CN116759324B - 一种oes终点检测装置和半导体芯片加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OES终点检测装置和半导体芯片加工装置，OES终点检测装置包括：密封端盖，用于密封真空腔室，真空腔室用于放置测试样品，密封端盖具有安装通孔；检测探头，安装于安装通孔处，并且检测探头用于对真空腔室内的测试样品进行光谱测试，并得到光谱信号；透明隔离件，可拆卸密封安装于安装通孔处，并位于检测探头与真空腔室内部之间，且沿安装通孔的轴线方向至少具有两个透明隔离件。由于沿安装通孔的轴线方向至少具有两个透明隔离件，且至少一个靠近检测探头的透明隔离件密封遮挡安装通孔，因此，在更换被污染的透明隔离件时，另外的透明隔离件还在密封安装通孔，可保证真空腔室内的密封性，不会影响OES终点检测装置的正常使用。

Description

一种OES终点检测装置和半导体芯片加工装置

技术领域

本发明涉及半导体芯片加工的技术领域，特别涉及一种OES终点检测装置和半导体芯片加工装置。

背景技术

现有的OES结构中，光谱仪的检测探头需要伸入于放置有测试样品材料的真空腔室内，以检测测试样品材料中的元素发出的特征光谱。

目前的检测探头的放置位置主要有两种，一种置于真空腔室外，探头与真空腔室使用石英玻璃等透明隔离件隔开；另一种是置于真空腔室内，探头一般固定在晶圆载台的大气侧，即与外界等压，同样使用石英玻璃等将探头与真空腔室隔开。

结合上述布置方式，在OES工作过程中，隔绝真空的石英玻璃等会因为工艺产生的各种颗粒所污染，影响检测探头的检测，进而造成OES灵敏度下降甚至失效，而更换石英玻璃则有真空腔室的真空失效的风险。

其次，普通的OES装置，对小片晶圆、碎片等的监测误差较大，容易引发刻蚀过度，造成工艺失效。

因此，如何提高透明隔离件的清洁度，以保证OES检测的准确性，是本领技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种OES终点检测装置，提高透明隔离件的清洁度，以保证OES检测的准确性。此外，本发明还提供了一种具有上述OES终点检测装置的半导体芯片加工装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种OES终点检测装置，包括：

密封端盖，所述密封端盖用于密封真空腔室，所述真空腔室用于放置测试样品，所述密封端盖具有安装通孔；

检测探头，所述检测探头安装于所述安装通孔处，并且所述检测探头用于对所述真空腔室内的所述测试样品进行光谱测试，并得到光谱信号；

透明隔离件，所述透明隔离件可拆卸安装于所述安装通孔处，并位于所述检测探头与所述真空腔室内部之间，且沿所述安装通孔的轴线方向至少具有两个所述透明隔离件，且至少一个靠近所述检测探头的所述透明隔离件密封遮挡所述安装通孔。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述透明隔离件中至少一者为聚光透镜。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述聚光透镜为双凸透镜，并且所述双凸透镜的凸出的两侧分别与所述检测探头和所述安装通孔相对。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述透明隔离件为两个，分别为：

透明玻璃板，所述透明玻璃板用于遮挡所述安装通孔靠近所述真空腔室的一侧，并且所述透明玻璃板可拆卸的安装于所述密封端盖上；

聚光透镜，所述聚光透镜可拆卸固定于所述安装通孔靠近所述检测探头的一侧，且所述聚光透镜用于密封遮挡所述安装通孔。

优选的，上述的OES终点检测装置中，还包括设置于所述真空腔室内用于通过光束的光束通道，所述光束通道与所述安装通孔相对，并且所述光束通道的横截面面积大于所述检测探头的光线接收口的横截面面积。

优选的，上述的OES终点检测装置中，还包括设置于所述真空腔室内的保护管，且所述保护管的中空通道形成所述光束通道。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述密封端盖具有装配槽，所述透明玻璃板装配于所述装配槽内，所述保护管可拆卸的安装于所述装配槽处，并挤压固定所述透明玻璃板。

优选的，上述的OES终点检测装置中，还包括设置于所述真空腔室内的挡板组件，所述挡板组件可遮挡所述光束通道。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述挡板组件包括：

挡板，所述挡板可转动的安装于真空腔室内，所述保护管具有容纳缝，所述挡板转动过程中可插入所述容纳缝，遮挡所述保护管的中空通道；

驱动件，所述驱动件驱动所述挡板转动。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述容纳缝位于所述透明玻璃板远离所述聚光透镜的一侧。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述检测探头与所述聚光透镜之间的距离可调。

优选的，上述的OES终点检测装置中，还包括固定座，所述固定座与所述密封端盖可拆卸固定连接，所述聚光透镜密封固定于所述固定座与所述密封端盖之间。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述检测探头与调整座固定连接，所述调整座相对于所述固定座沿所述检测探头的轴线方向距离可调。

优选的，上述的OES终点检测装置中，所述调整座与所述固定座滑动连接，调节所述检测探头与所述聚光透镜之间的距离；

或，

所述调整座与所述固定座通过连接件距离可调的连接。

一种半导体芯片加工装置，包括OES终点检测装置，其中，所述OES终点检测装置为上述任一项所述的OES终点检测装置。

优选的，上述的半导体芯片加工装置中，所述OES终点检测装置的检测探头为光谱仪的检测探头。

本发明提供了一种OES终点检测装置，由于透明隔离件可拆卸密封安装于安装通孔处，因此，在透明隔离件被颗粒物污染而影响检测结果时，可将被污染的透明隔离件拆卸下来并进行更换。而由于沿安装通孔的轴线方向至少具有两个透明隔离件，且至少一个靠近检测探头的透明隔离件密封遮挡安装通孔，因此，在更换被污染的透明隔离件时，另外的透明隔离件还在密封安装通孔，可保证真空腔室内的密封性，不会影响OES终点检测装置的正常使用。

此外，本申请还公开了一种具有上述OES终点检测装置的半导体芯片加工装置，由于上述OES终点检测装置具有上述效果，因此，具有该OES终点检测装置的半导体芯片加工装置也具有上述效果。

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为本申请实施例中公开的OES终点检测装置的局部结构的结构示意图；

图2为本申请实施例中公开的OES终点检测装置的局部结构的主视剖视图；

图3为本申请实施例中公开的密封端盖的主视剖视图；

图4为本申请实施例中公开的保护管的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种OES终点检测装置，提高透明隔离件的清洁度，以保证OES检测的准确性。此外，本发明还公开了一种具有上述OES终点检测装置的半导体芯片加工装置。

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，所描述的实施例仅仅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。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在半导体芯片生产中，晶圆刻蚀工艺是不可或缺的关键环节，晶圆刻蚀贯穿于整个半导体芯片的生产。其中，对于刻蚀工艺来说，终点检测即刻蚀终止时刻的判定尤为重要，这关系到刻蚀工艺的质量和精度，越是复杂、精细的工艺，对终点检测的标准越严苛。

终点检测常用的一种检测方式是OES（Optical Emissions Spectroscopy，光学发射光谱法）。该方法反应灵敏、监测元素种类多、测量范围广、精度高、成本低，因此在晶圆刻蚀设备上使用广泛。

现有的OES结构中，光谱仪的检测探头需要伸入于放置有测试样品材料的真空腔室内，以检测测试样品材料中的元素发出的特征光谱。

目前的检测探头的放置位置主要有两种，一种置于真空腔室外，探头与真空腔室使用石英玻璃等透明结构隔开；另一种是置于真空腔室内，探头一般固定在晶圆载台的大气侧，即与外界等压，同样使用石英玻璃等将探头与真空腔室隔开。

结合上述布置方式，在OES工作过程中，隔绝真空的石英玻璃等会因为工艺产生的各种颗粒所污染，影响检测探头的检测，进而造成OES灵敏度下降甚至失效，导致OES使用寿命通常比较短。

基于上述问题，本申请实施例中公开了一种OES终点检测装置，可实现在真空腔室处于真空状态时，对透明结构进行更换，以保证检测探头的检测，提高检测的准确性。

结合图1至图3所示，本申请实施例中公开的OES终点检测装置，包括：密封端盖1、检测探头7和透明隔离件5。

其中，密封端盖1用于密封真空腔室，真空腔室用于放置测试样品，密封端盖1具有安装通孔11。测试样品放置于真空腔室内，根据光谱仪光源发射的特征光谱，激发测试样品材料中的元素并发出特征光谱，而产生的特征光谱通过该安装通孔11。

需要说明的是，真空腔室为半导体芯片加工过程中的真空空间。一些实施例中，真空腔室空间较大，可实现操作员进入或身体探入实施人工操作。

检测探头7安装于安装通孔11处，并可以根据测试样品发出的特征光谱进行光谱测试，并得到光谱信号。检测探头7可认为是光谱检测探头。检测探头7得到光谱信号后，可根据后续工艺对光谱进行分析并确定测试样品的元素种类。

透明隔离件5可拆卸密封安装于安装通孔11处，并位于检测探头7与真空腔室内部之间。通过透明隔离件5可实现安装通孔11的密封，即隔离检测探头7与真空腔室，保证真空腔室的密封性。

为了保证检测探头7检测的准确性，本申请实施例中的透明隔离件5至少为两个。由于透明隔离件5可拆卸密封安装于安装通孔11处，因此，在透明隔离件5被颗粒物污染而影响检测结果时，可将被污染的透明隔离件5拆卸下来并进行更换。而由于沿安装通孔11的轴线方向至少具有两个透明隔离件5，并且至少一个靠近检测探头7的透明隔离件5密封遮挡安装通孔11，因此，在更换被污染的透明隔离件5时，另外的透明隔离件5还在密封安装通孔11，可保证真空腔室内的密封性，不会影响OES终点检测装置的正常使用。

此外，上述连接方式实现了真空腔室密封时更换透明隔离件5，从而延长了各部件的使用寿命。

需要说明的是，对于透明隔离件5的数量以及相邻的间距可根据不同的需要设置。对于透明隔离件5的装配关系下文中进行详细介绍。

一些实施例中，透明隔离件5为两个，分别为透明玻璃板51和聚光透镜52。其中，透明玻璃板51用于遮挡上述安装通孔11靠近真空腔室的一侧，而聚光透镜52用于密封遮挡上述安装通孔11靠近检测探头7的一侧。

需要说明的是，在人工更换本文中的透明玻璃板51时，为了保证操作人员的安全性，可对真空腔室进行破真空处理，以使真空腔室内的压力达到大气压，方便操作人员操作，并在更换完透明玻璃板51后，对真空腔室抽真空。在抽真空过程中，由于聚光透镜52的密封作用，不会影响真空腔室的真空度。

透明玻璃板51位于安装通孔11的端部，聚光透镜52位于安装通孔11的内部。

为了便于对透明玻璃板51和聚光透镜52的安装和拆卸，可选的实施例中，透明玻璃板51和聚光透镜52分别可拆卸固定于安装通孔11的两端。

本申请实施例中的聚光透镜52可实现对由真空腔室到达安装通孔11内的光线的聚光，即汇聚光束到检测探头7，提高了检测光强。

一些实施例中，聚光透镜52为双凸透镜。在该双凸透镜安装于安装通孔11处时，双凸透镜的凸出的两侧分别与检测探头7和安装通孔11相对，以实现对光线的汇聚功能。

需要说明的是，透明隔离件5的数量和类型可根据不同的需要设置，只要能够保证对安装通孔11的密封遮挡即可。

在上述技术方案的基础上，本申请实施例中公开的OES终点检测装置还包括光束通道，该光束通道设置于真空腔室内，并用于通过光束，具体的，光束通道与安装通孔11相对，并且光束通道的横截面面积大于检测探头7的光线接收口的横截面面积。

结合聚光透镜52，对进入光束通道的光线进行聚光，聚光后的光线被检测探头7检测到。

通过设置光束通道和聚光透镜52不仅能够增大光线进入口径，还可对进入的光线进行汇聚，保证检测探头7的检测。采用上述方式的OES终点检测装置适用于小片、碎片的终点检测，保证小片、碎片等的检测准确性。

需要说明的是，本文中光束通道的横截面大小以及长度可根据不同的需要设置，且均在保护范围内。

一些实施例中，在真空腔室内设置有保护管4，保护管4为具有中空通道的管件，并且该保护管4的中空通道为等径的通道，该保护管4的中空通道形成上述的光束通道。

需要说明的是，该保护管4为不透光的材质。对于保护管4的材质和尺寸可根据不同的需要设置，且均在保护范围内。保护管4和密封端盖1共同限定出光束信号通道，并对其他部件具有保护作用。

本申请实施例中公开的密封端盖1具有装配槽12，透明玻璃板51装配于装配槽12内，并且保护管4可拆卸的安装于装配槽12处，并挤压透明玻璃板51使透明玻璃板51固定于装配槽12内。

通过设置装配槽12可对透明玻璃板51的安装进行定位，此外，采用保护管4可拆卸固定于密封端盖1上，使透明玻璃板51限位于装配槽12内。在需要更换透明玻璃板51时，可将保护管4与密封端盖1分离，然后取出透明玻璃板51，进行更换。

采用上述连接方式，可简化连接，并且采用挤压限位的方式，可避免透明玻璃板51通过连接件连接时，影响透明玻璃板51的强度以及遮挡效果。

本领域技术人员可以理解的是，对于透明玻璃板51与密封端盖1的连接方式还可为粘接或磁吸附连接。

进一步的实施例中，该OES终点检测装置还包括设置于真空腔室内的挡板组件，其中，该挡板组件可遮挡上述的光束通道，即可遮挡保护管4的中空通道。

通过增加挡板组件，可在更换透明玻璃板51时，用挡板组件遮挡保护管4的中空通道，从而对聚光透镜52进行保护，防止被污染。

更进一步的实施例中，该挡板组件位于透明玻璃板51远离聚光透镜52的一侧，从而可在不使用OES终点检测装置时，使用挡板组件遮挡保护管4的中空通道，从而对透明玻璃板51进行保护，防止被污染。

即设置的挡板组件不仅能够保护透明玻璃板51还可保护聚光透镜52。

一些实施例中，挡板组件包括：挡板3和驱动件2。

结合图4所述，其中，挡板3可转动的安装于真空腔室内，保护管4具有容纳缝41，挡板3转动过程中可插入容纳缝41，遮挡保护管4的中空通道。而驱动件2驱动挡板3转动，从而实现挡板3的转动。

在驱动件2驱动挡板3转动过程中，挡板3可插入于容纳缝41中，实现遮挡保护管4的中空通道，此时OES终点检测装置处于不能使用状态；在驱动件2反向驱动挡板3转动时，挡板3从容纳缝41中脱离出来，释放保护管4的中空通道，此时OES终点检测装置处于可使用状态。

一些实施例中，上述的驱动件2为驱动气缸或步进电机。

上述公开了挡板3转动而实现对保护管4的中空通道的遮挡和释放，在其他实施例中，还可通过挡板3的移动而实现对保护管4的中空通道的遮挡和释放，且均在保护范围内。

结合上述内容可知，优选的实施例中，容纳缝41位于透明玻璃板51远离聚光透镜52的一侧。

由上述内容可知，聚光透镜52的作用的汇集光线，并且汇聚后的光束进入检测探头7。若聚光透镜52与检测探头7之间的距离过大或过小都会影响到达检测探头7的光束的发散性和光强。

基于此，本申请实施例中公开的检测探头7与聚光透镜52之间的距离可调，通过改变检测探头7与聚光透镜52之间的距离可保证进入检测探头7的光束的收束性和光强，保证检测的准确性。

一些实施例中，上述的聚光透镜52通过固定座8固定在密封端盖1和固定座8之间。具体的，固定座8与密封端盖1可拆卸连接，例如，通过螺钉连接，并将聚光透镜52限位于两者之间。

为了保证聚光透镜52对安装通孔11安装的密封性，可选的实施例中，在聚光透镜52与密封端盖1之间设置密封圈6。

聚光透镜52采用限位的方式实现固定，可保证聚光透镜52的完整性以及连接的稳定性。一些实施例中，聚光透镜52还可采用粘接或磁吸附的方式与密封端盖1密封连接。

检测探头7与调整座9固定连接，而调整座9可相对于固定座8距离可调。一些实施例中，将调整座9和固定座8可移动的连接。

可选的实施例中，调整座9与固定座8滑动连接，并且滑动方向为安装通孔11的轴向。可以理解的是，调整座9和固定座8中一者具有滑轨一者具有滑块，通过滑轨和滑块的配合，实现滑动连接。

当然，调整座9与固定座8还可通过连接件连接，可选的，采用螺钉连接。操作者可通过旋转螺钉，从而改变调整座9与固定座8之间的距离。

采用螺钉连接的方式不仅可保证调整座9与固定座8连接的稳定性，还可实现调整座9与固定座8之间的距离。

需要说明的是，调整座9与固定座8还可采用其他连接方式实现距离可调，且均在保护范围内。

结合上述公开的内容可知，在OES终点检测装置工作过程为：

调节检测探头7与双凸透镜之间的距离；

驱动件2驱动挡板3转动，导通保护管4；

OES终点检测装置的光谱仪的光源发射特征光谱，依次穿透双凸透镜、透明玻璃板51，到达真空腔室的测试样品的表面；

测试样品被激发，并发射出特征光谱，特征光谱通过透明玻璃板51、双凸透镜进入检测探头7；

光谱仪接受检测探头7得到的光谱信号并进行分析，对比分析得到测试样品的元素的种类。

此外，本申请中还公开了一种半导体芯片加工装置，包括OES终点检测装置，其中，OES终点检测装置为上述实施例中公开的OES终点检测装置，因此，具有该OES终点检测装置的半导体芯片加工装置也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

上述实施例中公开的检测探头7为光谱仪的检测探头。光谱仪通过该检测探头7可测试样品的元素进行分析。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种OES终点检测装置，其特征在于，包括：

密封端盖，所述密封端盖用于密封真空腔室，所述真空腔室用于放置测试样品，所述密封端盖具有安装通孔；

检测探头，所述检测探头安装于所述安装通孔处，并且所述检测探头用于对所述真空腔室内的所述测试样品进行光谱测试，并得到光谱信号；

透明隔离件，所述透明隔离件可拆卸安装于所述安装通孔处，并位于所述检测探头与所述真空腔室内部之间，且沿所述安装通孔的轴线方向至少具有两个所述透明隔离件，且至少一个靠近所述检测探头的所述透明隔离件密封遮挡所述安装通孔；

所述透明隔离件为两个，分别为：透明玻璃板，所述透明玻璃板用于遮挡所述安装通孔靠近所述真空腔室的一侧，并且所述透明玻璃板可拆卸的安装于所述密封端盖上；聚光透镜，所述聚光透镜可拆卸固定于所述安装通孔靠近所述检测探头的一侧，且所述聚光透镜用于密封遮挡所述安装通孔。

2.根据权利要求1所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述聚光透镜为双凸透镜，并且所述双凸透镜的凸出的两侧分别与所述检测探头和所述安装通孔相对。

3.根据权利要求1所述的OES终点检测装置，其特征在于，还包括设置于所述真空腔室内用于通过光束的光束通道，所述光束通道与所述安装通孔相对，并且所述光束通道的横截面面积大于所述检测探头的光线接收口的横截面面积。

4.根据权利要求3所述的OES终点检测装置，其特征在于，还包括设置于所述真空腔室内的保护管，且所述保护管的中空通道形成所述光束通道。

5.根据权利要求4所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述密封端盖具有装配槽，所述透明玻璃板装配于所述装配槽内，所述保护管可拆卸的安装于所述装配槽处，并挤压固定所述透明玻璃板。

6.根据权利要求4所述的OES终点检测装置，其特征在于，还包括设置于所述真空腔室内的挡板组件，所述挡板组件可遮挡所述光束通道。

7.根据权利要求6所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述挡板组件包括：

挡板，所述挡板可转动的安装于真空腔室内，所述保护管具有容纳缝，所述挡板转动过程中可插入所述容纳缝，遮挡所述保护管的中空通道；

驱动件，所述驱动件驱动所述挡板转动。

8.根据权利要求7所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述容纳缝位于所述透明玻璃板远离所述聚光透镜的一侧。

9.根据权利要求1所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述检测探头与所述聚光透镜之间的距离可调。

10.根据权利要求9所述的OES终点检测装置，其特征在于，还包括固定座，所述固定座与所述密封端盖可拆卸固定连接，所述聚光透镜密封固定于所述固定座与所述密封端盖之间。

11.根据权利要求10所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述检测探头与调整座固定连接，所述调整座相对于所述固定座沿所述检测探头的轴线方向距离可调。

12.根据权利要求11所述的OES终点检测装置，其特征在于，所述调整座与所述固定座滑动连接，调节所述检测探头与所述聚光透镜之间的距离；

或，

所述调整座与所述固定座通过连接件距离可调的连接。

13.一种半导体芯片加工装置，包括OES终点检测装置，其特征在于，所述OES终点检测装置为如权利要求1至12任一项所述的OES终点检测装置。

14.根据权利要求13所述的半导体芯片加工装置，其特征在于，所述OES终点检测装置的检测探头为光谱仪的检测探头。