CN202898519U - 带加热功能的真空装载腔 - Google Patents

Abstract

带加热功能的真空装载腔，主要解决现有同类产品结构复杂，不易控制，装调不便，***产能不够高的技术问题。它主要由腔体组件、底部法兰组件、盖板及加热盘组件构成。本实用新型将加热盘和晶圆支架巧妙地组合在一起，只通过两种位置关系的变化，一种是上层晶圆在传片位置，层晶圆预热；另一种是上层晶圆冷却，下层晶圆传片，就使晶圆在真空装载腔内传输过程中进行预热和冷却。两层晶圆距离加热盘的距离不同，决定了下层加热，上层冷却。由于运动部件动作简单容易控制，装调方便。加热过程利用的晶圆在沉积薄膜时的等待时间和真空装载腔的抽真空与回填大气的时间，也就是说在不影响***产能的情况下，增加了需要一定时间来完成的预热功能。具有结构合理，易于推广的特点。

Description

带加热功能的真空装载腔

技术领域

本实用新型涉及一种带加热功能的真空装载腔，通过该机构可实现晶元从大气环境下进入真空工作环境，而不必使真空腔室回填至大气压力，并且带有为晶圆预热的功能，属于半导体薄膜沉积应用及制备技术领域。 

背景技术

在半导体的生产过程中，给晶圆镀膜是前段工序中最重要和频繁的工序之一。各种镀膜工艺都是在不同程度的真空中进行的，而原料晶圆和成品晶圆总需要频繁的从真空环境中进进出出。为了尽量避免外界颗粒对工艺的影响，增加真空工艺腔室的使用寿命和提高生产效率，就要避免真空工艺腔室在真空与大气状态下频繁转换，那么真空装载腔就必不可少。 

真空装载腔是一个过渡腔室，设置在晶圆盒与真空工艺腔室之间，尽量小的体积使它在真空和大气状态下转换时使用更少的时间。当它处于大气状态时，与晶圆盒连通，通过机械手等机构装载晶圆；当它处于真空状态时，与真空腔室或真空状态下的晶圆传输***连通，机械手等机构将晶圆搬送到工艺腔室。上述过程就是大气状态下晶圆的传入真空腔室的过程，它的逆过程会将成品晶圆传回晶圆盒。 

某些工艺要求晶圆在镀膜工艺开始前就达到某一较高的预热温度，所以要在晶圆传输的某个环节进行预热。本实用新型就是这样一种带有预热功能的真空装载腔，在传递晶圆的过程中进行预热。 

发明内容

本实用新型以解决上述问题为目的，主要解决现有同类产品结构复杂，不易控制，装调不便，***产能不够高的技术问题。 

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：带加热功能的真空装载腔，主要由腔体组件、底部法兰组件、盖板及加热盘组件构成。 

上述腔体组件包括：腔体、真空闸板阀和大气闸板阀。腔体由一块铝材加工而成，从上向下加工两个腔室，前后贯通加工出晶圆传输孔道，自下向上加工出共用真空室连通两个腔室，共用真空室与腔室相贯形成连通孔道。真空闸板阀和大气闸板阀分别安装在晶圆传输孔道两端，用O型圈密封。 

上述底部法兰组件包括：底部法兰、气体扩散器、真空计、真空角阀及真空管路。底部法兰一面为密封面，用O型圈密封于腔体底部的共用真空室的下方，使共用真空室密闭。底部法兰另一面开孔用螺钉分别连接气体扩散器、真空计、真空角阀、真空管路，同样使用O型圈密封。真空角阀通过真空管路连接至泵组，为本实用新型提供真空和关断真空管路。气体扩散器连接氮气管路，用于给真空装载腔回填至大气压。真空计用来实时监测本实用新型腔体内的压力。以上功能通过共用真空室使本实用新型的两个腔体同时获得。 

上述透明盖板用螺钉紧固在腔室上，由O型圈密封。 

上述加热盘组件由加热盘、晶圆支架、晶圆支架托盘、升降杆、升降机构、O型圈、冷却水道、端盖和波纹管组成。加热盘组件是加热***的核心部件，加热盘用螺钉紧固在腔室底部，用O型圈密封。O型圈的槽开在腔室的底部，其下方加工冷却水道直接给O型圈降温。加热盘与腔室底部连接部位宽大的接触面积有利于热量通过水道传出，使其与O型圈接触的平面温度降至可接受温度。环形冷却水道由腔体加工槽和端盖焊接而成。这一冷却***改进了原有的O型圈槽开在加热盘底部的方式，使O型圈冷却充分。两层晶圆距离加热盘的距离不同，决定了下层加热，上层冷却。 

晶圆支架安装在晶圆支架托盘上，加热盘边缘设有缺口，使晶圆支架匹配晶圆的凸起部分能够落到加热盘的平面以下，这样晶圆17就完全落在了加热盘表面上，使加热更充分。 

晶圆支架上下移动的动力来自升降机构，它固定在腔体的底部，移动部分通过升降杆穿过腔体连接到晶圆支架托盘的底部。实现了运动的传递。 

波纹管用螺钉连接在升降杆的法兰和腔体底部，用O型圈密封，通过波纹管的伸缩实现动密封。 

本实用新型的有益效果及特点： 

本实用新型将加热盘和晶圆支架巧妙地组合在一起，只通过两种位置关系的变化，一种是上层晶圆在传片位置，层晶圆预热；另一种是上层晶圆冷却，下层晶圆传片，就使晶圆在真空装载腔内传输过程中进行预热和冷却。两层晶圆距离加热盘的距离不同，决定了下层加热，上层冷却。由于运动部件动作简单（只有两个位置）容易控制，装调方便。加热过程利用的晶圆在沉积薄膜时的等待时间和真空装载腔的抽真空与回填大气的时间，也就是说在不影响***产能的情况下，增加了需要一定时间来完成的预热功能。具有结构合理，易于推广的特点。 

附图说明

图1是本实用新型中真空装载腔示意图，显示了双腔的位置，包含腔体和位于腔体两侧晶圆传输方向上的真空闸板阀和大气闸板阀。 

图2是本实用新型底部示意图，显示了底部法兰，和装配在底部法兰上的气体扩散器、真空计、真空角阀以及真空管路。 

图3是本实用新型主体部件腔体和底部法兰的安装位置示意图，显示了双腔共用的真空腔室的加工方式，和底部法兰的安装位置。 

图4是本实用新型主体部件腔体的顶部示意图，显示了联通孔道的位 置和形状。 

图5是本实用新型中真空装载腔传片方向剖面图，显示了加热***的安装方式，冷却***的位置，晶圆支架的形式，升降机构推动晶圆支架上下移动的方式和波纹管密封结构。 

图6是本实用新型加热盘组件的示意图，显示了加热盘与晶圆支架的位置关系。 

具体实施方式

实施例 

参照图1-6，带加热功能的真空装载腔，主要由腔体组件、底部法兰组件、盖板及加热盘组件构成。 

上述腔体组件包括：腔体1、真空闸板阀6和大气闸板阀8。腔体1由一块铝材加工而成，从上向下加工两个腔室15，前后贯通加工出晶圆传输孔道14，自下向上加工出共用真空室13连通两个腔室15，共用真空室13与腔室15相贯形成连通孔道16。真空闸板阀6和大气闸板阀8分别安装在晶圆传输孔道的两端，用O型圈密封。 

上述底部法兰组件包括:底部法兰7、气体扩散器12、真空计11、真空角阀10及真空管路9。 

底部法兰7一面为密封面，用O型圈密封于腔体1底部的共用真空室13的下方，使共用真空室密闭。底部法兰7的另一面开3个孔用螺钉分别连接气体扩散器12、真空计11、真空角阀10及真空管路9，同样使用O型圈密封。真空角阀10通过真空管路9连接至泵组，为本实用新型提供真空和关断真空管路。气体扩散器12连接氮气管路，用于给真空装载腔回填至大气压。真空计11用来实时监测本实用新型腔体1内的压力。以上功能通过共用真空室13使本实用新型的两个腔体同时获得。 

上述透明盖板5用螺钉紧固在腔室15上，由O型圈密封。 

上述加热盘组件由加热盘19、晶圆支架18、晶圆支架托盘20、升降杆21、升降机构22、O型圈23、冷却水道3、端盖25和波纹管2组成。加热盘19是加热***的核心部件，加热盘19用螺钉紧固在腔室15的底部，用O型圈23密封。因为加热盘是发热部件，而且温度大大高于O型圈23可耐受的温度，所以冷却的设计是必要的。O型圈23的胶圈槽开在腔室15底部，其下方加工冷却水道3直接给O型圈23降温。加热盘19与腔室15底部连接部位宽大的接触面积有利于热量通过水道传出，使其与O型圈23接触的平面温度降至可接受温度。冷却水道3由腔体加工槽和端盖25焊接而成。这一冷却***改进了原有的O型圈槽开在加热盘底部的方式，使O型圈冷却充分。加热盘19底部中心位置为出线口24，加热盘19的供电线缆和用来检测温度的热电偶信号线从这里延伸到腔室外部的大气环境中，这种结构有效避免了线缆穿过真空腔室的侧壁，减小了密封性能方面的风险。 

晶圆支架18安装在晶圆支架托盘20上，加热盘19边缘有四个缺口4，使晶圆支架18匹配晶圆的凸起部分能够落到加热盘19平面以下，这样晶圆就完全落在了加热盘19表面上，使加热更充分。 

晶圆支架上下移动的动力来自升降机构22，它固定在腔体1底部，移动部分通过升降杆21穿过腔体连接到晶圆支架托盘20底部。实现了运动的传递。 

波纹管2用螺钉连接在升降杆21的法兰和腔体1底部，用O型圈密封，通过波纹管的伸缩实现动密封。 

本实用新型工作时，内部为大气状态，大气闸板阀8打开，晶圆支架18提升至下层在传片位置，大气下的晶圆传输机构将晶圆传递至下层晶圆支架18上，晶圆支架18下降至加热盘19表面以下，使晶圆落在加热盘 19上进行预热，此时晶圆支架18上层处于传片位置，晶圆传输机构将上层晶圆（冷却后的成品晶圆）取回，大气闸板阀8关闭。 

真空角阀10开启，腔室内抽至真空时，真空闸板阀6开启，真空晶圆传输***将晶圆（待冷却的成品晶圆）放置在晶圆支架18上层，晶圆支架上升至下层处于传片位置时，真空晶圆传输***将下层晶圆（预热好的原料晶圆）取走并送往反应腔室进行镀膜工艺。真空闸板阀6关闭。***回填至大气压，下一轮与大气晶圆传输***交接。 

上述过程中，通过加热盘19的与晶圆之间的微小气隙的对流传热给下层晶圆预热，上层晶圆由于离加热盘19表面较远，且真空环境下介质稀薄，辐射传热效率远低于对流传热，所以处于冷却状态。 

待冷却的成品晶圆通过上层传递出去，起到冷却的作用；待预热的原料晶圆通过下层传递进去，起到了预热的作用。 

Claims (2)

1.带加热功能的真空装载腔，主要由腔体组件、底部法兰组件、盖板及加热盘组件构成，上述腔体组件包括：腔体、真空闸板阀和大气闸板阀，腔体由一块铝材加工而成，从上向下加工两个腔室，前后贯通加工出晶圆传输孔道，自下向上加工出共用真空室连通两个腔室，共用真空室与腔室相贯形成连通孔道，真空闸板阀和大气闸板阀分别安装在晶圆传输孔道两端，用O型圈密封；上述底部法兰组件包括：底部法兰、气体扩散器、真空计、真空角阀及真空管路，底部法兰一面为密封面，用O型圈密封于腔体底部的共用真空室的下方，使共用真空室密闭，底部法兰另一面开孔用螺钉分别连接气体扩散器、真空计、真空角阀、真空管路，同样使用O型圈密封，真空角阀通过真空管路连接至泵组，气体扩散器连接氮气管路，上述透明盖板用螺钉紧固在腔室上，由O型圈密封，其特征在于：上述加热盘组件由加热盘、晶圆支架、晶圆支架托盘、升降杆、升降机构、O型圈、冷却水道、端盖及波纹管组成，加热盘组件是加热***的核心部件，加热盘用螺钉紧固在腔室底部，用O型圈密封，O型圈的槽开在腔室的底部，其下方加工冷却水道，冷却水道由腔体加工槽和端盖焊接而成，晶圆支架安装在晶圆支架托盘上，加热盘边缘设有缺口，使晶圆支架匹配晶圆的凸起部分能够落到加热盘的平面以下，晶圆支架固定在腔体的底部，移动部分通过升降杆穿过腔体连接到晶圆支架托盘的底部，波纹管用螺钉连接在升降杆的法兰和腔体底部，用O型圈密封。

2.如权利要求1所述的带加热功能的真空装载腔，其特征在于：所述的加热盘边缘有四个缺口。

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