TW202307908A - 聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置 - Google Patents

聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置，所述聚焦環對準測量裝置包括：板狀主體；定位結構，設置在所述板狀主體上；傳感器，設置在所述板狀主體上，用於向所述聚焦環的內側面發射信號；在測量時，所述板狀主體被放置在靜電夾盤上，通過所述定位結構實現所述板狀主體與所述靜電夾盤之間的定位，通過所述聚焦環的內側面的多個位置的信號反饋測量所述聚焦環相對所述靜電夾盤中心的偏移量。本發明解决了現有技術中開腔更換聚焦環效率低、成本高，不開腔更換又無法控制對中性的問題。

Description

聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置
本發明涉及半導體製程設備技術領域，具體涉及一種聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置。
在半導體元件的製造過程中，等離子蝕刻是將晶圓加工成設計圖案的關鍵製程。現有的等離子體處理裝置包括電容耦合等離子體蝕刻裝置（CCP）和感應耦合等離子體蝕刻裝置（ICP）。由於電感耦合等離子體（ICP）蝕刻裝置和電容耦合等離子體（CCP）蝕刻裝置結構簡單，較為便宜，廣泛地運用到幹法蝕刻領域。
所述等離子體處理裝置中等離子體的密度分布與待處理晶圓的蝕刻速率成正比，等離子體的密度越高蝕刻速率越高，等離子體的密度越低蝕刻速率越低。由於等離子體氣流和上下電極面積的共同作用，待處理晶圓中心區域的等離子體密度高，邊緣部分的等離子體密度低，導致待處理晶圓表面中心區域蝕刻速率高於邊緣部分蝕刻速率，導致待處理晶圓蝕刻速率不均勻。
為解决上述問題，在所述待處理晶圓的外圍設置聚焦環，相當於向外擴大了下電極的半徑，使得晶圓邊緣産生和中心相同濃度的等離子體，有利於保證邊緣區域和中心區域蝕刻製程的均勻性。
通常採用矽或者碳化矽作為聚焦環的材料，隨著蝕刻製程時間的延長，聚焦環表面也會被等離子體蝕刻消耗掉，聚焦環表面高度降低，使聚焦環上方的等離子體鞘層下移，則待處理基片邊緣區域蝕刻準直性較差。此時，聚焦環不宜繼續使用。
現有技術中，通常需要開腔將聚焦環取出，並更換新的聚焦環。然而，開腔維護的過程消耗大量的人力和時間，工作效率低，成本高。重新安裝的聚焦環與靜電夾盤中心的對中性要求比較高，現有的方法是使用塞尺估測對中性。
另外，如果不開腔，而是使用末端執行器傳片的方式將聚焦環安裝在等離子體處理設備時，又無法測量聚焦環的對中性，安裝完後靜電夾盤與聚焦環之間具有環形間隙，該間隙關係到聚焦環是否與基座同心，進而對蝕刻製程的均一性（uniformity）、邊緣的蝕刻傾斜度（tilting）等産生影響。
因此，急需一種在不開腔的情况下獲取聚焦環與靜電夾盤之間的對中程度的裝置和方法。
本發明的目的在於提供一種聚焦環對準測量裝置、系統、方法及等離子體處理裝置，解决了現有技術中開腔更換聚焦環效率低、成本高，不開腔更換又無法控制對中性的問題。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種聚焦環對準測量裝置，用於一等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包括反應腔，以及位於反應腔內的靜電夾盤，其特徵在於，包括：
板狀主體；
定位結構，設置在所述板狀主體上；
傳感器，設置在所述板狀主體上，用於向所述聚焦環的內側面發射信號；
在測量時，所述板狀主體被放置在所述靜電夾盤上，通過所述定位結構實現所述板狀主體與所述靜電夾盤的中心之間的定位，通過所述聚焦環的內側面的多個位置的信號反饋測量所述聚焦環相對所述靜電夾盤的中心的偏移量。
可選的，所述定位結構與所述靜電夾盤上設置的用於定位晶圓的定位部相匹配，實現所述板狀主體與所述靜電夾盤之間的定位。
可選的，所述傳感器的數量為至少三個，在所述板狀主體的周向上間隔均勻或非均勻地設置。
可選的，所述傳感器用於測量所述聚焦環對準裝置與所述聚焦環之間的距離，以便於根據至少三個所述傳感器的測量結果確定所述聚焦環的偏移量。
可選的，所述傳感器為雷射圖像傳感器或距離傳感器。
一種聚焦環對準測量系統，包括如上文所述的聚焦環對準測量裝置，還包括：通信器和處理器；
所述通信器設置在所述板狀主體上，所述處理器設置在等離子體處理裝置的腔體外，所述通信器與所述傳感器和處理器通信連接，用於將所述傳感器的測量結果傳輸至所述處理器，所述處理器用於根據所述測量結果確定所述聚焦環的偏移量。
可選的，所述聚焦環對準測量系統還包括顯示器，與所述處理器通信連接，用於顯示所述傳感器的測量結果和/或所述聚焦環的偏移量，所述顯示器位於腔體外。
一種聚焦環對準測量方法，包括：
通過末端執行器將如上文所述的聚焦環對準測量裝置放置在靜電夾盤上；
通過所述定位結構對所述聚焦環對準測量裝置進行定位；
通過所述傳感器測量所述聚焦環的偏移量。
可選的，所述聚焦環對準測量方法還包括：
在向所述靜電夾盤上放置待處理晶圓時，根據所述聚焦環的偏移量，調整所述待處理晶圓的偏移量，以使所述待處理晶圓與所述聚焦環同心放置。
可選的，所述聚焦環對準測量方法還包括：
根據所述聚焦環的偏移量調整所述聚焦環的位置，以使所述聚焦環與所述靜電夾盤中心同心放置。
一種等離子體處理裝置，其特徵在於，包括如上文所述的聚焦環對準測量裝置。
與現有技術相比，本發明技術方案具有以下有益效果：
本發明提供的聚焦環對準測量裝置，由定位結構實現與靜電夾盤之間的定位，由傳感器向所述聚焦環內側面發射信號，並通過所述聚焦環的內側面的多個位置的信號反饋測量所述聚焦環相對所述靜電夾盤中心的偏移量，既可以用於在開腔的情况下測量對中性，也可以用於在不開腔的情况下測量，可有效提高工作效率，減少人力和成本，同時相比於塞尺估測的方式，本發明的測量精度更高。
本發明提供的聚焦環對準測量系統、方法和等離子體處理裝置與所述聚焦環對準測量裝置屬於同一發明構思，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一贅述。
以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需要說明的是，附圖採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施方式的目的。為了使本發明的目的、特徵和優點能够更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能産生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。
等離子體處理裝置包括處理腔，基座位於處理腔底部，靜電夾盤105位於所述基座上，用於承載和吸附待處理晶圓。圖1為待處理晶圓置於等離子體裝置中靜電夾盤105上的示意圖，如圖1所示，聚焦環103環繞所述基座102和待處理晶圓101，待處理晶圓101與所述基座102同心放置，為了保證晶圓邊緣區域和中心區域蝕刻製程的均勻性，所述聚焦環103應該與待處理晶圓101同心放置，因此，在安裝所述聚焦環103時，保證所述聚焦環103與所述基座102的對中性，也就是保證所述聚焦環103與待處理晶圓101的對中性。
圖2為靜電夾盤105與聚焦環之間間隙的示意圖，如圖2所示，所述聚焦環103與所述基座102之間存在一間隙104。如背景技術所述，此間隙104對蝕刻製程的uniformity、tilting等至關重要，因此需要保證此間隙104在各個方向上大致相同，即保證所述聚焦環103相對所述基座102中心沒有偏移。由此，在開腔更換所述聚焦環103時，可以採用塞尺來估測各個方向上的間隙104是否相同，進而推測所述聚焦環103相對所述基座102中心是否存在偏移（即所述聚焦環103與所述基座102的對中性）。然而，對於不開腔更換所述聚焦環103的情况，則無法使用塞尺測量所述聚焦環103與所述基座102的對中性，這為蝕刻均勻帶來風險。
鑒於此，本發明提供一種聚焦環對準測量裝置，適用於不開腔更換聚焦環後測量所述聚焦環相對靜電夾盤105中心的偏移量，以便於後續調整所述聚焦環或待處理晶圓，從而改善因所述聚焦環偏移導致的蝕刻性能下降的缺陷。
圖3示意性的示出了本發明一實施例提供的聚焦環對準測量裝置的使用狀態圖，如圖3所述，當所述聚焦環103被更換後，所述聚焦環對準測量裝置200放置在所述基座102的靜電夾盤105上以測量所述聚焦環103相對所述基座102中心（也即靜電夾盤105中心）的偏移量，測量完成後，所述聚焦環對準測量裝置200再被移出處理腔，以便於傳入待處理晶圓進行蝕刻。
圖4示意性的示出了本發明一實施例提供的聚焦環對準測量裝置的主視圖，結合圖3和4所示，所述聚焦環對準測量裝置200包括板狀主體201、定位結構202和傳感器203，所述定位結構202設置在所述板狀主體201上，所述傳感器203也設置在所述板狀主體201上，用於向所述聚焦環103的內側面發生信號。在測量時，所述板狀主體201被放置在所述基座102的靜電夾盤105上，通過所述定位結構202實現所述板狀主體201與所述靜電夾盤105之間的定位，通過所述聚焦環103的內側面的多個位置的信號反饋測量所述聚焦環103相對所述靜電夾盤105中心的偏移量。
本發明的聚焦環對準測量裝置200通過定位結構201實現與靜電夾盤105之間的定位，通過傳感器203測量聚焦環103相對所述靜電夾盤105中心的偏移量，既可以用於在開腔的情况下測量對中性，也可以用於在不開腔的情况下測量，可有效提高工作效率，減少人力和成本，同時相比於塞尺估測的方式，本發明的測量精度更高。
本實施例中，所述板狀主體201可以為圓形，與待處理晶圓的形狀相同，當然也可以設置為其他形狀，本發明對此不做限定。在測量時，可由等離子體處理裝置中用於傳輸晶圓的末端執行器將所述聚焦環對準測量裝置200傳輸至靜電夾盤105上，並通過所述定位結構202實現所述板狀主體201與所述靜電夾盤105之間的定位。可以理解的是，用於等離子體蝕刻的系統中設有用於定位晶圓的定位部，由此可設計所述定位結構201與蝕刻系統中設置的用於定位晶圓的定位部相匹配，所述定位結構202可參考晶圓上的定位結構進行設置，以實現末端執行器對定位結構的識別，而後根據程序設定，準確將聚焦環對準測量裝置200以同心的方式放在基座102的靜電夾盤105上，在此不做贅述。本實施例借用系統中定位晶圓的定位部來定位所述聚焦環對準測量裝置200，一方面降低所述聚焦環對準測量裝置200的設計成本，另一方面採用相同的定位基準可提高測量的準確度。
在本實施例中，所述傳感器203的數量可設置為至少三個，在其他實施例中，也可以設置均勻環繞板狀主體201邊緣的四個傳感器203。本實施例中，在所述板狀主體201的周向上間隔均勻地設置，至少三個傳感器203向所述聚焦環103的內側面發射信號，通過所述聚焦環103的內側面的至少三個位置的信號反饋測量所述聚焦環103相對所述靜電夾盤105中心的偏移量。各傳感器203相對所述板狀主體201中心的距離可以相同也可以不同，本發明對此不做限定。如圖4所示，所述傳感器203的數量為三個，設置在所述板狀主體201的邊緣並在周向上間隔均勻地設置，在其他一些實施例中，三個傳感器203非均勻的設置在邊緣，只要傳感器探測的聚焦環內側面位置不相同，即可根據反饋數據和傳感器的位置確定偏移量。可以理解的是，所述傳感器203可以設置在所述板狀主體201邊緣上方，或者將所述板狀主體201的厚度設為合適的厚度，將所述傳感器203設在板狀主體201邊緣的內部，兩種方式都是可行的，只要能够使傳感器探頭與聚焦環內壁相對即可。
進一步的，所述傳感器203用於測量所述聚焦環對準裝置200與所述聚焦環103之間的距離，以便於根據至少三個所述傳感器203的測量結果確定所述聚焦環103的偏移量。可選的，所述傳感器203為雷射圖像傳感器或距離傳感器。通過對比各傳感器203的測量數據可以計算得到所述聚焦環103的偏移量，具體計算方法如下：首先，根據光程差或光強差換算成距離值，或通過對比不同方向的光強計算相對距離值，然後，由於所有傳感器203所在的位置位於一個與靜電夾盤105同心的圓的圓周上，因此靜電夾盤105的中心容易確定，根據距離值或相對距離值可以確定所述聚焦環103的內側面所構成的圓的位置，從而確定聚焦環103的圓心，最後可知，由靜電夾盤105的中心指向所述聚焦環103的圓心的向量即為所述聚焦環103的偏移量，即得到所述聚焦環103相對所述靜電夾盤105中心偏移的方向和大小。
在其他實施例中，所述聚焦環對準測量裝置200可以僅包含一個傳感器203，且設置在所述板狀主體201的中心，一個傳感器203可以向多個方向發射信號，各個信號分別被所述聚焦環103的內側面的不同位置反射回該傳感器203，進而測量得到所述聚焦環103相對所述基座102中心的偏移量。計算方法如下：該傳感器203所在的位置即為靜電夾盤105的中心，根據光程差或光強差換算成距離值可得該傳感器203與所述聚焦環103內側面多個位置之間的距離，由此可確定所述聚焦環103的內側面所構成的圓的位置，從而確定聚焦環103的圓心，最後可知，由靜電夾盤105的中心指向所述聚焦環103的圓心的向量即為所述聚焦環103的偏移量，即得到所述聚焦環103相對所述靜電夾盤105中心偏移的方向和大小。
在上述聚焦環對準測量裝置的基礎上，本發明另一實施例還提供一種聚焦環對準測量系統，包括上述的聚焦環對準測量裝置，還包括：通信器和處理器；所述通信器設置在所述板狀主體上，所述處理器設置在等離子體處理裝置的腔體外，所述通信器與所述傳感器和處理器通信連接，用於將所述傳感器的測量結果通過無綫方式傳輸至所述處理器，所述處理器用於根據所述測量結果確定所述聚焦環的偏移量。
由此，通過設置在所述板狀主體上的通信器，可以將各個傳感器的測量數據傳輸至等離子體處理裝置腔體外的處理器中，由處理器進行分析計算得到所述聚焦環相對所述基座中心的偏移量。
進一步的，所述聚焦環對準測量系統還包括一顯示器，與所述處理器通信連接，用於顯示所述傳感器的測量結果和/或所述聚焦環的偏移量，所述顯示器位於腔體外。即，通過顯示器直接顯示所述處理器接收到的各傳感器測量的距離數據，也可以顯示所述處理器計算得到的偏移量數據，以便技術人員查看等離子體處理裝置處理腔內聚焦環與靜電夾盤的對中性。
基於同樣的發明構思，本發明又一實施例提供了一種等離子體處理裝置，包括如上文所述的聚焦環對準測量系統。
所述等離子體處理裝置可以是電感耦合式等離子體處理裝置ICP，也可以是電容耦合式等離子體處理裝置CCP或其他類型的等離子體處理裝置，本發明對此不做限定。
基於同樣的發明構思，本發明再一實施例提供了一種聚焦環對準測量方法，包括如下步驟：
S1，通過末端執行器將所述的聚焦環對準測量裝置放置在靜電夾盤上；
S2，通過所述定位結構對所述聚焦環對準測量裝置進行定位；
S3，通過所述傳感器測量所述聚焦環的偏移量。
在測量得到所述聚焦環的偏移量後，所述偏移量可用於反饋控制。在一種實現方式中，在向所述靜電夾盤上放置待處理晶圓時，可根據所述聚焦環的偏移量，調整所述待處理晶圓的偏移量，以使所述待處理晶圓與所述聚焦環同心放置。即，若所述聚焦環在某一方向上存在偏移量x，則控制後續的待處理晶圓也在該方向上偏移相應的偏移量x，從而使待處理晶圓與聚焦環同心放置，以消除聚焦環與基座的對中性差的不利影響。
在另一種實現方式中，還可以由所述末端執行器將聚焦環取出，根據所述偏移量重新調整所述聚焦環的放置位置，重複多次直到所述聚焦環相對所述靜電夾盤中心不存在偏移量，或偏移量在可接受範圍內。當然，還可以設置一校正模組，根據所述偏移量直接調整所述聚焦環，使所述聚焦環與所述靜電夾盤中心不存在偏移量，或偏移量在可接受範圍內。
本說明書中的各個實施例均採用相關的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者現場設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者現場設備所固有的要素。在沒有更多限制的情况下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者現場設備中還存在另外的相同要素。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本案所屬技術領域中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。
101:待處理晶圓 102:基座 103:聚焦環 104:間隙 105:靜電夾盤 200:聚焦環對準測量裝置 201:板狀主體 202:定位結構 203:傳感器
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，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本案所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為待處理晶圓置於等離子體裝置中靜電夾盤的示意圖； 圖2為靜電夾盤與聚焦環之間間隙的示意圖； 圖3為本發明一實施例提供的聚焦環對準測量裝置的使用狀態圖； 圖4為本發明一實施例提供的聚焦環對準測量裝置的主視圖。
200:聚焦環對準測量裝置
201:板狀主體
202:定位結構
203:傳感器

Claims (11)

  1. 一種聚焦環對準測量裝置，用於一等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置包括一反應腔，以及位於該反應腔內的一靜電夾盤及一聚焦環，其中，該聚焦環對準測量裝置包括： 一板狀主體； 一定位結構，設置在該板狀主體上；以及 一傳感器，設置在該板狀主體上，用於向該聚焦環的內側面發射信號； 在測量時，該板狀主體被放置在該靜電夾盤上，通過該定位結構實現該板狀主體與該靜電夾盤的中心之間的定位，通過該聚焦環的內側面的多個位置的信號反饋測量該聚焦環相對該靜電夾盤的中心的偏移量。
  2. 如請求項1所述的聚焦環對準測量裝置，其中，該定位結構與該靜電夾盤上設置的用於定位晶圓的定位部相匹配，實現該板狀主體與該靜電夾盤之間的定位。
  3. 如請求項1所述的聚焦環對準測量裝置，其中，該傳感器的數量為至少三個，在該板狀主體的周向上間隔均勻或非均勻地設置。
  4. 如請求項3所述的聚焦環對準測量裝置，其中，該傳感器用於測量該聚焦環對準裝置與該聚焦環之間的距離，以便於根據至少三個該傳感器的測量結果確定該聚焦環的偏移量。
  5. 如請求項3所述的聚焦環對準測量裝置，其中，該傳感器為雷射圖像傳感器或距離傳感器。
  6. 一種聚焦環對準測量系統，其中，包括如請求項1~5任意一項的聚焦環對準測量裝置，還包括：一通信器和一處理器； 該通信器設置在該板狀主體上，該處理器設置在該等離子體處理裝置的腔體外，該通信器與該傳感器和該處理器通信連接，用於將該傳感器的測量結果傳輸至該處理器，該處理器用於根據該測量結果確定該聚焦環的偏移量。
  7. 如請求項6所述的聚焦環對準測量系統，其中，還包括一顯示器，與該處理器通信連接，用於顯示該傳感器的測量結果和/或該聚焦環的偏移量，該顯示器位於腔體外。
  8. 一種聚焦環對準測量方法，其中，包括： 通過一末端執行器將如請求項1~5任一項所述的聚焦環對準測量裝置放置在該靜電夾盤上； 通過該定位結構對該聚焦環對準測量裝置進行定位； 通過該傳感器測量該聚焦環的偏移量。
  9. 如請求項8所述的聚焦環對準測量方法，其中，還包括： 在向該靜電夾盤上放置一待處理晶圓時，根據該聚焦環的偏移量，調整該待處理晶圓的偏移量，以使該待處理晶圓與該聚焦環同心放置。
  10. 如請求項8所述的聚焦環對準測量方法，其中，還包括： 根據該聚焦環的偏移量調整該聚焦環的位置，以使該聚焦環與該靜電夾盤中心同心放置。
  11. 一種等離子體處理裝置，其中，包括如請求項6或7所述的聚焦環對準測量系統。
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