CN111755353B - 一种暖机方法及刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种暖机方法及刻蚀方法，该暖机方法包括：控温阶段，检测绝缘筒的温度，并在所述绝缘筒的温度小于预设的温度范围时，进行升温工艺，以控制反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，所述升温工艺为等离子体起辉加热所述反应腔室；工艺阶段，进行暖机工艺，以使所述反应腔室达到需求工艺气氛。通过本发明，提高了暖机效率，节省了暖机时间并且减少了暖机成本。

Description

一种暖机方法及刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种暖机方法及刻蚀方法。
背景技术
在刻蚀工艺中，暖机步骤是一项重要的工艺步骤，其目的是通过暖机步骤达到量产所需工艺温度和工艺腔室的氛围，从而可以保持后续刻蚀腔室的稳定性和工艺的均匀性。对于从未使用的全新腔室、周期性维护后的腔室、空闲时间过长的腔室，均要进行暖机工艺处理，以提高机台的稳定性和片间的均匀性。
目前常采用的暖机工艺是采用一定数量的光刻胶陪片(PR Dummy)，即经过涂胶、烘烤而未经过光刻的晶片代替光刻后的刻蚀图形片，进行一定量的模拟量产工艺。当第N(比如17)片实验晶片达到量产晶片的刻蚀图形要求后，再增加一片实验晶片进行暖机工艺，以验证该刻蚀图形是否稳定持续，若持续，则认为腔室状态达到了稳定的工艺状态。
经验证，陶瓷筒温度是影响暖机工艺结果的关键参数。陶瓷筒温度随着量产工艺的进行的变化曲线如图1所示，第一片晶片从室温开始升温，一般工艺所用射频功率值在1000W-2000W之间，在单片工艺时间(如5min)内，腔室温度达不到真正量产时所需的工艺温度，且每做完一片，都要先停止工艺，先从腔室内把晶片取出，再放入下一片，然后进行暖机步骤。因为腔室没有单独的加热器，全靠暖机时的工艺温度升温，工艺停止其间，陶瓷筒自然降温，因此，在取放片的时间内，腔室温度还会下降。这样就会导致，现有暖机工艺过程需要大约17片晶片，和17*5＝85分钟的时间腔室温度才能逐渐达到量产所需工艺温度，浪费了大量的时间和晶片来升温，增加了成本。
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，提出了一种暖机方法及刻蚀方法，以提高暖机效率，节省暖机时间并且减少暖机成本。
为实现本发明的目的而提供一种暖机方法，所述方法包括：
控温阶段，检测绝缘筒的温度，并在所述绝缘筒的温度小于预设的温度范围时，进行升温工艺，以控制反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，所述升温工艺为等离子体起辉加热所述反应腔室；
工艺阶段，进行暖机工艺，以使所述反应腔室达到需求工艺气氛。
优选地，所述控温阶段，具体包括以下步骤：
S1：检测所述绝缘筒的温度是否小于或等于所述温度范围的下限值；若是，执行步骤S2；若否，进入所述工艺阶段；
S2：向所述反应腔室通入工艺气体，并开启上电极射频电源，以使所述绝缘筒的温度升高；
S3：检测所述绝缘筒的温度是否等于所述温度范围的上限值；若是，执行步骤S4；若否，返回执行步骤S2；
S4：停止向所述反应腔室通入所述工艺气体，并关闭所述上电极射频电源，在设定时间后，进入所述工艺阶段。
优选地，在所述工艺阶段中，采用一片测试晶片进行暖机工艺。
优选地，在所述工艺阶段之后，还包括：
验证阶段，进行暖机工艺，以验证所述反应腔室是否达到了稳定的工艺状态。
优选地，在所述验证阶段中，采用一片测试晶片进行暖机工艺。
优选地，在所述控温阶段中，所述工艺气体为氧气、氦气以及氮气中的任意一种。
优选地，在所述控温阶段中，所述上电极射频电源的功率的范围为：3000～4000W。
优选地，在所述控温阶段中，所述氧气的流量为200～300sccm。
优选地，在所述控温阶段中，所述氦气的流量为200～300sccm。
优选地，所述绝缘筒为陶瓷筒，所述温度范围为360～390℃。
一种刻蚀方法，包括暖机步骤和刻蚀步骤，所述暖机步骤采用本申请中所述的暖机方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的暖机方法及刻蚀方法，刻蚀方法包括暖机方法，暖机方法包括：控温阶段与工艺阶段，控温阶段将反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，从而达到了暖机工艺要求的最佳温度，此控温阶段无需采用光刻胶陪片进行暖机工艺并且工艺时间较短；工艺阶段通过暖机工艺使反应腔室达到需求工艺气氛，最终满足暖机工艺气氛要求。通过绝缘筒的升温工艺替代现有的长时间多光刻胶陪片，提高了暖机效率，节省了暖机时间并且减少了暖机成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的暖机方法的一种流程图；
图2为本发明实施例中绝缘筒的结构示意图；
图3为本发明实施例中控温阶段的一种流程图；
图4为本发明实施例提供的暖机方法的另一种流程图。
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暖机方法及刻蚀方法进行详细描述。
如图1所示为本发明实施例提供的暖机方法的一种流程图，具体地，图1所示的暖机方法包括：控温阶段101与工艺阶段102。
控温阶段101：检测绝缘筒的温度，并在所述绝缘筒的温度小于预设的温度范围时，进行升温工艺，以控制反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，升温工艺为等离子体起辉加热反应腔室。
具体地，参见图2所示，绝缘筒1位于反应腔室3上方，并且在绝缘同1上缠绕有线圈3，通过绝缘筒1可以达到反应腔室绝缘的效果，在反应腔室3中还放置有晶片4。进一步，绝缘筒1可以为陶瓷筒，陶瓷筒的温度范围可以在进行暖机工艺时根据陶瓷筒的温度变化确定，比如，温度范围为360～390℃，进一步，得到陶瓷筒的温度范围的过程如下：
同一批次晶片4采用同一暖机工艺时，随着工艺的逐渐进行反应腔室3的氛围和反应腔室3等离子体源附近陶瓷筒的温度逐渐发生变化，工艺初期陶瓷筒温度逐渐上高，当升到360℃以上时则趋于稳定，室温升温到360℃一般需要12min左右的时间；当温度继续升高至390℃后，刻蚀的沉积产物挥发快，侧壁保护减弱，从而导致晶片4的管脚露出量超出要求范围，因此证明陶瓷筒温度是影响工艺稳定性的关键因素，并且，由实验可以得出温度范围为360～390℃。进一步，可以采用图3提供升温工艺实现绝缘筒的温度升高与维持。
工艺阶段102：进行暖机工艺，以使反应腔室达到需求工艺气氛。
具体地，针对不同的工艺需求工艺气氛不同，比如，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)封装中工艺气氛由暖机工艺中晶片的管脚露出量确定，当晶片的管脚露出量达到要求范围，则确定反应腔室达到了需求工艺气氛。
需要说明的是，在本工艺阶段中，可以采用一片或多片测试晶片进行暖机工艺，而通过实验发现，暖机工艺要求的工艺氛围实际只需要一片测试晶片进行暖机工艺后即可实现。因此，本发明另一个实施例中，在工艺阶段中，采用一片测试晶片进行暖机工艺形成腔室内的工艺气氛后即可进行稳定的量产工艺。测试晶片可以是光刻胶陪片也可以实际的晶片。
本发明实施例提供的暖机方法，包括：控温阶段与工艺阶段，控温阶段将反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，从而达到了暖机工艺要求的最佳温度，此控温阶段无需采用光刻胶陪片进行暖机工艺并且工艺时间较短；工艺阶段通过暖机工艺使反应腔室达到需求工艺气氛，最终满足暖机工艺气氛要求。通过绝缘筒的升温工艺替代现有的长时间多光刻胶陪片，提高了暖机效率，节省了暖机时间并且减少了暖机成本。
具体地，如图3所示为本发明实施例中控温阶段的一种流程图，图3所示的控温阶段包括以下步骤：
步骤S0：开始。
步骤S1：检测绝缘筒的温度是否小于或等于温度范围的下限值；若是，执行步骤S2；若否，进入工艺阶段102。
具体地，当绝缘筒为陶瓷筒时，温度范围为360℃～390℃，因此，温度范围的下限值为360℃，温度范围的上限值390℃。
步骤S2：向反应腔室通入工艺气体，并开启上电极射频电源，以使绝缘筒的温度升高。
具体地，本控温阶段中，工艺气体可以为氧气、氦气以及氮气中的任意一种。当工艺气体为氧气时，氧气的流量为200～300sccm。而当工艺气体为氦气时，氦气的流量为200～300sccm。
具体地，本发明的一个实施例中，在本控温阶段中，上电极射频电源的功率的范围可以为：3000～4000W。需要说明的是，常规的暖机工艺中，上电极射频电源的功率一般为1000～2000W，而本实施例中，选择上电极射频电源的功率的范围在3000～4000W之间，可以加快绝缘筒的升温速率。进一步，在本控温阶段中，关闭下电极电源，可以减小等离子体对静电卡盘不必要的轰击。
步骤S3：检测绝缘筒的温度是否等于温度范围的上限值；若是，执行步骤S4；若否，返回执行步骤S2。
步骤S4：停止向反应腔室通入工艺气体，并关闭上电极射频电源，在设定时间后，进入工艺阶段102。
具体地，设定时间可以根据工艺情况自由设置，比如，需要在反应腔室中放置晶片的时间为5s，而控温阶段到工艺阶段最短的时间间隔则是放片时间，因此，在一种实施例中，设定时间为5s。
本实施例中，通过升温工艺保持绝缘筒的温度一直处于预设的温度范围，该升温工艺的条件为当绝缘筒的温度低于温度范围的下限值时，向反应腔室通入工艺气体，并开启上电极射频电源，以使绝缘筒温度升高直至绝缘筒的温度等于温度范围的上限值，停止向反应腔室通入工艺气体，并关闭上电极射频电源，此时可以进入工艺阶段，本发明实施例，通过升温工艺可以避免高温对绝缘筒使用寿命的影响，而通过升温工艺自动开启和关闭，可以使绝缘筒温度一直保持在预设的温度范围内，节省了量产前暖机工艺升温时间。整个升温工艺，反应腔室中不放光刻胶陪片，只进行等离子体起辉加热反应腔室，并且不开启下电极电源，减小了等离子体对反应腔室中静电卡盘的不必要的轰击。
如图4所示为本发明实施例提供的暖机方法的另一种流程图，图4所示的暖机方法包括：控温阶段201、工艺阶段202以及验证阶段203。
控温阶段201：检测绝缘筒的温度，并在绝缘筒的温度小于预设的温度范围时，进行升温工艺，以控制反应腔室的绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，升温工艺为等离子体起辉加热反应腔室。
工艺阶段202：进行暖机工艺，以使反应腔室达到需求工艺气氛。
验证阶段203：进行暖机工艺，以验证反应腔室是否达到了稳定的工艺状态。
具体地，反应腔室是否达到了稳定工艺状态是由反应腔室中晶片刻蚀的图案决定，当反应腔室中晶片的刻蚀的图形稳持续，则确定反应腔室达到了稳定的工艺状态。
进一步，本发明实施例中，验证阶段可以采用一片或多片测试晶片进行暖机工艺，而为了减小成本，一般只需要一片测试晶片进行暖机工艺后即可。因此，本发明另一个实施例中，在验证阶段中，采用一片测试晶片进行暖机工艺，进一步，测试晶片可以是光刻胶陪片也可以实际的晶片。
本发明实施例提供的暖机方法，在反应腔腔室达到需求工艺气氛后，再进行一次暖机工艺，以验证反应腔室是否达到了稳定的工艺状态，通过增加验证阶段，为后续量产提供了可靠依据，进一步，保障了量产的有效性，提高了刻蚀的有效性。
针对上述暖机方法，本发明实施例还提供了一种刻蚀方法，该刻蚀方法包括暖机步骤和刻蚀步骤，而该暖机步骤采用本发明中的暖机方法。
综上，本发明提供的暖机方法及刻蚀方法，通过升温工艺的自动开启和关闭，可将暖机工艺时间85min和17片光刻胶陪片的消耗减少至12min的升温和一片光刻胶陪片的暖机工艺，从而提供了一种适用于封装刻蚀工艺、并且还可以提高量产稳定性的方法，大幅提高暖机工艺的效率，并且能够提高量产产能和降低成本。
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 (11)

1.一种暖机方法，包括：
控温阶段，检测绝缘筒的温度，并在所述绝缘筒的温度小于预设的温度范围时进行升温工艺，以控制反应腔室的所述绝缘筒的温度维持在预设的温度范围内，其中所述升温工艺为等离子体起辉加热所述反应腔室，并且其中所述绝缘筒位于所述反应腔室上方，并且在所述绝缘筒上缠绕有线圈，所述等离子体使得所述绝缘筒的温度升高；以及
工艺阶段，进行暖机工艺，以使所述反应腔室达到需求工艺气氛。
2.根据权利要求1所述的暖机方法，其中所述控温阶段包括以下步骤：
S1：检测所述绝缘筒的温度是否小于或等于所述温度范围的下限值；如所述绝缘筒的温度小于或等于所述预设的温度范围的下限值，则执行步骤S2；如所述绝缘筒的温度大于所述预设的温度范围的下限值，则进入所述工艺阶段；
S2：向所述反应腔室通入工艺气体，并开启上电极射频电源，以使所述绝缘筒的温度升高；
S3：检测所述绝缘筒的温度是否等于所述温度范围的上限值；如所述绝缘筒的温度等于所述预设的温度范围的上限值，则执行步骤S4；如所述绝缘筒的温度不等于所述预设的温度范围的上限值，则返回执行步骤S2；
S4：停止向所述反应腔室通入所述工艺气体，并关闭所述上电极射频电源，在设定时间后进入所述工艺阶段。
3.根据权利要求2所述的暖机方法，其中在所述工艺阶段中，采用一片测试晶片进行所述暖机工艺。
4.根据权利要求3所述的暖机方法，其中在所述工艺阶段之后，还包括：
验证阶段，进行所述暖机工艺，以验证所述反应腔室是否达到了稳定的工艺状态。
5.根据权利要求4所述的暖机方法，其中在所述验证阶段中，采用一片测试晶片进行所述暖机工艺。
6.根据权利要求2-5任一项所述的暖机方法，其中在所述控温阶段中，所述工艺气体为氧气、氦气以及氮气中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的暖机方法，其中在所述控温阶段中，所述上电极射频电源的功率的范围为：3000～4000W。
8.根据权利要求7所述的暖机方法，其中在所述控温阶段中，所述氧气的流量为200～300sccm。
9.根据权利要求8所述的暖机方法，其中在所述控温阶段中，所述氦气的流量为200～300sccm。
10.根据权利要求9所述的暖机方法，其中所述绝缘筒为陶瓷筒，所述预设的温度范围为360～390℃。
11.一种刻蚀方法，包括暖机步骤和刻蚀步骤，所述暖机步骤采用权利要求1-10任一项所述的暖机方法。
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