TW202247338A - 基片對準裝置、基片處理系統及傳送機構位置調整方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種基片對準裝置、基片對準系統及傳送機構位置調整方法。基片對準裝置包含支撐板、光學感測器和計算單元，透過基片對準裝置的支撐板和光學感測器配合，以建立基片和基座直接的對準關係，利用基座上已有的特徵區域，並結合光學感測器的光學結構，以實現最少的中間輔助部件參照。並且，配合整體基片加工系統，以實現在真空環境中的測量，減少對生產加工的延誤，最佳化製程流程，並提高生產效率。此外，使用基片對準裝置獲得的資料結果對傳送機構的運行軌跡進行調整，進一步確保基片放置位置的準確性和可重複性，並保證每一片基片的加工均一性。

Description

基片對準裝置、基片處理系統及傳送機構位置調整方法

本發明涉及電漿蝕刻技術領域，尤其涉及一種基片對準裝置、基片處理系統及傳送機構位置調整方法。

對半導體基片或基板的微加工是一種眾所周知的技術，可以用來製造例如，半導體、平板顯示器、發光二極體(LED)、太陽能電池等。微加工製造的一個重要步驟為電漿處理製程步驟，此製程步驟在一反應室內部進行，製程氣體被輸入至反應室內。射頻源被電感及/或電容耦合至反應室內部來激發製程氣體，以形成和保持電漿。在反應室內部，暴露的基片被基座支撐，並透過一夾持力而被固定在一固定位置，以保證製程中基片的安全性及加工的高合格率。

製程氣體被激發成電漿後受腔室內的部件限制，形成位於上下電極之間圍繞基座中心成對稱的橢圓球形，為了使基片表面與電漿的反應程度均勻，需要保證基片與基座的中心對準，以最大程度的利用電漿的作用範圍，並防止基片邊緣的蝕刻誤差。

在現有技術中，通常採用單獨校準機械臂和基座相互位置的方法來確保機械臂與基座的中心對準，再使基片每次放在機械臂上時和機械臂對準，透過間接使基片和基座的中心對準。然而，不管是機械臂和基座，還是基片和機械臂，在對準過程中可能都存在微小誤差，對於間接對準，會放大基片與基座之間的對準誤差。並且，在每次對準時都需要人工開啟腔體以進行對準，開啟腔體需要破壞真空環境，而反應時又需要達到真空環境，因此將會為半導體基片加工流程帶來延誤。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基片對準裝置，其透過傳送機構送入反應腔，反應腔內設置有表面具有特徵區的基座，基片對準裝置包含：支撐板，其可放置於傳送機構上，且用於模擬基片與傳送機構的相對位置；光學感測器，係位於支撐板上，光學感測器可發射光線到特徵區，並接收由特徵區反射的光線；計算單元，其可以根據被反射後的光線的光學性質的變化判斷支撐板和基座的相對位置；以及調整單元，其根據相對位置調整傳送機構使基片與基座對準。

較佳地，特徵區為基座表面的凸台或通孔。

較佳地，光學感測器的數量為1，其位於支撐板的中心，特徵區位於基座表面的中心。

較佳地，傳送機構包含機械臂，機械臂上設置有開口，光線通過開口照射到特徵區。

較佳地，光學感測器為光纖感測器，光學性質為光亮度值。

較佳地，光學感測器為距離感測器，光學性質為干涉光強度。

較佳地，光學感測器的數量為3，其分別位於等邊三角形的三個頂點。

較佳地，基片對準裝置進一步包含：儲存單元，用於儲存光學性質的變化資料；以及通訊單元，用於將變化資料輸送到計算單元，以及遠端控制光學感測器開啟或關閉。

較佳地，通訊單元為無線通訊裝置，計算單元位於反應腔之外。

較佳地，特徵區尺寸小於0.5mm，光學感測器發射的光線產生的照射區域的尺寸和特徵區尺寸相同。

進一步地，本發明更提供一種基片處理系統，包含：複數個反應腔、與複數個反應腔相連的傳輸腔以及基片儲存腔；傳送機構，係位於傳輸腔中；以及如上所述的基片對準裝置，基片對準裝置藉由傳送機構在反應腔與基片儲存腔之間傳送。

較佳地，基片對準裝置在真空環境中由基片儲存腔傳入反應腔。

進一步地，本發明更提供了一種傳送機構位置調整方法，其包含如下步驟：透過傳送機構將如上所述的基片對準裝置移動到基座上方；開啟光學感測器，使光線照射到基座表面；收集反射後的光線，根據光學性質的變化確定支撐板與基座的對準偏差；以及根據對準偏差的數值調整傳送機構的移動位置。

較佳地，確定支撐板與基座的對準偏差步驟包含：設定光學性質的變化的閾值範圍，當光學性質變化在閾值範圍內時，確定為對準狀態，不需要調整；以及當光學性質的變化超過閾值範圍時，確定為未對準狀態，進一步移動傳送機構確定調整值。

較佳地，確定調整值步驟包含：沿著前後左右四個方向平行移動傳送機構，直到光學性質的變化在閾值範圍內，並且記錄移動距離作為傳送機構的調整值。

較佳地，傳送機構沿著前後左右四個方向平行移動的距離小於等於1mm。

本發明的優點在於：本發明提供了一種基片對準裝置、基片對準系統和傳送機構位置調整方法，透過基片對準裝置的支撐板和光學感測器配合，以建立基片和基座直接的對準關係，並利用基座上已有的特徵區域，結合光學感測器的光學結構，以實現最少的中間輔助部件參照。此外，配合整體基片加工系統，以實現真空環境的測量，減少對生產加工的延誤，最佳化製程流程，並提高生產效率。並且，使用基片對準裝置獲得的資料結果對傳送機構的運行軌跡進行調整，以進一步確保基片放置位置的準確性和可重複性，並保證每一片基片的加工均一性。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下文將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明。顯而易見的是，所說明的實施例是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1繪示出現有技術中為了實現基片與基座130的對準所採用的一種解決方案。在反應腔100內設置有基座130，其用於承載基片，在反應腔100的側壁設置有傳送口，用於傳送機構110的進出，傳送機構110可以是一種機械臂。為了使傳送機構110每次送入反應腔100內的基片與基座130的上表面同心放置，會在反應腔100使用前，在基座130上表面放置具有環形邊沿的定位部件120，定位部件120可以覆蓋基座130的上表面，其環形邊沿的內徑與基座130上表面的直徑相同，以在當定位部件120和基座130組合在一起時，使得兩者自然達到同心狀態的效果。在定位部件120的中心具有第一通孔121，而在傳送機構110上具有第二通孔111，為了讓基片準確放置在基座130表面，默認第二通孔111同樣與放置在傳送機構110上的基片同心設置。因此，在實際操作上，可以在未放置基片的情況下調試傳送機構110的位置，例如利用一直桿貫通第一通孔121和第二通孔111，直到第一通孔121和第二通孔111同心為止。之後以此位置作為傳送機構110移動到基座130上方時的確定位置，再拆除定位部件120，並進行後續的製程流程。

現有技術利用如圖1所示的方案進行對準時，基本上可以確定傳送機構110和基座130的同心配置，但因第一通孔121和第二通孔111尺寸限制，也可能存在微小誤差。當基片從反應腔100之外放到傳送機構110上時，也會進行一道對準工序，如果此時基片與傳送機構110也存在一微小誤差，單獨來看，不管是基片與傳送機構110的誤差，獲是傳送機構110與基座130的誤差都在允許範圍之內，但是當兩個誤差疊加時，就可能使基片與基座130的直接誤差超過製程對均勻性的要求。此外，因為定位部件120的安裝和卸載以及使用測量第一通孔121和第二通孔111對準的外部設備都需要破壞反應腔100的真空狀態，使其處於開放狀態才能進行。如果是在設備初裝時進行測量對製程生產影響不大，但是如果在製程生產期間想測量，真空環境的破壞和再恢復就會顯著耗費時間，其將耽誤半導體器件生產的進行。

如圖2所繪示的為本發明的基片對準裝置的一個實施例，基片對準裝置包含支撐板220，用於模擬基片在傳送機構210送入反應腔200內時的位置，在一些實施例中，支撐板220的平面形狀與基片相同，為了提供結構剛性，厚度可以比實際基片略厚。支撐板220可以被放置在傳送機構210上，並透過反應腔200上的傳送口移動到基座230的上方。在支撐板220上設置有光學感測器221，在一些實施例中，光學感測器221可以是一個，且正好位於支撐板220的中心，其相當於位於模擬基片的中心，在傳送機構210與光學感測器221對應的位置，可以允許光學感測器221發射的光線222照射到基座230的上表面，例如可以在傳送機構210對應位置開有通孔，或者設置有透光平面。光線222照射到基座230上表面的特徵區域後被反射回光學感測器221，透過計算單元223對光線222光學性質的變化進行計算，以判斷支撐板220與基座230的相對位置，並根據相對位置與設定值的對比確定對準程度，例如比對光學性質的變化值，當處於允許範圍內時，證明支撐板220與基座230的相對位置處於對準狀態，反之則根據變化值推導相對位置的偏移量，並利用調整單元對傳送機構210的位置進行調整。在一些實施例中，計算單元223可以和光學感測器221整合在一起。在另一些實施例中，計算單元223與光學感測器221分開設置，如圖2中所繪示，計算單元223可以與光學感測器221電連接，也可以位於反應腔200之外，並與光學感測器221無線連接.

在圖2的實施例中，進一步包含儲存單元225，其用於儲存光學感測器221所接收的光學性質的變化資料，其可以透過通訊單元224將變化資料傳輸到計算單元223中。通訊單元224可以進一步作為光學感測器221的控制器，在選擇無線通訊裝置作為通訊單元224時，可以透過反應腔200外的信號以遠端控制光學感測器221。在本實施例中，支撐板220可以用來模擬基片，由此建立基片和基座230的直接對準關係，而消除了以傳送機構210作為間接校準所帶來的誤差放大。

如圖3A至圖3B所繪示為基座230表面的局部放大圖用來表示特徵區域，如圖3A所示，特徵區域可以是基座230表面的一凸台231，凸台231可以正好位於基座230的上表面中心，也可以與中心之間具有確定的偏差，以在資料處理時進行對準的校正。凸台231可以是用於基片背面溫度控制流體通道的支柱，其尺寸小於0.5mm，光學感測器可以是光纖感測器，光纖感測器可以發射一束具有複數個微小光斑的光線222，光線222的照射尺寸與凸台231的尺寸相近，當光線222被凸台231反射後，將其與反射前光線222的相關光學性質進行對比，如強度變化、相位變化、偏振變化等，綜合成光亮度值的變化，當光纖感測器發出的光線222完全照射在凸台231上時的光亮度值最大，此時可以判斷為對準狀態，當如圖3B所繪示的，光線222與凸台231產生偏差時，將只有一部分的光線222照射到凸台231上，另一部分的光線222照射到凸台下，兩部分光線222被反射後，進入光纖感測器的反射光因距離的差值會導致光亮度值減小，此時調整單元調動傳送機構圍繞當前位置沿著前後左右四個方向進行持續微小的移動，並記錄光亮度值的變化，直到獲得的光亮度值與標準最大光亮度值相符，並將此時的位置記錄為對準位置。光學感測器也可以是距離感測器，其發射的光線222在光學感測器頭部和凸台231表面發生反射，在回到光學感測器時發生干涉，因為從凸台231表面和基座230表面反射的光線222的光程差不同，所以根據不同光的波長和干涉後的強度，可以確定光學感測器頭部是否正對凸台231，藉此判斷對準程度。

在如圖4A至圖4B所繪示的實施例圖中，特徵區域可以是基座230上表面的通孔232，例如用於傳導冷卻氣體的氣孔，其同樣利用光線222在通孔232與基座230表面反射回光學感測器後的光學性質的改變來判斷支撐板和基座230的偏移程度。

如圖5所繪示的為本發明的另一個實施例，與上述實施例的區別在於，光學感測器321的數量為三個，其均勻的位於支撐板320上，例如各光學感測器321可以分別位於等邊三角形的三個頂點，光線322可以透過傳送機構310照射到基座上的三個不同特徵區域，三個特徵區域可以選擇相同類型的特徵孔，例如基座中的升降銷孔，也可以是基座上表面三個固定位置的凸台，亦或是孔和凸台的組合。透過三個特徵區域反射的光線322的光學資料以判斷對準程度。此外，三個光學感測器321也可以是不規則的佈置，例如一個光學感測器321位於中心，其他兩個光學感測器321與中心成不等距且不對稱排列，依次根據光學感測器321的反饋，同時判斷偏移的方向和距離。

如圖6所繪示的為本發明的基片處理系統，其包含傳輸腔620；傳送機構，係位於傳輸腔620中；反應腔610，其可以為複數個，且反應腔610與傳輸腔620相連；以及基片儲存腔630，其與傳輸腔620相連。反應腔610、傳輸腔620及基片儲存腔630位於同等真空度的環境中，傳送機構可以將基片儲存腔630中的基片送入反應腔610中以進行製程處理，本發明的基片對準裝置位於基片儲存腔630中，傳送機構可以在不破壞真空環境的情況下，執行將基片對準裝置送入反應腔610以進行對準測量的流程，藉此顯著地減少了對準測量對製程時間的延誤。

本發明進一步提供了一種傳送機構的位置調整方法，其包含：透過傳送機構將本發明的基片對準裝置移動到基座上方；上下移動傳送機構至合適位置，此合適位置根據光學感測器的參數而確定，例如為了讓光纖感測器的光線聚焦尺寸和特徵區域尺寸相近，可以為7±2mm；開啟光學感測器，使光線照射到基座表面的特徵區域；收集反射後的光線，根據光線前後光學性質的變化確定支撐板與基座的對準偏差；以及根據對準偏差的數值調整傳送機構的所需要移動的位置量。

其中，在判斷是否對準時可以設定光學性質的變化的閾值範圍，當光學性質變化在閾值範圍內時，確定為對準狀態，不需要調整；當光學性質變化超過閾值範圍時，確定為未對準狀態，並進一步移動傳送機構直到光學性質的變化在閾值範圍內，此時移動的方向和距離即確定為調整值。

具體來說，當未對準時，可以沿著前後左右四個方向平行移動傳送機構，直到光學性質的變化在閾值範圍內，並且記錄移動距離作為傳送機構的調整值。

為了達到對位置精確微調的目的，傳送機構沿著前後左右四個方向平行移動的距離小於等於1mm。

本發明提供了一種基片對準裝置、基片對準系統和傳送機構位置調整方法，透過基片對準裝置的支撐板和感測器配合，建立基片和基座直接的對準關係，並利用基座上已有的特徵區域，結合光學感測器的光學結構，以實現最少的中間輔助部件參照。此外，配合整體基片加工系統，以實現真空環境的測量，減少對生產加工的延誤，最佳化製程流程，並提高生產效率。並且，使用基片對準裝置獲得的資料結果對傳送機構的運行軌跡進行調整，以進一步確保基片放置位置的準確性和可重複性，保證每一片基片的加工均一性。

本發明所揭露的基片對準裝置不限於應用於電容耦合電漿反應腔和電感耦合電漿反應腔中，在其他電漿處理裝置中也可以適用，此處不再贅述。

儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

100,610:反應腔 110,210,310:傳送機構 111:第二通孔 120:定位部件 121:第一通孔 130,230:基座 200:反應腔 220,320:支撐板 221,321:光學感測器 222,322:光線 223:計算單元 224:通訊單元 225:儲存單元 231:凸台 232:通孔 620:傳輸腔 630:基片儲存腔

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下文中將對實施例或現有技術說明中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面說明中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動的前提下，可以根據這些附圖進一步獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中的一種基片對準結構示意圖； 圖2為根據本發明一實施例的基片對準裝置的結構示意圖； 圖3A至3B為根據本發明一實施例的基片對準裝置的基座表面的局部放大圖； 圖4A至4B為根據本發明另一實施例的基片對準裝置的基座表面的局部放大圖； 圖5為根據本發明另一實施例的基片對準裝置的結構示意圖 圖6為根據本發明一實施例的基片處理系統示意圖。

200:反應腔

210:傳送機構

220:支撐板

221:光學感測器

222:光線

223:計算單元

224:通訊單元

225:儲存單元

230:基座

Claims (16)

1. 一種基片對準裝置，其透過一傳送機構送入一反應腔，該反應腔內設置有表面具有一特徵區的一基座，基片對準裝置包含： 一支撐板，係放置於該傳送機構上，且用於模擬一基片與該傳送機構的相對位置； 一光學感測器，係位於該支撐板上的，該光學感測器發射一光線到該特徵區，並接收由該特徵區反射的該光線； 一計算單元，係根據被反射後的該光線的一光學性質的變化判斷該支撐板和該基座的一相對位置；以及 一調整單元，係根據該相對位置調整該傳送機構，使得該基片與該基座對準。
2. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該特徵區為該基座表面的一凸台或一通孔。
3. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該光學感測器的數量為1，其位於該支撐板的中心，該特徵區位於該基座表面的中心。
4. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該傳送機構包含一機械臂，該機械臂上設置有一開口，該光線通過該開口照射到該特徵區。
5. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該光學感測器為光纖感測器，該光學性質為光亮度值。
6. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該光學感測器為距離感測器，該光學性質為干涉光強度。
7. 如請求項1所述之基片對準裝置，其中該光學感測器的數量為3，其分別位於等邊三角形的三個頂點。
8. 如請求項4所述之基片對準裝置，其進一步包含一儲存單元，用於儲存該光學性質的一變化資料；以及一通訊單元，用於將該變化資料輸送到該計算單元，以及遠端控制該光學感測器開啟或關閉。
9. 如請求項8所述之基片對準裝置，其中該通訊單元為無線通訊裝置，該計算單元位於該反應腔之外。
10. 如請求項2所述之基片對準裝置，其中該特徵區的尺寸小於0.5mm，該光學感測器發射的該光線產生的一照射區域的尺寸和該特徵區尺寸相同。
11. 一種基片處理系統，其中包含： 複數個反應腔、與該複數個反應腔相連的一傳輸腔以及一基片儲存腔； 一傳送機構，係位於該傳輸腔中；以及 如請求項1至請求項10中的任意一項所述之基片對準裝置，該基片對準裝置藉由該傳送機構在該反應腔與該基片儲存腔之間傳送。
12. 如請求項11所述之處理系統，其中該基片對準裝置在真空環境中由該基片儲存腔傳入該反應腔。
13. 一種傳送機構位置調整方法，其中包含如下步驟： 透過一傳送機構將如請求項1至請求項10中的任意一項所述之基片對準裝置移動到該基座上方； 開啟該光學感測器，使該光線照射到該基座表面； 收集反射後的該光線，根據該光學性質的變化確定該支撐板與該基座的一對準偏差；以及 根據該對準偏差的數值調整該傳送機構的移動位置。
14. 如請求項13所述之調整方法，其中確定該支撐板與該基座的該對準偏差的步驟包含： 設定該光學性質的變化的一閾值範圍，當該光學性質的變化在該閾值範圍內時，確定為對準狀態，不需要調整；以及 當該光學性質的變化超過該閾值範圍時，確定為未對準狀態，進一步移動該傳送機構以確定調整值。
15. 如請求項14所述之調整方法，其中確定調整值的步驟包含：沿著前後左右四個方向平行移動該傳送機構，直到該光學性質的變化在該閾值範圍內，並且記錄移動距離作為該傳送機構的調整值。
16. 如請求項15所述之調整方法，其中該傳送機構沿著前後左右四個方向平行移動的距離小於等於1mm。

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