CN112714950B - 销提升装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的销提升装置(10)被设计用于在处理腔室(4)中移动待处理基材并包括沿调整轴线(A)延伸的壳体(31)、布置在壳体(31)的第一端区且具有壳体开口(34)的端侧壳体封闭件(33)，布置在壳体(31)的第二端区的驱动部件(11)、具有能在壳体中沿调节轴线(A)方向运动的部件(21)的调节装置(15)、用于调节装置(15)的且在壳体(31)内侧形成于在端侧壳体封闭件(33)处的第一止挡(17a)和远离其的第二止挡(17b)之间的导向部段(17)、在壳体(31)内在端侧壳体封闭件(33)和调节装置(15)之间形成的紧密连接装置(55)以及从该导向部段(17)处的第一止挡(17a)延伸至第二止挡(17b)的连接通道(18)。即使在活动部分(21)的运动期间，连续的第二内部区域也导致第二内部区域的最小体积变化。

Description

销提升装置

技术领域

本发明涉及用于借助至少一个支撑销在处理腔室内移动和定位基材的销提升装置。

背景技术

也称为顶销机的销提升装置通常被设计和设置用于在处理腔室中接收和按规定定位待处理基材。它们尤其被用于集成电路、半导体、平板或基材生产领域的真空腔室系统，这样的生产必须在不存在污染颗粒的受保护气氛中进行。

这样的真空腔室系统尤其包括至少一个可抽空的真空腔室，它被设置用于接收待处理或待生产的半导体元件或基材并具有至少一个真空腔室开口，可通过该开口将半导体元件或其它基材引入和引出真空腔室。例如在用于半导体晶圆或液晶基材的生产设备中，高敏半导体或液晶元件依次经过几个处理真空腔室，位于处理真空腔室内的部件分别通过处理装置在处理真空腔室中被处理。

这样的处理腔室通常有至少一个传送阀，其横截面适配于该基材和机械手，且基材可以通过传送阀被送入真空腔室，并且如果需要可以在预期处理之后被移除。或者，例如可以设置有第二传送阀，经此可以从腔室移除处理后的基材。

基材例如晶圆通过适当设计和控制的机械臂被引导，该机械臂可以穿过由传送阀提供的处理腔室内开口。然后，通过用机械臂抓住基材、将基材放置在处理腔室中并以规定方式将基材安放在处理腔室中来装载处理腔室。相应地，处理腔室被清空。

为了在该腔室内安放该基材和准确定位，必须保证基材的相对高精度和活动性。为此采用销提升系统，其为基材提供多个支承点，因此提供在整个基材上的载荷分布(源于基材自重)。

例如通过机器人将基材定位在顶升装置的支承销上方并放置在销上。在机械手移开后，通过降低该销将基材安放在载体如电位板或夹头上(用于在加工过程中牢固固定基材的装置(夹紧装置))，且通常承载该基材的机械臂被移出腔室，例如在销降低之前。在基材被放下后可进一步降低该销，然后与基材分开，即，销和基材之间没有接触。或者，支承销可保持与基材接触。在机械手移除且腔室关闭(并输入处理气体或排空)之后执行处理步骤。

与此同时，应提供对待处理基材的尽量最温和且最仔细的处理以及尽量最短的处理时间。这意味着可以在腔室内尽快将基材置于规定状态-装、卸载位置和处理位置。

为了避免在半导体晶圆处理期间的不希望的冲击，例如US6,481,723B1提出在顶销机中使用特殊止挡机构来代替硬止动。在此，硬塑料挡块应被设计得更柔软的止挡件和硬止挡件的组合代替，其中，首先造成与软止挡件接触来限制运动，然后使硬止挡件以相应的阻尼方式接触到软止挡件。

US6,646,857B2提出借助所测到的出现力来调节顶升运动。顶升销可根据所收到的力信号被移动，从而始终在晶圆上适当地分配和控制在顶升销处的顶升力。

伴随每个处理周期，使销提升装置(顶销机)的支承销(销)接触到待拾取基材并离开它。在这种情况下，支承销通过布置在壳体上的驱动机构穿过壳体端部的布置在壳体第一端面区域处的壳体开口进出该壳体。

适配于所述运动的轴承和润滑剂被用于确保销提升装置的支承销和活动部分的运动，其长时间保持所述活动部分。活动部分在壳体中的运动导致壳体自由内部空间的变化，其中，在移动方向上布置在活动部分两侧的两个局部空间的自由体积发生变化。封闭壳体的体积变化会导致压力变化，压力变化影响支承销的准确运动或位置。如果壳体未被紧密密封，则体积变化将造成空气或气体逸出和进入壳体。颗粒且特别是润滑剂颗粒可能会从壳体逸出并可能到达附近的处理腔室。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的销提升装置，其减少或避免了上述缺点。

特别是，本发明的目的是提供一种改进的销提升装置，在此，该支承销的运动尽可能不受干扰地进行并且不会有颗粒由此进入处理腔室。

根据本发明的销提升装置被设计成在由真空处理腔室提供的处理气氛区域中移动和定位待处理基材。该销提升装置包括沿调节轴线延伸的壳体、具有壳体开口的布置在壳体第一端区处的端侧壳体封闭件、布置在壳体的第二端区处的驱动部件、具有可在壳体内在调节轴线方向上运动的部件的调节装置、在端侧壳体封闭件处的第一止挡和与之远离的第二止挡之间形成在壳体上的用于调节装置的内导向部段、从该调节装置穿过壳体开口以承载支承销的连接器。在所述端侧壳体封闭件和调节装置之间在壳体内形成的紧密连接装置被形成和固定至所述壳体封闭件和调节装置，从而经过该壳体开口的通路只进入了通过该紧密连接装置和调节装置被封闭的第一内部区域。连接通道从在导向部段处的第一止挡延伸到第二止挡，由此保证在所述壳体、壳体封闭件、连接装置、调节装置和驱动部件之间的第二内部区域的连通。

密封的连接装置确保不会有颗粒进入处理腔室。连续的第二内部区域导致即使在活动部分的运动期间第二内部区域的体积变化也最小，并且确保该支承销的运动可以基本不受干扰地进行。

安装在壳体中并可在调节轴线方向上移动的调节装置在壳体中包括活动部分。该活动部分优选包括套筒状部段，其外形作为导向部段适配于壳体内部形状。在调节轴线方向上在套筒部段的两侧形成的端面接触在第一和第二止挡处的相关的壳体止动面。

因为销提升装置的壳体开口通向处理腔室并且处理腔室必须是可紧密封闭的，故在壳体开口和与支承销相连的调节装置之间插入紧密连接装置。在调节装置中，紧密连接装置被固定到该活动部分、优选是套筒状部分。一种特别合适的连接装置包括波纹管形密封元件，其与所述壳体开口和调节装置紧密连接、尤其与该调节装置的活动部分紧密连接并且允许支承销的期望运动。

如此设计该连接装置，即，只能通过壳体中的开口进入由连接装置和活动部分界定的区域。该壳体的其余内部空间通过该连接装置与该第一内部空间紧密分隔开。该调节装置的活动部分可移位地安装在该壳体中并将由所述壳体、连接装置和活动部分界定的第二内部区域分成两个隔室。这两个部分之间的连接通道减小压力波动和相关干扰。

在一个优选实施例中，该连接装置以气密方式将第一内部区域与第二内部的区域分开，并且第二内部区域通过其周围元件以气密方式与环境分隔开，其中第二内部区域可选地包括补偿开口。

在一个有利实施例中，该销提升装置具有布置在第二内部区域的补偿开口处的阻挡装置，其至少限制颗粒逸出向环境。

在该阻挡装置的第一实施例中，它包括从第二内部区域通入环境的补偿开口以及在该补偿开口中的过滤器，其中只能通过穿过过滤器的通道实现经由补偿开口的输出。为此，该过滤器的至少一个延伸部适配于用于过滤器的容纳区域的相应延伸部，从而在容纳区域和过滤器之间关于流过过滤器保证了紧密连接。可选地，在围绕通道区域的环形区域中在容纳区域和过滤器之间插入密封件。

通过选择合适的过滤器，可以确保基本上没有颗粒、特别是润滑剂的固体组分会从第二内部区域逸出到环境。该过滤器可被设计成简单的多孔件，优选被设计成烧结过滤器。尤其是该过滤器是烧结制造的。它优选由金属、陶瓷材料或PTFE制成。

在该阻挡装置的另一实施例中，它包括从第二内部部分到连接至补偿容器的管路的补偿开口。因此，位于具有活动部分的第二内部区域中的气体总是处于相对于环境被密封的气密空间中。因此，在该实施例中可以省去过滤器。可选地，该补偿容器被灵活设计，从而当该活动部分移动时从壳体逸出的含颗粒的气体可在补偿容器中被吸收而不会产生明显过压，或者进入壳体的气体可以从补偿容器中回流而没有明显负压。

在该阻挡装置的另一个实施例中，它包括从第二内部区域到管路的补偿开口，经由该管路可以在第二内部区域内建立期望压力、优选为真空。可以使用泵或真空源来获得所需真空。如有必要，通过该管路将保护气体输入第二内部区域。

在一个优选实施例中，阀被连接至该补偿开口，该补偿开口使与所述补偿容器、真空泵或保护性气体源的连通是可调的。可选地，该阀可被连接到补偿容器，或也可被连接到至环境的以过滤器为末端的连接机构。

将阻挡装置布置在壳体上将在具有活动部分的第二内部区域与销提升装置周围环境之间的针对不需要的颗粒和/或气体的交换分开。可以在无尘室中使用该销提升装置而不会出现任何问题。

在一个优选实施例中，滑块被分配给该活动部分，该活动部分被联接至该驱动单元的螺杆并且可沿该螺杆被线性移动。

在另一个实施例中，该调节装置通过升降缸的推杆被移动。

该驱动单元也可以具有可控的电动机，该电动机被联接到螺杆并在工作期间提供尤其绕调节轴线的螺杆旋转。该销提升装置因此能以机电式销提升装置的形式实现。

当通过电动机来提供螺杆旋转时，所述滑块、活动部分和进而支承销的线性运动可以通过螺杆与滑块的相互作用而发生。

通过具有滑块的实施例，活动部分的数量和待移动的质量可保持相对较低。因此，可以比较快速有效地操作该销提升装置，即，晶圆可与此同时被快速精确地升降。

该滑块优选具有内螺纹，该内螺纹对应于螺杆螺纹。另外，该滑块可以如此设置在销提升装置中，例如该滑块借助线性导向件(如槽)被不可旋转地安装并因此仅具有平移运动自由度。通过限制该滑块的自由度，它可在螺杆旋转时被线性移动和高精度定位。这样的设计也可吸收和抵消在驱动方向上平行于调节轴线作用的比较大的力，例如因待处理基材的自重所造成的力。

在一个有利实施例中，该线性导向件包括纵向槽和立于纵向槽内的接合件。纵向槽和接合件的相互作用将活动部分的运动减小到活动部分在壳体内的无扭转纵向移位。纵向槽也可被用作在壳体内部隔室之间的连接通道，隔室通过调节装置的活动部分被彼此分开。优选地，在壳体内侧上形成所述纵向槽，并且滑键在活动部分上被插入，该滑键在纵向槽中被引导并由此确保免于扭转。由于滑键在槽方向上未完全闭锁该通道，故该纵向槽也可作为在第一和第二挡块之间和进而在隔室之间的连接通道，其中该滑键可用的通道横截面被略微减少。

在另一个实施例中，该驱动单元可以具有气压驱动缸，该气压驱动缸被联接到该调节装置。气压驱动缸可造成该调节装置的线性运动并且优选可被联接到推移件如推杆。

附图说明

下面，借助如图示意性所示的具体实施例仅举例更详细描述本发明的装置，其中也讨论了本发明的其它优点，其中附图详细示出：

图1示出具有销提升装置的用于晶圆的真空处理装置的实施例的示意图；

图2示出销提升装置的立体图；

图3示出销提升装置的分解图；

图4示出处于销缩回位置的销提升装置的纵剖视图；

图5示出处于销伸出位置中的销提升装置的纵剖视图；和

图6示出带有阀、补偿容器和泵的销提升装置的纵截面的一部分。

具体实施方式

图1示意性示出用于在真空条件下处理半导体晶圆1的工艺设定。晶圆1通过第一机械臂2经过第一真空传送阀5a被插入真空腔室4(处理气氛区域P)并通过根据本发明的销提升装置的支承销7被安置就位。然后，通过支承销7来拾取或放下晶圆1并且通过机械臂2被送走。晶圆1一般放置在机械臂上或设于机械臂2、3上的支承装置上，或者由特定的支承装置保持。在已经由销7拾取晶圆1之后，机械臂被引导出该腔室4，传送阀5a被关闭并且销7被降低。这是通过销提升装置的驱动机构6完成的，该驱动机构被连接到各自销7。由此，晶圆1被放置在所示的四个支承元件8上。

在这种状态下，晶圆7的计划加工(例如涂覆)在真空条件下且特别是在规定气氛中(即以一定的处理气体和规定压力)发生。腔室4与真空泵且优选与用于控制腔室压力的真空控制阀(未示出)相连。

在处理之后，晶圆1通过销提升装置被再次提升到移除位置。随后，晶圆1利用第二机械臂3经由第二传送阀5b被移除。或者，可仅用一个机械臂来设计该加工过程，于是通过单个传送阀进行装载、卸载。

图2至图5示出根据本发明的销提升装置10的实施例。销提升装置10具有仅示意性所示的下驱动部件11，该下驱动部件优选包括被设计为电动机的驱动单元。在所示实施例中，该电动机驱动螺杆13。螺杆13可通过相应致动该电动机而绕其轴线旋转。

滑块14与螺杆13相互作用并且可以在螺杆13旋转时沿中心调节轴线A被线性移动。滑块14具有与螺杆13的螺纹相对应的内螺纹。滑块14和导向套筒16属于调节装置15，调节装置被如此安装，即，它不能相对于销提升装置10本身被旋转，而只能沿平行于调节轴线A的运动方向被移动。

调节装置15包括相对于驱动部件11的活动部分21。此活动部分21可通过滑块14被线性移动和定位。在一个特定实施例中，活动部分21被制造成它不能提供导电性。活动部分21尤其由非导电材料如塑料制成或者涂有非导电材料。

驱动部件11被牢固联接至销提升装置10的沿调节轴线A延伸的壳体31。在壳体31的远离驱动部件11的一端，在端侧上有壳体封闭件33。在壳体31内部，导向部段17被设计用于调节装置15的与其适配的导向套筒16。在一个有利实施例中，导向套筒16和导向部段17具有圆柱形的接触区域。

导向部段17从在端侧壳体封闭件33处的第一止挡17a延伸到在背对其的驱动部件11处的第二止挡17b。导向套筒16因此在两个止挡17a和17b之间被引导，使得其可以在调节轴线A的方向上被移动。

在端侧壳体封闭件33中形成壳体开口34，通过该壳体开口，附接到活动部分21的连接器32的自由端可从壳体31伸出。在连接器的自由端可以使用支承销59。在壳体31内在壳体封闭件33与调节装置15之间形成的密封的连接装置55被形成和固定至壳体封闭件33和调节装置15，使得在壳体开口34与连接器32自由端之间进入壳体31仅进入了完全与密封的连接装置55和调节装置15封闭隔开的第一内部区域。连接装置55被设计成使得调节装置15相对于壳体封闭件33的运动不受阻碍。因为它为此必须采用不同长度，故它优选包括至少一个波纹管形区域。

连接通道18在调节装置15或导向套筒16与壳体31之间从在导向部段段17处的第一止挡17a延伸至第二止挡17b。连接通道18确保在壳体31、壳体封闭件33、连接装置55、调节装置15和驱动单元11之间的第二内部区域的连通，即使在导向部段17和导向套筒16之间有密封引导。在一个有利实施例中，连接通道18被设计成在壳体31内的纵向槽。

连接装置55尤其以气密方式将第一内部区域与第二内部区域分开。

如果导向套筒16在第一止挡17a处，则第二内部区域基本上由在调节装置15和驱动单元11之间的第一隔室19a构成。如果导向套筒16在第二止挡17b处，则第二内部区域基本上由在连接装置55和壳体31之间的第二隔室19b构成。如果导向套筒16位于两个止挡17a和17b之间的位置，则两个现有的隔室19a和19b通过连接通道18相互连通。该连通减小因调节装置15的运动而导致的所连通的第二内部区域的体积变化。

随着连接装置55直径的减小和导向套筒16壁厚的增大，可以减小源于调节装置15运动的体积变化。如果在两个止挡17a和17b之间在运动期间的体积变化小，则可以使连续的第二内部区域相对于环境封闭，尤其是气密封闭。自驱动单元11和/或带有用于调节装置15的导向套筒16从导向部段17进入第二内部区域的润滑剂于是在封闭的内部区域中被吸收并且不会进入环境。

或者，尤其是如果在两个止挡17a和17b之间在运动期间的体积变化大，则可通过补偿开口35将连续的第二内部区域连通至环境，其中，于是将过滤器36布置在该补偿开口35之处或之中，从而基本上没有颗粒会逸入环境。补偿开口35优选被连通到连接通道18。

图6示出了实施例，在此，可以将连续的第二内部区域经由补偿开口35连通至补偿容器37或真空泵P。可选地，仅提供这两个变型之一，但优选使用阀V来调整两个变型之一。至补偿容器37的连通不需要过滤器36。当连接至真空泵时，将过滤器36插入至真空泵的连接中可能是有利的。

调节装置15具有活动的连接器32，连接器在一个自由端被设计成容纳支承销59。在所示例子中，连接器32基本上沿调节轴线A延伸。连接器32被联接至活动部分21。为此，连接器32具有内凹部，该活动部分21例如通过粘接或螺纹连接被容纳和固定在该内凹部中。

在滑块14、活动部分21和连接器32之间的连接允许连接器32通过电动机被可控运动，因此提供容纳在连接器32中的支承销59。

连接通道18优选被设计为在壳体31内侧上的纵向槽。滑键38布置在导向套筒16上，优选被插入容纳孔中。滑键38在纵向槽中被引导并确保免于扭转。当滑键38在纵向槽中留下自由通道用于连接通道18时，该纵向槽也可用作在第一止挡17a和第二止挡17b之间以及因此在隔室19a和19b之间的连接通道18。滑键38的通道横截面被略微缩小。

图4示出处于降低正常位置的销提升装置10的连接器32，在该位置中支撑销59优选不与待处理基材接触。

图5示出处于伸出支承位置的销提升装置10的连接器32，在伸出支承位置中，销59提供其拾取、移动和/或使基材可用的既定作用。

为了到达伸出支承位置，电动机可被相应致动。为此目的，例如可以存储用于螺杆13的电动机运行时间或要完成的转数，以便针对滑块14设定期望位置。特别是，编码器被耦联至电动机以使电动机轴运动是可监控和可控的。

所示实施例中的活动部分21是套筒形的并且包括用于容纳螺杆13的一端部的凹部。

应当理解，所示附图仅示意性表示可能的实施例。根据本发明，不同的方法可以相互组合，也可以与现有技术中的用于真空处理腔室中的基材移动的装置、特别是销提升装置10组合。

Claims (17)

1.一种销提升装置(10)，所述销提升装置(10)被设计用于在能通过真空处理腔室(4)提供的处理气氛区域(P)中移动和定位待处理基材(1)，所述销提升装置(10)具有：沿调节轴线(A)延伸的壳体(31)；布置在所述壳体(31)的第一端区并具有壳体开口(34)的端侧壳体封闭件(33)；和布置在所述壳体(31)的第二端区的驱动部件(11)；具有能够在所述壳体内沿所述调节轴线(A)的方向移动的活动部分(21)的调节装置(15)；用于所述调节装置(15)的导向部段(17)，所述导向部段(17)在所述壳体(31)上在内侧形成在所述端侧壳体封闭件(33)处的第一止挡(17a)和远离所述第一止挡的第二止挡(17b)之间；从所述调节装置(15)穿过所述壳体开口(34)以承载支承销(59)的连接器(32)，其特征在于，设有在所述壳体(31)内在所述端侧壳体封闭件(33)和所述调节装置(15)之间形成的紧密连接装置(55)，所述紧密连接装置被形成和紧固到所述端侧壳体封闭件(33)和所述调节装置(15)，使得经过所述壳体开口(34)的通路仅进入由所述紧密连接装置(55)和所述调节装置(15)封闭的第一内部区域，并且还设有从所述导向部段(17)处的所述第一止挡(17a)延伸至所述第二止挡(17b)的连接通道(18)，所述连接通道确保在所述壳体(31)、所述端侧壳体封闭件(33)、所述连接装置(55)、所述调节装置(15)和所述驱动部件(11)之间的第二内部区域的连通。

2.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述调节装置(15)通过导向套筒(16)在所述导向部段(17)上以可调节的方式被引导。

3.根据权利要求2所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述导向套筒(16)和所述导向部段(17)具有圆柱形的接触区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述连接装置(55)包括波纹管形的密封元件。

5.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述连接通道(18)以在所述壳体(31)内侧上的纵向槽的形式形成。

6.根据权利要求5所述的销提升装置(10)，其特征在于，在所述纵向槽中被引导的滑键(38)布置在所述活动部分(21)上，其中，所述滑键在所述纵向槽中留下自由通道用于所述连接通道(18)。

7.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，补偿开口(35)邻接连续的第二内部区域。

8.根据权利要求7所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述补偿开口(35)邻接所述连接通道(18)。

9.根据权利要求7或8所述的销提升装置(10)，其特征在于，在所述补偿开口(35)处设有过滤器(36)，所述过滤器减少颗粒逃逸至环境中。

10.根据权利要求7所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述补偿开口(35)被连接至补偿容器(37)或真空泵(P)。

11.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述驱动部件(11)包括螺杆(13)，所述调节装置(15)包括滑块(14)，其中，所述滑块(14)被联接到所述螺杆(13)并能沿所述螺杆(13)线性移动。

12.根据权利要求11所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述驱动部件(11)具有能够控制的电动机，所述电动机被联接至所述螺杆(13)并在工作中提供所述螺杆(13)的旋转。

13.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述驱动部件(11)包括被联接至所述调节装置(15)的驱动缸。

14.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述连接装置(55)将所述第一内部区域与所述第二内部区域分开。

15.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述待处理基材(1)是晶圆。

16.根据权利要求7所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述补偿开口(35)通过可调节阀(V)被连接至补偿容器(37)或真空泵(P)。

17.根据权利要求1所述的销提升装置(10)，其特征在于，所述连接装置(55)以气密方式将所述第一内部区域与所述第二内部区域分开。

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