气相生长装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种气相生长装置及其使用方法。

背景技术

用于制备碳化硅薄膜材料的气相生长装置是一种集真空、高温等技术为一体的高科技装备。具体地，将晶圆装载于托盘上，并将装载晶圆的托盘放置在反应室内进行高速旋转，同时一边加热晶圆，一边将工艺气体从反应室的上部供给到晶圆表面，使工艺气体在晶圆的表面进行外延生长并生成碳化硅薄膜。

目前制备碳化硅薄膜的气相生长装置包括一个供料室、一个装载室和一个反应室组成的单边腔室系统，两个单边腔室系统搭配一个机械手拿取托盘，在对单个反应室进行维护时，与之配套的供料室和装载室不进行工作，存在设备利用率低的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种设备利用率高和空间利用率高的气相生长装置。

本发明实施例的气相生长装置包括中转室、供料室、装载室和多个反应室，所述中转室内设有第一机械手，所述第一机械手用于转运晶圆和托盘；所述供料室具有用于取放所述晶圆的进出口，所述供料室上设有第一阀门，所述第一阀门用于打开或关闭所述进出口，所述供料室与所述中转室之间设有第二阀门，所述第二阀门用于连通或分隔所述供料室和所述中转室；所述装载室与所述中转室连通，所述装载室用于将所述晶圆装载在所述托盘上；所述反应室与所述中转室连通，每个所述反应室与所述中转室之间设有第三阀门，所述第三阀门用于连通或分隔所述反应室和所述中转室。

在一些实施例中，所述装载室与所述中转室之间设有第四阀门，所述第四阀门用于连通或分隔所述装载室和所述中转室。

在一些实施例中，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门中的至少一者为闸阀。

在一些实施例中，所述第一机械手的数量为多个。

在一些实施例中，所述供料室和所述装载室在第一水平方向上设于所述中转室的同一侧。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置包括放置台和第二机械手，所述放置台用于放置晶圆盒；所述第二机械手设于所述放置台上，所述第二机械手用于转运所述供料室和所述晶圆盒之间的所述晶圆。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置晶圆校准器，所述晶圆校准器设于所述放置台上，所述晶圆校准器上具有用于放置所述晶圆的承载部，所述晶圆校准器用于对所述晶圆进行寻边和调心。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置包括定位装置，所述定位装置设于所述装载室上，所述定位装置包括驱动件和定位件，所述定位件的至少一部分置于所述装载室内，所述驱动件与所述定位件传动相连以驱动所述定位件移动，所述定位件用于对所述托盘进行定位。

本发明实施例的气相生长装置的使用方法，该方法基于上述任一实施例中所述的气相生长装置包括：

将所述装载室、所述中转室和所述反应室中的每一者减压至第一预设压力值；

将所述晶圆放置在所述供料室内，并将所述供料室减压至第一预设压力值；

控制所述第一机械手将所述供料室内的所述晶圆转运至所述装载室内的所述托盘上；

控制所述第一机械手将所述装载室内装载完成的所述托盘转运至所述反应室内，使所述晶圆在所述反应室内进行外延生长；

所述晶圆外延生长完成后，所述第一机械手将所述反应室内的所述晶圆和所述托盘转运至所述装载室内，所述第一机械手将所述晶圆转运至所述供料室；

将所述供料室增压至第二预设压力值后，然后再将所述晶圆从所述供料室内取出。

在一些实施例中，所述第一预设压力值为-30.7KPa至-22.6KPa，和/或所述第二预设压力值为大气压值。

本发明实施例的气相生长装置通过将多个反应室匹配一个供料室和一个装载室，利用中转室中的第一机械手实现向每个反应室内取放晶圆，当其中一个反应室需要进行维护时，其余的反应室、供料室和装载室仍可以继续进行工作，避免了其余的反应室、供料室和装载室的闲置，大大提高了气相生长装置的设备利用率。另外，一个供料室和一个装载室可以同时向多个反应室进行提供晶圆，从而可以大大减少供料室和装载室的数量，以减小供料室和装载室所占用的空间，可以大大提高气相生长装置的空间利用率。

因此，本发明实施例的气相生长装置具有设备利用率高和空间利用率高等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的气相生长装置的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的气相生长装置的俯视图。

图3是本发明实施例的气相生长装置的侧视图。

附图标记：

气相生长装置100；

中转室1；

第一机械手2；

供料室3；进出口301；

第一阀门4；

第二阀门5；

装载室6；

反应室7；

第三阀门8；

第四阀门9；

放置台10；

晶圆盒11；

第二机械手12；

晶圆校准器13；承载部1301；

定位装置14；驱动件1401；定位件1402。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来详细描述本申请的技术方案。

如图1至图3所示，本发明实施例的气相生长装置100包括中转室1、供料室3、装载室6和多个反应室7。中转室1内设有第一机械手2，第一机械手2用于转运晶圆和托盘，供料室3具有用于取放晶圆的进出口301，供料室3上设有第一阀门4，第一阀门4用于打开或关闭进出口301。供料室3与中转室1之间设有第二阀门5，第二阀门5用于连通或分隔供料室3和中转室1。装载室6与中转室1连通，装载室6用于将晶圆装载在托盘上，反应室7与中转室1连通，每个反应室7与中转室1之间设有第三阀门8，第三阀门8用于连通或分隔反应室7和中转室1。

需要说明的是，反应室7的个数可以为N个，N为整数。例如，如图1和图2所示，反应室7的个数为三个，多个反应室7对应一个供料室3和一个装载室6。第一预设压力值为负压，使得晶圆能够在第一预设压力值下进行外延生长。

本发明实施例的气相生长装置100在使用过程中：

首先，关闭第二阀门5，对装载室6、中转室1和反应室7中的每一者进行减压至第一预设压力值；

其次，打开第一阀门4，将晶圆放置在供料室3内，并对供料室3减压至第一预设压力值，使得供料室3内的压力值与中转室1内的压力值相同；

再次，打开第二阀门5，控制第一机械手2将供料室3内的晶圆转运至装载室6内并将晶圆装载在托盘上；

然后，控制第一机械手2将装载室6内装载晶圆的托盘转运至反应室7内，并关闭第三阀门8，使得晶圆在反应室7内进行外延生长形成碳化硅薄膜；

之后，晶圆外延生长完成后，打开第三阀门8，控制第一机械手2将反应室7内装载有外延生长完成的晶圆的托盘转运至装载室6内，打开第二阀门5，控制第一机械手2将晶圆转运至供料室3内并关闭第二阀门5；

最后，将供料室3增压至第二预设压力值，然后再将晶圆从供料室3内取出，从而完成一个反应室7的晶圆外延生长过程，其他反应室7的晶圆的外延生长的操作过程相同，这里就不在赘述。

由此，本发明实施例的气相生长装置100通过将多个反应室7匹配一个供料室3和一个装载室6，利用中转室1中的第一机械手2实现向每个反应室7内取放晶圆，当其中一个反应室7需要进行维护时，其余的反应室7、供料室3和装载室6仍可以继续进行工作，避免了其余的反应室7、供料室3和装载室6的闲置，大大提高了气相生长装置100的设备利用率。

另外，一个供料室3和一个装载室6可以同时向多个反应室7进行提供晶圆，从而可以大大减少供料室3和装载室6的数量，以减小供料室3和装载室6所占用的空间，可以大大提高气相生长装置100的空间利用率。

因此，本发明实施例的气相生长装置100具有设备利用率高和空间利用率高等优点。

在一些实施例中，装载室6与中转室1之间设有第四阀门9，第四阀门9用于连通或分隔装载室6和中转室1。也就是说，当需要用到装载室6时，开启第四阀门9，以便于取放装载室6内的托盘。当不需要用到装载室6时，关闭第四阀门9，使装载室6和中转室1之间形成两个相互独立的腔室，互不干扰，有利于提高本发明实施例的气相生长装置100的工作可靠性。

可选地，第一阀门4、第二阀门5、第三阀门8和第四阀门9中的至少一者为闸阀。

例如，第一阀门4、第二阀门5、第三阀门8和第四阀门9中的每一者为闸阀。可以理解的是，闸阀是一个启闭件闸板，闸阀只能作全开和全关，通过将第一阀门4、第二阀门5、第三阀门8和第四阀门9中的至少一者为闸阀，从而便于控制每个腔室之间的连通口的大小，便于第一机械手2取放晶圆和托盘，使得操作控制方便。

可选地，第一机械手2的数量为多个。

例如，如图1和图2所示，第一机械手2的数量为两个。一个第一机械手2可以将装载室6内装载晶圆的托盘输送至反应室7内，另一个第一机械手2可以将反应室7内装载外延生长完成的晶圆的托盘转运至装载室6内，两个第一机械手2可以同时进行工作，互不干扰，有利于提高本发明实施例的气相生长装置100的工作效率，以便于提高晶圆外延生长的生产效率。

在一些实施例中，供料室3和装载室6在第一水平方向上设于中转室1的同一侧。

例如，如图1至图3所示，由于供料室3内放置的晶圆需要第一机械手2转运至装载室6内装载在托盘上，装载室6内装载外延生长完成的晶圆需要第一机械手2转运至供料室3内，经进出口301取出，将供料室3和装载室6设于中转室1的同一侧，有利于减小供料室3和装载室6之间的距离，从而有利于减小第一机械手2在供料室3和装载室6之间的移动距离，从而可以减小第一机械手2在供料室3和装载室6之间的移动时间，进一步有利于提高本发明实施例的气相生长装置100的工作效率。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置100包括放置台10和第二机械手12，放置台10用于放置晶圆盒11，第二机械手12设于放置台10上，第二机械手12用于转运供料室3和晶圆盒11之间的晶圆。

具体地，如图1至图3所示，将盛放晶圆的晶圆盒11放置在放置台10上，控制第二机械手12将晶圆盒11内存放的晶圆转运至供料室3内，或控制第二机械手12将供料室3内完成外延生长的晶圆取出放置在晶圆盒11内。通过设置放置台10和第二机械手12，可以对晶圆实现自动取放，有利于提高本发明实施例的气相生长装置100的自动化程度和控制精度，进一步有利于提高本发明实施例的气相生长装置100的工作效率。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置100包括晶圆校准器13，晶圆校准器13设于放置台10上，晶圆校准器13上具有用于放置晶圆的承载部1301，晶圆校准器13用于对晶圆进行寻边和调心。

可以理解的是，晶圆一般是经过一定的工序进行生产，并达到后续加工的能力，而在晶圆的边缘有平边，为了实现制造的一致性，要求平边每次必须位于同一个位置，或在一批晶圆加工制造过程中，平边始终朝向一个方向。由于晶圆装载以及取放精度要求高，会造成晶圆不落在第二机械手12的中央位置，晶圆校准器13会自动寻边并进行晶圆的调心，随后再用第二机械手12将校准后的晶圆放置于供料室3内。

在一些实施例中，本发明实施例的气相生长装置100包括定位装置14，定位装置14设于装载室6上，定位装置14包括驱动件1401和定位件1402，定位件1402的至少一部分置于装载室6内。驱动件1401与定位件1402传动相连以驱动定位件1402移动，定位件1402用于对托盘进行定位。

例如，驱动件1401可以为伸缩气缸，伸缩气缸的活塞杆与定位件1402相连，以带动定位件移动，来实现对托盘进行定位。

本发明实施例的气相生长装置100的使用方法，该方法基于上述任一实施例中所述的气相生长装置100，包括以下步骤：

S1:关闭第二阀门5，对装载室6、中转室1和反应室7中的每一者进行减压至第一预设压力值；

S2:打开第一阀门4，将晶圆放置在供料室3内，并对供料室3减压至第一预设压力值，使得供料室3内的压力值与中转室1内的压力值相同；

S3:打开第二阀门5，控制第一机械手2将供料室3内的晶圆转运至装载室6内并将晶圆装载在托盘上；

S4:控制第一机械手2将装载室6内装载晶圆的托盘转运至反应室7内，并关闭第三阀门8，使得晶圆在反应室7内进行外延生长形成碳化硅薄膜；

S5:晶圆外延生长完成后，打开第三阀门8，控制第一机械手2将反应室7内装载有外延生长完成的晶圆的托盘转运至装载室6内，打开第二阀门5，控制第一机械手2将晶圆转运至供料室3内并关闭第二阀门5；

S6:将供料室3增压至第二预设压力值，然后再将晶圆从供料室3内取出，

可选地，第一预设压力值为-30.7KPa至-22.6KPa。

例如第一预设压力值为26.7KPa。第一预设压力值可以根据晶圆实际外延生长的需求进行合理的设置，使得本发明实施例的气相生长装置100的通用性较强。

可选地，第二预设压力值为大气压值，由于供料室3是用于在晶圆盒11和中转室1之间取放晶圆用，由于晶圆盒11放置在大气环境中，而中转室1处于负压环境中，通过将第二预设压力值设置大气压值，从而便于将打开第一阀门4，便于从供料室3内取出晶圆。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。