CN111199909A - 一种基座组件和半导体加工设备 - Google Patents

一种基座组件和半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于调整基片位置的基座组件，和包括该基座组件的半导体加工设备。本发明的基座组件设置在基座的承载盘上，能够在机械手放置基片后，对基片再次进行对中，摆脱了基片的放置对机械手精度的依赖，对基片放置位置的允许偏差更大，提升了对中精度，从而保证了基片加工的精确性、可重复性和成品率。

Description

一种基座组件和半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种用于调整基片位置的基座组件和一种包括该基座组件的半导体加工设备。
背景技术
近年来，半导体加工设备发展迅速，涉及半导体、集成电路、太阳能电池板、平面显示器、发光二极管等，而这些器件主要是由在基片上的数层精细的薄膜图案组成，因此，薄膜加工设备的精确性，是决定半导体器件加工的质量和成品率的重要因素。
通常，半导体加工设备的反应腔室内有用于放置基片的基座，基座与基座正上方的工艺设备精确对正，机械手将基片放置于基座上表面后，就可以进行半导体加工工艺过程。
其中，基片与基座是否同心完全由机械手放置基片的动作决定，但机械手存在控制精度、稳定性、累积误差等原因，并不能保证基片的放置精度始终满足要求。
因此，如何将基片精确地设置在基座上成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基座组件，该基座组件能够对放置在承载盘上的基片进行对中，从而提升对中精度，保证基片加工的精确性、可重复性和成品率。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种基座组件，所述基座组件包括基座，所述基座包括承载盘，所述承载盘的承载面上包括用于设置基片的承载区域，其中，所述基座组件还包括位置调整件，所述位置调整件用于在将所述基片设置在所述承载面上的过程中调整所述基片的位置，以使得所述基片最终位于所述承载区域内。
优选地，所述基座组件包括多个所述位置调整件，多个所述位置调整件沿着所述承载区域的边界均匀分布；
所述位置调整件包括支撑件和调节件；所述支撑件的一端与所述调节件铰接；所述承载盘设有与所述调节件配合的驱动部；所述调节件在所述承载盘上升过程中能与所述驱动部接触，并在所述驱动部的作用下朝向所述承载区域摆动，调整所述基片的位置。
优选地，所述基座组件包括多个所述位置调整件，所述支撑件导向杆，所述调节件包括调整杆，所述导向杆的第一端与所述调整杆的第一端铰接，所述承载盘上设置有多个设置通孔，所述设置通孔沿所述承载盘的厚度方向贯穿所述承载盘，多个所述设置通孔设置在所述承载区域的边界处，且多个所述设置通孔与多个所述位置调整件一一对应，所述导向杆的第二端穿过相应的设置通孔，所述导向杆能够沿相应的设置通孔的轴向往复移动，所述设置通孔在所述承载面上的开口远离所述承载区域的开口边缘形成所述驱动部。
优选地，所述设置通孔包括互相连通的导向孔和调整孔，所述调整孔的第一端开口形成在所述承载面上，所述调整孔的第二端开口与所述导向孔的第一端开口相通，所述导向孔的第二端开口形成在所述承载盘的背离所述承载面的表面上；所述导向杆穿设在所述导向孔中，所述调整孔用于容纳所述调整杆，以使所述基片平整地放置于所述承载面上。
优选地，所述调整孔靠近所述承载区域一侧的孔壁与所述导向孔靠近所述承载区域一侧的孔壁对齐，所述调整孔远离所述承载区域一侧的孔壁沿着远离所述承载区域方向超出所述导向孔的孔壁。
优选地，所述导向杆的横截面形状为多边形，且所述导向孔的横截面形状与所述导向杆的横截面形状相匹配。
优选地，所述调整杆的横截面面积大于所述导向孔的横截面面积。
优选地，所述位置调整件还包括铰接轴，所述导向杆包括导向杆部和形成在所述导向杆部的一端的第一铰接部，所述第一铰接部上形成有第一通孔，所述调整杆包括调整杆部和形成在所述调整杆部一端的第二铰接部，所述第二铰接部上形成有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔同轴设置，所述铰接轴设置在所述第一通孔和所述第二通孔中，以将所述调整杆与所述导向杆铰接。
优选地，所述调整杆处于竖直状态时，所述调整杆的重心沿着远离所述承载区域的方向超出所述铰接轴的轴线。
优选地，所述基座组件还包括多个顶针，所述顶针沿所述承载盘的厚度方向贯穿所述承载盘，所述承载盘上设置有多个与所述顶针一一对应的顶针孔，多个所述顶针孔均位于所述承载区域内。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体加工设备，包括腔室和基座组件，其中，所述基座组件为本发明所提供的上述基座组件，所述承载盘设置在所述腔室内。
本发明通过在承载盘上设计能够对基片再次对中的基座组件，摆脱了对机械手精度的依赖，对基片放置位置允许偏差更大，提升了对中精度，从而进一步保证了基片加工的精确性、可重复性和成品率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所提供的基座组件的示意图；
图2是本发明所提供的基座组件的B向视图；
图3是本发明的基座的承载盘部分示意图；
图4是本发明的位置调整件的受力分析图；
图5(a)至图5(d)是本发明的基座组件在各个阶段的状态示意图；
图6是本发明的位置调整件的结构示意图；
图7是本发明的位置调整件的调整杆在不同位置之间切换的示意图；
图8是本发明的半导体加工设备的示意图。
附图标记说明
100：基座组件 110：基座
111：承载盘 112：导向孔
113：调整孔 114：顶针孔
115：升降轴 120：位置调整件
121：导向杆 121a：导向杆部
121b：第一铰接部 122：调整杆
122a：调整杆部 122b：第二铰接部
123：铰接轴 130：顶针
200：腔室 210：底板
211：升降孔 220：侧壁
221：工艺窗 2：基片
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的一个方面，提供一种基座组件100，如图1、图2所示，基座组件100包括基座110，基座110包括承载盘111，承载盘111的承载面上包括用于设置基片2的承载区域A0。该承载区域A0为保证基片2达到加工精度要求时基片2所覆盖的承载面上的固定区域。基座组件100还包括位置调整件120，位置调整件120用于在将基片2设置在所述承载面上的过程中调整基片2的位置，以使得基片2最终位于承载区域A0内。其中，将基片2设置在承载面上的过程，是指利用机械手将基片设置在腔室中后，承载盘111在腔室中升起直到将基片设置在承载面上的过程。
本发明所提供的基座组件100应用于半导体加工设备的腔室中，当利用机械手将基片设置在所述腔室中后，利用位置调整件120对基片的位置进行调节，可以将基片2设置在预设的承载区域A0内。在将基片2精确地设置在承载区域A0中的过程中，摆脱了对机械手传送精度的依赖，对机械手将基片2放置在腔室中的初始位置允许偏差更大，降低了对机械手控制精度的要求。
此外，利用位置调整件120可以提升基片2的位置精度，从而进一步保证了基片2加工的精确性、可重复性和成品率。
在本发明中，基座组件100可以包括多个位置调整件120，多个位置调整件120沿着承载区域A0的边界均匀分布；位置调整件120可以包括支撑件和调节件；支撑件的一端与调节件铰接。承载盘111可以设有与调节件配合的驱动部；调节件在承载盘111上升过程中能与驱动部接触，并在驱动部的作用下朝向承载区域A0摆动，调整基片2的位置。为了简化位置调整件120的结构，优选地，如图1至图5(d)所示，位置调整件120包括导向杆121和调整杆122。导向杆121的第一端与调整杆122的第一端铰接。
在这种实施方式中，相应地，承载盘111上设置有多个设置通孔，所述设置通孔沿承载盘111的厚度方向贯穿承载盘111，多个所述设置通孔设置在承载区域A0的边界处，用于配置位置调整件120，且多个所述设置通孔与多个位置调整件120一一对应。
导向杆121的第二端穿过相应的设置通孔，以使得导向杆121的一部分位于相应的所述设置通孔内。导向杆121能够沿相应的所述设置通孔的轴向往复移动，以使得调整杆122的第一端进入或离开相应的所述设置通孔。并且，调整杆122的长度大于所述设置通孔在所述承载面上的开口沿远离承载区域A0方向的宽度，使得设置通孔在承载面上的开口远离承载区域A0方向的开口边缘可以触碰到调整杆122，作为驱动调整杆122摆动的驱动部。
为了减少调整杆122与所述设置通孔之间的摩擦，优选地，如图3、图4所示，所述设置通孔包括互相连通的导向孔112和调整孔113。调整孔113的第一端开口形成在所述承载面上，调整孔113的第二端开口与导向孔112的第一端开口相通，导向孔112的第二端开口形成在承载盘111的背离所述承载面的表面上。导向杆121穿设在对应的导向孔112中，调整孔113用于容纳调整杆122，以使承载盘111上升到工艺位置，基片2最终位于承载区域A0内时，基片2能平整地放置于承载面上。
优选的，调整孔113靠近承载区域A0一侧的孔壁与导向孔112靠近承载区域A0一侧的孔壁对齐(位于同一平面)，调整孔113远离承载区域A0一侧的孔壁沿着远离承载区域A0方向超出导向孔112的孔壁，即调整孔113远离承载区域A0一侧的孔壁位于导向孔112远离承载区域A0一侧的孔壁外侧，从而在调整孔113和导向孔112的连通处形成台肩，该台肩用于阻止调整杆122继续向下滑动。在放置基片2前，调整杆122受重力作用垂向导向杆121的一边(如图5(a)所示)，当基片2偏离承载区域A0时，则在位置调整件120落入调整孔113的过程中，调整杆122受调整孔113的限位作用将自动立起(如图4、图5(b)所示)，而在调整杆122立起时，基片2将被调整杆122推动，直到基片2与承载区域A0对齐。本发明通过导向杆121在重力作用下带动调整杆122落入调整孔113的过程中，使得调整杆122自动转向，从而实现了在机械手放置基片2以后，对基片2位置进行自动对中，从而摆脱了基片2对中对机械手精度的依赖，提升了对中精度，从而进一步保证了基片2加工的精确性、可重复性和成品率。
通常，机械手放置基片时因滑片、垂头等原因造成的基片偏心的距离不超过10mm，调整杆122的长度能够满足在10mm的范围内调整基片位置即可。例如，调整杆122的长度可以为15mm。
图1、图2中所示的是当基片2形状为圆形时的情况，当基片2为圆形时，至少3个位置调整件120即可实现基片2的自动对中，当基片2为方形等其它形状时，则需根据实际情况调整位置调整件120的数量。
图4是位置调整件120的受力分析图，当基座110抬升时，位置调整件120受重力G的作用相对设置通孔向下移动，在所述设置通孔向导向杆121施加的力F3以及调整孔113边缘向调整杆122施加的力F1的共同作用下，调整杆122向承载区域A0方向转动，从而与基片2接触并受到基片2的力F2，同时基片2也将受到调整杆122的反作用力并随着调整杆122的转动而向承载区域A0方向移动，直至基片2与承载区域A0对正。
本发明通过设置孔径不同的导向孔112和调整孔113，使得所述设置通孔对调整杆122施加的力F1的力臂更长，从而使调整杆122更容易发生转动，从而减小了调整杆122与所述设置通孔之间的摩擦力，减轻了调整杆122与承载盘111的磨损。
为了避免位置调整件120绕自身轴线转动而影响对中效果，优选在导向杆121和导向孔112之间设置定位结构，例如可以通过在两者之间设置定位面或定位件来防止调整件120绕自身轴线转动。优选地，如图6所示，导向杆121的横截面形状为多边形或椭圆形，且导向孔112的横截面形状与导向杆121的横截面形状相匹配。
在本发明中，将导向杆121和导向孔112的横截面形状设计为不可转动的非圆形状，从而避免了导向杆121与导向孔112之间发生相对转动，保证调整杆122只能向着靠近或远离承载区域的方向转动。
优选地，调整杆122的横截面面积大于导向孔112的横截面面积。
如图5(d)所示，为了避免位置调整件120在基座110抬升高度过高时从承载盘111中脱出，本发明设置调整杆122的横截面面积大于导向孔112的横截面面积，从而使得调整杆122只能落入调整孔113，并将位置调整件120卡在所述设置通孔中。
在本发明中，对如何将导向杆121与调整杆122铰接在一起并不做特殊限定。例如，可以通过球铰接、轴铰接、链铰接中的任意一种将导向杆121与调整杆122铰接在一起。在本申请所提供的一种优选实施方式中，通过轴铰接的方式将导向杆121和调整杆122铰接。具体地，如图6、图7所示，位置调整件120还包括铰接轴123。导向杆121包括导向杆部121a和形成在导向杆部121a的一端的第一铰接部121b，第一铰接部121b上形成有第一通孔，第一通孔的轴线与导向杆部121a的延伸方向垂直；调整杆122包括调整杆部122a和形成在调整杆部122a一端的第二铰接部122b，第二铰接部122b上形成有第二通孔。第一通孔与第二通孔同轴设置，铰接轴123设置在第一通孔和第二通孔中，以将调整杆122与导向杆121铰接。铰接轴123的位置满足：当调整杆122处于竖直状态时，调整杆122的重心沿着远离承载区域A0的方向超出铰接轴123的轴线。从而使得当承载盘111从工艺位置下降到传输位置的过程中，调整杆122能从竖直状态向远离承载区域A0的方向向外摆动到初始位置。
为了提高铰接强度，优选地，如图6、图7所示，调整杆122包括形成在调整杆部122a的一端且间隔设置的两个第二铰接部122b，两个第二铰接部122b上各形成有一个第二通孔。第一铰接部121b插入两个第二铰接部122b之间的间隔，使得两个第二通孔与第一通孔同轴。
优选地，调整杆122的表面设置有有机涂层。在调整基片位置时，调整杆122与基片接触，设置硬度较小的有机涂层后，一方面可以避免调整杆122划伤基片表面，另一方面还可以减少二者之间的摩擦、避免产生颗粒，从而提高产品良率。
在本发明中，对有机涂层的具体材料不做特殊的限定，例如，有机涂层的材料可以为PTFE。
为了便于机械手将基片设置在承载盘111上、并且便于利用机械手将工艺结束后的基片取出，如图1所示，基座组件100还包括多个顶针130，顶针130沿承载盘111的厚度方向贯穿承载盘111。承载盘111上设置有多个与顶针130一一对应的顶针孔114，多个顶针孔114均位于承载区域A0内。
具体地，在将基片设置在承载盘111上，将顶针130顶起，使得顶针130的顶端凸出于承载盘111的承载面。机械手的叉齿插入顶针130之间，继续下落，可以将基片设置在顶针130上，降低顶针130、并在位置调整件120的调整作用下，可以将基片设置在承载区域A0内。
工艺结束后，升起顶针114，机械手的叉齿插入顶针130之间，并将基片取出。
作为一种具体实施方式，基座110还包括升降轴115，升降轴115设置在承载盘111的背离承载面的表面。通过升降轴115的升降可以带动承载盘111在腔室内升降。
如图8所示，作为本发明的另一个方面，提供一种半导体加工设备，包括基座组件100和腔室200，基座组件100的承载盘111设置在腔室200内，其中，基座组件100为本发明所提供的上述基座组件100。
如上文中所述，由于基座组件100包括位置调整件120，因此，机械手将基片设置在腔室200中后，调整件120可以将基片调整至承载盘110的承载区域A0，降低了机械手操作精度的要求。
为了实现承载盘110的升降，优选地，基座110还包括升降轴115，升降轴115设置在承载盘111的背离承载面的表面。通过升降轴115的升降可以带动承载盘111在腔室内升降。相应地，如图8所示，腔室200的底板210形成有升降孔211，升降轴115的一部分穿过升降孔211暴露在腔室200外。
优选地，如图8所示，腔室200的侧壁220上还形成有工艺窗221。在安置基片2时携带基片2的机械手可以通过工艺窗221进入腔室200，以放置基片2。
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 (11)

1.一种基座组件，所述基座组件包括基座，所述基座包括承载盘，所述承载盘的承载面上包括用于设置基片的承载区域，其特征在于，所述基座组件还包括位置调整件，所述位置调整件用于在将所述基片设置在所述承载面上的过程中调整所述基片的位置，以使得所述基片最终位于所述承载区域内。
2.根据权利要求1所述的基座组件，其特征在于，所述基座组件包括多个所述位置调整件，多个所述位置调整件沿着所述承载区域的边界均匀分布；
所述位置调整件包括支撑件和调节件；所述支撑件的一端与所述调节件铰接；所述承载盘设有与所述调节件配合的驱动部；所述调节件在所述承载盘上升过程中能与所述驱动部接触，并在所述驱动部的作用下朝向所述承载区域摆动，调整所述基片的位置。
3.根据权利要求2所述的基座组件，其特征在于，所述支撑件包括导向杆，所述调节件包括调整杆，所述导向杆的第一端与所述调整杆的第一端铰接，所述承载盘上设置有多个设置通孔，所述设置通孔沿所述承载盘的厚度方向贯穿所述承载盘，多个所述设置通孔设置在所述承载区域的边界处，且多个所述设置通孔与多个所述位置调整件一一对应，所述导向杆的第二端穿过相应的设置通孔，所述导向杆能够沿相应的设置通孔的轴向往复移动，所述设置通孔在所述承载面上的开口远离所述承载区域的开口边缘形成所述驱动部。
4.根据权利要求3所述的基座组件，其特征在于，所述设置通孔包括互相连通的导向孔和调整孔，所述调整孔的第一端开口形成在所述承载面上，所述调整孔的第二端开口与所述导向孔的第一端开口相通，所述导向孔的第二端开口形成在所述承载盘的背离所述承载面的表面上；所述导向杆穿设在所述导向孔中，所述调整孔用于容纳所述调整杆，以使所述基片平整地放置于所述承载面上。
5.根据权利要求4所述的基座组件，其特征在于，所述调整孔靠近所述承载区域一侧的孔壁与所述导向孔靠近所述承载区域一侧的孔壁对齐，所述调整孔远离所述承载区域一侧的孔壁沿着远离所述承载区域的方向超出所述导向孔的孔壁。
6.根据权利要求4所述的基座组件，其特征在于，所述导向杆的横截面形状为多边形，且所述导向孔的横截面形状与所述导向杆的横截面形状相匹配。
7.根据权利要求4所述的基座组件，其特征在于，所述调整杆的横截面面积大于所述导向孔的横截面面积。
8.根据权利要求3至7中任意一项所述的基座组件，其特征在于，所述位置调整件还包括铰接轴，所述导向杆包括导向杆部和形成在所述导向杆部的一端的第一铰接部，所述第一铰接部上形成有第一通孔，所述调整杆包括调整杆部和形成在所述调整杆部一端的第二铰接部，所述第二铰接部上形成有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔同轴设置，所述铰接轴设置在所述第一通孔和所述第二通孔中，以将所述调整杆与所述导向杆铰接。
9.根据权利要求8所述的基座组件，其特征在于，所述调整杆处于竖直状态时，所述调整杆的重心沿着远离所述承载区域的方向超出所述铰接轴的轴线。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的基座组件，其特征在于，所述基座组件还包括多个顶针，所述顶针沿所述承载盘的厚度方向贯穿所述承载盘，所述承载盘上设置有多个与所述顶针一一对应的顶针孔，多个所述顶针孔均位于所述承载区域内。
11.一种半导体加工设备，包括腔室和基座组件，其特征在于，所述基座组件为权利要求1至10中任意一项所述的基座组件，所述承载盘设置在所述腔室内。
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