CN106292814B - 电压自动修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体生产和加工领域。本发明揭示了一种电压自动修正方法，涉及N个同款的半导体设备，N为不小于2的整数，包括步骤：选取其中一部半导体设备作为基准设备，并控制基准设备与其他半导体设备的工艺条件均相同；对基准设备和其他半导体设备施加一个相同的基准电压函数V1，并测量基准电压函数V1下基准设备和其他半导体设备的电流函数I₁，I₂，I₃，…，I_N；根据欧姆定律进行一系列的计算，得到其他半导体设备关于基准设备的电压修正系数β₂，β₃，…，β_N。采用本发明的技术方案，在相同的工艺条件下，能够将同款的多台不同半导体设备的工艺结果调节一致，使半导体设备做出的工艺结果更具说服力。

Description

电压自动修正方法

技术领域

本发明涉及半导体生产和加工领域，更具体的说，涉及一种适用于半导体设备的电压自动修正方法。

背景技术

大至政府对智能城市的规划，小至普通消费者对智能家居的向往，智能生活的美好愿景激发了半导体电子产品的爆发式增长，这也为半导体生产制造厂商带来了福音，大大提高了他们生产更多半导体设备的意愿。

半导体设备多用于对晶圆进行加工处理。在某些情况下，为了达到更好的工艺效果，需要牺牲调节的方便、舍弃恒流源的设计，而采用恒压源对半导体设备中的电流进行调节。这种情况比较典型地，出现在对晶圆进行无应力电化学抛光的工艺中。如图1所示的是一台无应力电化学抛光机台的电路示意图，该电路包括抛光腔负载101、电路负载102以及抛光电源103。其中，抛光腔负载101处的电流需要控制，但为了达到更好的抛光效果，抛光电源103选用的是恒压源，因此抛光腔负载101处的电流需要通过调节抛光电源103的输出电压来加以实现。

但是，采用恒压源的设计也有一定的弊端，需要克服。具体而言，假设有A、B两台同款的无应力电化学抛光机台，二者的结构设计、电路排布、性能参数以及工作模式等理论上应该是相同的，因此可简单的认为二者在电路负载102部分的电阻是基本相同的，那么在由抛光电源103提供的给定的电压下，抛光腔负载101部分的电流就与抛光腔负载101的电阻逆相关。然而，能够影响抛光腔负载101电阻的因素很多，主要涉及具体的抛光条件，例如所使用的晶圆的结构、抛光液的浓度和粘度、以及抛光所使用的电极性能等都会对抛光腔负载101的电阻产生影响。作为半导体设备的生产厂商，对于其所生产的两台同款的无应力电化学抛光机台，当然希望在给定相同的抛光条件时，由A、B两台设备进行工艺处理后所得的抛光结果是相同的，亦即需要保证流经抛光腔负载101的电流完全相同。遗憾的是即使抛光条件控制得再严格，误差的存在也会使A、B两台设备的抛光腔负载101的电阻(或者抛光腔负载101和电路负载102组成的总电阻)有所不同，从而导致流经抛光腔负载101的电流不同，最终造成A、B两台设备在相同的抛光条件下对晶圆进行抛光处理，所得的抛光结果却存在差别，不相一致。

上述缺陷在同一半导体机台的多个工艺腔室之间体现的更为严重，因为施加至各个工艺腔室的电压往往由半导体机台的控制终端统一发出指令，也即施加至各个工艺腔室的电压完全相同，未经任何修正。那么，在这样的电压配置下，由于各腔室负载的电阻不同，当然地各腔室所获得的工艺结果也将不同。最终由同一半导体机台处理过后的晶圆，呈现出的工艺结果则会千差万别，无法统一。

发明内容

本发明揭示了一种电压自动修正方法，能够对同款的多台半导体设备的电压进行修正。经过修正后，各台半导体设备能够在给定的相同工艺条件下，获得相同的工艺结果，从而消除了各台半导体设备之间存在的差异所造成的影响。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电压自动修正方法，涉及N个同款的半导体设备，N为不小于2的整数，包括步骤：

选取其中一部半导体设备作为基准设备，并控制基准设备以及剩余的其他半导体设备的工艺条件均相同；

对基准设备施加基准电压函数V₁，并测量此基准电压函数V₁下基准设备对应的目标电流函数I₁，同时对剩余的其他半导体设备也施加相同的基准电压函数V₁并测量获得此基准电压函数V₁下剩余的其他半导体设备对应的电流函数I₂，I₃，…，I_N；

根据基准电压函数V₁以及剩余的其他半导体设备对应的电流函数I₂，I₃，…，I_N计算剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N；

根据目标电流函数I₁以及剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N计算剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N；

根据基准电压函数V₁以及剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N计算剩余的其他半导体设备的电压修正系数β₂，β₃，…，β_N；

在工艺条件不变的情况下，应用所得的剩余的其他半导体设备的电压修正系数β₂，β₃，…，β_N，根据施加至基准设备的任意电压函数U₁将剩余的其他半导体设备的电压函数修正至对应的再修正电压函数U₂，U₃，…，U_N，以使此状态下基准设备以及剩余的其他半导体设备的电流函数均相同。

进一步地，剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N，以及剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N通过欧姆定律计算获得。

进一步地，剩余的其他半导体设备再修正电压函数为U_i＝β_i*U₁，i为2至N。

进一步地，剩余的其他半导体设备的电压修正系数β_i＝V_i/V₁，i为2至N。

进一步地，N个同款的半导体设备为N个独立的半导体工艺机台。

进一步地，N个同款的半导体设备为一台半导体工艺机台中的N个工艺腔室。

进一步地，工艺条件包括以下一个或多个：每个半导体设备中所使用的晶圆的结构，每个半导体设备中所使用的化学药剂的用量及性质，每个半导体设备中的温度及压强，每个半导体设备中的电极的性能，以及每个半导体设备的运作模式。

进一步地，电压自动修正方法写入半导体设备的计算机程序，以自动对半导体设备的电压进行校正。

采用本发明申请提供的技术方案，能够确保同款的多台半导体设备在恒压源供电的情况下仍能便捷准确地控制电流，解决不同设备之间的差异性问题。

附图说明

图1是无应力电化学抛光机台的电路示意图；

图2是本发明具体实施方式中所使用的抛光设备的结构示意图；

图3是本发明第一具体实施方式的步骤框图；

图4是本发明第一具体实施方式中在基准电压函数下测得的两台抛光设备的电流函数对应关系表；

图5是本发明第一具体实施方式中在目标电流函数下所得的修正电压函数对应关系表；

图6是本发明第一具体实施方式中的电压修正系数表；

图7是本发明第二具体实施方式的步骤框图；

图8是本发明第二具体实施方式在基准电压函数下测得的三台抛光设备的电流函数对应关系表；

图9是本发明第二具体实施方式中计算所得的三台设备的电阻函数数据表；

图10是本发明第二具体实施方式中在目标电流函数下所得的修正电压函数对应关系表；

图11是本发明第二具体实施方式中的电压修正系数表。

具体实施方式

下面将介绍本发明的具体实施方式，并结合附图以辅助理解：

由于本发明的两个具体实施方式均以半导体抛光工艺为例而进行揭示的，所以首先结合图2对抛光工艺中涉及到的抛光设备进行介绍，以便更好地理解本发明的两个具体实施方式。

该抛光设备包括晶圆转盘201、阴极喷头204以及恒压源205。晶圆转盘201用于固持晶圆202，并带动晶圆202绕中心轴旋转。阴极喷头204在抛光过程中向基板202的表面喷射抛光液203，在恒压源205供电的情况下，晶圆转盘201、阴极喷头204、抛光液203以及恒压源205之间构成一个完整的电路。该抛光设备可以独立的构成一台半导体抛光机台；抑或将多部该抛光设备分设与某一大型抛光机台的多个抛光腔室，实现规模化加工。

由于晶圆202持续旋转且阴极喷头204沿着晶圆202直径所在的水平方向移动，抛光液203可以打到晶圆202表面的每一个点，从而实现对晶圆202表面的抛光。而抛光过程是一个不断变化的过程，当阴极喷头204运动到晶圆202的不同位置处时，不同位置处的电压以及电流也将随之发生变化，因此抛光过程中施加至抛光设备的电压、以及流经抛光设备的电流，可以理解为是关于晶圆202不同位置处的点的函数，对应的在晶圆202不同位置处的电阻也构成了抛光设备的电阻函数。

对于多台如图2所示的抛光设备，理论上，在抛光条件(包括晶圆的结构、抛光液的物理性质、阴极喷头的性能等条件)相同的情况下，给定同一电压函数，每台抛光设备对应的电流函数也应该是相同的。而电流函数又直接决定抛光结果的去除率和均匀性，因此在相同电压函数下，各台设备最后的抛光结果应该获得相同的去除率和均匀性。但在实际操作中却事以愿违，如果施加在每台设备的电压函数没有经过修正，完全相同，那么最终获得的抛光结果也必然千差万别。这主要是由于实际情况中的抛光条件很难调整至完全相同，误差总是存在，因而每台抛光设备具有不同的电阻函数，在电压函数相同的情况下，最终得到的电流函数必然不同，因而导致抛光结果出现差异。

图3-6涉及本发明的第一具体实施方式。第一具体实施方式中总共选取了两部图2中所示的抛光设备，两部抛光设备为同款设备，具有相同的性能和结构，分别构成独立的抛光机台：抛光机台1和抛光机台2。其中以抛光机台1作为基准设备，对抛光机台2进行修正。

图3是第一具体实施方式的步骤框图。采用一种电压自动修正方法，对上述两台同款的抛光机台1和抛光机台2进行修正，包括步骤：

步骤301，选取抛光机台1作为基准设备，并控制抛光机台1和抛光机台2的抛光条件相同；

步骤302，对抛光机台1施加基准电压函数V1，并测量此基准电压函数V1下抛光机台1对应的目标电流函数I1，同时对抛光机台2施加相同的基准电压函数V1并测量获得此基准电压函数V1下抛光机台2的电流函数I2；

步骤303，根据基准电压函数V1以及抛光机台2的电流函数I2，计算抛光机台2的电阻函数R2；

步骤304，根据目标电流函数I1以及抛光机台2的电阻函数R2计算抛光机台2的修正电压函数V2；

步骤305，根据基准电压函数V1以及抛光机台2的修正电压函数V2计算抛光机台2的电压修正系数β2；

步骤306，在前述工艺条件不变的情况下，根据施加至抛光机台1的任意电压函数U1将抛光机台2的电压函数修正至对应的再修正电压函数U2，以使抛光机台1的电流函数与抛光机台2的电流函数相同。

图4是在基准电压函数V1下，抛光机台1和抛光机台2对应的电流函数关系表，该表通过计算机记录了抛光机台1和抛光机台2在对晶圆的各点进行抛光时对应的电压值和电流值。可以看到，使用抛光机台1和抛光机台2在相同抛光条件下对晶圆进行抛光时，抛光至晶圆的不同位置处，对应的电压值和电流值也将发生改变，从而构成了抛光机台1和抛光机台2的与晶圆位置相关的电压函数以及电流函数。其中V1是施加至抛光机台1和抛光机台2的基准电压函数，I1为抛光机台1在基准电压函数V1下的电流函数，也即抛光机台1和抛光机台2共同达到的目标电流函数；I2则为抛光机台2在基准电压函数V1下的电流函数。V1通过恒压源205直接进行操控，而I1和I2通过测量获得。

根据欧姆定律，已知了基准电压函数V1和电流函数I2后，可以计算出抛光机台2在抛光各点时的电阻函数R2，R2＝V1/I2。而为了将抛光机台2的电流函数调整至与抛光机台1相同的电流函数I1，同样根据欧姆定律可以计算出抛光机台2相应的修正电压函数V2，V2＝I1*R2。图5即给出了修正电压函数的对应关系表。

在得到了抛光机台2相应的修正电压函数V2后，其与基准电压函数的比值即为电压修正系数β2，β2＝V2/V1。电压修正系数表如图6所示。由于在第一具体实施方式中，为了便于理解，该实施方式中默认了抛光机台1、2所抛光的晶圆在不同位置处具有相同的电阻，因而根据上述方法求得的电压修正系数β2均为1.05。实际上，β2也可以看做关于晶圆对应点的函数，在不同位置处可能不同。

在得到了抛光机台2的电压修正系数β2后，那么当对抛光机台1施加任意电压U1时，如果想要抛光机台2也获得与U1电压下抛光机台1相同的电流函数，则只需将抛光机台2的电压调节至β2*U1，即可保证两台抛光机台的电流函数相同，从而保证了二者在除电压以外的相同的工艺条件下对晶圆进行抛光，能够获得相同的抛光结果。

而上述方法通常可以通过计算机程序执行，在设置好抛光机台1的电压函数后，能够自动地对抛光机台2的电压函数作出修正，非常便捷和准确。

图7至图11涉及本发明的第二具体实施方式。第二具体实施方式中总共选取了三部图2中所示的抛光设备，三部抛光设备为同款设备，具有相同的性能和结构，三部抛光设备分设于三个抛光腔室中，共同构成一台大型的抛光机台。三个抛光腔室分别为抛光腔室1、抛光腔室2和抛光腔室3，其中以抛光腔室1作为基准设备，对抛光腔室2和抛光腔室3进行修正。

图7是本发明第二具体实施方式的步骤框图。采用一种电压自动修正方法，对上述同一抛光机台的三个相同的抛光腔室：抛光腔室1、抛光腔室2和抛光腔室3进行修正，包括步骤：

步骤701，选取抛光腔室1作为基准设备，并控制抛光腔室1和抛光腔室2、抛光腔室3的抛光条件相同；

步骤702，对抛光腔室1施加基准电压函数V1，并测量此基准电压函数V1下抛光腔室1对应的目标电流函数I1，同时对抛光腔室2、抛光腔室3施加相同的基准电压函数V1并测量获得此基准电压函数V1下抛光腔室2、抛光腔室3的电流函数I2、I3；

步骤703，根据基准电压函数V1以及抛光腔室2、抛光腔室3的电流函数I2、I3，计算抛光腔室2、抛光腔室3的电阻函数R2、R3；

步骤704，根据目标电流函数I1以及抛光腔室2、抛光腔室3的电阻函数R2、R3计算抛光腔室2、抛光腔室3的修正电压函数V2、V3；

步骤705，根据基准电压函数V1以及抛光腔室2、抛光腔室3的修正电压函数V2、V3计算抛光腔室2、抛光腔室3的电压修正系数β2、β3；

步骤706，在前述工艺条件不变的情况下，根据施加至抛光腔室1的任意电压函数U1将抛光腔室2、抛光腔室3的电压函数修正至对应的再修正电压函数U2、U3，以使抛光腔室1的电流函数与抛光腔室2、抛光腔室3的电流函数相同。

图8是在基准电压函数V1下，抛光腔室1、抛光腔室2以及抛光腔室3对应的电流函数关系表。其中，I1为期望三个抛光腔室共同获得的目标电流函数。根据基准电压函数V1以及在V1下抛光腔室1、抛光腔室2以及抛光腔室3各自的电流函数I1、I2以及I3，利用欧姆定律，可计算获得三个抛光腔室各自的电阻函数R1、R2以及R3。R1＝V1/I1，R2＝V1/I2，R3＝V1/I3。抛光腔室1、抛光腔室2以及抛光腔室3的电阻函数表如图9所示，可以看到，对于每个抛光腔室，在抛光不同位置时，电阻通常各不相同，这比较符合实际的抛光情形。

接下来，如图10所示的，根据目标电流函数I1以及抛光腔室2、抛光腔室3的电阻函数R2和R3，可以计算出修正电压函数V2和V3。V2＝I1*R2，V3＝I1*R3。即当抛光腔室1的电压函数调节为基准电压函数V1时，抛光腔室2和抛光腔室3将电压函数对应地调节至修正电压函数V2和V3，此时，抛光腔室1、抛光腔室2以及抛光腔室3将获得相同的电流函数，即目标电流函数I1，从而保证了在相同抛光条件下，三个腔室所获得的抛光结果相同。

得到了抛光腔室2、抛光腔室3的修正电压函数，可以计算出相应的电压修正系数，由于同一抛光腔室在抛光不同位置时的电阻值并不完全相同，因此电压修正系数实际上也是随抛光位置而改变的，并不是一个恒定值，即电压修正系数可以看做抛光位置的函数。电压修正系数表如图11所示。其中抛光腔室2、抛光腔室3的电压修正系数β2＝V2/V1、β3＝V3/V1。

当电压修正系数得以确定，控制除电压以外的抛光条件均相同，向抛光腔室1施加任意电压函数U1，则对应的向抛光腔室2施加电压函数U2＝β2*U1，向抛光腔室3施加电压函数U3＝β3*U1，则能够保证三个抛光腔室输出相同的电流函数。

上述电压自动修正方法编写入包含有抛光腔室1、抛光腔室2以及抛光腔室3的抛光机台的操作程序，当计算机发出指令将抛光腔室1中的电压函数调节至U1的同时，计算机自动的将抛光腔室2和抛光腔室3的电压修正至β2*U1和β3*U1，从而解决了同一机台的各个腔室的抛光结果相一致的问题。

毋庸赘言地，本申请所公开的特定的具体实施方式仅仅描述了本发明中的技术方案及其一般原理，其作用是倾向于释明性的，而非自囿性的。因此，即使本领域技术人员在该发明的基础上作出了无实质性特点和显著进步的更动和润饰，使之方案貌似地区别于本发明的精神实质，仍不排除其被划归在本发明申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压自动修正方法，涉及N个同款的半导体设备，N为不小于2的整数，其特征在于，包括步骤：

选取其中一部半导体设备作为基准设备，并控制所述基准设备以及剩余的其他半导体设备的工艺条件均相同；

对所述基准设备施加基准电压函数V₁，并测量此基准电压函数V₁下所述基准设备对应的目标电流函数I₁，同时对剩余的其他半导体设备也施加相同的基准电压函数V₁并测量获得此基准电压函数V₁下剩余的其他半导体设备对应的电流函数I₂，I₃，…，I_N；

根据基准电压函数V₁以及剩余的其他半导体设备对应的电流函数I₂，I₃，…，I_N计算所述剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N；

根据目标电流函数I₁以及剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N计算所述剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N；

根据基准电压函数V₁以及剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N计算剩余的其他半导体设备的电压修正系数β₂，β₃，…，β_N；

在所述工艺条件不变的情况下，应用所得的剩余的其他半导体设备的电压修正系数β₂，β₃，…，β_N，根据施加至所述基准设备的任意电压函数U₁将剩余的其他半导体设备的电压函数修正至对应的再修正电压函数U₂，U₃，…，U_N，以使此状态下所述基准设备以及剩余的其他半导体设备的电流函数均相同。

2.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述剩余的其他半导体设备的电阻函数R₂，R₃，…，R_N，以及所述剩余的其他半导体设备的修正电压函数V₂，V₃，…，V_N通过欧姆定律计算获得。

3.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述剩余的其他半导体设备再修正电压函数为U_i＝β_i*U₁，i为2至N。

4.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述剩余的其他半导体设备的电压修正系数β_i＝V_i/V₁，，i为2至N。

5.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述N个同款的半导体设备为N个独立的半导体工艺机台。

6.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述N个同款的半导体设备为一台半导体工艺机台中的N个工艺腔室。

7.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，所述工艺条件包括以下一个或多个：每个半导体设备中所使用的晶圆的结构，每个半导体设备中所使用的化学药剂的用量及性质，每个半导体设备中的温度及压强，每个半导体设备中的电极的性能，以及每个半导体设备的运作模式。

8.根据权利要求1所述的电压自动修正方法，其特征在于，将所述电压自动修正方法写入所述半导体设备的计算机程序，以自动对所述半导体设备的电压进行校正。

Images