一种应用于半导体设备的自动传片装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于半导体设备的自动传片装置及控制方法。具体地说是一种利用直线运动方式动作的传片桨及可执行升降运动的加热基座，通过与其对应的传片逻辑，达到对承载多晶圆托盘的自动传片。属于半导体薄膜沉积应用及制造技术领域。
【背景技术】
[0002]半导体设备在沉积反应前需要将晶圆送入反应腔，沉积反应完成后则需将晶圆从反应腔中取出。在实验设备或研发型设备的应用中，往往使用较大尺寸的腔室来沉积较小尺寸的晶圆。为更有效的利用沉积设备及节省反应气体等资源，通常使用一个较大尺寸的托盘来承载多片小尺寸晶圆，使一次取送片操作即可沉积多片晶圆。
[0003]这样的半导体设备及使用模式，受托盘结构形式的限制往往采用手动开腔传片方式来进行取送片操作。大多数半导体设备的沉积反应需要在较高温度下进行，为避免高温对操作者伤害，手动开腔取送片的操作方式都会等待设备自然降温至安全温度以下才可以进行，而进行下一次沉积时又必须重新将温度上升至需要的温度，因为半导体设备的升降温时间较长，手动传片的效率会大大降低。手动传片的方式不仅仅生产效率较低，而且传片精度较差，仅凭人眼的观察来保证放片的位置精度是很难达到的，且用于承载多片小晶圆的大托盘质量较重，长时间托举也会使人体疲劳而使放片的精度降低。
[0004]为提高生产效率，现有半导体加工行业取送片大都采用机械手来执行自动传片。但由于承载多片小尺寸晶圆的大托盘重量较重，机械手伸展进反应腔进行取送片操作时，机械手悬臂较长，刚性较差，承载能力不足，无法满足承载大容量托盘进行传片的需求，即使勉强能够承载，也会严重影响机械手的传片精度，且大大降低机械手的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明以解决上述问题为目的，主要解决现有的使用放置多片小尺寸晶圆的大尺寸托盘在手动传片时效率较低，传片精度差的问题。以及使用机械手承载托盘的自动传片方式因机械手刚性差，寿命低，传片精度不够好等造成的自动传片存在一定缺陷的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种应用于半导体设备的自动传片装置，该自动传片装置，包括加热盘组件、传片腔及固定于反应腔下方的支架。所述支架与升降运动执行机构固定；所述加热盘组件设于升降运动执行机构上，并安装在反应腔内部；所述加热盘组件在沉积反应时用于承载托盘。在传片腔中安装有直线运动执行机构，直线运动执行机构上安装传送桨，传片桨用来在传片过程中承载托盘进行取送操作。在反应腔与传片腔之间设有传片腔门，通过传片门控制气缸进而控制传片腔门的开启与关闭，实现传片路径的开通与切断。
[0007]本发明自动传片的控制方法:在沉积反应进行前，需要先进行送片操作。送片操作前需要通过传片门控制气缸来控制传片腔门开启，使传片腔与反应腔联通。此时，升降运动执行机构将加热盘组件移动到准备位置，进行传片前准备，如未到达指定位置前进行传片，则会造成碰撞等损害元器件的风险。当传片条件满足后，直线运动机构带动传片桨进行伸展，将承载着多片小尺寸晶圆的托盘送入传片腔中，有位置信号检测传感器进行检测，当传片桨到达指定的传片位置后，升降运动执行机构托举加热盘组件到达传片位置进行托盘的交接动作，同样有位置传感器进行信号的检测及反馈，以确保传片的安全性、准确性及避免传片时发生碰撞的危险。加热盘组件上升至传片位置后会将托盘托起，此时托盘将落在加热盘组件上，并与传片桨脱离，完成托盘从传片桨至加热盘组件交接片动作。交接片完成后直线运动机构带动传片桨返回传片腔中，位置信号传感器检测到传片桨完全返回传片腔后，传片门控制气缸控制传片腔门关闭。与此同时，升降运动执行机构继续托举加热盘组件及托盘向上运动至工艺位置，并进行沉积反应。
[0008]当沉积反应完成后，需要进行取片操作，升降运动执行机构继续托举加热盘组件及托盘运动至传片位置。当位置信号满足后传片腔门控制气缸控制传片腔门开启，传片腔门完全开启后，直线运动机构带动传片桨进行伸展从传片腔进入反应腔中，并运动至传片位置。当传感器信号满足后，升降运动执行机构继续托举加热盘组件及托盘向下运动至准备位置，在运动过程中托盘将停留在传片桨上，从而完成取片的交接。加热盘组件到达准备位置后，直线运动机构带动传片桨及承载着沉积完成后晶圆的托盘返回传片腔中，位置信号传感器检测到传片桨完全返回传片腔后，传片门控制气缸控制传片腔门关闭。至此，整个取片过程结束。
[0009]本发明的有益效果及特点:
[0010](I)采用可大批量承载小尺寸晶圆的托盘结构，提高对沉积设备及工艺气体等的利用率，使一次取送片操作能完成多片小尺寸晶圆的沉积反应。
[0011](2)托盘及传送桨采用高强度铝合金材质增强强度、减小相关结构件体积及重量以满足传片精度，并有较好的热传导性能，能够实现快速升温与降温，从而缩短设备传片过程中所需的升降温时间，以便提高沉积设备的效率。
[0012](3)托盘、传送桨、加热盘的结构设计优化，使托盘放置及操作方式更简单，人性化，效率更高。通过借用轴向尺寸来满足传片所需的径向尺寸空间，从而减小传片必须需腔体尺寸，节省腔体材料成本、工艺气体成本、设备空间以及洁净间占地面积。
[0013](4)采用直线滑轨、电缸、气缸等多种自动直线运动机构相配合的方式实现自动传片；径向传输运动的传送桨与轴向移动的加热盘通过自动传片逻辑相配合以满足自动传片需求；通过传感器的位置信号反馈，增加传片准确性及安全性，提高自动传片精度。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图。
[0015]图2是传片工作位置剖视图。
[0016]图3是图2的A-A面剖视图。
[0017]图4是自动传片流程框图。
[0018]图中零件标号分别代表:
[0019]1、反应腔；2、托盘；3、传片腔门；4、传片腔；5、直线运动执行机构；6、传送桨；7、传片腔门控制气缸；8、加热盘组件；9、支架；10、升降