一种刻蚀流程控制方法及装置与流程

1.本发明涉及蚀刻技术领域，尤其涉及一种刻蚀流程控制方法及装置。


背景技术：

2.在半导体工艺中，利用等离子气体进行刻蚀过程中，气流量会影响晶圆的良率。
3.对此，现有技术在气体混合室的出口处设置终阀，以控制气流量。
4.然而，由于固有误差以及等离子气体对阀门的腐蚀，导致终阀设定的气流量与进入刻蚀腔室中的气流量并不能完全一致，从而对晶圆的良率产生不良影响。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种刻蚀流程控制方法及装置，以提供晶圆的良率。
6.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种刻蚀流程控制方法，包括：
8.接收刻蚀启动指令；
9.根据所述刻蚀启动指令，从终阀获取第一气流量数据，以及从预设的检测节点获取第二气流量数据；
10.根据所述第一气流量数据和所述第二气流量数据，确定理论气流量与实际气流量的流量偏差；
11.根据所述流量偏差与预设取值范围的关系，控制当前刻蚀流程。
12.进一步地，在所述流量偏差在所述预设取值范围内时，维持当前刻蚀流程；
13.在所述流量偏差大于所述预设取值范围的最大端点值时，终止所述当前刻蚀流程；
14.在所述流量偏差小于所述预设取值范围的最小端点值时，增加所述当前刻蚀流程的气流量。
15.进一步地，确定每一个刻蚀后晶圆的良率；
16.将所述流量偏差与所述良率对应存储。
17.进一步地，根据所述流量偏差与所述良率的对应关系，确定所述预设取值范围
18.进一步地，所述预设取值范围包括第一取值范围，；
19.根据刻蚀设备对应的流量偏差和良率，确定所述第一取值范围。
20.进一步地，所述取值范围包括第二取值范围，；
21.所述第二取值范围适用于根据刻蚀流程对应的流量偏差和良率，确定所述第二取值范围。
22.进一步地，所述预设取值范围包括：第一取值范围和第二取值范围；
23.根据刻蚀设备对应的流量偏差和良率，确定所述第一取值范围；
24.根据刻蚀流程对应的流量偏差和良率，确定所述第二取值范围；
25.确定所述第一取值范围和所述第二取值范围的交集为所述预设取值范围。
26.第二方面，本发明实施例提供了一种刻蚀流程控制装置，包括：气体流量计和控制器；
27.所述气体流量计设置在预设检测节点，所述检测节点设置在刻蚀气体输送管道靠近刻蚀腔室进气口的一侧；
28.所述控制器分别连接终阀和所述气体流量计，用于从所述终阀获取第一气流量数据，以及从所述气体流量计获取第二气流量数据；根据所述第一气流量数据和所述第二气流量数据，确定所述理论气流量与所述实际气流量的流量偏差；根据所述流量偏差与预设取值范围的关系，控制当前刻蚀流程。
29.进一步地，所述装置还包括：信号转换器；
30.所述信号转换器一端连接所述气体流量计，另一端连接所述控制器；
31.在所述气体流量计使用的数据格式和所述控制器使用的数据格式不同时，所述信号转换器用于将所述第二气流量数据从所述气体流量计使用的数据格式转化成所述控制器使用的数据格式。
32.进一步地，所述装置还包括：数据库；
33.所述数据库存储所述流量偏差与当前工艺流程良率的对应关系。
34.与现有技术相比，本发明技术方案至少能实现以下有益效果之一：
35.1、通过在终阀和腔室间的气路上预设检测节点获取流经终阀后的气路中的刻蚀气体流量，即第二气流量数据，以确定进入刻蚀腔室内的实际气流量，结合通过终阀设定的气体流量，即第一气流量数据，以确定进入刻蚀腔室内的满足实际刻蚀需求和晶圆良率要求的理论气流量；再根据实际气流量和理论气流量的偏差程度，控制当前刻蚀流程，如刻蚀时间、刻蚀是否中止等，从而避免固有误差以及等离子气体对阀门的腐蚀引起气流量偏差对晶圆良率的不良影响，进而提高良率。
36.2、以采集到的实际气流量即第二气流量数据、理论气流量的流量偏差与刻蚀工艺对应的良率为基础数据，借助大数据的技术手段，既可以得到特定设备对应的流量偏差范围，又能得到特定工艺流程对应的流量偏差范围，以实现为优化刻蚀流程中的气流量提供更多的科学依据和数据支持，从而提高良率。
37.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的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在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
38.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。
39.图1为本发明实施例提供的一种刻蚀流程控制方法的流程图。
40.图2为本发明实施例提供的一种刻蚀流程控制装置的结构示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，应理解，尽管这里术语第一、第
二、第三等可用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应限于这些术语。这些术语仅用来区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此，在不脱离本发明教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可称为第二元件、组件、区域、层或部分。
42.随着科技的发展，芯片的刻蚀尺寸已达到纳米级别，这对刻蚀的精度提出了更高的要求，以保证晶圆的良率。而在等离子刻蚀技术中，刻蚀气体的气流量能否被精准地控制是影响刻蚀精度的主要因素。气流量过高会导致晶圆过渡刻蚀，反之会导致晶圆刻蚀不足。而上述两种情况均会降低晶圆良率。
43.通常的刻蚀工艺利用一个终阀控制刻蚀气体的气流量，因此终阀本身的固有误差会影响刻蚀气体的实际气流量。此外，等离子气体具有极强的腐蚀性，因此在刻蚀工艺中，等离子气体会不断腐蚀终阀，进而不断降低刻蚀气体的气流量的控制精度，直至影响晶圆良率。可以理解的是，在刻蚀尺寸大于纳米级时，上述误差和偏差对晶圆良率的影响非常小，甚至可以忽略不计。然而，随着刻蚀尺寸不断变小，上述误差和偏差对晶圆的良率逐步变成不可忽略的要素。因此，为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种刻蚀流程控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
44.步骤101，接收刻蚀启动指令。
45.在本发明实施例中，在刻蚀工艺启动后，对实际气流量和理想气体流量进行实时监控。
46.步骤102，根据刻蚀启动指令，从终阀获取第一气流量数据，以及从预设的检测节点获取实际气流量即第二气流量数据。
47.在本发明实施例中，第一气流量数据为预先设置在终阀上的参数。设置在终阀上的参数可以为但不限于气流量、混合气压强，各组分分压压强。第二气流量数据为从刻蚀气体传输通道获取到的参数，获取到的参数与流量计的类型相关，例如，对于气体质量流量计，其工作原理为采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，此时第二气流量数据为气体的质量流量。
48.步骤103，根据第一气流量数据和第二气流量数据，确定理论气流量与实际气流量的流量偏差。
49.步骤104，根据流量偏差与预设取值范围的关系，控制当前刻蚀流程。
50.在本发明实施例中，对刻蚀流程的控制主要包括三种模式：
51.在流量偏差在预设取值范围内时，维持当前刻蚀流程。
52.在流量偏差大于预设取值范围的最大端点值时，终止当前刻蚀流程。
53.在流量偏差小于预设取值范围的最小端点值时，增加当前刻蚀流程的气流量。在本发明实施例中，可以通过增加终阀开度的方式，增加当前刻蚀流程的气流量。
54.通过上述方式，可以有效地避免流量过大对引发的良率降低。此外，在本发明另一个实施例中，只要流量偏差值不在预设取值范围内时，就可以终止当前刻蚀流程，以便于工作人员及时调整工艺程序。
55.从上述实施例可以推出，如何设定流量偏差范围是本技术实现的关键步骤。在本发明实施例中，流量偏差不是一个固定值，而是一个变化值。导致流量偏差变化的因素主要有三个方面：刻蚀设备、实际气流量的测量设备和刻蚀工艺。
56.1.刻蚀设备
57.首先不同的刻蚀设备，其固定误差必然不同，因此不同刻蚀设备对应的流量偏差必然不同。
58.其次，设备使用时间越长，相应的等离子气体对终阀的腐蚀程度越大，从到导致流量偏差不断增加。因此，对于同一个设备，其使用时间越长，该设备对应的流量偏差。例如，对于同一个刻蚀设备，使用时间为两年时其终阀的腐蚀程度要大于使用时间为一年时其终阀的腐蚀程度。
59.2.刻蚀工艺
60.对于刻蚀工艺而言，通常情况下，刻蚀尺寸学越大，其允许的最大偏差越大。例如，在刻蚀尺寸精度要求为标准值
±
0.1％，则刻蚀尺寸标准值为100nm时，其允许最大偏差为0.1nm，而刻蚀尺寸标准值为10nm时，其最大允许偏差为0.01nm。
61.工艺中要求的气流量越大，其允许的最大偏差越大。例如，在气流量精度要求为标准值
±
0.1％，则气流量标准值为100时，其允许最大偏差为0.1，而气流量标准值为10时，其最大允许偏差为0.01。
62.3.实际气流量的测量设备
63.对于实际气流量的测量设备，不同的采集设备具有不同的测量精度，最终导致测量的实际气流量不同。采集设备的测量精度与测量方式、设备材质相关。
64.综上所述，流量偏差的影响因素较多，因而不易确定流量偏差的取值范围。基于上述事实，本发明实施例提出了以大数据确定流量偏差的取值范围。具体方案如下：
65.a.收集基础数据
66.确定每一个刻蚀后晶圆的良率，将流量偏差与良率对应存储。通过对应存储流量偏差与良率，以建立良率和流量偏差的对应关系，从而为利用良率确定流量偏差的取值范围提供数据基础。
67.需要说明的是，收集基础数据的对象为单个晶圆的良率、所有刻蚀设备对应的流量偏差以及所有刻蚀工艺对应的流量偏差。在一个已经启动的刻蚀设备或刻蚀流程中，其流量偏差通常是不变的。例如，有三个刻蚀设备a、b、c，分别执行工艺m、n、p。在确定刻蚀设备为a刻蚀工艺为m的条件下，对于单个晶圆其良率和流量偏差是唯一确定的。上述刻蚀设备和刻蚀工艺共有9种组合，这意味最多采集9种流量偏差和良率的对应关系。
68.b.利用基础数据确定流量偏差的取值范围
69.首先按照刻蚀设备维度和刻蚀工艺维度，对采集到的基础数据进行分类。在实际操作过称中，实际气流量的测量设备采用同一型号的，加之测量设备通常具有较高的精度，因此测量设备对流量偏差的影响可以忽略。
70.需要说明的是，刻蚀设备维度的基础数据是指同一刻蚀设备在多个不同的刻蚀工艺条件下的流量偏差与良率的对应关系。刻蚀工艺维度的基础数据是指同一刻蚀工艺条件在多个不同刻蚀设备上的流量偏差与良率的对应关系。
71.针对刻蚀设备维度，根据刻蚀设备对应的流量偏差与良率的对应关系，确定第一取值范围，第一取值范围适用于刻蚀设备对应的理论气流量与实际气流量的流量偏差。具体地，将没有达标的良率对应的流量偏差剔除，并利用剩余的流量偏差，得到流量偏差的第一取值范围。例如，刻蚀设备a分别采用5种不同工艺条件下刻蚀了5个晶圆，其流量偏差和
良率如表1所示：
72.表1 5种不同工艺条件下刻蚀的5个晶圆的流量偏差和良率
[0073][0074]
假设晶圆要求良率大于95％，则剔除良率90％对应的流量偏差，并利用剩下的流量偏差得到第一取值范围为[132.1，134.2]。
[0075]
针对刻蚀工艺维度，根据刻蚀工艺对应的流量偏差与良率的对应关系，确定第二取值范围，第二取值范围适用于刻蚀工艺对应的理论气流量与实际气流量的流量偏差。具体地，将没有达标的良率对应的流量偏差剔除，并利用剩余的流量偏差，得到流量偏差的第二取值范围。例如，利用刻蚀工艺l应用分别在5个刻蚀设备上刻蚀了5个晶圆，其流量偏差和良率如表2所示：
[0076]
表2相同工艺条件下刻蚀的5个晶圆的流量偏差和良率
[0077][0078]
假设晶圆要求良率大于95％，则剔除良率92.7％对应的流量偏差，并利用剩下的流量偏差得到第一取值范围为[131.7，133.1]。
[0079]
上述实施例是分别从二个维度，确定流量偏差的取值范围。为了进一步精确地确定流量偏差的取值范围，本发明实施例将两个维度结合起来得到新定的流量偏差，即确定第一取值范围和第二取值范围的交集为预设取值范围。需要说明的是，从两个维度确定预设取值范围，需要确定相应的刻蚀工艺可以用在相应的刻蚀设备上。以表1和表2中的数据为例，当刻蚀工艺l可以在刻蚀设备a上应用时，确定预设取值范围为[132.1，133.1]，从而保证利用刻蚀设备运行相应的刻蚀工艺时，气流量不会过多或过少。
[0080]
综上所述，第一取值范围和第二取值范围既可以单独作为预设取值范围，也可以相互结合以得到预设取值范围。由此可知，本发明实施例提供的技术方案能从多个维度设定预设取值范围，甚至可以兼顾刻蚀工艺和刻蚀设备。
[0081]
由于本发明实施例采实时获取最新的良率和气流量的对应关系，以实时更新基础数据，以便于后续利用大数据的方法更新第一取值范围和第二取值范围，从而彻底解决由终阀腐蚀程度导致良率降低的问题。此外，以便于晶圆后期出现问题时，可以通过存储的基础数据对晶圆的刻蚀工艺和刻蚀设备进行溯源，并根据出现的问题调整刻蚀工艺、优化刻蚀设备。例如，晶圆卖给客户后，客户会在具体的应用过程中发现该晶圆存在缺陷，并将该情况反馈给晶圆生产商，生产商可以根据之前存储的基础数据分析是哪一步刻蚀出现问题或哪一个刻蚀设备出现问题，最后实现优化出现问题的刻蚀设备或刻蚀工艺。
[0082]
本发明实施例提供了一种刻蚀流程控制装置，包括：数据库、信号转换器、气体流
量计和控制器；
[0083]
如图2所示，等离子气体源产生等离子气体后，由气流量管理设备混合得到等离子气体并通过终阀和刻蚀气体输送管道将混合气体输送至刻蚀腔室。气体流量计设置在预设检测节点，检测节点设置在刻蚀气体输送管道靠近刻蚀腔室进气口的一侧。
[0084]
控制器分别连接终阀和气体流量计，用于从终阀获取第一气流量数据，以及从气体流量计获取第二气流量数据；根据第一气流量数据和第二气流量数据，确定理论气流量与实际气流量的流量偏差；根据流量偏差与预设取值范围的关系，控制当前刻蚀流程。
[0085]
信号转换器一端连接气体流量计，另一端连接控制器；在气体流量计使用的数据格式和控制器使用的数据格式不同时，信号转换器用于将第二气流量数据从气体流量计使用的数据格式转化成控制器使用的数据格式。例如，第二气流量数据可能为电压、电流等参数，因此信号转换器需要根据函数关系将第二气流量数据转化成实际气流值，控制器再确定流量偏差。
[0086]
数据库存储流量偏差与当前工艺流程良率的对应关系。
[0087]
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。