转动机构和插取机构，所述载盘上设有多个用于放置晶圆的放置位，多个放置位环绕所述载盘的轴线设置，所述载盘承载转动机构和所述载盘的轴线转动可拆卸相连，以带动所述载盘绕其轴线转动，所述插取机构设置于所述载盘的一侧，用于取出所述载盘承载转动机构上的载盘，并插入外延炉内。

根据本发明的一些实施例，所述插取机构为带有叉盘的机械臂。

根据本发明的一些实施例，所述载盘的中部设有定位孔，所述载盘承载转动机构包括承载台、转动轴和转动驱动件，所述承载台的一面与所述转动轴的端面传动相连，所述转动驱动件与所述转动轴传动相连，以通过所述转动轴转动所述承载台，所述承载台远离所述转动轴一面的中部设有定位柱，所述定位柱用于插入所述定位孔中，以定位所述载盘与所述承载台。

根据本发明的一些实施例，所述晶圆上下料装置还包括晶圆对准机构，所述晶圆对准机构包括晶圆载盘、转动驱动件和定位组件，所述晶圆载盘用于放置晶圆，所述转动驱动件与所述晶圆载盘传动相连，用于驱动所述晶圆载盘转动，所述定位组件朝向所述晶圆载盘放置晶圆的一面设置，用于定位晶圆的定位边。

根据本发明的一些实施例，所述定位组件为激光定位仪。

根据本发明的一些实施例，所述晶圆上下料装置还包括晶圆搬运机械手，所述晶圆搬运机械手的搬运端上设有伯努利吸盘，以吸附卡塞放置位上的晶圆，并转移至所述晶圆载盘上。

根据本发明的一些实施例，所述吸附端的端面上设有多个伸出的限位件，多个所述限位件环绕形成限制位。

根据本发明第二方面实施例的外延片自动上下片制造工艺，包括：使用本发明第二方面实施例所述的外延片自动上下片设备。

根据本发明实施例的外延片自动上下片制造工艺，至少具有如下有益效果：

1.实现晶圆上下料的半自动化，晶圆的上下料效率更高，且减少了人工；

2.减少了晶圆表面的损伤，提高了晶圆的生产质量。

根据本发明的一些实施例，其步骤具体包括：S1：人工放置带有晶圆的卡塞至卡塞放置位上，隔离门关闭；

S2：洁净仓整体密封，打开隔离门，通过晶圆搬运机械手转移卡塞放置位上的晶圆至晶圆对准机构上；

S3：晶圆对准机构的晶圆载盘旋转，在晶圆的定位边与定位组件对齐后，停止旋转；

S4：晶圆吸附抓取机器手抓取定位后的晶圆，并悬浮转移至载盘上；

S5：载盘上的一放置位放有晶圆后，通过旋转，使得装有晶圆的放置位转走，使得下一空放置位，重复上述工步S1至S4，直至载盘上所有放置位均放有晶圆；

S6：插取机构插取载盘至外延炉中，在晶圆生长为外延片后，取出载盘；

S7：晶圆吸附抓取机器手抓取载盘内的外延片，并悬浮转移至晶圆对准机构上；

S8：晶圆对准机构的晶圆载盘旋转，在外延片的定位边与定位组件对齐后，停止旋转；

S9：晶圆搬运机械手将生产后的外延片，转移至卡塞放置位上的卡塞内，关闭隔离门，取出卡塞。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的外延片自动上下片设备的三维截面示意图；

图2为本发明一种实施例的外延片自动上下片设备的吸附端的示意图；

图3为本发明一种实施例的外延片自动上下片设备的晶圆吸附抓取机器手的示意图。

附图标号：

洁净仓100；中转仓110；操作仓120；隔离门130；

载盘上下料装置200；载盘210；插取机构220；

晶圆上下料装置300；晶圆吸附抓取机器手310；吸附端311；真空吸盘3111；超声波发生器3112；限位件3113；晶圆对准机构320；晶圆载盘321；定位组件322；晶圆搬运机械手330。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2与图3所示，本发明一种实施例的外延片自动上下片设备，包括：

洁净仓100，包括相连通的中转仓110和操作仓120，中转仓110与操作仓120之间设有能够启闭的隔离门130，操作仓120内设有用于喷出惰性气体的喷口，中转仓110内设有用于放置带有晶圆的卡塞的卡塞放置位；

载盘上下料装置200，设置于操作仓120内，用于承载载盘210，并能够放入或取出载盘210至外延炉内；

晶圆上下料装置300，设置于洁净仓100内，能够转移中装仓内的晶圆至操作仓120内，并定位晶圆，晶圆上下料装置300设有晶圆吸附抓取机器手310，晶圆吸附抓取机器手310设有吸附端311，吸附端311用于转移定位的晶圆至操作仓120内的载盘210上，吸附端311上设有同向设置的超声波发生器3112和真空吸盘3111，真空吸盘3111能够吸取晶圆，超声波发生器3112于其近场区排斥被吸取的晶圆。

值得理解的是，在进行晶圆上料前，人工将晶圆盒放置在中转仓110内后，再打开隔离门130，并通过喷口喷出惰性气体，以排出洁净仓100内的水氧，人工位于中转仓110外对晶圆盒进行操作，以打开晶圆盒，并对其中的晶圆进行转运，避免晶圆受到损伤；在晶圆上料转运时，通过载盘上下料装置200和晶圆上下料装置300，实现对晶圆的自动化转运，使得晶圆的转运更加方便，晶圆的转运效率更高，生产效率更高，节省人力；在晶圆吸附抓取机械手的吸附端311进行转运的过程中，通过真空吸盘3111吸附晶圆，使得晶圆上升，超声波发生器3112发出超声波，且具有近场区，在晶圆上升至近场区时，将会受到超声波发生器3112的斥力，并在吸力与斥力大小相同，方向相反时，将处于平衡状态，实现晶圆的悬浮，避免与晶圆的表面直接接触，而导致晶圆损伤。

其中，晶圆吸附抓取机器手310的主体部分为机械臂，机械臂对于本领域技术人员而言属于常识，在此不再进行赘述。

其中，超声波发生器3112设置于吸附端311端面的中心，真空吸盘3111的吸嘴数量为四个，设置于吸附端311端面的四角。

参照图1、图2与图3所示，载盘上下料装置200包括载盘210、载盘承载转动机构和插取机构220，载盘210上设有多个用于放置晶圆的放置位，多个放置位环绕载盘210的轴线设置，载盘承载转动机构和载盘210的轴线转动可拆卸相连，以带动载盘210绕其轴线转动，插取机构220设置于载盘210一侧，用于取出载盘承载转动机构上的载盘210，并插入外延炉内。

值得理解的是，在载盘210的一个放置位内放置有晶圆时，载盘承载转动机构驱动载盘210转动，使得下一空的放置位能够移动至先前放置位的位置上，以进行下一晶圆的安装，再在载盘210内的放置位装满晶圆时，对载盘210整体进行转运，相较于每次转运一个晶圆，载盘210转运的效率更高，且更加节能。

在本实施例中，插取机构220为带有叉盘的机械臂。带有插盘的机械臂对于本领域技术人员而言，属于常识，其结构及安装方式均是已知的，在此不再进行赘述。

在本实施例中，载盘210的中部设有定位孔，载盘承载转动机构包括承载台、转动轴和转动驱动件，承载台的一面与转动轴的端面传动相连，转动驱动件与转动轴传动相连，以通过转动轴转动承载台，承载台远离转动轴一面的中部设有定位柱，定位柱用于插入定位孔中，以定位载盘210与承载台。

值得理解的是，载盘210和承载台通过定位孔与定位柱的定位，实现载盘210与承载台相对位置的定位，提高相对位置精度，在将晶圆放置在载盘210内的放置位时，其精度更高。

其中，载盘210于放置位处设有凹槽，凹槽的直径一般略大于晶圆的直径，一般不超过1mm。

参照图1、图2与图3所示，晶圆上下料装置300还包括晶圆对准机构320，晶圆对准机构320包括晶圆载盘321、转动驱动件和定位组件322，晶圆载盘321用于放置晶圆，转动驱动件与晶圆载盘321传动相连，用于驱动晶圆载盘321转动，定位组件322朝向晶圆载盘321放置晶圆的一面设置，用于定位晶圆的定位边。

值得理解的是，在晶圆放置在晶圆载盘321内后，通过转动驱动件的转动，以驱动晶圆载盘321转动，从而将晶圆的定位编移动与至定位组件322处，方便通过定位组件322对晶圆的位置进行定位，提高使用精度。

其中，晶圆的边缘一般设有缺口或平边，以辅助定位。

在本实施例中，定位组件322为激光定位仪。

参照图1、图2与图3所示，晶圆上下料装置300还包括晶圆搬运机械手330，晶圆搬运机械手330的搬运端上设有伯努利吸盘，以吸附卡塞放置位上的晶圆，并转移至晶圆载盘321上。

值得理解的是，晶圆搬运机械手330通过伯努利吸盘直接悬浮吸取晶圆，吸附效率高，便于取出的同时，不与晶圆相接触，有效避免晶圆损伤。

参照图2与图3所示，吸附端311的端面上设有多个伸出的限位件3113，多个限位件3113环绕形成限制位。

值得理解的是，限位件3113为硅胶凸点，限位件3113可以限制晶圆的边缘，方便在晶圆的横截面方向上进行固定，使得限位件3113设置晶圆的边缘，晶圆转运更加方便。

参照图1、图2与图3所示，根据本发明第二方面实施例的外延片自动上下片制造工艺，包括：使用本发明第二方面实施例的外延片自动上下片设备。

其步骤具体包括：

S1：人工放置带有晶圆的卡塞至卡塞放置位上，隔离门130关闭；

S2：洁净仓100整体密封，打开隔离门130，通过晶圆搬运机械手330转移卡塞放置位上的晶圆至晶圆对准机构320上；

S3：晶圆对准机构320的晶圆载盘321旋转，在晶圆的定位边与定位组件322对齐后，停止旋转；

S4：晶圆吸附抓取机器手310抓取定位后的晶圆，并悬浮转移至载盘210上；

其中，通过真空吸盘3111的吸力吸附晶圆，使得晶圆上升，在上升后进入超声发生器发出的超声波的近场区，被近场区施加斥力，实现动态平衡，进而实现晶圆的悬浮。

S5：载盘210上的一放置位放有晶圆后，通过旋转，使得装有晶圆的放置位转走，使得下一空放置位，重复上述工步S1至S4，直至载盘210上所有放置位均放有晶圆；

S6：插取机构220插取载盘210至外延炉中，在晶圆生长为外延片后，取出载盘210；

S7：晶圆吸附抓取机器手310抓取载盘210内的外延片，并悬浮转移至晶圆对准机构320上；

S8：晶圆对准机构320的晶圆载盘321旋转，在外延片的定位边与定位组件322对齐后，停止旋转；

S9：晶圆搬运机械手330将生产后的外延片，转移至卡塞放置位上的卡塞内，关闭隔离门130，取出卡塞。

值得理解的是，通过以上工步，实现晶圆上下料的半自动化，晶圆的上下料效率更高，且减少了人工；减少了晶圆表面的损伤，提高了晶圆的生产质量。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种外延片自动上下片设备，其特征在于，包括：

洁净仓，包括相连通的中转仓和操作仓，所述中转仓与所述操作仓之间设有能够启闭的隔离门，所述操作仓内设有用于喷出惰性气体的喷口，所述中转仓内设有用于放置带有晶圆的卡塞的卡塞放置位；

载盘上下料装置，设置于所述操作仓内，用于承载载盘，并能够放入或取出载盘至外延炉内；

晶圆上下料装置，设置于所述洁净仓内，能够转移所述中装仓内的晶圆至所述操作仓内，并定位所述晶圆，所述晶圆上下料装置设有晶圆吸附抓取机器手，所述晶圆吸附抓取机器手设有吸附端，所述吸附端用于转移定位的晶圆至所述操作仓内的载盘上，所述吸附端上设有同向设置的超声波发生器和真空吸盘，所述真空吸盘能够吸取所述晶圆，所述超声波发生器于其近场区排斥被吸取的所述晶圆。

2.根据权利要求1所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述载盘上下料装置包括载盘、载盘承载转动机构和插取机构，所述载盘上设有多个用于放置晶圆的放置位，多个放置位环绕所述载盘的轴线设置，所述载盘承载转动机构和所述载盘的轴线转动可拆卸相连，以带动所述载盘绕其轴线转动，所述插取机构设置于所述载盘的一侧，用于取出所述载盘承载转动机构上的载盘，并插入外延炉内。

3.根据权利要求2所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述插取机构为带有叉盘的机械臂。

4.根据权利要求2所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述载盘的中部设有定位孔，所述载盘承载转动机构包括承载台、转动轴和转动驱动件，所述承载台的一面与所述转动轴的端面传动相连，所述转动驱动件与所述转动轴传动相连，以通过所述转动轴转动所述承载台，所述承载台远离所述转动轴一面的中部设有定位柱，所述定位柱用于插入所述定位孔中，以定位所述载盘与所述承载台。

5.根据权利要求1所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述晶圆上下料装置还包括晶圆对准机构，所述晶圆对准机构包括晶圆载盘、转动驱动件和定位组件，所述晶圆载盘用于放置晶圆，所述转动驱动件与所述晶圆载盘传动相连，用于驱动所述晶圆载盘转动，所述定位组件朝向所述晶圆载盘放置晶圆的一面设置，用于定位晶圆的定位边。

6.根据权利要求5所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述定位组件为激光定位仪。

7.根据权利要求5所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述晶圆上下料装置还包括晶圆搬运机械手，所述晶圆搬运机械手的搬运端上设有伯努利吸盘，以吸附卡塞放置位上的晶圆，并转移至所述晶圆载盘上。

8.根据权利要求5所述的外延片自动上下片设备，其特征在于：所述吸附端的端面上设有多个伸出的限位件，多个所述限位件环绕形成限制位。

9.一种外延片自动上下片制造工艺，其特征在于，包括：使用权利要求1至8任一项所述外延片自动上下片设备。

10.根据权利要求9所述的外延片自动上下片制造工艺，其特征在于，其步骤具体包括：

S1：人工放置带有晶圆的卡塞至卡塞放置位上，隔离门关闭；

S2：洁净仓整体密封，打开隔离门，通过晶圆搬运机械手转移卡塞放置位上的晶圆至晶圆对准机构上；

S3：晶圆对准机构的晶圆载盘旋转，在晶圆的定位边与定位组件对齐后，停止旋转；

S4：晶圆吸附抓取机器手抓取定位后的晶圆，并悬浮转移至载盘上；

S5：载盘上的一放置位放有晶圆后，通过旋转，使得装有晶圆的放置位转走，使得下一空放置位，重复上述工步S1至S4，直至载盘上所有放置位均放有晶圆；

S6：插取机构插取载盘至外延炉中，在晶圆生长为外延片后，取出载盘；

S7：晶圆吸附抓取机器手抓取载盘内的外延片，并悬浮转移至晶圆对准机构上；

S8：晶圆对准机构的晶圆载盘旋转，在外延片的定位边与定位组件对齐后，停止旋转；

S9：晶圆搬运机械手将生产后的外延片，转移至卡塞放置位上的卡塞内，关闭隔离门，取出卡塞。

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