承载装置及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种承载装置及半导体加工设备。

背景技术：

随着技术的发展，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称为CVD)技术已经得到越来越多的应用。在多数CVD半导体加工设备中，自动化装载晶片是主流技术。该技术主要是通过机械手和提升机构的密切配合，使机械手的取放片位置与基座上用于放置晶片的指定位置的对准，从而实现准确取放片，保证外延片质量。

图1为现有的半导体加工设备的结构示意图。如图1所示，半导体加工设备包括工艺腔室11、机械手(图中未示出)和承载装置。其中，承载装置包括设置在工艺腔室11内、用于承载晶片14的基座12，以及位于该基座12下方的提升机构，该提升机构包括支架13、三个定位销131以及驱动气缸(图中未示出)，其中，三个定位销131固定在支架13上，并通过该支架13与驱动气缸连接；在基座12上与各个定位销131一一对应的位置处设置有贯穿其厚度的通孔，在驱动气缸的驱动下，三个定位销131通过该通孔上升或下降，以使其顶端高出或低于基座12的上表面。在装载晶片时，首先机械手将晶片14传输至基座12的上方，然后三个定位销131同步上升并托起晶片14；机械手移出；三个定位销131同步下降，直至晶片14被传递至基座12的上表面上，从而完成放片动作。在卸载晶片时，首先三个定位销131同步上升，并托起晶片14，以使其余基座12相分离；然后机械手平移至晶片14底部；三个定位销131同步下降，以使晶片14被传递至机械手上，机械手移出，从而完成取片动作。

上述承载装置在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于三个定位销131是分别安装在支架13上，这就需要对三个定位销131的高度进行严格控制，以保证三者的顶端所在平面能够与基座12的上表面相互平行。但是受到加工和安装精度的限制，三个定位销131的高度往往会存在一定的偏差，导致晶片14被传递至基座12上的位置出现偏差，从而给工艺结果带来不良影响。

其二，对于多片系统，即具有可承载多个晶片的基座，则需要对应地增加定位销的数量，这进一步增大了控制晶片传输精度的难度，因此上述承载装置不适用多片系统。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种承载装置及半导体加工设备，其不仅可以提高取放片的精度，从而可以提高晶片的位置准确度，而且机械加工及电气设计简单易行，从而可以应用在多片系统。

为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括基座和承载件，所述基座包括用于承载晶片的第一承载面，所述承载件通过升降与用于传输晶片的机械手相配合，而实现将所述晶片放置在所述第一承载面上，或者自所述第一承载面取出所述晶片，所述承载件采用一体式结构，且包括中心轴和支撑部，其中，在所述基座上，且位于所述第一承载面的中心位置处设置有通孔，所述中心轴竖直穿过所述通孔，且可相对于所述基座作升降运动；所述支撑部设置在所述中心轴的顶端，且自该顶端沿所述中心轴的径向凸出，且在所述第一承载面上还设置有凹部，所述支撑部在所述中心轴下降至最低位置时，位于所述凹部内，且所述支撑部不高于所述第一承载面；所述支撑部在所述中心轴上升至最高位置时，位于所述第一承载面的上方。

优选的，所述支撑部包括至少三个分支，所述至少三个分支以所述中心轴为中心、沿所述中心轴的径向呈放射状分布。

优选的，所述支撑部包括水平设置的平板。

优选的，所述通孔在其径向截面上的投影形状为多边形；所述通孔在其径向截面上的投影形状与所述中心轴在其径向截面上的投影形 状相对应。

优选的，所述凹部在所述第一承载面上的投影形状与所述支撑部在所述第一承载面上的投影形状相适配。

优选的，所述第一承载面为一个，且与所述基座同心。

优选的，所述承载装置还包括升降驱动机构，用于驱动所述中心轴作升降运动。

优选的，所述第一承载面为多个，且沿所述基座的周向均匀分布；所述承载件的数量与所述第一承载面的数量相对应，且二者一一对应地设置。

优选的，所述承载装置还包括：旋转驱动机构，用于驱动所述基座围绕其轴向中心线作旋转运动，以使各个所述第一承载面依次经过预设的取放片位置；升降驱动机构，用于在任意一个所述第一承载面到达所述取放片位置时，驱动与该第一承载面相对应的所述中心轴作升降运动。

优选的，在所述基座上还设置有识别部，用以标识所述第一承载面在所述基座上的位置。

优选的，所述识别部为在所述基座上表面或者侧面上形成的凹陷部。

优选的，所述识别部为一个或者多个，且多个所述识别部与多个所述第一承载面一一对应。

优选的，在所述第一承载面上还设置有晶片槽，所述晶片槽的形状与所述晶片的形状相适配，且所述晶片槽的直径不小于所述晶片的直径；所述凹部位于所述晶片槽的底面上。

优选的，所述机械手包括承载本体，所述承载本体包括用于承载晶片的第二承载面，且在所述第二承载面上设置有贯穿所述承载本体厚度的通道，所述通道用于供所述承载件通过，以使所述机械手与所述承载件在相互配合时，二者的运动不相干扰。

优选的，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机械手平移至所述第二承载面与所述第一承载面的同心位置的过程中，供所述中心轴通过；所述升降通道用于在所述机械手 平移至所述第二承载面与所述第一承载面的同心位置，且所述中心轴作升降运动的过程中，供所述支撑部通过。

优选的，所述升降通道在所述第一承载面上的投影形状与所述承载部在所述第一承载面上的投影形状相适配。

优选的，在所述承载本体上，且位于所述第二承载面的周围还设置有凸缘，用以限定所述晶片在所述承载本体上的位置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的承载装置，其通过采用一体式结构的承载件，即，包括中心轴和设置在其顶端的支撑部，可以减少机械手取放片的运动参数变量，从而可以提高取放片的精度，进而可以提高晶片的位置准确度。而且，一体式结构的承载件有利于简化机械加工及电气设计，从而本发明提供的承载装置可以应用在多片系统中。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述承载装置，不仅可以提高取放片的精度，从而可以提高晶片的位置准确度，而且机械加工及电气设计简单易行，从而可以应用在多片系统。

附图说明

图1为现有的半导体加工设备的结构示意图；

图2A为本发明第一实施例提供的承载装置在一种状态下的剖视图；

图2B为本发明第一实施例提供的承载装置在另一种状态下的剖视图；

图3A为本发明第一实施例中基座的俯视图；

图3B为本发明第一实施例中承载件的俯视图；

图3C为本发明第一实施例中机械手的俯视图；

图4A为本发明第一实施例的变型实施例提供的承载装置的剖视图；

图4B为本发明第一实施例的变型实施例提供的承载装置的俯视图；

图4C为本发明第一实施例的变型实施例中机械手的俯视图；

图5A为本发明第二实施例提供的承载装置的俯视图；以及

图5B为本发明第二实施例提供的承载装置的剖视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的承载装置及半导体加工设备进行详细描述。

图2A为本发明第一实施例提供的承载装置在一种状态下的剖视图。图2B为本发明第一实施例提供的承载装置在另一种状态下的剖视图。请一并参阅图2A和图2B，承载装置包括基座21、承载件和升降驱动机构24，其中，基座21包括用于承载晶片的第一承载面，该第一承载面是指基座21上与晶片下表面相接触的表面。在本实施例中，第一承载面为一个，且与基座21同心，即，第一承载面的中心与基座21的轴线相重合。而且，在该第一承载面上还设置有晶片槽211，该晶片槽211的形状与晶片的形状相适配，且晶片槽的直径不小于晶片的直径，晶片被置于该晶片槽211内，用以限定晶片在基座21上的位置。

承载件采用一体式结构，且通过升降与用于传输晶片的机械手相配合，而实现将晶片放置在第一承载面上，或者自第一承载面取出晶片。具体地，请一并参阅图3A-3C，承载件包括中心轴22和支撑部23，其中，在基座21上，且位于第一承载面的中心位置处设置有通孔212，中心轴22竖直穿过该通孔212。优选的，通孔212在其径向截面上的投影形状为诸如四边形、六边形等的多边形，并且该通孔212在其径向截面上的投影形状与中心轴22在其径向截面上的投影形状相对应。这可以在中心轴22作升降运动时，起到限制中心轴22的作用，使其不会发生旋转和倾斜，从而可以进一步提高取放片精度。

上述承载件通过采用一体式结构，可以减少机械手取放片的运动参数变量，从而可以提高取放片的精度，进而可以提高晶片的位置准确度。而且，一体式结构的承载件有利于简化机械加工及电气设计，从而本发明提供的承载装置可以应用在多片系统中。

升降驱动机构24用于驱动中心轴22相对于基座21作升降运动。支撑部23设置在中心轴22的顶端，且自该顶端沿所述中心轴的径向 凸出，以实现稳定地支撑晶片的作用，该支撑部23包括三个分支，三个分支以中心轴22为中心、且沿其径向呈放射状分布，如图3B所示，在进行取放片操作时，晶片由三个分支支撑。而且，在第一承载面(即，位于晶片槽211的底面上)上还设置有凹部213，该凹部213在第一承载面上的投影形状与三个分支在第一承载面上的投影形状相适配，以保证凹部213能够容纳三个分支。在中心轴22下降至最低位置(如图2A中的位置A)时，三个分支位于凹部213内，且三个分支不高于第一承载面，即，三个分支的顶端低于晶片槽211的底面，以保证能够将晶片置于晶片槽211的底面上。在中心轴22上升至最高位置(如图2B中的位置B)时，三个分支位于第一承载面的上方。

如图3C所示，机械手包括承载本体31，该承载本体31包括用于承载晶片的第二承载面32，该第二承载面32是指承载本体31上与晶片下表面相接触的表面。优选的，在承载本体31上，且位于第二承载面32的周围还设置有凸缘33，用以限定晶片在承载本体31上的位置，避免晶片在取放片过程中滑落。

此外，在第二承载面32上设置有贯穿承载本体31厚度的通道34，该通道34用于供承载件通过，以使机械手与承载件在相互配合时，二者的运动不相干扰。具体地，通道34包括平移通道341和升降通道342，其中，平移通道341用于在机械手平移(平移方向如图3C的箭头所示)至第二承载面32与第一承载面的同心位置的过程中，供中心轴22通过，即，中心轴22在机械手移动至基座21上方时，沿平移通道341移动，从而使机械手可以避开中心轴22不会与之发生碰撞。升降通道342用于在机械手平移至第二承载面32与第一承载面的同心位置，且中心轴22作升降运动的过程中，供三个分支通过，即，三个分支在上升或下降时，可以穿过升降通道342，而使其顶端高于或低于机械手的第二承载面32，从而完成与机械手之间的晶片传递。优选的，升降通道342在第一承载面上的投影形状与三个分支在第一承载面上的投影形状相适配。

当装载晶片时，首先机械手平移至基座21的上方，且位于机械手上的第二承载面32与基座21上的第一承载面的同心位置，此时升降 通道342的位置与三个分支的位置相对应；然后，中心轴22带动三个分支上升至最高位置B，在此过程中，三个分支穿过升降通道342，并托起第二承载面32上的晶片；在机械手移出之后，中心轴22带动三个分支下降至最低位置A，在此过程中，三个分支回落至凹部213内，晶片被传递至晶片槽211内，从而实现将晶片放置在基座21的第一承载面上。

当卸载晶片时，首先中心轴22带动三个分支上升至最高位置B，在此过程中，三个分支托起位于晶片槽211内的晶片；然后，机械手平移至基座21的上方，且位于机械手上的第二承载面32与基座21上的第一承载面的同心位置，在此过程中，中心轴22沿平移通道341相对移动，从而不会干扰机械手的运动。中心轴22带动三个分支下降至最低位置A，在此过程中，晶片被传递至机械手的第二承载面32上，从而完成晶片的卸载。

需要说明的是，在本实施例中，分支为三个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，分支还可以为四个或者四个以上，且以中心轴22为中心、且沿其径向呈放射状分布。

还需要说明的是，在实际应用中，基座的形状可以为圆形或方形等任意形状。

作为第一实施例的一个变型实施例，图4A为本发明第一实施例的变型实施例提供的承载装置的剖视图。图4B为本发明第一实施例的变型实施例提供的承载装置的俯视图。请一并参阅图4A和图4B，本实施例与上述第一实施例相比，其区别仅在于：支撑部的结构不同，即，本实施例所采用的支撑部包括水平设置的平板40。

在本实施例中，平板40在基座21的第一承载面上的投影形状为圆形，与之相对应的，基座21上的通孔为圆孔，以供平板40通过。在这种情况下，机械手的结构也应作适应性调整，具体地，如图4C所示，为本发明第一实施例的变型实施例中机械手的俯视图。与上述第一实施例相类似的，在机械手的第二承载面32上设置有贯穿承载本体31厚度的通道41，该通道41包括平移通道411和升降通道412，其中，平移通道411的形状与第一实施例相类似；升降通道412在第一承载 面上的投影形状与平板40在第一承载面上的投影形状相适配，即，升降通道412也设计为圆形，以供平板40通过。

当然，在实际应用中，平板40在基座21的第一承载面上的投影形状还可以为诸如方形、六边形等的其他任意形状，只要其能够稳定地支撑晶片即可。

图5A为本发明第二实施例提供的承载装置的俯视图。图5B为本发明第二实施例提供的承载装置的剖视图。请一并参阅图5A和图5B，本实施例与上述第一实施例相比，其区别在于：第一承载面为多个，且沿基座的周向均匀分布；承载件的数量与第一承载面的数量相对应，且二者一一对应地设置。

具体地，在本实施例中，基座51具有三个第一承载面，且优选的，在三个第一承载面上设置有三个晶片槽(511A，511B，511C)，承载件的数量为三个，且一一对应地设置在三个第一承载面的中心位置处，并且三个承载件均由中心轴和支撑部组成，三个中心轴分别为中心轴52A、中心轴52B和中心轴52C；三个支撑部分别为支撑部53A、支撑部53B和支撑部53C。由于中心轴和支撑部的结构和功能在上述第一实施例已有了详细描述，在此不再赘述。

在本实施例中，承载装置还包括旋转驱动机构54和升降驱动机构55。其中，旋转驱动机构54用于驱动基座51围绕其轴向中心线作旋转运动，以使各个第一承载面依次经过预设的取放片位置，例如，在图5A中，取放片位置为晶片槽511A当前所在的位置C，机械手平移至该位置C的上方进行取放片操作；并且利用旋转驱动机构54驱动基座51旋转，依次将三个第一承载面旋转至该位置C，以进行取放片操作。升降驱动机构55用于在任意一个第一承载面到达取放片位置时，驱动与该第一承载面相对应的中心轴作升降运动。例如如图5B所示，当晶片槽511A旋转至取放片位置时，中心轴52A旋转至与升降驱动机构55相对应的位置处，此时升降驱动机构55可以驱动中心轴52A作升降运动。另外，由于机械手的结构和功能与上述第一实施例相类似，在此不再赘述。

优选的，在基座51上还设置有识别部(图中未示出)，用以标识 第一承载面在基座上的位置，该识别部可以为在基座51上表面或者侧面上形成的凹陷部。在实际应用中，可以通过利用距离传感器检测该识别部，来判断基座的旋转角度，从而可以确定第一承载面是否到达取放片位置。例如，可以在基座51旋转时，利用距离传感器朝向识别部经过的路径发射检测信号，并接收来自该路径上各个位置的反馈信号，且在基座51旋转至预定角度时，判断该反馈信号是否来自识别部，若是，则确定与第一承载面到达预定位置；若否，则确定第一承载面出现位置异常。优选的，上述识别部可以为一个，且优选的，该识别部可以与基座的原点位置相对应，从而可以通过利用距离传感器检测该识别部，来确定基座的原点位置。或者，上述识别部可以为多个，且多个所述识别部与多个第一承载面一一对应，从而可以通过利用距离传感器检测各个识别部，来确定各个第一承载面在基座上的位置。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的承载装置，其通过采用一体式结构的承载件，即，包括中心轴和设置在其顶端的支撑部，可以减少机械手取放片的运动参数变量，从而可以提高取放片的精度，进而可以提高晶片的位置准确度。而且，一体式结构的承载件有利于简化机械加工及电气设计，从而本发明提供的承载装置可以应用在多片系统中。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。