TWI559404B - 半導體擴散設備中石英反應管之裝卸裝置及其裝卸方法 - Google Patents

Description

半導體擴散設備中石英反應管之裝卸裝置及其裝卸方法

本案係關於半導體器件及加工製程，特別關於一種將石英反應管安裝及拆卸出半導體擴散設備之反應腔室的裝置及裝卸方法。

本申請案主張2013年11月29日申請之大陸申請案第201310628388.5號之優先權，該等案至全文以引用的方式併入本文中。

半導體擴散設備係積體電路製程之重要工藝設備，係一種要求能長時間連續工作，具有優異控溫精度及良好可靠性、穩定性之自動控制設備，適用於積體電路製程過程中各類氧化、退火及薄膜生長工藝。

為保持半導體擴散設備較佳之工作狀態，半導體擴散設備需定期維護保養(PREVENTIVE MAINTENANCE，簡稱PM)，例如：定期檢修、上油、潤滑、更換消耗材等工作十分重要，如此方能發揮高設備運轉效率。在前述過程中，半導體設備內部部件之安裝和拆卸工具設計尤為重要。

石英反應管係為半導體擴散設備中之重要內部部件，在反應管初次安裝、反應管O-ring或反應管之更換或清洗，即每天、每週、每月或每季之設備保養過程中及半導體擴散設備正常運轉期間停機中，需要從半導體擴散設備中卸載下來，完成後，又需要裝載上去。

本領域具有通常知識者知曉，半導體擴散設備之整體結構緊湊，安裝石英反應管之空間較小，反應管體積較大，因此如何使石英反應管能準確平穩地與石英反應管升降裝置對接，係目前業界面臨之瓶頸問題；尤其石英反應管容易破損，保障安裝及拆卸中之平穩性更成為一個難題。

目前，大陸半導體擴散設備之發展尚處於起步階段，相應技術設備水準相對較低，尚無專門為半導體設備內部部件之安裝和拆卸設計的相應裝置。同時，由於設備功能、型號及整體結構之差異，裝置必須根據設備設計，通用性較差。雖然國外相關半導體設備廠商，例如：東京毅力科創株式會社(TEL)和株式會社日立國際電氣(KE)等半導體設備廠家，其設備擁有相應的安裝及拆卸裝置，但是通用性較差，很難做到一種安裝和裝卸過程均適用的設備工具。

本案係提供一種適應國內外多種半導體擴散設備、操作方便、安全性高的石英反應管裝卸裝置及裝卸方法。該裝卸裝置與該石英反應管之升降裝置配合使用，該升降裝置包含與該反應管相接觸之介面法蘭；該裝卸裝置包含一平移驅動結構、一直線導軌、一設於該直線導軌上之支撐臂、以及一輔助支撐結構；該平移驅動結構包含一具有上下兩塊層疊支撐板之支撐平臺及一與該支撐平臺相連接之把手，其中，該下支撐板與可調節高度之一組滾輪固接；該直線導軌安裝與該上支撐板上；該輔助支撐結構與該支撐臂相配合，用於可分離地固定該石英反應管，其包含與該支撐結構相接觸之一第一介面單元，以及與該石英反應管之底部總裝相連接之 一第二介面單元；其中，於裝載過程中，該平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框透過一固定結構對接，該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管平移至與該升降裝置之介面法蘭相對接。

於一具體實施例中，該石英反應管包含一內管和一外管；該第二介面單元包含至少一內管介面單元和/或至少一外管介面單元；該內管介面單元與該石英反應管內管之底部總裝相卡接，該外管介面單元與該石英反應管外管之底部總裝相卡接。

於一具體實施例中，該支撐臂包含一半環形支撐面，該支撐面上具有複數個定位銷；該外管第二介面單元包含一空心圓柱、一位於該圓柱週邊且與該第一介面單元相臨接之一環形裙邊、複數個位於該裙邊上之定位孔和複數個分佈於該裙邊週邊之半圓形缺口，該些定位孔與該支撐面上之定位銷相對接，該些半圓形缺口之數量和位置與該石英反應管之底部總裝上之螺紋通孔相對應。

於一具體實施例中，該支撐臂包含一半環形支撐面，該支撐面上具有複數個定位銷；該內管第二介面單元包含一空心圓柱、一位於該圓柱週邊且與該第一介面單元相臨接之環形裙邊和複數個位於該裙邊上之定位孔，該些定位孔與該支撐面上之定位銷相對接；其中，該空心圓柱遠離該裙邊端具有一環形凸起。

於一具體實施例中，該上下兩塊層疊支撐板間之間距透過一間距調節單元控制。

於一具體實施例中，該間距調節單元為一旋轉升降機構，該旋轉升降機構包含旋轉把手。

於一具體實施例中，該把手為一升降把手，該把手與該支撐平臺可拆卸固接。

於一具體實施例中，該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過一定位塊與一定位銷對接。

於一具體實施例中，該下支撐板具有複數個直線導向柱，該些直線導向柱與該上支撐板上之通孔相穿接。

本案又提供一種半導體擴散設備中石英反應管之裝卸方法，包含安裝步驟和卸載步驟；該安裝步驟具體，如下步驟：步驟S11：將該輔助支撐結構之第一介面單元安置於該支撐臂上；將該石英反應管之底部安置於該輔助支撐結構之第二介面單元中；步驟S12：驅動該把手將該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過該固定結構對接；步驟S13：驅動該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管平移至與該升降裝置之介面法蘭相對接；步驟S14：透過該升降裝置將帶有該輔助支撐結構之石英反應管升入該半導體擴散設備之反應腔室中；該卸載步驟具體包含如下步驟：步驟S21：驅動該把手將該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過該固定結構對接；步驟S22：透過該升降裝置將帶有該輔助支撐結構之石英反應管退出該半導體擴散設備之反應腔室；步驟S23：將該輔助支撐結構之第一介面單元安置於該支撐臂上； 步驟S24：解開該石英反應管與該升降裝置之介面法蘭相對接結構，驅動該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管退回到該支撐平臺中；步驟S25：解開該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框的固定結構，然後透過該把手將該石英反應管平移出。

承上所述，本案之裝卸裝置運行靈活精確，平穩可靠，在保證工藝效果好的前提下，使其具備高剛性、高可靠性、結構緊湊和允許操作人員在小空間操作等特點。

為讓本發明之上述和其他特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧平移把手

2‧‧‧升降把手

3‧‧‧支撐臂

4‧‧‧直線導軌

5‧‧‧定位塊

6‧‧‧定位板

7‧‧‧滾輪

8‧‧‧旋轉升降裝置

9‧‧‧上支撐板

10‧‧‧下支撐板

11‧‧‧直線導向柱

20‧‧‧石英反應管外管之輔助支撐結構

201、301‧‧‧環形裙邊

202、302‧‧‧空心圓柱

203、303‧‧‧定位孔

204‧‧‧半圓形缺口

30‧‧‧石英反應管內管之輔助支撐結構

304‧‧‧鏤空圖案

51‧‧‧左定位塊

52‧‧‧右定位塊

53、54‧‧‧固定螺桿

15‧‧‧半導體擴散設備後門

151‧‧‧後門門框

152‧‧‧後門門框

153、154‧‧‧後門門框之定位塊

31‧‧‧定位孔

32‧‧‧定位塊

33‧‧‧插拔式定位銷

12‧‧‧工藝管總裝

121‧‧‧固定軸通孔

155‧‧‧導向板

156‧‧‧凸輪導向器

34‧‧‧拉手

35‧‧‧支撐軸

36‧‧‧旋轉支桿

圖1為本案實施例之半導體擴散設備中石英反應管裝卸裝置之結構示意圖；圖2為本案實施例之石英反應管外管之輔助支撐結構之結構示意圖；圖3為本案實施例之石英反應管內管之輔助支撐結構之結構示意圖；圖4至圖17為本案一較佳實施例之半導體擴散設備中石英反應外管安裝方法之安裝各步驟示意圖；以及圖18為本案實施例之半導體擴散設備中石英反應內管安裝方法示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本案較佳實施例之一種半導體擴散設備中石英反應管之裝卸裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

需要說明的是，本發明的一種半導體擴散設備中石英反應管之裝卸裝置， 係與石英反應管之升降裝置配合使用，該升降裝置包含與該石英反應管相接觸之介面法蘭。適用本發明裝卸之石英反應管可以為內管，也可以為外管，在安裝過程中需先安裝外管，再從外管下方將內管套接在一起。

本發明之裝卸裝置一般包含平移驅動結構、直線導軌、設於直線導軌上之支撐臂以及輔助支撐結構。平移驅動結構包含具有上下兩塊層疊支撐板的支撐平臺及與該支撐平臺相連接之把手。其中，下支撐板與可調節高度之一組滾輪固接；直線導軌安裝於上支撐板上。輔助支撐結構與支撐臂相配合，用於可分離地固定石英反應管，其包含與支撐結構相接觸之第一介面單元，以及與石英反應管之底部總裝相連接之第二介面單元。其中，於裝載過程中，平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框透過一固定結構對接，支撐臂沿直線導軌將該石英反應管平移至與該升降裝置之介面法蘭相對接。

請參閱圖1，圖1為本發明一較佳實施例所提供之半導體擴散設備中石英反應管裝卸裝置之整體結構示意圖。如圖所示，圖中標示了裝置之主要結構，包含平移把手1、升降把手2、支撐臂3、直線導軌4、定位塊5、定位板6、一組滾輪7、旋轉升降裝置8、上支撐板9、下支撐板10、直線導向柱11。由圖中可以看出，整個裝置之外形為一部可推拉之萬向移動小車，透過調節升降把手2，調節該裝置之整體高度；支撐臂3可以沿直線導軌4前後水平運動，將石英反應管推入(或拉出)工作環境；透過定位塊5可以實現支撐臂3位置之確定；透過旋轉升降裝置8可以調節上支撐板9與下支撐板10之間之相對高度，透過定位板6可以確定裝卸裝置與半導體擴散設備之相對位置，透過滾輪7及把手1可以實現裝卸裝置之移動。

在裝載過程前，石英反應管之底座透過輔助支撐結構安裝於支撐臂3上，且輔助支撐結構可分離地固定石英反應管。輔助支撐結構包含與支撐臂3相接觸之第一介面單元，以及與石英反應管之底部總裝相連接之第二介面單元。於裝載過程中，平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框透過一固定結構對接，支撐臂3沿直線導軌4將該石英反應管平移至與升降裝置之介面法蘭相對接。

於本發明之實施例中，石英反應管可以為內管，也可以為外管；第二介面單元可以分成內管介面單元或外管介面單元；內管介面單元與石英反應內管之底部總裝相卡接，外管介面單元則與石英反應外管之底部總裝相卡接。請參閱圖2，圖2為本發明實施例中石英反應管外管之輔助支撐結構之結構示意圖。如圖所示，石英反應管外管之輔助支撐結構20包含與支撐臂3相接觸之第一介面單元，以及與石英反應外管之底部總裝相連接之第二介面單元。結合圖1和圖2，支撐臂3包含半環形支撐面，支撐面上具有複數個定位銷；外管介面單元包含空心圓柱202、位於圓柱202週邊且與第一介面單元相臨接之環形裙邊201、位於裙邊201上之二定位孔203和複數個分佈於裙邊201週邊之半圓形缺口204。定位孔203與支撐面上之定位銷相對接。半圓形缺口204之數量及安裝位置與石英反應外管之底部總裝上的螺紋通孔一一對應。

上述結構保證了反應管外管之安裝精度(與反應腔室同軸心)，同時，可以防止石英反應外管直接與支撐臂3接觸造成污染，還可以防止石英反應外管在與支撐臂3接觸和離開的過程中造成損壞。

請參閱圖3，為本發明實施例中石英反應管內管之輔助支撐結構之結構示意 圖。如圖所示，石英反應內管之輔助支撐結構30包含與支撐臂3相接觸之第一介面單元，以及與石英反應內管之底部總裝相連接之第二介面單元。結合圖1和圖3看，支撐臂3包含半環形支撐面，支撐面上具有複數個定位銷；內管介面單元包含空心圓柱302、位於圓柱302週邊且與第一介面單元相臨接之環形裙邊301、位於裙邊301上之2個定位孔303，定位孔303與支撐面上之定位銷相對接，其中，空心圓柱302遠離裙邊301端具有環形凸起，且為減輕空心圓柱302之重量，空心圓柱302為鏤空結構，鏤空圖案304可以為任何形狀，於本實施例中，鏤空圖案304由4個均勻分佈於空心圓柱302之環形壁上的圓形構成。

上述結構的作用係保證石英管內管之安裝精度(與反應腔室同軸心)，同時，可以防止石英反應內管直接與支撐臂3接觸造成污染，還可以防止石英反應內管在與支撐臂3接觸和離開的過程中造成損壞，即對內管進行保護。因此，上述兩個輔助支撐結構根據不同石英管之結構進行設計，同時，可以根據不同結構之石英管進行調整，通用性高。

請再參閱圖1，於本實施例中，除滾輪組7具有上下可調高度外，上下兩塊層疊支撐板9、10之間距透過一間距調節單元控制，間距調節單元可以為旋轉升降機構8，旋轉升降機構8包含旋轉把手。並且，小車之把手1可以根據需要升降，該把手1與支撐平臺可拆卸固接。平移驅動結構之前端可以與半導體擴散設備之門框透過定位塊及定位銷對接固定。下支撐板10具有複數個直線導向柱11，與上支撐板9上之通孔相穿接。

根據上述結構，本發明之半導體擴散設備中石英反應管之裝卸方法，包含安裝步驟及卸載步驟；安裝步驟具體包含如下步驟： 步驟S11：將輔助支撐結構之第一介面單元安置於支撐臂上；將石英反應管之底部安置於輔助支撐結構之第二介面單元中；步驟S12：驅動把手將平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框透過固定結構對接；步驟S13：驅動支撐臂沿直線導軌將石英反應管平移至與升降裝置之介面法蘭相對接；步驟S14：透過升降裝置將帶有輔助支撐結構之石英反應管升入半導體擴散設備之反應腔室中；卸載步驟具體包含如下步驟：步驟S21：驅動把手將該平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框透過固定結構對接；步驟S22：透過該升降裝置將帶有該輔助支撐結構之石英反應管退出該半導體擴散設備之反應腔室；步驟S23：將輔助支撐結構之第一介面單元安置於支撐臂上；步驟S24：解開石英反應管與該升降裝置之介面法蘭相對接結構，驅動支撐臂沿直線導軌將石英反應管退回至支撐平臺中；步驟S25：解開平移驅動結構之前端與半導體擴散設備之門框的固定結構，然後透過把手將石英反應管平移出。

下面請參考圖4至圖18，對本發明一較佳實施例之半導體擴散設備中石英反應外管安裝方法之安裝步驟進行詳細說明。

請參閱圖4，首先裝卸小車左右兩側之固定螺杆53、54，將左右定位塊51、52取下。

請參閱圖5，將左右定位塊51、52透過固定螺釘分別固定於後門15門框151、152上之定位塊153、154上。

注意：兩個定位塊153、154在門框151下端臺階处與後密封板貼合，此時後門密封圈夾在定位塊與後密封板之間10mm的縫隙中。在此安裝過程中，注意防止劃傷後門密封圈。

請參閱圖6，確認安裝於支撐臂3上之插拔式定位銷33已插入到定位塊32中，此時，支撐臂3已在裝卸小車後端透過定位塊32和定位銷33定位，無法移動。取石英外管輔助支撐結構20，使其裙邊201上之兩個定位孔31對應支撐臂3上之兩個定位銷33，以使輔助支撐結構20放置於支撐臂3上。注意：石英外管輔助支撐結構20之上下面不應搞反。

如圖7所示，在將工藝管總裝(石英外管總裝)12放置於工藝管輔助支撐結構20上時，需將工藝管總裝12之內孔與石英外管輔助支撐結構20之上端外圓相貼合以保證同心，再整體旋轉工藝管總裝12使得工藝管總裝12上之固定軸通孔121與支撐臂3上之螺紋孔對齊，再用固定軸將工藝管總裝12與支撐臂3連接起來，使工藝管總裝12完全固定於支撐臂3上。注意：此時工藝管總裝12上的7個安裝螺紋通孔應與石英外管輔助支撐結構20上的7個半圓孔一一對應。

如圖8所示，緩慢推動裝卸小車至設備側控制櫃與後控制櫃之間。

請參閱圖9，使裝卸小車前端之凸輪導向器156與定位塊上之導向板155緩慢貼合，再沿此方向緩慢將小車推至前端面與定位塊前面貼合。

請參閱圖10，刹住兩個後腳輪的擋塊，使裝卸小車定位。

請參閱圖11，旋松把手1下端兩邊旋鈕，將把手1移除。

請參閱圖12，旋緊裝卸小車左右兩側之固定螺杆，使裝卸小車前端面與定位塊前端面貼緊，從而將裝卸小車與設備連接固定。

請參閱圖13，握住拉手34，先將插拔式定位銷旋轉拉出，再將支撐臂3與工藝管總裝12一起向前緩慢推動。

請參閱圖14，直到支撐臂3推不動時，將插拔式定位銷旋轉按下插入到下端定位塊中。

請參閱圖15，旋松支承軸35，再旋轉支杆36，使上支撐板9向下移動並帶動支撐臂3和工藝管總裝12一同向下移動。

請參閱圖16，緩慢將工藝管總裝12落在工藝門水冷盤上，並繼續旋轉支杆36，使支撐臂3與工藝管總裝12脫離開2mm左右。

請參閱圖17，安裝裝卸小車1把手，並用旋鈕固定緊，鬆開腳輪的刹車，將裝卸小車移出。

從上述步驟可以看出，本發明可以將石英管外管安裝至設備內部的升降裝置上，最終將石英管外管放入反應腔室。

請參閱圖18，圖18為本發明半導體擴散設備中石英反應內管安裝方法示意圖；如圖所示，石英內管之安裝方式與外管安裝方式相似，不再贅述。

以上該僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本案之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧平移把手

2‧‧‧升降把手

3‧‧‧支撐臂

4‧‧‧直線導軌

5‧‧‧定位塊

6‧‧‧定位板

7‧‧‧滾輪

8‧‧‧旋轉升降裝置

9‧‧‧上支撐板

10‧‧‧下支撐板

11‧‧‧直線導向柱

Claims (9)

1. 一種半導體擴散設備中石英反應管之裝卸裝置，與該石英反應管之升降裝置配合使用，該升降裝置包含與該石英反應管相接觸之介面法蘭；該裝卸裝置包含：一平移驅動結構，包含具有上下層疊之上支撐板與下支撐板之一支撐平臺及與該支撐平臺相連接之一把手，其中，該下支撐板與可調節高度之一組滾輪固接；一直線導軌，安裝於該上支撐板上；一支撐臂，設於該直線導軌上；一輔助支撐結構，與該支撐臂相配合，用於可分離地固定該石英反應管，其包含與該支撐結構相接觸之一第一介面單元，以及與該石英反應管之底部總裝相連接之一第二介面單元；該石英反應管包含一內管與一外管；該第二介面單元包含至少一內管介面單元和/或至少一外管介面單元；該內管介面單元與該石英反應管內管之底部總裝相卡接，該外管介面單元與該石英反應管外管之底部總裝相卡接；其中，在裝載過程中，該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過一固定結構對接，且該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管平移至與該升降裝置之介面法蘭相對接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該支撐臂包含一半環形支撐面，該支撐面上具有複數個定位銷；該外管介面單元包含一空心圓柱、位於該圓柱週邊且與該第一介面單元相臨接之一環形裙邊、複數個位於該裙邊上之定位孔及複數個分佈於該裙邊週邊之半圓形缺口，該些定位 孔與該支撐面上之定位銷相對接；該些半圓形缺口之數量及位置與該石英反應管外管底部總裝上之螺紋通孔相對應。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該支撐臂包含一半環形支撐面，該支撐面上具有複數個定位銷；該內管介面單元包含一空心圓柱、位於該圓柱週邊且與該第一介面單元相臨接之一環形裙邊、複數個位於該裙邊上之定位孔，該些定位孔與該支撐面上之定位銷相對接，其中，該空心圓柱遠離該裙邊端具有一環形凸起。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該上下兩塊層疊支撐板之間距透過一間距調節單元控制。
5. 如申請專利範圍第4項所述之裝卸裝置，該間距調節單元為一旋轉升降機構，該旋轉升降機構包含一旋轉把手。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該把手為一升降把手，該把手與該支撐平臺可拆卸固接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過一定位塊與一定位銷對接固定。
8. 如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置，該下支撐板具有複數個直線導向柱，該些導向柱與該上支撐板上之通孔相穿接。
9. 一種採用如申請專利範圍第1項所述之裝卸裝置的裝卸方法，包含安裝步驟與卸載步驟；該安裝步驟具體包含如下步驟：步驟S11：將該輔助支撐結構之第一介面單元安置於該支撐臂上；將該石英反應管之底部安置於該輔助支撐結構之第二介面單元中； 步驟S12：驅動該把手將該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過該固定結構對接；步驟S13：驅動該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管平移至與該升降裝置之介面法蘭相對接；步驟S14：透過該升降裝置將帶有該輔助支撐結構之石英反應管升入該半導體擴散設備之反應腔室中；該卸載步驟具體包含如下步驟：步驟S21：驅動該把手將該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框透過該固定結構對接；步驟S22：透過該升降裝置將帶有該輔助支撐結構之石英反應管退出該半導體擴散設備之反應腔室；步驟S23：將該輔助支撐結構之第一介面單元置於該支撐臂上；步驟S24：解開該石英反應管與該升降裝置之介面法蘭相對接結構，驅動該支撐臂沿該直線導軌將該石英反應管退回至該支撐平臺中；步驟S25：解開該平移驅動結構之前端與該半導體擴散設備之門框的該固定結構，然後透過該把手將該石英反應管平移出。