CN100341129C - 晶圆中心校正器及校正方法 - Google Patents

Abstract

一种晶圆中心校正器，用以校正反应室内静电吸盘与聚焦环的组装误差，聚焦环是一横截面呈L形的环状结构，套置于静电吸盘外侧，其中L形上部为聚焦环的第一环壁，而L形底部为聚焦环的第二环壁，该校正器包括：一本体；弧形底肋，位于该本体的一侧，该底肋的曲率半径与静电吸盘及聚焦环的曲率半径相同，底肋宽度等于聚焦环的第一环壁与静电吸盘之间的间距，并适足以放置在静电吸盘与该聚焦环之间的环形间隙中，底肋厚度大于聚焦环的第一环壁的厚度；本发明可使静电吸盘及聚焦环间保持一良好均匀的环形间隙，大幅提升反应室内晶圆反应的均一性；且快速、简便，以一种经济、有效方式解决了因静电吸盘及聚焦环的人为组装差异造成的晶圆反应不均一的问题。

Description

晶圆中心校正器及校正方法

技术领域

本发明涉及半导体的制作技术，特别是有关于一种用于晶圆沉积或晶圆蚀刻机台的晶圆中心校正器及校正方法。

背景技术

随着二十一世纪的到来，半导体产业的科技也不断的发展，不但早已进入次微米的时代，未来更朝向奈米时代迈进。为了因应各项电子产品越做越小，功能越做越强的趋势，不仅半导体制程中的晶圆大小由8英寸迈向现今的10英寸晶圆，制程线宽也由原先的0.18微米制程而达到现今的0.13微米制程。而伴随这股晶片越用越大，元件越做越小的趋势而来的，便是对制程中各种不同环节的技术要求。可以想见，因为元件越来越小，对制程中各顼参数的细微变化必定会更敏感，原先可以容许的制程条件误差，在元件体积大幅缩小后，可能会对元件的性能造成极大的影响，因此，为达到良好的元件性能，对制程条件的要求必会日趋严谨。制程条件的包含范围极广，就半导体设备而言，制程条件的控制包含了反应温度、晶圆冷却效果、反应室压力及晶圆反应均一性等等，皆直接深切影响产晶的良率。而本发明所提出的晶圆中心校正器(wafer centercalibrator)就是为改善晶圆反应均一性而构思设计的装置。

一般而言，半导体制程中包含了沉积(deposition)、微影(photolithography)、蚀刻(etching)等主要步骤。图1所示是一套典型半导体制程的示意图，待加工的晶圆(未在图示中)自负载室(Load lock)12被机器臂14取出，先置于转换室(Transfer Chamber)16中清洗处理(cleaning)，以去除晶圆表面的氧化物，再由机器臂14移至处理室(ProcessChamber)18中进行半导体制程。通常在处理室18中所进行的制程可以是蚀刻反应或沉积反应，以干式等离子蚀刻为例，图2所示是一等离子蚀刻反应室的侧视图，将要被蚀刻的晶圆20被置于隔板(Baffle Plate)22上，隔板22之下是阴极24，反应气体26自反应室18上方通入，经阳极28、阴极24间的电场作用而游离成等离子，其中带正电的离子向阴极24方向移动并与隔板22上的晶圆20反应产生蚀刻作用。图3所示是等离子蚀刻反应室中晶圆负载端的侧视图，其中晶圆(未在图示中)直接置放于静电吸盘(electrostatic chuck，ESC)30之上，静电吸盘30是一圆盘形底座，用以承载并吸附晶圆(未在图示中)，聚焦环(Focus Ring)32是一横截面呈L形的环状结构，其直径略大于静电吸盘30，且L形底部的厚度H2略小于静电吸盘30的厚度H1，并可套置于静电吸盘30外侧。藉此，将被蚀刻的晶圆(未在图示中)可被局限在聚焦环32的环壁范围内，并与静电吸盘30的中心大致对焦，以方便机器臂14作业并提升晶圆(未在图示中)反应的均一性。一般而言，聚焦环32是由操作员套置于静电吸盘30的机台上，显然的，聚焦环32与静电吸盘30间的相对位置很难达到理想状态的同心环。图4所示是正在进行蚀刻的反应室侧视图，其中聚焦环32与静电吸盘30的左右边缘间距A、B不相等乃是由于聚焦环32与静电吸盘30的相对位置未成同心环所致，也间接使得晶圆20与聚焦环32的边缘间距不等。由于蚀刻速率与效果直接受等离子浓度影响，而等离子浓度又与电场分布直接相关，因此在图4所示的蚀刻过程中晶圆20两端的蚀刻效果将因等离子在晶圆20两端的浓度不一而变化，更明确的说，由于聚焦环32与静电吸盘30的左右边缘间距A大于B，因此在晶圆20边缘C端的蚀刻速率将大于在边缘D端的蚀刻速率。并且，由于人为组装的差异皆不相同，因此每次因机台组装或维护而须重置聚焦环32后所造成的蚀刻不均匀程度也不尽相同。除了蚀刻制程之外，在一般沉积反应的制程中，例如等离子化学气体沉积(Plasma-Enhanced Pressure Chemical VaporDeposition，PECVD)，亦会因等离子气体的分布不均而影响晶圆反应的均一性。为解决此一问题，一种现行的校正方法是在每次聚焦环与静电吸盘机台重置后先放入第一片晶圆到反应室内，作为校正测试之用，并根据该第一片晶圆蚀刻后经仪器量测的数据来了解聚焦环偏移静电吸盘的相对位置，据以微调聚焦环与欲蚀刻晶圆对静电吸盘的相对位置。

然而上述做法不仅程序繁复，每次机台组装后又须再重复量测及微调的程序，且所能达到降低晶圆反应不均匀性的效果又不尽理想，因此仍需要一种简单、有效的校正方法，不仅能有效降低晶圆反应的不均一性，并能大幅减少校正程序的繁复步骤。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种晶圆中心校正器及校正方法，用以校正晶圆沉积或晶圆蚀刻反应室内静电吸盘与聚焦环的相对位置，以提升反应室内晶圆沉积或晶圆蚀刻的反应均一性，并大幅简化静电吸盘与聚焦环间的校正程序。

为达成上述目的，本发明提出一种晶圆中心校正器，用以校正反应室内静电吸盘与聚焦环的组装误差，聚焦环是一横截面呈L形的环状结构，套置于静电吸盘外侧，其中L形上部为聚焦环的第一环壁，而L形底部为聚焦环的第二环壁，其中该校正器包括：一本体；底肋，位于该本体的一侧，该底肋为弧形，该底肋的曲率半径与静电吸盘及聚焦环的曲率半径相同，底肋的宽度等于聚焦环的第一环壁与静电吸盘之间的间距，并适足以放置在静电吸盘与该聚焦环之间的环形间隙中，底肋的厚度大于聚焦环的第一环壁的厚度。

综上，本发明的晶圆中心校正器，至少包含一弧形的晶圆中心校正器底肋，该弧形底肋的曲率半径与静电吸盘及聚焦环的曲率半径相同，且该底肋的厚度及宽度是对应于静电吸盘及聚焦环所形成的近似环形间隙，在使用时将晶圆中心校正器置于静电吸盘及聚焦环上，使晶圆中心校正器底助置入静电吸盘及聚焦环所形成的近似环形间隙内，然后旋转晶圆中心校正器使底肋在静电吸盘及聚焦环所形成的近似环形间隙内旋转一周，通过旋转过程中晶圆中心校正器底肋与静电吸盘及聚焦环间的摩擦、接触及推移，可使静电吸盘及聚焦环间保持一良好均匀的环形间隙，大幅提升反应室内晶圆反应的均一性；此外，本发明的晶圆中心校正方法快速、简便，以一种经济、有效的方式解决了因静电吸盘及聚焦环的人为组装差异造成的晶圆反应不均一的问题。

附图说明

图1所示是一套典型半导体制程的示意图；

图2所示是一等离子蚀刻反应室的侧视图；

图3所示是等离子蚀刻反应室中晶圆负载端的侧视图；

图4所示是正在进行蚀刻的反应室侧视图；

图5是本发明晶圆中心晶圆中心校正器的侧视图；

图6是本发明晶圆中心晶团中心校正器的上视图；

图7是本发明晶圆中心晶圆中心校正器的下视图；

图8A-图8C所示是聚焦环与静电吸盘形成环形间隙的示意图；

图9A-图9B所示是常见蚀刻制程的示意图；及

图10所示是经本发明的晶圆中心校正器校正后被蚀刻晶圆的各项量测数据。

具体实施方式

本发明所提出晶圆中心校正器的较佳实施例将会详细叙述如下，然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛的在其他的实施例施行，且本发明的范围不受限定，具以本发明的权利要求书的专利范围为准。

本发明的晶圆中心校正器，用于校正蚀刻或沉积反应室内聚焦环的组装误差，其至少包含一弧形的晶圆中心校正器底肋，该弧形底肋的曲率半径与静电吸盘及聚焦环的曲率半径相同，在使用时将晶圆中心校正器置于静电吸盘及聚焦环上，使晶圆中心校正器底肋置入静电吸盘及聚焦环所形成的近似环形间隙内，当晶圆中心校正器旋转一周后，可使静电吸盘及聚焦环间保持一良好均匀的环形间隙，大幅提升反应室内晶圆反应的均一性。

本发明的晶圆中心校正器的一较佳实施例，如图5、图6及图7所示，图5是此晶圆中心校正器的侧视图，图6是此晶圆中心校正器的上视图，图7是此晶圆中心校正器的下视图。本发明的晶圆中心校正器为一形似锅盖的结构，包含了一晶圆中心校正器本体34、一晶圆中心校正器握把36、及两条弧形的晶圆中心校正器底肋38，其中晶圆中心校正器本体34是一轮廓为龟甲形的平板，用以连接晶圆中心校正器握把36及晶圆中心校正器底肋38，该龟甲形是由一组平行对边及一组圆弧所构成，此组晶圆中心校正器本体圆弧的曲率半径约略与晶圆中心校正器底肋38的曲率半径相当。如图7所示，两条晶圆中心校正器底肋38分别沿晶圆中心校正器本体圆弧设置，且与晶圆中心校正器握把36恰位于晶圆中心校正器本体34的相对两侧。如图5所示，聚焦环32置于静电吸盘30承座，由于聚焦环32的截面为L形，将L形底部定义为聚焦环的第二环壁322，而L形上部定义为聚焦环的第一环壁321。因聚焦环第二环壁322的内径大于静电吸盘30直径，且第二环壁322的厚度略低于静电吸盘30的厚度(以避免第二环壁322卡到晶圆20)，因此聚焦环32的第一环壁321、第二环壁322及静电吸盘30间会形成一近似环形的沟隙，其中此处所指的近似环形乃是由前述的聚焦环32人为组装差异所造成。在使用晶圆中心校正器时，将晶圆中心校正器置于静电吸盘30及聚焦环32上，使晶圆中心校正器底肋38能置入静电吸盘30及聚焦环32的第一环壁321、第二环壁322所形成的近似环形间隙内，其中晶圆中心校正器弧形底肋38的曲率半径与前述理想环形间隙的曲率半径相符。此时旋转晶圆中心校正器使底肋38在静电吸盘30及聚焦环32的第一环壁321、第二环壁322所形成的近似环形间隙内旋转一周，因晶圆中心校正器底肋38的宽度是依协理想状况下静电吸盘30及聚焦环32所成的理想环形间隙所设计，而前述近似环形间隙的间隙大小不一，因此在旋转过程中当晶圆中心校正器底肋38转至间隙较窄处，必须稍加用力将聚焦环壁321推移，以利晶圆中心校正器底肋38通过。因此，在晶圆中心校正器旋转一周后，籍着旋转过程中晶圆中心校正器底肋38与静电吸盘30及聚焦环的第一环壁321间的摩擦、接触及推移，可使静电吸盘30及聚焦环32间保持一良好均匀的环形间隙，大幅提升反应室内晶圆反应的均一性。

另外，为使上述校正机制能正常运作，晶圆中心校正器底肋38的各项参数必须另加说明。图8A所示是理想状况下聚焦环32与静电吸盘30形成环形间隙的示意图，其中聚焦环32第一环壁321与静电吸盘30的间距为W；图8B所示是另一极端情形，在此状况下聚焦环32完全偏离静电吸盘30以致聚焦环壁322上一点直接接触静电吸盘30，此时聚焦环32与静电吸盘30的最大间隙为2W；图8C所示是一般状况下聚焦环32与静电吸盘30的相对位置，其中斜线部分是晶圆中心校正器底肋38，可看出晶圆中心校正器底肋38的宽度应约略等于W，例如，在本实施例中的2.5厘米；若太宽则底肋38无法放进聚焦环32与静电吸盘30的近似环形间隙内，太细则即使底肋38可自由旋转一周，聚焦环32仍可能偏离静电吸盘30，导致校正效果不佳。此外，虽然在本实施例中晶圆中心校正器底肋38是两条相对的弧形底肋，但在其他实施例中晶圆中心校正器底肋还可以是一条相对的弧形的形式，但为能稳固支持晶圆中心校正器并能稳定旋转，该单一底肋的弧长须至少大于前述理想环形间隙的二分的一圆周长。另一方面，由前述可知本晶圆中心校正器的校正原理是来自晶同中心校正器底肋38与聚焦环壁321的摩擦推移以调整间隙，因此底肋38较长，与聚焦环壁321的接触面积较大，旋转一圈得到的校正效果也较好。然而另一方面，晶圆中心校正器底肋38的弧长越长，底肋38越不易放入前述近似环形间隙内(亦即，越须先调整聚焦环32相对位置，使间隙较接近理想环形才易将底肋38放入)。因此，在本较佳实施例中两条晶圆中心校正器底肋38是满足两底肋弧长相加大于前述理想环形间隙二分的一圆周长的条件。除此之外，晶圆中心校正器本体的形状、厚度、晶圆中心校正器握把的形式，乃至于晶圆中心校正器旋转的方式皆无特别的限制，惟独晶圆中心校正器底肋的厚度须大于聚焦环第一环壁321的厚度，例如，本较佳实施例中的2厘米，以利晶圆中心校正器旋转，此聚焦环第一环壁321的厚度，亦即晶圆中心校正器底肋38接触聚焦环32的底面向上算起聚焦环32的厚度。在本较佳实施例中，晶圆中心校正器是以工程用塑胶制成，然而在其他实施例中亦可以其他坚固不易腐蚀的材质制作。此外必须一提的是有些材质，例如特富龙，因为容易因摩擦产生细屑而影响反应室之洁净度，因此不适宜用来制作本发明之晶圆中心校正器。

图9所示是常见蚀刻制程的示意图。如图9A所示是蚀刻前的晶圆示意图，其中BSG 40是硼硅玻璃(Borosilicate Glass)，在此作为抵挡蚀刻并定义蚀刻图案的光阻，氮化硅(SiN)在此作为要被蚀刻的薄膜42，硅则是晶圆底材44。图9B所示是蚀刻后的晶圆示意图，其中BSG残留是蚀刻后的BSG 40的厚度；硅深度(Si Depth)46是指被蚀刻的硅底材44深度；第一深度(1st depth)48是蚀刻后的薄膜42厚度，亦即氮化硅(SiN)42表面至硅底材44表面的深度；第一颈宽(1st Neck)50是氮化硅(SiN)42、硅底材44界面被蚀衷的宽度；底径(Bottom)52则是硅底材44被蚀刻部分最底层的宽度。显然的，若晶圆20边缘的蚀刻反应均一性良好，则在相同制程条件下每次蚀刻所量得的上述各项数据均不应有太大差异。为此，自90年12月13日至91年1月22日共进行15次测试，每次测试时在晶圆边缘处等间距取13点，分别量取该13点的BSG厚度、硅深度、第一深度、第一径宽及底径，再分别求取平均值，如图10所示，其中除BSG厚度单位为埃(A)外，其余数据单位皆为微米(μm)。在图10最后三行：平均值代表此15次测试数据的平均值，差异值代表此15次测试数据的标准差，一般误差代表未使用本发明的晶圆中心校正器前各项数据的误差范围。由各项数据平均值及一般误差的比较可显而易见，本发明的晶圆中心校正器可确实提升晶圆反应的均一性，同时由各项数据平均值及差异值的比较亦可明显看出本发明的晶圆中心校正器不仅使用简易，且每次机台组装后使用本发明的晶圆中心校正器校正的效果都相当接近，可有效降低聚焦环因人为组装所造成的差异问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种晶圆中心校正器，用以校正反应室内静电吸盘与聚焦环的组装误差，聚焦环是一横截面呈L形的环状结构，套置于静电吸盘外侧，其中L形上部为聚焦环的第一环壁，而L形底部为聚焦环的第二环壁，其特征是：该校正器包括：

一本体，具有一第一侧，该第一侧朝向静电吸盘；

底肋，位于该本体的该第一侧，该底肋为弧形，该底肋的曲率半径与静电吸盘及聚焦环的曲率半径相同，底肋的宽度等于聚焦环的第一环壁与静电吸盘之间的间距，并适足以放置在静电吸盘与该聚焦环的第一环壁之间的环形间隙中，底肋的厚度大于聚焦环的第一环壁的厚度。

2.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述底肋为两条，两个底肋的弧长总和大于该环形间隙的二分之一周长。

3.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述底肋为一条，其弧长大于该环形间隙的二分之一周长。

4.如权利要求1所述的校正器，其特征是：还包含一把手，位于该本体的另一侧。

5.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述本体的形状为龟甲状四边形，由一组等长平行对边及两曲率相同的对称外凸圆弧构成。

6.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述底肋的材质为工程塑胶。

7.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述反应室为蚀刻反应室。

8.如权利要求1所述的校正器，其特征是：上述反应室为沉积反应室。

9.一种通过权利要求1所述的校正器实现的晶圆中心校正方法，用于在反应室中校正静电吸盘与聚焦环使其成为同心圆，其特征是：该方法包含以下步骤：

将权利要求1所述的校正器置于该静电吸盘以及该聚焦环上，使得该校正器的底肋适足以放置在该反应室中的静电吸盘与该聚焦环的第一环壁之间的环形间隙中；

将该校正器旋转，使得在该静电吸盘与该聚焦环之间形成均匀的环形间隙，该静电吸盘与该聚焦环成为同心圆。

10.如权利要求9所述的方法，其特征是：上述校正器至少旋转一周。

11.如权利要求10所述的方法，其特征是：上述底肋的材质为工程塑胶。

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