一种晶圆校准装置和方法及一种晶圆边缘刻蚀设备和方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种晶圆校准装置和方法及一种晶圆边缘刻蚀设备和方法。

背景技术：

在晶圆处理过程中，往往通过等离子气体来对沉积在晶圆上的膜进行蚀刻。通常，刻蚀等离子密度越靠近晶圆边缘越低，这会导致多晶硅层、氮化物层、金属层等(总称为多余膜层)聚集在晶圆边缘上。为了防止多余膜层污染后续工艺和设备，往往需要对晶圆的边缘进行刻蚀，以去除所述多余膜层。

在现有晶圆边缘刻蚀机中，主要的刻蚀机是将晶圆(wafer)放置在反应腔体的中间。将上等离子体禁区环(pezprocessexclusionzone)环降至距离晶圆0.4mm的高度时，再在腔体边缘通入气体并加入射频产生等离子气体(plasma)以将边缘多余膜层(film)进行去除。

晶圆边缘刻蚀机台多将晶圆放置在圆柱形的承载台(plate)中间，把晶圆边缘0.1mm～0.5mm漏至等离子气体的空间内，进行反应刻蚀。但是晶圆在圆形平台上的放置位置取决于晶圆的传送位置，晶圆与圆形平台之间的同轴度无法有效保证。当传送产生偏差时，晶圆边缘刻蚀的区域也会随之改变，无法保证斜边(bevel)刻蚀量保持在最佳位置，而目前判断晶圆是否与承载台同轴主要靠监控边缘的刻蚀速率来判断，这是一个事后发现的过程，无法在晶圆边缘刻蚀前进行同轴度的主动校准放置。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆校准装置和方法及一种晶圆边缘刻蚀设备和方法，用于解决现有技术中晶圆在圆柱形承载台上的放置同轴度较差的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明的第一个方面是提供一种晶圆校准装置，用于将所述晶圆按设定同轴度公差同轴放置于一圆柱形承载台顶部，所述承载台的直径小于所述晶圆直径，所述晶圆校准装置包括：

校准环，所述校准环的内圈上部设置有一小端朝下且与所述承载台同轴设置的圆锥孔，所述圆锥孔的小端有一与所述圆锥孔同轴设置的圆柱孔，所述圆柱孔的直径等于所述晶圆直径与所述设定同轴度公差之和；所述圆柱孔的下部设置有一晶圆承托面，所述晶圆承托面中部开设有一允许所述承载台通过且不允许所述晶圆通过的通道；所述校准环可上下直线移动套装在所述承载台的外部，且所述圆柱孔与所述承载台同轴设置；

驱动装置，所述驱动装置驱动所述校准环上下移动以使所述晶圆承托面在所述承载台的顶面上方和顶面下方之间往复移动。

作为本发明的一个可选方案，所述设定的同轴度公差量为0.1-0.5mm。

作为本发明的一个可选方案，所述晶圆承托面为一圆环形台阶面。

作为本发明的一个可选方案，所述圆锥孔的锥角为80～140°。

作为本发明的一个可选方案，所述校准环的材质为陶瓷或玻璃。

作为本发明的一个可选方案，所述驱动装置包括多个可以同步动作的气缸，多个所述气缸的伸缩主轴向上伸出并与所述校准环相连接。

作为本发明的一个可选方案，所述驱动装置包括顶升架和至少一气缸，所述顶升架上设置有至少三个顶杆，所述至少三个顶杆向上伸出并与所述校准环相连接，所述至少一气缸的伸缩主轴推动所述顶升架上下移动。

作为本发明的一个可选方案，所述承载台安装于一支座上，所述支座上设置有与所述顶杆或所述伸缩主轴相匹配的导向套，所述顶杆或所述伸缩主轴上端从所述导向套内伸出与所述校准环相连。

以上所有可选方案都为本发明示例性给出，在其他实施例中，并不以此为限。

本发明的第二方面是提供一种晶圆边缘刻蚀设备，包括：射频功率源、反应腔室、承载台、移动组件；所述承载台安装在所述反应腔室内，所述承载台包括下电极和包围在所述下电极边缘的下等离子体禁区环，所述下等离子体禁区环的外直径小于待放置晶圆的直径；所述移动组件可上下移动安装在所述反应腔室上部；所述移动组件包括相对的圆柱形上电极和包围在所述上电极边缘的上等离子体禁区环；

所述晶圆边缘刻蚀设备还包括上述任一项所述的晶圆校准装置，其中；

所述晶圆校准装置的校准环可上下直线移动套装在所述下等离子体禁区环的外部，且所述圆柱孔与所述下等离子体禁区环同轴设置。

作为本发明的一个可选方案，所述晶圆校准装置的驱动装置包括多个可以同步动作的气缸，多个所述气缸的缸体设置在所述反应腔室的外部，所述气缸的伸缩主轴向上伸入至所述反应腔室内并与所述校准环相连接，所述伸缩主轴与所述反应腔室的壁体之间设置有密封结构。

作为本发明的一个可选方案，所述晶圆校准装置的驱动装置包括设置于所述反应腔室外部的顶升架和至少一气缸，所述顶升架上设置有至少三个顶杆，所述至少三个顶杆向上伸入至所述反应腔室内并与所述校准环相连接，所述顶杆与所述反应腔室的壁体之间设置有密封结构，所述至少一气缸的伸缩主轴推动所述顶升架上下移动。

作为本发明的一个可选方案，所述承载台安装于一支座上，所述支座上设置有与所述顶杆或所述伸缩主轴相匹配的导向套，所述顶杆或所述伸缩主轴上端从所述导向套内伸出与所述校准环相连。

作为本发明的一个可选方案，所述下电极上还设置有用于将所述晶圆托起的顶针组件。

本发明的第三个方面是提供一种晶圆同轴度自动校准方法，用于将所述晶圆按设定同轴度公差同轴放置在圆柱形承载台顶部，所述承载台的直径小于所述晶圆直径，包括以下过程：

设置一校准环；

在所述校准环的内孔上部设置有一小端朝下的圆锥孔；

在所述圆锥孔的小端设置一与所述圆锥孔同轴设置的圆柱孔，并使所述圆柱孔的直径等于所述晶圆直径与所述设定同轴度公差之和；

在所述圆柱孔的下部设置有一晶圆承托面；

在所述晶圆承托面中部开设有一允许所述承载台通过且不允许所述晶圆通过的通道；

使所述校准环可上下直线移动套装在所述承载台的外部，并使所述圆柱孔与所述承载台同轴设置；

使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上。

作为本发明的一个可选方案，通过至少一个气缸驱动所述校准环上升和下降。

作为本发明的一个可选方案，所述承载台上设置有顶针组件，所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆被传送至所述承载台上方；

所述顶针组件升高将所述晶圆托起；

所述校准环上升使所述晶圆进入所述圆锥孔内；

所述顶针组件下降至所述承载台以下；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

作为本发明的一个可选方案，所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆直接被传送至所述承载台上；

升高所述校准环，使所述圆锥孔托起所述晶圆；

所述晶圆经所述圆锥孔落入所述圆柱孔内的晶圆承托面上；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

作为本发明的一个可选方案，所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆被传送至所述承载台上方；

升高所述校准环，使所述圆锥孔托起所述晶圆；

所述晶圆经所述圆锥孔落入所述圆柱孔内的晶圆承托面上；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

作为本发明的一个可选方案，将所述圆锥孔的锥角设置为80～140°。

本发明的第四方面是提供一种晶圆边缘刻蚀的方法，通过将晶圆放置在反应腔室内的圆柱形承载台顶部进行边缘刻蚀，采用上述任一项所述的晶圆同轴度自动校准方法，将所述晶圆按照设定同轴度公差同轴放置于所述圆柱形承载台顶部后进行边缘刻蚀。

如上所述，本发明提供了一种晶圆校准装置和方法中设置有具有圆锥孔和圆柱孔的校准环，晶圆在校准环移动的过程中经圆锥孔定心后落入所述圆柱孔内，并随所述校准环继续下降，直至所述晶圆承托面降至所述承载台的顶面以下，所述晶圆被所述校准环放置于承载台顶面上，能够通过圆柱孔的尺寸来保证晶圆与所述承载台之间的同轴度要求，从而为后续加工工艺提供了有力保证。提高了后续加工的良品率。

本发明晶圆边缘刻蚀设备和方法，通过晶圆校准装置，使晶圆按设定同轴度公差同轴放置于下方承载台上，能够有效保证晶圆与上、下等离子体禁区环的同轴性，能够有效保证晶圆的边缘刻蚀良品率。

附图说明

图1显示为本发明晶圆校准装置一实施例的结构示意图；

图2显示为本发明晶圆校准装置校准环的一结构示意图；

图3显示为本发明晶圆校准装置又一实施例的结构示意图；

图4显示为本发明晶圆边缘刻蚀设备一实施例的结构示意图；

图5显示为本发明晶圆边缘刻蚀设备又一实施例的结构示意图；

图6显示为本发明晶圆同轴度自动校准方法的一实施例的流程示意图；

图7显示为本发明晶圆同轴度自动校准方法的又一实施例的流程示意图；

图8显示为本发明晶圆同轴度自动校准方法的再一实施例的流程示意图；

图9显示为本发明晶圆边缘刻蚀的方法的一流程示意图。

元件标号说明

10晶圆校准装置

110校准环

111圆锥孔

112圆柱孔

113晶圆承托面

114通道

120驱动装置

121顶升架

1211顶杆

122气缸

20承载台

201下电极

202下等离子体禁区环

203支座

30晶圆

40移动组件

401上电极

402上等离子体禁区环

50反应腔室

60顶针组件

70密封结构

80导向套

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图2。本发明提供一种晶圆校准装置10，用于将所述晶圆30按设定同轴度公差同轴放置于一圆柱形承载台20顶部，所述承载台20的直径小于所述晶圆30直径，所述晶圆校准装置10包括：

校准环110，所述校准环110的内圈上部设置有一小端朝下且与所述承载台20同轴设置的圆锥孔111，所述圆锥孔111的小端有一与所述圆锥孔111同轴设置的圆柱孔112，所述圆柱孔112的直径d1等于所述晶圆30直径与所述设定同轴度公差之和；所述圆柱孔112的下部设置有一晶圆承托面113，所述晶圆承托面113中部开设有一允许所述承载台20通过且不允许所述晶圆30通过的通道114；所述校准环110可上下直线移动套装在所述承载台20的外部，且所述圆柱孔112与所述承载台20同轴设置；

驱动装置120，所述驱动装置120驱动所述校准环110上下移动以使所述晶圆承托面113在所述承载台20的顶面上方和顶面下方之间往复移动。

本发明晶圆校准装置10中设置有具有圆锥孔111和圆柱孔112的校准环110，晶圆30在校准环110移动的过程中经圆锥孔111定心后落入所述圆柱孔112内的晶圆承托面113上，并随所述校准环110继续下降，直至所述晶圆承托面113降至所述承载台20的顶面以下，所述晶圆30被所述校准环110放置于承载台20顶面上。本发明晶圆校准装置能够通过圆柱孔112的尺寸来保证晶圆30与所述承载台20之间的同轴度要求，从而为后续加工工艺提供了有力保证。提高了后续加工的良品率。

本发明中所述的设定同轴度公差，可以为根据需要所设置的任意一公差值，根据现有多数晶圆30加工工艺的同轴度要求，作为本发明一实施方案，本实施例中所述设定的同轴度公差量为0.1-0.5mm。

本发明中的晶圆承托面113可以为能够承托晶圆30功能的一切结构，考虑到加工的便利性和结构的简洁性，作为本发明一实施方案，本实施例中所述晶圆承托面113为一圆环形台阶面，且通道114为圆柱通孔(在另一些实施例中也可以是非规则的孔只要能够允许承载台通过且不允许晶圆通过即可)，且直径d2大于承载台20直径，小于晶圆30直径。在其他实施例中，所述晶圆承托面113可以为不连续圆环，也可以通过只几个承载点进行固定，也可以为圆锥面等，其具体形状不受限制。

本发明中所述圆锥孔111的锥角可以为任意一能够使晶圆30滑行下落的角度，但考虑同样的大端直径较小的锥角需要较高的厚度，而较大的锥角又不利于晶圆30在校准环110移动过程中下滑，本发明中所述圆锥孔111的锥角α优选为80～140°中的任意一数值，如80°、100°、120°、140°，本实施例中为120°。在其他实施例中，圆锥孔的角度不受限制。

考虑到现有多数晶圆30工艺都在具有腐蚀性的环境中进行，作为本发明一实施方案，本实施例中所述校准环110的材质为陶瓷。在其他实施例中，所述校准环的材料并不受限制，例如可以为玻璃、金属、塑料等。

本发明中的驱动装置120可以为能够推动校准环110上下直线移动的一切驱动结构，如液压缸、气缸、丝杆螺母组件等，考虑到气缸的洁净性较高，作为本发明一实施方案，本实施例中所述驱动装置120包括多个(至少三个)可以同步动作的气缸，多个所述气缸的伸缩主轴向上伸出并与所述校准环110相连接。

虽然所述校准环110的移动方向也可以通过所述多个气缸的伸缩方向来保证，但较佳地，本实施例中所述承载台20安装于一支座203上，所述支座203上设置有与所述气缸的伸缩主轴相匹配的导向套80，所述伸缩主轴上端从所述导向套80内伸出与所述校准环110相连。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种晶圆校准装置10，其与实例一大体相同，不同之处在于，本实施例中所述驱动装置120包括顶升架121和一气缸122(也可以为多个)，所述顶升架121上设置有三个非直线状排布的顶杆1211(也可以为更多)，所述承载台20安装于一支座203上，所述支座203上设置有与所述顶杆1211相匹配的导向套80，所述三个顶杆1211的上端从所述导向套80内伸出与所述校准环110相连。所述气缸122的伸缩主轴推动所述顶升架121上下移动。

实施例三

如图4所示，本实施例提供一种晶圆边缘刻蚀设备，包括：射频功率源(图中未示出)、反应腔室50、承载台20、移动组件40；所述射频功率源用于将反应腔室50内的工艺气体激励成刻蚀用的等离子气体。所述承载台20安装在所述反应腔室50的下部，所述承载台20包括圆柱形下电极201和包围在所述下电极201边缘的下等离子体禁区环202，所述下等离子体禁区环202的外直径小于待放置晶圆30的直径；所述移动组件40可上下移动安装在所述反应腔室50上部；所述移动组件40包括与所述下电极相对的圆柱形上电极401和包围在所述上电极401边缘的上等离子体禁区环402；所述晶圆边缘刻蚀设备还包括实施例一中所述的晶圆校准装置10；所述晶圆校准装置10的校准环110可上下直线移动套装在所述下等离子体禁区环202的外部，且所述圆柱孔112与所述下等离子体禁区环202同轴设置。

所述晶圆校准装置10的驱动装置120包括多个可以同步动作的气缸，多个所述气缸的缸体设置在所述反应腔室50的外部，所述气缸的伸缩主轴向上伸入至所述反应腔室50内并与所述校准环110相连接，所述伸缩主轴与所述反应腔室50的壁体之间设置有密封结构70，密封结构70可以为现有用于活塞轴体密封的结构，本实施例中为密封圈密封结构。

所述承载台20安装于反应腔室50下部的一支座203上，所述支座203上设置有与所述顶杆1211或所述伸缩主轴相匹配的导向套80，所述顶杆1211或所述伸缩主轴上端从所述导向套80内伸出与所述校准环110相连。

本发明中晶圆边缘刻蚀设备可以不包括顶针组件60，但为了减少晶圆30在传送过程中的污染，本实施例中，所述下电极201上还设置有用于将所述晶圆30托起的顶针组件60。当传送机械手将晶圆30送至反应腔室50内承载台20上方时，顶针组件60内的顶针升起将晶圆30托起，待机械手退出反应腔室50后，校准环110升起校准环110内的光滑圆锥面将晶圆30托起，此时顶针降至承载台20内，使校准环110向下移动，随着校准环110向下移动，晶圆30在重力和振动作用下顺着光滑圆锥面下滑至圆柱孔112内并最终由晶圆承托面113托起，继续使校准环110下移，直至所述晶圆承托面113降至所述承载台20的顶面以下，所述晶圆30被所述校准环110放置于承载台20顶面上。

需要说明的是本发明晶圆边缘刻蚀设备中的上电极401、下电极201、上等离子体禁区环402、下等离子体禁区环202、射频功率源、反应腔室50等均已在现有晶圆边缘刻蚀设备有较多的应用，其安装方式和电接方式在此不再详述。

本发明晶圆边缘刻蚀设备，安装有晶圆校准装置10，能够使晶圆30按设定同轴度公差同轴放置于下方承载台20上，能够有效保证晶圆30与上、下等离子体禁区环202的同轴性，能够有效保证晶圆30的晶圆边缘刻蚀良品率。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种晶圆边缘刻蚀设备，其与实施例三大体相同，不同之处在于，本实施例中所述晶圆校准装置10的驱动装置120包括设置于所述反应腔室50外部的顶升架121和至少一气缸122，所述顶升架121上设置有至少三个顶杆1211，所述至少三个顶杆1211向上伸入至所述反应腔室50内并与所述校准环110相连接，所述顶杆1211与所述反应腔室50的壁体之间设置有密封结构70，所述至少一气缸122的伸缩主轴推动所述顶升架121上下移动。

实施例五

如图6所示，本实施例提供一种晶圆同轴度自动校准方法，用于将所述晶圆按设定同轴度公差同轴放置在圆柱形承载台顶部，所述承载台的直径小于所述晶圆直径，所述方法包括以下过程：

设置一校准环；

在所述校准环的内孔上部设置有一小端朝下的圆锥孔；

在所述圆锥孔的小端设置一与所述圆锥孔同轴设置的圆柱孔，并使所述圆柱孔的直径等于所述晶圆直径与所述设定同轴度公差之和；

在所述圆柱孔的下部设置有一晶圆承托面；

在所述晶圆承托面中部开设有一允许所述承载台通过且不允许所述晶圆通过的通道；

使所述校准环可上下直线移动套装在所述承载台的外部，并使所述圆柱孔与所述承载台同轴设置；

使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上。

本发明方法中晶圆经圆锥孔定心后落入所述圆柱孔内，并随所述校准环继续下降，直至所述晶圆被所述校准环放置于承载台顶面上，能够通过圆柱孔的尺寸来保证晶圆与所述承载台之间的同轴度要求，从而为后续加工工艺提供了有力保证。

本发明方法中对校准环上下移动的驱动方式原则上不受限制，考虑到气缸的洁净度较高、运行成本较低，本实施例中通过至少一个气缸驱动所述校准环上升和下降。

本发明中所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程可以为多种，本实施例中所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆被传送至所述承载台上方；

所述顶针组件升高将所述晶圆托起；

所述校准环上升使所述晶圆进入所述圆锥孔内；

所述顶针组件下降至所述承载台以下；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

本发明方法中所述圆锥孔的锥角可以为任意一能够使晶圆在重力作用下或在振动作用下滑行下落的角度，但考虑同样的大端直径较小的锥角需要较高的厚度，而较大的锥角又不利于晶圆在校准环移动过程中下滑，本发明中所述圆锥孔的锥角优选为80～140°中的任意一数值，如80°、100°、120°、140°，本实施例方法中为将锥角设为120°。

实施例六

如图7所示，本实施例提供一种晶圆同轴度自动校准方法，其与实施例五的不同之处在于，本实施例中所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆直接被传送至所述承载台上；

升高所述校准环，使所述圆锥孔托起所述晶圆；

所述晶圆经所述圆锥孔落入所述圆柱孔内的晶圆承托面上；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

实施例七

如图8所示，本实施例提供一种晶圆同轴度自动校准方法，其与实施例五的不同之处在于，本实施例中所述使晶圆经所述圆锥孔落至所述晶圆承托面上后再随所述校准环下降放置于所述承载台上的过程包括：

所述晶圆被传送至所述承载台上方；

升高所述校准环，使所述圆锥孔托起所述晶圆；

所述晶圆经所述圆锥孔落入所述圆柱孔内的晶圆承托面上；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上。

实施例八

如图9所示，本发明提供一种晶圆边缘刻蚀的方法，其通过将晶圆放置在反应腔室内的圆柱形承载台顶部进行边缘刻蚀，其与现有晶圆边缘刻蚀方法的主要不同在于，本发明晶圆边缘刻蚀的方法中先采用一种晶圆同轴度自动校准方法，将所述晶圆按照设定同轴度公差同轴放置于所述圆柱形承载台顶部后再进行边缘刻蚀。本发明中所述晶圆同轴度自动校准方法可以为实施例五至实施例七中任一实施例所述的晶圆同轴度自动校准方法。考虑大到现有多数晶圆边缘刻蚀设备中都设置有顶针组件，作为本发明一实施方案，本实施例中，所述晶圆同轴度自动校准方法包括以下过程：

设置一校准环；

在所述校准环的内孔上部设置有一小端朝下的圆锥孔；

在所述圆锥孔的小端设置一与所述圆锥孔同轴设置的圆柱孔，并使所述圆柱孔的直径等于所述晶圆直径与所述设定同轴度公差之和；

在所述圆柱孔的下部设置有一晶圆承托面；

在所述晶圆承托面中部开设有一允许所述承载台通过且不允许所述晶圆通过的通道；

使所述校准环可上下直线移动套装在所述承载台的外部，并使所述圆柱孔与所述承载台同轴设置；

机械手将晶圆送入至反应腔体内承载台上方；

待晶圆到位后下部顶针组件升起从而将晶圆托起；

机械手退出反应腔室；

校准环上升所述圆锥孔托起所述晶圆；

所述顶针组件下降至所述承载台以下；

晶圆经所述圆锥孔落入所述圆柱孔内的晶圆承托面上；

所述校准环下降直至所述晶圆被放置在所述承载台上；

上等离子禁区环下降至设定位置开始晶圆边缘刻蚀工作。

综上所述，本发明一种晶圆校准装置和方法及一种晶圆边缘刻蚀设备和方法，能够使晶圆按设定同轴度公差同轴放置于下方承载台上，能够有效保证后续工艺的准确性。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。