CN105355581A - 一种反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法，该反应腔室的侧壁上设有门阀，其内部设有转盘、旋转驱动装置、升降驱动装置和顶针机构，转盘上设有多个基座，每个基座上设有多个竖直的通孔；旋转驱动装置设于转盘的下方，用于驱动转盘旋转，使转盘上的基座到达传输位和工艺位；顶针机构设于传输位的下方，其包括竖直设置的多个顶针；升降驱动装置设于转盘的下方，用于驱动转盘作直线升降运动；并且，在转盘作直线升降运动的过程中，基座的上表面低于多个顶针的顶端，或者，转盘的下表面高于多个顶针的顶端。上述反应腔室降低了设备的制造成本；同时简化了转盘的运动控制程序，可以减少设备的故障点，提高设备的可靠性。

Description

一种反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法。

背景技术

物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，以下简称为PVD)设备用于对被加工工件进行工艺处理，以改变被加工工件表面的性能，其主要包括去气腔室、预清洗腔室和反应腔室，其中，反应腔室主要用于对被加工工件进行沉积工艺。

图1为现有的PVD设备的反应腔室的俯视图。图2为图1所示反应腔室沿A-A的剖视图。图3为图1所示反应腔室沿B-B的剖视图。如图1、图2和图3所示，反应腔室1包括靶材2、转盘3、第一驱动装置4和门阀5；其中，靶材2设于反应腔室1的顶部，其数量为4个；转盘3设于反应腔室1内部，其上表面设有8个用于承载被加工工件的承载位，该8个承载位沿圆周间隔设置；第一驱动装置4设置于转盘3的下方，用于驱动转盘3作旋转运动；门阀5设置在反应腔室1的侧壁上，用于供机械手进出反应腔室1。此外，在反应腔室1内还设有8个工位(工位A～工位H)，该8个工位与转盘3上的8个承载位对应；其中，工位A位于与门阀5相对应的位置处，工位B、工位D、工位F和工位H位于4个靶材2的竖直下方。具体地，在工位A处设置顶针机构6，并在顶针机构6下方设置第二驱动装置7，用于驱动顶针机构6沿竖直方向作升降运动；在工位B、工位D、工位F和工位H处分别设置一个基座8，并在每个基座8下方设置一个第三驱动装置9，用于驱动基座8沿竖直方向作升降运动。

在上述反应腔室1中，第一驱动装置4驱动转盘3旋转，使不同的承载位依次到达工位A所在位置，以及使不同的承载位依次到达工位B、工位D、工位F或工位H所在位置。具体地，在相应的承载位到达工位A所在位置时，第二驱动装置7驱动顶针机构6作升降运动，以在该承载位和进入反应腔室1的机械手之间传输被加工工件。在相应的承载位到达工位B、工位D、工位F或工位H所在位置时，第三驱动装置9驱动基座8升降，使基座8带动该承载位上的被加工工件到达与相应的靶材2对应的工艺位置，以对被加工工件进行相应的工艺处理；或者工艺处理后，使基座8带动被加工工件到达承载位，由转盘3带动承载位上的被加工工件旋转至下一工位，以对被加工工件进行下一步处理。

在上述反应腔室1中，转盘3的旋转和顶针机构6、基座8的升降之间存在干涉，这使得在第一驱动装置4驱动转盘3作旋转运动时，顶针机构6和每个基座8必须处于低位，即，在顶针机构6处于如图2所示的位置，和/或基座8处于如图3所示的位置时，转盘3不能旋转，否则就会与顶针机构6、基座8发生干涉，从而出现故障。上述问题使第一驱动装置4、第二驱动装置7和第三驱动装置9的控制程序复杂，转盘3、顶针机构6和基座8之间的互锁条件十分繁琐，在出现故障时，无法及时找出故障点。此外，上述反应腔室1中需要设置一个第一驱动装置4、一个第二驱动装置7和4个第三驱动装置9，这样导致其制造成本较高。

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，提出了一种反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法，其可以减少反应腔室内升降驱动装置的数量，从而降低设备的制造成本，同时还可以简化反应腔室内转盘作旋转运动和作升降运动的互锁条件，从而简化转盘的运动控制程序，减少故障点，提高设备的可靠性。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，其侧壁上设有用于供机械手进出的门阀，所述反应腔室内设有转盘、旋转驱动装置、顶针机构和升降驱动装置，其中，所述转盘上设有多个用于承载被加工工件的基座，所述多个基座沿所述转盘的周向间隔设置，且每个基座上设有多个竖直的通孔；所述旋转驱动装置设于所述转盘的下方，用于驱动所述转盘旋转，并在旋转过程中，使所述转盘上的基座到达传输位和工艺位；所述传输位位于与所述门阀相对的位置处，所述工艺位为对被加工工件进行工艺处理的位置；所述顶针机构设于所述传输位的下方，其包括竖直设置的多个顶针，所述多个顶针与每个到达所述传输位的基座上的通孔在竖直方向上相对应；所述升降驱动装置设于所述转盘的下方，用于在所述基座到达所述传输位和工艺位时，驱动所述转盘作直线升降运动；并且，在其驱动所述转盘作直线升降运动的过程中，所述基座的上表面低于所述多个顶针的顶端，或者，所述转盘的下表面高于所述多个顶针的顶端。

其中，所述旋转驱动装置的驱动轴与所述转盘连接，并且所述旋转驱动装置与所述升降驱动装置的驱动轴连接，用以在所述升降驱动装置的驱动下，与所述转盘同步作升降运动。

其中，所述升降驱动装置的驱动轴与所述转盘连接，并且所述升降驱动装置与所述旋转驱动装置的驱动轴连接，用以在所述旋转驱动装置的驱动下，与所述转盘同步作旋转运动。

其中，所述反应腔室包括连接固定装置，所述连接固定装置沿竖直方向贯穿所述反应腔室的底壁，且其下端与所述升降驱动装置的驱动轴连接，其上方设置有安装支架；所述旋转驱动装置设置于所述安装支架内，且其驱动轴与所述转盘连接。

其中，所述升降驱动装置包括电机及与电机连接的丝杠；所述连接固定装置的下端与所述丝杠连接。

其中，所述旋转驱动装置为电机。

其中，所述反应腔室内还设有波纹管，所述波纹管环绕所述安装支架，且其上端与所述安装支架的上端密封连接，下端与所述反应腔室的底壁密封连接，所述波纹管用于将所述反应腔室与外界相隔离，以便在反应腔室内部形成封闭空间。

其中，所述反应腔室还包括设置在每个工艺位上方的可密封的工艺腔，所述工艺腔下端设有竖直通道，所述竖直通道与转动至工艺位的基座在竖直方向上相对应，使所述基座能够将所述工艺腔密封。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种被加工工件的传输方法，用于在本发明提供的上述反应腔室内外传输被加工工件，其包括下述步骤：S1，驱动转盘上升至第一预设高度，使转盘的下表面高于多个顶针的顶端；S2，驱动转盘旋转，使相应的基座转动至传输位；S3，驱动转盘下降至第二预设高度，使转盘的上表面低于多个顶针的顶端；S4，经反应腔室侧壁上的门阀，将被加工工件传输至传输位的上方，向向下运动使被加工工件转移至多个顶针的顶端；S5，驱动转盘上升至第一预设高度，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至基座上。

其中，在步骤S5之后还包括：S6，重复步骤S2～S5，直至转盘上的每个基座上均放置有被加工工件；S7，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理。

可替代地，在步骤S5之后还包括：S6，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理；S7，重复步骤S2～S6，向每个基座上传输被加工工件。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其多个基座固定地设于转盘上，顶针机构固定地设于转盘的下方，使其只需在转盘下方设置旋转驱动装置和升降驱动装置，通过该旋转驱动装置和升降驱动装置即可实现被加工工件由机械手至基座的传输，以及对被加工工件的工艺处理；相比现有技术，本发明提供的反应腔室无需驱动顶针机构和多个基座单独做升降运动，减少了升降驱动装置的数量，从而降低了设备的制造成本；同时简化了转盘作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，从而简化了转盘的运动控制程序，进而可以减少设备的故障点，提高设备的可靠性。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的上述反应腔室，可以减少升降驱动装置的数量，从而降低设备的制造成本；以及，简化转盘作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，从而简化转盘的运动控制程序，进而可以减少设备的故障点，提高设备的可靠性。

本发明提供的被加工工件的传输方法，在其传输被加工工件时，仅需驱动转盘一个部件进行升降，可以减小升降驱动装置的数量，并简化转盘作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，使其传输被加工工件的可靠性更高。

附图说明

图1为现有的PVD设备的反应腔室的俯视图；

图2为图1所示反应腔室沿A-A的剖视图；

图3为图1所示反应腔室沿B-B的剖视图；

图4为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图；

图5为转盘位于第二预设高度时反应腔室的示意图；以及

图6为转盘位于第三预设高度时反应腔室的示意图。

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反应腔室、半导体加工设备及被加工工件的传输方法进行详细描述。

请参看图4，图4为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图。反应腔室10的侧壁上设有用于供机械手进出的门阀11，其内设有转盘12、旋转驱动装置13、升降驱动装置15和顶针机构14。其中，转盘12上设有多个用于承载被加工工件的基座120，多个基座120沿转盘12的周向间隔设置，且每个基座120上设有多个竖直的通孔。旋转驱动装置13设于转盘12的下方，用于驱动转盘12旋转，并在旋转过程中，使转盘12上的基座120到达传输位和工艺位；其中，传输位位于与门阀11相对的位置处，工艺位为对被加工工件进行工艺处理的位置。顶针机构14设于传输位的下方，其包括竖直设置的多个顶针140，多个顶针140与每个到达传输位的基座12上的通孔在竖直方向上相对应。升降驱动装置15设于转盘12的下方，用于在基座120到达传输位和工艺位时，驱动转盘12作直线升降运动；并且，在其驱动转盘12作直线升降运动的过程中，基座12的上表面低于多个顶针140的顶端，或者，转盘12的下表面高于多个顶针140的顶端。

在本实施例中，工艺位的数量为多个，每个工艺位上方设有一个可密封的工艺腔20，其用于对进入工艺腔20内的被加工工件进行工艺处理；工艺腔20固定于反应腔室10的顶壁上，且其下端设有竖直通道，且该竖直通道与转动至工艺位的基座120在竖直方向上相对应，使基座120能够将工艺腔20密封。优选地，反应腔室10内的多个工艺腔20对被加工工件同时进行工艺，或者，多个工艺腔20用于对被加工工件依次进行工艺。

在本实施例中，旋转驱动装置13的驱动轴与转盘12连接，并且旋转驱动装置13与升降驱动装置15的驱动轴连接，用以在升降驱动装置15的驱动下，与转盘12同步作升降运动。具体地，反应腔室10还包括连接固定装置16，连接固定装置16沿竖直方向贯穿反应腔室10的底壁，且其下端与升降驱动装置15的驱动轴连接，其上方设置有安装支架160；旋转驱动装置13设置于安装支架160内，且其驱动轴与转盘12连接。优选地，在本实施例中，旋转驱动装置13为电机；升降驱动装置15包括电机150及与电机150连接的丝杠151；连接固定装置16的下端与丝杠151连接。

在本实施例中，反应腔室10内还设有波纹管17，波纹管17环绕安装支架160，且其上端与安装支架160的上端密封连接，下端与反应腔室10的底壁密封连接，波纹管17用于将反应腔室10与外界相隔离，以便在反应腔室10内部形成封闭空间。

下面以反应腔室10内的多个工艺腔20同时对被加工工件进行工艺为例，结合附图对本发明实施例提供的反应腔室10中的被加工工件的传输过程，以及对被加工工件进行工艺处理的过程进行详细描述。

请一并参看图4和图5，在对被加工工件进行工艺处理之前，首先需向设于多个基座120上的承载位传输被加工工件，其具体过程为：S1，电机150驱动丝杠151旋转，使设于丝杠151上的连接固定装置16上升，带动转盘12上升至第一预设高度，如图4所示；在转盘12位于第一预设高度时，转盘12的下表面高于多个顶针140的顶端；S2，旋转驱动装置13驱动转盘12旋转，使相应的基座120转动至传输位，旋转驱动装置13驱动转盘12停止转动；电机150驱动丝杠151旋转，带动转盘12下降至第二预设高度，如图5所示；在转盘12位于第二预设高度时，多个顶针140的顶端高于位于传输位的基座120的上表面；S3，设于反应腔室10的侧壁上的门阀11打开，装载着被加工工件的机械手运动至传输位上方，并沿竖直方向向下运动至低于多个顶针140顶端的位置处，在该过程中，置于机械手上的被加工工件被转移至多个顶针140上；S4，机械手退出反应腔室10，而电机150则驱动丝杠151旋转，带动转盘12上升至第一预设高度，在此过程中，置于多个顶针140上的被加工工件被转移至基座120的承载位上；S5，重复步骤S2-S4，直至转盘12上的每个基座120的承载位上均放置有被加工工件；从而完成被加工工件的传输过程。

请一并参看图4和图6，在每个基座120的承载位上均放置有被加工工件后，反应腔室10对置于基座120上的被加工工件进行工艺处理，其具体过程为：S1，在转盘12位于第一预设高度的情况下，旋转驱动装置13驱动转盘12旋转，使多个基座120分别到达多个工艺位；S2，电机150驱动丝杠151旋转，带动转盘12由第一预设高度上升至第三预设高度，如图6所示；在转盘12位于第三预设高度时，位于工艺位的多个基座120到达工艺腔20下端的竖直通道处，并且，多个基座120与多个工艺腔20的竖直通道一一配合，将多个工艺腔20密封；S3，反应腔室10对进入到多个工艺腔20内的被加工工件进行工艺处理；S4，电机150驱动丝杠151旋转，带动转盘12由第三预设高度下降至第一预设高度；S5，重复步骤S1-S4，直至每个基座120上的被加工工件均在反应腔室10内的工艺腔20中完成工艺处理。

以上详细描述了在多个工艺腔20同时对被加工工件进行工艺时，反应腔室10中被加工工件的传输过程，以及对被加工工件进行工艺处理的过程，在上述过程中，首先向每个基座120上传输被加工工件，待所有的基座120上均放置有被加工工件后，再对放置在多个基座120上的被加工工件进行统一的工艺处理。而在本实施例中，当反应腔室10内的多个工艺腔20依次对被加工工件进行工艺时，与上述传输和工艺处理过程不同的是，在向每个基座120上传输被加工工件之后，旋转转盘12，使多个基座120分别到达不同的工艺位，对放置在多个基座120上的被加工工件依次进行工艺处理。可以理解，在此情况下，在向最后一个基座120上放置被加工工件后，对该最后一个基座120上的被加工工件进行第一步工艺处理时，放置在最先一个基座120上的被加工工件在最后一个工艺位进行最后一步工艺，在该步工艺完成后，旋转转盘12，使该最先一个基座120到达传输位，将该完成所有工艺的工件传输至反应腔室10外，并向该基座120上传输被加工工件，如此循环往复，在每次向反应腔室10内传输一个被加工工件之前，向反应腔室10外传输一个完成所有工艺的工件。

综上所述，本发明实施例提供的反应腔室10，其多个基座120固定地设于转盘12上，顶针机构14固定地设于转盘12的下方，使其只需在转盘12下方设置旋转驱动装置13和升降驱动装置15，通过该旋转驱动装置13和升降驱动装置15即可实现被加工工件由机械手至基座120的传输，以及对被加工工件的工艺处理；相比现有技术，本发明实施例提供的反应腔室无需驱动顶针机构14和每个基座120单独升降，减少了升降驱动装置的数量，从而降低了设备的制造成本；同时简化了转盘12作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，从而简化了转盘12的运动控制程序，进而可以减少设备的故障点，提高设备的可靠性。

需要说明的是，在本实施例中，旋转驱动装置13的驱动轴与转盘12连接，并且，旋转驱动装置13与升降驱动装置15的驱动轴，即丝杠151连接，使其在升降驱动装置15的驱动下，与转盘12作同步升降运动，但本发明并不限于此，在实际应用中，升降驱动装置15的驱动轴还可以与转盘12直接连接，并且升降驱动装置15与旋转驱动装置13的驱动轴连接，以在旋转驱动装置13的驱动下，与转盘12同步作旋转运动。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用本发明上述实施例提供的反应腔室。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的反应腔室，可以减少升降驱动装置的数量，从而降低设备的制造成本；以及，简化转盘作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，从而简化转盘的运动控制程序，进而可以减少设备的故障点，提高设备的可靠性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种被加工工件的传输方法，用于在本发明上述实施例提供的反应腔室内外传输被加工工件，其包括下述步骤：

S1，驱动转盘上升至第一预设高度，使转盘的下表面高于多个顶针的顶端；

S2，驱动转盘旋转，使相应的基座转动至传输位；

S3，驱动转盘下降至第二预设高度，使转盘的上表面低于多个顶针的顶端；

S4，经反应腔室侧壁上的门阀，将被加工工件传输至传输位的上方，向向下运动使被加工工件转移至多个顶针的顶端；

S5，驱动转盘上升至第一预设高度，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至基座上。

经上述步骤S1～S5，向一个基座上传输了被加工工件，之后，可以进行下述步骤S6和S7：

S6，重复步骤S2～S5，直至转盘上的每个基座上均放置有被加工工件；

S7，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理；

通过步骤S6和S7，继续向反应腔室内的其他基座上传输被加工工件，待所有的基座上均放置有被加工工件后，对多个基座上的被加工工件同时进行工艺处理。

此外，在上述步骤S1～S5之后，还可以进行下述步骤S6’和S7’：

S6’，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理；

S7’，重复步骤S2～S6，向每个基座上传输被加工工件；

通过上述步骤S6’和S7’，在向每个基座上传输被加工工件之后，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在多个基座上的被加工工件依次进行工艺处理。

本实施例提供的被加工工件的传输方法，在其传输被加工工件时，仅需驱动转盘一个部件进行升降，可以减小升降驱动装置的数量，并简化转盘作升降运动和作旋转运动之间的互锁条件，使其传输被加工工件的可靠性更高。

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 (12)

1.一种反应腔室，其侧壁上设有用于供机械手进出的门阀，其特征在于，所述反应腔室内设有转盘、旋转驱动装置、顶针机构和升降驱动装置，其中，所述转盘上设有多个用于承载被加工工件的基座，所述多个基座沿所述转盘的周向间隔设置，且每个基座上设有多个竖直的通孔；

所述旋转驱动装置设于所述转盘的下方，用于驱动所述转盘旋转，并在旋转过程中，使所述转盘上的基座到达传输位和工艺位；所述传输位位于与所述门阀相对的位置处，所述工艺位为对被加工工件进行工艺处理的位置；

所述顶针机构设于所述传输位的下方，其包括竖直设置的多个顶针，所述多个顶针与每个到达所述传输位的基座上的通孔在竖直方向上相对应；

所述升降驱动装置设于所述转盘的下方，用于在所述基座到达所述传输位和工艺位时，驱动所述转盘作直线升降运动；并且，在其驱动所述转盘作直线升降运动的过程中，所述基座的上表面低于所述多个顶针的顶端，或者，所述转盘的下表面高于所述多个顶针的顶端。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述旋转驱动装置的驱动轴与所述转盘连接，并且

所述旋转驱动装置与所述升降驱动装置的驱动轴连接，用以在所述升降驱动装置的驱动下，与所述转盘同步作升降运动。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动装置的驱动轴与所述转盘连接，并且

所述升降驱动装置与所述旋转驱动装置的驱动轴连接，用以在所述旋转驱动装置的驱动下，与所述转盘同步作旋转运动。

4.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括连接固定装置，所述连接固定装置沿竖直方向贯穿所述反应腔室的底壁，且其下端与所述升降驱动装置的驱动轴连接，其上方设置有安装支架；

所述旋转驱动装置设置于所述安装支架内，且其驱动轴与所述转盘连接。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动装置包括电机及与电机连接的丝杠；所述连接固定装置的下端与所述丝杠连接。

6.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述旋转驱动装置为电机。

7.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室内还设有波纹管，所述波纹管环绕所述安装支架，且其上端与所述安装支架的上端密封连接，下端与所述反应腔室的底壁密封连接，所述波纹管用于将所述反应腔室与外界相隔离，以便在反应腔室内部形成封闭空间。

8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括设置在每个工艺位上方的可密封的工艺腔，所述工艺腔下端设有竖直通道，所述竖直通道与转动至工艺位的基座在竖直方向上相对应，使所述基座能够将所述工艺腔密封。

9.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-8任意一项所述的反应腔室。

10.一种被加工工件的传输方法，用于在权利要求1-8任意一项所述的反应腔室内外传输被加工工件，其特征在于，包括下述步骤：

S1，驱动转盘上升至第一预设高度，使转盘的下表面高于多个顶针的顶端；

S2，驱动转盘旋转，使相应的基座转动至传输位；

S3，驱动转盘下降至第二预设高度，使转盘的上表面低于多个顶针的顶端；

S4，经反应腔室侧壁上的门阀，将被加工工件传输至传输位的上方，向向下运动使被加工工件转移至多个顶针的顶端；

S5，驱动转盘上升至第一预设高度，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至基座上。

11.根据权利要求10所述的被加工工件的传输方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括：

S6，重复步骤S2～S5，直至转盘上的每个基座上均放置有被加工工件；

S7，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理。

12.根据权利要求10所述的被加工工件的传输方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括：

S6，驱动转盘旋转，使多个基座分别到达不同的工艺位，对放置在基座上的被加工工件进行工艺处理；

S7，重复步骤S2～S6，向每个基座上传输被加工工件。