单片式射频等离子扫胶设备的制作方法

1.本发明涉及晶圆加工设备技术领域，具体涉及单片式射频等离子扫胶设备。


背景技术：

2.随着科技的快速发展，高科技电子产品已普遍应用于日常生活中，例如手机、平板电脑、数码相机等电子产品。这些电子产品内部包括许多半导体芯片，而半导体芯片的材料来源就是晶圆。为了能够满足高科技电子产品的大量需求，晶圆制造业在如何使得晶圆的制造流程更加快速、高效方面，不断地进行着研发与改良。
3.现有市场上的等离子扫胶设备在进行使用时，其大多存在结构简单、功能单一和去胶效果差的缺陷，因此亟需研发一种单片式射频等离子扫胶设备来解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了单片式射频等离子扫胶设备，解决了现有等离子扫胶设备在进行使用时，其大多存在结构简单、功能单一和去胶效果差的问题，用于2到6英寸半导体圆片的单片式打胶，通过产生低压、低温的等离子体辉光放电，与圆片表面进行快速化学反应与物理冲击，完成去胶。至上而下的等离子体去胶模式，避免了圆片受到高能离子的损伤。
5.本发明通过以下技术方案予以实现：单片式射频等离子扫胶设备，包括设备主体，其所述设备主体上主要包括片盒放置机构、晶圆搬运机器人、圆片校正机构和真空反应腔体系统；所述扫胶设备工作时，首先将装有圆片的片盒放置在片盒放置机构上，由晶圆搬运机器人将圆片真空吸附取出，搬运至圆片校正机构上释放真空进行校正，同时控制自动开关门机构开门动作，校正后的圆片再由晶圆搬运机器人将圆片真空吸附取出，放入真空反应腔体系统的反应腔内部，控制自动开关门机构关门动作，通过射频电离室进行射频等离子扫胶，扫胶结束后，控制自动开关门机构开门动作，晶圆搬运机器人将圆片真空吸附并从真空反应腔体系统的反应腔内取出，并放置到圆片校正机构进行校正，校正后取出放入片盒。
6.优选的，所述片盒放置机构包括安装架、固定卡板、移动卡板和片盒；所述安装架的顶部一端可拆卸安装有所述固定卡板，另一端可拆卸锁紧有所述移动卡板，所述固定卡板和所述移动卡板之间卡紧有所述片盒；此处的安装架顶部还包括设置的微动开关，手动调整片盒移动卡板即可通过下方的微动开关，用于检测片盒内放置的圆片的有无。
7.且所述固定卡板的两端均对称开设有若干阶梯卡槽，所述移动卡板上开设有两个平行的腰型槽，所述安装架的顶部上开设有与所述腰型槽相配合锁紧的一字型槽，两个所述一字型槽呈八字型对称分布设置。
8.优选的，所述晶圆搬运机器人的机械臂采用陶瓷手臂材质制成，且所述机械臂的最外端顶部开设有真空吸附槽，所述真空吸附槽开设的数量至少为两个，呈由内至外的环
形槽结构依次设置。
9.优选的，所述圆片校正机构包括校正架和校正板；所述校正架的顶部周向设有若干所述校正板，每个所述校正板的顶部由上至下依次开设有若干阶梯放置槽。
10.优选的，所述真空反应腔体系统包括射频电离室、真空反应腔和自动开关门机构；所述真空反应腔的顶部设有所述射频电离室，所述射频电离室的内部包括石英腔、射频正极、射频负极和绝缘片；所述石英腔的外壁上周向设有绝缘片，所述绝缘片上连接有所述射频正极，所述射频正极包括环形正极圈和正极片，所述环形正极圈的内壁周向设有所述正极片；所述射频负极包括环形负极圈和负极片，所述环形负极圈嵌设于所述石英腔的外壁上，所述环形负极圈的顶部周向设有所述负极片，所述正极片和所述负极片之间均匀交错设置。
11.优选的，所述真空反应腔与所述石英腔相连通，所述石英腔的顶部设置连通有进气管，所述真空反应腔包括铝制腔体、分层石英盘、加热台、圆片托起机构和真空计；所述铝制腔体的内腔上部嵌设有所述分层石英盘，所述铝制腔体的内腔下部设有所述加热台，所述铝制腔体上还设有所述真空计，所述真空计的检测端位于所述铝制腔体内部。
12.优选的，所述石英腔的内腔顶部还包括设置的与所述进气管相连通的布气盘，所述布气盘的底部呈弧形球面结构设置，且所述布气盘的弧形球面上均匀开设有若干第一布气孔；所述分层石英盘包括至少两层石英盘结构，且所述分层石英盘上均匀开设有若干第二布气孔；所述真空反应腔上还包括设置的抽真空管路和安装于所述抽真空管路上的真空蝶阀。
13.优选的，所述圆片托起机构包括托板、举升板、举升气缸和举升杆；所述加热台上周向开设有插接槽，所述插接槽内滑动插接有托板，所述托板的底部与举升板相连，所述铝制腔体的底部还包括安装的举升气缸，所述举升气缸的活塞杆端设有所述举升杆，所述举升杆穿过所述铝制腔体的底壁与所述举升板相连；所述铝制腔体上还包括开设的腔室口，通过控制自动开关门机构动作，实现对腔室口进行自动开关。
14.优选的，所述自动开关门机构包括固定板、提升气缸、竖向导向杆、导向座、提升板、推进气缸、横向导向杆、导向套、插接杆、弹簧和门板；所述固定板上安装有所述提升气缸，所述提升气缸的活塞杆端设有所述提升板，所述提升板的一侧对称设有两个所述导向座，所述导向座内滑动插接有所述竖向导向杆，所述竖向导向杆对称设置于所述固定板上；所述提升板上安装有所述推进气缸，所述推进气缸的活塞杆端设有所述门板，所述门板的一侧四角对称设有所述插接杆，所述插接杆上套设有所述弹簧，其中所述弹簧的一端与所述提升板相抵接，另一端与所述插接杆的限位部相抵接；两个所述横向导向杆位于上下两侧所述插接杆之间设置，所述门板的一侧对称设有所述横向导向杆，所述横向导向杆与所述导向套之间滑动插接，所述提升板上对称固定插接有所述导向套。
15.本发明的有益效果为：本发明在采用上述结构的设计和使用下，解决了现有等离子扫胶设备在进行使用
时，其大多存在结构简单、功能单一和去胶效果差的问题，用于2
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6英寸半导体圆片的单片式打胶，通过产生低压、低温的等离子体辉光放电，与圆片表面进行快速化学反应与物理冲击，完成去胶。至上而下的等离子体去胶模式，避免了圆片受到高能离子的损伤；而且本发明结构新颖、设计合理，操作简便灵活，具有较强的实用性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的结构图；图2是本发明的内部结构俯视图；图3是本发明中片盒放置机构的结构图一；图4是本发明中片盒放置机构的结构图二；图5是本发明中一字型槽的结构图；图6是本发明中圆片校正机构的结构图；图7是本发明中晶圆搬运机器人的结构图；图8是本发明中自动开关门机构和真空反应腔体系统的结构图；图9是本发明中自动开关门机构的结构图一；图10是本发明中自动开关门机构的结构图二；图11是本发明中圆片托起机构的结构仰视图；图12是本发明中真空反应腔体系统的结构剖视图；图13是本发明中射频电离室的结构图；图14是本发明中石英腔和真空反应腔的结构剖视图。
18.图中：1
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设备主体、2
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片盒放置机构、21
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安装架、22
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固定卡板、23
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移动卡板、24
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片盒、25
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阶梯卡槽、26
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腰型槽、27
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一字型槽、3
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晶圆搬运机器人、31
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机械臂、32
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真空吸附槽、4
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圆片校正机构、41
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校正架、42
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校正板、43
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阶梯放置槽、5
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真空反应腔体系统、51
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射频电离室、511
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石英腔、512
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射频正极、513
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射频负极、514
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绝缘片、515
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进气管、516
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布气盘、52
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真空反应腔、521
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铝制腔体、522
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分层石英盘、523
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加热台、5231
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热电偶温度计、524
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圆片托起机构、5241
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托板、5242
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举升板、5243
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举升气缸、5244
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举升杆、5245
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弹簧密封软管、525
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真空计、526
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抽真空管路、527
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真空蝶阀、528
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腔室口、53
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自动开关门机构、531
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固定板、532
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提升气缸、533
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竖向导向杆、534
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导向座、535
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提升板、536
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推进气缸、537
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横向导向杆、538
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导向套、539
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插接杆、540
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弹簧、541
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门板。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。
20.实施例1：请参阅图1~14所示，本实施例具体公开提供了单片式射频等离子扫胶设备的技术方案，包括设备主体1，其设备主体1上主要包括片盒放置机构2、晶圆搬运机器人3、圆片校正机构4和真空反应腔体系统5；扫胶设备工作时的工作流程如下：首先将装有圆片的片盒24放置在片盒放置机构2上，由晶圆搬运机器人3将圆片真空吸附取出，搬运至圆片校正机构4上释放真空进行校正，同时控制自动开关门机构53开门动作，校正后的圆片再由晶圆搬运机器人3将圆片真空吸附取出，放入真空反应腔体系统5的反应腔内部，控制自动开关门机构53关门动作，通过射频电离室51进行射频等离子扫胶，扫胶结束后，控制自动开关门机构53开门动作，晶圆搬运机器人3将圆片真空吸附并从真空反应腔体系统5的反应腔内取出，并放置到圆片校正机构4进行校正，校正后取出放入片盒24。
21.具体的，片盒放置机构2包括安装架21、固定卡板22、移动卡板23和片盒24；安装架21的顶部一端可拆卸安装有固定卡板22，另一端可拆卸锁紧有移动卡板23，固定卡板22和移动卡板23之间卡紧有片盒24；当上述对片盒24进行锁紧固定时，可以通过调节移动卡板23在安装架21顶部的位置，从而适应不同口径尺寸圆片盛装的片盒24进行锁紧固定；且固定卡板22的两端均对称开设有若干阶梯卡槽25，移动卡板23上开设有两个平行的腰型槽26，安装架21的顶部上开设有与腰型槽26相配合锁紧的一字型槽27，两个一字型槽27呈八字型对称分布设置；通过使用锁紧螺栓和锁紧螺母，与腰型槽26和一字型槽27的锁紧配合，可以调节移动卡板23在安装架21顶部的位置，而且通过上述若干阶梯卡槽25的设置，便于与片盒24进行配合卡接锁紧固定；通过上述一字型槽27呈八字型对称分布设置，便于对移动卡板23适应不同尺寸的圆片盛装片盒24进行调节其位置后，进行锁紧固定。
22.具体的，晶圆搬运机器人3的机械臂31采用陶瓷手臂材质制成，且机械臂31的最外端顶部开设有真空吸附槽32，真空吸附槽32开设的数量至少为两个，呈由内至外的环形槽结构依次设置，利用机械臂31上附带的真空抽气装置与其真空吸附槽32相连通，对真空吸附槽32进行抽真空，利用真空吸附力达到对晶圆圆片进行吸附固定拾取的目的。
23.具体的，圆片校正机构4包括校正架41和校正板42；校正架41的顶部周向设有若干校正板42，每个校正板42的顶部由上至下依次开设有若干阶梯放置槽43；通过上述若干阶梯放置槽43的设置，便于对不同口径尺寸的晶圆圆片进行校正放置的目的。
24.具体的，真空反应腔体系统5包括射频电离室51、真空反应腔52和自动开关门机构53；真空反应腔52的顶部设有射频电离室51，射频电离室51的内部包括石英腔511、射频正极512、射频负极513和绝缘片514；此处的射频正极512、射频负极513与13.56mhz、100
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600w可调的射频电源电性相连，还包括设置的射频自动匹配器，通过射频电离室51内的射频正极512、射频负极513对通入的工艺气体进行电离，通过产生低压、低温的等离子体辉光放电，与圆片表面进行快速化学反应与物理冲击，完成去胶。至上而下的等离子体去胶模式，避免了圆片受到高能离子的损伤。
25.石英腔511的外壁上周向设有绝缘片514，绝缘片514上连接有射频正极512，射频正极512包括环形正极圈和正极片，环形正极圈的内壁周向设有正极片；射频负极513包括环形负极圈和负极片，环形负极圈嵌设于石英腔511的外壁上，环形负极圈的顶部周向设有
负极片，正极片和负极片之间均匀交错设置；通过上述均匀交错设置的正极片和负极片，可以提高对工艺气体的均匀电离效果。
26.具体的，真空反应腔52与石英腔511相连通，石英腔511的顶部设置连通有进气管515，真空反应腔52包括铝制腔体521、分层石英盘522、加热台523、圆片托起机构524和真空计525；铝制腔体521的内腔上部嵌设有分层石英盘522，铝制腔体521的内腔下部设有加热台523，此处加热台523上还包括设置的热电偶温度计5231，其检测探头位于加热台523周向开设的探测腔内，用于检测加热台523上的加热温度，其加热温度控制在70
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250℃内，铝制腔体521上还设有真空计525，真空计525的检测端位于铝制腔体521内部。上述经射频电离室51电离后的工艺气体经进气管515进入至石英腔511内部，经分层石英盘522进行均匀布气后，喷射到加热台523上的圆片上，对圆片进行轰击去胶动作；而且电离后的高能活性粒子，通过分层石英盘522的过程中发生气相复合而被消除；能够氧化光刻胶的低能量自由基和中性粒子，则被送到圆片表面，完成去胶，达到去胶速率在0.5
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1.5um/min。
27.具体的，石英腔511的内腔顶部还包括设置的与进气管515相连通的布气盘516，布气盘516的底部呈弧形球面结构设置，且布气盘516的弧形球面上均匀开设有若干第一布气孔；通过上述设置的布气盘516可以对经电离的工艺气体进行初次分配，提高气体分配的均匀程度；分层石英盘522包括至少两层石英盘结构，且分层石英盘522上均匀开设有若干第二布气孔；通过上述第二布气孔的设置，可以进一步提高气体分配的均匀程度，提高圆片的去胶均匀程度。
28.真空反应腔52上还包括设置的抽真空管路526和安装于抽真空管路526上的真空蝶阀527，控制外部真空泵工作，通过抽真空管路526可以对真空反应腔52内进行抽真空，通过真空蝶阀527的设置，便于调节流量。
29.具体的，圆片托起机构524包括托板5241、举升板5242、举升气缸5243和举升杆5244；加热台523上周向开设有插接槽，插接槽内滑动插接有托板5241，此处的托板5241其顶部亦包括开设的阶梯槽，与校正板42上的阶梯槽相似，托板5241的底部与举升板5242相连，铝制腔体521的底部还包括安装的举升气缸5243，举升气缸5243的活塞杆端设有举升杆5244，举升杆5244穿过铝制腔体521的底壁与举升板5242相连，此处举升杆5244的外部还包括套设的弹簧540密封软管5245，弹簧540密封软管5245的上端与铝制腔体521的底壁密封相连，下端与活塞杆端处的连接板密封相连，保证其铝制腔体521的内腔密封性能；上述圆片托起机构524工作时，控制举升气缸5243动作，其活塞杆伸长，带动举升杆5244、举升板5242、托板5241向上运动，使加热去胶后的圆片完成托起动作。
30.铝制腔体521上还包括开设的腔室口528，通过控制自动开关门机构53动作，实现对腔室口528进行自动开关。
31.具体的，自动开关门机构53包括固定板531、提升气缸532、竖向导向杆533、导向座534、提升板535、推进气缸536、横向导向杆537、导向套538、插接杆539、弹簧540和门板541；固定板531上安装有提升气缸532，提升气缸532的活塞杆端设有提升板535，提升板535的一侧对称设有两个导向座534，导向座534内滑动插接有竖向导向杆533，竖向导向杆533对称设置于固定板531上；提升板535上安装有推进气缸536，推进气缸536的活塞杆端设有门板541，门板541
的一侧四角对称设有插接杆539，插接杆539上套设有弹簧540，其中弹簧540的一端与提升板535相抵接，另一端与插接杆539的限位部相抵接；两个横向导向杆537位于上下两侧插接杆539之间设置，门板541的一侧对称设有横向导向杆537，横向导向杆537与导向套538之间滑动插接，提升板535上对称固定插接有导向套538；上述自动开关门机构53工作时，首先控制提升气缸532动作，活塞杆伸长带动提升板535及其上的举升气缸5243在竖向导向杆533和导向座534的导向下向上运动，当门板541向上运动至与腔室口528相匹配的高度位置时，停止动作，此时控制推进气缸536动作，其活塞杆带动门板541在导向套538和横向导向杆537的导向下进行向腔室口528处运动，直至门板541与腔室口528进行扣合即可。而且通过上述插接杆539和弹簧540的设置，可以达到对门板541在进行运动推进扣合时达到弹性缓冲的目的，进一步提高稳定性。
32.本发明在采用上述结构的设计和使用下，解决了现有等离子扫胶设备在进行使用时，其大多存在结构简单、功能单一和去胶效果差的问题，用于2到6英寸半导体圆片的单片式打胶，通过产生低压、低温的等离子体辉光放电，与圆片表面进行快速化学反应与物理冲击，完成去胶。至上而下的等离子体去胶模式，避免了圆片受到高能离子的损伤。
33.上述涉及的电器元件的控制方式是通过与其配套的控制终端的plc电控箱进行控制的，控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，属于本领域的公知常识，仅对其进行使用，未对其进行改进，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细对控制方式和电路连接进行赘述。
34.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。