用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到半导体工艺设备制造领域，特指一种用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统。
【背景技术】
[0002]气相外延法是生长高纯度半导体材料的一种重要方法，是指密闭的反应腔体内放入晶圆衬底，在适当的温度压力条件下，反应气体发生化学反应生成物沉积在晶圆衬底的表面。沉积在晶圆表面材料的均匀性是评价这种材料质量的重要指标，通过旋转放置晶圆衬底的石墨盘载物台，带动晶圆衬底旋转，是提高这种均匀性地重要方法。
[0003]用于规模化生产的外延生长设备采用机械手装卸晶圆片。根据不同规格的晶圆衬底，石墨盘上表面有大小与之匹配、数量不同的浅凹槽，机械手通过反应室一侧的缝隙将晶圆衬底放置到石墨盘的凹槽中。机械手每次取放片的位置是固定不变的，那么只有通过转动石墨盘，将每个凹槽依次精确的置于机械手手指吸盘下方，才能保证每次装取片正确。
[0004]传统的定位方式要么采用接近开关、限位传感器，要么采用伺服电机定位，根据伺服电机反馈回来的编码数来确定工艺位置。前一种方法，由反应的密闭、高温高洁净度环境要求决定很难实现;后一种方法，在设备工艺工程中，装卸片是通过伺服电机之前记住的编码脉冲来确定凹槽的位置。这种定位仅仅局限于电机层面，由减速机齿隙、支撑轴与石墨盘连接处造成的误差就无从得知，石墨盘的半径较大，较小的角度误差就能导致较大的线误差。连续工艺进行时，累计的误差不断增大，装片过程中，晶圆片就不能完全置于凹槽中，造成半导体材料生长不均匀，沉积物堆积凹槽，清洁次数频繁等问题。石墨盘工艺旋转过程中，由于衬底倾斜放置在凹槽上，造成相对位置越来越大，机械手取片时可能操作失败，严重时导致晶圆片损坏。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、控制方便、精确度高的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，包括驱动件、石墨盘、激光测距仪和控制器，所述驱动件用于带动石墨盘旋转及停止定位，所述石墨盘上设置有用来放置晶圆片的凹槽，在所述石墨盘的边缘开了一个缺口；所述激光测距仪用来测量出到石墨盘边缘及U型缺口的距离并传送给PLC控制器，由PLC控制器作出判断并控制驱动件的启停。
[0007]作为本发明的进一步改进:所述驱动件与一谐波减速机相连。
[0008]作为本发明的进一步改进:所述驱动件采用步进电机和步进电机驱动器的组合。
[0009]作为本发明的进一步改进:所述驱动件通过支撑旋转轴与石墨盘相连。
[0010]作为本发明的进一步改进:所述缺口为U型缺口。
[0011]作为本发明的进一步改进:所述石墨盘处于一个反应腔室中，所述反应腔室的顶面上开设有反应室观察窗，所述激光测距仪通过反应室观察窗来进行检测。
[0012]作为本发明的进一步改进:所述反应腔室的侧面上设有门缝挡板。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，采用激光测距仪来进行垂直距离检测并转换为石墨盘的水平基准位置，即通过PLC的计算判断，巧妙地将激光测距传感器转变成位置传感器，并由PLC发送脉冲控制步进电机的启停，实现石墨盘的高精确位置控制。
[0014]2、本发明的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，通过无齿隙谐波减速机可以使石墨盘边缘精度控制在0.1mm以内，从而提高了机械手装卸晶圆衬底的准确性，降低了取放片晶圆的碎片率，同时材料生长高均匀性晶片数量得以提高。
[0015]3、本发明的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，利用反应室上盖石英观察窗直接检测石墨盘的位置，这种隔离式的测距方法洁净无污染，同时克服了反应室1000°C以上高温对其的影响。
【附图说明】
[0016]图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。
[0017]图2是本发明在具体应用实例中石墨盘的结构原理示意图。
[0018]图3是本发明在具体应用实例中PLC控制器中控制过程示意图。
[0019]图例说明:
1、驱动件;2、谐波减速机;3、支撑旋转轴;4、石墨盘;5、反应腔室;6、激光测距仪;7、反应室观察窗;8、缺口； 9、凹槽;10、门缝挡板。
【具体实施方式】
[0020]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0021]如图1和图2所示，本发明的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，包括驱动件
1、石墨盘4、激光测距仪6和控制器(如:PLC控制器)。驱动件1用于带动石墨盘4旋转及停止定位，石墨盘4上设置有用来放置晶圆片的凹槽9，在石墨盘4的边缘开了一个缺口 8(如U型缺口);激光测距仪6用来测量出石墨盘4边缘及U型缺口 8的距离并传送给PLC控制器，由PLC控制器作出判断并控制驱动件1的启停。处于固定位置的激光测距仪6在检测上述U型缺口 8的前后，距离值会有一个跳变，PLC控制器则根据这个跳变信号来确定基准位置。进而，PLC控制器可以根据激光测距仪6输入的模拟量变化做出判断，从控制驱动件1的启停，巧妙地将距离值转化为石墨盘4水平旋转的位置基准值。也就是，根据激光测距仪6检测到的垂直距离跳变，经过PLC控制计算巧妙地转变为石墨盘4水平基准位置的确定。具体过程中，从第1片晶圆片放置到凹槽9开始，到最后一片放置完毕。石墨盘4正好走完一圈，激光测距仪6通过前后两次对U型缺口 8的检测，来确保本次装(取)片工艺操作晶圆放置位置完全正确。
[0022]由上可知，本发明可以在连续生产工艺过程中，每次工艺前后装(取)片都对位置进行检测和定位，从而避免了累积误差。
[0023]在具体应用实例中，驱动件1通过支撑旋转轴3与石墨盘4相连。
[0024]在具体应用实例中，还包括谐波减速机2，该谐波减速机2用来增大电机输出力矩，减少石墨盘4停止时对电机的惯量冲击。
[0025]在具体应用实例中，驱动件1根据实际需要可以采用步进电机和步进电机驱动器的组合。
[0026]在具体应用实例中，整个石墨盘4处于一个反应腔室5中，并在反应腔室5的顶面上开设有反应室观察窗7，激光测距仪6可以通过反应室观察窗7来进行检测。进一步，反应腔室5的侧面上设有门缝挡板10。通过激光测距仪6透过反应室观察窗7(石英观察窗)检测其下表面到石墨盘4上表面边缘的直线距离。这种隔离式的测距方法洁净无污染，同时克服了反应室1000°C以上高温对其的影响。
[0027]参见图3，为本发明在具体应用实例中PLC控制器中控制过程示意图。正常工艺过程中，步进电机通过谐波减速机2驱动石墨盘4匀速旋转。当收到装片和取片指令时，步进电机的转速降低，慢速旋转。激光测距仪6可以透过细窄的反应室观察窗7(石英观察窗)，检测石墨盘4边缘上表面到激光测距仪6下表面之间的距离，一旦检测到U型缺口 8，测量的距离值将会瞬间变大。激光测距仪6将测量值输入到PLC控制中，PLC根据数值变化做出判断，并给步进电机驱动器发送停止命令。此时，石墨盘4的停止位置就作为装片和取片的基准值，根据此基准值，PLC控制在根据石墨盘4的凹槽9数量，控制步进电机依次分段运行，所有凹槽9全部装或取片完成时，石墨盘4转完一周，当激光测距仪6再次检测到U型缺口8，说明装取片操作无误。这种定位方式相比于伺服电机绝对定位方式，可以克服石墨盘4连续运转后有机械连接处造成的误差或连续装取片工艺累计误差，到达很高的定位精度，有效地延长石墨盘4位置校准和清洁的间隔时间。总的来说，PLC控制把上一次的检测值保存，将本次检测值与上一次值做差，当差值大于设定值时，PLC控制器随即发出电机停止指令。由于PLC处理速度很快，由PLC检测到跳变值到停止电机之间石墨盘4旋转的距离可以忽略不计。
[0028]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，包括驱动件(1)、石墨盘(4)、激光测距仪(6)和控制器，所述驱动件(1)用于带动石墨盘(4)旋转及停止定位，所述石墨盘(4)上设置有用来放置晶圆片的凹槽(9)，在所述石墨盘(4)的边缘开了一个缺口(8);所述激光测距仪(6)用来测量出到石墨盘(4)边缘及U型缺口(8)的距离并传送给PLC控制器，由PLC控制器作出判断并控制驱动件(1)的启停。2.根据权利要求1所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述驱动件(1)与一谐波减速机(2 )相连。3.根据权利要求1所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述驱动件(1)采用步进电机和步进电机驱动器的组合。4.根据权利要求1所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述驱动件(1)通过支撑旋转轴(3)与石墨盘(4)相连。5.根据权利要求1?4中任意一项所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述缺口(8)为11型缺口。6.根据权利要求1?4中任意一项所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述石墨盘(4)处于一个反应腔室(5)中，所述反应腔室(5)的顶面上开设有反应室观察窗(7)，所述激光测距仪(6)通过反应室观察窗(7)来进行检测。7.根据权利要求6所述的用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，其特征在于，所述反应腔室(5)的侧面上设有门缝挡板(10)。
【专利摘要】本发明公开了一种用于反应室内旋转石墨盘精确定位系统，包括驱动件、石墨盘、激光测距仪和控制器，所述驱动件用于带动石墨盘旋转及停止定位，所述石墨盘上设置有用来放置晶圆片的凹槽，在所述石墨盘的边缘开了一个缺口；所述激光测距仪用来测量出到石墨盘边缘及U型缺口的距离并传送给PLC控制器，由PLC控制器作出判断并控制驱动件的启停。本发明具有结构简单紧凑、控制方便、精确度高等优点。
【IPC分类】H01L21/68
【公开号】CN105470186
【申请号】CN201510912856
【发明人】罗超, 毛朝斌, 林伯奇, 陈特超
【申请人】中国电子科技集团公司第四十八研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月11日