CN112349626A - 一种晶圆烘烤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆烘烤装置，其包括壳体和设置在壳体内的密封机构、加热器和顶出机构，本发明通过在壳体表面设置升降导轨，顶出机构和密封机构均与该升降导轨滑动连接，从而可以通过顶出机构的升降运动配合稳定不动的加热器实现顶出晶圆或顶针回位，通过密封机构的升降运动配合稳定不动的加热器对加热器进行密封或解除密封，克服了现有技术中加热盘升降带来的不良影响，提高了晶圆放置的稳固性，安全性好，便于后续的取放工序进行；同时避免了升降机构直接连接加热盘，降低了对升降装置耐热性、安全性等方面的要求，拓宽了升降装置的可选择性。

Description

一种晶圆烘烤装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆烘烤装置。

背景技术

集成电路晶圆生产是在晶圆表面上和表面内制造出半导体器件的一系列生产过程，在该生产过程中，多个阶段需要对晶圆进行加热处理。

晶圆烘烤装置通常包含一加热盘，该加热盘用于加热承载在其上表面的晶圆，加热盘上方通常设有一密封机构用于密封连接加热器上表面防止热量流失，加热盘下方通常设有一顶出机构用于在晶圆烘烤完毕后顶出晶圆。但是现有的晶圆烘烤装置多是采用升加热盘的方式来实现与密封机构密封连接，或是降加热盘使顶针顶起晶圆，而晶圆是设置在加热盘的上表面，在升降加热盘的过程中，加热盘容易产生波动而造成晶圆滑移或滑落，不够安全且不利于后续的取放工序开展，另外加热盘工作时温度高，对升降装置(例如耐热性、安全性等)要求更多更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆烘烤装置。

本发明要解决的是现有技术中存在的升降加热盘过程中，加热盘容易产生波动而造成晶圆滑移或滑落，不够安全且不利于后续的取放工序开展；另外加热盘工作时温度高，对升降装置(例如耐热性、安全性等)要求更多更高的问题。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种晶圆烘烤装置，其包括：

壳体，具有内腔，所述内腔具有至少一开口，所述开口用于晶圆的进出，所述壳体表面设有升降导轨；

加热器，设于所述内腔中，用于承载和加热晶圆；

顶出机构，滑动连接所述升降导轨以可沿所述升降导轨进行升降运动，具有顶针，所述顶针穿设于所述加热器中，从而使所述顶针可随所述升降运动而部分伸出所述加热器之外；以及

密封机构，设于所述加热器的上方，滑动连接所述升降导轨以可沿所述升降导轨进行升降运动，以对所述加热器进行密封或解除密封。

可选地，还包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述顶出机构以驱动所述顶出机构进行升降运动，所述第二驱动机构连接所述密封机构以驱动所述密封机构进行升降运动。

可选地，所述壳体的一侧具有升降支撑架，所述升降导轨设置于所述升降支撑架相对的两侧壁上，所述升降支撑架具有腔体，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构设于所述腔体中。

可选地，所述加热器包括加热盘组件和用于固定所述加热盘组件的固定基座，所述加热盘组件包含金属盘和连接加热源的陶瓷盘，所述金属盘的下表面与所述陶瓷盘的上表面相连接，所述陶瓷盘的下方设有隔热件，所述固定基座具有供所述加热盘组件容置的容置腔。

可选地，所述隔热件与所述陶瓷盘的下表面粘接，所述隔热件为锡箔纸。

可选地，所述固定基座包含固定圈和固定盘，所述固定圈两端开口，所述固定圈的开口端之一连接所述固定盘以形成所述容置腔。

可选地，所述固定盘的下方还设有定位盘，所述定位盘上设有顶针定位孔。

可选地，所述加热器还包含若干用于测试所述加热盘组件温度的温度测试元件，所述温度测试元件位于加热盘组件的内部或外侧。

可选地，所述固定基座还包含若干个固定支架，所述固定支架连接在所述固定盘的底部，所述固定支架向所述固定盘的外侧延伸以形成一支架臂，所述支架臂固定连接所述壳体。

可选地，所述壳体还设有第一位置感应器和第二位置感应器，所述第一位置感应器用于感应所述顶出机构的位置以使其达到预定的顶出位置，所述第二位置感应器用于感应所述密封机构的位置以使其达到预定的密封位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的晶圆烘烤装置通过在壳体表面设置升降导轨，顶出机构和密封机构均与该升降导轨滑动连接，从而可以通过顶出机构的升降运动配合稳定不动的加热器实现顶出晶圆或顶针回位，通过密封机构的升降运动配合稳定不动的加热器对加热器进行密封或解除密封，克服了现有技术中加热盘升降带来的不良影响，提高了晶圆放置的稳固性，安全性好，便于后续的取放工序进行；同时避免了升降机构直接连接加热盘，降低了对升降装置耐热性、安全性等方面的要求，拓宽了升降装置的可选择性；

2、本发明提供的晶圆烘烤装置还具有用于驱动顶出机构升降的第一驱动机构，和用于驱动密封机构升降的第二驱动机构，壳体的一侧具有升降支撑架，升降导轨设置在所述升降支撑架上，第一驱动机构和第二驱动机构容置在所述支撑架内，从而整个晶圆烘烤装置结构紧凑、精简、规整，美观度好，便于多个晶圆烘烤装置相互组合连接，便于提高晶圆的生产效率；

3、本发明提供的晶圆烘烤装置中，加热器包括加热盘组件和用于固定该加热盘组件的固定基座，固定基座具有供所述加热盘组件容置的容置腔，整体美观整洁；加热盘组件包含金属盘和连接加热源的陶瓷盘，该金属盘的下表面与陶瓷盘的上表面相连接，加热源使陶瓷盘发热，陶瓷盘传热至金属盘，承载在金属盘上的晶圆进而被加热，陶瓷盘加热和传热速度快，金属盘导热快、效果好，在陶瓷盘上增加金属盘，两者配合可以使晶圆受热更加均匀；陶瓷盘的下方设有隔热件，能有效隔热防止热能向远离晶圆的方向传递，提高了加热器整体的热利用率，使晶圆在加热过程中温度恒定，进而提高晶圆的生产效率；

4、本发明提供的晶圆烘烤装置还设有第一位置感应器和第二位置感应器，所述第一位置感应器用于感应所述顶出机构的位置以使其达到预定的顶出位置，所述第二位置感应器用于感应所述密封机构的位置以使其达到预定的密封位置，从而对顶出机构和密封机构的升降运动行程进行有效限制，提高了精准性和能源利用率。

附图说明

图1：实施例1的晶圆烘烤装置的立体示意图；

图2：实施例1的晶圆烘烤装置另一方向的立体示意图；

图3：实施例1的晶圆烘烤装置的爆炸图；

图4：实施例1的壳体的立体示意图；

图5：实施例1的壳体另一方向的立体示意图；

图6：实施例1的加热器的立体示意图；

图7：实施例1的加热器倒置时的立体示意图；

图8：实施例1的加热器的爆炸图；

图9：实施例1的顶出机构的立体示意图；

图10：实施例1的密封机构的立体示意图；

图11：实施例1的第一驱动机构的立体示意图；

图12：实施例1的第二驱动机构的立体示意图；

图13：实施例1的晶圆烘烤装置处于初始状态的示意图；

图14：实施例1的晶圆烘烤装置处于密合状态的示意图；

图15：实施例1的晶圆烘烤装置处于顶出状态的示意图。

图中：

1、壳体，11、内腔，111、开口，1111、下窗沿，12、侧板，121，升降支撑架，1211、升降导轨，1212、腔体，13、顶板，14、第一升降孔，15、第二升降孔；

2、加热器，21、加热盘组件，211、金属盘，212、陶瓷盘，22、固定基座，221、容置腔，222、固定圈，223、固定盘，2231、容置空间，224、定位盘，2241、顶针定位孔，225、固定支架，2251、支架臂，23、隔热件，24、电加热头，25、温度测试元件；

3、顶出机构，31、第一滑槽，32、顶针，321、顶出段，322、连接段；

4、密封机构，41、第二滑槽，42、密封罩；

5、第一驱动机构，

6、第二驱动机构。

具体实施方式

现有技术中存在升降加热盘过程中，加热盘容易产生波动而造成晶圆滑移或滑落，不够安全且不利于后续的取放工序开展；另外加热盘工作时温度高，对升降装置(例如耐热性、安全性等)要求更多更高的问题。所以本发明提出新的方案，为更加清楚的表示，下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明。

实施例1

参照图1-图3所示，本发明提供了一种晶圆烘烤装置，其包括壳体1、加热器2、顶出机构3及密封机构4。其中，壳体1具有内腔11，内腔11具有至少一开口111，开口111用于晶圆的进出，壳体1表面设有升降导轨1211；加热器2设于内腔11中，用于承载和加热晶圆；顶出机构3，滑动连接升降导轨1211以可沿升降导轨1211进行升降运动，顶出机构3具有顶针32，顶针32穿设于加热器2中，顶针32可随所述升降运动的升运动而部分伸出加热器2之外；密封机构4设于加热器2的上方，滑动连接升降导轨1211以可沿升降导轨1211进行升降运动，从而对加热器2进行密封或解除密封。

本发明还可以包括第一驱动机构5和第二驱动机构6，第一驱动机构5连接顶出机构3以驱动顶出机构3进行升降运动，第二驱动机构6连接密封机构4以驱动密封机构4进行升降运动。

壳体1中空形成内腔11，配合图3-图5所示，壳体1一侧的侧板12的部分区域上还连接有升降支撑架121，所述部分区域可以是中间部分。参照图5所示，升降支撑架121具有相对的两侧壁，和连接在两侧壁顶部的顶壁，升降导轨1211竖向设置在所述两侧壁上，所述两侧壁和顶壁之间形成一腔体1212，第一驱动机构5和第二驱动机构6被容置在腔体1212内。从而整个晶圆烘烤装置结构紧凑、精简、规整，美观度好，便于多个晶圆烘烤装置相互组合连接，便于提高晶圆的生产效率；第一驱动机构5和第二驱动机构6可以是相邻设置以进一步提高装置的紧凑性和规整性。

参照图3所示，内腔11中，密封机构4位于加热器2的上方，密封机构4的上方为壳体的顶板13，顶板13可拆卸与侧板12连接，从而便于密封机构的装卸和检修。本实施例中，用于晶圆进出的开口111开设在与侧板12相对的壳体侧壁上，其可以呈窗口形，下窗沿1111可以与加热器2的上表面齐平或略高于加热器2的上表面，从而下窗沿以下的壳体侧壁可以阻挡加热器的热量，提高安全性，同时防止其影响晶圆取放工艺的良率(例如是对取放晶圆的机械手温度产生不良影响)。在其他实施例中，开口111也可以为多个，设于壳体的不同位置(例如是其他方向的侧壁上)

参照图6-图8所示，本发明的加热器2包括加热盘组件21、固定基座22及隔热件23，其中固定基座22具有供加热盘组件21容置的容置腔221。加热盘组件21包含金属盘211和陶瓷盘212，配合图6及图8所示，金属盘211设置在陶瓷盘212的上方，其上表面用于承载晶圆，其下表面与陶瓷盘212的上表面连接，该连接例如是螺接或粘接。隔热件23设置在陶瓷盘212的下方，从而有效隔热防止热能向远离晶圆的方向传递，提高了加热器2整体的热利用率，使晶圆在加热过程中温度恒定，进而提高晶圆的生产效率。

陶瓷盘212与加热源相连接(例如是通过一电加热头24与电源连接，见图6-图8)，加热源使陶瓷盘212发热，陶瓷盘212传热至金属盘211，承载在金属盘211上的晶圆进而被加热，陶瓷盘212加热和传热速度快，金属盘211导热快、效果好，在陶瓷盘212上增加金属盘211，两者配合使得晶圆受热更加均匀。

参照图8所示，金属盘211和陶瓷盘212可以为圆盘状，隔热件23可以为圆片或者圆形的薄膜状，这样可以更好的配合晶圆的圆片状构造。金属盘211、陶瓷盘212、隔热件23的半径相同，从而配合起来使结构更加规整。三者的厚度分布可以是：金属盘211厚度大于陶瓷盘212厚度，陶瓷盘212厚度大于隔热件23厚度，金属盘211的厚度大，可以进一步提高了晶圆受热的均匀性，隔热件厚度小，可以有效避免隔热件占用更多空间，节省材料，且易于直接对现有技术进行改良。金属盘211可以为铝盘，铝的导热率237W/mK，导热效果好，相比铜等其他贵重金属来说，铝价格适中。进一步地，该铝盘可以是实心的铝块结构，也可以是内部具有真空层的铝结构体，这样可以进一步提高传热的均匀性。陶瓷盘212可以是内部布设有加热丝的现有常见结构，也可以是内部容置均匀分布的加热元件(例如是云母加热片)的其他结构，以进一步弱化加热丝产生的加热不均匀的问题。

隔热件23可以是隔热材料制成的圆片或圆形薄膜。例如是锡箔纸，该锡箔纸的厚度可以为0.4mm-1mm(例如是0.4mm，0.6mm，0.7mm或0.8mm)，该厚度适中，既能满足隔热需求，又对加热盘组件21的占用空间影响甚微。本实施例中，所述锡箔纸可以通过粘接剂粘附在陶瓷盘212的下表面，也可以直接选用市售的锡箔贴纸。在其他实施例中，所述锡箔纸也可以粘附在容置腔221的腔底，所述腔底靠近或接触陶瓷盘212的下表面。

参照图6-图8所示，固定基座22包含固定圈222和固定盘223，固定圈222两端开口(如图8所示)，其开口端之一(如图8中的下开口端)连接固定盘223以形成容置腔221。本实施例中，固定盘223内凹形成一容置空间2231，容置空间2231在固定圈222的配合下高度变长，形成容置腔221。作为优选的一种方式，固定盘223的高度或厚度可以与固定圈222相等，这样可以使加热器2整体结构更加对称、规整、美观。

配合图6-图8所示，固定盘223的下方还可以连接有一定位盘224，定位盘224具有顶针定位孔2241，顶针定位孔2241可以是柱形(如图8所示)，固定盘223、隔热件23、金属盘211及陶瓷盘212上均开设有供所述柱形的顶针定位孔2241穿出的孔洞(图中未标示)。定位盘224可以连接顶出机构3，顶出机构3具有顶针32，顶针32通过在顶针定位孔2241中进行伸缩运动以顶起晶圆或解除顶起晶圆状态。

固定基座22还可以包含若干个固定支架225。参照图6-图8所示，固定支架225的一端装接(例如是螺接)在固定盘223底部的周缘上，另一端固定盘的外侧延伸形成支架臂2251，支架臂2251用于将加热器2固定在壳体1上。本实施例中，固定支架225的数量为2个，其对称设置在固定盘223的两侧。在其他实施例中，固定支架225的数量也可以根据需要设置，只要能形成稳固的固定效果即可，例如是3个，4个，5个等。

加热器2还可以包含若干用于测试加热盘组件21温度的温度测试元件25，温度测试元件25可以位于加热盘组件21的内部或外侧。配合图7和图8所示，本实施例中，温度测试元件25为温度传感器，其设置在加热盘组件21的内部，数量为1个，用于感测陶瓷盘212的温度，从而可以实现陶瓷盘212温度的实时监测，提高了加热器2的控温精度。在其他实施例中，温度测试元件25也可以为多个，可以是多个同时测试陶瓷盘212的温度，也可以是多个分别测试陶瓷盘212、金属盘211、固定盘223等的温度。

参照图9所示，顶出机构3包含与第一驱动机构5连接的底板，所述底板的两侧向上延伸形成有第一滑槽31，第一滑槽31配合升降导轨1211设计，从而使得顶出机构3可以沿着升降导轨1211进行升降运动。顶针32设置在所述底板上，顶针32包括相互连接的顶出段321和连接段322，连接段322一端连接所述底板，另一端连接顶出段321。顶出段321远离连接段322的一端用于顶起晶圆。本实施例中，顶出段321和连接段322均为圆柱形，连接段322的直径大于顶出段321的直径，顶出段321的直径与前述顶针定位孔2241的大小配合，从而顶出段321可以随着顶出机构的上升而伸出加热器2的表面以顶起晶圆。顶针32的数量可以根据需要设置，例如是1个，2个，3个，4个等，本实施例中，顶针32的数量为3个(见图9)，三者排列成稳固的三角形形状，使得在顶出晶圆时保持平稳，避免发生晶圆滑移现象。相应的，本实施例中，前述的顶针定位孔2241也为3个。

参照图10所示，密封机构4具有与第二驱动机构6连接的本体，所述本体的两侧壁内侧设有第二滑槽41，第二滑槽41配合升降导轨1211设计，从而使得密封机构4可以沿着升降导轨1211进行升降运动。所述本体下方连接有密封罩42，密封罩42配合加热器2的盘体结构设计，其可以密封、罩合加热器2的上表面，使得晶圆加热/烘烤时处于密封保温的状态，加热或烘烤的效果更好。

配合图2和图3所示，壳体1的侧板12上靠近升降导轨1211处设有第一升降孔14，升降支撑架121的侧壁，靠近升降导轨1211处设有第二升降孔15，第一升降孔14位于壳体1的下部，第二升降孔15位于壳体的上部，也即第二升降孔15的设置位置高于第一升降孔14。这样充分的利用了壳体1和升降支撑架121的空间，且一上一下设计，巧妙规整，实用性好。密封机构4本体上连接两第二滑槽41的部分(即所述本体的一侧边)穿接在两第二升降孔15中，顶出机构3底板上连接两第一滑槽31的部分穿接在两第一升降孔14中。第一升降孔14和第二升降孔5沿升降方向(平行于升降导轨1211的方向)的长度还可以分别配合顶出机构3和密封机构4的升降运动行程来设置，从而使顶出机构3和密封机构4只能在设定范围内升降，从而可以避免源动力的浪费。本实施例中，第一驱动机构5和第二驱动机构5可以为气缸(如图11和图12所示)，第一驱动机构5和第二驱动机构6的相邻设置可以是第一驱动机构5在第二驱动机构6的内侧，相应的，第一升降孔14也位于第二升降孔15的内侧。

壳体1还可以设有第一位置感应器和第二位置感应器，所述第一位置感应器用于感应顶出机构3的位置以使其达到预定的顶出位置(即顶针32的顶出段321全部伸出加热器2之外)，所述第二位置感应器用于感应密封机构4的位置以使其达到预定的密封位置(即密封罩42恰好密封罩合加热器2)。从而对顶出机构3和密封机构4的升降运动行程进行有效限制，提高了精准性和能源利用率。所述第一位置感应器和第二位置感应器可以是都设置在所述升降支撑架121的侧壁内部，也可以分别设置在第一升降孔14和第二升降孔15内。所述第一位置感应器和第二位置感应器可以是红外感应器。

参照图13-图15所示，本发明的使用过程可以是：

首先，本发明提供的晶圆烘烤装置处于初始状态，此状态下密封机构4位于加热器2的上方，密封罩42与加热器2的上表面存在一定距离，顶出机构3的顶针32未伸出加热器2之外，第一驱动机构5和第二驱动机构6未启动状态；

其次，晶圆被传递机构(如机械手)递放到加热器2的上表面，此时第二驱动机构6开始工作，驱动密封机构4沿升降导轨1211下降，密封罩42密封罩合住加热器2，晶圆在密封保温环境中进行加热烘烤，

最后，晶圆加热烘烤完成后，第二驱动机构6驱动密封机构4沿升降导轨1211上升回到初始状态，第一驱动机构5驱动顶出机构3沿升降导轨1211上升至顶针32的顶出段321全部伸出加热器2之外，顶出机构顶起晶圆，晶圆被传递机构(如机械手)取走，第一驱动机构5驱动顶出机构3沿升降导轨1211下降回到初始状态，为下一轮工作做准备。

以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种晶圆烘烤装置，其特征在于：包括：

壳体，具有内腔，所述内腔具有至少一开口，所述开口用于晶圆的进出，所述壳体表面设有升降导轨；

加热器，设于所述内腔中，用于承载和加热晶圆；

顶出机构，滑动连接所述升降导轨以可沿所述升降导轨进行升降运动，具有顶针，所述顶针穿设于所述加热器中，从而使所述顶针可随所述升降运动而部分伸出所述加热器之外；以及

密封机构，设于所述加热器的上方，滑动连接所述升降导轨以可沿所述升降导轨进行升降运动，以对所述加热器进行密封或解除密封。

2.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：还包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述顶出机构以驱动所述顶出机构进行升降运动，所述第二驱动机构连接所述密封机构以驱动所述密封机构进行升降运动。

3.根据权利要求2所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述壳体的一侧具有升降支撑架，所述升降导轨设置于所述升降支撑架相对的两侧壁上，所述升降支撑架具有腔体，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构设于所述腔体中。

4.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述加热器包括加热盘组件和用于固定所述加热盘组件的固定基座，所述加热盘组件包含金属盘和连接加热源的陶瓷盘，所述金属盘的下表面与所述陶瓷盘的上表面相连接，所述陶瓷盘的下方设有隔热件，所述固定基座具有供所述加热盘组件容置的容置腔。

5.根据权利要求4所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述隔热件与所述陶瓷盘的下表面粘接，所述隔热件为锡箔纸。

6.根据权利要求4所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述固定基座包含固定圈和固定盘，所述固定圈两端开口，所述固定圈的开口端之一连接所述固定盘以形成所述容置腔。

7.根据权利要求6所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述固定盘的下方还设有定位盘，所述定位盘上设有顶针定位孔。

8.根据权利要求6所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述加热器还包含若干用于测试所述加热盘组件温度的温度测试元件，所述温度测试元件位于加热盘组件的内部或外侧。

9.根据权利要求4所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述固定基座还包含若干个固定支架，所述固定支架连接在所述固定盘的底部，所述固定支架向所述固定盘的外侧延伸以形成一支架臂，所述支架臂固定连接所述壳体。

10.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于：所述壳体还设有第一位置感应器和第二位置感应器，所述第一位置感应器用于感应所述顶出机构的位置以使其达到预定的顶出位置，所述第二位置感应器用于感应所述密封机构的位置以使其达到预定的密封位置。

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