CN109872965B - 一种承载装置和反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承载装置及反应腔室，该承载装置包括可升降的基座，在所述基座中设置有定位孔，还包括：底部穿过定位孔、顶部用于支撑晶片的支撑柱，接通电源的正极或负极且与支撑柱电连接的插接件，插接件用于使支撑柱通过电场力将晶片吸附。本发明在应用于半导体成膜工艺时，能够有效增加成膜的均匀性及提升产品的合格率。

Description

一种承载装置和反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种承载装置和反应腔室。

背景技术

近年来，半导体设备发展迅速，涉及半导体、集成电路、太阳能电池板、平面显示器、微电子、发光二极管等器件，而这些器件主要由在衬底上形成的数层材质、厚度不同的薄膜组成。因此，作为半导体设备之核心的成膜设备，是决定半导体器件薄膜生长质量和半导体器件成品率的重要因素。

通常，半导体成膜设备的反应腔室包括用于放置衬底的可升降的基座、设置在基座上方的气体喷淋部件以及至少三个支撑柱，其中，在基座中设置有供支撑柱竖直穿过的定位孔，机械手将衬底传递至支撑柱上，此时衬底位于气体喷淋部件下方，且与之同心的位置处；然后，基座上升，以托起衬底，直至上升至工艺位置，以对衬底执行成膜工艺过程。然而，采用上述反应腔室进行工艺获得的薄膜存在不均匀的问题，其原因在于：在机械手将衬底传递至支撑柱上时，衬底下表面与支撑柱上端面相接触，由于多个支撑柱的上端面共同构成的平面不水平，而且衬底下表面和支撑柱的上端面的表面粗糙度均很小，容易造成衬底漂移。此外，在反应腔室抽气、基座升降、基座旋转的过程中产生的振动，也可能导致衬底漂移。衬底漂移会造成薄膜不均匀，从而降低了产品合格率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种承载装置和反应腔室，其能够有效提高薄膜均匀性，从而提高了产品合格率。

为实现上述目的，本发明提供了一种承载装置，包括可升降的基座，在所述基座中设置有定位孔，还包括：

支撑柱，所述支撑柱的底部穿过所述定位孔，所述支撑柱的顶部用于支撑晶片；

插接件，所述插接件与所述支撑柱电连接，且所述插接件用于接通电源的正极或负极，以使所述支撑柱通过电场力将所述晶片吸附。

可选地，所述支撑柱包括柱本体和导电弹片，所述导电弹片安装在所述柱本体的外周面上，且所述导电弹片相对于所述柱本体的外周面沿径向向外凸出。

可选地，

所述柱本体的外周面上设置有凹槽，所述导电弹片位于所述凹槽中；

所述导电弹片的一端与所述柱本体固定，另一端为自由端，所述自由端能在所述凹槽中沿所述支撑柱的轴向往复移动。

可选地，

所述柱本体的顶部设置有锥形台，所述柱本体的底部为弧面，所述锥形台的上表面为平面，和/或，

所述柱本体外周面上覆盖有绝缘保护层。

可选地，

所述插接件包括多个导电插座，多个所述导电插座用于与多个正极和负极间隔分布的电源对应连接；

所述导电插座包括导电内套和套设在所述导电内套外部的绝缘外套，所述导电内套具有插槽。

可选地，

所述支撑柱的底部插入至所述插槽中，所述导电弹片与所述插槽电接触，且所述导电弹片与所述插槽能沿所述导电插座的轴向相对运动。

可选地，

所述定位孔的顶部形成锥形孔，所述锥形孔与所述锥形台相配合能带动所述支撑柱随所述基座一起上升。

可选地，

所述锥形台和所述锥形孔的锥度均为由下而上逐渐增大。

为实现上述目的，本发明提供了一种反应腔室，包括腔室本体，还包括上所述的承载装置。

可选地，所述承载装置包括导电插座，所述导电插座穿过所述腔室本体并与所述腔室本体密封连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的承载装置，借助与支撑柱连接的插接件，与支撑柱电连接，以使支撑柱通过电场力将置于其上的晶片吸附，从而在机械手将晶片传递至支撑柱上时，晶片能够固定在支撑柱上，而不会产生漂移，进而在晶片传递至基座上时，能够与基座对准，从而能够有效提高薄膜均匀性，提高了产品合格率。

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述承载装置，可以能够有效提高薄膜均匀性，提高了产品合格率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种承载装置的结构示意图；

图2a是图1中一种支撑柱的结构示意图；

图2b是图1中另一种支撑柱的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图。

其中：

1、反应腔室；2、基座；21、定位孔；22、支撑轴；3、支撑柱；31、顶部；32、锥形台；33、柱本体；34、凹槽；35、导电弹片；36、底部；37、绝缘保护层；4、导电插座；41、插槽；5、机械手；6、热反射板；7、升降机构；8、气体喷淋部件；9、晶片。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特点的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直线相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种承载装置的结构示意图，如图1所示，该承载装置包括可升降的基座2，在基座2中设置有定位孔21。该承载装置还包括支撑柱3，支撑柱3的底部穿过定位孔21，顶部用于支撑晶片9。

具体地，承载装置包括至少三个支撑柱3，至少三个支撑柱3围绕该基座2的轴线均匀分布。定位孔21沿竖直方向贯通基座2，以供支撑柱3穿过并限制支撑柱3的径向运动，从而使支撑柱3相对于基座2作轴向运动，而不会发生倾斜。该定位孔21的数量与支撑柱3的数量相同，且一一对应的设置。上述承载装置还包括支撑轴22，该支撑轴22竖直设置，且上端与基座2的底部中心连接，用于驱动基座2上升或下降。

上述支撑柱3采用导电材料制作。导电材料可以为导电金属和/或导电陶瓷。优选地，导电金属为铝，导电陶瓷为氧化锆陶瓷。

进一步优选的，在导电材料为导电金属时，如图2b所示，在每个支撑柱3的柱本体33表面上还覆盖有绝缘保护层37。绝缘保护层37采用绝缘陶瓷材料制成，优选地，绝缘保护层37由氧化铝材料制成。

承载装置还包括插接件，该插接件与支撑柱3电连接，插接件用于接通电源的正极或负极，以使支撑柱3通过电场力将晶片9吸附。

多个支撑柱3的顶部31共同承载晶片9，支撑柱3与插接件电连接并得到供电后，在支撑柱3的顶部31与晶片9相接触时附近会形成电场，晶片9内部的自由离子在电场的作用下受到指向支撑柱3方向的电场力，该电场力使得晶片9吸附固定在支撑柱3的顶部31上。

具体地，晶片9中分布有自由移动的离子，当插接件接通电源的正极时，与所述插接件电连接的支撑柱3吸附晶片9中的负离子，当插接件接通电源的负极时，与所述插接件电连接的支撑柱3吸附晶片9中的正离子，晶片9被吸附于支撑柱3上。进一步地，同时，晶片9内的正离子和负离子相互之间产生沿水平方向的排斥力，排斥力使得晶片9中的正离子和负离子的移动速度加快，促进了晶片9的吸附。本实施例中的支撑柱3为均匀分布，且相邻的支撑柱3分别接通正极电源和负极电源，这样的设计使得晶片9与支撑柱3之间的电场力总体稳定，晶片9能够平稳地吸附于支撑柱3上。

优选地，本实施例中支撑柱3为偶数个。进一步优选地，支撑柱3的个数为6个、10个、或20个，可根据实际使用需求进行设置。

图2a是图1中一种支撑柱的结构示意图，如图1、图2a所示，支撑柱3包括柱本体33和导电弹片35，导电弹片35安装在柱本体33的外周面上，导电弹片35相对于柱本体33的外周面沿径向向外凸出。

导电弹片35安装在每个支撑柱3上，且靠近支撑柱3的底部36，并且导电弹片35相对于支撑柱3的柱本体33凸出。

插接件包括多个导电插座4，多个导电插座4用于与多个正极和负极间隔分布的电源对应连接。导电插座4包括导电内套和套设在导电内套外部的绝缘外套，导电内套具有插槽41。

导电内套采用导电金属制作，优选地，导电内套由铝材料制成。绝缘外套采用绝缘陶瓷或绝缘高分子材料制成，优选地，绝缘外套由陶瓷制成。

支撑柱3的底部36插入插槽41中，导电弹片35与插槽41电接触，导电弹片35与插槽41能沿导电插座4的轴向相对运动。

导电插座4用于提供电能。导电插座4的下部与电源正极或负极相连以提供电能，相邻的导电插座所连接的电源正负极不同。优选地，当设有N个导电插座4时，其中连接电源正极的导电插座4的数量为n＝(N+1)/2，n取最大正整数。

支撑柱3的底部36与导电插座4的插槽41点接触，点接触减小了摩擦，使得支撑柱3在插槽41中的升降运动更顺畅。

进一步的，在支撑柱3的柱本体33的外周面上设置有凹槽34，底部导电弹片35位于凹槽34中。导电弹片35的一端与柱本体33固定，另一端为自由端，自由端在凹槽34中沿支撑柱3的轴向往复移动。且在处于原始状态时相对于支撑柱3的柱本体33呈圆弧状凸出。

优选地，导电弹片35的自由端的末端包括水平弯折部分。在支撑柱3的底部36位于导电插座4的插槽41中时，由于导电弹片35具有弹性，其在支撑柱3插入插槽41中时，会受到挤压而发生形变，从而使导电弹片35能够与插槽41紧密接触，从而实现了良好的电接触。

优选的，多个导电弹片35所组成的最小圆的直径大于导电插座4的插槽41的直径，导电插座4的插槽41的直径大于支撑柱3的直径，从而使导电弹片35能够在支撑柱3插入插槽41中时，会受到挤压而发生形变。

上述支撑柱3与导电插座4可以采用两种连接方式。具体地，第一种连接方式为：上述支撑柱3与导电插座4固定连接，二者没有相对运动。在这种情况下，在基座2上升至其上表面与支撑柱3的顶部31相平齐的位置时，基座2与支撑柱3共同支撑晶片9，在此过程中支撑柱3始终吸附晶片9，保证晶片9不会发生偏移。

第二种连接方式为：每个支撑柱3可升降地设置在导电插座4的插槽41中，二者可以相对运动。在这种情况下，在基座2上升至其上表面与支撑柱3的顶部31相平齐的位置时，基座2与支撑柱3共同支撑晶片9。基座2继续上升同时托起支撑柱3并带动其一起上升，在该过程中，支撑柱3的球形底部36开始远离导电插座4的插槽41并不再与之接触，但设于支撑柱3上的导电弹片35始终与导电插座4的插槽41电连接，多个支撑柱3之间持续形成有电场，支撑柱3始终吸附晶片9，保证晶片9不会发生偏移。

具体地，呈圆弧状凸出的导电弹片35的两端均位于凹槽34中，在支撑柱3上升或下降的运动过程中，导电弹片35可能会与导电插座4的插槽41产生相对摩擦力从而发生形变，导电弹片35的自由端在受力挤压时能够沿着凹槽34滑动以保证导电弹片35发生形变的同时不发生折损断裂。导电弹片35的自由端的末端包括水平弯折部分，该水平弯折部分在自由端滑动的过程中具有导向作用，能够保证导电弹片35始终在凹槽34中滑动。该水平弯折部分可以设置为朝向支撑柱3的轴线方向水平弯折，也可以设置为朝向远离支撑柱3的轴线方向水平弯折。其中，凹槽34的长度大于导电弹片35伸长后的长度。

导电弹片35具有弹性，当支撑柱3上升且其球形底部36与插槽4不接触时，该导电弹片35还能够保持与插槽41的电连接。同时，还能够保持支撑柱3不发生倾斜，平稳支撑晶片9。

导电弹片35为至少一个，当导电弹片35为多个时，多个导电弹片35围绕支撑柱3对称分布。凹槽34与导电弹片35一一对应设置于支撑柱3的柱本体33上。

如图1、图2a所示，柱本体33的顶部31设置有锥形台32，柱本体33的底部36为弧面，锥形台32的上表面为平面。在基座2的定位孔21的顶部形成锥形孔(图中未示出)，锥形孔与锥形台32相配合能带动支撑柱3随基座2一起上升。锥形台32和锥形孔的锥度均为由下而上逐渐增大。

在基座2上升至其上表面与支撑柱3的锥形台32的上表面相平齐时，锥形孔与锥形台32相配合，以在基座2继续上升时，基座2能够托起支撑柱3，并带动支撑柱3一起上升。

当基座2上升至其上表面与支撑柱3的锥形台32的上表面相平齐时，锥形孔与锥形台32相配合，此时，支撑柱3通过顶部31卡合在基座2的上表面上，支撑柱3无法在重力作用下相对基座2向下滑动。当基座2带动支撑柱3一起上升时，支撑柱3的底部36开始远离导电插座4的插槽41并不再与之接触，但设于支撑柱3上的导电弹片35始终与导电插座4的插槽41电连接。

顶部31的上端为平面，其在承载晶片9时与晶片9表面平稳接触。

本实施例中所述的基座2可以为加热基座，当基座2为绝缘陶瓷类加热基座时，其与如图2a所示的支撑柱3配合使用。当基座2为金属导电类加热基座时，其与如图2b所示的支撑柱3配合使用。

该承载装置的具体实施过程包括：

多个导电插座4均与电源连接并通电，电流经导电插座4的插槽41传递至导电弹片35上为支撑柱3供电，多个支撑柱3之间形成电场。将晶片9放置于多个支撑柱3上的要求位置处，晶片9与基座2同心，晶片9在电场的作用下吸附固定在多个支撑柱3的顶部31上。基座2上升至其上表面与支撑柱3的锥形台32的上表面相平齐时，锥形孔与锥形台32相配合，基座2继续上升时，同时托起支撑柱3并带动其一起上升。在该过程中支撑柱3上所设的导电弹片35在凹槽34内滑动并始终与导电插座4的插槽41相接触，多个支撑柱3之间持续形成有电场，晶片9始终吸附在多个支撑柱3上，此时晶片9也吸附于基座2的上表面上，晶片9始终与基座2同心设置。当基座2上升到要求位置后，基座2开始旋转，对晶片9执行成膜工艺。成膜工艺完成后，基座2下降至要求位置，切断导电插座4与电源的连接，取出成膜的晶片9。当基座2下降后，基座2的上表面与支撑柱3不再通过锥形孔与锥形台32相配合，支撑柱3在自身重力作用下运动至其球形的底部36与导电插座4的插槽41接触。

本发明提供的承载装置，其支撑柱采用导电材料制作，且借助与支撑柱连接的插接件，与支撑柱电连接以使支撑柱通过电场力将置于其上的晶片吸附，从而在机械手将晶片传递至支撑柱上时，晶片能够固定在支撑柱上，而不会产生漂移，进而在晶片传递至基座上时，能够与基座对准，从而能够有效提高薄膜均匀性，提高了产品合格率。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图，如图3所示，该反应腔室1内设置有用于承载晶片9的承载装置，该承载装置采用如实施例一所述的承载装置。

该反应腔室1可用于半导体成膜工艺，晶片9可以为衬底结构。基座2为加热基座，基座2的加热部分设于该反应腔室1内。在反应腔室1的底部内壁上设有热反射板6，热反射板6与反应腔室1的底部相连。

承载装置包括导电插座4，导电插座4穿过腔室本体并与腔室本体密封相连。具体地，在热反射板6的圆周方向上设有多个穿孔，多个导电插座4的下端经所述穿孔穿过热反射板6，同时多个导电插座4的下端还穿过反应腔室1底部并与反应腔室1密封连接。导电插座4的穿出反应腔室1的下端与电源相连。

基座2的支撑轴22穿过热反射板6及反应腔室1的底部，并与反应腔室密封相连。

在反应腔室1的底部外壁上还设有升降机构7，升降机构7的上端与反应腔室1的底部相连接。

升降机构7与基座2的支撑轴22相连，用于为支撑轴22提供动力并带动基座2上升或下降。具体地，支撑轴22通过焊接波纹管与反应腔室1相连。

反应腔室1的顶部内壁上设有气体喷淋部件8，该气体喷淋部件8正对基座2设置，并与基座2同心。

反应腔室1内设有机械手口(图中未示出)，机械手5通过该机械手口伸入反应腔室1内，机械手5用于放置晶片9至多个支撑柱3上，具体地，晶片9的放置位置与基座2及气体喷淋部件8同心。

本实施例提供的反应腔室，其通过采用实施例一中提供的上述承载装置，可以能够有效提高薄膜均匀性，提高了产品合格率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种承载装置，包括可升降的基座，在所述基座中设置有定位孔，其特征在于，还包括：

支撑柱，所述支撑柱的底部穿过所述定位孔，所述支撑柱的顶部用于支撑晶片；

插接件，所述插接件与所述支撑柱电连接，且所述插接件用于接通电源的正极或负极，以使所述支撑柱通过电场力将所述晶片吸附。

2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，

所述支撑柱包括柱本体和导电弹片，所述导电弹片安装在所述柱本体的外周面上，且所述导电弹片相对于所述柱本体的外周面沿径向向外凸出。

3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，

所述柱本体的外周面上设置有凹槽，所述导电弹片位于所述凹槽中；

所述导电弹片的一端与所述柱本体固定，另一端为自由端，所述自由端能在所述凹槽中沿所述支撑柱的轴向往复移动。

4.根据权利要求3所述的承载装置，其特征在于，

所述柱本体的顶部设置有锥形台，所述柱本体的底部为弧面，所述锥形台的上表面为平面，和/或，

所述柱本体外周面上覆盖有绝缘保护层。

5.根据权利要求4所述的承载装置，其特征在于，

所述插接件包括多个导电插座，多个所述导电插座用于与多个正极和负极间隔分布的电源对应连接；

所述导电插座包括导电内套和套设在所述导电内套外部的绝缘外套，所述导电内套具有插槽。

6.根据权利要求5所述的承载装置，其特征在于，

所述支撑柱的底部插入至所述插槽中，所述导电弹片与所述插槽电接触，且所述导电弹片与所述插槽能沿所述导电插座的轴向相对运动。

7.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，

所述定位孔的顶部形成锥形孔，所述锥形孔与所述锥形台相配合能带动所述支撑柱随所述基座一起上升。

8.根据权利要求7所述的承载装置，其特征在于，

所述锥形台和所述锥形孔的锥度均为由下而上逐渐增大。

9.一种反应腔室，包括腔室本体，其特征在于，还包括权利要求1-8任意一项所述的承载装置。

10.根据权利要求9所述的反应腔室，其特征在于，所述承载装置包括导电插座，所述导电插座穿过所述腔室本体并与所述腔室本体密封连接。

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