CN105552009B - 一种半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体加工设备，其压环与基座相互配合将基片固定在二者之间，基座在远离压环的装卸位置和与压环固定基片的工艺位置之间移动，在基座上表面上沿其周向间隔设置有与支撑针组件一一对应的第一通道，每个支撑针组件对应设置在与之对应的第一通道内，每个支撑针组件包括由上至下设置的支撑针和弹性部件，弹性部件在基座位于装卸位置时使支撑针的顶端位于基座上表面的上方，且在压力作用下其高度发生变化，并使支撑针的顶端相对基座上表面的高度发生变化。该半导体加工设备，可提高多个支撑针承载基片的水平度和每个支撑针的竖直度，且可提高多个支撑针所在圆周与基座的同轴度以及降低装配和调试难度。

Description

一种半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)设备是应用比较广泛的半导体设备，主要用于对基片表面进行镀膜工艺。

目前，通常借助机械手实现基片(或者，承载基片的托盘)的传输。图1为现有的PVD设备的反应腔室的结构示意图。请参阅图1，在反应腔室10内设置有支撑针传片机构和基座升降机构，其中，基座升降机构包括基座14和基座升降驱动器(图中未示出)，基座14用于承载基片，基座升降驱动器用于驱动基座14升降。支撑针传片机构包括托架11、支撑件13和多个支撑针12，支撑件13设置在托架11的一侧，用于将托架11固定在反应腔室10的底面上，多个支撑针12沿托架11周向设置，且每个支撑针12贯穿基座14。

上述支撑针传片机构、基座升降机构和机械手配合实现基片的传输。具体地，将机械手上的基片装载至基座上的工作过程为：预先设置基座14位于低位，多个支撑针12的顶端高于基座14的上表面，首先，承载有基片的机械手传输至多个支撑针12的顶端正上方的预设位置处；接着，机械手下降预设距离，以实现基片位于多个支撑针12上，即实现基片自机械手上传输至多个支撑针12上；接着，基座升降驱动器驱动基座14上升，在其上升的过程中将位于多个支撑件12上基片托起，即实现基片自多个支撑针12上传输至基座14上，基座继续上升直至工艺位置，对位于工艺位置处的基片进行工艺加工。由于将基座上的基片卸载至机械手上的工作过程与上述将基片自机械手装载至基座上的过程相反，在此不再赘述。

然而，采用上述支撑针传片机构和基座升降机构配合实现基片的传输在实际应用中不可避免地会存在以下问题：

其一，由于支撑针传片机构和基座升降机构均可能存在加工误差和多零件组装中出现装配误差，造成支撑针所在圆周与基座的同轴度差，从而造成基片传输的稳定性差；

其二，由于支撑针传片机构为悬臂梁结构，且机械部件加工存在误差，因此，容易造成多个支撑针承载基片的水平度差，每个支撑针的竖直度差，从而造成基片传输的稳定性差；

其三，由于支撑针传片机构和基座升降机构需要依次装配至反应腔室内，造成装配和调试难度大。

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，提出了一种半导体加工设备，其可以解决现有悬臂梁结构的支撑针传片造成多个支撑针承载基片的水平度和每个支撑针的竖直度差的问题，从而可以提高基片传输的稳定性；而且，可以提高多个支撑针所在圆周与基座的同轴度和降低装配和调试难度。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种半导体加工设备，包括基座、压环和多个支撑针组件，所述基座用于承载基片，所述压环与所述基座相互配合将所述基片固定在二者之间，所述基座在远离所述压环的装卸位置和与所述压环固定基片的工艺位置之间移动，在所述基座上表面上沿其周向间隔设置有与所述支撑针组件一一对应的第一通道，每个所述支撑针组件对应设置在与之对应的所述第一通道内，每个所述支撑针组件包括由上至下设置的支撑针和弹性部件，多个所述支撑针的顶端用于承载基片，所述弹性部件在所述基座位于装卸位置时使所述支撑针的顶端位于所述基座上表面的上方，并且，所述弹性部件在压力作用下其高度发生变化，并使所述支撑针的顶端相对基座上表面的高度发生变化。

其中，每个所述支撑针组件还包括沿所述基座轴向设置的连接柱，所述连接柱的下端与所述基座固定，所述支撑针下表面上设置有沿所述连接柱的轴向设置的第二通道，所述连接柱的上端设置在所述第二通道内；所述弹性部件套置在所述连接柱的外侧，且位于所述支撑针下端和所述连接柱下端之间。

其中，所述第二通道包括沿其轴向由上至下串接的第一子通道和第二子通道，所述第一子通道内径小于所述第二子通道的内径，在所述第二子通道内还设置有直线轴承，所述直线轴承套置在所述连接柱外侧，所述弹性部件位于所述直线轴承下端和所述连接柱下端之间。

其中，对应每个所述支撑针组件还包括限位机构，用于限定所述支撑针顶端相对所述基座上表面的最高位置。

其中，每个所述限位机构包括在与之对应的所述支撑针上设置的限位部和沿所述基座轴向设置的限位柱，所述限位柱的下端与所述基座固定，所述限位部上设置有通孔，所述限位部借助所述通孔套置在所述限位柱的外侧，且可沿所述限位柱升降，所述限位柱的上端的径向尺寸大于所述通孔的内径。

其中，所述限位柱下端的外侧壁上设置有螺纹，与所述限位柱下端固定的所述基座的位置处设置有螺纹通孔或者螺纹盲孔，通过控制所述限位柱的下端拧入所述螺纹通孔或者螺纹盲孔的深度来调节所述限位部沿所述限位柱上升的最高值。

其中，每个所述第一通道设置在所述基座的边缘区域。

其中，每个所述第一通道包括在所述基座的外侧壁上设置的凹部和与所述凹部相连且贯穿所述基座上表面的通孔，与所述第一通道对应的所述支撑针组件设置在所述凹部内，且所述支撑针组件的支撑针的顶端对应所述通孔设置。

其中，每个所述凹部贯穿所述基座的下表面，所述承载装置还包括与每个所述凹部对应的支撑板，所述支撑板水平设置且与所述基座固定，所述连接柱和所述限位柱固定在所述支撑板的上表面上，并且，所述支撑板远离所述基座的一端位于所述基座的侧壁外侧，所述限位部和所述限位柱对应所述支撑板远离所述基座的一端设置。

其中，所述弹性部件包括弹簧。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体加工设备，其借助沿基座的周向间隔设置的多个支撑针组件的弹性部件在基座位于装卸位置时使支撑针的顶端位于基座上表面的上方，可以通过机械手和基座的相对升降实现机械手和支撑针的顶端之间基片的传输；并且，借助弹性部件在压力作用下其高度发生变化，并使支撑针的顶端相对基座上表面的高度发生变化，可以通过基座在装卸位置至工艺位置移动，弹性部件受到压环的压力而使得支撑针的顶端高于或不高于基座上表面，从而实现基片在基座和多个支撑针的顶端的传输。由上可知，本发明提供的半导体加工设备，借助沿基座的周向间隔设置的多个支撑针组件替代了现有技术中为悬臂梁结构的支撑针传片机构，实现辅助机械手完成与基座之间的装卸载基片的过程，因而可以解决现有悬臂梁结构的支撑针传片造成多个支撑针承载基片的水平度和每个支撑针的竖直度差的问题，从而可以提高基片传输的稳定性；并且，与现有技术相比，相当于基座整合了支撑针传片机构的功能，且其结构相对简单，因而不仅可以保证多个支撑针所在圆周与基座的同轴度，而且还可以在完成基座装配后再将基座安装在反应腔室内，从而可以降低装配和调试难度。

附图说明

图1为现有的PVD设备的反应腔室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半导体加工设备的反应腔室的一种工作状态示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体加工设备的反应腔室的另一种工作状态示意图；

图4为图2中基座的立体图；

图5为图2中基座的局部放大图；

图6为图3中基座的区域I的局部放大图；

图7a为机械手传入反应腔室的状态图；

图7b为基片自机械手传输至多个支撑针顶端的状态图；以及

图7c为机械手返回后反应腔室的状态图。

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半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的半导体加工设备的反应腔室的一种工作状态示意图。图3为本发明实施例提供的半导体加工设备的反应腔室的另一种工作状态示意图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的半导体加工设备，包括基座20、压环30和多个支撑针组件。其中，基座20用于承载基片S，压环30与基座20相互配合将基片固定在二者之间，基座20在远离压环30的装卸位置和与压环30固定基片的工艺位置之间移动，所谓装卸位置是指基座20所在的与机械手配合装卸载基片的位置，装卸位置如图2中基座20所在位置，工艺位置为图3中基座20所在位置，在本实施例中，基座20与压环30同轴设置，且设置在压环30的下方，基座20通过升降实现在装卸位置和工艺位置之间移动。

在基座20上表面上沿其周向间隔设置有与支撑针组件一一对应的第一通道21，每个支撑针组件对应设置在与之对应的第一通道21内，并且，每个支撑针组件包括由上至下设置的支撑针401和弹性部件402，多个支撑针401的顶端用于承载基片，预设弹性部件402在基座20位于装卸位置时使支撑针401的顶端位于基座20上表面的上方，如图2所示，因此，在基座20位于装卸位置时，可以通过机械手和基座20的相对升降实现机械手和支撑针401的顶端之间基片的传输。

并且，弹性部件402在压力作用下其高度发生变化，并使支撑针401的顶端相对基座20上表面的高度发生变化。由于在基座20位于装卸位置时支撑针401的顶端位于基座20上表面的上方，且压环30与基座20相互配合将基片固定在二者之间，因此，在基座20移动至工艺位置的过程中，压环30会通过位于支撑针401上的基片、支撑针401向弹性部件402施加压力，弹性部件402在受到压环30的压力下会使得支撑针401的顶端相对基座20上表面的高度减小，直至位于工艺位置时，支撑针401的顶端不高于基座20的上表面，从而实现基片自支撑针401的顶端传输至基座20上。以及，在基座20自工艺位置向装卸位置移动的过程中，由于基座20向远离压环30的方向移动，因此，弹性部件402受到压环30的压力减小，使支撑针401的顶端相对基座20上表面的高度增大，即支撑针401的顶端相对基座20的上表面上升，而将位于基座20上表面的基片顶起，从而实现基片自基座20传输至支撑针401的顶端。

由上可知，本实施例提供的半导体加工设备，其借助沿基座20的周向间隔设置的多个支撑针组件替代了现有技术中为悬臂梁结构的支撑针传片机构，实现辅助机械手完成与基座20之间的装卸载基片的过程，因而可以提高多个支撑针承载基片的水平度和每个支撑针的竖直度，从而可以提高基片传输的稳定性；并且，与现有技术相比，相当于基座20整合了支撑针传片机构的功能，且其结构简单，因而不仅可以保证多个支撑针所在圆周与基座20的同轴度，而且还可以在完成基座20装配后再将基座20安装在反应腔室内，从而可以降低装配和调试难度。

优选地，多个第一通道21沿基座20的周向间隔且均匀设置，换言之，多个支撑针组件沿基座20的周向间隔且均匀设置，这可以提高多个支撑针承载基片的稳定性。

下面结合图4-图6详细描述支撑针组件的具体结构以及支撑组件与基座20之间的结构位置关系。具体地，在本实施例中，弹性部件402为弹簧。并且，每个支撑针组件还包括沿基座20轴向设置的连接柱403，连接柱403的下端与基座20固定，支撑针401下表面上设置有沿连接柱403的轴向设置的第二通道，连接柱403的上端设置在第二通道内；弹性部件402套置在连接柱的外侧，且位于支撑针401下端和连接柱403下端之间。可以理解，在弹性部件402受到的压环30压力变化时支撑针401沿连接柱403进行升降，对应地，连接柱403的上端在第二通道内与支撑针401进行相对运动。

第二通道包括沿其轴向由上至下串接的第一子通道4041和第二子通道4042，第一子通道4041内径小于第二子通道4042的内径，在第二子通道4042内还设置有直线轴承405，直线轴承405套置在连接柱403外侧，弹性部件402位于直线轴承405下端和连接柱403下端之间，借助直线轴承402可以降低连接柱403和支撑针401之间的摩擦力。另外，直线轴承405可以选用无油直线轴承。

在第二子通道4042内，且位于直线轴承405和弹性部件402之间还设置有环形挡板406，环形挡板406套置在连接柱403外侧，借助环形挡板406可以减小直线轴承405和弹性部件402的直接接触，从而可以避免弹性部件402对直线轴承405造成损坏。

另外，对应每个支撑针401组件还包括限位机构，用于限定支撑针401顶端相对基座20上表面的最高位置。具体地，在本实施例中，如图4所示，每个限位机构包括在与之对应的支撑针401上设置的限位部4011和沿基座20轴向设置的限位柱407，限位柱407的下端与基座20固定，限位部4011上设置有通孔，限位部4011借助通孔套置在限位柱407的外侧，且可沿限位柱407升降，限位柱407的上端的径向尺寸大于通孔的内径。可以理解，由于限位部4011设置在支撑针401上，因此，限位部4011与支撑针401同步升降，换言之，当支撑针401沿连接柱403进行下降或上升时，则限位部4011沿限位柱407下降或上升；另外，由于限位柱407上端的径向尺寸大于通孔的内径，因此，限位柱407的上端可以限制限位部4011沿限位柱407上升的最大高度，换言之，可以限制支撑针401上升的最大高度，从而可实现限定支撑针401顶端相对基座20上表面的最高位置。

优选地，限位柱407下端的外侧壁上设置有螺纹，与限位柱407下端固定的基座20的位置处设置有螺纹通孔或者螺纹盲孔，通过控制限位柱407的下端拧入螺纹通孔或者螺纹盲孔的深度来调节限位部4077沿限位柱407上升的最高值，也就是说，来调节支撑针401顶端相对基座20上表面的最高值，从而可以根据实际需求自行调节。

在本实施例中，每个第一通道21设置在基座20的边缘区域，如图4所示，也就是说，多个支撑针组件在基座20的边缘区域沿其周向间隔设置。在这种情况下，如图4所示，每个第一通道21包括在基座20的外侧壁上设置的凹部211和与凹部211相连且贯穿基座20上表面的通孔212，与第一通道21对应的支撑针组件设置在凹部211内，且支撑针组件的支撑针的顶端对应通孔212设置，以使支撑针401的顶端经由该通孔212进行升降。

并且，如图4所示，每个凹部211贯穿基座20的下表面，承载装置还包括与每个凹部211对应的支撑板213，支撑板213水平设置且与基座20固定，具体地，支撑板213通过螺钉固定在基座的下表面上，连接柱403和限位柱407固定在支撑板213的上表面上，从而实现连接柱403和限位柱407固定在基座20上；支撑板213远离基座20的一端位于基座20的侧壁外侧，限位部4011和限位柱407对应支撑板213远离基座20的一端设置，如图3和图4所示，换言之，限位机构设置在基座20侧壁的外侧，以便于操作人员进行调节。

优选地，如图4所示，每个支撑针401顶端的内侧部分用于承载基片，其外侧部分设置有凸起4012，用于在基片位于支撑针401顶端的内侧部分时对基片进行限位，所谓内侧部分是指支撑针401顶端的靠近基座20的部分，所谓外侧部分是指支撑针401顶端的远离基座20的部分。另外，凸起4012的内侧壁与支撑针401顶端的内侧部分的上表面成钝角，不仅便于装载基片，而且在基片装载在支撑针401顶端时若出现偏心可以沿该凸起4012的内侧壁下滑，从而可以实现自动校正基片位置。

在本实施例中，压环30可以为全周压环，即，压环30的内径小于基片的内径，借助压环30下表面的靠近其环孔的环形区域叠置在基片的边缘区域。当然，还可以在压环30的内周壁上沿其周向间隔设置有多个压爪，借助多个压爪的下表面叠置在基片的边缘区域。

下面结合图7a-图7c详细描述采用本实施例提供的半导体加工设备是如何实现机械手向基座20装载基片的。具体地，预先设置基座20位于装卸位置，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S10，承载有基片的机械手60自反应腔室的传片口传入反应腔室内，且位于各个支撑针401顶端的上方，如图7a所示；

步骤S11，驱动机械手下降至支撑针401顶端的下方，和/或，驱动基座20上升，以使支撑针401顶端位于机械手60的上方，从而实现基片自机械手60传输至多个支撑针401的顶端上，如图7b所示；

步骤S12，空载的机械手60返回，如图7c所示；

步骤S13，驱动基座20自装卸位置上升至工艺位置，在这个过程中，由于支撑针401的顶端高于基座20的上表面，且支撑针401的顶端的外侧部分设置有凸起4012，因此，基座20上升会使得支撑针401的凸起4012最先与压环30相接触，基座20继续上升，压环30的压力会自支撑针401的凸起4012传递至弹性部件402，使得弹性部件402的高度降低(即被压缩)，从而使得支撑针401的顶端相对基座20的上表面下降，即支撑针401的顶端与基座20上表面进行相对运动；基座20继续上升直至将压环30托起，此时，支撑针401的顶端不高于基座的上表面，从而实现基片自支撑针401传输至基座20上，如图3所示，从而完成基片的装载工艺。

在步骤S13之后，对基片进行工艺加工，在工艺加工完成之后需要将完成工艺的基片卸载。

下面详细描述采用本实施例提供的半导体加工设备是如何实现机械手卸载基座20上承载的基片的。具体地，预先设置基座20位于工艺位置，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S20，驱动基座20自工艺位置下降至装卸位置，在这个过程中，首先，基座20下降使得压环30下降至位于用于搭接压环30的lower shield50上，继续下降，由于基座20与压环30脱离，因此，弹性部件402受到压环30的压力减小，使支撑针401的顶端相对基座20的上表面上升，并将位于基座20上表面的基片顶起，但由于上述限位机构的设置，支撑针401的顶端上升至预设高度后与基座20相对位置不变，驱动基座20继续下降直至装卸位置，如图7c所示；

步骤S21，空载的机械手60自反应腔室的传片口传入反应腔室内，且位于支撑针401顶端的下方，如图7b所示；

步骤S22，驱动机械手60上升至各个支撑针401顶端的上方，和/或，驱动基座20下降，以使各个支撑针401顶端位于机械手60的下方，从而实现基片自多个支撑针401的顶端传输至机械手60上，如图7a所示，从而完成基片的卸载工艺。

另外，本实施例提供的半导体加工设备包括物理气相沉积设备。

需要说明的是，在本实施例中，支撑针组件对应设置在基座20的边缘区域。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，多个支撑针组件还可以对应基座20的任意区域并沿其周向间隔设置，同样能够使得压环30的压力经由基片、支撑针401传递至弹性部件402，即同样能够使得弹性部件402受到压环30的压力变化。

还需要说明的是，每个支撑针组件采用上述的结构，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他结构，只要能够实现在基座20位于装卸位置时弹性部件402使支撑针401的顶端位于基座20上表面的上方，且弹性部件402在压环30压力作用下其高度发生变化，并使支撑针401的顶端相对基座20上表面的高度发生变化即可。另外，弹性部件不仅可以为弹簧，也可以为其他在受到压力的作用下其高度发生变化的器件。

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)

1.一种半导体加工设备，其特征在于，包括基座、压环和多个支撑针组件，所述基座用于承载基片，所述压环与所述基座相互配合将所述基片固定在二者之间，所述基座在远离所述压环的装卸位置和与所述压环固定基片的工艺位置之间移动，在所述基座上表面上沿其周向间隔设置有与所述支撑针组件一一对应的第一通道，每个所述支撑针组件对应设置在与之对应的所述第一通道内，每个所述支撑针组件包括由上至下设置的支撑针和弹性部件，多个所述支撑针的顶端用于承载基片，所述弹性部件的上端与所述支撑针连接，所述弹性部件的下端与所述基座连接，所述弹性部件在所述基座位于装卸位置时使所述支撑针的顶端位于所述基座上表面的上方，并且，所述弹性部件在压力作用下其高度发生变化，并使所述支撑针的顶端相对基座上表面的高度发生变化。

2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，每个所述支撑针组件还包括沿所述基座轴向设置的连接柱，所述连接柱的下端与所述基座固定，所述支撑针下表面上设置有沿所述连接柱的轴向设置的第二通道，所述连接柱的上端设置在所述第二通道内；

所述弹性部件套置在所述连接柱的外侧，且位于所述支撑针下端和所述连接柱下端之间。

3.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述第二通道包括沿其轴向由上至下串接的第一子通道和第二子通道，所述第一子通道内径小于所述第二子通道的内径，

在所述第二子通道内还设置有直线轴承，所述直线轴承套置在所述连接柱外侧，所述弹性部件位于所述直线轴承下端和所述连接柱下端之间。

4.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，对应每个所述支撑针组件还包括限位机构，用于限定所述支撑针顶端相对所述基座上表面的最高位置。

5.根据权利要求4所述的半导体加工设备，其特征在于，每个所述限位机构包括在与之对应的所述支撑针上设置的限位部和沿所述基座轴向设置的限位柱，所述限位柱的下端与所述基座固定，所述限位部上设置有通孔，所述限位部借助所述通孔套置在所述限位柱的外侧，且可沿所述限位柱升降，所述限位柱的上端的径向尺寸大于所述通孔的内径。

6.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，所述限位柱下端的外侧壁上设置有螺纹，与所述限位柱下端固定的所述基座的位置处设置有螺纹通孔或者螺纹盲孔，通过控制所述限位柱的下端拧入所述螺纹通孔或者螺纹盲孔的深度来调节所述限位部沿所述限位柱上升的最高值。

7.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，每个所述第一通道设置在所述基座的边缘区域。

8.根据权利要求7所述的半导体加工设备，其特征在于，每个所述第一通道包括在所述基座的外侧壁上设置的凹部和与所述凹部相连且贯穿所述基座上表面的通孔，

与所述第一通道对应的所述支撑针组件设置在所述凹部内，且所述支撑针组件的支撑针的顶端对应所述通孔设置。

9.根据权利要求8所述的半导体加工设备，其特征在于，每个所述凹部贯穿所述基座的下表面，所述承载装置还包括与每个所述凹部对应的支撑板，所述支撑板水平设置且与所述基座固定，所述连接柱和所述限位柱固定在所述支撑板的上表面上，并且，

所述支撑板远离所述基座的一端位于所述基座的侧壁外侧，所述限位部和所述限位柱对应所述支撑板远离所述基座的一端设置。

10.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述弹性部件包括弹簧。