气体流量调节装置和半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种气体流量调节装置和半导体加工设备。

背景技术

在用于制备集成电路等的半导体加工设备中，反应腔室占有重要的地位，反应腔室的各个功能部件对产品的质量具有重要的影响。例如，在生产作业时往往对腔室压力的控制精度要求很高，这就需要反应腔室的压力控制设备能够精确地控制腔室压力。

以立式氧化炉的反应腔室为例，压力控制设备包括控制单元和气体流量调节装置，其中，该气体流量调节装置设置在反应腔室的排气管路上，用于调节流经的气体流量，从而实现对反应腔室排出的气体流量进行调节；控制单元用于根据实时检测的反应腔室中的腔室压力，控制气体流量调节装置调节反应腔室排出的气体流量。但是，现有的气体流量调节装置采用的电机是利用具有外螺纹的传动导杆与电机内部的转子螺纹连接，这种传动方式对电机的精度要求较高，从而导致设备成本较高，而且拆卸困难、调试过程繁琐，不利于设备的拆装和维护。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体流量调节装置和半导体加工设备，其在实现流量调节的基础上无需对电机要求较高的精度，从而可以降低设备成本，而且可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种气体流量调节装置，应用于半导体加工设备，所述气体流量调节装置包括：

底座结构，在所述底座结构中设置有气体通道；

活塞部件，可移动地设置在所述底座结构中，用以通过在指定方向上移动来调节所述气体通道的通气截面面积；

旋转驱动源，用于提供旋转动力，且所述旋转驱动源的驱动轴包括位于所述旋转驱动源外部的连接部分；以及

传动结构，包括旋转件、移动件和限位组件，其中，所述旋转件与所述驱动轴的所述连接部分连接，且与所述移动件螺纹连接，所述限位组件与所述移动件连接，用以在所述旋转件随所述驱动轴旋转时，限制所述移动件旋转，以使所述移动件能够相对于所述旋转件沿所述指定方向移动；所述移动件与所述活塞部件连接。

可选的，所述限位组件包括一个或多个限位单元，且多个所述限位单元沿所述移动件的圆周方向间隔设置；每个所述限位单元包括：

限位件，与所述底座结构连接，且在所述限位件上设置有滑轨，所述滑轨沿所述指定方向延伸设置；以及

滑动件，与所述滑轨滑动连接，且与所述移动件固定连接。

可选的，在所述限位件上设置有凹槽，用作所述滑轨；所述滑动件可移动地设置在所述凹槽中。

可选的，所述旋转驱动源包括步进电机。

可选的，所述传动结构还包括第一连接组件，所述第一连接组件包括联轴套、至少一个紧定螺钉和定位销，其中，所述联轴套同轴套设在所述旋转件和所述驱动轴的所述连接部分上，且在所述联轴套中沿其径向贯通设置有至少一个径向螺纹孔，各个所述紧定螺钉一一对应地设置在各个所述径向螺纹孔中，且与所述驱动轴的所述连接部分的外周壁相抵；

在所述联轴套和所述旋转件中沿所述联轴套的径向对应地贯通设置有定位孔，所述定位销穿设于所述联轴套和所述旋转件中的所述定位孔中。

可选的，所述传动结构还包括第二连接组件，所述第二连接组件包括第一连接件、第二连接件和弹性件，其中，

所述第一连接件的一端与所述移动件螺纹连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件的一端螺纹连接；

所述弹性件的两端分别与所述第二连接件的另一端和所述活塞部件连接。

可选的，所述旋转件包括具有第一外螺纹的第一柱体；所述移动件包括具有第一螺纹孔的第二柱体；所述第一连接件包括具有第二外螺纹的第三柱体；所述第二连接件包括具有第二螺纹孔的第四柱体，其中，

所述第一柱体和所述第二柱体通过所述第一外螺纹与所述第一螺纹孔相配合来实现螺纹连接；

所述第二柱体和所述第三柱体通过所述第一螺纹孔与所述第二外螺纹相配合来实现螺纹连接；

所述第三柱体和所述第四柱体通过所述第二外螺纹与所述第二螺纹孔相配合来实现螺纹连接。

可选的，在所述第三柱体上套设有第一螺母和第二螺母，其中，所述第一螺母预紧在所述第二柱体的靠近所述第三柱体的端面上；所述第二螺母预紧在所述第四柱体的靠近所述第三柱体的端面上。

可选的，所述气体流量调节装置还包括行程限位结构，所述行程限位结构用于限定所述移动件在所述指定方向上的移动范围。

可选的，所述限位结构包括两个接触开关、阻挡件和控制单元，其中，所述两个接触开关与所述底座结构连接，且沿所述指定方向间隔设置；所述阻挡件与所述移动件连接，且位于所述两个接触开关之间，且能够在所述移动件移动至所述移动范围的上限位置时与其中一个所述接触开关接触；在所述移动件移动至所述移动范围的下限位置时与其中另一个所述接触开关接触；

所述控制单元用于在所述阻挡件与任意一个所述接触开关接触时，控制所述旋转驱动源停止工作。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、压力检测装置、气体流量调节装置和控制器，其中，所述压力检测装置用于实时检测所述反应腔室的腔室压力，并发送至所述控制器；所述气体流量调节装置设置在所述反应腔室的排气管路上；所述控制器用于根据所述腔室压力控制所述气体流量调节装置调节流经所述气体流量调节装置的气体流量；所述气体流量调节装置采用本发明提供的上述气体流量调节装置。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例提供的气体流量调节装置，其利用旋转件与驱动轴的位于旋转驱动源外部的连接部分连接，且将该旋转件与移动件螺纹连接，并且利用限位组件在旋转件随驱动轴旋转时，限制移动件旋转，可以使移动件能够相对于旋转件沿指定方向移动，从而可以带动活塞部件在指定方向上移动来调节气体通道的通气截面面积。借助上述旋转件与移动件螺纹连接，以及限位组件的限定作用即可实现气体流量的调节，而由于旋转件是与驱动轴位于旋转驱动源外部的连接部分连接，这种连接方式无需对电机要求较高的精度也能够实现将旋转驱动源提供的旋转运动转换为直线运动，同时由于上述旋转件与移动件螺纹连接，这使得活塞部件在上述指定方向上的位移量主要取决于螺距，在这种情况下，只需要更换不同螺距的旋转件与移动件，即可调节活塞部件的位移量。而且，旋转件与移动件能够分别作为一个独立的零件使用，可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述气体流量调节装置，在实现流量调节的基础上无需对旋转驱动源(电机)要求较高的精度，从而可以降低设备成本，而且可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气体流量调节装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的气体流量调节装置的结构图；

图3为本发明实施例提供的气体流量调节装置的分解图；

图4为本发明实施例采用的滑动件的结构图；

图5为本发明实施例提供的气体流量调节装置的运动方向图；

图6为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例提供的气体流量调节装置和半导体加工设备进行详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供一种气体流量调节装置，其应用于半导体加工设备，例如用于调节半导体加工设备的反应腔室排出的气体流量，以实现反应腔室的腔室压力的控制。该气体流量调节装置包括底座结构、活塞部件、旋转驱动源1和传动结构。在本实施例中，底座结构包括配气底座22和进出口底座23，其中，进出口底座23中设置有进气通道231和出气通道232，配气底座22与进出口底座23相互叠置，且该配气底座22中设置有连接通道221，该连接通道221具有与上述进气通道231的出气端连接的进气口221a，以及与出气通道232的进气端连接的出气口；并且，上述进气通道231的进气端和上述出气通道232的出气端用于串接在反应腔室的两个排气管路之间，具体来说，反应腔室的排气口与其中一个排气管路的进气端连接，该排气管路的出气端与上述进气通道231的进气端连接，上述出气通道232的出气端与位于下游的另一个排气管路的进气端连接，该排气管路的出气端例如与厂务排气管路连接。当然，本发明实施例并不局限于此，在实际应用中，根据气体流量调节装置的应用场景不同，上述进气通道231所连接的气体输送部件的结构也不同。出气通道232的输出端用于输出指定流量的气体。上述进气通道231、连接通道和出气通道232构成了输送气体的气体通道。

另外，在配气底座22中还设置有活塞安装孔，该活塞安装孔的一端与上述连接通道221连通，且与连接通道221的进气口221a相对，活塞安装孔的另一端位于配气底座22的背离进出口底座23的表面上；并且，在该活塞安装孔中嵌套设置有环形部件21，其环孔用于容置上述活塞部件。

在本实施例中，活塞部件包括活塞环体15和活塞底座16，其中，活塞底座16设置在该活塞环体15的与连接通道221的进气口221a相对的一端，例如采用粘接的方式与活塞环体15连接。活塞底座16用于封堵连接通道221的进气口221a；活塞环体15的远离该进气口221a的一端设置有法兰，用以通过与环形部件21的端面相配合，来限定活塞环体15的允许靠近进气口221a的极限位置。当活塞环体15沿上述指定方向移动时，可以带动活塞底座16同步移动，从而能够自封堵进气口221a的位置朝向远离进气口221a的方向移动，在此过程中，活塞环体15逐渐移出连接通道221，从而可以使连接通道221的通气截面面积逐渐增大，进而可以增大经过的气体流量；反之，在活塞环体15自朝向靠近进气口221a的方向移动直至封堵进气口221a的过程中，活塞环体15逐渐移入连接通道221，从而可以使连接通道221的通气截面面积逐渐减小，进而可以减小经过的气体流量，直至为零。

需要说明的是，本申请对上述底座结构和活塞部件各自的结构没有特别的限制，只要活塞部件能够通过移动调节底座结构中的气体通道的通气截面面积，来调节气体流量即可。

请参阅图2，在本实施例中，旋转驱动源1用于提供旋转动力，该旋转驱动源1的驱动轴包括位于旋转驱动源1外部的连接部分1a。传动结构包括旋转件5、移动件6和限位组件，其中，旋转件5与旋转驱动源1的驱动轴的连接部分1a连接，且与移动件6螺纹连接。作为对比，有一种旋转驱动源是特制电机，所谓特制，是指需要对电机内部的转子进行特定的加工，以在转子上形成内螺纹，并与具有外螺纹的传动导杆螺纹连接，这样，在转子转动时，传动导杆能够在内螺纹和外螺纹的配合作用下作直线运动，从而实现直线传动，但是，这种传动方式对电机的精度要求较高，而且特制电机的成本较高，从而增加了设备成本，而且由于传动导杆是在电机内部与转子连接，这造成了拆卸困难，不利于设备的拆装和维护。为了解决该问题，本实施例提供的气体流量调节装置，通过利用旋转件5与驱动轴位于旋转驱动源1外部的连接部分1a连接，无需使用上述特制电机，而且无需对电机要求较高的精度也能够实现将电机提供的旋转运动转换为直线运动，从而可以降低设备成本。同时通过在旋转驱动源1外部将旋转件5与驱动轴连接，这种连接方式便于拆卸，从而有利于设备的拆装和维护。

旋转驱动源1例如为步进电机。由于步进电机能够将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移，即，每输入一个脉冲信号，步进电机的转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机具有很好的数据控制特性，可以通过软硬件结合的控制方式进行控制，从而具有较高的控制精度。而且，控制单元可以根据压力传感器测得的腔室压力作为反馈信号，调节步进电机的控制信号，从而可以实现闭环控制，以获得更高的控制精度。在本实施例中，旋转驱动源1固定在支架18上，该支架18固定在配气底座22上。

请一并参阅图1至图3，在本实施例中，旋转件5与旋转驱动源1的驱动轴的连接部分1a的连接具体可以采用第一连接组件来实现，该第一连接组件的结构可以有多种，例如包括联轴套3、至少一个紧定螺钉2(例如图2中示出了两个紧定螺钉2)和定位销4，其中，联轴套3同轴套设在旋转件5和旋转驱动源1的驱动轴的连接部分1a上，且在联轴套3中沿其径向贯通设置有至少一个径向螺纹孔，该径向螺纹孔的数量与紧定螺钉2的数量相同，且各个紧定螺钉2一一对应地设置在各个径向螺纹孔中，且与驱动轴的连接部分1a的外周壁相抵，从而实现联轴套3与驱动轴的连接部分1a的固定连接。在联轴套3和旋转件5中沿该联轴套3的径向对应地贯通设置有定位孔，定位销4穿设于联轴套3和旋转件5中的上述定位孔中，从而实现联轴套3与旋转件5的固定连接和位置限定。这样，驱动轴可以通过联轴套3带动旋转件5同步转动。

限位组件与上述移动件6连接，用以在旋转件5随驱动轴旋转时，限制移动件6旋转，以使移动件6能够相对于旋转件5沿指定方向(即，联轴套3的轴向)移动；上述移动件6与上述活塞部件连接，从而移动件6可以带动活塞部件同步移动。具体来说，当旋转件5旋转时，在限位组件的限制下，上述移动件6无法随旋转件5旋转，由于旋转件5与移动件6螺纹连接，这使得移动件6能够在螺纹配合作用下沿上述指定方向作直线运动，从而实现驱动活塞部件作直线运动。

借助上述旋转件5与移动件6螺纹连接，以及限位组件的限定作用即可实现气体流量的调节，同时由于上述旋转件5与移动件6螺纹连接，这使得活塞部件在上述指定方向上的位移量主要取决于螺距，在这种情况下，只需要更换不同螺距的旋转件5与移动件6，即可调节活塞部件的位移量。而且，旋转件5与移动件6能够分别作为一个独立的零件使用，可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

上述限位组件的结构可以有多种，例如，在本实施例中，限位组件包括一个或多个限位单元，且多个限位单元沿移动件6的圆周方向间隔设置。图1至图3中均示出了两个限位单元，且二者对称设置在移动件6的两侧。其中，第一限位单元(即，图2中左侧的限位单元)包括限位件9和滑动件8；第二限位单元(即，图2中右侧的限位单元)包括限位件7和滑动件8。其中，限位件7(或限位件9)与底座结构(例如与支架18)连接，且在限位件7(或限位件9)上设置有滑轨，该滑轨例如为设置在限位件7(或限位件9)上的凹槽71(或者凹槽91)，且沿上述指定方向延伸设置；两个限位单元的滑动件8分别设置在上述凹槽71和凹槽91中，且分别沿凹槽71和凹槽91的延伸方向滑动，每个滑动件8与移动件6固定连接。

在一些实施例中，如图4所示，上述凹槽71(或者凹槽91)的横截面形状例如为“U”形，对应地，滑动件8包括横截面形状为长圆形的滑动配合部81，该滑动配合部81与上述凹槽71(或者凹槽91)滑动配合；并且，滑动件8还包括连接在滑动配合部81一端的螺纹连接部82，其通过与移动件6螺纹连接，来实现滑动件8与移动件6的固定连接，从而移动件6能够带动滑动件8沿上述凹槽71(或者凹槽91)同步移动，同时，在上述凹槽71(或者凹槽91)的侧壁的阻挡作用下，滑动件8无法围绕移动件6的轴线旋转，从而同样限制了移动件6的旋转。

通过采用上述凹槽71(或者凹槽91)与滑动件8的滑动配合，尤其采用“U”形凹槽与长圆形的滑动件8，二者的接触为线接触，滑动过程中产生的摩擦力较小，从而不易产生磨损，提高了结构可靠性。另外，限位件7(或限位件9)以及滑动件8优选采用金属材质，以提高部件的强度，从而进一步提高结构可靠性。

如图5所示，当旋转驱动源1开启后，通过其驱动轴将旋转动力通过联轴套3传递至旋转件5，以使其能够随联轴套3一起旋转。移动件6两侧的滑动件8分别受到上述凹槽71和凹槽91的阻挡，而向移动件6施加与驱动轴的旋转方向T(转速为w)相反的阻力矩(Ta，Tb)，从而限制了中间移动件6的旋转，同时由于移动件6与旋转件5螺纹连接，这使得移动件6将会做沿其轴线方向的直线运动(速度为v

在一些实施例中，上述移动件6利用第二连接组件与活塞部件连接，具体地，如图2和图3所示，上述第二连接组件包括第一连接件11、第二连接件13和弹性件14，其中，第一连接件11的一端与移动件6螺纹连接，该第一连接件11的另一端与第二连接件13的一端螺纹连接；弹性件14的两端分别与第二连接件13的另一端和活塞部件连接。

具体地，旋转件5包括具有第一外螺纹的第一柱体(例如螺杆)；移动件6包括具有第一螺纹孔的第二柱体；第一连接件11包括具有第二外螺纹的第三柱体(例如螺杆)；第二连接件13包括具有第二螺纹孔的第四柱体，其中，第一柱体和第二柱体通过第一外螺纹与第一螺纹孔相配合来实现螺纹连接；第二柱体和第三柱体通过第一螺纹孔与第二外螺纹相配合来实现螺纹连接；第三柱体和第四柱体通过第二外螺纹与第二螺纹孔相配合来实现螺纹连接。上述各个部件相互独立，且连接均为螺纹配合，从而可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

可选的，在上述第一连接件11的第三柱体上套设有第一螺母10和第二螺母12，其中，第一螺母10预紧在移动件6的第二柱体的靠近上述第一连接件11的第三柱体的端面上；第二螺母12预紧在第二连接件13的第四柱体的靠近第一连接件11的第三柱体的端面上。第一螺母10用于实现移动件6的第二柱体与第一连接件11的第三柱体的紧固；第二螺母12用于限定第二连接件13与第一连接件11在轴向上的相对位置。第二螺母12例如为薄螺母。

在一些实施例中，弹性件14设置在环形部件21的环孔中，且一端与活塞底座16连接，另一端与第二连接件13的端面连接。该弹性件14例如为弹簧。

在一些实施例中，气体流量调节装置还包括行程限位结构，该行程限位结构用于限定移动件6在上述指定方向上的移动范围。该限位结构可以有多种结构，例如，如图1所示，行程限位结构包括两个接触开关(19a，19b)、阻挡件24和控制单元，其中，两个接触开关(19a，19b)与底座结构连接，例如通过两个限位板20固定在支架18上。并且，两个接触开关(19a，19b)沿上述指定方向间隔设置；阻挡件24与移动件6连接，且位于两个接触开关(19a，19b)之间，且能够在移动件6移动至移动范围的上限位置时与其中一个接触开关19a接触；在移动件6移动至移动范围的下限位置时与其中另一个接触开关19b接触；控制单元用于在阻挡件6与任意一个接触开关接触时，控制旋转驱动源1停止工作。由此，可以起到行程保护作用。可选的，上述阻挡件24焊接在移动件6上，从而可以提高连接的稳固性，进而可以提高结构可靠性。

在一些实施例中，气体流量调节装置还包括外罩17，该外罩17罩设在安装在配气底座22上的所有部件周围，用以保护这些部件。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，请参阅图6，该半导体加工设备包括反应腔室100、压力检测装置200、气体流量调节装置300和控制器400，其中，压力检测装置200用于实时检测反应腔室100的腔室压力，并发送至上述控制器400；气体流量调节装置300设置在反应腔室100的排气管路上；控制器400用于根据检测到的腔室压力控制气体流量调节装置300调节流经气体流量调节装置300的气体流量，从而可以对反应腔室100排出的气体流量进行调节；该气体流量调节装置采用本发明实施例提供的上述气体流量调节装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述气体流量调节装置，在实现流量调节的基础上无需对电机要求较高的精度，从而可以降低设备成本，而且可以简化拆卸、调试过程，从而可以提高工作效率。

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。