一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置及方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置及方法。


背景技术：

2.在当前的等离子体蚀刻工艺过程中，晶圆被吸附在静电卡盘上，静电卡盘的边缘被聚焦环包覆，随着长时间工艺的进行，聚焦环可能会发生物理性偏移，从而出现边缘处等离子体分布不均匀，刻蚀图形发生变化。因而亟需开发出一套检测装置，来检测蚀刻过程中，聚焦环是否发生相对于晶圆的物理性偏移。


技术实现要素：

3.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置及方法，以解决现有技术手段中存在的上述全部或部分问题。
4.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
5.第一方面，本发明实施例提供了一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置，包括：底盘，光子型探测器和处理器；
6.所述底盘盛放静电卡盘和聚焦环；
7.所述底盘设置有检测槽；
8.所述光子型探测器设置在所述检测槽的底部；
9.所述处理器连接所述光子型探测器。
10.进一步地，所述检测槽的槽口位于所述静电卡盘和所述聚焦环之间；
11.进一步地，所述检测槽的槽口位于所述聚焦环外侧。
12.进一步地，所述检测槽为环形槽。
13.进一步地，所述检测槽的数量为多个，每一个所述检测槽设置至少一个所述光子型探测器，且各所述检测槽围绕所述静电卡盘均匀分布。
14.进一步地，所述装置还包括遮挡部，所述遮挡部设置在所述底盘上，所述遮挡部为全透明材质用于遮挡所述光子型探测器。
15.进一步地，所述遮挡部设置有安装孔；
16.所述静电卡盘安装在所述安装孔中，所述聚焦环设置在所述遮挡部上。
17.进一步地，所述遮挡部设置有安装槽，所述聚焦环设置在安装槽中。
18.进一步地，所述装置还包括固定部；
19.所述固定部套设于所述底盘外侧；
20.所述固定部与所述遮挡部固定连接，用于将所述遮挡部固定在底盘外侧。
21.进一步地，光子型探测的数量不小于3个。
22.第二方面，本发明实施例提供了一种的检测聚焦环与晶圆间隙的方法，采用第一方面所述的装置，包括：
23.光子型探测器采集外部的光信号，并将所述光信号转化成相应的电信号；
24.所述光子型探测器将所述电信号发送给处理器；
25.所述处理器根据所述电信号，确定所述聚焦环是否相对于所述静电卡盘发生偏移。
26.进一步地，所述处理器根据所述电信号，确定所述聚焦环是否相对于所述静电卡盘发生偏移，包括：
27.刻蚀开始时，所述处理器记录来自所述光子型探测器的第一电信号；
28.在预设周期内，所述处理器记录来自所述光子型探测器的第二电信号；
29.所述处理器记录确定所述第二电信号和所述第一电信号的差值是否超过阈值；
30.在所述差值超过阈值时，所述处理器确定所述聚焦环相对于所述静电卡盘发生偏移。
31.本发明技术方案的有益效果：
32.1、根据等离子体会发光且聚焦环通常不透光的原理，在聚焦环和静电卡盘缝隙的下方设置光子型探测器，以便于当聚焦环发生偏移时，光子型探测器在预设周期内接受到的光子数发生变化，从而确定聚焦环发生偏移，进而便于工作人员及时调整聚焦环，最终实现提高刻蚀效率。
33.2、在光子型探测器的上方设置透明的遮挡部，既能防止等离子气体腐蚀光子型探测器，又能保证光子型探测器正常工作。
34.3、通过光子型探测器和处理器，可以实现同时检测多个反应腔室的聚焦环是否发生偏移。
35.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明实施例提供的一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置的结构示意图；
38.图2为本发明实施例的聚焦环偏移方向及其偏移路径的示意图；
39.图3为本发明实施例提供的另一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置的结构示意图；
40.图4为本发明实施例提供的另一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置的结构示意图。
41.附图标记：1-静电卡盘、2-底盘、3-光子型探测器、4-聚焦环、5-遮挡部、6-固定部。
具体实施方式
42.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，应理解，当提及元件或层在另一元件或层“之上”、“连接到”或“连结到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层之上、直接连接或连结到另一元件或层，或者其间可存在中间元件或层。相反，当提及元件“直接在另一元件或层之上”、“直接连接到”或“直接连结到”另一元件或层时，其间不存在中间元件或层。相同的数字始终指代相同的元件。如本文使用的，术语“和/或”包括列出的一个或多
个相关项目的任何和所有组合。
43.应理解，尽管这里术语第一、第二、第三等可用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应限于这些术语。这些术语仅用来区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此，在不脱离本发明教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可称为第二元件、组件、区域、层或部分。
44.为了便于描述，这里诸如“在...之下”、“在...下方”、“下面”、“在...之上”、“上方”等的空间相对术语可用来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作中的不同取向。例如，当附图中的装置翻转时，描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将取向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可包括之上和之下两种取向。装置可以其他方式取向(旋转90度或在其他方向)，于是相应地解释在此所使用的空间相对描述符。
45.这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
46.除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解相同的含义。应进一步理解，诸如通用辞典中定义的那些术语应解释为具有与相关技术领域上下文中含义一致的含义，而不应解释为理想化或过度正式的意义，除非本文明确地如此定义。
47.等离子刻蚀，是干法刻蚀中最常见的一种形式，其原理是暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，从而形成了等离子或离子，电离气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力紧紧粘合材料或蚀刻表面。在检测其刻蚀效果时，光学发射光谱法是使用最为广泛的终点检测手段。其原理是利用检测等离子体中某种反应性化学基团或挥发性基团所发射波长的光强的变化来实现终点检测。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态时，伴随着这一过程所发射出来的光线。
48.基于等离子体具有发光的特点，如图1所示，本发明提供了一种检测聚焦环与晶圆间隙的装置，包括：底盘2、光子型探测器3和处理器。其中，处理器没有在附图中展示。
49.等离子气体从静电卡盘1和聚焦环4正上方，喷注到晶圆上，因此光线是垂直于静电卡盘1和聚焦环4工作侧的。底盘2上设置有检测槽，槽口设置在聚焦环4和静电卡盘1缝隙的下方。检测槽中设置有光子型探测器3。其中检测槽可以是一个或多个，光子型探测器3的数量不小于3个。
50.在本发明实施例中，检测精度由光子型探测器3本身的精度以及光子型探测器3的数量决定。其中，光子型探测器3的数量越多，检测精度越高。如图2所示，如果聚焦环沿a方向偏移，则聚焦环移动b距离后，聚焦环遮挡光子型探测器3的光路。如果聚焦环沿b方向偏移，则聚焦环移动a距离后，聚焦环遮挡光子型探测器3的光路。其中，线段b在a方向的延长线与直径重合，线段a在b方向的延长线与直径存在夹角，根据圆周上点到圆内点的距离关
系，线段a的长度最小，则a方向为直接检测的方向。由于直接方向的偏移量最小，因此其检测精度越高。而光子型探测器3的数量越多，意味着能直接检测的方向越多，相应的检测精度越高。
51.具体地，聚焦环偏移的方向是随机的，因此当只有一个或两个光子型探测器3时，无论如何设置光子型探测器3，都不能在所有方向上检测到聚焦环偏移。当光子型探测器3的数量不小于3时，在光子型探测器3均匀地周向分布在聚焦环和静电卡盘缝隙的下方时，能够从各个方向上检测到聚焦环偏移。相应的，安装槽的数量可以为一个，如环形槽，此时光子型探测器3在环形槽中周向均匀分布。安装槽也可是多个，此时，安装槽均匀地周向分布在聚焦环和静电卡盘缝隙的下方，每一个安装槽至少设置一个光子型探测器3，以保证光子型探测器3均匀分布。
52.由于等离子气体具有极强的腐蚀性，因而会对光子型探测器3造成严重的腐蚀，因此在本发明实施例中，设置遮挡部5，以最大限度减少等离子气体对光子型探测器3的腐蚀。遮挡部5中间设置有安装孔，静电卡盘可以设置在安装孔中。为了不使遮挡部5遮挡等离子气体发出的光线，遮挡部5的材料为透明且耐腐蚀的材料。
53.为了进一步防止聚焦环4发生偏移，在遮挡部5的上表面设置有安装槽，工作时将聚焦环4安装在安装槽中。然而。遮挡部5存在偏移可能，这会导致聚焦环4的偏移，以及增加等离子气体对光子型探测器3的腐蚀。因此在本发明实施例中，设置固定部6，并使遮挡部5与固定部6固定连接。其中，遮挡部5与固定部6可以通过连接件和孔插接的方式进行固定，也可以通过连接筋和连接槽的方式进行固定时。当遮挡部5与固定部6可以通过连接件和孔插接的方式进行固定时，连接件的轴向截面可以为楔形、矩形，相应的孔也为楔形、矩形。当遮挡部5与固定部6可以通过连接筋和连接槽的方式进行固定时，连接筋可以为楔形筋或矩形筋，相应的连接槽可以为楔形槽或矩形槽。
54.在本发明的另一个可能的实施例中，为了防止遮挡部5移动，还可以在底座2上设置固定槽，并将遮挡部5安装在固定槽上，如图3所示。
55.图1和图3的装置主要是基于光子型探测器3设置在聚焦环4和晶圆1之间的缝隙，具体设置时，聚焦环4要遮挡部分光子型探测器3的部分光路，并记录初始状态的光子数。需要说明的是，当前光子型探测器可以识别单个光子，因此即便当聚焦环4发生及其微弱的偏移，也能通过光子型探测器记录的光子数来进行判断。
56.聚焦环具有一定的厚度，在等离子体发光时，聚焦环会在底盘2的表面上留有投影，当聚焦环4发生移动时，其在底盘2表面上的投影也会移动，基于此，在本发明实施例中，将检测槽设置在聚焦环4的外侧，槽口的位置位于聚焦环4在底盘2表面上的投影覆盖的区域内。需要说明的是，该区域包括聚焦环4没有偏移的投影区域和聚焦环4偏移后的投影区域，如此，只要聚焦环4发生移动，无论光子型探测器3初始位置是否在聚焦环4当前的影子中，光子型探测器3将测到的光子数会发生变化。由于当前光子型探测器可以识别单个光子，因此即便当聚焦环4发生及其微弱的偏移，上述方案也是可以实现的。安装槽的数量可以为一个，如环形槽，此时光子型探测器3在环形槽中周向均匀分布。安装槽也可是多个，此时，安装槽均匀地周向分布在聚焦环和静电卡盘缝隙的下方，每一个安装槽至少设置一个光子型探测器3，以保证光子型探测器3均匀分布。
57.为提高检测精度，在投影覆盖区域内，至少设置3个光子型探测器3，且光子型探测
器3均匀布置。如此，无论聚焦环4在哪个方向上发生偏移，至少一个光子型探测器3检测的光子数会发生变化。例如，光子型探测器3位置在聚焦环4没有偏移的投影区域，聚焦环4偏移后，其单位时间内检测到的光子数应该会变大；光子型探测器3位置在聚焦环4偏移后的投影区域，聚焦环4偏移后，其单位时间内检测到的光子数应该会变小。
58.如图4所示，安装槽设置在聚焦环4外侧时，光子型探测器3设置在刻蚀腔室内，虽然光子型探测器3远离等离子气体喷注中心的位置，然而扩散的等离子气体还是会对光子型探测器3进行一定的腐蚀。因而需要设置遮挡部5。由于槽口在聚焦环4外侧，因此遮挡部5不用与聚焦环4叠层放置，只需要将遮挡部5套设于聚焦环4外侧就能实现遮挡，且稳定聚焦环4的作用。此外，为了进一步固定聚焦环的位置，可以像图1一样，设置固定部6。其中，遮挡部5与固定部6可以通过连接件和孔插接的方式进行固定，也可以通过连接筋和连接槽的方式进行固定时。当遮挡部5与固定部6可以通过连接件和孔插接的方式进行固定时，连接件的轴向截面可以为楔形、矩形，相应的孔也为楔形、矩形。当遮挡部5与固定部6可以通过连接筋和连接槽的方式进行固定时，连接筋可以为楔形筋或矩形筋，相应的连接槽可以为楔形槽或矩形槽。
59.本发明实施例提供了一种检测聚焦环与晶圆间隙的方法，包括以下步骤：
60.步骤1、光子型探测器采集外部的光信号，并将光信号转化成相应的电信号。
61.在本发明实施例中，等离子气体会发光，从而为整个检测过程提供光源。光子型探测器会在预设周期内采集从静电卡盘1和聚焦环4缝隙间进入的光子，并计录光子数。
62.步骤2、光子型探测器将电信号发送给处理器。
63.在本发明实施例中，光子型探测器将一个周期内的光子数转换成电信号。
64.步骤3、处理器根据电信号，确定聚焦环是否相对于静电卡盘发生偏移。
65.在本发明实施例中，刻蚀开始时，处理器记录来自光子型探测器的第一电信号。每一次刻蚀开始前，在安装聚焦环4后，通过记录第一电信号标定聚焦环4的初始位置。
66.在预设周期内，处理器记录来自光子型探测器的第二电信号。此处预设周期为光子型探测器的检测周期。
67.处理器记录确定第二电信号第一电信号的差值是否超过阈值。由于聚焦环的偏移是一个过程，因此很难通过设定一个固定值来判断聚焦环是否偏移。基于上述原因，本发明实施例通过第二电信号和第一电信号的差值，即前一周期光子数和当前周期的光子数的差值，确定聚焦环是否偏移。例如，在差值超过阈值时，处理器确定聚焦环相对于静电卡盘发生偏移。
68.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。