CN117059560A - 一种半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体设备，属于半导体设备技术领域。半导体设备包括真空腔体、升降机构、密封机构和机械手，真空腔体底部设有至少三个通孔；升降机构包括驱动单元、托盘和至少三个间隔设置的升降柱组件，升降柱组件的一端分别一一对应穿设于通孔，用于承载真空腔体内的晶圆，另一端连接于托盘，驱动单元和托盘设于真空腔体外部，驱动单元通过托盘驱动至少三个升降柱组件进行升降；密封机构包括至少三个波纹管，波纹管分别一一对应套设于升降柱组件外周，波纹管一端密封连接于真空腔体的底部，另一端密封连接于升降柱组件；机械手的执行末端能够托起和取放晶圆，能够保证真空腔体的密闭性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种半导体设备。
背景技术
半导体设备包括真空腔体、升降机构和机械手，升降机构的固定端设于真空腔体外部，其输出端设于真空腔体内用于承载晶圆，输出端位于预设位置时，机械手与输出端进行对接实现晶圆转移，机械手将晶圆放于真空腔体对晶圆进行相关工艺处理，之后机械手将处理后的晶圆从真空腔体中取出。由于升降机构频繁升降，难以保证真空腔体的密闭性，影响了对晶圆进行工艺处理。
因此，亟需一种半导体设备，以解决上述存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体设备，能够保证真空腔体的密闭性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种半导体设备，包括：
真空腔体，用于容纳待加工的晶圆，所述真空腔体侧部设有开口，底部设有至少三个通孔；
升降机构，包括驱动单元、托盘和至少三个间隔设置的升降柱组件，所述升降柱组件的一端分别一一对应穿设于所述通孔，用于承载所述真空腔体内的所述晶圆，另一端连接于所述托盘，所述驱动单元和所述托盘设于所述真空腔体外部，所述驱动单元通过所述托盘驱动至少三个所述升降柱组件进行升降；
密封机构，包括至少三个波纹管，所述波纹管分别一一对应套设于所述升降柱组件外周，所述波纹管一端密封连接于所述真空腔体的底部，另一端密封连接于所述升降柱组件；
机械手，其执行末端能够穿过所述开口和穿过至少三个所述升降柱组件的间隙，所述执行末端用于托起和取放所述晶圆。
在一些可能的实施方式中，所述密封机构还包括连接于所述波纹管两端的密封圈，所述波纹管分别通过两个所述密封圈与所述真空腔体的底部和所述升降柱组件密封连接。
在一些可能的实施方式中，所述波纹管包括管本体和连接于所述管本体两端的管接头，所述管接头的外周凸设有第一凸台，一个所述密封圈抵接于所述真空腔体底部端面和一端的所述管接头的所述第一凸台之间；所述升降柱组件的外周凸设有第二凸台，另一个所述密封圈抵接于另一端的所述管接头的所述第一凸台和所述第二凸台之间。
在一些可能的实施方式中，所述密封圈包括筒状支架和胶圈，所述筒状支架中部的外周设有环状凸缘，所述胶圈套设于所述环状凸缘；
一个所述密封圈的所述筒状支架的两端分别插接于所述通孔和一端的所述管接头，所述环状凸缘和所述胶圈抵接于所述真空腔体底部端面和一端的所述管接头的所述第一凸台之间；和/或
所述第二凸台开设有凹槽，另一个所述密封圈的所述筒状支架的两端分别插接于所述凹槽和另一端的所述管接头，所述环状凸缘和所述胶圈抵接于另一端的所述管接头的所述第一凸台和所述第二凸台之间。
在一些可能的实施方式中，所述升降柱组件包括连接板、第一升降柱和第二升降柱，所述第一升降柱和所述第二升降柱两端相互连接，所述第二升降柱用于承载所述晶圆，所述连接板形成所述第二凸台，所述连接板设有与所述凹槽连通的中心孔，所述第一升降柱周向设有抵接部，所述第一升降柱穿设于所述中心孔且所述抵接部抵接于所述凹槽的槽底。
在一些可能的实施方式中，所述第二升降柱为石英柱或陶瓷柱。
在一些可能的实施方式中，所述第二升降柱一端插接或螺纹连接于所述第一升降柱，另一端的外径尺寸范围为1mm-4mm。
在一些可能的实施方式中，所述升降柱组件的端部设有外螺纹，升降柱组件穿设于所述托盘并通过外螺纹和螺母螺纹连接，所述托盘夹设于所述螺母和所述第二凸台之间。
在一些可能的实施方式中，所述真空腔体底部端面与所述密封圈抵接，且所述真空腔体底部端面的光洁度小于Ra0.4。
在一些可能的实施方式中，所述升降机构包括三个均匀间隔设置的所述升降柱组件，所述密封机构包括三个所述波纹管，所述托盘包括基板部和均匀间隔地凸设于所述基板部外周的三个凸出部，三个所述升降柱组件对应连接于三个所述凸出部，所述驱动单元驱动连接所述基板部。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种半导体设备，波纹管和升降柱组件密封连接，波纹管和真空腔体的底部密封连接，从而使波纹管、升降柱组件和真空腔体底部形成与真空腔体相连通的密封空间，波纹管能够自由伸缩，从而保证了升降柱组件升降过程中真空腔体的密闭性，避免影响对晶圆进行工艺处理。通过设置至少三个相间隔的升降柱组件，能够保证稳定承载晶圆。通过设置托盘，驱动单元通过托盘能够同时驱动至少三个升降柱组件进行升降，一方面保证至少三个升降柱组件同时升降，另一方面减少了驱动单元的使用数量，简化结构降低成本。由于机械手能够穿过不同升降柱组件间的间隙，并且执行末端能够托起晶圆，通过升降柱组件的升降与执行末端对接，实现晶圆位置转移，避免通过抓夹等方式取放晶圆，以免抓夹力过大而导致晶圆受损。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式提供的升降机构和密封机构的示意图；
图2是本发明的具体实施方式提供的升降机构和密封机构的爆炸图；
图3是本发明的具体实施方式提供的升降机构和密封机构的剖视图；
图4是本发明的具体实施方式提供的真空腔体和机械手的示意图。
图中：
1、真空腔体；11、开口；12、通孔；
2、升降机构；21、驱动单元；22、托盘；221、基板部；222、凸出部；23、升降柱组件；231、第二凸台；2311、凹槽；232、第一升降柱；233、第二升降柱；234、螺母；
3、密封机构；31、波纹管；311、管本体；312、管接头；3121、第一凸台；32、密封圈；321、筒状支架；3211、环状凸缘；322、胶圈；
4、机械手；41、执行末端；
100、晶圆。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本实施例提供了一种半导体设备，如图1-图4所示，包括真空腔体1、升降机构2、密封机构3和机械手4。真空腔体1用于容纳待加工的晶圆100，真空腔体1的侧部设有开口11，底部设有至少三个通孔12。升降机构2包括驱动单元21、托盘22和至少三个间隔设置的升降柱组件23，升降柱组件23的一端分别一一对应穿设于通孔12，用于承载真空腔体1内的晶圆100，另一端连接于托盘22，驱动单元21和托盘22设于真空腔体1外部，驱动单元21通过托盘22驱动至少三个升降柱组件23进行升降。通过设置至少三个相间隔的升降柱组件23，能够保证稳定承载晶圆100。通过设置托盘22，驱动单元21通过托盘22能够同时驱动至少三个升降柱组件23进行升降，一方面保证至少三个升降柱组件23同时升降，另一方面减少了驱动单元21的使用数量，简化结构降低成本。
密封机构3包括至少三个波纹管31，所述波纹管31分别一一对应套设于升降柱组件23外周，波纹管31一端密封连接于真空腔体1的底部，另一端密封连接于升降柱组件23。波纹管31和升降柱组件23密封连接，波纹管31和真空腔体1的底部密封连接，从而使波纹管31、升降柱组件23和真空腔体1底部形成与真空腔体1相连通的密封空间，波纹管31能够自由伸缩，从而保证了升降柱组件23升降过程中真空腔体1的密闭性，避免影响对晶圆100进行工艺处理。
机械手4的执行末端41能够穿过开口11和穿过至少三个升降柱组件23的间隙，执行末端41用于托起和取放晶圆100。
将晶圆100放于升降柱组件23上时可以采用以下步骤：驱动单元21驱动升降柱组件23处于第一位置，机械手4托起晶圆100从开口11穿过进入真空腔体1内，之后驱动单元21驱动升降柱组件23升高至第二位置，执行末端41穿过升降柱组件23间的间隙，使晶圆100同时落在执行末端41和升降柱组件23的顶部，执行末端41缩回，使晶圆100位于升降柱组件23上，实现了晶圆100位置转移，以进行后序工艺处理。将晶圆100从升降柱组件23取下时可以采用以下步骤：驱动单元21驱动升降柱组件23处于第三位置，第三位置高度高于第二位置，之后机械手4穿过升降柱组件23间的间隙，驱动单元21驱动升降柱组件23下降至第二位置，使晶圆100同时落在执行末端41和升降柱组件23的顶部，升降柱组件23继续下降，使晶圆100位于执行末端41上，实现了晶圆100位置转移，机械手4托起晶圆100从开口11穿过转移至真空腔体1外部。
由于机械手4能够穿过不同升降柱组件23间的间隙，并且执行末端41能够托起晶圆100，通过升降柱组件23的升降与执行末端41对接，实现晶圆100位置转移，避免通过抓夹等方式取放晶圆100，以免抓夹力过大而导致晶圆100受损。
示例性地，升降机构2包括三个均匀间隔设置的升降柱组件23，密封机构3包括三个波纹管31，以简化结构，其他实施例中，可以设置四个以上升降柱组件23，不作限定。当设有三个升降柱组件23时，托盘22包括基板部221和均匀间隔地凸设于基板部221外周的三个凸出部222，三个升降柱组件23对应连接于三个凸出部222，驱动单元21驱动连接基板部221，能够使托盘22轻薄化。可选地，驱动单元21为气缸，气缸的活塞连接基板部221。可选地，驱动单元21也可以是电机和丝杠螺母副的组合，或者驱动单元21也可以是直线电机等，不再赘述。
一种实施例中，如图2和图3所示，密封机构3还包括连接于波纹管31两端的密封圈32，波纹管31分别通过两个密封圈32与真空腔体1的底部和升降柱组件23密封连接，能够实现可拆卸连接，且密封效果良好。真空腔体1底部端面与密封圈32抵接，且真空腔体1底部端面的光洁度小于Ra0.4，其光洁度越低，密封效果越好，具体光洁度可以是Ra0.1、Ra0.2或Ra0.3。其他实施例中，波纹管31也可以分别与真空腔体1的底部和升降柱组件23焊接或粘接。
如图2和图3所示，波纹管31包括管本体311和连接于管本体311两端的管接头312，具体二者可以插接，管接头312的外周凸设有第一凸台3121，一个密封圈32抵接于真空腔体1底部端面和一端的管接头312的第一凸台3121之间。密封圈32分别和真空腔体1底部端面和第一凸台3121密封连接，从而实现波纹管31与真空腔体1密封连接。升降柱组件23的外周凸设有第二凸台231，另一个密封圈32抵接于另一端的管接头312的第一凸台3121和第二凸台231之间，密封圈32分别和第一凸台3121和第二凸台231密封连接，从而实现波纹管31与升降柱组件23密封连接。
如图2和图3所示，密封圈32包括筒状支架321和胶圈322，筒状支架321中部的外周设有环状凸缘3211，胶圈322套设于环状凸缘3211。一个密封圈32的筒状支架321的两端分别插接于通孔12和一端的管接头312，环状凸缘3211和胶圈322抵接于真空腔体1底部端面和一端的管接头312的第一凸台3121之间。环状凸缘3211为硬质结构，能够稳定地夹设于真空腔体1和第一凸台3121之间，且增大了密封圈32分别与真空腔体1和第一凸台3121的接触面积，密封圈32密封性能更好。同理，第二凸台231开设有凹槽2311，另一个密封圈32的筒状支架321的两端分别插接于凹槽2311和另一端的管接头312，环状凸缘3211和胶圈322抵接于另一端的管接头312的第一凸台3121和第二凸台231之间，环状凸缘3211为硬质结构，能够稳定地夹设于第一凸台3121和第二凸台231之间，且增大了密封圈32分别与第一凸台3121和第二凸台231的接触面积，密封圈32密封性能更好。可选地，筒状支架321和管接头312均可以采用不锈钢等金属材质制成。
一种实施例中，如图2和图3所示，升降柱组件23包括连接板、第一升降柱232和第二升降柱233，第一升降柱232和第二升降柱233两端相互连接，第二升降柱233用于承载晶圆100，连接板形成第二凸台231，连接板设有与凹槽2311连通的中心孔，第一升降柱232周向设有抵接部，其穿设于中心孔且抵接部抵接于凹槽2311的槽底，使第一升降柱232和连接板密封连接。升降柱组件23为分体结构，简化加工工艺。
如图1-图3所示，升降柱组件23的端部设有外螺纹，具体为第一升降柱232的端部设有外螺纹，升降柱组件23穿设于托盘22并通过外螺纹和螺母234螺纹连接，托盘22夹设于螺母234和第二凸台231之间，方便升降柱组件23拆装于托盘22。
当真空腔体1用于对晶圆100进行如1000°C高温的工艺处理时，第二升降柱233由耐高温材料制成，具体可以为石英柱或陶瓷柱。
第二升降柱233一端插接或螺纹连接于第一升降柱232，方便二者进行连接。由于晶圆100与第二升降柱233接触的位置需要被切除掉，因此第一升降柱232用于承载晶圆100的一端的外径尺寸范围为1mm-4mm，减少第二升降柱233与晶圆100的接触面积，从而减少晶圆100被切除的面积。一种实施例中，第二升降柱233包括依次连接的第一圆柱部、第二圆柱部和第三圆柱部，第一圆柱部和第三圆柱部的外径均小于第二圆柱部的外径，第一圆柱部的外径尺寸范围为1mm-4mm，具体可以是1mm、2mm、3mm或4mm等，第一升降柱232设有插孔，第二圆柱部插接于插孔内。第三圆柱部的外径尺寸不小于3mm，保证与第一升降柱232连接可靠性。第三圆柱部的外径尺寸不超过8mm，避免通孔12尺寸过大而导致密封圈32和波纹管31等尺寸过大，并且影响真空腔体1的密封效果。其他实施例中，第二升降柱233也可以呈圆柱状或圆锥状等。
具体机械手4可以是现有技术中的四轴机械手或六轴机械手等，执行末端41包括支撑板或支撑爪，其宽度小于相邻升降柱组件23间的间隙宽度，以便于穿过。
真空腔体1为现有技术，不再赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体设备，其特征在于，包括：
真空腔体(1)，用于容纳待加工的晶圆(100)，所述真空腔体(1)侧部设有开口(11)，底部设有至少三个通孔(12)；
升降机构(2)，包括驱动单元(21)、托盘(22)和至少三个间隔设置的升降柱组件(23)，所述升降柱组件(23)的一端分别一一对应穿设于所述通孔(12)，用于承载所述真空腔体(1)内的所述晶圆(100)，另一端连接于所述托盘(22)，所述驱动单元(21)和所述托盘(22)设于所述真空腔体(1)外部，所述驱动单元(21)通过所述托盘(22)驱动至少三个所述升降柱组件(23)进行升降；
密封机构(3)，包括至少三个波纹管(31)，所述波纹管(31)分别一一对应套设于所述升降柱组件(23)外周，所述波纹管(31)一端密封连接于所述真空腔体(1)的底部，另一端密封连接于所述升降柱组件(23)；
机械手(4)，其执行末端(41)能够穿过所述开口(11)和穿过至少三个所述升降柱组件(23)的间隙，所述执行末端(41)用于托起和取放所述晶圆(100)。
2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述密封机构(3)还包括连接于所述波纹管(31)两端的密封圈(32)，所述波纹管(31)分别通过两个所述密封圈(32)与所述真空腔体(1)的底部和所述升降柱组件(23)密封连接。
3.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述波纹管(31)包括管本体(311)和连接于所述管本体(311)两端的管接头(312)，所述管接头(312)的外周凸设有第一凸台(3121)，一个所述密封圈(32)抵接于所述真空腔体(1)底部端面和所述管本体(311)一端的所述管接头(312)的所述第一凸台(3121)之间；所述升降柱组件(23)的外周凸设有第二凸台(231)，另一个所述密封圈(32)抵接于所述管本体(311)另一端的所述管接头(312)的所述第一凸台(3121)和所述第二凸台(231)之间。
4.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述密封圈(32)包括筒状支架(321)和胶圈(322)，所述筒状支架(321)中部的外周设有环状凸缘(3211)，所述胶圈(322)套设于所述环状凸缘(3211)；
一个所述密封圈(32)的所述筒状支架(321)的两端分别插接于所述通孔(12)和一端的所述管接头(312)，所述环状凸缘(3211)和所述胶圈(322)抵接于所述真空腔体(1)底部端面和一端的所述管接头(312)的所述第一凸台(3121)之间；和/或
所述第二凸台(231)开设有凹槽(2311)，另一个所述密封圈(32)的所述筒状支架(321)的两端分别插接于所述凹槽(2311)和另一端的所述管接头(312)，所述环状凸缘(3211)和所述胶圈(322)抵接于另一端的所述管接头(312)的所述第一凸台(3121)和所述第二凸台(231)之间。
5.根据权利要求4所述的半导体设备，其特征在于，所述升降柱组件(23)包括连接板、第一升降柱(232)和第二升降柱(233)，所述第一升降柱(232)和所述第二升降柱(233)两端相互连接，所述第二升降柱(233)用于承载所述晶圆(100)，所述连接板形成所述第二凸台(231)，所述连接板设有与所述凹槽(2311)连通的中心孔，所述第一升降柱(232)周向设有抵接部，所述第一升降柱(232)穿设于所述中心孔且所述抵接部抵接于所述凹槽(2311)的槽底。
6.根据权利要求5所述的半导体设备，其特征在于，所述第二升降柱(233)为石英柱或陶瓷柱。
7.根据权利要求5所述的半导体设备，其特征在于，所述第二升降柱(233)一端插接或螺纹连接于所述第一升降柱(232)，另一端的外径尺寸范围为1mm-4mm。
8.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述升降柱组件(23)的端部设有外螺纹，所述升降柱组件(23)穿设于所述托盘(22)并通过外螺纹和螺母(234)螺纹连接，所述托盘(22)夹设于所述螺母(234)和所述第二凸台(231)之间。
9.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述真空腔体(1)底部端面与所述密封圈(32)抵接，且所述真空腔体(1)底部端面的光洁度小于Ra0.4。
10.根据权利要求1-9任一项所述的半导体设备，其特征在于，所述升降机构(2)包括三个均匀间隔设置的所述升降柱组件(23)，所述密封机构(3)包括三个所述波纹管(31)，所述托盘(22)包括基板部(221)和均匀间隔地凸设于所述基板部(221)外周的三个凸出部(222)，三个所述升降柱组件(23)对应连接于三个所述凸出部(222)，所述驱动单元(21)驱动连接所述基板部(221)。
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