CN219457566U - 一种旋转平稳的晶圆旋转装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转平稳的晶圆旋转装置，其属于集成电路设备技术领域，集成电路设备中包括有操作台和晶圆旋转装置，操作台不可旋转，操作台上设置有用于支撑晶圆并进行升降的晶圆升降装置；晶圆旋转装置包括在操作台外侧同轴地套设的支撑筒，支撑筒上端同轴地设置有晶圆支撑环，支撑筒连接有用于控制其旋转的旋转机构。本实用新型的方案将晶圆升降装置与晶圆旋转装置分离，由顶针外的独立设置的晶圆旋转装置控制晶圆旋转，通过晶圆支撑环支撑晶圆，支撑及旋转更为平稳可靠，保证旋转时晶圆不会发生抖动或掉落，提高工艺稳定性及所加工的半导体器件的质量。

Description

一种旋转平稳的晶圆旋转装置

技术领域

本实用新型属于集成电路设备技术领域，具体地涉及一种旋转平稳的晶圆旋转装置。

背景技术

在集成电路设备中，有很多设备工艺过程中要求晶圆能够平稳地匀速旋转，从而获得整片晶圆各个位置温度或工艺的均匀性。现有的晶圆旋转装置大体结构类似于申请公开号为CN113437012A的中国发明专利所述，在腔室下侧的板开设有通孔，内侧密封地转动连接一转轴，转轴上为支撑晶圆的操作台及顶针结构。此类结构由于仅在轴的一处设置转动连接，带动上方较大的操作台一起转动，因而在旋转时可能出现倾斜、抖动的情况，甚至导致晶圆移位、掉落，影响工艺的稳定性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种旋转平稳的晶圆旋转装置，实现将晶圆升降装置与晶圆旋转装置分离，由顶针外的独立部件控制晶圆更为精确且平稳地旋转，避免旋转时发生抖动影响工艺效果。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种旋转平稳的晶圆旋转装置，集成电路设备中包括有操作台和晶圆旋转装置，操作台不可旋转，操作台上设置有用于支撑晶圆并进行升降的晶圆升降装置；晶圆旋转装置包括在操作台外侧同轴地套设的支撑筒，支撑筒上端同轴地设置有晶圆支撑环，支撑筒连接有用于控制其旋转的旋转机构。

进一步地，旋转机构包括有在支撑筒外侧由内而外依次同轴地套设的内套筒及旋转筒；集成电路设备包括有腔室，操作台位于腔室内；内套筒的上端与腔室的底部相连接；旋转筒内侧面中部向内延伸有环形板，环形板位于内套筒下方；环形板与支撑筒的下端相连接；旋转筒的上端与内套筒之间通过上轴承转动连接，旋转筒的下端与操作台下段之间通过下轴承转动连接，上轴承与环形板之间，以及下轴承与环形板之间，均设置有密封组件；旋转筒连接有用于控制其旋转的驱动组件。

进一步地，驱动组件包括有电机，电机的输出轴连接有驱动齿轮；旋转筒外侧面加工有从动齿轮；驱动齿轮与从动齿轮相啮合。

进一步地，支撑筒的下端设置有定位凸起，环形板的上表面设置有定位凹槽，定位凸起与定位凹槽相配合地插接。

进一步地，每一个密封组件均包括有自上而下依次相连的上磁极环、磁环和下磁极环；上磁极环和下磁极环在朝外的侧面均设置有密封圈，密封圈与旋转筒相抵触；上磁极环和下磁极环在朝内的侧面均设置有磁流体。

进一步地，操作台为上小下大的阶梯分段圆筒状，包括有自上而下依次相连的操作台板、第一圆筒段、环形台阶和第二圆筒段；内套筒及支撑筒位于第一圆筒段外；旋转筒位于内套筒及第二圆筒段外，环形板位于内套筒和环形台阶之间；下轴承位于旋转筒和第二圆筒段之间。

进一步地，内套筒为法兰筒，其上方为上法兰部；操作台下端向外延伸设置有下法兰部；上法兰部和下法兰部之间设置有若干连接支柱。

进一步地，操作台上开设有若干允许顶针通过的通孔，操作台的下表面在与通孔对应位置处连接有晶圆升降装置，晶圆升降装置包括有顶针及控制顶针升降的机构，多个顶针的上端共同在操作台的上方支撑晶圆。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

1、本实用新型的方案将晶圆升降装置与晶圆旋转装置分离，由顶针外的独立设置的晶圆旋转装置控制晶圆旋转，通过晶圆支撑环支撑晶圆，支撑及旋转更为平稳可靠，保证旋转时晶圆不会发生抖动或掉落，提高工艺稳定性及所加工的半导体器件的质量。

2、本实用新型的方案结构简单，成本低廉，控制方便，通过由伺服电机加齿轮的方式直接驱动位于大气环境中的旋转筒来控制旋转，相关技术成熟可靠，无需进行额外的软件硬件开发。

附图说明

图1是采用本实用新型的晶圆旋转装置的集成电路设备的立体剖视结构示意图。

图2是图1所示结构的局部平面剖视示意图。

图3是图2所示结构中密封组件及相关部分的局部放大图。

图4是图2所示结构中晶圆支撑环、支撑筒及旋转筒部分的立体装配示意图。

附图中的附图标记说明：

1、腔室；

2、操作台；

3、晶圆旋转装置；

4、支撑筒；

5、内套筒；

6、旋转筒；

7、环形板；

8、上轴承；

9、下轴承；

10、密封组件；

11、操作台板；

12、第一圆筒段；

13、环形台阶；

14、第二圆筒段；

15、上磁极环；

16、磁环；

17、下磁极环；

18、磁流体；

19、密封圈；

20、隔环；

21、环形凹槽；

22、环形突起；

23、上法兰部；

24、下法兰部；

25、连接支柱；

26、定位凸起；

27、定位凹槽；

28、电机；

29、驱动齿轮；

30、从动齿轮；

31、晶圆支撑环。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本实用新型涉及一种旋转平稳的晶圆旋转装置，属于集成电路设备技术领域，集成电路设备中包括有操作台和晶圆旋转装置，操作台不可旋转，操作台上设置有用于支撑晶圆并进行升降的晶圆升降装置；晶圆旋转装置包括在操作台外侧同轴地套设的支撑筒，支撑筒上端同轴地设置有晶圆支撑环，支撑筒连接有用于控制其旋转的旋转机构。本实用新型的方案将晶圆升降装置与晶圆旋转装置分离，由顶针外的独立设置的晶圆旋转装置控制晶圆旋转，通过晶圆支撑环支撑晶圆，支撑及旋转更为平稳可靠，保证旋转时晶圆不会发生抖动或掉落，提高工艺稳定性及所加工的半导体器件的质量。

请参阅图1、图2，本实用新型所涉及的集成电路设备中包括有腔室1(真空腔室)、操作台(Stage)2以及晶圆旋转装置3。腔室1为晶圆提供进行工艺所需的真空环境，其上会根据不同功能配置晶圆传输口、工艺气路、抽真空管道等；腔室1以图1所示方形为例，也可为圆形等其它形状的结构。操作台2呈有顶圆筒状，密封地设置于腔室1内(形成腔室1底部的一部分)，操作台2顶面(操作台板11)位于腔室1内，其上开设有若干允许顶针通过的通孔，操作台板11的下表面在与所述通孔对应位置处连接有晶圆升降装置，晶圆升降装置包括有顶针及控制顶针升降的机构，多个(例如三个)顶针的上端共同在操作台板11的上方支撑晶圆。以及根据不同设备和不同工艺还可在上面安装传感器、气体管道、冷却或保温水道等。在本实用新型的方案中，操作台2还作为本实用新型的晶圆旋转装置3的转轴，晶圆旋转装置3独立于操作台2，其包括在操作台2外侧同轴地套设的支撑筒4，支撑筒4上端同轴地设置有晶圆支撑环31，支撑筒4连接有用于控制其旋转的旋转机构。腔室1和操作台2与集成电路设备直接或间接固定，不可旋转；晶圆升降装置下降至晶圆支撑环31以下后，由晶圆支撑环31承托晶圆并进行旋转。

具体地，晶圆旋转装置3设置于操作台2之外、集成电路设备的腔室1之下。晶圆旋转装置3包括在操作台2上段外侧由内而外依次同轴地套设的支撑筒4、内套筒5及旋转筒6；内套筒5的上端与腔室1的底部相连接；旋转筒6内侧面中部向内延伸有环形板7，环形板7位于内套筒5下方；环形板7与支撑筒4的下端相连接。旋转筒6的上端与内套筒5之间通过上轴承8转动连接，旋转筒6的下端与操作台2下段之间通过下轴承9转动连接，该两轴承例如采用环形滚针轴承，用于支撑旋转；上轴承8与环形板7之间，以及下轴承9与环形板7之间，均设置有密封组件10。旋转筒6连接有用于控制其旋转的驱动组件。

具体优选实施方式中，如图2所示，操作台2为上小下大的阶梯分段圆筒状(即具有多个外径尺寸的圆筒形结构，不同尺寸的圆筒之间通过环形平板连接)，包括有自上而下依次相连的操作台板11、第一圆筒段12、环形台阶13和第二圆筒段14。进而，与其相关的部件的位置具体为，内套筒5及支撑筒4位于第一圆筒段12外；旋转筒6位于内套筒5及第二圆筒段14外，环形板7位于内套筒5和环形台阶13之间；下轴承9位于旋转筒6和第二圆筒段14之间。更优选地，内套筒5下段的外侧面与第二圆筒段14的外侧面直径相同且该两个外侧面的位置相对齐，从而环形板7靠外侧的部分上下两侧结构基本对称，上轴承8、下轴承9可选择相同的标准件，以及上、下两组密封组件10结构相同，更便于这些部件的生产和装配。

进一步地，请参阅图3，密封组件10为磁流体密封组件，每一个密封组件10均包括有自上而下依次相连的上磁极环15、磁环16(轴向充磁的环形永磁体)和下磁极环17。上磁极环15和下磁极环17在朝外的侧面均设置有密封圈槽并嵌入设置有密封圈19，密封圈19与旋转筒6相抵触，从而使上磁极环15、下磁极环17与旋转筒6之间密封。磁环16内侧面与内套筒5及第二圆筒段14之间均具有间隙。上轴承8的轴承外圈与其下方相邻的上磁极环15之间，以及下轴承9的轴承外圈与其上方相邻的下磁极环17之间，均设置有隔环20，隔环20与其上下两侧的部件相抵触，从而整体能够压紧固定，使两轴承的内圈与相邻的上磁极环15或下磁极环17之间具有间隙、不影响轴承内外圈的相对转动。

上磁极环15和下磁极环17在朝内的侧面均设置有磁流体18。例如磁环16上方为N极，在其磁性作用下将形成如图3所示的磁路，从而产生磁流体密封效果，并且磁流体密封的两侧结构可相对转动，不影响密封效果，不会产出颗粒污染。这样，在上方的密封组件的上方，以及下方的密封组件的下方，颗粒与空气都会被磁流体18所阻隔。

再优选地，内套筒5及第二圆筒段14在与上磁极环15和下磁极环17相对的位置均设有若干层环形凹槽21，相邻环形凹槽21之间形成环形突起22(截面例如为矩形)，或可称为环形齿面结构。磁流体18位于环形突起22外侧面(环形齿面结构)与上磁极环15、下磁极环17的内侧面之间。从而产生数道(数层环形的)磁流体18，例如本实施例中在每个密封组件10处均具有8道磁流体。

进一步地，如图3所示，上磁极环15在下表面内侧向下突出延伸有上环形突缘，下磁极环17在上表面内侧向上突出延伸有下环形突缘，从而进一步对中间的磁环16形成部分包围结构，增大磁流体18可覆盖的面积，并且避免磁流体过于靠近边缘而进入缝隙中。同理，优选在环形板7靠外侧的部分上下两侧设置有环形突起或垫片，使密封组件10内侧的磁流体18与环形板7之间具有间隙。

再一具体实施方式中，如图2所示，内套筒5为法兰筒，其上方为上法兰部23(例如上端向外延伸的环形板，其上可设置通孔)；操作台2的第二圆筒段14下端向外延伸设置有下法兰部24(例如下端向外延伸的环形板，其上可设置通孔)。上法兰部23上表面开设有密封环槽并嵌入设置有密封环，上法兰部23与腔室1的底部通过螺丝连接，该密封环与其上下两侧的部件相抵触形成密封。上法兰部23和下法兰部24之间设置有若干连接支柱25，例如为周向均匀分布的三根连接支柱25，连接支柱25的上、下两端分别与上法兰部23和下法兰部24通过螺丝连接，从而将操作台2与腔室1固定。需要说明的是，本实用新型并不以此为限，例如内套筒5直接与腔室1底面粘接或焊接、操作台2与集成电路设备的其他部分相连接从而实现同样的固定位置效果，等，其他能够实现的实施方式均可。

进一步地，如图1所示，驱动组件包括有固定设置的电机28(伺服电机)，例如通过发动机支架安装于下法兰部24底面，电机28的输出轴向上从下法兰部24上的通孔穿出。电机28的输出轴连接有驱动齿轮29，例如为渐开线齿轮；旋转筒6外侧面加工有从动齿轮30，驱动齿轮29与从动齿轮30相啮合。需要说明的是，通过直接接触来驱动一筒状结构绕其轴心转动的方式有很多，均可实现本实用新型驱动组件的效果，优选采用伺服电机加齿轮传动方式，因为此方式具有技术成熟，控制精确、稳定、便捷，并且价格较低等优势。

更具体地，支撑筒4上端同轴地、一体或分体地设置有晶圆支撑环31。支撑筒4为环形圆柱体结构，为石英、碳化硅、蓝宝石加硅涂层或其他对工艺无影响的材质，用于支撑晶圆支撑环31，将旋转运动传递到晶圆支撑环31。晶圆支撑环31为圆环形薄板结构，用于直接接触、放置晶圆，带动晶圆一起旋转，其位于支撑筒4之上、腔室1内中心位置，可以采用碳化硅材质或其他对工艺无影响的材质。

优选地，如图4所示，支撑筒4的下端设置有定位凸起26(例如一段或多段向下延伸的弧形板，或其它形状)，环形板7的上表面设置有定位凹槽27(例如一段或多段上下贯通或不贯通的弧形槽，或其它形状)，定位凸起26与定位凹槽27一一对应、相配合地插接。需要说明的是，支撑筒4与环形板7采用如粘接、焊接等其他连接方式也可，优选采用此种凹凸结构配合方式，既实现旋转的传递、避免旋转过程产生错位滑动等问题，又便于安装及拆卸维护方便。

本实用新型的晶圆旋转装置的工作原理为：电机28带动驱动齿轮29旋转，驱动齿轮29带动旋转筒6旋转；旋转筒6、上下两轴承的外圈、隔环20、两组上下磁极环及磁环，通过操作台2和连接支柱25有一定的力压紧，同时通过密封圈19密封，这些部件之间位置固定，形成的整体结构围绕内套筒5及操作台2旋转，并通过上下磁极环与内套筒5及操作台2之间的磁流体18实现真空且防尘的密封。

综上所述，本实用新型的一种旋转平稳的晶圆旋转装置，能够形成真空与大气间的旋转传递和转动密封，形成的磁流体密封结构能够隔绝由于轴承旋转而产生的颗粒物进入腔室内，并且此结构成本低，控制简单。将晶圆升降装置与晶圆旋转装置分离，由顶针外的独立设置的晶圆旋转装置控制晶圆旋转，通过晶圆支撑环支撑晶圆，支撑及旋转更为平稳可靠，保证旋转时晶圆不会发生抖动或掉落，提高工艺稳定性及所加工的半导体器件的质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，集成电路设备中包括有操作台和晶圆旋转装置，所述操作台不可旋转，所述操作台上设置有用于支撑晶圆并进行升降的晶圆升降装置；所述晶圆旋转装置包括在所述操作台外侧同轴地套设的支撑筒，所述支撑筒上端同轴地设置有晶圆支撑环，所述支撑筒连接有用于控制其旋转的旋转机构。

2.如权利要求1所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述旋转机构包括有在所述支撑筒外侧由内而外依次同轴地套设的内套筒及旋转筒；所述集成电路设备包括有腔室，所述操作台位于所述腔室内；所述内套筒的上端与所述腔室的底部相连接；所述旋转筒内侧面中部向内延伸有环形板，所述环形板位于所述内套筒下方；所述环形板与所述支撑筒的下端相连接；所述旋转筒的上端与所述内套筒之间通过上轴承转动连接，所述旋转筒的下端与所述操作台下段之间通过下轴承转动连接，所述上轴承与所述环形板之间，以及所述下轴承与所述环形板之间，均设置有密封组件；所述旋转筒连接有用于控制其旋转的驱动组件。

3.如权利要求2所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述驱动组件包括有电机，所述电机的输出轴连接有驱动齿轮；所述旋转筒外侧面加工有从动齿轮；所述驱动齿轮与所述从动齿轮相啮合。

4.如权利要求2所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述支撑筒的下端设置有定位凸起，所述环形板的上表面设置有定位凹槽，所述定位凸起与所述定位凹槽相配合地插接。

5.如权利要求2所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，每一个所述密封组件均包括有自上而下依次相连的上磁极环、磁环和下磁极环；所述上磁极环和所述下磁极环在朝外的侧面均设置有密封圈，所述密封圈与所述旋转筒相抵触；所述上磁极环和所述下磁极环在朝内的侧面均设置有磁流体。

6.如权利要求2所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述操作台为上小下大的阶梯分段圆筒状，包括有自上而下依次相连的操作台板、第一圆筒段、环形台阶和第二圆筒段；

所述内套筒及所述支撑筒位于所述第一圆筒段外；所述旋转筒位于所述内套筒及所述第二圆筒段外，所述环形板位于所述内套筒和所述环形台阶之间；所述下轴承位于所述旋转筒和所述第二圆筒段之间。

7.如权利要求2所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述内套筒为法兰筒，其上方为上法兰部；所述操作台下端向外延伸设置有下法兰部；所述上法兰部和所述下法兰部之间设置有若干连接支柱。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的旋转平稳的晶圆旋转装置，其特征在于，所述操作台上开设有若干允许顶针通过的通孔，所述操作台的下表面在与所述通孔对应位置处连接有晶圆升降装置，所述晶圆升降装置包括有所述顶针及控制所述顶针升降的机构，多个所述顶针的上端共同在所述操作台的上方支撑晶圆。