CN111705302A - 可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备，包括腔体、载台、载台支撑杆、连接板、气缸、气缸底座、底座固定杆、升降滚动滑轮、联动轴、支撑杆托盘及升降基座；载台支撑杆一端与载台的底部相连接，另一端延伸到支撑杆托盘上；连接板与腔体的底部相连接；气缸位于气缸底座上；底座固定杆一端与气缸底座相连接，另一端与连接板相连接；支撑杆托盘位于升降基座内，且与升降基座相连接，升降基座的一侧开设有运动开口；联动轴一端与气缸相连接，另一端与升降滚动滑轮相连接；升降滚动滑轮经由运动开口自升降基座的外部延伸至升降基座的内部，且升降滚动滑轮的凹槽与运动开口的边缘相对应。本发明可以避免因升降过程中的晃动造成晶圆损伤。

Description

可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备

技术领域

本发明涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备。

背景技术

气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层的技术。气相沉积技术按照成膜机理，可分为物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）和等离子体气相沉积（ Plasma Chemical Vapor Deposition，简称PVCD）这几种。从加热基座带动晶圆升降的方式来看，现有的气相沉积设备主要分为两大类，一类是使用伺服电机控制加热基座带动晶圆的升降，这种方式的升降过程匀速稳定并且可控可调，但升降结构复杂， 装配难度很大并且造价昂贵，对于操作人员的要求比较高；另一类是使用气缸实现加热基座带动晶圆的快速升降，这种升降方式的设备结构简单易于装配，且能降低设备运行功耗和制造成本。但是现有的使用气缸升降的方式存在非匀速升降的问题，加热基座会带动晶圆加速上升至反应腔或溅射腔的标定位置后骤然停止，然后下降时又带动晶圆加速下降到底部标定位置后骤然停止。骤然停止将造成晶圆在加热基座上的晃动和不稳定，即便在一些气相沉积设备中安装了晶圆固定装置，但由于气缸的运动方式导致的变速升降运动和骤然停止必然会使纤薄的晶圆在骤停的端点处受到较大的作用力而发生形变，这对晶圆的加工过程是很不利的，有可能导致沉积在晶圆上的薄膜损坏。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备，用于解决现有技术中的使用伺服电机实现基座升降的气相沉积设备存在的结构复杂、价格高昂，而现有的使用气缸驱动的气相沉积设备虽然结构较为简单，但是气缸在到达标定位置时骤然停止容易导致晶圆变形以及导致晶圆上沉积的薄膜损坏等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备，包括：腔体、载台、载台支撑杆、连接板、气缸、气缸底座、底座固定杆、升降滚动滑轮、联动轴、支撑杆托盘及升降基座；所述载台位于所述腔体内；所述载台支撑杆一端与所述载台的底部相连接，另一端自所述腔体内部延伸至所述腔体外部直至延伸到所述支撑杆托盘上；所述连接板位于所述腔体外部，且与所述腔体的底部相连接；所述气缸位于所述腔体外部，且位于所述气缸底座上；所述底座固定杆一端与所述气缸底座相连接，另一端与所述连接板相连接；所述升降基座位于所述腔体外部；所述支撑杆托盘位于所述升降基座内，且与所述升降基座相连接，所述升降基座的一侧开设有运动开口；所述联动轴一端与所述气缸相连接，另一端与所述升降滚动滑轮相连接；所述升降滚动滑轮经由所述运动开口自所述升降基座的外部延伸至所述升降基座的内部，且所述升降滚动滑轮的凹槽与所述运动开口的边缘相对应；当所述气缸驱动所述联动轴旋转时，所述联动轴带动所述升降滚动滑轮升降并在所述运动开口内运动，并由此带动所述升降基座、所述支撑杆托盘、载台支撑杆及载台升降。

可选地，所述气缸通过支架固定于所述气缸底座上，所述支架位于所述气缸的相对两侧且自所述气缸的侧面延伸到所述气缸底座的表面。

可选地，所述支撑杆托盘的上表面设置有与所述载台支撑杆相对应的凹槽，所述支撑杆托盘的下表面和所述升降基座的下表面相平齐。

可选地，所述运动开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分呈倾斜状且与所述升降基座的底面具有间距，所述第二部分与所述第一部分的一侧相连通，且自所述第一部分向下延伸至所述升降基座的底面。

可选地，所述气相沉积设备还包括限位器、限位器固定杆及位置传感器，所述限位器固定杆固定于所述气缸底座上，所述限位器位于所述限位器固定杆上；所述位置传感器位于所述升降基座的外表面上，用于监测所述限位器；控制装置基于所述位置传感器的监测结果控制所述气缸的运动以完成限定高度的上升和/或下降。

可选地，所述限位器包括限高器和限低器，所述限高器位于所述限低器的上方。

可选地，所述气相沉积设备包括物理气相沉积设备及化学气相沉积设备中的一种。

可选地，所述载台包括加热基座和顶针固定盘中的一种。

可选地，所述底座固定杆上设置有矩形凹口，紧固件穿过所述矩形凹口的一侧并向上延伸至所述连接板内以将所述底座固定杆和所述连接板相连接。

可选地，所述气相沉积设备还包括导向轴及导向轴固定器，均位于所述腔体外部，且至少部分位于所述升降基座内；所述导向轴固定器一端与所述连接板背离所述腔体的一端相连接，且所述导向轴固定器套设于所述载台支撑杆的外围，所述导向轴固定器的外围设置有支撑块，所述支撑块上设置有沿纵向延伸的通孔；所述导向轴的一端与所述升降基座相连接，且所述导向轴自所述升降基座延伸到所述通孔内，所述导向轴可在所述通孔内上下移动。

相较于现有技术，本发明通过联动轴、升降滚动滑轮和升降基座等结构的设计，可以使载台在到达最低点位置和最高点位置时的速度降为零，由此可以确保位于载台上的晶圆处于平稳状态，避免因载台骤停导致晶圆晃动导致晶圆的变形损坏和/或晶圆上的薄膜发生损坏，有助于提高生产良率。

附图说明

图1显示为本发明的可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备的整体结构示意图。

图2显示为本发明的气相沉积设备的分解结构示意图。

图3显示为本发明的气相沉积设备的截面结构示意图。

图4显示为本发明的气相沉积设备中的气缸、联动轴和升降滚动滑轮的连接结构示意图。

图5显示为本发明的气相沉积设备中的限位器的结构示意图。

图6显示为本发明的气相沉积设备的运动原理图。

元件标号说明11-腔体；12-载台；13-载台支撑杆；14-连接板；15-气缸；151-旋转轴；16-气缸底座；17-底座固定杆；171-矩形凹口；18-升降滚动滑轮；181-凹槽；19-联动轴；20-支撑杆托盘；21-升降基座；211-运动开口；211a-第一部分；211b-第二部分；22-支架；231-限高器；232-限低器；24-限位器固定杆；25-位置传感器；251-固定块；26-导向轴；27-导向轴固定器；28-支撑块。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征 “之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图6所示，本发明提供一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备，该设备包括腔体11、载台12、载台支撑杆13、连接板14、气缸15、气缸底座16、底座固定杆17、升降滚动滑轮18、联动轴19、支撑杆托盘20及升降基座21；所述载台12位于所述腔体11内，所述载台12可以直接或者间接承载晶圆；所述载台支撑杆13一端与所述载台12的底部相连接，另一端自所述腔体11内部延伸至所述腔体11外部直至延伸到所述支撑杆托盘20上；所述连接板14位于所述腔体11外部，且与所述腔体11的底部相连接；所述气缸15位于所述腔体11外部，且位于所述气缸底座16上；所述底座固定杆17一端与所述气缸底座16相连接，另一端与所述连接板14相连接；所述升降基座21位于所述腔体11外部；所述支撑杆托盘20位于所述升降基座21内，且与所述升降基座21相连接，所述升降基座21的一侧开设有运动开口211；所述联动轴19一端与所述气缸15相连接，另一端与所述升降滚动滑轮18相连接；所述升降滚动滑轮18经由所述运动开口211自所述升降基座21的外部延伸至所述升降基座21的内部，且所述升降滚动滑轮18的凹槽181与所述运动开口211的边缘相对应；当所述气缸15驱动所述联动轴19旋转时，所述联动轴19带动所述升降滚动滑轮18升降，并在所述运动开口211内运动，并由此带动所述升降基座21、所述支撑杆托盘20、载台支撑杆13及载台12升降，且当所述载台12到达最低点位置和最高点位置时的速度为零。具体地，所述气缸15旋转（比如以近匀速方式旋转）时带动与之相连接的所述联动轴19旋转，由于所述联动轴19的另一端与所述升降滚动滑轮18相连接，而所述升降滚动滑轮18的凹槽181与所述升降基座21上预留运动开口211的边缘相对应（即所述升降基座21对应所述运动开口211的边缘内嵌在所述升降滚动滑轮18的凹槽181内），因而当所述联动轴19带动所述升降滚动滑轮18旋转上升时，所述升降滚动滑轮18在所述预留运动开口211内做循环升降运动，同时所述升降滚动滑轮18将所述升降基座21顶起并带动升降基座21进行升降运动。当升降滚动滑轮18从最低点运动到最高点过程中，其垂直方向的速度按照正弦曲线轨迹进行变化（如图6所示），即当从最低位置开始上升时，所述升降基座21以加速度减小的方式加速上升到中间位置（比如所述联动轴19呈水平状态时的位置），到达中间位置时速度达到正向最大值，然后以加速度负向增大的方式减速上升到最高位置，到达最高位置时速度降低为零；当从最高位置开始下降时，所述升降基座21又以加速度负向减小的方式加速下降到中间位置，到达中间位置时速度达到负向最大值，然后以加速度正向增大的方式继续下降到最低位置，到达最低位置时速度降低为零，由此可以确保位于载台12上的晶圆处于平稳状态，避免因载台12骤停导致晶圆晃动、变形损坏和/或晶圆上的薄膜发生损坏，有助于提高生产良率。

需要说明的是，所述载台12用于直接或间接地承载晶圆，比如在一示例中，所述载台12可以是加热基座（heater），工艺生产过程中晶圆直接放置于所述加热基座上。在另一示例中，所述载台12也可以是顶针（lift pin）固定盘，即所述载台12用于固定顶针，而晶圆则放置于顶针上，通过顶针固定盘的升降带动顶针的升降，由此带动晶圆的升降。

作为示例，所述联动轴19上设置有两个固定孔，所述气缸15的旋转轴151穿过其中一个固定孔和所述联动轴19相连接；所述升降滚动滑轮18则通过另一个固定孔与所述联动轴19相连接，且所述气缸15和所述升降滚动滑轮18位于所述联动轴19的相对两侧。两个所述固定孔之间的间距可以根据载台12的升降范围而定，本实施例中不做严格限制。

作为示例，所述气缸15通过支架22固定于所述气缸底座16上，所述支架22位于所述气缸15的相对两侧且自所述气缸15的侧面延伸到所述气缸底座16的表面。即所述支架22可以为两个，所述支架22一端与所述气缸15相固定，另一端与所述气缸底座16相固定，所述支架22从两侧将所述气缸15夹持固定。

需要说明的是，本申请中只是出于描述的方便而将载台12和载台支撑杆13分开描述，实际上所述载台支撑杆13和所述载台12可以是一体连接，所述载台支撑杆13内部可以放置电源线和进气管路等源线，相关源线一直延伸至所述载台12下表面或载台12内。作为示例，所述支撑杆托盘20的上表面设置有与所述载台支撑杆13相对应的凹槽（未标记，凹槽上可以设置供源线通过的细孔）以将所述载台支撑杆13托住（载台支撑杆13与支撑杆托盘20仅相互接触而未连接）。且作为示例，所述支撑杆托盘20的下表面和所述升降基座21的下表面相平齐，以使所述支撑杆托盘20上方有容纳所述载台支撑杆13升降的足够空间。所述支撑杆托盘20与升降基座21可以是一体固定连接，也可以是可拆卸的活动连接，本实施例中不做严格限制。

作为示例，所述运动开口211包括第一部分211a和第二部分211b，所述第一部分211a呈倾斜状且与所述升降基座21的底面具有间距，第一部分211a所在的区间是所述升降滚动滑轮18的运动空间，设置为倾斜状有助于减小所述升降滚动滑轮18的运动阻力；所述第二部分211b与所述第一部分211a的一侧相连通，且自所述第一部分211a向下延伸至所述升降基座21的底面，即第二部分211b是半开放区域，在需要时可以通过该区域将所述升降滚动滑轮18和所述升降基座21分离。

作为示例，所述气相沉积设备还包括限位器、限位器固定杆24及位置传感器25，所述限位器固定杆24固定于所述气缸底座16上并向上延伸，所述限位器固定杆24的高度不高于所述底座固定杆17的高度，所述限位器位于所述限位器固定杆24上；所述位置传感器25位于所述升降基座21的外表面上，用于监测所述限位器；控制装置基于所述位置传感器25的监测结果控制所述气缸15的运动（通过控制气缸15的进气和排气以控制气缸15的运动）以完成限定高度的上升和/或下降。所述控制装置可以是设备的中央控制器，比如为上位机，上位机内预存有工艺生产参数（recipe），用于根据工艺生产参数控制气缸15的驱动作业。所述位置传感器25可通过固定块251固定于所述升降基座21的外表面，比如所述固定块251通过螺丝等紧固件和所述升降基座21相连接，固定块251上设置有固定窗口，而所述位置传感器25则嵌设于所述固定窗口内。当然，在其他示例中，所述位置传感器25还可以以其他方式（比如以粘贴的方式）固定于所述升降基座21上，本实施例中不做严格限制。

在进一步的示例中，所述限位器包括限高器231和限低器232，所述限高器231位于所述限低器232的上方，且限高器231和限低器232之间通常具有一定间距。当然，所述限高器231和限低器232在实体上的结构可以是相同的，只要能被所述位置传感器25检测到即可，两者只是由于相对位置的不同而被赋予不同的名称并实现在不同位置上的限位功能，且限高器231和限低器232可以在所述限位器固定杆24上上下移动，因而可以根据需要调整限位器的位置以实现不同位置上的限位需要。所述位置传感器25包括但不限于红外传感器。

本发明的可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备可以是任何需要通过支撑杆带动载台12上下升降以实现晶圆升降的半导体设备，包括但不限于物理气相沉积设备和化学气相沉积设备。

作为示例，所述底座固定杆17上设置有矩形凹口171，因而在所述底座固定杆17靠近所述矩形凹口171的一端形成一突出端面，紧固件（比如紧固螺丝等结构件）穿过所述矩形凹口171的一侧（也即该突出端面）并向上延伸至所述连接板14内以将所述底座固定杆17和所述连接板14相连接。通过这样的设置，便于所述底座固定杆17和所述连接板14的安装和拆卸。

作为示例，所述气相沉积设备还包括导向轴26及导向轴固定器27，均位于所述腔体11外部，且至少部分位于所述升降基座21内；所述导向轴固定器27一端与所述连接板14背离所述腔体11的一端相连接，另一端位于所述升降基座21内，但与所述升降基座21不相连接，且所述导向轴固定器27套设于所述载台支撑杆13的外围（即导向轴固定器27为上下两端开口的圆筒状，载台支撑杆13位于导线轴固定器27内且可沿导向轴固定器27上下升降），所述导向轴固定器27的外围设置有支撑块28（支撑块28与导向轴固定器27固定连接），所述支撑块28上设置有沿纵向延伸的通孔；所述导向轴26的一端与所述升降基座21相连接，且所述导向轴26自所述升降基座21延伸到所述通孔内，随着所述升降基座21的升降，所述导向轴26可在所述通孔内上下移动，且所述导向轴26的升降与所述载台支撑杆13的升降完全同步。通过所述导向轴固定器27在周向上的固定及所述导向轴26的导向作用，可以避免所述载台支撑杆13发生横向上的晃动等偏移，由此确保载台在升降过程中能维持平稳状态，确保晶圆的安全。

本发明经改善的结构设计，通过联动轴、升降滚动滑轮和升降基座等结构的共同作用，可以使载台在到达最低点位置和最高点位置时的速度降为零，由此可以确保位于载台上的晶圆处于平稳状态，避免因载台骤停导致晶圆晃动导致晶圆的变形损坏和/或晶圆上的薄膜发生损坏，有助于提高生产良率。相较于现有设计，本发明的结构简单，使用方便，可以有效降低运行功耗和生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可实现晶圆平稳升降的气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、载台、载台支撑杆、连接板、气缸、气缸底座、底座固定杆、升降滚动滑轮、联动轴、支撑杆托盘及升降基座；所述载台位于所述腔体内；所述载台支撑杆一端与所述载台的底部相连接，另一端自所述腔体内部延伸至所述腔体外部直至延伸到所述支撑杆托盘上；所述连接板位于所述腔体外部，且与所述腔体的底部相连接；所述气缸位于所述腔体外部，且位于所述气缸底座上；所述底座固定杆一端与所述气缸底座相连接，另一端与所述连接板相连接；所述升降基座位于所述腔体外部；所述支撑杆托盘位于所述升降基座内，且与所述升降基座相连接，所述升降基座的一侧开设有运动开口；所述联动轴一端与所述气缸相连接，另一端与所述升降滚动滑轮相连接；所述升降滚动滑轮经由所述运动开口自所述升降基座的外部延伸至所述升降基座的内部，且所述升降滚动滑轮的凹槽与所述运动开口的边缘相对应；当所述气缸驱动所述联动轴旋转时，所述联动轴带动所述升降滚动滑轮升降并在所述运动开口内运动，并由此带动所述升降基座、所述支撑杆托盘、载台支撑杆及载台升降。

2.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述气缸通过支架固定于所述气缸底座上，所述支架位于所述气缸的相对两侧且自所述气缸的侧面延伸到所述气缸底座的表面。

3.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述支撑杆托盘的上表面设置有与所述载台支撑杆相对应的凹槽，所述支撑杆托盘的下表面和所述升降基座的下表面相平齐。

4.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述运动开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分呈倾斜状且与所述升降基座的底面具有间距，所述第二部分与所述第一部分的一侧相连通，且自所述第一部分向下延伸至所述升降基座的底面。

5.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述气相沉积设备还包括限位器、限位器固定杆及位置传感器，所述限位器固定杆固定于所述气缸底座上，所述限位器位于所述限位器固定杆上；所述位置传感器位于所述升降基座的外表面上，用于监测所述限位器；控制装置基于所述位置传感器的监测结果控制所述气缸的运动以完成限定高度的上升和/或下降。

6.根据权利要求5所述的气相沉积设备，其特征在于：所述限位器包括限高器和限低器，所述限高器位于所述限低器的上方。

7.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述气相沉积设备包括物理气相沉积设备及化学气相沉积设备中的一种。

8.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述载台包括加热基座和顶针固定盘中的一种。

9.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于：所述底座固定杆上设置有矩形凹口，紧固件穿过所述矩形凹口的一侧并向上延伸至所述连接板内以将所述底座固定杆和所述连接板相连接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的气相沉积设备，其特征在于：所述气相沉积设备还包括导向轴及导向轴固定器，均位于所述腔体外部，且至少部分位于所述升降基座内；所述导向轴固定器一端与所述连接板背离所述腔体的一端相连接，且所述导向轴固定器套设于所述载台支撑杆的外围，所述导向轴固定器的外围设置有支撑块，所述支撑块上设置有沿纵向延伸的通孔；所述导向轴的一端与所述升降基座相连接，且所述导向轴自所述升降基座延伸到所述通孔内，所述导向轴可在所述通孔内上下移动。

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