CN117467962B - 薄膜沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种薄膜沉积设备，包括：工艺腔、磁流体加热器、悬浮稳定装置和旋转传动装置；磁流体加热器包括平台和旋转基座；旋转基座连接平台下部，旋转基座可带动磁流体加热器旋转；悬浮稳定装置包括分别设置于工艺腔和磁流体加热器上的磁铁对；旋转传动装置包括设置于磁流体加热器上靠近工艺腔的表面的若干第一旋转永磁铁、设置于工艺腔底部的旋转台，以及设置于旋转台中的若干第二旋转永磁铁；旋转台通过第一旋转永磁铁和第二旋转永磁铁的相互作用带动磁流体加热器旋转。本申请通过引入由磁体旋转传动结构供能的磁流体加热器，结合磁体和气浮稳定结构，可避免因运动部件接触摩擦导致的颗粒污染物问题，有助于提高生产良率。

Description

薄膜沉积设备
技术领域
本申请涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种薄膜沉积设备。
背景技术
在半导体制造工艺中，薄膜沉积是一道重要工序。随着工艺特征尺寸的不断减小，对于薄膜沉积工艺洁净度的要求也不断提高。晶圆的表面颗粒等污染源会在薄膜沉积过程中产生遮蔽效应，进而使生成的薄膜出现气孔或间隙等缺陷，影响成膜质量。
目前，在薄膜沉积工艺中，影响工艺洁净度的污染源主要有：（1）在晶圆进入薄膜沉积设备前就已经附着在晶圆表面的金属、有机物或颗粒等污染物，或者在晶圆完成薄膜沉积后，传送出工艺腔时附着的污染物；（2）在晶圆进入工艺腔后附着的污染物，包括在薄膜沉积工艺过程中，在腔室璧等部件上产生的副产物，在脱落后附着在晶圆表面，或者工艺腔中的零件本身不洁净产生的颗粒污染物；（3）在工艺腔进行薄膜沉积工艺时，由内部运动部件摩擦或者运动部件上涂抹的润滑油产生的颗粒污染物对晶圆造成颗粒污染。
针对以上（1）和（2）两点所产生的污染物，目前业界已有不少成熟的解决方案。然而，针对由设备内部运动部件摩擦或者运动部件上涂抹的润滑油产生的颗粒污染物，现有的薄膜沉积设备尚无有效的解决方案，因此其产生的颗粒污染物也无法避免，造成薄膜工艺的成膜质量无法进一步提升。
因此，有必要提出一种新的薄膜沉积设备，解决上述问题。
发明内容
在鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种薄膜沉积设备，用于解决现有技术中薄膜沉积设备中由部件摩擦或者涂抹润滑油产生颗粒污染物等问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供了一种薄膜沉积设备，包括：
工艺腔、磁流体加热器、悬浮稳定装置和旋转传动装置；
所述磁流体加热器包括用于放置晶圆的平台和旋转基座；所述旋转基座连接所述平台下部，并通过所述悬浮稳定装置安装于所述工艺腔的底部；所述旋转基座可带动所述磁流体加热器绕垂直于所述平台的晶圆放置面的一旋转轴进行旋转；所述磁流体加热器的内部包含磁流体和非磁性金属粉颗粒，其在进行旋转时产生热量，并加热所述晶圆；
所述悬浮稳定装置包括分别设置于所述工艺腔和所述磁流体加热器上的、具有互斥极性的磁铁对，所述磁铁对通过斥力使所述磁流体加热器在所述旋转轴的轴向和径向上相对所述工艺腔保持稳定；
所述旋转传动装置包括设置于所述磁流体加热器上靠近所述工艺腔的表面的若干第一旋转永磁铁、设置于所述工艺腔底部的旋转台，以及设置于所述旋转台中的若干第二旋转永磁铁；所述旋转台通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互作用带动所述磁流体加热器旋转。
作为本申请的一种可选方案，所述悬浮稳定装置包括轴向稳定装置和径向稳定装置；所述轴向稳定装置包括设置于所述工艺腔底部的电磁铁和设置于所述磁流体加热器底部的轴向永磁铁；所述径向稳定装置包括永磁轴承，所述永磁轴承具有互斥极性的内圈和外圈，所述永磁轴承的内圈连接所述旋转基座，所述永磁轴承的外圈连接所述工艺腔。
作为本申请的一种可选方案，所述轴向稳定装置还包括设置于所述工艺腔底部的电磁铁支撑件；所述电磁铁设置于所述电磁铁支撑件上，通过所述电磁铁的磁力使所述轴向永磁铁悬浮，并控制所述磁流体加热器升降。
作为本申请的一种可选方案，所述径向稳定装置还包括设置于所述工艺腔上的气浮轴承；所述气浮轴承包括高压腔，所述高压腔的一端连接惰性气体进气口，另一端设有微孔面；所述旋转基座设有径向稳定面；所述惰性气体通过所述惰性气体进气口进入所述高压腔，并通过所述微孔面散布至所述旋转基座的径向稳定面以形成气膜。
作为本申请的一种可选方案，所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁为成对设置，并具有相反的磁性。
作为本申请的一种可选方案，所述工艺腔底部的旋转台设有旋转马达，所述旋转马达带动所述旋转台旋转，并通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互吸引力带动所述磁流体加热器旋转。
作为本申请的一种可选方案，所述旋转基座的表面设有双层屏蔽体，所述双层屏蔽体的外层包括硅钢材料，所述双层屏蔽体的内层包括坡莫合金材料；所述工艺腔的腔体接地。
作为本申请的一种可选方案，所述薄膜沉积设备还包括顶针机构；所述顶针机构设置于所述工艺腔上，并在所述磁流体加热器停止运动时通过磁力控制所述磁流体加热器中的传动组件顶起所述晶圆。
作为本申请的一种可选方案，所述薄膜沉积设备还包括晶圆夹持装置；所述晶圆夹持装置设置于平台的边缘，其包括固定于平台边缘的晶圆夹持支撑座，以及通过活动轴连接所述晶圆夹持支撑座的晶圆夹持连杆；所述晶圆夹持连杆的靠近所述晶圆的一端为晶圆夹持机构接触块，所述晶圆夹持连杆的远离所述晶圆的另一端为重心摆锤；所述晶圆夹持连杆可绕所述活动轴旋转；在所述磁流体加热器旋转时，所述重心摆锤带动所述晶圆夹持连杆转动，并使所述晶圆夹持机构接触块固定所述晶圆。
作为本申请的一种可选方案，所述薄膜沉积设备还包括射频发生装置和加热器顶部屏蔽体结构；所述射频发生装置设置于所述工艺腔顶部，并位于所述平台的上方；所述加热器顶部屏蔽体结构设置于所述平台上表面；所述加热器顶部屏蔽体结构的上部包括坡莫合金材料，所述加热器顶部屏蔽体结构的下部包括硅钢材料。
如上所述，本申请提供的薄膜沉积设备经改善的结构设计，通过引入由磁体旋转传动结构供能的磁流体加热器，结合磁体和气浮稳定结构进行传动，可有效减小乃至避免因运动部件接触摩擦导致的颗粒污染物等问题，有助于提高薄膜沉积品质，提高生产良率。
附图说明
图1显示为本申请实施例一中提供的薄膜沉积设备的例示性截面结构示意图。
图2显示为本申请实施例一中提供的气浮轴承的例示性结构示意图。
图3显示为本申请实施例一中提供的第一旋转永磁铁和第二旋转永磁铁的例示性结构示意图。
图4显示为本申请实施例二中提供的薄膜沉积设备的例示性截面结构示意图。
图5显示为本申请实施例二中提供的晶圆夹持装置的例示性结构示意图。
图6显示为本申请实施例三中提供的薄膜沉积设备的例示性结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽图示中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
参考图1至图3所示，本实施例提供了一种薄膜沉积设备，其包括工艺腔、磁流体加热器、悬浮稳定装置和旋转传动装置。
所述磁流体加热器包括用于放置晶圆的平台和旋转基座；所述旋转基座连接所述平台下部，并通过所述悬浮稳定装置安装于所述工艺腔的底部；所述旋转基座可带动所述磁流体加热器绕垂直于所述平台的晶圆放置面的一旋转轴进行旋转；所述磁流体加热器的内部包含磁流体和非磁性金属粉颗粒，其在进行旋转时产生热量，并加热所述晶圆。
所述悬浮稳定装置包括分别设置于所述工艺腔和所述磁流体加热器上的、具有互斥极性的磁铁对，所述磁铁对通过斥力使所述磁流体加热器在所述旋转轴的轴向和径向上相对所述工艺腔保持稳定。
所述旋转传动装置包括设置于所述磁流体加热器上靠近所述工艺腔的表面的若干第一旋转永磁铁、设置于所述工艺腔底部的旋转台，以及设置于所述旋转台中的若干第二旋转永磁铁；所述旋转台通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互作用带动所述磁流体加热器旋转。
图1所示为本实施例所提供的薄膜沉积设备的大致结构示意图。需要指出的是，在本发明的其他实施案例中，该薄膜沉积设备的结构和组件可以根据薄膜沉积工艺的实际需要进行改变。在图1所示的薄膜沉积设备中，在工艺腔101的腔体中设有磁流体加热器102，所述磁流体加热器102由用于放置晶圆103的平台和旋转基座两部分组成，其可以是一体成型的，也可以由独立的部件组成。该用于放置晶圆的平台位于所述旋转基座上方，其上表面具有可以放置晶圆103的平坦表面。所述旋转基座位于所述平台下方，并连接所述平台的中心位置。所述磁流体加热器102的内部设有磁液通道104，所述磁液通道104内部含有磁液，并加入了非磁性金属粉颗粒例如铜或铝等。所述磁液即磁流体，是将纳米级的磁性粒子包裹于表面活性剂，并均匀地分散在基液中而形成的一种均匀稳定的胶体溶液。在所述磁流体加热器102不旋转时，其内部温度为环境温度；而当其在所述旋转基座的带动下进行高速旋转后，在磁场的作用下，内部所含磁液会高速运动并带动内部非磁性金属粉颗粒相互高速碰撞摩擦，从而使内部温度会急速升高，起到快速加热的作用。本发明的薄膜沉积设备通过所述磁流体加热器102的加热可以获取薄膜沉积反应的热量来源。
在一些示例中，所述悬浮稳定装置包括分别设置于所述工艺腔101和所述磁流体加热器102上的、具有互斥极性的磁铁对，所述磁铁对通过斥力使所述磁流体加热器102在所述旋转轴的轴向和径向上相对所述工艺腔101保持稳定。
在一些示例中，所述悬浮稳定装置包括轴向稳定装置和径向稳定装置。所述悬浮稳定装置可以防止装置失稳，避免装置在运动过程中因过运动而引发的倾覆。如图1所示，所述轴向稳定装置包括设置于所述工艺腔101底部的电磁铁105和设置于所述磁流体加热器102底部的轴向永磁铁106；所述电磁铁105和所述轴向永磁铁106通过磁力稳定保持一定间距，并可以通过调整所述电磁铁105的磁力调节间距大小，由此使所述磁流体加热器102可以上下升降移动。所述径向稳定装置包括永磁轴承107，所述永磁轴承107具有互斥极性的内圈和外圈，所述永磁轴承107的内圈连接所述旋转基座，所述永磁轴承107的外圈连接所述工艺腔101。在图1中，所述永磁轴承107的外圈通过永磁轴承盖板107a、紧定螺钉107b和支撑环107c固定安装在所述工艺腔101上，所述永磁轴承107的内圈套设于所述磁流体加热器102的旋转基座上，所述永磁轴承107的内圈和外圈通过磁力稳定保持一定间距。
作为示例，所述轴向稳定装置还包括设置于所述工艺腔101底部的电磁铁支撑件108；所述电磁铁105设置于所述电磁铁支撑件108上，通过所述电磁铁105的磁力使所述轴向永磁铁106悬浮，并控制所述磁流体加热器102升降。具体地，在图1中，在所述磁流体加热器102的旋转基座的底端部安装有强磁的轴向永磁铁106，在其下方安装的是磁性可以通过电流改变的电磁铁105。所述电磁铁105固定在电磁铁支撑件108上，通过所述电磁铁105提供的磁力使所述磁流体加热器102悬浮，并通过控制磁力大小能够调节所述磁流体加热器102的上下悬浮位置。所述电磁铁支撑件108可通过密封圈108a密封安装于所述工艺腔101底部。
在一些示例中，如图1所示，所述径向稳定装置还包括设置于所述工艺腔101上的气浮轴承109。如图2所示为所述气浮轴承109的局部放大图。所述气浮轴承109包括高压腔109a，所述高压腔109a的一端连接惰性气体进气口109b，另一端设有微孔面109c；所述旋转基座设有径向稳定面；所述惰性气体通过所述惰性气体进气口109b进入所述高压腔109a，并通过所述微孔面109c散布至所述旋转基座的径向稳定面以形成气膜109d。需要指出的是，图2所展示的仅是气浮轴承109与所述磁流体加热器102的旋转基座位置关系的单侧截面的示意图，其与另一侧为对称关系，此处不再赘述。从图1还可以看出所述惰性气体进气口109b连通所述工艺腔101外部，可从外部引入惰性气体气源。由于上述微孔面109c和所述旋转基座的径向稳定面设计为稳定对应，当气体通入上述气浮轴承109时，将在所述高压腔109a形成高压气氛，再通入到所述微孔面109c，与所述磁流体加热器102的旋转基座的径向稳定面形成气膜109d，从而形成相对运动及平衡时分离的非接触系统。所述气浮轴承109与所述永磁轴承107共同作用，可以进一步提升所述磁流体加热器102运动时的非接触平衡作用。
作为示例，所述磁流体加热器102的上下运动可通过改变加载于电磁铁105的电流强度来改变磁力。由于此动作的响应速度非常块，为防止该运动导致结构失稳，需要对应调整气浮轴承109的通气量。例如当所述磁流体加热器102通过上述电磁铁105进行快速的上下运动时，需要增加所述气浮轴承109的通气量，使整个气浮系统保持稳定。
在一些示例中，如图1所示，所述旋转传动装置包括设置于所述磁流体加热器102上靠近所述工艺腔101的表面的若干第一旋转永磁铁110、设置于所述工艺腔101底部的旋转台111，以及设置于所述旋转台111中的若干第二旋转永磁铁112；所述旋转台111通过所述第一旋转永磁铁110和所述第二旋转永磁铁112的相互作用带动所述磁流体加热器102旋转。
于一些示例中，如图1所示，所述工艺腔101底部的旋转台111设有旋转马达113，所述旋转马达113带动所述旋转台111旋转，并通过所述第一旋转永磁铁110和所述第二旋转永磁铁112的相互吸引力带动所述磁流体加热器102旋转。具体地，所述磁流体加热器102的转动运动是靠固定在所述磁流体加热器102背面（背离晶圆的一面）的偶数对的第一旋转永磁铁110实现的，其旋转动作是由位于所述工艺腔101外部的安装有偶数对的第二旋转永磁铁112的所述旋转马达113的旋转而带动。即，旋转马达113带动第二旋转永磁铁112旋转，因磁力作用，第一旋转永磁铁110被带动旋转，由此带动与第一旋转永磁铁110相连接的磁流体加热器102旋转，所述旋转马达113通过旋转马达紧固件113a固定于旋转马达支撑件113b上。
于一些示例中，如图3所示，所述第一旋转永磁铁110和所述第二旋转永磁铁112为成对设置，并具有相反的磁性。在一较佳示例中，上述永磁铁都是由偶数对、厚度在5-10mm的永磁铁组成，其分布关系如图3所示。例如图3中示意为6组使用极性为N或S极的永磁铁。其中，所述第一旋转永磁铁110是使用极性为N极的永磁铁，所述第二旋转永磁铁112是使用极性为S极的永磁铁。但永磁铁的数量不以此为限，例如永磁铁的数量也可以是3组或4组，其组数越多，对于旋转运动的控制精度越高。
由于所述磁流体加热器102下部磁铁会对磁流体产生干扰，为了防止外部磁场影响所述磁流体加热器102内部的磁流体运动和正常工作，在一些示例中，在所述磁流体加热器102与第一旋转永磁铁110、第二旋转永磁铁112之间设置屏蔽层。所述气浮轴承109与所述磁流体加热器102的旋转基座的径向稳定面全采用双层屏蔽体设计。具体地，所述旋转基座的表面设有双层屏蔽体，所述双层屏蔽体的外层优选硅钢材料，所述双层屏蔽体的内层优选坡莫合金材料，但不以此为限，其他具有电磁屏蔽功能的金属材料亦可。而选用硅钢材料以及坡莫合金材料的原因在于，在设置屏蔽层时，首先要选择高磁导率的材料，如坡莫合金等，这些材料与铁相比，具有高磁导率和低磁通密度。对于强磁场的屏蔽，为了在非常强的磁场中，保护坡莫合金，防止发生磁路饱和，还要保证有较高的衰减量，需要采取多层屏蔽，或添加高磁导率、高饱和点的铁合金。本发明采用双层屏蔽层设计，在坡莫合金材料的内层上设计了硅钢材料的外层，保护坡莫合金，防止发生磁路饱和，有助于延长设备使用寿命。所述工艺腔101的腔体接地，这是由于屏蔽层一般还要兼有防止电场感应的作用，因此要求接地。
在一些示例中，所述薄膜沉积设备还包括顶针机构114；所述顶针机构114设置于所述工艺腔101上，并在所述磁流体加热器102停止运动时通过磁力控制所述磁流体加热器102中的传动组件顶起所述晶圆103。
在一些示例中，如图1所示，所述薄膜沉积设备还包括工艺气体进气口115，其位于所述工艺腔101的顶部，薄膜沉积所用的工艺气体从所述工艺气体进气口115注入所述工艺腔101内部，并通过气体匀气机构116使工艺气体均匀散布到工艺腔体中，以获得均匀的薄膜沉积工艺结果。在所述工艺腔101的腔璧上还设有传片口117，所述晶圆103从所述传片口117通过机械手传入所述工艺腔101，并放置在所述磁流体加热器102的平台上。所述工艺腔101的泵吸口118连接机械泵和分子泵，以抽走工艺副产物气体并维持工艺所需的腔体真空度。所述工艺腔101还设有压力计119和温度检测计120，以实时监测腔体内的压力和温度。
本发明通过引入非接触的旋转磁流体加热器，在晶圆放置并加热后进行薄膜沉积反应，可以单方向进行高速旋转加热，而不会产生接线等其它真空密封泄露问题，可有效避免因运动接触结构导致的颗粒污染等问题，有助于提高薄膜沉积品质，提高生产良率。
实施例二
请参阅图4至图5，本实施例提供了另一种薄膜沉积设备，其与实施例一的区别在于，本实施例中，所述薄膜沉积设备还包括晶圆夹持装置221。所述晶圆夹持装置221用于在所述磁流体加热器102高速旋转时，夹持所述晶圆103保持稳定，防止所述晶圆103从所述磁流体加热器102的平台上掉落。在图4中，所述晶圆夹持装置221设置于放置晶圆的平台的边缘。图5是其局部放大示意图。在图5中可以看出，所述晶圆夹持装置221包括固定于所述平台边缘的晶圆夹持支撑座221a，以及通过活动轴连接所述晶圆夹持支撑座221a的晶圆夹持连杆221b；所述晶圆夹持连杆221b的靠近所述晶圆103的一端为晶圆夹持机构接触块221c，所述晶圆夹持连杆221b的远离所述晶圆103的另一端为重心摆锤221d，其通过摆锤连杆221e连接所述晶圆夹持连杆221b；所述晶圆夹持连杆221b可绕所述活动轴旋转；在所述磁流体加热器102旋转时，所述重心摆锤221d带动所述晶圆夹持连杆221b转动，并使所述晶圆夹持机构接触块221c固定所述晶圆103。
本实施例通过引入晶圆夹持装置221，在所述磁流体加热器102高速旋转时，通过重心摆锤221d的离心运动带动所述晶圆夹持连杆221b以晶圆夹持机构接触块221c夹紧固定所述晶圆103，以使所述晶圆103保持稳定，防止所述晶圆103从所述磁流体加热器102的平台上掉落，有助于提高生产安全性。
除上述区别外，本实施例的薄膜沉积设备的其他结构和组成与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三
请参阅图6，本实施例提供了另一种薄膜沉积设备，其与实施例一的区别主要在于，在本实施例中的薄膜沉积设备还包括射频发生装置322和加热器顶部屏蔽体结构323；所述射频发生装置322设置于所述工艺腔101顶部，并位于所述磁流体加热器102的平台的上方；所述加热器顶部屏蔽体结构323设置于所述平台上表面；所述加热器顶部屏蔽体结构323的上部包括坡莫合金材料，所述加热器顶部屏蔽体结构323的下部包括硅钢材料。
本实施例所提供的薄膜沉积设备是一种等离子体增强化学气相沉积设备（PECVD），在沉积腔室中采用辉光放电产生等离子体后在晶圆衬底上进行化学气相反应以沉积薄膜。本实施例通过设置射频发生装置322，在工艺气体均匀扩散至所述工艺腔101中后，通过射频源激发，使反应气体分解为等离子体。为了防止本发明引入的永磁铁和电磁铁等部件的磁场影响平台上方的等离子体的形成和正常工艺分布，本实施例在所述磁流体加热器102的平台的上表面设置了加热器顶部屏蔽体结构323，其为双层结构，上部包括坡莫合金材料组成，下部包括硅钢材料等屏蔽材料组成，通过该双层结构对磁场进行屏蔽，防止磁场影响等离子体工艺，有助于进一步提高生产良率。
除上述区别外，本实施例的薄膜沉积设备的其他结构和组成与实施例一相同，在此不再赘述。
综上所述，本申请提供的薄膜沉积设备，包括工艺腔、磁流体加热器、悬浮稳定装置和旋转传动装置；所述磁流体加热器包括用于放置晶圆的平台和旋转基座；所述旋转基座连接所述平台下部，并通过所述悬浮稳定装置安装于所述工艺腔的底部；所述旋转基座可带动所述磁流体加热器绕垂直于所述平台的晶圆放置面的一旋转轴进行旋转；所述磁流体加热器的内部包含磁流体和非磁性金属粉颗粒，其在进行旋转时产生热量，并加热所述晶圆；所述悬浮稳定装置包括分别设置于所述工艺腔和所述磁流体加热器上的、具有互斥极性的磁铁对，所述磁铁对通过斥力使所述磁流体加热器在所述旋转轴的轴向和径向上相对所述工艺腔保持稳定；所述旋转传动装置包括设置于所述磁流体加热器上靠近所述工艺腔的表面的若干第一旋转永磁铁、设置于所述工艺腔底部的旋转台，以及设置于所述旋转台中的若干第二旋转永磁铁；所述旋转台通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互作用带动所述磁流体加热器旋转。本申请通过引入由磁体旋转传动结构供能的磁流体加热器，结合磁体和气浮稳定结构，避免了因运动部件接触摩擦导致的颗粒污染物问题，有助于提高薄膜沉积品质，提高生产良率。所以，本申请克服了现有技术中的种种问题而具有高度产业价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括：
工艺腔、磁流体加热器、悬浮稳定装置和旋转传动装置；
所述磁流体加热器包括用于放置晶圆的平台和旋转基座；所述旋转基座位于所述平台下方且连接所述平台的中心位置，并通过所述悬浮稳定装置安装于所述工艺腔的底部；所述旋转基座可带动所述磁流体加热器绕垂直于所述平台的晶圆放置面的一旋转轴进行旋转；所述磁流体加热器的内部包含磁流体和非磁性金属粉颗粒，其在进行旋转时产生热量，并加热所述晶圆；
所述悬浮稳定装置包括分别设置于所述工艺腔和所述磁流体加热器上的、具有互斥极性的磁铁对，所述磁铁对通过斥力使所述磁流体加热器在所述旋转轴的轴向和径向上相对所述工艺腔保持稳定；
所述旋转传动装置包括设置于所述磁流体加热器背离晶圆的一面的若干第一旋转永磁铁、设置于所述工艺腔底部的旋转台，以及设置于所述旋转台中的若干第二旋转永磁铁，所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁为成对设置，并具有相反的磁性；所述旋转台通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互作用带动所述磁流体加热器旋转。
2.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述悬浮稳定装置包括轴向稳定装置和径向稳定装置；所述轴向稳定装置包括设置于所述工艺腔底部的电磁铁和设置于所述磁流体加热器底部的轴向永磁铁；所述径向稳定装置包括永磁轴承，所述永磁轴承具有互斥极性的内圈和外圈，所述永磁轴承的内圈连接所述旋转基座，所述永磁轴承的外圈连接所述工艺腔。
3.根据权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述轴向稳定装置还包括设置于所述工艺腔底部的电磁铁支撑件；所述电磁铁设置于所述电磁铁支撑件上，通过所述电磁铁的磁力使所述轴向永磁铁悬浮，并控制所述磁流体加热器升降。
4.根据权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述径向稳定装置还包括设置于所述工艺腔上的气浮轴承；所述气浮轴承包括高压腔，所述高压腔的一端连接惰性气体进气口，另一端设有微孔面；所述旋转基座设有径向稳定面；所述惰性气体通过所述惰性气体进气口进入所述高压腔，并通过所述微孔面散布至所述旋转基座的径向稳定面以形成气膜。
5.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述工艺腔底部的旋转台设有旋转马达，所述旋转马达带动所述旋转台旋转，并通过所述第一旋转永磁铁和所述第二旋转永磁铁的相互吸引力带动所述磁流体加热器旋转。
6.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述旋转基座的表面设有双层屏蔽体，所述双层屏蔽体的外层包括硅钢材料，所述双层屏蔽体的内层包括坡莫合金材料；所述工艺腔的腔体接地。
7.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述薄膜沉积设备还包括顶针机构；所述顶针机构设置于所述工艺腔上，并在所述磁流体加热器停止运动时通过磁力控制所述磁流体加热器中的传动组件顶起所述晶圆。
8.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述薄膜沉积设备还包括晶圆夹持装置；所述晶圆夹持装置设置于平台的边缘，其包括固定于平台边缘的晶圆夹持支撑座，以及通过活动轴连接所述晶圆夹持支撑座的晶圆夹持连杆；所述晶圆夹持连杆的靠近所述晶圆的一端为晶圆夹持机构接触块，所述晶圆夹持连杆的远离所述晶圆的另一端为重心摆锤；所述晶圆夹持连杆可绕所述活动轴旋转；在所述磁流体加热器旋转时，所述重心摆锤带动所述晶圆夹持连杆转动，并使所述晶圆夹持机构接触块固定所述晶圆。
9.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述薄膜沉积设备还包括射频发生装置和加热器顶部屏蔽体结构；所述射频发生装置设置于所述工艺腔顶部，并位于平台的上方；所述加热器顶部屏蔽体结构设置于平台上表面；所述加热器顶部屏蔽体结构的上部包括坡莫合金材料，所述加热器顶部屏蔽体结构的下部包括硅钢材料。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02263428A (ja) * 1989-04-04 1990-10-26 Mitsubishi Electric Corp 半導体ウェハ加熱装置
JPH08316157A (ja) * 1995-05-23 1996-11-29 Souei Tsusho Kk 熱処理炉
US5953827A (en) * 1997-11-05 1999-09-21 Applied Materials, Inc. Magnetron with cooling system for process chamber of processing system
US6464825B1 (en) * 1999-06-15 2002-10-15 Ebara Corporation Substrate processing apparatus including a magnetically levitated and rotated substrate holder
JP2003179040A (ja) * 2001-12-10 2003-06-27 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置
CN109923659A (zh) * 2016-11-09 2019-06-21 东京毅力科创Fsi公司 用于在处理室中处理微电子衬底的磁悬浮且旋转的卡盘
CN111349899A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 物理气相沉积材料的方法和设备
CN111455341A (zh) * 2020-06-18 2020-07-28 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 基于磁耦合旋转的物理气相沉积设备
CN111927884A (zh) * 2020-08-11 2020-11-13 燕山大学 具有仿生非光滑表面与通油孔的磁液双悬浮轴承导磁套
CN212834009U (zh) * 2020-07-23 2021-03-30 光驰科技(上海)有限公司 一种基板高速旋转的中心回转驱动系统
CN113541439A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 周凯 一种单相液态磁流体发电系统
CN115679294A (zh) * 2021-07-23 2023-02-03 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺腔室及半导体工艺设备
WO2023082853A1 (zh) * 2021-11-11 2023-05-19 陛通半导体设备(苏州)有限公司 一种往复旋转升降的化学气相沉积设备
WO2023213189A1 (zh) * 2022-05-06 2023-11-09 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备及形成叠层薄膜结构的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10704693B2 (en) * 2018-03-30 2020-07-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cryogenic ferrofluid sealed rotary union
CN113838788A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 拓荆科技股份有限公司 晶圆自动承载系统及采用该系统传送晶圆的方法
JP2023116116A (ja) * 2022-02-09 2023-08-22 東京エレクトロン株式会社 基板を処理する方法および装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02263428A (ja) * 1989-04-04 1990-10-26 Mitsubishi Electric Corp 半導体ウェハ加熱装置
JPH08316157A (ja) * 1995-05-23 1996-11-29 Souei Tsusho Kk 熱処理炉
US5953827A (en) * 1997-11-05 1999-09-21 Applied Materials, Inc. Magnetron with cooling system for process chamber of processing system
US6464825B1 (en) * 1999-06-15 2002-10-15 Ebara Corporation Substrate processing apparatus including a magnetically levitated and rotated substrate holder
JP2003179040A (ja) * 2001-12-10 2003-06-27 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置
CN109923659A (zh) * 2016-11-09 2019-06-21 东京毅力科创Fsi公司 用于在处理室中处理微电子衬底的磁悬浮且旋转的卡盘
CN111349899A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 物理气相沉积材料的方法和设备
CN111455341A (zh) * 2020-06-18 2020-07-28 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 基于磁耦合旋转的物理气相沉积设备
CN212834009U (zh) * 2020-07-23 2021-03-30 光驰科技(上海)有限公司 一种基板高速旋转的中心回转驱动系统
CN111927884A (zh) * 2020-08-11 2020-11-13 燕山大学 具有仿生非光滑表面与通油孔的磁液双悬浮轴承导磁套
CN115679294A (zh) * 2021-07-23 2023-02-03 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺腔室及半导体工艺设备
CN113541439A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 周凯 一种单相液态磁流体发电系统
WO2023082853A1 (zh) * 2021-11-11 2023-05-19 陛通半导体设备(苏州)有限公司 一种往复旋转升降的化学气相沉积设备
WO2023213189A1 (zh) * 2022-05-06 2023-11-09 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备及形成叠层薄膜结构的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
往复式旋转对化学气相沉积薄膜性能的提升与应用;周洁鹏等;《微纳电子与智能制造》;20220331;第110-114页 *

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