TWI811155B - 往復旋轉升降的化學氣相沉積設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，包括腔體、基座、固定支架、升降機構及旋轉機構。本發明利用磁流體密封原理實現設備密封，並實現旋轉升降功能為一體，可同時滿足往復旋轉、升降移動、晶圓加熱等的協同工作的同時互不影響，且往復式旋轉可避免電氣線在旋轉過程中發生物理纏繞損毀的問題。另外，旋轉機構內可設置吹氣裝置，避免腔體內形成的微顆粒對旋轉機構（磁液）的影響，可保證旋轉機構高效穩定的運行。相對於現有設備，本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備的整體結構精簡了較多傳動組件，由此減少了由於較多冗餘組件造成的不穩定性以及產生的機械磨損，使升降和旋轉控制的準確度更高，穩定性更強，製造成本和功耗更低。
Description
本發明屬於半導體高端製造設備領域，涉及一種優化的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備。
化學氣相沉積（CVD）設備對反應腔體內真空度、薄膜沉積的均勻性具有較高的要求，現有公開技術中，有獨立利用旋轉裝置和獨立運用升降裝置來提高薄膜均勻性的設計方案，考慮到製造成本、設備功耗和運行的穩定性，均不是適用於CVD設備的最佳選擇，主要原因如下：（1）需要一定的真空密閉性，但沒有物理氣相沉積（PVD）要求那麼高（腔體內壓強決定），因此適用於PVD的設計方案的製造成本和功耗都較高，也比較複雜；（2）需要同時解決旋轉、升降、電氣線路纏繞、電磁波幹擾等問題；（3）現有設備設計方案的傳動組件太多，穩定性還有待進一步提升。
鑒於以上該現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種優化的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，用於解決現有技術中化學氣相沉積設備結構複雜、穩定性差等問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，包括：
腔體，底部設有通孔；
基座，包括基座台及基座軸，該基座台位於該腔體內，該基座軸位於該基座台下方並與該基座台固定連接，該基座軸的底端穿過該通孔以延伸至該腔體外；
固定支架，位於該腔體下方並與該腔體底部固定連接；
升降機構，位於該腔體下方並與該固定支架連接，該升降機構包括升降支架；
旋轉機構，位於該腔體下方並包括定子、轉子、帶動件、連接件、磁液密封件、磁液及可伸縮管型組件，該定子與該升降支架固定連接並套設於該轉子外圍以驅動該轉子以該基座軸為中心旋轉，該帶動件位於該轉子上方並與該轉子固定連接，該帶動件還套設於該基座軸外圍並與該基座軸固定連接，該可伸縮管型組件位於該帶動件上方並套設於該基座軸外圍，該可伸縮管型組件的頂部與該腔體底部密封連接，該可伸縮管型組件的底部與該連接件的頂部密封連接，該磁液密封件套設於該帶動件外圍並與該帶動件的外側壁之間形成一磁液收容空間，該磁液位於該磁液收容空間內，該磁液密封件的頂部與該連接件的底部密封連接，該磁液密封件的底部與該升降支架的頂部密封連接。
可選地，該升降機構還包括驅動電機、減速器、螺紋杆及螺紋塊，該驅動電機、該減速器及該螺紋杆自下而上依次連接，該減速器還與該固定支架固定連接，該螺紋杆在該減速器的帶動下作旋轉運動，該螺紋塊套設於該螺紋杆外圍以隨該螺紋杆的旋轉而作升降運動，該固定支架的一側面設有導軌槽，該螺紋塊的一側嵌入該導軌槽內，該螺紋塊的另一側與該升降支架固定連接以帶動該升降支架作升降運動。
可選地，該固定支架包括支撐部及導軌塊，該支撐部的頂端與該腔體底部固定連接，該導軌塊位於該支撐部的側面並與該支撐部固定連接，該減速器的頂端與該導軌塊的底端固定連接，該導軌槽自該導軌塊背離該支撐部的一面開口。
可選地，該可伸縮管型組件包括第一固定件、波紋管及第二固定件，該波紋管的頂端與底端分別與該第一固定件及該第二固定件固定連接，該第一固定件與該腔體底部密封連接。
可選地，該旋轉機構還包括吹氣裝置，該連接件的外側面設有與該吹氣裝置連接的進氣口，該連接件內埋設有與該進氣口連通的環形氣道，該環形氣道的底部設有多個出氣口，該出氣口與該基座軸之間的垂直距離小於該帶動件的外側壁與該基座軸之間的垂直距離。
可選地，該連接件的底部設有滑動槽，該帶動件的頂端伸入滑動槽內並與該連接件滑動連接。
可選地，該旋轉機構還包括濾波器及開口密封件，該濾波器的頂端伸入該轉子內，該開口密封件的頂部與該轉子的頂部連接並遮蓋該轉子的頂部開口，該開口密封件的底部與該濾波器的頂部連接並遮蓋該濾波器的頂部開口，該開口密封件中設有容許電氣線穿過的電氣線孔，該電氣線一端連接該基座台，另一端穿過該電氣線孔並通過該濾波器延伸到外界。
可選地，該定子包括鐵芯和線圈，該線圈位於該鐵芯與該轉子之間。
可選地，該化學氣相沉積設備還包括至少一輔助支架，該輔助支架包括支撐杆、滑動軸及滑動件，該支撐杆的頂端與該腔體底部固定連接，該支撐杆包括自下而上間隔設置的第一延伸側翼與第二延伸側翼，該滑動軸的底端與頂端分別與該第一延伸側翼及該第二延伸側翼固定連接，該滑動件與該升降支架連接並套設於該滑動軸外圍以沿該滑動軸作升降運動。
可選地，該升降支架中設有容許該滑動軸穿過的穿孔。
如上所述，本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備利用磁流體密封原理實現設備密封，並實現旋轉升降功能為一體，可同時滿足往復旋轉、升降移動、晶圓加熱等的協同工作的同時互不影響，且往復式旋轉可避免電氣線在旋轉過程中發生物理纏繞損毀的問題。另外，旋轉機構內可設置吹氣裝置，避免腔體內形成的微顆粒對旋轉機構（磁液）的影響，可保證旋轉機構高效穩定的運行。相對於現有設備，本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備的整體結構精簡了較多傳動組件，由此減少了由於較多冗餘組件造成的不穩定性以及產生的機械磨損，使升降和旋轉控制的準確度更高，穩定性更強，製造成本和功耗更低。
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱圖1至圖9。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件佈局型態也可能更為複雜。
本發明提供一種往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，請參閱圖1及圖2，分別顯示為該設備的立體結構示意圖及剖面結構示意圖，包括腔體100、基座200、固定支架300、升降機構400及旋轉機構500。
具體的，請參閱圖3，顯示為該腔體100的立體結構示意圖，該腔體100底部設有通孔101。
具體的，請參閱圖4，顯示為該基座200的立體結構示意圖，該基座200包括基座台201及基座軸202，該基座台201位於該腔體100內，該基座軸202位於該基座台201下方並與該基座台201固定連接，該基座軸202的底端穿過該通孔101以延伸至該腔體100外。
作為示例，該基座軸202與該基座台201的下表面中心位置固定連接。該基座台201包括加熱部件（未圖示），該基座軸202內部中空以容許與該加熱部件連接的電氣線穿過，該電氣線用於為該基座台201的加熱供電和其它相關器件的供電。
具體的，如圖1及圖2所示，該固定支架300位於該腔體100下方並與該腔體100底部固定連接。
作為示例，請參閱圖5，顯示為該固定支架300的立體結構示意圖，該固定支架300包括支撐部302及導軌塊303，該支撐部302的頂端與該腔體100底部固定連接，該導軌塊303位於該支撐部302的側面並與該支撐部302固定連接。本實施例中，該固定支架300的一側面設有導軌槽301，該導軌槽301自該導軌塊303背離該支撐部302的一面開口。
具體的，如圖1及圖2所示，該升降機構400位於該腔體100下方並與該固定支架300連接，該升降機構400包括升降支架401，該升降支架401與該旋轉機構500固定連接，用於帶動該旋轉機構500作升降運動。
作為示例，如圖1及圖2所示，該化學氣相沉積設備還包括至少一輔助支架600。請參閱圖6，顯示為該輔助支架600的立體結構示意圖，該輔助支架600包括支撐杆601、滑動軸602及滑動件603，該支撐杆601的頂端與該腔體100底部固定連接，該支撐杆601包括自下而上間隔設置的第一延伸側翼601a與第二延伸側翼601b，該滑動軸602的底端與頂端分別與該第一延伸側翼601a及該第二延伸側翼601b固定連接，該滑動件603與該升降支架401連接並套設於該滑動軸602外圍以沿該滑動軸602作升降運動。本實施例中，該升降支架401中設有容許該滑動軸602穿過的穿孔401a（參見後續圖7）。
作為示例，該輔助支架600的數量為兩個，一個該固定支架300與兩個該輔助支架600圍繞該基座軸202均勻分佈，以形成穩定的三角結構，提高該升降支架401對該旋轉機構500的支撐穩定性。
作為示例，請參閱圖7，顯示為該升降機構400的立體結構示意圖，本實施例中，該升降機構400還包括驅動電機402、減速器403、螺紋杆404及螺紋塊405，該驅動電機402、該減速器403及該螺紋杆404自下而上依次連接。
具體的，如圖1、圖2及圖7所示，該減速器403還與該固定支架300固定連接，該螺紋杆404在該減速器403的帶動下作旋轉運動，該螺紋塊405套設於該螺紋杆404外圍以隨該螺紋杆404的旋轉而作升降運動，該螺紋塊405的一側嵌入該固定支架300的導軌槽301內以保證該螺紋塊405進行穩定的升降運動，該螺紋塊405的另一側與該升降支架401固定連接以帶動該升降支架401作升降運動，進而帶動該旋轉機構500作升降運動。
作為示例，該減速器403的頂端與該固定支架300的該導軌塊303的底端固定連接，可穩定降低該驅動電機402的速度。該驅動電機402可採用伺服電機。
具體的，如圖1及圖2所示，該旋轉機構500位於該腔體100下方。請參閱圖8，顯示為該旋轉機構500的剖面結構示意圖，本實施例中，該旋轉機構500包括定子501、轉子502、帶動件503、連接件504、磁液密封件505、磁液506及可伸縮管型組件507。
具體的，如圖1、圖2及圖8所示，該定子501與該升降支架401固定連接並套設於該轉子502外圍以驅動該轉子502以該基座軸202為中心旋轉，該帶動件503位於該轉子502上方並與該轉子502固定連接，該帶動件503還套設於該基座軸202外圍並與該基座軸202固定連接，該可伸縮管型組件507位於該帶動件503上方並套設於該基座軸202外圍，該可伸縮管型組件507的頂部與該腔體100底部密封連接，該可伸縮管型組件507的底部與該連接件504的頂部密封連接，該磁液密封件505套設於該帶動件503外圍並與該帶動件503的外側壁之間形成一磁液收容空間，該磁液506位於該磁液收容空間內，該磁液密封件505的頂部與該連接件504的底部密封連接，該磁液密封件505的底部與該升降支架401的頂部密封連接。
作為示例，該定子501的頂部與該升降支架401固定連接。
作為示例，該定子501包括鐵芯501a和線圈501b，該線圈501b位於該鐵芯501a與該轉子502之間，該轉子502在該鐵芯501a和該線圈501b產生的磁場作用下以該基座軸202為中心旋轉，並帶動該帶動件503旋轉，進而帶動該基座軸202旋轉。
作為示例，該轉子502的旋轉方式為往復式旋轉，可以避免電氣線在旋轉過程中發生物理纏繞損毀的問題。
作為示例，該連接件504的底部可設有滑動槽（未圖示），該帶動件503的頂端可伸入滑動槽內並與該連接件504滑動連接，以增強該帶動件503的旋轉穩定性。
具體的，由於該帶動件503需要作旋轉運動，其頂端需要與該連接件504之間留有一定活動間隙，為了實現該帶動件503頂部區域的密封，本發明利用了磁流體密封原理，即利用該磁液密封件505及磁液506來實現該帶動件503頂部區域的密封。
需要指出的是，物理氣相沉積（PVD）要求腔體內壓強非常高，對密封性要求也非常高，因此需要使用物理隔絕密封才能滿足條件，例如使用磁耦合產生的密封。而有別於磁耦合帶動所形成的密封原理，本發明採用的磁液密封不僅可以達到對化學氣相沉積（CVD）設備這種對高真空密封性要求不是太高的設備的密封要求，還可以精簡較多的傳動組件，由此減少了由於較多冗餘組件造成的不穩定性以及產生的機械磨損，使得升降和旋轉控制的準確度更高，穩定性更強，製造成本和功耗更低。
具體的，該磁液506吸附在該磁液密封件505內表面和該帶動件503的外表面上，該帶動件503作旋轉運動時，該磁液仍保持吸附狀態並將該帶動件503內部空間與外界相隔絕。
作為示例，該磁液密封件505與該連接件504之間可通過緊固件固定連接，且該磁液密封件505的頂部與該連接件504的底部之間設有密封圈以實現界面處的密封；該磁液密封件505與該升降支架401之間可通過緊固件固定連接，且該磁液密封件505的底部與該升降支架401的頂部之間設有密封圈以實現界面處的密封。
作為示例，該可伸縮管型組件507包括第一固定件507a、波紋管507b及第二固定件507c，該波紋管507b的頂端與底端分別與該第一固定件507a及該第二固定件507c固定連接，該第一固定件507a與該腔體100底部密封連接。
作為示例，該第一固定件507a與該腔體100之間通過緊固件固定，且該第一固定件507a的頂面與該腔體100的底面之間設有密封圈以實現界面密封。
作為示例，如圖8所示，該旋轉機構500還包括吹氣裝置508，該連接件504的外側面設有與該吹氣裝置508連接的進氣口509，該連接件504內埋設有與該進氣口509連通的環形氣道510，該環形氣道510的底部設有多個出氣口511，該出氣口511與該基座軸202之間的垂直距離小於該帶動件503的外側壁與該基座軸202之間的垂直距離。
作為示例，多個出氣口511在該環形氣道510所在圓周上均勻分佈。
具體的，該吹氣裝置508通過吹氣管向該連接件504內部不斷的吹氣。請參閱圖9，顯示為圖8中橢圓框所示區域的放大圖，其中採用箭頭示出了氣流方向，氣流的作用是防止腔體100內進行化學氣相沉積時所產生的微粒子落入到該旋轉機構500中磁液內而影響磁液的密封效果。
作為示例，如圖1、圖2及圖8所示，該旋轉機構500還包括濾波器512及開口密封件513，該濾波器512的頂端伸入該轉子502內，該開口密封件513的頂部與該轉子502的頂部連接並遮蓋該轉子502的頂部開口，該開口密封件513的底部與該濾波器512的頂部連接並遮蓋該濾波器512的頂部開口，該開口密封件513中設有容許電氣線穿過的電氣線孔，該電氣線一端連接該基座台201，另一端穿過該電氣線孔並通過該濾波器512延伸到外界。
具體的，該濾波器512可以濾除從該基座台201傳到該電氣線上的電磁波，防止對外界供電線路產生干擾而造成對該基座台201供電的不穩定。
具體的，該基座台201同時進行往復旋轉、升降移動、晶圓加熱的過程如下：該升降機構400的該升降支架401隨該螺紋塊405作升降運動，並帶動該旋轉機構500升降，該旋轉機構500的該轉子502在升降的同時以該基座軸202為中心旋轉，從而帶動該帶動件503作升降旋轉運動，進而依次帶動該基座軸202、該基座台201作升降旋轉運動。在該基座軸202的上升過程中，該可伸縮管型組件507縮短，在該基座軸202的下降過程中，該可伸縮管型組件507伸長。該基座軸202內的電氣線為該基座台201的加熱供電，且該電氣線隨該基座台201作往復旋轉運動，不會發生物理纏繞損毀。
綜上所述，本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備利用磁流體密封原理實現設備密封，並實現旋轉升降功能為一體，可同時滿足往復旋轉、升降移動、晶圓加熱等的協同工作的同時互不影響，且往復式旋轉可避免電氣線在旋轉過程中發生物理纏繞損毀的問題。另外，旋轉機構內可設置吹氣裝置，避免腔體內形成的微顆粒對旋轉機構（磁液）的影響，可保證旋轉機構高效穩定的運行。相對於現有設備，本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備的整體結構精簡了較多傳動組件，由此減少了由於較多冗餘組件造成的不穩定性以及產生的機械磨損，使升降和旋轉控制的準確度更高，穩定性更強，製造成本和功耗更低。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。
100 腔體
101 通孔
200 基座
201 基座台
202 基座軸
300 固定支架
301 導軌槽
302 支撐部
303 導軌塊
400 升降機構
401 升降支架
401a 穿孔
402 驅動電機
403 減速器
404 螺紋杆
405 螺紋塊
500 旋轉機構
501 定子
501a 鐵芯
501b 線圈
502 轉子
503 帶動件
504 連接件
505 磁液密封件
506 磁液
507 可伸縮管型組件
507a 第一固定件
507b 波紋管
507c 第二固定件
508 吹氣裝置
509 進氣口
510 環形氣道
511 出氣口
512 濾波器
513 開口密封件
600 輔助支架
601 支撐杆
601a 第一延伸側翼
601b 第二延伸側翼
602 滑動軸
603 滑動件
圖1顯示為本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備的立體結構示意圖。
圖2顯示為本發明的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備的剖面結構示意圖。
圖3顯示為該腔體的立體結構示意圖。
圖4顯示為該基座的立體結構示意圖。
圖5顯示為該固定支架的立體結構示意圖。
圖6顯示為該輔助支架的立體結構示意圖。
圖7顯示為該升降機構的立體結構示意圖。
圖8顯示為該旋轉機構的剖面結構示意圖。
圖9顯示為圖8中橢圓框所示區域的放大圖。
100 腔體
201 基座台
202 基座軸
302 支撐部
303 導軌塊
401 升降支架
402 驅動電機
403 減速器
404 螺紋杆
405 螺紋塊
501 定子
501a 鐵芯
501b 線圈
502 轉子
503 帶動件
504 連接件
505 磁液密封件
506 磁液
507 可伸縮管型組件
507a 第一固定件
507b 波紋管
507c 第二固定件
512 濾波器
513 開口密封件
600 輔助支架
Claims (10)
- 一種往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中，包括： 腔體，底部設有通孔； 基座，包括基座台及基座軸，該基座台位於該腔體內，該基座軸位於該 基座台下方並與該基座台固定連接，該基座軸的底端穿過該通孔以延伸至該腔 體外； 固定支架，位於該腔體下方並與該腔體底部固定連接； 升降機構，位於該腔體下方並與該固定支架連接，該升降機構包括升降 支架、驅動電機、減速器、螺紋杆及螺紋塊，該驅動電機、該減速器及該螺紋杆 自下而上依次連接，該減速器還與該固定支架固定連接，該螺紋杆在該減速器的 帶動下作旋轉運動，該螺紋塊套設於該螺紋杆外圍以隨該螺紋杆的旋轉而作升降 運動，該螺紋塊的一側與該升降支架固定連接以帶動該升降支架作升降運動；旋轉機構，位於該腔體下方並包括定子、轉子、帶動件、連接件、磁液密封 件、磁液及可伸縮管型組件，該定子與該升降支架固定連接並套設於該轉子外 圍以驅動該轉子以該基座軸為中心旋轉，該帶動件位於該轉子上方並與該轉子 固定連接，該帶動件還套設於該基座軸外圍並與該基座軸固定連接，該可伸縮 管型組件位於該帶動件上方並套設於該基座軸外圍，該可伸縮管型組件的頂部 與該腔體底部密封連接，該可伸縮管型組件的底部與該連接件的頂部密封連接， 該磁液密封件套設於該帶動件外圍並與該帶動件的外側壁之間形成一磁液收容 空間，該磁液位於該磁液收容空間內，該磁液密封件的頂部與該連接件的底部密 封連接，該磁液密封件的底部與該升降支架的頂部密封連接； 濾波器，該濾波器的頂端伸入該轉子內； 電氣線，該電氣線一端連接該基座台，另一端通過該濾波器延伸到外界。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該固定支架的一側面設有導軌槽，該螺紋塊遠離該升降支架的一側嵌入該導軌槽內。
- 如請求項2所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該固定支架包括支撐部及導軌塊，該支撐部的頂端與該腔體底部固定連接，該導軌塊位於該支撐部的側面並與該支撐部固定連接，該減速器的頂端與該導軌塊的底端固定連接，該導軌槽自該導軌塊背離該支撐部的一面開口。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該可伸縮管型組件包括第一固定件、波紋管及第二固定件，該波紋管的頂端與底端分別與該第一固定件及該第二固定件固定連接，該第一固定件與該腔體底部密封連接。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該旋轉機構還包括吹氣裝置，該連接件的外側面設有與該吹氣裝置連接的進氣口，該連接件內埋設有與該進氣口連通的環形氣道，該環形氣道的底部設有多個出氣口，該出氣口與該基座軸之間的垂直距離小於該帶動件的外側壁與該基座軸之間的垂直距離。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該連接件的底部設有滑動槽，該帶動件的頂端伸入滑動槽內並與該連接件滑動連接。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該旋轉機構還包括開口密封件，該開口密封件的頂部與該轉子的頂部連接並遮蓋該轉子的頂部開口，該開口密封件的底部與該濾波器的頂部連接並遮蓋該濾波器的頂部開口，該開口密封件中設有容許電氣線穿過的電氣線孔。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該定子包括鐵芯和線圈，該線圈位於該鐵芯與該轉子之間。
- 如請求項1所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該化學氣相沉積設備還包括至少一輔助支架，該輔助支架包括支撐杆、滑動軸及滑動件，該支撐杆的頂端與該腔體底部固定連接，該支撐杆包括自下而上間隔設置的第一延伸側翼與第二延伸側翼，該滑動軸的底端與頂端分別與該第一延伸側翼及該第二延伸側翼固定連接，該滑動件與該升降支架連接並套設於該滑動軸外圍以沿該滑動軸作升降運動。
- 如請求項9所述的往復旋轉升降的化學氣相沉積設備，其中：該升降支架中設有容許該滑動軸穿過的穿孔。
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