一种半导体设备用多轴送片系统的制作方法

1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种半导体设备用多轴送片系统。


背景技术：

2.随着半导体行业的飞速发展以及欧美国家对我们的技术封锁，国家对半导体设备技术的开发显得更为迫切。半导体设备运动系统的核心就是基片的输送和反应腔室工艺温度的动态测试。现有半导体设备的基片输送大都属于简单的单轴机构,即直接将基片直线传送到工艺腔室，且基片处测温点固定，不能实时检测反应腔室恒温区范围内不同位置的工艺温度。而制备高质量或者特殊的半导体材料的工艺过程较普通半导体更为复杂，难度也更大，因此对于设备的送片系统要求更高。首先，制备高质量或者特殊的半导体材料需要基片内舟和基片外舟配套应用，且两套基片舟存在独立运动和联动；另一方面，对于工艺过程的温度测试和控制要求也更高，需要动态测试基片不同位置的温度并进行反馈和控制。显然，现有的测温点固定的单基片舟机构仅能够满足普通半导体材料的制备，而无法满足高质量或者特殊半导体材料的制备条件。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、操作简单、控制精度高、测温点灵活多变的半导体设备用多轴送片系统。
4.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
5.一种半导体设备用多轴送片系统，包括：第一驱动组件、第一升降组件、外舟组件、内舟组件、热偶组件和用于放置基片的舟架组件；所述外舟组件、内舟组件、热偶组件和舟架组件组成多轴送片单元，且多轴送片单元与第一升降组件连接，所述第一驱动组件的输出端与第一升降组件连接；
6.所述外舟组件包括第二驱动组件和外舟架连杆；所述内舟组件包括第三驱动组件和内舟架连杆；所述热偶组件包括热偶和第四驱动组件；
7.所述热偶同轴套设在内舟架连杆中，所述内舟架连杆同轴套设在外舟架连杆中，且外舟架连杆和内舟架连杆的底部均与舟架组件连接；
8.在第一驱动组件的驱动下，第一升降组件带动多轴送片单元移入或移出半导体设备的传输室，并进一步实现热偶和舟架组件移入或移出半导体设备的反应腔室；在第三驱动组件的驱动下，内舟架连杆沿外舟架连杆内部进行升降运动，并将装载基片的舟架组件移入或移出反应腔室的生长母液中；在第二驱动组件的驱动下，外舟架连杆进行旋转，并带动舟架组件旋转，以完成基片镀膜工艺；在第四驱动组件的驱动下，热偶沿内舟架连杆内部进行升降运动，以测试反应腔室内不同部位的实时温度。
9.作为本发明的进一步改进，所述外舟组件还包括第一同步带组件、连接组件和外舟架连杆固定组件；所述第一同步带组件用于实现外舟架连杆与第二驱动组件的输出端连接，以实现外舟架连杆旋转；所述外舟架连杆固定组件用于固定外舟架连杆顶部，所述内舟
架连杆由外舟架连杆顶部套入外舟架连杆内；所述连接组件用于实现外舟架连杆与安装底板连接，并辅助外舟架连杆旋转。
10.作为本发明的进一步改进，所述连接组件包括：第一轴承支架、第一固定板、第一固定卡环、第二深沟轴承、第一推力轴承和第二轴承支架；
11.所述第一轴承支架与第二轴承支架套接在外舟架连杆外侧，第一轴承支架与第二轴承支架之间设有第二深沟轴承，第二深沟轴承外侧设有第一固定板，第一固定板与安装底板连接固接；所述第一轴承支架和第二轴承支架外侧分别设有第一推力轴承；所述第一固定卡环分别位于第一轴承支架顶部和第二轴承支架底部，用于实现第一轴承支架、第一固定板、第二深沟轴承、第一推力轴承和第二轴承支架压紧连接。
12.作为本发明的进一步改进，所述外舟架连杆固定组件包括：连接座、轴承压板和第一深沟球轴承，所述连接座固定嵌套在外舟架连杆顶部，连接座底部与第一同步带组件固接，连接座外侧设有第一深沟球轴承，第一深沟球轴承上方设有轴承压板；在第二驱动组件的驱动下，第一同步带组件带动外舟架连杆固定组件和外舟架连杆进行同步旋转。
13.作为本发明的进一步改进，所述内舟组件还包括第二同步带组件、第二升降组件和内舟架连杆固定组件，所述内舟架连杆固定组件用于实现内舟架连杆固定安装，所述内舟架连杆固定组件与第二升降组件连接，第二升降组件通过第二同步带组件与第三驱动组件的输出端连接；在第三驱动组件的驱动下，第二升降组件带动内舟架连杆固定组件进行往复升降运动，以实现内舟架连杆往复升降。
14.作为本发明的进一步改进，所述内舟架连杆固定组件包括：第二固定卡环、第二推力轴承、第三轴承支架和第三深沟轴承，所述第三深沟轴承套设在内舟架连杆外侧，第三深沟轴承上方和下方均设有第三轴承支架，第三深沟轴承外侧设有第二固定板，第二固定板与第二升降组件连接，第三轴承支架外侧设有第二推力轴承，第二推力轴承端部和第三轴承支架端部均设有第二固定卡环。
15.作为本发明的进一步改进，所述热偶组件还包括：第三升降组件、热偶套管、第三固定板和第三固定卡环，所述热偶嵌套在热偶套管中，所述热偶套管通过第三固定卡环固定在第三固定板中，第三固定板与第三升降组件连接，第三升降组件与第四驱动组件的输出端连接，在第四驱动组件的驱动下，第三升降组件带动热偶和热偶套管进行往复升降运动。
16.作为本发明的进一步改进，所述舟架组件包括嵌套设置的外舟架和内舟架，所述内舟架用于放置基片；外舟架连杆和内舟架连杆的底部分别与外舟架和内舟架连接。
17.作为本发明的进一步改进，所述舟架组件还包括外舟架固定销和内舟架固定销，所述外舟架固定销用于实现外舟架连杆底部与外舟架固定连接，所述内舟架固定销用于实现内舟架连杆底部与内舟架连接。
18.作为本发明的进一步改进，所述第一升降组件为丝杠组件。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.本发明的半导体设备用多轴送片系统，通过外舟组件、内舟组件、热偶组件和舟架组件组成了多轴送片单元，并且多轴送片单元与第一升降组件连接，第一驱动组件的输出端与第一升降组件连接，在第一驱动组件的驱动下，即实现了多轴送片单元移入或移出半导体设备的传输室；通过将热偶同轴套设在内舟架连杆中，将内舟架连杆同轴套设在外舟
架连杆中，实现了多轴集成安装，既确保了各组件的原有功能，又有效节约了安装空间，提高了多轴送片单元的紧凑度。进一步地，在第二驱动组件的驱动下，外舟架连杆进行旋转，并带动外舟架和内舟架旋转，实现了多轴送片单元的一级旋转运动；在第三驱动组件的驱动下，内舟架连杆沿外舟架连杆内部进行升降运动，并将装载基片的内舟架移入或移出反应腔室的生长母液中，实现了多轴送片单元的二级升降运动；在第四驱动组件的驱动下，热偶沿内舟架连杆内部进行升降运动，以测试反应腔室内不同部位的实时温度，实现了多轴送片单元的三级升降运动；既实现了舟架组件的独立升降运动和联动旋转，又实现了工艺之前温度调试以及工艺过程中的温度动态测试，很好地满足了高质量或者特殊半导体材料的特殊工艺运动要求。
附图说明
21.图1为本发明半导体设备用多轴送片系统的结构原理示意图。
22.图2为本发明中多轴送片单元的结构原理示意图。
23.图3为本发明中外舟组件的局部结构原理示意图。
24.图4为本发明中内舟组件的结构原理示意图。
25.图5为图4中a处的结构原理示意图。
26.图6为本发明中热偶组件的结构原理示意图。
27.图7为图6中o-o
′
向的剖视结构原理示意图。
28.图8为本发明中舟架组件的结构原理示意图。
29.图9为图8中b处的结构原理示意图。
30.图例说明：1、第一驱动组件；2、第一升降组件；3、外舟组件；31、第二驱动组件；32、第一同步带组件；33、连接组件；34、外舟架连杆；35、连接座；36、轴承压板；37、第一深沟球轴承；38、第一轴承支架；39、第一固定板；310、第一固定卡环；311、螺钉；312、第二深沟轴承；313、第一推力轴承；314、第二轴承支架；4、内舟组件；41、第三驱动组件；42、第二同步带组件；43、第二升降组件；44、内舟架连杆；45、安装底板；46、第二固定卡环；47、第二推力轴承；48、第三轴承支架；49、第三深沟轴承；410、第二固定板；5、热偶组件；51、第三升降组件；52、热偶；53、热偶套管；54、第三固定板；55、第三固定卡环；56、第四驱动组件；6、舟架组件；61、外舟架；62、内舟架；63、外舟架固定销；64、内舟架固定销。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
32.实施例
33.如图1至图9所示，本发明的半导体设备用多轴送片系统，包括：第一驱动组件1、第一升降组件2、外舟组件3、内舟组件4、热偶组件5和用于放置基片的舟架组件6。外舟组件3、内舟组件4、热偶组件5和舟架组件6组成多轴送片单元，且多轴送片单元与第一升降组件2连接，第一驱动组件1的输出端与第一升降组件2连接，利用多轴送片单元与第一驱动组件1和第一升降组件2的配合，实现基片输送至半导体设备中并完成相应的镀膜工艺。
34.外舟组件3包括第二驱动组件31和外舟架连杆34，外舟架连杆34采用两端开口的
中空管结构；内舟组件4包括第三驱动组件41和内舟架连杆44，内舟架连杆44也采用两端开口的中空管结构；热偶组件5包括热偶52和第四驱动组件56。热偶52同轴套设在内舟架连杆44中，内舟架连杆44同轴套设在外舟架连杆34中，外舟架连杆34和内舟架连杆44的底部均与舟架组件6连接。热偶52、内舟架连杆44和外舟架连杆34三者之间形成了轴套轴的集成安装结构，且彼此之间存在一定间隙，既确保了各组件的原有功能，又有效节约了安装空间，提高了多轴送片单元的紧凑度。
35.在第一驱动组件1的驱动下，第一升降组件2带动多轴送片单元移入或移出半导体设备的传输室，并进一步实现热偶52和舟架组件6移入或移出半导体设备的反应腔室；在第三驱动组件41的驱动下，内舟架连杆44沿外舟架连杆34内部进行升降运动，并将装载基片的舟架组件6移入或移出反应腔室的生长母液中；在第二驱动组件31的驱动下，外舟架连杆34进行旋转，并带动舟架组件6旋转，以完成基片镀膜工艺；在第四驱动组件56的驱动下，热偶52沿内舟架连杆44内部进行升降运动，以测试反应腔室内不同部位的实时温度。在相应驱动组件的驱动下，既实现了舟架组件6的独立升降运动，又实现了舟架组件6的旋转运动，将基片平稳送入反应腔室的同时也实现了基片均匀镀膜，并且还可以实时反馈反应腔室内不同部位的温度，有效提高了生产质量和生产安全性。
36.可以理解，本实施例中，第一升降组件2具体采用丝杠组件，具有结构简单、传动稳定的优点；第一驱动组件1、第三驱动组件41和第四驱动组件56均可以采用电机组件或气缸组件，只要实现相应部件进行往复升降运动即可；第二驱动组件31具体可以采用电机组件。
37.如图3所示，本实施例中，外舟组件3还包括第一同步带组件32、连接组件33和外舟架连杆固定组件；第一同步带组件32用于实现外舟架连杆34与第二驱动组件31的输出端连接，以实现外舟架连杆34旋转；外舟架连杆固定组件用于固定外舟架连杆34顶部，内舟架连杆44由外舟架连杆34顶部套入外舟架连杆34内；连接组件33用于实现外舟架连杆34与安装底板45连接，并辅助外舟架连杆34旋转，以提高外舟连杆34旋转的稳定性。
38.连接组件33包括：第一轴承支架38、第一固定板39、第一固定卡环310、第二深沟轴承312、第一推力轴承313和第二轴承支架314。第一轴承支架38的截面呈“凸”字型，第二轴承支架314的截面呈“凹”字型，第一轴承支架38与第二轴承支架314套接在外舟架连杆34外侧，第一轴承支架38的端部与第二轴承支架314的端部之间设有第二深沟轴承312，第二深沟轴承312外侧设有第一固定板39，第一固定板39与安装底板45固接，第二驱动组件31也与安装底板45固接；第一轴承支架38和第二轴承支架314外侧分别设有第一推力轴承313；第一固定卡环310分别位于第一轴承支架38顶部和第二轴承支架314底部，用于实现第一轴承支架38、第一固定板39、第二深沟轴承312、第一推力轴承313和第二轴承支架314压紧连接。通过第一轴承支架38、第二深沟轴承312、第一推力轴承313和第二轴承支架314的相互配合，实现外舟连杆34平稳旋转，以提高舟架组件6中基片的旋转稳定性，提高基片镀膜的质量。
39.外舟架连杆固定组件包括：连接座35、轴承压板36和第一深沟球轴承37，连接座35固定嵌套在外舟架连杆34顶部，连接座35侧部与外舟架连杆34侧部通过螺钉311进行固接，连接座35底部与第一同步带组件32固接，连接座35外侧设有第一深沟球轴承37，第一深沟球轴承37上方设有轴承压板36。在第二驱动组件31的驱动下，第一同步带组件32带动外舟架连杆固定组件和外舟架连杆34进行同步旋转。
40.如图4和图5所示，本实施例中，内舟组件4还包括第二同步带组件42、第二升降组件43和内舟架连杆固定组件，内舟架连杆固定组件用于实现内舟架连杆44固定安装，内舟架连杆固定组件与第二升降组件43连接，第二升降组件43通过第二同步带组件42与第三驱动组件41的输出端连接；在第三驱动组件41的驱动下，第二升降组件43带动内舟架连杆固定组件进行往复升降运动，以实现内舟架连杆44往复升降。第三驱动组件41和第二升降组件43固定在安装底板45上，以提高内舟架连杆44往复升降的稳定性。可以理解，第二升降组件43具体可以采用丝杠组件。
41.内舟架连杆固定组件包括：第二固定卡环46、第二推力轴承47、第三轴承支架48和第三深沟轴承49，第三深沟轴承49套设在内舟架连杆44外侧，第三深沟轴承49上方和下方均设有第三轴承支架48，第三深沟轴承49外侧设有第二固定板410，第二固定板410与第二升降组件43连接，第三轴承支架48外侧设有第二推力轴承47，第二推力轴承47端部和第三轴承支架48端部均设有第二固定卡环46。通过第二固定卡环46实现第二推力轴承47、第三轴承支架48和第三深沟轴承49压紧连接，并辅助内舟架连杆44旋转，提高舟架组件6的旋转稳定性。在第三驱动组件41的驱动下，第二升降组件43带动第二固定板410升降，进而实现内舟架连杆44升降。
42.如图6和图7所示，本实施例中，热偶组件5还包括：第三升降组件51、热偶套管53、第三固定板54和第三固定卡环55；热偶52由热偶套管53顶部嵌套入热偶套管53中，且热偶套管53底部封口；热偶套管53通过第三固定卡环55固定在第三固定板54中，第三固定板54与第三升降组件51连接，第三升降组件51固定在安装底板45上，第三升降组件51与第四驱动组件56的输出端连接，在第四驱动组件56的驱动下，第三升降组件51带动热偶52和热偶套管53进行往复升降运动。
43.如图8和图9所示，本实施例中，舟架组件6包括嵌套设置的外舟架61和内舟架62。外舟架61底部为开口结构，内舟架62可沿外舟架61内侧上下独立滑动；内舟架62用于放置基片，热偶套管53底部伸入内舟架62中；外舟架连杆34和内舟架连杆44的底部分别与外舟架61和内舟架62连接。
44.进一步地，舟架组件6还包括外舟架固定销63和内舟架固定销64，外舟架固定销63用于实现外舟架连杆34底部与外舟架61固定连接，内舟架固定销64用于实现内舟架连杆44底部与内舟架62连接，结构简单、连接可靠。
45.本实施例的多轴送片系统的工作原理为：整个多轴送片系统中，固定外舟架61的外舟架连杆34设置在最外层，固定内舟架62的内舟架连杆44套入外舟架连杆34中，处于系统第二层，热偶52套入内舟架连杆44中，处于整个系统最内层。
46.首先，系统的整体工艺运动；在第一驱动组件1的驱动下，外舟架61和内舟架62与热偶52一起，先竖直进入半导体设备的传输室，待工艺条件满足后，打开隔离球阀，继续运动进入到反应腔室。
47.进入反应腔室后，在第四驱动组件56驱动下，热偶52沿内舟架连杆44内部进行往复升降，动态测试内舟架62温区内的实时温度并进行反馈控温；待温度满足工艺条件后，在第三驱动组件41的驱动下，内舟架连杆44带动装载了基片的内舟架62单独下降运动到生长母液中；同时，在第二驱动组件31的驱动下，外舟架连杆34带动外舟架61旋转并同时带动内舟架62旋转，以进行基片镀膜工艺。
48.待工艺完成后，在第三驱动组件41的驱动下，内舟架连杆44带动内舟架62向上运动提升至外舟架61上部；在第一驱动组件1的驱动下，外舟架61和内舟架62作为整体运动到传输室，关闭隔离球阀，置换气体后，再同步向上运动，完成取片。
49.本实施例中，在第二驱动组件31的驱动下，外舟架连杆34进行旋转，并带动外舟架61和内舟架62旋转，实现了多轴送片单元的一级旋转运动；在第三驱动组件41的驱动下，内舟架连杆44沿外舟架连杆34内部进行升降运动，并将装载基片的内舟架62移入或移出反应腔室的生长母液中，实现了多轴送片单元的二级升降运动；在第四驱动组件56的驱动下，热偶52沿内舟架连杆44内部进行升降运动，以测试反应腔室内不同部位的实时温度，实现了多轴送片单元的三级升降运动；既实现了舟架组件的独立升降运动和联动旋转，又实现了工艺之前温度调试以及工艺过程中的温度动态测试，很好地满足了高质量或者特殊半导体材料的特殊工艺运动要求。
50.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。