CN112838023B - 一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统 - Google Patents

一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统。在本发明实施例中，通过获取包括半导体制造设备的实时测量数据，并对实时测量数据进行分析，获得设备能力参数，在设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。能够实时监控半导体制造设备的状态，并实时控制补偿装置进行补偿。通过补偿调节，能够长期使半导体设备具有良好的稳定性，进而能够提高工艺过程的稳定，提高半导体制造的精度。

Description

一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统。
背景技术
随着半导体制造工艺的不断发展，对半导体制造设备的精度提出了更高的要求。因此，半导体制造设备的精度还需要提高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置及系统，以提高半导体制造设备的反应腔的稳定性，进而提高所形成的半导体器件的精度。
第一方面，本发明实施例提供一种半导体制造设备的补偿调节方法，本发明实施例的方法包括：
获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括半导体制造设备的反应腔的等效电阻和/或等效电容；
根据所述实时测量数据确定设备能力参数；以及
当所述设备能力参数恶化到预定程度时，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围；其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。
进一步地，所述设备能力参数包括过程能力指数。
进一步地，所述设备能力参数恶化到预定程度具体为所述过程能力指数大于第一阈值，所述第一阈值根据历史测量数据确定。
进一步地，所述第一阈值的确定方法包括：
根据历史测量数据确定历史过程能力指数；
根据定期维护数据、异常宕机数据以及测量偏移数据确定基准系数；
根据所述历史过程能力指数和所述基准系数确定所述第一阈值。
进一步地，所述方法还包括：
响应于所述过程能力指数小于第一阈值，发送第一通知信息；所述第一阈值根据历史测量数据确定。
进一步地，在所述控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿前，所述方法还包括：
根据所述等效电阻和第二阈值确定第一补偿值；以及
根据所述等效电容和第三阈值确定第二补偿值；
其中，所述第二阈值和所述第三阈值根据历史测量数据确定。
进一步地，所述方法还包括：
响应于所述等效电阻和第二阈值的差值大于第一预定值，发送第二通知消息；
响应于所述等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值，发送第三通知消息。
进一步地，所述补偿装置外接到所述半导体制造设备的腔体上。
第二方面，本发明实施例提供一种半导体制造设备的补偿调节装置，本发明实施例的补偿调节装置包括：
数据获取单元，用于获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括反应腔的等效电阻和/或等效电容；
能力参数确定单元，用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数；以及
补偿单元，用于当所述设备能力参数恶化到预定程度时，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围；其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。第三方面，本发明实施例提供一种反应腔的补偿调节系统，本发明实施例的补偿调节系统包括：
测量装置，用于测量反应腔的实时测量数据，所述实时测量数据包括半导体制造设备的反应腔的等效电阻和/或等效电容；
补偿装置，与所述反应腔连接；
数据处理装置，用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数，响应于所述设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述反应腔的补偿装置进行补偿。
进一步地，所述补偿装置包括动作电路，所述动作电路与所述半导体制造设备的反应腔并联。
进一步地，所述动作电路包括可调电阻和可调电容，通过调节所述可调电阻和可调电容补偿所述半导体制造设备的反应腔的等效电阻和等效电容。
在本发明实施例中，通过获取包括半导体制造设备的实时测量数据，并对实时测量数据进行分析，获得设备能力参数，在设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。能够实时监控半导体制造设备的状态，并实时控制补偿装置进行补偿。通过补偿调节，能够长期使半导体设备具有良好的稳定性，进而能够提高工艺过程的稳定，提高半导体制造的精度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1和图2是本发明第一实施例的反应腔的补偿调节系统的示意图；
图3是本发明第一实施例的反应腔的补偿调节系统的电路示意图；
图4是本发明第二实施例的半导体制造设备的补偿调节装置的示意图；
图5是本发明第三实施例的半导体制造设备的补偿调节方法的流程图；
图6是本发明第三实施例确定第一阈值的流程图；
图7是本发明第三实施例的半导体制造设备的补偿调节方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则在本申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本申请文件的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请文件的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。
随着器件尺寸的减小，制造过程的复杂性不断提升，同时对工艺稳定性的要求也不断提高。半导体制造设备的稳定是工艺过程的稳定的前提条件。目前半导体制造都是在半导体制造设备(例如，化学气相沉积设备以及等离子体刻蚀设备)的反应腔室内利用反应物的物理、化学以及电学特性来加工半导体材料的。因此反应腔室本身特性的稳定也将影响半导体制造过程和精度。目前，对不同半导体制造设备的反应腔等效电容和阻抗的测定只停留在设备的安装阶段，对于大量产品生产过程中对反应腔等效电容和阻抗没有实时监控的措施。但工艺过程副产物的沉积、反应腔配件的损耗、定期维护对反应腔的拆装以及更换相关零件等操作，都会引起反应腔等效电容和阻抗的变化，为了提高工艺控制的精度，需要考虑这种反应腔本身的变化带来的影响。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体制造设备的补偿调节方法、装置以及系统，设计一种能够实时监控测量反应腔等效电容和阻抗并实时做出反馈动态补偿的系统。从而实现长期保持反应腔电容和阻抗的稳定性，提高工艺过程的稳定，进而提高半导体制造精度。
图1是本发明第一实施例的反应腔的补偿调节系统的示意图。如图1所示，反应腔的补偿调节系统包括：测量装置110，补偿装置120以及数据处理装置130。
测量装置110用于测量半导体制造设备的反应腔的实时测量数据，所述实时测量数据包括反应腔的等效电阻和/或等效电容。
补偿装置120与所述反应腔连接。补偿装置120可以设置在半导体制造设备的内部或者外部。在一种可选的实现方式中，所述补偿装置外接到所述半导体制造设备的腔体上。具体地，所述补偿装置120与所述半导体制造设备的反应腔A并联。
数据处理装置130用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数，响应于所述设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。
如图2所示，反应腔的补偿调节系统还包括一个或多个处理器201、存储器202以及通信组件203。处理器201、存储器202以及通信组件203可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。存储器202作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。通信组件203在处理器201的控制下接收和发送数据。具体地，处理器201通过运行存储在存储器202中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行数据测量以及数据处理，最终实现控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿，以使设备能力参数在预定范围。
图3是本发明第一实施例的反应腔的补偿调节系统的电路示意图。如图3所示，测量装置110电连接到反应腔A的两端，用于测量半导体制造设备的实时测量数据。所述补偿装置120包括动作电路，所述动作电路与所述半导体制造设备的反应腔A并联。所述动作电路包括可调电阻R和可调电容C，通过调节可调电阻R和可调电容C补偿所述半导体制造设备的反应腔的等效电阻和等效电容。补偿装置120中还包括控制电路B。控制电路B用于控制动作电路的调节补偿值。所述补偿装置120还电连接到数据处理装置130，以接收数据处理装置的信号，确定是否补偿，以及补偿值的大小。
在本发明实施例中，通过补偿装置对半导体制造设备进行补偿。能够实时监控半导体制造设备的状态，并实时通过补偿装置进行补偿。通过补偿调节，能够长期使半导体设备具有良好的稳定性，进而能够提高工艺过程的稳定，提高半导体制造的精度。
图4是本发明第二实施例的半导体制造设备的补偿调节装置的示意图。如图4所示，半导体制造设备的补偿调节装置包括：数据获取单元410、能力参数确定单元420以及补偿单元430。
数据获取单元410用于获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括反应腔的等效电阻和/或等效电容。
能力参数确定单元420用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数。
补偿单元430用于当所述设备能力参数恶化到预定程度时，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围。其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。
在本发明实施例中，通过数据获取单元获取包括半导体制造设备的实时测量数据。通过能力参数确定单元对实时测量数据进行分析，获得设备能力参数。由补偿单元在设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。能够实时监控半导体制造设备的状态，并实时控制补偿装置进行补偿。通过补偿调节，能够长期使半导体设备具有良好的稳定性，进而能够提高工艺过程的稳定，提高半导体制造的精度。
图5是本发明第三实施例的半导体制造设备的补偿调节方法的流程图。如图5所示，本发明实施例的半导体制造设备的补偿调节方法包括如下步骤：
步骤S100、获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括半导体制造设备的反应腔的等效电阻和/或等效电容。
步骤S200、根据所述实时测量数据确定设备能力参数。其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。
步骤S300、当所述设备能力参数恶化到预定程度时，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围。在一种可选的实现方式中，本发明实施例的半导体制造设备的补偿调节方法还包括如下步骤：
步骤S400、响应于所述过程能力指数小于第一阈值，发送第一通知信息
步骤S500、响应于所述等效电阻和第二阈值的差值大于第一预定值，发送第二通知消息。
步骤S600、响应于所述等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值，发送第三通知消息。
在另一种可选的实现方式中，在所述步骤S300前，所述方法还包括：
步骤S300a、根据所述等效电阻和第二阈值确定第一补偿值。
步骤S300b、根据所述等效电容和第三阈值确定第二补偿值。
其中，步骤S300a和步骤S300b的执行没有先后顺序。步骤S300、步骤S400、步骤S500以及步骤S600的执行顺序也可以调换。
在步骤S100中，获取半导体制造设备的实时测量数据。所述实时测量数据包括半导体制造设备的反应腔的等效电阻和/或等效电容。
具体地，可以通过在半导体制造设备上设置测量装置，通过测量装置直接测量获得所述实时测量数据。可以设置测量装置每隔预定时间获取所述等效电阻和/或等效电容。实时测量数据可以包括当前一定时间范围内多次测量获得的等效电阻和/或等效电容的值。
在步骤S200中，根据所述实时测量数据确定设备能力参数。
所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。所述设备能力参数包括过程能力指数(Process Capability Index，CPK)。所述根据所述实时测量数据确定设备能力参数包括：根据所述实时测量数据确定过程能力指数。CPK是指过程平均值与产品标准规格发生偏移(ε)的大小。在本步骤中过程能力指数的技术公式如下：
CPK＝(1-K)×CP
其中，
Figure BDA0002287827080000081
USL为设备规格上限；为设备规格下限；σ为测量数据的标准差；T为目标值；A为平均值；T-A为过程统计量的技术规格的公差幅度；CP是指过程满足技术要求的能力。
在一种可选的实现方式中，以反应腔的等效电阻的CPK为例，T＝300Ω，USL＝360Ω，LSL＝240Ω。在一定的时间内，测量得到A＝306.5，σ＝12.64。由此，根据上述计算公式计算得到
Figure BDA0002287827080000082
Figure BDA0002287827080000083
CPK＝(1-0.108)×1.58＝1.41。
在步骤S300a中，根据所述等效电阻和第二阈值确定第一补偿值。
第二阈值为根据历史测量数据确定的反应腔的历史等效电阻的平均值。也就是说，根据等效电阻和历史等效电阻的平均值的差值确定第一补偿值。
在步骤S300b中，根据所述等效电容和第三阈值确定第二补偿值。
第三阈值为根据历史测量数据确定的反应腔的历史等效电容的平均值。也就是说，根据等效电容和历史等效电容的平均值的差值确定第一补偿值。
在步骤S300中，响应于所述设备能力参数恶化到预定程度，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。以使设备能力参数在预定范围。
所述设备能力参数恶化到预定程度具体为所述过程能力指数大于第一阈值。所述第一阈值根据历史测量数据确定。
图6是本发明第三实施例确定第一阈值的流程图。如图6所示，第一阈值的确定方法包括如下步骤：
步骤S601、根据历史测量数据确定历史过程能力指数。
历史测量数据可以是反应腔在预定一段时间的数据。例如，可以是近三个月的测量数据。采用步骤S200中的CPK的计算公式获得历史过程能力指数。
步骤S602、根据定期维护数据、异常宕机数据以及测量偏移数据确定基准系数。
具体地，根据定期维护数据确定第一系数。定期维护数据包括预定时间内的定期维护次数。
第一系数k1＝(1-10％)n。其中，n为定期维护次数，n为大于等于0的整数。
根据异常宕机数据确定第二系数。异常宕机数据包括预定时间内的异常宕机次数。
Figure BDA0002287827080000091
其中，m为异常宕机次数，m为大于等于0的整数。
根据测量偏移值确定第三系数。具体根据测量偏移值与标准差的比值确定第三系数。
Figure BDA0002287827080000092
其中，l为测量偏移值与标准差的比值取整的值，l为大于等于0的整数。
基准系数k为第一系数，第二系数以及第三系数的乘积。
步骤S603、根据所述历史过程能力指数和所述基准系数确定所述第一阈值。
具体地，第一阈值为历史过程能力指数和基准系数k的乘积。
根据定期维护数据、异常宕机数据以及测量偏移数据对反应腔的影响程度，分别确定不同的系数。由此，确定出第一阈值。第一阈值用于表征不会影响半导体制造设备精度的过程能力指数。第一阈值也可以随着半导体制造设备的使用时间的延长不断更新。
在步骤S200中确定的过程能力指数大于第一阈值时，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。具体根据步骤S300a和步骤S300b确定的第一补偿值和第二补偿值调整补偿装置的电路。
在步骤S400中，响应于所述过程能力指数小于第一阈值，发送第一通知信息。具体地，所述第二预定条件为所述过程能力指数小于第一阈值。
过程能力指数小于第一阈值，则半导体制造设备存在异常，需要停产排除故障，因此需要及时将异常信息发送至相关负责人。第一通知信息可以包括过程能力指数和第一阈值等信息的警示信号、邮件或者短信等。通过第一通知信息通知半导体制造设备的相关负责人。
在步骤S500中，响应于所述等效电阻和第二阈值的差值大于第一预定值，发送第二通知消息。
第二阈值为根据历史测量数据确定的反应腔的历史等效电阻的平均值。等效电阻和第二阈值的差值大于第一预定值时，说明半导体制造设备存在异常。第一预定值可以为历史等效电阻的标准差的3倍。
第二通知信息可以包括等效电阻和第二阈值等信息的警示信号、邮件或者短信等。通过第二通知信息通知半导体制造设备的相关负责人。由半导体制造设备的相关负责人根据第二通知消息控制半导体制造设备停止运行并对半导体制造设备进行检修等。
步骤S600、响应于所述等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值，发送第三通知消息。
第三阈值为根据历史测量数据确定的反应腔的历史等效电容的平均值。第二预定值可以为历史等效电容的标准差的3倍。等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值时，说明半导体制造设备存在异常。
第三通知信息可以包括等效电容和第三阈值等信息的警示信号、邮件或者短信等。通过第三通知信息通知半导体制造设备的相关负责人。
由半导体制造设备的相关负责人根据第二通知消息控制半导体制造设备停止运行并对半导体制造设备进行检修等。
图7是本发明第三实施例的半导体制造设备的补偿调节方法的流程图。
如图7所示，在一种可选的实现方式中，本发明第三实施例的半导体制造设备的补偿调节方法包括如下步骤：
步骤S701、获取半导体制造设备的实时测量数据。
具体可参考步骤S100，在此不再赘述。
步骤S702、根据所述实时测量数据确定设备能力参数。
具体可参考步骤S200，在此不再赘述。
步骤S703、根据等效电阻和第二阈值确定第一补偿值。
具体可参考步骤S300a，在此不再赘述。
步骤S704、根据等效电容和第三阈值确定第二补偿值。
具体可参考步骤S300b，在此不再赘述。
步骤S705、判断设备能力参数是否大于第一阈值。
具体地，判断步骤S702中确定的设备能力参数是否大于第一阈值。若“是”，则执行步骤S706；若“否”，则执行步骤S707。
步骤S706、控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。
具体可参考步骤S300，在此不再赘述。在补偿调节后，再执行步骤S701,以实时监测设备的状态，根据测量数据控制补偿装置进行补偿。
步骤S707、发送第一通知信息。
具体可参考步骤S400，在此不再赘述。
步骤S708、判断等效电阻和第二阈值的差值是否大于第一预定值。
具体地，确定等效电阻和第二阈值的差值，判断等效电阻和第二阈值的差值是否大于第一预定值。若“是”，则执行步骤S709。所述第二阈值和第一预定值的确定方法可以参考步骤S500，在此不再赘述。
步骤S709、发送第二通知信息。
具体地，可以参考步骤S500，在此不再赘述。
步骤S710、等效电容和第三阈值的差值是否大于第二预定值。
具体地，若等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值，则执行步骤S309。所述第三阈值和第二预定值的确定方法可以参考步骤S500，在此不再赘述。
步骤S711、发送第三通知信息。
具体地，可以参考步骤S600，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过获取包括半导体制造设备的实时测量数据，并对实时测量数据进行分析，获得设备能力参数，在设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿。能够实时监控半导体制造设备的状态，并实时控制补偿装置进行补偿。通过补偿调节，能够长期使半导体设备具有良好的稳定性，进而能够提高工艺过程的稳定，提高半导体制造的精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种半导体制造设备的补偿调节方法，其特征在于，所述方法包括：
获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括半导体制造设备的反应腔的等效电阻和/或等效电容；
根据所述实时测量数据确定设备能力参数；以及
当所述设备能力参数恶化到预定程度时，通过调节可调电阻和可调电容补偿半导体制造设备的等效电阻和等效电容，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围；
其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备能力参数包括过程能力指数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设备能力参数恶化到预定程度具体为所述过程能力指数大于第一阈值，所述第一阈值根据历史测量数据确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一阈值的确定方法包括：
根据历史测量数据确定历史过程能力指数；
根据定期维护数据、异常宕机数据以及测量偏移数据确定基准系数；
根据所述历史过程能力指数和所述基准系数确定所述第一阈值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于所述过程能力指数小于第一阈值，发送第一通知信息；所述第一阈值根据历史测量数据确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制连接到所述半导体制造设备的补偿装置进行补偿前，所述方法还包括：
根据所述等效电阻和第二阈值确定第一补偿值；以及
根据所述等效电容和第三阈值确定第二补偿值；
其中，所述第二阈值和所述第三阈值根据历史测量数据确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于所述等效电阻和第二阈值的差值大于第一预定值，发送第二通知消息；
响应于所述等效电容和第三阈值的差值大于第二预定值，发送第三通知消息。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿装置外接到所述半导体制造设备的腔体上。
9.一种半导体制造设备的补偿调节装置，其特征在于，所述补偿调节装置包括：
数据获取单元，用于获取半导体制造设备的实时测量数据，所述实时测量数据包括反应腔的等效电阻和/或等效电容；
能力参数确定单元，用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数；以及
补偿单元，用于当所述设备能力参数恶化到预定程度时，对恶化的所述设备能力参数进行补偿，以使设备能力参数恢复到预定范围；
其中，所述补偿单元包括可调电阻和可调电容，通过调节所述可调电阻和可调电容补偿所述反应腔的等效电阻和等效电容；
其中，所述设备能力参数用于表征设备满足技术标准的程度。
10.一种反应腔的补偿调节系统，其特征在于，所述补偿调节系统包括：
测量装置，用于测量反应腔的实时测量数据，所述实时测量数据包括所述反应腔的等效电阻和/或等效电容；
补偿装置，包括动作电路，所述补偿装置与所述反应腔连接；
其中，所述动作电路包括可调电阻和可调电容，通过调节所述可调电阻和可调电容补偿所述反应腔的等效电阻和等效电容；
数据处理装置，用于根据所述实时测量数据确定设备能力参数，响应于所述设备能力参数满足第一预定条件，控制连接到所述反应腔的补偿装置进行补偿。
11.根据权利要求10所述的补偿调节系统，其特征在于，所述动作电路与所述反应腔并联。
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