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一種晶圓片熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法

2023-05-24 09:01:31 1

專利名稱:一種晶圓片熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法
技術領域:
本發明屬於半導體製造設備領域,特別涉及一種晶圓片的熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法。
背景技術:
當使用雷射退火技術來進行半導體摻雜雜質的激活時,為了有效地降低晶圓片從表面向片內的溫度梯度,一般地會同時對晶圓片進行襯底加熱,使得晶圓片不會因為熱應力過大而發生機械形變乃至碎片。一般情況下,晶圓片加熱至設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,晶圓片預升溫,雷射輻照退火處理,下片,晶圓片冷卻至室溫,晶圓片回收至片盒這樣的全過程,那麼因為冷卻過程較為緩慢,將極大地制約雷射退火設備的產率,成為影響生產效率的關鍵性的環節。為緩解較高的產率要求和冷卻環節需要較長時間之間的矛盾,本發明提出了一種晶圓片緩衝棧的機構,用於在雷射加工處理完成後,暫時地容納較高溫度的晶圓片,待晶圓片充分冷卻後,則可由緩衝棧移出至片盒回收。晶圓片緩衝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,不影響生產效率,因而是一種能夠起到實際效果的,位於工藝腔和回收片盒之間的重要過渡裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種晶圓片的熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法,其特徵在於, 在緩衝棧的外殼1圓周壁上部兩邊分別設置晶圓片入口 5和晶圓片出口 6,在緩衝棧的外殼 1內,底部安裝升降機和轉動部件3,升降機和轉動部件3中心的傳動杆4上部等距離固定多層圓託盤2,兩個圓託盤之間由垂直隔熱板7定位連接。所述多層圓託盤為2-4層。所述圓託盤由熱變形小的硬度比較大的陶瓷或金屬材料製成;圓託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;所述每個圓託盤上均配置多個溫度傳感器,用於探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。所述升降機和轉動部件的機械驅動機構還提供圓託盤的旋轉動作,這樣可以通過程序控制的方式,具體地選擇某個圓託盤上的某個晶圓片位置,使得晶圓片熱緩衝棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。所述外殼的適當位置留氣體流入的孔,這樣熱緩衝棧允許通入保護性氣體,保護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杆上開相應的氣流通孔進入,氣流由傳動杆處向四周流出。所述陶瓷材料為氧化鋁、氮化矽或氮化硼陶瓷;所述金屬材料為不鏽鋼。所述晶圓片熱緩衝棧實現熱緩衝的方法,其特徵在於,包括如下步驟
(1)升降機和轉動部件的機械驅動機構通過傳動杆升起或降下某個圓託盤,使之高度處於適合的晶圓片入口及晶圓片出口的位置上;(2)雷射加工處理完成後的處於300-450°C範圍的較高溫度狀態的晶圓片,由外部機械手通過晶圓片入口,放置到圓託盤之上;(3)晶圓片放置在圓託盤之上後,用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度;判斷按先後次序進入到熱緩衝棧的晶圓片,有沒有後放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況,如果溫度差達到或超過了 30攝氏度,則執行晶圓片位置的交換,從總體上去保證先進入的晶圓片,溫度要更低;如果遇到某晶圓片的實際溫度已經冷卻達到了室溫,則將此晶圓片從熱緩衝棧取出,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,晶圓片會逐漸冷卻至室溫,其後即可由外部機械手通過出口 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。本發明的有益效果是在雷射退火等加工處理中,晶圓片在完成加工時,往往處於比較高的溫度,不適合於立即送入片盒回收,採用熱緩衝棧後,晶圓片可以暫存於緩衝棧中,在那裡停留並充分冷卻。由於晶圓片在完成加工後立即移出至緩衝棧存放,所騰空的加工片臺,可用於放置另一片晶圓片,進行加工處理,因此加工效率得到了保證。由於免去了對加工片臺實行反覆的升降溫溫度循環,可提高能效及設備運行的穩定性、可靠性。本發明提出之熱緩衝棧,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,更進一步地,從總體上提升了晶圓片加工處理的工藝過程的產率。


圖1為一種與熱處理加工有關的晶圓片熱緩衝棧結構示意圖。圖2為不同晶圓片存放位置之間設置隔熱板的情況。圖中,1-外殼;2-圓託盤;3-升降機轉動部件;4-傳動杆;5-晶圓片進入熱緩衝棧的入口 ;6-晶圓片移出熱緩衝棧的出口 ;7-隔熱板。
具體實施例方式本發明提供一種晶圓片的熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法,下面結合附圖予以說明。如圖1-2所示的晶圓片的熱緩衝棧結構示意圖,可以由金屬材料製造,但亦不排除採用其他具有一定機械強度和熱特性的材料製造。具體結構是在緩衝棧的外殼1圓周壁上部兩邊分別設置晶圓片入口 5和晶圓片出口 6,在緩衝棧的外殼1內,底部安裝升降機和轉動部件3,升降機和轉動部件3中心的傳動杆4上部等距離固定2-4層圓託盤2,兩個圓託盤2之間由垂直隔熱板7定位連接。圓託盤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、氮化矽或氮化硼陶瓷;金屬材料,例如,為不鏽鋼)製成;圓託盤具有能夠容納2-6片晶圓片的足夠大的面積。所述每個圓託盤2上均配置多個溫度傳感器,用於探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。所述升降機和轉動部件3的機械驅動機構還提供圓託盤的旋轉動作,這樣可以通過程序控制的方式,具體地選擇某個圓託盤上的某個晶圓片位置,使得晶圓片熱緩衝棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。所述外殼1的適當位置留氣體流入的孔,這樣熱緩衝棧可以允許通入保護性氣體,保護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杆4上開相應的氣流通孔進入,氣流由傳動杆處向四周流出。機械傳動杆,可採用比較耐熱的無機材料製造,例如聚合物塑料或者玻璃。傳動杆的中心可以掏空成為氣流通道,中心掏空的傳動杆,其外壁可以開大小不等的豎孔,以利於氣體自傳動杆向四周流動,起到換熱作用。傳動杆可通過軸承等機構與驅動部分相聯接。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。採用底部流入的方案,對於機械部分少受熱流影響會更有利一些,但是本發明並不排除自上向下的氣流流動。本發明中,熱緩衝棧本身並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衝棧實現熱緩衝的方法,包括如下步驟(1)升降機和轉動部件3的機械驅動機構通過傳動杆4升起或降下某個圓託盤2, 使之高度處於適合的晶圓片入口 5及晶圓片出口 6的位置上;(2)雷射加工處理完成後的處於300-450°C範圍的較高溫度狀態的晶圓片,由外部機械手通過晶圓片入口 5,放置到某個圓託盤2之上;(3)晶圓片放置在圓託盤2之上後,用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度;判斷按先後次序進入到熱緩衝棧的晶圓片,有沒有後放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況,如果溫度差達到或超過了 30攝氏度,則執行晶圓片位置的交換,從總體上去保證先進入的晶圓片,溫度要更低;如果遇到某晶圓片的實際溫度已經冷卻達到了室溫,則將此晶圓片從熱緩衝棧取出,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,晶圓片逐漸冷卻至室溫,其後可由外部機械手通過出口 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。所述外殼將緩衝棧機構內部與外部環境做一定程度上的隔離,主要是熱隔離。本發明向熱緩衝棧中送入晶圓片,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,均由外部機械手完成。採用機械手搬運晶圓片,就半導體製造而言,是成熟的技術。本發明中並未特別指明圓碟片的機械結構,就其中一種最平凡的平板來說,只要機械手是吸取式的,無論是射流吸取,還是真空吸取,都可以實現晶圓片的正常取放。
權利要求
1.一種晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,在緩衝棧的外殼的圓周壁上部兩邊分別設置晶圓片入口和晶圓片出口,在緩衝棧的外殼內,底部安裝升降機和轉動部件,升降機和轉動部件中心的傳動杆上部等距離固定多層圓託盤,兩個圓託盤之間由垂直隔熱板定位連接。
2.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,所述多層圓託盤為2-4層。
3.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,所述圓託盤由熱變形小的硬度比較大的陶瓷或金屬材料製成;圓託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.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,所述每個圓託盤上均配置多個溫度傳感器,用於探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度。
5.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,所述升降機和轉動部件的機械驅動機構還提供圓託盤的旋轉動作,這樣可以通過程序控制的方式,具體地選擇某個圓託盤上的某個晶圓片位置,使得晶圓片熱緩衝棧具備多個晶圓片的存放容器的效用。
6.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,所述外殼的適當位置留氣體流入的孔,這樣熱緩衝棧允許通入保護性氣體,保護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杆上開相應的氣流通孔進入,氣流由傳動杆處向四周流出。
7.根據權利要求1所述晶圓片的熱緩衝棧,其特徵在於,製造熱緩衝棧採用了不同的固體材料,其中所採用的陶瓷材料,可以是氧化鋁、氮化矽或氮化硼陶瓷等;而所採用的金屬材料,可以是不鏽鋼。
8.一種晶圓片的熱緩衝棧實現熱緩衝的方法,其特徵在於,包括如下步驟(1)升降機和轉動部件的機械驅動機構通過傳動杆升起或降下某個圓託盤,使之高度處於適合的晶圓片入口及晶圓片出口的位置上;(2)雷射加工處理完成後的處於300-450°C範圍的較高溫度狀態的晶圓片,由外部機械手通過晶圓片入口,放置到某個圓託盤之上;(3)晶圓片放置在圓託盤之上後,用溫度傳感器探測和反饋不同晶圓片位置的實際溫度;判斷按先後次序進入到熱緩衝棧的晶圓片,有沒有後放置的晶圓片溫度比先放置的晶圓片溫度更低的情況,如果溫度差達到或超過了 30攝氏度,則執行晶圓片位置的交換,從總體上去保證先進入的晶圓片,溫度要更低;如果遇到某晶圓片的實際溫度已經冷卻達到了室溫,則將此晶圓片從熱緩衝棧取出,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,晶圓片逐漸冷卻至室溫,其後可由外部機械手通過出口 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
本發明公開了屬於半導體製造設備的一種晶圓片熱緩衝棧及實現熱緩衝的方法。在緩衝棧的外殼的圓周壁上部兩邊分別設置晶圓片入口和晶圓片出口,在緩衝棧的外殼內,底部安裝升降機和轉動部件,升降機和轉動部件中心的傳動杆上部等距離固定多層圓託盤,兩個圓託盤之間由垂直隔熱板定位連接。實現熱緩衝的方法為對於完成加工的處於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後次序進入到熱緩衝棧的圓託盤上,免去了加工片臺反覆的升降溫溫度循環,可提高能效及設備運行的穩定性、可靠性。能夠形成流水線式的運行,配合特定的熱緩衝棧的使用策略後,可更進一步地,從總體上提升晶圓片加工處理的產率。
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 優先權日2011年8月19日
發明者嚴利人, 劉朋, 周衛, 竇維治 申請人:清華大學

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