CN114999990A - 一种半导体设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体设备的控制方法，半导体设备包括：双极静电卡盘、静电吸附电源、上射频电源、下射频电源、补偿电源；控制方法包括多个依次执行的工艺步骤，且每个工艺步骤均包括：若进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启上射频电源、下射频电源及补偿电源；若退出等离子体产生的工艺环节，则依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源。本申请可利用补偿电源补偿鞘层电压产生的偏压，以避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常，从而提升工艺的安全稳定；而且，本申请限定了上射频电源、下射频电源及补偿电源的开启和关闭顺序，以避免前一个工艺步骤对后一个工艺步骤产生影响，从而保证工艺的正常进行。

Description

一种半导体设备的控制方法

技术领域

本申请涉及刻蚀工艺领域，尤其涉及一种半导体设备的控制方法。

背景技术

IC(Integrated Circuit，集成电路)刻蚀机台在对晶圆(wafer)进行刻蚀工艺的过程中，通常采用双极(正、负电极)吸附的库仑型ESC(Electrostatic Chuck，静电卡盘)来吸附晶圆，具体是通过在ESC的正、负电极上施加一定的静电电压来吸附晶圆。

在晶圆进行刻蚀工艺的过程中，IC刻蚀机台内的射频电源可为晶圆提供工艺所需的等离子体环境。但是，由于等离子体鞘层的作用，晶圆上会产生鞘层电压，该鞘层电压极性呈负值，这样一来，ESC的正、负电极和晶圆之间的电压就发生了变化，具体是：ESC的正电极和对应区域的晶圆之间的电压增加，而ESC的负电极和对应区域的晶圆之间的电压减小，导致ESC的正、负电极的吸附力不相等，且随着鞘层电压的升高，吸附力不平衡的状况会进一步加剧，严重的话甚至会导致吸附异常，进而导致工艺异常。

发明内容

本申请的目的是提供一种半导体设备的控制方法，可利用补偿电源补偿鞘层电压产生的偏压，以避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常，从而提升工艺的安全稳定；而且，本申请限定了上射频电源、下射频电源及补偿电源的开启和关闭顺序，以避免前一个工艺步骤对后一个工艺步骤产生影响，从而保证工艺的正常进行。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种半导体设备的控制方法，所述半导体设备包括：用于吸附晶圆的双极静电卡盘、用于为所述双极静电卡盘提供电压的静电吸附电源、上射频电源、下射频电源、用于补偿所述晶圆上鞘层电压产生的偏压的补偿电源；所述控制方法包括多个依次执行的工艺步骤，且每个所述工艺步骤均包括：

若进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启所述上射频电源、所述下射频电源及所述补偿电源；

若退出所述等离子体产生的工艺环节，则依次关闭所述补偿电源、所述下射频电源及所述上射频电源。

可选地，所述依次开启所述上射频电源、所述下射频电源及所述补偿电源，包括：

开启所述上射频电源；

若所述上射频电源的开启时间到达预设第一等待时间，则开启所述下射频电源；

若所述下射频电源的反射功率满足预设稳定条件，则开启所述补偿电源。

可选地，所述预设稳定条件为：

若所述下射频电源的反射功率在预设时间内持续小于预设功率阈值，则所述下射频电源的反射功率达到稳定。

可选地，每个所述工艺步骤还包括：

若所述下射频电源的反射功率不满足所述预设稳定条件，则进行关于所述下射频电源不稳定的提醒。

可选地，所述依次关闭所述补偿电源、所述下射频电源及所述上射频电源，包括：

关闭所述补偿电源；

若所述补偿电源的关闭时间到达预设第一延迟时间，则关闭所述下射频电源；

若所述下射频电源的关闭时间到达预设第二延迟时间，则关闭所述上射频电源。

可选地，所述半导体设备还包括：用于采集工艺过程中光谱信息的光谱仪；

每个所述工艺步骤还包括：

在开启所述下射频电源后，若所述下射频电源的开启时间到达预设第二等待时间，则开启所述光谱仪，并根据所述光谱仪采集的所述光谱信息，确定当前执行的所述工艺步骤的工艺信息。

可选地，每个所述工艺步骤还包括：

在关闭所述上射频电源后，若所述上射频电源的关闭时间到达预设第三延迟时间，则关闭所述光谱仪。

可选地，所述下射频电源的数量为多个；

则开启所述下射频电源，包括：

从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，并开启所述目标下射频电源。

可选地，关闭所述下射频电源，包括：

从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，并关闭所述目标下射频电源。

可选地，所述从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，包括：

读取预设工艺制程信息，以从所述预设工艺制程信息中找到当前执行的所述工艺步骤对应使用的目标下射频电源。

本申请提供了一种半导体设备的控制方法，半导体设备包括：用于吸附晶圆的双极静电卡盘、用于为双极静电卡盘提供电压的静电吸附电源、上射频电源、下射频电源、用于补偿晶圆上鞘层电压产生的偏压的补偿电源；控制方法包括多个依次执行的工艺步骤，且每个工艺步骤均包括：若进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启上射频电源、下射频电源及补偿电源；若退出等离子体产生的工艺环节，则依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源。可见，本申请可利用补偿电源补偿鞘层电压产生的偏压，以避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常，从而提升工艺的安全稳定；而且，本申请限定了上射频电源、下射频电源及补偿电源的开启和关闭顺序，以避免前一个工艺步骤对后一个工艺步骤产生影响，从而保证工艺的正常进行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种半导体设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种半导体设备的控制方法中每个工艺步骤的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种半导体设备的控制方法中每个工艺步骤的工艺流程图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种半导体设备的控制方法，可利用补偿电源补偿鞘层电压产生的偏压，以避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常，从而提升工艺的安全稳定；而且，本申请限定了上射频电源、下射频电源及补偿电源的开启和关闭顺序，以避免前一个工艺步骤对后一个工艺步骤产生影响，从而保证工艺的正常进行。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

针对双极静电卡盘吸附异常的情况，本申请提出了一种半导体设备，请参照图1，图1为本申请实施例提供的一种半导体设备的结构示意图。该半导体设备包括：双极静电卡盘1、静电吸附电源2、上射频电源3、下射频电源4、补偿电源5、补偿开关6、电压传感器7(如BVS(Bais Voltage Sensor，偏压检测)传感器)、控制器8(如PMC(下位机控制器))及RF(Radio Frequency，射频)滤波器9。其中，双极静电卡盘1上设置有：用于吸附晶圆w的正电极HV+和负电极HV-；静电吸附电源2包括：正吸附电源21和负吸附电源22，正吸附电源21用于：在进行工艺时，向双极静电卡盘1的正电极HV+施加正电压；负吸附电源22用于：在进行工艺时，向双极静电卡盘1的负电极HV-施加负电压；RF滤波器9用于滤除射频干扰信号；电压传感器7用于检测晶圆w上的鞘层电压；控制器8用于在进行工艺时，通过控制补偿开关6来开启补偿电源5，并根据鞘层电压控制补偿电源5输出的补偿电压，以补偿鞘层电压产生的偏压，从而避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常。

基于上述半导体设备发现：半导体设备在进行工艺时，所需执行的工艺步骤不止一个，当从上一个工艺步骤切换至下一个工艺步骤时，下一个工艺步骤会受到上一个工艺步骤的电源影响，导致下一个工艺步骤的起辉匹配慢，下电极偏压出现极大值，针对这一情况，本申请提出了一种半导体设备的控制方法，此控制方法可由图1中的控制器执行。

半导体设备的控制方法包括多个依次执行的工艺步骤，请参照图2，图2为本申请实施例提供的一种半导体设备的控制方法中每个工艺步骤的流程图，每个工艺步骤均包括：

步骤S101：若进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启上射频电源、下射频电源及补偿电源。

具体地，控制器检测半导体设备在当前执行的工艺步骤下正在进行的具体工艺环节，若检测到半导体设备正进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启上射频电源、下射频电源及补偿电源，即开启顺序为：上射频电源→下射频电源→补偿电源。

需要说明的是，上一个需要开启的电源真正开启后，才开启下一个需要开启的电源。之所以开启顺序为：上射频电源→下射频电源→补偿电源，是由工艺原理决定的。

步骤S102：若退出等离子体产生的工艺环节，则依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源。

具体地，控制器检测半导体设备在当前执行的工艺步骤下正在进行的具体工艺环节，若检测到半导体设备正退出等离子体产生的工艺环节，则依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源，即关闭顺序为：补偿电源→下射频电源→上射频电源。

需要说明的是，上一个需要关闭的电源真正关闭后，才关闭下一个需要关闭的电源。之所以在每个工艺步骤均依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源，目的是：当从上一个工艺步骤切换至下一个工艺步骤时，避免下一个工艺步骤受上一个工艺步骤的电源影响，从而提高了下一个工艺步骤的起辉匹配速度，避免了下电极偏压出现极大值的情况。需要强调的是，经过多次试验发现，即使是在上一个工艺步骤关闭了补偿电源、下射频电源及上射频电源，但若是将补偿电源在下射频电源和上射频电源关闭之后关闭，下一个工艺步骤仍无法避免出现起辉匹配速度较慢、下电极偏压出现极大值的问题，经过将电源的关闭顺序调整发现，若是将补偿电源在下射频电源和上射频电源关闭之前关闭，即优先关闭补偿电源，下一个工艺步骤将不再出现起辉匹配速度较慢、下电极偏压出现极大值的问题，因此，本申请经过多次试验调整选择了上述电源关闭顺序。

本申请提供的半导体设备的控制方法，可利用补偿电源补偿鞘层电压产生的偏压，以避免因鞘层电压产生的偏压导致的晶圆吸附异常，从而提升工艺的安全稳定；而且，本申请限定了上射频电源、下射频电源及补偿电源的开启和关闭顺序，以避免前一个工艺步骤对后一个工艺步骤产生影响，从而保证工艺的正常进行。

在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，依次开启上射频电源、下射频电源及补偿电源，包括：

开启上射频电源；

若上射频电源的开启时间到达预设第一等待时间，则开启下射频电源；

若下射频电源的反射功率满足预设稳定条件，则开启补偿电源。

具体地，控制器若检测到半导体设备正进入等离子体产生的工艺环节，首先开启上射频电源，并在上射频电源开启后，等待预设第一等待时间(其时间上限为1.2S，可设定为0.6s)，等待的目的是为了上射频电源匹配稳定，也就是上射频成功起辉，然后再开启下射频电源。

控制器在下射频电源开启后，获取下射频电源的反射功率，然后判断下射频电源的反射功率是否满足预设稳定条件，若满足预设稳定条件，则开启补偿电源。

更具体地，预设第一等待时间可设置在工艺config(配置单)中，并且可以对其进行按需修改。

作为一种可选的实施例，预设稳定条件为：

若下射频电源的反射功率在预设时间内持续小于预设功率阈值，则下射频电源的反射功率达到稳定。

具体地，本申请的预设稳定条件可以为：若下射频电源的反射功率在预设时间内持续小于预设功率阈值(如在0-20S内持续小于20W)，则下射频电源的反射功率达到稳定；否则，下射频电源的反射功率未达到稳定。

也就是说，控制器在下射频电源开启后，获取下射频电源的反射功率，然后判断下射频电源的反射功率是否在预设时间内持续小于预设功率阈值；若在预设时间内持续小于预设功率阈值，则确定下射频电源的反射功率达到稳定，并开启补偿电源；否则，则确定下射频电源的反射功率未达到稳定。

作为一种可选的实施例，每个工艺步骤还包括：

若下射频电源的反射功率不满足预设稳定条件，则进行关于下射频电源不稳定的提醒。

具体地，控制器在判断出下射频电源的反射功率不满足预设稳定条件时，即下射频电源的反射功率未达到稳定时，则进行报警，以提醒相关人员下射频电源不稳定。

作为一种可选的实施例，依次关闭补偿电源、下射频电源及上射频电源，包括：

关闭补偿电源；

若补偿电源的关闭时间到达预设第一延迟时间，则关闭下射频电源；

若下射频电源的关闭时间到达预设第二延迟时间，则关闭上射频电源。

具体地，控制器若检测到半导体设备正退出等离子体产生的工艺环节，首先关闭补偿电源，并在补偿电源关闭后，延时预设第一延迟时间(如500ms)，延时的目的是为了保证补偿电源真正关闭，然后再关闭下射频电源。

控制器在下射频电源关闭后，延时预设第二延迟时间(如100ms)，延时的目的是为了保证下射频电源真正关闭，然后再关闭上射频电源。

作为一种可选的实施例，半导体设备还包括：用于采集工艺过程中光谱信息的光谱仪；

每个工艺步骤还包括：

在开启下射频电源后，若下射频电源的开启时间到达预设第二等待时间，则开启光谱仪，并根据光谱仪采集的光谱信息，确定当前执行的工艺步骤的工艺信息。

具体地，在半导体设备包括光谱仪(如EPD(End Point Detector，终点检测)光谱仪)时，光谱仪在下射频电源开启后启动，即开启顺序为：上射频电源→下射频电源→光谱仪→补偿电源，具体实现是：控制器在下射频电源开启后，等待预设第二等待时间(其时间上限为1.2S，可设定为0.6s)，等待的目的是为了下射频电源匹配稳定，也就是下射频成功起辉，此时满足工艺条件，然后再开启光谱仪，并可根据光谱仪采集的光谱信息，生成当前执行的整个工艺步骤的光谱图，然后分析光谱图可得知与当前执行的工艺步骤相关的工艺信息。

更具体地，预设第二等待时间可设置在工艺config中，并且可以对其进行按需修改。

作为一种可选的实施例，每个工艺步骤还包括：

在关闭上射频电源后，若上射频电源的关闭时间到达预设第三延迟时间，则关闭光谱仪。

具体地，在半导体设备包括光谱仪时，光谱仪在上射频电源关闭后关闭，即关闭顺序为：补偿电源→下射频电源→上射频电源→光谱仪，具体实现是：控制器在上射频电源时关闭后，延时预设第三延迟时间(如100ms)，延时的目的是为了保证上射频电源真正关闭，然后再关闭光谱仪。

作为一种可选的实施例，下射频电源的数量为多个；

则开启下射频电源，包括：

从多个下射频电源中确定适用于当前执行的工艺步骤的目标下射频电源，并开启目标下射频电源。

具体地，半导体设备的下射频电源的数量为多个，多个下射频电源分别适用于不同工艺步骤，以提高设备兼容性。比如，半导体设备可实现的工艺包括：STI(ShallowTrench Isolation，浅槽隔离工艺)、DTI(Deep Trench Isolation，深槽隔离工艺)，由于STI工艺包含的工艺步骤对应使用的下射频电源的频率为13.56Mhz，而在DTI工艺包含的多个工艺步骤中，有的工艺步骤对应使用的下射频电源的频率为13.56Mhz，但有的工艺步骤对应使用的下射频电源的频率为2Mhz(即DTI工艺包括不同下射频切换)，所以半导体设备若想兼容实现STI工艺和DTI工艺，就需要设置13.56Mhz下射频电源和2Mhz下射频电源，上射频电源的频率也可为13.56Mhz，即上射频电源为高频，下射频电源的双频，其中一个是高频，另一个是低频。

基于此，控制器在准备开启下射频电源时，首先从多个下射频电源中确定适用于当前执行的工艺步骤的下射频电源(称为目标下射频电源)，然后开启目标下射频电源。

作为一种可选的实施例，下射频电源的数量为多个；

则关闭下射频电源，包括：

从多个下射频电源中确定适用于当前执行的工艺步骤的目标下射频电源，并关闭目标下射频电源。

本实施例与上述开启下射频电源的实施例原理类似，本申请在此不再赘述。

作为一种可选的实施例，从多个下射频电源中确定适用于当前执行的工艺步骤的目标下射频电源，包括：

读取预设工艺制程信息，以从预设工艺制程信息中找到当前执行的工艺步骤对应使用的目标下射频电源。

本申请实施例中，预设工艺制程信息(工艺Recipe)包括：各个工艺步骤的工艺环节、每个工艺环节中各种工艺参数的数值、以及各个工艺步骤的结束条件等信息。

基于此，控制器在准备开启下射频电源时，首先读取预设工艺制程信息，目的是从预设工艺制程信息中找到其记录的当前执行的工艺步骤对应使用的目标下射频电源，然后根据查找结果开启目标下射频电源。比如，下射频电源包括2Mhz下射频电源和13.56Mhz下射频电源，预设工艺制程信息中记录的当前执行的工艺步骤对应使用的目标下射频电源为2Mhz下射频电源，则根据查找结果开启的是2Mhz下射频电源。

控制器关闭下射频电源与开启下射频电源的具体原理类似，本申请在此不再赘述。

为了使本领域技术人员能够更好地理解本申请实施例，下面对本申请实施例加以说明：

请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种半导体设备的控制方法中每个工艺步骤的工艺流程图。每个工艺步骤均包括：

1)上射频电源开启；

2)等待第一等待时间；

3)判断预开启的下射频电源的频率是2Mhz还是13.56Mhz；若是2Mhz，则2Mhz下射频电源开启；若是13.56Mhz，则13.56Mhz下射频电源开启；

4)等待第二等待时间；

5)光谱仪开启；

6)判断下射频电源的反射功率是否满足预设稳定条件；若否，则报警；若是，则补偿电源开启；

7)该等离子体产生的工艺环节结束；

8)补偿电源关闭；

9)延时第一延迟时间；

10)判断预关闭的下射频电源的频率是2Mhz还是13.56Mhz；若是2Mhz，则2Mhz下射频电源关闭；若是13.56Mhz，则13.56Mhz下射频电源关闭；

11)延时第二延迟时间；

12)上射频电源关闭；

13)延时第三延迟时间；

14)光谱仪关闭；

15)流程结束。

本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种半导体设备的控制方法，其特征在于，所述半导体设备包括：用于吸附晶圆的双极静电卡盘、用于为所述双极静电卡盘提供电压的静电吸附电源、上射频电源、下射频电源、用于补偿所述晶圆上鞘层电压产生的偏压的补偿电源；所述控制方法包括多个依次执行的工艺步骤，且每个所述工艺步骤均包括：

若进入等离子体产生的工艺环节，则依次开启所述上射频电源、所述下射频电源及所述补偿电源；

若退出所述等离子体产生的工艺环节，则依次关闭所述补偿电源、所述下射频电源及所述上射频电源。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述依次开启所述上射频电源、所述下射频电源及所述补偿电源，包括：

开启所述上射频电源；

若所述上射频电源的开启时间到达预设第一等待时间，则开启所述下射频电源；

若所述下射频电源的反射功率满足预设稳定条件，则开启所述补偿电源。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设稳定条件为：

若所述下射频电源的反射功率在预设时间内持续小于预设功率阈值，则所述下射频电源的反射功率达到稳定。

4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，每个所述工艺步骤还包括：

若所述下射频电源的反射功率不满足所述预设稳定条件，则进行关于所述下射频电源不稳定的提醒。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述依次关闭所述补偿电源、所述下射频电源及所述上射频电源，包括：

关闭所述补偿电源；

若所述补偿电源的关闭时间到达预设第一延迟时间，则关闭所述下射频电源；

若所述下射频电源的关闭时间到达预设第二延迟时间，则关闭所述上射频电源。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述半导体设备还包括：用于采集工艺过程中光谱信息的光谱仪；

每个所述工艺步骤还包括：

在开启所述下射频电源后，若所述下射频电源的开启时间到达预设第二等待时间，则开启所述光谱仪，并根据所述光谱仪采集的所述光谱信息，确定当前执行的所述工艺步骤的工艺信息。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，每个所述工艺步骤还包括：

在关闭所述上射频电源后，若所述上射频电源的关闭时间到达预设第三延迟时间，则关闭所述光谱仪。

8.如权利要求1-7任一项所述的控制方法，其特征在于，所述下射频电源的数量为多个；

则开启所述下射频电源，包括：

从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，并开启所述目标下射频电源。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，关闭所述下射频电源，包括：

从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，并关闭所述目标下射频电源。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述从多个所述下射频电源中确定适用于当前执行的所述工艺步骤的目标下射频电源，包括：

读取预设工艺制程信息，以从所述预设工艺制程信息中找到当前执行的所述工艺步骤对应使用的目标下射频电源。

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