CN217444341U - 干法刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种干法刻蚀设备，应用于半导体工艺设备技术领域。在本实用新型提供的新型的干法刻蚀设备中，其可以对晶圆即实现刻蚀功能，又实现晶圆的量测功能；具体的，其通过在现有的干法刻蚀设备中的用于传输晶圆的大气传送模块中添加一称重单元，从而利用该称重单元对晶圆刻蚀前后的重量分别进行测量，然后，在根据晶圆刻蚀前后的重量差值是否在预设安全差值范围内，来实时在线判断该晶圆进行的刻蚀工艺是否存在异常问题，从而避免了现有技术中只能用于刻蚀工艺的干法刻蚀设备需要利用AFM量测方法对晶圆进行检测，而导致的测试周期长以及刻蚀工艺生产效率低的问题。

Description

干法刻蚀设备

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺设备技术领域，特别涉及一种干法刻蚀设备。

背景技术

半导体制造是极其精准的工艺，随着关键尺寸不断缩小，对于工艺精准度的要求也越来越高，即使很小的工艺偏差也可能导致良率降低，因此在半导体制造过程中，会对关键的工艺步骤进行测量和监控。

而现有技术中，大部分半导体工艺步骤都涉及材料的增减，而经典的监控方式是监测增减材料部分的尺寸，比如沉积一层金属，需要量测金属层的厚度；比如对硅表面进行氧化，需要量测氧化层的厚度；再比如刻蚀过程，往往需要测量关键尺寸(CD，CriticalDimension)，深度(Depth)以及厚度(THK)。

但是，目前利用经典的监控方法对于一些特定的工艺的测量会变得复杂或测量周期偏长，比如深硅沟槽蚀刻，深硅沟槽的蚀刻深度往往在几um到几十um之间，蚀刻后的硅槽深度测量在业界通常使用AFM(Atomic Force Microscop e，原子力显微镜)量测机台进行监测，而AFM量测深硅沟槽深度的速度较慢，通常需要122～20分钟/一片wafer，极大影响测量周期和生产效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的干法刻蚀设备，以在现有的只能用于刻蚀的干法刻蚀设备的基础上，提供一种可以同时实现刻蚀和量测晶圆重量的干法刻蚀设备，从而实现实时在线反应刻蚀是否异常，进而提升了刻蚀工艺的生产效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种干法刻蚀设备，具体可以包括与大气传送模块(2)分别相连的样品装载模块(1)和真空传送模块(3)，以及与所述真空传送模块(3)相连的刻蚀反应模块(4)；其中，所述大气传送模块(2)可以包含至少一称重单元(21)，以用于测量晶圆刻蚀前后的重量。

进一步的，所述大气传送模块(2)还可以包括与所述称重单元(21)电连接的控制单元，以用于记录所述称重单元(21)测量出的待刻蚀晶圆的重量数据，或者，用于记录所述称重单元(21)测量出的刻蚀后晶圆的重量数据。

进一步的，所述控制单元中可以预先建立有数据库，所述数据库中可以包括多种同一产品在同一工艺条件下的刻蚀前后的重量数据以及二者之间的差值范围。

进一步的，所述干法刻蚀设备还可以包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元(22)，所述晶圆对准单元(22)可以设置在样品装载模块(1)与所述大气传送模块(2)之间；或者，所述大气传送模块(2)还可以包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元(22)。

进一步的，所述干法刻蚀设备还可以包括气闸室(5)，所述气闸室(5)可以设置在所述大气传送模块(2)与所述真空传送模块(3)之间。

进一步的，所述大气传送模块(2)具体可以包括大气传输手臂，所述大气传输手臂用于实现晶圆在所述样品装载模块(1)与所述气闸室(5)之间的传输。

进一步的，所述真空传送模块(3)内可以设有真空传输手臂，所述真空传输手臂具体用于实现晶圆在所述气闸室(5)、所述真空传送模块(3)与所述刻蚀反应模块(4)之间的运输。

进一步的，所述干法刻蚀设备还可以包括晶圆冷却暂存模块，所述晶圆冷却暂存模块可以设置在所述气闸室(5)相对于所述真空传送模块(3)的另一端，以用于暂时放置已完成刻蚀工艺的晶圆。

进一步的，所述干法刻蚀设备还可以包括显示模块，所述显示模块可以包括操作界面，以用于实现控制干法刻蚀设备的运行状态。

进一步的，利用所述干法刻蚀设备在所述晶圆上形成的结构可以为深沟槽结构。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下技术效果：

在本实用新型提供了一种新型的干法刻蚀设备，其可以对晶圆即实现刻蚀功能，又实现晶圆的量测功能；具体的，其通过在现有的干法刻蚀设备中的用于传输晶圆的大气传送模块中添加一称重单元，从而利用该称重单元对晶圆刻蚀前后的重量分别进行测量，然后，在根据晶圆刻蚀前后的重量差值是否在预设安全差值范围内，来实时在线判断该晶圆进行的刻蚀工艺是否存在异常问题，从而避免了现有技术中只能用于刻蚀工艺的干法刻蚀设备需要利用AFM量测方法对晶圆进行检测，而导致的测试周期长以及刻蚀工艺生产效率低的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中提供的干法刻蚀设备的平面结构图。

图中，1-样品装载模块，2-大气传送模块，3-半真空传送模块；4-刻蚀反应模块，22-晶圆对准单元，5-气闸室，21-称重单元。

具体实施方式

承如背景技术所述，目前，大部分半导体工艺步骤都涉及材料的增减，而经典的监控方式是监测增减材料部分的尺寸，比如沉积一层金属，需要量测金属层的厚度；比如对硅表面进行氧化，需要量测氧化层的厚度；再比如刻蚀过程，往往需要测量关键尺寸(CD，Critical Dimension)，深度(Depth)以及厚度(THK)。

但是，利用经典的监控方法对于一些特定的工艺的测量会变得复杂或测量周期偏长，比如深硅沟槽蚀刻，深硅沟槽的蚀刻深度往往在几um到几十um之间，蚀刻后的硅槽深度测量在业界通常使用AFM(Atomic Force Microscope，原子力显微镜)量测机台进行监测，而AFM量测深硅沟槽深度的速度较慢，通常需要122～20分钟/一片wafer，极大影响测量周期和生产效率。因此，半导体行业的工艺工程师们始终在寻找新的测量方式，这些探索催生出了一种新的半导体工艺测量方式—质量测量法(mass metrology)，耗时更短，成本更低廉。开拓性的研究工作表明，如果质量测量精度的3σ在100ug级别，测量材料增减的灵敏度可以达到埃量级，符合半导体工艺测量精度范围。

并且，本实用新型研究人员发现，在现有的干法刻蚀设备中，其只能进行对进行的刻蚀功能，而无法对晶圆实现测量功能。基于此，本实用新型研究人员提出可以将质量测量法和现有的干法刻蚀设备相结合的方式来解决AFM量测深硅沟槽深度速度慢、生产效率低的问题。

基于此，本实用新型提供了一种新型的干法刻蚀设备，以在现有的只能用于刻蚀的干法刻蚀设备的基础上，提供一种可以同时实现刻蚀和量测晶圆重量的干法刻蚀设备，从而实现实时在线反应刻蚀是否异常，进而提升了刻蚀工艺的生产效率。

以下将对本实用新型的一种新型的干法刻蚀设备作进一步的详细描述。下面将参照附图1对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

请参考图1，其中，图1为本实用新型一实施例中提供的干法刻蚀设备的平面结构图。如图1所示，本实用新型提供的干法刻蚀设备大致可以包括样品装载模块1、大气传送模块2、真空传送模块3、刻蚀反应模块4、晶圆对准单元22和气闸室5。

其中，所述样品装载模块1用于承载并输入待进行加工的晶圆，所述大气传送模块2和所述真空传送模块3用于在所述刻蚀反应模块4与所述样品装载模块1之间进行晶圆传输，所述晶圆对准单元22用于对晶圆进行对准，而所述气闸室5用于作为所述大气传送模块2与所述真空传送模块3的中转站。

具体的，所述样品装载模块1可以位于本实用新型提供的干法刻蚀设备的底部，而所述大气传送模块2位于所述样品装载模块1的上方，并与所述样品装载模块1以连通的方式相连；所述样品装载模块1可以包括多个晶圆盒，而所述每个晶圆盒中包含晶圆承载台，以用于承载晶圆，并通过传输手臂将承载台上的晶圆传输到所述大气传送模块2中。所述大气传送模块2的另一端与所述真空传送模块3以连通的方式相连，以用于将大气传送模块2传送过来的待进行刻蚀工艺的晶圆通过真空环境传送到刻蚀反应模块4中进行刻蚀工艺。所述气闸室5设置在所述大气传送模块2与所述真空传送模块3之间，以作为所述大气传送模块2与所述真空传送模块3的中转站。

需要说明的是，所述晶圆对准单元22可以是独立于所述大气传送模块2的一个功能模块，也可以是包含在所述大气传送模块2中的一个子功能模块(单元)，对此本实用新型不做具体限定。

进一步的，继续参考图1，所述大气传送模块2可以包括一称重单元21，其中，所述称重单元21用于对所述样品装载模块1传输过来的待进行刻蚀工艺的晶圆进行称重，以得到该晶圆的刻蚀前的重量数据(第一重量数据)，以及用于对所述真空传送模块3传输过来的经过所述刻蚀反应模块4执行完刻蚀工艺后的晶圆进行称重，以得到该晶圆的刻蚀后的重量数据(第二数据)。

并且，所述大气传送模块2还可以包括大气传输手臂(未图示)，所述大气传输手臂用于实现晶圆在所述样品装载模块1与所述气闸室5之间的传输。

同理，所述真空传送模块3内可以设有真空传输手臂(未图示)，所述真空传输手臂实现晶圆在所述气闸室5、所述真空传送模块3与所述刻蚀反应模块4之间的运输。

更进一步的，在本实用新型提供的干法刻蚀设备中，所述大气传送模块2还可以包括与所述称重单元21电连接的控制单元(未图示)，以用于记录所述称重单元21测量出的待刻蚀晶圆的重量数据，或者，用于记录所述称重单元21测量出的刻蚀后晶圆的重量数据。而所述控制单元中预先建立有数据库，所述数据库中包括多种同一产品在同一工艺条件下的刻蚀前后的重量数据以及二者之间的差值范围。

在本实施例中，针对例如在晶圆上形成深硅沟槽结构的刻蚀工艺时，如果采用现有技术提供的干法刻蚀工艺进行，则其需要利用AFM(Atomic Force Microscope，原子力显微镜)量测机台进行监测，而AFM量测深硅沟槽深度的速度较慢，通常需要122～20分钟/一片wafer，极大影响测量周期和生产效率。而如果利用本实用新型提供的刻蚀设备进行深硅沟槽结构的形成，则可以利用本实用新型提供的刻蚀设备中的称重单元21检测晶圆的刻蚀前后的重量变化，以反映刻蚀过程是否有异常，对于深硅沟槽蚀刻，可以部分替代CD/Depth监测，可以极大降低AFM量测Ratio(比例，比率)，从而提升生产效率。而且质量测量法有以下优点：一、不具备破坏性，只与wafer背面接触，不会损坏wafer正面电路；二、测量过程可在大约1分钟内完成，速度快，因此可以实现高采样率。

具体的，可以在本次待进行进行刻蚀加工工艺之前，利用本实用新型提供的干法刻蚀设备先对同一产品同一工艺条件下的多个样品晶圆进行刻蚀前后的重量采集，并计算每个样品晶圆刻蚀前后的重量差值，以根据所述采集的所述重量数据，针对每类产品在同一工艺条件下建立重量差值安全范围数据库。然后，在利用本实用新型提供的所述干法刻蚀设备中的所述样品装载模块1、所述大气传送模块2、所述晶圆对准单元22、所述称重单元21-所述真空传送模块3以及所述刻蚀反应模块4完成晶圆的刻蚀工艺以及记录刻蚀之前该晶圆的重量数据；然后，在通过所述干法刻蚀设备中的所述刻蚀反应模块4、所述真空传送模块3、所述大气传送模块2、所述称重单元21以及样品装载模块1完成将刻蚀后的晶圆传输出去并记录该刻蚀后的晶圆的重量数据。

由于本实用新型提供的所述大气传送模块2中包含有控制单元，而该控制单元中设置有所述数据库，因此，在所述大气传送模块2中的所述称重单元21测量得到晶圆刻蚀前后的重量数据之后，其可以将所述重量数据发送到与其电连接的控制单元，然后，该控制单元在根据所述接收的重量数据计算得到该晶圆刻蚀前后的重量差值，然后在和其已存储的数据库中的重量差值安全范围进行比较，若该晶圆刻蚀前后的重量差值在所述数据库中的重量差值安全范围之内，则说明该晶圆的刻蚀过程未发生异常，则可以对下一批次的晶圆进行刻蚀工艺；若该晶圆刻蚀前后的重量差值不在所述数据库中的重量差值安全范围之内，则说明该晶圆的刻蚀过程发生异常，则直接发出报警以提示工程师该批次晶圆刻蚀异常，并自动停止下一批次晶圆的刻蚀工艺。

进一步的，在本实用新型提供的所述干法刻蚀设备还包括晶圆冷却暂存模块(未图示)，所述晶圆冷却暂存模块设置在所述气闸室5相对于所述真空传送模块3的另一端，以用于暂时放置已完成刻蚀工艺的晶圆。

进一步的，所述干法刻蚀设备还包括显示模块(未图示)，所述显示模块包括操作界面，以用于实现控制干法刻蚀设备的运行状态。

综上所述，在本实用新型提供了一种新型的干法刻蚀设备，其可以对晶圆即实现刻蚀功能，又实现晶圆的量测功能；具体的，其通过在现有的干法刻蚀设备中的用于传输晶圆的大气传送模块中添加一称重单元，从而利用该称重单元对晶圆刻蚀前后的重量分别进行测量，然后，在根据晶圆刻蚀前后的重量差值是否在预设安全差值范围内，来实时在线判断该晶圆进行的刻蚀工艺是否存在异常问题，从而避免了现有技术中只能用于刻蚀工艺的干法刻蚀设备需要利用AFM量测方法对晶圆进行检测，而导致的测试周期长以及刻蚀工艺生产效率低的问题。

需要说明的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本实用新型的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本实用新型实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。

Claims (10)

1.一种干法刻蚀设备，包括与大气传送模块(2)分别相连的样品装载模块(1)和真空传送模块(3)，以及与所述真空传送模块(3)相连的刻蚀反应模块(4)，其特征在于，所述大气传送模块(2)包含至少一称重单元(21)，以用于测量晶圆刻蚀前后的重量。

2.如权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述大气传送模块(2)还包括与所述称重单元(21)电连接的控制单元，以用于记录所述称重单元(21)测量出的待刻蚀晶圆的重量数据，或者，用于记录所述称重单元(21)测量出的刻蚀后晶圆的重量数据。

3.如权利要求2所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述控制单元中预先建立有数据库，所述数据库中包括多种同一产品在同一工艺条件下的刻蚀前后的重量数据以及二者之间的差值范围。

4.如权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述大气传送模块(2)还包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元(22)。

5.如权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述干法刻蚀设备还包括气闸室(5)，所述气闸室(5)设置在所述大气传送模块(2)与所述真空传送模块(3)之间。

6.如权利要求5所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述大气传送模块(2)包括大气传输手臂，所述大气传输手臂用于实现晶圆在所述样品装载模块(1)与所述气闸室(5)之间的传输。

7.如权利要求5所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述真空传送模块(3)内设有真空传输手臂，所述真空传输手臂实现晶圆在所述气闸室(5)、所述真空传送模块(3)与所述刻蚀反应模块(4)之间的运输。

8.如权利要求5所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述干法刻蚀设备还包括晶圆冷却暂存模块，所述晶圆冷却暂存模块设置在所述气闸室(5)相对于所述真空传送模块(3)的另一端，以用于暂时放置已完成刻蚀工艺的晶圆。

9.如权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述干法刻蚀设备还包括显示模块，所述显示模块包括操作界面，以用于实现控制干法刻蚀设备的运行状态。

10.如权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，利用所述干法刻蚀设备在所述晶圆上形成的结构为深沟槽结构。

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