CN107093569B - 一种晶片定位装置及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶片定位装置，叠置于静电卡盘以及基环上用于晶片的定位，所述晶片定位装置，包括第一聚焦环，第二聚焦环和升降机构，所述第一聚焦环和第二聚焦环均为环形结构，所述第一聚焦环套置于所述第二聚焦环外侧，所述升降机构与所述第一聚焦环连接，所述升降机构用于带动所述第一聚焦环的升降，所述第一聚焦环在所述升降机构的带动下相对于所述第二聚焦环在竖直方向上下运动，所述第一聚焦环升起到最高位后用于限定所述晶片的位置。通过第一聚焦环和第二聚焦环的配合，使得晶片在上升过程中，可以定位于正常的机械手取放位和加工位的范围内，保证工艺的有效性，提高生产效率。

Description

一种晶片定位装置及反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种晶片定位装置及反应腔室。

背景技术

等离子装置广泛地应用于集成电路(IC)的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP)装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应,从而使材料表面性能获得变化。在基于半导体装置的制造中，可以将多层材料交替的沉积到衬底表面并从衬底表面刻蚀该多层材料。

如图1A所示，在工艺工程中，晶片1处于加工位，晶片1由机械手放置在顶针5上后，晶片1在顶针5的带动下降落至加工位，加工位时的晶片1位于静电卡盘3上，聚焦环2和基环4分别套置在静电卡盘3外侧，用于绝缘和定位晶片1。图1B所示为工艺结束后，顶针5将晶片1升起至取放位，以使机械手将晶片1取走。在图1A和图1B所示的晶片1由于传输、放晶片、取晶片、顶针5升降等各种动作的存在，在整个过程中会存在偏移甚至碎片的风险，一旦发生偏移或者碎片，不但会影响设备的正常运转，还可能因为晶片1碎片的掉落在设备内部造成设备器件的损坏。

而且，晶片1在工艺结束后，进行去电荷以及顶针5升起的过程中，由于残留电荷的存在以及顶针5的稳定性问题，可能会造成晶片1在升起过程中无法稳定，产生跳起现象，使晶片1偏移，当偏移量超过真空机械手取片时的调节量，即会造成取片过程中发生报警，跳起量过大时，甚至会脱离静电卡盘3，掉入设备内部造成设备器件损坏。

如何从根本上解决晶片取放过程中的位置偏移问题，是半导体设备制造领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种晶片定位装置及反应腔室，用以解决现有技术中存在的晶片取放过程中的位置偏移问题。

为实现上述目的，本发明提供一种晶片定位装置，叠置于静电卡盘以及基环上用于晶片的定位，所述晶片在顶针的驱动下上升至取放位以使机械手取放晶片，所述晶片在顶针的驱动下下降至加工位以使晶片被加工，所述晶片定位装置，包括第一聚焦环，第二聚焦环和升降机构，所述第一聚焦环和第二聚焦环均为环形结构，所述第一聚焦环套置于所述第二聚焦环外侧，所述升降机构与所述第一聚焦环连接，所述升降机构用于带动所述第一聚焦环的升降，所述第一聚焦环在所述升降机构的带动下相对于所述第二聚焦环在竖直方向上下运动，所述第一聚焦环升起到最高位后用于限定所述晶片的位置。

优选的，所述第一聚焦环在所述升降机构的带动下升起到最高位后，所述第一聚焦环的上表面高于升起到取放位的晶片的上表面，且二者的垂直距离为5-10mm。

优选的，所述第一聚焦环的内径大于同心放置的晶片的直径6-10mm。

优选的，所述升降机构包括驱动子机构和针状联动子机构，所述针状联动子机构的数量为至少两个，所述针状联动子机构与所述第一聚焦环的下表面连接，所述驱动子机构与所述针状联动子机构连接，所述针状联动子机构在所述驱动子机构的驱动下产生竖直方向的上下运动。

优选的，所述第一聚焦环降落到最低位后，所述第一聚焦环的上表面和所述第二聚焦环的上表面平齐。

优选的，所述第二聚焦环的上表面沿其外缘设置有一环形凸台，所述凸台的外侧壁沿所述第二聚焦环的外侧壁延伸，所述凸台的内侧壁为向内向下的斜面，所述斜面的内径大于同心放置的晶片外径2-3mm，所述斜面与所述第二聚焦环上表面的水平夹角为120°-135°。

优选的，所述第二聚焦环沿外侧壁下部向外延伸形成环状突出部，所述第一聚焦环叠置在所述环状突出部上，且所述环状突出部的外径与所述第一聚焦环的外径相等，所述升降机构与所述第一聚焦环的下表面连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有晶片定位装置，所述晶片定位装置采用本发明提供的上述晶片定位装置。

本发明还提供一种晶片定位装置传动方法，在晶片完成加工后，所述方法包括以下步骤：

110)检测晶片是否位于加工位，同时检测第一聚焦环是否位于最低位；

120)当检测到晶片位于加工位，且第一聚焦环位于最低位时，驱动升降装置带动第一聚焦环升起至最高位,然后执行步骤130)；

120’)当检测到晶片没有位于加工位，和/或第一聚焦环没有位于最低位时，将晶片降落至加工位和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤110)；

130)顶针上升顶起晶片至取放位，以使晶片在上升过程中的偏差不超过所述第一聚焦环所限定的范围；

140)机械手取出晶片。

本发明还提供另一种晶片定位装置传动方法，在晶片加工前，所述方法包括以下步骤：

210)检测晶片是否已升起至取放位，同时检测第一聚焦环是否已降落至最低位；

220)当检测到晶片已升起至取放位，并且同时检测到第一聚焦环已降落至最低位时，机械手放置晶片,然后执行步骤230)；

220’)当检测到晶片没有升起至取放位，和/或检测到第一聚焦环没有降落至最低位时，则将晶片升起至取放位，和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤210)；

230)顶针带动晶片降落至加工位。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的晶片定位装置分为第一聚焦环和第二聚焦环两部分，并采用升降机构驱动所述第一聚焦环相对于所述第二聚焦环进行升降运动，当晶片加工完毕，需要从加工位上升至取放位时，所述第一聚焦环先升起，顶针再驱动晶片升起，由于升起到最高位的所述第一聚焦环的上表面高于升起到取放位的晶片的上表面，保证晶片由于去电荷和顶针升起产生的跳动也不会偏离这个高度差，而且晶片在升起过程中，由于顶针驱动的不平衡产生的水平偏差也被限定在所述第一聚焦环的内径范围内。当机械放置了晶片，晶片需要降落至加工位时，所述第二聚焦环的环形凸台，可以使晶片在偏离时沿所述环形凸台内侧壁的斜面滑落，保证晶片在加工位时的位置在正常范围内。通过第一聚焦环和第二聚焦环的配合，使得晶片在上升及下降过程中，均可以定位于正常的机械手取放位和加工位的范围内，保证工艺的有效性，提高生产效率。

附图说明

图1A为晶片位于加工位时现有聚焦环的结构示意图；

图1B为晶片位于取放位时现有聚焦环的结构示意图；

图2A为晶片位于加工位时本发明第一实施例提供的晶片定位装置的结构示意图；

图2B为晶片位于取放位时本发明第一实施例提供的晶片定位装置的结构示意图；

图3为图2B中X框图部分的放大图；

图4为本发明第二实施例提供的晶片定位装置的结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的晶片定位装置的结构示意图；

图6为本发明第四实施例提供的晶片定位装置的结构示意图；

图7为本发明提供的应用于晶片上升过程中的晶片定位装置传动方法；

图8为本发明提供的应用于晶片下降过程中的晶片定位装置传动方法。

图中：1-晶片；2-聚焦环；3-静电卡盘；4-基环；5-顶针；6-第一聚焦环；7-第二聚焦环；8-升降机构。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

图2A和图2B为本发明第一实施例提供的晶片定位装置结构示意图，其中，图2A是晶片位于加工位时，本发明第一实施例提供的晶片定位装置的结构示意图，图2B是晶片位于取放位时，本发明第一实施例提供的晶片定位装置的结构示意图。

请参阅图2A和图2B，本发明第一实施例提供的晶片定位装置包括第一聚焦环6，第二聚焦环7和升降机构8，所述第一聚焦环6和第二聚焦环7均为环形结构，所述第一聚焦环6套置于所述第二聚焦环7的外侧，所述升降机构8与所述第一聚焦环6连接，所述升降机构8用于带动所述第一聚焦环6的升降，所述第一聚焦环6在所述升降机构8的带动下相对于所述第二聚焦环7在竖直方向上下运动，其中，图2A是所述第一聚焦环6降落到最低位置时的结构示意图，图2B是所述第一聚焦环6在驱动装置8的驱动下升起到最高位后的结构示意图，所述第一聚焦环6在图2B中用于限定所述晶片的位置。

具体的，所述升降机构8包括驱动子机构和针状联动子机构，为保证所述升降机构8的平稳运行，所述针状联动子机构的数量为至少两个，所述针状联动子机构与所述第一聚焦环6连接，所述驱动子机构与所述针状联动子机构连接，所述针状联动子机构在所述驱动子机构的驱动下产生竖直方向的上下运动。在实际的应用中，所述升降机构8的驱动子机构可以与顶针5的驱动结构共用，所述升降机构8的针状联动子机构也可以与顶针5采用相同的材质或形状，从而降低零部件的制作和组装难度。当然,所述升降机构8的驱动子机构也可以是独立的,所述升降机构8的针状联动子机构也可以采用其他的材质或形状。

如图2A所示，第一实施例中的第一聚焦环6降落到最低位后的上表面和所述第二聚焦环7的上表面平齐，所述升降机构8与所述第一聚焦环6的下表面连接，由于所述升降机构8的驱动子机构与顶针5的驱动结构可以共用，所述升降机构8的针状联动子机构与顶针5也采用相同的材质或形状，本领域技术人员很容易理解的是，所述升降机构8的设置与顶针5及其驱动机构相同，因此所述升降机构8与其他部件之间的位置关系及连接关系，均可参照顶针5及其驱动机构，做相同的设置即可。

作为本发明一个优选的实施例，第一实施例中的第二聚焦环7的上表面沿其外侧壁边缘设置有一环形凸台，所述凸台的外侧壁沿所述第二聚焦环的外侧壁延伸，所述凸台的内侧壁为向内向下的斜面。

如图2B所示，第一实施例中的所述第一聚焦环6在所述升降机构8的带动下升起到最高位后，所述第一聚焦环6的上表面高于升起到取放位的晶片1的上表面，所述第一聚焦环6的内径大于同心放置的晶片1的外径。

为更好的说明第一实施例中第一聚焦环6和第二聚焦环7相对于晶片1的位置以及三者相互之间的距离关系，将图2B中的框图X部分放大为图3进行进一步的说明。

请参阅图3，第一实施例中，所述第一聚焦环6内径大于同心放置的晶片1，图中距离A为第一聚焦环6的内侧壁与晶片1的外径之间的距离，结合实际经验值，距离A的取值为3-5mm时，即，晶片1在上升过程中的水平偏差不能超过距离A所限定的范围，否则机械手无法完成取片。位于第二聚焦环7上表面外缘处的环形凸台,其内侧壁的斜面内径也要大于同心放置的晶片1外径，如图3所示，图中距离B为所述向内向下的斜面的内径与晶片1外径之间的距离差，此距离差取值为1-1.5mm，满足距离B限定范围内的晶片1可以满足工艺和机械手取放的需求，也是设备零部件组装和加工过程中需要保留的精度差。

如图3中所示，距离H为晶片1被顶针5顶起至取放位时，与静电卡盘3之间的距离。而距离C为晶片1位于取放位时上表面与所述第一聚焦环6位于最高位时上表面之间的距离差，所述距离C能够保证当晶片1在顶针5的驱动下上升时，如产生跳动，晶片1跳动的高度一般不会超过距离C，所述第一聚焦环6就可以将产生跳动的晶片1也限定在其内侧壁距离A所限定的范围之内。距离C根据实际的需求，设定为5-10mm。

同时，所述第二聚焦环7的上表面外缘处的环形凸台,其内侧壁的斜面，由于需要使晶片1产生偏离时沿所述向内向下的斜面滑落至下边缘限定的距离B的范围内，则所述斜面的角度，图中为角度α，在保证晶片1能够滑落的同时，角度不能过于倾斜而划伤晶片1，根据实际需求，角度a限定为120°-135°。

本发明第一实施例所提供的晶片定位装置，在第一聚焦环6和第二聚焦环7的相互配合下，能够使晶片1在上升和下降过程中，均可以被限定在正常的工艺范围和机械手取放范围内，从而保证晶片1的工艺加工和机械手的取放。

本发明第二实施例还提供一种晶片定位装置，如图4所示，第二实施例中第二聚焦环7的环形凸台内侧壁为垂直的,即第二聚焦环外缘呈阶梯状。

本发明第二实施例提供的晶片定位装置，在现有技术的基础上，能够保证晶片1在上升过程，对跳动产生的高度偏差和顶针5的不稳定运行导致的水平偏差进行限定，保证晶片1能够被机械手正常取放。

在第一实施例和第二实施例的基础上，本发明考虑到第一聚焦环6和第二聚焦环7之间存在的缝隙，可能导致在晶片1的加工过程中，静电卡盘3和基环4的部分表面会暴露从而导致设备损坏或工艺失败，本发明还提供了第三实施例和第四实施例以解决此问题。

图5为本发明第三实施例提供的晶片定位装置的结构示意图，是第一实施例的一个变形。

请参阅图5，所述第二聚焦环7沿外侧壁下部向外延伸形成环状突出部，所述第一聚焦环6叠置在所述环状突出部上，且所述环状突出部的外侧壁边缘与所述第一聚焦环6的外侧壁边缘在竖直方向平滑过渡，所述升降机构8与所述第一聚焦环6的下表面连接，所述升降机构8的设置与顶针5及其驱动机构相同。

本发明第三实施例提供的晶片定位装置能够在满足第一实施例作用的基础上，解决第一聚焦环6和第二聚焦环7之间的缝隙可能对静电卡盘3产生的损伤，是本发明一个最优选的实施例。

图6为本发明第四实施例提供的晶片定位装置的结构示意图，是第二实施例的一个变形，在第二实施例的基础上解决静电卡盘3可能暴露的问题。此处不再详述。

本发明实施例所提供的反应腔室，其通过本发明实施例提供的上述晶片定位装置，可以有效的解决晶片在机械手取放过程中和降落到加工位的过程中产生的偏差，降低晶片的损耗和设备的损耗，提高生产效率。

本发明还提供以上实施例所述聚焦环的传动方法，图7为本发明提供的在晶片完成加工后晶片定位装置的传动方法；图8为本发明提供的在晶片加工前晶片定位装置的传动方法。

如图7所示，在晶片完成加工后，所述方法包括以下步骤：

110)检测晶片是否位于加工位，同时检测第一聚焦环是否位于最低位；

120)当检测到晶片位于加工位，且第一聚焦环位于最低位时，驱动升降装置带动第一聚焦环升起至最高位,然后执行步骤130)；

120’)当检测到晶片没有位于加工位，和/或第一聚焦环没有位于最低位时，将晶片降落至加工位和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤110)；

130)顶针上升顶起晶片至取放位，以使晶片在上升过程中的偏差不超过所述第一聚焦环所限定的范围；

140)机械手取出晶片。

如图8所示，在晶片加工前，所述方法包括以下步骤：

210)检测晶片是否已升起至取放位，同时检测第一聚焦环是否已降落至最低位；

220)当检测到晶片已升起至取放位，并且同时检测到第一聚焦环已降落至最低位时，机械手放置晶片,然后执行步骤230)；

220’)当检测到晶片没有升起至取放位，和/或检测到第一聚焦环没有降落至最低位时，则将晶片升起至取放位，和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤210)；

230)顶针带动晶片降落至加工位。

本发明所提供的晶片定位装置的传动方法，给出了本发明提供的聚焦环在晶片上升过程和下降过程中与顶针等原有传送装置之间的相互控制方法，从而保证本发明实施例的安全使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种晶片定位装置，叠置于静电卡盘以及基环上用于晶片的定位，所述晶片在顶针的驱动下上升至取放位以使机械手取放晶片，所述晶片在顶针的驱动下下降至加工位以使晶片被加工，所述晶片定位装置，其特征在于：

包括第一聚焦环，第二聚焦环和升降机构，

所述第一聚焦环和第二聚焦环均为环形结构，所述第一聚焦环套置于所述第二聚焦环外侧，

所述升降机构与所述第一聚焦环连接，所述升降机构用于带动所述第一聚焦环的升降，所述第一聚焦环在所述升降机构的带动下相对于所述第二聚焦环在竖直方向上下运动，

所述第一聚焦环升起到最高位后用于限定所述晶片的位置。

2.如权利要求1所述的晶片定位装置，其特征在于，

所述第一聚焦环在所述升降机构的带动下升起到最高位后，所述第一聚焦环的上表面高于升起到取放位的晶片的上表面，且二者的垂直距离为5-10mm。

3.如权利要求1所述的晶片定位装置，其特征在于，

所述第一聚焦环的内径大于同心放置的晶片的直径6-10mm。

4.如权利要求1所述的晶片定位装置，其特征在于：

所述升降机构包括驱动子机构和针状联动子机构，

所述针状联动子机构的数量为至少两个，所述针状联动子机构与所述第一聚焦环的下表面连接，

所述驱动子机构与所述针状联动子机构连接，所述针状联动子机构在所述驱动子机构的驱动下产生竖直方向的上下运动。

5.如权利要求1所述的晶片定位装置，其特征在于：

所述第一聚焦环降落到最低位后，所述第一聚焦环的上表面和所述第二聚焦环的上表面平齐。

6.如权利要求1所述的晶片定位装置，其特征在于：

所述第二聚焦环的上表面沿其外缘设置有一环形凸台，所述凸台的外侧壁沿所述第二聚焦环的外侧壁延伸，所述凸台的内侧壁为向内向下的斜面，

所述斜面的内径大于同心放置的晶片外径2-3mm，

所述斜面与所述第二聚焦环上表面的水平夹角为120°-135°。

7.如权利要求5或6所述的晶片定位装置，其特征在于：

所述第二聚焦环沿外侧壁下部向外延伸形成环状突出部，所述第一聚焦环叠置在所述环状突出部上，且所述环状突出部的外径与所述第一聚焦环的外径相等，

所述升降机构与所述第一聚焦环的下表面连接。

8.一种反应腔室，其特征在于：包括如权利要求1-7任意一项所述的晶片定位装置。

9.一种传动方法，用于如权利要求1-7任意一项所述的晶片定位装置，其特征在于，在晶片完成加工后，所述方法包括以下步骤：

110)检测晶片是否位于加工位，同时检测第一聚焦环是否位于最低位；

120)当检测到晶片位于加工位，且第一聚焦环位于最低位时，驱动升降装置带动第一聚焦环升起至最高位,然后执行步骤130)；

120’)当检测到晶片没有位于加工位，和/或第一聚焦环没有位于最低位时，将晶片降落至加工位和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤110)；

130)顶针上升顶起晶片至取放位，以使晶片在上升过程中的偏差不超过所述第一聚焦环所限定的范围；

140)机械手取出晶片。

10.一种传动方法，用于如权利要求1-7任意一项所述的晶片定位装置，其特征在于，在晶片加工前，所述方法包括以下步骤：

210)检测晶片是否已升起至取放位，同时检测第一聚焦环是否已降落至最低位；

220)当检测到晶片已升起至取放位，并且同时检测到第一聚焦环已降落至最低位时，机械手放置晶片,然后执行步骤230)；

220’)当检测到晶片没有升起至取放位，和/或检测到第一聚焦环没有降落至最低位时，则将晶片升起至取放位，和/或将第一聚焦环降落至最低位，然后返回步骤210)；

230)顶针带动晶片降落至加工位。