CN117051372B - 一种带限位控制的晶圆载片台升降设备 - Google Patents

Abstract

本发明一种带限位控制的晶圆载片台升降设备：控制器控制伺服马达启动，伺服马达驱动主动轮转动，从动轮随之转动，丝杆随着转动以使螺母沿着丝杆上下运动，夹箍、固定轴、加热盘和载片台随之运动，当第一上位置传感器被第一上位置挡片挡住时发出达到工作区间上限的位置信号，控制器在收到此位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向上移动、而控制伺服马达驱动载片台向下运动，当第一下位置传感器被第一下位置挡片挡住时发出达到工作区间下限的位置信号，控制器在收到此位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向下移动、而控制伺服马达驱动载片台向上运动，根据伺服马达的旋转圈数和旋转角度来确定载片台在PVD腔体内的上下位置。

Description

一种带限位控制的晶圆载片台升降设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，应用于薄膜金属化制程，具体涉及承载晶圆的载片台在薄膜沉积工艺中的上下运动机构。

背景技术

在半导体技术中，薄膜溅射是金属互联的主要工艺手段，在金属溅射沉积过程中，需要对承载晶圆的载片台的位置高低进行精确控制，以满足沉积薄膜的均匀性的要求。在以往的设计中，有些采用气缸驱动定位方式，有些采用的是步进电机的控制，有些采用的是传统的遮挡式原点定位的方式，有些驱动机构采用的是相对摩擦较高的蜗杆机构，往往导致定位进度低、定位不准、运动卡顿以及抖动的问题。本设计就是基于解决这些问题的基础上提出来的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种带限位控制的晶圆载片台升降设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特点在于，其包括固定在PVD腔体底部的固定基座，所述固定基座的顶部固定有法兰，所述法兰的顶部同轴固定有波纹管的底部，所述波纹管的顶端穿设PVD腔体的底部并与加热盘的底部相固定，所述加热盘的顶部固定承载有晶圆的载片台，所述法兰的底部同轴固定有直线轴承的顶端，所述直线轴承的底端穿设固定基座，所述固定基座的底部固定有上轴承座和C型支架，所述上轴承座置于C型支架内，所述C型支架的底部固定有L型支架，所述L型支架的横支架上固定有伺服马达，所述伺服马达的输出轴穿设L型支架的横支架后固定有主动轮，与所述主动轮同一水平面设置有从动轮，所述主动轮和从动轮通过同步带缠绕联动，所述从动轮的顶部同轴固定有定位轴承，所述定位轴承内放置有可旋转的丝杆的底端，所述丝杆的顶端放置在上轴承座内，所述丝杆上套设有螺母，所述螺母与夹箍相固定，所述夹箍夹设有固定轴的底端，所述夹箍的顶部与直线轴承的底部之间有一定的间距，所述固定轴的顶端依次穿设直线轴承、法兰和波纹管后与加热盘相固定，所述C型支架的一侧架上开设有第一长条孔，所述第一长条孔的内壁上下部分别固定有对工作区间上限进行限位的第一上位置传感器和对工作区间下限进行限位的第一下位置传感器，所述夹箍上且与第一长条孔相对的侧面上部固定有第一上位置挡片、下部固定有第一下位置挡片，所述伺服马达、第一上位置传感器和第一下位置传感器均与控制器电连接。

所述控制器用于控制伺服马达启动，伺服马达驱动主动轮转动，从动轮随之转动，丝杆随着转动以使得螺母沿着丝杆上下运动，夹箍、固定轴、加热盘和载片台随着螺母上下运动，当第一上位置传感器被第一上位置挡片挡住时发出达到工作区间上限的位置信号给控制器，控制器在收到第一上位置传感器传来的位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向上移动、而控制伺服马达驱动载片台向下运动，当第一下位置传感器被第一下位置挡片挡住时发出达到工作区间下限的位置信号，控制器在收到第一下位置传感器传来的位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向下移动、而控制伺服马达驱动载片台向上运动，根据伺服马达的旋转圈数和旋转角度来确定载片台在PVD腔体内的上下位置。

本发明的积极进步效果在于：

本发明由伺服马达通过同步带轮驱动丝杆转动，从而使丝杆上的螺母形成上下运动，利用伺服马达闭环控制的特性，可精准控制上下位置，完成在晶圆表面薄膜沉降工艺中各工艺位置的平稳运行和准确定位，运行平稳无卡阻抖动，满足晶圆在金属薄膜的制程中对工艺位置的要求。

附图说明

图1-5为本发明较佳实施例的带限位控制的晶圆载片台升降设备的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本实施例提供一种带限位控制的晶圆载片台升降设备，其包括固定在PVD腔体4底部的固定基座1，固定基座1的顶部固定有法兰2，法兰2的顶部同轴固定有波纹管3的底部，波纹管3的顶端穿设PVD腔体4的底部并与加热盘5的底部相固定，加热盘5的顶部固定承载有晶圆的载片台6，载片台6包括晶圆载盘61、晶圆压环62和晶圆盖环63，法兰2的底部同轴固定有直线轴承7的顶端，法兰2与直线轴承7一体成型，直线轴承7的底端穿设固定基座1，固定基座1的底部固定有上轴承座8和C型支架9，上轴承座8置于C型支架9内，C型支架9的底部固定有L型支架10，L型支架10的横支架上固定有伺服马达11，伺服马达11的输出轴穿设L型支架10的横支架后固定有主动轮12，与主动轮12同一水平面设置有从动轮13，主动轮12和从动轮13通过同步带14缠绕联动，从动轮13的顶部同轴固定有定位轴承35，定位轴承35内放置有可旋转的丝杆15的底端，L型支架10的竖支架外侧固定有下轴承座16，丝杆15的顶端穿设下轴承座16后放置在上轴承座8内，丝杆15上套设有螺母17，丝杆15和螺母17构成丝杆螺母结构，螺母17与夹箍18相固定，夹箍18夹设有固定轴19的底端，夹箍18的顶部与直线轴承7的底部之间有一定的工作间距，固定轴19的顶端依次穿设直线轴承7、法兰2和波纹管3的内孔后与加热盘5相固定。

C型支架9的一侧架上开设有第一长条孔20，第一长条孔20的内壁上下部分别固定有对工作区间上限进行限位的第一上位置传感器21和对工作区间下限进行限位的第一下位置传感器22，夹箍18上且与第一长条孔20相对的侧面上固定有第一固定板23，第一固定板23的上部固定有第一上位置挡片24、下部固定有第一下位置挡片25，伺服马达11、第一上位置传感器21和第一下位置传感器22均与控制器电连接。

进一步地，为了能够调节第一上位置传感器21和第一下位置传感器22的位置，第一长条孔20上还可以固定有竖向滑轨32，竖向滑轨32的上下部分别滑配有第一上滑块33和第一下滑块34，第一上滑块33表面固定有第一上位置传感器21，第一下滑块34表面固定有第一下位置传感器22，由于第一上滑块33和第一下滑块34分别与竖向滑轨32之间存在摩擦力，使得第一上滑块33和第一下滑块34静止在竖向滑轨32上时不会向下滑动。手动拨动第一上滑块33，可以调节第一上位置传感器21在竖向滑轨32上部的具体位置，手动拨动第一下滑块34，可以调节第一下位置传感器22在竖向滑轨32下部的具体位置。

C型支架9的相对侧架上开设有第二长条孔26，第二长条孔26的内壁上下部分别固定有安全限位上限的第二上位置传感器27和安全限位下限的第二下位置传感器28，第二上位置传感器27的位置高于第一上位置传感器21的位置，第二下位置传感器28的位置低于第一下位置传感器22的位置，夹箍18上且与第二长条孔26相对的侧面上固定有第二固定板29，第二固定板的上部固定有第二上位置挡片30、下部固定有第二下位置挡片31，第二上位置传感器27和第二下位置传感器28均与控制器电连接，第一固定板23的长度小于第二固定板29的长度。

下面具体介绍该带限位控制的晶圆载片台升降设备的控制过程：

控制器用于控制伺服马达11启动，伺服马达11驱动主动轮12转动，从动轮13随之转动，带动丝杆15随着转动以使得螺母17沿着丝杆15上下运动，夹箍18、固定轴19、加热盘5和载片台6随着螺母17上下运动，从而调节晶圆在PVD腔体4内的位置。当第一上位置传感器21被第一上位置挡片24挡住时发出达到工作区间上限的位置信号给控制器，控制器在收到第一上位置传感器21传来的位置信号后不再控制伺服马达11驱动载片台6继续向上移动、而控制伺服马达11驱动载片台6向下运动，当第一下位置传感器22被第一下位置挡片25挡住时发出达到工作区间下限的位置信号，控制器在收到第一下位置传感器22传来的位置信号后不再控制伺服马达11驱动载片台6继续向下移动、而控制伺服马达11驱动载片台6向上运动，根据伺服马达11的旋转圈数和旋转角度来确定载片台6在PVD腔体4内的上下位置。

第二上位置传感器27用于在被第二上位置挡片30挡住时发出达到安全限位上限的位置信号，第二下位置传感器28用于在被第二下位置挡片31挡住时发出达到安全限位下限的位置信号，控制器用于在收到第二上位置传感器27或第二下位置传感器28传来的位置信号后暂停伺服马达11。

本发明设计了在真空环境下，升降设备与载片台集成安装，解决原升降机与加热盘由于分体安装造成的平行度偏差，以及原升降机因选用T型丝杆产生的游隙而产生的卡阻抖动现象；通过本发明设计的升降设备，伺服马达驱动丝杆上的螺母进而带动载片台上下运动精准控制工艺位置。

由伺服马达11通过同步带轮驱动丝杆15转动，从而使丝杆15上的螺母17形成上下运动，利用伺服马达11闭环控制的特性，可精准控制上下位置，完成在晶圆表面薄膜沉降工艺中各工艺位置的平稳运行和准确定位，运行平稳无卡阻抖动，满足晶圆在金属薄膜的制程中对工艺位置的要求。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，其包括固定在PVD腔体底部的固定基座，所述固定基座的顶部固定有法兰，所述法兰的顶部同轴固定有波纹管的底部，所述波纹管的顶端穿设PVD腔体的底部并与加热盘的底部相固定，所述加热盘的顶部固定承载有晶圆的载片台，所述法兰的底部同轴固定有直线轴承的顶端，所述直线轴承的底端穿设固定基座，所述固定基座的底部固定有上轴承座和C型支架，所述上轴承座置于C型支架内，所述C型支架的底部固定有L型支架，所述L型支架的横支架上固定有伺服马达，所述伺服马达的输出轴穿设L型支架的横支架后固定有主动轮，与所述主动轮同一水平面设置有从动轮，所述主动轮和从动轮通过同步带缠绕联动，所述从动轮的顶部同轴固定有定位轴承，所述定位轴承内放置有可旋转的丝杆的底端，所述丝杆的顶端放置在上轴承座内，所述丝杆上套设有螺母，所述螺母与夹箍相固定，所述夹箍设置在固定轴的底端，所述夹箍的顶部与直线轴承的底部之间有一定的间距，所述固定轴的顶端依次穿设直线轴承、法兰和波纹管后与加热盘相固定，所述C型支架的一侧架上开设有第一长条孔，所述第一长条孔的内壁上下部分别固定有对工作区间上限进行限位的第一上位置传感器和对工作区间下限进行限位的第一下位置传感器，所述夹箍上且与第一长条孔相对的侧面上部固定有第一上位置挡片、下部固定有第一下位置挡片，所述伺服马达、第一上位置传感器和第一下位置传感器均与控制器电连接；

所述控制器用于控制伺服马达启动，伺服马达驱动主动轮转动，从动轮随之转动，丝杆随着转动以使得螺母沿着丝杆上下运动，夹箍、固定轴、加热盘和载片台随着螺母上下运动，当第一上位置传感器被第一上位置挡片挡住时发出达到工作区间上限的位置信号给控制器，控制器在收到第一上位置传感器传来的位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向上移动、而控制伺服马达驱动载片台向下运动，当第一下位置传感器被第一下位置挡片挡住时发出达到工作区间下限的位置信号，控制器在收到第一下位置传感器传来的位置信号后不再控制伺服马达驱动载片台继续向下移动、而控制伺服马达驱动载片台向上运动，根据伺服马达的旋转圈数和旋转角度来确定载片台在PVD腔体内的上下位置。

2.如权利要求1所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述C型支架的相对侧架上开设有第二长条孔，所述第二长条孔的内壁上下部分别固定有安全限位上限的第二上位置传感器和安全限位下限的第二下位置传感器，所述第二上位置传感器的位置高于第一上位置传感器的位置，所述第二下位置传感器的位置低于第一下位置传感器的位置，所述夹箍上且与第二长条孔相对的侧面上部固定有第二上位置挡片、下部固定有第二下位置挡片，所述第二上位置传感器和第二下位置传感器均与控制器电连接；

所述第二上位置传感器用于在被第二上位置挡片挡住时发出达到安全限位上限的位置信号，所述第二下位置传感器用于在被第二下位置挡片挡住时发出达到安全限位下限的位置信号，所述控制器用于在收到第二上位置传感器或第二下位置传感器传来的位置信号后暂停伺服马达。

3.如权利要求2所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述夹箍上且与第二长条孔相对的侧面上固定有第二固定板，所述第二固定板的上部固定有第二上位置挡片、下部固定有第二下位置挡片。

4.如权利要求3所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述夹箍上且与第一长条孔相对的侧面上固定有第一固定板，所述第一固定板的上部固定有第一上位置挡片、下部固定有第一下位置挡片，所述第一固定板的长度小于第二固定板的长度。

5.如权利要求1所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述第一长条孔上固定有竖向滑轨，所述竖向滑轨的上下部分别滑配有第一上滑块和第一下滑块，所述第一上滑块的表面固定有第一上位置传感器，所述第一下滑块的表面固定有第一下位置传感器，所述第一上滑块和第一下滑块分别与竖向滑轨之间存在摩擦力，使得第一上滑块和第一下滑块静止在竖向滑轨上时不会向下滑动，手动拨动所述第一上滑块以调节第一上位置传感器在竖向滑轨上部的具体位置，手动拨动所述第一下滑块以调节第一下位置传感器在竖向滑轨下部的具体位置。

6.如权利要求1所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述L型支架的竖支架外侧固定有下轴承座，所述下轴承座套设在丝杆上。

7.如权利要求1所述的带限位控制的晶圆载片台升降设备，其特征在于，所述法兰与直线轴承一体成型。