CN114639582A - 一种边缘环高度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种边缘环高度测量装置及方法，包括放在静电吸盘上的带有定位点的承载盘，以及承载盘上的成像设备，通过成像设备多次获取边缘环的图像，然后进行数据处理后计算边缘环的高度或者厚度变化，变化数据有利于对边缘环损耗的调整，利用对不同区域多点的测量能降低误差，不需要破坏原有真空环境，大大降低了因边缘环调整耗费的停滞时间。

Description

一种边缘环高度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种边缘环高度测量装置及方法。
背景技术
对半导体基片或衬底的微加工是一种众所周知的技术，可以用来制造例如，半导体、平板显示器、发光二极管(LED)、太阳能电池等。微加工制造的一个重要步骤为等离子体处理工艺步骤，该工艺步骤在一反应室内部进行，工艺气体被输入至该反应室内。射频源被电感和/或电容耦合至反应室内部来激励工艺气体，以形成和保持等离子体。在反应室内部，暴露的基片被下电极组件支撑，并通过某种夹持力被固定在一固定的位置，以保证工艺制程中基片的安全性及加工的高合格率。
下电极组件不仅包括固定基片的静电夹盘和支撑静电夹盘的基座，还包括环绕设置在基座周围的边缘环组件，在对基片进行制程工艺过程中，下电极组件除了用于支撑固定基片，还用于对基片的温度、电场分布等进行控制。
现有技术中，可使用边缘环组件来调整等离子体对基片的轰击效果，当边缘环在使用过程中被磨损时，就会影响预先设计好的等离子刻蚀情况，造成均一性降低。
针对该情形，通常的解决方法有两种，一种是每次有损坏都更换边缘环，一种是改变边缘环参数进行补偿。第一种方法成本较高，且每次更换都造成生产的停滞，第二种方法存在更改的时机以及改变量为多少的问题，如果每次都打开真空腔进行边缘环升高量的测量，无疑也会造成生产的停滞，所以需要在尽量减少停滞时间的条件下准确测量边缘环改变。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种边缘环高度测量装置，用于在等离子体反应腔内的静电吸盘上测量围绕静电吸盘设置的边缘环的高度变化，包括：
成像设备，用于获取边缘环的图像；
所述成像设备的承载盘，可放置于所述静电吸盘上，所述承载盘具有定位点。
可选的，还包括光源。
可选的，所述成像设备包括：
位于所述承载盘上的相机，其镜头可以对准所述边缘环的上表面；
与所述相机相连的控制器件，用于和外部设备之间的无线通信。
可选的，所述相机至少为四个，分别对应所述边缘环不同区域。
可选的，所述成像设备包括，位于所述承载盘上的平面镜组件。
可选的，所述平面镜组件包括平面镜和支架，所述成像设备还包括与支架电连接的调节器件，用于调整平面镜的倾斜角度。
可选的，所述成像设备还包括位于所述反应腔外部的图像分析器，所述图像分析器可以通过反应腔的窗口获取所述平面镜所成的边缘环的像。
可选的，所述成像设备与所述承载盘固定连接，所述定位点用于保证所述成像设备相邻两次获取的图像属于所述边缘环同一区域。
可选的，所述边缘环包括聚焦环。
进一步的，还提供了一种等离子体处理系统，包括工艺处理腔、传输腔和存储腔，包括上述任意一项所述的测量装置。
可选的，所述测量装置可以通过所述传输腔在工艺处理腔和存储腔之间传送。
进一步的，还提供了一种边缘环高度变化的测量方法，包括以下步骤：
步骤一，在反应前，将上述任意一项所述的测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤二，在反应后，将上述任意一项所述的测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤三，将步骤一和步骤二获取的图像进行比对，计算所述边缘环的高度变化。
可选的，所述步骤一所获取的高度图像为所述边缘环的初始高度，所述步骤三计算的高度变化为边缘环高度相对于初始高度的总变化量。
可选的，所述步骤三计算的高度变化为相邻两次获取的高度图像的变化量。
可选的，所述步骤二的高度图像为：获取所述边缘环同一区域的多个高度图像。
可选的，所述步骤二的高度图像为：获取所述边缘环不同区域的高度图像。
可选的，所述边缘环的高度变化用于调整所述边缘环的高度。
可选的，所述边缘环的高度变化用于调整所述边缘环所在电路的电容值。
本发明的优点在于：本发明提供了一种测量边缘环高度的装置，可以对边缘环高度的变化进行数据采集，利用对不同区域多点的测量能降低误差，预估边缘环的损坏程度，为后续边缘环的调整提供更准确的支持，并且，测量装置可以放在机台内部的基片架上，通过机械手送入反应腔测量后再取出，然后借由通信模块与外界系统进行数据传输，不需要破坏原有真空环境，大大降低了因边缘环调整耗费的停滞时间，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出一种电容耦合等离子体处理装置的结构示意图；
图2示出一种实施例的边缘环高度测量装置；
图3示出另一种实施例的边缘环高度测量装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出一种电容耦合等离子体处理装置示意图，包括一由外壁10围成的可抽真空的反应腔100。反应腔100用于对基片103进行处理。反应腔内部包括一个下电极组件，用于对基片进行支撑的同时实现对基片温度及电场等影响基片处理因素的控制。下电极组件包括基座101，用于承载静电夹盘102，基座101内设温度控制装置，用于实现对上方基片的温度控制，静电夹盘102，用于承载基片103，静电夹盘内部设置直流电极，通过该直流电极在基片背面和静电夹盘承载面之间产生直流吸附以实现对基片的固定。环绕基座和静电夹盘外围设置边缘环组件20，用于对基片边缘区域的温度和电场分布等进行调节。环绕所述边缘环组件20设置等离子体约束环108，位于边缘环组件20与反应腔侧壁之间，用于将等离子体限制在反应区域同时允许气体通过；接地环109，位于等离子体约束环下方，作用是提供电场屏蔽，避免等离子体泄露。偏置射频电源，通常施加偏置射频信号至下电极组件，用于控制等离子体的轰击方向。
在图1所示的电容耦合等离子体处理装置中，除下电极组件外还包括上电极组件，上电极组件包括气体喷淋头30，用于将气体供应装置中的工艺气体引入所述反应腔。一高频射频功率源施加高频射频信号至所述上电极组件或下电极组件的至少之一，以在所述上电极组件和所述下电极组件之间形成射频电场，将反应腔内的工艺气体激发为等离子体，实现等离子体对待处理基片的处理。
如图2所示的一种边缘环测量装置，边缘环组件20包括聚焦环201，其可以调整等离子体的形状，使刻蚀更均匀，但是随着反应次数的增加，聚焦环201会被等离子体腐蚀导致其表面形貌尤其是高度发生改变，由此等离子体的形状也会随着改变，所以为了保证多个基片刻蚀的均一性，需要通过插入环203中插入销202对聚焦环201进行补偿，使聚焦环201的对等离子体的调节程度维持不变。但是，为了得到聚焦环201的调整量，通常采取打开真空腔，测量聚焦环201的实际损耗，调整后再进行抽真空操作，如此造成刻蚀进程的停滞，降低了生产效率。在本发明的边缘环高度测量装置中，包括位于静电夹盘102上的承载盘112，其可以不局限于盘型，也可以是其他多边形，在一些实施例中，承载盘112与基片103的尺寸和形状相同，并且承载盘112上具有定位点，可以保证每次放置在静电夹盘102上时位置可控，例如，可以控制承载盘112每次放置都与上次相同，也可以控制承载盘每次转过相同角度。在承载盘112上放置有成像设备，在本实施例中，成像设备包括相机111，该相机111镜头可以对准聚焦环201的上表面，以在每次获取图像时能拍摄到聚焦环201的损坏程度，通过对比拍摄到的图像就可以计算聚焦环201的高度变化，在一些实施例中，相机111位于承载盘112的边缘，尽量靠近聚焦环201；在其他一些实施例中，相机111的镜头轴线还可以位于圆盘形实施例的承载盘112的直径上，使其镜头能正对聚焦环201的局部区域。成像设备还包括控制器件114，用来控制相机111拍摄时机，并且将图像数据传到外部系统用于聚焦环201高度变化的计算，在一些实施例中，控制器件114可以采用无线通信的方式与外部系统连接来实现拍摄控制与数据传输，也可以通过匀性已写好的程序自动进行拍摄。在另一些实施例中，相机111的数量可以是4个，均匀分布于承载盘112的边缘，达到拍摄数据可以覆盖聚焦环201上部的整体，也可以根据实际聚焦环201易发生损坏位置布置相机111，使4个相机对准聚焦环201上不同的易损坏位置。测量装置还可以包括光源113，用于在反应腔中提供光线补偿，以期提高拍摄分辨率。
如图3所示为本发明测量装置的另一种实施例，其与实施例一的区别在于，成像设备包括平面镜组件，用于将聚焦环201的上部图像反射到反应腔100外部后测量高度或者厚度的变化，在本实施例中，平面镜组件包括平面镜211，如图虚线所示，平面镜211可以将聚焦环201的上部图像通过外壁10上的窗口反射到反应腔100的外部，然后利用图像分析器216获取设备对反射的图像进行计算，在一些实施例中，该窗口可以是反应腔100的基片13传送窗口。平面镜组件还包括支架215，其与平面镜211固定连接，且可以通过无线与外部系统连接，以控制平面镜211的偏转角度，来选择最佳反射角度获取清晰图像。
进一步，本发明还提供了一种等离子体处理系统，包括工艺处理腔，用于刻蚀等工艺进程，传输腔，用于容纳机械手从各个腔室中传送基片或者其他设备，存储腔，用于存放基片或者其他设备供机械手取放，处理腔、传输腔和存储腔可以处于相同的真空度环境中。该处理系统还包括上述任意一种边缘环高度测量装置，测量装置可以存放在存储腔中，当使用时，通过传输腔中的机械手将测量装置从存储腔取出放入相应的工艺处理腔，测量后再放回存储腔，这样不需要打开整体系统破坏真空环境，就能实现边缘环高度的测量。
进一步，本发明还提供了一种边缘环高度变化的测量方法，主要包括以下步骤
步骤一，在反应前，将上述任意一项边缘环高度测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤二，在反应后，将上述任意一项边缘环高度测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤三，将步骤一和步骤二获取的图像进行比对，计算所述边缘环的高度变化。
在一些实施例中，步骤一和步骤二中可以通过多次拍摄同一区域的图像后计算此时该区域边缘环高度的平均值，也可以拍摄不同区域的图像后，计算边缘环整体高度变化的平均值，或者选取某一区域多次拍摄计算平均值，再将多个不同区域的平均值取平均后计算边缘环高度数值，具体可以利用承载盘112上的定位点，使成像设备既可以每次对准同一区域，也可以控制旋转固定角度对准不同区域。在另一些实施例中，步骤三计算的高度变化为利用步骤一中获取的边缘环高度初始值和每次反应后步骤二获取的边缘环高度值做差值后得到的边缘环高度变化；也可以将步骤一和步骤二视为单次反应前后获取的图像，步骤三为单次反应相邻两次获取的图像计算的边缘环高度变化。
对于获取到的边缘环图像，可以通过像素单位进行高度的换算，不必获取实际的高度值，然后通过将换算后的相对高度或者相对高度的变化与边缘环需要调整的补偿值进行耦合，外部调整系统根据每次反馈的测量结果控制插入销202，在一些实施例中，插入销202可以具有升降功能，根据测量结果抬起边缘环进行高度的物理补偿；在另一些实施例中，插入销202可以是导体，一端与边缘环接触，另一端连接一组调节电容，或者插入销202和插入环203都为导体，插入销202不需要穿透插入环203，只需将插入环203与边缘环接触，插入销202的一端与插入环203接触，另一端连接一组调节电容，根据测量结果对电容进行调节改变整体电容值，进行边缘环的电学补偿。以此实现不需要打开整体真空系统而达到维持等离子体刻蚀均一性的技术效果。
本发明公开的边缘环高度测量装置不限于应用于上述实施例的等离子体处理装置，在其他等离子体处理装置中也可以适用，此处不再赘述。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种边缘环高度测量装置，用于在等离子体反应腔内的静电吸盘上测量围绕静电吸盘设置的边缘环的高度变化，其特征在于，包括：
成像设备，用于获取边缘环的图像；
所述成像设备的承载盘，可放置于所述静电吸盘上，所述承载盘具有定位点。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括光源。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述成像设备包括：
位于所述承载盘上的相机，其镜头可以对准所述边缘环的上表面；
与所述相机相连的控制器件，用于和外部设备之间的无线通信。
4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述相机至少为四个，分别对应所述边缘环不同区域。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述成像设备包括，位于所述承载盘上的平面镜组件。
6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述平面镜组件包括平面镜和支架，所述成像设备还包括与支架电连接的调节器件，用于调整平面镜的倾斜角度。
7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述成像设备还包括位于所述反应腔外部的图像分析器，所述图像分析器可以通过反应腔的窗口获取所述平面镜所成的边缘环的像。
8.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述成像设备与所述承载盘固定连接，所述定位点用于保证所述成像设备相邻两次获取的图像属于所述边缘环同一区域。
9.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述边缘环包括聚焦环。
10.一种等离子体处理系统，包括工艺处理腔、传输腔和存储腔，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的测量装置。
11.如权利要求10所述的处理系统，其特征在于，所述测量装置可以通过所述传输腔在工艺处理腔和存储腔之间传送。
12.一种边缘环高度变化的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在反应前，将如权利要求1-9任意一项所述的测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤二，在反应后，将如权利要求1-9任意一项所述的测量装置放入等离子体反应腔内，获取所述边缘环的高度图像；
步骤三，将步骤一和步骤二获取的图像进行比对，计算所述边缘环的高度变化。
13.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述步骤一所获取的高度图像为所述边缘环的初始高度，所述步骤三计算的高度变化为边缘环高度相对于初始高度的总变化量。
14.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述步骤三计算的高度变化为相邻两次获取的高度图像的变化量。
15.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述步骤二的高度图像为：获取所述边缘环同一区域的多个高度图像。
16.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述步骤二的高度图像为：获取所述边缘环不同区域的高度图像。
17.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述边缘环的高度变化用于调整所述边缘环的高度。
18.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述边缘环的高度变化用于调整所述边缘环所在电路的电容值。
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