非接触式衬底操作设备的制作方法

本发明涉及半导体集成制造技术领域，尤其涉及一种非接触式衬底操作设备。

背景技术

在半导体集成电路制造领域中，为了生成外延涂覆的半导体晶圆，通常采用对外延反应器中的半导体晶圆进行外延涂层，沉积气体穿过外延反应器，能在半导体晶圆的表面上沉积外延材料。在外延反应器中，晶片衬底传送属于非常重要的内容。晶片一般是圆形的，具有正面和背面，晶片正面是形成实现集成电路结构的晶片面；另外，晶片的边缘处几毫米区域也不用于实现集成电路制造。所以，在晶片传送过程中，保护晶片正面不受损坏是非常重要的。

目前，在现有的外延反应器中具有多种用于传送衬底的设备，但都有不足之处。例如，对于一种外延反应器中的非接触式衬底操作设备，在取片过程中，在各抽气孔处形成的吸附力作用于衬底的正面中央，衬底中央作用的吸附力将使衬底变形过大，从而容易形成压伤；此外，在由工艺腔中取片时，衬底尚存有一定温度，与设备的抓取装置之间存在一定的粘附性，衬底可能不能被十分水平地吸附起来，无法保证平稳吸附，从而造成取片失败或掉落；对于另一种外延反应器中的非接触式衬底操作设备，吸盘的切向孔的朝向以及布局存在问题，使得各个吸盘的气流大小、旋转涡流均存在差异，晶片被吸起时，会出现不平稳、自旋、飘荡的现象，无法满足定位、定点取放、传送晶片的需求。因此，需要一种新的用于传送衬底的设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种非接触式衬底操作设备。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种非接触式衬底操作设备，包括：抓取臂和抓取盘装置；所述抓取臂的一端与所述抓取盘装置连接；在所述抓取盘装置的底部设置有呈中心对称布置的多个吸片单元；所述吸片单元设置有腔体以及与所述腔体相通的切向孔；所述抓取臂内部设置有通气管，所述抓取盘装置内部设置有通气腔道，所述通气管通过所述通气腔道与所述切向孔连通；其中，压缩气体通过所述通气管、所述通气腔道以及所述切向孔输入所述腔体内，在所述腔体中形成旋转涡流，利用所述旋转涡流产生的压力差吸附衬底。

可选地，所述通气腔道与所述通气管的连通处和所述通气腔道与每个所述切向孔的连通处之间的距离相等，以将压缩气体均匀地输送给每个吸片单元的切向孔。

可选地，所述通气腔道包括：多个第一密闭腔道；所述多个第一密闭腔道与所述多个吸片单元一一对应设置，所述多个第一密闭腔道的第一端分别与对应的吸片单元的切向孔连通，所述多个第一密闭腔道的第二端相连通，并且所述多个第一密闭腔道以所述抓取盘装置的中心为中心呈辐射状分布；其中，压缩气体经由所述第一密闭腔道输送给与其对应的吸片单元的切向孔。

可选地，所述通气腔道包括：第二密闭腔道；所述第二密闭腔道位于所述抓取盘装置的中心；所述多个第一密闭腔道的第二端都与所述第二密闭腔道连通，其中，压缩气体经由所述第二密闭腔道均匀分配给所述多个第一密闭腔道。

可选地，所述通气腔道包括：第三密闭腔道；其中，所述通气管通过所述第三密闭腔道与所述第二密闭腔道连通。

可选地，在所述抓取盘装置内设置有与所述多个吸片单元一一对应的多个密闭腔体；所述多个吸片单元分别设置在与其对应的所述密闭腔体内，形成与所述多个吸片单元一一对应设置的多个环形密封腔道；其中，所述第一密闭腔道的第一端与所述环形密闭腔道相连通，压缩气体经由所述第一密闭腔道、所述环形密闭腔道输送给对应的吸片单元的切向孔。

可选地，所述抓取盘装置包括：底盘和转接盘装置；所述转接盘装置设置在所述底盘上；所述转接盘装置包括：转接底盘、中间盘、顶盘；所述转接底盘分别与所述中间盘和所述底盘连接，所述中间盘与所述顶盘连接，其中，在所述转接底盘、所述中间盘、所述底盘之间形成所述第三密闭腔道，在所述中间盘、所述顶盘之间形成所述第二密闭腔道。

可选地，还包括：辐射圆盘；所述辐射圆盘分别与所述中间盘和底盘连接，其中，在所述辐射圆盘、所述中间盘、所述底盘之间形成所述第一密闭腔道。

可选地，在所述辐射圆盘和所述底盘之间形成所述多个密闭腔体，其中，所述吸片单元设置在与其对应的所述密闭腔体内。

可选地，在所述底盘的底部设置有凸点，所述凸点用于对衬底进行定位和限位。

可选地，所述抓取盘装置的中心设置具有排气功能的通孔。

可选地，所述吸片单元设置有圆柱形的所述腔体，在所述腔体的顶部并位于同一高度处设置与所述腔体相通的至少两个切向孔，所述切向孔与所述腔体的内壁相切。

可选地，所述吸片单元的数量为偶数，相邻的两个所述吸片单元在所述腔体中形成的旋转涡流的方向相反。

本发明的非接触式衬底操作设备，将吸片单元均匀分布并且压缩气体均匀地输送给每个吸片单元，使每个吸片单元形成的托举力相同，生成的旋转力可以互相抵消，消除晶片自旋、偏斜情况，提高设备精确性；能够实现悬浮取放晶片、传送晶片，有效避免晶片在取放过程中传片工具对晶片表面造成的污染、压伤等问题，提高产品的质量；可以有效防止高温气体对外部气路及设备等造成损坏，可以进行高温取放片，缩短设备降温冷却时间，提高设备产能。

本发明实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：

图1为根据本发明的非接触式衬底操作设备的一个实施例的通气腔道的结构示意图；

图2和图3为根据本发明的非接触式衬底操作设备的一个实施例的吸片单元结构示意图；

图4为吸片单元的工作原理示意图；

图5为根据本发明的非接触式衬底操作设备的一个实施例的结构剖面示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文为了叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致。

下文中的“第一”、“第二”等，仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

如图1至5所示，本发明提供一种非接触式衬底操作设备，包括抓取臂222和抓取盘装置，抓取盘装置可以实现为多种具体的结构。抓取臂222的一端与抓取盘装置连接。在抓取盘装置的底部设置有沿圆周方向均匀布置的多个吸片单元102，103。

如图2、3所示，吸片单元102，103设置有腔体以及与腔体相通的切向孔102-1，103-1，切向孔102-1，103-1为通孔，贯穿腔体的壁。抓取臂222内部设置有通气管，抓取盘装置内部设置有通气腔道，通气腔道的具体布置方式可以根据设计要求进行设置。通气管通过通气腔道与切向孔102-1，103-1连通，压缩气体通过通气管、通气腔道以及切向孔102-1，103-1输入腔体内，在腔体中形成旋转涡流，利用旋转涡流产生的压力差吸附衬底。衬底40可以为多种半导体晶片衬底等。

吸片单元102，103设置有圆柱形的腔体，在腔体的顶部并位于同一高度处设置与腔体相通的至少两个切向孔102-1，103-1，切向孔102-1，103-1与腔体的圆柱形腔体的内壁相切。多个吸片单元102，103均匀分布，个数为双数，例如为6、8个等。相邻的两个吸片单元的切向孔可以是左旋与右旋间隔排布，相邻的两个吸片单元102，103在腔体中形成的旋转涡流的方向不相同，分别为左旋旋转涡流和右左旋旋转涡流或者相反。

如图4所示，压缩气体从吸片单元的顶部沿切向孔进入腔体，在圆柱形腔体的壁面的束缚下形成旋转涡流。高速旋转的气体带动腔体中心区域的气体旋转，因离心力作用将其甩向壁面，从而在腔体中心产生负压区。置于吸片单元下方的硅片因负压的作用而受到垂直向上的吸附力，实现吸附过程。由于压力的作用，气体以螺旋状向下运动，在吸片单元底部呈散射状排出，从而在硅片的外围与吸盘之间形成气垫，最终实现非接触吸片。吸片单元利用伯努利原理，通过使用旋转涡流形成的低压产生压力差实现托举力，由于单一吸片单元形成的涡流会导致晶片发生旋转，所以吸片单元采用中心旋转对称分布，用以均衡彼此之间的旋转力；

在一个实施例中，通气腔道将压缩气体均匀地输送给每个吸片单元102，103的切向孔102-1，103-1。通气腔道与通气管的连通处和通气腔道与每个切向孔102-1，103-1的连通处之间的距离相等，以将压缩气体均匀地输送给每个吸片单元102，103的切向孔102-1，103-1。通气腔道可以实现为多种具体的结构。例如，通气腔道包括多个第一密闭腔道105，多个第一密闭腔道105与多个吸片单元102，103一一对应设置。多个第一密闭腔道105的第一端分别与对应的吸片单元的切向孔连通，多个第一密闭腔道105的第二端相连通，并且多个第一密闭腔道105以抓取盘装置的中心为中心呈辐射状分布。压缩气体经由第一密闭腔道105均匀地输送给与其对应的吸片单元的切向孔102-1，103-1。

通气腔道包括第二密闭腔道104。第二密闭腔道104位于抓取盘装置的中心。多个第一密闭腔道105的第二端都与第二密闭腔道104连通，压缩气体经由第二密闭腔道104均匀分配给多个第一密闭腔道105。通气腔道包括第三密闭腔道106。第三密闭腔道106位于抓取盘装置的边缘，通气管通过第三密闭腔道106与第二密闭腔道104连通。第三密闭腔道106的数量可以为多个。

在抓取盘装置内设置有与多个吸片单元102，103一一对应的多个密闭腔体。多个吸片单元102，103分别设置在与其对应的密闭腔体内，形成与多个吸片单元102，103一一对应设置的多个环形密封腔道130。第一密闭腔道105的第二端与环形密闭腔道130相连通，压缩气体经由第一密闭腔道105、环形密闭腔道130输送给对应的吸片单元的切向孔。

如图5所示，抓取盘装置包括：底盘101和转接盘装置121，转接盘装置121可以采用多种结构。例如，转接盘装置121设置在底盘101上，转接盘装置121包括转接底盘110、中间盘111、顶盘109。转接底盘110分别与中间盘111和底盘101连接，中间盘111与顶盘109连接。在转接底盘110、中间盘111、底盘101之间形成第三密闭腔道106，在中间盘111、顶盘109之间形成第二密闭腔道104。辐射圆盘108分别与中间盘111和底盘101连接。在辐射圆盘108、中间盘111、底盘101之间形成第一密闭腔道105。

在辐射圆盘108和底盘101之间形成多个密闭腔体，吸片单元102，103设置在与其对应的密闭腔体内。在底盘的底部设置有凸点101-1，凸点101-1用于对衬底进行定位和限位。抓取盘装置的中心设置具有排气功能的通孔107。

转接盘装置121可以将通过抓取臂222内部设置的通气管输入的气源均匀分布至每个吸片单元102，103。转接盘装置121由转接底盘110、中间盘111、顶盘109组成，三者之间以及和底盘101密闭性的连接形成第三密闭腔道106、第二密闭腔道104，辐射圆盘108连接中间盘111和底盘101，形成密闭性的第一密闭腔道105，同时吸片单元102，103嵌入在辐射圆盘108与底盘101之间，形成环形密闭腔道130。

通过抓取臂222内部设置的通气管接通压缩气体气源，压缩气体通过第三密闭腔道106进入第二密闭腔道104中，经由第二密闭腔道104的中心孔均匀进入第一密闭腔道105，抵达吸片单元所在的环形密闭腔道130，使得进入每个吸片单元的切向孔102-1，103-1的气流均相同，最后所形成的托举力大小相同，晶片不会出现偏斜被吸起的情况；同时，由于吸片单元102，103居中均匀对称分布，吸片单元102，103的进气口102-1，103-1也呈现对称分布，产生的旋转力均互相抵消，晶片不会出现旋转的情况，并且，为保证传送过程中晶片的定位，设置均匀分布的凸点101-1进行限制。

在一个实施例中，提供一种外延反应器，包括：如上任一实施例中的非接触式衬底操作设备。

上述实施例提供的非接触式衬底操作设备，将吸片单元均匀分布并且压缩气体均匀地输送给每个吸片单元，使每个吸片单元形成的托举力相同，生成的旋转力可以互相抵消，消除晶片自旋、偏斜情况，提高设备精确性；能够实现悬浮取放晶片、传送晶片，有效避免晶片在取放过程中传片工具对晶片表面造成的污染、压伤等问题，提高产品的质量；可以有效防止高温气体对外部气路及设备等造成损坏，可以进行高温取放片，缩短设备降温冷却时间，提高设备产能。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。