承載裝置及半導體加工設備的制作方法

本發明涉及半導體制造領域，具體地，涉及一種承載裝置及半導體加工設備。

背景技術：

隨著技術的發展，化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱為CVD)技術已經得到越來越多的應用。在多數CVD半導體加工設備中，自動化裝載晶片是主流技術。該技術主要是通過機械手和提升機構的密切配合，使機械手的取放片位置與基座上用于放置晶片的指定位置的對準，從而實現準確取放片，保證外延片質量。

圖1為現有的半導體加工設備的結構示意圖。如圖1所示，半導體加工設備包括工藝腔室11、機械手(圖中未示出)和承載裝置。其中，承載裝置包括設置在工藝腔室11內、用于承載晶片14的基座12，以及位于該基座12下方的提升機構，該提升機構包括支架13、三個定位銷131以及驅動氣缸(圖中未示出)，其中，三個定位銷131固定在支架13上，并通過該支架13與驅動氣缸連接；在基座12上與各個定位銷131一一對應的位置處設置有貫穿其厚度的通孔，在驅動氣缸的驅動下，三個定位銷131通過該通孔上升或下降，以使其頂端高出或低于基座12的上表面。在裝載晶片時，首先機械手將晶片14傳輸至基座12的上方，然后三個定位銷131同步上升并托起晶片14；機械手移出；三個定位銷131同步下降，直至晶片14被傳遞至基座12的上表面上，從而完成放片動作。在卸載晶片時，首先三個定位銷131同步上升，并托起晶片14，以使其余基座12相分離；然后機械手平移至晶片14底部；三個定位銷131同步下降，以使晶片14被傳遞至機械手上，機械手移出，從而完成取片動作。

上述承載裝置在實際應用中不可避免地存在以下問題：

其一，由于三個定位銷131是分別安裝在支架13上，這就需要對三個定位銷131的高度進行嚴格控制，以保證三者的頂端所在平面能夠與基座12的上表面相互平行。但是受到加工和安裝精度的限制，三個定位銷131的高度往往會存在一定的偏差，導致晶片14被傳遞至基座12上的位置出現偏差，從而給工藝結果帶來不良影響。

其二，對于多片系統，即具有可承載多個晶片的基座，則需要對應地增加定位銷的數量，這進一步增大了控制晶片傳輸精度的難度，因此上述承載裝置不適用多片系統。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種承載裝置及半導體加工設備，其不僅可以提高取放片的精度，從而可以提高晶片的位置準確度，而且機械加工及電氣設計簡單易行，從而可以應用在多片系統。

為實現本發明的目的而提供一種承載裝置，包括基座和承載件，所述基座包括用于承載晶片的第一承載面，所述承載件通過升降與用于傳輸晶片的機械手相配合，而實現將所述晶片放置在所述第一承載面上，或者自所述第一承載面取出所述晶片，所述承載件采用一體式結構，且包括中心軸和支撐部，其中，在所述基座上，且位于所述第一承載面的中心位置處設置有通孔，所述中心軸豎直穿過所述通孔，且可相對于所述基座作升降運動；所述支撐部設置在所述中心軸的頂端，且自該頂端沿所述中心軸的徑向凸出，且在所述第一承載面上還設置有凹部，所述支撐部在所述中心軸下降至最低位置時，位于所述凹部內，且所述支撐部不高于所述第一承載面；所述支撐部在所述中心軸上升至最高位置時，位于所述第一承載面的上方。

優選的，所述支撐部包括至少三個分支，所述至少三個分支以所述中心軸為中心、沿所述中心軸的徑向呈放射狀分布。

優選的，所述支撐部包括水平設置的平板。

優選的，所述通孔在其徑向截面上的投影形狀為多邊形；所述通孔在其徑向截面上的投影形狀與所述中心軸在其徑向截面上的投影形 狀相對應。

優選的，所述凹部在所述第一承載面上的投影形狀與所述支撐部在所述第一承載面上的投影形狀相適配。

優選的，所述第一承載面為一個，且與所述基座同心。

優選的，所述承載裝置還包括升降驅動機構，用于驅動所述中心軸作升降運動。

優選的，所述第一承載面為多個，且沿所述基座的周向均勻分布；所述承載件的數量與所述第一承載面的數量相對應，且二者一一對應地設置。

優選的，所述承載裝置還包括：旋轉驅動機構，用于驅動所述基座圍繞其軸向中心線作旋轉運動，以使各個所述第一承載面依次經過預設的取放片位置；升降驅動機構，用于在任意一個所述第一承載面到達所述取放片位置時，驅動與該第一承載面相對應的所述中心軸作升降運動。

優選的，在所述基座上還設置有識別部，用以標識所述第一承載面在所述基座上的位置。

優選的，所述識別部為在所述基座上表面或者側面上形成的凹陷部。

優選的，所述識別部為一個或者多個，且多個所述識別部與多個所述第一承載面一一對應。

優選的，在所述第一承載面上還設置有晶片槽，所述晶片槽的形狀與所述晶片的形狀相適配，且所述晶片槽的直徑不小于所述晶片的直徑；所述凹部位于所述晶片槽的底面上。

優選的，所述機械手包括承載本體，所述承載本體包括用于承載晶片的第二承載面，且在所述第二承載面上設置有貫穿所述承載本體厚度的通道，所述通道用于供所述承載件通過，以使所述機械手與所述承載件在相互配合時，二者的運動不相干擾。

優選的，所述通道包括平移通道和升降通道，其中，所述平移通道用于在所述機械手平移至所述第二承載面與所述第一承載面的同心位置的過程中，供所述中心軸通過；所述升降通道用于在所述機械手 平移至所述第二承載面與所述第一承載面的同心位置，且所述中心軸作升降運動的過程中，供所述支撐部通過。

優選的，所述升降通道在所述第一承載面上的投影形狀與所述承載部在所述第一承載面上的投影形狀相適配。

優選的，在所述承載本體上，且位于所述第二承載面的周圍還設置有凸緣，用以限定所述晶片在所述承載本體上的位置。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的承載裝置，其通過采用一體式結構的承載件，即，包括中心軸和設置在其頂端的支撐部，可以減少機械手取放片的運動參數變量，從而可以提高取放片的精度，進而可以提高晶片的位置準確度。而且，一體式結構的承載件有利于簡化機械加工及電氣設計，從而本發明提供的承載裝置可以應用在多片系統中。

本發明提供的半導體加工設備，其通過采用本發明提供的上述承載裝置，不僅可以提高取放片的精度，從而可以提高晶片的位置準確度，而且機械加工及電氣設計簡單易行，從而可以應用在多片系統。

附圖說明

圖1為現有的半導體加工設備的結構示意圖；

圖2A為本發明第一實施例提供的承載裝置在一種狀態下的剖視圖；

圖2B為本發明第一實施例提供的承載裝置在另一種狀態下的剖視圖；

圖3A為本發明第一實施例中基座的俯視圖；

圖3B為本發明第一實施例中承載件的俯視圖；

圖3C為本發明第一實施例中機械手的俯視圖；

圖4A為本發明第一實施例的變型實施例提供的承載裝置的剖視圖；

圖4B為本發明第一實施例的變型實施例提供的承載裝置的俯視圖；

圖4C為本發明第一實施例的變型實施例中機械手的俯視圖；

圖5A為本發明第二實施例提供的承載裝置的俯視圖；以及

圖5B為本發明第二實施例提供的承載裝置的剖視圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的承載裝置及半導體加工設備進行詳細描述。

圖2A為本發明第一實施例提供的承載裝置在一種狀態下的剖視圖。圖2B為本發明第一實施例提供的承載裝置在另一種狀態下的剖視圖。請一并參閱圖2A和圖2B，承載裝置包括基座21、承載件和升降驅動機構24，其中，基座21包括用于承載晶片的第一承載面，該第一承載面是指基座21上與晶片下表面相接觸的表面。在本實施例中，第一承載面為一個，且與基座21同心，即，第一承載面的中心與基座21的軸線相重合。而且，在該第一承載面上還設置有晶片槽211，該晶片槽211的形狀與晶片的形狀相適配，且晶片槽的直徑不小于晶片的直徑，晶片被置于該晶片槽211內，用以限定晶片在基座21上的位置。

承載件采用一體式結構，且通過升降與用于傳輸晶片的機械手相配合，而實現將晶片放置在第一承載面上，或者自第一承載面取出晶片。具體地，請一并參閱圖3A-3C，承載件包括中心軸22和支撐部23，其中，在基座21上，且位于第一承載面的中心位置處設置有通孔212，中心軸22豎直穿過該通孔212。優選的，通孔212在其徑向截面上的投影形狀為諸如四邊形、六邊形等的多邊形，并且該通孔212在其徑向截面上的投影形狀與中心軸22在其徑向截面上的投影形狀相對應。這可以在中心軸22作升降運動時，起到限制中心軸22的作用，使其不會發生旋轉和傾斜，從而可以進一步提高取放片精度。

上述承載件通過采用一體式結構，可以減少機械手取放片的運動參數變量，從而可以提高取放片的精度，進而可以提高晶片的位置準確度。而且，一體式結構的承載件有利于簡化機械加工及電氣設計，從而本發明提供的承載裝置可以應用在多片系統中。

升降驅動機構24用于驅動中心軸22相對于基座21作升降運動。支撐部23設置在中心軸22的頂端，且自該頂端沿所述中心軸的徑向 凸出，以實現穩定地支撐晶片的作用，該支撐部23包括三個分支，三個分支以中心軸22為中心、且沿其徑向呈放射狀分布，如圖3B所示，在進行取放片操作時，晶片由三個分支支撐。而且，在第一承載面(即，位于晶片槽211的底面上)上還設置有凹部213，該凹部213在第一承載面上的投影形狀與三個分支在第一承載面上的投影形狀相適配，以保證凹部213能夠容納三個分支。在中心軸22下降至最低位置(如圖2A中的位置A)時，三個分支位于凹部213內，且三個分支不高于第一承載面，即，三個分支的頂端低于晶片槽211的底面，以保證能夠將晶片置于晶片槽211的底面上。在中心軸22上升至最高位置(如圖2B中的位置B)時，三個分支位于第一承載面的上方。

如圖3C所示，機械手包括承載本體31，該承載本體31包括用于承載晶片的第二承載面32，該第二承載面32是指承載本體31上與晶片下表面相接觸的表面。優選的，在承載本體31上，且位于第二承載面32的周圍還設置有凸緣33，用以限定晶片在承載本體31上的位置，避免晶片在取放片過程中滑落。

此外，在第二承載面32上設置有貫穿承載本體31厚度的通道34，該通道34用于供承載件通過，以使機械手與承載件在相互配合時，二者的運動不相干擾。具體地，通道34包括平移通道341和升降通道342，其中，平移通道341用于在機械手平移(平移方向如圖3C的箭頭所示)至第二承載面32與第一承載面的同心位置的過程中，供中心軸22通過，即，中心軸22在機械手移動至基座21上方時，沿平移通道341移動，從而使機械手可以避開中心軸22不會與之發生碰撞。升降通道342用于在機械手平移至第二承載面32與第一承載面的同心位置，且中心軸22作升降運動的過程中，供三個分支通過，即，三個分支在上升或下降時，可以穿過升降通道342，而使其頂端高于或低于機械手的第二承載面32，從而完成與機械手之間的晶片傳遞。優選的，升降通道342在第一承載面上的投影形狀與三個分支在第一承載面上的投影形狀相適配。

當裝載晶片時，首先機械手平移至基座21的上方，且位于機械手上的第二承載面32與基座21上的第一承載面的同心位置，此時升降 通道342的位置與三個分支的位置相對應；然后，中心軸22帶動三個分支上升至最高位置B，在此過程中，三個分支穿過升降通道342，并托起第二承載面32上的晶片；在機械手移出之后，中心軸22帶動三個分支下降至最低位置A，在此過程中，三個分支回落至凹部213內，晶片被傳遞至晶片槽211內，從而實現將晶片放置在基座21的第一承載面上。

當卸載晶片時，首先中心軸22帶動三個分支上升至最高位置B，在此過程中，三個分支托起位于晶片槽211內的晶片；然后，機械手平移至基座21的上方，且位于機械手上的第二承載面32與基座21上的第一承載面的同心位置，在此過程中，中心軸22沿平移通道341相對移動，從而不會干擾機械手的運動。中心軸22帶動三個分支下降至最低位置A，在此過程中，晶片被傳遞至機械手的第二承載面32上，從而完成晶片的卸載。

需要說明的是，在本實施例中，分支為三個，但是本發明并不局限于此，在實際應用中，分支還可以為四個或者四個以上，且以中心軸22為中心、且沿其徑向呈放射狀分布。

還需要說明的是，在實際應用中，基座的形狀可以為圓形或方形等任意形狀。

作為第一實施例的一個變型實施例，圖4A為本發明第一實施例的變型實施例提供的承載裝置的剖視圖。圖4B為本發明第一實施例的變型實施例提供的承載裝置的俯視圖。請一并參閱圖4A和圖4B，本實施例與上述第一實施例相比，其區別僅在于：支撐部的結構不同，即，本實施例所采用的支撐部包括水平設置的平板40。

在本實施例中，平板40在基座21的第一承載面上的投影形狀為圓形，與之相對應的，基座21上的通孔為圓孔，以供平板40通過。在這種情況下，機械手的結構也應作適應性調整，具體地，如圖4C所示，為本發明第一實施例的變型實施例中機械手的俯視圖。與上述第一實施例相類似的，在機械手的第二承載面32上設置有貫穿承載本體31厚度的通道41，該通道41包括平移通道411和升降通道412，其中，平移通道411的形狀與第一實施例相類似；升降通道412在第一承載 面上的投影形狀與平板40在第一承載面上的投影形狀相適配，即，升降通道412也設計為圓形，以供平板40通過。

當然，在實際應用中，平板40在基座21的第一承載面上的投影形狀還可以為諸如方形、六邊形等的其他任意形狀，只要其能夠穩定地支撐晶片即可。

圖5A為本發明第二實施例提供的承載裝置的俯視圖。圖5B為本發明第二實施例提供的承載裝置的剖視圖。請一并參閱圖5A和圖5B，本實施例與上述第一實施例相比，其區別在于：第一承載面為多個，且沿基座的周向均勻分布；承載件的數量與第一承載面的數量相對應，且二者一一對應地設置。

具體地，在本實施例中，基座51具有三個第一承載面，且優選的，在三個第一承載面上設置有三個晶片槽(511A，511B，511C)，承載件的數量為三個，且一一對應地設置在三個第一承載面的中心位置處，并且三個承載件均由中心軸和支撐部組成，三個中心軸分別為中心軸52A、中心軸52B和中心軸52C；三個支撐部分別為支撐部53A、支撐部53B和支撐部53C。由于中心軸和支撐部的結構和功能在上述第一實施例已有了詳細描述，在此不再贅述。

在本實施例中，承載裝置還包括旋轉驅動機構54和升降驅動機構55。其中，旋轉驅動機構54用于驅動基座51圍繞其軸向中心線作旋轉運動，以使各個第一承載面依次經過預設的取放片位置，例如，在圖5A中，取放片位置為晶片槽511A當前所在的位置C，機械手平移至該位置C的上方進行取放片操作；并且利用旋轉驅動機構54驅動基座51旋轉，依次將三個第一承載面旋轉至該位置C，以進行取放片操作。升降驅動機構55用于在任意一個第一承載面到達取放片位置時，驅動與該第一承載面相對應的中心軸作升降運動。例如如圖5B所示，當晶片槽511A旋轉至取放片位置時，中心軸52A旋轉至與升降驅動機構55相對應的位置處，此時升降驅動機構55可以驅動中心軸52A作升降運動。另外，由于機械手的結構和功能與上述第一實施例相類似，在此不再贅述。

優選的，在基座51上還設置有識別部(圖中未示出)，用以標識 第一承載面在基座上的位置，該識別部可以為在基座51上表面或者側面上形成的凹陷部。在實際應用中，可以通過利用距離傳感器檢測該識別部，來判斷基座的旋轉角度，從而可以確定第一承載面是否到達取放片位置。例如，可以在基座51旋轉時，利用距離傳感器朝向識別部經過的路徑發射檢測信號，并接收來自該路徑上各個位置的反饋信號，且在基座51旋轉至預定角度時，判斷該反饋信號是否來自識別部，若是，則確定與第一承載面到達預定位置；若否，則確定第一承載面出現位置異常。優選的，上述識別部可以為一個，且優選的，該識別部可以與基座的原點位置相對應，從而可以通過利用距離傳感器檢測該識別部，來確定基座的原點位置。或者，上述識別部可以為多個，且多個所述識別部與多個第一承載面一一對應，從而可以通過利用距離傳感器檢測各個識別部，來確定各個第一承載面在基座上的位置。

綜上所述，本發明上述各個實施例提供的承載裝置，其通過采用一體式結構的承載件，即，包括中心軸和設置在其頂端的支撐部，可以減少機械手取放片的運動參數變量，從而可以提高取放片的精度，進而可以提高晶片的位置準確度。而且，一體式結構的承載件有利于簡化機械加工及電氣設計，從而本發明提供的承載裝置可以應用在多片系統中。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。