專利名稱：晶圓中心校正器及校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的制作技術(shù)，特別是有關(guān)于一種用于晶圓沉積或晶圓蝕刻機(jī)臺的晶圓中心校正器及校正方法。
背景技術(shù)：
隨著二十一世紀(jì)的到來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的科技也不斷的發(fā)展，不但早已進(jìn)入次微米的時代，未來更朝向奈米時代邁進(jìn)。為了因應(yīng)各項電子產(chǎn)品越做越小，功能越做越強(qiáng)的趨勢，不僅半導(dǎo)體制程中的晶圓大小由8英寸邁向現(xiàn)今的10英寸晶圓，制程線寬也由原先的0.18微米制程而達(dá)到現(xiàn)今的0.13微米制程。而伴隨這股晶片越用越大，元件越做越小的趨勢而來的，便是對制程中各種不同環(huán)節(jié)的技術(shù)要求。可以想見，因為元件越來越小，對制程中各頊參數(shù)的細(xì)微變化必定會更敏感，原先可以容許的制程條件誤差，在元件體積大幅縮小后，可能會對元件的性能造成極大的影響，因此，為達(dá)到良好的元件性能，對制程條件的要求必會日趨嚴(yán)謹(jǐn)。制程條件的包含范圍極廣，就半導(dǎo)體設(shè)備而言，制程條件的控制包含了反應(yīng)溫度、晶圓冷卻效果、反應(yīng)室壓力及晶圓反應(yīng)均一性等等，皆直接深切影響產(chǎn)晶的良率。而本發(fā)明所提出的晶圓中心校正器(wafer centercalibrator)就是為改善晶圓反應(yīng)均一性而構(gòu)思設(shè)計的裝置。
一般而言，半導(dǎo)體制程中包含了沉積(deposition)、微影(photolithography)、蝕刻(etching)等主要步驟。圖1所示是一套典型半導(dǎo)體制程的示意圖，待加工的晶圓(未在圖示中)自負(fù)載室(Load lock)12被機(jī)器臂14取出，先置于轉(zhuǎn)換室(Transfer Chamber)16中清洗處理(cleaning)，以去除晶圓表面的氧化物，再由機(jī)器臂14移至處理室(ProcessChamber)18中進(jìn)行半導(dǎo)體制程。通常在處理室18中所進(jìn)行的制程可以是蝕刻反應(yīng)或沉積反應(yīng)，以干式等離子蝕刻為例，圖2所示是一等離子蝕刻反應(yīng)室的側(cè)視圖，將要被蝕刻的晶圓20被置于隔板(Baffle Plate)22上，隔板22之下是陰極24，反應(yīng)氣體26自反應(yīng)室18上方通入，經(jīng)陽極28、陰極24間的電場作用而游離成等離子，其中帶正電的離子向陰極24方向移動并與隔板22上的晶圓20反應(yīng)產(chǎn)生蝕刻作用。圖3所示是等離子蝕刻反應(yīng)室中晶圓負(fù)載端的側(cè)視圖，其中晶圓(未在圖示中)直接置放于靜電吸盤(electrostatic chuck，ESC)30之上，靜電吸盤30是一圓盤形底座，用以承載并吸附晶圓(未在圖示中)，聚焦環(huán)(Focus Ring)32是一橫截面呈L形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其直徑略大于靜電吸盤30，且L形底部的厚度H2略小于靜電吸盤30的厚度H1，并可套置于靜電吸盤30外側(cè)。藉此，將被蝕刻的晶圓(未在圖示中)可被局限在聚焦環(huán)32的環(huán)壁范圍內(nèi)，并與靜電吸盤30的中心大致對焦，以方便機(jī)器臂14作業(yè)并提升晶圓(未在圖示中)反應(yīng)的均一性。一般而言，聚焦環(huán)32是由操作員套置于靜電吸盤30的機(jī)臺上，顯然的，聚焦環(huán)32與靜電吸盤30間的相對位置很難達(dá)到理想狀態(tài)的同心環(huán)。圖4所示是正在進(jìn)行蝕刻的反應(yīng)室側(cè)視圖，其中聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的左右邊緣間距A、B不相等乃是由于聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的相對位置未成同心環(huán)所致，也間接使得晶圓20與聚焦環(huán)32的邊緣間距不等。由于蝕刻速率與效果直接受等離子濃度影響，而等離子濃度又與電場分布直接相關(guān)，因此在圖4所示的蝕刻過程中晶圓20兩端的蝕刻效果將因等離子在晶圓20兩端的濃度不一而變化，更明確的說，由于聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的左右邊緣間距A大于B，因此在晶圓20邊緣C端的蝕刻速率將大于在邊緣D端的蝕刻速率。并且，由于人為組裝的差異皆不相同，因此每次因機(jī)臺組裝或維護(hù)而須重置聚焦環(huán)32后所造成的蝕刻不均勻程度也不盡相同。除了蝕刻制程之外，在一般沉積反應(yīng)的制程中，例如等離子化學(xué)氣體沉積(Plasma-Enhanced Pressure Chemical VaporDeposition，PECVD)，亦會因等離子氣體的分布不均而影響晶圓反應(yīng)的均一性。為解決此一問題，一種現(xiàn)行的校正方法是在每次聚焦環(huán)與靜電吸盤機(jī)臺重置后先放入第一片晶圓到反應(yīng)室內(nèi)，作為校正測試之用，并根據(jù)該第一片晶圓蝕刻后經(jīng)儀器量測的數(shù)據(jù)來了解聚焦環(huán)偏移靜電吸盤的相對位置，據(jù)以微調(diào)聚焦環(huán)與欲蝕刻晶圓對靜電吸盤的相對位置。
然而上述做法不僅程序繁復(fù)，每次機(jī)臺組裝后又須再重復(fù)量測及微調(diào)的程序，且所能達(dá)到降低晶圓反應(yīng)不均勻性的效果又不盡理想，因此仍需要一種簡單、有效的校正方法，不僅能有效降低晶圓反應(yīng)的不均一性，并能大幅減少校正程序的繁復(fù)步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種晶圓中心校正器及校正方法，用以校正晶圓沉積或晶圓蝕刻反應(yīng)室內(nèi)靜電吸盤與聚焦環(huán)的相對位置，以提升反應(yīng)室內(nèi)晶圓沉積或晶圓蝕刻的反應(yīng)均一性，并大幅簡化靜電吸盤與聚焦環(huán)間的校正程序。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種晶圓中心校正器，用以校正反應(yīng)室內(nèi)靜電吸盤與聚焦環(huán)的組裝誤差，聚焦環(huán)是一橫截面呈L形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套置于靜電吸盤外側(cè)，其中L形上部為聚焦環(huán)的第一環(huán)壁，而L形底部為聚焦環(huán)的第二環(huán)壁，其中該校正器包括一本體；底肋，位于該本體的一側(cè)，該底肋為弧形，該底肋的曲率半徑與靜電吸盤及聚焦環(huán)的曲率半徑相同，底肋的寬度等于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁與靜電吸盤之間的間距，并適足以放置在靜電吸盤與該聚焦環(huán)之間的環(huán)形間隙中，底肋的厚度大于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁的厚度。
綜上，本發(fā)明的晶圓中心校正器，至少包含一弧形的晶圓中心校正器底肋，該弧形底肋的曲率半徑與靜電吸盤及聚焦環(huán)的曲率半徑相同，且該底肋的厚度及寬度是對應(yīng)于靜電吸盤及聚焦環(huán)所形成的近似環(huán)形間隙，在使用時將晶圓中心校正器置于靜電吸盤及聚焦環(huán)上，使晶圓中心校正器底助置入靜電吸盤及聚焦環(huán)所形成的近似環(huán)形間隙內(nèi)，然后旋轉(zhuǎn)晶圓中心校正器使底肋在靜電吸盤及聚焦環(huán)所形成的近似環(huán)形間隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周，通過旋轉(zhuǎn)過程中晶圓中心校正器底肋與靜電吸盤及聚焦環(huán)間的摩擦、接觸及推移，可使靜電吸盤及聚焦環(huán)間保持一良好均勻的環(huán)形間隙，大幅提升反應(yīng)室內(nèi)晶圓反應(yīng)的均一性；此外，本發(fā)明的晶圓中心校正方法快速、簡便，以一種經(jīng)濟(jì)、有效的方式解決了因靜電吸盤及聚焦環(huán)的人為組裝差異造成的晶圓反應(yīng)不均一的問題。


圖1所示是一套典型半導(dǎo)體制程的示意圖；圖2所示是一等離子蝕刻反應(yīng)室的側(cè)視圖；圖3所示是等離子蝕刻反應(yīng)室中晶圓負(fù)載端的側(cè)視圖；圖4所示是正在進(jìn)行蝕刻的反應(yīng)室側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明晶圓中心晶圓中心校正器的側(cè)視圖；圖6是本發(fā)明晶圓中心晶團(tuán)中心校正器的上視圖；圖7是本發(fā)明晶圓中心晶圓中心校正器的下視圖；圖8所示是聚焦環(huán)與靜電吸盤形成環(huán)形間隙的示意圖；圖9所示是常見蝕刻制程的示意圖；及圖10所示是經(jīng)本發(fā)明的晶圓中心校正器校正后被蝕刻晶圓的各項量測數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
本發(fā)明所提出晶圓中心校正器的較佳實施例將會詳細(xì)敘述如下，然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛的在其他的實施例施行，且本發(fā)明的范圍不受限定，具以本發(fā)明的權(quán)利要求書的專利范圍為準(zhǔn)。
本發(fā)明的晶圓中心校正器，用于校正蝕刻或沉積反應(yīng)室內(nèi)聚焦環(huán)的組裝誤差，其至少包含一弧形的晶圓中心校正器底肋，該弧形底肋的曲率半徑與靜電吸盤及聚焦環(huán)的曲率半徑相同，在使用時將晶圓中心校正器置于靜電吸盤及聚焦環(huán)上，使晶圓中心校正器底肋置入靜電吸盤及聚焦環(huán)所形成的近似環(huán)形間隙內(nèi)，當(dāng)晶圓中心校正器旋轉(zhuǎn)一周后，可使靜電吸盤及聚焦環(huán)間保持一良好均勻的環(huán)形間隙，大幅提升反應(yīng)室內(nèi)晶圓反應(yīng)的均一性。
本發(fā)明的晶圓中心校正器的一較佳實施例，如圖5、圖6及圖7所示，圖5是此晶圓中心校正器的側(cè)視圖，圖6是此晶圓中心校正器的上視圖，圖7是此晶圓中心校正器的下視圖。本發(fā)明的晶圓中心校正器為一形似鍋蓋的結(jié)構(gòu)，包含了一晶圓中心校正器本體34、一晶圓中心校正器握把36、及兩條弧形的晶圓中心校正器底肋38，其中晶圓中心校正器本體34是一輪廓為龜甲形的平板，用以連接晶圓中心校正器握把36及晶圓中心校正器底肋38，該龜甲形是由一組平行對邊及一組圓弧所構(gòu)成，此組晶圓中心校正器本體圓弧的曲率半徑約略與晶圓中心校正器底肋38的曲率半徑相當(dāng)。如圖7所示，兩條晶圓中心校正器底肋38分別沿晶圓中心校正器本體圓弧設(shè)置，且與晶圓中心校正器握把36恰位于晶圓中心校正器本體34的相對兩側(cè)。如圖5所示，聚焦環(huán)32置于靜電吸盤30承座，由于聚焦環(huán)32的截面為L形，將L形底部定義為聚焦環(huán)的第二環(huán)壁322，而L形上部定義為聚焦環(huán)的第一環(huán)壁321。因聚焦環(huán)第二環(huán)壁32 2的內(nèi)徑大于靜電吸盤30直徑，且第二環(huán)壁322的厚度略低于靜電吸盤30的厚度(以避免第二環(huán)壁322卡到晶圓20)，因此聚焦環(huán)32的第一環(huán)壁321、第二環(huán)壁322及靜電吸盤30間會形成一近似環(huán)形的溝隙，其中此處所指的近似環(huán)形乃是由前述的聚焦環(huán)32人為組裝差異所造成。在使用晶圓中心校正器時，將晶圓中心校正器置于靜電吸盤30及聚焦環(huán)32上，使晶圓中心校正器底肋38能置入靜電吸盤30及聚焦環(huán)32的第一環(huán)壁321、第二環(huán)壁322所形成的近似環(huán)形間隙內(nèi)，其中晶圓中心校正器弧形底肋38的曲率半徑與前述理想環(huán)形間隙的曲率半徑相符。此時旋轉(zhuǎn)晶圓中心校正器使底肋38在靜電吸盤30及聚焦環(huán)32的第一環(huán)壁321、第二環(huán)壁322所形成的近似環(huán)形間隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周，因晶圓中心校正器底肋38的寬度是依協(xié)理想狀況下靜電吸盤30及聚焦環(huán)32所成的理想環(huán)形間隙所設(shè)計，而前述近似環(huán)形間隙的間隙大小不一，因此在旋轉(zhuǎn)過程中當(dāng)晶圓中心校正器底肋38轉(zhuǎn)至間隙較窄處，必須稍加用力將聚焦環(huán)壁321推移，以利晶圓中心校正器底肋38通過。因此，在晶圓中心校正器旋轉(zhuǎn)一周后，籍著旋轉(zhuǎn)過程中晶圓中心校正器底肋38與靜電吸盤30及聚焦環(huán)的第一環(huán)壁321間的摩擦、接觸及推移，可使靜電吸盤30及聚焦環(huán)32間保持一良好均勻的環(huán)形間隙，大幅提升反應(yīng)室內(nèi)晶圓反應(yīng)的均一性。
另外，為使上述校正機(jī)制能正常運作，晶圓中心校正器底肋38的各項參數(shù)必須另加說明。圖8A所示是理想狀況下聚焦環(huán)32與靜電吸盤30形成環(huán)形間隙的示意圖，其中聚焦環(huán)32第一環(huán)壁321與靜電吸盤30的間距為W；圖8B所示是另一極端情形，在此狀況下聚焦環(huán)32完全偏離靜電吸盤30以致聚焦環(huán)壁322上一點直接接觸靜電吸盤30，此時聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的最大間隙為2W；圖8C所示是一般狀況下聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的相對位置，其中斜線部分是晶圓中心校正器底肋38，可看出晶圓中心校正器底肋38的寬度應(yīng)約略等于W，例如，在本實施例中的2.5厘米；若太寬則底肋38無法放進(jìn)聚焦環(huán)32與靜電吸盤30的近似環(huán)形間隙內(nèi)，太細(xì)則即使底肋38可自由旋轉(zhuǎn)一周，聚焦環(huán)32仍可能偏離靜電吸盤30，導(dǎo)致校正效果不佳。此外，雖然在本實施例中晶圓中心校正器底肋38是兩條相對的弧形底肋，但在其他實施例中晶圓中心校正器底肋還可以是一條相對的弧形的形式，但為能穩(wěn)固支持晶圓中心校正器并能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，該單一底肋的弧長須至少大于前述理想環(huán)形間隙的二分的一圓周長。另一方面，由前述可知本晶圓中心校正器的校正原理是來自晶同中心校正器底肋38與聚焦環(huán)壁321的摩擦推移以調(diào)整間隙，因此底肋38較長，與聚焦環(huán)壁321的接觸面積較大，旋轉(zhuǎn)一圈得到的校正效果也較好。然而另一方面，晶圓中心校正器底肋38的弧長越長，底肋38越不易放入前述近似環(huán)形間隙內(nèi)(亦即，越須先調(diào)整聚焦環(huán)32相對位置，使間隙較接近理想環(huán)形才易將底肋38放入)。因此，在本較佳實施例中兩條晶圓中心校正器底肋38是滿足兩底肋弧長相加大于前述理想環(huán)形間隙二分的一圓周長的條件。除此之外，晶圓中心校正器本體的形狀、厚度、晶圓中心校正器握把的形式，乃至于晶圓中心校正器旋轉(zhuǎn)的方式皆無特別的限制，惟獨晶圓中心校正器底肋的厚度須大于聚焦環(huán)第一環(huán)壁321的厚度，例如，本較佳實施例中的2厘米，以利晶圓中心校正器旋轉(zhuǎn)，此聚焦環(huán)第一環(huán)壁321的厚度，亦即晶圓中心校正器底肋38接觸聚焦環(huán)32的底面向上算起聚焦環(huán)32的厚度。在本較佳實施例中，晶圓中心校正器是以工程用塑膠制成，然而在其他實施例中亦可以其他堅固不易腐蝕的材質(zhì)制作。此外必須一提的是有些材質(zhì)，例如鐵氟龍，因為容易因摩擦產(chǎn)生細(xì)屑而影響反應(yīng)室之潔凈度，因此不適宜用來制作本發(fā)明之晶圓中心校正器。
圖9所示是常見蝕刻制程的示意圖。如圖9A所示是蝕刻前的晶圓示意圖，其中BSG 40是硼硅玻璃(Borosilicate Glass)，在此作為抵擋蝕刻并定義蝕刻圖案的光阻，氮化硅(SiN)在此作為要被蝕刻的薄膜42，硅則是晶圓底材44。圖9B所示是蝕刻后的晶圓示意圖，其中BSG殘留是蝕刻后的BSG 40的厚度；硅深度(Si Depth)46是指被蝕刻的硅底材44深度；第一深度(lst depth)48是蝕刻后的薄膜42厚度，亦即氮化硅(SiN)42表面至硅底材44表面的深度；第一頸寬(lst Neck)50是氮化硅(SiN)42、硅底材44界面被蝕衷的寬度；底徑(Bottom)52則是硅底材44被蝕刻部分最底層的寬度。顯然的，若晶圓20邊緣的蝕刻反應(yīng)均一性良好，則在相同制程條件下每次蝕刻所量得的上述各項數(shù)據(jù)均不應(yīng)有太大差異。為此，自90年12月13日至91年1月22日共進(jìn)行15次測試，每次測試時在晶圓邊緣處等間距取13點，分別量取該13點的BSG厚度、硅深度、第一深度、第一徑寬及底徑，再分別求取平均值，如圖10所示，其中除BSG厚度單位為埃(A)外，其余數(shù)據(jù)單位皆為微米(μm)。在圖10最后三行平均值代表此15次測試數(shù)據(jù)的平均值，標(biāo)準(zhǔn)差代表此15次測試數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，一般誤差代表未使用本發(fā)明的晶圓中心校正器前各項數(shù)據(jù)的誤差范圍。由各項數(shù)據(jù)平均值及一般誤差的比較可顯而易見，本發(fā)明的晶圓中心校正器可確實提升晶圓反應(yīng)的均一性，同時由各項數(shù)據(jù)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差的比較亦可明顯看出本發(fā)明的晶圓中心校正器不僅使用簡易，且每次機(jī)臺組裝后使用本發(fā)明的晶圓中心校正器校正的效果都相當(dāng)接近，可有效降低聚焦環(huán)因人為組裝所造成的差異問題。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種晶圓中心校正器，用以校正反應(yīng)室內(nèi)靜電吸盤與聚焦環(huán)的組裝誤差，聚焦環(huán)是一橫截面呈L形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套置于靜電吸盤外側(cè)，其中L形上部為聚焦環(huán)的第一環(huán)壁，而L形底部為聚焦環(huán)的第二環(huán)壁，其特征是該校正器包括一本體；底肋，位于該本體的一側(cè)，該底肋為弧形，該底肋的曲率半徑與靜電吸盤及聚焦環(huán)的曲率半徑相同，底肋的寬度等于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁與靜電吸盤之間的間距，并適足以放置在靜電吸盤與該聚焦環(huán)之間的環(huán)形間隙中，底肋的厚度大于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述底肋為兩條，兩個底肋的弧長總和大于該環(huán)形間隙的二分之一周長。
3.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述底肋為一條，其弧長大于該環(huán)形間隙的二分之一周長。
4.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是還包含一把手，位于該主體的另一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述主體的形狀為龜甲狀四邊形，由一組等長平行對邊及兩相同圓弧構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述底肋的材質(zhì)為工程塑膠。
7.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述反應(yīng)室為蝕刻反應(yīng)室。
8.如權(quán)利要求1所述的校正器，其特征是上述反應(yīng)室為沉積反應(yīng)室。
9.一種通過權(quán)利要求1所述的校正器實現(xiàn)的晶圓中心校正方法，用于在反應(yīng)室中校正靜電吸盤與聚焦環(huán)使其成為同心圓，其特征是該方法包含以下步驟將權(quán)利要求1所述的校正器置于該靜電吸盤以及該聚焦環(huán)上，使得該校正器的底肋適足以放置在該反應(yīng)室中的靜電吸盤與該聚焦環(huán)之間的環(huán)形間隙中；將該校正器旋轉(zhuǎn)，使得在該靜電吸盤與該聚焦環(huán)之間形成均勻的環(huán)形間隙，該靜電吸盤與該聚焦環(huán)成為同心圓。
10.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是上述校正器至少旋轉(zhuǎn)一周。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是上述底肋的材質(zhì)為工程塑胺。
全文摘要
一種晶圓中心校正器，用以校正反應(yīng)室內(nèi)靜電吸盤與聚焦環(huán)的組裝誤差，聚焦環(huán)是一橫截面呈L形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套置于靜電吸盤外側(cè)，其中L形上部為聚焦環(huán)的第一環(huán)壁，而L形底部為聚焦環(huán)的第二環(huán)壁，該校正器包括一本體；弧形底肋，位于該本體的一側(cè)，該底肋的曲率半徑與靜電吸盤及聚焦環(huán)的曲率半徑相同，底肋寬度等于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁與靜電吸盤之間的間距，并適足以放置在靜電吸盤與該聚焦環(huán)之間的環(huán)形間隙中，底肋厚度大于聚焦環(huán)的第一環(huán)壁的厚度；本發(fā)明可使靜電吸盤及聚焦環(huán)間保持一良好均勻的環(huán)形間隙，大幅提升反應(yīng)室內(nèi)晶圓反應(yīng)的均一性；且快速、簡便，以一種經(jīng)濟(jì)、有效方式解決了因靜電吸盤及聚焦環(huán)的人為組裝差異造成的晶圓反應(yīng)不均一的問題。
文檔編號H01L21/66GK1508858SQ0215664
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者陳復(fù)生 申請人:華邦電子股份有限公司