CN108330468B - 一种化学气相沉积炉的基体支撑装置及基体旋转驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种化学气相沉积炉中的基体支撑装置，包括支撑架、若干个沿着圆周方向设在支撑架上的滚动槽以及设在每个滚动槽中用于支撑基体的滚球，所述支撑架上设有用于限制基体离心甩出的挡块。该基体支撑装置不但可以支撑质量大小不同的基体，且支撑处不会产生无薄膜的缺口，使得基体表面能均匀地一次沉积到所需的薄膜，既提高了基体的表面质量，也降低了生产成本。本发明还公开一种化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，包括转盘、驱动转盘转动的转盘驱动机构以及若干个基体支撑装置，其中，所述转盘的转动中心构成公转中心，支撑架与转盘之间的转动结构的中心构成自转中心；所述转盘上设有驱动支撑架绕着自转中心转动的自转驱动机构。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积设备，具体涉及一种化学气相沉积炉中的基体支撑装置及基体旋转驱动装置。
背景技术
化学气相沉积，英文简称为CVD，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。一般地，化学气相沉积可以理解为两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后两种原材料之间发生气相热分解反应，形成一种新的材料，沉积到基体晶片表面上，使得基体获得更好的表面质量效果；其中，气体原材料一般为金属蒸气、挥发性金属卤化物、氢化物或金属有机化合物等气体。化学气相沉积工艺中，气体原材料的均匀分布可以加快沉积速率，以及使得膜层的致密性和均匀性更好，其中，沉积薄膜的均匀性对于基体来说极其重要。
由于化学气相沉积的周期较长，可以通过在沉积室放置支撑装置，来支撑沉积基体，使得基体可以在沉积室中堆叠放置，从而达到批量生产的目的，有利于提高生产效率、减低生产成本。
在实现气相沉积的沉积炉中，通常采用行星旋转机构来带动基体转动，以便在基体上获得均匀的沉积薄膜。所述行星旋转机构设置一个公转的圆盘，圆盘上设置若干个用于放置基体的支撑装置，每个支撑装置在随圆盘公转时，还可以带动基体自转，使得基体的各个部位可以均匀沉积。参见图1和2，现有的支撑装置一般采用三点支撑法来对基体进行支撑，即设置三个均等分布的支撑片a在基体的下方，该支撑片a上的设有用于对基体c进行支撑的已打磨的支撑面；其中，为了减少支撑装置对于反应气体扩散的阻扰作用，需要厚度较小的支撑片a对基体c进行支撑；所述支撑面为倾斜面，这样既为基体c提供了稳定的支撑，还提供边缘防护，可以为基体c提供一定的阻挡力，防止基体c在转动过程中被甩飞；另外，支撑片a通过可调节的夹紧块b来调整支撑片a的位置，从而使得支撑装置适用于不同大小的基体c。
现有的上述支撑装置存在以下的不足；
1、由于基体与支撑片是点接触，所以接触的地方缺少反应气体的沉积，形成无薄膜的缺口，因此，氧气、氨气等气体会从无薄膜的缺口处侵蚀基体的内部基材，从而减少基体的使用寿命；另外，如果要填补该无薄膜的缺口时，则需要进行二次沉积，浪费人力物力，提高生产成本。
2、在沉积工作中，为了减少支撑装置对反应气体扩散的阻扰作用，使得薄膜能够均匀地沉积在基体上，采用的支撑片的厚度较小，只适用于支撑较轻的基体，而不适用于重量大的基体。
3、由于支撑片的厚度较小，提供的阻挡力可能会小于基体在转动时的离心力，从而导致基体被甩飞，毁坏气相沉积炉内的热场、加热器等机构。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种化学气相沉积炉中的基体支撑装置及基体旋转驱动装置，在该基体旋转驱动装置的驱动下，该基体支撑装置不但可以支撑质量大小不同的基体，且支撑处不会产生无薄膜的缺口，使得基体表面能均匀地一次沉积到所需的薄膜，既提高了基体的表面质量，也降低了生产成本。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种化学气相沉积炉中的基体支撑装置，包括支撑架、若干个沿着圆周方向设在支撑架上的滚动槽以及设在每个滚动槽中用于支撑基体的滚球，所述支撑架上设有用于限制基体离心甩出的挡块。
上述化学气相沉积炉中的基体支撑装置的工作原理是：
在进行气相沉积前，先将基体放置到若干个滚球上，基体位于挡块的内侧，从而在基体转动过程中，挡块可以为基体提供阻挡，避免基体因受到离心力而被甩出。
在气相沉积的过程中，在沉积炉中的旋转驱动机构的驱动下，基体随支撑架一起进行自转，同时，也随着转盘一起进行公转。其中，在支撑架公转的过程中，在离心力的作用下，位于基体下方的滚球沿着滚动槽往远离公转中心的方向滚动，进而带动基体往远离太阳轮中心的方向移动，从而使得基体抵紧在远离公转中心的挡块上，与此同时，支撑架进行自转运动，位于基体下方的滚球也随着支撑架转动而沿着滚动槽滚动，从而带动基体转动；明显地，在公转和自转的同时作用下，滚球一直在滚动槽中沿着一定的轨迹滚动，在带动基体进行转动的前提下，对基体进行滚动支撑，即滚球与基体的支撑点是在不停变动的，进而通过一次沉积就能在基体上沉积上均匀的薄膜，而不需要象现有技术那样旋转角度将支撑处露出，再进行二次沉积，这样极大地提高了沉积效率，减低了生产成本。
本发明的一个优选方案，其中，所述支撑架包括支撑块和位于支撑块下方的连接板，所述滚动槽设置在支撑块的顶端，所述挡块固定连接在支撑块上远离基体的一端。上述结构，在每个支撑块上设置滚球和滚动槽，从而能对基体进行支撑，以及在支撑块上设置挡块，可以为基体提供边缘防护，防止基体被甩飞。
优选地，所述支撑块为三个，且沿着圆周方向均等设置。上述结构，三个支撑块形成一个等边三角形，由于三角形具有稳定的特性，从而可以更加稳固地对基体进行支撑。
本发明的一个优选方案，其中，所述挡块中与基体边缘接触的部位为圆弧面。设置圆弧面的作用在于，使得挡块在实现对基体进行阻挡的基础上，可以减少与基体的接触面积，使得沉积更加均匀。
优选地，所述挡块上位于圆弧面两侧设有与圆弧面相连的倾斜面，这样，使得挡块尽可能地减少对反应气体扩散的阻扰作用，加快了沉积速率，从而使得膜层的致密性和均匀性更好。
优选地，所述倾斜面与圆弧面相切，从而进一步减少对反应气体扩散的阻扰作用。
本发明的一个优选方案，其中，所述连接板的一端延伸到支撑块的下方，另一端固定在旋转驱动机构上；所述连接板上设有将支撑块固定在连接板上的锁紧组件。通过上述结构，将支撑块固定在旋转驱动机构中，从而可以使得整个支撑架可以随着旋转驱动机构的驱动而转动。
本发明的一个优选方案，其中，所述锁紧组件包括位于连接板两侧的呈“L”形结构的锁紧块和固定连接杆，所述锁紧块包括第一锁紧块和第二锁紧块，所述第一锁紧块设置在连接板靠近支撑块的一侧，所述第二锁紧块设置在连接板的另一侧；所述第一锁紧块和第二锁紧块均包括水平部和竖直部，所述第一锁紧块的水平部位于连接板的下方，所述第二锁紧块的水平部位于连接板的上方；所述固定连接杆的一端穿过第一锁紧块的竖直部、支撑块的下端固定连接到第二锁紧块的水平部上。通过上述结构，固定连接杆的一端穿过第一锁紧件的竖直部、支撑块的下端，进而将支撑块固定在连接板上，从而使得支撑架可以随着旋转驱动机构的驱动而转动。
优选地，所述第二锁紧块的水平部上设有螺纹孔；所述固定连接杆为螺栓结构，其设有外螺纹的一端固定连接到第二锁紧块的水平部的螺纹孔中。这样，由于固定连接杆与第二锁紧块之间通过螺纹结构连接，从而可以转动固定连接杆来解除对支撑块的固定，进而可以沿着连接板驱动支撑块和锁紧块，来根据实际基体的大小来调节支撑块的位置，使得整个支撑架适用于多种不同大小的基体。
一种化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，包括转盘、驱动转盘转动的转盘驱动机构以及若干个基体支撑装置，其中，所述若干个基体支撑装置环绕着转盘的转动中心设置在转盘上，基体支撑装置中的支撑架通过转动结构连接在转盘上，所述转盘的转动中心构成公转中心，支撑架与转盘之间的转动结构的中心构成自转中心；所述转盘上设有驱动支撑架绕着自转中心转动的自转驱动机构。通过上述结构，在转盘驱动机构的驱动下，转盘绕着公转中心转动，进而使得支撑架带动基体绕着公转中心转动，同时地，在自转驱动机构的驱动下，支撑架也绕着自转中心进行自转运动，从而使得滚球一直在滚动槽中沿着一定的轨迹滚动，进而通过一次沉积就能在基体上沉积上均匀的薄膜。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、气相沉积的过程中，在公转和自转的作用下，滚球一直在滚动槽中沿着一定的轨迹滚动，在带动基体进行转动的前提下，对基体进行滚动支撑，即滚球与基体的支撑处是在不停变动的，进而通过一次沉积就能在基体上沉积上均匀的薄膜，而不需要旋转角度将支撑处露出，再进行二次沉积。这样极大地提高了沉积效率，降低了生产成本。
2、通过在支撑架上设置挡块，既可以对质量较大的基体进行阻挡，又能减少对反应气体扩散的阻扰作用，加快了沉积速率，从而使得膜层的致密性和均匀性更好。
附图说明
图1为现有沉积炉中的支撑装置的立体结构示意图。
图2为图1中的支撑片的立体结构示意图。
图3为本发明的化学气相沉积炉中的基体支撑装置的一种具体实施方式的立体结构示意图。
图4为图3中的支撑块和滚球的立体结构示意图。
图5为图3中的锁紧块的立体结构示意图。
图6为本发明的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置的结构简图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图3-4，本实施例中的化学气相沉积炉中的基体支撑装置，包括支撑架、若干个沿着圆周方向设在支撑架上的滚动槽2以及设在每个滚动槽2中用于支撑基体1的滚球3，所述支撑架上设有用于限制基体1离心甩出的挡块4。
参见图3-4，所述支撑架包括支撑块5和位于支撑块5下方的连接板6，所述滚动槽2设置在支撑块5的顶端，所述挡块4固定连接在支撑块5上远离基体1的一端。上述结构，在每个支撑块5上设置滚球3和滚动槽2，从而能对基体1进行支撑，以及在支撑块5上设置挡块4，可以为基体1提供边缘防护，防止基体1被甩飞。
参见图3-4，所述支撑块5为三个，且沿着圆周方向均等设置。上述结构，三个支撑块5形成一个等边三角形，由于三角形具有稳定的特性，从而可以更加稳固地对基体1进行支撑。
参见图4，所述挡块4中与基体1边缘接触的部位为圆弧面7。设置圆弧面7的作用在于，使得挡块4在实现对基体1进行阻挡的基础上，可以减少与基体1的接触面积，使得沉积更加均匀。
参见图4，所述挡块4上位于圆弧面7两侧设有与圆弧面7相连的倾斜面8，这样，使得挡块4尽可能地减少对反应气体扩散的阻扰作用，加快了沉积速率，从而使得膜层的致密性和均匀性更好。
参见图4，所述倾斜面8与圆弧面7相切，从而进一步减少对反应气体扩散的阻扰作用。
参见图3-4，所述连接板6的一端延伸到支撑块5的下方，另一端固定在自转驱动机构上；所述连接板6上设有将支撑块5固定在连接板6上的锁紧组件。通过上述结构，将支撑块5固定在自转驱动机构中，从而可以使得整个支撑架可以随着自转驱动机构的驱动而转动。
参见图3-5，所述锁紧组件包括位于连接板6两侧的呈“L”形结构的锁紧块和固定连接杆9，所述锁紧块包括第一锁紧块10和第二锁紧块11，所述第一锁紧块10设置在连接板6靠近支撑块5的一侧，所述第二锁紧块11设置在连接板6的另一侧；所述第一锁紧块10和第二锁紧块11均包括水平部12和垂直部13，所述第一锁紧块10的水平部12位于连接板6的下方，所述第二锁紧块11的水平部12位于连接板6的上方；所述固定连接杆9的一端穿过第一锁紧块10的垂直部13、支撑块5的下端固定连接到第二锁紧块11的水平部12上。通过上述结构，固定连接杆9的一端穿过第一锁紧件的垂直部13、支撑块5的下端，进而将支撑块5固定在连接板6上，从而使得支撑架可以随着旋转驱动机构的驱动而转动。
参见图3-5，所述第二锁紧块11的水平部12上设有螺纹孔14；所述固定连接杆9为螺栓结构，其设有外螺纹的一端固定连接到第二锁紧块11的水平部12的螺纹孔14中。这样，由于固定连接杆9与第二锁紧块11之间通过螺纹结构连接，从而可以转动固定连接杆9来解除对支撑块5的固定，进而可以沿着连接板6驱动支撑块5和锁紧块，来根据实际基体1的大小来调节支撑块5的位置，使得整个支撑架适用于多种不同大小的基体1。
参见图6，本实施例中的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，包括转盘15、驱动转盘15转动的转盘驱动机构以及若干个基体支撑装置，其中，所述若干个基体支撑装置环绕着转盘15的转动中心设置在转盘15上，基体支撑装置中的支撑架通过转动结构连接在转盘15上，所述转盘的转动中心构成公转中心15-1，支撑架与转盘15之间的转动结构的中心构成自转中心17；所述转盘15上设有驱动支撑架绕着自转中心转动的自转驱动机构。通过上述结构，在转盘驱动机构的驱动下，转盘15绕着公转中心转动，进而使得支撑架带动基体1绕着公转中心15-1转动，同时地，在自转驱动机构的驱动下，支撑架也绕着自转中心17进行自转运动，从而使得滚球3一直在滚动槽2中沿着一定的轨迹滚动，进而通过一次沉积就能在基体1上沉积上均匀的薄膜。
参见图6，所述支撑装置为3个，沿着转盘15的圆周方向等距排布。
参见图6，所述转盘驱动机构包括驱动件和传动件，所述驱动件为转盘驱动电机，所述传动件为齿轮，且固定连接在驱动电机的输出端，构成主动轮16；所述转盘15为齿轮结构，且与主动轮16啮合。这样，在驱动电机的驱动下，使得转盘15可以绕着公转中心15-1转动，进而带动支撑架绕着公转中心15-1进行公转运动。
参见图6，所述自转驱动机构包括设在支撑架下方的自转驱动电机，所述自转驱动电机固定连接在转盘15上，该自转驱动电机的输出轴与支撑架中的连接板6的中心固定连接。这样，在自转驱动机构的驱动下，支撑架可以绕着自转中心17进行自转运动。
参见图3-4和图6，本实施中的化学气相沉积炉中的基体支撑装置的工作原理是：
在进行气相沉积前，先将基体1放置到若干个滚球3上，基体1位于挡块4的内侧，从而在基体1转动过程中，挡块4可以为基体1提供阻挡，避免基体1因受到离心力而被甩出。
在气相沉积的过程中，在自转驱动机构的驱动下，基体1随支撑架一起绕着自转中心17进行自转，同时，也随着公转轮15一起进行公转。其中，在支撑架公转的过程中，在离心力的作用下，位于基体1下方的滚球3沿着滚动槽2往远离公转中心15-1的方向滚动，进而带动基体1往远离公转中心15-1的方向移动，从而使得基体1抵紧在远离公转中心15-1的挡块4上，与此同时，支撑架进行自转运动，位于基体1下方的滚球3也随着支撑架转动而沿着滚动槽2滚动，从而带动基体1转动；明显地，在公转和自转的同时作用下，滚球3一直在滚动槽2中沿着一定的轨迹滚动，在带动基体1进行转动的前提下，对基体1进行滚动支撑，即滚球3与基体1的支撑点是在不停变动的，进而通过一次沉积就能在基体1上沉积上均匀的薄膜，而不需要象现有技术那样旋转角度将支撑处露出，再进行二次沉积，这样极大地提高了沉积效率，减低了生产成本。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，包括转盘、驱动转盘转动的转盘驱动机构以及若干个基体支撑装置；
所述基体支撑装置包括支撑架、若干个沿着圆周方向设在支撑架上的滚动槽以及设在每个滚动槽中用于支撑基体的滚球，所述支撑架上设有用于限制基体离心甩出的挡块；
所述支撑架包括支撑块和位于支撑块下方的连接板，所述滚动槽设置在支撑块的顶端，所述挡块固定连接在支撑块上远离基体的一端；所述连接板的一端延伸到支撑块的下方，另一端固定在自转驱动机构上；所述连接板上设有将支撑块固定在连接板上的锁紧组件；
所述锁紧组件包括位于连接板两侧的呈L形结构的锁紧块和固定连接杆，所述锁紧块包括第一锁紧块和第二锁紧块，所述第一锁紧块设置在连接板靠近支撑块的一侧，所述第二锁紧块设置在连接板的另一侧；所述第一锁紧块和第二锁紧块均包括水平部和竖直部，所述第一锁紧块的水平部位于连接板的下方，所述第二锁紧块的水平部位于连接板的上方；所述固定连接杆的一端穿过第一锁紧块的竖直部、支撑块的下端固定连接到第二锁紧块的水平部上；
所述若干个基体支撑装置环绕着转盘的转动中心设置在转盘上，基体支撑装置中的支撑架通过转动结构连接在转盘上，所述转盘的转动中心构成公转中心，支撑架与转盘之间的转动结构的中心构成自转中心；在所述转盘驱动机构的驱动下，转盘绕着公转中心转动，进而使得支撑架带动基体绕着公转中心转动；所述转盘上设有驱动支撑架绕着自转中心转动的自转驱动机构，在自转驱动机构的驱动下，支撑架绕着自转中心进行自转运动，从而使得滚球一直在滚动槽中沿着一定的轨迹滚动，进而通过一次沉积就能在基体上沉积上均匀的薄膜；所述转盘驱动机构包括驱动件和传动件，所述驱动件为转盘驱动电机，所述传动件为齿轮，且固定连接在驱动电机的输出端，构成主动轮；所述转盘为齿轮结构，且与主动轮啮合。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，所述支撑块为三个，且沿着圆周方向等距排布。
3.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，所述挡块中与基体边缘接触的部位为圆弧面。
4.根据权利要求3所述的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，所述挡块上位于圆弧面两侧设有与圆弧面相连的倾斜面。
5.根据权利要求4所述的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，所述倾斜面与圆弧面相切。
6.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉中的基体旋转驱动装置，其特征在于，所述第二锁紧块的水平部上设有螺纹孔；所述固定连接杆为螺栓结构，其设有外螺纹的一端固定连接到第二锁紧块的水平部的螺纹孔中。
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