CN107735857B - 基座定位及旋转设备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于在批处理腔室中对准大型基座的设备及方法。还描述了用于控制基座相对于气体分配组件的平行的设备及方法。

Description

基座定位及旋转设备及使用方法
技术领域
本公开一般有关于用于定位和/或旋转基座组件的设备及方法。更具体地，本公开的实施例针对用于在多个轴中移动批处理基座组件的设备及方法。
背景技术
某些批处理腔室具有相对大直径的基座(1m或更大)，以保持足够数量的晶片以供处理。基座紧邻(3mm至0.5mm)注射板而旋转，其中该注射板为另一个大直径的盘状部件。调整这些部件之间的平行度，以控制沉积处理。目前，这些部件被手动定位，此举需要大约三个小时。该平行度相对于基座温度及腔室压力而变化。从而，需要设备及方法来对准及控制平行度，以应付紧密的缝隙及改变处理参数的影响。
发明内容
本公开的一或更多个实施例是针对基座组件，该基座组件包括轴杆(shaft)，该轴杆可支撑基座及定位系统。定位系统包括底板、顶板及至少三个致动器，致动器定位于该底板及该顶板之间并与该底板及该顶板接触。致动器中的每一个具有主体及杆(rod)，该杆具有定位于该主体内的杆端。每个杆沿着主体的轴能可滑动地移动，以将顶板移动靠近或远离底板。
本公开的额外实施例针对处理腔室，处理腔室包括真空腔室，该真空腔室具有底部，该底部具有穿过该底部的开口。基座组件包括轴杆，该轴杆可支撑基座及定位系统。定位系统包括底板、顶板及至少三个致动器，致动器定位于该底板及该顶板之间并与该底板及该顶板接触。致动器中的每一个具有主体及杆，该杆具有定位于该主体内的杆端。每个杆沿着主体的轴能可滑动地移动，以将顶板移动靠近或远离底板。基座组件经定位以使得轴杆延伸穿过真空腔室的底部中的开口。基座在真空腔室内连接至轴杆的顶部。
本公开的额外实施例针对处理腔室，处理腔室包括真空腔室，该真空腔室具有底部，该底部具有穿过该底部的开口。轴杆延伸穿过该开口并支撑在真空腔室内的基座。轴承组件包含球形滚轮轴承，该球形滚轮轴承定位在轴杆周围，以形成轴杆及真空腔室之间的密封。
附图说明
为了使本公开的上述特征可被详细理解，在上方简要总结的本公开的更具体描述可参考实施例，其中某些实施例描绘于附图中。然而应注意到，附图仅描绘本公开的典型实施例，且因此不应被认为是限制本公开的范围，因为本公开可承认其他同等有效的实施例。
图1根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的剖面图；
图2根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的局部立体图；
图3根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的示意图；
图4根据本公开的一或更多个实施例显示部分的楔形气体分配组件的示意图，该楔形气体分配组件用于批处理腔室中；
图5根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的示意图；
图6根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的局部立体图；
图7显示连同本公开的一或更多个实施例使用的V形块的立体图；
图8A及图8B根据本公开的一或更多个实施例显示线性致动器，所述线性致动器具有球形杆端；
图9根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的局部立体图；
图10根据本公开的一或更多个实施例显示批处理腔室的局部立体图；
图11根据本公开的一或更多个实施例显示球形轴承组件的局部剖面图；
图12A及图12B根据本公开的一或更多个实施例显示使用中的球形轴承组件的局部剖面图；及
图13根据本公开的一或更多个实施例显示球形轴承的局部剖面图。
具体实施方式
在描述本公开的数个示例性实施例之前，应理解到本公开不受限于以下描述中阐述的构造或处理步骤的细节。本公开能够完成其他实施例，且能够以各种方式实行或实现。所描述的实施例及绘图仅意图用作为示例，且不应被解释为限制所公开的设备或方法。
在此所使用的“基板”指的是任何基板或在基板上形成的材料表面，其中在制造工艺期间，薄膜处理执行于该基板上。例如，可在其上执行处理的基板表面包含例如硅、氧化硅、应变硅(strained silicon)、绝缘体上的硅(silicon on insulator,SOI)、掺杂碳的硅氧化物、氮化硅、经掺杂的硅(doped silicon)、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石等材料，以及任何其他例如金属、金属氮化物、金属合金等材料及其他导电材料，这取决于应用。基板包括，但不限于，半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺，以研磨、蚀刻、减少、氧化、羟化(hydroxylate)、退火和/或烘烤基板表面。除了在基板本身的表面上直接处理薄膜外，在本公开中，任何所公开的薄膜处理步骤亦可在基板上形成的下覆层上进行，如在下方更详细地地公开的，且术语“基板表面”是如上下文所指示的，意图包含这样的下覆层。因此，举例而言，在薄膜/层或部分薄膜/层已被沉积到基板表面的情况下，新沉积的薄膜/层的暴露表面变成基板表面。
根据一或更多个实施例，设备及方法可与原子层沉积(atomic layerdeposition,ALD)处理一起使用。在这样的实施例中，基板表面被依序地或基本上依序地暴露于前体(或反应气体)。如整个说明书在此所用地，“基本上依序”是指前体暴露的大部分的持续时间不与共试剂(co-reagent)的暴露重叠，虽然可能有一些重叠。如本说明书及附随的权利要求书中所使用的，术语“前体”、“反应物”、“反应气体”及类似者可互换使用，以指代能与基板表面反应的任何气态物种。
所描述的各种实施例可与使用多轴运动的任何类型的系统一起使用。为了描述的目的，实施例被显示为与空间ALD批处理腔室一起使用。本领域技术人员将理解到，设备及方法可经适配以在其他环境中或与其他处理腔室一起使用。例如，时域ALD处理腔室、化学气相沉积腔室。
图1显示批处理腔室100的剖面图，该批处理腔室包括气体分配组件120及基座组件140，该气体分配组件亦称为注射器或注射器组件。气体分配组件120是处理腔室中所使用的任何类型的气体输送装置。气体分配组件120包括前表面121，该前表面面对基座组件140。前表面121可具有任何数量或种类的开口，以朝向基座组件140输送气流。气体分配组件120还包含外边缘124，其中在所显示的实施例中，该外边缘几乎是圆的。
所使用的气体分配组件120的具体类型可取决于所使用的特定处理而变化。本公开的实施例可与任何类型的处理系统一起使用，其中在该处理系统中，基座及气体分配组件之间的缝隙受到控制。在二元反应(binary reaction)中，多个气体通道可包含至少一个第一反应气体A通道，至少一个第二反应气体B通道，至少一个净化气体P通道和/或至少一个真空V通道。将从第一反应气体A通道、第二反应气体B通道及净化气体P通道流动的气体朝向晶片的顶表面导引。某些气流跨晶片的表面横向移动，并穿过净化气体P通道而离开处理区域。
在一些实施例中，气体分配组件120是由单一注射器单元制成的刚性固定主体。在一或更多个实施例中，气体分配组件120是由多个独立区段(例如，注射器单元122)所制成，如图2所显示。单片主体或多区段主体的任一者可与本公开所描述的各种实施例一起使用。
基座组件140被定位在气体分配组件120的下方。基座组件140包含顶表面141，及在顶表面141中的至少一个凹部142。基座组件140亦具有底表面143及边缘144。凹部142可以是任何合适的形状及尺寸，这取决于被处理的基板60的形状及尺寸。在图1所显示的实施例中，凹部142具有平坦的底部，以支撑晶片的底部；然而，凹部的底部可以变化。在一些实施例中，凹部在该凹部的外围边缘周围具有台阶区域，该些台阶区域被设定尺寸以支撑晶片的外围边缘。由台阶支撑的晶片外围边缘的量可被改变，这取决于，例如，晶片的厚度及已经存在于晶片背侧上的特征的存在。
在一些实施例中，如图1所显示，基座组件140的顶表面141中的凹部142被设定尺寸，使得凹部142中所支撑的基板60具有顶表面61，该顶表面与基座140的顶表面141基本上共平面。如本说明书及附随的权利要求书中所使用的，术语“基本上共平面”是指晶片的顶表面及基座组件的顶表面在±0.5mm、±0.4mm、±0.3mm、±0.25mm、±0.2mm、±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共平面。
图1的基座组件140包含轴杆160，该轴杆能够升高、降低及旋转基座组件140。基座组件在轴杆160的中心内可包含加热器，或气体管线，或电子部件。轴杆160可以是增加或减少基座组件140及气体分配组件120之间的缝隙的主要手段，以将基座组件140移动到适当的位置。基座组件140还可包括微调致动器162，该微调致动器可对基座组件140做微调，以产生基座组件140及气体分配组件120之间的预定缝隙170。在一些实施例中，缝隙170的距离是在约0.1mm至约5.0mm的范围内，或在约0.1mm至约3.0mm的范围内，或在约0.1mm至约2.0mm的范围内，或在约0.2mm至约1.8mm的范围内，或在约0.3mm至约1.7mm的范围内，或在约0.4mm至约1.6mm的范围内，或在约0.5mm至约1.5mm的范围内，或在约0.6mm至约1.4mm的范围内，或在约0.7mm至约1.3mm的范围内，或在约0.8mm至约1.2mm的范围内，或在约0.9mm至约1.1mm的范围内，或约1mm。
在附图中所显示的处理腔室100是旋转料架(carousel)类型的腔室，其中基座组件140可保持多个基板60。如图2所显示，气体分配组件120可包含多个分离的注射器单元122，每个注射器单元122能够随着晶片在注射器单元底下移动而在晶片上沉积薄膜。两个饼形(pie-shaped)注射器单元122被显示为大约定位在基座组件140的相对侧上并在基座组件140上方。注射器单元122的此数量仅为了说明性目的而显示。应理解到，更多或更少的注射器单元122可被包含在内。在一些实施例中，有足够数量的饼形注射器单元122，以形成符合基座组件140形状的形状。在一些实施例中，每个独立的饼形注射器单元122可被独立移动、移除和/或替换，而不影响任何其他注射器单元122。例如，一个区段可被升高，以允许机器人出入基座组件140及气体分配组件120之间的区域，以装载/卸除基板60。
具有多个气体注射器的处理腔室可用来同时处理多个晶片，使得晶片经历相同的处理流程。例如，如图3所显示，处理腔室100具有四个气体注射器组件及四个基板60。在处理开始时，基板60可定位在注射器组件30之间。旋转17基座组件140 45度将造成气体分配组件120之间的每个基板60被移动至气体分配组件120以用于薄膜沉积，如气体分配组件120下方的虚线圆圈所描绘。额外的45度旋转将使基板60移动远离注射器组件30。利用空间ALD注射器，在晶片相对于注射器组件移动期间，薄膜被沉积在晶片上。在一些实施例中，基座组件140以增量(increments)旋转，此举防止基板60于气体分配组件120下方停止。基板60及气体分配组件120的数量可以是相同的或不同的。在一些实施例中，被处理的晶片具有与气体分配组件相同的数量。在一或更多个实施例中，被处理的晶片数量是气体分配组件的数量的分数或整数倍数。例如，如果有四个气体分配组件，则有4x个晶片被处理，其中x是大于或等于1的整数值。
在图3中所显示的处理腔室100仅代表一个可能的配置，且不应该被视为限制本公开的范围。在此，处理腔室100包含多个气体分配组件120。在所显示的实施例中，有四个气体分配组件(也称为注射器组件30)，该等气体分配组件在处理腔室100周围平均地间隔开来。所显示的处理腔室100是八角形的；然而，本领域技术人员将理解到，这是一种可能的形状，且不应被视为限制本公开的范围。所显示的气体分配组件120是梯形的，但该气体分配组件可以是单一的圆形组件或由多个饼形区段所构成，如图2所显示。
图3所显示的实施例包含装载锁定腔室180，或类似缓冲站的辅助腔室。此腔室180被连接到处理腔室100的侧边，以允许，例如，基板(也称为基板60)从腔室100装载/卸除。晶片机器人可被定位在腔室180中，以将基板移动到基座上。
旋转料架(例如，基座组件140)的旋转可以是连续的或不连续的。在连续处理中，晶片不断地旋转，使得该等晶片依序地被暴露于每个注射器。在不连续的处理中，晶片可被移动到注射器区域并停止，接着移动到注射器之间的区域84并停止。例如，旋转料架可旋转，使得晶片从注射器间区域移动经过注射器(或邻近注射器停止)，并继续移动到旋转料架可再次暂停的下一个注射器间区域。注射器之间的暂停可提供时间给每个层沉积之间的额外处理步骤(例如，暴露于等离子体)。
图4显示可称为注射器单元112的气体分配组件220的区段或部分。注射器单元122可单独使用，或与其他注射器单元组合使用。例如，如图5所显示，图4的四个注射器单元122被组合以形成单个气体分配组件220。(为了清楚起见，分离四个注射器单元的线没有被显示)。虽然图4的注射器单元122具有第一反应气体端口125及第二反应气体端口135两者，及额外具有净化气体端口155及真空端口145，但注射器单元122不需要所有这些组件。
参考图4及图5两者，根据一或更多个实施例的气体分配组件220可包括多个区段(或注射器单元122)，其中每个区段是相同的或不同的。气体分配组件220被定位在处理腔室中，并在气体分配组件220的前表面121中包括多个延长气体端口125、135、155及真空端口145。多个延长气体端口125、135、155及真空端口145从相邻于内围边缘123的区域朝向相邻于气体分配组件220的外围边缘124的区域延伸。所显示的多个气体端口包含第一反应气体端口125、第二反应气体端口135、真空端口145、及净化气体端口155，该真空端口围绕第一反应气体端口及第二反应气体端口的每一个。
然而，参考图4或图5所显示的实施例，当阐述端口从至少大约内围区域延伸至至少大约外围区域时，该等端口可不仅仅从内围区域径向延伸到外围区域。该等端口可随着真空端口145围绕反应气体端口125及反应气体端口135而切线地延伸。在图4及图5所显示的实施例中，楔形反应气体端口125、135在所有边缘上(包含相邻的内围区域及外围区域)被真空端口145包围。
参考图4，随着基板沿着路径127移动，基板表面的每个部分被暴露于各种反应气体。为了依循路径127，基板将被暴露于，或“看到”，净化气体端口155、真空端口145、第一反应气体端口125、真空端口145、净化气体端口155、真空端口145、第二反应气体端口135及真空端口145。因此，在图4所显示的路径127的终点处，基板已被暴露于来自第一反应气体端口125及第二反应气体端口135的气流，以形成层。所显示的注射器单元122产生了四分之一的圆，但可以更大或更小。在图5中所显示的气体分配组件220可被视为串联连接的四个图4的注射器单元122的组合。
图4的注射器单元122显示气体幕帘(gas curtain)150，该气体幕帘使得反应气体分离。“气体幕帘”的用词用来描述分离反应气体以防止混合的气流或真空的任何组合。图4中所显示的气体幕帘150包括在第一反应气体端口125旁边的真空端口145的一部分、在中间的净化气体端口155，及在第二反应气体端口135旁边的真空端口145的一部分。气流及真空的此组合可用于防止或最小化第一反应气体及第二反应气体的气相反应。
参考图5，来自气体分配组件220的气流及真空的组合将分离形成为多个处理区域250。处理区域在独立的反应气体端口125、135周围利用250之间的气体幕帘150粗略地限定。图5所显示的实施例利用处理区域之间的八个分离的气体幕帘150构成了八个分离的处理区域250。处理腔室可具有至少两个处理区域。在一些实施例中，有至少三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、10个、11个或12个处理区域。
在处理期间，基板可在任何给定的时间暴露于一个以上的处理区域250。然而，暴露于不同处理区域的部分将有气体幕帘分离两者。例如，如果基板的前缘进入了包含第二反应气体端口135的处理区域，则基板的中间部分将位于气体幕帘150底下，且基板的后缘将位于包含第一反应气体端口125的处理区域中。
举例而言，可以是装载锁定腔室的工厂接口280被显示为连接到处理腔室100。基板60被显示为重叠在气体分配组件220上方，以提供参考框架。基板60可经常坐落在基座组件上，以被保持于气体分配组件120(也称为气体分配板)的前表面121附近。基板60经由工厂接口280装载到处理腔室100中到基板支撑件或基座组件上(参见图3)。基板60可被显示为定位在处理区域内，因为在该基板位于第一反应气体端口125旁边及两个气体幕帘150a、150b之间。将基板60沿着路径127旋转将使该基板绕着处理腔室100逆时针移动。因此，基板60将暴露于第一处理区域250a至第八处理区域250h，包含其间的所有处理区域。对于围绕处理腔室的每个循环，利用所显示的气体分配组件，基板60将被暴露于第一反应气体及第二反应气体的四个ALD循环。
具有四个运动轴的精密线性定位系统可被用来将基座定位在气体注射器附近。此举可在图6中看到。定位系统可利用底板建构，该底板具有三个平均间隔的线性致动器，所述线性致动器垂直于底板表面而刚性地安装。每个致动器可提供精确的垂直运动，并以4个自由度(4-degree-of-freedom，4-DOF)的关节耦合至顶板。在一些实施例中，如图8A及图8B中所显示地，4-DOF关节可在附接到线性轴承的轴承中包括球形杆。在一些实施例中，4-DOF关节包括运动耦合特征(参见图9)，该运动耦合特征提供俯仰(pitch)、偏摆(yaw)、翻滚(roll)及与顶板的中心对准的一个线性自由度。基座的旋转出入可整合到顶板以用于处理及增加第四运动轴。在一或更多个实施例中，该系统提供小于0.005英寸的位置重复性(position repeatability)。
图6根据本公开的一个或更多个实施例显示结合了基座组件的处理腔室。基座组件340包含轴杆160，该轴杆可支撑基座341。基座340被显示为平板，但也可包含类似图2中显示的凹部或口袋。
返回参考图6，定位系统300与轴杆160连通，以移动基座341。如这方面所使用地，术语“连通”是指至少一个部件能够影响另一个部件的位置，或直接地或者间接地与另一个部件接触。一些实施例的定位系统300可将基座341沿着z轴移动(即，在附图中向上及向下)、沿着x轴或y轴移动，以造成基座341相对于气体分配组件320倾斜。
图6中的定位系统300包括底板301、顶板302及至少三个致动器310。每个致动器310被定位在底板301及顶板302之间，并与该底板及该顶板接触。每个致动器310具有主体311及杆312，该杆具有杆端373，该杆端可在主体311内移动。每个杆312在主体内能可滑动地移动，使得从主体延伸的杆的长度可以变化。因此，杆312可沿着主体311的轴移动，以将顶板302移动靠近或远离底板301。在此所使用的基座341靠近或远离气体分配组件320的移动被称为沿着z轴移动。
图6中显示的实施例包含V形块316，其中每个致动器与该V形块接触。图8A及图8B显示V形块316的放大视图。V形块316中的槽317相对于顶板302的中心径向对准。如这方面所使用地，顶板302的“中心”是指相对于致动器及轴杆的运动的中心。顶板的形状可绕着该中心而呈现同心，或可以是不规则的。与移动中心的径向对准允许杆312的端部373沿着V形块的长度朝向中心和远离中心而滑动，该长度沿着槽317而定义。
在一些实施例中，V形块316进一步包括端部板318，该端部板定位在V形块316的任一端部或两个端部上。V形块316可经定位使得端部板318位于V形块316的外端，使得杆312的端部373的移动无法从中心延伸得比端部板318更远。
图6中显示的实施例是由重力支撑，使得杆312的端部373及顶板302之间没有机械连接。在一些实施例中，底板301及顶板302之间有机械连接。例如，图8A及图8B显示机械连接的系统，其中每个致动器310与线性轴承379接触。图8A显示致动器310的前视图，其中杆312从主体311的顶部延伸。在所显示的实施例中，杆端373具有球形轴承374，以与插座375连接。术语“球形”在这方面是指杆的端部具有凸形侧面，且并不意味着完美的球体。球形轴承374的凸形侧面的目的是为了与插座375的凹形部分376协同地相互作用。球形轴承374及插座375的协同相互作用允许轴承及插座的对准随着杆312移动而改变角度。插座375具有托架377，该托架具有贯通该托架的通道378。图8B显示图8A的致动器的侧视图。托架377的通道378可与线性轴承379协同地相互作用。就像图6的V形块316，线性轴承379可连接到顶板302，或与顶板302一体成形。线性轴承379可相对于顶板302的移动中心径向对准。杆312的移动将造成顶板302倾斜，及使托架377沿着线性轴承379的长度(即，延长轴)滑动。在不受任何特定的运作理论约束下，相信允许杆端373沿着V形块316、线性轴承379、或其他轴承类型的部件的任一者滑动将使部件上的应力最小化。一些实施例的轴承允许足够的运动范围，并提供支撑元件的正向保留，以允许在不脱离(升高离开V形块)的情况下允许元件反向。
每个致动器的结合运动及位置提供了精确的俯仰、翻滚及z运动，以在此实施例中定位基座。该移动可在非常严格的容差(tolerances)下使基座对准到注射器组件，这取决于所使用的运动致动器的分辨率/精准度。在一些实施例中，该移动可将基座与注射器组件对准到小于约0.05、0.045、0.04、0.035、0.03、0.025、0.02、0.015、0.01或0.005英寸。由定位系统300所提供的运动允许以波纹管(bellows)或唇封(lip seal)使垂直致动器布置整合至真空腔室中。在常规系统中，由于底板上的铰接致动器造成真空馈通难以设计，整个致动器轴杆在多个方向中移动。
再次参考图6，定位系统300可位于真空腔室101的外侧。在此，真空腔室101的底部具有从中穿过的开口102。轴杆160通过开口102，并支撑在真空腔室101内的基座341，并与定位系统300的顶板302连通或连接。
为了维持真空腔室101气密密封，波纹管382可被包括在内。图6的波纹管382连接或接触顶板302及真空腔室101。轴杆160沿着z轴的移动造成波纹管382扩张或收缩，而不破坏真空腔室101中的真空。虽然显示了波纹管，但本领域技术人员将理解到，可采用其他的密封机构。例如，唇封、磁性耦合件或在真空中密封线性运动轴的任何其他方法。
图9显示另一个实施例，其中定位系统位于真空腔室101内。在此，轴杆160延伸穿过定位系统300的顶板302及底板301。定位系统300可完全位于真空腔室中或部分位于真空腔室中。波纹管382在图9中显示在底板301的下方，来说明系统300的一部分可通过真空腔室101中的开口，同时维持气密密封。图9中显示的实施例包含底板301下方的致动器密封件319。致动器密封件319可为致动器的移动提供足够的空间，同时维持气密密封。
图10显示精密线性定位系统400的另一个实施例，该精密线性定位系统具有四个运动轴，所述运动轴可用于，例如，将基座定位成紧邻气体注射板。该系统可利用附接到真空腔室101的球形滚轮轴承390而建构。滚轮轴承390可以是机械轴承或空气轴承。滚轮轴承390提供用于绕着z轴旋转、绕着x轴旋转及绕着y轴旋转的轴承支撑。波纹管382，也被称为波纹管密封件，可被包含在滚轮轴承390下方，以提供处理环境及大气之间的屏障，同时允许旋转唇封绕着x、y及z轴的旋转。在一些实施例中，在波纹管下方的分阶真空唇封(未显示)提供用于绕着z轴的旋转运动(theta旋转)的真空隔离屏障。旋转电机(也称为theta电机355)可附接到定位系统400的框架410，以与唇封整合并提供用于x、y及z台阶420的安装点，所述台阶支撑并致动负载。具有theta电机355/唇封的框架410可被附接到x、y及z台阶420，以提供用于将基座341对准到注射器板的精确运动。
在图6、图9及图10中显示的theta电机355旋转轴杆160，以旋转基座341。Theta电机355可以是任何适当的电机，该电机能够精准地及一致地旋转沉重的组件。
图10中显示的框架410包含顶板302及底板301。顶板及底板由多个支撑杆411连接。顶板302及底板301之间的距离可以是任何合适的距离，这取决于位于其间的部件的尺寸。例如，在图10显示的实施例中，顶板302及底板301之间的最小距离是由theta电机355所占用的空间量。
所显示的台阶420是由x轴电机、y轴电机及z轴电机的组合所构成。x轴的运动可利用x轴轨道421来完成，该x轴轨道在其上具有可滑动的平台422。平台422可沿着x轴轨道421的长度移动，以使基座倾斜。轴杆160通过真空腔室101中的开口102的点充当几乎固定的点，使得平台422的移动造成基座绕着开口位置枢转。y轴运动可利用y轴轨道424完成，该y轴轨道在其上具有可滑动的平台426。平台426可沿着y轴轨道424的长度移动，以使基座在垂直于x轴的轴中倾斜。z轴运动可利用连接到致动器429的z轴电机428完成，该致动器沿着z轴移动。致动器429可利用类似图10中显示的板而机械地连接到框架410。在一些实施例中，致动器429通过摩擦相互作用接合框架410而无需机械紧固件。台阶420可具有类似所显示的堆栈线性轨道或其他形状，包括但不限于，弧形轨道。台阶420可以是其他类型的多轴部件，包括但不限于，三脚架及六脚架。
本公开的一或更多个实施例并入了真空隔离及基座的4-DOF运动。运动包含绕着x轴的旋转、绕着y轴的旋转、z轴中的平移，及绕着z轴的旋转。一些实施例的台阶经定位以能够在支架堆栈底部的几乎垂直于负载处处理负载。从而，一些实施例在单一部件中提供轴承支承、运动及真空隔离，该单一部件可容易地被分离，以用于简单且可靠的整合。
参考图11，一些实施例包含波纹管382及真空腔室101之间的轴承组件440。所显示的轴承组件包含唇封442(或分阶真空)、连接到唇封442的波纹管382及波纹管382与真空腔室101之间的连接板444。轴承组件440在真空腔室101的内部及大气之间产生真空密封。区域445可在与真空腔室101相同的或不同的压力之下，且可包含分阶真空，以确保任何泄漏不会影响真空腔室101。
所显示的轴承组件440包含球形滚轮轴承450，该球形滚轮轴承定位在轴杆160周围，并在轴杆160及真空腔室101之间形成密封。球形滚轮轴承450定位在真空腔室101的开口102处。球形滚轮轴承450具有两个主要部件；内环452及外环454。当轴杆160绕着z轴旋转时，内环452也跟着旋转。相对于轴杆160的旋转量可以是从完全停止(即，不旋转)或高达轴杆旋转速度的任意处，这取决于内环452的类型。在一些实施例中，内环452以与轴杆160相同的速度旋转。外环454在位置中保持固定，并允许内环452在x-y平面中旋转，即，绕着z轴旋转。此外，外环454可允许内环452随着基座(未显示)倾斜而在x-z及y-z平面中旋转，以允许轴杆160在不垂直于外环454的主要平面的方向中通过外环454。图12A显示球形滚轮轴承450的部分视图，其中轴杆垂直于外环454的平面延伸。图12B显示球形滚轮轴承450的部分视图，该球形滚轮轴承在x-z平面中倾斜，使得轴杆160不再垂直于外环454的平面。交叉线(cross-hatching)被用来描绘不同的部件，且不一定是指构成独立部件的材料。例如，内环、外环及轴杆皆可由铝制成，或每个部件可以是不同的材料。所显示的外环454被定位在连接板444的缝隙456中。缝隙456可经设定尺寸以牢固地保持外环，并防止或减少区域445及真空腔室101的内部之间的气体泄漏。
在一些实施例中，唇封442位于轴杆160上的固定位置，使得当轴杆上升或下降时，唇封442与轴杆160一起沿着z轴移动。波纹管382扩张及收缩，以维持真空腔室101的底部及唇封442之间的真空密封。唇封442允许轴杆160绕着z轴旋转。
图13显示另一个球形滚轮轴承450，其中内环452及外环454两者是半圆形的，而不是平面的。类似其他的球形滚轮轴承，在外环454内的内环452的倾斜是可变的，这取决于内环及外环的形状及尺寸。在图13的实施例中，可施加到轴杆160的倾斜量取决于外环中的开口458的尺寸。
适合使用的滚轮轴承包括但不限于，机械轴承、空气轴承、支撑绕着x、y及z轴旋转及沿着z轴平移的轴承。分阶真空或唇封可用于内环452及外环454之间，及内环452及轴杆160之间。此举可提供真空屏障，同时仍然允许转动。
遍及本说明书中对“一个实施例”、“某些实施例”、“一或更多个实施例”或“一实施例”的参考意味着联系所述实施例所描述的特定特征、结构、材料，或特性被包含于本公开的至少一个实施例中。因此，诸如“在一或更多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在一实施例中”的短语在遍及本说明书的各种地方的出现不一定指的是本公开的同一个实施例。进一步而言，特定的特征、结构、材料或特性可以任何合适的方式而结合于一或更多个实施例中。
虽然在此已参考特定实施例描述了本公开，但应理解到，这些实施例仅说明本公开的原理及应用。对本领域技术人员而言，明显的是，可对本公开的方法及设备进行各种修改及变化，而不背离本公开的精神及范围。因此，本公开包含所附随的权利要求的范围内的修改及变化及其等同物是所意图的。

Claims (17)

1.一种基座组件，包括：
轴杆，所述轴杆能支撑基座；及
定位系统，所述定位系统包括底板、顶板及至少三个致动器，所述致动器定位在所述底板及所述顶板之间，并与所述底板及所述顶板接触，所述致动器的每一个具有主体及杆，所述杆具有杆端，所述杆端定位在所述主体内，每个杆沿着所述主体的轴能可滑动地移动，以将所述顶板移动靠近或远离所述底板，其中每个致动器与所述顶板上的V形块接触，每个V形块具有槽，所述槽相对于所述顶板的中心径向对准，并面向所述底板，使得所述杆端能沿着所述槽的长度移动。
2.如权利要求1所述的基座组件，其中所述V形块的每一个进一步包括端部板，所述端部板相对于所述顶板的所述中心而定位在所述V形块的外端，以防止所述杆端从所述V形块滑出。
3.如权利要求1所述的基座组件，其中所述轴杆延伸穿过所述定位系统的所述顶板和所述底板。
4.一种基座组件，包括：
轴杆，所述轴杆能支撑基座；及
定位系统，所述定位系统包括底板、顶板及至少三个致动器，所述致动器定位在所述底板及所述顶板之间，并与所述底板及所述顶板接触，所述致动器的每一个具有主体及杆，所述杆具有杆端，所述杆端定位在所述主体内，每个杆沿着所述主体的轴能可滑动地移动，以将所述顶板移动靠近或远离所述底板，
其中每个致动器与所述顶板上的线性轴承接触，每个线性轴承相对于所述顶板的中心径向对准，且
其中所述致动器的所述杆端具有球形轴承，以与所述线性轴承上的插座连接。
5.一种处理腔室，包括：
真空腔室，所述真空腔室具有底部，所述底部具有从中穿过的开口；
基座组件，所述基座组件具有轴杆和定位系统，所述轴杆能支撑基座，所述定位系统包括底板、顶板以及至少三个致动器，所述致动器定位在所述底板和所述顶板之间并且与所述底板及所述顶板接触，所述致动器的每一个具有主体和杆，所述杆具有杆端，所述杆端定位在所述主体内，每个杆沿着所述主体的轴能可滑动地移动，以将所述顶板移动靠近或远离所述底板，所述基座组件经定位以使得所述轴杆延伸穿过所述真空腔室的所述底部中的所述开口，其中每个致动器与所述顶板上的V形块接触，每个V形块具有槽，所述槽相对于所述顶板的中心径向对准，并面向所述底板，使得所述杆端能沿着所述槽的长度移动；及
基座，所述基座在所述真空腔室内连接到所述轴杆的顶部。
6.如权利要求5所述的处理腔室，进一步包括波纹管，所述波纹管将所述顶板连接到所述真空腔室以形成气密密封。
7.如权利要求6所述的处理腔室，进一步在所述波纹管及所述真空腔室之间包括轴承组件。
8.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述轴承组件包括球形滚轮轴承，所述球形滚轮轴承定位在所述轴杆周围，并在所述轴杆及所述真空腔室之间形成密封。
9.如权利要求5所述的处理腔室，进一步包括theta电机以旋转所述轴杆。
10.一种处理腔室，包括：
真空腔室，所述真空腔室具有底部，所述底部具有从中穿过的开口；
如权利要求1所述的基座组件，所述基座组件定位在所述真空腔室内；以及
基座，所述基座在所述真空腔室内连接到所述轴杆的顶部。
11.如权利要求10所述的处理腔室，进一步包括波纹管，所述波纹管将所述底板连接到所述真空腔室以形成气密密封。
12.一种处理腔室，包括：
真空腔室，所述真空腔室具有底部，所述底部具有从中穿过的开口；
轴杆，所述轴杆延伸穿过所述开口，所述轴杆支撑在所述真空腔室内的基座；
轴承组件，所述轴承组件包括球形滚轮轴承，所述球形滚轮轴承定位在所述轴杆周围，以在所述轴杆及所述真空腔室之间形成密封；及
定位系统，所述定位系统包括底板、顶板及至少三个致动器，所述致动器定位在所述底板及所述顶板之间，并与所述底板及所述顶板接触，所述致动器的每一个具有主体及杆，所述杆具有杆端，所述杆端定位在所述主体内，每个杆沿着所述主体的轴能可滑动地移动，以将所述顶板移动靠近或远离所述底板，其中每个致动器与所述顶板上的V形块接触，每个V形块具有槽，所述槽相对于所述顶板的中心径向对准，并面向所述底板，使得所述杆端能沿着所述槽的长度移动。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述轴承组件进一步包括波纹管及唇封，所述波纹管将所述唇封连接到所述真空腔室的所述底部，以形成气密连接。
14.如权利要求13所述的处理腔室，其中当升高或降低所述基座时，所述唇封沿着z轴与所述轴杆一起移动，使得所述波纹管扩张或收缩以维持真空密封。
15.如权利要求12所述的处理腔室，进一步包括台阶，所述台阶与所述轴杆连通，所述台阶提供沿着x轴、y轴及z轴的移动，以倾斜地升高及降低所述基座。
16.如权利要求15所述的处理腔室，进一步包括喷淋头，所述喷淋头定位在所述真空腔室内，并与所述基座的顶部表面间隔开。
17.如权利要求16所述的处理腔室，其中所述台阶经配置以将所述基座与所述喷淋头对准到小于0.005英寸。
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