一种刻蚀腔室清洁系统、清洁方法及半导体刻蚀设备与流程

1.本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种刻蚀腔室清洁系统、清洁方法及半导体刻蚀设备。


背景技术：

2.刻蚀是集成电路制造技术中的关键工艺之一，刻蚀的目的是完整地将掩模图形复制到半导体晶圆表面，刻蚀过程会产生非挥发性副产物，这些副产物沉积于刻蚀腔室内壁上。随着刻蚀工艺的进行，刻蚀腔室内壁沉积物不断积累，导致刻蚀腔室环境不断变化，这种变化会影响刻蚀的速率和刻蚀的均匀性，造成刻蚀工艺的漂移，晶圆的线宽出现大量偏移出标准范围的情况。
3.现有技术中，最常用的清洁方法是干法刻蚀清洁方法，这种方法常常采用nf3 o2结合去除腔室内壁的副产物，在清洁之后的刻蚀腔室内壁上沉淀一层类似二氧化硅的聚合物，然而，现有大量产工艺上只是笼统地就批次晶圆和单片晶圆之间进行高强度自清洁，不能针对不同批次晶圆之间的工艺差异对腔室清洁进行规则而有效的清洁。
4.本发明提出了一种刻蚀腔室清洁系统、清洁方法及半导体刻蚀设备，通过对片与片之间、批次与批次之间的晶圆工艺条件的对比评估，确定刻蚀腔室的无晶圆清洁参数，规则而有效地去除刻蚀腔室内部的颗粒物，以维持刻蚀腔室的环境一致性，保证晶圆的刻蚀速率、刻蚀量及刻蚀时间等工艺参数的稳定性，避免刻蚀工艺的漂移。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种刻蚀腔室清洁系统、清洁方法及半导体刻蚀设备，用以解决现有刻蚀腔室环境稳定性差导致的刻蚀工艺漂移的问题。
6.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
7.一方面，本发明提供了一种刻蚀腔室清洁系统，包括用户操作单元、晶圆工艺采集单元和刻蚀腔室清洁单元。
8.所述晶圆工艺采集单元与刻蚀设备连接，用于收集晶圆刻蚀过程中的工艺参数；
9.所述用户操作单元能够根据所述晶圆工艺采集单元收集的数据，设定刻蚀腔室清洁参数；
10.所述刻蚀腔室清洁单元与刻蚀设备连接，用于控制刻蚀设备执行腔室刻蚀清洁过程。
11.进一步地，所述刻蚀腔室清洁系统为无晶圆清洁系统。
12.另一方面，本发明提供了一种半导体刻蚀设备，包括上述刻蚀腔室清洁系统。
13.另一方面，本发明提供了一种刻蚀腔室的清洁方法，包括：
14.启动刻蚀腔室清洁系统，晶圆工艺采集单元采集第一批晶圆刻蚀工艺过程的第一工艺参数；
15.晶圆工艺采集单元将第一工艺参数传输至用户操作单元，用户操作单元根据第一
工艺参数设定清洁系统的第一清洁参数；
16.用户操作单元将第一清洁参数传输至刻蚀腔室清洁单元，刻蚀腔室清洁单元控制刻蚀腔室采用第一清洁参数进行清洁处理；
17.刻蚀腔室完成清洁处理后，对第一批晶圆进行刻蚀工艺处理，刻蚀过程中，每完成n片晶圆刻蚀，采用第一清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，直至第一批晶圆完成刻蚀工艺，开始对第二批晶圆进行刻蚀处理。
18.进一步地，所述第一批晶圆完成刻蚀后，第二批晶圆开始刻蚀过程之前，包括：
19.晶圆工艺采集单元采集第二批晶圆刻蚀工艺过程的第二工艺参数，对第一工艺参数和第二工艺参数进行评估比较，根据第一工艺参数和第二工艺参数评估比较的情况确定第二批晶圆的清洁参数。
20.进一步地，当第一工艺参数和第二工艺参数相同时，第二批晶圆刻蚀过程中，采用第一清洁参数对刻蚀腔室进行清洁。
21.进一步地，当第一工艺参数和第二工艺参数不相同时，设定清洁系统的第二清洁参数，在第二批晶圆刻蚀过程中，采用第二清洁参数对刻蚀腔室进行清洁。
22.进一步地，所述n的范围为1≤n≤25。
23.进一步地，所述刻蚀腔室的清洁方法适用于一个或多个不同刻蚀工艺的晶圆批次。
24.进一步地，所述第一工艺参数包括晶圆刻蚀过程中的刻蚀量和刻蚀时间。
25.进一步地，所述第一工艺参数还包括晶圆刻蚀过程中的晶圆数量。
26.进一步地，所述第一清洁参数包括第一预清洁参数和第一后清洁参数。
27.进一步地，所述第一预清洁参数和第一后清洁参数包括清洁过程中的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
28.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
29.1、针对相同制程不同批次的晶圆，本发明采用相同的清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，保证了刻蚀腔室的环境稳定性，有效提高了相同制程不同批次晶圆之间的刻蚀成形效率。
30.2、针对不同制程不同批次的晶圆，本发明通过对不同批次晶圆的工艺参数的对比，评估确定出针对各批次晶圆的清洁参数，保证各清洁参数的最优化，以维持刻蚀腔室的环境一致性。
31.3、本发明通过精确评估单片与单片、多片与多片及批次与批次晶圆之间的工艺条件的差异性，确定刻蚀腔室的清洁参数，有效去除刻蚀腔室内部的颗粒物，以维持刻蚀腔室的环境一致性，保证晶圆的刻蚀速率及刻蚀均匀性等工艺参数的稳定性，避免刻蚀工艺的漂移，有效提高了晶圆良率。
32.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
33.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
34.图1为本发明刻蚀腔室清洁系统示意图；
35.图2为本发明刻蚀腔室清洁方法流程示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
37.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
39.实施例1
40.本发明的一个具体实施例，公开了一种刻蚀腔室的清洁系统，如图1所示，包括：晶圆工艺采集单元、用户操作单元和刻蚀腔室清洁单元。
41.晶圆工艺采集单元与刻蚀设备通过数据线连接，晶圆工艺采集单元与用户操作单元通过数据线连接。
42.需要说明的是，晶圆工艺采集单元能够从刻蚀设备上采集晶圆刻蚀工艺所用参数，并将工艺参数相关信息反馈给用户操作单元。
43.用户操作单元与刻蚀腔室清洁单元通过数据线连接，刻蚀腔室清洁单元与刻蚀设备通过数据线连接。
44.用户操作单元根据晶圆刻蚀的工艺参数做出判定，设定腔室清洁参数，设定好的腔室清洁参数经数据线传输至刻蚀腔室清洁单元，刻蚀腔室清洁单元控制刻蚀设备进行相应的操作。
45.实施例2
46.本发明的又一个具体实施例，公开了一种半导体刻蚀设备，包括实施例1中所提供的刻蚀腔室清洁系统。
47.实施例3
48.本发明的又一个具体实施例，公开了一种刻蚀腔室的清洁方法，如图2所示，包括：
49.启动刻蚀腔室的清洁系统，晶圆工艺采集单元采集第一批晶圆刻蚀工艺过程的第一工艺参数；
50.晶圆工艺采集单元将第一工艺参数传输至用户操作单元，用户操作单元根据第一工艺参数设定清洁系统的第一清洁参数；
51.用户操作单元将第一清洁参数传输至刻蚀腔室清洁单元，刻蚀腔室清洁单元控制刻蚀腔室采用第一清洁参数进行清洁处理；
52.刻蚀腔室完成清洁处理后，第一批晶圆开始进行刻蚀工艺过程；
53.第一批晶圆进行刻蚀工艺过程中，每完成n片晶圆刻蚀，均采用第一清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，其中，n的范围为1≤n≤25；
54.第一批晶圆完成刻蚀后，第二批晶圆开始刻蚀过程之前，获得第二批晶圆刻蚀工艺过程的第二工艺参数，对第一工艺参数和第二工艺参数进行评估比较，两者相同时，采用第一清洁参数对刻蚀腔室进行清洁，两者不同时，设定清洁系统的第二清洁参数，采用第二清洁参数对刻蚀腔室进行清洁，在对后续批次的晶圆进行刻蚀处理的过程中，采用同样的方法进行清洁系统的参数设定。
55.优选地，在设定第二清洁参数时，在评估第一工艺参数和第二工艺参数的基础之上，确定是否能够延用第一清洁参数或重新设定第二清洁参数以达到最优的清洁效果。
56.优选地，第一清洁参数和第二清洁参数包括预清洁参数和后清洁参数，预清洁参数为同一批次晶圆开始进行刻蚀之前的清洁参数，后清洁参数为同一批次晶圆进行刻蚀工艺过程中的清洁参数。
57.与现有技术相比，本发明通过精确采集片与片之间、批次与批次之间的晶圆工艺参数，对比工艺参数之间的差异，高效灵活地设定刻蚀腔室的清洁参数，规则有效地去除刻蚀腔室内部的颗粒物，以维持刻蚀腔室的环境稳定性，保证晶圆的刻蚀速率及刻蚀均匀性等工艺参数的稳定性，避免刻蚀工艺的漂移，提高了晶圆的良率。
58.具体地，第一工艺参数和第二工艺参数包括晶圆刻蚀工艺过程中的刻蚀量和刻蚀时间。
59.具体地，第一工艺参数和第二工艺参数还包括晶圆刻蚀工艺过程中的晶圆数量。
60.需要说明的是，在晶圆刻蚀的过程中，刻蚀量及刻蚀时间决定了刻蚀副产物的多少，通过对晶圆刻蚀量和刻蚀时间的分析，能够评定清洁参数的范围。同时，结合晶圆数量的多少，能够对刻蚀腔室每次进行清洁的周期进行确定，提高了晶圆成形效率。
61.优选地，预清洁参数和后清洁参数包括无晶圆清洁过程中用到的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
62.实施例4
63.本发明的又一个具体实施例，公开了一种刻蚀腔室的清洁方法，其中，第一批和第二批的晶圆刻蚀工艺参数相同，包括：
64.启动刻蚀腔室清洁系统，采集第一批晶圆刻蚀工艺过程所用的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量。
65.接着，根据第一批晶圆刻蚀工艺过程所用的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量，设定刻蚀腔室清洁系统的第一清洁参数，第一清洁参数包括第一预清洁参数和第一后清洁参数，第一预清洁参数包括预清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间，第一后清洁参数包括后清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
66.优选地，对于刻蚀量较大且刻蚀时间较长(如高深宽比接触孔刻蚀)的晶圆批次，可设定每片晶圆刻蚀间隙均采用清洁处理。
67.接着，采用设定的第一预清洁参数，对刻蚀腔室进行无晶圆预清洁处理，无晶圆预清洁处理完成后，第一批晶圆开始进行刻蚀工艺过程。
68.其中，在第一批晶圆进行刻蚀工艺过程中，第一片晶圆完成刻蚀工艺后，将第一片
晶圆从刻蚀腔室移出，采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，刻蚀腔室清洁处理完成后，接着对第二片晶圆进行刻蚀处理，第二片晶圆完成刻蚀工艺后，将第二片晶圆从刻蚀腔室移出，接着采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，依次循环，直至第二十五片晶圆刻蚀工艺完成。
69.第一批晶圆完成刻蚀工艺后，继续采用第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，接着，进行第二批次的晶圆刻蚀工艺过程，因本实施例中第一批和第二批的晶圆刻蚀工艺参数相同，因此，在第二批晶圆进行刻蚀的过程中，采用相同的清洗过程对刻蚀腔室进行清洗处理。
70.实施例5
71.本发明的又一个具体实施例，公开了一种刻蚀腔室的清洁方法，其中，第一批和第二批的晶圆刻蚀工艺参数不相同，包括：
72.启动刻蚀腔室清洁系统，采集第一批晶圆刻蚀工艺过程所用的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量。
73.接着，根据第一批晶圆刻蚀工艺过程所用的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量，设定无晶圆清洁系统的第一清洁参数，第一清洁参数包括第一预清洁参数和第一后清洁参数，第一预清洁参数包括预清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间，第一后清洁参数包括后清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
74.接着，采用设定的第一预清洁参数对刻蚀腔室进行无晶圆预清洁处理，无晶圆预清洁处理完成后，第一批晶圆开始进行刻蚀工艺过程。
75.其中，在第一批晶圆进行刻蚀工艺过程中，对于只包括一个腔室的刻蚀设备，依次对前三片晶圆进行刻蚀工艺处理，刻蚀工艺完成后，将第三片晶圆从刻蚀腔室移出，采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，刻蚀腔室清洁处理完成后，依次对第四片、第五片和第六片晶圆进行刻蚀处理，第六片晶圆完成刻蚀工艺后，将第六片晶圆从刻蚀腔室移出，采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，依次循环，每完成三片晶圆刻蚀，均采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，直至第二十四片晶圆刻蚀工艺完成，接着采用第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理。
76.清洁处理完成后，对第一批晶圆的第二十五片进行刻蚀处理，刻蚀完成后，不对刻蚀腔室进行清洁处理。
77.接着，在对第二批晶圆进行刻蚀处理之前，对第二批晶圆刻蚀工艺过程中的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量进行收集，因本实施例中第一批和第二批晶圆的刻蚀工艺不相同，根据第一批和第二批晶圆刻蚀工艺过程中的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量的差异，设定最优的刻蚀腔室的第二清洁参数。
78.第二清洁参数包括第二预清洁参数和第二后清洁参数，第二预清洁参数包括预清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间，第二后清洁参数包括后清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
79.在第二批晶圆进行刻蚀处理之前，采用第二预清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，在第二批晶圆进行刻蚀工艺的过程中，每三片晶圆完成刻蚀，均采用设定的第二后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，直至第二批次的晶圆刻蚀完成。
80.实施例6
81.本发明的又一个具体实施例，公开了一种采用实施例2提供的半导体刻蚀设备对刻蚀腔室的清洁方法，其中，第一批和第二批的晶圆刻蚀工艺不相同，其步骤与实施例5的步骤基本相同，区别在于：
82.在第一批晶圆进行刻蚀工艺过程中，对于只包含一个腔室的刻蚀设备，依次对前五片晶圆完成刻蚀工艺后，将第五片晶圆从刻蚀腔室移出，采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，刻蚀腔室清洁处理完成后，接着依次对第六片到第十片晶圆进行刻蚀处理，第十片晶圆完成刻蚀工艺后，将第十片晶圆从刻蚀腔室移出，采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，依次循环，每完成五片晶圆刻蚀，均采用设定的第一后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，直至第二十五片晶圆刻蚀工艺完成，不对刻蚀腔室进行清洁处理。
83.接着，在对第二批晶圆进行刻蚀处理之前，对第二批晶圆刻蚀工艺过程种的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量进行收集，因本实施例中第一批和第二批晶圆的刻蚀工艺不相同，根据第一批和第二批晶圆刻蚀工艺过程中的刻蚀量、刻蚀时间和晶圆数量的差异，设定最优的刻蚀腔室的第二清洁参数。
84.第二清洁参数包括第二预清洁参数和第二后清洁参数，第二预清洁参数包括预清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间，第二后清洁参数包括后清洁的射频功率、清洁气体、清洁气体流量和清洁时间。
85.在第二批晶圆进行刻蚀处理之前，采用第二预清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，在第二批晶圆进行刻蚀工艺的过程中，每完成五片晶圆刻蚀，均采用设定的第二后清洁参数对刻蚀腔室进行清洁处理，直至第二批次的晶圆刻蚀完成。
86.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。