CN104979228A - 薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备，其包括以下步骤：S1，将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度；S2，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。本发明提供的薄膜厚度的控制方法，其可以在线检测薄膜厚度，从而不仅可以在薄膜厚度未达到工艺要求时及时地调整工艺配方，以使各个被加工工件的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。

Description

薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备。 

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）作为一种薄膜沉积技术，主要用于各种功能薄膜的沉积，并被广泛应用于集成电路、太阳能电池、LED、平板显示等的半导体领域。在生产应用的过程中，一般通过调节沉积时间来控制沉积薄膜的厚度，但是，由于薄膜的沉积速率会在工艺过程中随着靶材的消耗而发生变化，这使得在使用同一工艺配方的条件下，对不同晶片沉积的薄膜厚度不同，从而造成工艺的重复性较低。 

为此，现有的一种物理气相沉积工艺是采用下述薄膜厚度的控制方法来使各个晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求，即：定期检测薄膜厚度，并根据检测结果适当地调整工艺配方，以使在进行后续的沉积工艺时，获得的薄膜厚度能够满足工艺要求。具体地，预先根据经验设定检测薄膜厚度的周期（通常为每间隔24小时或者48小时进行一次检测）；在检测时，首先在一片测试片上沉积薄膜，并在完成沉积之后检测该薄膜的厚度；然后，计算检测获得的薄膜厚度与目标厚度（即，满足工艺要求的理想薄膜厚度）的差值，并根据该差值调整工艺配方（例如，调整下一次沉积的工艺时间）；最后，重复进行一次上述沉积薄膜和检测薄膜厚度的过程，以确认调整后的工艺配方能否获得理想的薄膜厚度。 

然而，上述薄膜厚度的控制方法在实际应用中不可避免地存在以下问题： 

其一，由于上述控制方法每经过一个周期才能进行一次薄膜厚 度的检测，具有滞后性，导致无法检测周期内的薄膜厚度，并及时进行调整，从而无法保证周期内的所有晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求。 

其二，由于上述控制方法需要人工定期进行薄膜厚度的检测和调整，这不仅增加了人力和使用成本，而且还降低了设备的使用效率。 

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备，其可以在线检测薄膜厚度，从而不仅可以在薄膜厚度未达到工艺要求时及时地调整工艺配方，以使各个被加工工件的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。 

为实现本发明的目的而提供一种薄膜厚度的控制方法，包括以下步骤： 

S1，将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度； 

S2，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

优选的，所述步骤S2还包括以下步骤： 

S21，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并判断该差值是否超出预设的厚度范围内，若是，则进行步骤S22； 

S22，根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

优选的，所述进行薄膜沉积工艺的工艺配方包括工艺时间和/或溅射功率。 

优选的，在所述步骤S2中，在保持所述溅射功率不变的前提下，调节所述工艺时间。 

优选的，在所述步骤S2中，在保持所述工艺时间不变的前提下，调节所述溅射功率。 

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括用于对被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺模块，其特征在于，还包括检测单元、计算单元和控制单元，其中所述检测单元设置在被加工工件的传输路径上，且位于所述工艺模块的下游，用于在完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件到达所述检测单元所在位置处，并暂停时，检测该被加工工件的薄膜厚度，且将该薄膜厚度发送至所述计算单元；所述计算单元用于计算来自所述检测单元的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并将该差值发送至所述控制单元；所述控制单元用于根据所述差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

优选的，所述薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为透明薄膜；所述检测单元包括光学传感器。 

优选的，所述薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为非透明的金属薄膜；所述检测单元包括超声波传感器。 

优选的，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备或者化学气相沉积设备。 

本发明具有以下有益效果： 

本发明提供的薄膜厚度的控制方法，其通过将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度，可以实现薄膜厚度的在线检测，从而可以通过计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，及时地调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度，进而不仅可以使各个晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。 

本发明提供的半导体加工设备，其通过在被加工工件的传输路径上且位于工艺模块的下游设置检测单元，该检测单元用于检测该被加工工件的薄膜厚度，并发送至计算单元，通过利用该计算单元计算来自检测单元的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并利用控制单元根据该差值及时地调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，可以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度， 从而不仅可以使各个晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。 

附图说明

图1为本发明提供的薄膜厚度的控制方法的流程框图； 

图2为本发明提供的半导体加工设备的原理框图； 

图3为本发明提供的半导体加工设备的装卸模块的剖视图；以及 

图4为本发明提供的半导体加工设备的流程框图。 

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的薄膜厚度的控制方法以及半导体加工设备进行详细描述。 

图1为本发明提供的薄膜厚度的控制方法的流程框图。请参阅图1，本发明提供一种薄膜厚度的控制方法，其包括以下步骤： 

S1，将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度； 

S2，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

通过将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度，可以实现薄膜厚度的在线检测，从而可以通过计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，及时地调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度，进而不仅可以使各个晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。 

在步骤S1中，后续的传输路径是指完成薄膜沉积工艺的被加工工件在后续的传输过程中经过的途径，可以使被加工工件在该途径的 任意位置处暂停，以进行薄膜厚度的检测。 

在步骤S2中，所谓预设的目标厚度，是指预设的在能够满足工艺要求的薄膜厚度。 

优选的，步骤S2还可以包括以下步骤： 

S21，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并判断该差值是否超出预设的厚度范围内，若是，则进行步骤S22；若否，则无需调整工艺配方，并以当前的工艺配方对下个被加工工件进行薄膜沉积工艺。 

S22，根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

借助上述步骤S21和S22，无需在对每个被加工工件行薄膜沉积工艺之前，均进行一次工艺配方的调整，而只需差值超出预设的厚度范围时才进行工艺配方的调整，从而可以简化工艺流程、提高工艺效率。 

优选的，进行薄膜沉积工艺的工艺配方包括工艺时间和/或溅射功率。通常，就PVD镀膜工艺而言，工艺的沉积速率和溅射功率成正比；薄膜厚度和工艺时间成正比。而且，在相同的工艺时间下，若不同的被加工工件的薄膜厚度发生变化，则是由于薄膜的沉积速率发生变化造成的。因此，为了控制薄膜厚度，以保证各个被加工工件的薄膜厚度均能够满足工艺要求，可以通过调节加工不同的被加工工件的工艺时间来补偿，和/或，也可以通过调节加工不同的被加工工件的溅射功率来补偿。也就是说，若检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值超出预设的厚度范围，则可以通过调节工艺时间和/或溅射功率来使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

例如，假设目标厚度为Th0，加工前一个被加工工件的工艺时间为T0，溅射功率为P0，检测前一个被加工工件的薄膜厚度为Th。若检测到的薄膜厚度Th与目标厚度Th0的差值超出预设的厚度范围，则可以在对下一个被加工工件进行工艺之前，保持溅射功率P0不变，并调节加工下一个被加工工件的工艺时间，并将该工艺时间调整至Th0* T0/Th。或者，也可以在对下一个被加工工件进行工艺之 前，保持工艺时间不变，并调节加工下一个被加工工件的溅射功率，并将该溅射功率调整至Th0* P0/Th。 

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，图2为本发明提供的半导体加工设备的原理框图。请参阅图2，半导体加工设备包括用于对被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺模块1、传输模块2、装卸模块3、检测单元4、计算单元5和控制单元6。 

其中，传输模块2中设置有机械手，该机械手用于自工艺模块1将完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件传输至装卸模块3中；装卸模块3设置在被加工工件的传输路径上，且位于工艺模块1的下游，用于承载完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件；检测单元4设置在被加工工件的传输路径上，且位于工艺模块1的下游。在本实施例中，检测单元4设置在装卸模块3中。具体地，如图3所示，装卸模块3包括装卸腔室31；在装卸腔室31中设置有用于承载被加工工件7的承载装置32；检测单元4设置在装卸腔室31中，且位于该装卸腔室31的上方，优选的，该检测单元4可以安装在装卸腔室31的顶壁上，且位于置于承载装置32上的被加工工件7中心位置（或者边缘位置等的其他任意位置）的正上方。 

检测单元4用于在完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件到达检测单元4所在位置处，并暂停时，即，在完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件7到达装卸腔室31内，并置于承载装置32上之后，检测单元4通过朝向被加工工件7发射信号，以及接收由被加工工件7反射的反馈信号，来检测该被加工工件7的薄膜厚度，且将该薄膜厚度发送至计算单元5。在实际应用中，若薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为透明薄膜，则检测单元4可以采用光学传感器；若薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为非透明的金属薄膜，则检测单元4可以采用超声波传感器。 

计算单元5用于计算来自所述检测单元的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并将该差值发送至控制单元6；控制单元6用于根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。控制单元6可以 为计算机、PLC等的微处理器。 

图4为本发明提供的半导体加工设备的流程框图。请参阅图4，采用本发明提供的半导体加工设备进行薄膜沉积工艺的流程具体可以包括以下步骤： 

S10，将被加工工件传入工艺模块1； 

S20，加载工艺配方，以对被加工工件进行薄膜沉积工艺； 

S30，在完成薄膜沉积工艺之后，利用机械手自工艺模块1将该被加工工件传入装卸模块3，并暂停被加工工件的传输，以使其停留在装卸模块3中； 

S40，利用检测单元4检测装卸模块3中的被加工工件的薄膜厚度，并将其发送至计算单元5； 

S50，利用计算单元5计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并将该差值发送至控制单元6； 

S60，利用控制单元6判断该差值是否超出预设的厚度范围，若是，则进入步骤S70；若否，则进入步骤S10，无需调整工艺配方，并直接将下一个被加工工件传入工艺模块1。 

S70，利用控制单元6根据差值调整工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。 

需要说明的是，在实际应用中，半导体加工设备可以为诸如物理气相沉积设备或者化学气相沉积设备等等。 

本发明提供的半导体加工设备，其通过在被加工工件的传输路径上且位于工艺模块的下游设置检测单元，该检测单元用于检测该被加工工件的薄膜厚度，并发送至计算单元；通过利用该计算单元计算来自检测单元的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并利用控制单元根据该差值及时地调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，可以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度，从而不仅可以使各个晶片的薄膜厚度均能够满足工艺要求，而且还可以降低人力和使用成本、提高设备的使用效率。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的 普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种薄膜厚度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将完成薄膜沉积工艺的被加工工件在其后续的传输路径上暂停，并检测该被加工工件的薄膜厚度；

S2，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。

2.根据权利要求1所述的薄膜厚度的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括以下步骤：

S21，计算检测到的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并判断该差值是否超出预设的厚度范围内，若是，则进行步骤S22；

S22，根据该差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。

3.根据权利要求1所述的薄膜厚度的控制方法，其特征在于，所述进行薄膜沉积工艺的工艺配方包括工艺时间和/或溅射功率。

4.根据权利要求3所述的薄膜厚度的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在保持所述溅射功率不变的前提下，调节所述工艺时间。

5.根据权利要求3所述的薄膜厚度的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在保持所述工艺时间不变的前提下，调节所述溅射功率。

6.一种半导体加工设备，包括用于对被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺模块，其特征在于，还包括检测单元、计算单元和控制单元，其中

所述检测单元设置在被加工工件的传输路径上，且位于所述工艺模块的下游，用于在完成薄膜沉积工艺之后的被加工工件到达所述检测单元所在位置处，并暂停时，检测该被加工工件的薄膜厚度，且将该薄膜厚度发送至所述计算单元；

所述计算单元用于计算来自所述检测单元的薄膜厚度与预设的目标厚度的差值，并将该差值发送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据所述差值调整对下一个被加工工件进行薄膜沉积工艺的工艺配方，以使下一个被加工工件的薄膜厚度达到预设的目标厚度。

7.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为透明薄膜；

所述检测单元包括光学传感器。

8.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述薄膜沉积工艺所沉积的薄膜材料为非透明的金属薄膜；

所述检测单元包括超声波传感器。

9.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备或者化学气相沉积设备。