CN210765501U - 一种晶圆镀膜工艺装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体公开了一种晶圆镀膜工艺装置，属于真空镀膜领域，包括上腔体、内腔体、下腔体、晶圆上下料机构、晶圆运载装置，其中上腔体位于下腔体上部，下腔体一侧有进料口，内腔体位于上腔体中，上下料机构位于下腔体下部，内腔体与上腔体下部设有开口，使内腔体与下腔体连通，晶圆运载装置能够在下腔体与内腔体间运动。在下腔体中进行多片晶圆的装卸，然后通过晶圆上下料机构将多片晶圆运到内腔体中进行镀膜，在实现使晶圆的镀膜工序与上下料工序从空间上进行分离，各自分配有专署的运行空间，便于控制、防止在内腔体反应后产生的颗粒物污染其它腔室，同时可在保障镀膜的膜面积均匀度下实现批量镀膜。
Description
技术领域
本实用新型涉及真空镀膜领域，尤其涉及一种晶圆镀膜工艺装置。
背景技术
由于高端微纳器件制造的技术要求和生产壁垒高，为保证生产的产品良率，当前的微纳器件制造大多采用单晶片式原子层沉积(ALD)装备，以保障良品率，但这样就无法满足高产能和低成本的需求。由于现有产品并非根据ALD技术的工艺特点进行开发设计，都面临反应腔体容积过大，工艺时间过长等缺点，加之自动化方案复杂，生产成本高，缺乏稳定性，并未真正形成成熟的产业化产品。因此，开发高效可靠的批量型ALD设备以提高产能和降低成本是全球高端微纳器械制造装备急需解决的重大课题。
鉴于以上问题，本实用新型将设计多晶圆装载结构，提高产能。镀膜单腔体结构设计为上下多腔体结构，简化自动化装载。
实用新型内容
本实用新型的目的是，克服现有技术的不足，提供便于控制、防止不同腔体间的交叉污染，同时可在保障镀膜的膜面积均匀度下实现批量镀膜，具体而言，本实用新型采用的技术方案是：
一种晶圆镀膜工艺装置，从上到下依次包括上腔体、下腔体、上下料机构，其中上腔体内部设置有内腔体；下腔体的内部设有晶圆运载装置，晶圆运载装置与上下料机构连接，下腔体一侧设有进料口；所述的内腔体底部具有第一开口，所述的上腔体底部具有第二开口，所述的下腔体上部具有第三开口，所述的第一开口不大于第二开口，所述第三开口不小于第二开口，所述的第一开口、第二开口、第三开口形成通孔，晶圆运载装置通过通孔在下腔体与内腔体之间移动，晶圆运载装置移动到内腔体时，所述的晶圆运载装置将第三开口封闭。
进一步的，所述上腔体与内腔体之间设置有中空支撑结构，所述的第一开口与中空支撑结构的上端开口大小相同，所述的第二开口为中空支撑结构的下端开口。
所述的晶圆运载装置从下往上依次包括上下料机构中轴、腔体封闭门、托盘、晶圆载具，上下料机构中轴的下端连接上下料机构，通过上下料机构的驱动运行，腔体封闭门的大小不小于托盘的大小。
进一步的，所述腔体封闭门与第三开口的大小相同，托盘与第二开口大小相同。
进一步的，晶圆载具设有至少两个晶圆槽，晶圆槽沿同一轴线排列，且与托盘平行。
进一步的，所述的晶圆槽上设置有导向定位结构。
进一步的，所述导向定位结构上设置有定位柱，定位柱在水平方向沿同一直线排列。
所述内腔体内设置有喷淋板。内腔体外周设置有加热器。
所述进料口外侧连接有矩形门阀。
当下腔体通过矩形阀门与外部传递腔(现有成熟技术)连接后，外部传递腔内的真空机械手(现有成熟技术)可与晶圆运载装置配合运行，实现晶圆的传送操作。矩形门阀是工艺腔体与外部晶圆传递腔的连接口，通过矩形门阀的开启与关闭，来实现内外部的气压平衡，或者在工艺需要时将内外部不同的压力环境进行隔离，确保工艺反应正常运行。
进一步的，下腔体的外部还设计有单个或多个观察窗。通过观察窗可以方便的观察腔体内部晶圆上下料的全过程，观察窗可安装在接近矩形门阀处，观察机械手上下料过程；也可以安装在其他位置，观察升降组件运动过程；若生产过程出现意外，则还可通过拆卸观察窗进行腔内调节。
本实用新型的有益效果如下：
1、从原有的单片机变为多片装载机，提高产能。
2、将现有单腔体结构变更为多腔体组合式结构，使晶圆的镀膜工序与上下料工序从空间上进行分离，各自分配有专署的运行空间，便于控制，简化自动化设计。
3、下腔体的外部设计有观察窗，通过观察窗可以很方便的观察腔体内部晶圆上下料的全过程，若生产过程出现意外，则可通过拆卸观察窗进行腔内维修调节。
4、晶圆载具为槽型，相比一般的板型，有利于防止晶圆在运行中掉落或损坏的晶圆脱离晶圆载具进入下腔体，不利于下腔体的清理维护。
5、反应腔与装载腔分离进行批量镀膜，在装载腔完成多晶圆的装载后，一次性进入反应腔，只在反应腔中进行反应过程，相比于现有的多晶圆载具设置在反应腔中，在反应腔中完成多片晶圆的装载，更有利于防止在装载过程中对反应腔的可能破坏及污染。
6、上下水平放置的晶圆载具使晶圆上下放置，相比于现有的在同一个平面放置晶圆的晶圆载具，可有效利用反应器的上下空间的同时，也可避免在进行批量晶圆镀膜时，晶圆因水平排列放置而距离喷淋板的位置远近不同，从而造成镀膜不均匀的问题。
附图说明
图1为晶圆镀膜的工艺装置正面示意图；
图2为晶圆在上腔体镀膜结构的纵剖示意图；
图3为晶圆在下腔体装载结构的纵剖示意图。
1.上盖；2.上腔体；3.矩形门阀；4.观察窗；5.下腔体；6.内腔体；7.加热器；8.晶圆；9.喷淋板；10.上下料机构；11.晶圆载具；12.托盘；13.腔体密封门；14.上下料机构中轴；15.进料口。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1-2所示，本实用新型的晶圆镀膜工艺装置包括上盖1、上腔体2、矩形门阀3、观察窗4、下腔体5、内腔体6、加热器7、喷淋板9、晶圆上下料机构10、晶圆运载装置。
其中，上腔体2与抽真空系统、工艺气氛系统、压力检测系统以及温度控制系统连接。上腔体2上部设置有上盖1，用于连接及维护上腔体2内部结构。内腔体6设置在上腔体2内部，用于晶圆8表面镀膜。内腔体6中一端设置有喷淋板9，工艺气氛可通过喷淋板9进入内腔体6。内腔体6外周分布有加热器7，它可根据镀膜工艺的需要提供均匀的温度场，确保薄膜质量和工艺的正常运行。
如图3所示，晶圆运载装置，从下往上依次包括上下料机构中轴14、托盘12、腔体封闭门13、晶圆载具11，各结构间固定连接。其中，上下料机构中轴14 的与上下料机构10连接，通过上下料机构10的驱动能够上下运行，从而实现晶圆载具11上下运行。晶圆运载装置上升过程中，当晶圆载具11完全进入内腔体 6中时停止。晶圆载具11的高度小于内腔体6的高度。
晶圆载具11有若干个放置晶圆8的晶圆槽，晶圆槽沿同一轴线上下排列，且与托盘12平行，晶圆槽之间相互平行且有一定距离，以方便晶圆8的装卸。晶圆载具11上的每个晶圆槽上设置有导向定位结构，导向定位结构上设置有定位柱，定位柱在水平方向沿同一直线排列。在晶圆载具11上下移动过程中，能够控制每层的晶圆槽与进料门位置相对，方便晶圆8的装卸。
晶圆载具11在下腔体5进行晶圆8装载后，上下料机构中轴14向上运行，带动晶圆载具11向上移动，进入内腔体6。
上腔体2与内腔体6之间设置有中空支撑结构，中空支撑结构使内腔体6 的底部与上腔体2的底部具有一定距离，有利于内腔体6与外部系统连接，控制内腔体6内的环境，内腔体6底部具有第一开口，上腔体2底部具有第二开口，下腔体5上部具有第三开口，第一开口与第二开口大小相同，第三开口大于第二开口，所述的第一开口与中空支撑结构的上端开口大小相同，所述的第二开口为中空支撑结构的下端开口。所述的中空支撑结构与第三开口形成通道，晶圆运载装置通过通道在下腔体5与内腔体6之间移动，晶圆运载装置移动到内腔体6 时，所述的晶圆运载装置将第三开口封闭，形成双层封闭结构，使内腔体6完全封闭，可防污染，同时，也防止内腔体6内的颗粒物排出污染上下腔体。待镀膜反应完成后，晶圆载具11随着上下料机构中轴14向下移动，进入下腔体5。
下腔体5一侧设置有进料口15，进料口15为矩形，进料口15外侧设置有矩形门阀3，通过矩形门阀3，进料口15通过矩形阀门3与外部传递腔连接，完成晶圆8的装卸。
所述的外部传递腔为现有技术，若外部传递腔内的真空机械手为单一机械手，则晶圆运载装置上升过程中，机械手逐一将晶圆8放入晶圆槽位置，实现多晶圆装载；下料过程中晶圆运载装置逐步下降，当载有晶圆8的晶圆槽与外部传递腔对应时，机械手取出晶圆8。
若外部传递腔内的真空机械手为两个机械手，则当下料过程中，晶圆运载装置逐步下降，当晶圆槽与外部传递腔对应时，一只机械手完成下料取片过程，另一只机械手紧接着完成上料过程。
当上料完成后，多晶圆载具整体运行至上腔体2内，通过底部密封将上下腔体之间的气氛隔离，防止工艺中产生的颗粒物污染下腔体5。
进一步的，进料口15上设置有定位感应结构，当晶圆载具11移动一定位置时，晶圆载具11上的定位层和进料口15的感应结构相互配合，使承载晶圆的晶圆槽与进料口15的位置对应，方便晶圆8的装卸。在上料过程中，当晶圆载具 11顶部的晶圆槽移动到进料口15位置时，停止等待装载晶圆8，每放置一片晶圆8后，上下料机构中轴14便自动上升，上升距离为两个晶圆槽间的距离，然后等待下一层的晶圆8装载，直到晶圆载具11上的晶圆槽都装载晶圆8。待晶圆载具11所有晶圆槽装载好晶圆8后，关闭矩形门阀13，上下料机构中轴14 继续向上运动，待晶圆载具11完全进入内腔体6后，托盘12与腔体密封门13 将内腔体6与下腔体5封闭。
晶圆运载装置在下腔体5中的整个运行状况，可通过下腔体5上设置的观察窗4监控，当晶圆8在装卸过程或上下料机10上下运行中出现异常，可通过打开观察窗4，及时进行维修或更换下损坏的晶圆8。观察窗4可设置不同大小的多个。通过观察窗4可以很方便的观察腔体内部晶圆8上下料的全过程，观察窗 4可安装在接近矩形门阀3处，观察机械手上下料过程；也可以安装在其他位置，观察升降组件运动过程，若生产过程出现意外，则可通过拆卸观察窗4进行腔内调节。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，从上到下依次包括上腔体(2)、下腔体(5)、上下料机构(10)，其中上腔体(2)内部设置有内腔体(6)；下腔体(5)的内部设有晶圆运载装置，晶圆运载装置与上下料机构(10)连接，下腔体(5)一侧设有进料口(15)；所述的内腔体(6)底部具有第一开口，所述的上腔体(2)底部具有第二开口，所述的下腔体(5)上部具有第三开口，所述的第一开口不大于第二开口，所述第三开口不小于第二开口，所述的第一开口、第二开口、第三开口形成通道，晶圆运载装置通过通道在下腔体(5)与内腔体(6)之间移动，晶圆运载装置移动到内腔体(6)时，所述的晶圆运载装置将第三开口封闭。
2.根据权利要求1所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述上腔体(2)与内腔体(6)之间设置有中空支撑结构，所述的第一开口与中空支撑结构的上端开口大小相同，所述的第二开口为中空支撑结构的下端开口。
3.根据权利要求1所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述的晶圆运载装置从下往上依次包括上下料机构中轴(14)、腔体封闭门(13)、托盘(12)、晶圆载具(11)，上下料机构中轴(14)的下端连接上下料机构(10)，通过上下料机构(10)的驱动运行，腔体封闭门(13)的大小不小于托盘(12)的大小。
4.根据权利要求3所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述腔体封闭门(13)与第三开口的大小相同，托盘(12)与第二开口大小相同。
5.根据权利要求3所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，晶圆载具(11)设有至少两个晶圆槽，晶圆槽沿同一轴线排列，且与托盘(12)平行。
6.根据权利要求5所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述的晶圆槽上设置有导向定位结构。
7.根据权利要求6所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述导向定位结构上设置有定位柱，定位柱在水平方向沿同一直线排列。
8.根据权利要求1-7任一所述晶圆镀膜工艺装置，其特征在于，所述进料口(15)外侧连接有矩形门阀(3)。
9.根据权利要求8所述的镀膜工艺装置，其特征在于，所述内腔体(6)内设置有喷淋板(9)。
10.根据权利要求9所述的镀膜工艺装置，其特征在于，所述的内腔体(6)外周设置有加热器(7)。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111850516A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 光驰科技(上海)有限公司 | 一种原子层沉积镀膜设备的上下片系统 |
| CN114941124A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-26 | 江苏邑文微电子科技有限公司 | 一种真空晶圆镀膜装置 |
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