CN107452645A - 托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备，托盘设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在托盘的底部设置有用于驱动托盘旋转的旋转轴，旋转轴的下端自反应腔室的底部延伸至反应腔室之外，托盘调平机构包括传感器和调平组件，其中，传感器设置在旋转轴的下端，用以实时检测旋转轴的倾斜方向和角度。调平组件用于根据由传感器检测到的旋转轴的倾斜方向和角度，将旋转轴调节至竖直状态。本发明提供的托盘调平机构，其可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。

Description

托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备。
背景技术
目前，机械手通常采用真空吸附或者伯努利正压吸附的方式进行取片或放片操作，在机械手进行取片或放片操作之前，需要调整用于承载晶片的托盘的水平度，以避免因托盘的承载面倾斜，导致机械手取片困难的情形。而且，一般地，当晶片在反应腔室内进行外延生长工艺时，要求托盘能够在反应腔室内水平旋转，为了有利于成膜质量，同时还要求托盘在旋转过程中具有良好的水平度，而水平度则依靠托盘调平机构来保证。
图1为现有的一种托盘调平机构的剖视图。如图1所示，托盘9设置在反应腔室中，用于承载晶片。旋转轴7竖直设置，其上端与托盘9连接，下端自反应腔室的底部腔室壁8延伸至反应腔室的外部，用以驱动托盘9水平旋转。托盘调平机构包括固定轴1、调平基座2、调平螺钉3和滚珠4。其中，固定轴1竖直设置，且环绕在旋转轴7底部的周围，并通过水平板5与反应腔室的底部腔室壁8固定连接。调平基座2位于固定轴1的内侧，且与固定轴1可倾斜的连接，并且调平基座2与旋转轴7的下端固定连接。多个滚珠4设置在固定轴1的内周壁与调平基座2的外周壁之间，且沿调平基座2的轴心对称分布。多个调平螺钉3一一对应地竖直设置在调平基座2的外周壁与多个滚珠4之间，通过调节任意一个调平螺钉3相对于调平基座2在竖直方向上的高度，来调节旋转轴7的倾斜方向和角度，从而实现托盘9的水平度的调节。此外，在反应腔室内，且位于托盘9的上方设置有距离传感器6，用以在托盘9旋转时，通过测量托盘9的承载面在圆周方向上的多个点的高度来判断托盘9的倾斜方向和角度。
上述托盘调平机构在实际应用中不可避免地存在以下问题：
其一，由于距离传感器6只能在常温环境中工作，因而无法在进行工艺的过程(高温环境)中实时对托盘9的倾斜方向和角度的进行监测，从而不仅无法获知托盘9的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，进而不利于设备性能的改进。
其二，由于距离传感器6位于托盘9的上方，因而在托盘调平过程中，一个操作人员无法同时进行观测距离传感器6的检测值和调平操作，从而无法一次性完成调平操作，不便于设备的维护。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备，其可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
为实现本发明的目的而提供一种托盘调平机构，所述托盘设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在所述托盘的底部设置有用于驱动所述托盘旋转的旋转轴，所述旋转轴的下端自所述反应腔室的底部延伸至所述反应腔室之外，所述托盘调平机构包括传感器和调平组件，其中，所述传感器设置在所述旋转轴的下端，用以实时检测所述旋转轴的倾斜方向和角度；所述调平组件用于根据由所述传感器检测到的所述旋转轴的倾斜方向和角度，将所述旋转轴调节至竖直状态。
优选的，所述传感器包括多个压力传感器，且沿所述旋转轴的周向对称分布；所述压力传感器用于通过检测自身受到的所述旋转轴施加的压力大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
优选的，各个所述压力传感器在所述旋转轴处于竖直状态时，其压力值为零。
优选的，所述传感器包括一个或多个距离传感器，且多个所述距离传感器沿所述旋转轴的周向对称分布；所述距离传感器用于通过检测自身与所述旋转轴之间的水平间距的大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
优选的，所述调平组件包括固定部件、调平基座、多个调平珠、多个调平螺钉和连接件，其中，所述固定部件采用环形结构，且竖直环绕在靠近所述旋转轴底部的外围，并且相对于所述旋转轴固定不动；所述调平基座位于所述固定部件的内侧，且与所述固定部件可倾斜的连接，并通过所述连接件固定在所述旋转轴的底部；所述调平基座的下端低于所述固定部件的下端；所述多个调平珠设置在所述固定部件的内周壁与所述调平基座的外周壁之间，且沿所述调平基座的轴心对称分布；所述多个调平螺钉一一对应地竖直设置在所述调平基座的外周壁与所述多个调平珠之间，通过调节任意一个所述调平螺钉相对于所述调平基座在竖直方向上的高度，来调节所述旋转轴的倾斜方向和角度。
优选的，所述传感器包括多个压力传感器，且沿所述旋转轴的周向对称分布；每个所述压力传感器设置在所述固定部件的下端，且与所述调平基座的外周壁相接触；或者，所述传感器包括一个或多个距离传感器，且多个所述距离传感器沿所述旋转轴的周向对称分布；所述距离传感器与所述调平基座的外周壁之间具有预设的水平间距，并通过检测自身与所述调平基座之间的水平间距的大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
优选的，所述调平组件还包括浮动衬套；在所述固定部件的内周壁上设置有环形凸台，且在所述浮动衬套上设置有环形凸缘，所述环形凸缘叠置在所述环形凸台上；并且，所述浮动衬套的上端通过所述连接件与所述旋转轴固定连接，所述浮动衬套的下端通过中心螺钉与所述调平基座固定连接。
优选的，所述固定部件固定在所述反应腔室的底部腔室壁上。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有托盘，所述托盘用于承载被加工工件，且在所述托盘的底部设置有用于驱动所述托盘旋转的旋转轴，所述旋转轴的下端自所述反应腔室的底部延伸至所述反应腔室之外；并且，在所述旋转轴的下端，且位于所述反应腔室的外部设置有调平机构，所述调平机构采用本发明提供的上述托盘调平机构。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的托盘调平机构，其在旋转轴的下端设置用于检测旋转轴的倾斜方向和角度的传感器，由于该传感器位于反应腔室的外部，其可以在进行工艺的过程中进行实时检测，从而可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，进而有利于后续对设备性能的改进。而且，通过将传感器设置在旋转轴的下端，可以使操作人员同时进行传感器检测值的观测和调平操作，从而可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述托盘调平机构，可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
附图说明
图1为现有的一种托盘调平机构的剖视图；
图2为本发明第一实施例提供的托盘调平机构的局部剖视图；
图3为图2中传感器的分布示意图；以及
图4为本发明第二实施例提供的托盘调平机构的局部剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的托盘调平机构、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。
在本实施例的技术方案中，托盘设置在反应腔室中，用于承载晶片。旋转轴竖直设置，其上端与托盘连接，下端自反应腔室的底部腔室壁延伸至反应腔室的外部，用以驱动托盘水平旋转。
图2为本发明第一实施例提供的托盘调平机构的局部剖视图。请参阅图2，托盘调平机构设置在旋转轴10的下端，且包括传感器和调平组件。其中，图3为图2中传感器的分布示意图。如图3所示，传感器包括多个压力传感器14，且沿旋转轴10的周向对称分布。压力传感器14用于在旋转轴10倾斜时，通过检测自身受到的旋转轴10施加的压力大小，来获得旋转轴10的倾斜方向和角度，容易理解，根据每个压力传感器14对应于旋转轴10的圆周方向上的位置和角度，可以对旋转轴10的倾斜方向进行判断，且压力传感器14的数量越多，判断精度越高。由于各个压力传感器14位于反应腔室的外部，其可以在进行工艺的过程中进行实时检测，从而可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，进而有利于后续对设备性能的改进。
调平组件用于根据由各个压力传感器14检测到的旋转轴10的倾斜方向和角度，将旋转轴10调节至竖直状态，从而间接对托盘的水平度进行调节。在本实施例中，调平组件包括固定部件11、调平基座13、多个调平珠16、多个调平螺钉17和连接件(图中未示出)，其中，固定部件11采用环形结构，且竖直环绕在靠近旋转轴10底部的外围，并且相对于旋转轴10固定不动，可选的，固定部件11可以与反应腔室的底部腔室壁固定连接。调平基座13位于固定部件11的内侧，即，位于固定部件11中空的内部空间内，且调平基座13与固定部件11可倾斜的连接，并通过连接件固定在旋转轴10的底部。
可选的，调平基座13与固定部件11可倾斜的连接的具体方式为：调平组件还包括浮动衬套12，该浮动衬套12的上端通过连接件与旋转轴10固定连接，浮动衬套12的下端通过中心螺钉15与调平基座13固定连接。而且，在固定部件11的内周壁上设置有环形凸台111，且在浮动衬套12上设置有环形凸缘121，该环形凸缘121叠置在环形凸台111上。这样，旋转轴10在旋转时，带动浮动衬套12和调平基座13旋转，而固定部件11相对于旋转轴10固定不动。而且，若旋转轴10发生倾斜，则浮动衬套12和调平基座13随之倾斜，而固定部件11保持竖直状态不变。
多个调平珠16设置在固定部件11的内周壁与调平基座13的外周壁之间，且沿调平基座13的轴心对称分布。多个调平螺钉17一一对应地竖直设置在调平基座13的外周壁与多个调平珠16之间，由于调平螺钉17的顶端呈锥状，而固定部件11始终保持竖直状态不变，因而通过提高任意一个调平螺钉17相对于调平基座13在竖直方向上的高度，可以使该调平螺钉17朝向调平基座13施加压力，从而使调平基座13带动旋转轴10一起倾斜一定角度，以达到补偿旋转轴10本身产生的倾斜角度的目的。与之相反的，通过降低任意一个调平螺钉17相对于调平基座13在竖直方向上的高度，可以使调平基座13带动旋转轴10朝向靠近该调平螺钉17的方向一起倾斜一定角度，该角度与前述的倾斜角度的方向相反。
而且，调平基座13的下端低于固定部件11的下端，即，调平基座13相对于固定部件11的下端伸出一部分，压力传感器14设置在固定部件11的下端，且与调平基座13伸出的部分的外周壁相接触，从而在旋转轴10带动调平基座13随之倾斜时，各个压力传感器14的压力值会产生变化，根据该压力值可以计算获得旋转轴10的倾斜方向和角度。由于调平组件和各个压力传感器14均设置在旋转轴10的下端，这可以使操作人员同时进行各个压力传感器14检测值的观测和调平操作，从而可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
优选的，为了便于计算，各个压力传感器14在旋转轴10处于竖直状态时，其压力值为零。当然，在实际应用中，还可以采用其他数值作为各个压力传感器14的初始值，该初始值即为在旋转轴10处于竖直状态时，各个压力传感器14的压力值读数。
需要说明的是，调平组件的结构并不局限于本实施例所采用的上述，在实际应用中，调平组件还可以采用其他任意结构，只要能够实现对旋转轴的倾斜方向和角度进行调节即可。
图4为本发明第二实施例提供的托盘调平机构的局部剖视图。请参阅图4，本实施例提供的托盘调平机构与上述第一实施例相比，同样包括传感器和调平组件。由于调平组件的结构和功能在上述第一实施例中已有了详细描述，在此不再赘述。下面仅对本实施例与上述第一实施例之间的区别进行详细描述。
具体地，在本实施例中，传感器包括一个距离传感器20，其高度与调平基座13伸出的部分的外周壁相对应，且具有水平间距。距离传感器20通过朝向调平基座13伸出的部分的外周壁发送信号，来检测自身与调平基座13的外周壁之间的水平间距的大小，从而获得旋转轴10的倾斜方向和角度。当旋转轴10旋转时，调平基座13随之旋转，距离传感器20通过测量自身与调平基座13的外周壁在其圆周方向上的多个点之间的水平间距，来判断旋转轴10的倾斜方向和角度。
需要说明的是，在本实施例中，距离传感器20为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，距离传感器20还可以为多个，且沿旋转轴10的周向对称分布。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在该反应腔室内设置有托盘，用于承载被加工工件，且在该托盘的底部设置有用于驱动托盘旋转的旋转轴，旋转轴的下端自反应腔室的底部延伸至反应腔室之外。并且，在旋转轴的下端，且位于反应腔室的外部设置有调平机构，该调平机构采用了本发明上述各个实施例提供的托盘调平机构。
本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述托盘调平机构，可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述反应腔室，可以实时检测托盘是否倾斜，从而不仅可以获知托盘的倾斜是工艺过程中的哪个阶段的原因导致的，而且可以一次性完成调平操作，给设备维护带来方便。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种托盘调平机构，所述托盘设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在所述托盘的底部设置有用于驱动所述托盘旋转的旋转轴，所述旋转轴的下端自所述反应腔室的底部延伸至所述反应腔室之外，其特征在于，所述托盘调平机构包括传感器和调平组件，其中，
所述传感器设置在所述旋转轴的下端，用以实时检测所述旋转轴的倾斜方向和角度；
所述调平组件用于根据由所述传感器检测到的所述旋转轴的倾斜方向和角度，将所述旋转轴调节至竖直状态。
2.根据权利要求1所述的托盘调平机构，其特征在于，所述传感器包括多个压力传感器，且沿所述旋转轴的周向对称分布；
所述压力传感器用于通过检测自身受到的所述旋转轴施加的压力大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
3.根据权利要求2所述的托盘调平机构，其特征在于，各个所述压力传感器在所述旋转轴处于竖直状态时，其压力值为零。
4.根据权利要求1所述的托盘调平机构，其特征在于，所述传感器包括一个或多个距离传感器，且多个所述距离传感器沿所述旋转轴的周向对称分布；
所述距离传感器用于通过检测自身与所述旋转轴之间的水平间距的大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的托盘调平机构，其特征在于，所述调平组件包括固定部件、调平基座、多个调平珠、多个调平螺钉和连接件，其中，
所述固定部件采用环形结构，且竖直环绕在靠近所述旋转轴底部的外围，并且相对于所述旋转轴固定不动；
所述调平基座位于所述固定部件的内侧，且与所述固定部件可倾斜的连接，并通过所述连接件固定在所述旋转轴的底部；所述调平基座的下端低于所述固定部件的下端；
所述多个调平珠设置在所述固定部件的内周壁与所述调平基座的外周壁之间，且沿所述调平基座的轴心对称分布；
所述多个调平螺钉一一对应地竖直设置在所述调平基座的外周壁与所述多个调平珠之间，通过调节任意一个所述调平螺钉相对于所述调平基座在竖直方向上的高度，来调节所述旋转轴的倾斜方向和角度。
6.根据权利要求5所述的托盘调平机构，其特征在于，所述传感器包括多个压力传感器，且沿所述旋转轴的周向对称分布；每个所述压力传感器设置在所述固定部件的下端，且与所述调平基座的外周壁相接触；或者，
所述传感器包括一个或多个距离传感器，且多个所述距离传感器沿所述旋转轴的周向对称分布；所述距离传感器与所述调平基座的外周壁之间具有预设的水平间距，并通过检测自身与所述调平基座之间的水平间距的大小，来获得所述旋转轴的倾斜方向和角度。
7.根据权利要求5所述的托盘调平机构，其特征在于，所述调平组件还包括浮动衬套；
在所述固定部件的内周壁上设置有环形凸台，且在所述浮动衬套上设置有环形凸缘，所述环形凸缘叠置在所述环形凸台上；并且，所述浮动衬套的上端通过所述连接件与所述旋转轴固定连接，所述浮动衬套的下端通过中心螺钉与所述调平基座固定连接。
8.根据权利要求5所述的托盘调平机构，其特征在于，所述固定部件固定在所述反应腔室的底部腔室壁上。
9.一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有托盘，所述托盘用于承载被加工工件，且在所述托盘的底部设置有用于驱动所述托盘旋转的旋转轴，所述旋转轴的下端自所述反应腔室的底部延伸至所述反应腔室之外；并且，在所述旋转轴的下端，且位于所述反应腔室的外部设置有调平机构，其特征在于，所述调平机构采用权利要求1-8任意一项所述的托盘调平机构。
10.一种半导体加工设备，其包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求9所述的反应腔室。
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