技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)。更具體地，本公開涉及一種化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，其具有多個被配置成在襯底上外延層的生長中獨立操作的反應(yīng)室。

背景技術(shù)：

用于制造半導(dǎo)體的某些工藝可能需要復(fù)雜的工藝以使外延層生長來創(chuàng)建多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以用于制造高性能裝置，如發(fā)光二極管、激光二極管、光檢測器、電力電子器件和場效應(yīng)晶體管。在該工藝中，外延層是通過被稱之為化學(xué)氣相沉積(CVD)的一般工藝而生長的。一種類型的CVD工藝被稱之為金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。在MOCVD中，將反應(yīng)氣體導(dǎo)入使反應(yīng)氣體沉積在襯底(通常被稱之為晶片)上以生長薄外延層的受控環(huán)境內(nèi)的密封的反應(yīng)室中。用于這種制造設(shè)備的當前的產(chǎn)品線的實例包括MOCVD系統(tǒng)的家族以及電力GaN MOCVD系統(tǒng)，全部都是由位于紐約普萊恩維尤(Plainview)的維易科儀器有限公司(Veeco Instruments Inc.)所制造的。

在外延層生長期間，控制若干個工藝參數(shù)，如溫度、壓力和氣體流量，從而在外延層中實現(xiàn)所需的質(zhì)量。不同的層使用不同材料和工藝參數(shù)生長。例如，由化合物半導(dǎo)體，如III-V族半導(dǎo)體制成的裝置通常是通過使一系列不同的層生長而形成的。在該工藝中，晶片被暴露于氣體的組合，典型地包括作為III族金屬來源的金屬有機化合物且還包括晶片被保持在升高的溫度上時在晶片上方流動的V族元素源。通常，金屬有機化合物和V族源與不明顯參與反應(yīng)的載氣，例如氮氣或氫氣相組合。III-V族半導(dǎo)體的一個實例是氮化鎵，其可以通過在具有合適的晶格間距的襯底，例如藍寶石或硅晶片上的有機鎵化合物和氨的反應(yīng)而形成。在氮化鎵和/或相關(guān)的化合物的沉積期間，晶片通常被保持在700-1200℃量級的溫度上。III-V族半導(dǎo)體的另一個實例是可通過銦和磷化氫的反應(yīng)形成的磷化銦(InP)，或可通過鋁、鎵和胂的反應(yīng)而形成的砷化鋁鎵(AlGa_1-xAs_x)，化合物的反應(yīng)在合適的襯底上形成了半導(dǎo)體層。

通常，III-V族化合物可具有In_XGa_YAl_ZN_AAs_BP_CSb_D的通式，其中X+Y+Z約等于1，A+B+C+D約等于1，且X、Y、Z、A、B、C和D中的每一個可位于零和1之間。在一些情況下，可使用鉍代替其他III族金屬中的一些或全部。合適的襯底可以是金屬、半導(dǎo)體或絕緣襯底且可包括藍寶石、氧化鋁、硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、二氧化硅(SiO2)等。

另一種類型的CVD工藝涉及在襯底上的碳化硅層的生長以形成電力電子器件。碳化硅層是使用作為活性種的硅烷和烴與作為載氣的氫氣的反應(yīng)而生長的。在沉積期間，晶片通常被保持在800-2000℃量級的溫度上。

在CVD工藝室中，一個或多個半導(dǎo)體晶片被定位在托盤，通常被稱之為晶片載體內(nèi)以暴露每個晶片的頂表面，從而使晶片的頂表面均勻暴露于在用于半導(dǎo)體材料沉積的反應(yīng)室內(nèi)的大氣。晶片載體通常按約100至1500RPM或更高量級的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。晶片載體通常是從高導(dǎo)熱材料，如石墨機加工獲得的且通常涂覆有材料，如碳化硅的保護層。每個晶片載體具有一組圓形凹口或口袋，并且各個晶片被置于其頂表面中。在美國專利申請公開號2007/0186853和2012/0040097以及美國專利號6,492,625；6,506,252；6,902,623；8,021,487；和8,092,599中描述了相關(guān)技術(shù)的一些實例，其公開的內(nèi)容通過引用并入本文。其他晶片載體具有其中置有單個晶片的單個口袋。

在一些情況下，晶片載體被支撐在反應(yīng)室內(nèi)的主軸上以使具有晶片暴露表面的晶片載體的頂表面向上面向氣體分配裝置。當主軸旋轉(zhuǎn)時，氣體被向下引導(dǎo)至晶片載體的頂表面上且流過頂表面并流向晶片載體的周邊。所使用的氣體可通過被設(shè)置在晶片載體下面的端口從反應(yīng)室抽出。晶片載體可通過加熱元件，通常為被設(shè)置在晶片載體底表面下的電阻加熱元件而被保持在所需的升高的溫度上。這些加熱元件被保持在晶片表面所需溫度以上的溫度，其中氣體分配裝置通常被保持在所需反應(yīng)溫度以下的溫度以便防止氣體的過早反應(yīng)。因此，熱量從加熱元件被轉(zhuǎn)移至晶片載體的底表面且向上流過晶片載體至一個或多個晶片。

在一些情況下，晶片載體可由不需要主軸的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行支撐和旋轉(zhuǎn)。在美國專利申請公開號2015/0075431中描述了這種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其內(nèi)容通過引用并入本文。在其他情況下，晶片載體可面朝下地(倒置地)置于反應(yīng)室中且氣體噴射器被安裝在晶片載體下面，從而使氣體混合物向上流向一個或多個晶片。在美國專利申請公開號2004/0060518和2004/0175939以及美國專利號8,133,322中描述了這種倒置的氣體噴射系統(tǒng)的實例，其內(nèi)容通過引用并入本文。

在CVD工藝中，晶片必須被個別地對齊并裝載至晶片載體中。隨后，晶片載體必須被小心地置于反應(yīng)室內(nèi)。當化學(xué)反應(yīng)完成時，必須小心地將晶片載體從反應(yīng)室移走。隨后，反應(yīng)室必須裝載有其他一種晶片載體以進行加工。對晶片和晶片載體進行的這種處置可使總的MOCVD工藝增加大量的時間。此外，要求操作者將他或她的手放在反應(yīng)室內(nèi)會具有風(fēng)險，特別是在反應(yīng)室正常操作的高溫下。

因此，本公開的申請人已經(jīng)認識到需要某種程度的自動化以減少加工時間且同時保持在高性能半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)中所需要的質(zhì)量標準。此外，本公開的申請人已經(jīng)認識到需要一種具有多個室的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)以減少加工時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的實施例滿足了對一種具有多個反應(yīng)室以在反應(yīng)室中的每一個內(nèi)在晶片上外延層的生長中進行獨立操作的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的需要，以減少加工時間且同時保持質(zhì)量。

在本公開的一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)包括自動化前端界面、第一裝載鎖定室、第二裝載鎖定室和真空轉(zhuǎn)移模塊。自動化前端界面可具有第一輸出和第二輸出，且可包括被配置成容納兩個以上加工托盤的加工托盤殼體、被配置成容納兩個以上晶片的晶片盒、被配置成將第一晶片對齊在第一加工托盤上并將第二晶片對齊在第二加工托盤上的對位器以及界面機械臂，其被配置成轉(zhuǎn)移：(i)第一晶片和第一加工托盤至將所述第一晶片對齊在所述第一加工托盤上的所述對位器，(ii)第二晶片和第二加工托盤至將所述第二晶片對齊在所述第二加工托盤上的對位器，(iii)所對齊的第一晶片和加工托盤至第一輸出，以及(iv)所對齊的第二晶片和加工托盤至第二輸出。

第一裝載鎖定室可包括能夠保持可控環(huán)境的室。第一裝載鎖定室可具有第一門和第二門，其中第一門與自動化前端界面的第一輸出進行連通。在一個實施例中，第一裝載鎖定室可被配置成通過第一門從第一輸出接收所對齊的第一晶片和加工托盤。

第二裝載鎖定室可包括能夠保持可控環(huán)境的室。第二裝載鎖定室可具有第一門和第二門，其中第一門與自動化前端界面的第二輸出進行連通。在一個實施例中，第二裝載鎖定室被配置成通過第一門從第二輸出接收所對齊的第二晶片和加工托盤。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與第一和第二裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將對齊的第一晶片和加工托盤以及對齊的第二晶片和加工托盤從各自的第一和第二裝載鎖定室操控至一個或多個反應(yīng)室對(chamber pairs)。一個或多個反應(yīng)室對可與真空轉(zhuǎn)移模塊連通。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可具有自動化前端界面，其具有第一輸出和第二輸出。自動化前端界面可包括加工托盤、晶片盒、對位器、界面機械臂、裝載鎖定室和真空轉(zhuǎn)移模塊。

加工托盤殼體可被配置成容納兩個以上加工托盤。晶片盒可被配置成容納兩個以上晶片。對位器可被配置成將第一晶片對齊在第一加工托盤上并將第二晶片對齊在第二加工托盤上。界面機械臂可被配置成轉(zhuǎn)移晶片和加工托盤至對位器、轉(zhuǎn)移所對齊的第一晶片和加工托盤至第一輸出以及轉(zhuǎn)移所對齊的第二晶片和加工托盤至第二輸出。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境并與自動化前端界面進行連通，具有與第一輸出進行連通的第一門、與第二輸出進行連通的第二門、與第一門相對的第三門以及與第二門相對的第四門。裝載鎖定室可被配置成通過第一門從第一輸出接收對齊的第一晶片和加工托盤并通過第二門從第二輸出接收對齊的第二晶片和加工托盤。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第三和第四門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將對齊的第一晶片和加工托盤以及對齊的第二晶片和加工托盤從裝載鎖定室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊連通的一個或多個反應(yīng)室對。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可具有自動化前端界面、裝載鎖定室和真空轉(zhuǎn)移模塊。自動化前端界面可包括第一輸出和第二輸出，其包括加工托盤殼體、晶片盒、對位器和界面機械臂。加工托盤殼體可被配置成容納兩個以上加工托盤。晶片盒可被配置成容納兩個以上晶片。對位器可被配置成將第一晶片對齊在第一加工托盤上并將第二晶片對齊在第二加工托盤上。界面機械臂可被配置成(1)轉(zhuǎn)移晶片和加工托盤至對位器，(2)轉(zhuǎn)移所對齊的第一晶片和加工托盤至第一輸出，以及(3)轉(zhuǎn)移所對齊的第二晶片和加工托盤至第二輸出。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境且與自動化前端界面連通，裝載鎖定室具有第一室、第二室、與第一輸出和第二輸出進行連通的第一門以及與第一門相對的第二門，第一室與第一輸出相對齊且第二室與第二輸出相對齊，其中裝載鎖定室被配置成通過第一門將對齊的第一晶片和加工托盤從第一輸出以及將對齊的第二晶片和加工托盤從第二輸出接收入各自的第一和第二室中。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將對齊的第一晶片和加工托盤以及對齊的第二晶片和加工托盤從各自的第一和第二室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊連通的一個或多個反應(yīng)室對。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括前端界面、裝載鎖定室和真空轉(zhuǎn)移模塊。前端界面可具有第一輸出和第二輸出。第一輸出可被配置成連續(xù)提供裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第三加工托盤。第二輸出可被配置成連續(xù)提供裝有晶片的第二加工托盤和裝有晶片的第四加工托盤。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境且與前端界面連通，裝載鎖定室具有第一室、第二室、與第一輸出進行連通的第一門以及與第一門相對的第二門，第一室與第一輸出相對齊且第二室與第二輸出相對齊，其中裝載鎖定室被配置成通過第一門連續(xù)地將裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第三加工托盤從第一輸出以及將裝有晶片的第二加工托盤和裝有晶片的第四加工托盤從第二輸出接收入各自的第一和第二室中。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤從各自的第一和第二室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通的第一反應(yīng)室對以及將裝有晶片的第三加工托盤和裝有晶片的第四加工托盤從各自的第一和第二室操控至可與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通的第二反應(yīng)室對。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括前端界面、裝載鎖定室和真空轉(zhuǎn)移模塊。前端界面可具有第一輸出和第二輸出。第一輸出可被配置成連續(xù)提供裝有晶片的第一加工托盤、裝有晶片的第三加工托盤和裝有晶片的第五加工托盤。第二輸出可被配置成連續(xù)提供裝有晶片的第二加工托盤、裝有晶片的第四加工托盤和裝有晶片的第六加工托盤。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境且與前端界面連通，裝載鎖定室具有第一室、第二室、與第一輸出和第二輸出進行連通的第一門。第一室可與第一輸出相對齊且第二室可與第二輸出相對齊。第二門可與第一門相對，其中裝載鎖定室被配置成通過第一門連續(xù)地將裝有晶片的第一加工托盤、裝有晶片的第三加工托盤和裝有晶片的第五加工托盤從第一輸出以及將裝有晶片的第二加工托盤、裝有晶片的第四加工托盤和裝有晶片的第六加工托盤從第二輸出接收入各自的第一和第二室中。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤從各自的第一和第二室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通的第一反應(yīng)室對，將裝有晶片的第三加工托盤和裝有晶片的第四加工托盤從各自的第一和第二室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通的第二反應(yīng)室對以及將裝有晶片的第五加工托盤和裝有晶片的第六加工托盤從各自的第一和第二室操控至與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通的第三反應(yīng)室對。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括前端界面、裝載鎖定室、真空轉(zhuǎn)移模塊和一個或多個反應(yīng)室對。前端界面可具有第一輸出和第二輸出。第一輸出可被配置成提供裝有晶片的第一加工托盤。第二輸出可被配置成提供裝有晶片的第二加工托盤。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境且與前端界面連通，裝載鎖定室具有第一室、第二室、與第一輸出和第二輸出進行連通的第一門以及與第一門相對的第二門，第一室與第一輸出相對齊且第二室與第二輸出相對齊，其中裝載鎖定室被配置成通過第一門將裝有晶片的第一加工托盤從第一輸出以及將裝有晶片的第二加工托盤從第二輸出接收入各自的第一和第二室中。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤從各自的第一和第二室進行操控。

一個或多個反應(yīng)室對可與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通。一個或多個反應(yīng)室能夠接收裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤，其中一個或多個反應(yīng)室可被配置成進行選自金屬有機化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、等離子體增強氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、等離子體增強原子層沉積和原子層外延的工藝。

在本公開的另一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括前端界面、裝載鎖定室、真空轉(zhuǎn)移模塊和一個或多個反應(yīng)室對。前端界面可具有第一輸出和第二輸出。第一輸出可被配置成提供裝有晶片的第一加工托盤。第二輸出可被配置成提供裝有晶片的第二加工托盤。

裝載鎖定室能夠保持受控環(huán)境且與前端界面連通，裝載鎖定室具有第一室、第二室、與第一輸出和第二輸出進行連通的第一門以及與第一門相對的第二門，第一室與第一輸出相對齊且第二室與第二輸出相對齊，其中裝載鎖定室被配置成通過第一門將裝有晶片的第一加工托盤從第一輸出以及將裝有晶片的第二加工托盤從第二輸出接收入各自的第一和第二室中。裝載鎖定室可包括一個或多個隔板。

真空轉(zhuǎn)移模塊可與裝載鎖定室的第二門進行連通。真空轉(zhuǎn)移模塊可具有雙葉片機械臂，其被配置成將裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤從各自的第一和第二室進行操控。

一個或多個反應(yīng)室對可與真空轉(zhuǎn)移模塊進行連通且能夠接收裝有晶片的第一加工托盤和裝有晶片的第二加工托盤，其中一個或多個反應(yīng)室設(shè)有一個或多個計量工具。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括一對獨立操作的反應(yīng)室(兩個獨立操作的反應(yīng)室)。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括兩對獨立操作的反應(yīng)室(四個獨立操作的反應(yīng)室)。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括三對獨立操作的反應(yīng)室(六個獨立操作的反應(yīng)室)。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，一個或多個反應(yīng)室可進行選自金屬有機化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、等離子體增強物理氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、等離子體增強原子層沉積和原子層外延的工藝。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，一個或多個反應(yīng)室可包括一個或多個計量工具。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可包括位置鄰近多個反應(yīng)室中至少一個的源輸送組件。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，源輸送組件可被配置成：為兩個反應(yīng)室(一對反應(yīng)室)提供載氣、一種或多種反應(yīng)氣體、冷卻系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，裝載鎖定室可包括一個或多個室。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，包括第一和/或第二裝載鎖定室的裝載鎖定室可包括至少一個隔板，從而將裝載鎖定室分成兩個以上隔間。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，一個或多個隔間和/或室可以是獨立受控制的環(huán)境室和/或隔間。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境可被配置成獨立進行調(diào)節(jié)的。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成為相同的。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成建立負壓。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成建立大氣壓環(huán)境。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成保持惰性氣體環(huán)境。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成保持受控濕度環(huán)境。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成保持含低粒子的環(huán)境。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，在兩個以上隔間內(nèi)的可控環(huán)境被配置成保持受控溫度環(huán)境。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，界面機械臂可同時轉(zhuǎn)移第一晶片、第一加工托盤、第二晶片和第二加工托盤中的至少任意兩個。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，界面機械臂可同時將對齊的第一晶片和加工托盤以及對齊的第二晶片和加工托盤轉(zhuǎn)移至各自的第一輸出和第二輸出。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，自動化前端界面可包括兩個界面機械臂，其中兩個界面機械臂可被配置成彼此獨立且同時地進行操作。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，真空轉(zhuǎn)移模塊可包括被配置成在真空轉(zhuǎn)移模塊的內(nèi)室和多個反應(yīng)室之間選擇性地提供接入的多個門。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，真空轉(zhuǎn)移模塊可包括一個或多個隔板。

在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，每個加工托盤可被配置成接收直徑在6和8英寸之間的單個晶片。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，每個加工托盤可被配置成接收直徑在8和10英寸之間的單個晶片。在前述化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實施例中的一些中，每個加工托盤可被配置成接收直徑在10和12英寸之間的單個晶片。

在本公開的另一個實施例中，公開了一種準備多個晶片以在多個反應(yīng)室內(nèi)實現(xiàn)外延層生長的方法。在一個實施例中，該方法可包括下列步驟：

提供自動化前端界面，其被配置具有(i)被配置成容納兩個以上晶片的晶片盒，以及(ii)被配置成容納兩個以上加工托盤的加工托盤殼體；

經(jīng)對位器將來自晶片盒的第一晶片對齊在來自加工托盤殼體的第一加工托盤上；

經(jīng)界面機械臂將對齊的第一晶片和第一加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移至第一裝載鎖定室；

經(jīng)對位器將來自晶片盒的第二晶片對齊在來自加工托盤殼體的第二加工托盤上；以及

經(jīng)界面機械臂將對齊的第二晶片和第二加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移至第二裝載鎖定室。

在一些實施例中，本方法還包括下列步驟：

密封第一裝載鎖定室和第二裝載鎖定室并控制其中的環(huán)境，其中環(huán)境是通過建立負壓環(huán)境、保持惰性氣體環(huán)境、保持受控濕度環(huán)境和保持含低粒子環(huán)境中的至少一個而進行控制的；

打開在第一裝載鎖定室和第二裝載鎖定室上各自的門，從而使第一裝載鎖定室和第二裝載鎖定室與真空轉(zhuǎn)移模塊成流體連通；

經(jīng)雙葉片機械臂同時將對齊的第一晶片和第一加工托盤從第一裝載鎖定室進行轉(zhuǎn)移，使其通過真空轉(zhuǎn)移模塊并進入第一反應(yīng)室中，并將對齊的第二晶片和第二加工托盤從第二裝載鎖定室進行轉(zhuǎn)移，使其通過真空轉(zhuǎn)移模塊并進入第二反應(yīng)室中；

在第一反應(yīng)室中加工所對齊的第一晶片和第一加工托盤并在第二反應(yīng)室中加工所對齊的第二晶片和第二加工托盤；

同時經(jīng)雙葉片機械臂將加工過的第一晶片和第一加工托盤從第一反應(yīng)室轉(zhuǎn)移至第一裝載鎖定室并將第二晶片和第二加工托盤從第二反應(yīng)室轉(zhuǎn)移至第二裝載鎖定室。

在本公開的另一個實施例中，公開了一種準備多個晶片以在多個反應(yīng)室內(nèi)生長外延層的方法。在另一個實施例中，該方法可包括下列步驟：

提供自動化前端界面，其被配置具有(i)被配置成容納兩個以上晶片的晶片盒，(ii)被配置成容納兩個以上加工托盤的加工托盤殼體，以及(iii)界面機械臂；

提供與自動化前端界面進行連通的真空轉(zhuǎn)移室；

經(jīng)界面機械臂將第一晶片從晶片盒轉(zhuǎn)移至晶片對位器，晶片對位器將晶片對齊；

經(jīng)界面機械臂將第一加工托盤從加工托盤殼體轉(zhuǎn)移至加工托盤對位器，加工托盤對位器將加工托盤對齊；

將對齊的第一晶片從晶片對位器轉(zhuǎn)移至對齊的加工托盤以將第一晶片對齊在第一加工托盤上；

經(jīng)界面機械臂將對齊的第一晶片和第一加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移入裝載鎖定室；

經(jīng)界面機械臂將第二晶片從晶片盒轉(zhuǎn)移至晶片對位器，晶片對位器將晶片對齊；

經(jīng)界面機械臂將第二加工托盤從加工托盤殼體轉(zhuǎn)移至加工托盤對位器，加工托盤對位器將加工托盤對齊；

將對齊的第二晶片從晶片對位器轉(zhuǎn)移至對齊的加工托盤以將第二晶片對齊在第二加工托盤上；

經(jīng)界面機械臂將對齊的第二晶片和第二加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移入裝載鎖定室；以及

經(jīng)雙葉片機械臂同時將對齊的第一晶片和第一加工托盤從裝載鎖定室進行轉(zhuǎn)移，使其通過真空轉(zhuǎn)移模塊并進入第一反應(yīng)室中，并將對齊的第二晶片和第二加工托盤從裝載鎖定室進行轉(zhuǎn)移，使其通過真空轉(zhuǎn)移模塊并進入第二反應(yīng)室中。

在本公開的另一個實施例中，公開了一種準備多個晶片以在多個反應(yīng)室內(nèi)生長外延層的方法。在另一個實施例中，該方法可包括下列步驟：

提供自動化前端界面，其被配置具有(i)被配置成容納兩個以上晶片的晶片盒，以及(ii)被配置成容納兩個以上加工托盤的加工托盤殼體；

提供與自動化前端界面進行連通的真空轉(zhuǎn)移室；

經(jīng)界面機械臂將第一晶片從晶片盒轉(zhuǎn)移至晶片對位器，晶片對位器將晶片對齊；

經(jīng)界面機械臂將第一加工托盤從加工托盤殼體轉(zhuǎn)移至加工托盤對位器，加工托盤對位器將加工托盤對齊；

將對齊的第一晶片從晶片對位器轉(zhuǎn)移至對齊的加工托盤以將第一晶片對齊在第一加工托盤上；

經(jīng)界面機械臂將對齊的第一晶片和第一加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移入裝載鎖定室；

經(jīng)界面機械臂將第二晶片從晶片盒轉(zhuǎn)移至晶片對位器，晶片對位器將晶片對齊；

經(jīng)界面機械臂將第二加工托盤從加工托盤殼體轉(zhuǎn)移至加工托盤對位器，加工托盤對位器將加工托盤對齊；

將對齊的第二晶片從晶片對位器轉(zhuǎn)移至對齊的加工托盤以將第二晶片對齊在第二加工托盤上；以及

經(jīng)界面機械臂將對齊的第二晶片和第二加工托盤從對位器轉(zhuǎn)移入裝載鎖定室。

上面的概述并不旨在描述本公開的每個所闡明的實施例或每個實施方案。下面的附圖及具體實施方式更具體地舉例說明了這些實施例。

附圖說明

結(jié)合附圖考慮下面有關(guān)本公開的各種實施例的詳細描述可更完全地理解本公開，其中：

圖1為描繪根據(jù)本公開的一個實施例的具有六個反應(yīng)室(三對反應(yīng)室)的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的示意圖。

圖2為描繪根據(jù)本公開的一個實施例的具有四個反應(yīng)室(兩對反應(yīng)室)的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的示意圖。

圖3為描繪根據(jù)本公開的一個實施例的具有兩個反應(yīng)室(一對反應(yīng)室)的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的示意圖。

圖4A為根據(jù)本公開的一個實施例的第一和第二裝載鎖定室的等距視圖。

圖4B為根據(jù)本公開的一個實施例的第一和第二裝載鎖定室的等距視圖。

圖5為根據(jù)本公開的一個實施例的具有包括適于可釋放地接合加工托盤的配件的主軸的反應(yīng)室的平面圖。

圖6為根據(jù)本公開的一個實施例的具有旋轉(zhuǎn)介電支撐的反應(yīng)室的平面圖。

雖然本公開的實施例可被修正成各種修改和替代形式，但是在附圖中以示例方式示出的細節(jié)仍將進行詳細描述。然而，應(yīng)理解的是本公開并不旨在將本公開限制為所述的特定實施例。相反地，本公開旨在涵蓋通過所附權(quán)利要求所限定的落在本公開的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代方案。

具體實施方式

參照圖1，其示出了根據(jù)本公開的一個實施例的一種化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100?；瘜W(xué)氣相沉積系統(tǒng)100可包括多個反應(yīng)室102A-F。在一個實施例中，反應(yīng)室102A-F可被配置成在每個反應(yīng)室102A-F內(nèi)晶片上外延層的生長中獨立以及同時進行操作以減少晶片處理時間并同時保持生產(chǎn)高性能半導(dǎo)體裝置所需的質(zhì)量標準。例如，在一個實施例中，化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100可包括三對反應(yīng)室(六個反應(yīng)室102A-F)。在其他實施例中，系統(tǒng)100可包括另外數(shù)量的反應(yīng)室。例如，系統(tǒng)100可包括兩對反應(yīng)室(四個反應(yīng)室102A-D)(如在圖2中所示)或一對反應(yīng)室(兩個反應(yīng)室102A-B)(如在圖3中所示)。

在一些實施例中，系統(tǒng)100可以是模塊化的，從而可根據(jù)需要添加偶數(shù)個反應(yīng)室102。反應(yīng)室102A-F中的每一個可相互隔離。當在系統(tǒng)100上安裝有小于全部數(shù)量的反應(yīng)室102的情況下，例如可在一個或多個反應(yīng)室對102A/102B的位置上添加緩沖區(qū)104。在一個實施例中，緩沖區(qū)104可包括被保持在大致等于多個反應(yīng)室102的壓力的負壓下的室和/或集中央真空轉(zhuǎn)移模塊108。緩沖區(qū)104可包括一個或多個基架，一個或多個加工托盤可被定位在基架上?；芸删哂欣鋮s功能。

在一些實施例中，反應(yīng)室102A-F可操作性地被聯(lián)接至一個或多個源輸送組件106A-C。每個源輸送組件106A-C可包括一種或多種反應(yīng)氣體、冷卻系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)。在一個實施例中，多個反應(yīng)室，例如反應(yīng)室102A-B可被聯(lián)接至單個源輸送組件106A，從而使源輸送組件106A提供反應(yīng)室102A-B所需的一種或多種反應(yīng)氣體、冷卻系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)。

多個反應(yīng)室102A-F可操作性地通過真空轉(zhuǎn)移模塊108被聯(lián)接在一起。真空轉(zhuǎn)移模塊108可包括限定室112的內(nèi)壁110。內(nèi)壁110可包括多個門114A-F，其被配置成選擇性地提供在真空轉(zhuǎn)移模塊108的室112和反應(yīng)室102A-F中的一個或多個的內(nèi)部之間的接入。多個門114A-D可被配置成當根據(jù)需要在室112和一個或多個反應(yīng)室對102A/B、102C/102D和/或102E/F的內(nèi)部之間進行接入時打開，例如，當一個或多個反應(yīng)室對102A/B、102C/102D和/或102E/F進行裝載或卸載時。多個門114A-D可被配置成當不再需要接入時關(guān)閉在室112和一個或多個反應(yīng)室對102A/102B、102C/102D和/或102E/F的內(nèi)部之間的接入，例如，在一個或多個反應(yīng)室對102A/102B、102C/102D和/或102E/F中進行化學(xué)反應(yīng)過程期間。

在一個實施例中，多個門114A-F為被配置成關(guān)閉在內(nèi)壁110上限定的孔的滑動或滾動構(gòu)件。真空轉(zhuǎn)移模塊108的內(nèi)壁110可進一步地包括第一裝載鎖定室接入116A和第二裝載鎖定室接入116B，其被配置成使得能夠從真空轉(zhuǎn)移模塊108的外部接入至室112內(nèi)。在其他實施例中，內(nèi)壁110可包括多個裝載鎖定室接入，其被配置成使得能夠從真空轉(zhuǎn)移模塊108的外部接入至室112內(nèi)。

真空轉(zhuǎn)移模塊108可包括轉(zhuǎn)移模塊機械臂118。在一個實施例中，轉(zhuǎn)移模塊機械臂118可包括可樞轉(zhuǎn)肩部、第一臂段、可樞轉(zhuǎn)肘部、第二臂段、可樞轉(zhuǎn)腕部和一個或多個夾持部。在一個實施例中，轉(zhuǎn)移模塊機械臂118是雙葉片的，這表示其可額外地包括第二可樞轉(zhuǎn)肩部、第二第一臂段、第二可樞轉(zhuǎn)肘部、第二第二臂段、第二可樞轉(zhuǎn)腕部和第二一個或多個夾持部中的至少一個。轉(zhuǎn)移模塊機械臂118可大致位于室112內(nèi)的中央且可被配置成在室112內(nèi)以及通過門114A-F和裝載鎖定室接入門116A-B操控加工托盤和晶片。

在一個實施例中，第一裝載鎖定室120可在裝載鎖定室接入門116A處可操作性地被聯(lián)接至真空轉(zhuǎn)移模塊108，且第二裝載鎖定室130可在裝載鎖定室接入門116B處可操作性地被聯(lián)接至真空轉(zhuǎn)移模塊108。第一裝載鎖定室120和第二裝載鎖定室130可各自包括第一門122、132、室124、134和第二門128、138。第一和第二裝載鎖定室120、130的每一個可被配置成接收加工托盤和晶片通過其各自的第一門122、132并進入室124、134中。第一門122、132可被配置成關(guān)閉，從而在室124、134內(nèi)提供受控的環(huán)境。例如，壓力調(diào)節(jié)器(未示出)可被連接至室124、134以創(chuàng)建壓力密封的環(huán)境。壓力調(diào)節(jié)器可隨后排空在室124、134內(nèi)的氣體以創(chuàng)建相對于大氣壓的負壓。第二門128、138可隨后打開以選擇性地提供至真空轉(zhuǎn)移模塊108的室112的接入，從而允許從內(nèi)壁110外的區(qū)域接入真空轉(zhuǎn)移模塊108，且同時在真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)保持恒定的壓力。可控環(huán)境還可包括對大氣環(huán)境、惰性氣體環(huán)境、受控濕度環(huán)境、含低粒子環(huán)境、溫度環(huán)境等中的至少一種或多種的控制。

同樣地，第一和第二裝載鎖定室120、130可被配置成接收加工托盤和晶片通過第二門128、138并進入室124、134中。壓力調(diào)節(jié)器可隨后用氣體部分地填充室124、134以使室124、134內(nèi)的壓力大致等于大氣壓。第一門122、132可隨后被打開以選擇性地提供從室124、134內(nèi)接入，從而允許從真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)接入內(nèi)壁110外的區(qū)域，且同時在真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)保持恒定的壓力。

在一個實施例中，第一和第二裝載鎖定室120、130中的每一個可包括至少一個隔板，從而將第一和第二裝載鎖定室120、130分成兩個以上隔間。在一個實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的壓力被配置成獨立地進行調(diào)節(jié)。在另一個實施例中，在第一裝載鎖定室120中的一個隔間，例如，其頂部隔間以及在第二裝載鎖定室130中的一個隔間，例如，其頂部隔間被進行配置以使壓力和大氣壓可進行調(diào)節(jié)，從而在卸載和裝載動作期間使壓力和/或大氣壓是相同的。在其他實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的環(huán)境可包括對負壓環(huán)境、大氣環(huán)境、惰性氣體環(huán)境、受控濕度環(huán)境、含低粒子環(huán)境、溫度環(huán)境(包括加熱和/或冷卻)等中至少一種或多種的控制。

參照圖4A，其示出了第一和第二裝載鎖定室120、130的一種配置。在該實施例中，第二裝載鎖定室130可位于鄰近第一裝載鎖定室120處，其是通過壁(在頂部的壁部分171和在底部的壁部分172)所進行分離的。隔斷173可被用于將第一裝載鎖定室120分成兩個單獨的隔間或室124A和124B。隔斷174可被用于將第二裝載鎖定室130分成兩個單獨的隔間或室134A和134B。在一些實施例中，在所有隔間上有單獨的門，從而使各室124A/B和134A/B可單獨地進行接入和密封。在一個實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的壓力被配置成獨立地進行調(diào)節(jié)。在另一個實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的壓力可一起進行調(diào)節(jié)，例如，室124A和124B或134A和134B。

參照圖4B，其示出了用于第一和第二裝載鎖定室120、130的另一種配置。在該實施例中，第二裝載鎖定室130可被定位在第一裝載鎖定室120的頂部。隔斷121可被用于將第一裝載鎖定室120分成兩個單獨的隔間或室120A和120B。隔斷131可被用于將第二裝載鎖定室130分成兩個單獨的隔間或室130A和130B。在一些實施例中，在所有隔間上有單獨的門，從而使各室124A/B和134A/B可單獨地進行接入和密封。在一個實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的壓力被配置成獨立地進行調(diào)節(jié)。在另一個實施例中，在兩個以上隔間內(nèi)的壓力可一起進行調(diào)節(jié)，例如，室124A和124B，134A和134B。隔間還可具有可控環(huán)境，如大氣環(huán)境、惰性氣體環(huán)境、受控濕度環(huán)境、含低粒子環(huán)境、溫度環(huán)境等。

在另一個實施例中，可以有坐落在裝載鎖定室120和130所占位置上的單個裝載鎖定室。單個裝載鎖定室可具有各個室，其具有一個或多個隔板、與第一門122和132相關(guān)聯(lián)的第一門(其可以是單個門或兩個獨立門)以及與第二門128和138相關(guān)聯(lián)的第二門(其可以是單個門或兩個獨立門)。單個裝載鎖定室還可具有一個或多個壓力調(diào)節(jié)器，其類似于對裝載鎖定室120和130所描述的那些。單個裝載鎖定室的第一門或第二門的操作可類似于裝載鎖定室120和裝載鎖定室130的第一門122和132以及裝載鎖定室120和裝載鎖定室130的第二門128和138的操作。單個裝載鎖定室還可具有可控環(huán)境，如大氣環(huán)境、惰性氣體環(huán)境、受控濕度環(huán)境、含低粒子環(huán)境、溫度環(huán)境等。

在具有多個裝載鎖定室和/或隔間的實施例中，某些室和/或隔間可被指定用于接收未加工的晶片和加工托盤，而其他室和/或隔間則可被指定用于接收加工過的晶片和加工托盤，從而使晶片僅沿指定的方向通過某些室和/或隔間。

在另一個實施例中，某些室和/或隔間可始終向真空轉(zhuǎn)移模塊108開放，從而充當緩沖區(qū)。在一個實施例中，一個或多個緩沖區(qū)可被保持在大致等于中央真空轉(zhuǎn)移模塊108的壓力的負壓下且可包括基架，在其上可定位有一個或多個晶片。在一個實施例中，基架可具有冷卻功能以對定位在其上的加工晶片產(chǎn)生受控的冷卻效果。一個或多個緩沖區(qū)104也可位于裝載鎖定室120和130、自動化前端界面140或手動前端界面中的一個或多個中。

在一個實施例中，裝載鎖定室120、130的每個室或隔間可配置有基架，在其上面可定位有對齊的晶片和加工托盤。在一些實施例中，基架可具有冷卻功能。

在一個實施例中，自動化前端界面140可操作地被聯(lián)接至第一裝載鎖定室120或第二裝載鎖定室130中的至少一個。自動化前端界面140可包括一個或多個加工托盤殼體142、一個或多個晶片盒144、對位器146和一個或多個界面機械臂148。

在一個實施例中，加工托盤殼體142A可被配置成在用于化學(xué)氣相沉積工藝前容納一個或多個加工托盤，同時加工托盤142B可被配置成在用于化學(xué)氣相沉積工藝后容納一個或多個加工托盤。加工托盤殼體142可被配置成根據(jù)需要從自動化前端界面140進行移除并用其他加工托盤殼體142進行替換，例如，用于補充對未使用加工托盤的供給或移除已使用的加工托盤。

在一個實施例中，晶片盒144A可被配置成在化學(xué)氣相沉積工藝加工前容納一個或多個晶片，同時晶片盒144B可被配置成在化學(xué)氣相沉積工藝加工后容納一個或多個晶片。替代地，在化學(xué)氣相沉積工藝后，加工晶片可被置于其原始的晶片盒中。晶片盒144可被配置成根據(jù)需要從自動化前端界面進行移除并用其他晶片盒144進行替換。

界面機械臂148可被配置成從晶片盒144抓住一個或多個晶片并將其置于晶片對位器152上。在一個實施例中，晶片包含在其外徑上的凹口或扁平部分且晶片對位器152使晶片旋轉(zhuǎn)直到凹口或扁平部分到達某個位置為止。界面機械臂148可被配置成從加工托盤殼體142抓住一個或多個加工托盤(有時被稱為晶片載體)并將其置于加工托盤對位器152上，從而可對加工托盤進行合適地定向。

界面機械臂148可被配置成從晶片對位器152抓住一個或多個晶片并將其置于對位器146上。界面機械臂148可被配置成從加工托盤對位器152抓住一個或多個加工托盤并將其置于對位器146上。對位器146可被配置成有助于在一個或多個加工托盤上進行一個或多個晶片的對位。

在一些實施例中，界面機械臂148被用于進行至少一部分的對位。界面機械臂148可被配置成抓住對齊的晶片和加工托盤以轉(zhuǎn)移通過自動化前端界面140的第一輸出154或第二輸出156并進入第一或第二裝載鎖定室120、130。在一個實施例中，多個界面機械臂148A/B(如在圖3中所示)可被配置成抓住所對齊的晶片和加工托盤以進行獨立和/或同時轉(zhuǎn)移，使其通過自動化前端界面140的第一和/或第二輸出154，156并進入第一和/或第二裝載鎖定室120、130中。例如，前端界面140可包括兩個界面機械臂148，其中一個界面機械臂148A被配置成在裝載鎖定室120、130內(nèi)裝載和卸載第一室或第一組室且第二界面機械臂148B被配置成在裝載鎖定室120、130內(nèi)裝載和卸載第二室或第二組室。

在一個實施例中，第一裝載鎖定室120可操作性地被聯(lián)接至第一輸出154，同時第二裝載鎖定室130可操作性地被聯(lián)接至第二輸出156。在第一和/或第二裝載鎖定室120、130被分成多個隔間的實施例中，每個隔間可具有與各個第一輸出154和第二輸出156進行連通的單獨的門。額外地，界面機械臂148可被配置成抓住晶片和加工托盤以通過各自的第一和第二輸出154、156從第一或第二裝載鎖定室120、130轉(zhuǎn)移至自動化前端界面140中。

參照圖5，其示出了根據(jù)本公開的一個實施例的一個實例反應(yīng)室102。反應(yīng)室102限定了加工環(huán)境空間，其中氣體分配裝置202可被布置在環(huán)境空間的一端上。氣體分配裝置202可被連接至源204A-C以供給要用于晶片加工工藝中的加工氣體，如載氣和反應(yīng)氣體，如金屬有機化合物和V族典型來源，所有的這些均可被并入源輸送組件106中(在圖1-3中所示)。氣體分配裝置202可進行布置以接收各種氣體和引導(dǎo)組合的加工氣體的流動。氣體分配裝置202也可被連接至冷卻劑系統(tǒng)206，其被配置成使液體通過氣體分配裝置202循環(huán)，從而在操作期間將氣體分配裝置202的溫度保持在所需的溫度?？商峁╊愃频睦鋮s劑布置(未示出)以冷卻反應(yīng)室102的壁。

反應(yīng)室102也可設(shè)有排氣系統(tǒng)208。排氣系統(tǒng)208可被配置成通過在通常位于氣體分配裝置202遠側(cè)區(qū)域中的加工環(huán)境空間內(nèi)的一個或多個端口(未示出)從加工環(huán)境空間移除廢氣。

主軸210可被布置在反應(yīng)室102內(nèi)，從而使主軸210能圍繞中心接入旋轉(zhuǎn)。主軸210可包括適于可釋放地接合加工托盤214的配件。加熱元件216可被安裝在反應(yīng)室102內(nèi)位于加工托盤214的下面。在一些實施例中，提供溫度監(jiān)控器218以監(jiān)控在反應(yīng)室102內(nèi)的環(huán)境空間的溫度。

參照圖6，其示出了根據(jù)本公開的一個實施例的另一個實例反應(yīng)室102。在該實施例中，轉(zhuǎn)盤222被定位在反應(yīng)室102的冷卻區(qū)中。轉(zhuǎn)盤222的底部可包括能進行旋轉(zhuǎn)的軸承或?qū)л喯到y(tǒng)?？梢允侵锌請A筒的旋轉(zhuǎn)介電支撐224可被聯(lián)接至轉(zhuǎn)盤222的頂部。加工托盤214可被定位在旋轉(zhuǎn)介電支撐224的頂部上。加工托盤214可被機械性地附接至旋轉(zhuǎn)介電支撐224或可被自由地定位在旋轉(zhuǎn)介電支撐224的頂面上并通過摩擦而保持在位。

可替代地被稱為晶片載體的加工托盤214可具有大致為關(guān)于中心接入對稱形成的圓盤形式的本體。本體可包括用于保持晶片220的一個或多個口袋。在一些實施例中，加工托盤214可包括被配置成保持單個晶片220的單個口袋。例如，在一個實施例中，加工托盤214可被配置成接收具有直徑在6和12英寸之間的單個晶片220。

單個襯底加工托盤214可提供許多加工優(yōu)勢。例如，單個襯底加工托盤214可提供在晶片上更大的溫度均勻性，其能夠提供更高的吞吐量和對關(guān)鍵組件的針對反應(yīng)過程的化學(xué)作用的更大的保護，其能夠提供改善的氣體效率，其能夠允許多晶片加工托盤具有更少的接觸點，其能夠用更短的時間段實現(xiàn)所需的旋轉(zhuǎn)速度且其比生產(chǎn)多晶片加工托盤更加便宜。

在操作中，一個或多個加工托盤殼體142和一個或多個晶片盒144被裝載至自動化前端界面140上。一個或多個加工托盤殼體142A/B和晶片盒144A/B可通過用戶進行裝載，隨后用戶則可映射其各個位置。在一些實施例中可具有末端執(zhí)行器的界面機械臂148可轉(zhuǎn)移一個或多個晶片220，例如從晶片盒144A至晶片對位器150。晶片對位器150可被配置成對齊并暫時容納晶片220。界面機械臂148可額外地轉(zhuǎn)移一個或多個加工托盤214，例如從加工托盤殼體142A至加工托盤對位器152。加工托盤對位器152可被配置成對齊并暫時容納加工托盤214。

界面機械臂148可將晶片220從晶片對位器154移除并將晶片220轉(zhuǎn)移至對位器146。在一個實施例中，對位器146具有非接觸型末端執(zhí)行器以及加工托盤定心環(huán)。在一個實施例中，界面機械臂148可將晶片220定位在對位器146中，從而使非接觸型末端執(zhí)行器將晶片220從界面機械臂148的末端執(zhí)行器移除并將晶片220固定到位。界面機械臂148可隨后將加工托盤214從加工托盤對位器152轉(zhuǎn)移至對位器146，在該對位器146上，定心環(huán)可將加工托盤214與晶片220對齊。界面機械臂148可隨后從對位器146轉(zhuǎn)移對齊的加工托盤214和晶片220以使其通過第一輸出154并進入第一裝載鎖定室120。在一些實施例中，重復(fù)該過程以將第二晶片220對齊到第二加工托盤214上，其隨后可經(jīng)界面機械臂148被轉(zhuǎn)移通過第二輸出156并進入第二裝載鎖定室130。

一旦晶片220和加工托盤214位于第一和第二裝載鎖定室120、130的各室124、134內(nèi)且界面機械臂150已撤出室124、134，第一門122、132則能關(guān)閉，從而在室124、134內(nèi)創(chuàng)建隔離的可控環(huán)境，例如，壓力環(huán)境。隨著第一門122、132和第二門128、138都關(guān)閉，壓力調(diào)節(jié)器可排空在室124、134內(nèi)的一部分氣體以創(chuàng)建大致等于在真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)的操作壓力的負壓。一旦已在室124、134內(nèi)建立所需壓力，則可打開第二門128、138。在一個實施例中，第一裝載鎖定室120和第二裝載鎖定室130是完全獨立于彼此而進行操作的。室124和134的環(huán)境也可通過其他調(diào)節(jié)器(未示出)進行控制以具有惰性環(huán)境(例如，氮氣或氬氣)、低的或以其他方式受控的濕度等。

在真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)的轉(zhuǎn)移模塊機械臂118可隨后從各自的第一和第二裝載鎖定室124、134抓住晶片220和加工托盤214并將其轉(zhuǎn)移至，例如，反應(yīng)室102A和102B中以進行加工。在一個實施例中，轉(zhuǎn)移模塊機械臂118是雙葉片的，從而獨立和同時轉(zhuǎn)移兩組晶片220和加工托盤214。門114A和114B可相應(yīng)地打開和關(guān)閉以使晶片220和加工托盤214從其通過并進入反應(yīng)室102A和102B中。

在反應(yīng)室102A和102B內(nèi)已發(fā)生所需加工后，門114A和114B可被打開且晶片220和加工托盤214可通過轉(zhuǎn)移模塊機械臂118從反應(yīng)室102A和102B移除且被轉(zhuǎn)移至第一或第二裝載鎖定室120、130。

一旦晶片220和加工托盤214位于第一和第二裝載鎖定室120、130的各室124、134內(nèi)且轉(zhuǎn)移模塊機械臂118已撤出室124、134，第二門128、138則能關(guān)閉，從而在室124、134內(nèi)創(chuàng)建隔離的受控環(huán)境，例如，壓力環(huán)境。隨著第一門122、132和第二門128、138的關(guān)閉，壓力調(diào)節(jié)器可使室124、134內(nèi)的壓力均衡以創(chuàng)建大致等于大氣壓的壓力。一旦已建立在室124、134內(nèi)的所需壓力，則可打開第一門122、132且可移除晶片220和加工托盤214。

晶片220可隨后通過界面機械臂148被轉(zhuǎn)移至最終的晶片盒144B或晶片220可被轉(zhuǎn)移至其最初位于的晶片盒144A。加工托盤214可通過界面機械臂148轉(zhuǎn)移至加工托盤殼體142B或142A。

用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的MOCVD的反應(yīng)室102A-F中的一個或多個可用其他類型的加工室進行替換。在外延晶片加工側(cè)上，反應(yīng)室102A-F中的一個或多個可以是用于外延生長紅色、橙色和黃色(ROY)發(fā)光二極管(例如，砷化鎵、磷砷化鎵、磷化鋁鎵銦和砷化鋁鎵基器件)的CVD反應(yīng)器、等離子體增強CVD反應(yīng)器(PECVD)、分子束外延(MBE)沉積室、原子層沉積(ALD)反應(yīng)器、低壓CVD反應(yīng)器(LPCVD)、物理氣相沉積(PVD)反應(yīng)器、等離子體增強物理氣相沉積(PEPVD)室、熱退火器、摻雜室、等離子體增強ALD反應(yīng)器(PEALD)、等離子體增強ALE反應(yīng)器(PEALE)、高密度等離子體增強化學(xué)氣相沉積(HDPECVD)、原子層外延(ALE)室或蝕刻室。使用不同類型的反應(yīng)室可增加化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的效率和產(chǎn)率。

一個或多個反應(yīng)室對102A/102B、102C/102D和/或102E/102F、裝載鎖定室120和130、真空轉(zhuǎn)移室108和/或自動化前端界面/手動前端界面140中的每一個可設(shè)有被安裝在這種室的內(nèi)部或外部的計量工具；例如，在反應(yīng)室102A-F中的一個或多個的視口上。計量工具的實例包括現(xiàn)場測溫儀/反射計、多點測溫儀、撓度計和/或反射計、現(xiàn)場測溫儀/撓度計/反射計、橢圓偏光儀、光致發(fā)光光譜儀、電致發(fā)光光譜儀、表面聲波發(fā)生器、攝像頭、用于測量薄膜厚度的傳感器、電阻率/摻雜傳感器、晶片級的電氣特征以及表面缺陷，如粒子、裂縫、滑移、外延生長缺陷等。在LED外延過程期間這種計量工具可被用于，例如，測試LED波長。

除了上面提及的外延晶片加工室，反應(yīng)室102A-F中的一個或多個可由晶片清洗加工室或晶片預(yù)清洗或晶片清洗室替換。晶片預(yù)清洗或晶片清洗室可被用于在反應(yīng)室102A-F中進行外延沉積工藝前從晶片220表面移除天然氧化物(例如，氧化硅)、離子、金屬、有機物(例如，碳)、油脂和其它雜質(zhì)(例如，硅、藍寶石、碳化硅等)。預(yù)清洗室可替換化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的反應(yīng)室102A-F中的一個或可與自動化前端界面/設(shè)備前端模塊/手動前端界面140進行連通。

在清洗期間，晶片可從晶片盒144進行移動并被送至預(yù)清洗室102。清洗氣體，如氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、三氟化氮(NF3)或優(yōu)選地氟化氫(HF)用惰性載氣，如氫氣(H2)、氮氣(N2)、氦氣或氬氣進行稀釋以形成工藝清洗氣體。工藝清洗氣體被導(dǎo)入預(yù)清洗室以接觸要被清洗的晶片220的表面。蝕刻劑化學(xué)組成物與天然氧化物和其他雜質(zhì)在晶片220的表面上起反應(yīng)，形成揮發(fā)性副產(chǎn)物，如四氟化硅(SiF4)和水蒸汽。副產(chǎn)物可與任何剩余的工藝清洗氣體一起從預(yù)清洗室102A-F排出。清洗工藝可通過將工藝清洗氣體加熱至從約20至500℃的范圍中的溫度來實施。加熱器也可被置于預(yù)清洗室中以調(diào)整清洗工藝的溫度。在清洗后，清洗后的晶片220可被移動至干凈晶片盒114以等候其要進行外延生長工藝的序列或被移至化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的反應(yīng)室102以進行外延生長工藝。

本系統(tǒng)的另一組件可以是加工托盤清洗室。在外延生長工藝期間，外延反應(yīng)材料(例如，AlGaN、GaN、Mg等)和其他材料可被沉積在加工托盤214(也被稱之為晶片載體)上。當把新的晶片220裝載至加工托盤214上以進行新一輪的外延生長工藝時未移除這些材料，則有更大的可能性減少化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的產(chǎn)率和性能。在一些情況下，使晶片載體清洗加工室被附至工藝系統(tǒng)將加速整個外延過程，這是因為清洗的加工托盤214將無需被手動或機械地帶至加工托盤清洗系統(tǒng)所位于的受控環(huán)境(工廠)中。例如，代替加工托盤殼體142A或除其以外，晶片載體清洗室可被附至自動化前端界面/設(shè)備前端模塊/手動前端界面140。

在外延加工后，加工的晶片220通常位于加工托盤214上，且加工后的晶片220可手動移除或通過界面機械臂148移除并被裝載至晶片盒114中。該晶片盒114可在工廠內(nèi)移動以被進一步加工成最終的半導(dǎo)體裝置。一旦從加工托盤214移除外延加工晶片220，則可將加工托盤214移動至晶片載體清洗加工室142。一個或多個加工托盤214可被置于晶片載體清洗加工室142中。一旦室142A裝載有一個或多個加工托盤214，則向室142A施加真空，將室內(nèi)部加熱至從約400至1800℃的范圍中的溫度，并將干燥氣體，例如氯化氫、氯氣、氫氣、氮氣及其混合物導(dǎo)入室中以蝕刻來自加工托盤214的外延反應(yīng)材料。一旦從加工托盤214移除外延材料，清洗過的加工托盤214則可隨后被置于晶片載體殼體142B中以在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100中連續(xù)使用或被返回至自動化前端界面140并被安裝在晶片對位器152上，從而可將新的晶片220置于其上以在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100中進行外延生長。

在一個實施例中，晶片載體清洗加工室可替換化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的反應(yīng)室102A-F中的一個，而不是將其附至自動化前端界面/設(shè)備前端模塊/手動前端界面140。其他類型的清洗加工托盤的方法是眾所周知的，包括在升高的溫度下使用酸洗液(例如，硫酸、檸檬酸、氫氟酸、鹽酸)或其它類型的清洗流體(例如，過氧化氫、氨/水)以及上述物質(zhì)的混合物。

在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的其他實施例中，可將額外的側(cè)/面添加至室108中，從而至外延晶片加工室和/或晶片清洗加工室和/或晶片載體清洗加工室。

在一些情況下，自動化前端界面140可被手動前端界面取代。在這種情況下，晶片220可被手動裝載或卸載至加工托盤214上。手動前端界面可以是具有：具備用于移除粒子的合適的過濾器的向下流動單元的機柜。機柜可與裝載鎖定室120和130進行連通并使用升降系統(tǒng)通過裝載鎖定室120、130中的每一個的門122、132放置裝載有晶片220的加工托盤214并將其定位在裝載鎖定室120、130中的每一個內(nèi)的基架上。在真空轉(zhuǎn)移模塊108內(nèi)的轉(zhuǎn)移模塊機械臂118可隨后接載裝載有晶片220的加工托盤214并將其裝載至反應(yīng)室102A-F中?？筛鶕?jù)裝載鎖定室120/130是正裝載有要加工的晶片220還是移除了已被加工過的晶片220而打開或關(guān)閉裝載鎖定室120、130的門122、128、132、138?？稍谑謩忧岸私缑嬷性O(shè)有晶片220和加工托盤214存儲器且手動或機器人推車可被用于將晶片220和/或加工托盤214移至化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100內(nèi)的各個工具。

相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到實施例可包括比在上述任何個別的實施例中所示特性更少的特征。本文所公開的實施例不意味著是其中可組合各種特征的方式的詳盡介紹。因此，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，實施例并不是相互排斥的特征組合；相反地，實施例可包括從不同的個別實施例所選的不同的個別特征的組合。此外，即使當未在這種實施例中進行描述時，關(guān)于一個實施例所描述的元件也可在其他實施例中實施，除非另有說明外。雖然從屬權(quán)利要求可能在權(quán)利要求中參照了與一個或多個其他權(quán)利要求的特定組合，但其他實施例也可包括從屬權(quán)利要求與每一個其他從屬權(quán)利要求的主題的組合或一個或多個特征與其他從屬或獨立權(quán)利要求的組合。在本文中提出了這樣的組合，除非指出本公開不意指特定的組合外。此外，本公開還旨在包括在任何其他獨立權(quán)利要求中的權(quán)利要求的特征，即使該權(quán)利要求并不直接從屬于該獨立權(quán)利要求。

通過上述文獻引用所進行的任何并入是受到限制的，從而使與本文所公開內(nèi)容的明確表示相反的主題不會并入本文。通過上述文獻引用所進行的任何并入是進一步受到限制的，從而不會通過引用將包括在文獻中的權(quán)利要求并入本文。通過上述文獻引用所進行的任何并入仍是進一步受到限制的，從而不會通過引用將文獻中提供的任何定義并入本文，除非在本文中明確包括的以外。

應(yīng)理解的是可按任何順序和/或同時進行在根據(jù)本教義的方法中所使用的各個步驟，只要教義保持是可操作的即可。此外，應(yīng)理解的是根據(jù)本教義的器械和方法可包括任何數(shù)量或全部所述的實施例，只要教義保持是可操作的即可。