CN104538341B - 一种真空腔室静电卡盘调节装置 - Google Patents

一种真空腔室静电卡盘调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种真空腔室静电卡盘调节装置，包括静电卡盘支撑结构、底座和高度调节结构，所述静电卡盘支撑结构设置在所述静电卡盘的下侧，用于支撑所述静电卡盘，所述底座固定在所述真空腔室的下盖上，所述高度调节结构与所述底座和静电卡盘支撑结构相连接，用于调节所述静电卡盘的高度，在调节高度的同时能够保证所述静电卡盘的水平度。本发明中的静电卡盘调节装置能够实现静电卡盘的竖直方向运动，并能够保证在运动过程中静电卡盘的水平平衡，同时还能够实现对静电卡盘及晶片温度的调节。

Description

一种真空腔室静电卡盘调节装置
技术领域
本发明涉及一种真空腔室中静电卡盘调节装置。
背景技术
目前，集成电路作为核心的电子信息产业已经成为了第一大产业，在改造和拉动传统产业向数字时代转变中起着巨大的作用，特别是在我国正处于转型发展的关键时期。在集成电路制造技术产业中，有一类是基于晶片的加工，包括：刻蚀、等离子体增强/化学气相沉积(PE/CVD)、物理气相沉积(PVD)以及氧化扩散工艺等。在晶片加工中，对晶片的固定非常重要，目前应用最多的就是利用静电卡盘内部的静电电极在介电层以及晶片上感生出等量异性电荷，利用异性电荷相吸原理产生静电吸附力对晶片进行固定。
在刻蚀、等离子体增强/化学气相沉积(PE/CVD)、物理气相沉积(PVD)以及氧化扩散工艺等制造工艺中，不同的加工工艺对待加工晶片的温度要求不同，因此如何针对不同的工艺进行有效的温度调节使得晶片的温度达到加工环境的要求也是相关研究人员非常关注的问题。在相关的制造工艺中，对晶片的水平度也有着非常高的要求，只有在晶片的水平度满足要求的情况下才能保证对晶片最终的工艺品质和良率得到保证。而现在多数的静电卡盘基座为了满足要求都是静止固定的安装方式，不能进行动态的调整。
为解决这一实际问题，本发明提出一种静电卡盘位置调节自平衡及温度调节装置，能够保证在对静电卡盘进行位置调节的过程中实现静电卡盘的自平衡，同时气体回路能够满足对晶片温度的控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真空腔室静电卡盘调节装置，以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明提供的真空腔室静电卡盘调节装置，包括静电卡盘支撑结构、底座和高度调节结构，所述静电卡盘支撑结构设置在所述静电卡盘的下侧，用于支撑所述静电卡盘，所述底座固定在所述真空腔室的下盖上，所述高度调节结构与所述底座和静电卡盘支撑结构相连接，用于调节所述静电卡盘的高度，在调节高度的同时能够保证所述静电卡盘的水平度；
所述静电卡盘支撑结构包括基座，基座环和基座底板，所述基座和基座底板呈圆盘状，所述基座环呈圆环状，并位于所述基座和基座底板之间；所述基座设置在所述静电卡盘的下侧，在所述静电卡盘的下端面的边缘位置设置有凸环，该凸环使得在所述静电卡盘和基座之间形成有间隙，所述基座环使得在所述基座和基座底板之间也形成有间隙。
优选地，还包括气路，所述气路穿过所述底座、高度调节结构、静电卡盘支撑结构和静电卡盘，在对所述静电卡盘提供气体的同时能够对位于所述静电卡盘上的晶片的温度进行调节。
优选地，在所述静电卡盘上设置有气孔，所述气孔为斜孔通孔，气孔的纵向中心线与所述静电卡盘的纵向中心线之间具有角度为D，所述角度D满足条件0°<D<90°，其中位于静电卡盘轴心处的气孔为直通孔。
优选地，在所述基座上均布有布气孔，所述布气孔为阶梯孔，包括大径部和小径部，所述大径部位于基座的上侧，其上端与所述间隙42相连通；所述小径部位于所述大径部的下侧，其下端与所述间隙54相连通，所述大径部优选为锥形孔，所述锥形孔具有锥形角度C，所述锥形角度C满足条件90°<C<180°。
优选地，所述高度调节结构设置在所述底座和静电卡盘支撑结构之间；所述高度调节结构包括动力输入装置、轨道部件、动斜块、定斜块和连接件；所述轨道部件设置在所述底座上，所述轨道部件与所述动力输入装置相连接，并能够在所述动力输入装置的作用下转动；在所述轨道部件上形成有螺旋形轨道；所述动斜块的下端与所述轨道相连接，并能够沿着所述轨道移动，当所述轨道部件转动时，所述动斜块能够在所述轨道部件上的轨道的作用下沿所述轨道部件的半径方向向内或者向外移动，在所述动斜块的上端设置有动倾斜表面；所述定斜块与所述连接件固定连接，所述连接件固定连接在所述基座底板的下侧表面上；在所述定斜块的下侧设置有定倾斜表面，所述动倾斜表面与定倾斜表面相互配合。
优选地，在所述连接件上设置有盲孔以及和所述盲孔相连通的气孔，所述气孔与所述基座底板上的通气孔相连通。
优选地，所述动斜块、定斜块和连接件均有三个，每个所述动斜块、定斜块和连接件组成一组，三组在所述轨道部件的上表面上沿圆周方向均匀布置。
优选地，所述动力输入装置包括电机、联轴器、锥齿轮和锥齿轮齿圈，在所述轨道部件下表面的边缘处设置有所述锥齿轮齿圈，所述锥齿轮与所述锥齿轮齿圈相啮合，所述锥齿轮通过联轴器与所述电机相连接。
优选地，在所述底座的下方设置有与外界相连的气体管道，所述气体管道由下向上穿过所述底座的中心，在所述气体管道的上方连接有伸缩管，所述伸缩管的一端与所述气体管道的上端相连接，另外一端与三分管的输入端相连接，所述三分管具有三个输出端，分别连接至三个所述连接件上的盲孔上。
本发明中的静电卡盘调节装置具有以下优点：1、通过电机输出动力控制锥齿轮的啮合，驱动基座中的轨道平面运动，带动轨道上的动斜块水平移动，通过动斜块与固定斜块斜面间的相对运动，实现静电卡盘的竖直方向运动，结构简单，运行平稳。2、动斜块与固定斜块均为呈120°布置的三个，能够保证在运动过程中静电卡盘的水平平衡。3、通过对进入回路中的气体温度的控制能够实现对静电卡盘及晶片温度的调节。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本申请中的真空腔室整体结构图(静电卡盘在竖直方向上位于最低位置)；
图2是本申请中的静电卡盘俯视图；
图3是本申请中的静电卡盘上的气孔放大图；
图4是本申请中的基座俯视图；
图5是本申请中的基座上的布气孔的放大图；
图6是本申请中的定斜块的结构示意图；
图7是本申请中的动斜块及动斜块基座的结构示意图；
图8是本申请中的三个定斜块的位置示意图；
图9是是本申请中的底座上与动斜块基座配合的轨道的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1所示，本发明的真空腔室包括上盖1、下盖2和腔体壁3，在所述上盖1、下盖2和腔体壁3构成的真空腔室内设置有上电极100、静电卡盘4、静电卡盘支撑结构5、底座6、高度调节结构7和气路8。其中，上电极100穿过所述上盖1，位于所述真空腔室的上端，与所述静电卡盘4相对；晶片9放置在静电卡盘4上，静电卡盘支撑结构5设置在静电卡盘4的下侧，用于对静电卡盘4进行支撑；在所述静电卡盘4上设置有下电极(后面有详细介绍)，所述底座6固定在所述下盖2上，所述高度调节结构7与所述底座6和静电卡盘支撑结构5相连接，用于调节所述静电卡盘4的高度，在调节高度的同时能够保证所述静电卡盘4的水平度。所述气路8穿过所述底座6、高度调节结构7、静电卡盘支撑结构5和静电卡盘4，在对所述静电卡盘4提供气体的同时能够对所述晶片9的温度进行调节。
如图1所示，所述静电卡盘支撑结构5包括基座51，基座环52和基座底板53。所述基座51和基座底板53呈圆盘状，所述基座环52呈圆环状，并位于所述基座51和基座底板53之间，所述基座51、基座环52和基座底板53的外径相同，并与所述静电卡盘4的外径相同。所述基座51设置在所述静电卡盘4的下侧。优选地，在所述静电卡盘4的下端面的边缘位置设置有凸环41，该凸环41与所述静电卡盘4一体形成或者分体形成。该凸环41使得在所述静电卡盘4和基座51之间形成有间隙42。所述基座环52使得在所述基座51和基座底板53之间也形成有间隙54。
在所述静电卡盘4上设置有气孔43，如图2所示，所述气孔43呈放射状地均布在所述静电卡盘上，所述气孔43为斜孔通孔(如图3所示)，气孔43的纵向中心线与所述静电卡盘4的纵向中心线之间具有角度D，所述角度D满足条件0°<D<90°，其中位于静电卡盘4轴心处的气孔为直通孔。静电卡盘4内置有半圆形正电极44和半圆形负电极45，所述半圆形正电极44和半圆形负电极45可分别设置多个，图中示出的为两个。
如图4所示，在所述基座51上均布有布气孔511，所述布气孔511为阶梯孔(如图5所示)，包括大径部5111和小径部5112，所述大径部5111位于基座51的上侧，其上端与所述间隙42相连通；所述小径部5112位于所述大径部5111的下侧，其下端与所述间隙54相连通。所述大径部5111优选为锥形孔，所述锥形孔具有锥形角度C，所述锥形角度C满足条件90°<C<180°，所述小径部5112为直孔，该直孔的高度h小于基座51的高度。
在所述基座底板53上均布有三个通气孔531，所述通气孔531为垂直于所述基座底板53端面的通孔。
所述底座6固定在下盖2上，优选地，通过多个固定柱61进行固定，在安装所述底座6时注意保证底座的水平度要求。
所述高度调节结构7设置在所述底座6和静电卡盘支撑结构5之间。所述高度调节结构7包括动力输入装置、轨道部件71、动斜块基座72、动斜块73、定斜块74和连接件75。所述动力输入装置包括电机701、联轴器702、锥齿轮703和锥齿轮齿圈704。所述动斜块基座72、动斜块73、定斜块74和连接件75均有三个，每个所述动斜块基座72、动斜块73、定斜块74和连接件75组成一组，三组在所述轨道部件71的上表面上以及所述基座底板53的下表面上沿圆周方向均匀布置，相互之间各为120度夹角，如图8所示，图8中示出了定斜块74在基座底板53上布置的情况。
所述轨道部件71放置在所述底座6上，优选地，在所述轨道部件上还设置有上盖63，所述轨道部件71与所述动力输入装置相连接。在所述轨道部件71上形成有阿基米德螺旋形轨道711，如图9所示。所述上盖63盖合在所述轨道711上，所述上盖63为圆形盘，相对于底座6位置固定，上盖63的外径与底座6外径相同，在其上均布有三个通槽，三个通槽呈120°分布，当锥齿轮齿圈704转动时，能够限制动斜块基座72，使其只能在该通槽内移动。所述动斜块基座72的下端与所述轨道711相连接，并能够沿着所述轨道711移动。当所述轨道部件71转动时，所述动斜块基座72能够在所述轨道部件71上的轨道711的作用下沿所述轨道部件的半径方向向内或者向外移动。在所述轨道部件71下表面的边缘处设置有所述锥齿轮齿圈704，所述锥齿轮齿圈704与所述锥齿轮703相啮合，所述锥齿轮703通过联轴器702与所述电机701相连接。所述电机701为无级变速电极，可以实现对锥齿轮703转速的无级调速。所述锥齿轮703在所述电机701的带动下转动，从而带动所述轨道部件71转动。
所述动斜块73设置在所述动斜块基座72的上方，并与所述动斜块基座72固定连接，在另外一个实施例中，所述动斜块73与所述动斜块基座72为一体结构。在所述动斜块73的上端设置有动倾斜表面731。所述连接件75固定连接在所述基座底板53的下侧表面上，优选地，所述连接件75与所述基座底板53之间通过螺栓进行连接。在所述连接件75上设置有盲孔751以及和所述盲孔751垂直设置的气孔752，所述气孔752与所述盲孔751相连通，所述气孔与所述基座底板53上的通气孔531相连通，优选地，所述连接件75以所述气孔752正对所述通气孔531的方式安装在所述基座底板53的下表面上。所述定斜块74与所述连接件75固定连接，优选地，通过螺栓进行连接。在所述定斜块74的下侧设置有定倾斜表面741，所述动倾斜表面731与定倾斜表面741相互配合。如图6-7所示，所述定斜块74上的定倾斜表面741与水平表面之间的夹角为A，角度A满足条件0°<A<45°。所述动倾斜表面731与竖直方向呈夹角B，角度B与角度A满足条件A+B＝90°。这样，在所述轨道部件71在所述电机701的作用下转动时，所述动斜块基座72沿所述轨道部件71的半径方向向内或者向外移动，所述动斜块73在动斜块基座72的带动下也向内或者向外移动，通过所述动倾斜表面731和定倾斜表面741之间的相互配合，所述定斜块74会在上下方向上上下移动，从而带动所述连接件75、进一步带动所述静电卡盘支撑结构5上下移动，由此可以调节所述静电卡盘4在竖直方向上的位置。由于所述三个动斜块基座72同步运动，这样可以保证所述静电卡盘4在上下移动时的水平度。
优选地，在所述连接件75和基座底板53之间通过密封圈保证气密性。
在所述底座6的下方设置有与外界相连的气体管道10，所述气体管道10由下向上穿过所述底座6的中心，通过法兰固定在所述上盖63上，在所述气体管道10的上方连接有伸缩管101，所述伸缩管101的一端与所述气体管道10的上端相连接，另外一端与三分管102的输入端相连接，所述三分管102具有三个输出端，分别连接至所述连接件75上的三个盲孔751上，优选地，通过法兰和螺栓进行连接。
所述气体管道10、伸缩管101、三分管102、连接件上的盲孔751、气孔752、基座底板上的通气孔531、间隙54、基座51上的布气孔511、间隙42和静电卡盘4上的气孔43构成本申请中的气路8。
经过气体管道10进入的气体，通过伸缩管101进入三分管102，所述伸缩管102能够满足静电卡盘支撑结构5在竖直方向运动时保证气路的连通。通过所述三分管102的气体分别进入到三个不同的连接件75中，通过连接件75上的盲孔751、气孔752进入基座底板53上的通气孔531中，然后进入所述基座51和基座底板53之间形成的间隙54中，通过基座51上的布气孔511进入静电卡盘4和基座51之间形成的间隙42中，最后通过静电卡盘4上的气孔43作用在晶片9上。气体在本装置中的流通气路如图1中箭头所示，通过向本装置中输入不同温度的气体实现对基座51、静电卡盘4以及晶片9的温度的控制，并通过控制输入气体的流量也可以对温度进行调节。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种真空腔室静电卡盘调节装置，包括静电卡盘支撑结构、底座和高度调节结构，所述静电卡盘支撑结构设置在所述静电卡盘的下侧，用于支撑所述静电卡盘，所述底座固定在所述真空腔室的下盖上，所述高度调节结构与所述底座和静电卡盘支撑结构相连接，用于调节所述静电卡盘的高度，在调节高度的同时能够保证所述静电卡盘的水平度；
所述静电卡盘支撑结构包括基座，基座环和基座底板，所述基座和基座底板呈圆盘状，所述基座环呈圆环状，并位于所述基座和基座底板之间；所述基座设置在所述静电卡盘的下侧，在所述静电卡盘的下端面的边缘位置设置有凸环，该凸环使得在所述静电卡盘和基座之间形成有间隙，所述基座环使得在所述基座和基座底板之间也形成有间隙。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，还包括气路，所述气路穿过所述底座、高度调节结构、静电卡盘支撑结构和静电卡盘，在对所述静电卡盘提供气体的同时能够对位于所述静电卡盘上的晶片的温度进行调节。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，在所述静电卡盘上设置有气孔，所述气孔为斜孔通孔，气孔的纵向中心线与所述静电卡盘的纵向中心线之间具有角度为D，所述角度D满足条件0°<D<90°，其中位于静电卡盘轴心处的气孔为直通孔。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，在所述基座上均布有布气孔，所述布气孔为阶梯孔，包括大径部和小径部，所述大径部位于基座的上侧，其上端与所述间隙相连通；所述小径部位于所述大径部的下侧，其下端与所述间隙相连通。
5.根据权利要求4所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，所述大径部为锥形孔，所述锥形孔具有锥形角度C，所述锥形角度C满足条件90°<C<180°。
6.根据权利要求1-5任一所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，所述高度调节结构设置在所述底座和静电卡盘支撑结构之间；所述高度调节结构包括动力输入装置、轨道部件、动斜块、定斜块和连接件；所述轨道部件设置在所述底座上，所述轨道部件与所述动力输入装置相连接，并能够在所述动力输入装置的作用下转动；在所述轨道部件上形成有螺旋形轨道；所述动斜块的下端与所述轨道相连接，并能够沿着所述轨道移动，当所述轨道部件转动时，所述动斜块能够在所述轨道部件上的轨道的作用下沿所述轨道部件的半径方向向内或者向外移动，在所述动斜块的上端设置有动倾斜表面；所述定斜块与所述连接件固定连接，所述连接件固定连接在所述基座底板的下侧表面上；在所述定斜块的下侧设置有定倾斜表面，所述动倾斜表面与定倾斜表面相互配合。
7.根据权利要求6所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，在所述连接件上设置有盲孔以及和所述盲孔相连通的气孔，所述气孔与所述基座底板上的通气孔相连通。
8.根据权利要求7所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，所述动斜块、定斜块和连接件均有三个，每个所述动斜块、定斜块和连接件组成一组，三组在所述轨道部件的上表面上沿圆周方向均匀布置。
9.根据权利要求6所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，所述动力输入装置包括电机、联轴器、锥齿轮和锥齿轮齿圈，在所述轨道部件下表面的边缘处设置有所述锥齿轮齿圈，所述锥齿轮与所述锥齿轮齿圈相啮合，所述锥齿轮通过联轴器与所述电机相连接。
10.根据权利要求8所述的静电卡盘调节装置，其特征在于，在所述底座的下方设置有与外界相连的气体管道，所述气体管道由下向上穿过所述底座的中心，在所述气体管道的上方连接有伸缩管，所述伸缩管的一端与所述气体管道的上端相连接，另外一端与三分管的输入端相连接，所述三分管具有三个输出端，分别连接至三个所述连接件上的盲孔上。
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