專利名稱：改進基底中斜面蝕刻重復性的裝置和方法
改進基底中斜面蝕刻重復性的裝置和方法
背景技術：
在半導體產品制造中，通過連續(xù)的沉積，蝕刻，以及拋光各層來加工基底(例如， 半導體晶片)以生成半導體器件。等離子體，更具體而言，增強等離子體蝕刻和沉積經常用于這些加工步驟中。一般來說，工藝工程師力求盡可能多的使用基底上的可用面積來制造半導體器件。由于工藝限制和其他因素，通常在基底的外緣有環(huán)形區(qū)域，在此處器件的形成認為不可靠，因此通常不試圖在此處形成器件。因為加工傾向于集中在基底的內部區(qū)域，所以有機和無機材料微粒的沉積往往發(fā)生在上述環(huán)形邊緣區(qū)域附近。如果沉積通過連續(xù)的加工步驟沒有被去除，一些沉積的材料可能會剝落并且污染等離子體加工室和/或基底本身的內部區(qū)域。這種污染通常導致較低的基底器件產量并且可高達幾個百分點。為了減小和/或最小化在這個環(huán)形邊緣區(qū)域中的沉積材料剝落和較低器件產量的可能性，工藝工程師在器件成型加工步驟之間插入一個或一個以上的斜面(bevel)蝕刻步驟。在常見的斜面蝕刻步驟中，基底的器件成型區(qū)域不采用等離子體加工。相反，使用斜面蝕刻設備在基底邊緣附近形成環(huán)形等離子體以便蝕刻掉一些在基底外緣處累積的材料。 通過將一個或一個以上的斜面蝕刻步驟插入到器件制造過程中，抑制了在前述的環(huán)形邊緣區(qū)域的累積沉積物的過度堆積。因此，在基底環(huán)形邊緣區(qū)域中的一些累積沉積物會剝落的可能性大大降低，進而導致器件產量的增加。正如大多數(shù)圍繞半導體產品制造的技術領域一樣，需要在斜面蝕刻領域不斷創(chuàng)新和改善，以適應蝕刻特征尺寸的不斷變小和基底的不斷變大，這導致對蝕刻工藝窗口提出了更高的要求。本發(fā)明的一個目的是改進在半導體器件制造中的斜面蝕刻工藝。


本發(fā)明在隨附附圖的圖形中是以實例的方式說明，但并不是以限制的方式說明， 在附圖中類似的參考數(shù)字表示相似的元素，并且其中圖IA和圖IB所示為樣品基底斜面邊緣輪廓圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方式所示的斜面邊緣輪廓檢測裝置。圖3A和圖3B為根據(jù)本發(fā)明一個或一個以上實施方式所示的表征基底斜面邊緣側面輪廓的特征技術。圖4A和圖4B為根據(jù)本發(fā)明的實施方式所示的另一斜面輪廓檢測裝置。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施方式所示的另一斜面邊緣輪廓檢測裝置。圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施方式所示的改進基底中斜面蝕刻重復性的方法。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖中圖解的本發(fā)明的一些實施方式詳細描述本發(fā)明。在下面的描述中，陳述了許多特定細節(jié)以提供對于本發(fā)明的全面理解。然而，對本領域技術人員顯而易見的，本發(fā)明可在沒有這些特定細節(jié)的部分或全部的情況下實行。在其他情況下，對眾所周知的加工步驟和/或結構未做詳細描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。下文描述了各種實施方式，包括方法和技術。應牢記，本發(fā)明也可涉及制品，該制品包括計算機可讀介質，用于執(zhí)行本發(fā)明技術的實施方式的計算機可讀指令存儲在其上。 計算機可讀介質可包括，例如半導體，磁的，光磁的，光的或其他形式的用于存數(shù)計算機可讀編碼的計算機可讀介質。進一步，本發(fā)明還可涉及實行本發(fā)明實施方式的設備。這種設備可包括專用的和/或可編程的電路，以執(zhí)行與本發(fā)明實施方式有關的任務。這種設備的實例包括通用目的計算機和/或當適當程序化時的專用計算設備，以及可包括適于執(zhí)行與本發(fā)明實施方式有關的各種任務的計算機/計算設備和專用/可編程電路的組合。本發(fā)明的實施方式涉及改進基底中斜面蝕刻重復性而不管前斜面(pre-bevel) 蝕刻基底的變化程度如何的方法和設備。在本發(fā)明方面，發(fā)明人認識到使改進斜面蝕刻重復性的嘗試趨向復雜化的因素與前斜面蝕刻基底可能有關于斜面邊緣輪廓方面的差異的事實有關。例如，參照圖IA和圖1B，可以看到相較于基底150朝向邊緣的更為錐形化的斜面邊緣輪廓，基底100有較為方形的斜面邊緣輪廓。當在基底100和基底150上實施斜面蝕刻時，如果斜面蝕刻方法保持不變，在位置 102處的斜面蝕刻率小于位置152處的斜面蝕刻率，位置102在與邊緣104相距dl處，位置152也在與邊緣IM相距dl處。這是因為圍繞在基底100外緣的環(huán)形或圓環(huán)形等離子體云或其反應副產物相較于基底150的情況能夠較少的穿透基底100的中心。結果，相較于從基底150的位置152去除的沉積材料量，從基底100的位置102蝕刻或去除的沉積材料較少。實施斜面蝕刻的一個挑戰(zhàn)是不得不處理斜面蝕刻距離的重復性?？蛻粢笤谛泵嫖g刻期間，沉積在基底外緣(斜面)上的薄膜去除率在一定范圍的不同工具(tool-to-tool)，以及不同晶片(wafer-to-wafer)間是一致的，或者，換句話說， 符合一定的重復性標準。例如，一些客戶可能要求對于在一定變化范圍內的不同工具 (tool-to-tool)或不同晶片(wafer-to-wafer)所有的薄膜將被清除到距離晶片頂點一定距離，以及斜面蝕刻距離。斜面蝕刻距離重復性指的是在斜面蝕刻后，后斜面蝕刻基底對于給定工具有實質相同的斜面蝕刻距離的概念。因此，如果從基底到基底(from substrate to substrate)，所有其他的斜面蝕刻配方參數(shù)不變，基底100的后斜面蝕刻結果將顯示出，相較于基底150的點152處的去除材料量，在基底100的點102處有較少的材料去除。在本發(fā)明的一個或一個以上的實施方式中，提供了表征基底斜面邊緣輪廓和/或基底厚度的光學裝置。然后，使用邏輯模塊中的軟件和/或硬件分析斜面邊緣特征，以便得到前饋信息進而調整工藝參數(shù)。使用前饋信息調整工藝參數(shù)以便補償從基底到基底的前斜面蝕刻變化。通過適當?shù)墓に噮?shù)調整，能獲得改進的斜面蝕刻重復性。在一個或一個以上的實施方式中，使用包括一個或一個以上光源和傳感器的光學裝置確定不同基底中斜面邊緣變化(包括斜面邊緣形狀和/或尺寸變化)。然后，該斜面邊緣變化可用于確定前饋修正參數(shù)以確保從基底到基底的斜面蝕刻結果中的重復性。該修正參數(shù)包括，例如，改變斜面蝕刻時間，斜面蝕刻化學因素(chemistry)，電極間隙，RF功率水平，壓力，等。在一個實施方式中，該光學裝置包括攝像頭，該攝像頭與基底位于同一平面上并且相切地指向基底的斜面邊緣以便捕捉基底斜面邊緣側面輪廓的圖像。例如，可作為前斜面蝕刻準備的一部分實施該圖像捕捉。如果需要，可用合適的光源照射基底斜面邊緣，如 LED模塊或一些其它光源。然后，分析該斜面?zhèn)让孑喞源_定前饋修正參數(shù)，確保從基底到基底的斜面蝕刻重復性。在一個或一個以上的實施方式中，該光學裝置包括放置的鏡子，以便讓攝像頭位于基底上方，與基底共面，或除了與基底共面的其它位置，以捕捉基底斜面邊緣側面輪廓的圖像。在某些系統(tǒng)中，可能存在攝像頭以協(xié)助相對于室加工中心的基底定位和/或校正機械臂。外加一個或一個以上的鏡子，可使用同一攝像頭以捕捉斜面邊緣的側面輪廓圖像，從而確定前饋修正參數(shù)以確保從基底到基底的斜面蝕刻重復性。在一個或一個以上的實施方式中，該光學裝置包括從遠程光源照射基底斜面邊緣的光纖和/或從遠程攝像頭捕捉斜面邊緣側面輪廓圖像的光纖。以這種方式使用一個或一個以上的光纖消除了定位傳感器(例如，攝像頭)和/或照射光源的視線要求。在一個或一個以上的實施方式中，該光學裝置包括激光光源和傳感器陣列，當激光光束被斜面邊緣反彈回來時，放置的傳感器接收反射光束。根據(jù)在光束入射點處的錐形化的程度，該反射光束照在傳感器陣列中的特定傳感器上。通過確定被激活的傳感器并推斷出光束的反射角，可獲得關于在光束入射點處的斜面邊緣錐形角的信息。然后，使用這種關于斜面邊緣錐形化的信息以確定前饋修正參數(shù)，確保從基底到基底的斜面蝕刻重復性?？墒褂么_定基底中斜面邊緣變化的其他光學裝置，并且由權利要求決定的所主張的本發(fā)明不局限于本文所討論的任何特定示例。例如，可使用兩個或兩個以上不同顏色和/ 或不同偏振角的激光器，以確定在一個或一個以上實施方式中的斜面邊緣錐形化(taper)?？蓞⒄障率鰣D形和討論更好地理解本發(fā)明的實施方式的特征和優(yōu)勢。圖2為根據(jù)一個或一個以上實施方式所示的斜面邊緣檢測裝置200的俯視圖，該裝置包括可選的光源 202和攝像頭204，如圖所示。放置光源202以照射基底208的斜面邊緣206，允許共面的攝像頭204捕捉該斜面邊緣的側面輪廓，該輪廓如圖IA和IB所示。共面攝像頭204相切地 (tangentially)指向基底外緣，使得攝像頭204能夠捕捉該斜面邊緣的側面輪廓。然后，通過邏輯模塊(未顯示)的軟件和/或硬件分析該側面輪廓，以確定前饋補償因數(shù)。圖3A和圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施方式的簡單表征方法，該方法用于確定所需的前饋修正參數(shù)以便改進從基底到基底的斜面蝕刻重復性。在圖3A和圖3B中顯示了兩個不同基底300和350的兩個斜面邊緣302和352的側面輪廓圖像。使用模式識別軟件把基底面積從非基底面積中區(qū)別出來。通過確定由基底外緣末端已知寬度 W和在離基底外緣末端的距離W處確定的基底的厚度T形成的矩形框進一步處理該圖像。 關于圖3A，顯示了具有寬度W和厚度T (a)的矩形框310。在圖3B中，顯示了具有寬度W和厚度T(b)的矩形框360。然后，確定斜面邊緣302的填充因數(shù)(fill factor)。填充因數(shù)(FF)的計算為矩形框310中的基底面積(Aisubstratd)除以矩形框310的總面積(Ateamd)的比率。同樣，通過矩形框360中劃分的基底面積(Aisubstrate))除以矩形框360的總面積(Ateame))來確定斜面邊緣352的填充因數(shù)。由于基底300的斜面邊緣302的錐形化程度小于基底350的斜面邊緣352的錐形化程度，所以與基底300的斜面邊緣302有關的填充因數(shù)大于與基底350的斜面邊緣352有關的填充因數(shù)。
在這種情況下，理論上認為基底350的斜面邊緣352的較大程度的錐形化和圓錐形傾向于允許圓環(huán)形等離子體云周圍較多的等離子體蝕刻劑朝向基底350的中心到達較深處。相反，基底300的斜面邊緣302的相對不足的錐形化和更像箱子的形狀傾向于允許圓環(huán)形等離子體云周圍較少的等離子體蝕刻劑到達基底300的中心。因此，在所有其他參數(shù)相同的情況下，圖3B中基底350上的位置354處的蝕刻速率將傾向于大于圖3A中基底 300上的位置304處的蝕刻速率。通過對填充因數(shù)的認知，可調整一個或一個以上的補償因數(shù)以提高基底300上的位置304處的蝕刻速率和/或降低基底350上的位置354處的蝕刻速率，以便改進基底300和基底350之間斜面蝕刻重復性。同樣，除了通過調整工藝參數(shù)來調整在位置304和354處的蝕刻速率，也可以通過調整加工時間，使得晶片300和350的蝕刻距離更具有可比性，該蝕刻距離定義為晶片頂點和在所有沉積的薄膜清楚處的晶片半徑之間的長度。應注意，圖像分析的附帶好處是每個基底的斜面邊緣厚度(例如，T(a)和T(b))的確定。也可使用這個厚度參數(shù)來確定第二補償因數(shù)(例如，對于電極間隙距離，RF功率，蝕刻時間，蝕刻化學因素，壓力，等)，以便進一步改進基底中的斜面蝕刻重復性。圖4A和圖4B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施方式的裝置400，該裝置獲取基底斜面邊緣的側面輪廓圖像，以達到得到補償因數(shù)的目的，進而改進基底中的斜面蝕刻重復性。圖4A為裝置400的俯視圖，而圖4B為同一裝置400的基底斜面邊緣的直視圖。參照圖4A，顯示了裝置400包括光源402和基底404。為了容易理解，鏡子，攝像頭，和附加的光源從圖4A中忽略，但在圖4B中清楚顯示。圖4A中的箭頭406說明了導致圖 4B表現(xiàn)的視圖方向，如果觀察者的眼睛跟隨箭頭406的方向朝基底404的斜面邊緣看去。參照圖4B，現(xiàn)在該視圖朝向基底404的斜面邊緣，基底404的定位平面在眼睛水平線上并且不在紙面。再次顯示光源402。光源402照射基底404的斜面邊緣，如圖4A和4B 所示。光源402，鏡子410，鏡子414，攝像頭416和測量面積422在同一虛平面中(圖4A中虛線420所示)。放置在頭頂上的攝像頭416從光源402接收光照射。來自被照射的斜面邊緣的光從鏡子410，412和鏡子414反射通過攝像頭416接收。在這種方式下，可獲取基底404斜面邊緣的側面輪廓圖像。對于這種測量，光源430是關閉的。在一個或一個以上的實施方式中，鏡子414可用半透明鏡來實施。在這種情況下， 也可用攝像頭416查看斜面邊緣的上表面和/或獲取該斜面的厚度。例如，可使用光源430 給斜面邊緣的上表面(通過從半透明鏡414的反射)提供光。然后，可使用攝像頭416來獲取該斜面的厚度。對于這種測量，光源402是關閉的。因此，根據(jù)是光源402或430的打開，可使用攝像頭406來獲取斜面邊緣的側面輪廓圖像或獲取在斜面蝕刻完成后關于蝕刻距離的信息。一旦獲得圖像，可開始分析來得到上述補償因數(shù)。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上的實施方式的裝置502，該裝置獲取基底斜面邊緣的側面輪廓圖像，以達到得到補償因數(shù)，進而改進基底中的斜面蝕刻重復性的目的。放置激光光源504來反彈激光光束506離開基底510的斜面邊緣508。該反射光束 512照在傳感器陣列520中的一個或一個以上的傳感器上。有關哪個傳感器接收了反射光束的信息以及有關激光光源504和傳感器陣列520相對位置的信息將提供有關基底510的
7斜面邊緣508的錐形化程度的信息。然后，可使用這個信息來得到補償因數(shù)，進而改進從基底到基底的斜面蝕刻重復性。如果需要，對于傳感器陣列520可使用具有不同波長和/或偏振的多個激光器。進一步，激光光源504和傳感器陣列520的方向和位置僅是作例證的， 其他的方向和位置也是可能的。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施方式的方法，該方法用于獲得與基底斜面邊緣有關的側面輪廓信息以及用于改進從基底到基底的斜面蝕刻重復性。在步驟 602中，提供了光學裝置。在步驟604中從該光學裝置獲得與基底斜面邊緣有關的該側面輪廓信息。在步驟606中，分析該側面輪廓信息以生成前饋補償數(shù)據(jù)。在步驟608中，使用該前饋補償數(shù)據(jù)來調整工藝參數(shù)以便提供晶片中的斜面蝕刻重復性。從上述可以看出，本發(fā)明的實施方式提供了確定基底斜面邊緣的斜面形狀和/或厚度，從而使前饋補償因數(shù)的計算能夠進行的方法和裝置。然后使用這些補償因數(shù)來調整一個或一個以上的斜面蝕刻工藝參數(shù)(例如斜面蝕刻時間，斜面蝕刻化學因素，電極間隙， RF功率水平，壓力，等)，進而改進從基底到基底的斜面蝕刻重復性。雖然本發(fā)明依照幾個優(yōu)選的實施方式來描述，但是有落在本發(fā)明的范圍內的變更，交換，以及等同。雖然此處提供了各種實例，但是這些實例是說明性的并不限制本發(fā)明。 例如，盡管討論了作為一個斜面邊緣特征而確定的填充因數(shù)以達到計算補償因數(shù)的目的， 但是也可使用其他特征例如斜面斜度，形狀等。對于另一實例，盡管討論了作為確定斜面邊緣特征可能技術的光學攝像頭和激光傳感器以達到計算補償因數(shù)的目的，但是也可使用其他技術如條紋計數(shù)。同樣的，此處提供的題目是為了方便，而不能用于構成此處權利要求的范圍。如果此處使用了術語“組”，這個術語具有其通常理解的數(shù)學涵義，包括零，一，或多于一。應注意，有許多實施本發(fā)明的方法和裝置的替換方式。
權利要求
1.與基底斜面蝕刻結合實施的用于改進基底中斜面蝕刻重復性的方法，所述方法包括提供光學裝置；確定所述基底斜面邊緣的至少一斜面邊緣特征；從所述至少一斜面邊緣特征得到至少一補償因數(shù)，所述至少一補償因數(shù)與斜面蝕刻工藝參數(shù)的調整有關；以及使用所述至少一補償因數(shù)實施所述斜面蝕刻。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述光學裝置包括與所述基底共面地設置的攝像頭并且相切地指向所述斜面邊緣以獲得所述基底的側面輪廓圖像。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述至少一斜面邊緣特征是填充因數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述斜面蝕刻工藝參數(shù)是斜面蝕刻時間、斜面蝕刻化學因素、電極間的間隙、RF功率、RF頻率和室壓中的一個。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述光學裝置包括激光光源和傳感器陣列，所述傳感器陣列配置成檢測來自所述激光光源的從所述斜面邊緣反射的反射光束。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述光學裝置包括攝像頭、光源和至少一鏡子，其中設置所述攝像頭與所述基底的基底平面相對成一角度。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其進一步包括使用所述光學裝置獲得斜面邊緣的厚度。
8.改進基底中斜面蝕刻重復性的設備，所述設備包括光學裝置，其設置為確定基底斜面邊緣的至少一斜面邊緣特征； 邏輯模塊，其從所述至少一斜面邊緣特征得到至少一補償因數(shù)，所述至少一補償因數(shù)與斜面蝕刻工藝參數(shù)的調整有關；以及等離子體加工室，其使用所述至少一補償因數(shù)實施所述斜面蝕刻。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中所述光學裝置包括與所述基底共面地設置的攝像頭并且相切地指向所述斜面邊緣以獲得所述基底的側面輪廓圖像
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述至少一斜面邊緣特征是填充因數(shù)。
11.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中所述斜面蝕刻工藝參數(shù)是斜面蝕刻時間、斜面蝕刻化學因素、電極間的間隙、RF功率、RF頻率和室壓中的一個。
12.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中所述光學裝置包括激光光源和傳感器陣列，所述傳感器陣列配置成檢測來自所述激光光源的從所述斜面邊緣反射的反射光束
13.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中所述光學裝置包括攝像頭、光源和至少一鏡子， 其中設置所述攝像頭與所述基底的基底平面相對成一角度。
14.根據(jù)權利要求8所述的設備，其進一步包括使用所述光學裝置獲得斜面邊緣的厚度
15.與基底斜面蝕刻結合實施的用于改進基底中斜面蝕刻重復性的方法，所述方法包括提供光學裝置；確定所述基底斜面邊緣的至少一斜面邊緣特征，所述至少一斜面邊緣特征包括斜面邊緣厚度，該厚度在離所述基底邊緣預定距離處測量。從所述至少一斜面邊緣特征得到至少一補償因數(shù)，所述至少一補償因數(shù)與斜面蝕刻工藝參數(shù)的調整有關；以及使用所述至少一補償因數(shù)實施所述斜面蝕刻。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述光學裝置包括與所述基底共面地放置的攝像頭并且相切地指向所述斜面邊緣以獲得所述基底的側面輪廓圖像。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述至少一斜面邊緣特征是填充因數(shù)
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述斜面蝕刻工藝參數(shù)是斜面蝕刻時間、斜面蝕刻化學因素、電極間的電極間隙、RF功率、RF頻率和室壓中的一個。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述光學裝置包括激光光源和傳感器陣列，所述傳感器陣列配置成檢測來自所述激光光源的從所述斜面邊緣反射的反射光束。
20.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述光學裝置包括攝像頭、光源和至少一鏡子， 其中設置所述攝像頭與所述基底的基底平面相對成一角度。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種與基底斜面蝕刻相關地實施的用于改進基底中的斜面蝕刻重復性的方法。該方法包括提供光學裝置并確定所述基底斜面邊緣的至少一斜面邊緣特征。該方法也包括從所述至少一斜面邊緣特征得到至少一補償因數(shù)，所述至少一補償因數(shù)與斜面蝕刻工藝參數(shù)的調整有關。該方法進一步包括使用所述至少一補償因數(shù)實施所述斜面蝕刻。
文檔編號H01L21/3065GK102428546SQ201180002071
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者安德里亞斯·費舍爾, 弗朗西斯科·卡馬戈, 紐戈·希恩 申請人:朗姆研究公司