专利名称：一种实现自动化基片传输的mocvd处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空处理系统，尤其涉及一种实现自动化基片传输的金属有机化 合物化学气相沉积的真空处理系统。
背景技术：
MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organicChemical Vapor Deposition)的英文缩写。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型 气相外延生长技术。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为 晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族 化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都 是在常压或低压(lO-lOOTorr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为 500-1200°C，用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方)，H2通过温度可控的 液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。MOCVD技术具有下列优点(1)适用范围广泛，几乎 可以生长所有化合物及合金半导体；( 非常适合于生长各种异质结构材料；C3)可以生长 超薄外延层，并能获得很陡的界面过渡；(4)生长易于控制；( 可以生长纯度很高的材料； (6)外延层大面积均勻性良好；(7)可以进行大规模生产。适用于MOCVD工艺的真空处理系统一般包括反应源发生装置、反应室、气体控制 及混合系统等。其中，反应源发生装置分为有机金属反应源和气体反应源，反应室是所有气 体混合及发生反应的地方，气体控制及混合系统用于完成反应气体的传输、控制以及混合寸。图1为现有技术的适用于MOCVD工艺生产的真空处理系统的布局示意图。如图1 所示，整个系统包括横向并排排列的反应源发生装置01、反应气体控制及混合系统02和反 应室03。在这种系统架构中，反应源发生装置01、反应气体控制及混合系统02和反应室03 水平排列，反应源发生装置01和反应气体控制及混合系统02共同服务于一个反应室03。 这种系统架构的缺点是整个系统架构的设置不紧凑，在洁净室中占用的占地面积非常大， 在有限的洁净室面积中只能放置少量的几台这样的系统。众所周知，在半导体制造业中维 护洁净室的成本是非常昂贵的，该系统这样的布局势必会占用较多的洁净室空间，造成使 用者生产成本的提高，并且产能也不高；而且整个系统也不具有延展性，亦即，在该系统的 架构基础上，很难在仅利用反应源发生装置01和反应气体控制及混合系统02的基础上再 增加另外的反应室，从而提高产能。并且，图1所示的系统也不具有自动的基片传输系统，不能实现自动的基片装卸 和传输。该系统的基片装卸和传输是通过人工操作进行的，工作人员操作时将手伸入手套 箱05，手套箱05与反应室相连通，从而进行人工操作，由于该工艺过程中的反应气体和副 产物具有毒性，因而有可能在使用不当或系统发生故障时威胁使用者的身体健康。
实用新型内容针对背景技术中的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种实现自动化基片传 输的金属有机物化学气相沉积处理系统，其能够实现承载有多片基片的载片盘在处理系统 中的自动化传输(包括装载和卸载)，无需人工传片，提高了基片传输的效率和精确度，并 能够改善金属有机物化学气相沉积的均一性和稳定性。本实用新型提供了一种实现自动化基片传输的金属有机物化学气相沉积处理系 统，包括具有若干个密封门并保持真空环境的传输室，其内部设置有第一传输装置，所述 第一传输装置设置有至少一个可以沿所述传输室所在的平面自由旋转和伸缩的传送臂；与 所述若干个密封门中的至少一个相连接的真空锁，所述真空锁内部设置有至少一个载片盘 托架，每个所述载片盘托架上可以放置有一个载片盘，所述载片盘上可以容纳多片基片，所 述真空锁用于连接所述传输室和外界大气环境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下 在外界大气环境和所述传输室之间对所述载片盘进行传输；沿所述传输室周边设置的至少 一个反应室，每一个反应室与所述若干个密封门中的一个相连接，所述每一个反应室内放 置至少一个所述载片盘，并对其上的多片基片进行金属有机物化学气相沉积处理；以及所 述第一传输装置的传送臂被设置成在所述真空锁和所述多个反应室之间经过所述密封门 传送所述载片盘。进一步地，所述处理系统还包括与所述真空锁相连接的预装片子系统。进一步地，所述预装片子系统包括基片盒，其内部容纳有多片基片；以及装片 室，其一侧与所述基片盒相连接，另一侧与所述真空锁相连接，所述装片室内设置有第二传 输装置、载片盘托架、载片盘以及第三传输装置，所述载片盘放置于所述载片盘托架上，所 述第二传输装置设置于所述基片盒和所述载片盘托架之间，用于在二者之间取、放基片，所 述第三传输装置设置于所述载片盘托架和所述真空锁之间，用于在二者之间取、放载片盘。可选地，所述第一传输装置包括两个可以沿所述传输室所在的平面自由旋转和伸 缩的传送臂，所述两个传送臂可以各自单独旋转指向不同的方向，以完成所述载片盘的取放。可选地，所述第一传输装置的两个传送臂可以随所述第一传输装置的主轴上下移 动，以调整传送臂所指向的平面的高度。进一步地，所述载片盘上设置有多个基片容纳槽，每一个基片容纳槽内放置一片 基片。进一步地，所述真空锁还包括至少一个升举装置和至少一个载片盘容纳箱，所述 多个载片盘托架设置于所述载片盘容纳箱内，其中所述升举装置的下端固定于所述真空 锁下表面，其上端固定于所述载片盘容纳箱的下表面，其可以沿竖直方向上下移动所述载 片盘容纳箱，以使得其中的载片盘能够对准设置于所述真空锁和所述传输室之间的密封门 并能够通过所述密封门传输至传输室。可选地，所述传输室包括多个连接面，每个连接面设置有两个连接口，所述连接口 连接于下列各项的任一项反应室，真空锁，预装片子系统，热退火腔室，清洁腔室，基片热 处理腔室，测试装置。可选地，所述传输室大体呈四方形，所述真空锁连接于所述四方形的一边，所述四 方形的其他边的位置处分别连接有所述多个反应室。进一步地，所述四方形的其他边的位置处分别各连接有两个反应室。[0017]可选地，所述每一个反应室内同时可以容纳至少两个所述载片盘。可选地，所述处理系统还包括一个连接于所述传输室的若干个密封门中的至少一 个的基片热处理腔室，用于对所述基片进行降温或预加热处理。进一步地，所述基片热处理腔室内进一步设置有一个测试装置，所述测试装置包 括一个探头，所述探头用于直接或间接地对位于所述基片热处理腔室中的所述基片进行测
试ο可选地，所述处理系统还包括一个连接于所述传输室的若干个密封门中的至少一 个的测试腔室，其用于对所述基片进行测试。
图1为现有技术的适用于MOCVD工艺生产的真空处理系统的布局示意图；图2为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的结构布局示意图；图3(a)和图3(b)为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的结构剖 面图；图4为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的结构布局示意图，其 中该系统进一步包括一预装片子系统；图5为根据本实用新型的一个具体实施例的第一传输装置的结构示意图；图6为根据本实用新型的另一具体实施例的第一传输装置的结构示意图。图7为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的真空锁的结构示意 图；图8为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的载片盘的结构示意 图；图9为根据本实用新型的一个具体实施例的升举装置的结构功能示意图；图10为根据本实用新型的一个具体实施例的第二密封门和第一传输装置的结构 功能示意图；其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行具体说明。本实用新型提供了一种全自动化基片传输(包括基片的装载和卸载)的紧凑型多 反应室系统，其能够在整个工艺过程中进行全自动基片传输，具有全自动化、安全、传输精 确、便捷等优点。更进一步地，所述真空处理系统占用洁净室的占地面积较小，能同时处理 多片基片，大大地提高吞吐量(throughput)和节省使用者的生产成本。下文将结合附图对本实用新型真空处理系统的布局和架构进行说明。图2示出 了根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的布局示意图。所述真空处理系统 1是一个包含多个反应室的处理系统，其典型地为一 MOCVD真空处理系统。具体而言，所述 MOCVD真空处理系统1包括一个大致位于其中央位置的真空传输室11，传输室11大体上呈 现四方形结构，并具有多个连接面20、22、对和沈。于传输室11的中央位置设置有一包括 一个或多个传输臂的第一传输装置16，用于传输放置有多片基片的载片盘(容后详述)，从而实现基片的全自动化的传输。在传输室11的多个连接面22、对和沈的位置处可以依实 际需要配置多个反应室。如图2示例，图中所示的真空处理系统1在连接面22和沈处分 别配置有两个反应室1301和1302、1201和1202。所述反应室与传输室11之间设置有密 封门152、153、IM和155。每个反应室内部都放置有一个或多个载片盘(图示中仅示例性 地画出一个载片盘，分别为B、C、D、E)，所述每一个载片盘上都可以放置多片待处理的基片。 在传输室11的连接面20的位置处设置有一个或多个真空锁(load lock) 14，所述真空锁 14与连接面20之间设置有密封门151。所述真空锁14用于连接所述传输室11和外界大 气环境，以在不损失所述传输室11内的真空的前提下在外界大气环境和所述传输室11之 间对所述载片盘进行传输。真空锁14内部设置有多层的载片盘托架(容后详述)，每一载 片盘托架上可以放置一个载片盘。如图2所示，图示中真空锁14内的载片盘A上放置有多 片基片。第一传输装置16能够将载有多片基片的载片盘A、B、C、D、E在真空锁14、多个反 应室 1201、1202、1301、1302 之间传输。以下将结合图2描述本实用新型真空处理系统的基片传输过程。具体而言，在本 实用新型的真空处理系统1中，多片基片被同时放置在载片盘(比如A、B、C、D、Ε)上，传 输室11内的第一传输装置16可以将这些载片盘在真空锁14和多个反应室1201和1202、 1301和1302之间来回传输，从而实现一次性地多基片传输。并且，在图2所示的每一个反 应室内都可以容纳一个或多个这样的载片盘(依实际设计)，在工艺处理时，多片基片直接 被放置在这些载片盘上进行工艺处理，等工艺处理完毕后，第一传输装置16直接将承载有 完成工艺处理的基片的载片盘取出并放置至真空锁14的合适的载片盘托架上，进行冷却 或再被从真空锁14中移出。请参阅图2，假设这样一种情况，现需要将放置有多片基片的载片盘A从真空锁14 取出并送入第一反应室1202，即图示载片盘B的位置，其具体工作机制如下首先，开启第一密封门151，传输室11中的第一传输装置16的传输臂通过旋转、伸 缩等移动方式通过所述第一密封门151进入真空锁14，该第一传输装置16以托举/钳/夹 /吸等方式取得载片盘Α，并由该第一传输装置16带动离开所述真空锁14的载片盘托架并 通过所述第一密封门151到达所述传输室11。然后，关闭第一密封门151并开启第一密封门152，第一传输装置16旋转、伸缩将 所述载片盘A通过所述第一密封门152到达第一反应室1202，即载片盘B的位置，以待进行 工艺制程。最后，第一传输装置16通过第一密封门152回到传输室11，并关闭第一密封门 152。以此类推，可以通过类似步骤的变化/组合，完成载片盘在MOCVD真空处理系统1 中的其他反应室的装载过程。例如，当MOCVD真空处理系统1中的载片盘之上的基片完成 工艺处理后，也可以依图2所示的系统将承载有已完成工艺处理基片的载片盘从反应室自 动卸载至真空锁。应当理解，图2所示的系统布局和架构仅为示例性的而非限定性的，至于其反应 室和真空锁的个数以及其布局都可以根据具体工程需要进行适应性调整。例如，本领域技 术人员能够很容易地想到也可以在图2所述传输室11的连接面M的位置处不设置一个或 多个反应室，而是设置一个或多个真空锁或系统所需的其他模块/组件/部件。再比如，图2所示的位于传输室11左侧的两个反应室1301、1302也可以合并设置成一个具有单一腔室 的反应室(single chamberreactor)，但该单一腔室的反应室内部设置有两个或更多个的 处理平台(processing station)或反应区域(reaction region),每一个处理平台或反应 区域上放置一载片盘，载片盘上放置有多片基片，用以实现对多片基片的同时工艺处理。可 选地，前述多个处理平台或反应区域之间可以依工艺的需要设置成相互隔离的(isolated) 或相互连通的(communicated)。若多个处理平台或反应区域之间被设置成相互隔离的， 则每一个处理平台或反应区域的工艺处理不会受其他处理平台的干扰，因而可以实现对每 一个处理平台的工艺处理的单独控制；若多个处理平台或反应区域之间被设置成相互连通 的，则相互连通的处理平台或反应区域的工艺处理环境可以被控制成同一，因而能保证多 个处理平台的工艺处理结果的同一。此外，上述MOCVD真空处理系统还可以额外设置一个连接于传输室的腔室/模组， 所述腔室可为热退火腔室(anneal chamber)、清洁腔室(cleaning chamber)等，以增加所 述真空处理系统的功能。可选地，上述腔室/模组可以设置为一个基片热处理腔室，其通过传输室的若干 个密封门中的其中一个连接于传输室，所述基片热处理腔室中设置有基片，其用于按照制 程需要对所述基片进行降温或预加热处理。进一步地，所述基片热处理腔室内设置有一个测试装置，所述测试装置包括一个 探头，所述探头用于直接或间接地对位于所述基片热处理腔室中的所述基片进行测试。例 如在LED制程中用于测试LED基片的波长。可选地，上述腔室/模组还可以设置为一个测试装置，其连接于所述传输室的若 干个密封门中的至少一个，其用于对基片进行测试。例如在LED制程中用于测试LED基片 的波长。可选地，所述传输室包括多个连接面，每个连接面设置有至少两个连接口，所述连 接口连接于下列各项的任一项反应室，真空锁，预装片子系统，热退火腔室，清洁腔室，基 片热处理腔室，测试装置。此外，还可以在真空锁14的前端进一步地设置有预装片子系统，用于将基片自动 化地从基片盒中装载到某一载片盘上，再将该载片盘一次性地装载至真空锁14内的某一 载片盘托架上。图4示出了该预装片子系统的结构示意图，所述预装片子系统17包括相互 连接的基片盒171和装片室173。基片盒171内设置一个或多个基片基座1722，每一个基 片基座1722内放置多片待处理的或已处理好的基片1721。在本实施例中，所述待处理的基 片1721在基片基座1722中呈堆栈式排列布局。装片室173内部设置有载片盘托架174，所 述载片盘托架174上放置有一个载片盘175，多个基片容纳槽1751设置于所述载片盘175 之中，每一个基片容纳槽1751内放置一片基片，所述装片室173中还包括一个第二传输装 置176和一第三传输装置178，并且，在所述基片盒171和所述装片室173之间设置了第四 密封门177，在所述装片室173和真空锁14之间设置了第五密封门179。应当理解，前述第 二传输装置176和第三传输装置178可以是业内通用的或未来新开发出的各种形式的传输 装置，例如，日本kawasaki robot公司，川崎重工业公司以及Denso集团公司生产的机械手 均适用于上文中提及的第二传输装置176。以下将描述预装片子系统17如何工作。
8[0049]首先，开启第四密封门177，第二传输装置176通过所述第四密封门177伸入基片 盒171，并将其中的基片基座1722上待处理的基片1721逐一取出并放置至所述基片容纳槽 1751之上。然后，当所述载片盘175上的所有基片基座1751上均装载上基片时，关闭所述第 四密封门177。最后，开启第五密封门179，所述第三传输装置178将该载片盘175通过第五密封 门179放置至真空锁14中的载片盘托架上。前述的工作过程为预装片子系统17将基片从基片盒171装载到真空锁14的过 程，再通过第一传输装置16将真空锁内的载片盘送至反应室。应当理解，当反应室里的基 片被处理完毕，也可以通过第一传输装置16将反应室内的承载有处理好基片的载片盘取 出并放置至真空锁14的某一个载片盘托架上，再经由第三传输装置178将载片盘放置到载 片盘托架174上，再由第二传输装置176慢慢地将处理好的基片从载片盘上卸载至基片盒 171内合适的基片基座1722上。图4所示系统中的装片室173及基片盒171均工作于大气环境下；真空锁14则 可以选择性地工作于大气环境下和真空环境下；传输室11和各个反应室1201、1202、1301、 1302均始终保持真空的工作环境。例如，当载片盘通过第三传输装置178在装片室173和 真空锁14之间来回传输时，第五密封门179被开启，第一密封门151则被关闭，因而真空 锁14和装片室173相互连通，并都处于大气工作环境下；当载片盘被送至真空锁14内后， 关闭第五密封门179和第一密封门151，对真空锁14抽真空，等真空锁14内变为真空环境 后，再开启第一密封门151 (同时维持第五密封门179关闭不变)，使真空锁14与传输室11 相连通，并都处于真空的环境下，接着就可以通过传输室11内的第一传输装置16实现载片 盘在真空锁14与传输室11之间的传输，并进一步地实现载片盘在传输室11与多个反应室 1201、1202、1301、1302 之间的传输。需要说明的是，本领域技术人员应当知晓，在具体制程中可以对基片以及基片基 座的排列方式进行适应性调整，例如，出于节省空间的目的，可以将基片在基片盒中进行竖 直堆栈式排列(类似上文中的真空锁14的结构)，而其他变形的排列/布局方式也应涵盖 在本实用新型的保护范围之内。图5为根据本实用新型的一个具体实施例的第一传输装置的结构示意图。所述第 一传输装置包括两个可以沿所述传输室所在的平面自由旋转和伸缩的传送臂，所述两个传 送臂可以各自单独旋转指向不同的方向，以完成所述载片盘的取放。进而，所述第一传输 装置的两个传送臂可以随所述第一传输装置的主轴上下移动，以调整传送臂所指向的平面 的高度。如图5所示，该第一传输装置典型地为一机械手(robot)，具体地，所述第一传输 装置16具有两个传送臂161、162，其可以沿所述传输室所在的平面根据旋转的角度和上述 传输臂伸缩的程度完成载片盘的传输，并可以随所述第一传输装置的主轴上下移动，以调 整传送臂所指向的平面的高度。进一步地，所述两个传输臂161和162可以同时指向某一 个方向，比如，同时指向同一个真空锁或同一个反应室，也可以各自单独旋转指向不同的方 向，比如，两个传送臂分别指向同一个真空锁的两个不同的载片盘托架，或分别指向不同的 两个真空锁的载片盘托架；或者，一个传送臂指向一个真空锁，用于向该真空锁内取或放载 片盘，而另一个传送臂指向一个反应室，用于向该处理腔室内取或放载片盘；或者，两个传送臂分别指向设置于传送室边上的两个不同的处理腔室，用于分别向两个反应室内取或放 载片盘。因此，本实用新型的第一传输装置的两个传送臂可以灵活地单独执行载片盘的取 放动作，可以同时从一个或多个真空锁内装载或卸载两个载片盘，也可以连续地无等待时 间地向一个或多个反应室内完成载片盘的装载、卸载或交换动作，尤其适用于集成有多个 真空锁或反应室的处理系统，因而整个处理系统的吞吐量(throughput)被大大提高。因此，本实用新型的第一传输装置16在载片盘交换或装卸过程中，只需要通过调 整第一传输装置16的传送臂161、162的竖直位置，真空锁载片盘托架与和反应室中的载片 盘托架在竖直位置可以固定，只通过第一传输装置16的运动完成承载基片的载片盘交换。此外，本实用新型的第一传输装置同样适用于单个传输臂的机械手。图6为根 据本实用新型的另一具体实施例的第一传输装置的结构示意图，如图6所示，第一传输装 置16’仅具有一个传输臂161’，其也可以沿所述传输室所在的平面通过自身旋转与传输臂 161’伸缩来完成载片盘的传输。不同的是，该第一传输装置16’在同一时间只能指向一个 方向，完成一次载片盘的取/放。进一步地，根据本实用新型的一个优选实施例，其真空锁中设置了多个可放置多 个基片的载片盘。图7示出了本实施例的真空锁结构示意图，图8示出了其中每一个载片 盘的结构。下面结合图7和图8进行说明，所述真空锁14包括多个载片盘托架143，每个所 述载片盘托架143上可以放置有一个平坦的载片盘142，所述载片盘托架143支撑放置于其 上的载片盘142，多个基片容纳槽1421设置于所述载片盘之中(如图8所示)，每一个基片 容纳槽1421内放置一片基片。其中，所述载片盘托架143和所述载片盘142之间的连接不 是固定的，是可脱卸的，使得传输室11中的传输装置16可以通过设置于所述传输室11和 所述真空锁之间第一密封门151取出载片盘142，进而将载片盘送入例如第一反应室1201。进一步地，如图7所示，所述真空锁14还包括至少一个升举装置144和至少一个 载片盘容纳箱145，其中，所述升举装置144的下端固定连接于所述真空锁的下表面14b， 其上端固定连接于所述载片盘容纳箱的下表面145a，其可以沿竖直方向上下移动所述载片 盘容纳箱145，以使得所述载片盘142能够对准设置于所述真空锁14和传输室11之间的 第一密封门151并能够通过所述第一密封门151传输至传输室11。特别地，所述升举装置 144进一步地包括一个硬性的第一柱状结构1441，其固定地连接于所述载片盘容纳箱145， 所述第一柱状结构1441的下方设置了一个中空的第二柱状结构1442，其中空结构能够容 纳第一柱状结构1441，使得所述第一柱状结构1441能够通过与所述第二柱状结构咬合的 不同程度而能够在空间布置上进行上下移动，从而带动所述载片盘容纳箱145进行上下移 动。例如，如图9所示，在初始位置(a)，所述升举装置144的第一柱状结构1441与中 空的第二柱状结构1442咬合的部分的高度为d3。根据制程需要，升举装置144需转移至位 置(b)，即所述升举装置144的第一柱状结构1441与中空的第二柱状结构1442咬合的部分 的高度为d4，则在竖直方向所述升举装置144向上移动了位置d3-d4。由于载片盘容纳箱 145与升举装置144的第一柱状结构1441是硬性的固定连接，因此，所述载片盘容纳箱145 也在空间布置上相应地移动了 d3-d4。以此类推，根据工程需要，可以任意调整所述第一柱 状结构1441和第二柱状结构1442之间咬合的程度来在空间布置上下抬高或降低所述载片 盘容纳箱145，使得其中的载片盘142能够获得对准第一密封门的较佳位置，而位于传输室11中的第一传输装置16能够轻松地获得所述载片盘142。需要说明的是，上述升举装置的具体结构和功能适用于本实用新型的上述优选实 施例，仅为示例性的，本领域技术人员应当理解，所有能够有效地使载片盘在空间布置上上 下移动的装置/模块/组件/系统都应适用于本实用新型。特别地，所述真空锁14上表面到第一密封门151的上表面151a的竖直距离dl大 于/等于所述载片盘容纳箱的竖直长度d2。此外，根据上述实施例的一个变化例，也可以通过调整传输室中的传输装置主轴 的高度来调整其传送臂装/卸载片盘的高度，而无需为载片盘容纳箱配置专门的升举装 置。如图10所示，第一传输装置16’能够沿其主轴16b’在竖直方向上下移动，以将在所述 真空锁14’中竖直放置于不同高度的多个载片盘142’通过设置于所述真空锁14’和传输 室之间的密封门151’传输至所述传输室。其中，升举装置144’可以设定为固定硬性的单 纯柱状结构。具体地，所述第一传输装置16’进一步地包括主轴16b’和传输臂16a’，至少其一 可以在竖直方向进行上下移动，例如可以将上文中适用于载片盘容纳箱的升举装置设置于 所述主轴16b’下方(未示出)。特别地，所述密封门151，的高度d5大于等于所述载片盘容纳箱145，的高度d2， 由此，第一传输装置的传输臂16a’可以在空间布置上到达任何既定的载片盘容纳箱145’ 中的载片盘142’。需要说明的是，上文中提及的各种模块/组件/装置/系统的具体结构细节、材 料、功能细节均在现有技术中有成熟的支持，为简明起见，在此不再赘述。本实用新型同时提供了一种紧凑型的多反应室MOCVD处理系统，其不仅能够在整 个工艺过程中进行全自动基片传输，而且整个真空处理系统占用洁净室的占地面积较小， 能同时处理多片基片，大大地提高吞吐量(throughput)和节省使用者的生产成本。以下将 详述。通常，MOCVD真空处理系统的组件可大致分为反应室、气体控制及混合系统、反 应源及废气处理系统。其中，反应室(Reactor Chamber)主要是所有气体混合及发生反应的地方，腔体通 常是由不锈钢或是石英所打造而成，而腔体的内壁通常具有由石英或是高温陶瓷所构成的 内衬。在腔体中会有一个载片盘用来承载基板，这个载片盘必须能够有效率地吸收从加热 器所提供的能量而达到薄膜成长时所需要的温度，而且还不能与反应气体发生反应，所以 多半是用石墨所制造而成。加热器的设置，依照设计的不同，有的设置在反应室体之内，也 有设置在腔体之外的，而加热器的种类则有以红外线灯管、热阻丝及微波等加热方式。在反 应室体内部通常有许多可以让冷却水流通的通道，可以让冷却水来避免腔体本身在薄膜成 长时发生过热的状况。气体控制及混合系统(Gas handling & mixing system)的工作机制如下载流气 体从系统的最上游供应端流入系统，经由流量控制器(MFC，Mass flow controller)的调节 来控制各个管路中的气体流入反应腔的流量。当这些气体流入反应腔之前，必须先经过一 组气体切换路由器(Run/Vent Switch)来决定该管路中的气体该流入反应腔(Rim)亦或是 直接排至反应腔尾端的废气管路(Vent)。流入反应腔体的气体则可以参与反应而成长薄膜，而直接排入反应腔尾端的废气管路的气体则是不参与薄膜成长反应的。包括泡沫装置和反应气体源的反应源供应及传输系统用于提供反应源，其中， 反应源可以分成两种，第一种是有机金属反应源，第二种是氢化物(Hydride)气体反应 源。则反应源供应及传输系统包括将液态有机金属反应源转换成蒸汽态的泡沫装置以及 将所述蒸汽态的有机金属反应源带至所述反应室的载流气体传输系统。有机金属反应源 储藏在一个具有两个联外管路的密封不锈钢罐(cylinder bubbler)内，在使用此金属反 应源时，则是将这两个联外管路各与MOCVD处理系统的管路以VCR接头紧密接合，载流气 体可以从其中一端流入，并从另外一端流出时将反应源的饱和蒸气带出，进而能够流至反 应腔。在MOCVD的过程中，最重要的是精确的控制气体、蒸汽及液体。气体的控制上较容 易，只需经由气体质量流量控制器控制即可；但在液体方面，由于液体需先转换成蒸汽，但 蒸汽的流量控制非常不易，目前大多是采用泡沫系统(Bubbler systems)。氢化物气体则 是储存在气密钢瓶内，经由压力调节器(Regulator)及流量控制器来控制流入反应腔体的 气体流量。不论是有机金属反应源或是氢化物气体，都是属于具有毒性的物质，有机金属 在接触空气之后会发生自然氧化，所以毒性较低，而氢化物气体则是毒性相当高的物质，所 以在使用时务必要特别注意安全。常用的有机金属反应源有=TMGa(Trimethylgallium)、 TMAl (Trimethylaluminum)、TMIn (Trimethylindium)、Cp2Mg (Bis (cyclopentadienyl) magnesium)、DIPTe (Diisopropyltelluride)等等。常用的氢化物气体则有砷化氢(AsH3)、 磷化氢(PH3)、氮化氢(NH3)及硅乙烷(Si2H6)等等。请参阅图3(a)和图3(b)，其示出了根据本实用新型的一个具体实施例的真空处 理系统的结构剖面图。图3(a)和图3(b)所示的系统，从左到右，分别包括第一反应室模组 1201、传输室模组11和第二反应室模组1301。与现有技术的处理系统不同，为了提供一种紧凑型的多反应室系统，本实用新型 的反应室模组1201、1301被设置成竖直堆栈式布局。换言之，本实用新型将与反应室配套 设置的泡沫装置、气体控制及混合系统、反应气体源、排气泵等辅助装置设置于反应室的下 方，并相应地抬高反应室的高度，使得反应室、泡沫装置、气体控制及混合系统、反应气体 源、排气泵等辅助装置整体上呈现竖直堆栈式的紧凑式布局。与现有技术的横向并排排列 的反应源发生装置、气体控制及混合系统和反应室的系统相比，本实用新型的真空处理系 统更紧凑、可以配置更多的反应室，并且占用洁净室的占地面积小。具体而言，在图3(a)和图3(b)所示的实施例中，第一气体控制及混合系统IM设 置于第一反应室1201的下方，第一氢化物气体反应源供应和传输系统1 设置于所述气体 控制及混合系统124的下方，在所述第一氢化物气体反应源供应和传输系统126的左边设 置了第一泡沫装置123。此外，由于该竖直堆栈式布局设计使得整个反应室的高度增加，为 了方便工程师对反应室进行维护和调试，本实用新型在第一反应室1201的左下部分设计 了多个台阶和第一扶梯127。所述第一扶梯的高度和台阶的阶数可根据工程需要进行设置。 例如，可以将第一台阶的形状设计为刚好能够容纳第一泡沫装置123，具体地，第一泡沫装 置123可以被设置成正好容纳于平面127a和表面127b形成的台阶内。可选择地，还可以 在所述第一反应室1301的上部设置一第一手套箱128，在需要的时候，工程师可以将手伸 入所述第一手套箱1 对第一反应室1201进行人工操作。应当理解，图3 (a)和图3(b)所示的反应室模组1201仅表示了图2中所示的第一反应室1201以及与其配套设置的第一泡沫装置123、第一气体控制及混合系统124、第一氢 化物气体反应源供应和传输系统126等元件；与第一反应室1201相邻设置的第二反应室 1202中也可以类似地设置与其配套设置的泡沫装置、气体控制及混合系统、氢化物气体反 应源供应和传输系统等元件，并且它们也呈现为竖直堆栈式的紧凑式布局。此外，为了使系统设计更加简洁、紧凑和节省系统成本，可以使前述第一反应室 1201与第二反应室1202共享一套泡沫装置、气体控制及混合系统、反映气体源等元件，并 且使这些泡沫装置、气体控制及混合系统、反应气体源等元件有机地合理地配置于第一反 应室1201与第二反应室1202的下方。当然，也可以依工程需要，第一反应室1201与第二 反应室1202可以只共享泡沫装置、气体控制及混合系统、反应气体源等元件中的一部分。同理，位于传输室模组11右侧的第一反应室1301及其对应的第二泡沫装置133、 第二气体控制及混合系统134、第二氢化物气体反应源供应和传输系统136、第二扶梯137、 第二手套箱137等装置与左侧的反应室模组12 —样设置。为了行文简洁，此处不再赘叙。应当理解，在前述实施例中，上述第一反应室和第二反应室基本上为镜面结构，其 所配置的部件及其位置都是一一对应的，但是这并不能用以限定本实用新型。所有部件在 反应室中的布局/位置可以根据工艺需要进行调整，只要其布局/位置在空间布置上有堆 栈式排列/重叠，则均未超出本实用新型的精神范围。可选地，所述反应室辅助系统包括废气处理系统。可选地，所述反应室辅助系统包括电源供应系统。可选地，也可以将所述气体控制及混合系统配置于反应源供应及传输系统的下方。可选地，也可以将所述气体控制及混合系统和反应源供应及传输系统呈水平方向 并排地位于所述反应室的下方。可选地，所述反应室还包括排气泵，所述排气泵也可以设置于所述反应室的下方。以上对本实用新型的各个实施例进行了详细说明。需要说明的是，上述实施例仅 是示范性的，而非对本实用新型的限制。任何不背离本实用新型的精神的技术方案均应落 入本实用新型的保护范围之内。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及 的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、 “第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
权利要求1.一种实现自动化基片传输的金属有机物化学气相沉积处理系统，包括具有若干个密封门并保持真空环境的传输室，其内部设置有第一传输装置，所述第一 传输装置设置有至少一个可以沿所述传输室所在的平面自由旋转和伸缩的传送臂；与所述若干个密封门中的至少一个相连接的真空锁，所述真空锁内部设置有至少一个 载片盘托架，每个所述载片盘托架上可以放置有一个载片盘，所述载片盘上可以容纳多片 基片，所述真空锁用于连接所述传输室和外界大气环境，以在不损失所述传输室内的真空 的前提下在外界大气环境和所述传输室之间对所述载片盘进行传输；沿所述传输室周边设置的至少一个反应室，每一个反应室与所述若干个密封门中的一 个相连接，所述每一个反应室内放置至少一个所述载片盘，并对其上的多片基片进行金属 有机物化学气相沉积处理；以及所述第一传输装置的传送臂被设置成在所述真空锁和所述多个反应室之间经过所述 密封门传送所述载片盘。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括与所述真空锁 相连接的预装片子系统。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述预装片子系统包括基片盒，其内部容纳有多片基片；以及装片室，其一侧与所述基片盒相连接，另一侧与所述真空锁相连接，所述装片室内设置 有第二传输装置、载片盘托架、载片盘以及第三传输装置，所述载片盘放置于所述载片盘托 架上，所述第二传输装置设置于所述基片盒和所述载片盘托架之间，用于在二者之间取、放 基片，所述第三传输装置设置于所述载片盘托架和所述真空锁之间，用于在二者之间取、放 载片盘。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述第一传输装置包括两个可以沿 所述传输室所在的平面自由旋转和伸缩的传送臂，所述两个传送臂可以各自单独旋转指向 不同的方向，以完成所述载片盘的取放。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述第一传输装置的两个传送臂可 以随所述第一传输装置的主轴上下移动，以调整传送臂所指向的平面的高度。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述载片盘上设置有多个基片容纳 槽，每一个基片容纳槽内放置一片基片。
7.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述真空锁还包括至少一个升举装 置和至少一个载片盘容纳箱，所述多个载片盘托架设置于所述载片盘容纳箱内，其中所述升举装置的下端固定于所述真空锁下表面，其上端固定于所述载片盘容纳箱的下 表面，其可以沿竖直方向上下移动所述载片盘容纳箱，以使得其中的载片盘能够对准设置 于所述真空锁和所述传输室之间的密封门并能够通过所述密封门传输至传输室。
8.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述传输室包括多个连接面，每个连 接面设置有两个连接口，所述连接口连接于下列各项的任一项反应室，真空锁，预装片子 系统，热退火腔室，清洁腔室，基片热处理腔室。
9.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述传输室大体呈四方形，所述真空 锁连接于所述四方形的一边，所述四方形的其他边的位置处分别连接有所述多个反应室。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述四方形的其他边的位置处分别各连接有两个反应室。
11.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述每一个反应室内同时可以容纳 至少两个所述载片盘。
12.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括一个连接于所 述传输室的若干个密封门中的至少一个的基片热处理腔室，用于对所述基片进行降温或预 加热处理。
专利摘要本实用新型提供了一种实现自动化基片传输的MOCVD处理系统，包括具有若干个密封门的传输室，其内部设置有第一传输装置，所述第一传输装置设置有至少一个可以沿所述传输室所在的平面自由旋转和伸缩的传送臂；与所述若干个密封门中的至少一个相连接的真空锁，所述真空锁内部设置有至少一个载片盘托架，每个所述载片盘托架上可以放置有一个载片盘；沿所述传输室周边设置的至少一个反应室，并对位于其中的载片盘上的多片基片进行MOCVD处理；以及所述第一传输装置的传送臂被设置成在所述真空锁和所述反应室之间经过所述密封门传送所述载片盘。本实用新型还能够有效地节省洁净室的空间，并且能够实现基片在处理系统中的自动化传输，节约了人力物力成本。
文档编号C23C16/18GK201901700SQ20102053446
公开日2011年7月20日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者尹志尧, 荒见淳一, 陶珩 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司