一种晶圆校准定位的精细调节方法及半导体工艺设备与流程

本发明涉及半导体，尤其是涉及一种晶圆校准定位的精细调节方法及半导体工艺设备。

背景技术：

1、随着信息时代的快速发展，以集成电路为核心的半导体制造业也得到飞速发展。半导体干法刻蚀设备作为芯片生产制造不可缺少的部分，也是在不断地更新换代，提升设备蚀刻能力，以适应特征尺寸的持续缩小和对成本降低的不断追求。在等离子体干法蚀刻设备运行过程中，晶圆需要精准传输到静电卡盘上，晶圆在卡盘上的精准定位，可以有效减小晶圆边缘的刻蚀偏差，提高晶圆的整体均匀性，随着特征尺寸的减小，对晶圆的定位精度要求越来越高。

2、目前，相关的晶圆校准定位技术，通常采用粗定位工装与细定位工装相结合的方式矫正晶圆位置，使晶圆能够传至目标工位，矫正后的晶圆位置可能仍然存在较大的位置偏差，但是，相关的晶圆校准定位技术缺乏对晶圆校准定位后的检验，且无法确定晶圆的偏移方向，晶圆的校准精度较低，导致晶圆的刻蚀均匀性较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶圆校准定位的精细调节方法及半导体工艺设备，能够改善晶圆边缘的刻蚀偏差，提高了晶圆的整体刻蚀均匀性，降低了晶圆的校准定位误差，提升了晶圆的校准精度。

2、为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆校准定位的精细调节方法，包括：

4、将晶圆传入工艺腔室，对所述晶圆进行预设时长的刻蚀以获取所述晶圆的刻蚀速率偏心图；其中，所述刻蚀速率偏心图包括所述晶圆上各采样点的刻蚀速率偏心值，所述刻蚀速率偏心值为各采样点的刻蚀速率与所述采样点所在圆环的平均刻蚀速率的差值；

5、基于所述刻蚀速率偏心图判断所述晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求；

6、若所述晶圆的刻蚀均匀性不满足所述预设误差要求，基于所述刻蚀速率偏心图对机械手的传输位置进行矫正以改变所述晶圆在工艺腔室内的位置，以使所述晶圆的刻蚀均匀性满足所述预设误差要求。

7、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基于所述刻蚀速率偏心图判断所述晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求的步骤，包括：

8、基于各所述采样点的刻蚀速率偏心值确定所述刻蚀速率偏心图对应的极差值，判断所述极差值是否小于等于预设极差值阈值，如果否，确定所述晶圆的刻蚀均匀性不满足预设误差要求；其中所述极差值为所述刻蚀速率偏心值的最大值与最小值的差值。

9、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述基于所述刻蚀速率偏心图判断所述晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求的步骤，包括：

10、基于各所述采样点的刻蚀速率偏心值确定所述刻蚀速率偏心图对应的极差值，基于各所述采样点的刻蚀速率及采样点数量确定所述晶圆的平均刻蚀速率；其中，所述极差值为所述刻蚀速率偏心值的最大值与最小值的差值；

11、基于所述极差值与所述晶圆的平均刻蚀速率的比值确定所述刻蚀速率偏心图对应的极差值百分比；

12、判断所述极差值百分比是否小于预设百分比阈值，如果否，确定所述晶圆的刻蚀均匀性不满足预设误差要求。

13、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述基于所述刻蚀速率偏心图对机械手的传输位置进行矫正以改变所述晶圆在工艺腔室内的位置，以使所述晶圆的刻蚀均匀性满足所述预设误差要求的步骤，包括：

14、基于所述刻蚀速率偏心图中各采样点的刻蚀速率偏心值确定所述晶圆的移动方向；

15、基于所述刻蚀速率偏心图对应的极差值百分比确定所述晶圆的移动距离；其中，所述移动距离小于预设最大移动距离；

16、基于所述移动方向和移动距离控制所述机械手的垂直移动量和旋转角度以带动所述晶圆移动至目标位置，返回执行所述对所述晶圆进行预设时长的刻蚀以获取所述晶圆的刻蚀速率偏心图的步骤，直至所述晶圆的刻蚀均匀性满足所述预设误差要求。

17、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述基于所述刻蚀速率偏心图中各采样点的刻蚀速率偏心值确定所述晶圆的移动方向的步骤，包括：

18、获取所述晶圆最外圈采样点的刻蚀速率偏心值；

19、当所述最外圈采样点中小于零的刻蚀速率偏心值集中分布于同侧时，基于所述最外圈采样点中大于零的刻蚀速率偏心值占总采样点数量的比例确定所述晶圆的移动方向；其中，所述移动方向由所述刻蚀速率偏心值的负值区域指向正值区域。

20、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，基于所述最外圈采样点中大于零的刻蚀速率偏心值占总采样点数量的比例确定所述晶圆的移动方向的步骤，包括：

21、当所述最外圈采样点中大于零的刻蚀速率偏心值占总采样点数量的比例小于预设比例阈值时，确定所述晶圆的移动方向为所述最外圈采样点中最小刻蚀速率偏心值指向最大刻蚀速率偏心值的方向。

22、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括：

23、当所述最外圈采样点中大于零的刻蚀速率偏心值占总采样点数量的比例大于预设比例阈值时，获取所述最外圈采样点中最大刻蚀速率偏心值与次大刻蚀速率偏心值的连线，将垂直于所述最大刻蚀速率偏心值与次大刻蚀速率偏心值的连线的方向作为所述晶圆的移动方向。

24、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述基于所述移动方向和移动距离控制所述机械手的垂直移动量和旋转角度的步骤，包括：

25、基于所述移动距离及所述移动方向对应的角度计算所述机械手的垂直移动量；

26、基于所述机械手的初始垂直坐标、所述移动距离及所述移动方向对应的角度计算所述机械手的旋转角度。

27、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述对所述晶圆进行预设时长的刻蚀以获取所述晶圆的刻蚀速率偏心图的步骤，包括：

28、当完成校准定位后将晶圆传入工艺腔室，向反应腔室中通入刻蚀气体，在预设工艺条件下对所述晶圆进行所述预设时长的刻蚀；

29、获取所述晶圆上各采样点在所述预设时长内的刻蚀深度，基于各所述采样点的刻蚀深度及所述预设时长确定各所述采样点的刻蚀速率；其中，所述采样点包括所述晶圆的最外圈采样点及多个内圈采样点；

30、基于各所述采样点的刻蚀速率与所在圆环上全部采样点的平均刻蚀速率的差值得到所述晶圆的刻蚀速率偏心图。

31、第二方面，本发明实施例还提供了一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室、进气组件、上电极组件、下电极组件、机械手和控制器，所述控制器与机械手电连接，所述机械手用于带动晶圆移动，所述控制器包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面任一项所述的晶圆校准定位的精细调节方法。

32、本发明实施例提供了一种晶圆校准定位的精细调节方法及半导体工艺设备，该方法包括：将晶圆传入工艺腔室，对晶圆进行预设时长的刻蚀以获取晶圆的刻蚀速率偏心图；其中，刻蚀速率偏心图包括晶圆上各采样点的刻蚀速率偏心值，刻蚀速率偏心值为各采样点的刻蚀速率与采样点所在圆环的平均刻蚀速率的差值；基于刻蚀速率偏心图判断晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求；若晶圆的刻蚀均匀性不满足预设误差要求，基于刻蚀速率偏心图对机械手的传输位置进行矫正以改变晶圆在工艺腔室内的位置，以使晶圆的刻蚀均匀性满足预设误差要求。本发明通过根据晶圆的刻蚀速率偏心图判断晶圆的刻蚀均匀性是否满足要求，以进一步校验晶圆的校准定位效果是否满足刻蚀要求，通过在晶圆的刻蚀均匀性不满足要求时继续矫正机械手的传输位置，以精细调整机械手将晶圆传入工艺腔室的位置，可以改善晶圆边缘的刻蚀偏差，提高了晶圆的整体刻蚀均匀性，降低了晶圆的校准定位误差，提升了晶圆的校准精度。

33、本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例的上述技术即可得知。

34、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种晶圆校准定位的精细调节方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述刻蚀速率偏心图判断所述晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述刻蚀速率偏心图判断所述晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述刻蚀速率偏心图对机械手的传输位置进行矫正以改变所述晶圆在工艺腔室内的位置，以使所述晶圆的刻蚀均匀性满足所述预设误差要求的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述刻蚀速率偏心图中各采样点的刻蚀速率偏心值确定所述晶圆的移动方向的步骤，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述最外圈采样点中大于零的刻蚀速率偏心值占总采样点数量的比例确定所述晶圆的移动方向的步骤，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述移动方向和移动距离控制所述机械手的垂直移动量和旋转角度的步骤，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将晶圆传入工艺腔室，对所述晶圆进行预设时长的刻蚀以获取所述晶圆的刻蚀速率偏心图的步骤，包括：

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括：工艺腔室、进气组件、上电极组件、下电极组件、机械手和控制器，其特征在于，所述控制器与机械手电连接，所述机械手用于带动晶圆移动，所述控制器包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-9中任一项所述的晶圆校准定位的精细调节方法。

技术总结
本发明提供了一种晶圆校准定位的精细调节方法及半导体工艺设备，该方法包括：将晶圆传入工艺腔室，对晶圆进行预设时长的刻蚀以获取晶圆的刻蚀速率偏心图；其中，刻蚀速率偏心图包括晶圆上各采样点的刻蚀速率偏心值，刻蚀速率偏心值为各采样点的刻蚀速率与采样点所在圆环的平均刻蚀速率的差值；基于刻蚀速率偏心图判断晶圆的刻蚀均匀性是否满足预设误差要求；若晶圆的刻蚀均匀性不满足预设误差要求，基于刻蚀速率偏心图对机械手的传输位置进行矫正以改变晶圆在工艺腔室内的位置，以使晶圆的刻蚀均匀性满足预设误差要求。本发明可以校验晶圆的校准定位效果，提高了晶圆的整体刻蚀均匀性，降低了晶圆的校准定位误差，提升了晶圆的校准精度。

技术研发人员：胡李松
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23