一种用于在cvd反应腔体中校准硅片位置的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法，该方法包括：从原点沿第一方向移动硅片，当检测到该硅片的背压大于预定值时，停止移动，并将该移动的距离记录为第一移动距离；将硅片移动回该原点，从该原点沿与第一方向相反的第二方向移动硅片，当检测到该硅片的背压大于该预定值时，停止移动，并将该移动的距离记录为第二移动距离；计算该第一移动距离和该第二移动距离的平均值，即纵向距离平均值；根据该纵向距离平均值确定所述硅片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置，其中，第一方向和第二方向分别为相对于CVD反应腔体向内的方向和向外的方向中的一个。此校准硅片位置的方法大大简化了调整工序，提高了工作效率。
【专利说明】—种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法。
【背景技术】
[0002]CVD(化学气相沉积)技术，例如钨CVD是半导体器件制备中的一种常见技术。具体包括把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应腔体，在一定的反应室环境下，在某一温度的娃片表面使源材料发生化学反应生成半导体薄膜的过程。在不同的气体成分比例、温度和真空度等物理条件下膜的材质、性能不同。需要把硅片置于反应腔体中，加热器上，在通过真空获得设备进行抽真空、通过加热设备进行加热等过程之后在反应腔体内的真空、高温环境下进行CVD工艺。
[0003]通常，硅片在CVD反应腔体内是通过对硅片背侧抽真空而将其吸附并固定至加热器上的。具体地，加热器中设有开孔，用于通过真空获得设备在硅片背侧抽吸真空(硅片背侧的压力称为背压)，加热器周围有一个用于限位的导气环(图中未示出)。如果硅片被传送到反应腔体中后不位于反应腔体中的加热器的中央位置，尤其是由于硅片位置的偏差而导致硅片被架在导气环上，则背压会升高，导致硅片不能被牢固地吸附固定，也就是，硅片需要正确地定位在加热器的中心，以保证硅片与导气环在各方向上的间隙均匀，从而背压小于预定值，从而硅片能够被牢固地吸附固定至加热器。针对此问题，工艺系统的电控部分会在背压大于预定值时发出背压故障报警。背压故障报警是例如钨CVD工艺中最常出现的报目，
[0004]针对该背压故障报警，现有技术的处理方法是:当频繁出现背压故障报警时，停止CVD工艺过程，停止加热过程，将硅片降温，对反应腔体进行降温维护，使反应腔体升压至大气，移除反应腔体的不透明顶盖，更换为透明顶盖，并通过透明顶盖观察反应腔体内部而重新调整硅片的传送位置(该调整过程中需要将反应腔体和相关的其他真空室抽到真空环境)。之后换回不透明顶盖，对反应腔体抽真空，将加热器加热以升温，对反应腔体进行维护后测试。进行降温及升压的工作是因为在反应腔体的高温环境以及真空环境下无法进行顶盖更换的工作。然而，由于CVD工艺过程中反应腔体的温度较高，降温、充气、降温维护、调整硅片位置、抽真空、再加热、维护后测试的时间将会非常长，大大影响了工作效率。例如钨CVD的CVD工艺时温度为约425°C，则降温、充气、降温维护、调整硅片位置、抽真空、再次升温、维护后测试至CVD所需要的温度大约共需要20小时。
[0005]因此，需要提供一种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法，该方法包括:从原点沿第一方向移动硅片，当检测到该硅片的背压大于预定值时，停止移动，并将该移动的距离记录为第一移动距离；将硅片移动回该原点，从该原点沿与第一方向相反的第二方向移动硅片，当检测到该硅片的背压大于该预定值时，停止移动，并将该移动的距离记录为第二移动距离；计算该第一移动距离和该第二移动距离的平均值，即纵向距离平均值；根据该纵向距离平均值确定硅片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置，其中，第一方向和第二方向分别为相对于CVD反应腔体向内的方向和向外的方向中的一个。
[0007]优选地，该第一移动距离和该第二移动距离的单位为移动步数或移动步数的整数倍，每个移动步的距离相等。
[0008]优选地，每个移动步的距离为0.01-0.02mm。
[0009]优选地，使用步进电机进行对硅片的移动。
[0010]优选地，该预定值为0.5-5Torr0
[0011]优选地，该预定值为2.5Torr。
[0012]优选地，在根据纵向距离平均值确定硅片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置的步骤之后，还包括:从初始位置沿第一旋转方向移动硅片，当检测到硅片的背压大于预定值时，停止移动，并将该移动的距离记录为第三移动距离；将硅片移动回该初始位置，从该初始位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向移动硅片，当检测到该硅片的背压大于该预定值时，停止移动，并将该移动的角度记录为第四移动距离；计算该第三移动距离和该第四移动距离的平均值，即横向距离平均值；根据横向距离平均值确定硅片沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的位置，其中，第一旋转方向和第二旋转方向分别为用于带动硅片的机械手臂的顺时针和逆时针旋转方向中的一个。
[0013]优选地，该第三移动距离和该第四移动距离的单位为旋转步数或旋转步数的整数倍，每个旋转步的角度相等。
[0014]优选地，每个旋转步的角度为0.002-0.004度。
[0015]优选地，使用步进电机进行对硅片的移动。
[0016]优选地,该预定值为0.5-5Torr。
[0017]优选地，该预定值为2.5Torr0
[0018]本发明具有以下技术效果:
[0019]在本发明的校准硅片位置的方法中，分别从原点沿相对于CVD反应腔体向内和向外的方向移动硅片至检测到硅片的背压大于预定值的位置，记录两次移动距离的平均值，即可得到沿向内和向外的方向硅片的校正后的位置。根据该平均值，即可确定硅片沿相对于CVD反应腔体向内/向外的方向的位置。此校准硅片位置的方法无须观察反应腔体内部，从而无须进行降温、重新升温以及其他相关的耗时的操作过程，大大简化了调整工序，提高了工作效率。且调整硅片的位置通过真空计读数和计算来进行，更加精确且简便，进一步提高了工作效率。
[0020]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0021]以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0023]图1示出了 CVD设备中硅片位置的示意图；
[0024]图2示出了根据本发明的第一实施例的用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法的流程示意图；
[0025]图3示出了根据本发明的第一实施例的用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法中计算距离平均值的方法的图表示意图；
[0026]图4示出了根据本发明的第二实施例的用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法的流程示意图；
[0027]图5示出了根据本发明的第二实施例的用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法中计算角度平均值的方法的图表示意图。
【具体实施方式】
[0028]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0029]为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0030]如图1所示，图中方向I为相对于反应腔体向内的方向(即硅片进入反应腔体的入口的方向)，方向O为相对于反应腔体室向外的方向(即娃片离开反应腔体的出口的方向)，硅片以标号I指示。如图2所示，在根据本发明的第一实施例中，用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法包括以下步骤:
[0031]步骤SlOl:从原点沿方向O移动硅片；
[0032]当检测到硅片的背压大于预定值时，进行步骤S102:停止移动，并将该移动的距离记录为第一移动距离Etj ;然后继续，
[0033]步骤S103:将硅片移动回原点；
[0034]步骤S104:从原点沿方向I移动硅片；
[0035]当检测到硅片的背压大于预定值时，进行步骤S105:停止移动，并将该移动的距离记录为第二移动距离E1 ;然后继续，
[0036]步骤S106:计算第一移动距离Etj和第二移动距离E1的平均值，即纵向距离平均值E= (EfE1)/2 ；
[0037]步骤S107:根据纵向距离平均值E确定硅片相对于CVD反应腔体向内的方向的位置(对之后的硅片进行CVD工艺时，驱动机械手臂将硅片带至该位置即可)。
[0038]其中，本文中的术语“原点”是指校准硅片位置之前硅片的位置；并且方向O与方向I相反。
[0039]可以理解，通过步骤S102和步骤S105，分别得到了从原点到硅片的背压大于预定值的临界点处的沿相反的两个方向的距离(匕、E1X这两个距离的和即硅片的背压大于预定值的两个临界点之间的距离。经历步骤S106后，即可根据纵向距离平均值E确定硅片相对于CVD反应腔体向内的方向的位置也就是两个临界点的正中。这样，就可以对硅片在进出CVD反应腔体方向上的偏移进行了精确的校准。此校准方法无须观察反应腔体内部而进行调整，从而无须停止加热过程，进行冷却反应腔体等其他多个操作。从而节省了降温、升压、降温维护、调整硅片位置、抽真空、再加热、维护后测试的时间，大大提高了工作效率。
[0040]虽然本实施例中先沿相对于CVD反应腔体向外的方向移动硅片(步骤S101)，再沿相对于CVD反应腔体向内的方向移动硅片(步骤S104)，以获得第一移动距离和第二移动距离，但是可以理解，也可以先沿相对于CVD反应腔体向内的方向移动硅片。
[0041]优选地，该第一移动距离Etj和该第二移动距离E1的单位为移动步数或移动步数的整数倍，每个移动步的距离相等。例如以移动5步作为单位进行移动。这样，只要通过控制保证每个移动步的距离相等，即可以移动步数或移动步数的整数倍为单位控制移动距离，简单方便。
[0042]更优选地，上述每个移动步的距离可以为0.01-0.02mm，例如可以为大约89个移动步对应Imm的移动距离。
[0043]另外，可以使用各种致动装置(例如电机)来控制硅片的上述移动，更优选地，可以使用步进电机进行对硅片的移动。可以理解，步进电机可以精确地控制移动步数，从而更精确地校准硅片位置。
[0044]此外，上述过程中需要两次判断的硅片背压的预定值优选地可以为0.5-5Τ01 ，更优选地，该预定值可以 例如为2.5Torr。
[0045]如图3所示，本实施例中，预定值为2.5Torr。从原点沿方向O移动硅片直至检测到硅片的背压大于2.5Torr，此时停止移动，并将该移动的距离记录为第一移动距离Ey然后将硅片移动回原点。再从原点沿方向I移动硅片直至检测到硅片的背压大于2.5Torr，此时停止移动，并将该移动的距离记录为第二移动距离E”计算第一移动距离Etj和第二移动距离E1的平均值，即纵向距离平均值E=(匕+&)/2。从而可以根据纵向距离平均值E确定娃片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置。
[0046]如图4所示，在根据本发明的第二实施例中，用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法中，步骤S201-S207分别与第一实施例中的步骤S101-S107相同，在此不再赘述。与第一实施例不同的是，本实施例中，在步骤S207之后还包括以下步骤:
[0047]步骤S208:从初始位置沿顺时针方向CW移动硅片；
[0048]当检测到硅片的背压大于预定值时，进行步骤S209:停止移动，并将移动的距离记录为第三移动距离Ecw ；
[0049]步骤S210:将硅片移动回初始位置；
[0050]步骤S211:从初始位置沿逆时针方向CCW移动硅片；
[0051]当检测到硅片的背压大于预定值时，进行步骤S212:停止硅片的旋转，并将移动的距离记录为第四移动距离Eccw ；
[0052]步骤S213:计算第三移动距离Ecw和第四移动距离Ercw的角度平均值，即横向距离平均值 E’ = (ECff+ECCff) /2 ;以及
[0053]步骤S214:根据该横向距离平均值E’确定硅片沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的位置(对之后的硅片进行CVD工艺时，驱动机械手臂将硅片带至该位置即可)。
[0054]其中，本文中的术语“初始位置”是指在经历了步骤S207之后根据纵向距离平均值E所确定的硅片的位置；并且本文中的术语“旋转”是指用于带动硅片的机械手臂的顺时针和逆时针旋转。
[0055]可以理解，在相对于CVD反应腔体向内/向外的方向对硅片位置进行校准后，通过步骤S209和步骤S212，分别得到了从初始位置到硅片的背压大于预定值的临界点处的沿相反的两个方向的移动距离(Ε?、Ε_)。这两个移动距离的和即硅片的背压大于预定值的两个临界点之间的距离。经历步骤S213后，即可根据距离平均值Ε’确定硅片沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的位置，也就是两个临界点的正中。这样，就进一步对硅片在沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的偏移进行了精确的校准。与第一实施例相同地，此校准方法无须观察反应腔体内部而进行调整，从而无须停止加热过程，进行冷却反应腔体等其他多个操作。从而节省了降温、升压、降温维护、调整硅片位置、抽真空、再加热、维护后测试的时间，大大提高了工作效率。
[0056]虽然本实施例中先沿顺时针方向CW旋转硅片(步骤S208 )，再沿逆时针方向CCW旋转硅片(步骤S211)，以获得第三移动距离Ecw和第四移动距离Eraf,但是可以理解，也可以先沿逆时针方向CCW旋转硅片，再沿顺时针方向CW旋转硅片。
[0057]优选地，可以以旋转步数或旋转步数的整数倍作为第三移动距离E?和第四移动距离Era的单位，每个旋转步的距离相等。例如以旋转5步作为单位进行旋转。这样，只要通过控制保证每个旋转步的旋转角度相等， 即可以旋转步数或旋转步数的整数倍为单位控制旋转角度，简单方便。
[0058]更优选地，上述每个移动步的实际角度可以为0.002-0.004度。
[0059]另外，可以使用各种致动装置(例如电机)来控制硅片的上述移动，更优选地，可以使用步进电机控制硅片的移动。可以理解，步进电机可以精确地控制移动步数，从而更精确地校准硅片位置。
[0060]此外，上述过程中需要两次判断的硅片背压的预定值优选地可以为0.5-5Τorr，更优选地，该预定值可以例如为2.5Torr。
[0061]如图3所示，本实施例中，预定值为2.5Torr0从初始位置沿顺时针方向CW移动硅片直至检测到硅片的背压大于2.5Torr，此时停止移动，并将该移动的距离记录为第三移动距离E?。然后将硅片移动回初始位置。再从初始位置沿逆时针方向CCW移动硅片直至检测到硅片的背压大于2.5Torr,此时停止移动，并将该移动的距离记录为第四移动距离Ercw。计算第三移动距离E?和第四移动距离Ercw的平均值，即横向距离平均值E’= (ECff+ECCff)/20从而可以根据该横向距离平均值E’确定硅片沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的位置。
[0062]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【权利要求】
1.一种用于在CVD反应腔体中校准硅片位置的方法，其特征在于，包括: 从原点沿第一方向移动硅片，当检测到所述硅片的背压大于预定值时，停止所述移动，并将所述移动的距离记录为第一移动距离； 将所述硅片移动回所述原点，从所述原点沿与所述第一方向相反的第二方向移动硅片，当检测到所述硅片的背压大于所述预定值时，停止所述移动，并将所述移动的距离记录为第二移动距离； 计算所述第一移动距离和所述第二移动距离的平均值，即纵向距离平均值； 根据所述纵向距离平均值确定所述硅片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置， 其中，所述第一方向和所述第二方向分别为相对于CVD反应腔体向内的方向和向外的方向中的一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一移动距离和所述第二移动距离的单位为移动步数或移动步数的整数倍，每个移动步的距离相等。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个所述移动步的距离为0.01-0.02mm。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用步进电机进行对所述硅片的移动。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值为0.5-5Torr0
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值为2.5Torr0
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述纵向距离平均值确定所述硅片沿相对于CVD反应腔体向内的方向的位置的步骤之后，还包括: 从初始位置沿第一旋转方向移动所述硅片，当检测到所述硅片的背压大于所述预定值时，停止所述移动，并将所述移动的距离记录为第三移动距离； 将所述硅片移动回所述初始位置，从所述初始位置沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向移动所述硅片，当检测到所述硅片的背压大于所述预定值时，停止所述移动，并将所述移动的距离记录为第四移动距离； 计算所述第三移动距离和所述第四移动距离的平均值，即横向距离平均值； 根据所述横向距离平均值确定所述硅片沿与相对于CVD反应腔体向内的方向垂直的方向的位置， 其中，所述第一旋转方向和所述第二旋转方向分别为用于带动所述硅片的机械手臂的顺时针和逆时针旋转方向中的一个。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三移动距离和所述第四移动距离的单位为旋转步数或旋转步数的整数倍，每个旋转步的角度相等。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每个所述旋转步的角度为0.002-0.004度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用步进电机进行对所述硅片的移动。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定值为0.5-5Torr0
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定值为2.5Torr0
【文档编号】H01L21/68GK103633001SQ201210307976
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月27日 优先权日:2012年8月27日
【发明者】吕文亮 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司