CN114318279A - 一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备，包括：传感器信号反射机构，所述传感器信号反射机构朝向测距传感器的一侧由下至上依次设置有多个信号反射面；所述测距传感器，与所述承载机构同步升降，所述测距传感器用于检测其与所述信号反射面之间的距离；电机控制器，用于根据所述测距传感器检测的距离控制所述电机的转速，从而控制所述承载机构的升降速度；解决现有技术中升降电机匀速运行传输效率低下、易产生振动的问题，并且解决现有技术中升降电机变速参数校准繁琐的问题。

Description

一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备。

背景技术

在半导体行业中，晶圆是被加工制作的对象，晶圆的传输是由电机驱动机械机构来完成。其中，PVD腔室的晶圆传输结构如图1所示。传输过程所涉及的主要部件包括：机械手1、晶圆2、基座3、顶针4。其中，基座3，最终承载晶圆2进行工艺；顶针4用于携带晶圆2在机械手1和基座3之间传递。晶圆2传输的步骤可分解为：

步骤1：机械手1携带晶圆2伸入PVD腔室内；

步骤2：顶针电机驱动顶针4升起托起晶圆2；

步骤3：基座电机驱动基座3升起，托起晶圆2脱离顶针4，到达工艺位后，开始工艺；

步骤4：工艺完成，基座3下降，晶圆2落到顶针4上；

步骤5：机械手1伸入PVD腔室，顶针4下降，晶圆2落到机械手1上；

步骤6：机械手1携带晶圆2离开PVD腔室，完成一轮工艺。

对于上述晶圆2的传输，一种现有技术采用顶针电机和基座电机匀速运行的方式，使得顶针4和基座3保持匀速运动，这是方式易于实现，但随着PVD设备对于传输要求越来越高，电机匀速运动的弊端也逐渐体现出来：1、若速度设定偏大，机械结构与晶圆2接触时，震动增加，易产生颗粒(particle)，如：晶圆2表面沉积的原子脱落；2、若速度设定偏大，启动停止时，易造成晶圆2的不稳定状态；3、若速度设定偏小，上述两种缺点有所改善，但严重影响产能。

另一种现有技术在基座3和顶针4的运动轨迹上，选取一系列位置点。到达这些位置点时，电机按照预设好的速度和加速度进行变速，从而优化运动过程。这种方式能够改善电机匀速运行的方式的缺点，但仍然存在如下不足：1、机台在调试和维护以后，需重新调整机械手和电机位置，保证晶圆2在传输过程中刚好位于基座3中心，并且与其他器件无干涉，位置点的确定由现场工程师根据经验选定，无法保证参数的一致性和正确性；2、在调整工位过程中，需要输入位置点、速度、加速度等大量数据，易出错，且错误参数很难及时发现，易造成生产损失。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备，解决现有技术中升降电机匀速运行传输效率低下、易产生振动的问题，并且解决现有技术中升降电机变速参数校准繁琐的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于反应腔室的电机控制装置，所述反应腔室内设有用于承载晶圆的承载机构，所述电机用于驱动所述承载机构升降，其特征在于，所述装置包括：

传感器信号反射机构，所述传感器信号反射机构朝向测距传感器的一侧由下至上依次设置有多个信号反射面；

所述测距传感器，与所述承载机构同步升降，所述测距传感器用于检测其与所述信号反射面之间的距离；

电机控制器，用于根据所述测距传感器检测的所述距离控制所述电机的转速，从而控制所述承载机构的升降速度。

可选地，所述传感器信号反射机构包括板体，所述板体朝向所述测距传感器的一侧由下至上依次设置有第一信号反射面和第二信号反射面，所述第一信号反射面和第二信号反射面与所述测距传感器之间的距离分别为d1和d2，且满足d1<d2，所述第一信号反射面与所述第二信号反射面之间通过第一斜面连接。

可选地，还包括设于所述第二信号反射面上方的第三信号反射面，所述第三信号反射面与所述测距传感器之间的距离为d3，且满足d1<d3<d2，所述第二信号反射面与所述第三信号反射面之间通过第二斜面连接。

可选地，当所述承载机构上升至与所述晶圆接触时，所述测距传感器与所述第二信号反射面的中心对齐。

可选地，所述电机控制器控制所述电机的转速随着所述测距传感器的检测值减小而增大。

可选地，所述承载机构包括顶针和/或基座。

可选地，所述电机通过升降机构驱动连接于所述承载机构，所述测距传感器设置在所述升降机构上，所述测距传感器与所述电机控制器通讯连接。

可选地，所述传感器信号反射机构可移动地设置在所述反应腔室的外壳下方。

可选地，所述测距传感器是激光测距传感器或红外测距传感器。

本发明还提供一种半导体设备，包括：

反应腔室，所述反应腔室内设有承载机构；

电机，用于驱动所述承载机构升降；

上述的用于反应腔室的电机控制装置，所述电机控制装置用于控制所述承载机构的升降速度。

本发明提供一种用于反应腔室的电机控制装置及半导体设备，其有益效果在于：

1、该用于反应腔室的电机控制装置能够利用测距传感器检测到其与多个的信号反射面之间的距离，由电机控制器根据测距传感器检测的距离自适应地调整电机的转速，进而调整承载机构的升降速度以调整晶圆的升降速度，不需要人工输入调整电机转速的位置点、电机的速度、加速度等数据，提高工作效率和控制准确度；

2、该用于反应腔室的电机控制装置通过对承载机构的升降速度的控制，能够减小基座或顶针与晶圆接触时的移动速度，减小振动、抑制颗粒的产生；

3、该用于反应腔室的电机控制装置通过对电机转速的控制，能够在基座或顶针承接晶圆后，提高晶圆的升降速度，增加产能。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了现有技术中的一种PVD腔室的晶圆传输结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的顶针上升过程速度变化曲线图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的顶针下降过程速度变化曲线图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的一种用于反应腔室的电机控制装置的结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的一种用于反应腔室的电机控制装置的结构示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的一种用于反应腔室的电机控制装置的传感器信号反射机构的设计原理示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的一种用于反应腔室的电机控制装置的传感器信号反射机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、机械手；2、晶圆；3、基座；4、顶针；5、传感器信号反射机构；6、测距传感器；7、第一信号反射面；8、第二信号反射面；9、第三信号反射面；10、第一斜面；11、第二斜面；12、安装结构；13、反应腔室；14、PVD腔室传输结构。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图4和图5所示，本发明提供一种用于反应腔室的电机控制装置，反应腔室13内设有用于承载晶圆2的承载机构，电机用于驱动承载机构升降，其特征在于，装置包括：

传感器信号反射机构5，传感器信号反射机构5朝向测距传感器6的一侧由下至上依次设置有多个信号反射面；

测距传感器6，与承载机构同步升降，测距传感器6用于检测其与信号反射面之间的距离；

电机控制器，用于根据测距传感器6检测的距离控制电机的转速，从而控制承载机构的升降速度。

具体的，该装置根据测距传感器6检测的其与多个信号反射面之间的距离值的变化，控制升降电机的转速，进而调整反应腔室13内的承载机构的移动速度，承载机构一般包括基座3和顶针4，通过对基座3或顶针4的移动速度进行动态的调整，在基座3或顶针4不与晶圆2接触时以较大的速度移动，在基座3或顶针4快要接触到晶圆2时降速，在基座3或顶针4承接到晶圆2后，再提速，但提速后的速度相比于基座3或顶针4不接触晶圆2时的移动速度要小，这样即保证晶圆2的传输效率，又降低基座3或顶针4接触晶圆2时的移动速度，降低颗粒的产生；该装置采用传感器信号反射机构5与测距传感器6的配合对升降电机的转速进行调整，在机台调试和维护，需要调整工位时，仅需要调整传感器信号反射机构5的位置即可，调整方便、快捷。

可选地，传感器信号反射机构5包括板体，板体朝向测距传感器6的一侧由下至上依次设置有第一信号反射面7和第二信号反射面8，第一信号反射面7和第二信号反射面8与测距传感器6之间的距离分别为d1和d2，且满足d1<d2，第一信号反射面7与第二信号反射面8之间通过第一斜面10连接。

具体的，第一信号反射面7、第二信号反射面8均垂直于测距传感器6的测量方向，在测距传感器6随着基座3或顶针4移动至不同高度时，测距传感器6检测其与不同的信号反射面之间的距离值，电机控制器根据该距离值控制升降电机的转速；随着测距传感器6依次检测其与第一信号反射面1、第一斜面10、第二信号反射面8之间的距离变化，使得基座3或顶针4在未接触晶圆2时的速度较大而快要接触晶圆2时的速度变小，避免接触晶圆2时产生较大的振动。

可选地，还包括设于第二信号反射面8上方的第三信号反射面9，第三信号反射面9与测距传感器6之间的距离为d3，且满足d1<d3<d2，第二信号反射面8与第三信号反射面9之间通过第二斜面11连接。

具体的，随着测距传感器6依次检测其与第二信号反射面8、第二斜面11、第三信号反射面9之间的距离变化，使得基座3或顶针4在承接晶圆后速度适当增加，以提高产能；在测距传感器6随着基座3或顶针4移动至不同高度时，测距传感器6测量其与第一斜面10或第二斜面11上的某个点之间的距离值，随着该距离值的线性变化，电机控制器控制升降电机的转速线性变化，进而使得基座3或顶针4的移动速度以一个加速度移动，该加速度可以根据实际需要设定，而根据该设定好的加速度，可以设计第一斜面10、第二斜面11的长度和倾斜角度。

可选地，当承载机构上升至与晶圆2接触时，测距传感器6与第二信号反射面8的中心对齐。

具体的，第二信号反射面8的中心在承载机构与晶圆2刚好接触时与测距传感器6对齐，形成该装置测距传感器6与传感器信号反射机构5的相对位置的校准位；据此，可以在需要调整工位时，方便快捷地调整传感器信号反射机构5与测距传感器6的相对位置关系，避免了重新输入调整后的电机控制参数。

可选地，电机控制器控制电机的转速随着测距传感器6的检测值减小而增大。

具体的，参见图6，传感器信号反射机构5上的第一信号反射面7、第二信号反射面8、第三信号反射面9、第一斜面10和第二斜面11的设计可以根据实际晶圆2传输过程中的最有利传输速度来设定；采用这种设定方式传感器信号反射机构5上的多个信号反射面形成的整体型面走势与承载机构上升过程速度变化曲线图的曲线走势相对应，简化传感器信号反射机构5的信号反射面的设计。

可选地，承载机构包括顶针4和/或基座3。

具体的，该装置对于基座2或顶针4的升降速度进行调节，对于二者的调节原理相同；在一个示例中，反应腔室13为PVD腔室，机械手1将晶圆2送入PVD腔室内之后，顶针4先上升，托起晶圆2，使得晶圆2与机械手1分离，然后基座3再上升，托起晶圆2至工艺位置，使得晶圆2与顶针4脱离，然后即可进行工艺处理；工艺处理结束后，基座3下降，使得晶圆2落回顶针4上，然后顶针4再下降使得晶圆2落回机械手1。

可选地，电机通过升降机构驱动连接于承载机构，测距传感器6设置在升降机构上，测距传感器6与电机控制器通讯连接。

具体的，测距传感器6设置在基座3或顶针4上，也可以同时在基座3和顶针4上分别设置一个测距传感器6，并且与之对应的设置两个传感器信号反射机构5，方便对基座3和顶针4的升降速度分别进行控制。

可选地，传感器信号反射机构可移动地设置在反应腔室的外壳下方。

具体的，传感器信号反射机构5可移动地设置在反应腔室13的外壳下方，调节方便快捷，在机台调试和维护后易于重新定位。

可选地，测距传感器6是激光测距传感器或红外测距传感器。

具体的，测距传感器6安装在基座3或顶针4处于反应腔室13外部的升降机构上。

在本实施例中，反应腔室的外部设置有安装结构12，传感器信号反射机构5可升降地安装在安装结构12上。

具体的，如图5所示，校准状态下测距传感器6的测距方向所在直线应当对准第二信号反射面8的中心点；在反应腔室13的外部可以方便地调整传感器信号反射机构5在安装结构12上的位置，实现校准。

本发明还提供一种半导体设备，包括：

反应腔室13，反应腔室13内设有承载机构；

电机，用于驱动承载机构升降；

上述的用于反应腔室的电机控制装置，该电机控制装置用于控制承载机构的升降速度。

综上，本发明提供的半导体设备具有如上的用于反应腔室的电机控制装置，以反应腔室13位PVD腔室为例，该装置使用时，遵循基座3或顶针4不与晶圆2接触时以较大速度V1运行，在基座3或顶针4快要接触到晶圆2时降低运行速度至V3，在基座3或顶针4承接到晶圆2后，速度逐渐增加至V2但此阶段速度小于不接触晶圆2时的运行速度V1的原则，在保证晶圆2稳定传输的前提下，提升传输效率。

以顶针4的升降电机为例，顶针4在上升过程中的速度变化曲线如图2所示，其中的终点为晶圆2的目标位置。顶针4在下降过程中的速度变化曲线如图3所示，其中的位置起始点为晶圆2在图2中的终点位置。该用于反应腔室的电机控制装置的传感器信号反射机构5的一侧设置有高度不同的第一信号反射面7、第二信号反射面8和第三信号反射面9，这三个信号反射面与测距传感器6之间的距离不同，这三个信号反射面与测距传感器6之间的距离依据图2和图3中的曲线进行设定，并且第一斜面10和第二斜面11的设置依据图2和图3中的曲线所反应的加速度进行设定，具体的设定原理和传感器信号反射机构的具体结构参见图6和图7。

在顶针4的运动部件上，安装一个测距传感器6，如激光位移传感器，传感器信号反射机构5的一侧表面用于测距传感器6检测距离使用，当升降电机驱动顶针4上下运动时，测距传感器6能实时反馈其与传感器信号反射机构5之间的距离，并通过通讯方式，如RS232、Ethernet等，将数据传送到电机控制器，电机控制器，如：PLC，根据反馈的距离信息，动态调整升降电机运行速度。速度调整的原则为：距离减小时，速度增加；距离增加时，速度减小。这样调整晶圆2的移动速度，降低顶针4与晶圆2接触时的移动速度、减小振动、抑制颗粒的产生。当机台在调试和维护，需要调整工位时，仅需要将传感器信号反射机构5的固定位置上下调整，如图5所示，保证顶针4刚好接触晶圆2时测距传感器5与传感器信号反射机构5的第二反射面8的中心点对准即可，调整方便、快捷。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于反应腔室的电机控制装置，所述反应腔室内设有用于承载晶圆的承载机构，所述电机用于驱动所述承载机构升降，其特征在于，所述装置包括：

传感器信号反射机构，所述传感器信号反射机构朝向测距传感器的一侧由下至上依次设置有多个信号反射面；

所述测距传感器，与所述承载机构同步升降，所述测距传感器用于检测其与所述信号反射面之间的距离；

电机控制器，用于根据所述测距传感器检测的所述距离控制所述电机的转速，从而控制所述承载机构的升降速度。

2.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述传感器信号反射机构包括板体，所述板体朝向所述测距传感器的一侧由下至上依次设置有第一信号反射面和第二信号反射面，所述第一信号反射面和第二信号反射面与所述测距传感器之间的距离分别为d1和d2，且满足d1<d2，所述第一信号反射面与所述第二信号反射面之间通过第一斜面连接。

3.根据权利要求2所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，还包括设于所述第二信号反射面上方的第三信号反射面，所述第三信号反射面与所述测距传感器之间的距离为d3，且满足d1<d3<d2，所述第二信号反射面与所述第三信号反射面之间通过第二斜面连接。

4.根据权利要求3所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，当所述承载机构上升至与所述晶圆接触时，所述测距传感器与所述第二信号反射面的中心对齐。

5.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述电机控制器控制所述电机的转速随着所述测距传感器的检测值减小而增大。

6.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述承载机构包括顶针和/或基座。

7.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述电机通过升降机构驱动连接于所述承载机构，所述测距传感器设置在所述升降机构上，所述测距传感器与所述电机控制器通讯连接。

8.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述传感器信号反射机构可移动地设置在所述反应腔室的外壳下方。

9.根据权利要求1所述的用于反应腔室的电机控制装置，其特征在于，所述测距传感器是激光测距传感器或红外测距传感器。

10.一种半导体设备，其特征在于，包括：

反应腔室，所述反应腔室内设有承载机构；

电机，用于驱动所述承载机构升降；

根据权利要求1-9中任一项所述的用于反应腔室的电机控制装置，所述电机控制装置用于控制所述承载机构的升降速度。

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