CN104743503A - 深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备，其中方法包括沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤，沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤交替进行，沉积匹配步骤包括：检测射频电源的第一输出功率；根据第一输出功率计算第一驱动装置的调整量；根据第一驱动装置的调整量调节第一可变阻抗元件至沉积匹配位置，并对晶圆进行沉积工艺；刻蚀匹配步骤包括：检测射频电源的第二输出功率；根据第二输出功率计算第二驱动装置的调整量；根据第二驱动装置的调整量调节第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置，并对晶圆进行刻蚀工艺；其有效的避免了由于沉积和刻蚀工艺中的工艺参数差别较大，而引起的对同一可变阻抗元件进行阻抗匹配的时间较长的现象，保证了工艺的稳定性。

Description

深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，特别是涉及一种深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备。

背景技术

随着MEMS（现代微机电系统，Micro Electro Mechanical System）和MEMS器件在汽车和消费电子领域的广泛应用，以及TSV（硅通孔刻蚀，Through SiliconEtch）技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体硅深刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中应用最为广泛的工艺之一。

目前主流的硅深刻蚀工艺为德国一家公司发明的Bosch工艺或在Bosch工艺上进行的优化。其主要特点为：整个刻蚀过程为一个循环单元的多次重复，该循环单元包括刻蚀步骤和沉积步骤，即整个刻蚀过程是刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环。采用现有深硅刻蚀设备进行深硅刻蚀工艺时，由于线圈与射频电源之间存在严重的阻抗失配，因此，通常需要在射频电源和线圈之间插入匹配器，进行线圈与射频电源的阻抗匹配。一般而言，匹配器中的可变阻抗元件均设有初始值，当射频电源没有功率输出时，可变阻抗元件的值为初始值，当开始深硅刻蚀工艺时，即射频电源开始输出功率时，可变阻抗元件从其初始值开始调整，直至匹配，工艺结束后，可变阻抗元件返回其初始值，等待下次工艺开始。

由于Bosch工艺的沉积和刻蚀步骤工艺参数差别较大，匹配器中的可变阻抗元件匹配值的差别也相应较大，所以，在沉积和刻蚀步骤交替进行过程中，自动匹配器中的可变阻抗元件需要每次返回初始值，再重新匹配至新的匹配值，导致匹配时间较长，影响工艺的稳定进行。

发明内容

基于此，有必要针对匹配器中可变阻抗元件匹配时间较长，影响工艺稳定性的问题，提供一种深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备。

一种深硅刻蚀工艺匹配方法，包括沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤，所述沉积匹配步骤和所述刻蚀匹配步骤交替进行，所述沉积匹配步骤包括：

检测射频电源的第一输出功率；

根据所述第一输出功率计算第一驱动装置的调整量；

根据所述第一驱动装置的调整量调节第一可变阻抗元件至沉积匹配位置，并对晶圆进行沉积工艺；

对所述晶圆进行沉积工艺完成后，执行所述刻蚀匹配步骤，其中：

所述刻蚀匹配步骤包括：

检测所述射频电源的第二输出功率；

根据所述第二输出功率计算第二驱动装置的调整量；

根据所述第二驱动装置的调整量调节第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置，并对所述晶圆进行刻蚀工艺。

其中，所述沉积匹配步骤中，对所述晶圆进行沉积工艺完成后，控制所述第一可变阻抗元件至沉积匹配位置保持不变。

其中，所述刻蚀匹配步骤中，对所述晶圆进行刻蚀工艺完成后，控制所述第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置保持不变。

相应的，为实现上述深硅刻蚀工艺匹配方法，本发明还提供了一种深硅刻蚀工艺匹配系统，包括射频电源，还包括第一匹配器、第二匹配器和控制模块，所述第一匹配器和所述第二匹配器并联；

所述控制模块的一端与所述射频电源的输出端连接，另一端与所述第一匹配器的输入端和所述第二匹配器的输入端连接，用于控制所述第一匹配器和所述第二匹配器，分别与所述射频电源的连接与断开；其中：

所述第一匹配器，包括第一检测模块、第一计算模块和第一执行模块，所述第一执行模块包括第一可变阻抗元件和第一驱动装置；其中：

所述第一检测模块，用于检测所述射频电源的第一输出功率；

所述第一计算模块，用于根据所述第一输出功率计算所述第一驱动装置的调整量；

所述第一驱动装置，用于根据所述第一驱动装置的调整量调节所述第一可变阻抗元件至沉积匹配位置；

所述第二匹配器，包括第二检测模块、第二计算模块和第二执行模块，所述第二执行模块包括第二可变阻抗元件和第二驱动装置；其中：

所述第二检测模块，用于检测所述射频电源的第二输出功率；

所述第二计算模块，用于根据所述第二输出功率计算所述第二驱动装置的调整量；

所述第二驱动装置，用于根据所述第二驱动装置的调整量调节所述第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置。

作为一种可实施方式，所述控制模块为单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的动端与所述射频电源的输出端连接，不动端分别与所述第一匹配器的输入端和所述第二匹配器的输入端连接。

较佳地，所述控制模块包括第一断路器和第二断路器；其中：

所述第一断路器的输入端和所述第二断路器的输入端均与所述射频电源的输出端连接；

所述第一断路器的输出端与所述第一匹配器的输入端连接；

所述第二断路器的输出端与所述第二匹配器的输入端连接。

其中，所述控制模块为耐高功率耐高温的器件。

其中，所述第一检测模块和所述第二检测模块均为传感器，所述第一计算模块和所述第二计算模块均为计算器。

相应的，本发明还提供了一种深硅刻蚀工艺设备，包括上述任一种深硅刻蚀工艺匹配系统。

本发明提供的一种深硅刻蚀工艺匹配方法、系统和设备，其中方法是，通过在沉积匹配步骤中，对第一可变阻抗元件进行阻抗匹配；在刻蚀匹配步骤中，对第二可变阻抗元件进行阻抗匹配，有效的避免了由于沉积工艺和刻蚀工艺中的工艺参数差别较大，而引起的对同一可变阻抗元件进行阻抗匹配的时间较长的现象，保证了工艺的稳定性。

附图说明

图1为深硅刻蚀工艺匹配方法一具体实施例流程图；

图2为深硅刻蚀工艺匹配系统一具体实施例示意图；

图3为深硅刻蚀工艺设备一具体实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，一种深硅刻蚀工艺匹配方法，包括沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤，沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤交替进行，沉积匹配步骤包括：

S110，检测射频电源的第一输出功率；

S130，根据第一输出功率计算第一驱动装置的调整量；

S150，根据第一驱动装置的调整量调节第一可变阻抗元件至沉积匹配位置，并对晶圆进行沉积工艺；

对晶圆进行沉积工艺完成之后，执行刻蚀匹配步骤，其中：

刻蚀匹配步骤包括：

S120，检测射频电源的第二输出功率；

S140，根据第二输出功率计算第二驱动装置的调整量；

S160，根据第二驱动装置的调整量调节第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置，并对晶圆进行刻蚀工艺。

本发明提供的一种深硅刻蚀工艺匹配方法，通过在沉积匹配步骤中，对第一可变阻抗元件进行阻抗匹配；在刻蚀匹配步骤中，对第二可变阻抗元件进行阻抗匹配，有效的避免了由于沉积工艺和刻蚀工艺中的工艺参数差别较大，而引起的对同一可变阻抗元件进行阻抗匹配的时间较长的现象，保证了深硅刻蚀工艺的稳定性。

较佳地，作为一种可实施方式，沉积匹配步骤中，对晶圆进行沉积工艺完成后，控制第一可变阻抗元件至沉积匹配位置保持不变。对于同一晶圆进行工艺处理时，通过设置在对晶圆进行沉积工艺完成之后，控制第一可变阻抗元件位置保持不变，当再次进行沉积匹配步骤时，由于每次沉积工艺过程中的工艺参数基本相同，因此，再次对第一可变阻抗元件进行阻抗匹配时，第一可变阻抗元件的位置与之前进行匹配的位置相差不多，这就大大减少了沉积匹配步骤的时间，进而有效地保证了工艺的稳定进行。

较佳地，作为一种可实施方式，刻蚀匹配步骤中，对晶圆进行刻蚀工艺完成后，控制第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置保持不变。同理，对于同一晶圆进行工艺处理时，通过设置在对晶圆进行刻蚀工艺完成之后，控制第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置保持不变，当再次进行刻蚀匹配步骤时，由于每次刻蚀工艺过程中的工艺参数基本相同，因此，再次对第二可变阻抗元件进行阻抗匹配时，第二可变阻抗元件的位置与之前进行匹配的位置相差不多，这也就大大减少了刻蚀匹配步骤的时间，进而有效地保证了工艺的稳定进行。

参见图2，相应的，为实现深硅刻蚀工艺匹配方法，本发明还提供了一种深硅刻蚀工艺匹配系统200，包括射频电源210，还包括第一匹配器220、第二匹配器230和控制模块240，第一匹配器220和第二匹配器230并联；

控制模块240的一端与射频电源210的输出端连接，另一端与第一匹配器220的输入端和第二匹配器230的输入端连接，用于控制第一匹配器220与射频电源210的连接与断开，和第二匹配器230与射频电源210的连接与断开；其中：

第一匹配器220，包括第一检测模块221、第一计算模块222和第一执行模块223，第一执行模块223包括第一可变阻抗元件2231和第一驱动装置2232；其中：

第一检测模块221，用于检测射频电源210的第一输出功率；

第一计算模块222，用于根据第一输出功率计算第一驱动装置2232的调整量；

第一驱动装置2232，用于根据第一驱动装置2232的调整量调节第一可变阻抗元件2231至沉积匹配位置；

第二匹配器230，包括第二检测模块231、第二计算模块232和第二执行模块233，第二执行模块233包括第二可变阻抗元件2331和第二驱动装置2332；其中：

第二检测模块231，用于检测射频电源210的第二输出功率；

第二计算模块232，用于根据第二输出功率计算第二驱动装置2332的调整量；

第二驱动装置2332，用于根据第二驱动装置2332的调整量调节第二可变阻抗元件2331至刻蚀匹配位置。

值得说明的是，第一检测模块221和第二检测模块231均为传感器，第一计算模块222和第二计算模块232均为计算器。

参见图3，以本发明提供的包括上述任一种深硅刻蚀工艺匹配系统的一种深硅刻蚀设备300为例，对上述深硅刻蚀工艺匹配系统进行详细的说明。

较佳地，作为一种可实施方式，控制模块240为单刀双掷开关；单刀双掷开关的动端与射频电源210的输出端连接，不动端分别与第一匹配器220的输入端和第二匹配器230的输入端连接。

当进行沉积工艺时，控制器310控制射频电源210输出相应功率，同时控制单刀双掷开关连接到第一匹配器220的输入端，此时，第一匹配器220的传感器检测到射频电源210有功率输出，通过计算器计算出第一驱动装置2232的调整量，第一驱动装置2232根据该调整量调节第一可变阻抗元件2231至沉积匹配位置，沉积工艺结束后，第一匹配器220中的第一可变阻抗元件2231维持当前的沉积匹配位置不变；当进行刻蚀工艺时，控制器310控制射频电源210输出相应功率，同时控制单刀双掷开关连接到第二匹配器230的输入端，此时，第二匹配器230的传感器检测到射频电源210有功率输出，通过计算器计算出第二驱动装置2332的调整量，第二驱动装置2332根据该调整量调节第二可变阻抗元件2331至刻蚀匹配位置，刻蚀工艺结束后，第二匹配器230的第二可变阻抗元件2331维持当前的刻蚀匹配位置不变；当进行第二次沉积时，单刀双掷开关重新连接到第一匹配器220的输入端，第一匹配器220的第一可变阻抗元件2231从上次沉积的匹配值开始调整，因为每次沉积工艺的参数基本相同，故第一匹配器220中的第一可变阻抗元件2231的匹配值也与上一次相差不大，因此可以实现快速匹配；第二次刻蚀匹配的操作同理；之后每次沉积和刻蚀工艺的循环，均重复上述过程。

作为一种可实施方式，控制模块240包括第一断路器和第二断路器；其中：第一断路器的输入端和第二断路器的输入端均与射频电源210的输出端连接；第一断路器的输出端与第一匹配器220的输入端连接；第二断路器的输出端与第二匹配器230的输入端连接。

较佳地，作为一种可实施方式，控制模块240为耐高功率耐高温的器件。射频电源210输出的功率较高，控制模块240需要采用耐高功率耐高温的专用器件，以保证工艺过程的安全性和稳定性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种深硅刻蚀工艺匹配方法，包括沉积匹配步骤和刻蚀匹配步骤，所述沉积匹配步骤和所述刻蚀匹配步骤交替进行，其特征在于，

所述沉积匹配步骤包括：

检测射频电源的第一输出功率；

根据所述第一输出功率计算第一驱动装置的调整量；

根据所述第一驱动装置的调整量调节第一可变阻抗元件至沉积匹配位置，并对晶圆进行沉积工艺；

对所述晶圆进行沉积工艺完成后，执行所述刻蚀匹配步骤，其中：

所述刻蚀匹配步骤包括：

检测所述射频电源的第二输出功率；

根据所述第二输出功率计算第二驱动装置的调整量；

根据所述第二驱动装置的调整量调节第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置，并对所述晶圆进行刻蚀工艺。

2.根据权利要求1所述的深硅刻蚀工艺匹配方法，其特征在于，所述沉积匹配步骤中，对所述晶圆进行沉积工艺完成后，控制所述第一可变阻抗元件至沉积匹配位置保持不变。

3.根据权利要求2所述的深硅刻蚀工艺匹配方法，其特征在于，所述刻蚀匹配步骤中，对所述晶圆进行刻蚀工艺完成后，控制所述第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置保持不变。

4.一种深硅刻蚀工艺匹配系统，包括射频电源，其特征在于，还包括第一匹配器、第二匹配器和控制模块，所述第一匹配器和所述第二匹配器并联；

所述控制模块的一端与所述射频电源的输出端连接，另一端与所述第一匹配器的输入端和所述第二匹配器的输入端连接，用于控制所述第一匹配器和所述第二匹配器，分别与所述射频电源的连接与断开；其中：

所述第一匹配器，包括第一检测模块、第一计算模块和第一执行模块，所述第一执行模块包括第一可变阻抗元件和第一驱动装置；其中：

所述第一检测模块，用于检测所述射频电源的第一输出功率；

所述第一计算模块，用于根据所述第一输出功率计算所述第一驱动装置的调整量；

所述第一驱动装置，用于根据所述第一驱动装置的调整量调节所述第一可变阻抗元件至沉积匹配位置；

所述第二匹配器，包括第二检测模块、第二计算模块和第二执行模块，所述第二执行模块包括第二可变阻抗元件和第二驱动装置；其中：

所述第二检测模块，用于检测所述射频电源的第二输出功率；

所述第二计算模块，用于根据所述第二输出功率计算所述第二驱动装置的调整量；

所述第二驱动装置，用于根据所述第二驱动装置的调整量调节所述第二可变阻抗元件至刻蚀匹配位置。

5.根据权利要求4所述的深硅刻蚀工艺匹配系统，其特征在于，所述控制模块为单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的动端与所述射频电源的输出端连接，不动端分别与所述第一匹配器的输入端和所述第二匹配器的输入端连接。

6.根据权利要求4所述的深硅刻蚀工艺匹配系统，其特征在于，所述控制模块包括第一断路器和第二断路器；其中：

所述第一断路器的输入端和所述第二断路器的输入端均与所述射频电源的输出端连接；

所述第一断路器的输出端与所述第一匹配器的输入端连接；

所述第二断路器的输出端与所述第二匹配器的输入端连接。

7.根据权利要求4至6任一项所述的深硅刻蚀工艺匹配系统，其特征在于，所述控制模块为耐高功率耐高温的器件。

8.根据权利要求7所述的深硅刻蚀工艺匹配系统，其特征在于，所述第一检测模块和所述第二检测模块均为传感器，所述第一计算模块和所述第二计算模块均为计算器。

9.一种深硅刻蚀工艺设备，其特征在于，包括如权利要求4至8任一项所述的深硅刻蚀工艺匹配系统。