專利名稱：一種晶圓片熱緩沖棧及實現(xiàn)熱緩沖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓片的熱緩沖棧及實現(xiàn)熱緩沖的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)使用激光退火技術(shù)來進(jìn)行半導(dǎo)體摻雜雜質(zhì)的激活時，為了有效地降低晶圓片從表面向片內(nèi)的溫度梯度，一般地會同時對晶圓片進(jìn)行襯底加熱，使得晶圓片不會因為熱應(yīng)力過大而發(fā)生機(jī)械形變乃至碎片。一般情況下，晶圓片加熱至設(shè)定溫度的過程會相對較快，而晶圓片降低其溫度至室溫的過程是比較緩慢的。如果加工工藝步驟包括了上片，晶圓片預(yù)升溫，激光輻照退火處理，下片，晶圓片冷卻至室溫，晶圓片回收至片盒這樣的全過程，那么因為冷卻過程較為緩慢，將極大地制約激光退火設(shè)備的產(chǎn)率，成為影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。為緩解較高的產(chǎn)率要求和冷卻環(huán)節(jié)需要較長時間之間的矛盾，本發(fā)明提出了一種晶圓片緩沖棧的機(jī)構(gòu)，用于在激光加工處理完成后，暫時地容納較高溫度的晶圓片，待晶圓片充分冷卻后，則可由緩沖棧移出至片盒回收。晶圓片緩沖棧能夠容納多個晶圓片，既保證各晶圓片的充分冷卻，又能夠形成流水線式的作業(yè)，不影響生產(chǎn)效率，因而是一種能夠起到實際效果的，位于工藝腔和回收片盒之間的重要過渡裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種晶圓片的熱緩沖棧及實現(xiàn)熱緩沖的方法，其特征在于， 在緩沖棧的外殼1圓周壁上部兩邊分別設(shè)置晶圓片入口 5和晶圓片出口 6，在緩沖棧的外殼 1內(nèi)，底部安裝升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3，升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3中心的傳動桿4上部等距離固定多層圓托盤2，兩個圓托盤之間由垂直隔熱板7定位連接。所述多層圓托盤為2-4層。所述圓托盤由熱變形小的硬度比較大的陶瓷或金屬材料制成；圓托盤具有容納多片晶圓片的足夠大的面積，該面積能夠容納2-6片晶圓片；所述每個圓托盤上均配置多個溫度傳感器，用于探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。所述升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)還提供圓托盤的旋轉(zhuǎn)動作，這樣可以通過程序控制的方式，具體地選擇某個圓托盤上的某個晶圓片位置，使得晶圓片熱緩沖棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。所述外殼的適當(dāng)位置留氣體流入的孔，這樣熱緩沖棧允許通入保護(hù)性氣體，保護(hù)性氣體向外殼的四周流出，實施氣體流動換熱，減少晶圓片的散熱時間；或氣流從在中心的傳動桿上開相應(yīng)的氣流通孔進(jìn)入，氣流由傳動桿處向四周流出。所述陶瓷材料為氧化鋁、氮化硅或氮化硼陶瓷；所述金屬材料為不銹鋼。所述晶圓片熱緩沖棧實現(xiàn)熱緩沖的方法，其特征在于，包括如下步驟
(1)升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過傳動桿升起或降下某個圓托盤，使之高度處于適合的晶圓片入口及晶圓片出口的位置上；(2)激光加工處理完成后的處于300-450°C范圍的較高溫度狀態(tài)的晶圓片，由外部機(jī)械手通過晶圓片入口，放置到圓托盤之上；(3)晶圓片放置在圓托盤之上后，用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度；判斷按先后次序進(jìn)入到熱緩沖棧的晶圓片，有沒有后放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況，如果溫度差達(dá)到或超過了 30攝氏度，則執(zhí)行晶圓片位置的交換，從總體上去保證先進(jìn)入的晶圓片，溫度要更低；如果遇到某晶圓片的實際溫度已經(jīng)冷卻達(dá)到了室溫，則將此晶圓片從熱緩沖棧取出，送至收片盒回收；(4)如果溫度傳感器探測到所有晶圓片的溫度都比較高，則會等待一段時間，在此時間內(nèi)，晶圓片會逐漸冷卻至室溫，其后即可由外部機(jī)械手通過出口 6取出，送入晶圓片回收片盒，完成該晶圓片的加工處理流程。本發(fā)明的有益效果是在激光退火等加工處理中，晶圓片在完成加工時，往往處于比較高的溫度，不適合于立即送入片盒回收，采用熱緩沖棧后，晶圓片可以暫存于緩沖棧中，在那里停留并充分冷卻。由于晶圓片在完成加工后立即移出至緩沖棧存放，所騰空的加工片臺，可用于放置另一片晶圓片，進(jìn)行加工處理，因此加工效率得到了保證。由于免去了對加工片臺實行反復(fù)的升降溫溫度循環(huán)，可提高能效及設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性。本發(fā)明提出之熱緩沖棧，能夠容納多片晶圓片，各晶圓片在不同時間入棧，在不同的時間出棧，在先入先出的模式下，能夠形成流水線式的運行，更進(jìn)一步地，從總體上提升了晶圓片加工處理的工藝過程的產(chǎn)率。


圖1為一種與熱處理加工有關(guān)的晶圓片熱緩沖棧結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為不同晶圓片存放位置之間設(shè)置隔熱板的情況。圖中，1-外殼；2-圓托盤；3-升降機(jī)轉(zhuǎn)動部件；4-傳動桿；5-晶圓片進(jìn)入熱緩沖棧的入口 ；6-晶圓片移出熱緩沖棧的出口 ；7-隔熱板。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種晶圓片的熱緩沖棧及實現(xiàn)熱緩沖的方法，下面結(jié)合附圖予以說明。如圖1-2所示的晶圓片的熱緩沖棧結(jié)構(gòu)示意圖，可以由金屬材料制造，但亦不排除采用其他具有一定機(jī)械強(qiáng)度和熱特性的材料制造。具體結(jié)構(gòu)是在緩沖棧的外殼1圓周壁上部兩邊分別設(shè)置晶圓片入口 5和晶圓片出口 6，在緩沖棧的外殼1內(nèi)，底部安裝升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3，升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3中心的傳動桿4上部等距離固定2-4層圓托盤2，兩個圓托盤2之間由垂直隔熱板7定位連接。圓托盤2由熱變形小的硬度比較大的陶瓷或金屬材料(陶瓷材料，例如，為氧化鋁、氮化硅或氮化硼陶瓷；金屬材料，例如，為不銹鋼)制成；圓托盤具有能夠容納2-6片晶圓片的足夠大的面積。所述每個圓托盤2上均配置多個溫度傳感器，用于探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。所述升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)還提供圓托盤的旋轉(zhuǎn)動作，這樣可以通過程序控制的方式，具體地選擇某個圓托盤上的某個晶圓片位置，使得晶圓片熱緩沖棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。所述外殼1的適當(dāng)位置留氣體流入的孔，這樣熱緩沖?？梢栽试S通入保護(hù)性氣體，保護(hù)性氣體向外殼的四周流出，實施氣體流動換熱，減少晶圓片的散熱時間；或氣流從在中心的傳動桿4上開相應(yīng)的氣流通孔進(jìn)入，氣流由傳動桿處向四周流出。機(jī)械傳動桿，可采用比較耐熱的無機(jī)材料制造，例如聚合物塑料或者玻璃。傳動桿的中心可以掏空成為氣流通道，中心掏空的傳動桿，其外壁可以開大小不等的豎孔，以利于氣體自傳動桿向四周流動，起到換熱作用。傳動桿可通過軸承等機(jī)構(gòu)與驅(qū)動部分相聯(lián)接。無論是何種通氣流方案， 氣體的流通路徑，可以是從底部通入，向上方流出散失。采用底部流入的方案，對于機(jī)械部分少受熱流影響會更有利一些，但是本發(fā)明并不排除自上向下的氣流流動。本發(fā)明中，熱緩沖棧本身并不要求和外界完全隔離，在外殼等處是有縫隙因而允許氣流散失的所述晶圓片熱緩沖棧實現(xiàn)熱緩沖的方法，包括如下步驟(1)升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件3的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過傳動桿4升起或降下某個圓托盤2， 使之高度處于適合的晶圓片入口 5及晶圓片出口 6的位置上；(2)激光加工處理完成后的處于300-450°C范圍的較高溫度狀態(tài)的晶圓片，由外部機(jī)械手通過晶圓片入口 5，放置到某個圓托盤2之上；(3)晶圓片放置在圓托盤2之上后，用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度；判斷按先后次序進(jìn)入到熱緩沖棧的晶圓片，有沒有后放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況，如果溫度差達(dá)到或超過了 30攝氏度，則執(zhí)行晶圓片位置的交換，從總體上去保證先進(jìn)入的晶圓片，溫度要更低；如果遇到某晶圓片的實際溫度已經(jīng)冷卻達(dá)到了室溫，則將此晶圓片從熱緩沖棧取出，送至收片盒回收；(4)如果溫度傳感器探測到所有晶圓片的溫度都比較高，則會等待一段時間，在此時間內(nèi)，晶圓片逐漸冷卻至室溫，其后可由外部機(jī)械手通過出口 6取出，送入晶圓片回收片盒，完成該晶圓片的加工處理流程。所述外殼將緩沖棧機(jī)構(gòu)內(nèi)部與外部環(huán)境做一定程度上的隔離，主要是熱隔離。本發(fā)明向熱緩沖棧中送入晶圓片，或者從中取出晶圓片，以及在某些定期時刻挪動或者交換晶圓片的位置，均由外部機(jī)械手完成。采用機(jī)械手搬運晶圓片，就半導(dǎo)體制造而言，是成熟的技術(shù)。本發(fā)明中并未特別指明圓盤片的機(jī)械結(jié)構(gòu)，就其中一種最平凡的平板來說，只要機(jī)械手是吸取式的，無論是射流吸取，還是真空吸取，都可以實現(xiàn)晶圓片的正常取放。
權(quán)利要求
1.一種晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，在緩沖棧的外殼的圓周壁上部兩邊分別設(shè)置晶圓片入口和晶圓片出口，在緩沖棧的外殼內(nèi)，底部安裝升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件，升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件中心的傳動桿上部等距離固定多層圓托盤，兩個圓托盤之間由垂直隔熱板定位連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，所述多層圓托盤為2-4層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，所述圓托盤由熱變形小的硬度比較大的陶瓷或金屬材料制成；圓托盤具有容納多片晶圓片的足夠大的面積，該面積能夠容納2-6片晶圓片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，所述每個圓托盤上均配置多個溫度傳感器，用于探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，所述升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)還提供圓托盤的旋轉(zhuǎn)動作，這樣可以通過程序控制的方式，具體地選擇某個圓托盤上的某個晶圓片位置，使得晶圓片熱緩沖棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，所述外殼的適當(dāng)位置留氣體流入的孔，這樣熱緩沖棧允許通入保護(hù)性氣體，保護(hù)性氣體向外殼的四周流出，實施氣體流動換熱，減少晶圓片的散熱時間；或氣流從在中心的傳動桿上開相應(yīng)的氣流通孔進(jìn)入，氣流由傳動桿處向四周流出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓片的熱緩沖棧，其特征在于，制造熱緩沖棧采用了不同的固體材料，其中所采用的陶瓷材料，可以是氧化鋁、氮化硅或氮化硼陶瓷等；而所采用的金屬材料，可以是不銹鋼。
8.一種晶圓片的熱緩沖棧實現(xiàn)熱緩沖的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過傳動桿升起或降下某個圓托盤，使之高度處于適合的晶圓片入口及晶圓片出口的位置上；(2)激光加工處理完成后的處于300-450°C范圍的較高溫度狀態(tài)的晶圓片，由外部機(jī)械手通過晶圓片入口，放置到某個圓托盤之上；(3)晶圓片放置在圓托盤之上后，用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度；判斷按先后次序進(jìn)入到熱緩沖棧的晶圓片，有沒有后放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況，如果溫度差達(dá)到或超過了 30攝氏度，則執(zhí)行晶圓片位置的交換，從總體上去保證先進(jìn)入的晶圓片，溫度要更低；如果遇到某晶圓片的實際溫度已經(jīng)冷卻達(dá)到了室溫，則將此晶圓片從熱緩沖棧取出，送至收片盒回收；(4)如果溫度傳感器探測到所有晶圓片的溫度都比較高，則會等待一段時間，在此時間內(nèi)，晶圓片逐漸冷卻至室溫，其后可由外部機(jī)械手通過出口 6取出，送入晶圓片回收片盒， 完成該晶圓片的加工處理流程。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備的一種晶圓片熱緩沖棧及實現(xiàn)熱緩沖的方法。在緩沖棧的外殼的圓周壁上部兩邊分別設(shè)置晶圓片入口和晶圓片出口，在緩沖棧的外殼內(nèi)，底部安裝升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件，升降機(jī)和轉(zhuǎn)動部件中心的傳動桿上部等距離固定多層圓托盤，兩個圓托盤之間由垂直隔熱板定位連接。實現(xiàn)熱緩沖的方法為對于完成加工的處于較高的溫度晶圓片用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度；按按照溫度高到低的先后次序進(jìn)入到熱緩沖棧的圓托盤上，免去了加工片臺反復(fù)的升降溫溫度循環(huán)，可提高能效及設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性。能夠形成流水線式的運行，配合特定的熱緩沖棧的使用策略后，可更進(jìn)一步地，從總體上提升晶圓片加工處理的產(chǎn)率。
文檔編號H01L21/268GK102263047SQ20111024047
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 劉朋, 周衛(wèi), 竇維治 申請人:清華大學(xué)