專利名稱：具有多個外延反應(yīng)腔的mocvd系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體光電器件的MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相沉淀)系統(tǒng)及其操作方法，特別涉及一種具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)及其操作方法。
背景技術(shù)：
金屬有機化學(xué)氣相沉淀系統(tǒng)(以下簡稱MOCVD系統(tǒng))是用于生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件的一個最核心設(shè)備，襯底基片在MOCVD的腔室內(nèi)通過外延工藝結(jié)構(gòu)生長，形成專門的光電器件結(jié)構(gòu)，目前MOCVD被大量應(yīng)用于LED外延片、大功率激光器和高效率太陽電池等的生產(chǎn)。以前由于市場和技術(shù)原因，對于外延片的產(chǎn)量要求不高，MOCVD設(shè)備都是為小規(guī)模生產(chǎn)設(shè)計的。如圖1所示，是目前市場上最多見的人工操作更換托盤或基片的MOCVD系統(tǒng)， 其通過一獨立的真空反應(yīng)腔100對襯底基片610進行外延處理。每一次外延完成后需要打開腔蓋，由操作人員在反應(yīng)腔100里面的托盤600上取換襯底基片610，并清理腔體上的沉積物，以確保反應(yīng)腔100能繼續(xù)正常工作，這些準備工作占去了許多設(shè)備運行的時間，使 MOCVD系統(tǒng)的生產(chǎn)效率低下。還有一種噴淋及高速旋轉(zhuǎn)式MOCVD系統(tǒng)，每爐由機械手取換托盤，而在托上放置外延完成或待處理的襯底基片。如圖2所示，該種MOCVD系統(tǒng)包含傳輸腔200，和分別與傳輸腔200連接的反應(yīng)腔100、中轉(zhuǎn)站300和裝卸臺400 ；傳輸腔200中還設(shè)置有機械手210， 用來將托盤600在上述各個腔室進行取放。反應(yīng)腔100在設(shè)定工藝條件下對襯底基片610 進行外延處理時，通過一真空隔離閥500與傳輸腔200分隔。中轉(zhuǎn)站300用于暫存要從反應(yīng)腔100放入裝卸臺400的處理后的托盤，以及要從裝卸臺400放入反應(yīng)腔100的待處理的托盤600 ；該中轉(zhuǎn)站300與傳輸腔200 —般在真空環(huán)境下工作，但在打開傳輸腔200與裝卸臺400之間的真空隔離閥500時就工作在大氣壓力下。相比人工操作，該種MOCVD系統(tǒng)的機械化操作可以在較高的溫度下進行，由此減少了設(shè)備冷卻時間；機械化操作還提高了換片的速度，提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。然而，上述現(xiàn)有的兩款生產(chǎn)用MOCVD系統(tǒng)都僅設(shè)置有單個的外延反應(yīng)腔，產(chǎn)量低， 不能夠適應(yīng)大規(guī)模外延襯底基片的生產(chǎn)需要；機械自動化操作的MOCVD系統(tǒng)由于設(shè)置了傳輸腔、中轉(zhuǎn)站和裝卸臺等設(shè)備，更是增加了單位制造的成本和運行成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)及其操作方法，使多個外延反應(yīng)腔共用同一組傳輸腔、中轉(zhuǎn)站和裝卸臺等設(shè)備，既可成倍地增加每臺MOCVD系統(tǒng)的產(chǎn)量，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，同時又能有效降低系統(tǒng)的單位制造成本與運行成本， 節(jié)省系統(tǒng)的占地面積。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD 系統(tǒng)，用于對放置在托盤上的若干襯底基片進行外延反應(yīng)，其特征在于，包含一設(shè)置有機械手的傳輸腔、分別與傳輸腔連接的等于或大于兩個的外延反應(yīng)腔；上述托盤分別放置在上述多個外延反應(yīng)腔內(nèi)，使若干襯底基片在該多個外延反應(yīng)腔同時進行外延反應(yīng)。上述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，還包含分別與上述傳輸腔連接的至少一個中轉(zhuǎn)站，以及與上述中轉(zhuǎn)站連接的裝卸臺。上述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，還包含若干真空隔離閥；上述真空隔離閥設(shè)置在上述傳輸腔與每個外延反應(yīng)腔之間；上述真空隔離閥設(shè)置在中轉(zhuǎn)站與裝卸臺之間；上述在傳輸腔與中轉(zhuǎn)站之間可選擇設(shè)置真空隔離閥；上述若干真空隔離閥僅在其兩邊的腔室中壓力平衡或處于設(shè)定范圍時打開。上述機械手由徑向伸縮、軸向轉(zhuǎn)動、上下移動的三維運動配合，將上述托盤在上述外延反應(yīng)腔與中轉(zhuǎn)站之間取放，在外延反應(yīng)腔之間取放，在中轉(zhuǎn)站之間取放。與上述傳輸腔連接有至少一組中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，作為托盤的輸入口和輸出口。與上述傳輸腔連接有兩組中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，在其中一組放置裝有等待外延處理的新襯底基片的托盤，而在另一組中放置從多個外延反應(yīng)腔取出的裝有完成了外延反應(yīng)襯底基片的托盤。上述中轉(zhuǎn)站中設(shè)有若干槽位，使每個外延反應(yīng)腔對應(yīng)分配有輸入槽位和輸出槽位；上述輸出槽位中放置從上述外延反應(yīng)腔取出的裝有完成了外延反應(yīng)襯底基片的托盤；上述輸入槽位中放置從上述裝卸臺放入裝有等待外延處理的襯底基片的托盤。上述中轉(zhuǎn)站的一些槽位中可設(shè)置有加熱裝置或冷卻裝置；上述中轉(zhuǎn)站的一些槽位，可在豎直方向或水平方向移動。一種具有多個外延反應(yīng)腔和一個中轉(zhuǎn)站的MOCVD系統(tǒng)的操作方法，其特征在于， 在所述中轉(zhuǎn)站的可水平移動的輸出槽位Al中更換托盤的流程，包含以下步驟(b)打開真空隔離閥；(c)托盤被搬到裝卸臺；(d)換新的托盤或換托盤上的襯底基片；(e)新的托盤送回到中轉(zhuǎn)站的輸出槽位Al ；(f)關(guān)上真空隔離閥；(g)由機械手把新的托盤從輸出槽位Al搬到輸入槽位A2。
在所述中轉(zhuǎn)站的不可水平移動的輸出槽位，如Bi，中更換托盤的流程，在所述可水平移動的輸出槽位Al上沒有托盤時進行，包含以下步驟(a)由機械手把托盤從輸出槽位Bl搬至輸出槽位Al ；(b)打開真空隔離閥；(c)托盤被搬到裝卸臺；(d)換新的托盤或換托盤上的襯底基片；(e)新的托盤送回到中轉(zhuǎn)站的輸出槽位Al ；(f)關(guān)上真空隔離閥；(h)由機械手把新的托盤從輸出槽位Al搬到輸入槽位B2。
上述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的操作方法，還包含在外延反應(yīng)腔更換托盤的步驟在保持壓力平衡條件下打開真空隔離閥，機械手從外延反應(yīng)腔里取出托盤并放入中轉(zhuǎn)站的輸出槽位，然后把輸入槽位上的新的托盤放入外延反應(yīng)腔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點本發(fā)明可同時在多個外延反應(yīng)腔內(nèi)對襯底基片進行外延反應(yīng)，成倍地增加每臺 MOCVD系統(tǒng)的產(chǎn)量，不用打開外延反應(yīng)腔，使其保持在真空狀態(tài)和較高的工作溫度下，而能實現(xiàn)外延反應(yīng)腔內(nèi)托盤取放的操作，不僅節(jié)約了外延反應(yīng)腔冷卻的時間和換盤操作的時間，還使腔壁上的沉積物不容易脫落，延長了進行腔體清洗維護的周期，提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。本發(fā)明還改變現(xiàn)有裝卸臺與傳輸腔連接的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使傳輸腔能有更多位置連接更多的外延反應(yīng)腔，以共用同一套傳輸腔、機械手、中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，節(jié)省了另外一套或幾套相應(yīng)的設(shè)備，降低了其設(shè)置成本和運行費用，節(jié)約了這部分設(shè)備的安裝場地。本發(fā)明設(shè)計了用于多外延反應(yīng)腔的中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，設(shè)計了多個托盤更換的順序，在可豎直及水平方向移動的槽位與機械手的配合下，實現(xiàn)了快速取換托盤的操作。本發(fā)明將新的托盤和取出的托盤分別放在中轉(zhuǎn)站中與外延反應(yīng)腔對應(yīng)的輸入槽位和輸出槽位上，并可分別通過槽位的加熱或冷卻功能來縮短后續(xù)操作的準備時間，進一步提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。本發(fā)明還可以通過設(shè)置兩組中轉(zhuǎn)站及裝卸臺，分別作為托盤的輸入口和輸出口， 或是把真空隔離閥52去掉，實現(xiàn)了操作步驟的進一步簡化。


圖1是現(xiàn)有人工操作的具有單個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有機械自動化操作的具有單個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明在實施例1中具有兩個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明在實施例1中具有三個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明在實施例2中具有兩個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明在實施例3中具有三個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明中具有兩個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的多種具體的系統(tǒng)配置。實施例1請配合參見圖3、圖4所示，本實施例涉及的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，包含一設(shè)置有機械手21的傳輸腔20，以及與傳輸腔20連接的等于或大于兩個的外延反應(yīng)腔 10，還包含一與傳輸腔20連接的中轉(zhuǎn)站30，及與中轉(zhuǎn)站30連接的裝卸臺40。傳輸腔20與每個外延反應(yīng)腔10之間設(shè)有一真空隔離閥51 ；傳輸腔20與中轉(zhuǎn)站30之間設(shè)有一真空隔離閥52，中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40之間設(shè)有一真空隔離閥53。如圖3所示是具有兩個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)；圖4所示是具有三個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)。一個傳輸腔20可連接的最大外延反應(yīng)腔10數(shù)量由傳輸腔20的設(shè)計所決定的。其中，外延反應(yīng)腔10是MOCVD系統(tǒng)中用于在襯底基片61上外延生長結(jié)構(gòu)薄膜的核心部分。外延反應(yīng)腔10中放置有一個托盤60，使多個外延片基底61放在該托盤60上進行外延生長，同時處理的襯底基片61數(shù)量由外延反應(yīng)腔10的設(shè)計決定。外延反應(yīng)腔10 一般工作在真空和高溫的狀態(tài)，本發(fā)明在裝/卸托盤60時，使外延反應(yīng)腔10保持在真空狀態(tài)下，能防止外界污染進入，而真空高溫的狀態(tài)還能防止外延反應(yīng)腔10內(nèi)壁上的沉積物脫落，因而能保持外延反應(yīng)腔10內(nèi)的干凈，有效延長清理外延反應(yīng)腔10的周期。傳輸腔20的中心位置設(shè)置有機械手21，其具有轉(zhuǎn)動、徑向平移、上下移動3個運動功能。該機械手21通過這些運動的組合，不用打開外延反應(yīng)腔10，就能把托盤60從外延反應(yīng)腔10取出、放入中轉(zhuǎn)站30，或是從中轉(zhuǎn)站30取出、放入外延反應(yīng)腔10。在傳輸腔20與外延反應(yīng)腔10壓力平衡或是達到一定的預(yù)設(shè)范圍時，一般是真空狀態(tài)下，可以打開兩個腔體之間的真空隔離閥51，由機械手21取送托盤60。中轉(zhuǎn)站30在通過傳輸腔20與外延反應(yīng)腔10交換托盤時，工作在與傳輸腔20和外延反應(yīng)腔10的壓力平衡或是一定范圍內(nèi)，最常見的是在真空狀態(tài)下，這時才能將中轉(zhuǎn)站 30與傳輸腔20之間的真空隔離閥52打開；僅在大氣壓力狀態(tài)下，才能將中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40之間的真空隔離閥53打開。在另一種設(shè)備配置中，中轉(zhuǎn)站30與傳輸腔20之間不設(shè)置真空隔離閥52(即去除圖3、圖4中虛線部分)。這樣的配置使得傳輸腔20和中轉(zhuǎn)站30始終工作在相同的壓力狀態(tài)。在傳輸腔20和中轉(zhuǎn)站30處于真空狀態(tài)時，才能打開真空隔離閥51，進行托盤60在外延反應(yīng)腔10的取換；在打開真空隔離閥53時，傳輸腔20會隨著中轉(zhuǎn)站30 —起進入大氣壓力狀態(tài)。該種不設(shè)置真空隔離閥52的設(shè)備配置，需要同時為傳輸腔20和中轉(zhuǎn)站30兩個腔體抽真空，雖然時間延長了，但是能在結(jié)構(gòu)和操作步驟上實現(xiàn)進一步的簡化。中轉(zhuǎn)站30中設(shè)置有若干放置托盤60的槽位31，該槽位31的數(shù)量由外延反應(yīng)腔10 的數(shù)量決定，為每個外延反應(yīng)腔10分配有兩個槽位31，分別用于放置從外延反應(yīng)腔10取出的外延反應(yīng)完成的托盤60和從裝卸臺40放入等待處理的托盤60。其中放置新托盤60的槽位31可具有加熱裝置，能使托盤60溫度達到如100攝氏度以上，縮短托盤60的預(yù)熱時間；放置外延完成的托盤60的槽位31可具有冷卻裝置，在一定時間內(nèi)能把托盤60冷卻到后續(xù)操作例如100攝氏度以下的工作溫度。上述僅提供了加熱裝置和冷卻裝置的一種配置方法，其可按照不同的生產(chǎn)要求進行配置。上述中轉(zhuǎn)站30中的若干槽位31，具有在豎直方向上下移動的功能，在打開真空隔離閥51、52后，配合傳輸腔20中的機械手21，在不同的槽位31與外延反應(yīng)腔10之間進行托盤60取放的操作；在至少一個槽位31上設(shè)置水平方向移動的功能，在打開真空隔離閥 53時，可以使該槽位31平移到裝卸臺40，把托盤60搬到裝卸臺40上，進行后續(xù)操作。操作人員可以在裝卸臺40進行換托盤60或者換托盤60上襯底基片61的操作。 如圖7所示，該裝卸臺40可以放在一個充滿氮氣的手套箱70里面，保持干凈的作業(yè)環(huán)境。 裝卸臺40也可以放在一個裝有高效空氣過濾器的無塵層流罩70內(nèi)，以使作業(yè)環(huán)境滿足粉塵控制的要求實施例2
如圖5所示，本實施例涉及的MOCVD系統(tǒng)，以配置兩個外延反應(yīng)腔10為例，其與上述實施例中結(jié)構(gòu)相類似，包含一設(shè)置有機械手21的傳輸腔20，以及與傳輸腔20連接的兩個外延反應(yīng)腔10。其不同點在于，還包含與傳輸腔20連接的兩個中轉(zhuǎn)站30，每個中轉(zhuǎn)站30 還與一個裝卸臺40連接。與上述實施例類似，傳輸腔20與每個外延反應(yīng)腔10之間設(shè)有真空隔離閥51 ；中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40之間設(shè)有真空隔離閥53。傳輸腔20與中轉(zhuǎn)站30之間的真空隔離閥 52(圖5中虛線表示)可根據(jù)要求選擇設(shè)置或去除。上述真空隔離閥51、52、53均在其兩邊腔體的壓力平衡或是達到一定范圍內(nèi)時才能打開。與上述不同，本實施例設(shè)置有兩組中轉(zhuǎn)站30和裝卸臺40，因此可使其中一組專門放置等待外延處理的新托盤60，而在另一組中放置從兩個外延反應(yīng)腔10取出的外延反應(yīng)完成的托盤60 ；或是使每組中轉(zhuǎn)站30和裝卸臺40對應(yīng)一個外延反應(yīng)腔10，僅為該外延反應(yīng)腔10進行托盤的更替取放工作。與上述實施例類似，每個中轉(zhuǎn)站30中設(shè)置有若干可在豎直或水平方向移動的槽位31，方便托盤60的搬運；該若干槽位31還可根據(jù)不同的生產(chǎn)需要，任意配置加熱裝置或冷卻裝置，對托盤60進行預(yù)熱或冷卻，以節(jié)省后續(xù)處理的時間。裝卸臺40可放在一個充滿氮氣的手套箱70，或裝有高效空氣過濾器的無塵層流罩70內(nèi)，以使作業(yè)環(huán)境滿足粉塵控制要求。上述兩個中轉(zhuǎn)站30可通過機械手21的傳遞， 共用同一個裝卸臺40進行托盤60的更換(即去除圖5中虛線所示的裝卸臺40)，以進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實施例3如圖6所示，本實施例涉及具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，與上述實施例中結(jié)構(gòu)相類似，包含一設(shè)置有機械手21的傳輸腔20，以及與傳輸腔20連接的若干中轉(zhuǎn)站30及多個外延反應(yīng)腔10。其不同點在于，本實施例中傳輸腔20是多邊形的，使其能與更多的外延反應(yīng)腔10 或中轉(zhuǎn)站30連接。以圖6中為例，傳輸腔20是六邊形的，其分別與兩個中轉(zhuǎn)站30，及三個外延反應(yīng)腔10連接；每個中轉(zhuǎn)站30還與一個裝卸臺40連接。與上述實施例類似，傳輸腔20與每個外延反應(yīng)腔10之間設(shè)有真空隔離閥51 ；中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40之間設(shè)有真空隔離閥53。傳輸腔20與中轉(zhuǎn)站30之間的真空隔離閥 52(圖6中虛線表示)可根據(jù)要求選擇設(shè)置或去除。上述真空隔離閥51、52、53均在其兩邊腔體的壓力平衡或是達到一定范圍內(nèi)時才能打開。與上述實施例2類似，本實施例中設(shè)置的兩組中轉(zhuǎn)站30和裝卸臺40分別作為托盤60的輸入口和輸出口，在其中一組專門放置等待外延處理的新托盤60，而在另一組中放置從三個外延反應(yīng)腔10取出的外延反應(yīng)完成的托盤60。與上述實施例類似，每個中轉(zhuǎn)站30中設(shè)置有若干可在豎直或水平方向移動的槽位31，方便托盤60的搬運；該若干槽位31還可根據(jù)不同的生產(chǎn)需要，任意配置加熱裝置或冷卻裝置，對托盤60進行預(yù)熱或冷卻，以節(jié)省后續(xù)處理的時間。裝卸臺40可放在一個充滿氮氣的手套箱70，或裝有高效空氣過濾器的無塵層流罩70內(nèi)，以使作業(yè)環(huán)境滿足粉塵控制要求。上述兩個中轉(zhuǎn)站30可通過機械手21的傳遞， 共用同一個裝卸臺40進行托盤60的更換(即去除圖5中虛線所示的裝卸臺40)，以進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合圖7所示一種具有雙外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)為例，配合參見實施例1 所述說明本發(fā)明的工作流程。該系統(tǒng)中，與傳輸腔20連接的兩個外延反應(yīng)腔10，共用同一組中轉(zhuǎn)站30及裝卸臺 40。需要說明的是，圖7僅作為本發(fā)明的一種實施例，本發(fā)明涉及的中轉(zhuǎn)站30及豎直、水平移動的槽位31等，并不限于以下所述的結(jié)構(gòu)。對應(yīng)系統(tǒng)中設(shè)置的兩個外延反應(yīng)腔IOA和10B，中轉(zhuǎn)站30設(shè)有4個槽位31，分別為輸出槽位Al，Bl和輸入槽位A2，B2，其中輸入槽位A2和B2用于放置新的待處理的托盤 60，可以設(shè)有加熱裝置；輸出槽位Al和Bl放置完成了外延反應(yīng)的托盤60，可以設(shè)有冷卻裝置。在本例中，中轉(zhuǎn)站30與傳輸腔20之間的真空隔離閥52設(shè)置在中轉(zhuǎn)站30腔室一側(cè)壁的上部，而中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40之間的真空隔離閥53設(shè)置在腔室對應(yīng)側(cè)壁的下部。 中轉(zhuǎn)站30的槽位31通過豎直移動，在中轉(zhuǎn)站30與傳輸腔20的連接口處，配合機械手21 進行托盤60取放的操作(如圖7中輸入槽位B2所示)；類似的，在本例中只有豎直移動到中轉(zhuǎn)站30與裝卸臺40的連接口處，槽位31才能水平移動到裝卸臺40(如圖7中輸出槽位 Al所示)，由操作人員取放托盤60或托盤60上的襯底基片61。以下取換托盤60的操作流程中，省略槽位31在豎直或水平方向移動的描述。外延反應(yīng)腔換托盤的步驟(I)A外延反應(yīng)腔換托盤在保持壓力平衡條件下打開真空隔離閥51和52，機械手 21從A外延反應(yīng)腔10里取出托盤60并放入中轉(zhuǎn)站30的輸出槽位Al，然后把輸入槽位A2 上的新的托盤60放入A外延反應(yīng)腔10。外延反應(yīng)腔換托盤在保持壓力平衡條件下打開真空隔離閥51和52，機械手 21從B外延反應(yīng)腔10里取出的托盤60并放入中轉(zhuǎn)站的輸出槽位Bi，然后把輸入槽位B2 上的新的托盤60放入B外延反應(yīng)腔10。準備新的托盤的步驟(1)如果只在輸出槽位Al上有完成了外延生長的襯底基片61的托盤，操作步驟為(b)打開真空隔離閥(53)；(c)托盤(60)被搬到裝卸臺(40)；(d)換新的托盤(60)或換托盤(60)上的襯底基片61 ；(e)新的托盤(60)送回到中轉(zhuǎn)站(30)的輸出槽位Al ；(f)關(guān)上真空隔離閥(53)；
(g)由機械手把新的托盤(60)從輸出槽位Al搬到輸入槽位A2。這樣就完成了為A外延反應(yīng)腔準備下一輪的外延反應(yīng)，更換托盤的操作。(2)如果只在輸出槽位Bl上有完成了外延生長的襯底基片61的托盤，操作步驟為(a)由機械手把托盤(60)從輸出槽位Bl搬至輸出槽位Al ；(b)打開真空隔離閥(53)；(c)托盤(60)被搬到裝卸臺(40)；(d)換新的托盤(60)或換托盤(60)上的襯底基片61 ；(e)新的托盤(60)送回到中轉(zhuǎn)站(30)的輸出槽位Al ；
(f)關(guān)上真空隔離閥(53)；(h)由機械手把新的托盤(60)從輸出槽位Al搬到輸入槽位B2。這樣就完成了為B外延反應(yīng)腔準備下一輪的外延反應(yīng)，更換托盤的操作。(3)如果在輸出槽位Al和輸出槽位Bl都有完成了外延生長的襯底基片61的托盤，必須先完成輸出槽位Al上托盤60的更新，S卩(1)的所有步驟，把輸出槽位Al空出后再完成輸出槽位Bl上托盤的更新，S卩( 的所有步驟。以上步驟都可以由自動控制軟件和硬件來實現(xiàn)。對于實施例1中所述傳輸腔20與中轉(zhuǎn)站30間不設(shè)置真空隔離閥52的系統(tǒng)配置 (即去除圖7中虛線部分)，上述“外延反應(yīng)腔換托盤”和“準備新托盤”的步驟可同樣適用。上述“外延反應(yīng)腔換托盤”和“準備新的托盤”的步驟，可同樣適用如實施例2、3中所述，與多個外延反應(yīng)腔10連接的傳輸腔20，還分別連接作為托盤60的輸入口和輸出口的兩組中轉(zhuǎn)站30及裝卸臺40的系統(tǒng)配置。對該種系統(tǒng)更替托盤60的操作中，僅需在輸入口端將裝卸臺40中所有的新托盤60依次運送至中轉(zhuǎn)站30中；而在輸出口端將外延反應(yīng)完成的托盤60依次從中轉(zhuǎn)站30運送至裝卸臺40，使機械手21的操作及每一個中轉(zhuǎn)站30控制的復(fù)雜程度進一步簡化。綜上所述，本發(fā)明所述具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，可同時在多個外延反應(yīng)腔內(nèi)對襯底基片進行外延反應(yīng)，成倍地增加每臺MOCVD系統(tǒng)的產(chǎn)量，不用打開外延反應(yīng)腔，使其保持在真空狀態(tài)和較高的工作溫度下，而能實現(xiàn)外延反應(yīng)腔內(nèi)托盤取放的操作，不僅節(jié)約了外延反應(yīng)腔冷卻的時間和換盤操作的時間，還使腔壁上的沉積物不容易脫落，延長了進行腔體清洗維護的周期，提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。本發(fā)明還改變現(xiàn)有裝卸臺與傳輸腔連接的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使傳輸腔能有更多位置連接更多的外延反應(yīng)腔，以共用同一套傳輸腔、機械手、中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，節(jié)省了另外一套或幾套相應(yīng)的設(shè)備，降低了其設(shè)置成本和運行費用，節(jié)約了這部分設(shè)備的安裝場地。本發(fā)明設(shè)計了用于多外延反應(yīng)腔的中轉(zhuǎn)站和裝卸臺，設(shè)計了多個托盤更換的順序，在可豎直及水平方向移動的槽位與機械手的配合下，實現(xiàn)了快速取換托盤的操作。本發(fā)明將新的托盤和取出的托盤分別放在中轉(zhuǎn)站中與外延反應(yīng)腔對應(yīng)的輸入槽位和輸出槽位上，并可分別通過槽位的加熱或冷卻功能來縮短后續(xù)操作的準備時間，進一步提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。本發(fā)明還可以通過設(shè)置兩組中轉(zhuǎn)站及裝卸臺，分別作為托盤的輸入口和輸出口， 或是把真空隔離閥52去掉，實現(xiàn)了操作步驟的進一步簡化。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，用于對放置在托盤(60)上的若干襯底基片(61)進行外延反應(yīng)，其特征在于，包含一設(shè)置有機械手的傳輸腔(20)、分別與傳輸腔00)連接的等于或大于兩個的外延反應(yīng)腔(10)；所述托盤(60)分別放置在所述多個外延反應(yīng)腔(10)內(nèi)，使若干襯底基片(61)在該多個外延反應(yīng)腔(10)同時進行外延反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，還包含分別與所述傳輸腔00)連接的至少一個中轉(zhuǎn)站(30)，以及與所述中轉(zhuǎn)站(30)連接的裝卸臺 00)。
3.如權(quán)利要求2所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，還包含若干真空隔離閥(51、52、53)；所述真空隔離閥(51)設(shè)置在所述傳輸腔00)與每個外延反應(yīng)腔(10)之間；所述真空隔離閥(53)設(shè)置在中轉(zhuǎn)站(30)與裝卸臺00)之間；在傳輸腔O0)與中轉(zhuǎn)站(30)之間可設(shè)置所述真空隔離閥(52)；所述若干真空隔離閥(51、52、53)僅在其兩邊的腔室中壓力平衡或處于設(shè)定范圍時打開。
4.如權(quán)利要求2所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，所述機械手 (21)由徑向伸縮、軸向轉(zhuǎn)動、上下移動的三維運動配合，將所述托盤(60)在所述外延反應(yīng) 腔(10)與中轉(zhuǎn)站(30)之間取放、或者在外延反應(yīng)腔(10)之間取放，或者在中轉(zhuǎn)站(30)之間取放。
5.如權(quán)利要求2所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，與所述傳輸腔O0)連接有至少一組中轉(zhuǎn)站(30)和裝卸臺(40)，作為托盤(60)的輸入口和輸出口，或者兩組中轉(zhuǎn)站(30)和裝卸臺(40)，其中一組放置裝有等待外延處理的新襯底基片(61)的托盤(60)，而在另一組中放置從多個外延反應(yīng)腔(10)取出的裝有完成了外延反應(yīng)襯底基片(61)的托盤(60)。
6.如權(quán)利要求2或5所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，所述中轉(zhuǎn)站(30)中設(shè)有若干槽位(31)，使每個外延反應(yīng)腔(10)對應(yīng)分配有輸入槽位和輸出槽位；所述輸出槽位中放置從所述外延反應(yīng)腔(10)取出的外延反應(yīng)完成的托盤(60)；所述輸入槽位中放置從所述裝卸臺GO)放入等待外延處理的托盤(60)。
7.如權(quán)利要求6所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，其特征在于，所述中轉(zhuǎn)站(30)的一些槽位(31)中可設(shè)置有加熱裝置或冷卻裝置；所述中轉(zhuǎn)站(30)的一些槽位 (31)，可在豎直方向或水平方向移動。
8.一種具有多個外延反應(yīng)腔和一個中轉(zhuǎn)站的MOCVD系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，在所述中轉(zhuǎn)站(30)的可水平移動的輸出槽位Al中更換托盤(60)的流程，包含以下步驟(b)打開真空隔離閥(53)；(c)托盤(60)被搬到裝卸臺(40)；(d)換新的托盤(60)或換托盤(60)上的襯底基片(61)；(e)新的托盤(60)送回到中轉(zhuǎn)站(30)的輸出槽位Al；(f)關(guān)上真空隔離閥(53)；(g)由機械手把新的托盤(60)從輸出槽位Al搬到輸入槽位A2。
9.如權(quán)利要求8所述的具有多個外延反應(yīng)腔和一個中轉(zhuǎn)站的MOCVD系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，在所述中轉(zhuǎn)站(30)的不可水平移動的輸出槽位Bl中更換托盤(60)的流程， 在所述可水平移動的輸出槽位Al上沒有托盤(60)時進行，包含以下步驟(a)由機械手把托盤(60)從輸出槽位Bl搬至輸出槽位Al；(b)打開真空隔離閥(53)；(c)托盤(60)被搬到裝卸臺(40)；(d)換新的托盤(60)或換托盤(60)上的襯底基片(61)；(e)新的托盤(60)送回到中轉(zhuǎn)站(30)的輸出槽位Al；(f)關(guān)上真空隔離閥(53)；(h)由機械手把新的托盤(60)從輸出槽位Al搬到輸入槽位B2。
10.如權(quán)利要求9所述的具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)的操作方法，其特征在于， 還包含在外延反應(yīng)腔(10)更換托盤(60)的步驟在保持壓力平衡條件下打開真空隔離閥(51)和(52)，機械手從外延反應(yīng)腔(10) 里取出托盤(60)并放入中轉(zhuǎn)站(30)的輸出槽位，然后把輸入槽位上的新的托盤(60)放入外延反應(yīng)腔(10)。
全文摘要
一種具有多個外延反應(yīng)腔的MOCVD系統(tǒng)，用于對放置在托盤上的若干襯底基片進行外延反應(yīng)，包含一設(shè)置有機械手的傳輸腔，以及與傳輸腔連接的若干中轉(zhuǎn)站和等于或大于兩個的外延反應(yīng)腔，該多個外延反應(yīng)腔內(nèi)可同時對襯底基片進行外延反應(yīng)，通過機械自動化操作，不需要打開外延反應(yīng)腔蓋，即能實現(xiàn)外延反應(yīng)腔里托盤的取放，不僅提高了系統(tǒng)的產(chǎn)能，還節(jié)約了外延反應(yīng)腔冷卻和換盤操作的時間，提高了設(shè)備的生產(chǎn)利用率。由于多個外延反應(yīng)腔共用同一套傳輸腔、機械手等，節(jié)省了另外一套或幾套相應(yīng)的設(shè)備，降低了其設(shè)置成本和運行費用，也節(jié)約了這部分設(shè)備的安裝場地。由于中轉(zhuǎn)站同時具有預(yù)處理腔功能，可根據(jù)生產(chǎn)要求實現(xiàn)對托盤的預(yù)冷和預(yù)熱處理，進一步提高生產(chǎn)效率。
文檔編號H01L21/205GK102212877SQ20101023127
公開日2011年10月12日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者孫仁君, 張偉, 金小亮, 陳愛華 申請人:江蘇中晟半導(dǎo)體設(shè)備有限公司