晶圆边缘保护结构升降控制装置及半导体机台的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆边缘保护结构升降控制装置及半导体机台。


背景技术：

2.随着集成电路技术不断向着微型化、集成化发展，对相应的集成电路制造领域的精细化控制也提出更高的要求。例如，将退火工艺由晶圆整体加热的方式向快速热处理(rtp)、脉冲式退火(impulse annealing)及激光扫描退火方式的持续更迭。其中，激光扫描退火的效果最佳。
3.在激光扫描退火过程中，由于激光光斑能量密度很大，为防止激光光斑打到晶圆边缘时引起晶圆碎片，在晶圆边缘设置有晶圆边缘保护结构进行部分遮挡，而且根据不同退火工艺条件，该晶圆边缘保护结构距晶圆上表面的距离也需要相应调节。与此同时，在退火时，为了降低氧气对晶圆表面的影响，将晶圆放置到密闭腔体中，以将氧气浓度控制到一定的指标范围。由此，则要求设置于该退火装置的腔体内的晶圆边缘保护结构到晶圆上表面距离控制在一定距离(例如0.1～1.5mm)范围可调，但该距离过小，导致行程机构的电气限位和机械限位设计难度很大，无法对晶圆或晶圆边缘保护结构进行有效的保护，并且由于晶圆边缘保护结构位于上述狭小的密闭腔体内，其行程也难以测量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种晶圆边缘保护结构升降控制装置及半导体机台，以保护基底及基底边缘保护结构并便于测量基底边缘保护结构的行程。
5.本实用新型的另一目的在于，便于测量基底边缘保护结构的行程。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种行程限位机构，用于行程的指示及保护，所述晶圆边缘保护结构升降控制装置包括升降单元、行程放大单元以及水平移动单元，所述升降单元用以驱动所述基底边缘保护结构升降，所述行程放大单元用以驱动所述升降单元升降并以n倍放大倍率驱动所述水平移动单元移动。
7.可选的，所述行程放大单元包括丝杠轴、丝杠螺母、齿轮及齿条；所述丝杠轴的一端与一驱动单元连接，所述驱动单元用于驱动所述丝杠轴旋转，所述丝杠螺母与所述丝杠轴构成丝杠副，所述丝杠螺母与所述升降单元连接以驱动所述升降单元升降，所述丝杠轴的另一端与所述齿轮固定连接，所述齿条与所述齿轮啮合并与所述水平移动单元连接，用于将所述丝杠螺母的行程放大n倍。
8.可选的，n＝π
×
d/h，且，π
×
d>h，其中，d为所述齿轮的分度圆直径，h为所述丝杠轴的导程。
9.可选的，所述水平移动单元包括第一导轨、滑块、限位部件、指针及标尺；所述滑块与所述齿条固定连接，所述滑块滑动设置于所述第一导轨上，所述限位部件设置于所述第一导轨的两侧，所述指针与所述滑块连接，并与所述标尺相对应。
10.可选的，所述限位部件包括机械限位部件和/或电气限位部件；所述机械限位部件为机械限位块，所述机械限位块设置于所述第一导轨的两端，用于对所述滑块进行机械限位；所述电气限位部件包括设置于所述第一导轨上的电气限位传感器以及设置于所述滑块上的电气限位传感器挡片，用于对所述滑块进行电气限位。
11.可选的，所述驱动单元包括电机单元、传动单元及制动部件，所述传动单元传动连接所述电机单元与所述丝杠轴，所述制动部件与所述电机组件连接，并用于对所述电机单元执行制动。
12.可选的，所述传动单元包括与所述电机单元连接的第一同步带轮、与所述丝杠轴连接的第二同步带轮以及同步带，所述同步带连接所述第一同步带轮与所述第二同步带轮。
13.可选的，所述第一同步带轮的分度圆直径小于所述第二同步带轮的分度圆直径。
14.可选的，所述升降单元包括第二导轨、连接板及升降连接架，所述第二导轨与所述丝杠轴平行设置，所述连接板与所述丝杠螺母固定连接，且所述连接板贯穿所述第二导轨及所述丝杠轴，所述升降连接架的一端与所述连接板固定连接，所述升降连接架的另一端与所述基底边缘保护结构连接。
15.基于本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供一种半导体机台，所述半导体机台包括如上述的晶圆边缘保护结构升降控制装置，所述半导体机台为激光退火设备或键合设备。
16.综上所述，本实用新型提供的晶圆边缘保护结构升降控制装置以及半导体机台具有以下有益效果：
17.1)利用行程放大单元输出放大n倍的行程，并利用该放大n倍的行程进行限位，以便于对升降单元的行程进行限位，有利于提高限位的精度，防止撞坏基底或装置；
18.2)还可利用上述放大n倍的行程进行测量，以便于监控及调节基底边缘保护结构与基底之间的距离，实现更精确地距离控制，以提高保护效果。
附图说明
19.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。其中：
20.图1是本技术实施例提供的晶圆边缘保护结构升降控制装置的结构示意图。
21.附图中：
22.10
‑
行程放大单元；11
‑
丝杠轴；12
‑
丝杠螺母；13
‑
齿轮；14
‑
齿条；
23.20
‑
水平移动单元；21
‑
齿条连接件；22
‑
滑块；23
‑
第一导轨；24
‑
机械限位部件；25
‑
电气限位部件；25a
‑
电气限位传感器；25b
‑
电气限位拨片；26
‑
指针；27
‑
标尺；
24.30
‑
升降单元；31
‑
第二导轨；32
‑
丝杠螺母连接板；33
‑
升降连接架；
25.40
‑
驱动单元；41
‑
电机单元；42
‑
制动部件；43
‑
传动单元；43a
‑
第一同步带轮；43b
‑
第二同步带轮；43c
‑
同步带；
26.51
‑
基底；52
‑
腔体；53
‑
基底边缘保护结构；54
‑
承载板。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
28.如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
29.本实用新型提供了一种晶圆边缘保护结构升降控制装置及半导体机台，利用行程放大单元输出行程的同时输出放大n倍的行程，并利用该放大n倍的行程进行限位，以便于对升降单元的行程进行限位，有利于提高限位的精度，防止撞坏基底或装置。进一步的，还可利用上述放大n倍的行程进行测量，以便于监控及调节基底边缘保护结构与基底之间的距离，实现更精确地距离控制，以提高保护效果。
30.图1是本技术实施例提供的晶圆边缘保护结构升降控制装置的结构示意图。
31.如图1所示，本实施例提供的晶圆边缘保护结构升降控制装置，用于驱动基底边缘保护结构53升降。晶圆边缘保护结构升降控制装置包括升降单元30、行程放大单元10以及水平移动单元20，升降单元30用以驱动基底边缘保护结构53升降，行程放大单元10用以驱动升降单元30升降并以n倍放大倍率驱动水平移动单元20移动，且通过水平移动单元20对升降单元30的行程进行限位及测量。
32.在本实施例中，基底边缘保护结构53位于腔体52内，用于在执行相关工艺制程时对基底51的边缘进行保护。其中，基底51的材质可以为任意合适的材料，例如硅、玻璃、蓝宝石或陶瓷等，在基底51的表面还可具有相应的微结构。在本实施例中，基底51为一硅片(亦称为晶圆)。
33.请继续参照图1，在本实施例中，行程放大单元10用于将驱动单元40输入的行程输出给升降单元30，以便升降单元30对基底边缘保护结构53执行升降动作，并同时将驱动单元40输入的行程放大n倍后输出给水平移动单元20。
34.具体的，行程放大单元10包括丝杠轴11、丝杠螺母12、齿轮13及齿条14。丝杠螺母12与丝杠轴11构成丝杠副，丝杠轴11的一端(例如是上端)与驱动单元40传动连接，利用驱动单元40驱动丝杠轴11旋转，以提供输入行程；丝杠螺母12则套设于丝杠轴11上，用于将驱动单元40的输入行程，即丝杠轴11的旋转转化为丝杠螺母12的升降，以输出升降行程，即升降单元30的行程。齿轮13固定连接于丝杠轴11的相对驱动单元40的另一端，例如采用键连接，使得齿轮13与丝杠轴11作同步旋转，齿条14水平设置于丝杠轴11的下端，并与齿轮13完全啮合，用于将齿轮13的旋转转化为齿条14的水平移动，进而实现将驱动单元40输入的行程放大n倍。
35.其中，在上述的n倍放大率中，n＝π
×
d/h，d为齿轮13的分度圆直径，h为丝杠轴11的导程。优选的，π
×
d>h。不难理解，驱动单元40输入行程，若利用丝杠螺母12实现的输出行
程(升降单元30的行程)为s，则相应转化到齿条14输出的行程为π
×
d
×
s/h，也即是齿条14输出的行程是丝杠螺母12输出的行程的π
×
d/h倍。当π
×
d>h时，齿条14的行程为丝杠螺母12的行程进行放大n倍的行程，在该放大的行程上执行相应行程限位或测量，不仅有利于提高晶圆边缘保护结构升降控制装置的操作的便利性及精确度，更有利于晶圆边缘保护结构升降控制装置的调试及控制。
36.在一个具体实施例中，齿轮13的分度圆直径d为15mm，丝杠轴11的导程h为2mm，若丝杠螺母12实现(升降)0.1mm的行程，则齿条14实现(水平移动)2.355mm的行程，则齿条14的行程将丝杠螺母12的行程放大了23.55倍。
37.请继续参考图1，水平移动单元20利用齿条连接板21与行程放大单元10的齿条14固定连接，以输出行程放大单元10的放大的行程。水平移动单元20包括第一导轨23、滑块22、限位部件、指针26及标尺27。其中，第一导轨23与齿条14平行设置，在本实施例中为水平设置，第一导轨23上滑动设置有滑块22，滑块22利用齿条连接板21与齿条14固定连接，并实现与齿条14的同步水平移动。限位部件设置于第一导轨23的两侧，通过利用对水平行程的限位以实现对升降单元30的行程限位，其利用放大的行程进行相应的限位，降低了限位结构设计的难度，以便于对升降单元的行程进行限位，有利于提高限位的精度，防止撞坏基底或装置。指针26设置于滑块22上，与滑块22同步水平移动，并与设置于第一导轨23下的标尺27相对应，以实现对升降单元30的行程的指示及测量。
38.其中，标尺27上可设置有相应的刻度，具体刻度的设置可结合行程放大倍率n以及最大允许的升降行程，并基于同一设定起点执行相对应的标定，即可利用指针26的指示及标尺27的刻度直接读取升降单元30的升降行程或剩余行程。在本实施例中，剩余行程可为基底边缘保护结构53与基底51之间的距离。
39.进一步的，在本实施例中，限位部件可包括机械限位部件24和/或电气限位部件25。优选的，可同时设置机械限位部件24和电气限位部件25，并将机械限位部件24作为硬保护，可设置于电气限位部件25的外侧，而电气限位部件25则作为软保护，以实现行程接近超限的预警或限位。
40.具体的，机械限位部件24可包括为两个机械限位块，两个机械限位块设置于第一导轨23的两侧，并位于滑块22的最大安全行程处，对滑块22形成机械限位，进而实现升降单元30的行程限位。电气限位部件25包括一个设置于滑块22上的电气限位拨片25b以及两个位于第一导轨23两侧的电气限位传感器25a，电气限位拨片25b与电气限位传感器25a匹配设置，用于实现电气限位，例如若超限则立即执行相应的制动或警报。
41.请继续参考图1，在本实施例中，驱动单元40用于行程的输入以及保持，包括电机单元41、传动单元43及制动部件42。传动单元43传动连接电机单元41与丝杠轴11，制动部件42与电机单元41连接，用于对电机单元41执行制动或行程保持。
42.其中，传动单元43包括与电机单元41连接的第一同步带轮43a、与丝杠轴11连接的第二同步带轮43b以及同步带43c，同步带43c传动连接第一同步带轮43a与第二同步带轮43b。优选的，第一同步带轮43a的分度圆直径小于第二同步带轮43b的分度圆直径，利用第二同步带轮43b对第一同步带轮43a传动连接，实现对电机单元41的减速输出，以提高整体行程控制精度。
43.电机单元41包括电机及编码器，编码器与电机匹配设置，用于控制电机的输出。制
动部件42与电机单元41轴连接，设置于电机的相对第一同步带轮43a的另一端，用于实现晶圆边缘保护结构升降控制装置的行程保持或断电保持。优选的，电气限位部件25的电气限位传感器25a还可与编码器电连接，以实现触发电气限位时对行程进行制动或减速，以保护基底51和装置。
44.请继续参考图1，升降单元30用于向基底边缘保护结构53输出升降行程，升降单元30包括第二导轨31、丝杠螺母连接板32及升降连接架33。第二导轨31与丝杠轴11平行设置，丝杠螺母连接板32与丝杠螺母12固定连接，且丝杠螺母连接板32贯穿第二导轨31及丝杠轴11，升降连接架33的一端与丝杠螺母连接板32固定连接，升降连接架33的另一端与基底边缘保护结构53连接。在本实施例中，第二导轨31的数量为两个，且均竖直设置，丝杠螺母连接板32与两个第二导轨31形成滑动连接。
45.本实施例中，基底边缘保护结构53位于腔体52内，其形状与基底51的边缘形状相匹配，例如基底51为一晶圆，则基底边缘保护结构53为圆环形，用于在狭小(例如高度为0.1～1.5mm)空间内行程(升降)可调地保护基底51的边缘。基底51可位于腔体52内的承载板54上，升降连接架33穿过腔体52的底部与基底边缘保护结构53连接。优选的，升降连接架33连接基底边缘保护结构53的两侧，以便于行程输出。
46.本实施例还提供了一种半导体机台，所述半导体机台包括如上所述的晶圆边缘保护结构升降控制装置，用于驱动基底边缘保护结构53升降。
47.在一些具体实施例中，上述的半导体机台为激光退火设备，用于在激光退火过程中对基底边缘保护结构53执行升降控制。在另一些具体实施例中，上述半导体机台为键合设备，用于在键合过程中对基底边缘保护结构53执行升降控制。
48.综上所述，本实用新型提供的晶圆边缘保护结构升降控制装置以及半导体机台具有以下有益效果：
49.1)利用行程放大单元输出放大n倍的行程，并利用该放大n倍的行程进行限位，以便于对升降单元的行程进行限位，有利于提高限位的精度，防止撞坏基底或装置；
50.2)还可利用上述放大n倍的行程进行测量，以便于监控及调节基底边缘保护结构与基底之间的距离，实现更精确地距离控制，以提高保护效果。
51.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。