半导体成膜设备、衬底自动定位卡紧结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及半导体成膜设备、衬底自动定位卡紧结构，包括M个定位卡紧结构，其与所述基座同轴心地环形分布在所述基座上表面的周围，用于在工艺过程中卡紧衬底；其中，M为大于等于3的整数；所述定位卡紧结构包括：贯穿所述基座的定位孔洞；自定位卡紧支架，所述定位卡紧支架包括相互垂直固定的圆柱形支杆和横杆，以及位于所述基座下方的支座；所述横杆位于所述支杆的顶部，所述横杆的一端朝向轴心，另一端远离轴心；所述远离轴心的外端包括高出横杆上表面的定位台阶和凹入定位台阶内侧的卡紧锐角卡槽；所述支杆穿过所述定位孔洞，其球面底部与所述支座相抵接，且所述圆柱形支杆上与所述定位台阶同侧处具有切面。
【专利说明】
半导体成膜设备、衬底自动定位卡紧结构
技术领域
[0001]本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种半导体成膜设备和半导体衬底的自动定位卡紧结构。
【背景技术】
[0002]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，而这些器件主要是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的质量和成品率的重要因素。
[0003]通常，半导体成膜设备在反应腔室内包括用于放置衬底的基座，机械手将衬底与反应气体喷淋头同心放置于基座上表面后，就可以进行成膜工艺过程。然而，现有技术的成膜方法往往会导致薄膜不均匀，其原因在于:
[0004]第一，当衬底被放置于基座上后，反应腔室内的压力会降压到工艺压强，由于衬底没有固定，该抽气过程会导致不固定衬底的漂移，从而使得成膜过程中衬底与反应气体喷淋头不同心；
[0005]第二，当执行基座升降时，由于衬底不固定，基座的升降过程会造成衬底漂移，使得衬底无法落在基座要求位置；
[0006]第三，当基座旋转时，由于衬底不固定，基座的旋转也会造成衬底移动，使得衬底无法落在基座要求位置，甚至是将衬底甩出基座，造成衬底破碎；
[0007]第四，衬底的漂移也会造成衬底片间的不均匀成膜。
[0008]也就是说，半导体成膜设备要求衬底与反应气体喷淋头同心才能长出均匀高质量的膜，而上述现有技术中存在的问题会显著降低成膜的均匀性，从而增加产品的不合格率。
[0009]然而，半导体成膜过程需要一个密闭的环境中进行，操作人员无法实时观察衬底在反应腔室内的位置变化。通常，只有当机械手取出长出膜的衬底后，发现衬底不在要求的位置上，才能知道衬底已经移动过，而此时工艺过程已经完成，增加了不必要的时间成本。
[0010]因此，如何提供一种用于半导体成膜设备腔体中的衬底自动定位卡紧结构及卡紧方法，使其在成膜过程中可以对衬底进行定位，已成为本领域技术人员需要解决的技术。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于解决衬底无定位卡紧的缺陷，且提供一种半导体成膜设备、半导体衬底的自动定位卡紧结构及卡紧方法，其可以自动对衬底进行固定定位，避免由于衬底移动造成成膜不均匀甚至失败。为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0012]—种半导体成膜设备，包括反应腔室和承载衬底的基座，所述基座具有支撑轴;其特征在于，还包括M个定位卡紧结构，所述M个定位卡紧结构与所述基座同轴心地环形分布在所述基座上表面的周围，用于在工艺过程中卡紧所述衬底;其中，M为大于等于3的整数；所述定位卡紧结构包括:
[0013]贯穿所述基座的定位孔洞；
[OOM]自定位卡紧支架，所述自定位卡紧支架包括相互垂直固定的圆柱形支杆和横杆，以及位于所述基座下方的支座;所述横杆位于所述支杆的顶部，所述横杆的一端朝向轴心，另一端远离轴心;所述远离轴心的外端包括高出横杆上表面的定位台阶和凹入定位台阶内侧的卡紧锐角卡槽;所述支杆穿过所述定位孔洞，其球面底部与所述支座相抵接，且所述圆柱形支杆上与所述定位台阶同侧处具有切面;其中，
[0015]当没有加载所述衬底时，所述M个横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜一个预定角度；
[0016]当所述衬底下表面与所述自定位卡紧支架上的横杆接触后，所述M个横杆外端在所述定位卡紧支架与所述衬底组成的配合体重心的作用下，以所述球面为支点且通过所述切面导向，向上抬升至水平位置，以使所述衬底卡紧在所述卡紧锐角卡槽中。
[0017]在本发明一些优选的实施例中，所述基座的上表面具有定位凹槽，所述定位凹槽底部为一成角度的斜面，且所述基座的定位孔洞位于定位凹槽内，所述成角度的斜面与所述横杆外端朝下倾斜的预定角度相适配;且当没有加载所述衬底时，所述横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜位于所述定位凹槽内。
[0018]在本发明一些优选的实施例中，所述M个定位卡紧结构与所述基座同轴心地环形均匀分布。
[0019]在本发明一些优选的实施例中，所述卡紧锐角卡槽与水平面之间的夹角为0.1°?10。。
[0020]在本发明一些优选的实施例中，所述卡紧锐角卡槽与水平面之间的夹角为1°。
[0021]在本发明一些优选的实施例中，所述切面的形状可以是抛物线形面、圆锥型面或者直斜面。
[0022]在本发明一些优选的实施例中，所述卡槽的开口夹角为5°?85°。
[0023]在本发明一些优选的实施例中，所述支座为热反射板。
[0024]为实现上述目的，本发明还提供一种技术方案如下:
[0025]—种半导体成膜设备的定位卡紧结构，半导体成膜设备包括反应腔室和承载衬底的基座，所述基座具有支撑轴;所述定位卡紧结构包括:
[0026]位于所述基座的上表面的定位凹槽，其底部为一成角度的斜面，且所述定位凹槽内设有贯穿所述基座的定位孔洞；
?0027]自定位卡紧支架，所述自定位卡紧支架包括相互垂直固定的圆柱形支杆和横杆，以及位于所述基座下方的支座;所述横杆位于所述支杆的顶部，所述横杆的一端朝向轴心，另一端远离轴心;所述远离轴心的外端包括高出横杆上表面的定位台阶和凹入定位台阶内侧的卡紧锐角卡槽;所述支杆穿过所述定位孔洞，其球面底部与所述支座相抵接，且所述圆柱形支杆上与所述定位台阶同侧处具有切面;其中，
[0028]当没有加载所述衬底时，所述横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜一个预定角度;所述成角度的斜面与所述横杆外端朝下倾斜的预定角度相适配；
[0029]当所述衬底下表面与所述自定位卡紧支架上的横杆接触后，所述横杆外端在所述自定位卡紧支架与所述衬底组成的配合体重心的作用下，以所述球面为支点且通过所述切面导向，向上抬升至水平位置;通过与其它与所述基座同轴心地环形分布在所述基座上表面周围的定位卡紧结构，将所述衬底卡紧在所述卡紧锐角卡槽中。
[0030]为实现上述目的，本发明再提供一种技术方案如下:
[0031]—种采用上述衬底自动定位卡紧结构的卡紧方法，包括如下步骤:
[0032]步骤S1:利用升降单元将所述基座降至低位，使得所述球面结构与所述热反射板接触;在重力的作用下，所述自定位卡紧支架向所述基座的圆心外侧打开；
[0033]步骤S2:利用机械手将衬底置于所述自定位卡紧支架上方，并向下至所述衬底下表面接触所述自定位卡紧支架上的横杆；
[0034]步骤S3:所述衬底脱离机械手，其自身重力作用于所述横杆，并带动所述自定位卡紧支架向所述切面的相反方向运动，使得所述定位台阶与所述衬底的外圆接触；
[0035]步骤S4:利用升降单元带动基座上升至所述球面结构脱离所述热反射板；
[0036]步骤S5:所述自定位卡紧支架在重力作用下自动卡紧所述衬底。
[0037]从上述技术方案可以看出，本发明提供的衬底自动定位卡紧结构，其依据锥形斜面、重力、杠杆机构配合，结构简单，且无需外部提供动力就能实现自动定位卡紧的功能，从而保证了衬底在基座上位置固定不变，使其膜生长更加均匀，同时也消除了片间的差异性。
【附图说明】
[0038]图1示出为本发明具有单片不旋转式基座的半导体成膜设备腔体一个实施例的剖面图
[0039]图2所示为本发明自动定位卡紧结构中的自定位卡紧支架的立体结构示意图
[0040]图3示出了根据本发明的一个实施例的基座和定位凹槽结构的剖面图[0041 ]图4所示为本发明自动定位卡紧结构和基座的立体结构示意图
[0042]图5示出了根据本发明的一个实施例的自定位卡紧支架在基座处于低位时的结构图
[0043]图6示出了根据本发明的一个实施例的自定位卡紧支架在放置衬底后的结构图
[0044]图7示出了根据本发明的一个实施例的自定位卡紧支架卡紧衬底时的受力示意图
【具体实施方式】
[0045]下面参照附图更详细地说明本发明，其中示出了本发明的优选实施例。本发明可以，但是以不同的方式体现，但是不应该局限于在此所述的实施例。
[0046]需要说明的是，本发明半导体衬底的自动定位卡紧结构及卡紧方法，可以使用于需要在基座上固定衬底的任何一种半导体设备的腔体。具体地，本发明半导体衬底的自动定位卡紧结构及卡紧方法，按基座的功能分，可以适用于具有升降基座或具有旋转功能基座的半导体膜设备腔体中，当然，也同样适用于具有固定基座的半导体膜设备腔体中；按基座能承载晶圆(即衬底)片数分，本发明半导体衬底的自动定位卡紧结构及卡紧方法，可以适用于多片旋转式基座、单片旋转式基座和单片不旋转式基座。为叙述方便起见，下面的实施例仅以单片不旋转式基座为例，进行详细说明。
[0047]请参阅图1，图1示出为本发明具有单片不旋转式基座的半导体成膜设备腔体一个实施例的剖面图。如图1所示，半导体成膜设备反应腔室I中具有用于放置衬底4的基座2、自动定位卡紧支架3、机械手5、热反射板6、升降单元7和反应气体喷淋头8。其中，反应腔室I为衬底4提供密闭洁净的反应场所，反应气体喷淋头8在反应腔室I上面且与腔室I同心，升降单元7与反应腔室I底面连接，基座2与升降单元7连接并且保证基座2与反应腔室I同心，升降单元7可带动基座2做上下运动，热反射板6固定在反应腔室I底面且与反应腔室I同心；自定位卡紧支架3在基座2上与定位孔洞32(如图3所示)配合，机械手5可以用于传送衬底4，在执行工艺过程中，衬底4通过自定位卡紧支架3坐落在基座2的上表面。
[0048]请参阅图2，图2所示为本发明定位卡紧结构中的一个定位卡紧支架的立体结构示意图。如图所示，自定位卡紧支架3包括相互基本垂直固定的支杆25和横杆23，支杆25和横杆23的材料可以与基座相同，优选地，可以为陶瓷、石英或者石墨等。其中，横杆23位于支杆25的顶部，且横杆23的上表面为平面，横杆23的一端朝向轴心，另一端远离轴心，远离轴心的外端包括高出横杆23上表面的定位台阶21，定位台阶21用于卡紧衬底4 ο定位台阶21的内侦叭朝向轴心的侧面)具有卡紧锐角卡槽22，该卡槽22为嵌入定位台阶21内侧内的一个契形空间。其中，该卡槽22上端到下端的角度优选地为5°?85°，更优选地，卡槽22的角度为10°。
[0049]在本发明的一个较佳实施例中，支杆25为长圆柱体结构，其底部包括球面结构26，且支杆25靠近定位台阶21的一侧具有切面24，在沿横杆23的延伸方向上，该切面24使得支架25靠近底部的长度小于靠近顶部的长度，同时，横杆23的放置使得自定位卡紧支架3的重心位于切面24—侧。其中，切面24的形状可以是抛物线型面、圆锥型面或者直斜面。
[0050]请参阅图3，图3示出了根据本发明的一个实施例的基座和定位凹槽结构的剖面图，如图3所示，基座2上表面有多个与自定位卡紧支架3的横杆23配合的定位凹槽30，定位孔洞32开口于定位凹槽30的底面31，且定位孔洞32与自定位卡紧支架3的支杆25配合使用。在一些优选的实施例中，底面31向定位台阶一侧倾斜，且与水平面之间的夹角为0.1°?10°，更优选地，其夹角为1°。支杆25穿过定位孔洞32，并且支杆25可以在定位孔洞32内自由上下滑动且不能随意旋转。
[0051]请参阅图4，图4所示为本发明定位卡紧结构和基座的立体结构示意图。在本发明的实施例中，M个自动定位卡紧结构与基座2同轴心地环形均匀分布在基座2的周围，较佳地，自定位卡紧支架3的数量至少为3个。从图4中可以看出，基座2上具有定位凹槽和定位孔洞，分别与自定位卡紧支架的横杆和支杆的形状相配合。
[0052]请参阅图5，图5示出了根据本发明的一个实施例的自动定位卡紧结构在基座处于低位时的结构图。如图所示，当升降单元7带动基座2降至低位时，由于未放置衬底4，自定位卡紧支架3处于空闲状态，此时支杆25的底部球面结构26与热反射板6接触。由于定位卡紧支架3的重心位于切面24—侧，使得其以球面结构26为支点在重力作用下沿着切面24向下倾斜一个预定角度，此时横杆23与水平方向之间的夹角小于90°，并且所述有角度倾斜的底面31与所述横杆外端向下倾斜的预定角度相适配。
[0053]请参阅图6，图6示出了根据本发明的一个实施例的自定位卡紧支架在放置衬底后的结构图。如图所示，当基座2下降至要求位置时，机械手5(图5中未示出)将衬底4送至M个自定位卡紧支架3上方，随着机械手5的下降，衬底4的下表面与所述M个自定位卡紧支架3上的横杆23接触，同时衬底4与机械手5脱离。此时，由于横杆23上增加了衬底4的重量，所述M个横杆的外端在所述自定位卡紧支架与所述衬底组成的配合体重心的作用下，以所述球面结构为支点且通过所述切面24导向，向上收缩抬升至水平位置。在收缩的过程中，所述M个自定位卡紧支架3与衬底4组成的配合体重心逐渐靠近球面结构26的竖直中心，当M个自定位卡紧支架3垂直时，其与衬底4组成的配合体便相对稳定，使得M个自定位卡紧支架3不再向内收缩，从而通过定位台阶21将衬底4卡紧定位在所述卡槽22中。之后，机械手5退出反应腔室1(图6中未示出)，升降单元7带动基座2上升，至球面结构26与热反射板6脱离时，由于切面24的存在，所述M个自定位卡紧支架3在重力的作用下，有向下贴紧切面24的趋势。同时，由于定位凹槽30的底面31具有一定倾斜角度，使得横杆23具有定位台阶21的一端与底面31形成支点接触，同时，衬底4定位后，其边缘与卡槽22斜面接触，这样就形成了 L型杠杆结构。
[0054]请参阅图7，图7示出了根据本发明的一个实施例的自定位卡紧支架卡紧衬底时的受力示意图。如图7所示，当基座升至最高点时，自定位卡紧支架的横杆配合地陷于定位凹槽中，此时定位卡紧支架3在重力下提供动力，通过杠杆作用，卡槽22有向内收缩的力41，其可以分解成水平指向圆心的力42和垂直向下的力43，其中水平指向圆心的力42卡紧衬底4，垂直向下的力43将衬底4压紧在基座2的上表面。
[0055]以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种半导体成膜设备，包括反应腔室和承载衬底的基座，所述基座具有支撑轴;其特征在于，还包括M个定位卡紧结构，所述M个定位卡紧结构与所述基座同轴心地环形分布在所述基座上表面的周围，用于在工艺过程中卡紧所述衬底;其中，M为大于等于3的整数;所述定位卡紧结构包括: 贯穿所述基座的定位孔洞； 自定位卡紧支架，所述定位卡紧支架包括相互垂直固定的圆柱形支杆和横杆，以及位于所述基座下方的支座;所述横杆位于所述支杆的顶部，所述横杆的一端朝向轴心，另一端远离轴心;所述远离轴心的外端包括高出横杆上表面的定位台阶和凹入定位台阶内侧的卡紧锐角卡槽;所述支杆穿过所述定位孔洞，其球面底部与所述支座相抵接，且所述圆柱形支杆上与所述定位台阶同侧处具有切面;其中， 当没有加载所述衬底时，所述M个横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜一个预定角度； 当所述衬底下表面与所述定位卡紧支架上的横杆接触后，所述M个横杆外端在所述定位卡紧支架与所述衬底组成的配合体重心的作用下，以所述球面为支点且通过所述切面导向，向上抬升至水平位置，以使所述衬底卡紧在所述卡紧锐角卡槽中。2.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述基座的上表面具有定位凹槽，所述定位凹槽底部为一成角度的斜面，且所述基座的定位孔洞位于定位凹槽内，所述成角度的斜面与所述横杆外端朝下倾斜的预定角度相适配;且当没有加载所述衬底时，所述横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜位于所述定位凹槽内。3.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述M个定位卡紧结构与所述基座同轴心地环形均匀分布。4.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述卡紧锐角卡槽与水平面之间的夹角为0.1°?10°。5.根据权利要求4所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述卡紧锐角卡槽与水平面之间的夹角为1°。6.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述切面的形状是抛物线形面、圆锥型面或者直斜面中的一种。7.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述卡槽的开口夹角为5°?85。。8.根据权利要求1所述的半导体成膜设备，其特征在于，所述支座为热反射板。9.一种半导体成膜设备的衬底自动定位卡紧结构，半导体成膜设备包括反应腔室和承载衬底的基座，所述基座具有支撑轴;其特征在于，所述衬底自动定位卡紧结构包括: 位于所述基座的上表面的定位凹槽，其底部为一成角度的斜面，且所述定位凹槽内设有贯穿所述基座的定位孔洞； 自定位卡紧支架，所述定位卡紧支架包括相互垂直固定的圆柱形支杆和横杆，以及位于所述基座下方的支座;所述横杆位于所述支杆的顶部，所述横杆的一端朝向轴心，另一端远离轴心;所述远离轴心的外端包括高出横杆上表面的定位台阶和凹入定位台阶内侧的卡紧锐角卡槽;所述支杆穿过所述定位孔洞，其球面底部与所述支座相抵接，且所述圆柱形支杆上与所述定位台阶同侧处具有切面;其中， 当没有加载所述衬底时，所述横杆外端在自身重心的作用下朝下倾斜一个预定角度；所述成角度的斜面与所述横杆外端朝下倾斜的预定角度相适配； 当所述衬底下表面与所述定位卡紧支架上的横杆接触后，所述横杆外端在所述定位卡紧支架与所述衬底组成的配合体重心的作用下，以所述球面为支点且通过所述切面导向，向上抬升至水平位置;通过与所述基座同轴心地环形分布在所述基座上表面的其他定位卡紧结构，将所述衬底卡紧在所述卡紧锐角卡槽中。
【文档编号】H01L21/67GK205452245SQ201521130336
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】王勇飞, 兰云峰
【申请人】北京七星华创电子股份有限公司