TWI294145B - Dry etching apparatus capable of monitoring motion of wap ring thereof - Google Patents

Description

.1294145 * 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種製作半導體元件之設備，特別是有關於一 種可即時監控電漿侷限環（plasma confinement ring或wafer pressure ring或WAP ring)作動以及驅動該電漿侷限環動作之連動 栓軸（plunger shaft)的乾蝕刻設備。 藝 【先前技術】 電水乾姓刻可以用來在晶圓的不同材料層上钱刻出所要的導 線或70件圖案，其在目前的積體電路元件製程中，仍為一不可或 缺的半導體技術。-般而言，用來實施電漿乾侧的乾钱刻設備 白匕括有反應至设體，其内配置有相互平行的上、下電極，待 姓刻的ΒΘ®則是被放置於下電極，並使反應氣體通人反應室内， 然後利用適當的無線電波功率使通人反應室⑽反應氣體在兩平 ^行的上、下電極之間發生碰撞，產生電裝，進而使晶圓表面接觸 電漿以進行蝕刻。 近來已有許多相關的研究將其重點放在如何使無線電波功率 產生的電聚能夠被侷限在上、下電極之間的局部空間，並致力於 使電漿能夠㈣地更加均勻，以使_更有效率。為達成此目的， 在某些機型的乾侧設備中已加入一種稱為「電聚偈限環」的元 件、，其係配置圍繞在電極的周圍，並且可升降運動，用來使電襞 可以盡量地被侷限在晶圓上方的局部區域。 1294145 η

I > ， 請參财1圖’其繪示狀習知技藝之她刻設備部分組件的 剖面示意圖。如第i圖所示，乾侧設備10包括有一下部組件12 以及-上部組件13’其中下部組件12通常又包括有一碟狀靜電式 晶圓座（electros她 chuck，ESC) 12a、對準環（f〇cusring) 12^ 及地環（groundring) 12c。靜電式晶圓座仏係用來放置一晶圓 ‘ 2〇 ’同¥通常又作為-下電極（或陽極），對準環⑶則沿著靜電 .式晶圓座12a周圍配置。上部組件13通常包括有一上電極叫或 • 陰極）以及一電漿侷限環16，包覆在上電極η周圍。 聰示，賴侷限環16 一般包括有較厚的轉 nng) ^ ’以制定在扭轉環⑹下方，厚度較_三個次環16b、 12 13 應至双體25中，使其可以在真空魏下操作。 電漿侷限環16通常是由三個（第1圖中僅顯示且中之一）連』 所支撐平衡，並由連動栓軸32帶動‘ 下之升降勒，而母-個__32 滾輪34固定連接，可移動式下滾輪34__彈性=移= 彈黃（圖未不），與相對應的—固定 、， 滚輪之H城凸輪W，其辟_2所打向 =吏上、下滾輪之間產生位移，並帶動連動栓㈣，如 ，娜40的機械力與彈簧的回復彈力，讓電 ： 以在弟圖所示的「待機位置」與第2圖所示的「工作位置2 6 1294145 間做升降運動。 然而，使用到電漿侷限環16的乾綱設㈣，复 電極Μ與電襞舰環16之間的間隙18十分狹小，通常僅=1 吋左右，或甚至更小。#進行乾细_ . 行升降作動的過程中，若三個連動栓㈣之間的運^= ==細爾物輪嶋 ， 而導致上電極14側壁發生碰撞或摩擦，產圓 ^響產品的良率。前述造成連動_32之間運動行=== 因，例如’連繫上、下滚輪的彈菁彈性疲乏或 致的原 它零件的磨損。 或其 由此可知，上述習知技藝仍有缺點需要進-步的改良及改盖’ 而業界目前需要的是_種可㈣監控帶動電襞侷 ⑽ 其運動行程-不-致的預細，藉此避= 圓及\品的Γ4婦發生碰撞或縣，產娜，影響到晶 【發明内容】 本毛月之主要目的即在提供—種警示及監控祕，可 帶動電漿侷限環升降的造 现控 拿的連動栓軸，藉此避免電漿侷限環與上電極 側壁發生碰撞或摩捧，姦 產生顆粒，影響到晶圓及產品的良率。 1294145 根據本發明讀佳實補，本發明提供—種可監控電漿褐π 作動的紐刻設備，包括有-反應室殼體，其内設有一上部㈣^ 以及-下部組件，其中該下部組件包括有一電聚侷限環，圍繞 一上電極的周圍；複數個連動栓軸，與該電漿侷限環連社，= 該複數個連動栓軸分別與相對應之一可移動式下滾輪連^，μ 可移動式下滾輪又分別與相對應之一固定式上滾輪透過一彈性^ 置相連繫，·-環狀凸輪，介於該可移動式下滾輪與該固定式： 輪之間’藉由往復地移動’使該電漿侷限環得以升降作動；以及' 一光學監控系統’包括有—光收發裝置以及複數個光學反射件， 其分別固定在相對應之該可移動式下滾輪或者相對應之該連動栓 2上，其中該紐發裝置可發出—光束，藉由該複數個光學反射 4的反射，最終將該光歧射職紐魏置树。 根據本發明之另-較佳實施例，本發明提供—種可監控懸吊物 ^升降作動的光學監控系統，包含有—待監控物件，連接至複數 個連動祕，其巾該魏個軸絲細立地朗步往復上 ，動’並▼動該待監控物件水平地精作動；—光收發裳置，固 二置於細數個軸細之以及減個絲反射件，分別 口疋在相對應之該連動絲上，其中該光收發裝置可發出一 彻嶋，細爾反射, 種可監控物件形 根據本《明之另_較佳實施例，本發明提供一 •1294145 '變的光學監控系統，包含有—光收發裝置，蚊設置於一待於控 物件之上；以及複賴絲反射件’分顧定在鱗監控物敎 之其它監控位置，其中該献發裝置可發出—光束，藉由該複數 個光學反射件的反射’最終將該光束反射回該光收發裝置本身。 .—為了使貴審查委員能更進-步了解本發明之特徵及技術内 -a ’雜_下有關本發明之詳細說明與_。然崎附圖式僅 • 供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。 【實施方式】 以下即藉由第3 ®至第6 ®詳細說明本發明較佳實施例，其中 相關圖式中若有相同的it件則仍沿用相_符號說明，使其一致。 請參閱第3 ®，魏示岐本發明健實_之乾侧設備部 分組件的示_，包括賴舰環、連動姉與光學監控系 統之相對配置。如第3圖所示，本發明乾侧設備励同樣包括 有-下部組件12以及-上部組件13，其中下部組件12以及上部 組件13找安裝在-反應室殼體25巾，使其可以在真空環境下 下部組件12包括有—碟狀靜電式晶圓座（ESC) 12a、對準環 12b以及地環12c，其中靜電式晶圓座仏係用來放置一晶圓如， 同時通常又作為一下電極（或陽極）；對準環既則沿著靜電式晶 9 J294145 圓座12a周圍配置，主要是用來使電漿的密度更加均勻，其可以 是由純銘、經過陽極處理触、不鏽鋼或其它材料構成。 上部組件13包括有—上電極14 (或陰極）以及—電漿揭限環 16 ’圍繞包覆在上電極M的周圍。f漿侷限環10包括有較厚的 .扭轉環16a，以及固定在扭轉環16a下方，厚度較薄的三個次環 .16b、16c及16d，但不限於此。#進行電歸刻製程時，電聚偈 • 轉16下降直到接觸到地環12c的表©，藉此將產生的電漿盡量 侷限在上、下電極之間以及晶圓2〇的上方反應空間。 電漿偈限環I6可以是由石英、陶莞材料或其它不易受電裝侵 餘的材料所構成。此外，#進行賴·，反應氣體可經 由配置在上電極14中央的進氣管路通人反應室内，在上電極^ 上^以另設有導流板(圖未示)。經反應的氣體及副產物則是利用— 真空泵浦(®未示)抽出反應室。前述的反錢體分子經由施加在 上、下電極的無線電功率而產生劇烈碰撞，產生 20表面進行餘刻反應。 隹曰曰圓 根據本發明之較佳實施例，電漿侷限環16由三個（第3圖中僅 顯示其中之―）連動栓軸32所支撐平衡，並由連動栓㈣帶動立 上、下之升降運動，而每-個連動栓軸32的另一端又與一可移動 之下滾輪34固定連接，可移動式下滾輪34則利用—彈性装置， 例如彈簧（圖未示），與相對應的—固定之上滾輪％相連繫。同樣 1294145 的’在上、下滾輪之間設有一環狀凸輪4〇， 向往復地移動，使上、下滾輪之間產生位移，並°帶動斤示方 如此’藉由環狀凸輪4。的機械力與彈簧 環16得以「待機位置」與「桌置」之間做升降^電水偈限 如前所述’她嶋侷限環16的乾糊設㈣ 於上電極14與賴侷限環16之間犧料分狹小。 _侧製獅需使電漿舰環16進行升㈣ ^ =乾 =_行程不一致，即使僅有微小的偏差= 成電聚侷限環16的傾斜，而導致上電極14側錄 ’污__且影響產品的良率。造成連動检:幻二 原因可能是連繫上、下滚輪的彈菁彈性疲乏或 考上下滾輪或其它零件的磨損等等。 ►統6=^參_ 4至第5圖’鱗示的分別是本發明光學監控系 圖 #的餘刻設備組件之平面配置示意圖以及立面示意 :二I:免先前技藝所可能導致賴侷限環16與上電極14側 或縣而發生_粒污染，本發籠佳實施例提供一 4予監控系統6〇，其包括三組光學組件60a、_及60c，如第 ^所不’料城凸輪4()的外侧緣分別配置在⑽度角的相 今立置上。根據本發明較佳實施例，光學組件咖包括有一雷射 魏置62a，其固定在一支撐件咖的上端。光學組件包括 一光學反射件62b，其固定在一支撐件_的上端。光學組件 .1294145 —6〇C包括有一光學反射件62c，其固定在-支撐件64c的上端。 基本上，光學組件6Ga的雷射收發裝置必、光學組件_的 光學反射件62b以及光學組件60c的光學反射件必係配置在同 -平面上。光學組件60a❺雷射收發裝置62以系對準光學組件_ .的光學反射件62b發射-雷射光束72，在電漿條環16進行升降 ，的過程中，以正常情形來說，雷射光束72可以被光學組件_的 籲絲反射件必反射(光束叫並重新引導反射光的方向朝向光學 組件60c的光學反射件62c，最後，再藉由光學反射件62c的反射， 將雷射(光束76)引導回光學組件6〇a的雷射收發裝置必，並由其 偵測器接收。 但是，當系統發生異常狀況，例如，由於彈簧彈性疲乏或者上、 下滾輪或其它零件的磨損料因素，三個連動栓軸32之間的運動 • 行程不-致，或其中之一失常而無法作動，此時，光學組件偷 的雷射收發裝置62a由於原本的光徑被破壞將無法偵測到任何反 射光束。此時，如第5圖所示，光學組件6〇a的雷射收發裝置62a 將觸動警不裝置80，例如警鈴或警示燈號，藉此通知操作員前來 維護。另外，光學組件60a的雷射收發裝置62a亦可以傳送一信 號給控制單元90，而即時停止環狀凸輪4〇以及連動栓轴32，避 免電裝偈限環16與上電極14侧壁發生碰撞或摩擦而可能發生的 顆粒污染。 12 • 1294145 ‘如第3圖所示，根據本發明之較佳實施例，光學組件60a的雷 射收毛衣置62a以及光學反射件62b與62c皆設於較固定式上滾 輪36高出-高度η之位置，其中高度H需大於或等於電裝偈限 裱16在前述「待機位置」與「工作位置」之間的最大升降距離。 車乂為重要者’固疋式上滚輪36不應妨細彳光學組件6Qa的雷射收 發裝置62a以及光學反射件62b與62c之間的光徑。 _ 根據本發明之較佳實施例，各個支撐件64a、6牝及6如的另 外一端則與個別相對應的可移動式下滾輪34或者連動栓軸32相 固定連接，如此使雷射收發裝置62a以及光學反射件62b與62e 能與相對應的可移動式下滾輪34或者連動栓轴32同時升起或降 下。根據本發明之較佳實施例，支撐件64a、64b及64c可以是由 不鏽鋼或金屬等較堅固之材料所構成，但並不限於所舉之不鏽鋼 或金屬，亦可為非金屬。 •根據本發明之較佳實施例，光學反射件62b與62c可以是鏡子 或者任合適合的光反射表面，例如後面有背膠的反光貼紙，又或 者，光學反射件62b與62c可以是光纖元件。此外，本發明並不 侷限在雷射光束之使用，其它的光源，例如紅外線或發光二極體， 亦可為光源，僅需在某些情況下，為了使光束截面積更為集中或 者调整光線能量，可視情況增加一些外部的光學元件。另外，對 於本發明光學監控系統60之準確度以及精確度之調整，則可以利 用改變光學反射件62b與62c之面積尺寸大小來達成。 13 •1294145 除了上述較佳實施例之乾姓刻設備應用外，本發明亦可廣泛地 被應用於精密監控某一物件的位置偏差、偏移，或者在三度立體 空間中由於材料疲乏所導致的形變，例如飛機結構之變形或走位。 請參閱第6圖，其繪示的是本發明監控物件位置偏移或 者在二度立體空間中由於材料疲乏或負載異常所導致的形 變之系統示意圖。如第6圖所示，監控系統丨2〇包括一雷 φ 射收發裝置1〇2以及複數個光學反射件1〇4、106、1〇8及 110 ’其中光學反射件104、106、108及110分別安裝在待 監控物件（圖未示）上的監控位置A、B、C…至Z處（待監控 物數目可以是光源能力而定）。雷射收發裝置1〇2另電連接 至一警示裝置140，例如警鈴或警示燈號。光學反射件 104、106、108及110之安裝角度及相對位置需使雷射收 發裝置102所發射出之雷射光束132由最後的光學反射件 • 110反射回雷射收發裝置1〇2本身。只要待監控物件發生 卜-^…——— _ 位置偏移或者在三度立體空間中由於材料疲乏或負載異常 所導致的形變，即導致雷射收發裝置102所發射出之雷射 光束最終由於光徑被破壞而無法返回雷射收發裝置102本 身，此時，雷射收發裝置1〇2即觸發警示裝置14〇警告或 通知人員處理。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專 • 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 1294145 【圖式簡單說明】 =綠示的是習知技藝設備部分組件的剖面示意圖。 的是f知技藝#賴條賴於—「功 的示意圖。 軸是本發雜好齡丨之触觀料分組件 =忍圖，包括電漿舰環、連動栓倾先學監鮮統之相對 監控系統及部分的紐刻設備組件 第4圖繪示的是本發明光學 之平面配置示意圖。 監控系統及部分的乾侧設備組件 弟5圖繪示的是本發明光學 之立面示意圖。 【主要元件符號說明】 10 乾蝕刻設備 12 下部纟且件 12a 靜電式晶圓座 12b 對準環 12c 地環 13 上部組件 14 上電極 16 電漿侷限環 16a 扭轉環 16b 次環 16c 次環 16d 次環 18 間隙 20 晶圓 25 反應室殼體 32 連動拾'車由 15 1294145

34 下滾輪 36 上滾輪 40 環狀凸輪 42 移動方向 60 光學監控系統 60a 光學組件 60b 光學組件 60c 光學組件 62a 雷射收發裝置 62b 光學反射件 62c 光學反射件 64a 支撐件 64b 支撐件 64c 支撐件 72 雷射光束 74 反射光束 76 反射光束 80 警示裝置 90 控制單元 100 乾蝕刻設備 120 光學監控系統 102 雷射收發裝置 104 光學反射件 106 光學反射件 108 光學反射件 110 光學反射件 140 警示裝置 132 雷射光束

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Claims (1)

1. .1294145 十、申請專利範圍： L二種心控_限環作動的乾侧設備，包括有： 反應至设體’其内設有—上部組及 下部組件包括有-賴侷限環，_在—上電極的周圍； 複數個連動栓軸’與該電漿侷限環連結，其中該複數個連動检 又二:Γ相對應之可移動式下滚輪連接，且該可移動式下滾輪 刀另η相對應之固疋式上滾輪透過一彈性裝置相 Μ該雜與姻找上雜之間， 猎由在復地移動，使該電軸限環得以升降作動；以及 件：光學二系統，包括有—光收發裝置以及複數個光學反射 相對應之該可移動式下滾輪或者相對應之該連 反射件的反射，最終將該光束反射回該=發=複數個光學 2.如申請補細第1項所述之可監控電 設備，其中該光學監控系統另包括 =動的乾姓刻 光收發裝置。 π農置’其電連接至該 3.如申請專利範圍第2項所述之可監控電 設備，其中權光收發裝置聰_個光學^射的^刻 光徑被破壞，該警示裝置即被觸發。 仟所建立之 4·如申凊專利範圍第1項所述之可監控 電⑼限環作動的乾餘刻 17 1294145 早元，可以控制該 設備，其中該光學監控系統另電連接至一控制 電漿侷限環之升降作動。 5. 如申^專利範圍第1項所述之可監控電軸環作動的乾侧 設備’其中該光收發裝置包括有一雷射光收發裝置。 6. 如申請專利細第丨項所述之可監控錄_環作動的乾侧 設備，其中该光收發裝置包括有一光源以及一光偵測哭。 7· 電㈣限 設備，其中該光源包括有雷射、紅外線或發光二極體。 8.如申請專利範圍第【項所述之可監控電漿侷限環作動的酬 設備，其中該光學反射件包括有鏡子。 9 電雜限環作動的乾闕 設備，其巾該找反射件包括有歧射麵或有背軸反光貼紙。 上0 1〇.如申請專利範圍第1項所述之可監控電漿侷限環作動的刻 設備’其中該光收發裝置以及複數個光學反射件設於相同—平面 ==r=:::r 18 1294145 I ' i2借如申 = 專侧第1項所述之可監控電__動的_ έ又備，其中該彈性裝置包括有彈簧。 13· 一種光學監控系統，可監控一 M S ifnAA^ 控系統包含有·· _心吊物件之升降作動，該光學監 -待監控鮮物件，連接至複數誕動栓軸，其情複數個連 步往復上、下運動，鱗_待監控懸吊物 -光收發裝置，固定設置於該複數個連動栓軸之一以及 複數個光學反，分絲紅相對叙料躲 其找光收發裝置可發出-光束’藉由該複數個光學反射件的反 射’敢終將該光束反射回該光收發震置本身。 14. 如申請專利範圍第13項所述之光學監控系統， 裝置電連接至-警示襄置。 15. 如申請專祕圍第14項所述之光學監控系統，A中 收發裝置以及驗數個絲反所粒之故被破壞，、^一 裝置即被觸發。 16·如申請專利範圍第13項所述之光學备 二’、、、、先，其中該光學臣七 控系統另t連接至-控制單元，可以控制該連動_之升降作^ 19 ^ 1294145 〜17.如中請專利範圍第13項所述之光學監控系統，其中該光收發 裝置包括有一雷射光收發裝置。 18. 如申請專利範圍第13項所述之光學監控系統，其中該光收發 裝置包括有一光源以及一光偵測器。 19. 如中請專利範圍第18項所述之光學監控緖，其中該光源包 _ 括有雷射、紅外線或發光二極體。 20. 如申請專利範圍第13項所述之光學監控系統，其中該光學反 射件包括有鏡子。 21·如申請專利範圍第13項所述之光學監控祕，其中該光學反 射件包括有光反射表面或有背膠的反光貼紙。 • 22·如申請專利範圍第13項所述之光學監控系統，其中該光收發 裝置以及複數個光學反射件設於相同一平面上。 23· —種光學監控系統，可監控物件之形變，該光學監控系統包含 有·· 一光收發裝置，固定設置於一待監控物件之上；以及 複數個光學反射件，分別固定在該待監控物件上之其它監控位 置’其中该光收發裝置可發出-光束，藉由該複數個光學反射件 的反射，最終將該光束反射回該光收發裝置本身。 20 -1294145 統，其中該光收發 24.如申請專利範圍第23項所述之光學監控系 I置電連接至一警示裝置。 25· 如申請侧細第24項所述之光學監_統，其中只要該光 =發裝置錢該概麵較所社之綠被猶，該警示 裝置即被觸發。 • 26.如申請專利範圍第23項所述之光學監控系統，其中該光收發 裝置包括有一雷射光收發裝置。 2士7.如申請專利細第23項所述之光學監控系統，其中該光收發 裝置包括有一光源以及一光偵測器。 28. 如申請專利範圍第23項所述之光學監控系統，其中該光源包 括有雷射、紅外線或發光二極體。 29. 如申請專利範圍第23項所述之光學監控系統，其中該光學反 射件包括有鏡子。 30·如申請專利範圍第23項所述之光學監控系統，其中該光學反 射件包括有光反射表面或有背膠的反光貼紙。