CN111211031A - 聚焦环高度控制装置及具备其基板蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用通过电机而以上下方向运行的升降机顶升销而补偿聚焦环的倾斜度的聚焦环高度控制装置及具备其的基板蚀刻装置。聚焦环高度控制装置包括：聚焦环；第一升降机顶升销，从一侧上升而与聚焦环接触；及第二升降机顶升销，从另一侧上升而与聚焦环接触，其中，第一升降机顶升销与第二升降机顶升销上升，直至全部与聚焦环接触时为止，而补偿聚焦环的倾斜度。

Description

聚焦环高度控制装置及具备其基板蚀刻装置
技术领域
本发明涉及一种调节形成于基板的边缘的聚焦环的高度的聚焦环高度控制装置及具备其的基板蚀刻装置。
背景技术
半导体元件通过在晶片(wafer)上形成规定的图案而制造。在晶片上形成规定的图案时，连续执行沉积工艺(depositing process)、光刻工艺(lithography process)、蚀刻工艺(etching process)等各种工艺。
现有技术文献
【专利文献】
韩国公开专利第10-2007-0008980号(公开日:2007.01.18.)
发明的内容
发明要解决的问题
在蚀刻工艺中，在对安装在静电卡盘(ESC；Electro-Static Chuck)上的晶片进行蚀刻时，在晶片的边缘形成聚焦环(focus ring)。聚焦环起到减少因不均匀的等离子体分布而产生的晶片的蚀刻不均匀度的作用。
但因在晶片被蚀刻时，聚焦环也能够被蚀刻，由此，在晶片的蚀刻工艺之后，需要调节聚焦环的高度而按被蚀刻的聚焦环的高度程度进行补偿的技术。
本发明中要解决的课题为提供一种聚焦环高度控制装置及具备其的基板蚀刻装置，利用通过电机(motor)而以上下方向运行的升降机顶升销(lift pin)，而补偿聚焦环的倾斜度。
本发明的课题并非通过上述言及的课题限制，未言及的或其它课题通过下面的记载而使本发明技术人员明确理解。
用于解决问题的技术方案
用于实现所述课题的本发明的聚焦环高度控制装置的一方面(aspect)，包括：聚焦环(focus ring)；第一升降机顶升销，从一侧上升而与所述聚焦环接触；及第二升降机顶升销，从另一侧上升而与所述聚焦环接触，其中，使所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销上升，直至全部与所述聚焦环接触时为止，而补偿所述聚焦环的倾斜度。
所述聚焦环，所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销由导电性物质形成。
所述导电性物质为碳化硅(SiC)与二氧化钛(TiO2)中的任一个。
所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销进行电连接，基于在所述聚焦环、所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销之间是否构成闭合电路，判断所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销是否全部与所述聚焦环接触。
所述聚焦环高度控制装置还包括：电信号施加部，设置在电连接所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销的配线上，施加电信号；及电信号测定部，设置在所述配线上，判断所述电信号是否流动，其中，利用所述电信号施加部与所述电信号测定部而判断所述闭合电路构成与否。
所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销以相同的速度持续上升，直至判断构成为所述闭合电路时为止。
所述聚焦环高度控制装置还包括：第一升降机顶升销运行控制部，以上下方向移动所述第一升降机顶升销；及第二升降机顶升销运行控制部，以上下方向移动所述第二升降机顶升销，其中，所述第一升降机顶升销运行控制部与所述第二升降机顶升销运行控制部具有步进式电机，并调节所述步进式电机的脉冲而控制所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销的移动距离。
用于实现所述课题的本发明的基板蚀刻装置的一方面包括：外壳；喷头，设置在所述外壳的内部，作为上部电极执行功能；基座，设置在所述外壳的内部，作为下部电极执行功能；静电卡盘(ESC)，设置在所述基座上，供安装基板(wafer)；及聚焦环高度控制装置，包括：聚焦环(focus ring)，以环绕所述基板的方式形成在所述基座上；第一升降机顶升销，从一侧上升而与所述聚焦环接触；及第二升降机顶升销，从另一侧上升而与所述聚焦环接触，其中，使所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销上升，直至全部与所述聚焦环接触时为止，而补偿所述聚焦环的倾斜度。
其它实施例的具体事项包含于具体说明及附图中。
附图说明
图1为简要显示基板蚀刻设备的一个实施形式的概念图；
图2为简要显示构成基板蚀刻设备的工艺腔体的一个实施形式的截面图；
图3为简要显示本发明的一个实施例的聚焦环高度控制装置的概念图；
图4为简要显示本发明的另一实施例的聚焦环高度控制装置的概念图；
图5为简要显示本发明的又一实施例的聚焦环高度控制装置的概念图；
图6为显示利用本发明的一个实施例的聚焦环高度控制装置而补偿聚焦环的高度的方法的流程图。
附图标记说明
100:基板蚀刻设备 110:导件
111:运送机器人 112:FOUP
113:有杆腔 120:负载锁定室
121:缓冲平台 130:移送腔体
131:运送机器人 140:工艺腔体
210:外壳 220:基座
230:静电卡盘 240:聚焦环
251:热媒体流路 252:气体流路
255:高频率电源 256:排气环
257:排气口 261:喷头
265:气体供应器 300:聚焦环高度控制装置
310:升降机顶升销 320:升降机顶升销运行控制部
330:电信号施加部 340:电信号测定部
351、352:开关元件
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选的实施例进行具体说明。本发明的优点及特征以及实现其的方法参照同附图一起而说明的实施例而变得明确。但本发明并非限定于下面公开的实施例，而能够以相互不同的各种形式实现，仅本实施例完全公开本发明，用于向本发明所属技术领域的普通技术人员完全告知发明的范围而提供，本发明仅通过权利要求范围定义。整个说明书相同的参照符号表示相同的构成要素。
元件(elements)或层处于不同的元件或层的“上(on)”或“上面(on)”包含直接处于其它元件或层上或在中间介有其它层或其它元件的情况。而对于称元件为“直接处于上(directly on)”或“直接处于上面”的情况，显示在中间未介有其它元件或层的情况。
空间上相对的用语即“下(below)”、“下面(beneath)”、“下部(lower)”、“上(above)”、“上部(upper)”等如显示于附图上所示，用于容易记述一个元件或构成要素与其它元件或构成要素的相互关系而使用。空间上相对的用语在对于显示于附图中的方向而使用时或运行时，应以按包含元件的相互不同的方向的用语理解。例如，对于翻转显示于附图的元件的情况，记述为其它元件的“下(below)”或“下面(beneath)”的元件被放置在其它元件的“上(above)”。因此，例示的用语即“下”全部包含下与上的方向。元件也能够按其它方向配置，由此，空间上相对的用语按配向解释。
即使用于叙述第一、第二等不同的元件、构成要素及/或部分而使用，但该多个元件、构成要素及/或部分未通过该多个用语限定。该用语仅将一个元件、构成要素或部分与其它元件、构成要素或部分区别而使用。因此，下面言及的第一元件、第一构成要素或第一部分在本发明的记述的思想内也能够指第二元件、第二构成要素或第二部分。
在本说明书中使用的用语为用于说明实施例，并非限制本发明。在本说明书中，单数型在文中未作特别言及的，也包含复数型。对于说明书中使用的“包括(comprises)”及/或“包含的(comprising)”所言及的构成要素、步骤、动作及/或元件未排除一个以上其它构成要素、步骤、动作及/或元件的存在或增加。
在不存在其它定义的情况下，本说明书中使用的所有用语(包含技术及科学用语)，在本发明所属技术领域中，按普通技术人员共同理解的意义使用。或者一般使用的词典定义的用语未作明确特别定义的，未以异常或夸张的形式解释。
下面，参照附图对本发明的实施例进行具体说明，在参照附图而进行说明时，与附图符号无关，相同或对应的构成要素赋予相同的参照符号，并省略对其的重复说明。
通过因聚焦环(focus ring)的蚀刻而产生的生产率降低解决方案，需要调节聚焦环的高度，而补偿直至达到被蚀刻的聚焦环的高度的技术。
为了提高生产率，应调节聚焦环的高度，以使聚焦环在静电卡盘(ESC；Electro-Static Chuck)上进行水平排列(align)。在聚焦环为向一侧方向倾斜的状态的情况下，构成等离子体的非对称原因，由此，晶片(wafer)的生产率低下。
本发明涉及一种利用通过电机(motor)而以上下方向运行的升降机顶升销(liftpin)而补偿聚焦环的倾斜度的聚焦环高度控制装置。并且，本发明涉及具有该聚焦环高度控制装置的基板蚀刻装置。下面，参照附图等而具体说明本发明。
图1为简要显示基板蚀刻设备的一个实施形式的概念图。
基板蚀刻设备100为对多个基板(例如，晶片)而执行蚀刻工艺(etchingprocess)。基板蚀刻设备100，为此，由运送机器人(或操作者(handler))与包含配置在其周围的多个基板处理模块的多个腔体型基板处理系统实现。
根据图1，基板蚀刻设备100包括：导件110、负载锁定室120、移送腔体130及工艺腔体140。
导件110称为设备前端模块(EFEM；Equipment Front End Module)，具有在大气压下运行的运送机器人111。运送机器人111承担在FOUP(前开式晶圆传送盒；Front OpeningUnified Pod；112)与负载锁定室120之间移送基板。
另外，在导件110的前方设置供放置FOUP 112的有杆腔113。
负载锁定室(load lock chamber；120)在基板蚀刻设备100的输入/输出端口之间起到缓冲作用。在负载锁定室120加载基板的情况下，通过移送腔体130的运送机器人131而负载锁定室120内的基板被移送至工艺腔体140。在负载锁定室120的内部形成供基板临时等待的缓冲平台121。
负载锁定室120在移送腔体130的运送机器人131加载或上传晶片时，形成与移送腔体130相同(近似的)真空氛围，由导件110的运送机器人111接收所供应的未加工晶片，将已加工的晶片移送至导件110时，形成大气压状态。即，负载锁定室120为了防止移送腔体130的气压状态变化，自行交叉真空状态与大气压状态，而保持压力。
移送腔体130具有自由转动的运送机器人131。移送腔体130的运送机器人131将未处理基板从负载锁定室120移送至工艺腔体140，或将已处理基板从工艺腔体140移送至负载锁定室120。移送腔体130的各个边为此与多个工艺腔体140及负载锁定室120连接。
工艺腔体140提供对基板进行蚀刻工艺的空间。工艺腔体140的表面由形成有阳极氧化膜的氧化铝膜(alumite)构成，内部构成气密性。
工艺腔体140形成为圆筒状。但本实施例并非限定于此。工艺腔体140能够形成为正六面体或其它形状。
工艺腔体140如下所述构成，以用于进行基板的蚀刻工艺。图2为简要显示构成基板蚀刻设备的工艺腔体的一个实施形式的截面图。
根据图2，工艺腔体140包括：外壳210、基座220、静电卡盘230及聚焦环240。
基座220兼具下部电极而设置在外壳210的内部。该基座220例如由形成有阳极氧化膜的氧化铝膜构成。
基座220的基板W承载面设置有静电卡盘(ESC；230)。静电卡盘230以陶瓷(ceramic)为主材料形成，在静电卡盘用电极连接由直流电源231。
在基座220及/或静电卡盘230上具有以环绕基板W的方式形成为环状的聚焦环240。在本实施例中，聚焦环240通过升降机顶升销而调节高度。对其进行具体说明。
在基座220的内部设置热媒体流路251，以用于温度控制而循环绝缘性流体。在热媒体流路251内循环由规定温度控制的绝缘性流体，从而，以规定温度控制基座220。
在基座220的内部配置将氦气等温度控制用气体供应至基板W的里面的气体流路252。气体流路252将温度控制用气体供应至基座220与基板W的里面之间而促进基座220与基板W之间的热交换。气体流路252通过此而提高在基板W所制造的半导体元件的精密度。
在基座220的中央连接用于供应高频率电力的输电线253。输电线253经过整合器254而与高频率电源(RF电源)255联结。高频率电源255供应高频率电力。
在基座220的外侧配置有构成为环状的排气环256。排气环256形成有多个排气孔，与排气口257连接的排气机258的真空泵(未图示)执行外壳210内的真空排气作用。
在基座220的上部使得喷头261配置得与基座220平行相对。该喷头261进行接地，基座220与喷头261作为一对电极执行功能(喷头261作为上部电极执行功能，基座220作为下部电极执行功能)。
喷头261在上部与下部分别配置有气体导入部262与多个气体排出孔263，在内部形成有气体扩散用空隙(未图示)。气体导入部262与气体供应配管264的一侧连接，在气体供应配管264的另一侧连接气体供应器265。气体供应器265包括：MFC(质量流量控制器；Mass Flow Controller；266)与反应气体供应源267。MFC 266用于控制气体流量，反应气体供应源267用于供应反应气体。
在分别向基座220与喷头261施加电源的情况下，源气体(例如，CF4气体作为含有氟的蚀刻气体)通过气体导入部262而流入至外壳210内，在基座220与喷头261之间由等离子体引起。但构成等离子体的自由基及离子对被安装在静电卡盘230上的基板W进行蚀刻。在蚀刻工艺后，残留的反应副产物通过排气机258而排出至外壳210的外部。
另外，在外壳210的外侧周围配置环状的磁场形成部271。磁场形成部271形成为环磁铁形状，基座220与喷头261之间的空间形成磁场。磁场形成部271通过旋转部272而其本身以规定的旋转速度使得在外壳210的周围进行旋转。
之后，对利用升降机顶升销而调节聚焦环的高度的聚焦环高度控制装置进行说明。
图3为简要显示本发明的一个实施例的聚焦环高度控制装置的概念图。
根据图3，聚焦环高度控制装置300包括：升降机顶升销310、升降机顶升销运行控制部320、电信号施加部330及电信号测定部340。
升降机顶升销310通过升降机顶升销运行控制部320而以上下方向运行，设置在基座220的内部。该升降机顶升销310设置在聚焦环240的下面，而执行将聚焦环240向上侧方向移动的功能。
升降机顶升销310在聚焦环240的下面具有多个。此时，升降机顶升销310间隔一定间距，并沿着聚焦环240的下部形成。升降机顶升销310由此形成，而控制使得聚焦环240向一侧方向倾斜。
升降机顶升销310与聚焦环240一起将导电性物质作为材料形成。例如，升降机顶升销310与聚焦环240将碳化硅(SiC；silicon carbide)、二氧化钛(TiO2；titaniumdioxide)等作为材料。对于升降机顶升销310与聚焦环240为将碳化硅、二氧化钛等作为材料的情况下，获得将根据蚀刻产生的颗粒(particle)最小化的效果。
但本实施例并非限定于此。在工艺腔体140内具有去除颗粒的装置，或排气机258的真空泵有效处理颗粒的情况下，升降机顶升销310与聚焦环240除了碳化硅与二氧化钛之外，也能够将其它导电性物质作为材料形成。
升降机顶升销运行控制部320起到将升降机顶升销310从基座220的内部以上下方向移动的作用。升降机顶升销运行控制部320为此包含电机(例如，步进式电机(steppingmotor))。对于升降机顶升销运行控制部320包括步进式电机的情况，调节步进式电机的脉冲(pulse)而精密控制升降机顶升销310的高度变化量。
电信号施加部330用于施加电信号，由供应电源的装置实现。该电信号施加部330设置在连接相互不同的两个升降机顶升销的配线上，与该两个升降机顶升销电连接。
电信号测定部340测定电信号而判断电信号流动与否，由测定电流(或电压)的装置实现。该电信号测定部340与电信号施加部330串联，并与电信号施加部330相同设置在连接相互不同的两个升降机顶升销的配线上，与该两个升降机顶升销电连接。
升降机顶升销310在本实施例中具有两个，但也能够具有三个以上。聚焦环高度控制装置300基于该侧面而还包括开关元件。下面，将升降机顶升销310具有四个的情况作为例示进行说明。
图4为简要显示本发明的另一实施例的聚焦环高度控制装置的概念图。下面说明参照图4。
四个升降机顶升销311、312、313、314，即第一升降机顶升销311、第二升降机顶升销312、第三升降机顶升销313及第四升降机顶升销314分别与四个升降机顶升销运行控制部321、322、323、324，即第一升降机顶升销运行控制部321、第二升降机顶升销运行控制部322、第三升降机顶升销运行控制部323及第四升降机顶升销运行控制部324连接。
第一开关元件351形成于连接电信号施加部330与第一升降机顶升销311(或第二升降机顶升销312)的配线上。电信号施加部330根据第一开关元件351的控制而与第一升降机顶升销311和第二升降机顶升销312中的任一个电连接。
第二开关元件352形成于连接电信号测定部340与第三升降机顶升销313(或第四升降机顶升销314)的配线上。电信号测定部340根据第二开关元件352的控制而与第三升降机顶升销313和第四升降机顶升销314中的任一个电连接。
图4的聚焦环高度控制装置300在选择四个升降机顶升销311、312、313、314中的两个升降机顶升销而调节聚焦环240的高度时利用。例如，对于利用第一升降机顶升销311与第四升降机顶升销314的情况，利用第一开关元件351与第二开关元件352而使电信号施加部330与电信号测定部340分别与第一升降机顶升销311和第四升降机顶升销314电连接之后，调节聚焦环240的高度。
但本实施例并非限定于此。也能够以未具有开关元件，并与升降机顶升销成对的数量对应的方式具有电信号施加部330与电信号测定部340。
例如，对于具有四个升降机顶升销311、312、313、314的情况，如图5显示所示，第一电信号施加部331与第一电信号测定部341与第一升降机顶升销311和第四升降机顶升销314电连接，第二电信号施加部332与第二电信号测定部342与第二升降机顶升销312和第三升降机顶升销313电连接。图5为简要显示本发明的另一实施例的聚焦环高度控制装置的概念图。
之后，对利用聚焦环高度控制装置300的聚焦环的高度补偿方法进行说明。
图6为显示利用本发明的一个实施例的聚焦环高度控制装置而补偿聚焦环的高度的方法的流程图。下面说明参照图6。
首先，利用第一升降机顶升销运行控制部321与第二升降机顶升销运行控制部322而将处在同一线上的第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312以相同的速度上升(S410)。此时，第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312同时上升，但本实施例并非限定于此。
在聚焦环240向一侧方向倾斜的情况下，第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312未同时接触聚焦环240，第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312中的任一个首先接触聚焦环240。下面，以第二升降机顶升销312首先接触的情况进行例示说明。
即使第二升降机顶升销312与聚焦环240接触，第一升降机顶升销311也未与接触聚焦环240，由此，未形成经过第二升降机顶升销312、聚焦环240、第一升降机顶升销311及电信号测定部340而再次连接至电信号施加部330的闭合电路。因此，此时，电信号测定部340无法测定电流，从而，将第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312以相同的速度持续上升(S420)。
之后，在与第二升降机顶升销312连接，而第一升降机顶升销311也与聚焦环240接触的情况下，构成闭合电路，电信号测定部340能够测定电流。并且，此时，聚焦环240并未再向一侧方向倾斜，在静电卡盘230上形成水平状态(S430)。
在本实施例中，聚焦环240的高度为在升降机顶升销311、312安装步进式电机而构成，此时，为了进行水平排列(align)，重要的为掌握在聚焦环240接触升降机顶升销311、312的时间点。
聚焦环240与升降机顶升销311、312为导电性物质的情况下，向升降机顶升销311、312发出电信号，构成接触升降机顶升销311、312与聚焦环240的瞬间闭合电路，检测到此而掌握聚焦环240与升降机顶升销311、312的接触时间点。
之后，调节构成第一升降机顶升销运行控制部321与第二升降机顶升销运行控制部322的步进式电机的脉冲，从而，控制第一升降机顶升销311与第二升降机顶升销312的上升高度(S440)。
综上，参照图1至图6而对利用电信号的聚焦环的水平排列方法进行了说明。为了提高生产率，而需要用于运输聚焦环的技术，尤其，作为环蚀刻的对应技术，聚焦环的移动(moving)技术变得尤为重要。在聚焦环的移动时，水平排列非常重要，但本发明的特征在于将电信号施加至升降机顶升销而确认聚焦环的水平排列。
参照综上附图，对本发明的实施例进行了说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，能够以其它具体形式进行实施。因此，综上上述实施例在全部方面进行例示，但并非限定于此。

Claims (10)

1.一种聚焦环高度控制装置，其特征在于，
包括：
聚焦环；
第一升降机顶升销，从一侧上升而与所述聚焦环接触；及
第二升降机顶升销，从另一侧上升而与所述聚焦环接触，
上升所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销，直至全部与所述聚焦环接触时为止，而补偿所述聚焦环的倾斜度。
2.根据权利要求1所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
所述聚焦环、所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销由导电性物质形成。
3.根据权利要求2所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
所述导电性物质为碳化硅与二氧化钛中的任一个。
4.根据权利要求1所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销电连接，
基于所述聚焦环、所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销之间是否构成闭合电路，而判断所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销是否全部与所述聚焦环接触。
5.根据权利要求4所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
还包括：
电信号施加部，设置在电连接所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销的配线上，而施加电信号；及
电信号测定部，设置在所述配线上，而判断所述电信号流动与否，
利用所述电信号施加部与所述电信号测定部而判断是否构成所述闭合电路。
6.根据权利要求4所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销以相同的速度持续上升，直至被判断构成为所述闭合电路时为止。
7.根据权利要求1所述的聚焦环高度控制装置，其特征在于，
还包括：
第一升降机顶升销运行控制部，以上下方向移动所述第一升降机顶升销；及
第二升降机顶升销运行控制部，以上下方向移动所述第二升降机顶升销，
所述第一升降机顶升销运行控制部与所述第二升降机顶升销运行控制部具有步进式电机，
并调节所述步进式电机的脉冲而控制所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销的移动距离。
8.一种基板蚀刻装置，其特征在于，
包括：
外壳；
喷头，设置在所述外壳的内部，能作为上部电极执行功能；
基座，设置在所述外壳的内部，作为下部电极执行功能；
静电卡盘，设置在所述基座上，并供安装基板；及
聚焦环高度控制装置，包括：聚焦环，以环绕所述基板的方式而形成在所述基座上；第一升降机顶升销，从一侧上升而与所述聚焦环接触；及第二升降机顶升销，从另一侧上升而与所述聚焦环接触，其中，上升所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销，直至全部与所述聚焦环接触时为止，而补偿所述聚焦环的倾斜度。
9.根据权利要求8所述的基板蚀刻装置，其特征在于，
所述聚焦环、所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销由导电性物质形成。
10.根据权利要求8所述的基板蚀刻装置，其特征在于，
所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销进行电连接，
基于所述聚焦环、所述第一升降机顶升销及所述第二升降机顶升销之间是否构成闭合电路而判断所述第一升降机顶升销与所述第二升降机顶升销是否全部与所述聚焦环接触。
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