用于操作衬底的设备的制作方法

本实用新型涉及半导体集成制造技术领域，尤其涉及一种用于操作衬底的设备。

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用于操作衬底的设备，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用于操作衬底的设备，设备的抓取装置上的吸取孔布置不合理，如果在抓取装置和衬底之间出现真空则需使用大流量抽吸，产生的大吸附力往往使衬底出现变形。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，本实用新型实施例提供一种用于操作衬底的设备。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种用于操作衬底的设备，包括：抽气管和抓取盘装置；所述抽气管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多个第一抽气孔，所述多个第一抽气孔与所述抽气管连通；所述多个第一抽气孔分布在所述抓取盘装置底部的特定区域，使得在衬底与所述抓取盘装置的底部接触的状态下，所述多个第一抽气孔位于所述衬底外边缘处；通过所述抽气管以及所述多个第一抽气孔抽出在所述衬底与所述抓取盘装置的底部之间的空气，用以吸附所述衬底。

可选地，所述特定区域为环形区域，所述多个第一抽气孔在所述环形区域内沿圆周方向均匀设置；所述环形区域的最大半径与所述衬底的半径相等；所述环形区域的最小半径与所述衬底半径的比值为7/10。可选地，所述抓取盘装置包括：匀气盘和承载盘；所述匀气盘和所述承载盘连接；所述多个第一抽气孔设置在所述承载盘的底部；所述抽气管的一端与所述匀气盘连接，所述匀气盘设置有通气管道，所述多个第一抽气孔通过所述通气管道与所述抽气管连通。

可选地，还包括：第一环形弹性元件和第二环形弹性元件；所述第一环形弹性元件和所述第二环形弹性元件位于所述匀气盘和所述承载盘之间；所述第一环形弹性元件和所述第二环形弹性元件在所述匀气盘和所述承载盘之间围成环形密封空腔区域，所述通气管道和所述多个第一抽气孔均与所述通气管道的连通处位于所述环形密封空腔区域内连通。

可选地，所述多个第一抽气孔包括：至少两组第一抽气孔，所述至少两组第一抽气孔呈同心圆布置并且每组第一抽气孔都沿圆周方向均匀分布；其中，所述至少两组第一抽气孔都位于所述环形密封空腔区域内。

可选地，所述多个第一抽气孔包括：两组第一抽气孔；第一组第一抽气孔相对于第二组第一抽气孔靠近所述承载盘的外边缘；所述承载盘的底部设置有吸附槽，所述第一组第一抽气孔与第二组第一抽气孔均与所述吸附槽连通。

可选地，所述匀气盘包括：圆盘装置；在所述圆盘装置上设置有与所述环形密封空腔区域相连通的第二抽气孔；其中，所述环形密封空腔区域通过所述第二抽气孔与所述通气管道相连通。

可选地，所述通气管道包括：多个抽气支管；所述多个抽气支管设置在所述圆盘装置上；所述多个抽气支管的一端都与所述抽气管的一端连通，各抽气支管以与所述抽气管的连接处为中心呈辐射状分布；所述多个抽气支管的另一端通过所述第二抽气孔与所述环形密封空腔区域相连通。

可选地，在所述匀气盘与所述抽气管之间设置第三环形弹性元件和第四环形弹性元件；其中，所述第三环形弹性元件和所述第四环形弹性元件为同轴设置，所述第三环形弹性元件用以对所述多个抽气支管与所述抽气管的连接处进行密封，所述第四环形弹性元件位于所述第三环形弹性元件的外围，并分别与所述匀气盘与所述抽气管相接触。

可选地，所述圆盘装置包括：中心圆盘和环形盘，所述中心圆盘和所述环形盘同心设置，并且多个抽气支管的两端分别连接所述中心圆盘（151）和所述环形盘固定；所述中心圆盘与所述抽气管的一端密封连接；其中，所述第二抽气孔设置在所述环形盘上。

可选地，多个所述第二抽气孔按圆环形排列并沿圆周方向均匀分布，其中，所述第二抽气孔与所述抽气支管对应设置。

本实用新型的用于操作衬底的设备，将抽气孔均匀分散在衬底的边缘，在生成衬底与设备之间负压时，所需的抽气量、抽力更小，衬底边缘负压均匀，可以降低衬底所受作用力，避免衬底的压伤及污染；采用“阶梯状”的双环形密封元件构成的缓冲系统，能够使设备在接触衬片的过程，提供双重缓冲，避免在取放片过程中对晶片压伤和污染，提高产品良率。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为根据本实用新型的用于操作衬底的设备的一个实施例的立体结构示意图；

图2为根据本实用新型的用于操作衬底的设备的一个实施例的分解结构示意图；

图3为根据本实用新型的用于操作衬底的设备的一个实施例的结构剖面示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。下面结合图和实施例对本实用新型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3所示，本实用新型提供一种用于操作衬底的设备200，包括：抽气管181和抓取盘装置。抓取盘装置可以实现为多种具体的结构，抽气管181有中空的腔道35。抽气管181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设置的多个第一抽气孔，多个第一抽气孔与抽气管181连通。多个第一抽气孔38，39分布在所述抓取盘装置底部的特定区域，第一抽气孔的数量和具体布置方式可以根据设计要求进行设置。

衬底40可以为多种半导体晶片衬底。在衬底40与抓取盘装置的底部接触的状态下，多个第一抽气孔位于衬底40外边缘处，通过抽气管181以及多个第一抽气孔抽出在衬底40与抓取盘装置的底部之间的空气，用以吸附衬底40，使得吸附力分散在衬底40的外边缘，可以减少衬底40的变形。其中，衬底外边缘可以按照本领域技术人员对于衬底的中部和边缘的通常理解来认定，例如，将半径为衬底半径70%-100%的环形区域看做是衬底外边缘，此种情况下，特定区域为环形区域，多个第一抽气孔38，39在环形区域内沿圆周方向均匀设置。环形区域的最大半径与衬底40的半径相等；环形区域的最小半径与衬底40半径的比值为7/10。

在一个实施例中，抓取盘装置包括：匀气盘182和承载盘183。匀气盘182和承载盘183连接，可以采用多种连接方式。多个第一抽气孔设置在承载盘183的底部。抽气管181的一端与匀气盘182连接，可以采用多种连接方式，例如抽气管181通过连接螺钉101与匀气盘182连接固定。匀气盘182设置有通气管道，通气管道可以有多种结构和组成，多个第一抽气孔通过通气管道与抽气管181连通。

第一环形弹性元件221和第二环形弹性元件222位于匀气盘182和承载盘183之间。第一环形弹性元件221和第二环形弹性元件222在匀气盘182和承载盘183之间围成环形密封空腔区域，多个第一抽气孔与通气管道的连通处位于环形密封空腔区域内。例如，匀气盘182可以通过连接螺钉111与承载盘183连接固定，第一环形弹性元件221和第二环形弹性元件222被置于匀气盘182与承载盘183之间，提供密封的空腔。

通过第一环形弹性元件221和第二环形弹性元件222可以形成“阶梯状”分布，两个环形弹性元件构成的弹性缓冲系统，同时达到提供密封的作用。第一环形弹性元件221和第二环形弹性元件222可以为O形橡胶圈进行密封，且O形橡胶圈能够在350~400℃之间长期工作。采用高弹性聚合胶粘接、密封蝶簧等也可实现“阶梯状”分布、环形密封空腔区域构成的弹性缓冲。

多个第一抽气孔可以为按圆形排列的至少两组第一抽气孔38，39，至少两组第一抽气孔38，39呈同心圆布置并且每组第一抽气孔都沿圆周方向均匀分布，至少两组第一抽气孔都位于环形密封空腔区域内，第一抽气孔38，39在承载盘183顶部的开孔都位于环形密封空腔区域内。例如，多个第一抽气孔包括两组第一抽气孔，第一组第一抽气孔38相对于第二组第一抽气孔39靠近承载盘183的外边缘，承载盘183的底部设置有吸附槽41，第二组第一抽气孔39位于吸附槽41内，第一组第一抽气孔38和第二组第一抽气孔39均与吸附槽41连通，从而能够将吸附槽41内的空气抽出。

匀气盘182包括圆盘装置，圆盘装置可以采用多种结构。例如，圆盘装置包括中心圆盘151和环形盘171，中心圆盘151和环形盘171同心设置，并且中心圆盘151和环形盘171固定连接，中心圆盘151与抽气管181的一端密封连接。在圆盘装置上设置有与环形密封空腔区域相连通的第二抽气孔37，第二抽气孔37可以设置在环形盘171上，环形密封空腔区域通过第二抽气孔37与通气管道相连通。

通气管道可以有多种结构。例如，通气管道包括多个抽气支管161，多个抽气支管161设置在圆盘装置上。多个抽气支管161的一端都与抽气管181的一端连通，各抽气支管161以与抽气管181的连接处为中心呈辐射状分布。多个抽气支管161的另一端通过第二抽气孔37与环形密封空腔区域相连通。多个第二抽气孔37按圆环形排列并沿圆周方向均匀分布，第二抽气孔37与抽气支管161对应设置。中心圆盘151和环形盘171通过多个抽气支管161相互固定，多个抽气支管161的两端分别连接中心圆盘151和环形盘171。可以采用通过中心向四周均匀辐射匀气的方式，也可以采用从边缘一点向中心匀气、边缘一点向边缘四周匀气等方式。例如，匀气盘182可以是由中心圆盘151、多个呈辐射状的抽气支管161以及环形盘171通过焊接或者胶接等方式组合而成的一个整体。

抽气支管161拥有中空的腔道36，环形盘171上开有和抽气支管161相对应的多个第二抽气孔37。在匀气盘182与抽气管181之间设置第三环形弹性元件121和第四环形弹性元件122；其中，第三环形弹性元件121和第四环形弹性元件122为同轴设置，第三环形弹性元件121用以对多个抽气支管161与抽气管181的连接处进行密封，第四环形弹性元件122位于第三环形弹性元件12）的外围，并分别与匀气盘182与抽气管181相接触。第四环形弹性元件122以及第三环形弹性元件121起到缓冲、密封的作用。

使用如上实施例中的用于操作衬底的设备进行衬底操作的方法，包括：

步骤一，水平移动用于操作衬底的设备200，直到承载盘183位于衬底40的正上方。

步骤二，降低设备200直到承载盘183触碰到衬底40的上边缘的至少一个点。

步骤三，继续缓慢降低设备200，使得匀气盘182相对于水平轴线但不相对于其竖直对称轴线发生旋转运动，直到承载盘183底面触碰衬底40的整个上边缘。在承载盘183对衬底40施加持续压力的过程中，第一环形弹性元件221、第二环形弹性元件222提供弹性缓冲。

在继续缓慢降低设备200的过程中，由于设备200的本身自重，承载盘183将对衬底40施加持续压力，此时匀气盘182与承载盘183之间的第三环形密封元件221、222提供弹性缓冲，消解掉一部分压力，同时，抽气管181与匀气盘182之间的环形密封元件121、122将使连接在一起的匀气盘182和承载盘183经由相对于设备200的任意水平轴线但不相对于设备200的竖直对称轴线发生旋转运动，从而使承载盘183下部面触碰衬底40的整个上边缘。

步骤四，通过抽吸系统经由抽气管181、抽气支管161、第二抽气孔37、第一抽气孔38，39将衬底40与承载盘183之间的吸附槽41内的气体抽走，形成真空负压，用以吸附衬底40。

借助于设备200的抽吸系统抽取空气，衬底40与承载盘183之间的吸附槽41中的气体经由腔道35、腔道36，再由第二抽气孔37、第一抽气孔38、39被抽走，形成真空负压，该负压将压迫衬底40“吸附”在承载盘183上，由于第一抽气孔38、39所围直径微小于承载盘183的直径，抽气所需流量较小，衬底40边缘受力也较小，同时由于第二抽气孔37、第一抽气孔38、39的均匀分布，衬底40边缘受力均匀。

步骤五，在提升带有衬底40的设备200后进行水平移动。

上述实施例提供的用于操作衬底的设备，将抽气孔均匀分散在衬底的边缘，在生成衬底与设备之间负压时，所需的抽气量、抽力更小，衬底边缘负压均匀，可以降低衬底所受作用力，避免衬底的压伤及污染；采用“阶梯状”的双环形密封元件构成的缓冲系统，能够使设备在接触衬片的过程，提供双重缓冲，避免在取放片过程中对晶片压伤和污染，提高产品良率。

上述本实用新型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，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型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，上述本实用新型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。本实用新型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实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型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；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

本实用新型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实用新型限于所公开的形式。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实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。