CN106571313B - 半导体热处理设备工艺门状态检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体热处理设备工艺门状态的检测装置，包括至少三个不在同一直线上的缓冲器和检测单元。其中，缓冲器固定于工艺门下端面和支撑盘之间，每一缓冲器包括：套筒，穿设并固定于支撑盘；顶柱，设于套筒中，其上端面与所述工艺门的下端面固定连接；弹簧，其顶部与顶柱的下端面连接；应变传感器，设于所述弹簧的底部，用于测量由所述弹簧的形变引起的应变；和设于所述应变传感器下方并与所述套筒的下端固定连接的螺塞。当工艺门上升至工艺门关闭位置时，检测单元根据各应变传感器的测量值可快速准确地检测工艺门的密封状态和/或水平度。

Description

半导体热处理设备工艺门状态检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体热处理设别，特别涉及一种半导体热处理设备工艺门状态检测装置及检测方法。

背景技术

半导体热处理设备是给硅片进行氧化、退火等热处理工艺的半导体设备。通常来说，半导体立式热处理设备通过工艺门支撑满载硅片的石英舟，在热反应管内对硅片进行各种热处理工艺。其中，工艺门的作用是封闭热反应管，防止热反应管内的热能散失，以及工艺气体的泄漏或外部气体的进入。

工艺门的水平度是衡量工艺门安装质量的主要指标，其直接影响工艺过程中炉口的密封性和工艺的均匀性。图1所示为现有技术的一种工艺门水平调节装置，工艺门的下端面通过垂直设置的3个沿圆周均匀分布的缓冲器连接支撑盘3。缓冲器为圆柱体，包括套筒2，其中垂直设有顶柱1，在该顶柱下面设有压簧4，压簧下端连接螺塞5。

在调节工艺门水平度的时，先依据以往经验预紧三个弹簧后，再依靠水平仪逐个调节，然而这种方式每次安装调节都非常费时，要准确保证工艺门的水平度也很困难。此外，由于缓冲器本体没有标尺及任何测距工具，也不便于安装调试时进行实时观察。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够方便准确地检测工艺门安装密封度和水平度的装置及方法。

为达成上述目的，本发明提供一种半导体热处理设备工艺门状态的检测装置，所述工艺门下方具有一支撑盘，所述支撑盘在升降装置的驱动下带动所述工艺门升降。所述检测装置包括多个缓冲器和检测单元。其中，所述缓冲器以穿过所述支撑盘的方式固定于所述工艺门下端面和所述支撑盘之间，每一所述缓冲器包括：套筒，穿设并固定于所述支撑盘；顶柱，设于所述套筒中，其上端面与所述工艺门的下端面固定连接；弹簧，其顶部与所述顶柱的下端面连接；应变传感器，设于所述弹簧的底部，用于测量由所述弹簧的形变引起的应变；螺塞，设于所述应变传感器下方并与所述套筒的下端固定连接。所述检测单元，当所述工艺门上升至与所述半导体热处理设备的反应管下端接触的工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的密封状态和/或水平度。

优选地，所述检测单元包括存储模块、计算模块和判断模块。所述存储模块存储所述工艺门在未与所述反应管下端接触的无负载情况下各所述应变传感器测量的初始弹簧形变量；所述计算模块根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时每一所述应变传感器测量的应变计算出每一所述弹簧的压缩长度；所述判断模块，当各所述缓冲器的弹簧的压缩长度均位于预定范围内时，判断所述工艺门的密封状态为安全，否则为不安全。

优选地，所述检测单元包括存储模块、计算模块和判断模块。所述存储模块存储各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值；所述计算模块，至少在所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时根据各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；所述判断模块，当所述夹角小于等于预设角度，判断所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

优选地，所述计算模块在所述工艺门从初始位置上升至所述工艺门关闭位置的过程中根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算该时刻所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；当所述夹角小于等于所述预设角度，所述判断模块判断该时刻所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

优选地，所述计算模块根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门的平面方程，并求解所述工艺门的平面方程与所述支撑盘上表面之间的夹角。

本发明还提供了一种半导体热处理设备工艺门状态的检测方法，所述工艺门下方具有一支撑盘，所述支撑盘在升降装置的驱动下带动所述工艺门升降。所述工艺门下端面和所述支撑盘之间以穿过所述支撑盘的方式固定连接有多个缓冲器，每一所述缓冲器包括：套筒，穿设并固定于所述支撑盘；顶柱，设于所述套筒中，其上端面与所述工艺门的下端面固定连接；弹簧，其顶部与所述顶柱的下端面连接；应变传感器，设于所述弹簧的底部，用于测量由所述弹簧的形变引起的应变；螺塞，设于所述应变传感器下方并与所述套筒的下端固定连接。所述检测方法包括以下步骤：当所述工艺门上升至与所述半导体热处理设备的反应管下端接触的工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的密封状态和/或水平度。

优选地，当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的密封状态的步骤包括：预先存储所述工艺门在未与所述反应管下端接触的无负载情况下各所述应变传感器测量的初始弹簧形变量；根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时每一所述应变传感器测量的应变计算出每一所述弹簧的压缩长度；当各所述缓冲器的弹簧的压缩长度均位于预定范围内时，判断所述工艺门的密封状态为安全，否则为不安全。

优选地，当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的水平度的步骤包括：预先存储各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值；根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；当所述夹角小于等于预设角度，判断所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

优选地，所述检测方法还包括：当所述工艺门从初始位置上升至所述工艺门关闭位置的过程中，根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算该时刻所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；当所述夹角小于等于所述预设角度，判断该时刻所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

优选地，所述夹角通过以下方法计算：根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门的平面方程；求解所述工艺门的平面方程与所述支撑盘上表面之间的夹角。

本发明的优点在于通过在工艺门和支撑盘之间的缓冲器弹簧下端设置应变传感器，在工艺门上升过程中测量弹簧的压缩长度，并由此检测出工艺门的水平度和密封度，可有效避免调平误差，节约调平时间，从而提高了工艺质量和产能。

附图说明

图1所示为现有技术的半导体热处理设备工艺门、支撑盘和检测装置的缓冲器的装配图；

图2所示为本发明一实施例的检测装置的缓冲器的示意图；

图3所示为本发明一实施例的检测单元的方块图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

图2是本发明一实施例的缓冲器的示意图。本发明中，缓冲器以穿过支撑盘的方式固定于工艺门下端面和支撑盘之间，用于连接工艺门和支撑盘，使得当升降装置驱动支撑盘升降时工艺门也随着支撑盘升降。此外，缓冲器也作为本发明的半导体热处理设备工艺门状态的检测装置的一部分，与检测单元共同用于检测工艺门升降过程中的水平度以及当与热处理设备反应管接触时的密封度。

请参见图2，每个缓冲器包括顶柱1、套筒2、弹簧4、螺塞5和应变传感器6。套筒2穿设并固定于支撑盘，其顶部具有开口。顶柱1设于套筒2中，其上端面伸出套筒的开口并与工艺门的下端面固定连接。具体地，顶柱上端为凸起结构，该凸起结构卡合入工艺门下端面的凹槽实现两者的固定连接。弹簧4的顶部与顶柱1的下端面连接，底部设有应变传感器6，应变传感器用于测量弹簧4的形变。螺塞5设于应变传感器下方，其下端面与套筒2的下端固定连接。当工艺门上升至工艺门关闭位置而与反应管下端的石英法兰接触时，弹簧4受压缩，应变传感器可测量弹簧4的压缩量。因此，通过应变传感器的测量结果，就可以进行工艺门水平度的检测和调平。

本实施例中，为了便于调节水平，保证水平调节的精度和节约调节时间，设置了3个缓冲器，且3个缓冲器的位置不在同一条直线上，以保证工艺门整个平面水平调节的准确性。在其他实施例中，缓冲器的数量也可以大于3个，但仍需保证各个缓冲器不在同一直线上。

结合至少3个应变传感器的测量结果，本发明通过检测单元进行工艺门升降过程及在工艺门关闭位置时密封状态和水平度的检测。其中，应变传感器与检测单元可以有线或无线的方式连接而可实时将其采集的数据发送给检测单元。如图3所示，检测单元包括存储模块41，计算模块42和判断模块43。接下来将对工艺门密封状态的检测加以详细说明。

存储模块41可存储工艺门在无负载情况下各弹簧的初始弹簧形变量。这里所说的无负载情况指的是工艺门没有与反应管下端接触的情况。初始弹簧形变量也可以通过应变传感器测量的应变计算而得到。当工艺门上升至工艺门关闭位置时，工艺门与反应管下端的石英法兰接触而关闭反应管下端开口，此时在石英法兰的压力下缓冲器的弹簧发生压缩产生形变，引起每一个应变传感器探测的应变发生变化。此时，计算模块42根据此时每一个应变传感器测量的应变和存储模块41存储的初始弹簧形变量计算出每一个弹簧相较于初始弹簧型变量的压缩长度Δl1，Δl2，Δl3。判断模块43对各缓冲器的弹簧的压缩长度和预定范围进行比较，如果各弹簧的压缩长度均在预定范围内时，判断工艺门的密封状态为安全，否则为不安全。本实施例中，预定范围为阈值ΩMin和ΩMax之间，其中ΩMin为工艺门与石英法兰以O形环密封，密封要求设定的弹簧最小压缩量，ΩMax为工艺门与石英法兰以O形环密封，密封要求设定的弹簧最大压缩量。密封要求设定的弹簧最小压缩量指的是工艺门与石英法兰接触不会发生泄漏时的弹簧压缩量。密封要求设定的弹簧最大压缩量指的是工艺门通过O形环向石英法兰施加的压力不超过石英制品的承压强度时弹簧的压缩量。判断模块将各弹簧压缩长度Δl1，Δl2，Δl3与阈值ΩMin和ΩMax进行比较。如果其中有一个弹簧压缩量小于ΩMin，说明工艺门与石英法兰之间没有完全密封，需重新调整安装；如果其中有一个弹簧压缩量大于ΩMax，说明工艺门压得过紧，需重新调整安装。可选地，检测单元还可具有一个报警模块，当判断模块判断工艺门密封状态为不安全时，发出警报。

在长期使用下，工艺门可能因缓冲器套筒机械变形或热变形或工艺门受力不均等原因发生水平度倾斜，而检测单元还可对工艺门从初始位置上升至工艺门关闭位置(包括到达工艺门关闭位置时)的整个过程中工艺门的水平度进行检测。

首先，由于三个缓冲器的位置是已经确定的，因此若以支撑盘上表面为XOY平面，在该平面中选取某个点为原点(原点位置不加以限制)，那么各个缓冲器在该XOY平面中的X坐标值和Y坐标值也是确定的。因此，存储模块41存储各个缓冲器在支撑盘上表面中的平面坐标值(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)。计算模块42在工艺门处于工艺门关闭位置计算工艺门相对于支撑盘上表面的夹角，此外在工艺门从初始位置上升至工艺门关闭位置的过程中可周期性地计算工艺门相对于支撑盘上表面的夹角。具体来说，计算模块42根据同一时刻各缓冲器的应变传感器测量的应变值及各缓冲器在支撑盘上表面中的平面坐标值计算出工艺门相对于支撑盘上表面的夹角。举例来说，以工艺门在无负载情况下各弹簧顶端所处水平面作为X’OY’平面建立参考坐标系，各个缓冲器在X’OY’平面的坐标值与在支撑盘上表面的平面坐标值完全相同，也为(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)。当工艺门处于工艺门关闭位置，弹簧产生压缩，各弹簧顶部在参考坐标系中的Z坐标的分别为z1＝Δl1，z2＝Δl2，z3＝Δl3。由此，可以得到各缓冲器的套筒顶部在参考坐标系中的坐标值(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)。根据这些坐标值，可以得到工艺门所在平面的平面方程：aX+bY+cZ+d＝0。

其中，a、b、c和d计算式如下：

a＝y1z2-y1z3-y2z1+y2z3+y3z1-y3z2

b＝-x1z2+x1z3+x2z1-x2z3-x3z1+x3z2

c＝x1y2-x1y3-x2y1+x2y3+x3y1-x3y2，

d＝-x1y2z3+x1y3z2+x2y1z3-x2y3z1-x3y1z2+x3y2z1。

工艺门的倾斜角度α，即工艺门所在平面和X’OY’平面这两个平面的夹角，满足公式：

cosα＝C/[√(a²+b²+c²)]

α＝arc cos(C/[√(a²+b²+c²)])。

判断模块43将工艺门的倾斜角度α与预设角度δ进行比较，如果α≤δ，则判定工艺门的倾斜在合理范围内，工艺门水平度安全；否则判定工艺门水平度不安全，需重新调整安装位置。可选地，检测单元还可具有一个报警模块，当判断模块判断工艺门水平度为不安全时，发出警报。

上述的工艺门密封状态和水平度的检测，可定期(周/月/季度)进行，根据多次检测结果可评估工艺门相对于支撑盘的位置相对变化，以利于及时进行设备检查和维护。

综上所述，本发明通过在工艺门和支撑盘之间的弹簧下端设置应变传感器，在工艺门上升过程中计算出缓冲器弹簧压缩长度，并由此检测出工艺门的水平度和密封度，可有效避免调平误差，节约调平时间，从而提高了工艺质量和产能。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种半导体热处理设备工艺门状态的检测装置，所述工艺门下方具有一支撑盘，所述支撑盘在升降装置的驱动下带动所述工艺门升降，其特征在于，所述检测装置包括：

至少三个不在同一直线上的缓冲器，所述缓冲器以穿过所述支撑盘的方式固定于所述工艺门下端面和所述支撑盘之间，每一所述缓冲器包括：

套筒，穿设并固定于所述支撑盘；

顶柱，设于所述套筒中，其上端面与所述工艺门的下端面固定连接；

弹簧，其顶部与所述顶柱的下端面连接；

应变传感器，设于所述弹簧的底部，所述应变传感器在所述工艺门上升至与所述半导体热处理设备的反应管下端接触的工艺门关闭位置时测量由所述弹簧的压缩形变引起的应变；

螺塞，设于所述应变传感器下方并与所述套筒的下端固定连接；检测单元，当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值计算出所述弹簧的压缩长度进而检测所述工艺门的密封状态和/或水平度。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测单元包括：

存储模块，存储所述工艺门在未与所述反应管下端接触的无负载情况下各所述弹簧的初始弹簧形变量；

计算模块，根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时每一所述应变传感器测量的应变计算出每一所述弹簧的压缩长度；

判断模块，当各所述缓冲器的弹簧的压缩长度均位于预定范围内时，判断所述工艺门的密封状态为安全，否则为不安全。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测单元包括：

存储模块，存储各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值；

计算模块，至少在所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时根据各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；

判断模块，当所述夹角小于等于预设角度，判断所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述计算模块在所述工艺门从初始位置上升至所述工艺门关闭位置的过程中根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算该时刻所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；当所述夹角小于等于所述预设角度，所述判断模块判断该时刻所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

5.根据权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，所述计算模块根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门的平面方程，并求解所述工艺门的平面方程与所述支撑盘上表面之间的夹角。

6.一种半导体热处理设备工艺门状态的检测方法，所述工艺门下方具有一支撑盘，所述支撑盘在升降装置的驱动下带动所述工艺门升降，其特征在于，所述工艺门下端面和所述支撑盘之间以穿过所述支撑盘的方式固定连接有至少三个不在同一直线上的缓冲器，每一所述缓冲器包括：套筒，穿设并固定于所述支撑盘；顶柱，设于所述套筒中，其上端面与所述工艺门的下端面固定连接；弹簧，其顶部与所述顶柱的下端面连接；应变传感器，设于所述弹簧的底部，所述应变传感器在所述工艺门上升至与所述半导体热处理设备的反应管下端接触的工艺门关闭位置时测量由所述弹簧的压缩形变引起的应变；螺塞，设于所述应变传感器下方并与所述套筒的下端固定连接；所述检测方法包括以下步骤：

当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值计算出所述弹簧的压缩长度进而检测所述工艺门的密封状态和/或水平度。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的密封状态的步骤包括：

预先存储所述工艺门在未与所述反应管下端接触的无负载情况下各所述应变传感器测量的初始弹簧形变量；

根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时每一所述应变传感器测量的应变计算出每一所述弹簧的压缩长度；

当各所述缓冲器的弹簧的压缩长度均位于预定范围内时，判断所述工艺门的密封状态为安全，否则为不安全。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，当所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时，根据各所述应变传感器的测量值检测所述工艺门的水平度的步骤包括：

预先存储各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值；

根据所述工艺门上升至所述工艺门关闭位置时各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；

当所述夹角小于等于预设角度，判断所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，还包括：

当所述工艺门从初始位置上升至所述工艺门关闭位置的过程中，根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算该时刻所述工艺门相对于所述支撑盘上表面的夹角；

当所述夹角小于等于所述预设角度，判断该时刻所述工艺门的水平度为安全，否则为不安全。

10.根据权利要求8或9所述的检测方法，其特征在于，所述夹角通过以下方法计算：

根据同一时刻各所述应变传感器测量的应变及各所述缓冲器在所述支撑盘上表面中的平面坐标值计算所述工艺门的平面方程；

求解所述工艺门的平面方程与所述支撑盘上表面之间的夹角。

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