CN1848374A - 一种硅片刻蚀工艺处方的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，先将硅片刻蚀工艺过程的各种控制参数设定为工艺处方，然后在工艺运行过程中按预先设定的方式选择各工艺处方来控制系统运行，所述工艺处方包括各种特殊气体的流量、反应腔室的压力、氦气的压力、反应腔室的温度、反应的最长、反应的最短时间或反应的结束条件等及各参数的不同组合，工艺处方中包含有一个或多个分步反应条件，利用工艺处方及其中的各个分步反应条件来控制硅片刻蚀，可以把复杂的参数设置、更改工作简化，通过预先设置的方式，灵活方便地控制和更改各种参数，控制反应腔室的各种反应条件和刻蚀反应结果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工工艺，特别涉及硅片刻蚀工艺处方的控制方法。
背景技术
硅片刻蚀结果与反应腔室中的各种刻蚀条件密切相关，通过改变反应腔室中的各种气体流量、温度、压力、反应时间等条件，就可以改变硅片的刻蚀结果(如刻蚀均匀性，颗粒度，垂直度等)。因为刻蚀设备的反应参数非常多，各种反应气体非常多(多达十几种)，而且在刻蚀过程中需要经常改变反应的条件，所以刻蚀设备的工艺参数控制就是一个非常复杂工作。
以前采取的工艺参数控制方式，各个参数是串行读入的，并且判断各个参数条件达到与否也是串行的，需要一个一个的读入参数，设置判断参数条件达到与否，这种参数设置方式费时，不便于调整。
发明内容
要解决的技术问题
对于众多的工艺控制参数，在工艺步骤中进行即时调整反应条件时，需要提供一种方便的设置或改变设置工艺参数的方式，本发明的目的是提供一种利用工艺处方进行刻蚀工艺参数控制的方法。
技术方案
为了方便准确地控制工艺参数，本发明提出以下技术方案：
预先设置若干工艺处方Recipe，工艺处方(Recipe)是硅片刻蚀过程中，预先设定好的一组工艺参数，这些工艺参数包括设定各种特殊气体的流量，反应腔室的压力，He气的压力，反应腔室的温度，反应的最长和最短时间，反应的结束条件等等参数。
每个Recipe可以包括多个分步反应条件(Steps Cycle)，在每一个Recipe中可以设置多步反应条件(多个Step Cycle)，每个Step Cycle中设置的各种反应条件参数都不相同，然后刻蚀过程是按照StepCycle次序依次执行，Step Cycle控制刻蚀机每步的各种反应参数，达到控制刻蚀效果的目的。
使用Recipe进行刻蚀工艺反应控制的步骤如下：
进行条件检测，确认硅片已置于静电吸附卡盘上、槽阀已关闭、顶针处于低位、腔室温度在允许范围内且没有2级或3级报警；
控制静电卡盘将硅片固定在静电卡盘上，准备进行刻蚀；
控制真空系统将反应腔室本体抽真空；
用一个或多个分步反应条件控制系统刻蚀；
刻蚀结束后，关闭射频(RF)系统和各种气体；
控制真空系统将反应腔室本体抽真空；
控制静电卡盘释放硅片，一次刻蚀工艺完成。
有益效果
通过本方法，可以把以前复杂的参数设置、更改工作简化，通过预先设置的方式，灵活方便的控制和更改各种参数。用软件控制运行Recipe的方法，通过运行这个参数组，我们就可以控制反应腔室的各种反应条件，控制硅片的刻蚀反应结果。
附图说明
图1为本发明功能实现的硬件系统示意图；
图2为硅片刻蚀工艺的工艺处方控制方法流程图；
图3为条件检测流程图；
图4为分步反应条件控制流程图。
图中：1、腔室；2、静电卡盘；3、顶针；4、槽阀；5、干泵；6、分子泵；7、摆阀；8、隔离阀；9、手动限流阀；10、氮气调节阀；11、吹扫阀；12、慢旁路阀；13、快旁路阀；14、氦气阀；15、温控系统；16、上匹配器；17、上电极；18、离子规；19、压力开关；20、终点检测；21、下电极；22、下匹配器；23、气体控制板；24、压力传感器；25、气动阀一；26、气体吹扫阀；27、质量流量控制器；28、气动阀二；29、气动阀三；30、气体；31、氮气；32、氮气；33、氦气。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。
本发明的方法实现的硅片刻蚀工艺系统按用途可分为以下七个子系统：真空子系统(vacuum subsystem)、气路子系统(gas deliverysubsystem)、下电极子系统(E_Chuck subsystem)、腔室子系统(chamber subsystem)、RF子系统(radio frequency subsystem)、温控子系统(temperature control subsystem)、终点子系统(endpointsubsystem)。系统的结构如图1所示。
使用本发明的控制方法时，按照刻蚀需要，在工艺处方中预先设置多个分步反应条件。每个分步反应条件设置一组以下参数：#0，反应压力；#1，氦气压力；#2，上电极功率；#5，下电极功率；#10，氯气流量；#11，HBr流量；#12，CF4流量；#13，CHF3流量；#14，SF6流量；#15，氩气流量；#16，氦气流量；#17，大流量氧气流量；#18，小流量氧气流量；#19，氮气流量；#20，HeO2流量；#29，上电极电容1预设位置；#30，上电极电容2预设位置；#31，下电极电容1预设位置；#32，下电极电容2预设位置；#22，反应完成条件；#33，上匹配器电容1位置；#34，上匹配器电容2位置；#37，下匹配器电容1位置；#38，下匹配器电容2位置。
在上述系统中运行Recipe控制的过程如下：
A、条件检测，Recipe运行的前提条件是：
硅片已置于ESC(electronic static chuck静电吸附卡盘)上；槽阀已关闭；顶针处于低位；腔室温度在允许范围内；没有2级和3级报警；
B、下电极系统将硅片固定在静电卡盘上；
C、真空系统将腔室本体抽真空；
D、用多个分步反应条件控制系统刻蚀；
E、关闭RF系统和各种气体；
F、真空系统将腔室本体抽真空；
G、释放硅片，一次刻蚀工艺完成。
其中，条件检测过程如下：
检测槽阀是否关闭，若是则进行下一步，若否，则等待槽阀关闭；
检测顶针是否降下，若是则进行下一步，若否，则等待顶针降下；
检测腔室温度是否在允许的范围内，若是则进行下一步，若否，则等待腔室温度调整正常；发出报警，停止程序运行。需重新进入程序。
是否有2级或3级报警，若没有，则结束条件检测，若有，则等待报警清除。
在多个分步反应条件控制系统刻蚀的流程中，多个分步反应条件的最大步数由预先设置的分步反应条件的个数即分步反应条件参数的组数确定，进入第一个分步反应条件时，赋予步数一个初始值，StepsCycle具体流程如下：
D1.判断本步终止条件是否满足，即处理Recipe中的参数#22，若是，则结束；若否，则进行一下步；
D2.判断步数是否达到结束多个分步反应条件的标准，若是，则结束。
D3.设置腔室压力，如处理Recipe中的参数#0；
D4.设置各路气体流量，如处理Recipe中参数#10～#20；
D5.设置氦气压力，如处理Recipe中参数#1；
D6.更新公差窗口，启动公差检测；
D7.设置上匹配电容预设值，如处理Recipe中参数#29及#30，设置上电极功率，如处理Recipe中参数#2；
D8.延时一段时间后(如4秒，依据上下匹配器的性能而设定)，设置下匹配电容预设值，如处理Recipe中参数#31及#32，设置下电极功率，如处理Recipe中参数#5；
D9.开始计时，判断工艺反应过程条件是否满足，即做如下判断：
D91.设定时间已经到达，否则等待；
D92.稳定条件已经满足，否则等待至超时；
D93.终点信号已经到达，否则等待至超时；
D94.特定时间已经到达，否则等待；
上述四种判断条件只要满足任意一种，就表示本步工艺的完成，停止判断而进行下一步。
D10.停止公差监测，步数监控参数调整一次，返回步骤D1。
其中在结束步骤D9的判断后且在步骤D10之前，如果集群设备控制器支持，且允许写回工艺处方，则将上下匹配器电容位置写回到工艺处方中；读取上下匹配器的C1、C2的调整电容位置，写回到工艺recipe的电容预设值中去，作为下一次运行此recipe的预设调整值。这些值只是作为下一次预设值的参考，可以重新设定。
在步骤D10中所述调整步数监控参数为步数加1，所述判断步数是否达到结束多个分步反应条件的标准是判断步数是否大于最大步数。步数初始值设为零，在多个分步反应条件执行中逐步加到最大步数后，结束Steps Cycle。也可以将步数初始值设为最大步数，每执行一个Step Cycle，步数减1，直到步数为零时，结束Steps Cycle。
通过上面的过程可以控制工艺的运行。通过运行步数的计算，就可以连续运行Recipe中的Steps Cycle，直到整个Recipe中所有StepsCycle运行完成。
Claims (9)
1、一种硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，先将硅片刻蚀工艺过程的各种控制参数设定为工艺处方，然后在工艺运行过程中按预先设定的方式选择各工艺处方来控制系统运行。
2、如权利要求1所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，所述工艺处方包括各种特殊气体的流量、反应腔室的压力、氦气的压力、反应腔室的温度、反应的最长时间、反应的最短时间或反应的结束条件及各参数的不同组合。
3、如权利要求1所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，所述的工艺处方中包含有一个或多个分步反应条件。
4、如权利要求1至3之一所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，运行工艺处方控制工艺系统的步骤如下：
A.进行条件检测；
B.控制静电卡盘将硅片固定；
C.控制真空系统将反应腔室本体抽真空；
D.用一个或多个分步反应条件控制系统刻蚀；
E.刻蚀结束后，关闭射频系统和各种气体；
F.控制真空系统将反应腔室本体抽真空；
G.控制静电卡盘释放硅片，一次刻蚀工艺完成。
5、如权利要求4所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，步骤A所述的条件检测包括以下具体步骤：
A1.检测到硅片已置于静电卡盘上，否则等待；
A2.检测到槽阀已关闭，否则等待；
A3.检测到顶针处于低位，否则等待；
A4.检测腔室温度在允许范围内，否则等待；
A5.检测到没有2级或3级报警，否则等待。
6、如权利要求4所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，步骤D包括以下具体步骤：
D1.判断本步终止条件是否满足，若是，则结束；若否，则进行一下步；
D2.判断步数是否达到结束多步反应条件的标准，若是，则结束；
D3.设置腔室压力；
D4.设置各路气体流量；
D5.设置氦气压力；
D6.更新公差窗口，启动公差检测；
D7.设置上匹配电容预设值；
D8.延时一段时间后(如4秒，依据上下匹配器的性能而设定)，设置下匹配电容预设值，设置下电极功率；
D9.开始计时，判断工艺反应过程条件是否满足；
D10.停止公差监测，步数监控参数调整一次，返回步骤D1。
7、如权利要求6所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，步骤D9判断工艺反应过程条件是否满足包括以下几种判断内容：
D91.设定时间已经到达，否则等待；
D92.稳定条件已经满足，否则等待至超时；
D93.终点信号已经到达，否则等待至超时；
D94.特定时间已经到达，否则等待；
上述任意一项判断为真时，即结束判断。
8、如权利要求6所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，在步骤D9和步骤D10之间将上下匹配器电容位置写回到工艺处方中。
9、如权利要求6所述的硅片刻蚀的工艺处方控制方法，其特征在于，步骤D10中所述调整步数监控参数为步数加1，所述判断步数是否达到结束多个分步反应条件的标准是判断步数是否大于最大步数。
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