CN110600357A - 应用等离子体加工系统进行加工的方法及等离子体加工系统 - Google Patents

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Abstract

一种应用等离子体加工系统进行加工的方法，所述等离子体加工系统包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室具有第一下电极，所述第二腔室具有第二下电极，射频源通过匹配电路和功率分配器分别在所述第一下电极和所述第二下电极产生第一偏置电压及第二偏置电压，包括:在所述第一腔室和所述第二腔室分别对第一工作件和第二工作件同时进行加工时，通过第一检测装置检测所述第一腔室内的等离子体的第一等离子体特征及第二检测装置检测所述第二腔室内的等离子体的第二等离子体特征；根据所述第一等离子体特征和所述第二等离子体特征调节所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压，使所述第一等离子体特征与所述第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。

Description

应用等离子体加工系统进行加工的方法及等离子体加工系统
技术领域
本发明是有关一种方法，涉及半导体加工技术领域，详细来说，是一种应用等离子体加工系统进行加工的方法及等离子体加工系统。
背景技术
传统的等离子体加工系统具有多个腔室，以便同时对多个工作件（如晶圆）进行加工。然而，在缺少精准感测机制的情况下，难以保持各腔室之间的工艺条件一致，导致工作件（如晶圆）的工艺结果的一致性较差。另外，当多个腔室中仅有单一腔室有工作件（如晶圆）要进行加工时，具有工作件（如晶圆）的腔室与其他腔室之间由于气体膨胀差异、功率分配差异等原因，使得单一腔室单独加工所制造的工作件（如晶圆）的工艺结果与多个腔室同时加工所制造的工作件（如晶圆）的工艺结果的一致性较差。
发明内容
本发明公开一种应用等离子体加工系统以进行加工的方法及等离子体加工系统，如多个腔室同时加工时，仍能维持工作件（如晶圆）的工艺结果的一致性。
依据本发明的一实施例，公开一种应用等离子体加工系统以进行加工的方法，所述等离子体系统包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设置第一下电极，所述第二腔室内设置第二下电极，射频源通过匹配电路和功率分配器分别向所述第一下电极和所述第二下电极供电，使所述第一下电极产生第一偏置电压及所述第二下电极产生第二偏置电压。所述方法包括: 在所述第一腔室对第一工作件进行加工且所述第二腔室对第二工作件同时进行加工时，通过第一检测装置检测所述第一腔室内的等离子体的第一等离子体特征，通过第二检测装置检测所述第二腔室内的等离子体的第二等离子体特征；以及，根据所述第一等离子体特征和所述第二等离子体特征调节所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压，以使所述第一等离子体特征与所述第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。
依据本发明的一实施例，在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工过程中，储存所述第一等离子体特征的数值。
依据本发明的一实施例，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，根据所储存的所述第一等离子体特征的数值得到所述第一等离子体特征的平均值，并以所述平均值为目标调节所述第一偏置电压，使仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工过程中的所述第一等离子体特征维持在所述平均值。
依据本发明的一实施例，所述功率分配器包括第一电容，所述第一电容的一端耦接至所述第一下电极，所述第一电容的另一端耦接至所述匹配电路；在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述第一电容设置为电容值可调整状态；通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，所述功率分配器还包括第二电容，所述第二电容的一端耦接至所述第二下电极，所述第二电容的另一端耦接至所述匹配电路；在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且和所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述功率分配器处于第一模式，所述第一电容和所述第二电容均设置为电容值可调整状态；通过调节所述第一电容和/或所述第二电容，以对所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，所述功率分配器处于第二模式，所述第一电容设置为电容值可调整状态，所述第二电容设置为电容值为最小值，其中所述最小值使得所述匹配电路与所述第二下电极之间的电性路径视为断路；通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，所述第一检测装置和所述第二检测装置为光学发射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy, OES)；所述第一等离子体特征为所述第一等离子体的特征峰强度，所述第二等离子体特征为所述第二等离子体的特征峰强度。
依据本发明的一实施例，所述方法还包括：判断所述第一腔室是否具有所述第一工作件且所述第二腔室内是否具有所述第二工作件；当所述第一腔室具有所述第一工作件且所述第二腔室具有所述第二工作件时，所述第一腔室对所述第一工作件且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工；当所述第一腔室具有所述第一工作件，所述第二腔室没有所述第二工作件时，仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工。
依据本发明的一实施例，公开一种等离子体加工系统。所述等离子体加工系统包括第一腔室、第二腔室、第一检测装置、第二检测装置及控制装置。所述第一腔室内设置第一下电极及所述第二腔室内设置第二下电极；射频源通过匹配电路和功率分配器分别向所述第一下电极和所述第二下电极供电，使所述第一下电极产生第一偏置电压及所述第二下电极产生第二偏置电压。所述第一检测装置用于检测所述第一腔室内的等离子体的第一等离子体特征，其中所述第一等离子体特征与所述第一偏置电压相关。所述第二检测装置用于检测所述第二腔室内的等离子体的第二等离子体特征，其中所述第二等离子体特征与所述第二偏置电压相关。所述控制装置用于在所述第一腔室对第一工作件进行加工且和所述第二腔室对第二工作件同时进行加工时，根据所述第一等离子体特征和所述第二等离子体特征调节所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压，以使所述第一等离子体特征与所述第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。
依据本发明的一实施例，所述等离子体加工系统还包括储存装置，所述储存装置用于储存所述第一腔室和所述第二腔室均对工作件进行加工过程中的所述第一等离子体特征的数值。
依据本发明的一实施例，所述控制装置还用于在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，根据所述储存装置所储存的所述第一等离子体特征的数值得到所述第一等离子体特征的平均值，并以所述平均值为目标调节所述第一偏置电压。
依据本发明的一实施例，所述功率分配器包括第一电容，所述第一电容的一端耦接至所述第一下电极，所述第一电容的另一端耦接至所述匹配电路；在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且和所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述第一电容为电容值可调整状态；所述控制装置通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，所述功率分配器还包括第二电容，所述第二电容的一端耦接至所述第二下电极，所述第二电容的另一端耦接至所述匹配电路；在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述功率分配器处于第一模式，所述第一电容和所述第二电容均为电容值可调整状态；所述控制装置通过调节所述第一电容和/或所述第二电容，以对所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，所述功率分配器处于第二模式，所述第一电容为电容值可调整状态，所述第二电容的电容值为最小值，其中所述最小值使得所述匹配电路与所述第二下电极之间的电性路径视为断路；所述控制装置通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
依据本发明的一实施例，所述第一检测装置和所述第二检测装置为光学发射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy, OES)；所述第一等离子体特征为所述第一等离子体的特征峰强度，所述第二等离子体特征为所述第二等离子体的特征峰强度。
通过本发明所公开的方法及等离子体加工系统，可以在多个腔室同时对工作件（如晶圆）加工时，维持致工作件（如晶圆）的工艺结果的一致性。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的等离子体加工系统的示意图。
图2是依据本发明一实施例的功率分配器的示意图。
图3A是依据本发明一实施例的功率分配器操作于第一模式的示意图。
图3B是依据本发明另一实施例的功率分配器操作于第一模式的示意图。
图4A是依据本发明一实施例的功率分配器操作于第二模式的示意图。
图4B是依据本发明另一实施例的功率分配器操作于第二模式的示意图。
图5A是依据本发明一实施例的应用于等离子体加工系统的方法的第一部分流程图。
图5B是依据本发明一实施例的图5A中步骤506的细部流程图。
图5C是依据本发明一实施例的应用于等离子体加工系统的方法的第二部分流程图。
图5D是依据本发明一实施例的图5C中步骤509的细部流程图。
图6是依据本发明另一实施例的等离子体加工系统的示意图。
具体实施方式
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位（如，旋转90度或处于其他方位），而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。
虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10%、5%、1%或0.5%之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比（例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者）均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。
传统的等离子体加工系统具有多个腔室（如两个腔室）以便同时对多个晶圆进行加工。然而，由于腔室装配差异、部件设计差异及部件使用寿命差异等因素，在缺少精准感测机制的情况下，难以保持各腔室之间的工艺条件一致，导致晶圆的工艺结果的一致性较差。另外，在实际情况中，每一批量的晶圆通常具有奇数片（如25片）晶圆，因此，当等离子体加工系统具有两个腔室时，将导致最后会有单一片晶圆单独进行加工。当多个腔室中仅有单一腔室有晶圆要进行加工时，具有晶圆的腔室与其他腔室之间由于气体膨胀差异、功率分配差异等因素，使得单一腔室加工所制造的晶圆的工艺结果与多个腔室同时加工所制造的晶圆的工艺结果的一致性较差。因此，本发明公开一种等离子体加工系统以及应用于所述等离子体加工系统来进行加工的方法，来避免上述一致性较差的问题。
图1是依据本发明一实施例的等离子体加工系统1的示意图。等离子体加工系统1包括腔室11与21、置于腔室11中的下电极12、置于腔室21中的下电极22、检测装置13与23、控制装置30、功率分配器40、射频源51、匹配电路52及储存装置60。当腔室11与21内同时具有工作件（如晶圆）时，等离子体加工系统1通过等离子体对腔室11与21内的工作件（如晶圆）同时进行加工；当腔室11与21只有其中之一（如腔室11）具有工作件（如晶圆）而另一（如腔室21）没有工作件（如晶圆）时，等离子体加工系统1通过等离子体对腔室11内的工作件（如晶圆）进行加工。在某些实施例中，等离子体加工系统1是一种刻蚀装置，用于对工作件（如晶圆）进行刻蚀。在某些实施例中，等离子体加工系统1是一种薄膜沉积装置，用于对工作件（如晶圆）进行薄膜沉积。举例来说，等离子体加工系统1可以是一种物理气相沉积装置。本发明并不限定等离子体加工系统1的种类。
下电极12与22用于承载工作件（如晶圆）。详细来说，当工作件（如晶圆）传入腔室11与21后，工作件（如晶圆）放置于下电极12与22之上，使得等离子体加工系统1通过等离子体对工作件（如晶圆）进行加工。检测装置13包括第一端131、第二端132及第三端133，其中第一端131耦接至腔室11，第二端132耦接至控制装置30，第三端133耦接至储存装置60。检测装置13用于检测腔室11内等离子体的第一等离子体特征。在本实施例中，检测装置13是光学发射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy, OES)，用于检测腔室11内等离子体的第一等离子体特征。在本实施例中，第一等离子体特征是腔室11内等离子体的特征峰强度。检测装置23包括第一端231及第二端232，其中第一端231耦接至腔室21，第二端232耦接至控制装置30。检测装置23用于检测腔室21内等离子体的第二等离子体特征。在本实施例中，检测装置23是光学发射光谱仪，用于检测腔室21内等离子体的第二等离子体特征。在本实施例中，第二等离子体特征是腔室21内等离子体的特征峰强度。
射频源51用于通过匹配电路52传送射频功率。匹配电路52用于对射频源51后方的阻抗进行匹配，使得射频源51输出的射频功率有最大的耦合效率。功率分配器40包括第一端401、第二端402、第三端403及第四端404，其中第一端401耦接至控制装置30，第二端402耦接至下电极12、第三端403耦接至下电极22，第四端404耦接至匹配电路52。功率分配器40用于将射频源51所产生的射频功率分配至下电极12与下电极22，使得下电极12具有第一偏置电压且下电极22具有第二偏置电压。第一偏置电压于腔室11内等离子体的第一等离子体特征相关，第二偏置电压于腔室21内等离子体的第二等离子体特征相关。举例来说，下电极12上的第一偏置电压于腔室11内等离子体的特征峰强度呈现正相关，换言之，第一偏置电压的电压越大，腔室11内等离子体的特征峰强度越强。然而，此并非本发明的一限制，本发明对于偏置电压与等离子体特征的关系并不限定是正相关。
需注意的是，在上述的实施例中，等离子体加工系统1具有两个腔室（即腔室11与21）来同时对工作件（如晶圆）进行加工。然而，此并非本发明的一限制。在其他实施例中，等离子体加工系统1可具有多个腔室来同时对工作件（如晶圆）进行加工，依然隶属于本发明的范畴。
参考图2，图2是依据本发明一实施例的功率分配器40的示意图。功率分配器40包括电容C1与C2。电容C1的一端通过第二端点402耦接至下电极12，电容C1的另一端通过第四端点404耦接至匹配电路52。电容C2的一端通过第三端点403耦接至下电极22，电容C2的另一端通过第四端点404耦接至匹配电路52。功率分配器40自射频源51及匹配电路52接受射频功率后，通过电容C1与C2所形成的阻抗将射频功率分配到耦接至电容C1与C2的下电极12与22来产生偏置电压。控制装置30通过功率分配器40的第一端401来传送控制信号，借以调节电容C1与C2的状态，进而调节第一偏置电压和/或第二偏置电压。控制装置30通过控制信号来调节电容C1与C2的状态，进而调节第一偏置电压和/或第二偏置电压的详细说明将于后续段落中说明。需注意的是，功率分配器40可包括步进电机（图未示），该步进电机用于依据控制装置30所传送的控制信号来调节电容C1与C2。
重新参考图1，储存装置60的一端耦接至检测装置13的第三端133，储存装置60的另一端耦接至控制装置30。控制装置30包括第一端301、第二端302、第三端303、第四端304及第五端305，其中第一端301耦接至腔室11，第二端302耦接至腔室21，第三端303耦接至功率分配器40的第一端401，第四端304耦接至检测装置13的第二端132，第五端305耦接至检测装置23的第二端232。
当控制装置30判断腔室11于12同时具有工作件（如晶圆）时，控制装置30传送第一控制信号CTRL1至功率分配器40，使功率分配器40操作在第一模式；并且，控制装置30控制启动射频源51，使得射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40。需注意的是，本发明并不限制由控制装置30来控制射频源51的启动。在其他实施例中，在控制装置30传送第一控制信号CTRL1至功率分配器40使得功率分配器40操作在第一模式后，可通过人工方式启动射频源51，使得射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40。
在本实施例中，控制装置30可通过传感器来侦测腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。举例来说，可通过红外线传感器侦测下电极12与22之上是否具有工作件（如晶圆）。以另一例子而言，可通过压力传感器侦测工作件（如晶圆）是否放置在下电极12与22之上，进而判断腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。以另一例子而言，控制装置30可判断等离子体加工系统1的机械手臂是否有传递工作件（如晶圆）进入腔室11与12，借此判断腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。本发明并不限制控制装置30判断的机制。详细来说，当控制装置30控制功率分配器40操作在第一模式时，电容C1和电容C2的至少其中之一被调节为电容值可调整的状态。举例来说，如图3A所示，当控制装置30控制功率分配器40操作在第一模式时，电容C1与电容C2被调节为电容值可调整的状态。在如此设置下，启动射频源51（如通过控制装置30自主启动或人工方式启动）来开始对腔室11与21内的工作件（如晶圆）进行加工。接着，射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40，功率分配器40通过电容C1和电容C2所形成的阻抗将功率分配至下电极12和22，借此于下电极12之上来产生第一偏置电压，并于下电极22之上来产生第二偏置电压。检测装置13检测腔室11内等离子体的第一等离子体特征，检测装置23检测腔室21内等离子体的第二等离子体特征。
接着，控制装置30自检测装置13和检测装置23接受检测到的第一等离子体特征和第二等离子体特征，并依据第一等离子体特征和第二等离子体特征输出第二控制信号CTRL2至功率分配器40，使得功率分配器40依据第二控制信号CTRL2同时调节电容C1与电容C2的电容值，来使得电容C1和电容C2的阻抗比改变。由于电容C1和电容C2的阻抗比改变，相应地，分配至下电极12和下电极22的功率改变，进而使得第一偏置电压与第二偏置电压改变。并且，由于第一偏置电压与第二偏置电压的改变，与第一偏置电压相关的第一等离子体特征以及与第二偏置电压相关的第二等离子体特征也会相应地改变。
详细来说，控制装置30接受第一等离子体特征和第二等离子体特征后，判断第一等离子体特征和第二等离子体特征的相对偏差值是否小于预设值来产生第二控制信号CTRL2。在本实施例中，第一等离子体特征为腔室11内等离子体的特征峰强度D1(λ),第二等离子体特征为腔室21内等离子体的特征峰强度D2(λ)。控制装置30判断腔室11与21内等离子体的特征峰强度是否满足下列式子：
[D1(λ)- D2(λ)]/[D1(λ)+ D2(λ)]<1%
若特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值大于1%，代表腔室11与21之间的工艺条件存在差异，因此，功率分配器40依据第二控制信号CTRL2调节电容C1的电容值直到特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值小于1%。
由于射频源51所产生的总射频功率为定值，电容C1与电容C2之间的等效阻抗比将决定分配至下电极12和22的功率。在一实施例中，当特征峰强度D1(λ)小于特征峰强度D2(λ)，且特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值大于1%时，功率分配器40依据第二控制信号CTRL2来增加电容C1的电容值，使得电容C1的等效阻抗减少。在射频源51所产生的总射频功率为定值且未调节电容C2的情况下，电容C1等效阻抗的减少，将使得分配至下电极12的功率则相应地增加而分配至下电极22的功率则相应地减少，进而使得特征峰强度D1(λ)增加而特征峰强度D2(λ)减少。功率分配器40将持续循环操作直到特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值小于1%。
本领域具有通常知识者应能轻易理解，只要能调节电容C1与电容C2之间的等效阻抗比，并不限定调整电容C1的电容值来减少特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的差值。以另一例子而言，当特征峰强度D1(λ)小于特征峰强度D2(λ)，且特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值大于1%时，功率分配器40依据第二控制信号CTRL2来减少电容C2的电容值，使得电容C2的等效阻抗增加。在射频源51所产生的总射频功率为定值且未调节电容C1的情况下，电容C2等效阻抗的增加，将使得分配至下电极12的功率则相应地增加而分配至下电极22的功率则相应地减少，进而使得特征峰强度D1(λ)增加而特征峰强度D2(λ)减少，并且功率分配器40将持续循环操作直到特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值小于1%。
以另一例子而言，当特征峰强度D1(λ)小于特征峰强度D2(λ)，且特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值大于1%时，功率分配器40依据第二控制信号CTRL2同时增加电容C1的电容值并减少电容C2的电容值，使得电容C1的等效阻抗减少而电容C2的等效阻抗增加。在射频源51所产生的总射频功率为定值的情况下，电容C1等效阻抗的减少以及电容C2等效阻抗的增加，将使得分配至下电极12的功率则相应地增加而分配至下电极22的功率则相应地减少，进而使得特征峰强度D1(λ)增加而特征峰强度D2(λ)减少，并且功率分配器40将持续循环操作直到特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值小于1%。由于同时调整电容C1与C2，特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)之间的差异将更快减少。
上述的实施例中，以特征峰强度D1(λ)小于特征峰强度D2(λ)作为范例说明，本领域具有通常知识者在阅读完上述实施例后应能轻易理解，特征峰强度D1(λ)大于特征峰强度D2(λ)且特征峰强度D1(λ)与特征峰强度D2(λ)的相对偏差值大于1%时功率分配器40的操作，详细说明在此省略以省篇幅。
需注意的是，在调节电容C1与电容C2的电容值的过程中，控制装置30还传送信号至储存装置60，来控制储存装置60储存腔室11内等离子体的第一等离子体特征的数值。
在图3A的实施例中，当控制装置30控制功率分配器40操作在第一模式时，电容C1与电容C2被调节为电容值可调整的状态。然而，此并非本发明的一限制。如图3B所示，当控制装置30控制功率分配器40操作在第一模式时，电容C1被调节为电容值可调整的状态，电容C2被调节为电容值固定不可调整的状态，借此可避免在调节电容C1的电容值时，电容C2的电容值浮动使得功率分配器40花费更多时间调节第一等离子体特征和第二等离子体特征。当控制装置30控制功率分配器40操作在第一模式时，本发明并不限制电容C2固定时的电容值。在如此设置下，启动射频源51（如通过控制装置30自主启动或人工方式启动）来开始对腔室11与22内的工作件（如晶圆）进行加工。接着，射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40，功率分配器40通过电容C1和电容C2所形成的阻抗将功率分配至下电极12和22，借此于下电极12之上来产生第一偏置电压，并于下电极22之上来产生第二偏置电压。检测装置13检测腔室11内等离子体的第一等离子体特征，检测装置23检测腔室21内等离子体的第二等离子体特征。
接着，控制装置30自检测装置13和检测装置23接受检测到的第一等离子体特征和第二等离子体特征，并依据第一等离子体特征和第二等离子体特征输出第二控制信号CTRL2至功率分配器40，使得功率分配器40依据第二控制信号CTRL2调节电容C1的电容值。详细来说，当调节电容C1的电容值后，由于电容C1和电容C2的阻抗比改变，分配至下电极12和下电极22的功率相应地改变，进而使得第一偏置电压与第二偏置电压改变。并且，由于第一偏置电压与第二偏置电压的改变，与第一偏置电压相关的第一等离子体特征以及与第二偏置电压相关的第二等离子体特征也相应地改变。
图3B所示实施例的操作仅不同在电容C1与电容C2之中仅有电容C1被调节为电容值可调的状态，本领域具有通常知识者在阅读完图3A的实施例后应能轻易理解，只要能通过调节电容C1与电容C2的阻抗比来改变分配至下电极12与22的功率，皆能达到相同的目的。图3B所示实施例的其余操作在此省略以省篇幅。
本发明所提出的等离子体加工系统1通过以光学发射光谱仪来感测腔室11与21内等离子体的第一等离子体特征与第二等离子体特征，并且依据腔室11与21内等离子体的第一等离子体特征与第二等离子体特征来调节功率分配器40中电容C1与电容C2的阻抗比，借此将腔室11与21内的工艺条件调节至趋近一致，来提高同时在腔室11与21内进行加工的工作件（如晶圆）的工艺结果的一致性。
如上所述，在实际情况中，每一批量的晶圆通常具有奇数片的晶圆，因此，最终有单一片晶圆单独进行加工。当控制装置30判断腔室11与12之中仅有其中之一具有工作件（如晶圆），举例来说，仅有腔室11具有工作件（如晶圆），而腔室21没有工作件（如晶圆）时，控制装置30传送第一控制信号CTRL1至功率分配器40，使功率分配器40操作在第二模式。并且，控制装置30控制启动射频源51，使得射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40。需注意的是，本发明并不限制射频源51的启动由控制装置30所控制。在其他实施例中，在控制装置30传送第一控制信号CTRL1至功率分配器40，使功率分配器40操作在第二模式后，可通过人工方式启动射频源51，使得射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40。
在本实施例中，控制装置30可通过传感器来侦测腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。举例来说，可通过红外线传感器侦测下电极12与22之上是否具有工作件（如晶圆）。以另一例子而言，可通过压力传感器侦测工作件（如晶圆）是否放置在下电极12与22之上，进而判断腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。以另一例子而言，控制装置30可判断等离子体加工系统1的机械手臂是否有传递工作件（如晶圆）进入腔室11与12，借此判断腔室11与12是否具有工作件（如晶圆）。本发明并不限制控制装置30判断的机制。
详细来说，当控制装置30控制功率分配器40操作在第二模式时，电容C1被调节为电容值可调整的状态，电容C2被调节为电容值为最小值的状态，其中最小值使得匹配电路52与下电极22之间的电性路径视为断路，如图4A所示。当电容C2被调节为电容值为最小值的状态时，经由功率分配器40分配到下电极22的功率将为固定甚或是趋近于零。在如此设置下，启动射频源51（如通过控制装置30自主启动或人工方式启动）来开始对腔室11与21内的工作件（如晶圆）进行加工。接着，射频源51通过匹配电路52传送射频功率至功率分配器40，功率分配器40通过电容C1和电容C2所形成的阻抗将功率分配至下电极12和22，借此于下电极12之上来产生第一偏置电压，并于下电极22之上来产生第二偏置电压。检测装置13检测腔室11内等离子体的第一等离子体特征。
接着，控制装置30自储存装置60接收之前所储存的第一等离子体特征数值，依据所储存的第一等离子体特征的数值得到第一等离子体特征的平均值。控制装置30依据第一等离子体特征的平均值产生第三控制信号CTRL3，并传送第三控制信号CTRL3至功率分配器40。功率分配器40依据第三控制信号CTRL3调节电容C1的电容值，进而使得第一偏置电压改变。并且，由于第一偏置电压改变，与第一偏置电压相关的第一等离子体特征也相应地改变。
通过第一等离子体特征的平均值来实时地调节电容C1的电容值，将使得腔室11内等离子体的第一等离子体特征与之前所储存的第一等离子体特征的平均值越趋一致，进而使得仅有单一腔室（如腔室11）在对工作件（如晶圆）进行加工的情况下，所得到的工艺结果与同时有多个腔室（如腔室11与21）在对工作件（如晶圆）进行加工的工艺结果的一致性相仿。
在图4A的实施例中，电容C2被调节为电容值为最小值的状态，使得经由功率分配器40分配到下电极22的功率将为固定甚或是趋近于零，借此可提高调节腔室11内等离子体的第一等离子体特征的稳定性。然而，此并非本发明的一限制，在其他实施例中可通过其他技术手段来提高调节腔室11内等离子体的第一等离子体特征的稳定性。参考图4B，在图4B的实施例中，匹配电路52与下电极22之间的电性路径上具有开关SW。当控制装置30判断腔室11与12之中仅有其中之一具有工作件（如晶圆），举例来说，仅腔室11具有工作件（如晶圆），而腔室21没有工作件（如晶圆）时，控制装置30传送第一控制信号CTRL1至功率分配器40，使功率分配器40操作在第二模式。当控制装置30控制功率分配器40操作在第二模式时，电容C1被调节为电容值可调整的状态，并且将开关SW停用，使得匹配电路52与下电极22之间的电性路径形成断路，进而使得经由功率分配器40分配到下电极22的功率趋近于零，提高调节腔室11内等离子体的第一等离子体特征的稳定性。
需注意的是，在图4B的实施例中，开关SW位于端点403与下电极22之间。然而，此并非本发明的一限制。本技术领域具有通常知识者应能轻易理解开关SW可位于匹配电路52与下电极22之间的电性路径上的任意位置。
图5A是依据本发明一实施例的应用于等离子体加工系统1的方法5第一部分流程图。倘若大致上能获得相同的结果，本发明并不限定完全依照图5A所示的流程步骤来执行。第一部分的流程步骤大致归纳如下。
步骤501：流程开始。
步骤502：判断是否第一腔室具有第一工作件且第二腔室内具有第二工作件，若是，则进入步骤503；否则，接续图5C的流程图。
步骤503：进行加工。
步骤504：以第一检测装置检测第一腔室内等离子体的第一等离子体特征。
步骤505：以第二检测装置检测第二腔室内等离子体的第二等离子体特征。
步骤506：根据第一等离子体特征和第二等离子体特征调节第一偏置电压和/或第二偏置电压，以使第一等离子体特征与第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。
图5B是依据本发明一实施例的图5A中步骤506的细部流程图。倘若大致上能获得相同的结果，本发明并不限定完全依照图5B所示的流程步骤来执行，步骤506的细部流程步骤大致归纳如下。
步骤5061：储存第一等离子体特征。
步骤5062：将第一电容及第二电容的至少其中之一设置为电容值可调节状态。
步骤5063：调节第一电容和/或第二电容，以对第一偏置电压和/或第二偏置电压进行调节。
步骤5064：判断第一等离子体特征与第二等离子体特征的相对偏差值是否小于预设值，若是，则进入步骤5065；否则，进入步骤5063。
步骤5065：流程结束。
图5C是依据本发明一实施例的应用于等离子体加工系统1的方法5第二部分流程图。倘若大致上能获得相同的结果，本发明并不限定完全依照图5C所示的流程步骤来执行，第二部分的流程步骤大致归纳如下。
步骤507：判断是否第一腔室具有第一工作件且第二腔室没有第二工作件，若是，则进入步骤508；否则，进入步骤510。
步骤508：根据所储存的第一等离子体特征的数值得到第一等离子体特征的平均值。
步骤509：以上述平均值为目标调节第一偏置电压，使仅第一腔室对第一工作件进行加工过程中的第一等离子体特征维持在上述平均值。
步骤510：流程结束。
图5D是依据本发明一实施例的图5C中步骤509的细部流程图。倘若大致上能获得相同的结果，本发明并不限定完全依照图5D所示的流程步骤来执行，步骤509的细部流程步骤大致归纳如下。
步骤5091：将第一电容设置为电容值可调节状态，并将第二电容设置为电容值为最小值。
步骤5092：调节第一电容，以对第一偏置电压进行调节。
步骤5093：判断第一等离子体特是否为上述平均值，若是，则进入步骤5094；否则，进入步骤5092。
步骤5094：流程结束。
本技术领域具有通常知识者在阅读完图1至图4B的实施例后，应能轻易地理解方法5的详细操作。详细说明在此省略以省篇幅。在图1的实施例中，储存装置60还可用于储存一程序码，当自储存装置60读取并执行上述程序码后，控制装置30执行方法5的流程步骤。
图6是依据本发明一实施例的等离子体加工系统1'的示意图。等离子体加工系统1'包括腔室11'与21'、置于腔室11'之中的下电极12'、置于腔室21'之中的下电极22'、功率分配器40'、射频源51'、匹配电路52'、储存装置60'、判断模块61、检测模块62及控制模块63，其中腔室11'与21'、下电极12'与22'、功率分配器40'、射频源51'、匹配电路52'及储存装置60'与图1中相对应的元件相同，详细的连接关系以及功用在此省略以省篇幅。
判断模块61用于判断腔室11'及腔室21'内是否同时具有工作件（如晶圆）。检测模块62用于检测腔室11'内的等离子体的第一等离子体特征以及检测腔室21'内的等离子体的第二等离子体特征，其中第一等离子体特征与下电极12'之上的第一偏置电压相关，第二等离子体特征与下电极22'之上的第二偏置电压相关。控制模块63用于根据第一等离子体特征和第二等离子体特征调节第一偏置电压和/或第二偏置电压，以使第一等离子体特征与第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。本技术领域具有通常知识者在阅读完上述实施例后应能轻易理解判断模块61、检测模块62用于执行图5中所示的方法5的流程步骤，详细说明在此省略以省篇幅。
需注意的是，本发明并不限制判断模块61、检测模块62及控制模块63的实现方式。详细来说，判断模块61、检测模块62及控制模块63可以软件、硬件或固件来实现。举例来说，检测模块62可以硬件，如上述的光学发射光谱仪，或者，软件如程序设计语言来实现。

Claims (15)

1.一种应用等离子体加工系统进行加工的方法，所述等离子体系统包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设置第一下电极，所述第二腔室内设置第二下电极，射频源通过匹配电路和功率分配器分别向所述第一下电极和所述第二下电极供电，使所述第一下电极产生第一偏置电压及所述第二下电极产生第二偏置电压，其特征在于，所述方法包括:
在所述第一腔室对第一工作件进行加工且所述第二腔室对第二工作件同时进行加工时，通过第一检测装置检测所述第一腔室内的等离子体的第一等离子体特征，通过第二检测装置检测所述第二腔室内的等离子体的第二等离子体特征；
根据所述第一等离子体特征和所述第二等离子体特征调节所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压，以使所述第一等离子体特征与所述第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工过程中，储存所述第一等离子体特征的数值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，根据所储存的所述第一等离子体特征的数值得到所述第一等离子体特征的平均值，并以所述平均值为目标调节所述第一偏置电压，使仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工过程中的所述第一等离子体特征维持在所述平均值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述功率分配器包括第一电容，所述第一电容的一端耦接至所述第一下电极，所述第一电容的另一端耦接至所述匹配电路；
在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述第一电容设置为电容值可调整状态；通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述功率分配器还包括第二电容，所述第二电容的一端耦接至所述第二下电极，所述第二电容的另一端耦接至所述匹配电路；
在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述功率分配器处于第一模式，所述第一电容和所述第二电容均设置为电容值可调整状态；通过调节所述第一电容和/或所述第二电容，以对所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压进行调节。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，所述功率分配器处于第二模式，所述第一电容设置为电容值可调整状态，所述第二电容设置为电容值为最小值，其中所述最小值使得所述匹配电路与所述第二下电极之间的电性路径视为断路；通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一检测装置和所述第二检测装置为光学发射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy, OES)；所述第一等离子体特征为所述第一等离子体的特征峰强度，所述第二等离子体特征为所述第二等离子体的特征峰强度。
8.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：判断所述第一腔室是否具有所述第一工作件且所述第二腔室内是否具有所述第二工作件；
当所述第一腔室具有所述第一工作件且所述第二腔室具有所述第二工作件时，所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工；
当所述第一腔室具有所述第一工作件，所述第二腔室没有所述第二工作件时，仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工。
9.一种等离子体加工系统，其特征在于，包括:
第一腔室及第二腔室；所述第一腔室内设置第一下电极及所述第二腔室内设置第二下电极；射频源通过匹配电路和功率分配器分别向所述第一下电极和所述第二下电极供电，使所述第一下电极产生第一偏置电压及所述第二下电极产生第二偏置电压；
第一检测装置，用于检测所述第一腔室内的等离子体的第一等离子体特征，所述第一等离子体特征与所述第一偏置电压相关；
第二检测装置，用于检测所述第二腔室内的等离子体的第二等离子体特征，所述第二等离子体特征与所述第二偏置电压相关；及
控制装置，用于在所述第一腔室对第一工作件进行加工且所述第二腔室对第二工作件同时进行加工时，根据所述第一等离子体特征和所述第二等离子体特征调节所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压，以使所述第一等离子体特征与所述第二等离子体特征的相对偏差值小于预设值。
10.如权利要求9所述的等离子体加工系统，其特征在于，还包括储存装置，所述储存装置用于储存所述第一腔室和所述第二腔室均对工作件进行加工过程中的所述第一等离子体特征的数值。
11.如权利要求10所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述控制装置还用于在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，根据所述储存装置所储存的所述第一等离子体特征的数值得到所述第一等离子体特征的平均值，并以所述平均值为目标调节所述第一偏置电压。
12.如权利要求11所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述功率分配器包括第一电容，所述第一电容的一端耦接至所述第一下电极，所述第一电容的另一端耦接至所述匹配电路；
在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述第一电容为电容值可调整状态；所述控制装置通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
13.如权利要求12所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述功率分配器还包括第二电容，所述第二电容的一端耦接至所述第二下电极，所述第二电容的另一端耦接至所述匹配电路；
在所述第一腔室对所述第一工作件进行加工且所述第二腔室对所述第二工作件同时进行加工时，所述功率分配器处于第一模式，所述第一电容和所述第二电容均为电容值可调整状态；所述控制装置通过调节所述第一电容和/或所述第二电容，以对所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压进行调节。
14.如权利要求13所述的等离子体加工系统，其特征在于，在仅所述第一腔室对所述第一工作件进行加工时，所述功率分配器处于第二模式，所述第一电容为电容值可调整状态，所述第二电容的电容值为最小值，其中所述最小值使得所述匹配电路与所述第二下电极之间的电性路径视为断路；所述控制装置通过调节所述第一电容，以对所述第一偏置电压进行调节。
15.如权利要求9至14任一项所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述第一检测装置和所述第二检测装置为光学发射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy, OES)；所述第一等离子体特征为所述第一等离子体的特征峰强度，所述第二等离子体特征为所述第二等离子体的特征峰强度。
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