硅刻蚀机及其操作方法与流程

本案为申请日为2018年07月27日申请号为201810840487.2名称为硅刻蚀机及其操作方法的专利申请的分案申请。

本发明涉及一种半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种硅刻蚀机及其操作方法。

背景技术：

在半导体集成电路技术中，随着集成度越来越高，半导体晶圆从4寸、5寸逐步增大到12寸，甚至18寸等更大尺寸，而却希望晶圆的关键尺寸越来越小，从45/40nm往28/20nm升级，工艺窗口越来越大，且产品良率越来越高。

因此在半导体集成电路制造中，急需提高产品良率的设备和方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅刻蚀机，以提高晶圆边缘工艺窗口，提高晶圆良率。

本发明提供的硅刻蚀机，包括：腔体；吸盘和边缘控制环，所述吸盘和所述边缘控制环位于所述腔体内，所述吸盘用于承载晶圆，所述边缘控制环环绕设置在所述吸盘的外围，且于放置所述晶圆的一侧，所述边缘控制环与所述吸盘之间具有一台阶；升降装置，所述升降装置位于所述腔体内，且与所述边缘控制环组接，用于抬高或降低所述边缘控制环；以及控制电路，所述控制电路连接所述升降装置及硅刻蚀机的菜单选择单元，用于接收硅刻蚀机的菜单信息，并根据接收的硅刻蚀机的菜单信息输出一控制信号至所述升降装置，以使所述升降装置根据所述控制信号控制所述边缘控制环与所述吸盘之间的所述台阶的高度。

更进一步的，所述升降装置包括一步进马达和一支撑装置，所述支撑装置的一端与所述步进马达组接，所述支撑装置的另一端与所述边缘控制环组接。

更进一步的，所述支撑装置包括多个顶针，所述多个顶针位于所述边缘控制环的与晶圆相对的一侧。

更进一步的，所述多个顶针位于所述边缘控制环的下方。

更进一步的，所述控制电路包括一控制器，接收晶圆刻蚀时硅刻蚀机选择的菜单信息，输出一与高度相关的控制信号至所述升降装置，所述升降装置根据所述与高度相关的控制信号控制所述边缘控制环与所述吸盘之间的台阶高度。

更进一步的，所述升降装置根据所述与高度相关的控制信号控制所述边缘控制环抬高的高度。

更进一步的，所述升降装置包括一步进马达，所述控制电路输出的所述与高度相关的控制信号为所述步进马达步进的步数。

更进一步的，所述控制器为一plc控制器。

本发明还提供所述硅刻蚀机的操作方法，包括：s1：设计以使硅刻蚀机的腔体中边缘控制环与吸盘之间具有不同的台阶高度，并在不同的台阶高度下对边缘控制环进行真空射频下的电势测试，根据测得的边缘控制环的电势得到边缘控制环与吸盘之间的目标台阶高度；s2：计算边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量；以及s3：设计一台阶高度控制装置，所述台阶高度控制装置根据边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量控制边缘控制环与吸盘之间的台阶高度为所述目标台阶高度。

更进一步的，步骤s2还包括步骤s21，计算所述边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下累积刻蚀n个晶圆时的厚度变化量，进而计算得到边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量，其中n≥1。

更进一步的，所述台阶高度控制装置包括所述升降装置和所述控制电路。

更进一步的，所述升降装置包括一步进马达和一支撑装置，所述支撑装置的一端与所述步进马达组接，所述支撑装置的另一端与所述边缘控制环组接，所述马达与所述控制电路连接，接收所述控制电路输出的控制信号，并根据所述控制信号控制所述支撑装置抬高或降低所述边缘控制环的高度。

更进一步的，所述控制信号为所述步进马达需步进的步数信号。

在本发明一实施例中，通过在硅刻蚀机的腔体内设置一升降装置和一控制电路，以补偿边缘控制环在刻蚀过程中变薄的量，提高晶圆边缘工艺窗口，提高晶圆良率。

附图说明

图1为本发明一实施例的硅刻蚀机的示意图。

图2为本发明一实施例的硅刻蚀机的操作流程图。

图中主要元件附图标记说明如下：

100、硅刻蚀机；110、腔体；111、吸盘；113、边缘控制环；120、晶圆；130、升降装置；140、控制电路；132、步进马达；134、支撑装置。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

硅刻蚀机是半导体集成电路制造中的关键设备，请参阅图1，图1为一实施例的硅刻蚀机的示意图。如图1所示，硅刻蚀机100包括腔体110，腔体110内包括吸盘111和边缘控制环113，吸盘用于承载晶圆120，边缘控制环113环绕设置在吸盘111的外围，且于放置晶圆120的一侧，边缘控制环113与吸盘111之间有一台阶，也即边缘控制环113比吸盘111高出所述台阶的高度。边缘控制环113为消耗性部件，在晶圆的刻蚀过程中，边缘控制环113也会被刻蚀变薄，边缘控制环113与吸盘111之间的台阶变低，根据朗缪尔测试结果，等离子电浆的电势随边缘控制环113的变薄而下降，进而影响晶圆的刻蚀方向，导致晶圆边缘工艺窗口变小，晶圆良率变低。目前的工艺中，需要经常进行腔体保养，并更换边缘控制环113，不仅影响设备的使用率，提高成本，且在边缘控制环113更换间隙内生产的晶圆的良率较低。

本发明一实施例中，提供一种硅刻蚀机设备。具体的，可参阅图1，本发明的硅刻蚀机进一步还包括升降装置130和控制电路140。升降装置130位于腔体110内，且与边缘控制环113组接，用于抬高或降低边缘控制环113。控制电路140连接升降装置130及硅刻蚀机的菜单选择单元，用于接收硅刻蚀机的菜单信息，并根据接收的硅刻蚀机的菜单信息输出控制信号给升降装置130，以使升降装置130根据控制信号控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度。如此即使边缘控制环113在刻蚀过程中变薄，也不会导致边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度降低，而导致等离子电浆的电势下降，晶圆边缘工艺窗口变小，晶圆良率变低的不良现象。

在本发明一实施例中，升降装置130包括一步进马达132和一支撑装置134，支撑装置134的一端与步进马达132组接，另一端与边缘控制环113组接，通过步进马达132控制支撑装置134抬高或降低，进而控制边缘控制环113抬高或降低，如此控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度。

在本发明一实施例中，所述支撑装置134包括多个顶针，多个顶针位于边缘控制环113的与晶圆120相对的一侧。具体的，在本发明一实施例中，多个顶针位于边缘控制环113的下方，如图1所示，晶圆120位于吸盘111的上端，顶针位于边缘控制环113的下侧。

在本发明一实施例中，控制电路140包括一控制器，接收晶圆刻蚀时硅刻蚀机选择的菜单信息，根据菜单信息计算得到在晶圆的刻蚀过程中边缘控制环113被刻蚀而消耗的厚度，也即边缘控制环113需要被抬高的高度，如此输出与高度相关的控制信号至升降装置130，升降装置130根据该与高度相关的控制信号控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度。更进一步的，升降装置130根据该与高度相关的控制信号控制边缘控制环113抬高的高度，如此控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度，以补偿晶圆在刻蚀过程中消耗的高度。更具体的，对于升降装置130包括一步进马达132和一支撑装置134的硅刻蚀机，控制电路140输出的与高度相关的控制信号为步进马达132步进的步数，对于选定的步进马达，步进马达步进一步，支撑装置134升高的高度是确定的，因此控制电路140计算得到步进马达132步进的步数，即可控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度。

在本发明一实施例中，控制器140为plc控制器。在本发明一实施例中，控制器140还可为其它的控制电路，如模拟控制器或数字控制器，只要能根据选择的菜单信息计算得到与高度相关的控制信号即可。

具体的，在本发明一实施例中，还提供一种图1所示的硅刻蚀机的操作方法。具体的可参考图2，图2为本发明一实施例的硅刻蚀机的操作流程图。如图2所示，本发明一实施例的硅刻蚀机的操作步骤包括：

s1：设计以使硅刻蚀机的腔体中边缘控制环与吸盘之间具有不同的台阶高度，并在不同的台阶高度下对边缘控制环进行真空射频下的电势测试，根据测得的边缘控制环的电势得到边缘控制环与吸盘之间的目标台阶高度。

s2：计算边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量。

在本发明一实施例中，步骤s2还包括步骤s21，计算边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下累积刻蚀n个晶圆时的厚度变化量，进而计算得到边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量，其中n≥1。如在本发明一实施例中，硅刻蚀机包括菜单a1、菜单a2和菜单a3，在菜单a1下刻蚀x1片晶圆，测得边缘控制环113的厚度变薄a1mm；在菜单a2下刻蚀x2片晶圆，测得边缘控制环113的厚度变薄a2mm；在菜单a3下刻蚀x3片晶圆，测得边缘控制环113的厚度变薄a3mm，如此计算得到边缘控制环113在硅刻蚀选择机菜单a1下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量为a1/x1；计算得到边缘控制环113在硅刻蚀机选择菜单a2下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量为a2/x2；计算得到边缘控制环113在硅刻蚀机选择菜单a3下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量为a3/x3。具体的可参阅表1：

表1

s3：设计一台阶高度控制装置，所述台阶高度控制装置根据边缘控制环在硅刻蚀机各菜单下刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量控制边缘控制环与吸盘之间的台阶高度为目标台阶高度。

在本发明一实施例中，台阶高度控制装置包括升降装置130和控制电路140，升降装置130位于腔体110内，且与边缘控制环113组接，用于抬高或降低边缘控制环113。控制电路140连接升降装置130及硅刻蚀机的菜单选择单元，用于接收硅刻蚀机的菜单信息，并根据接收的硅刻蚀机的菜单信息输出一控制信号给升降装置130，以使升降装置130根据该控制信号控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度。

具体的，在本发明一实施例中，升降装置130包括一步进马达132和一支撑装置134，支撑装置134的一端与步进马达132组接，另一端与边缘控制环113组接，马达132与控制电路140连接，接收控制电路140输出控制信号，马达132根据该控制信号控制支撑装置134抬高或降低边缘控制环113的高度。控制电路140包括一控制器(如plc控制器)，接收晶圆刻蚀时硅刻蚀机选择的菜单信息。具体的，如表2所示，若plc控制器接收的菜单信息为a1，则硅刻蚀机刻蚀每片晶圆引起的边缘控制环的厚度变化量为a1/x1，则为了补偿边缘控制环的厚度变化量a1/x1，步进马达需步进的步数为s*a1/x1，其中，s为支撑装置134每移动1mm，步进马达132步进的步数，如此plc控制器输出的控制信号为步进马达需步进的步数信号，步进马达132接收该步数信号并步进该步数，如此控制边缘控制环113抬高或降低，以控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度为目标台阶高度，而补偿在晶圆刻蚀过程中引起的边缘控制环113的变薄的量。更优的，达到控制边缘控制环113与吸盘111之间的台阶高度不变。

表2

在本发明一实施例中，可根据实际产品设定步进马达132工作的频率，如每刻蚀10片晶圆步进马达132工作一次，以补偿在晶圆刻蚀过程中引起的边缘控制环113的变薄的量。

在本发明一实施例中，通过在硅刻蚀机的腔体内设置一升降装置和一控制电路，以补偿边缘控制环在刻蚀过程中变薄的量，提高晶圆边缘工艺窗口，提高晶圆良率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。