一种腔室工艺组件的位置检测装置和位置检测方法与流程

本发明涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测装置和一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测方法。

背景技术：

在半导体设备中，例如外延设备中，为保证托盘上晶片进行的半导体工艺的均匀性，通常在托盘外侧环绕设置一个预热环，以提高托盘温度的均匀性。而在晶片的批量生产中，需要保证托盘上先后承载的多个晶片的沉积厚度一致，因此，托盘和预热环之间的相对位置重复性尤为重要。

在目前的操作方案中，需要在工艺之间对托盘和预热环的位置进行调整，并通过游标卡尺等工具对托盘和预热环之间的相对位置进行手工测量，操作步骤繁琐、效率低下且精度较低。

因此，如何提供一种精确、高效的相对位置检测装置，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种位置检测装置和位置检测方法，能够精确、高效地检测托盘和预热环之间的相对位置。

为实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测装置，所述腔室工艺组件包括预热环与托盘，所述预热环环绕所述托盘设置，所述位置检测装置用于检测所述预热环与所述托盘之间的相对位置关系，所述位置检测装置包括承载组件、移动组件和距离感应器，其中，

所述移动组件设置在所述承载组件上，所述承载组件用于承载所述移动组件；

所述距离感应器设置在所述移动组件上，所述移动组件用于带动所述距离感应器绕所述托盘的轴线转动；

所述距离感应器用于测量所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离和/或所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离。

可选地，所述移动组件包括滑块和导轨，所述距离感应器与所述滑块固定连接，所述导轨环绕所述托盘的轴线设置，所述滑块设置在所述导轨上，且能够沿所述导轨运动。

可选地，所述位置检测装置还包括定位件，所述导轨上形成有多个导轨定位孔，所述滑块上形成有滑块定位孔，所述定位件能够插入所述滑块定位孔和所述导轨定位孔中，以使得所述滑块定位在所述导轨上。

可选地，所述承载组件包括定位板，所述定位板的形状与所述半导体设备的工艺腔室的上法兰适配，所述导轨设置在所述定位板上，所述定位板上形成有多个探测孔，多个所述探测孔与多个所述导轨定位孔对应设置，当所述滑块通过所述定位件定位在所述导轨上时，所述距离感应器能够通过所述探测孔检测所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离和/或所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离。

可选地，多个所述导轨定位孔沿所述导轨周向均匀分布。

可选地，所述位置检测装置还包括分析单元，所述分析单元与所述距离感应器连接，用于判断所述距离感应器通过多个所述探测孔检测到的多个所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离的差异是否大于第一预设阈值，和/或多个所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离的差异是否大于第二预设阈值。

可选地，所述位置检测装置还包括显示单元，用于显示所述距离感应器通过多个所述探测孔检测到的多个所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离和/或多个所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离，和/或所述分析单元的判断结果。

可选地，所述距离感应器包括激光测距传感器。

可选地，所述位置检测装置还包括握持部，所述握持部设置在所述定位板上。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测方法，采用前面所述的位置检测装置，所述方法包括：

采用所述距离感应器测量所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离和/或所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离；

移动所述移动组件的位置，并重复上述测量步骤；

当移动所述移动组件的次数超过预设值时，判断所述距离感应器检测到的多个所述托盘的顶面与所述预热环的顶面之间的距离的差异是否大于第一预设阈值，和/或多个所述托盘的侧壁与所述预热环的内侧壁之间的距离的差异是否大于第二预设阈值。

在本发明提供的位置检测装置和位置检测方法中，距离感应器能够在移动组件的带动下转动，并测量托盘顶面与预热环顶面之间的距离和/或托盘侧壁与预热环内侧壁之间的距离，从而得到托盘与预热环之间的相对位置关系，提高了调节托盘与预热环相对位置时进行辅助位置检测的精度和效率，进而提高了托盘与预热环之间的相对位置在多次半导体工艺中的重复度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的位置检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的位置检测装置与工艺腔的连接关系示意图。

附图标记说明

10：距离感应器20：移动组件

21：滑块22：导轨

221：导轨定位孔30：定位板

31：探测孔40：分析单元

41：传输线缆50：握持部

60：工艺腔61：上法兰

70：预热环80：托盘

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测装置，如图1、图2所示，所述腔室工艺组件包括预热环70与托盘80，预热环70环绕托盘80设置，上述位置检测装置用于检测预热环70与托盘80之间的位置关系，上述位置检测装置包括承载组件、移动组件20和距离感应器10，其中：

移动组件20设置在承载组件上，承载组件用于承载移动组件20；

距离感应器10设置在移动组件20上，移动组件20用于带动距离感应器10绕托盘80的轴线转动；

距离感应器10用于测量托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离和/或托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离。

本发明对距离感应器10的类型不作具体限定，例如，距离感应器10可以是激光测距传感器，如图2所示，在工作状态下，距离感应器10的检测区域能够同时覆盖托盘80的边缘以及预热环70的内侧边缘，并沿竖直方向(即图中的上下方向)向托盘80的边缘上的测试点以及预热环70的内侧边缘上的测试点发射激光，并接收这些测试点返回的反射激光，根据各测试点对应的激光发射、接收对应的各种参数，例如时间差，即可得到托盘80的边缘上的测试点的水平位置和该测试点与距离感应器10之间的距离，以及预热环70的内侧边缘上的测试点的水平位置和该测试点与距离感应器10之间的距离，并进一步根据托盘80上测试点与预热环70上测试点之间的水平距离得到托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离，根据托盘80上测试点与预热环70上测试点之间的高度差(即不同测试点与距离感应器10之间距离的差值)得到托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离，进而确定托盘80的边缘与预热环70的内侧边缘之间的位置关系。

在本发明实施例提供的位置检测装置中，距离感应器10能够在移动组件20的带动下，绕托盘80的轴线转动，并测量托盘80的多处边缘的顶面与预热环70的多处内侧边缘的顶面之间的位置关系，和/或托盘80的多处边缘的侧壁与预热环70的多处内侧边缘的内侧壁之间的位置关系，从而得到托盘80与预热环70之间的相对位置关系，提高了调节托盘80与预热环70相对位置时进行辅助位置检测的精度和效率，进而提高了托盘80与预热环70之间的相对位置在多次半导体工艺中的重复度。

本发明对移动组件20的结构不作具体限定，例如，移动组件20可以包括一个用于绕托盘80的轴线转动的盘体或摆臂，距离感应器10设置在该盘体上或设置在该摆臂的一端，以实现距离感应器10的旋转运动；或者，移动组件20可以包括一个能够自动移动的运动件，距离感应器10设置在该运动件上，该运动件通过绳索绑在托盘80的轴线上，从而限制该运动件只能绕圆周方向移动，进而带动距离感应器10旋转，等等。

为精确、稳定地控制距离感应器10绕托盘80的轴线转动，优选地，如图1、图2所示，所述移动组件20包括滑块21和导轨22，距离感应器10与滑块21固定连接，导轨22环绕托盘80的轴线设置，滑块21设置在导轨22上，且能够沿导轨22运动，以使得距离感应器10的检测区域能够在转动过程中同时覆盖托盘80的边缘以及预热环70的内侧边缘。

优选地，导轨22的形状为圆环形，滑块21能够带动距离感应器10在导轨22上沿同一方向连续转动，在本发明实施例中，滑块21能够带动距离感应器10沿导轨22平稳运动，从而减小距离感应器10的抖动和角度摆动，提高距离感应器10运动的平稳性，使距离感应器10的检测区域(即距离感应器10的激光收发面所朝向的区域)稳定覆盖在托盘80的边缘和预热环70的内侧边缘上。

本发明对如何驱动滑块21在导轨22上运动不作具体限定，例如，滑块21可以自带驱动结构，自动在导轨22上移动，或者，也可以人为地推动滑块21在导轨22上移动。

本发明对如何调整预热环70和托盘80的位置也不作具体限定，例如，在工艺腔60中(如图2所示)，预热环70和托盘80下方(即图2中的下方)可以设置有连动结构，通过调节连动结构即可调整预热环70和托盘80的位置。并且，在每一次调整预热环70和托盘80的位置后，驱动滑块21均沿导轨22运动并测得在多个位置处预热环70和托盘80的边缘之间的相对位置，进而在每次调整预热环70和托盘80的位置后，均测量得到预热环70和托盘80的相对位置，进而根据该相对位置确定下一次调整预热环70和托盘80的位置的调整量。

为进一步提高测量结果的准确性，优选地，导轨22的断面形状为矩形。当距离感应器10在导轨22上移动时，断面形状为矩形的导轨22能够防止距离感应器10绕导轨22转动并发生倾斜，进而保证距离感应器10所发送的探测信号始终沿竖直方向传播至托盘80、预热环70的表面上，进而提高了测量精度，保证了测量结果的准确性。

为进一步提高所述位置检测装置的位置检测精度、以及托盘80与预热环70之间相对位置的重复度，优选地，如图1所示，所述位置检测装置还包括定位件(图未示)，导轨22上形成有多个导轨定位孔221，滑块21上形成有滑块定位孔，定位件能够插入滑块定位孔和导轨定位孔221中，以使得滑块21定位在导轨22上。

本发明对定位件的种类不作具体限定，例如，为提高滑块21在导轨22上固定、以及解除固定的效率，优选地，定位件可以是销钉。在本发明实施例中，导轨22上形成有多个位置固定的导轨定位孔221，滑块21可通过定位件定位在该导轨定位孔221所在位置上，从而在距离感应器10进行距离测量时提高了滑块21的稳定性，进而提高测距结果的精确性。

并且，导轨定位孔221在导轨22上位置固定，从而在每次调整托盘80和预热环70的位置后，滑块21和距离感应器10在测距时停留的多个位置都相同，进而提高了托盘80与预热环70之间的相对位置的重复度。

如图2所示，为实现与工艺腔60上部组件的密封对接，工艺腔60通常包括上法兰61，该上法兰61设置在托盘80的上方，以使得工艺腔60的上部组件连接在上法兰61上后，能够向托盘80上承载的基片进行光照、施加电场、喷淋工艺材料等各种半导体工艺。

本发明对位置检测装置如何与工艺腔60接触并定位不作具体限定，例如，作为本发明的一种实施方式，如图1、图2所示，承载组件包括定位板30，定位板30的形状与所述半导体设备的工艺腔室的上法兰61适配，导轨22设置在定位板30上，定位板30上形成有多个探测孔31，多个探测孔31与多个导轨定位孔221对应设置，当滑块21通过定位件定位在导轨22上时，距离感应器10能够通过探测孔31检测托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离和/或托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离。可选地，如图1所示，探测孔31的截面形状为矩形。

在本发明实施例中，导轨22设置在定位板30背离工艺腔60的一侧，距离感应器10通过探测孔31检测托盘80以及预热环70与距离感应器10之间的相对位置关系，从而便于在工艺腔60外进行滑块21和距离感应器10的移动操作，进而提高了腔室工艺组件的位置检测效率。

本发明对导轨22如何与定位板30固定连接不作具体限定，例如，可选地，导轨22朝向定位板30一侧的表面上形成有多个连接部，导轨22通过该多个连接部与定位板30固定连接。为提高导轨22的稳定性，优选地，连接部的数量不小于3个。

为实现位置检测装置在水平方向(即图2中的前后左右方向)和高度方向(即图2中的上下方向)的定位，以保证测距的精确性和托盘80与预热环70相对位置的重复性，优选地，如图1、图2所示，定位板30背离导轨22的一侧表面上形成有第一定位面。工艺腔60的上法兰61上形成有定位槽，定位槽背离托盘80一侧的表面上具有第二定位面，定位槽与定位板30形状匹配，且当定位板30放置在定位槽中时，定位板30的第一定位面与定位槽的第二定位面贴合。

如图2所示，为实现密封连接，工艺腔60的上法兰61上常有图2所示的凹槽结构(即定位槽)，在本发明实施例中，定位板30的形状与定位槽匹配，从而在将定位板30放置在定位槽中时，定位板30的边缘能够与定位槽的边缘对齐，以实现位置检测装置在水平方向上的定位，并且，定位板30的第一定位面与定位槽的第二定位面贴合，从而能够实现位置检测装置在高度方向上的定位。

本发明对距离感应器10在导轨22上停留并进行检测的位置数量不作具体限定，例如，为提高检测、调节效率，作为本发明的一种优选实施方式，如图1所示，多个导轨定位孔221沿导轨22周向均匀分布，导轨定位孔221之间的夹角相等，从而在检测到托盘80与预热环70在某一导轨定位孔221位置的偏移量过大时，可以快速确定距离该导轨定位孔221最近的区域为待调节区域，以便对托盘80与预热环70的相对位置进行高效的调节。

为提高滑块21固定在导轨22上的稳定性，优选地，如图1所示，定位板30上形成有多组导轨定位孔221，每组导轨定位孔221均包括两个导轨定位孔221，滑块21上形成有两个所述滑块定位孔，位置检测装置包括至少两个定位件，在将滑块21固定在导轨22上时，两个定位件一一对应地依次穿过滑块21上的两个滑块定位孔和导轨22上的一组导轨定位孔221，从而减小了滑块21在导轨22上的摆动幅度，提高了将滑块21固定在导轨22上的稳定性。

作为一种简化装置结构的优选实施方式，如图1所示，定位板30上形成有3组导轨定位孔221，3组导轨定位孔221沿导轨22周向间隔120°分布。

为提高测量托盘80、预热环70之间的位置关系后对托盘80、预热环70的位置进行调整的效率，优选地，如图1所示，位置检测装置还可以包括分析单元40，分析单元40与距离感应器10连接，用于判断距离感应器10通过多个探测孔31检测到的多个托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离的差异是否大于第一预设阈值，和/或多个托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离的差异是否大于第二预设阈值。

在托盘80与预热环70之间的相对位置关系未达到预期状态时，分析单元40将判定托盘80的顶面与预热环70的顶面在某一位置的一个距离差异大于第一预设阈值、或者托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁在某一位置的一个距离差异大于第二预设阈值，此时操作者或自动化设备可根据分析单元40的判断结果对托盘80或预热环70在该位置处的侧边进行高度调节或进行水平调节，以使得托盘80与预热环70在该位置距离的差异值落入预设阈值范围内。

本发明对如何将分析单元40与距离感应器10连接不作具体限定，例如，如图1所示，分析单元40可以通过传输线缆41与距离感应器10连接。

为进一步提高对托盘80、预热环70的位置进行调整的效率，优选地，位置检测装置还包括显示单元，用于显示距离感应器10通过多个探测孔31检测到的多个托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离和/或多个托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离，和/或分析单元40的判断结果，以便于操作者及时获知托盘80与预热环70之间的相对位置关系。

为提高在工艺腔60上放置、取下位置检测装置的便利性，优选地，如图1、图2所示，位置检测装置还包括握持部50，握持部50设置在定位板30上，以便于操作者用手抬起或放下定位板30，或者相应的机械装置与握持部50连接并进行升降操作。

作为本发明的第二个方面，还提供一种半导体设备中腔室工艺组件的位置检测方法，采用前面实施例中所述的位置检测装置，该方法包括：

采用距离感应器10测量托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离和/或托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离；

移动移动组件20的位置，并重复上述测量步骤；

当移动移动组件20的次数超过预设值时，判断距离感应器10检测到的多个托盘80的顶面与预热环70的顶面之间的距离的差异是否大于第一预设阈值，和/或多个托盘80的侧壁与预热环70的内侧壁之间的距离的差异是否大于第二预设阈值。

需要说明的是，上述预设值与距离感应器10在导轨22上的停留位置的个数有关，例如，当距离感应器10利用上述的3组周向间隔120°分布的导轨定位孔221实现定位时，预设值可以为2，即，在每轮距离测量过程中，距离感应器10移动两次后(即测量三次后)，分析单元40开始根据本轮测得的结果确定预热环70与所述托盘80之间的位置关系。

在本发明实施例提供的位置检测方法中，距离感应器10能够在移动组件20的带动下，绕托盘80的轴线转动，并测量托盘80的多处边缘与预热环70的多处内侧边缘之间的位置关系，从而得到托盘80与预热环70之间的相对位置关系，提高了调节托盘80与预热环70相对位置时进行辅助位置检测的精度和效率，进而提高了测量托盘80与预热环70之间的相对位置在多次半导体工艺中的重复度。

需要说明的是，本发明实施例所提供的上述位置检测方法在调整托盘80和预热环70位置的过程中重复进行，即，上述多个步骤在每次调整托盘80和预热环70的位置后均依次进行一次，直至预热环70与所述托盘80之间的位置关系符合预设要求(即高度差落入第一预设阈值和/或水平距离落入第二预设阈值)为止。

预热环70与所述托盘80之间相对位置关系的预设要求可根据预热环70以及托盘80的尺寸决定。本发明对这个预设要求不作具体限定，例如，这个预设要求可以是：预热环70的侧壁与托盘80的内侧壁之间的水平偏移量(即水平方向的最短距离)不大于0.1mm，预热环70边缘的顶面与托盘80对应位置边缘的顶面之间的竖直偏移量(即高度差)不大于0.2mm。

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。