用于等离子体反应器系统的工件旋转装置的制作方法

专利名称：用于等离子体反应器系统的工件旋转装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于集成电路制造中的等离子体反应器系统，更具体地，涉 及用于等离子体反应器系统的工件旋转装置。
背景技术：
在超大规模集成(ULSI)半导体晶圆的处理中使用的光刻掩模的制造比 半导体晶圆处理需要更高程度的蚀刻均匀性。单一掩模图案一般在石英掩模上 占四平方英寸的面积。掩模图案的图像向下聚焦到晶圆上单一芯片(die)( — 平方英寸)的面积上，然后在整个晶圆上步进，形成用于每个芯片的单一图像。 在石英掩模上蚀刻掩模图案之前，通过扫描电子束将掩模图案写入光刻胶，其 为一个耗时的工艺，致使单一掩模的成本相当高。掩模蚀刻工艺在整个掩模的 表面上不均匀。而且，电子束写入光刻胶图案本身不均匀，在晶圆上45nm特 征尺寸的情形下，并在整个掩模上表现出临界尺寸(例如，线宽)约2-3nm的 变化。(例如，该变化是所有所测线宽的3d方差。)光刻胶临界尺寸中的这 种不均匀性典型地在不同掩模源或用户中变化。掩模蚀刻工艺不能增加大于 lnm的变化，以致在所蚀刻的掩模图案中该变化不超过3-4nm。这些严格的要 求起于在石英掩模图案中衍射效应的使用，以达到晶圆上的清晰图像。在掩模 蚀刻工艺中对于该改善有连续的要求。

发明内容
我们已经发现一种改善掩模中蚀刻图案的均匀性的方法可能是在掩模蚀 刻工艺完成之前旋转掩模。例如，当特定的蚀刻步骤没有完成时，蚀刻工艺可 能停止(等离子体关闭和工艺气体注入停止)，掩模从等离子体反应腔室移除 并旋转180度并返回至腔室中，等离子体蚀刻工艺重新开始直到完成。该问题 在于在没有昂贵的修改或适应下，包括机械臂和叶片的掩模运送装置不能随着 掩模进出任意腔室传送而改变掩模的旋转方向。即，即使机械臂和叶片自身能
旋转(在差不多360度的一些情形下)，它们也不能使掩模取向产生相对于任
何腔室的净变化，原因在于机械叶片一拿到掩模，它的相对于各个腔室的旋转 取向就固定了。这是因为每次叶片从任何一个腔室拿取或放置掩模到其中，它 总是以同样的边缘抓取掩模。由于各个腔室典型地可仅具有单个狭口阀，通过 该狭口阀掩模可进入腔室中，掩模进出的方向总是相同的，因此掩模旋转方向 不可能有净主要变化，只要叶片总是以相同边缘抓取掩模。因此，掩模经过
90度或180度的旋转需要干预以从包括自动掩模运送装置的处理系统移除掩 模，随后手动旋转掩模。该干预可能需要包括在等离子体反应器中掩模处理的 暂停(suspension)，整个系统中掩模的移除，在一些不同外部位置处掩模的 手动旋转，然后掩模再次进入回到处理系统中，重启等离子体工艺，等等。该 干预可能引起生产力的降低，以及在掩模生产工艺中的不确定，并且是不实用 的。
根据本发明的一个方案，提供一种用于处理平面工件的等离子体处理系 统，其具有改变工件的旋转位置相对于系统的等离子体处理腔室的能力。系统 工件传送装置耦合到系统的反应腔室。工件传送装置能传送工件进出各个腔 室。该系统进一步包括耦合到工件传送装置的工厂界面，用于传送工件进出等 离子体处理系统的工厂环境外部。工厂界面包括(a)限定内空间的框架，(b) 在该内空间内的所述框架上支撑的可旋转且可平移的臂；(c)附接到该臂外 端的工件运送叶片；以及(d)固定的工件夹持支撑托架。该托架包括固定到 框架上并延伸到框架的内部框架中的支撑边缘，用于限定工件支撑平面。托架 进一步包括在托架外围的不同部分的第一和第二工件传送边缘。工i牛边缘叶片 能将工件放置在托架上，并在托架的各个第一和第二工件传送边缘处从托架移 除工件。通过本发明的实施方式，有可能进行工件相对于系统的旋转。


因此为了获得本发明的示例性实施方式并能详细理解，将参照在附图中示 出的实施方式对以上的简要所述的本发明进行更加详细的描述。应该理解，为 了使本发明明显，在此没有讨论一些众所周知的工艺。
图1是具有多个等离子体反应器腔室和自动工件运送能力的等离子体处 理系统的俯视图； 图2是在图1的系统中的工厂界面的透视图； 图3是对应于图2的俯视图4是在图2和图3中的工厂界面中的掩模旋转托架的透视图； 图5是图4的一个托架的典型角柱的透视图； 图6是图5的柱的侧视图，描述了未对准掩模的截图7是图5的柱的侧视图，描述了掩模的最终对准。
为了便于理解，尽可能使用相同的附图标记表示附图中共有的相同元件。 应该理解一个实施方式的元件和器件可以有利地结合到其它实施方式中，而不 用进一歩陈述。然而，应该注意，附图仅示出了本发明的示例性实施方式，因 此不能理解为对本发明范围的限定，因为本发明可承认其它等效的实施方式。
具体实施例方式
参照图1，该类型的等离子体处理系统100，例如，California的Santa Clara 的应用材料公司出售的商标为"TETRA II"的系统，可支持四个等离子体反 应器和工艺腔室102、 104、 106、 108。该系统可以用于处理半导体晶圆或在 晶圆的光刻处理中使用的透明(例如，石英)掩模。本发明主要考虑该系统应 用到均匀性和工艺容忍度非常高的掩模生产。然而，本发明可适于晶圆生产。 由于本发明的一个应用为掩模生产，在以下的整个说明书中工件指"掩模"， 尽管这不意欲限制本发明。例如，工件可以是透明掩模或者半导体晶圆。可以 理解在其它类型的处理腔室中(例如，沉积或蚀刻腔室)，工件可以是半导体 晶圆或基板而不是掩模，以及本发明的实施方式同样地适宜于其应用。
本发明提供一种在各个腔室102-108和外部(工厂)环境之间的自动掩模 传输。为了该目的，掩模传送腔室110与各个腔室102-108的掩模狭口阀(未 示出)连接，并具有能执行旋转、径向和轴向移动的掩模夹持叶片114的自动 控制的致动器(actuator) 112。工艺腔室102-108和掩模传送腔室110保持在 真空压力下。为了便于传送掩模进出大气压下的外部环境，提供一对真空隔离 腔室116、 118，通过该真空隔离腔室116、 118致动器/叶片112、 114可传送 掩模。各个真空隔离腔室116、 118可以抽至真空压力，然后通气至大气压。
图1的系统进一步包括在图2、图3和图4中示出的工厂界面。工厂界面 120位于大气压下并且能支撑多达六个装载设备(loader) 122，尽管典型地在
掩模生产中仅使用三个。装载设备122的每一个都容纳待提取到处理系统100 或者从处理系统移除的一个或多个掩模。工/—界面120可接收来自真空隔离腔 室116、 118的掩模或提供掩模到真空隔离腔室116、 118。为了该目的，工厂 界面120包括具有掩模夹持叶片126的自动控制的致动器124。掩模夹持叶片 126可从装装载设备122的其中之一提起掩模，并将其放置到真空隔离腔室 116、 118的其中之一中，或者从真空隔离腔室116、 118的其中之一提起掩模 并将其放置到其中一个装载设备122中。自动控制致动器124可以沿着平行于 其主轴或"X"轴延伸工厂界面120的长度的轨道130平移。致动器124可以 使用升降杆132提升或降低叶片126。使用在第一旋转接头136安装于升降杆 132和在第二旋转接头138安装于叶片126的臂134，致动器124可以旋转并 径向延伸叶片126。工厂界面120的宽度和深度足以允许叶片126在没有干涉 下旋转至少180度。在所有的前述掩模传输步骤或操作中，在装载设备122 或在真空隔离腔室116或118或在腔室中的晶圆支撑基座上，利用机械叶片 114和126将掩模放置的位置必需一致并精确到几微米的范围内，以避免掩模 图案的变形。因此，系统易于受掩模放置变化的影响，其可能在引入到工厂界 面120之前当掩模首先放置在装载设备122中时最初产生。
尽管机械臂和叶片114、 126可以旋转(在一些情形下可以达到差不多360 度)，它们不能在掩模取向中产生相对于任何腔室102-108的净变化，原因在 于机械叶片一拿起掩模，它相对于各个腔室的旋转取向就固定了。这是因为每 当叶片(例如，126)从任何一个腔室102-108拿取掩模或者放置到其中，它 总是利用相同边缘抓取掩模。由于每个腔室102-108典型地仅具有单个狭口阀， 通过该狭口阀掩模可以弓I入到腔室中，所以掩模进出的方向总是相同的，因此， 只要叶片总是利用相同边缘抓取掩模，在掩模旋转取向中就不可能有净主变 化。因此，掩模通过90度或180度的旋转需要干涉，以从包括自动掩模运送 装置的处理系统100移除掩模，之后使用者手动旋转掩模。
本发明的实施方式将图1的系统转换成能充分执行掩模自动旋转卯度或 者(或者两个都有)180度的一个系统。本发明的一个实施方式还提供能在掩 模引入到工厂界面120之前自动校正所引入的掩模放置变化或错位的系统。本 发明的实施方式实现所有这些特征，而不需要对图1系统的任何昂贵修改。
用于180度掩模旋转的掩模托架140在图1-图3中可见，但是在图4中
更显著地示出。托架140支撑在工厂界面120的内部中的内框架142上并从内 框架142如悬壁向外延伸。托架140由一对主轨道144和交叉轨道146组成。 主轨道和交叉轨道144和146 —起限定虚构的支撑平面。托架140具有从主轨 道144以垂直于支撑平面的方向延伸的四个柱148，为了简洁在此处该方向称 为"垂直的"，但是不是对本发明的可能应用的限制。在一个实施方式中，该 垂直的方向平行于重力方向，为了方便，将在以下解释。四个柱148限定四个 角与柱148 —致的矩形或正方形(取决于所需的掩模形状)。在图5的放大视 图中示出了单独的柱148。每个柱148具有当从顶部沿着垂直方向看时通常彼 此正交并且形成直角的一对内角表面148-1、 148-2。每个这些壁表面148-1、 148-2从顶部向下到底部朝由四个柱148形成的矩形内部倾斜。该倾斜是相对 于以上所提到的垂直方向。壁表面148-1、 148-2形成直角，以图4所描述的 方式，在该直角中矩形掩模的角可以安装。四个柱148隔开，从而当掩模放置 在由角表面148-1、 148-2限定的底台面148-3上时，掩模150的四个角牢固地 嵌套到柱148的四个角中。当其滑下倾斜的角表面148-1、 148-2时，重力将 掩模150下拉到各个柱148的台面148-3。掩模放置在机械叶片126上，直到 到达柱148的底表面148-3。这保持了垂直向下的速度并保证平稳传递 (handoff)。重力将掩模保持在叶片126上，同时成角的表面148-2、 148-3 将其轻推到一旁。
在一个实施方式中，四个柱148减少或甚至消除有时候在对齐掩模中可见 的初始未对准问题，同时掩模容纳在装载设备122的其中之一中。该未对准可 能由在装载设置122中掩模从其适当位置开始的非常轻微的旋转或平移产生。 如上所述，角表面148-1、 148-2从顶部到底部向内以相对于真正的垂直方向 的微小角度倾斜，如图5所示。以这种方式，四个柱148的顶部限定稍大于掩 模150的矩形面积，并且四个柱148的底部限定与掩模150的面积精确一致的 稍微小的矩形面积。该特征允许略微的错位掩模，由于其降下到四个柱148 上，以被柱148的内表面的顶部捕获，如图6所描述。 一旦这种情形发生，重 力轻轻地推动掩模150的边缘降下倾斜内部柱表面直到其接触底表面148-3， 如图7所述。在这种情形下上，掩模的所有四个角都固定到每个四个柱148 的角台面148-3,并且掩模150完全对准。
托架140是180度旋转托架并利用机械致动器/叶片124、 126使用，以利
用以下程序自动旋转掩模150:掩模150，其可能之前已经从腔室102-108的 其中之一移除并放置在真空隔离腔室116中，通过叶片126提出真空隔离腔室 116，并送入工厂界面120中。在这种情形下，叶片126的位置对应于在图2 中的实线的描述。叶片126，在夹持掩模150时，从面对装载设备116的方向 到沿着工厂界面120的主轴或"X"轴的方向旋转卯度角。然后，叶片126 沿着X轴朝向托架140的第一侧140a (图4)移动，例如，从图1的视图中 从左到右。叶片126将掩模150落在托架140上，并且掩模角与托架140的四 个柱148对齐。然后，叶片126从托架縮回并降到托架140的下面，以及进一 步沿着X轴在相同方向上移动，直到其经过托架140。然后旋转叶片126，直 到其在沿着X轴指向相反方向。在这种情形下，叶片126的位置对应于在图2 中虚线所描述的位置。然后，叶片126提升至其可以捕获目前位于托架140 上的掩模150的高度。叶片126沿着X轴朝向托架140的相反侧140b (图4) 在相反方向(例如，在图1的视图中从右到左)平移，以拿起掩模150。因此， 叶片126在其将掩模150放置当托架140上的相反侧拿起掩模150，并将掩模 150传递到真空隔离腔室116。这就完成了掩模150的从其起始取向的180度 旋转。从真空隔离腔室U6，掩模150由真空隔离腔室的自动致动叶片114送 到腔室102-108的其中之一，用于完成蚀刻工艺。
掩模150的90度旋转可以使用也在图4中示出的另一托架160执行。90 度旋转托架160支撑在工厂界面120的内部中的内框架142上。托架160由一 对主轨道244、交叉轨道246组成，其中交叉轨道246与主轨道244—起限定 支撑平面。四个柱248，类似于180度旋转托架140的柱148，从主轨道244 在垂直于支撑平面的方向上延伸。每个柱248具有一对相互正交的壁248-1、 248-2，其垂直于支撑平面并形成掩模的角可以嵌套的角。四个柱248隔开， 从而掩模150的角牢固地嵌套到柱248的四个角中。四个柱限定相对工厂界面 120的主轴或X轴成45度角定向的矩形。然而，托架160具有一个角，其毗 邻工厂界面120的边界，以提供到工厂界面的相对边界的最大距离，从而提供 机械叶片126通行的最大空间，如在以下所述。在一个中，柱248垂直向上延 伸，从而重力直接下拉掩模到各个柱248的台面248-3。相互正交的壁248-1、 248-2具有从顶部到底部以相对于真正垂直方向的微小角度向内倾斜的内表 面。该特征允许稍微错位的掩模，当其降到四个柱248上时，以通过柱248
的内表面的顶部捕获。 一旦这个发生，重力轻轻地推动掩模150的边缘滑下倾
斜的内柱表面，直到其接触底表面248-3，在这种情形下掩模150对准。
托架160是90度旋转托架，并通过机械致动器/叶片124、 126使用，以 采用以下歩骤自动旋转掩模150到90度，其中在步骤中掩模(a)通过接近托 架的第一侧160a的叶片126放置到托架160上，然后(b)通过接近托架的第 二侧160b的叶片126从托架移除，其中第二侧160b邻近并正交于第一侧160a。 该程序实施如下掩模150，其之前已经从腔室102-108的其中之一移除并放 置到真空隔离腔室116中，通过叶片126提出真空隔离腔室116并拿到工厂界 面120中。叶片126从面对装载设备116的方向旋转到相对于工厂界面120 的主轴X成45度取向的方向，以面对托架160的第一侧160a。然后，叶片 126沿着X轴朝向第一托架侧160a (例如，在图1的视图中从左到右)平移。 叶片126将掩模150落到托架160上，由于掩模角与托架160的四个柱248 对齐。然后，叶片126从托架160縮离，并降到托架160以下，然后进一步沿 着X轴在相同方向上平移，直到其经过托架160。然后，叶片126旋转90度， 例如，直到其指向相对于X轴成45度的相反方向，从而其面对托架160的第 二 (邻近)侧160b。然后，叶片126提升至其可以捕获位于托架160上的掩 模150的高度。然后，叶片126沿着X轴朝向托架160的邻近侧160b在相反 方向上(例如，在图1的视图中从右到左)，以拿到掩模150。因此，叶片126 拿起将掩模放置到托架140上的邻近侧上的掩模150，以及将掩模150传递至 真空隔离腔室116。这就完成了掩模150从其初始取向的90度旋转。从该真 空隔离腔室116，掩模150通过真空隔离腔室的自动致动的叶片114送入到腔 室102-108的其中之一，用于完成蚀刻工艺。
可在托架140上(和/或在托架160上)的掩模150下面提供照相机180。 照相机180适于感应写入到掩模150上的所放置光刻胶膜上的或者在掩模150 上蚀刻的图案(legend)。与照相机180关联的处理器程序化，以执行光学字 符识别以产生表示所印图案的文本形式的字符串。该字符串可表示用于特定掩 模的工艺顺序，其中信息发送给控制系统100的工艺控制器。例如，该信息可 确定腔室102-108中的哪一个放置掩模150，以及待执行的哪一个工艺。
虽然前述涉及本发明的实施方式，但是在不脱离基本范围下，本发明还承 认其它和进一步的实施方式，其中本发明的基本范围由以下的权利要求确定。
权利要求
1、一种用于处理平面工件的等离子体处理系统，包括多个等离子体反应腔室；耦合到所述多个反应腔室的工件传送装置，其能传送工件进出各个所述腔室；以及耦合到所述工件传送装置的工厂界面，其用于传送工件进出所述等离子体处理系统的工厂环境外部，所述工件界面包含(a)限定内空间的框架；(b)在所述内空间内的所述框架上支撑的可旋转且可平移的臂；(c)附接到所述臂外端的工件运送叶片；(d)固定的工件夹持支撑托架，其包含固定在所述框架上并延伸到所述框架的内空间中的支架边缘，并限定工件支撑平面，所述托架进一步包含在所述托架的外围的不同部分处的第一和第二工件传送边缘。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工件运送叶片能将工 件放置到所述托架上，并在所述托架的各个所述第一和第二工件传送边缘处从 所述托架移除工件。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述托架是180度工件旋转托架，并且所述托架的所述外围的所述不同部分包含所述托架的所述外围的 相对部分。
4、 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，由所述托架限定的所述工 件支撑平面是矩形或正方形的，以及其中所述外围的所述相对部分是彼此平行 的相对边缘并与所述工厂界面的所述框架的所述内空间的相对部分相对。
5、 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述工厂界面的所述框架 的所述内空间具有窄尺寸和与所述窄尺寸正交的长尺寸，所述工厂界面框架包 含与所述长尺寸相对并由所述窄尺寸分离的一对相对的长侧，所述长侧分别与 所述晶圆传送装置和所述工厂环境相对。
6、 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述托架的所述相对边缘 与沿着所述框架的所述长尺寸的所述内空间内的相反方向相对。
7、 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述窄尺寸限制所述臂的旋转，同时维持工件小于90度的旋转。
8、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述托架是90度工件旋转 托架，并且所述托架的所述外围的所述不同部分包含所述托架的所述外围的邻 近部分。
9、 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，由所述托架限定的所述工 件支撑面是矩形或正方形的，以及其中所述外围的所述相对部分是彼此正交的 邻近边缘。
10、 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述工厂界面的所述框架 的所述内空间具有窄尺寸和与所述窄尺寸正交的长尺寸，所述工厂界面框架包 含对应于所述长尺寸并由所述窄尺寸分离的一对相对的长侧，所述长侧分别与 所述晶圆传送装置和所述工厂环境相对。
11、 根据权利要求IO所述的系统，其特征在于，所述托架的所述邻近边 缘沿着相对于所述框架的所述长尺寸的各自45度角放置。
12、 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述窄尺寸限制所述臂 的旋转，同时维持工件小于90度的旋转，所述窄尺寸足以允许所述臂的45 度旋转同时夹持工件。
13、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述托架进一步包含 一般平行于所述工件支撑平面的支撑臂；以及 从所述支撑臂延伸到所述工件支撑平面的多个柱。
14、 根据权利要求13所述的系统，其特征在于，每个所述柱包含在所述 工件支撑平面上方的第一顶边缘和在所述工件支撑平面处的台面以及从所述 顶边缘到所述台面朝向所述支撑平面的中心或者内点向下倾斜的至少一第一 倾斜工件对准壁。
15、 根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多个柱的所述工件 对准壁将所述工件支撑平面限定到相应于所述工件的尺寸的大小。
16、 根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述工件支撑平面是矩 形或正方形的，以及每个柱进一步包含与所述第一顶边缘正交的第二顶边缘， 和从所述第二顶边缘到所述台面向下倾斜的第二倾斜工件对准壁，所述第一和 第二顶边缘在直角落处接触。
17、 一种用于在掩模传输装置内部附接的掩模旋转托架，包含在工件支撑平面下并具有外围的支撑柱；在所述外围的不同部分的第一和第二工件传送边缘； 可附接到所述掩模传输装置的内表面上的支撑边缘； 从所述支撑柱延伸到所述工件支撑平面的多个柱。
18、 根据权利要求17所述的掩模旋转托架，其特征在于，每个所述柱都 包含在所述工件支撑平面上方的第一顶边缘和在所述工件支撑平面处的台面， 以从所述顶边缘到所述台面朝向所述支撑平面的中心或者内点向下倾斜的至 少一第一倾斜工件对准壁。
19、 根据权利要求18所述的掩模旋转托架，其特征在于，所述多个柱的 所述工件对准壁将所述工件支撑平面限定到相应于所述工件的尺寸的大小。
20、 根据权利要求19所述的掩模旋转托架，其特征在于，所述工件支撑 平面是矩形或正方形的，以及每个柱进一步包含与所述第一顶边缘正交的第二 顶边缘，和从所述第二顶边缘到所述台面向下倾斜的第二倾斜工件对准壁，所 述第 一 和第二顶边缘在直角落处接触。
21、 在具有包括可移动工件运送臂的自动工件运送装置和至少-一个等离子 体反应腔室的等离子体处理装置中， 一种旋转所述腔室中的工件的位置的方 法，包含在所述晶圆运送装置中提供固定的工件夹持托架，其延伸到所述晶圆运送 装置的内空间中；从所述腔室移除工件，利用所述工件运送臂夹持所述工件，同时以面对第 一侧的所述臂的工件抓取端趋近所述托架的第一侧，并将所述工件放置到所述 托架上；将所述工件运送臂移动到所述托架的另一第二侧，同时将所述工件留在所 述托架上，旋转所述工件运送臂直到所述工件抓取端面对所述托架的所述第二 侧；以及利用所述臂趋近所述托架并利用所述臂从所述托架移除所述工件，以及将 所述工件返回到所述腔室。
22、 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述托架是180度旋转 托架并且旋转所述工件运送臂的所述步骤包含经过180度的旋转。
23、 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述托架是90度旋转托架并且旋转工件运送臂的所述步骤包含经过90度的旋转。
全文摘要
本发明提供了一种用于处理平面工件的等离子体处理系统，其具有相对于系统的等离子体处理腔室改变工件的旋转位置的能力。该系统工件传送装置耦合到系统的反应腔室。工件传送装置能传送工件进出各个腔室。该系统进一步包括与工件传送装置耦合的工厂界面，用于传送工件进出等离子体处理系统的工厂环境外部。工厂界面包括(a)限定内空间的框架；(b)可旋转且可转移的臂，在该内空间内的所述框架上支撑；(c)附接到该臂外端的工件运送叶片；(d)固定的工件夹持支撑托架，其便于工件的旋转。
文档编号G03F7/20GK101174098SQ20071012997
公开日2008年5月7日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年10月30日
发明者伊伯拉希姆·M·伊伯拉希姆, 吉姆·K·尼古恩, 斯科特·艾伦·安德森, 理查德·莱温顿, 阿杰伊·库玛, 马德哈唯·R·钱德拉乔德 申请人:应用材料股份有限公司