CN104451586B - 载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备，其中：托架驱动源用于驱动轴提升托架作升降运动；波纹管轴穿过轴提升托架与其固定连接；轴提升托架具有安装通孔；波纹管轴上端与载台连接，波纹管轴下端沿竖直方向贯穿腔室壁，且依次穿过直线轴承和安装通孔，并且波纹管轴与直线轴承在竖直方向上滚动配合，波纹管轴与安装通孔间隙配合；在托架驱动源的驱动下，轴提升托架带动波纹管轴在直线轴承内作升降运动，继而实现固定于波纹管轴上的载台的升降运动；轴向定位件用于阻挡轴提升托架与波纹管轴在竖直方向上的相对运动。本发明提供的载台升降装置无需对相应部件的加工精度和装配精度提出较高的要求就可以保证载台的上表面的水平度。

Description

载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备。

背景技术

在制造集成电路（IC）和微机电系统（MEMS）的工艺过程中，特别是在实施等离子刻蚀（ETCH）、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等的工艺过程中，常使用加热器来加热晶片等被加工工件。而且，通常借助载台升降装置驱动加热器作升降直线运动，以配合机械手实现被加工工件的取放，以及调整被加工工件与靶材之间的距离等。而为了保证工艺均匀性，就需要保证加热器表面的水平度。

图1为现有的一种等离子体加工设备的剖视图。如图1所示，等离子体加工设备包括反应腔室10，在反应腔室10内设置有加热器11，用以在工艺时承载并加热置于其上的被加工工件12；而且，在加热器的底部设置有载台升降装置，其包括波纹管轴13、波纹管14、导轨支架15、直线导轨16、导轨滑块17、轴提升托架18、抱块19和托架驱动源（图中未示出）。其中，导轨支架15固定在反应腔室10的底部，用以支撑直线导轨16；导轨滑块17与直线导轨16滑动连接；托架驱动源用于驱动导轨滑块17沿直线导轨16在竖直方向上滑动；波纹管轴13的上端与加热器11的底部固定连接，波纹管轴13的下端朝下伸出反应腔室10，并通过轴提升托架18和抱块19与导轨滑块17固定在一起；波纹管14套制在波纹管轴13上，且其下端与反应腔室10的腔室壁密封连接，上端与波纹管轴13密封连接。在托架驱动源的驱动下，导轨滑块17沿直线导轨16在竖直方向上滑动，并带动波纹管轴13和与之连接的加热器11作升降直线运动。

上述等离子体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：

其一，由于波纹管轴13的升降直线运动轨迹会受到导轨支架15、直线导轨16、轴提升托架18、抱块19以及导轨滑块17等部件的加工精度及彼此之间的装配精度的影响，为了保证加热器11表面的水平度，就对上述部件的加工精度和装配精度提出了较高的要求，从而增加了等离子体加工设备的加工成本。

其二，由于波纹管轴13、轴提升托架18、抱块19以及导轨滑块17彼此之间的连接均是刚性连接，且存在冗余约束，这不仅很难保证每次装配的一致性，而且还会导致载台升降装置在装配过程中产生累积误差，造成装配精度较低，从而很难保证加热器11表面的水平度，进而降低了工艺均匀性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备，其无需对相应部件的加工精度和装配精度提出较高的要求就可以保证载台的上表面的水平度，从而不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种载台升降装置，包括：波纹管轴、轴提升托架以及托架驱动源，其中：所述托架驱动源用于驱动轴提升托架作升降运动；所述波纹管轴穿过所述轴提升托架，并与其固定连接，以随所述轴提升托架作升降运动，继而实现固定于所述波纹管轴上的载台的升降运动；其特征在于，所述载台升降装置，还包括：轴向定位件和直线轴承，其中：所述直线轴承的上端固定在反应腔室的腔室壁上；所述轴提升托架具有安装通孔；所述波纹管轴的上端与所述载台连接，所述波纹管轴的下端沿竖直方向贯穿所述腔室壁，且依次穿过所述直线轴承的轴承孔和所述安装通孔，并且所述波纹管轴与所述直线轴承的轴承孔在竖直方向上滚动配合，所述波纹管轴与所述安装通孔间隙配合；所述轴向定位件用于阻挡所述轴提升托架与波纹管轴在竖直方向上的相对运动。

其中，所述载台升降装置还包括上绝缘套和下绝缘套，其中所述上绝缘套和下绝缘套分别安装于所述轴提升托架上，用以使所述轴提升托架与所述波纹管轴彼此绝缘，并且，所述上绝缘套和下绝缘套与所述波纹管轴在径向上具有间隙。

其中，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且所述轴向定位件包括上挡块，所述上挡块与所述环形凹槽的下侧壁将所述轴提升托架固定在二者之间；所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

其中，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述上挡块与所述轴提升托架之间；所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述环形凹槽的下侧壁与所述轴提升托架之间；所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

其中，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且所述轴向定位件包括下挡块，所述下挡块与所述环形凹槽的上侧壁将所述轴提升托架固定在二者之间；所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

其中，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述环形凹槽的上侧壁与所述轴提升托架之间；所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述下挡块与所述轴提升托架之间；所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

其中，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且所述轴向定位件包括上挡块和下挡块，所述上挡块和下挡块设置在所述环形凹槽内，且将所述轴提升托架固定在二者之间；所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

其中，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述轴提升托架与所述上挡块之间；所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述轴提升托架与所述下挡块之间；所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，其采用了本发明提供的上述载台升降装置。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的载台升降装置，其托架驱动源用于驱动轴提升托架作升降运动，波纹管轴穿过轴提升托架，并与其固定连接，以随轴提升托架在直线轴承内作升降运动，继而实现固定于波纹管轴上的载台的升降运动，由于直线轴承的轴承孔与波纹管轴在竖直方向上滚动配合，且轴提升托架的安装通孔与波纹管轴间隙配合，波纹管轴在其轴向上由轴向定位件进行约束，且在其径向上仅单独由直线轴承进行约束，即，在托架驱动源的驱动下，轴提升托架带动波纹管轴作升降运动时，波纹管轴在竖直方向上的运动轨迹完全由直线轴承独立约束，这与现有技术相比，可以消除冗余约束，从而不仅可以保证每次装配的一致性，而且还会避免在装配载台升降装置的过程中产生累积误差，且无需对轴提升托架、托架驱动源等的相应部件的加工精度和装配精度提出较高的要求就可以保证载台的上表面的水平度，进而不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述载台升降装置，不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

附图说明

图1为现有的一种等离子体加工设备的剖视图；

图2A为本发明实施例提供的载台升降装置的剖视图；

图2B为图2A中I区域的局部放大图；

图2C为图2A中轴提升托架沿A-A线的剖视图；

图3为波纹管轴与轴提升托架的一种连接方式的示意图；以及

图4为波纹管轴与轴提升托架的另一种连接方式的示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的载台升降装置、反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。

图2A为本发明实施例提供的载台升降装置的剖视图。图2B为图2A中I区域的局部放大图。图2C为图2A中轴提升托架沿A-A线的剖视图。请一并参阅图2A、图2B和图2C，载台升降装置包括波纹管轴23、轴提升托架24、直线轴承25和托架驱动源。其中，托架驱动源用于驱动轴提升托架24作升降运动；波纹管轴23穿过轴提升托架24，并与其固定连接，以随轴提升托架24作升降运动，继而实现固定于波纹管轴23上的载台21的升降运动；直线轴承25的上端固定在反应腔室20的腔室壁201上；轴提升托架24具有安装通孔243，如图2C所示，且轴提升托架24与托架驱动源连接；波纹管轴23的上端与载台21连接，波纹管轴23的下端沿竖直方向贯穿腔室壁201（即，在腔室壁201的相应位置处设置有可供波纹管轴23穿过的通孔），且依次穿过直线轴承25的轴承孔和安装通孔243，并且波纹管轴23与直线轴承25的轴承孔在竖直方向上滚动配合，波纹管轴23与安装通孔243间隙配合。在托架驱动源的驱动下，轴提升托架24带动波纹管轴23在直线轴承25内作升降运动。

由于直线轴承25的轴承孔与波纹管轴23在竖直方向上滚动配合，且轴提升托架24的安装通孔243与波纹管轴23间隙配合，波纹管轴23在其径向上仅单独由直线轴承25进行约束，即，在托架驱动源的驱动下，轴提升托架24带动波纹管轴23作升降运动时，波纹管轴23在竖直方向上的运动轨迹完全由直线轴承25独立约束，这与现有技术相比，可以消除冗余约束，从而不仅可以保证每次装配的一致性，而且还会避免在装配载台升降装置过程中产生累积误差，且无需对轴提升托架、托架驱动源等的相应部件的加工精度和装配精度提出较高的要求就可以保证载台的上表面的水平度，进而不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。容易理解，直线轴承25的轴承孔的轴向长度应能够保证波纹管轴23在竖直方向上的安装精度。

在本实施例中，波纹管轴23与轴提升托架24的连接方式具体为：在波纹管轴23的外周壁上的对应于安装通孔243的位置处设置有环形凹槽；轴提升托架24包括沿安装通孔243的轴线分割，且彼此独立的两个分体（241，242），两个分体（241，242）采用螺栓连接等的可拆卸的方式对接在一起，从而在装配过程中，通过使两个分体（241，242）在环形凹槽处对接而形成套在波纹管轴23上的安装通孔243，并将两个分体（241，242）彼此固定，从而完成波纹管轴23与轴提升托架24之间的装配。

而且，载台升降装置还包括轴向定位件、上绝缘套32和下绝缘套33。其中，轴向定位件用于约束波纹管轴23在其轴向上的自由度，上绝缘套32和下绝缘套33分别安装于轴提升托架24上，用以使轴提升托架24与波纹管轴23彼此绝缘，并且，上绝缘套32和下绝缘套33与波纹管轴23在径向上具有间隙，以使上绝缘套32和下绝缘套33不会约束波纹管轴23在径向上的自由度。

在本实施例中，波纹管轴23与轴提升托架24的连接方式为：具体地，轴向定位件包括下挡块31，下挡块31与环形凹槽的上侧壁将轴提升托架24固定在二者之间；上绝缘套32套制在波纹管轴23上，且位于环形凹槽的上侧壁与轴提升托架24之间；下绝缘套33套制在波纹管轴23上，且位于下挡块31与轴提升托架24之间；换言之，在环形凹槽内由上至下依次设置有上绝缘套32、轴提升托架24、下绝缘套33和下挡块31，以实现对波纹管轴23的轴向自由度进行约束，且借助上绝缘套32和下绝缘套33使轴提升托架24与波纹管轴23彼此绝缘。此外，上绝缘套32和下绝缘套33均与环形凹槽在径向上具有间隙，从而不会约束波纹管轴23的径向自由度。

当然，在实际应用中，波纹管轴23与轴提升托架24的连接方式也可以为：如图3所示，轴向定位件包括上挡块34，上挡块34与环形凹槽的下侧壁将轴提升托架24固定在二者之间；上绝缘套32套制在波纹管轴23上，且位于上挡块34与轴提升托架24之间；下绝缘套33套制在波纹管轴23上，且位于环形凹槽的下侧壁与轴提升托架24之间，即，在环形凹槽内由上至下依次设置有上挡块34、上绝缘套32、轴提升托架24和下绝缘套33，以实现对波纹管轴23的轴向自由度进行约束，且借助上绝缘套32和下绝缘套33使轴提升托架24与波纹管轴23彼此绝缘。此外，上绝缘套32和下绝缘套33与波纹管轴23在径向上具有间隙，以使上绝缘套32和下绝缘套33不会约束波纹管轴23在径向上的自由度。

或者，波纹管轴23与轴提升托架24的连接方式还可以为：如图4所示，轴向定位件包括上挡块34和下挡块31，上挡块34和下挡块31设置在环形凹槽内，且将轴提升托架24固定在二者之间；上绝缘套32套制在波纹管轴23上，且位于轴提升托架24与上挡块34之间；下绝缘套33套制在波纹管轴23上，且位于轴提升托架24与下挡块31之间，即，在环形凹槽内由上至下依次设置有上挡块34、上绝缘套32、轴提升托架24、下绝缘套33和下挡块31，以实现对波纹管轴23的轴向自由度进行约束，且借助上绝缘套32和下绝缘套33使轴提升托架24与波纹管轴23彼此绝缘。此外，上绝缘套32和下绝缘套33与波纹管轴23在径向上具有间隙，以使上绝缘套32和下绝缘套33不会约束波纹管轴23在径向上的自由度。

托架驱动源包括支架27、旋转电机30、直线导轨28和导轨滑块29，其中，支架27固定在腔室壁201上，用以支撑直线导轨28；导轨滑块29与直线导轨28滑动连接，且与轴提升托架24固定连接；旋转电机30用于提供旋转动力；直线导轨28用于将由旋转电机30提供的旋转动力转换为升降运动，并传递至导轨滑块29，以使其带动轴提升托架24沿直线导轨作升降运动。

在实际应用中，托架驱动源还可以采用直线电机来代替直线导轨28、导轨滑块29和旋转电机30，即：借助支架27支撑直线电机，直线电机用于直接驱动轴提升托架24作升降直线运动，从而带动波纹管轴23和载台21同步作升降直线运动。

在本实施例中，为了对波纹管轴23与腔室壁201之间的间隙进行密封，以保证反应腔室20的工艺环境，载台升降装置还包括波纹管26和绝缘环35，其中，绝缘环35的下表面与腔室壁201的上表面密封连接；波纹管26位于反应腔室20内，且套制在波纹管轴23上，并且波纹管26的上端与波纹管轴23密封连接，波纹管26的下端与绝缘环35的上表面密封连接。在本实施例中，绝缘环35的下表面与腔室壁201的上表面，以及波纹管26的下端与绝缘环35的上表面均借助密封圈等密封件36进行密封。容易理解，腔室壁201的用于供波纹管轴23穿过的通孔直径应不大于绝缘环35的外径。

需要说明的是，波纹管轴与轴提升托架的连接方式并不局限于本实施例中所述的上述几种方式，在实际应用中，可以采用任意方式对波纹管轴与轴提升托架进行连接，只要该方式不会约束波纹管轴的径向自由度即可。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，如图2A所示，反应腔室20包括腔室壁201、载台21及载台升降装置。其中，载台21设置在反应腔室20内部，用以承载被加工工件22，载台21可以为加热器、基座或静电卡盘等。载台升降装置用于驱动载台作升降运动，其采用了本发明实施例提供的上述载台升降装置。

本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述载台升降装置，不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明实施例提供的上述反应腔室。

本发明实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室，不仅可以降低加工成本，而且可以提高工艺均匀性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种载台升降装置，包括：波纹管轴、轴提升托架以及托架驱动源，其中：所述托架驱动源用于驱动轴提升托架作升降运动；所述波纹管轴穿过所述轴提升托架，并与其固定连接，以随所述轴提升托架作升降运动，继而实现固定于所述波纹管轴上的载台的升降运动；其特征在于，所述载台升降装置，还包括：轴向定位件和直线轴承，其中：

所述直线轴承的上端固定在反应腔室的腔室壁上；

所述轴提升托架具有安装通孔；

所述波纹管轴的上端与所述载台连接，所述波纹管轴的下端沿竖直方向贯穿所述腔室壁，且依次穿过所述直线轴承的轴承孔和所述安装通孔，并且所述波纹管轴与所述直线轴承的轴承孔在竖直方向上滚动配合，所述波纹管轴与所述安装通孔间隙配合；

所述轴向定位件用于阻挡所述轴提升托架与波纹管轴在竖直方向上的相对运动。

2.根据权利要求1所述的载台升降装置，其特征在于，所述载台升降装置还包括上绝缘套和下绝缘套，其中

所述上绝缘套和下绝缘套分别安装于所述轴提升托架上，用以使所述轴提升托架与所述波纹管轴彼此绝缘，并且，所述上绝缘套和下绝缘套与所述波纹管轴在径向上具有间隙。

3.根据权利要求2所述的载台升降装置，其特征在于，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且

所述轴向定位件包括上挡块，所述上挡块与所述环形凹槽的下侧壁将所述轴提升托架固定在二者之间；

所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

4.根据权利要求3所述的载台升降装置，其特征在于，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述上挡块与所述轴提升托架之间；

所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述环形凹槽的下侧壁与所述轴提升托架之间；

所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

5.根据权利要求2所述的载台升降装置，其特征在于，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且

所述轴向定位件包括下挡块，所述下挡块与所述环形凹槽的上侧壁将所述轴提升托架固定在二者之间；

所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

6.根据权利要求5所述的载台升降装置，其特征在于，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述环形凹槽的上侧壁与所述轴提升托架之间；

所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述下挡块与所述轴提升托架之间；

所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

7.根据权利要求2所述的载台升降装置，其特征在于，在所述波纹管轴的外周壁上的对应于所述安装通孔的位置处设置有环形凹槽，并且

所述轴向定位件包括上挡块和下挡块，所述上挡块和下挡块设置在所述环形凹槽内，且将所述轴提升托架固定在二者之间；

所述轴提升托架包括沿所述安装通孔的轴线分割，且彼此独立的两个分体，所述两个分体采用可拆卸的方式对接在一起。

8.根据权利要求7所述的载台升降装置，其特征在于，所述上绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述轴提升托架与所述上挡块之间；

所述下绝缘套套制在所述波纹管轴上，且位于所述轴提升托架与所述下挡块之间；

所述上绝缘套和下绝缘套均与所述环形凹槽在径向上具有间隙。

9.一种反应腔室，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项权利要求所述的载台升降装置。

10.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用了权利要求9所述的反应腔室。