CN116960050A - 一种晶圆载台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种晶圆载台装置，包括：旋转台组件，包括支撑台和压接部，所述支撑台用于支撑晶圆，所述压接部用于压紧所述晶圆；磁流体轴，包括内轴和外轴，所述内轴和外轴之间设置有磁流体，所述内轴包括端部件和筒状件，二者围合形成容纳空间；升降组件，包括主体部分和升降体，所述主体部分位于所述容纳空间，所述升降体可滑动地密封装配于所述端部件，所述升降体与所述压接部相作用。上述晶圆载台装置可以更为充分地对内轴的内部空间进行利用，以提高设备的结构紧凑性和集成度，能够有效地缩减晶圆载台装置的占用空间，以便于安装。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆制造技术领域，具体涉及一种晶圆载台装置。
背景技术
离子束刻蚀和离子束沉积是两种常见的晶圆加工工艺。其中，离子束蚀刻是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的，属于纯物理过程；离子束沉积则是利用离子源将用作沉积的材料离子化，在电场作用下射向晶圆表面沉积成膜层，目的是改变工件表面性能，属气相沉积方法。
在工艺过程中，离子源一般是处于固定位置，然后通过旋转晶圆来调整加工位置，并且整个加工过程均是在真空环境中。为此，现有技术中存在用于支撑晶圆的载台装置，其能够提供驱动力，以满足晶圆加工所需要的运动形式。
但是，现有的载台装置普遍存在体型较大、占用空间较多的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆载台装置，其结构紧凑性高，可有效缩减占用体积。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆载台装置，包括：旋转台组件，包括支撑台和压接部，所述支撑台用于支撑晶圆，所述压接部用于压紧所述晶圆；磁流体轴，包括内轴和外轴，所述内轴和外轴之间设置有磁流体，所述内轴包括端部件和筒状件，二者围合形成容纳空间；升降组件，包括主体部分和升降体，所述主体部分位于所述容纳空间，所述升降体可滑动地密封装配于所述端部件，所述升降体与所述压接部相作用。
采用上述方案，磁流体轴的外轴呈桶状，其内部能够形成容纳空间，用于驱使压接部相对支撑台进行位移的升降组件的主体部分位于该容纳空间中，这样，可以更为充分地对内轴的内部空间进行利用，以提高设备的结构紧凑性和集成度，能够有效地缩减晶圆载台装置的占用空间，以便于安装。
可选地，主体部分包括气缸和升降板，气缸具有活塞杆，活塞杆与升降板相连，升降板连接有若干升降体。
可选地，主体部分还包括波纹管，波纹管的两端分别与升降板、端部件相连，且波纹管外套安装于升降体。
可选地，升降组件还包括顶针，顶针可滑动地密封装配于端部件。
可选地，一个所述升降体和一个所述顶针共用一个波纹管进行密封装配。
可选地，所述磁流体轴设置有第一冷却通道。
可选地，还包括：壳体组件，壳体组件的内部空间与大气环境相连通，壳体组件包括支撑板，外轴密封装配于支撑板；驱动组件，驱动组件的至少局部位于壳体组件内，且驱动组件与内轴传动连接。
可选地，驱动组件包括定子、动子和安装构件，动子与内轴传动连接，安装构件用于对驱动组件进行安装，且安装构件设置有第二冷却通道。
可选地，安装构件包括相连的第一连接部和第二连接部，第一连接部和外轴相连，第二冷却通道形成在第一连接部和第二连接部之间。
可选地，第一连接部设置有第一止挡，第二连接部设置有第二止挡，定子通过第一止挡和第二止挡进行定位装配。
可选地，支撑台包括热台部和冷台部。
可选地，冷台部朝向热台部的一面设置有第三冷却通道；还包括密封部，密封部设置在冷台部和热台部之间。
可选地，还包括背氦部，背氦部位于所述支撑台靠近所述晶圆的一侧。
可选地，还包括旋转接头，旋转接头与端部件相连。
可选地，还包括过渡板，旋转接头通过过渡板与端部件相连。
附图说明
图1为本发明所提供晶圆载台装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为图1中磁流体轴的结构示意图；
图3为图1中升降组件的结构示意图；
图4为图1中支撑台的结构示意图；
图5为图1中驱动组件的结构示意图。
图1-图5中的附图标记说明如下：
1壳体组件、11支撑板；
2旋转台组件、21支撑台、211热台部、212冷台部、212a第三冷却通道、212a-1进口、212a-2出口、213密封部、214背氦部、22压接部；
3磁流体轴、31内轴、31a容纳空间、311端部件、311a第一冷却通道、312筒状件、313密封板、32外轴、33磁流体、34轴承、35旋转板；
4驱动组件、41定子、42动子、43安装构件、431第一连接部、432 第二连接部、433第二冷却通道；
5升降组件、51主体部分、511气缸、511a活塞杆、512升降板、513 波纹管、52升降体、53顶针；
6旋转接头；
7过渡板；
8公转轴。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件在数量上的相互关系。
本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构和/或功能相同或者相类似的两个以上的结构或者部件，并不表示对于顺序和/或重要性的某种特殊限定。
磁流体又称为磁性液体或铁磁流体，其是一种固液两相组成的胶体材料，固相主要指磁性固体纳米颗粒，液相是指能够承载固体磁性纳米颗粒的液体，磁流体具有液态载体的流动性、润滑性、密封性，同时具有固体纳米颗粒的强磁性及其它特性。
磁流体密封就是用永久磁铁将磁流体固定在内轴和外轴之间，由于内轴和外轴之间的空隙很小，且其磁场强度特别大，从而能承受较大的沿轴线方向的推力，以达到密封的效果。内轴、外轴以及设置在二者之间的磁流体可以合称为磁流体轴。
请参考图1-图5，图1为本发明所提供晶圆载台装置的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中磁流体轴的结构示意图，图3为图1中升降组件的结构示意图，图4为图1中支撑台的结构示意图，图5为图1 中驱动组件的结构示意图。
如图1所示，本发明提供一种晶圆载台装置，包括：旋转台组件2，包括支撑台21和压接部22，其中，支撑台21用于支撑晶圆，压接部22 用于压紧晶圆，以保证晶圆固定的可靠性，压接部22可以为一体式的环形结构，也可以包括在周向上分布的若干分体；磁流体轴3，包括内轴31和外轴32，内轴31和外轴32能够相对转动，内轴31和外轴32之间设置有磁流体33，用于实现内轴31和外轴32之间的密封，内轴31包括端部件 311和筒状件312，二者围合形成容纳空间31a；升降组件5，包括主体部分51和升降体52，主体部分51位于容纳空间31a，升降体52可滑动地密封装配于端部件311，升降体52与压接部22相作用，用于控制压接部22相对地靠近或者远离支撑台21，其中，当压接部22相对地远离支撑台21 时，可以方便晶圆的放置，而当压接部22相对地靠近支撑台21时，则可以实现对于晶圆的压紧固定。
采用上述方案，磁流体轴3的外轴32呈桶状，其内部能够形成容纳空间31a，用于驱使压接部22相对支撑台21进行位移的升降组件5的主体部分51位于该容纳空间31a中，这样，可以更为充分地对内轴31的内部空间进行利用，以提高设备的结构紧凑性和集成度，能够有效地缩减晶圆载台装置的占用空间，以便于安装。
这里，本发明实施例并不限定升降组件5的具体结构形式，在实际应用中，本领域技术人员可以根据需要进行选择。例如，该升降组件5可以采用气缸、液压油缸等能够直接输出直线位移的驱动元件，此时，前述的升降体52可以为这些驱动元件的活塞杆；或者，该升降组件5也可以采用电机等能够直接输出旋转位移的驱动元件，此时，还需要搭配齿轮齿条机构、丝杠机构等形式的位移转换机构，以将直接输出的旋转位移转换为所需要的直线位移，以采用齿轮齿条机构作为示例，前述的升降体52则可以为齿条。
在图3的实施方式中，升降组件5可以采用标准气缸，主体部分51 可以包括气缸511和升降板512，气缸511具有活塞杆511a，活塞杆511a 能够进行伸缩，从而带动升降板512进行升降，前述的升降体52可以安装于升降板512。采用这种结构，升降板512相当于过渡连接件，其上可以安装多根升降体52(附图中为两根升降体52)，进而可以通过一个气缸511 来实现多点驱动，如此，一方面，可以减少气缸511的使用数量，以节约成本，并可避免使用多个气缸511时所造成的动作不一致的问题，另一方面，多点驱动也更有利于保证压接部22升降的稳定性。
需要指出的是，通过升降板512进行过渡连接以实现一个气缸511产生多个驱动点的方案仅是本发明实施例的一种优选方案，但并不表示在具体实践中就只能使用一个气缸511，实际上，气缸511的数量也可以是多个，以便产生更大的驱动力。
进一步地，主体部分51还可以包括波纹管513，波纹管513的两端可以分别与升降板512、端部件311相连，且波纹管513可以外套安装于升降体52，用于实现升降体52与端部件311的密封装配。同时，波纹管513 具有一定的弹性变形能力，在气缸511充气时以驱使压接部22向上升起时，波纹管513可以被压缩，在气缸511泄气时，波纹管513的弹性力还可以释放，以利于压接部22的快速复位。并且，波纹管513的设置还可以对气缸511的行程进行限定。
可以理解的是，滑动密封的方式并不局限于波纹管513，也可以是通过设置密封圈等形式的环形密封件来实现。
压接部22对于晶圆的压紧固定可以是依靠自身的重力，也可以是依靠升降组件5的作用力，这具体和升降体52与压接部22的连接方式存在关联。在升降体52与压接部22为固定连接(连接方式不作限定)时，压接部22可以在升降组件5的作用下对晶圆进行压紧。在升降体52与压接部 22仅为抵接接触时，也就是说，升降体52仅能够对压接部22产生顶升力、但不能够产生下拉力时，压接部22可以是在自身重力的作用下对晶圆进行压紧。具体到本发明实施例中，优选采用前者中的方案，以用于保证对于晶圆压接固定的可靠性。
升降组件5除了用于驱使压接部22进行位移外，还可以直接地驱使晶圆相对支撑台21进行位移，以方便晶圆的装片和取片操作。具体而言，升降组件5还可以包括顶针53，顶针53可滑动地密封装配于端部件311，用于和晶圆相作用。
结合图3，顶针53也可以安装于升降板512，且顶针53的轴向尺寸要小于升降体52，这样，升降体52的支撑高度高于顶针53。在升降板512 驱使升降体52和顶针53进行顶升时，升降体52可以先驱使压接部22远离支撑台21，然后顶针53才开始与晶圆相接触、并驱使晶圆远离支撑台 21；在升降板512驱使升降体52和顶针53进行下降时，升降体52可以先驱使晶圆稳定地放置于支撑台21，然后压接部22才会压紧于晶圆；如此设置，可以较好地避免晶圆和压接部22动作过程中的干涉问题。
顶针53与端部件311密封连接的方式可以参见前述有关升降体52与端部件311密封连接的描述。实际上，在附图3所示出的方案中，一个升降体52和一个顶针53可以是采用同一波纹管513进行密封装配，这样，还可以减少波纹管513的使用数量。
请继续参考图1，本发明所提供晶圆载台装置还可以包括：壳体组件1，壳体组件1的内部空间可以与大气环境相连通，壳体组件1可以包括支撑板11，外轴32可以密封安装(具体的密封方式不做限定，例如可以设置密封圈、密封垫等)于支撑板11，内轴31的容纳空间31a可以与壳体组件1的内部空间相连通，也就是说，容纳空间31a也是处在大气环境中；驱动组件4，驱动组件4可以位于壳体组件1内，且驱动组件4可以与内轴31传动连接，用于通过内轴31来带动支撑台21进行转动，以满足晶圆加工所需要的运动形式。
采用这种方案，壳体组件1可以实现外部真空环境(晶圆加工时所处的环境)与内部大气环境的隔离，驱动组件4整体装配在壳体组件1内，这样，驱动组件4不需要采用专门的真空部件，只需要采用常规部件即可，成本可以较低，能够方便装配和维护；磁流体轴3包括通过磁流体33进行密封的内轴31和外轴32，在外轴32与支撑板11密封装配时，也可以实现容纳空间31a与外部真空环境的隔离，同时，容纳空间31a也是与大气环境相连通，因此，容纳空间31a也是处在大气环境中，这样，所有在容纳空间31a内装配的部件(如前述的主体部分51等)也无需采用专门的真空部件，只需要采用常规部件即可，能够更大程度地降低成本，以提高装配和维护的便捷性。
这里，本发明实施例并不对壳体组件1的具体结构形式进行限定，只要其能够实现容纳驱动组件4的技术效果即可。
结合图1，壳体组件1还连接有公转轴8，公转轴8也连接有驱动元件 (图中未示出)，在驱动元件的作用下，壳体组件1连同磁流体轴3、旋转台组件2等可以整体进行转动，以便调整支撑台21的角度；驱动组件4 则是用于实现支撑台21的自转。公转轴8可以为空心的筒状件，以用于将壳体组件1的内部空间和外界环境相连通。
驱动组件4具体可以是采用电机，包括定子41、动子42和安装构件 43。其中，动子42可以与内轴31传动连接，安装构件43用于对驱动组件 4进行安装，且安装构件43内设置有第二冷却通道433，用于对电机进行冷却控温，以保证电机的工作性能。
动子42与内轴31的连接方式可以是多样的，只要能够保证动力传递的可靠性即可，例如，可以是采用带轮、链轮、齿轮等进行传动连接，以便调整传动比。在附图的实施方式中，如图1、图2和图5所示，动子42 可以通过旋转板35与内轴31进行连接，以便适应动子42和内轴31的安装位置；可以理解的是，若安装位置允许，动子42也可以直接与内轴31 相连。
同样地，安装构件43的结构形式也可以是多样的，只要能够保证安装构件43的安装可靠性即可。在附图的实施方式中，如图5所示，安装构件 43可以包括第一连接部431和第二连接部432，第一连接部431可以和外轴32相连；第二连接部432可以与第一连接部431相连，具体的连接方式包括但不限于螺纹连接、螺钉连接、过盈配合、卡接、焊接等；第二冷却通道433可以形成在第一连接部431和第二连接部432之间，具体可以是通过在第一连接部431和/或第二连接部432相对接的面设置槽体；第二冷却通道433的轴向两侧均可以设置有密封圈、密封填料等形式的密封构件，用于保证密封性能。
这样，驱动组件4集成装配于外轴32，外轴32又是装配于支撑板11，相当于整个设备均集成装配于支撑板11，结构紧凑性高，有利于缩减体积；并且，第二冷却通道433的设置也可以提高电机的冷却性能，能够在长期工作的条件下对于电机的工作温度进行控制，以利于保证电机的工作稳定性和工作效率。
事实上，安装构件43并不局限于和外轴32相连，其也可以是直接固定于支撑板11，这样，也可以实现对于驱动组件4的安装固定。
另外，第二却冷通道433中所通入冷却介质的种类在此可以不作限定，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够满足使用的要求即可。例如，该冷却介质可以为气态冷却介质，如冷却风；或者，该冷却介质也可以为液态冷却介质，如冷却水。
进一步的细化说明，第一连接部431可以设置有第一止挡，第二连接部432可以设置有第二止挡，定子41可以通过第一止挡和第二止挡进行轴向上的固定装配。
如背景技术部分所述，常见的晶圆加工工艺包括离子束刻蚀和离子束沉积，这两种工艺对于环境温度的要求是不同的。一般而言，离子束刻蚀要求存在冷却环境，离子束沉积则要求存在热环境。
基于此，本发明实施例所提供的支撑台21可以包括热台部211和冷台部212，热台部211能够进行加热，以提供离子束沉积所需要的热环境，冷台部212能够进行冷却，以提供离子束刻蚀所需要的冷环境。这样，本发明实施例所提供晶圆载台装置可以兼容离子束蚀刻和离子束沉积两种晶圆加工工艺。
这里，本发明实施例并不限定热台部211的供热方式以及冷台部212 的供冷方式，只要能够满足相应的功能即可。
热台部211可以是通过电加热的方式进行供热，如内嵌加热丝等。冷台部212可以是通过对流热换的方式进行供冷；这个实施方式可以参照图 4，冷台部212朝向热台部211的一面可以设置有第三冷却通道212a，支撑台21还可以包括密封部213，密封部213可以设置在冷台部212和热台部211之间，以保证第三冷却通道212a的密封性能；冷台部212可以设置有与第三冷却通道212a相连通的进口212a-1和出口212a-2，以实现冷却介质的循环进出；冷却介质的种类同样可以包括气态冷却介质和液态冷却介质。
在一些可选的实施方式中，支撑台21还可以包括背氦部214，背氦部 214可以位于热台部211背离冷台部212的一侧，即靠近晶圆的一侧，用于在晶圆加工时适时地通入氦气，以满足晶圆加工的需求。
如前所述，在实施离子束沉积时，需要相对较高的环境温度，该温度通常会高于120℃。但是，磁流体轴3的使用温度仅在-40℃-120℃之间。当温度超过120℃时，磁流体33的密封性就会受到影响，并且，会导致磁流体轴3的轴承34过热，轴承34的寿命和使用状态均会受到影响，进而会造成磁流体轴3的旋转不稳定，严重影响磁流体轴3的正常使用。
为此，本发明实施例可以在端部件311设置有第一冷却通道311a，用于对磁流体轴3的温度进行控制。第一冷却通道311a的形成方式可以是在端部件311朝向支撑台21的一侧设置槽体，然后覆盖密封板313(密封板 313的固定方式包括但不限于焊接、螺钉连接、铆接等)，以对槽口进行封堵。
需要指出的是，第一冷却通道311a并不限于设置在端部件311，其也可以设置在筒状件312，同样地，其还可以设置于外轴32，这些在具体实践中均是可以采用的方案。
进一步地，本发明所提供晶圆载台装置还可以包括旋转接头6和过渡板7，旋转接头6和过渡板7均可以位于筒状件312的内侧，即均可以位于前述的容纳空间31a中，以充分地利用内轴31的内部空间；旋转接头6 可以通过过渡板7与端部件311相连。采用这种结构，过渡板7的设置可以调整旋转接头6的安装位置；而且，还能够解决旋转接头6与端部件311直接连接时接口不匹配的问题，也就是说，过渡板7的轴向两端可以具有两种形式的接口，一种形式的接口可用于和端部件311相连，另一种形式的接口可用于旋转接头6相连。
可以理解的是，上述的过渡板7实际上也可以不存在，此时，旋转接头6可以直接与端部件311相连，这并不影响旋转接头6向内轴31传递旋转驱动力。
上述旋转接头6为一种气、电、液混合接头，其内部可以通过氦气管道、冷却液管道、导电线、信号线等。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种晶圆载台装置，其特征在于，包括：
旋转台组件(2)，包括支撑台(21)和压接部(22)，所述支撑台(21)用于支撑晶圆，所述压接部(22)用于压紧所述晶圆；
磁流体轴(3)，包括内轴(31)和外轴(32)，所述内轴(31)和外轴(32)之间设置有磁流体(33)，所述内轴(31)包括端部件(311)和筒状件(312)，二者围合形成容纳空间(31a)；
升降组件(5)，包括主体部分(51)和升降体(52)，所述主体部分(51)位于所述容纳空间(31a)，所述升降体(52)可滑动地密封装配于所述端部件(311)，所述升降体(52)与所述压接部(22)相作用。
2.根据权利要求1所述晶圆载台装置，其特征在于，所述主体部分(51)包括气缸(511)和升降板(512)，所述气缸(511)具有活塞杆(511a)，所述活塞杆(511a)与所述升降板(512)相连，所述升降板(512)连接有若干所述升降体(52)。
3.根据权利要求2所述晶圆载台装置，其特征在于，所述主体部分(51)还包括波纹管(513)，所述波纹管(513)的两端分别与所述升降板(512)、所述端部件(311)相连，且所述波纹管(513)外套安装于所述升降体(52)。
4.根据权利要求1所述晶圆载台装置，其特征在于，所述升降组件(5)还包括顶针(53)，所述顶针(53)可滑动地密封装配于所述端部件(311)。
5.根据权利要求4所述晶圆载台装置，其特征在于，一个所述升降体(52)和一个所述顶针(53)共用一个波纹管(513)进行密封装配。
6.根据权利要求1所述晶圆载台装置，其特征在于，所述磁流体轴(3)设置有第一冷却通道(311a)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述晶圆载台装置，其特征在于，还包括：
壳体组件(1)，所述壳体组件(1)的内部空间与大气环境相连通，所述壳体组件(1)包括支撑板(11)，所述外轴(32)密封装配于所述支撑板(11)；
驱动组件(4)，所述驱动组件(4)的至少局部位于所述壳体组件(1)内，且所述驱动组件(4)与所述内轴(31)传动连接。
8.根据权利要求7所述晶圆载台装置，其特征在于，所述驱动组件(4)包括定子(41)、动子(42)和安装构件(43)，所述动子(42)与所述内轴(31)传动连接，所述安装构件(43)用于对所述驱动组件(4)进行安装，且所述安装构件(43)设置有第二冷却通道(433)。
9.根据权利要求8所述晶圆载台装置，其特征在于，所述安装构件(43)包括相连的第一连接部(431)和第二连接部(432)，所述第一连接部(431)和所述外轴(32)相连，所述第二冷却通道(433)形成在所述第一连接部(431)和所述第二连接部(432)之间。
10.根据权利要求9所述晶圆载台装置，其特征在于，所述第一连接部(431)设置有第一止挡，所述第二连接部(432)设置有第二止挡，所述定子(41)通过所述第一止挡和所述第二止挡进行定位装配。
11.根据权利要求1-6中任一项所述晶圆载台装置，其特征在于，所述支撑台(21)包括热台部(211)和冷台部(212)。
12.根据权利要求11所述晶圆载台装置，其特征在于，所述冷台部(212)朝向所述热台部(211)的一面设置有第三冷却通道(212a)；
还包括密封部(213)，所述密封部(213)设置在所述冷台部(212)和所述热台部(211)之间。
13.根据权利要求11所述晶圆载台装置，其特征在于，还包括背氦部(214)，所述背氦部(214)位于所述支撑台(21)靠近所述晶圆的一侧。
14.根据权利要求1-6中任一项所述晶圆载台装置，其特征在于，还包括旋转接头(6)，所述旋转接头(6)与所述端部件(311)相连。
15.根据权利要求14所述晶圆载台装置，其特征在于，还包括过渡板(7)，所述旋转接头(6)通过所述过渡板(7)与所述端部件(311)相连。
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