CN215342540U - 基片对准装置及基片处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基片对准装置、基片对准系统，包括支撑板，传感器和计算单元，通过对准装置的支撑板和传感器配合，建立基片和基座直接的对准关系，利用基座上已有的特征区域，结合传感器的光学结构，实现最少的中间辅助部件参照；配合整体基片加工系统，实现真空环境的测量，减少对生产加工的延误，优化工艺流程，提高生产效率；使用对准装置获得的数据结果对传送机构的运行轨迹进行调整，进一步确保基片放置位置的准确性和可重复性，保证每一片基片加工的均一性。

Description

基片对准装置及基片处理系统

技术领域

本实用新型涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种基片对准装置，基片处理系统。

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，暴露的基片被基座支撑，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。

工艺气体被激发成等离子体后受腔室内的部件限制，形成位于上下电极之间围绕基座中心成对称的椭球形，为了使基片表面与等离子体的反应程度均匀，需要保证基片与基座的中心对准，最大程度的利用等离子体的作用范围，防止基片边缘的刻蚀误差。

现有技术中，通常采用单独校准机械臂和基座相互位置的方法来确保机械臂与基座的中心对准，再使基片每次放在机械臂上时和机械臂对准，通过间接使基片和基座的中心对准，但不管是机械臂和基座，还是基片和机械臂，对准过程可能都存在微小误差，对于间接对准，会放大基片与基座之间的对准误差。并且在每次对准时都需要人工开腔对准，开腔需要破坏真空环境，反应时又需要达到真空环境，由此为半导体基片加工流程带来延误。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，一种基片对准装置，其通过传送机构送入反应腔，所述反应腔内设置有表面具有特征区的基座，包括：

可放置于所述传送机构上的支撑板，用于模拟基片与所述传送机构的相对位置；

位于所述支撑板上的光学传感器，所述光学传感器可发射光线到所述特征区，并接收由所述特征区反射的所述光线；

计算单元，可以根据被反射后的所述光线的光学性质的变化判断所述支撑板和所述基座的相对位置；

调整单元，根据所述相对位置调整所述传送机构使所述基片与所述基座对准。

可选的，所述特征区为所述基座表面的凸台或通孔。

可选的，所述光学传感器的数量为1，位于所述支撑板的中心，所述特征区位于所述基座表面的中心。

可选的，所述传送机构包括机械臂，所述机械臂上设置有开口，所述光线通过所述开口照射到所述特征区域。

可选的，所述光学传感器为光纤传感器，所述光学性质为光亮度值。

可选的，所述传感器为距离传感器，所述光学性质为干涉光强度。

可选的，所述传感器的数量为3，位于等边三角形的三个顶点。

可选的，还包括存储单元，用于存储所述光学性质的变化数据；通信单元，用于将所述变化数据输送到所述计算单元，以及遥控所述光学传感器开启或关闭。

可选的，所述通信单元为无线通信装置，所述计算单元位于所述反应腔之外。

可选的，所述特征区尺寸小于0.5mm，所述光线照射区域的尺寸和所述特征区尺寸相同。

进一步的，本实用新型还提供一种基片处理系统，包括：

多个反应腔，与多个反应腔相连的传输腔，以及基片存储腔；

所述传送机构位于所述传输腔中；

如上述任一所述的基片对准装置，所述基片对准装置由传送机构在所述反应腔与所述基片存储腔之间传送。

可选的，所述基片对准装置在真空环境中由所述基片存储腔传入所述反应腔。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种基片对准装置、基片对准系统和传送机构位置调整方法，通过对准装置的支撑板和传感器配合，建立基片和基座直接的对准关系，利用基座上已有的特征区域，结合传感器的光学结构，实现最少的中间辅助部件参照；配合整体基片加工系统，实现真空环境的测量，减少对生产加工的延误，优化工艺流程，提高生产效率；使用对准装置获得的数据结果对传送机构的运行轨迹进行调整，进一步确保基片放置位置的准确性和可重复性，保证每一片基片加工的均一性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为现有技术中的一种基片对准结构示意图；

图2为本实用新型的一种实施例的基片对准装置结构示意图；

图3A-3B为本实用新型的基片对准装置的一种实施例的基座表面局部放大图；

图4A-4B为本实用新型的基片对准装置的另一种实施例的基座表面局部放大图；

图5为本实用新型的另一种实施例的基片对准装置结构示意图

图6为本实用新型的一种基片处理系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出现有技术中为了实现基片与基座的对准采用的一种解决方案，在反应腔100内，设置有基座130，用于承载基片，在反应腔的侧壁设置有传片口，用于传送机构110的进出，传送机构110可以是一种机械臂。为了使传送机构110每次送入反应腔100内的基片与基座130的上表面同心放置。会在反应腔100使用前，在基座130上表面放置具有环形边沿的定位工装120，定位工装120可以覆盖基座130的上表面，其环形边沿的内径与基座上表面的直径相同，以获得当定位工装120和基座130组合在一起时，两者自然达到同心状态的效果。在定位工装120的中心有第一通孔121，而在传送机构110上具有第二通孔111，为了让基片准确放置在基座表面，默认第二通孔111同样与放置在传送机构110上的基片同心设置，因此，从实际操作上，可以在未放置基片的情况下，调试传送机构的位置，例如利用一直杆贯通第一通孔和第二通孔，直到第一通孔121和第二通孔111同心为止。之后以该位置作为传送机构110移动到基座130上方时的确定位置，再拆除定位工装120，进行之后的工艺流程。

现有技术利用如图1所示的方案进行对准时，基本可以确定传送机构110和基座130的同心配置，但因两个通孔尺寸限制，也可能存在微小误差。当基片在反应腔之外被放到传送机构110上时，也会进行一道对准工序，如果此时基片与传送机构也存在一微小误差，单独来看，不管是基片与传送机构的误差，还是传送机构与基座的误差都在允许范围之内，但是两个误差叠加，就可能使基片与基座的直接误差超过工艺对均匀性的要求。此外，因为定位工装120的安装和卸载，以及使用测量两个通孔对准的外部设备，都需要破坏反应腔100的真空状态，使其处于开放状态进行。如果是在设备初装时进行测量对工艺生产影响不大，但是如果在工艺生产中间想测量，真空环境的破坏和再恢复就会显著耗费时间，耽误半导体器件生产的进行。

如图2所示为本实用新型的基片对准装置的一个实施例，包括一支撑板220，用于模拟基片在传送机构210送入反应腔200内时的位置，在一些实施例中，支撑板220的平面形状与基片相同，为了提供结构刚性，厚度可以比实际基片略厚。支撑板220可以被放置在传送机构210上，并通过反应腔200上的传片口移动到基座230的上方，在支撑板220上设置有光学传感器221，在一些实施例中，光学传感器221可以是一个，且正好位于支撑板220的中心，相当于位于模拟基片的中心，在传送机构210与光学传感器221对应的位置，可以允许光学传感器221发射的光线222照射到基座230的上表面，例如可以在传送机构210对应位置开有通孔，或者设置有透光平面。光线222照射到基座230上表面的特征区域后被反射回光学传感器221，通过计算单元223对光线222光学性质的变化判断支撑板220与基座230的相对位置，根据相对位置与设定值的对比确定对准程度，例如比对光学性质的变化值，当处于允许范围内时，证明支撑板220与基座230的相对位置处于对准状态，反之则根据变化值推导相对位置的偏移量利用调整单元对传送机构的位置进行调整。在一些实施例中，计算单元223可以和光学传感器221集成在一起。在另一些实施例中，计算单元223与光学传感器221分开设置，如图2中所示，与光学传感器221电连接。也可以位于反应腔200之外，与光学传感器221无线连接.

在图2的实施例中，还包括存储单元225，用于存储光学传感器221接收的光学性质的变化数据，其可以通过通信单元224将变化数据传输到计算单元223中。通信单元224还可以作为光学传感器221的控制器，在选择无线通信装置作为通信单元时，可以通过反应腔200外的信号遥控光学传感器。在本实施例中，支撑板可以用来模拟基片，由此建立基片和基座230的直接对准关系，而消除了以传送机构作为中介校准带来的误差放大。

如图3A-3B所示为基座230表面的局部放大图用来表示特征区域，如3A所示，特征区域可以是基座230表面的一凸台231，该凸台可以正好位于基座230的上表面中心，也可以与中心有确定的偏差，以在数据处理时进行对准的纠正。该凸台231可以是用于基片背面温度控制流体通道的支柱，其尺寸小于0.5mm，光学传感器可以是光纤传感器，该光纤传感器可以发射一束具有多个微小光斑的光线，光线的照射尺寸与凸台的尺寸相近，当光线被凸台231反射后，将其与反射前光线的相关光学性质进行对比，如强度变化、相位变化、偏振变化等，综合成光亮度值的变化，当光纤传感器发出的光完全照射在凸台231上时，光亮度值最大，此时可以判断为对准状态，当如图3B所示，光线222与凸台231产生偏差时，只有一部分照射到凸台231上，另一部分照射到凸台下，两部分光线被反射后，进入光纤传感器的反射光因距离的差值会导致光亮度值减小，此时调整单元调动传送机构围绕当前位置沿着前后左右四个方向进行持续微小的移动，并记录光亮度值的变化，直到获得的光亮度值与标准最大光亮度值相符，则将这时的位置记录为对准位置。光学传感器也可以是距离传感器，其发射的光线在传感器头部和凸台231表面发生反射，在回到光学传感器时发生干涉，因为从凸台231表面和基座230表面反射的光线光程差不同，所以根据不同光的波长和干涉后的强度，可以确定传感器头部是否正对凸台231，由此判断对准程度。

在如图4A-4B所示的实施例图中，特征区域也可以是基座230上表面的通孔232，例如用于传导冷却气体的气孔，同样利用光线222在通孔232与基座230表面反射回光学传感器后光学性质的改变来判断支撑板和基座的偏移程度。

如图5所示为本实用新型的另一个实施例，与上述实施例的区别在于，光学传感器321的数量为三个，其均匀的位于支撑板320上，例如可以是位于等边三角形的三个顶点，光线233可以通过传送机构310照射到基座上的三个不同特征区域，三个特征区域可以选择相同的特征孔例如基座中升降销孔，也可以是基座上表面三个固定位置的凸台，亦或是孔和凸台的组合，通过三个特征区域反馈的光学数据判断对准程度，也可以是不规则的排布，例如一个光学传感器位于中心，其他两个光学传感器与中心成不等距且不对称排列，依次根据光学传感器的反馈，同时判断偏移的方向和距离。

如图6所示为本实用新型的处理系统，包括传输腔620，传送机构位于传输腔620中，反应腔610，其可以为多个，与传输腔620相连，基片存储腔630，其与传输腔620相连，反应腔610、传输腔620与基片存储腔630位于同等真空度的环境中，传送机构可以将基片存储腔630中的基片送入反应腔61中进行工艺处理，本实用新型所述的基片对准装置位于基片存储腔630中，传送机构可以在不破坏真空环境的情况下，执行将基片对准装置送入反应腔610进行对准测量的流程，显著减少了对准测量对工艺时间的延误。

根据本实用新型的装置和系统调整传送机构的位置方法，包括：

通过传送机构将本实用新型的基片对准装置移动到基座上方；上下移动传送机构至合适位置，该合适位置根据传感器参数确定，例如为了让光纤传感器的光线聚焦尺寸和特征区域尺寸相近，可以为7±2mm；

开启所述光学传感器，使光线照射到基座表面的特征区域；

收集反射后的光线，根据光线前后光学性质的变化确定支撑板与基座的对准偏差；

再根据对准偏差的数值调整传送机构的所需要移动的位置量。

其中，在判断是否对准时可以设定光学性质的变化阈值范围，当光学性质变化在阈值范围内时，确定为对准状态，不需要调整；

当光学性质变化超过阈值范围时，确定为未对准状态，进一步移动传送机构直到回归阈值范围，此时移动的方向和数量即确定为调整值。

具体当未对准时，可以沿着前后左右四个方向平行移动所述传送机构，直到所述光学性质的变化在所述阈值范围内，记录移动距离作为所述传送机构的调整值。

为了达到对位置精确微调的目的，所述传送机构沿着前后左右四个方向平行移动的距离小于等于1mm。

本实用新型提供了一种基片对准装置、基片对准系统和传送机构位置调整方法，通过对准装置的支撑板和传感器配合，建立基片和基座直接的对准关系，利用基座上已有的特征区域，结合传感器的光学结构，实现最少的中间辅助部件参照；配合整体基片加工系统，实现真空环境的测量，减少对生产加工的延误，优化工艺流程，提高生产效率；使用对准装置获得的数据结果对传送机构的运行轨迹进行调整，进一步确保基片放置位置的准确性和可重复性，保证每一片基片加工的均一性。

本实用新型公开的基片对准装置不限于应用于电容耦合等离子体反应腔和电感耦合等离子体反应腔中，在其他等离子体处理装置中也可以适用，此处不再赘述。

尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种基片对准装置，其通过传送机构送入反应腔，所述反应腔内设置有表面具有特征区的基座，其特征在于，包括：

可放置于所述传送机构上的支撑板，用于模拟基片与所述传送机构的相对位置；

位于所述支撑板上的光学传感器，所述光学传感器可发射光线到所述特征区，并接收由所述特征区反射的所述光线；

计算单元，可以根据被反射后的所述光线的光学性质的变化判断所述支撑板和所述基座的相对位置；

调整单元，根据所述相对位置调整所述传送机构使所述基片与所述基座对准。

2.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述特征区为所述基座表面的凸台或通孔。

3.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述光学传感器的数量为1，位于所述支撑板的中心，所述特征区位于所述基座表面的中心。

4.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述传送机构包括机械臂，所述机械臂上设置有开口，所述光线通过所述开口照射到所述特征区。

5.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述光学传感器为光纤传感器，所述光学性质为光亮度值。

6.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述传感器为距离传感器，所述光学性质为干涉光强度。

7.如权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述传感器的数量为3，位于等边三角形的三个顶点。

8.如权利要求4所述的基片对准装置，其特征在于，还包括存储单元，用于存储所述光学性质的变化数据；通信单元，用于将所述变化数据输送到所述计算单元，以及遥控所述光学传感器开启或关闭。

9.如权利要求8所述的基片对准装置，其特征在于，所述通信单元为无线通信装置，所述计算单元位于所述反应腔之外。

10.如权利要求2所述的基片对准装置，其特征在于，所述特征区尺寸小于0.5mm，所述光学传感器发射的光线产生的照射区域的尺寸和所述特征区尺寸相同。

11.一种基片处理系统，其特征在于，包括：

多个反应腔，与多个反应腔相连的传输腔，以及基片存储腔；

所述传送机构位于所述传输腔中；

如权利要求1-10任一所述的基片对准装置，所述基片对准装置由传送机构在所述反应腔与所述基片存储腔之间传送。

12.如权利要求11所述的处理系统，其特征在于，所述基片对准装置在真空环境中由所述基片存储腔传入所述反应腔。

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