CN103805962B - 芯片位置校准工具及校准方法、化学气相沉积反应腔室 - Google Patents

Abstract

一种芯片位置校准工具及校准方法，化学气相沉积反应腔室，其中，一种芯片位置校准工具设置于化学沉积反应腔室加热器上，加热器顶面具第一凹槽，第一凹槽开口边界大于底面边界，底面边界为圆形；工具包括平面的第一表面，相对的、具有第二凹槽的第二表面，第二凹槽底面与第一凹槽底面相对且加热器顶部被第二凹槽所容纳，第一表面具有至少同一圆形的三条弧线段，圆形边界与底面边界大小相等；具有贯穿于第一表面和第二凹槽底面的至少三个在圆形上的通孔，底面边界与第一表面平行，工具位置符合要求时，通孔露出的第一凹槽底面边界的至少三条弧线段与第一表面的至少三条弧线段首尾连接构成圆形。本发明工具降低芯片被放置难度且提高被放置精准度。

Description

芯片位置校准工具及校准方法、化学气相沉积反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种芯片位置校准工具及校准方法、化学气相沉积反应腔室。

背景技术

半导体领域中，在物体上形成薄膜的方法通常被分成物理气相沉积(PVD)方法和化学气相沉积(CVD)方法。其中，PVD是利用物理碰撞例如溅射来形成薄膜。CVD是利用化学反应来形成薄膜。

CVD方法是指对注入到反应室中的反应气体施加RF功率以使反应气体成为等离子体状态，并使等离子体中的自由基沉积在芯片上形成膜的方法。

现有技术中，采用CVD方法在芯片上形成膜层的质量不高，严重时，甚至无法在芯片上形成膜层。

发明内容

本发明解决的问题采用CVD方法在芯片上形成膜层的质量不高，严重时，甚至无法在芯片上形成膜层。

为解决上述问题，本发明提供一种芯片位置校准工具，用于芯片在化学气相沉积反应腔室中位置的校准，设置于化学气相沉积反应腔室的加热器上，加热器顶面具有用于放置芯片的第一凹槽，第一凹槽的侧壁为斜面，第一凹槽的开口边界大于底面边界，所述开口边界与底面边界均为圆形；

所述工具包括相对的第一表面和第二表面，第一表面为平面，第二表面具有第二凹槽，第二凹槽底面与第一凹槽底面相对且加热器顶部被第二凹槽所容纳，第一表面具有至少三条位于同一个圆形上的弧线段，所述圆形的边界与第一凹槽的底面边界大小相等；

所述工具具有贯穿于第一表面和第二凹槽底面的至少三个在圆形上的通孔，底面边界与第一表面平行，在芯片位置校准工具的位置符合要求时，通孔露出的第一凹槽底面边界将至少三条所述弧线段首尾连接构成圆形。

可选的，所述工具为圆环形片状。

可选的，第二凹槽底面与第一表面平行，且第一表面与第二凹槽底面之间的距离为2mm～3mm。

可选的，所述通孔为圆形通孔，所述至少三个通孔的孔径相同，通孔的孔径范围为大于0且小于等于第一凹槽斜面宽度的120％～150％。

可选的，加热器还包括若干个芯片支撑件；第一凹槽底面具有若干个贯孔，芯片支撑件可移动插设于贯孔，所述工具包括外圆环和内圆环，芯片支撑件的移动轨迹在工具的内圆环内。

本发明还提供了一种化学气相沉积反应腔室，包括：

加热器；

设置在加热器顶部的前述任一所述的芯片位置校准工具。

本发明还提供了一种芯片位置校准方法，包括：

提供一化学气相沉积反应腔室，腔室具有加热器；

将前述所述的芯片位置校准工具安装在化学气相沉积反应腔室的加热器顶部，且调整芯片位置校准工具至从第一表面上能够看到一个完整的圆形；

向工具的第一表面的弧线段围成的区域放置芯片，芯片位置符合要求。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

芯片位置校准工具用于芯片在化学气相沉积反应腔室中位置的校准，设置在化学气相沉积反应腔室的加热器上，具体为：所述工具的第二凹槽底面与加热器的第一凹槽底面相对，且加热器顶部被第二凹槽所容纳。第一凹槽的底面边界与第一表面平行。操作人员可以手动微调芯片位置校准工具的位置，在芯片位置校准工具的位置符合要求时，通孔露出的第一凹槽底面边界将工具上的至少三条弧线段首尾连接构成圆形。这样，在进行芯片位置校准的时候，当化学气相沉积设备中的机械手将芯片传递至该反应腔室时，芯片会被非常容易，且没有任何外部因素干扰的情况下放置在芯片位置校准工具的第一表面上的圆形内，如果位置不够准确，也可以准确迅速的进行调整。由于第一表面为平面，避免现有技术中的芯片被机械臂放入第一凹槽时，发生芯片的边缘搭在第一凹槽侧壁，以及芯片在第一凹槽内侧滑的现象，从而提高了芯片被放入化学气相沉积腔室的精准度，并且降低了在芯片上沉积膜层的故障率，避免因芯片在加热器中的位置不佳导致化学气相沉积反应腔室出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜层的质量。

再者，当校准芯片被传进反应腔室，放在校准工具上时，操作人员微调芯片的位置，使其完全位于校准工具上的至少三条弧线段首尾连接构成圆形内的难度远小于不使用校准工具时，调整芯片的位置使其完全容纳在在第一凹槽底面的难度。从而提高了芯片被放入化学气相沉积反应腔室的精准度，并且降低了在芯片上沉积膜层的故障率，避免因为芯片在加热器上的位置不佳导致化学气相沉积腔室出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜的质量。

附图说明

图1是现有技术中的化学气相沉积设备俯视结构示意图；

图2是图1中的化学气相沉积反应腔室的立体结构示意图；

图3是图2沿AA方向的剖面示意图；

图4～图5是芯片放入化学气相沉积反应腔室加热器的过程结构示意图；

图6是芯片位置校准工具的侧视结构示意图；

图7是芯片位置校准工具的俯视结构示意图；

图8是芯片位置校准工具安装在加热器的侧视结构示意图；

图9是芯片位置校准工具安装在加热器的俯视结构示意图。

具体实施方式

参考图1，化学气相沉积设备1包括传送腔室2、多个化学气相沉积反应腔室3及多个门阀，多个化学气相沉积反应腔室3分别位于传送腔室2的外侧，并皆通过门阀与传送腔室2相通。结合参考图1和图2，通过机械手4实现芯片5在传送腔室2和化学气相沉积反应腔室3之间的传输。

结合参考图1至图5，机械手4将芯片5传送至化学气相沉积反应腔室3后，芯片5需要在化学气相沉积反应腔室3中的加热器(Heater)32上完成沉积薄膜的操作。

参考图2和图3，加热器32为圆柱结构，加热器32的顶面具有第一凹槽(HeaterPocket)321，第一凹槽321的底面是圆形且为平面，用于放置芯片，第一凹槽侧壁322为斜面。第一凹槽321开口边界324大于第一凹槽底面边界323，第一凹槽底面边界323大于等于且平行于芯片的圆周线。开口边界324平行于第一凹槽底面边界323。

参考图2，第一凹槽321底面上具有四个圆孔，四个芯片支撑件31分别填充在圆孔中，第一驱动器(图未示)设置在四个芯片支撑件31的底部，带动四个芯片支撑件31做升降运动。第二驱动器33设置在加热器32的底部带动加热器32做升降运动。结合参考图3，芯片没有被传输至反应腔室3时，四个芯片支撑件31的顶面与加热器第一凹槽321底面相平。

结合参考图1和图4，芯片5在化学气相沉积反应腔室3中进行沉积薄膜的具体过程如下：当机械手4将芯片5传送至化学气相沉积反应腔室3时，第一驱动器带动四个芯片支撑件31升起，机械手4将芯片5传送至四个芯片支撑件31的顶部，然后，机械手4退出反应腔室。接着，参考图5，加热器32被第二驱动器33带动升起，当四个芯片支撑件31的顶面与升起的加热器第一凹槽321底面再次相平时，芯片5理论上应该位于第一凹槽321底面，并且，第一凹槽321底面中心对称轴理论上应该与芯片5的中心对称轴重合。

接着，将用于薄膜工艺的反应气体通过气体入口管(图未示)输入位于喷头(图未示)上方的缓冲空间(图未示)中，反应气体在缓冲空间中扩散，然后通过喷头均匀的喷射，并且在喷射过程中，等离子体电机(图未示)提供的RF功率将喷射的反应气体转换成等离子体的状态。等离子体的状态下，反应气体沉积在芯片上形成膜层。完成薄膜沉积工艺后，通过真空泵，将剩余的任何反应气体经过出口管(图未示)排出。

现有技术中，采用CVD方法在芯片5上形成膜层的质量不高，严重时，甚至无法在芯片上形成膜层的原因如下：

继续参考图1、图4和图5，现有技术中，当机械手4将芯片5传送至反应腔室3时，第二驱动器33带动加热器32上升，使得加热器32的第一凹槽底面与四个芯片支撑件31的顶面再次相平时，芯片5并没有位于第一凹槽321底面。原因如下：

(1)化学气相沉积反应腔室在使用之前需要对该腔室的各部件进行组装，其中包括对加热器进行组装。而且，在化学气相沉积腔室使用一段时间后，需要定期拆卸清洗加热器，也需要对加热器进行重新组装。然而化学反应沉积反应腔室中的安装加热器的空间位置有限和安装误差的存在，很难将加热器的位置安装精度达到百分之百。因此，当机械手4将芯片5传送至反应腔室3时，加热器32的第一凹槽321的底面中心对称轴与芯片5的中心对称轴并如果没有完全重合，则第二驱动器33带动加热器32上升，加热器32的第一凹槽底面与四个芯片支撑件31的顶面再次相平时，芯片5的边缘会搭在第一凹槽侧壁322上。

(2)化学气相沉积反应腔室内部属于真空低压环境，芯片5的边缘搭在第一凹槽侧壁322后，芯片5还有可能发生侧滑现象，发生侧滑的芯片5的位置也不会使芯片5在该腔室的理论位置处，而且该侧滑现象发生的几率极高。

再者，因为校准是在真空环境下进行，而操作人员是在大气环境中，所以需要有一块透明的石英板作为真空环境的隔绝，隔着石英板将增加操作人员观察芯片位移的难度，尤其是极其微小的位移，而芯片5的边界与第一凹槽底面边界323之间的距离相差甚微，如果芯片5并没有在第一凹槽底面时，也就是说，芯片5的中心线与第一凹槽底面的中心线并不重合或发生微距侧滑时，操作人员很难用肉眼发现。因此，在芯片5的位置不正确的情况下进行化学气相沉积工艺时，将会造成在芯片5上沉积的膜层的质量不高，严重的时候，使得化学气相沉积工艺无法顺利进行。例如，反应腔室会出现“RFreflectedpowererror”的报错信息。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种芯片位置校准工具。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图6和图8，芯片位置校准工具6包括相对的第一表面61和第二表面62。第一表面61为平面，第二表面62具有第二凹槽621，第二凹槽621底面与第一凹槽321底面相对且加热器顶部被第二凹槽621所容纳(参考图8)，参考图7，第一表面61具有至少三条位于同一个圆形上的弧线段611，所述圆形的边界与第一凹槽321的底面边界323大小相等(参考图8)。

芯片位置校准工具6还具有贯穿于第一表面61和第二凹槽621底面的至少三个在圆形上的通孔63，第一凹槽321的底面边界323与第一表面61平行，在芯片位置校准工具6的位置符合要求时，通孔63露出的第一凹槽底面边界323将至少三条弧线段611首尾连接构成圆形。

芯片位置校准工具6用于芯片在化学气相沉积反应腔室中位置的校准，设置在化学气相沉积反应腔室的加热器32上，具体为：工具6的第二凹槽621底面与加热器32的第一凹槽321底面相对，且加热器32顶部被第二凹槽621所容纳。第一凹槽的底面边界323与第一表面61平行。操作人员可以手动微调芯片位置校准工具6的位置，使通孔63露出的第一凹槽底面边界323将至少三条弧线段611首尾连接构成圆形。这样，当化学气相沉积设备中的机械手4将芯片5传递至该反应腔室3(参考图1)时，芯片5会被放置在芯片位置校准工具6的第一表面61上的圆形内。由于第一表面61为平面，避免现有技术中的芯片5被机械臂放入第一凹槽321时，发生芯片5的边缘搭在第一凹槽侧壁322，以及在第一凹槽内侧滑的现象，从而提高了芯片5被放入化学气相沉积腔室3的精准度，并且降低了在芯片5上沉积膜层的故障率，避免因芯片在加热器中的位置不佳导致化学气相沉积反应腔室3出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜层的质量。

再者，当校准芯片被传进反应腔室，放在校准工具上时，操作人员微调芯片的位置，使其完全位于校准工具上的三条弧线段611首尾连接构成圆形内的难度远小于操作人员微调芯片的位置使芯片在第一凹槽底面的难度。从而提高了芯片5被放入化学气相沉积反应腔室3的精准度，并且降低了在芯片上沉积膜层的故障率，避免因为芯片在加热器32上的位置不佳导致化学气相沉积反应腔室3出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜的质量。

具体如下：

结合参考图6和图8，本实施例中，加热器32为圆柱结构，设置于加热器32顶部的芯片位置校准工具6需要与加热器32的顶部相契合，因此，芯片位置校准工具6为圆环形片状，其中包括外圆环和内圆环。其他实施例中，如果加热器32为方柱结构，则芯片位置校准工具6为方环形片状结构。

参考图6，本实施例中，芯片位置校准工具6包括相对的第一表面61和第二表面62。第一表面61为平面，第二表面62具有第二凹槽621。第一表面61与第二凹槽621的底面平行，且第一表面61与第二凹槽621底面之间的距离为2mm～3mm。第一表面61与第二凹槽621底面之间的距离之所以为2mm～3mm，原因如下：第一表面61和第二凹槽621底面之间的距离如果太,大，后续在化学气相沉积腔室中的机械手容易与安装在加热器的芯片位置校准工具相碰撞。第一表面61和第二凹槽621底面之间的距离如果太小，芯片位置校准工具6容易变形而导致不能继续使用。当芯片位置校准工具6放置在加热器32的顶部时，第二凹槽621底面与第一凹槽321底面相对且加热器32顶部被第二凹槽621所容纳(参考图8)，也就是说芯片位置校准工具6的第二凹槽621侧壁与加热器32外侧壁部分相对。

本实施例中，加热器32还具有四干个芯片支撑件31。第一凹槽321底面具有四个贯孔，芯片支撑件可移动插设于贯孔。当芯片支撑件31在初始位置时，芯片支撑件31的顶面与第一凹槽321底面在同一平面，芯片支撑件31的移动轨迹在芯片位置校准工具6的内圆环内。也就是说，芯片校准工具中正因为有内环的存在，该校准工具6并不妨碍四个芯片支撑件31的升起和降落。其他实施例中，加热器中的芯片支撑件31可以为其他数量，只要能够平稳承载芯片并带动芯片上下移动就可以，而且，芯片位置校准工具6并不妨碍芯片支撑件31的上下移动。

参考图7，本实施例中，第一表面61上具有四条位于同一个圆形上的弧线段611。这四条弧线段611两两相对且这四条弧线段611的长度相等。该圆形边界与加热器32中的第一凹槽321的底面边界323大小相等(参考图7和图8)。

本实施例中，芯片位置校准工具6还具有贯穿于第一表面61和第二凹槽621底面的四个通孔63，通孔63为圆形通孔，其他实施例中，通孔也可以为方形通孔、六角形通孔等多边形通孔。通孔63的个数等于弧线段611的个数，其他实施例中，通孔63和弧线段611的个数也可以为三或者大于四。四个通孔63将四条弧线段611首尾连接。本实施例中，这四个通孔63也两两相对，相邻的两个通孔63分别于芯片位置校准工具6中心的连线互成90度，也就是说这四个通孔沿所述圆形平均分布，一方面有利于增加所述芯片位置校准工具6的校准精度，另一方面，芯片位置校准工具6属于薄片结构，通孔的位置影响该处的芯片位置校准器的强度，通孔的平均分布可以实现芯片校准工具6强度的平均分配。需要说明的是，当通孔为三个或大于四个时，也是沿所述圆形平均分布的。

本实施例中，第一凹槽321的底面边界323与第一表面平行61，将芯片位置校准工具6放置在加热器32时，需要微调芯片位置校准工具6的位置，使通孔63露出的底面边界323将至少四条弧线段611首尾连接构成圆形。该圆形边界与第一凹槽底面边界323大小相等。这时，芯片位置校准工具6的位置符合要求。此时，当化学气相沉积设备中的机械手4将芯片5传递至该反应腔室3(参考图1)时，芯片5会被放置在芯片位置校准工具6的第一表面61上的圆形内。由于第一表面61为平面，可以避免现有技术中的芯片5被机械臂放入第一凹槽321时，芯片5的边缘搭在第一凹槽侧壁322以及侧滑的现象，因此，在加热器32上设置芯片位置校准工具6可以提高芯片5被放入反应腔室3的精准度，避免因为芯片在加热器上的位置不佳导致化学沉积反应腔室3出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜的质量。

再者，操作人员微调芯片位置校准工具6的位置，使得通孔63露出的第一凹槽底面边界323将至少四条弧线段611首尾连接构成圆形的难度远小于操作人员微调芯片的位置，从而降低芯片在第一凹槽底面的难度，提高了芯片5被放入化学气相沉积反应腔室3的精准度，并且降低了在芯片上沉积膜层的故障率，避免因为芯片在加热器上的位置不佳导致化学气相沉积反应腔室3出现报错现象而无法在芯片上形成膜层。更进一步的，芯片被放置的精准度提高，可以大大提高芯片上形成膜的质量。

需要说明的是，每个通孔63的孔径相同，通孔63的孔径的范围为大于0且小于等于第一凹槽321斜面宽度的120％～150％。斜面宽度为第一凹槽321的开口边界324与底面边界323之间的距离。如果通孔63的直径太大，由于芯片位置校准工具6为圆环形片状，容易使工具6破损；如果通孔63的直径太小，无法看到第一凹槽321的底部边界323，芯片位置校准工具6就无法起到校准作用。

参考图8，本发明还提供了一种化学气相沉积反应腔室，包括：

加热器32；

设置在加热器顶部的芯片位置校准工具6。

利用本发明的化学气相沉积反应腔室在芯片上进行化学沉积工艺，腔室不容易出现报错现象。另外，在芯片上形成的膜层质量高。

继续参考图8和图9，本发明还提供了一种芯片位置校准方法，包括：

首先，参考图8，执行步骤S11，提供一化学气相沉积反应腔室，腔室具有加热器32。

加热器32顶面具有用于放置芯片的第一凹槽321，第一凹槽侧壁322为斜面，第一凹槽的开口边界324大于底面边界323。

接着，继续参考图8，执行步骤S12，将的芯片位置校准工具6安装在化学气相沉积反应腔室的加热器32顶部，且调整芯片位置校准工具6至从第一表面61上能够看到一个完整的圆形。

具体如下：

将芯片位置校准工具6的第二凹槽621的底面与加热器32的第一凹槽321相对，并且使得第二凹槽621侧壁与加热器32外侧壁部分相对。接着，微调芯片位置校准工具6的位置，使得通孔露出的第一凹槽底面边界将至少四条弧线段首尾连接构成圆形。

接着，结合参考图8和图9，执行步骤S13，向工具6的第一表面61的弧线段围城的区域放置芯片，芯片位置符合要求。

具体如下：

参考图8，当机械手将芯片传送至反应腔室时，第一驱动器带动四个芯片支撑件31穿过芯片位置校准工具6的内环并升起，机械手将芯片传送至升起的四个芯片支撑件31的顶部，接着，加热器32和其上的芯片位置校准工具6一起被第二驱动器33带动升起，当四个芯片支撑件31的顶面与升起的芯片位置校准工具6的第一表面61再次相平时，芯片5被放在第一表面61上，并且在圆形内。

接着，盖上化学气相沉积腔室盖，将用于薄膜工艺的反应气体通过化学反应沉积腔室进行化学气相沉积工艺。

本实施例中，利用安装芯片位置校准装置的化学气相沉积反应腔室在芯片上进行化学沉积工艺，腔室不容易出现报错现象。另外，在芯片上形成的膜层质量高。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种芯片位置校准工具，其特征在于，用于芯片在化学气相沉积反应腔室中位置的校准，设置于化学气相沉积反应腔室的加热器上，加热器顶面具有用于放置芯片的第一凹槽，第一凹槽的侧壁为斜面，第一凹槽的开口边界大于底面边界，所述开口边界与底面边界均为圆形；

所述工具包括相对的第一表面和第二表面，第一表面为平面，第二表面具有第二凹槽，第二凹槽底面与第一凹槽底面相对且加热器顶部被第二凹槽所容纳，第一表面具有至少三条位于同一个圆形上的弧线段，所述圆形的边界与第一凹槽的底面边界大小相等；

所述工具具有贯穿于第一表面和第二凹槽底面的至少三个在圆形上的通孔，底面边界与第一表面平行，在芯片位置校准工具的位置符合要求时，通孔露出的第一凹槽底面边界将至少三条所述弧线段首尾连接构成圆形。

2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具为圆环形片状。

3.如权利要求1所述的工具，其特征在于，第二凹槽底面与第一表面平行，且第一表面与第二凹槽底面之间的距离为2mm～3mm。

4.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述通孔为圆形通孔，所述至少三个通孔的孔径相同，通孔的孔径范围为大于0且小于等于第一凹槽斜面宽度的120％～150％。

5.如权利要求2所述的工具，其特征在于，加热器还包括若干个芯片支撑件；第一凹槽底面具有若干个贯孔，芯片支撑件可移动插设于贯孔，所述工具包括外圆环和内圆环，芯片支撑件的移动轨迹在工具的内圆环内。

6.一种化学气相沉积反应腔室，其特征在于，包括：

加热器；

设置在加热器顶部如权利要求1～5任一项所述的芯片位置校准工具。

7.一种芯片位置校准方法，其特征在于，包括：

提供一化学气相沉积反应腔室，腔室具有加热器；

将权利要求1～5任一所述的芯片位置校准工具安装在化学气相沉积反应腔室的加热器顶部，且调整芯片位置校准工具至从第一表面上能够看到一个完整的圆形；

向工具的第一表面的弧线段围成的区域放置芯片，芯片位置符合要求。