CN115249605A - 聚焦环对准测量装置、系统、方法及等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚焦环对准测量装置、系统、方法及等离子体处理装置，所述聚焦环对准测量装置包括：板状主体；定位结构，设置在所述板状主体上；传感器，设置在所述板状主体上，用于向所述聚焦环的内侧面发射信号；在测量时，所述板状主体被放置在静电夹盘上，通过所述定位结构实现所述板状主体与所述静电夹盘之间的定位，通过所述聚焦环的内侧面的多个位置的信号反馈测量所述聚焦环相对所述静电夹盘中心的偏移量。本发明解决了现有技术中开腔更换聚焦环效率低、成本高，不开腔更换又无法控制对中性的问题。

Description

聚焦环对准测量装置、系统、方法及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备技术领域，具体涉及一种聚焦环对准测量装置、系统、方法及等离子体处理装置。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，等离子刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。现有的等离子体处理装置包括电容耦合等离子体刻蚀装置(CCP)和感应耦合等离子体刻蚀装置(ICP)。由于电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置和电容耦合等离子体(CCP)刻蚀装置结构简单，较为便宜，广泛地运用到干法刻蚀领域。

所述等离子体处理装置中等离子体的密度分布与待处理晶圆的刻蚀速率成正比，等离子体的密度越高刻蚀速率越高，等离子体的密度越低刻蚀速率越低。由于等离子体气流和上下电极面积的共同作用，待处理晶圆中心区域的等离子体密度高，边缘部分的等离子体密度低，导致待处理晶圆表面中心区域刻蚀速率高于边缘部分刻蚀速率，导致待处理晶圆刻蚀速率不均匀。

为解决上述问题，在所述待处理晶圆的外围设置聚焦环，相当于向外扩大了下电极的半径，使得晶圆边缘产生和中心相同浓度的等离子体，有利于保证边缘区域和中心区域刻蚀工艺的均匀性。

通常采用硅或者碳化硅作为聚焦环的材料，随着刻蚀工艺时间的延长，聚焦环表面也会被等离子体刻蚀消耗掉，聚焦环表面高度降低，使聚焦环上方的等离子体鞘层下移，则待处理基片边缘区域刻蚀准直性较差。此时，聚焦环不宜继续使用。

现有技术中，通常需要开腔将聚焦环取出，并更换新的聚焦环。然而，开腔维护的过程消耗大量的人力和时间，工作效率低，成本高。重新安装的聚焦环与静电夹盘中心的对中性要求比较高，现有的方法是使用塞尺估测对中性。

另外，如果不开腔，而是使用末端执行器传片的方式将聚焦环安装在等离子体处理设备时，又无法测量聚焦环的对中性，安装完后静电夹盘与聚焦环之间具有环形间隙，该间隙关系到聚焦环是否与基座同心，进而对刻蚀工艺的均一性(uniformity)、边缘的刻蚀倾斜度(tilting)等产生影响。

因此，急需一种在不开腔的情况下获取聚焦环与静电夹盘之间的对中程度的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚焦环对准测量装置、系统、方法及等离子体处理装置，解决了现有技术中开腔更换聚焦环效率低、成本高，不开腔更换又无法控制对中性的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种聚焦环对准测量装置，用于一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔，以及位于反应腔内的静电夹盘，其特征在于，包括：

板状主体；

定位结构，设置在所述板状主体上；

传感器，设置在所述板状主体上，用于向所述聚焦环的内侧面发射信号；

在测量时，所述板状主体被放置在所述静电夹盘上，通过所述定位结构实现所述板状主体与所述静电夹盘的中心之间的定位，通过所述聚焦环的内侧面的多个位置的信号反馈测量所述聚焦环相对所述静电夹盘的中心的偏移量。

可选的，所述定位结构与所述静电夹盘上设置的用于定位晶圆的定位部相匹配，实现所述板状主体与所述静电夹盘之间的定位。

可选的，所述传感器的数量为至少三个，在所述板状主体的周向上间隔均匀或非均匀地设置。

可选的，所述传感器用于测量所述聚焦环对准装置与所述聚焦环之间的距离，以便于根据至少三个所述传感器的测量结果确定所述聚焦环的偏移量。

可选的，所述传感器为激光图像传感器或距离传感器。

一种聚焦环对准测量系统，包括如上文所述的聚焦环对准测量装置，还包括：通信器和处理器；

所述通信器设置在所述板状主体上，所述处理器设置在等离子体处理装置的腔体外，所述通信器与所述传感器和处理器通信连接，用于将所述传感器的测量结果传输至所述处理器，所述处理器用于根据所述测量结果确定所述聚焦环的偏移量。

可选的，所述聚焦环对准测量系统还包括显示器，与所述处理器通信连接，用于显示所述传感器的测量结果和/或所述聚焦环的偏移量，所述显示器位于腔体外。

一种聚焦环对准测量方法，包括：

通过末端执行器将如上文所述的聚焦环对准测量装置放置在静电夹盘上；

通过所述定位结构对所述聚焦环对准测量装置进行定位；

通过所述传感器测量所述聚焦环的偏移量。

可选的，所述聚焦环对准测量方法还包括：

在向所述静电夹盘上放置待处理晶圆时，根据所述聚焦环的偏移量，调整所述待处理晶圆的偏移量，以使所述待处理晶圆与所述聚焦环同心放置。

可选的，所述聚焦环对准测量方法还包括：

根据所述聚焦环的偏移量调整所述聚焦环的位置，以使所述聚焦环与所述静电夹盘中心同心放置。

一种等离子体处理装置，其特征在于，包括如上文所述的聚焦环对准测量装置。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的聚焦环对准测量装置，由定位结构实现与静电夹盘之间的定位，由传感器向所述聚焦环内侧面发射信号，并通过所述聚焦环的内侧面的多个位置的信号反馈测量所述聚焦环相对所述静电夹盘中心的偏移量，既可以用于在开腔的情况下测量对中性，也可以用于在不开腔的情况下测量，可有效提高工作效率，减少人力和成本，同时相比于塞尺估测的方式，本发明的测量精度更高。

本发明提供的聚焦环对准测量系统、方法和等离子体处理装置与所述聚焦环对准测量装置属于同一发明构思，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。

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为待处理晶圆置于等离子体装置中静电夹盘的示意图；

图2为静电夹盘与聚焦环之间间隙的示意图；

图3为本发明一实施例提供的聚焦环对准测量装置的使用状态图；

图4为本发明一实施例提供的聚焦环对准测量装置的主视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

等离子体处理装置包括处理腔，基座位于处理腔底部，静电夹盘105位于所述基座上，用于承载和吸附待处理晶圆。图1为待处理晶圆置于等离子体装置中静电夹盘105上的示意图，如图1所示，聚焦环103环绕所述基座102和待处理晶圆101，待处理晶圆101与所述基座102同心放置，为了保证晶圆边缘区域和中心区域刻蚀工艺的均匀性，所述聚焦环103应该与待处理晶圆101同心放置，因此，在安装所述聚焦环103时，保证所述聚焦环103与所述基座102的对中性，也就是保证所述聚焦环103与待处理晶圆101的对中性。

图2为静电夹盘105与聚焦环之间间隙的示意图，如图2所示，所述聚焦环103与所述基座102之间存在一间隙104。如背景技术所述，此间隙104对刻蚀工艺的uniformity、tilting等至关重要，因此需要保证此间隙104在各个方向上大致相同，即保证所述聚焦环103相对所述基座102中心没有偏移。由此，在开腔更换所述聚焦环103时，可以采用塞尺来估测各个方向上的间隙104是否相同，进而推测所述聚焦环103相对所述基座102中心是否存在偏移(即所述聚焦环103与所述基座102的对中性)。然而，对于不开腔更换所述聚焦环103的情况，则无法使用塞尺测量所述聚焦环103与所述基座102的对中性，这为刻蚀均匀带来风险。

鉴于此，本发明提供一种聚焦环对准测量装置，适用于不开腔更换聚焦环后测量所述聚焦环相对静电夹盘105中心的偏移量，以便于后续调整所述聚焦环或待处理晶圆，从而改善因所述聚焦环偏移导致的刻蚀性能下降的缺陷。

图3示意性的示出了本发明一实施例提供的聚焦环对准测量装置的使用状态图，如图3所述，当所述聚焦环103被更换后，所述聚焦环对准测量装置200放置在所述基座102的静电夹盘105上以测量所述聚焦环103相对所述基座102中心(也即静电夹盘105中心)的偏移量，测量完成后，所述聚焦环对准测量装置200再被移出处理腔，以便于传入待处理晶圆进行刻蚀。

图4示意性的示出了本发明一实施例提供的聚焦环对准测量装置的主视图，结合图3和4所示，所述聚焦环对准测量装置200包括板状主体201、定位结构202和传感器203，所述定位结构202设置在所述板状主体201上，所述传感器203也设置在所述板状主体201上，用于向所述聚焦环103的内侧面发生信号。在测量时，所述板状主体201被放置在所述基座102的静电夹盘105上，通过所述定位结构202实现所述板状主体201与所述静电夹盘105之间的定位，通过所述聚焦环103的内侧面的多个位置的信号反馈测量所述聚焦环103相对所述静电夹盘105中心的偏移量。

本发明的聚焦环对准测量装置200通过定位结构201实现与静电夹盘105之间的定位，通过传感器203测量聚焦环103相对所述静电夹盘105中心的偏移量，既可以用于在开腔的情况下测量对中性，也可以用于在不开腔的情况下测量，可有效提高工作效率，减少人力和成本，同时相比于塞尺估测的方式，本发明的测量精度更高。

本实施例中，所述板状主体201可以为圆形，与待处理晶圆的形状相同，当然也可以设置为其他形状，本发明对此不做限定。在测量时，可由等离子体处理装置中用于传输晶圆的末端执行器将所述聚焦环对准测量装置200传输至静电夹盘105上，并通过所述定位结构202实现所述板状主体201与所述静电夹盘105之间的定位。可以理解的是，用于等离子体刻蚀的系统中设有用于定位晶圆的定位部，由此可设计所述定位结构201与刻蚀系统中设置的用于定位晶圆的定位部相匹配，所述定位结构202可参考晶圆上的定位结构进行设置，以实现末端执行器对定位结构的识别，而后根据程序设定，准确将聚焦环对准测量装置200以同心的方式放在基座102的静电夹盘105上，在此不做赘述。本实施例借用系统中定位晶圆的定位部来定位所述聚焦环对准测量装置200，一方面降低所述聚焦环对准测量装置200的设计成本，另一方面采用相同的定位基准可提高测量的准确度。

在本实施例中，所述传感器203的数量可设置为至少三个，在其他实施例中，也可以设置均匀环绕板状主体201边缘的四个传感器203。本实施例中，在所述板状主体201的周向上间隔均匀地设置，至少三个传感器203向所述聚焦环103的内侧面发射信号，通过所述聚焦环103的内侧面的至少三个位置的信号反馈测量所述聚焦环103相对所述静电夹盘105中心的偏移量。各传感器203相对所述板状主体201中心的距离可以相同也可以不同，本发明对此不做限定。如图4所示，所述传感器203的数量为三个，设置在所述板状主体201的边缘并在周向上间隔均匀地设置，在其他一些实施例中，三个传感器203非均匀的设置在边缘，只要传感器探测的聚焦环内侧面位置不相同，即可根据反馈数据和传感器的位置确定偏移量。可以理解的是，所述传感器203可以设置在所述板状主体201边缘上方，或者将所述板状主体201的厚度设为合适的厚度，将所述传感器203设在板状主体201边缘的内部，两种方式都是可行的，只要能够使传感器探头与聚焦环内壁相对即可。

进一步的，所述传感器203用于测量所述聚焦环对准装置200与所述聚焦环103之间的距离，以便于根据至少三个所述传感器203的测量结果确定所述聚焦环103的偏移量。可选的，所述传感器203为激光图像传感器或距离传感器。通过对比各传感器203的测量数据可以计算得到所述聚焦环103的偏移量，具体计算方法如下：首先，根据光程差或光强差换算成距离值，或通过对比不同方向的光强计算相对距离值，然后，由于所有传感器203所在的位置位于一个与静电夹盘105同心的圆的圆周上，因此静电夹盘105的中心容易确定，根据距离值或相对距离值可以确定所述聚焦环103的内侧面所构成的圆的位置，从而确定聚焦环103的圆心，最后可知，由静电夹盘105的中心指向所述聚焦环103的圆心的向量即为所述聚焦环103的偏移量，即得到所述聚焦环103相对所述静电夹盘105中心偏移的方向和大小。

在其他实施例中，所述聚焦环对准测量装置200可以仅包含一个传感器203，且设置在所述板状主体201的中心，一个传感器203可以向多个方向发射信号，各个信号分别被所述聚焦环103的内侧面的不同位置反射回该传感器203，进而测量得到所述聚焦环103相对所述基座102中心的偏移量。计算方法如下：该传感器203所在的位置即为静电夹盘105的中心，根据光程差或光强差换算成距离值可得该传感器203与所述聚焦环103内侧面多个位置之间的距离，由此可确定所述聚焦环103的内侧面所构成的圆的位置，从而确定聚焦环103的圆心，最后可知，由静电夹盘105的中心指向所述聚焦环103的圆心的向量即为所述聚焦环103的偏移量，即得到所述聚焦环103相对所述静电夹盘105中心偏移的方向和大小。

在上述聚焦环对准测量装置的基础上，本发明另一实施例还提供一种聚焦环对准测量系统，包括上述的聚焦环对准测量装置，还包括：通信器和处理器；所述通信器设置在所述板状主体上，所述处理器设置在等离子体处理装置的腔体外，所述通信器与所述传感器和处理器通信连接，用于将所述传感器的测量结果通过无线方式传输至所述处理器，所述处理器用于根据所述测量结果确定所述聚焦环的偏移量。

由此，通过设置在所述板状主体上的通信器，可以将各个传感器的测量数据传输至等离子体处理装置腔体外的处理器中，由处理器进行分析计算得到所述聚焦环相对所述基座中心的偏移量。

进一步的，所述聚焦环对准测量系统还包括一显示器，与所述处理器通信连接，用于显示所述传感器的测量结果和/或所述聚焦环的偏移量，所述显示器位于腔体外。即，通过显示器直接显示所述处理器接收到的各传感器测量的距离数据，也可以显示所述处理器计算得到的偏移量数据，以便技术人员查看等离子体处理装置处理腔内聚焦环与静电夹盘的对中性。

基于同样的发明构思，本发明又一实施例提供了一种等离子体处理装置，包括如上文所述的聚焦环对准测量系统。

所述等离子体处理装置可以是电感耦合式等离子体处理装置ICP，也可以是电容耦合式等离子体处理装置CCP或其他类型的等离子体处理装置，本发明对此不做限定。

基于同样的发明构思，本发明再一实施例提供了一种聚焦环对准测量方法，包括如下步骤：

S1，通过末端执行器将所述的聚焦环对准测量装置放置在静电夹盘上；

S2，通过所述定位结构对所述聚焦环对准测量装置进行定位；

S3，通过所述传感器测量所述聚焦环的偏移量。

在测量得到所述聚焦环的偏移量后，所述偏移量可用于反馈控制。在一种实现方式中，在向所述静电夹盘上放置待处理晶圆时，可根据所述聚焦环的偏移量，调整所述待处理晶圆的偏移量，以使所述待处理晶圆与所述聚焦环同心放置。即，若所述聚焦环在某一方向上存在偏移量x，则控制后续的待处理晶圆也在该方向上偏移相应的偏移量x，从而使待处理晶圆与聚焦环同心放置，以消除聚焦环与基座的对中性差的不利影响。

在另一种实现方式中，还可以由所述末端执行器将聚焦环取出，根据所述偏移量重新调整所述聚焦环的放置位置，重复多次直到所述聚焦环相对所述静电夹盘中心不存在偏移量，或偏移量在可接受范围内。当然，还可以设置一校正模块，根据所述偏移量直接调整所述聚焦环，使所述聚焦环与所述静电夹盘中心不存在偏移量，或偏移量在可接受范围内。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

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 (11)

1.一种聚焦环对准测量装置，用于一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔，以及位于反应腔内的静电夹盘，其特征在于，包括：

板状主体；

定位结构，设置在所述板状主体上；

传感器，设置在所述板状主体上，用于向所述聚焦环的内侧面发射信号；

在测量时，所述板状主体被放置在所述静电夹盘上，通过所述定位结构实现所述板状主体与所述静电夹盘的中心之间的定位，通过所述聚焦环的内侧面的多个位置的信号反馈测量所述聚焦环相对所述静电夹盘的中心的偏移量。

2.如权利要求1所述的聚焦环对准测量装置，其特征在于，所述定位结构与所述静电夹盘上设置的用于定位晶圆的定位部相匹配，实现所述板状主体与所述静电夹盘之间的定位。

3.如权利要求1所述的聚焦环对准测量装置，其特征在于，所述传感器的数量为至少三个，在所述板状主体的周向上间隔均匀或非均匀地设置。

4.如权利要求3所述的聚焦环对准测量装置，其特征在于，所述传感器用于测量所述聚焦环对准装置与所述聚焦环之间的距离，以便于根据至少三个所述传感器的测量结果确定所述聚焦环的偏移量。

5.如权利要求3所述的聚焦环对准测量装置，其特征在于，所述传感器为激光图像传感器或距离传感器。

6.一种聚焦环对准测量系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项的聚焦环对准测量装置，还包括：通信器和处理器；

所述通信器设置在所述板状主体上，所述处理器设置在等离子体处理装置的腔体外，所述通信器与所述传感器和处理器通信连接，用于将所述传感器的测量结果传输至所述处理器，所述处理器用于根据所述测量结果确定所述聚焦环的偏移量。

7.如权利要求6所述的聚焦环对准测量系统，其特征在于，还包括显示器，与所述处理器通信连接，用于显示所述传感器的测量结果和/或所述聚焦环的偏移量，所述显示器位于腔体外。

8.一种聚焦环对准测量方法，其特征在于，包括：

通过末端执行器将如权利要求1-5任一项所述的聚焦环对准测量装置放置在静电夹盘上；

通过所述定位结构对所述聚焦环对准测量装置进行定位；

通过所述传感器测量所述聚焦环的偏移量。

9.如权利要求8所述的聚焦环对准测量方法，其特征在于，还包括：

在向所述静电夹盘上放置待处理晶圆时，根据所述聚焦环的偏移量，调整所述待处理晶圆的偏移量，以使所述待处理晶圆与所述聚焦环同心放置。

10.如权利要求8所述的聚焦环对准测量方法，其特征在于，还包括：

根据所述聚焦环的偏移量调整所述聚焦环的位置，以使所述聚焦环与所述静电夹盘中心同心放置。

11.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括如权利要求6或7所述的聚焦环对准测量系统。

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