偏差监测系统及偏差监测方法、等离子体加工设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种偏差监测系统及偏差监测方法、等离子体加工设备，偏差监测系统用于监测被加工工件被置于支撑单元的上方时是否在标准作业区域和标准作业面，标准作业区域为在支撑单元的承载面上预设的放置被加工工件的区域；标准作业面为被加工工件被顶离支撑单元的承载面时其所在的预设水平面；偏差监测系统包括中心偏差检测单元和水平度偏差检测单元，其中，中心偏差检测单元用于检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差；水平度偏差检测单元用于检测被加工工件与标准作业面之间的角度偏差。本发明提供的偏差监测系统，其无需打开反应腔室就能够检测被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而提高了等离子体加工设备的加工效率。
【专利说明】偏差监测系统及偏差监测方法、等离子体加工设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子加工【技术领域】，具体地，涉及一种偏差监测系统及偏差监测方法、等尚子体加工设备。
【背景技术】
[0002]等离子体加工设备是加工半导体器件的常用设备，在实施等离子体刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等的工艺过程中，等离子体加工设备通常在反应腔室内设置有静电卡盘，用以支撑、固定以及加热晶片等被加工工件。而且，为了实现晶片等被加工工件的装卸，一般需要在静电卡盘的下方设置顶针装置，以配合机械手来将晶片等被加工工件传递至静电卡盘或自静电卡盘移开。
[0003]图1为现有的等离子体加工设备的结构示意图。请参阅图1，等离子体加工设备包括反应腔室10和传输腔室11。其中，在传输腔室11内设置有机械手13，用以在反应腔室10和传输腔室11之间传输晶片14 ;在反应腔室10内设置有静电卡盘15，并且在静电卡盘15的外周壁套制有介质环151，且介质环151的上表面高于静电卡盘15的上表面，或与静电卡盘15的上表面相平齐。介质环151采用绝缘材料制作，用以防止静电卡盘15被反应腔室10内的等离子体刻蚀。在实施工艺时，如图2所示，晶片14应位于标准作业区域上。所谓标准作业区域是指在静电卡盘15的上表面上预设的放置晶片14的区域。此外，在静电卡盘15的下方还设置有顶针装置，其包括至少三个顶针16以及与之连接的升降驱动电机17，在升降驱动电机17的驱动下，顶针16可以穿过静电卡盘15，以使其顶端高出或低于静电卡盘15的上表面。
[0004]上述等离子体加工设备对晶片14进行装卸的工作流程具体包括以下步骤:请参阅图3，为等离子体加工设备装卸晶片14的流程框图。步骤1，机械手13将晶片14自传输腔室11传输至反应腔室10内的静电卡盘15的上方；步骤2，升降驱动电机17驱动顶针16上升，直至顶针16的顶端高于静电卡盘15的上表面，从而将晶片14顶起；步骤3，空载的机械手13返回传输腔室11，同时升降驱动电机17驱动载有晶片14的顶针16下降，直至其顶端低于静电卡盘15的上表面，从而使晶片14置于静电卡盘15的上表面，即完成晶片14的装载；步骤4，开始对晶片实施工艺，并在工艺完成后，对反应腔室10实施静电释放工艺；步骤5，升降驱动电机17驱动顶针16上升，以使其顶端高于静电卡盘15的上表面，从而将晶片14顶起；步骤6，机械手13移入反应腔室10内，并自晶片14的下方将其托起，且将晶片14自反应腔室10传输至传输腔室11内，即完成晶片14的卸载。
[0005]上述等离子体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题:
[0006]其一，在机械手I3传输晶片14的过程中，机械手13因元件老化、损耗等因素往往会发生其在静电卡盘15的径向方向上的位移出现偏差的问题，如图4a所示，这会导致晶片14在被机械手13传递至静电卡盘15的上表面时，其相对于标准作业区域的中心位置产生中心偏差。该中心偏差在过大时会对晶片14的射频加载和散热产生不良影响，导致晶片14的良品率降低，甚至会造成晶片14报废，从而增加了等离子体加工设备的生产成本。[0007]其二，在装卸晶片14的过程中，顶针16因磨损、等离子体腐蚀等因素往往会发生各个顶针16的顶端之间相互不平齐的问题，如图4b所示，这会导致置于顶针16上的晶片14产生水平度偏差，即:与标准作业面(即，晶片14被顶针16顶离静电卡盘15的上表面时晶片14所在的预设水平面)之间的角度偏差。该水平度偏差可能会使机械手13在向晶片14靠近的过程中因晶片14倾斜而发生碰撞或剐蹭，从而造成晶片14损坏甚至报废，进而降低了晶片14的良品率，增加了等离子体加工设备的生产成本。
[0008]由上可知，在装卸晶片14的过程中，晶片14出现的上述中心偏差和水平度偏差在达到一定程度后将造成晶片14的损坏甚至报废，从而降低了晶片14的良品率，增加了设备的生产成本。为此，只有及时地获知上述中心偏差和水平度偏差，以采取相应地校正或停机维修等补救措施，才能避免设备继续对晶片14造成损坏或报废。
[0009]然而，由于上述等离子体加工设备无法在线监测晶片14的中心偏差或水平度偏差，因而操作人员无法及时地获知上述偏差，而只能通过打开反应腔室10并采用人工观测的方式来获知，从而无法在晶片14被损坏或报废之前及时地采取相应地校正或停机维修等补救措施。此外，通过打开反应腔室10并采用人工观测的方式来获知晶片14的中心位移偏差和水平度偏差，这增加了开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，该环节往往需要耗时4个小时以上，从而增加了等离子体加工设备的加工时间，降低了等离子体加工设备的加工效率。
【发明内容】
[0010]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种偏差监测系统及偏差监测方法、等离子体加工设备，其无需打开反应腔室就能够检测被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而提高了等离子体加工设备的加工效率。
[0011]为实现本发明的目的而提供一种偏差监测系统，用于监测被加工工件是否在标准作业区域和标准作业面，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面，其特征在于，所述偏差监测系统包括中心偏差检测单元和水平度偏差检测单元，其中，所述中心偏差检测单元用于检测所述被加工工件与所述标准作业区域的中心位置之间的中心偏差；所述水平度偏差检测单元用于检测所述被加工工件与所述标准作业面之间的角度偏差。
[0012]其中，所述水平度偏差检测单元包括点状光源、第一探测器和第一判断单元，其中，所述点状光源朝向所述标准作业面发射垂直于所述标准作业面的点状光；所述第一探测器用于接收被所述被加工工件反射所述点状光而形成的点状反射光；所述第一判断单元基于所述点状反射光的位置与预设的标准点位置判断所述被加工工件的角度偏差。
[0013]其中，所述点状光源为点状的激光源；所述第一探测器为CXD接收装置。
[0014]其中，在所述第一判断单元中，若所述点状反射光的位置与所述标准点位置之间的距离大于预设的安全阈值，则输出水平度偏差不正常信号；若所述点状反射光的位置与所述标准点位置之间的距离小于或等于预设的安全阈值，则输出水平度偏差正常信号。
[0015]其中，还包括第一报警单元，用以在收到所述第一判断单元输出的水平度偏差不正常信号时发出报警提示。[0016]其中，所述中心偏差检测单元包括线状光源、第二探测器和第二判断单元，其中，所述线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的线状光；所述第二探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述线状光而形成的线状反射光；所述第二判断单元基于所述线状反射光的长度与预设的标准线段的长度判断所述被加工工件的中心偏差。
[0017]其中，所述线状光源包括X轴线状光源和Y轴线状光源，所述第二探测器包括与所述X轴线状光源和Y轴线状光源一一对应的X轴探测器和Y轴探测器，其中，所述X轴线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的X轴线状光，所述Y轴线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的Y轴线状光，所述X轴线状光与Y轴线状光沿所述标准作业区域的径向设置，且相互垂直，并且所述X轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；所述Y轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；所述X轴探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述X轴线状光而形成的X轴线状反射光；所述Y轴探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光；所述第二判断单元基于所述X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断所述被加工工件在X轴方向上的位移偏差，以及基于所述Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断所述被加工工件在Y轴方向上的位移偏差。
[0018]其中，所述X轴线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于5mm ;所述Y轴线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于5mm。
[0019]其中，所述线状光源为线状的激光源；所述第二探测器为C⑶接收装置。
[0020]其中，在所述第二判断单元中，若所述线状反射光的长度与所述标准线段的长度之差大于预设的安全阈值，则输出中心偏差不正常信号；若所述线状反射光的长度与所述标准线段的长度之差小于或等于预设的安全阈值，则输出中心偏差正常信号。
[0021]其中，还包括第二报警单元，用以在收到所述第二判断单元输出的中心偏差不正常信号时发出报警提示。
[0022]其中，所述线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于5mmο
[0023]作为另一个技术方案，本发明还提供一种偏差监测方法，其基于本发明提供的偏差监测系统监测被加工工件是否在标准作业面和标准作业区域，其包括以下步骤:
[0024]步骤SIO，检测所述被加工工件与所述标准作业区域的中心位置之间的中心偏差;
[0025]步骤S20，检测所述被加工工件与所述标准作业面之间的角度偏差；
[0026]其中，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面。
[0027]其中，步骤SlO还包括以下步骤，
[0028]步骤S11，朝向所述标准作业面发射垂直于所述标准作业面的点状光；
[0029]步骤S12，接收被所述被加工工件反射所述点状光而形成的点状反射光；[0030]步骤S13，基于所述点状反射光的位置与预设的标准点位置判断所述被加工工件的角度偏差。
[0031]其中，在步骤S13之后，还包括步骤S14，在步骤S14中，判断所述被加工工件的角度偏差是否大于预设的安全阈值，若是，则发出报警提示；若否，则发出角度偏差正常的信号。
[0032]其中，步骤S20还包括以下步骤，
[0033]步骤S21，朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的线状光；
[0034]步骤S22，接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述线状光而形成的线状反射光；
[0035]步骤S23，基于所述线状反射光的长度与预设的标准线段的长度判断所述被加工工件的中心偏差。
[0036]其中，在步骤S23之后，还包括步骤S24，在步骤S24中，判断所述被加工工件的中心偏差是否大于预设的安全阈值，若是，则发出报警提示，并终止流程；若否，则发出中心偏
差正常的/[目号。
[0037]其中，在步骤S21中，所述线状光包括X轴线状光和Y轴线状光，所述X轴线状光和Y轴线状光沿所述标准作业面的径向设置，且相互垂直，并且所述X轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；所述Y轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；在步骤S22中，分别接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述X轴线状光而形成的X轴线状反射光，以及反射所述Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光；在步骤S23中，基于所述X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断所述被加工工件在X轴方向上的位移偏差，以及基于所述Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断所述被加工工件在Y轴方向上的位移偏差。
[0038]作为另一种技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，所述反应腔室包括支撑单元和偏差监测系统，其中，所述支撑单元用于承载被加工工件；所述偏差监测系统用于监测被加工工件被置于支撑单元的上方时是否在标准作业区域和标准作业面，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面，所述偏差监测系统采用了本发明提供的上述偏差监测系统。
[0039]其中，所述支撑单元包括静电卡盘。
[0040]其中，在所述静电卡盘的外周壁上套制有介质环，并且所述介质环的上表面高于所述静电卡盘的上表面，或与所述静电卡盘的上表面平齐。
[0041]其中，所述反应腔室的顶部设置有石英窗，所述水平度偏差检测单元和/或所述中心偏差检测单元位于所述石英窗的上方。
[0042]本发明具有以下有益效果:
[0043]本发明提供的偏差监测系统，其借助中心偏差检测单元来检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差，以及借助水平度偏差检测单元来检测被加工工件与标准作业面之间的角度偏差，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0044]本发明提供的偏差监测方法，其通过检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差，以及被加工工件与标准作业面之间的角度偏差，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0045]本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的上述偏差监测系统，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1为现有的等离子体加工设备的结构示意图；
[0047]图2为晶片位于静电卡盘上表面的标准作业面时的位置示意图；
[0048]图3为现有的等离子体加工设备装卸晶片的流程框图；
[0049]图4a为晶片产生中心偏差时的位置示意图；
[0050]图4b为晶片产生水平度偏差时的位置示意图；
[0051]图5a为本发明提供的偏差监测系统的水平度检测单元的结构示意图；
[0052]图5b为图5a中被加工工件与标准作业面之间存在水平度偏差时点状反射光的位置不意图；
[0053]图6a为本发明提供的偏差监测系统的中心偏差检测单元的结构示意图；
[0054]图6b为图6a中被加工工件与标准作业区域之间存在中心偏差时的位置示意图；
[0055]图6c为图6a中被加工工件在标准作业区域时的线状反射光的坐标图；
[0056]图6d为图6b中被加工工件产生中心偏差时的线状反射光的坐标图；以及
[0057]图7为本发明提供的等离子体加工设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0058]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的偏差监测系统及偏差监测方法、等离子体加工设备进行详细描述。
[0059]本实施例提供的偏差监测系统用于监测被加工工件被置于支撑单元的上方时是否在标准作业区域和标准作业面。所谓标准作业区域，是指在支撑单元的承载面上预设的放置被加工工件的区域；所谓标准作业面是指被加工工件被顶离支撑单元的承载面时其所在的预设水平面。
[0060]偏差监测系统包括中心偏差检测单兀和水平度偏差检测单兀。其中，中心偏差检测单元用于检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差；水平度偏差检测单元用于检测被加工工件与标准作业面之间的角度偏差。借助中心偏差检测单元和水平度偏差检测单元，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0061]下面分别对中心偏差检测单元和水平度偏差检测单元进行详细地描述。[0062]具体地，图5a为本发明提供的偏差监测系统的水平度检测单元的结构示意图。图5b为图5a中被加工工件与标准作业面之间存在水平度偏差时点状反射光的位置示意图。请一并参阅图5a和图5b，水平度偏差检测单元包括点状光源22、第一探测器23和第一判断单元(图中未示出)。其中，点状光源22可以为红外光或紫外光等点状的激光源，其朝向标准作业面21的中心发射垂直于标准作业面21的点状光221，并将点状光源22发射该点状光221的发射点222所在的位置设定为标准点位置。容易理解，若被加工工件26在标准作业面21上，即，被加工工件26与标准作业面21之间不存在角度偏差，则由被加工工件26反射点状光221而形成的点状反射光231将与发射点222重合；若被加工工件26产生水平度偏差，即，被加工工件26与标准作业面21之间存在角度偏差，如图5b所示，由被加工工件26反射点状光221而形成的点状反射光231将偏离发射点222，并且点状反射光231偏离发射点222的距离d越大，则角度偏差越大，从而水平度偏差越大。因此，可以根据点状反射光231偏离发射点222的距离d的大小而计算被加工工件26与标准作业面21之间的角度偏差，即可获得被加工工件26的水平度偏差。此外，还可以根据点状反射光231在发射点222所在的水平面上的位置判断被加工工件26相对于标准作业面21的倾斜方向。
[0063]第一探测器23可以为C⑶接收装置，用以接收由被加工工件26反射点状光221而形成的点状反射光231，并将其转换为电信号，且发送至第一判断单元。
[0064]第一判断单元基于点状反射光231的位置与预设的标准点位置(即，点状光源22发射该点状光221的发射点222所在的位置)判断被加工工件26的角度偏差。具体地，若点状反射光231将与发射点222重合时，则判断被加工工件26与标准作业面21之间不存在角度偏差；若点状反射光231偏离发射点222时，则判断被加工工件26与标准作业面21之间存在角度偏差。
[0065]此外，还可以预先设置在保证被加工工件26的质量合格的前提下，允许被加工工件26与标准作业面21之间的角度偏差达到的最大值,即，允许点状反射光231偏离发射点222的距离d达到的最大值(以下简称水平度偏差安全阈值)。在这种情况下，若点状反射光231偏离发射点222的距离d大于水平度偏差安全阈值，则第一判断单元输出水平度偏差不正常信号。而且，水平度偏差检测单元还可以包括第一报警单元(图中未示出)，用以在收到第一判断单元输出的水平度偏差不正常信号时发出报警提示，此时操作人员可以根据警示及时地采取相应地校正或停机维修等补救措施，以避免出现因水平度偏差过大而造成被加工工件26损坏或报废的问题，从而提高了被加工工件26的良品率。
[0066]若点状反射光231偏离发射点222的距离d小于或等于水平度偏差安全阈值，则第一判断单元输出水平度偏差正常信号，此时操作人员可以选择继续对被加工工件26实施工艺，从而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0067]需要说明的是，在本实施例中，点状光源22朝向标准作业面21的中心发射垂直于标准作业面21的点状光221，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，点状光源可以朝向标准作业面的任意位置发射垂直于标准作业面的点状光，并相应地将点状光源发射该点状光的发射点所在的位置设定为标准点位置。这同样可以根据点状反射光偏离发射点的距离而计算被加工工件与标准作业面之间的角度偏差，即可获得被加工工件的水平度偏差。
[0068]还需要说明的是，虽然在本实施例中，仅预先设置了一个水平度偏差安全阈值，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以设置两个以上且大小不同的水平度偏差安全阈值，这可以将被加工工件的水平度偏差划分多个等级，从而不仅可以提高水平度偏差检测单元的检测精度，还可以使操作人员根据被加工工件的水平度偏差的等级采取相应地补救措施。
[0069]图6a为本发明提供的偏差监测系统的中心偏差检测单元的结构示意图。图6b为图6a中被加工工件与标准作业区域之间存在中心偏差时的位置示意图。请一并参阅图6a和图6b，中心偏差检测单元包括线状光源、第二探测器和第二判断单元。其中，线状光源可以为红外光或紫外光等线状的激光源，用以朝向标准作业区域30发射垂直于标准作业区域30的线状光。在本实施例中，线状光源包括X轴线状光源32和Y轴线状光源31。X轴线状光源32用于朝向标准作业区域30发射垂直于标准作业区域30的X轴线状光321，Y轴线状光源31用于朝向标准作业区域30发射垂直于标准作业区域30的Y轴线状光311，并且X轴线状光321与Y轴线状光311沿标准作业区域30的径向设置，且相互垂直。而且，X轴线状光321的一端照射在标准作业区域30上，另一端照射在支撑单元20的承载面201上；Y轴线状光311的一端照射在标准作业区域30上，另一端照射在支撑单元20的承载面201 上。
[0070]第二探测器可以为CXD接收装置，用以接收由被加工工件26和/或承载面201反射线状光而形成的线状反射光。在本实施例中，第二探测器包括与X轴线状光源32和Y轴线状光源31—一对应的X轴探测器(图中未示出)和Y轴探测器(图中未示出)。其中，X轴探测器用于接收由被加工工件26和/或承载面201反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光；Υ轴探测器用于接收由被加工工件26和/或承载面201反射Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光。
[0071]第二判断单元基于线状反射光的长度与预设的标准线段的长度判断被加工工件26与标准作业区域30之间是否存在中心偏差。在本实施例中，第二判断单元基于X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断被加工工件26在X轴方向上的位移偏差，以及基于Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断被加工工件26在Y轴方向上的位移偏差。所谓X轴标准线段的长度和Y轴标准线段的长度，是指当被加工工件26在标准作业区域30上，S卩，被加工工件26与标准作业区域26之间不存在中心偏差时，由被加工工件26和承载面201分别反射X轴线状光321和Y轴线状光311而形成的X轴线状反射光和Y轴线状反射光的长度。
[0072]下面对采用中心偏差检测单元检测被加工工件26与标准作业区域30之间的中心偏差的原理进行详细地描述。
[0073]具体地，由于由被加工工件26反射线状光而形成的线状反射光的光强与被承载面201反射线状光而形成的线状反射光的光强不同，因而可以以此判断线状反射光或在线状反射光中的其中一个线段是由被加工工件26反射而来的还是由承载面201反射而来的，即可计算出分别对应于被加工工件26和承载面201的线状反射光的长度。而且，由于当被加工工件26与标准作业区域30之间产生中心偏差时，由被加工工件26反射而来的线状反射光的长度将与对应于被加工工件26的标准线段的长度不同，以及由承载面201反射而来的线状反射光的长度将与对应于承载面201的标准线段的长度不同，因而通过第二探测器接收由被加工工件26和/或承载面201反射而来的线状反射光，并将其发送至第二判断单元；并且通过第二判断单元计算分别对应于被加工工件26和/或承载面201的线状反射光的长度，以及对应于被加工工件26和/或承载面201的线状反射光的长度分别与相应的标准线段的长度之间的差值，即可获取被加工工件26与标准作业区域30之间的中心偏差。
[0074]例如，图6c为图6a中被加工工件在标准作业区域时的线状反射光的坐标图。请一并参阅图6a和图6c，当被加工工件26在标准作业区域30上，即，被加工工件26与标准作业区域26之间不存在中心偏差时，假设照射在被加工工件26上的X轴线状光321的长度为Xl ;照射在承载面201上的X轴线状光321的长度为X2 ;且X1+X2 = X，X为X轴线状光321的总长度；并且，照射在被加工工件26上的Y轴线状光311的长度为Yl ;照射在承载面201上的Y轴线状光311的长度为Y2 ;且Y1+Y2 = Y，Y为Y轴线状光311的总长度。在这种情况下，X轴探测器所接收的由被加工工件26反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度为XI，以及被承载面201反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度为X2，且X1+X2 = X，即，X轴线状反射光的总长度等于X轴线状光321的总长度；Y轴探测器所接收的由被加工工件26反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度为Yl，以及被承载面201反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度为Υ2，且Υ1+Υ2=Y，即，Y轴线状反射光的总长度等于Y轴线状光311的总长度。此时对应于被加工工件26的X轴标准线段的长度和Y轴标准线段的长度分别为Xl和Yl ;对应于承载面201的X轴标准线段的长度和Y轴标准线段的长度分别为Χ2和Υ2。
[0075]图6d为图6b中被加工工件产生中心偏差时的线状反射光的坐标图。请一并参阅图6d和图6b，当被加工工件26与标准作业区域30之间存在中心偏差时，X轴探测器所接收的由被加工工件26反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度为Χ1'，以及被承载面201反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度为Χ2’，Χ1'古X1、X2’古X2 ；并且Χ1'+Χ2’ = X，即，X轴线状反射光的总长度始终不变；￥轴探测器所接收的由被加工工件26反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度为Υ1'，以及被承载面201反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度为Y2’，Υ1'古Y1、Y2’古Y2 ;并且Υ1' +Y2’=Y，即，Y轴线状反射光的总长度始终不变。在这种情况下，第二判断单元通过计算由被加工工件26反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度与对应于被加工工件26的X轴标准线段的长度之间的差值，即，Χ1-Χ1' ;被承载面201反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度与对应于承载面201的X轴标准线段的长度之间的差值，即，Χ2-Χ2’ ；由被加工工件26反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度与对应于被加工工件26的Y轴标准线段的长度之间的差值，即，Υ1-Υ1' ；以及，被承载面201反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度与对应于承载面201的Y轴标准线段的长度之间的差值，即，Υ2-Υ2’，即可获取被加工工件26与标准作业区域30之间的中心偏差。而且，可以根据上述差值的正负判断被加工工件26相对于标准作业区域30的位移方向。
[0076]此外，可以根据经验确定被加工工件26所能达到的最大中心偏差，并根据所确定的最大中心偏差选择X轴线状光321和Y轴线状光311分别照射在承载面201和标准作业区域30上的长度，以保证当被加工工件26被置于承载面201上的可能处于的任意位置时，X轴线状光321的两端始终分别照射在被加工工件26和承载面201上；Υ轴线状光311的两端始终分别照射在被加工工件26和承载面201上，以避免出现因X轴线状光321和Y轴线状光311分别照射在承载面201和标准作业区域30上的长度不够长，而导致X轴线状光321的两端仅照射在被加工工件26或承载面201上，从而造成中心偏差检测单元无法检测到被加工工件26分别在X轴和Y轴方向上产生的位移变化的问题，从而可以提高中心偏差检测单元的检测精度。优选地，X轴线状光321分别照射在承载面201和标准作业区域30上的长度各自大于等于5mm ；Y轴线状光311分别照射在承载面201和标准作业区域30上的长度各自大于等于5mm。
[0077]此外，还可以预先设置在保证被加工工件26的质量合格的前提下，允许被加工工件26与标准作业区域30之间的中心偏差达到的最大值(以下简称中心偏差安全阈值)。在本实施例中，中心偏差安全阈值包括X轴安全阈值和Y轴安全阈值。其中，若由被加工工件26反射X轴线状光321而形成的X轴线状反射光的长度与对应于被加工工件26的X轴标准线段的长度之间的差值的绝对值，即，IXl-Xl? I大于X轴安全阈值，且被承载面201反射Y轴线状光311而形成的Y轴线状反射光的长度与对应于承载面201的Y轴标准线段的长度之间的差值的绝对值，即，Y1-Yr I大于Y轴安全阈值，则第二判断单元输出中心偏差不正常信号。而且，中心偏差检测单元还包括第二报警单元(图中未示出)，用以在收到第二判断单元输出的中心偏差不正常信号时发出报警提示，此时操作人员可以根据警示及时地采取相应地校正或停机维修等补救措施，以避免出现因中心偏差过大而造成对被加工工件26的射频加载和散热产生不良影响，导致被加工工件26的良品率降低，甚至会造成被加工工件26报废的问题。
[0078]若|Χ1-Χ I小于等于X轴安全阈值，且|Υ1-ΥI小于等于Y轴安全阈值，则第二判断单元输出中心偏差正常信号，此时操作人员可以选择继续对被加工工件26实施工艺，从而可以提闻等尚子体加工设备的加工效率。
[0079]需要说明的是，虽然在本实施例中，仅预先设置了一个中心偏差安全阈值，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以设置两个以上且大小不同的中心偏差安全阈值，这可以将被加工工件的中心偏差划分多个等级，从而不仅可以提高中心偏差的检测精度，还可以使操作人员根据被加工工件的中心偏差的等级采取相应地补救措施。
[0080]还需要说明的是 ，在本实施例中，X轴线状光321与Y轴线状光311相互垂直。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，X轴线状光321与Y轴线状光311之间的夹角也可以为锐角或钝角。
[0081]而且，虽然在本实施例中，X轴线状光321的一端照射在标准作业区域30上，另一端照射在支撑单元20的承载面201上；Y轴线状光311的一端照射在标准作业区域30上，另一端照射在支撑单元20的承载面201上。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，X轴线状光321和/或Y轴线状光311也可以仅照射在标准作业区域30上。
[0082]进一步需要说明的是，虽然在本实施例中，线状光源包括两个线状光源，即:Χ轴线状光源32和Y轴线状光源31，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，线状光源的数量还可以为两个以上，且各个线状光源照射在标准作业区域30上的线状光不重合。
[0083]作为另一个技术方案，本发明还提供一种偏差监测方法，其基于本实施例提供的偏差监测系统监测被加工工件是否在标准作业区域和标准作业面，其包括以下步骤:
[0084]步骤S10，检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差；
[0085]步骤S20，检测被加工工件与标准作业面之间的角度偏差。
[0086]所谓标准作业区域，是指在支撑单元的承载面上预设的放置被加工工件的区域；所谓标准作业面是指被加工工件被顶离支撑单元的承载面时其所在的预设水平面。[0087]借助中心偏差检测单元检测被加工工件与标准作业区域的中心位置之间的中心偏差，以及借助水平度偏差检测单元来检测被加工工件与标准作业面之间的角度偏差，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0088]在本实施例中，步骤SlO还包括以下步骤:
[0089]步骤S11，朝向标准作业面发射垂直于标准作业面的点状光；
[0090]步骤S12，接收由被加工工件反射点状光而形成的点状反射光；
[0091]步骤S13，基于点状反射光的位置与预设的标准点位置判断被加工工件的角度偏差。
[0092]步骤S14，判断被加工工件的角度偏差是否大于预设的水平度偏差安全阈值，若是，则发出报警提示；若否，则发出角度偏差正常的信号。
[0093]在本实施例中，步骤S20还包括以下步骤:
[0094]步骤S21，朝向标准作业区域发射垂直于标准作业区域的线状光。在步骤S21中，线状光包括X轴线状光和Y轴线状光，X轴线状光和Y轴线状光沿标准作业面的径向设置，且相互垂直，并且X轴线状光的一端照射在标准作业区域上，另一端照射在支撑单元上；Y轴线状光的一端照射在标准作业区域上，另一端照射在支撑单元上。
[0095]步骤S22，接收由被加工工件和/或支撑单元反射线状光而形成的线状反射光。在步骤S22中，分别接收由被加工工件和/或支撑单元反射所述X轴线状光而形成的X轴线状反射光，以及反射Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光。
[0096]步骤S23，基于线状反射光的长度与预设的标准线段的长度判断被加工工件的中心偏差。在步骤S23中，基于X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断被加工工件在X轴方向上的位移偏差，以及基于Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断被加工工件在Y轴方向上的位移偏差。
[0097]步骤S24，判断被加工工件的中心偏差是否大于预设的中心偏差安全阈值，若是，则发出报警提示，并终止流程；若否，则发出中心偏差正常的信号。
[0098]综上所述，本实施例提供的偏差监测方法，其通过检测被加工工件与标准作业面的中心位置之间的中心偏差，以及被加工工件与标准作业面之间的角度偏差，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0099]作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，如图7所示，为本发明提供的等离子体加工设备的结构示意图。等离子体加工设备包括反应腔室40，反应腔室40包括支撑单元20和偏差监测系统47。其中，支撑单元20用于承载被加工工件26，在本实施例中，支撑单元20为静电卡盘，并且在静电卡盘的外周壁上套制有介质环46，其采用绝缘材料制作，用以防止静电卡盘被反应腔室40内的等离子体刻蚀。并且，介质环46的上表面高于静电卡盘的上表面，或与电卡盘的上表面平齐。
[0100]在实际应用中，由于标准作业区域30位于介质环46的内部，且标准作业区域30的外径略小于介质环46的内径，因而可以使线状光源朝向标准作业区域30发射的垂直于标准作业区域30的线状光的一端位于标准作业区域30上，另一端位于介质环46上，此时第二探测器可以接收由被加工工件26、支撑单元20和/或介质环46反射线状光而形成的线状反射光。由于由被加工工件26、支撑单元20和介质环46反射而来的线状反射光的光强均不同，这同样可以使第二判断单元能够基于由被加工工件26、支撑单元20和/或介质环46反射而来的线状反射光的长度与相应的预设的标准线段的长度而判断被加工工件26与标准作业区域30之间是否存在中心偏差。
[0101]此外，在反应腔室40的顶部设置有石英窗41，偏差监测系统47位于该石英窗41的上方，用以透过石英窗41朝向被加工工件26发射激光，从而监测被加工工件26被置于支撑单元20的上方时是否在标准作业区域和标准作业面。在实施工艺的过程中，由于偏差监测系统47位于该石英窗41的上方，S卩，位于反应腔室40的外部，因而可以防止偏差监测系统47被反应腔室40内的等离子体加工设备腐蚀，从而提高了偏差监测系统47的使用寿命，进而降低了等离子体加工设备的使用成本。
[0102]在本实施例中，在支撑单元20的下方设置有顶针装置，顶针装置包括至少三个顶针44和与顶针44连接的升降驱动源45，在升降驱动源45的驱动下，顶针44可以穿过支撑单元20，以使其顶端高出或低于支撑单元20的承载面，从而将被加工工件26自支撑单元20的承载面顶起，或放置于支撑单元20的承载面。当被加工工件26由顶针44自支撑单元20的承载面顶起时，可以借助偏差监测系统47的水平度偏差检测单元检测被加工工件26与标准作业面的中心位置之间的中心偏差，该标准作业面为被加工工件26被顶离支撑单元20的承载面时其所在的预设水平面。
[0103]综上所述，本实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述偏差监测系统，可以使操作人员无需打开反应腔室就可以获知被加工工件的中心偏差和水平度偏差，从而可以省去开腔、关腔以及恢复工艺所需的腔室环境等环节，进而可以提高等离子体加工设备的加工效率。
[0104]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种偏差监测系统，用于监测被加工工件是否在标准作业区域和标准作业面，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面，其特征在于，所述偏差监测系统包括中心偏差检测单兀和水平度偏差检测单兀，其中， 所述中心偏差检测单元用于检测所述被加工工件与所述标准作业区域的中心位置之间的中心偏差； 所述水平度偏差检测单元用于检测所述被加工工件与所述标准作业面之间的角度偏差。
2.根据权利要求1所述的偏差监测系统，其特征在于，所述水平度偏差检测单元包括点状光源、第一探测器和第一判断单元，其中， 所述点状光源朝向所述标准作业面发射垂直于所述标准作业面的点状光； 所述第一探测器用于接收被所述被加工工件反射所述点状光而形成的点状反射光； 所述第一判断单元基于所述点状反射光的位置与预设的标准点位置判断所述被加工工件的角度偏差。
3.根据权利要求2所述的偏差监测系统，其特征在于，所述点状光源为点状的激光源；所述第一探测器为CXD接收装置。
4.根据权 利要求2所述的偏差监测系统，其特征在于，在所述第一判断单元中，若所述点状反射光的位置与所述标准点位置之间的距离大于预设的安全阈值，则输出水平度偏差不正常信号；若所述点状反射光的位置与所述标准点位置之间的距离小于或等于预设的安全阈值，则输出水平度偏差正常信号。
5.根据权利要求4所述的偏差监测系统，其特征在于，还包括第一报警单元，用以在收到所述第一判断单元输出的水平度偏差不正常信号时发出报警提示。
6.根据权利要求1所述的偏差监测系统，其特征在于，所述中心偏差检测单元包括线状光源、第二探测器和第二判断单元，其中， 所述线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的线状光； 所述第二探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述线状光而形成的线状反射光； 所述第二判断单元基于所述线状反射光的长度与预设的标准线段的长度判断所述被加工工件的中心偏差。
7.根据权利要求6所述的偏差监测系统，其特征在于，所述线状光源包括X轴线状光源和Y轴线状光源，所述第二探测器包括与所述X轴线状光源和Y轴线状光源一一对应的X轴探测器和Y轴探测器，其中， 所述X轴线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的X轴线状光，所述Y轴线状光源朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的Y轴线状光，所述X轴线状光与Y轴线状光沿所述标准作业区域的径向设置，且相互垂直，并且所述X轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；所述Y轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上； 所述X轴探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述X轴线状光而形成的X轴线状反射光；所述Y轴探测器用于接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光； 所述第二判断单元基于所述X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断所述被加工工件在X轴方向上的位移偏差，以及基于所述Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断所述被加工工件在Y轴方向上的位移偏差。
8.根据权利要求7所述的偏差监测系统，其特征在于，所述X轴线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于5mm ； 所述Y轴线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于 Smnin
9.根据权利要求6所述的偏差监测系统，其特征在于，所述线状光源为线状的激光源；所述第二探测器为CXD接收装置。
10.根据权利要求6所述的偏差监测系统，其特征在于，在所述第二判断单元中，若所述线状反射光的长度与所述标准线段的长度之差大于预设的安全阈值，则输出中心偏差不正常信号；若所述线状反射光的长度与所述标准线段的长度之差小于或等于预设的安全阈值，则输出中心偏差正常信号。
11.根据权利要求10所述的偏差监测系统，其特征在于，还包括第二报警单元，用以在收到所述第二判断单元输出的中心偏差不正常信号时发出报警提示。
12.根据权利要求6所述的偏差监测系统，其特征在于，所述线状光分别照射在所述支撑单元和所述标准作业区域上的长度各自大于等于5mm。
13.—种偏差监测方法,其特征在于,其基于权利要求1-12任意一项所述的偏差监测系统监测被加工工件是否在标准作业面和标准作业区域，其包括以下步骤: 步骤S10，检测所述被加工工件与所述标准作业区域的中心位置之间的中心偏差； 步骤S20，检测所述被加工工件与所述标准作业面之间的角度偏差； 其中，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面。
14.根据权利要求13所述的偏差监测方法，其特征在于，步骤SlO还包括以下步骤， 步骤S11，朝向所述标准作业面发射垂直于所述标准作业面的点状光； 步骤S12，接收被所述被加工工件反射所述点状光而形成的点状反射光； 步骤S13，基于所述点状反射光的位置与预设的标准点位置判断所述被加工工件的角度偏差。
15.根据权利要求14所述的偏差监测方法，其特征在于，在步骤S13之后，还包括步骤S14, 在步骤S14中，判断所述被加工工件的角度偏差是否大于预设的安全阈值，若是，则发出报警提示；若否，则发出角度偏差正常的信号。
16.根据权利要求13所述的偏差监测方法，其特征在于，步骤S20还包括以下步骤， 步骤S21，朝向所述标准作业区域发射垂直于所述标准作业区域的线状光； 步骤S22，接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述线状光而形成的线状反射光； 步骤S23，基于所述线状反 射光的长度与预设的标准线段的长度判断所述被加工工件的中心偏差。
17.根据权利要求16所述的偏差监测方法，其特征在于，在步骤S23之后，还包括步骤S24, 在步骤S24中，判断所述被加工工件的中心偏差是否大于预设的安全阈值，若是，则发出报警提示，并终止流程；若否，则发出中心偏差正常的信号。
18.根据权利要求16所述的偏差监测方法，其特征在于，在步骤S21中，所述线状光包括X轴线状光和Y轴线状光，所述X轴线状光和Y轴线状光沿所述标准作业面的径向设置，且相互垂直，并且所述X轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上；所述Y轴线状光的一端照射在所述标准作业区域上，另一端照射在所述支撑单元上； 在步骤S22中，分别接收被所述被加工工件和/或所述支撑单元反射所述X轴线状光而形成的X轴线状反射光，以及反射所述Y轴线状光而形成的Y轴线状反射光； 在步骤S23中，基于所述X轴线状反射光的长度与预设的X轴标准线段的长度判断所述被加工工件在X轴方向上的位移偏差，以及基于所述Y轴线状反射光的长度与预设的Y轴标准线段的长度判断所述被加工工件在Y轴方向上的位移偏差。
19.一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，所述反应腔室包括支撑单元和偏差监测系统，其中，所述支撑单元用于承载被加工工件；所述偏差监测系统用于监测被加工工件被置于支撑单元的上方时是否在标准作业区域和标准作业面，所述标准作业区域为在所述支撑单元的承载面上预设的放置所述被加工工件的区域；所述标准作业面为所述被加工工件被顶离所述支撑单元的承载面时其所在的预设水平面，其特征在于，所述偏差监测系统采用权利要求1-12任意一项所述的偏差监测系统。
20.根据权利要求19所述的`等离子体加工设备，其特征在于，所述支撑单元包括静电卡盘。
21.根据权利要求20所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述静电卡盘的外周壁上套制有介质环，并且所述介质环的上表面高于所述静电卡盘的上表面，或与所述静电卡盘的上表面平齐。
22.根据权利要求19所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述反应腔室的顶部设置有石英窗，所述水平度偏差检测单元和/或所述中心偏差检测单元位于所述石英窗的上方。
【文档编号】H01J37/244GK103824743SQ201210465432
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】李俊杰 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司