直线运动密封装置及使用其的半导体基板处理装置的制作方法

1.本发明涉及一种做直线运动的轴的密封装置及使用其的半导体基板处理装置，更具体地，涉及一种用于防止流体在轴与外壳之间泄漏的直线运动密封装置及具有该装置的半导体基板处理装置。


背景技术：

2.半导体基板处理装置用于大规模生产集成电路。为了在半导体晶片或玻璃等基板上沉积规定厚度的薄膜，会采用溅镀(sputtering)等物理气相沉积法(pvd；physical vapor deposition)、利用化学反应的化学气相沉积法(cvd；chemical vapor deposition)等。化学气相沉积法中有常压化学气相沉积法(apcvd；atmospheric pressure cvd)、低压化学气相沉积法(lpcvd；low pressure cvd)、等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced cvd)等。此外，为了半导体晶片的成膜处理、氧化处理、退火及杂质扩散处理，采用用于基板的热处理的炉(furnace)设备。
3.另外，在半导体工艺中，蚀刻(etching)工艺是一种除去不必要的部分并只留下电路图案的必要部分的工艺。在蚀刻工艺中，使用液体或气体对半导体基板进行腐蚀，由此除去不必要的部分。这种蚀刻工艺在很大程度上可以分为干式蚀刻工艺和湿式蚀刻工艺，近年来，为了提高成品率和蚀刻超细电路，更多采用干式蚀刻工艺。干式蚀刻工艺通常被称为等离子(plasma)蚀刻，其将气体注入至真空腔室后供给电能，由此产生等离子体状态。
4.在这种等离子蚀刻装置中，衬托器进行升高和下降，以安装半导体基板。传统上，使用波纹管和单独的升降杆以升降衬托器。由于波纹管是通过焊接制造的，因此长时间使用时会产生裂纹，无法保持气密性。此外，当波纹管出现裂纹时，由于颗粒的生成，可能会在腔室中产生污染。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题
6.本发明的实施例的目的在于提供一种直线运动密封装置及使用其的半导体基板处理装置，其不需要单独的波纹管和升降杆，由此可以使结构变得非常简单，同时还提供密封功能和升降功能。
7.另外，提供一种不需要单独供应润滑油的直线运动密封装置及使用其的半导体基板处理装置。
8.另外，最小化直线运动密封装置的振动，并防止来自腔室的颗粒之类的异物流入所述直线运动密封装置的内部，还防止来自所述直线运动密封装置的异物泄漏到所述腔室。
9.另外，提供一种直线运动密封装置，其可以向衬托器供给热交换流体，以冷却衬托器的表面温度。
10.另外，提供一种直线运动密封装置，其可以向半导体基板直接供给惰性气体，以降
低半导体基板的温度。
11.本发明的技术问题并非限于以上言及的内容，未言及的其他技术问题将通过以下描述，被本领域普通技术人员所清楚地理解。
12.解决问题的技术方案
13.根据本发明一实施例的直线运动密封装置，其被安装在腔室，所述腔室用于升高和降低加载半导体基板的衬托器，并同时处理所述半导体基板，可以包括：中空的外壳，其与所述腔室连接；轴，其被容纳在所述外壳中，其一端贯通所述腔室的壁并连接到所述衬托器，以升高和降低所述衬托器；以及密封部，其被设置在所述外壳中以密封所述外壳与所述轴之间的间隙，并具有多个密封件，所述密封件即使当所述轴在所述外壳中直线运动时也能进行密封。
14.并且，还可以包括升降部，其被安装在所述轴的另一端，升高并降低所述轴。
15.并且，所述密封部包括：用于保持所述腔室的气密性的一个以上的密封件；以及支撑所述轴并抑制振动的一个以上的弹性密封件，并且，所述密封件及所述弹性密封件由塑料材料构成，所述弹性密封件可以具有比所述密封件更大的弹性力。
16.并且，所述密封件是在环状密封件的内周形成有弯曲的唇口的唇形密封件，所述弹性密封件的弹性部件可以被插入到密封体内部。
17.并且，所述密封件和所述弹性密封件串联被设置在相邻的位置，所述密封件可以比所述弹性密封件更靠近地被设置在耦合到所述半导体基板处理装置的所述外壳的法兰部。
18.并且，所述密封件可以包括：压力密封件，其用于当所述腔室内部受压时，防止异物从所述腔室流入内部；以及真空密封件，其用于当所述腔室内部保持真空时，防止异物流入所述腔室。
19.并且，还可以包括衬套，其被设置在所述外壳中，以支撑所述轴在所述外壳中的直线运动。
20.并且，所述轴可以包括贯通内部形成的惰性气体供给路径，以向所述半导体基板供应惰性气体。
21.并且，所述轴可以包括与所述惰性气体供给路径连通的惰性气体分支路径，以通过所述密封部分排出所述惰性气体，从而防止所述腔室的异物流入所述外壳。
22.并且，所述轴可以包括贯通内部形成的冷却水供给路径，以提供冷却水来冷却所述半导体基板。
23.并且，所述轴内部可以设有中空管，所述冷却水供给路径可以以被设置在所述中空管内部的双管形式提供。
24.并且，所述轴或所述外壳中一个以上可以设有用于测量所述轴的振动的振动传感器。
25.根据本发明一实施例的用于处理半导体基板的半导体基板处理装置包括：腔室，其容纳所述半导体基板；衬托器，其被设置在所述腔室中以加载所述半导体基板；以及直线运动密封装置，其被安装在所述腔室，用于升高和降低所述衬托器并密封所述腔室，所述直线运动密封装置可以包括：中空的外壳，其与所述腔室连接；轴，其被容纳在所述外壳中，其一端贯通所述腔室的壁并连接到所述衬托器，以升高和降低所述衬托器；以及密封部，其被
设置在所述外壳中以密封所述外壳与所述轴之间的间隙，并具有多个密封件，所述密封件即使当所述轴在所述外壳中直线运动时也能进行密封。
26.并且，还可以包括升降部，其被安装在所述轴的另一端，升高并降低所述轴。
27.并且，所述密封部包括：用于保持所述腔室的气密性的一个以上的密封件；以及支撑所述轴并抑制振动的一个以上的弹性密封件，所述密封件及所述弹性密封件由塑料材料构成，所述弹性密封件可以具有比所述密封件更大的弹性力。
28.并且，所述密封件是在环状密封件的内周形成有弯曲的唇口的唇形密封件，所述弹性密封件的弹性部件可以被插入到密封体内部。
29.并且，所述密封件可以包括：压力密封件，其用于当所述腔室内部受压时，防止异物从所述腔室流入内部；以及真空密封件，其用于当所述腔室内部保持真空时，防止异物流入所述腔室。
30.并且，还可以包括衬套，其被设置在所述外壳中，以支撑所述轴在所述外壳中的直线运动。
31.并且，所述轴可以包括贯通内部形成的惰性气体供给路径，以向所述半导体基板供应惰性气体。
32.并且，所述轴可以包括贯通内部形成的冷却水供给路径，以提供冷却水来冷却所述半导体基板。
33.发明的有益效果
34.根据本发明实施例的直线运动密封装置及使用其的半导体基板处理装置，不需要单独的波纹管和升降杆，由此可以使结构变得非常简单，同时还可以提供密封功能和升降功能。
35.另外，由于密封部与线接触，可以最小化摩擦力，因此不需要单独供应润滑油，使得结构可以变得非常简单。
36.另外，可以最小化直线运动密封装置的振动，并可以防止来自腔室的颗粒之类的异物流入所述直线运动密封装置的内部，还可以防止来自所述直线运动密封装置的异物泄漏到所述腔室。
37.另外，通过直线运动密封装置将热交换流体供给至衬托器，可以将衬托器的温度保持在期望的温度。
38.另外，通过直线运动密封装置直接向半导体基板供应惰性气体，可以将半导体基板的温度保持在期望的温度。
附图说明
39.图1为显示根据本发明一实施例的直线运动密封装置及半导体基板处理装置的附图。
40.图2为显示在图1的半导体基板处理装置中衬托器升高的状态的附图。
41.图3为详细显示图1中半导体基板和衬托器部分的附图。
42.图4为显示图1的直线运动密封装置的断面图。
43.图5为显示沿图4中v-v线截取的断面图。
44.图6为显示根据本发明一实施例的密封部的结构的示意图。
45.图7为显示根据本发明另一实施例的密封部的结构的示意图。
46.图中符号说明
47.10：半导体基板处理装置
48.13：腔室
49.14：高频电源发生器
50.15：夹紧装置
51.16：壁
52.17：栅极
53.18：夹紧升降机构
54.20：托盘
55.22：衬托器
56.23：第一冷却水供给路径
57.24：第一惰性气体供给路径
58.30：升降马达
59.31：底板
60.32：升降杆
61.34：惰性气体供给器
62.36：冷却水循环器
63.100：直线运动密封装置
64.120：轴
65.122：第二惰性气体供给路径
66.122a:惰性气体分支路径
67.124、126：第二冷却水供给路径
68.130：衬套
69.140：密封部
70.142：第一密封件(真空密封件)
71.146：弹性密封件
72.149：第二密封件(压力密封件)
73.160：外壳
74.162：o形环
75.164：法兰部
76.190：振动传感器
77.s：半导体基板
78.c:空腔
具体实施方式
79.以下将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，以便本领域技术人员可以容易地实现本发明。然而，本发明能够体现为不同的形态，并非受限于在此说明的实施例。并且，为参考附图明确说明本发明的实施例，对附图中与说明无关的部分进行了省略。
80.本说明书中使用的术语仅用于描述特定示例性实施例，并不用于限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则单数形式的表述可以包括复数含义。
81.在本说明书中，应该理解，诸如“包括”、“具有”或“具备”等术语意在指示存在说明书中所公开的特征、数量、步骤、动作、组件、部件或它们的组合，而不意在排除可存在或可添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、动作、组件、部件或它们的组合的可能性。
82.此外，以下实施例用于向本领域技术人员更清楚地解释，为了清楚地进行说明，可夸大附图中的元件的形状及大小。
83.以下，将参照附图描述本发明的优选实施例。
84.图1为显示根据本发明一实施例的直线运动密封装置及半导体基板处理装置的附图，图2为显示在图1的半导体基板处理装置中衬托器升高的状态的附图，图3为详细显示图1中半导体基板和衬托器部分的附图，图4为显示图1的直线运动密封装置的断面图，图5为显示沿图4中v-v线得出的断面图。
85.参照图1至图5，根据本发明的一实施例的半导体基板处理装置10，例如，作为用于在半导体基板上执行蚀刻处理的蚀刻设备，可以是使用等离子体的干蚀刻设备。半导体基板处理装置10可以包括用于容纳半导体基板s的腔室13、被设置在腔室13并加载半导体基板s的衬托器22、升高和降低衬托器22并密封腔室13的直线运动密封装置100以及连接到直线运动密封装置100的轴120并升高和降低轴120的升降部30、31、32。
86.在真空的腔室13中，可以设有高频电源发生器14、反应气体供给口11及真空泵12。腔室13内可以设有安装半导体基板s的托盘20及衬托器22。另外，用于以一定温度进行冷却的冷却水循环器36可以连接到衬托器22。另外，真空腔室13的壁16的一侧可以设有用于返回半导体基板s的栅极17。
87.另外，腔室13内可以设有按压托盘20的夹紧装置15及用于升降夹紧装置15的夹紧升降机构18。
88.对半导体基板处理装置10的处理过程进行说明。当被设置在真空腔室13的壁16的栅极17被打开并夹紧装置15被升高时，待安装在托盘20上的半导体基板s将会通过返回臂(未示出)返回到真空腔室13中，之后，直线运动密封装置100的轴120将会上升，并安装在衬托器22上。然后，夹紧装置15通过夹紧升降机构18被下降，使加载半导体基板s的托盘20与衬托器22紧密接触。之后，栅极17被关闭，真空腔室13被真空泵12抽真空，而用于产生等离子体的反应气体通过反应气体供给口11被引入至真空腔室13中，并保持在适当的压力下。此外，由冷却水循环器36维持在一定温度下的衬托器22的表面温度被传导到托盘20的后面，并传送到半导体基板s。此外，高频电源发生器14激发真空腔室13中的等离子体，从而对半导体基板s进行等离子体处理。
89.在此，直线运动密封装置100的轴120可以通过升降装置30、31、32被升高或降低。具体地，轴120的一端可以连接到底板31。底板31可以设有惰性气体供给器34及冷却水循环器36，其一端可以连接至升降杆32。通过升降马达30的操作，连接至升降杆32的底板31被升高或降低，从而使轴120也被升高和降低。
90.参照图3，衬托器22中可以设有第一冷却水供给路径23和第一惰性气体供给路径24。第一冷却水供给路径23可以与被设置在直线运动密封装置100的轴120中的第二冷却水供给路径124、126流体连通。此外，第一惰性气体供给路径24可以与被设置在直线运动密封
装置100的轴120中的第二惰性气体供给路径122流体连通。得益于通过第一冷却水供给路径23进行循环并流动的热交换流体，高温的衬托器22可以冷却至所需温度并保持该温度。此外，如果由于流经第一冷却水供给路径23的所述热交换流体而导致冷却效果不足，则供给到第一惰性气体供应路径24的惰性气体被供应到设置在托盘20中的空腔c，以与半导体基板s直接接触，从而提高冷却性能。
91.下面，将参照图3及图4来说明根据本发明一实施例的直线运动密封装置100。
92.根据本发明一实施例的直线运动密封装置100用于升降在真空腔室13中加载半导体基板s的衬托器22。直线运动密封装置100可以包括外壳160、轴120、衬套130以及密封部140。
93.外壳160具有中空形状，其一端安装在工艺腔室13中，并在其内部可以容纳轴120和密封部140。外壳160的上部可以设有法兰部164，其中，所述法兰部164安装在半导体基板处理装置10的腔室13的下部侧壁16上。法兰部164可以设有o形环162，由此在下部侧壁16与法兰部164之间进行密封。
94.轴120的一端可以贯通真空腔室13的壁16并连接到衬托器22，由此升高和降低衬托器22。轴120的上端可以连接到衬托器22的下部，轴120的下端可以连接到底板31。另外，轴120的内部可以具有与衬托器22中的第一惰性气体供给路径24流体连通的第二惰性气体供给路径122，以将惰性气体g供给至半导体基板s，以及与衬托器22中的第一冷却水供给路径23流体连通的第二冷却水供给路径124、126，以将热交换流体w供给至衬托器22。在此，第二冷却水供给路径124、126可以具有双管结构。即，来自冷却水循环器36的低温的热交换流体w1可以通过双管结构的第二冷却水供给路径124向衬托器22供给所述热交换流体w1；在衬托器22进行热交换的高温的所述热交换流体w2可以通过第二冷却水供给路径126回收到冷却水循环器36。由于第二冷却水供给路径124、126具有双管结构，因此可以简单地处理轴120的结构，以使实现所述热交换流体w的循环。例如，可以以单独的管道的形式提供第二冷却水供给路径126，并且在处理轴120中的中空孔之后，第二冷却水供水路径126可以被布置在所述中空孔中。
95.衬套130用于贯通轴120并与外壳160的内周面耦合，由此减少轴120在直线运动期间的摩擦力。在本实施例中，在外壳160的内侧的上部和下部可以分别设有衬套130。
96.密封部140用于密封外壳160与轴120之间的间隙。密封部140防止有可能在直线运动密封装置100中产生的异物(颗粒等)流入被设置在直线运动密封装置100的上侧的真空腔室13中，并进行密封以腔室13的内部保持真空。密封部140可以通过组合多个密封件被布置在外壳160中，并可以具有即使轴120在外壳160内直线移动时也可以进行密封的多个密封件142、146。稍后将对密封部140进行详细描述。
97.另外，尽管未示出，当半导体基板处理装置10在高温环境中操作时，密封部140的温度可以被升高。在本实施例中，在外壳160与密封部140的周长相对应的部分可以设有冷却水套(未示出)，以冷却密封部140。由此，通过降低密封部140的温度，可以延长被设置在密封部140的多个密封件142、146的寿命。
98.另外，尽管未示出，可以终止在腔室13中的半导体基板处理工艺，或出于清洁等原因，腔室13中的压力可以被改变为大气压以上，而不是真空。在此情况下，腔室13中的压力有可能高于直线运动密封装置100内部的压力。由此，残留在腔室13中的颗粒等异物可以反
向被引入到旋转轴密封装置100的内部。为了防止这种情况，在本实施例中，可以在外壳160的法兰部164上设有迷宫式密封件(labyrinth seal)(未示出)。
99.另外，在本实施例中，为了防止残留在腔室13中的颗粒等异物流入直线运动密封装置100的内部，可以设有与第二惰性气体供给路径122连通并分支的惰性气体分支路径122a。由于惰性气体g通过惰性气体分支路径122a与密封部140连通，因此即使在密封部140之间留下颗粒等异物，也可以通过惰性气体g进行清洁。在本实施例中，由于轴120可以相对于外壳160进行直线运动，在密封部140由多个密封件组成的情况下，惰性气体分支路径122a可以将轴120移动到对应于每个密封件的位置。
100.另外，当根据轴120的升高和降低，轴线121的中心发生变化而发生振动时，直线运动密封装置100的外壳160的外侧可以设有用于测量轴120的振动的振动传感器190。
101.图6为显示根据本发明一实施例的密封部的结构的示意图，图7为显示根据本发明另一实施例的密封部的结构的示意图。
102.下面，将参照图6及图7来详细描述用于上述直线运动密封装置的密封部的结构。
103.首先，参照图6，根据本发明一实施例的密封部140可以包括多个第一密封件142及多个弹性密封件146。第一密封件142用于保持被设置在直线运动密封装置100的上部的腔室13的真空，而弹性密封件146用于支撑轴120，并抑制振动。第一密封件142和弹性密封件146都可以由塑料材料形成。另外，弹性密封件146可以具有比第一密封件142更大的弹性力，例如，可以是两倍以上。
104.第一密封件142是在环状密封件的内周形成有弯曲的唇口的由塑料制成的唇形密封件，如图6所示，其具有相反方向的弯曲形状，以便在形成真空的区域a中保持真空。
105.弹性密封件146用于支撑轴120，使得轴121在旋转时轴线121不会因振动等而改变。另外，当轴线121发生变动时，轴120和第一密封件142之间可能存在间隙，并且异物可能被引入到其中。在本实施例中，即使轴线121发生变动，由于设有弹性密封件146，由此可以防止引入到轴120与第一密封件142之间的异物进入区域b。弹性密封件146包括在一方向上形成有凹槽(recess)的塑料密封体146a以及被容纳在密封体146a内部以向轴120加压密封体146a的弹性构件146b。例如，弹性构件146b可以是o形环、方形环或金属弹簧，但并不限于此。
106.第一密封件142和弹性密封件146在轴线121的方向上彼此相邻地被布置，并且如图4所示，第一密封件142可以比弹性密封件146更靠近地被设置在耦外壳160的法兰部164。另外，可以设有多个第一密封件142和弹性密封件146，使得即使第一密封件142或弹性密封件146中的任何一个被损坏，也可以保持其功能。
107.图7为显示根据本发明另一实施例的密封部的结构的示意图。
108.参照图7，与图6所示的实施例相比，根据本发明另一实施例的密封部只是添加了另一种类型的第二密封件149。第二密封件149具有与第一密封件146不同的形状，并且，第二密封件149用于：当腔室13的内部因清洁等原因受压时，防止异物从腔室13流入。即，第二密封件149作为压力密封件而被设置。在本实施例中，第二密封件149被设置在第一密封件142的前面，即，比第一密封件142更靠近法兰部164。与第一密封件142相同，第二密封件149可以是由塑料材料制成的在环状密封件的内周形成有弯曲的唇口的唇形密封件。如图所示，当区域a受压时，第二密封件149往区域a的方向具有弯曲形状，从而防止异物从区域a流
入。
109.根据上述实施例的直线运动密封装置及使用其的半导体基板处理装置，不需要单独的波纹管和升降杆，由此可以使结构变得非常简单，同时还可以提供密封功能和升降功能。
110.另外，由于密封部与线接触，可以最小化摩擦力，因此不需要单独供应润滑油，使得结构可以变得非常简单。
111.另外，可以最小化直线运动密封装置的振动，并可以防止来自半导体基板处理装置的颗粒之类的异物流入所述直线运动密封装置的内部，还可以防止来自所述直线运动密封装置的异物泄漏到所述半导体基板处理装置。
112.另外，通过直线运动密封装置将热交换流体供给至衬托器，可以将衬托器的温度保持在期望的温度。
113.另外，通过直线运动密封装置直接向半导体基板供应惰性气体，可以将半导体基板的温度保持在期望的温度。
114.在上述实施例中，举例描述了直线运动密封装置应用于半导体基板处理装置，但除了半导体基板处理装置之外，还可以应用于需要轴的升降运动并执行密封功能的各种化学处理腔室等。
115.综上，通过具体要素等特定内容及有限的实施例及附图对本发明进行了说明，但这仅是为了更全面地理解本发明，本发明并不限于上述实施例。本领域普通技术人员可以对上述实施例进行多种变更。
116.因此，本发明的精神范围不应受到上述实施例的限制，并且，不仅后述的权利要求范围，与该权利要求等价或等同的所有变更都应在本发明的精神范围内。