CN1349656A - 传输晶片和环圈的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法和一种装置,利用该方法和装置,使晶片在漂浮晶片反应器中被一个环圈所包围。该环圈特别是在进入和取出时用于限制晶片上的温度变化。另外,这种环圈能在处理过程中用来将晶片定位在水平面。晶片在处理过程中不与环圈接触。该环圈可选择地设有加热装置。

Description

传输晶片和环圈的方法
发明领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的方法。美国专利5162047公开了一种热处理装置，包括一热处理室、一个“晶片船”/环圈组件、一个装载器和一个传输器。利用这种设置，装载器用于将晶片放进上述组件以及从该组件上取下晶片，传输器用于将上述组件送进上述热处理室以及从该热处理室中取出该组件。
上述组件包括一个框架，该框架等间距地结合有许多环圈，这些环圈的平坦侧面上下依次放置。上述每个环圈均在其内边缘设有一个凹进部，该凹进部的细节并未限定，晶片即由装载器放置在该凹进部上。
在装载许多晶片后，上述组件被传输器移动到热处理室，以便将所有位于凹进部上的晶片同时接受热处理。
在美国专利5162047所公开的热处理装置中，晶片在整个热处理过程中与上述环圈保持接触。
在基片例如硅片的热处理过程中，晶片会发生塑性变形。在硅高于900-1000摄氏度的情况下，晶片的机械强度会相当地降低，塑性变形会比在室温下更容易发生。硅片变形的原因是因为晶面在现有应力或材料中所产生应力的影响下移动到另一面。这就是所谓的“滑移”。这种滑移所导致的晶片变形，用肉眼即可观察到。
促使滑移产生的两种应力来源将会出现在材料中。首先，晶片在水平放置的情况下，重力会均匀施加在晶片的整个平面上，结合上通常仅会发生在几个点的晶片支承。这样就会导致，特别是在支承点上和支承点附近产生局部机械应力，这些局部机械应力同样称为重力应力。
第二，整个晶片会存在温度梯度，会导致晶片非均匀膨胀并产生相应的机械应力，这种应力同样称为热应力。这种在晶片上的温度梯度特别会发生在晶片进入反应器以及从反应器中取出时发生。为了实现充分的生产时间，通常在反应器中的温度是适宜的，例如为900-1000摄氏度。如果环境温度是室温，那么一旦晶片在进入反应器以及从反应器移走时会产生相当的温度梯度，结果产生应力。毕竟，因为晶片有限的厚度以及大的辐射面，其热容量相对较低。
在美国专利5162047所公开的热处理装置中，晶片在加热和冷却过程中的位置上会与环圈接触，因为环圈具有一定的热容量，所以也要承受一个温度差。为了不至于使得在装入热处理装置时和从该装置卸出时的温度差大到使晶片内的机械应力导致塑性变形，将上述组合传输进热处理室和传输出该热处理室必须通常以一适合的速度进行。
另外，环圈和框架之间的连接有助于使环圈的热容量产生另外的差异，由于设置了这种连接，结果使环圈和晶片的温度产生局部偏差，结果使晶片在加热/冷却过程中能同样产生局部机械应力。从而使晶片产生不利的局部变形。
在一些装置中，并不是同时对许多晶片进行处理的，例如美国专利5162047，但是由于处理过程的特殊原因，一次只处理一个晶片。对于这种每次热处理只处理一个晶片的热处理装置，根据现有技术通常是将晶片单个放入热处理室或从热处理室中取出，也就是说，直接利用传输机构而不使用例如晶片环圈等辅助支承。
本发明尤其涉及对晶片进行无接触的处理。在这种处理中，反应器中的晶片是通过气流对其整个表面进行支承，这样在处理中不会产生重力应力。反应器的顶部和底部(晶片即安装在其间)能很均匀地被加热，这样在处理过程中在整个晶片上都不会产生任何显著的温度梯度。然而，已经发现在装入或取出晶片时，上述应力依然会产生，结果发生滑移。毕竟，根据现有技术，晶片是被一个冷的夹具拣取以便装入和取出的，因而在支承点附近会产生高的局部温度梯度，产生滑移。相似地，在晶片整体上会产生一个适宜的温度梯度。这个温度梯度具有两个分量：一个线性分量和一个径向分量。线性分量会因为晶片从两个热反应器主体之间以直线运动收回而升高。而径向分量则因为晶片边缘能以比其中心部位更大的角度辐射热量而升高。
本发明的目的是进一步限制或完全防止晶片在传输进热处理室或从热处理室中取出时，特别是在无接触式的处理中产生滑移。
这一目的是通过如权利要求1特征部分所述的方法而实现的。
根据本发明，在将晶片装入热处理装置以及从热处理装置中取出的同时在该晶片周围布置一个环圈。该环圈在热处理时同样存在。根据本发明的一个最佳实施例，如果晶片是被无接触式处理，在热处理过程中通过合适控制气流使该晶片移开该环圈，更确切的是移开其支承点。这种移动非常轻微。根据本发明的环圈的内径仅仅略微大于晶片的外径。
应当指出，本质上是为了限制晶片上的温度梯度而在晶片周围设置一个环圈。美国专利4468259A中公开了一种利用灯以很快的速度加热晶片的所谓“快速热处理系统”。利用该系统，晶片被机械方式支承，因为晶片边缘的热量损失，所以径向温度梯度尤其会导致滑移。这种滑移适于通过布置一个吸收晶片固定器周围的热辐射的环圈而减小，该环圈的直径比晶片直径大一些。然而，这个环圈并不用于将晶片传输进反应器或传输出反应器，因此上述应力在装载/卸下的过程中仍然会出现。这一点同样适用于如美国专利5334257所述的环圈布置在晶片周围的情形。同样，晶片的边缘区域的热容量会升高，边缘以较慢的速度加热，这样在晶片上会产生不很显著的径向温度梯度。
在美国专利4468259中，环圈设置在热处理室的一个固定位置。在美国专利5334257中，环圈是设置在一个晶片轨道中，该环圈在同时传输所有晶片时仅用作传输器。
根据本发明的环圈当然能由现有技术中的任何自动机器所操作。
本发明同样涉及一种热处理装置/环圈组合，其中该热处理装置包括一个由两个相互面对的部分所限定的热处理室，其中至少一个部分设有一个气体源，用于使晶片位置在上述两部分之间浮动，其中环圈被设计成设置在上述部分之间，其中在上述操作位置内，上述两部分在上述环圈位置处的距离基本等于环圈的厚度，并且至少三个径向气体通道设置在上述环圈和所述部分之间。利用这种热处理装置和环圈的组合，有可能准确地判定晶片在浮动晶片反应器中的水平位置。通常，当水平放置晶片时，一股气流将从反应器室的底部和顶部向晶片运动，以便将该晶片准确定位在反应器顶部和底部之间。为了放置在水平平面，能在晶片周围放置一个设有若干气流流出口的环圈。已经发现，如果晶片朝着环圈的一个特定角度移动，在该位置的上述流出口将在某种程度上关闭，结果会导致在环圈和相关边缘之间的气体压力升高，结果再次将环圈朝着中心推回去。其它开孔允许更多气体流过会更有助于实现这一点，结果在这些位置压力降低。这样，尤其会获得稳定的位置，同时可能在晶片和环圈之间的间隙宽度很小的情况下，例如0.2mm，进行操作。使用这种环圈会导致反应器壁，即顶部和底部的构造能适宜地得到简化并能基本被制成平面。气体流经环圈和反应器壁之间的通道能成型在该反应器壁内或者成型在环圈的顶部或底部或者同时成型在两者内。利用本发明结构将晶片侧向放置在反应器内。
在供入和取出晶片/环圈组合的过程中，晶片将压在环圈的支承点上。然而，同样可能提供一种单独的附加元件，该附件元件安装有支承销，该支承销延伸穿过设置在如上所述反应器壁或环圈顶部或底部内的沟槽或开孔，上述环圈和晶片在运动中压在该支承销上。在一个最佳变型中，该附加元件同样是环形。
在该变型的另一个最佳实施例中，支承销设有内部通道，该内部通道的一端开口通到与晶片的接触面上，而另一端与附加环圈的一个内部通道连通，该附加环圈的内部通道与一个真空装置相连，以便在上述通道中产生真空。这种真空将以比施加在晶片上的重力更大的作用力将晶片压紧在支承销的接触表面上，这样晶片将在加速或减速过程中以更慢的速度在水平面上移动。
本发明同样涉及一种热晶片处理装置/环圈组合，该组合包括一种热晶片处理装置，该热晶片处理装置具有至少一个晶片容器，其中该容器构造成可接纳一个可拆卸的环圈，其中每个环圈设计成在其内可容纳和支承一个晶片。
结合附图并通过如下描述可以使本发明的以上以及其它目的和特征更清楚。附图包括：
图1是本发明环圈的一个实施例在卸下晶片时的透视图；
图2是图1中带有晶片的环圈引入反应器时的横截面示意图；
图3是图2中带有晶片的环圈在反应器中处理时的示意图；
图4a-c是本发明环圈的各种变型的横截面图；
图5a，b进一步示出设有加热器的各种变型；
图6示出本发明环圈的另一个实施例的平面图；
图7示出根据图6的带有晶片的环圈的侧视图；
图8示出图6和图7中的带有附加晶片的一个变型的侧视图；
图9示出图8所示构造在引入反应器时的侧视图；
图10示出图6和图7中的带有附加晶片的一个变型的侧视图；
图11示出图8所示构造在引入反应器时的侧视图。
根据本发明的环圈的第一实施例如图1所示，整体用1表示。该环圈包括一个略微较厚的外部边缘2和一个较薄的内部边缘3。设有三个支承销4。该环圈2设有一个操作部位5，用于固定到某种自动操作机器上。晶片用6表示。该晶片6的外径略微小于内部边缘3的内径，这样晶片6在传输过程中就压在支承销4上。环圈1用于这种传输，如图2所示。该图示出将晶片6送入反应器10，该反应器10包括一个顶部11和一个底部12，以一些已知现有技术的方式对上述顶部和底部加热。在输送的过程中，晶片压在支承销4上。
在晶片已经进入反应器10，并且该反应器以某种方式关闭后，起动气流13和14，结果晶片会离开支承销4开始漂浮并能被处理(见图3)。在处理完毕后，关闭气流13和14，晶片返回到支承销4上并从反应器中取出来。在引导和移出的过程中，在晶片上所产生的高温热梯度本质上由于环圈1的存在而得到弥补。毕竟，由于环圈的热容量相对较高，就能防止晶片边缘比其中心更快冷却。晶片在传输过程中的冷却特性或加热特性能通过材料选择以及控制环圈壁厚和晶片和内部边缘3之间的距离而得到控制。
应当理解到，在传输过程中，并不需要使晶片放置在支承销上。原则上，同样可能提供一种装置，该装置可使晶片在传输过程中仍处于漂浮状态。利用该装置就保证了在支承点不会有关键性的温度转变。
如上所述，环圈1的外部边缘2制作得较厚。利用这种装置，能提供机械强度并增加热容量。在内部边缘2和外部边缘3之间的区别能包括现有技术中可想象得到的任何构造。图4a-c示出一些例子。
此外，在晶片的传输过程中有可能从环圈提供热量。为实现此目的，可以如图5所示，安装一个加热元件16。在图5a的情况下，环圈的材料包括一种传递辐射的材料，例如石英材料。结果，从加热元件16到内部环圈3的距离不会成为问题。在如图5b所示的实施例中，环圈在传递辐射方面的特性并不重要，这是因为加热元件更靠近晶片。
图6示出根据本发明环圈的另一个变型的平面图。该环圈整体用21表示。支承销用24表示。与上述环圈不同，所设置的是径向气体通道，用22表示。在该例子中，这些通道是沟槽。图7示出在操作中的各种特征的横截面。能够看到将晶片固定在顶部11和底部12之间中部的气流14在晶片的径向上偏转。然而，这些气体仅能穿过沟槽22而从晶片周围逃逸。由于使用该种环圈，就准确地确定了晶片的x-y位置。毕竟，如果晶片6朝一个沟槽22移动，晶片略微阻塞的结果将意味着在那个位置将会有更少的气体排放出来。结果压力会升高，晶片会返回原位。
图8示出一个变型，图中所示环圈31并不设有支承点。在该环圈31周围设有另一个环圈41，该环圈设有支承销34，该支承销延伸穿过设置在反应器壁底部12内的气体排放沟槽32。图9示出该变型在引入反应器时的横截面。
图10示出一个变型，在该图中的环圈31并不设有支承点。在该环圈31周围设有另一个环圈51，该环圈设有支承销54，该支承销延伸穿过设置在反应器壁底部12内的气体排放沟槽32。该支承销54设有内部通道56，该内部通道的一端开口通到与晶片的接触面57上，而另一端与附加环圈51的一个内部通道连通，该附加环圈的内部通道通过连接通道55而与一个真空装置(未示出)相连，以便在上述通道中产生真空。由于这种真空，晶片将被比施加在其上的重力更大的作用力作用而压紧在支承销的接触表面上，这样晶片将在加速或减速过程中以更慢的速度在水平面上移动。图11示出该变型在引入反应器时的横截面。
利用如图6-9所示的构造，反应器的顶部和底部，即部分11和12，能以特别简单的方式生产出来。在这个实施例中，利用环圈21、31能实现径向设置。利用这种设置，顶部11和底部12与反应器室的分界面都能基本平面化，而已经在其内部铣出一些沟槽。
从以上所描述的大量变型中，本领域的技术人员应当能理解到可以在不偏离由如下权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，作出各种变型和改变。

Claims (21)

1.一种将晶片(6)传输进以及传输出一个热处理室的方法，用于一次处理一个晶片，该热处理室与一个热处理装置(10)相联合，该热处理装置包括一个装载室，该装载室所具有的温度不同与上述热处理室，在装载室内设置有进入或输出该装载室的装载器和传输器，其特征在于，在装载室内，一组晶片(6)中的一个晶片和一个环圈(1)被装载器结合在一起以便形成晶片/环圈组合或者从该组合分离出，单个晶片/环圈组合被传输器单独地引入热处理室或从该热处理室中取出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片/环圈组合的运动过程中，环圈被机械方式操作，而晶片压在上述环圈的支承点上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在运动过程中，环圈和晶片被一个附加元件支承，而该附件元件被机械方式操作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在传输器中使用真空施加在晶片(6)和附加元件之间的接触表面上，以便将晶片固定到位。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在热处理装置中，基本水平的晶片被环圈所包围，并且通过相对热处理装置内的一个水平并且基本平坦的加热反应器部分进行运动，从而与该加热反应器部分间隔开一小于1mm的微小距离或者形成接触。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述基本水平的晶片在热处理室内垂直移动一段距离而离开上述环圈。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在热处理室内，对晶片进行无接触式处理，该晶片通过气流垂直移动一段距离而离开上述环圈(1)。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述热处理装置(10)包括一个传输室，该传输室与上述装载室以及热处理室相连。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，晶片(6)在上述传输器中被环圈(1)无接触地包围。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，晶片(6)通过气流(13、14)而与环圈(1)的支承点(4)垂直间隔开。
11.一种热处理装置/环圈组合，包括一个装载室、装载器、传输器和一个用于一次对一个晶片进行热处理的热处理室，其特征在于，安装传输器是用来使单个晶片/环圈组合离开装载室而进入热处理室，反之亦然，同时处理室是用来容纳包围着晶片的环圈。
12.如权利要求11所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述环圈至少在传输过程中用来支承晶片。
13.如权利要求12所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述环圈以机械方式与传输器结合。
14.如权利要求11所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述处理室用来容纳一个附加元件，该附加元件至少在传输过程中用来支承环圈和晶片。
15.如权利要求14所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述附加元件以机械方式与传输器结合。
16.如权利要求11-14中任何一个所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述环圈设有加热装置。
17.一种热处理装置/环圈组合，其中，热处理装置(10)包括一个由两个相对部分(11、12)所限定的处理室，其中至少一个部分设有一个气体源，用于使晶片(6)的位置在上述两部分之间浮动，环圈(21、31)被设计成设置在上述部分之间，
其特征在于，在上述操作位置内，上述两部分(11、12)在上述环圈位置处的距离基本等于环圈的厚度，并且至少三个径向气体通道(22)设置在上述环圈(21、31)和相关部分(11、12)之间。
18.如权利要求17所述的热处理装置/环圈组合，其特征在于，上述通道已经设置在所述部分(11、12)内。
19.一种环圈组合，包括一个环圈(31)和支承环圈(41)，该支承环圈内径大于环圈(31)的外径并且设有用于在所述环圈(31)的内周内延伸的支承元件(34)。
20.如权利要求19所述的环圈组合，其特征在于，上述支承元件包括若干容纳在沟槽(32)中的销(34)。
21.如权利要求20所述的环圈组合，其特征在于，上述支承销(34)设有若干内部通道，该内部通道的一端开口通到与晶片的接触面上，而另一端与附加环圈(41)的一个内部通道连通，该附加环圈的内部通道与一个真空装置相连，以便在上述通道中产生真空。
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