[发明专利]一种顶环被蚀刻量检测系统及方法、检测调整系统及方法

说明书

本发明涉及一种顶环被蚀刻量检测系统及方法、检测调整系统及方法，属于半导体刻蚀设备领域，解决了现有技术中刻蚀过程中顶环被等离子体蚀刻而引起晶圆边缘电场分布发生改变，从而使等离子体刻蚀方向发生改变造成刻蚀图案改变的问题。本发明公开了一种顶环被被蚀刻量检测系统，包括光学传感器，光学传感器包括发射器和接收器；发射器位于刻蚀区域的一侧，接收器位于刻蚀区域的另一侧；发射器发射检测光，接收器接收发射器发射的检测光；检测光穿过刻蚀区域，通过发射的检测光和接收的检测光的实时差值检测顶环被蚀刻量。实现了对顶环高度的实时检测和调整，确保最佳的工艺条件。

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀设备领域，尤其涉及一种顶环被蚀刻量检测系统及方法、检测调整系统及方法。

背景技术

刻蚀(Etch)，是半导体制造工艺中的最为尖端的工艺之一，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。狭义上的刻蚀就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。刻蚀分为干法刻蚀和湿法刻蚀，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。干法刻蚀种类很多，包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。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。

现有的刻蚀等离子刻蚀用卡盘托起待刻的晶圆，卡盘外侧设有顶环又称卡圈，其作用是将待刻晶圆固定于卡盘之上，顶环的高度在刻蚀开始前高于晶圆的高度。刻蚀开始后，气体在电离作用下形成等离子体，等离子体过电场加速，释放足够的力量与表面驱逐力紧紧粘合晶圆或蚀刻晶圆表面，随着刻蚀时间的持续，晶圆外围的顶环也长时间暴露于等离子体的运动电场之间，也被等离子体逐渐侵蚀，造成卡圈的高度逐步变低。在使用的半导体设备在发生故障之前，半导体制造商都会对设备进行提前的预防性检修，以防止故障造成的损失。更换可能引起故障的配件或提前更换接近使用寿命的配件。在预防性检修的中可以发现，刻蚀的初期、中期、末期的等离子体的刻蚀方向都不一样，造成刻蚀图案倾斜的现象。这样的问题会造成后续工艺存在严重方向偏移的问题，导致良品率下降，水货率上升。为了解决这样的问题，半导体制造商经常需要更换顶环，也是造成平均清洁间隔时间变短的原因。

因此将刻蚀过程中顶环高度的变化进行实时的检测并量化，根据顶环高度及时进行调整显得尤为重要。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种顶环被蚀刻量检测系统及方法、检测调整系统及方法，用以检测顶环的被蚀刻量，从而及时调整顶环的高度，解决现有技术刻蚀过程中顶环被等离子体蚀刻而引起晶圆边缘轮廓电场分布发生改变，从而使等离子体刻蚀方向发生改变造成刻蚀图案改变的问题，确保最佳的工艺条件。

一方面，本发明提供了一种顶环被蚀刻量检测系统，包括光学传感器，所述光学传感器包括发射器和接收器；发射器位于刻蚀区域的一侧，接收器位于刻蚀区域的另一侧；发射器发射检测光，接收器接收发射器发射的检测光；检测光穿过刻蚀区域，通过发射的检测光和接收的检测光的实时差值检测顶环被蚀刻量。

进一步地，检测光为激光或红外光。

进一步地，检测光的检测范围的下边界不高于晶圆上表面，上边界不低于顶环的上端面。

进一步地，发射器固定安装在刻蚀腔一侧的腔壁上，所述接收器固定安装在刻蚀腔另一侧的腔壁上，检测光与晶圆表面和顶环上端面平行。

进一步地，检测光源为线形光源、矩形平面光源或者弧形面光源。