CN105390430B - 一种压环压紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压环压紧机构，涉及半导体制造设备技术领域，为解决待加工工件与基座之间的间隙不均匀的问题。所述压环压紧机构包括：位于反应腔室内的压环和配重环，配重环位于压环的下方且与压环连接，配重环的轴心与压环的轴心位于同一条直线上；位于反应腔室外的驱动装置，以及一端与驱动装置连接、另一端可与配重环接触或分离的传动组件，驱动装置通过传动组件驱动压环和配重环上升或下降，且在压环下降的过程中，当压环与基座上的待加工工件接触后传动组件继续下降至与配重环分离。采用上述压环压紧机构固定待加工工件时，工件的受力均匀，从而使得工件与基座之间的间隙均匀。

Description

一种压环压紧机构

技术领域

本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种压环压紧机构。

背景技术

在已有的半导体制造设备如等离子刻蚀设备中，通常在反应腔室底部设有基座，用以支撑和放置待加工的工件。不过，因在等离子刻蚀的过程中会产生大量的热，这些热量的存在会影响对工件的刻蚀速率和刻蚀质量，为此，目前较常用的一种技术手段是利用水冷卡盘来支撑和冷却放置在水冷卡盘上的工件。请参阅图1，该水冷卡盘包括：卡盘主体10，设于卡盘主体10上的多个透气孔11，以及位于卡盘主体10边缘的密封圈12。在等离子刻蚀前将待刻蚀的工件20放置在卡盘主体10上，并通过位于卡盘主体10上方的压环30将工件20固定在卡盘主体10上，在等离子刻蚀时利用从多个透气孔11吹出的氦气(He)以及设于卡盘主体10中冷却水路(未示出)对工件20进行冷却，以保证工件20的温度，从而保证刻蚀速率和刻蚀质量。

通常，工艺前，压环30处于较高的传输位，工件20由传输装置(如机械手等)放置于卡盘主体10上后，驱动压环30下降至较低的工艺位，从而将工件20固定在卡盘主体10上，并进行工艺。工艺后，首先驱动压环30上升至较高的传输位，再由传输装置将工件20从卡盘主体10上取走。上述压环30的升降过程是由驱动装置(如气缸等)带动压环压紧机构完成的，该压环压紧机构通过三个压环连接杆组件50与压环30连接，请参阅图2和图3，每个压环连接杆组件50组件包括：与压环30固定连接的套筒52，且套筒52远离压环30的一端设有向内的径向翻边，安装在套筒52内且两端分别与压环30和所述翻边接触的弹簧53，以及一端具有凸台的压环连接杆51；压环连接杆51穿插在套筒52和弹簧53中，且具有凸台的一端位于套筒52内，压环连接杆51的另一端与气缸固定连接。

利用上述压环压紧机构使压环30下移压紧工件20时，气缸驱动压环压紧机构向下运动，压环压紧机构通过三个压环连接杆51带动压环30向下运动，当压环30与放置在卡盘主体10上的工件20接触后，压环30停止移动，气缸继续驱动压环压紧机构向下运动，进而带动三个压环连接杆51继续向下运动，此时三个压环连接杆51分别压缩套筒52内的弹簧53，在弹簧53产生的反弹力作用下使得压环30压紧工件20，从而将工件20固定在卡盘主体10上；利用上述压环压紧机构驱动压环30上升松开工件20的过程与压紧工件20的过程相反，在此不作详细描述。

利用上述压环压紧机构虽然能够实现将工件20压紧固定在卡盘主体10上，但本申请发明人在实现本发明的过程中发现：在现有的压环压紧机构中，因三个弹簧53各自的尺寸公差、强度公差以及安装到套筒52内的装配公差，导致三个弹簧53产生的反弹力很难相同，使得工件20的受力不均匀，从而导致工件20与卡盘主体10之间的间隙不均匀，引起等离子刻蚀过程中整个工件20的温度分布不均，进而严重影响等离子刻蚀的质量。

因此，如何提供一种使工件20与基座之间的间隙均匀的压环压紧机构，成为当前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压环压紧机构，采用该压环压紧机构对放置在基座上的待加工工件进行固定时，可以使该工件与基座之间的间隙均匀。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压环压紧机构，用于将待加工工件固定于基座上，包括：

位于反应腔室内的压环和配重环，所述配重环位于所述压环的下方且与所述压环连接，所述配重环的轴心与所述压环的轴心位于同一条直线上；

位于所述反应腔室外的驱动装置，以及一端与所述驱动装置连接、另一端可与所述配重环接触或分离的传动组件，所述驱动装置通过所述传动组件驱动所述压环和配重环上升或下降，且在所述压环下降的过程中，当所述压环与所述基座上的待加工工件接触后所述传动组件继续下降至与所述配重环分离。

优选地，所述传动组件包括：位于所述配重环的下方、并沿所述配重环的圆周方向均匀分布的至少三个驱动连接杆，所述驱动连接杆的一端可分别与所述配重环接触、另一端伸出所述反应腔室外并分别与所述驱动装置连接。

较佳地，所述配重环上设有垂直指向所述配重环的轴心、并沿所述配重环的圆周方向均匀分布的至少三个伸出部，且所述伸出部分别与所述驱动连接杆面向所述压环的一端一一正对。

优选地，在所述反应腔室内固设有至少三个沿所述配重环的圆周方向均匀分布的半圆环形的配重环定位套，所述配重环定位套的开口与所述伸出部一一相对，在竖直方向上每个所述配重环定位套远离所述压环的一端内侧设有与水平面呈55°～75°角的半圆形坡面，当所述传动组件下降至与所述配重环分离后，所述配重环通过所述伸出部和分别对应的所述半圆形坡面的配合，自动调整所述配重环的中心位置。

优选地，所述基座设有至少三个沿所述配重环的圆周方向均匀分布的半圆形凹槽，所述凹槽与所述配重环定位套一一相对，且在竖直方向上所述配重环定位套靠近所述压环的一端外侧设有延伸部，以将所述配重环定位套固定于所述基座上。

进一步地，所述配重环通过至少三个配重连接杆与所述压环连接，且所述配重连接杆沿所述配重环的圆周方向均匀分布。

优选地，在所述配重环和所述压环之间设有至少一个圆环形配重块，且所述配重块套装在所述配重连接杆上。

较佳地，在所述配重环与所述反应腔室之间设有第一绝缘环，在所述驱动连接杆靠近所述压环的一端设有第二绝缘环，在所述配重连接杆与所述基座之间设有第三绝缘环。

较佳地，在所述配重环靠近所述压环的端面或所述配重块靠近所述压环的端面设有配重保护环，以完全覆盖所述配重环或所述配重块靠近所述压环的端面。

优选地，所述驱动装置为气缸，所述传动组件还包括：位于所述反应腔室外且与所述反应腔室固定连接的腔室连接环，位于所述腔室连接环的下方并与所述腔室连接环固定连接的气缸固定环，位于所述气缸固定环的下方并与所述气缸固定环活动连接的气缸轴连接环，且所述气缸轴连接环分别与三个所述驱动连接杆的一端固定连接，与所述气缸固定环固定连接用于固定支撑所述气缸的气缸固定板，以及分别与所述气缸的气缸轴和所述气缸轴连接环固定连接的气缸轴连接板；其中，

所述腔室连接环的轴心、气缸固定环的轴心、气缸轴连接环的轴心和配重环的轴心位于同一条直线上，且所述腔室连接环和所述气缸固定环上各设有三个分别供三个所述驱动连接杆穿过的导向孔。

在本发明提供的压环压紧机构中，利用配重环的重力使压环压紧工件，从而将工件固定在卡盘主体上，与背景技术中所提的利用多个弹簧提供的反弹力来压紧工件、导致工件受力不均相比，利用配重环的重力来压紧工件可以使工件受力均匀，从而使工件与卡盘主体之间的间隙均匀。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中水冷卡盘的结构示意图；

图2为现有技术中压环压紧机构的压环和压环连接杆组件的位置关系图；

图3为图2中压环连接杆组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的压环压紧机构的局部示意图；

图5为图4中配重环的结构示意图；

图6为图4中配重环定位套的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的压环压紧机构的气缸、气缸固定板、气缸轴连接板的位置关系图；

图8为本发明实施例提供的压环压紧机构的腔室连接环、气缸连接环和气缸轴连接环的位置关系图。

附图标记：

10-卡盘主体， 11-透气孔，

12密封圈， 13-凹槽，

20-工件， 30-压环，

40-气缸， 41-气缸轴，

42-气缸固定板， 43-气缸轴连接板，

44-气缸连接环， 45-气缸轴连接环，

46-腔室连接环， 50-压环连接杆组件，

51-压环连接杆， 52-套筒，

53-弹簧， 60-反应腔室，

70-配重环， 71-伸出部，

72-配重连接杆， 73、74-配重块，

75-驱动连接杆， 80-第一绝缘环，

81-配重保护环， 82-第二绝缘环，

83-第三绝缘环， 90-配重环定位套，

91-延伸部， 92-半圆形坡面。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的压环压紧机构，下面结合说明书附图进行详细描述。

首先申明：在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例的描述中，设于反应腔室内的基座具体可以为卡盘主体、支撑台或基台等，下文为了描述方便，以基座为卡盘主体为例进行描述。

请参阅图4，本发明实施例提供的压环压紧机构包括：

位于反应腔室60内的压环30和配重环70，配重环70位于压环30的下方且与压环30连接，配重环70的轴心与压环30的轴心位于同一条直线上；

位于反应腔室60外的驱动装置(图中未画出)，以及一端与驱动装置连接、另一端可与配重环70接触或分离的传动组件(图中仅画出了驱动连接杆75)，驱动装置通过传动组件驱动配重环70带动压环30上升或下降。

当采用上述压环压紧机构对放置在卡盘主体10上的待加工工件20进行压紧固定时，驱动装置通过传动组件来驱动压环30和配重环70向下运动，当压环30与工件20接触后，传动组件在驱动装置继续提供的动力作用下继续向下运动，使得传动组件与配重环70分离，从而使得压环30可以利用配重环70的重力来压紧工件20，进而将工件20固定在卡盘主体10上。

由上可知，与背景技术中所提的利用多个弹簧提供的反弹力来压紧工件20、导致工件20受力不均相比，利用配重环70的重力来压紧工件可以使工件20受力均匀，从而使工件20与卡盘主体10之间的间隙均匀。因此，当等离子刻蚀工艺采用本实施例提供的压环压紧机构对放置在卡盘主体10上的工件20进行固定时，因工件20与卡盘主体10之间的间隙均匀，从而使得在等离子刻蚀过程中整个工件20的温度分布均匀，进而可以提高等离子刻蚀的质量。

具体实施时，传动组件的结构形式有多种，请继续参阅图4，在一种优选实施方式中，上述传动组件包括：位于配重环70的下方、并沿配重环70的圆周方向均匀分布的三个驱动连接杆75，三个驱动连接杆75的一端可分别与配重环70接触、另一端伸出反应腔室60外并分别与驱动装置连接。当需要使压环30上升时，驱动装置通过驱动三个驱动连接杆75上升来驱使配重环70和压环30上升；当需要压紧固定工件20时，驱动装置驱使三个驱动连接杆75下降，当压环30与工件20接触后，三个驱动连接杆75在驱动装置继续提供的动力作用下继续向下运动，从而与配重环70分离；在三个驱动连接杆75与配重环70分离后，压环30利用配重环70提供的重力将工件20固定在卡盘主体10上。

需要说明的是，在上述实施例中传动组件包括三个驱动连接杆75，但不限于此，传动组件可以包括三个以上的驱动连接杆75，即传动组件包括至少三个驱动连接杆75，但需要保证所有驱动连接杆75沿配重环70的圆周方向均匀分布。此外，上述至少三个驱动连接杆75可以由圆环状连接件替代，但必须保证该圆环状连接件的轴心与配重环60的轴心处于同一条直线上，利用圆环状连接件同样可以达到配重环70和压环30在上升或下降的过程中受力均衡的目的。

请参阅图4和图5，为了保证至少三个驱动连接杆75能够与配重环70接触，顺利实现由至少三个驱动连接杆75带动配重环70上升或下降，在一种优选实施方式中，在配重环70上设有垂直指向配重环70的轴心、并沿配重环70的圆周方向均匀分布的至少三个伸出部71，且所述至少三个伸出部71分别与所述至少三个驱动连接杆75面向压环30的一端一一正对。在本实施例中，因驱动连接杆75的数量为三个，因此，伸出部71的数量也为三个；在配重环70上升时，三个驱动连接杆75分别与各自对应的伸出部71相抵，以顶起配重环70，在配重环70下降时，首先由三个驱动连接杆75托持配重环70下降，当压环30与工件20接触后，三个驱动连接杆75在驱动装置的驱动下继续下降，使得三个驱动连接杆75与三个伸出部71分离。

在上述压环压紧机构中，为了防止压环30压偏，在具体实施时，可在压环30或配重环70的周围设有多个挡块，以防止压环30和配重环70出现横向移动。请参阅图6，在一种优选实施方式中，在反应腔室60内固设有至少三个沿配重环70的圆周方向均匀分布的半圆环形的配重环定位套90，配重环定位套90的开口与伸出部71一一相对，且在竖直方向上每个配重环定位套90远离压环30的一端内侧设有与水平面呈55°～75°角的半圆形坡面92，当传动组件下降至与配重环70分离后，配重环70通过伸出部71和分别对应的半圆形坡面92的配合，自动调整配重环70的中心位置。

进一步地，请继续参阅图4，在卡盘主体10(基座)上设有至少三个沿配重环70的圆周方向均匀分布的半圆形凹槽13，凹槽13与配重环定位套90一一相对，且在竖直方向上配重环定位套90靠近压环30的一端外侧设有延伸部91，以将配重环定位套90固定于卡盘主体10上。在本实施例中，在卡盘主体10上设有三个沿配重环70的圆周方向均匀分布的半圆形凹槽13，每个半圆形凹槽13的内径略大于配重环定位套90的外径，配重环定位套90安装在半圆形凹槽13中，并通过配重环定位套90的延伸部91与对应的半圆形凹槽13的上边缘卡合固定，各配重环定位套90的开口朝向各自对应的伸出部71。当配重环70与三个驱动连接杆75分离后，利用配重环70自身的重量，通过三个伸出部71和分别对应的三个半圆形坡面92的配合自动调整配重环70的中心位置，从而可以有效地防止压环30压偏。

为了保证压环30受到的驱动力均衡，配重环70与压环30之间可以通过圆环形连接件连接，但不限于此，请参阅图4，在一种优选实施方式中，配重环70通过至少三个配重连接杆72与压环30连接，且至少三个配重连接杆72沿配重环70的圆周方向均匀分布；如此设计，既可以保证压环30受到的驱动力均衡，又可以保证压环30压在工件20上时受到配重环70的重力均衡，从而可以使工件20受到压环30的压紧力均匀；此外，还可以使配重环70面向压环30的端面低于放置在卡盘主体10上工件的上表面，从而可以避免配重环70影响工件20上方的气体流动，进而可以进一步提高提高等离子刻蚀的质量。

为了调整压环30对工件20施加的压紧力，优选地，在配重环70和压环30之间设有至少一个圆环形配重块，且每个配重块套装在配重连接杆72上。请继续参阅图4，在本实施例中，在三个配重连接杆72上套装有配重块73和配重块74，如此设计，可以调整压环30对工件20施加的压紧力，进一步改善工件20与卡盘主体10之间的间隙。

请继续参阅图4，在配重环70靠近压环30的端面或配重块靠近压环30的端面设有配重保护环82，以完全覆盖配重环70或配重块靠近压环30的端面。在配重环70与反应腔室60之间设有第一绝缘环80，在每个驱动连接杆75靠近压环30的一端设有第二绝缘环81，在配重连接杆72与卡盘主体10之间设有第三绝缘环83。通过在配重环70、配重块、驱动连接杆75和配重连接杆72位置设置绝缘隔离件，即在配重与反应腔室之间添加绝缘隔离件，目的是为了防止配重与反应腔室之间因似接非接而导致电位不稳定所引起的刻蚀结果不稳定的情况。

在上述各实施方式中，因配重环70、配重块位于反应腔室60内，为了防止配重环70、配重块被腐蚀，配重环70、配重块通常采用比重大、耐高温、耐腐蚀的金属材料制成，如不锈钢等；此外，为了防止在配重环70处产生悬浮电位，优选地，对配重环70表面进行处理，如在配重环70表面进行喷涂陶瓷处理。

在上述实施例中，压环30和配重环70是由三个驱动连接杆75带动的，而三个驱动连接杆75与驱动装置的连接方式有多种，请参阅图4、图7和图8，优选地，驱动装置为气缸40，传动组件还包括：位于反应腔室60外且与反应腔室60固定连接的腔室连接环46，位于腔室连接环46的下方并与腔室连接环46固定连接的气缸固定环44，位于气缸固定环44的下方并与气缸固定环44活动连接的气缸轴连接环45，与气缸固定环44固定连接用于固定支撑气缸40的气缸固定板42，分别与气缸40的气缸轴41和气缸轴连接环45固定连接的气缸轴连接板43；其中，腔室连接环46的轴心、气缸固定环44的轴心、气缸轴连接环45的轴心和配重环70的轴心位于同一条直线上，气缸轴连接环45与三个驱动连接杆75的一段固定连接，且腔室连接环46和气缸固定环44上各设有三个分别供三个驱动连接杆75穿过的导向孔。值得一提的是，在上述压环压紧机构中，驱动装置还可以为液压缸或伺服电机。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压环压紧机构，用于将待加工工件固定于基座上，其特征在于，包括：

位于反应腔室内的压环和配重环，所述配重环位于所述压环的下方且与所述压环连接，所述配重环的轴心与所述压环的轴心位于同一条直线上；

位于所述反应腔室外的驱动装置，以及一端与所述驱动装置连接、另一端可与所述配重环接触或分离的传动组件，所述驱动装置通过所述传动组件驱动所述压环和配重环上升或下降，且在所述压环下降的过程中，当所述压环与所述基座上的待加工工件接触后所述传动组件继续下降至与所述配重环分离。

2.根据权利要求1所述的压环压紧机构，其特征在于，所述传动组件包括：位于所述配重环的下方、并沿所述配重环的圆周方向均匀分布的至少三个驱动连接杆，所述驱动连接杆的一端可分别与所述配重环接触、另一端伸出所述反应腔室外并分别与所述驱动装置连接。

3.根据权利要求2所述的压环压紧机构，其特征在于，所述配重环上设有沿径向指向所述配重环的轴心、并沿所述配重环的圆周方向均匀分布的至少三个伸出部，且所述伸出部分别与所述驱动连接杆面向所述压环的一端一一正对。

4.根据权利要求3所述的压环压紧机构，其特征在于，在所述反应腔室内固设有至少三个沿所述配重环的圆周方向均匀分布的半圆环形的配重环定位套，所述配重环定位套的开口与所述伸出部一一相对，且在竖直方向上每个所述配重环定位套远离所述压环的一端内侧设有与水平面呈55°～75°角的半圆形坡面，当所述传动组件下降至与所述配重环分离后，所述配重环通过所述伸出部和分别对应的所述半圆形坡面的配合，自动调整所述配重环的中心位置。

5.根据权利要求4所述的压环压紧机构，其特征在于，所述基座设有至少三个沿所述配重环的圆周方向均匀分布的半圆形凹槽，所述凹槽与所述配重环定位套一一相对，且在竖直方向上所述配重环定位套靠近所述压环的一端外侧设有延伸部，以将所述配重环定位套固定于所述基座上。

6.根据权利要求2所述的压环压紧机构，其特征在于，所述配重环通过至少三个配重连接杆与所述压环连接，且所述配重连接杆沿所述配重环的圆周方向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的压环压紧机构，其特征在于，在所述配重环和所述压环之间设有至少一个圆环形配重块，且所述配重块套装在所述配重连接杆上。

8.根据权利要求6所述的压环压紧机构，其特征在于，在所述配重环与所述反应腔室之间设有第一绝缘环，在所述驱动连接杆靠近所述压环的一端设有第二绝缘环，在所述配重连接杆与所述基座之间设有第三绝缘环。

9.根据权利要求7所述的压环压紧机构，其特征在于，在所述配重环靠近所述压环的端面或所述配重块靠近所述压环的端面设有配重保护环，以完全覆盖所述配重环或所述配重块靠近所述压环的端面。

10.根据权利要求2所述的压环压紧机构，其特征在于，所述驱动装置为气缸，所述传动组件还包括：位于所述反应腔室外且与所述反应腔室固定连接的腔室连接环，位于所述腔室连接环的下方并与所述腔室连接环固定连接的气缸固定环，位于所述气缸固定环的下方并与所述气缸固定环活动连接的气缸轴连接环，且所述气缸轴连接环分别与三个所述驱动连接杆的一端固定连接，与所述气缸固定环固定连接用于固定支撑所述气缸的气缸固定板，以及分别与所述气缸的气缸轴和所述气缸轴连接环固定连接的气缸轴连接板；其中，

所述腔室连接环的轴心、气缸固定环的轴心、气缸轴连接环的轴心和配重环的轴心位于同一条直线上，且所述腔室连接环和所述气缸固定环上各设有三个分别供三个所述驱动连接杆穿过的导向孔。