CN111074238B - 调平装置及调平方法、半导体处理设备 - Google Patents

调平装置及调平方法、半导体处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调平装置及其调平方法、半导体处理设备。该调平装置，用于对基座相对于腔室的平行度和同轴度进行调节，其包括调平工装，调平工装包括水平安装部、竖直安装部以及连接水平安装部与竖直安装部的竖直连接部；其中，水平安装部的下表面用于与腔室的上表面贴合，竖直安装部的下表面与支撑件的安装面贴合，以使得基座与腔室的平行度满足预设要求，竖直连接部贯穿于腔室的安装孔中，竖直连接部的外周壁与安装孔的内周壁相配合，使得基座与腔室的同轴度满足预设要求。采用调平工装对基座与腔室进行调平、调对中，可以极大简化基座调平调对中的工艺，并且还能够极大地提高基座的安装精度，从而可以有效保证成膜均匀性，提高工艺良率。

Description

调平装置及调平方法、半导体处理设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种调平装置及调平方法、一种半导体处理设备。
背景技术
一般地，在半导体行业中，随着电子器件的几何尺寸不断减小以及器件的密集度不断提高，特征尺寸和高宽比变得越来越有挑战性。原子层沉积(Atomic layerdeposition，ALD)就是为了应对这种挑战而提出的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积以其独特的自限制性生长模式，使其具有薄膜生长厚度精确可控、优异的保形性、成分可控等优点，越来越受到全世界科技工作者的关注。
一般地，ALD设备在反应腔室内用于放置衬底的为不同材质的基座，其一般固定在升降机构中，由电机带动丝杠等传动机构控制其工艺位置；机械手将衬底放置于基座上表面后，控制腔室环境后便可以进行成膜工艺。然而，基座的位置精度会直接影响成膜的质量。
相关技术中，为了实现基座的调平、调对中，一般先将基座固定于升降基座上，然后依靠安装于升降机架一套较为复杂的调平机构上进行操作。调平机构较为复杂，安装、操作技术要求水平高，不仅影响安装效率，而且不同的人员操作安装效果不同，难以保证质量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种调平装置及调平方法、半导体处理设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种调平装置，用于对基座相对腔室的平行度和同轴度进行调节，所述调平装置包括调平工装，所述调平工装包括水平安装部、竖直安装部以及连接所述水平安装部与所述竖直安装部的竖直连接部；其中，
所述水平安装部的下表面用于与腔室的上表面相贴合，所述竖直安装部的下表面用于与支撑所述基座的支撑件的安装面相贴合，以使得所述基座与所述腔室的平行度满足预设要求；
所述竖直连接部贯穿于所述腔室的安装孔中，并且，所述竖直连接部的外周壁与所述安装孔的内周壁相配合，以使得所述基座与所述腔室的同轴度满足预设要求。
可选地，所述竖直安装部包括与所述竖直连接部连接的第一安装部以及自所述第一安装部向外侧延伸形成的第二安装部，所述第二安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合。
可选地，所述调平装置还包括压环和紧固件，所述压环叠置在所述第二安装部的上表面，所述紧固件依次穿过所述压环、所述第二安装部至所述支撑件内，以使得所述第二安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合。
可选地，所述调平装置还包括机架和至少一个锁紧组件，所述机架通过所述锁紧组件固定于所述腔室的下表面上。
可选地，所述锁紧组件包括双头螺栓、螺母和紧固螺钉；其中，
所述双头螺栓的一端与所述腔室的下表面连接，另一端通过所述螺母固定在所述机架上；
所述紧固螺钉位于所述双头螺栓的一侧，所述紧固螺钉穿过所述机架至所述腔室内。
可选地，所述锁紧组件包括双头螺柱和两个锁紧螺母；其中，
所述双头螺柱的一端穿过所述机架至所述腔室内，所述双头螺柱的另一端延伸出所述机架外部；
两个所述锁紧螺母分别旋设在所述双头螺柱的位于所述机架两侧的部分。
可选地，所述水平安装部的下表面与所述腔室的上表面的平面度小于0.1mm；和/或，所述竖直安装部的下表面与所述水平安装部的下表面的平行度小于0.2mm；和/或，所述竖直连接部的尺寸比所述安装孔的尺寸小0.1mm～0.5mm。
本发明的第二方面，提供了一种基座的调平方法，采用前文记载的所述的调平装置，所述调平方法包括：
步骤S110、利用所述调平工装对所述基座相对于所述腔室的平行度和同轴度进行调节，以使得所述基座与所述腔室的平行度和同轴度满足预设要求；
步骤S120、将基座穿过所述安装孔至与所述支撑件的安装面抵接，实现对所述基座的调平。
可选地，步骤S110具体包括：
所述竖直连接部贯穿于所述腔室的安装孔中，并且，所述竖直连接部的外周壁与所述安装孔的内周壁相配合，以使得所述基座与所述腔室的同轴度满足预设要求；
所述水平安装部的下表面与腔室的上表面相贴合，所述竖直安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合，以使得所述基座与所述腔室的平行度满足预设要求。
本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的调平装置。
本发明的调平装置、调平方法和半导体处理设备。包括调平工装，所述调平工装包括水平安装部、竖直安装部以及连接所述水平安装部与所述竖直安装部的竖直连接部；其中，所述水平安装部的下表面用于与腔室的上表面贴合，所述竖直安装部的下表面与所述支撑件的安装面贴合，以使得所述基座与所述腔室的平行度满足预设要求，所述竖直连接部贯穿于所述腔室的安装孔中，所述竖直连接部的外周壁与所述安装孔的内周壁相配合，以使得基座与腔室的同轴度满足预设要求。采用调平工装对基座与腔室进行调平、调对中，可以极大简化基座调平调对中的工艺，并且还能够极大地提高基座的安装精度，从而可以有效保证成膜均匀性，提高工艺良率。
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为本发明第一实施例中调平装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中锁紧组件在机架上的分布示意图；
图3为本发明第三实施例中锁紧组件的结构示意图；
图4为本发明第四实施例中基座调平方法的流程图。
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。
如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种调平装置100，用于对基座相对于腔室210的平行度和同轴度进行调节。该调平装置100包括调平工装110。调平工装110包括水平安装部111、竖直安装部112以及连接水平安装部111与竖直安装部112的竖直连接部113。
其中，如图1所示，水平安装部111的下表面111a用于与腔室210的上表面211相贴合。竖直安装部112的下表面112a用于与支撑基座的支撑件220的安装面221相贴合。这样，可以使得支撑件220的安装面221与腔室210的上表面211的平行度满足预设要求，从而在将基座放置到支撑件220的安装面221上时，可以使得基座与腔室210的平行度满足预设要求。
如图1所示，竖直连接部113贯穿于腔室210的安装孔212中，并且，该竖直连接部113的外周壁113a与安装孔212的内周壁212a相配合，例如，两者可以采用间隙配合，这样，可以使得调平工装110与安装孔212的同轴度(也即腔室210中心的同轴度)满足预设要求，从而在将基座穿过安装孔212放置到支撑件220上时，可以使得基座相对腔室210满足同轴度的要求。
在腔室210上装载基座(图中并未示出，基座的形状大致与调平工装110类似)之前，先利用调平工装110进行调平。具体地，调平工装110穿过安装孔212，使得竖直安装部112的下表面112a与支撑件220的安装面221贴合，水平安装部111的下表面111a与腔室210的上表面211贴合。调平工装110与腔室210均为机加工件，通过合理设置公差配合可以很好地保证调平工装110相对腔室210的平形度和同轴度。之后，可以将调平工装110与支撑件220和腔室210分离，最后，将基座穿过安装孔212放置到支撑件220的安装面221上，可以有效保证基座的安装精度要求，使得基座与腔室210满足同轴度和平行度的要求。
本实施例中的调平装置100，采用调平工装110对基座与腔室210的同轴度和平行度进行调平、调对中，可以极大简化基座调平调对中的工艺，并且还能够极大地提高基座的安装精度，从而可以有效保证成膜均匀性，提高工艺良率。
如图1所示，为了便于有效将竖直安装部112固定到支撑件220上，竖直安装部112包括与竖直连接部113连接的第一安装部112b以及自第一安装部112b向外侧延伸形成的第二安装部112c。这样，可以利用所设置的第二安装部112c与支撑件220固定连接，从而可以使得第二安装部112c的下表面(即上述竖直安装部112的下表面112a)与支撑件220的安装面221贴合。
具体地，如图1所示，调平装置100还包括压环120和紧固件130(紧固件130一般可以为紧固螺钉等螺纹件)。其中，压环120叠置在第二安装部112c的上表面，紧固件130依次穿过压环120、第二安装部112c至支撑件220内，从而可以使得第二安装部112c的下表面与支撑件220的安装面221贴合。当然，除了可以采用压环120和紧固件130的方式将竖直安装部112与支撑件220固定连接以外，还可以采用其他的一些紧固结构，例如，可以仅仅设置紧固螺钉等等。
如图1所示，调平装置100还包括机架140和至少一个锁紧组件150，机架140通过锁紧组件150固定于腔室210的下表面上。
具体地，如图1和图2所示，锁紧组件150包括双头螺栓151、螺母152和紧固螺钉153。其中，双头螺栓151的一端与腔室210的下表面连接，另一端通过螺母152(也可以在螺母152与机架140之间安装垫片)固定在机架140上，紧固螺钉153位于双头螺栓151的一侧，紧固螺钉153穿过机架140至腔室210内。
如图2所示，调平装置100可以包括三个锁紧组件150，并且，该三个锁紧组件150在机架140上的分布采用直角三角形的分布方式，当然，该三个锁紧组件150在机架140上的分布也可以采用其他的分布方式，例如，等边三角形的分布方式等等，
此外，如图3所示，锁紧组件150也可以包括双头螺柱154和两个锁紧螺母155。双头螺柱154的一端穿过机架140至腔室210内，双头螺柱154的另一端延伸出机架140外部。两个锁紧螺母155分别旋设在双头螺柱154的位于机架140两侧的部分。
一般地，基座上平面要求与基准平面之间的角度≤±0.05°，基座与腔室中心的同轴度偏差小于1.5mm，可满足使用要求；结合半导体设备常用的加工要求，水平安装部111的下表面111a与腔室210的上表面211之间的平面度小于0.1mm，竖直安装部112的下表面112a与水平安装部111的下表面111a之间的平行度小于0.2mm，竖直连接部113的尺寸范围比安装孔212的尺寸范围小0.1～0.5mm。这样，可以有效满足基座的安装精度要求，从而可以有效提高成膜良率，提高经济效益。
如图1所示，为了进一步提高基座的安装效率，调平装置100还包括驱动机构160，驱动机构160与支撑件220连接，以驱动支撑件220升降。这样，可以利用所设置的驱动机构160驱动支撑件220移动，确保支撑件220在处于最低位(所谓的最低位是指，基座安装至支撑件220上时，其不会再下降，只会沿当前位置上升)时调平、调对中，也即使得基座的初装位为最低位，一般地，可以根据支撑件220在最低位时，其安装面221距离腔室210的上表面211的高度，来确定调平工装110的高度，从而可以省去初装基座之后反复调节基座高度的过程，进而可以提高安装效率和安装质量。
当然，除了可以采用驱动机构160驱动支撑件220移动以外，还可以采用手动的方式驱动支撑件220移动等等。
具体地，如图1所示，上述驱动机构160包括驱动电机161、导轨162和丝杠(图中并未示出)。其中，丝杠分别与驱动电机161的输出轴和支撑件220连接，丝杠能够在驱动电机161的驱动下沿导轨162移动，以驱动支撑件220升降。
当然，驱动机构160除了可以是上述结构以外，还可以采用其他的一些驱动机构，例如，驱动机构可以是采用驱动电机+齿轮传动机构、驱动电机+曲柄滑块机构等等。
本发明的第二方面，如图4所示，提供了一种基座的调平方法S100，采用前文记载的调平装置，调平装置具体内容可以参考前文相关记载，在此不作赘述，调平方法S100包括：
步骤S110、利用调平工装对基座相对于腔室的平行度和同轴度进行调节，以使得基座与腔室的平行度满足预设要求以及基座与腔室的同轴度满足预设要求；
步骤S120、将基座穿过安装孔至与支撑件的安装面抵接，实现对基座的调平。
本实施例中的基座的调平方法，其采用调平工装对基座相对腔室的平行度和同轴度进行调平、调对中，可以极大简化基座调平调对中的工艺，并且还能够极大地提高基座的安装精度，从而可以有效保证成膜均匀性，提高工艺良率。
具体地，可以一并结合图1，调平工装110穿过安装孔212，通过压环120和紧固件130固定于支撑件220上，此时，双头螺栓151和紧固螺钉153为非锁紧状态，即调平工装110、机架140和支撑件220等构成可自由移动的整体；在重力的作用下，调平工装110的水平安装部111的下表面111a与腔室210的上表面211贴合，同时，竖直连接部113的外表面113a与安装孔212形成较小的间隙配合。这样，在调平工装110较好的加工精度保证下，即可有效保证支撑件22与腔室210具有很好地平行度和同轴度。
然后，通过三组分布于机架140上不同位置的紧固螺钉153与双头螺栓151形成的锁紧组件150进行锁紧，将调节后的机架140的位置进行锁定，进而也锁定了满足平行度和同轴度要求的支撑件220的位置。
最后，只需拆下调平工装110及压环120、紧固件130，将基座放置于支撑件220上，并再次使用压环120和紧固件130进行紧固；至此即完成了基座的安装和位置调整，不用再进行其它的操作。
本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括前文记载的调平装置。
本实施例中半导体处理设备，具有前文记载的调平装置，采用调平工装对基座相对腔室的平行度和同轴度进行调平、调对中，可以极大简化基座调平调对中的工艺，并且还能够极大地提高基座的安装精度，从而可以有效保证成膜均匀性，提高工艺良率。
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。

Claims (9)

1.一种调平装置，应用于半导体处理设备，所述半导体处理设备包括腔室以及安装在所述腔室上的基座，所述调平装置用于对所述基座相对于所述腔室的平行度和同轴度进行调节，其特征在于，所述调平装置包括调平工装，所述调平工装包括水平安装部、竖直安装部以及连接所述水平安装部与所述竖直安装部的竖直连接部；其中，
所述水平安装部的下表面用于与所述腔室的下壁的上表面相贴合，所述竖直安装部的下表面用于与支撑所述基座的支撑件的安装面相贴合，以用于使得所述支撑件的安装面与所述腔室的下壁的上表面的平行度满足预设要求；
所述竖直连接部贯穿于所述腔室的安装孔中，并且，所述竖直连接部的外周壁与所述安装孔的内周壁相配合，以使得所述调平工装与所述安装孔的同轴度满足预设要求；
所述调平装置还包括机架和至少一个锁紧组件，所述机架与所述支撑件相连，且在所述水平安装部的下表面与所述腔室的下壁的上表面相贴合以及所述竖直安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合的情况下，所述至少一个锁紧组件将所述机架固定在所述腔室的下表面上，以锁定所述支撑件的位置；
所述调平装置还包括压环和紧固件，所述压环用于压设在所述竖直安装部的邻近所述支撑件的端部，所述紧固件用于依次穿过所述压环、所述竖直安装部的邻近所述支撑件的端部至所述支撑件内，以使得所述竖直安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合；所述压环和所述紧固件还用于在所述调平工装被拆卸之后，将所述基座固定于所述支撑件的同一位置。
2.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于，所述竖直安装部包括与所述竖直连接部连接的第一安装部以及自所述第一安装部向外侧延伸形成的第二安装部，所述第二安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合。
3.根据权利要求2所述的调平装置，其特征在于，所述压环叠置在所述第二安装部的上表面，所述紧固件依次穿过所述压环、所述第二安装部至所述支撑件内，以使得所述第二安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合。
4.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于，所述锁紧组件包括双头螺栓、螺母和紧固螺钉；其中，
所述双头螺栓的一端与所述腔室的下表面连接，另一端通过所述螺母固定在所述机架上；
所述紧固螺钉位于所述双头螺栓的一侧，所述紧固螺钉穿过所述机架至所述腔室内。
5.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于，所述锁紧组件包括双头螺柱和两个锁紧螺母；其中，
所述双头螺柱的一端穿过所述机架至所述腔室内，所述双头螺柱的另一端延伸出所述机架外部；
两个所述锁紧螺母分别旋设在所述双头螺柱的位于所述机架两侧的部分。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的调平装置，其特征在于，
所述水平安装部的下表面与所述腔室的下壁的上表面的平面度小于0 .1mm；和/或，
所述竖直安装部的下表面与所述水平安装部的下表面的平行度小于0 .2mm。
7.一种基座的调平方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任意一项所述的调平装置，
所述调平方法包括：
步骤S110、利用所述调平工装对所述支撑件的安装面相对于所述腔室的平行度和同轴度进行调节，以使得所述支撑件的安装面与所述腔室的平行度和同轴度满足预设要求；
步骤S120、将基座穿过所述安装孔至与所述支撑件的安装面抵接，实现对所述基座的调平。
8.根据权利要求7所述的调平方法，其特征在于，步骤S110具体包括：
所述竖直连接部贯穿于所述腔室的安装孔中，并且，所述竖直连接部的外周壁与所述安装孔的内周壁相配合，以使得所述竖直连接部与所述腔室的同轴度满足预设要求；
所述水平安装部的下表面与腔室的下壁的上表面相贴合，所述竖直安装部的下表面与所述支撑件的安装面相贴合，以使得所述支撑件的安装面与所述腔室的平行度满足预设要求。
9.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1至6中任意一项所述的调平装置。
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