TWI812073B - 上電極電源功率調節方法和半導體製程設備 - Google Patents

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Abstract

一種半導體製程設備的上電極電源功率調節方法，包括：獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載；在開始進行半導體製程步驟時，根據當前製程腔室的製程負載和基準製程腔室的製程負載，確定與半導體製程步驟對應的當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率補償係數；控制當前製程腔室的上電極電源輸出補償功率，補償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數的乘積。

Description

上電極電源功率調節方法和半導體製程設備
本發明涉及半導體製程領域，具體地，涉及一種半導體製程設備的上電極電源功率調節方法和一種半導體製程設備。
隨著半導體元器件製造製程的迅速發展，對元器件性能與集成度要求越來越高，使得等離子體技術得到了極廣泛的應用。在等離子體蝕刻或沉積系統中，通過在真空反應腔室內引入各種反應氣體(如Cl2,SF6,C4F8,O2等)，利用外加電磁場(直流或交流)使氣體原子內束縛電子擺脫勢阱成為自由電子，獲得動能的自由電子再與分子、原子或離子產生碰撞使得氣體完全解離，形成等離子體。等離子體中含有大量電子、離子(包括正離子和負離子)、激發態原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和置於腔體並曝露在等離子體中的晶圓表面相互作用，使晶圓材料表面發生各種物理化學反應，從而使材料表面性能發生變化，完成蝕刻或其他製程過程。在用於半導體製造製程的等離子體設備的研發中，最重要的因素是增大對襯底的加工能力，以提高產率，以及執行用於製造高度集成器件製程的能力。
積體電路特徵尺寸不斷減小，其要求的加工製程也越來越 嚴格，其中一個很重要的要求是蝕刻產品的一致性問題，在製程過程中，對同一型號的機台所有腔室的製程結果一致性均需做嚴格要求，來避免由於各腔室的一致性問題造成的製程風險，因此不同腔室間需要通過嚴格的過程管控，實現製程結果一致性。
然而，在現有的半導體製程設備中，多個機臺上的多個製程腔室中產生的等離子體密度等狀態參數往往各不相同，製程結果一致性差。
本發明旨在提供一種上電極電源功率調節方法和半導體製程設備，該功率調節方法能夠提高不同製程腔室中等離子體的參數一致性，進而提高製程結果的一致性。
為實現上述目的，作為本發明的一個方面，提供一種半導體製程設備的上電極電源功率調節方法，包括：獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載；在開始進行該半導體製程步驟時，根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數；控制該當前製程腔室的該上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室的該上電極電源的設定功率與對應的該功率補償係數的乘積。
可選地，該據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數，包括：計算該當前製程腔室的該製程負載與該基準製程腔室的該製程負載的比值，並將該比值作為該功率補償 係數。
可選地，該基準製程腔室和該當前製程腔室上均設置有上電極電路，該上電極電源用於通過對應的上電極電路向對應的製程腔室輸出電能，該獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載，包括：獲取該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載；將該基準製程腔室的電路負載與該等離子體負載相加，得到該基準製程腔室的該製程負載；將該當前製程腔室的電路負載與該基準製程腔室的該等離子體負載相加，得到該當前製程腔室的該製程負載。
可選地，該獲取該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載，包括：在進行該半導體製程步驟時，控制該基準製程腔室的該上電極電源輸出製程功率，並檢測該上電極電源與該基準製程腔室之間的製程電流；根據該製程功率與該製程電流得到該基準製程腔室的該製程負載；將該基準製程腔室的該製程負載減去該基準製程腔室的電路負載，得到該基準製程腔室的該等離子體負載。
可選地，該根據該製程功率與該製程電流得到該基準製程腔室的該製程負載，包括：計算該製程功率與該製程電流的平方的比值，並作為該製程負載。
可選地，該基準製程腔室和該當前製程腔室中任一製程腔室的該電路負載通過如下方式得到：控制該製程腔室的該上電極電源輸出檢測功率，並檢測該上電極電源與該製程腔室之間的檢測電流，在該檢測功率下該製程腔室中未發生等離子體啟輝；根據該製程腔室的該檢測功率與該檢測電流得到該製程腔室的該電路負載。
可選地，該根據該製程腔室的該檢測功率與該檢測電流得到該製程腔室的該電路負載，包括：計算該檢測功率與該檢測電流的平方的比值，並作為該電路負載。
可選地，該半導體製程步驟為多個；在該獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載之後，且在開始進行所有的半導體製程步驟之前，該上電極電源功率調節方法還包括：將獲取的與各個該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載寫入參數表；調用該基準製程腔室的電路負載和該當前製程腔室的電路負載；該在開始進行該半導體製程步驟時，根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數，包括：在開始進行各該半導體製程步驟時，調用該參數表中與當前的該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載；根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與當前的該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數。
作為本發明的第二個方面，提供一種半導體製程設備，該半導體製程設備包括多個製程腔室，該半導體製程設備能夠通過前面所述的上電極電源功率調節方法對該多個製程腔室的上電極電源的功率進行調節，該多個製程腔室中的任一製程腔室作為基準製程腔室，其餘的製程腔室中進行半導體製程步驟的製程腔室為當前製程腔室；該半導體製程設備包括：獲取單元，用於獲取與半導體製程步驟對應的該基準製程腔室和該當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載；計算單元，用於根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體 製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數；控制單元，用於在進行該半導體製程步驟時，控制該當前製程腔室的該上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室的該上電極電源的設定功率與對應的該功率補償係數的乘積。
可選地，該獲取單元包括多個電流檢測裝置，該電流檢測裝置的數量與該製程腔室的數量相同，且各該電流檢測裝置一一對應地設置在各該上電極電源與對應的該製程腔室之間，該電流檢測裝置用於獲取對應的該上電極電源與對應的製程腔室之間的製程電流和/或檢測電流，該檢測電流是指製程腔室未發生等離子起輝時該上電極電源輸出的電流。
本發明提供的功率調節方法和半導體製程設備能夠根據與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載，得到當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率補償係數，並控制當前製程腔室的上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數的乘積，這樣可以使當前製程腔室中載入至等離子體的功率與基準製程腔室保持一致，從而提高了不同製程腔室中等離子體的參數一致性，進而提高了製程結果的一致性。
1:上電極電源
2:匹配器
3:匹配器
4:偏壓射頻電源
5:電感耦合線圈
6:石英介質窗
7:晶圓
8:靜電卡盤
9:等離子體
10:噴嘴
11:反應腔室
12:電流檢測裝置
100:半導體製程設備
101:基準製程腔室
102:當前製程腔室
103:獲取單元
104:計算單元
105:控制單元
C1、C2:可變電容
Lcoil:線圈電感
Lp:電感耦合的變壓器模型下產生的等離子體的虛部等效電感
LS:後端的整體虛部等效電感
Pin:輸入功率
P0:檢測功率
Pp:等離子體利用的功率
r0:電路負載
rp:電感耦合的變壓器模型下產生的等離子體的阻抗實部
rs1、rs2:等離子體負載
S10、S20、S30、S11、S12、S13、S111、S112、S113:步驟
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1是現有技術中一種半導體製程設備的結構示意圖；圖2是圖1中半導體製程設備的上電極射頻通路的功率損耗組成示意 圖；圖3是圖1中半導體製程設備的上電極射頻通路的等效電路示意圖；圖4是圖3中等效電路變換後的結構示意圖；圖5是本發明實施例提供的半導體製程設備的部分結構示意圖；圖6是本發明實施例提供的半導體製程設備中一個製程腔室的上電極射頻通路的等效電路示意圖；圖7是本發明實施例提供的半導體製程設備中一個製程腔室執行一個半導體製程步驟時的等效電路示意圖；圖8是本發明實施例提供的半導體製程設備中一個製程腔室執行另一個半導體製程步驟時的等效電路示意圖；圖9是本發明實施例提供的半導體製程設備的上電極電源功率調節方法中獲取不同製程腔室的製程負載，並求得製程補償係數的原理示意圖；圖10是本發明實施例提供的半導體製程設備連續執行多個半導體製程步驟的時序示意圖；圖11是本發明實施例提供的半導體製程設備的上電極電源功率調節方法的流程示意圖；圖12是本發明實施例採用的步驟S10的具體流程示意圖；圖13是本發明實施例採用的步驟S11的具體流程示意圖；圖14是本發明實施例提供的半導體製程設備的原理框圖。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第 二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些
Figure 111109615-A0305-02-0009-2
差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準
Figure 111109615-A0305-02-0009-3
差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端 點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
現有半導體製程設備結構通常如圖1所示，反應腔室11中設置有靜電卡盤8，用於承載晶圓7；反應腔室11頂部的介質窗6(例如為石英窗)設置有噴嘴10，製程氣體通過該噴嘴10進入反應腔室11中；上電極電源1通過匹配器2將射頻功率載入至電感耦合線圈5上，電感耦合線圈用於將射頻能量通過介質窗6耦合至腔室中，用以激發反應腔室11中的製程氣體產生等離子體9，作用於晶圓7；偏壓射頻電源4通過匹配器3將射頻能量載入至靜電卡盤8(例如位於靜電卡盤底部的射頻銅柱上)，從而提供射頻場，產生射頻偏壓，從而在晶圓表面形成離子加速鞘層進行晶圓7的蝕刻。
當上電極電源1所提供的射頻功率形成射頻電流載入到電感耦合線圈5時，在反應腔室11內產生感應磁場，感應磁場是時變的，從而又產生環向的感應電場，進而激發反應腔室11內的製程氣體形成等離子體，當載入的射頻功率不同時，等離子體的密度等狀態參數發生變化，進而產生的製程結果也隨之變化，因此上電極通路的整體效率一致性與等離子體狀態一致性和製程結果密切相關。
如圖2所示，ICP(Inductively Coupled Plasma，電感耦合等離子體)的上電極射頻通路的功率損耗主要由匹配器損耗(TCP Match)、線圈損耗(Coil)、接觸損耗等組成，當射頻電源(RF Generator)輸出功率為Pin時，通路的匹配器損耗、線圈損耗以及接觸損耗等看作一個整體P0，最終被等離子體(Plasma)利用的功率為Pp=Pin-P0，設定上電極射頻通路效率為η，則η=Pp/Pin。上電極射頻通路的等效電路如圖3所示，C1和C2為上匹配器(即，圖1中的匹配器2)中的可變電容器，將匹配器損耗電阻、線圈損 耗電阻以及通路接觸電阻等整體看作等效電阻r0，Lcoil為線圈電感，電感耦合的變壓器模型下產生的等離子體的阻抗實部為rp，虛部等效電感為Lp，將後端的變壓器模型做阻抗等效變換後，得到後端的整體等效阻抗實部rs和虛部等效電感Ls，等效電路如圖4所示。
由於同一型號(相同結構)的不同設備之間，上電極射頻通路中與功率消耗相關的匹配器、線圈以及安裝接觸電阻等因素存在差異，即整體硬體損耗電阻r0存在差異，當射頻電源的輸出功率相同時，上電極射頻通路中的損耗不同，最終到達等離子體的功率大小也存在差異，產生的等離子體密度等狀態參數不同，最終影響製程結果一致性。因此通過控制電源輸出的射頻功率一致性很難保證等離子體參數的一致性和製程的重複性，多個設備進行製程匹配(提高重複度)就更加困難。
為解決上述技術問題，作為本發明的一個方面，提供一種半導體製程設備的上電極電源功率調節方法，如圖11所示，該方法包括：S10、獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載；上述基準製程腔室可以為從相同結構的多個製程腔室中指定的一個腔室。上述當前製程腔室可以是除上述基準製程腔室之外的進行半導體製程步驟的其他任意製程腔室。另外，上述相同結構的多個製程腔室可以屬於同一半導體製程設備，也可以屬於不同的半導體製程設備。
S20、在開始進行該半導體製程步驟時，根據當前製程腔室的製程負載和基準製程腔室的製程負載，確定與半導體製程步驟對應的當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率補償係數α；S30、控制當前製程腔室的上電極電源輸出補償功率，該補 償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數α的乘積。
在一些可選的實施例中，上述步驟S20，具體包括：計算當前製程腔室的製程負載與基準製程腔室的製程負載的比值，並將該比值作為功率補償係數α。
但是，本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，功率補償係數α還可以根據當前製程腔室的製程負載和基準製程腔室的製程負載，採用其他計算方法確定功率補償係數α，本發明實施例對此沒有特別的限制。
本發明實施例對製程腔室的上電極電路結構不做具體限定，例如，可選地，如圖5和圖6所示，製程腔室上還設置有上電極電路，上電極電源1用於通過對應的上電極電路(包括但不限於匹配器2、電流檢測裝置12、射頻線圈5以及連接相應部件的線纜)向對應的製程腔室11輸出電能。對於每一製程腔室，其進行半導體製程步驟時上電極電源承擔的負載均可包括上電極電路上的電路負載(即如圖4所示的電路負載r0)和製程腔室11中產生的等離子體的負載(即如圖4所示的等離子體負載rs)，通過計算可以得到：最終載入至等離子體的負載Pp滿足下述關係式：Pp=Pin×[rs/(rs+r0)]
其中，Pin為射頻電源1的輸出功率；rs為基準製程腔室的等離子體負載；r0為上電極電路的負載。
需要說明的是，無論是基準製程腔室還是其他的製程腔室，上述電路負載r0在執行製程時是固定不變的，而等離子體負載rs會隨著製程過程的不同而發生變化(一般變化範圍在0.8Ω-2.2Ω)，但是，同一半導體 製程步驟中的等離子體負載rs是固定不變的，基於此，可以利用電路負載r0來反映不同腔室間的上電極損耗特性，並根據該上電極損耗特性來補償其他的製程腔室與基準製程腔室之間的載入至等離子體的負載Pp的差異，以使不同腔室之間的負載Pp相同，從而提高了不同製程腔室中等離子體的參數一致性，進而提高了製程結果的一致性。
例如，在調節前，對應同一半導體製程步驟，基準製程腔室中載入至等離子體的負載Pp1=Pin×[rs/(rs+r01)]，而某一當前製程腔室中載入至等離子體的負載Pp2=Pin×[rs/(rs+r02)]，Pp1與Pp2之間的差值由r01和r02所致。基於此，如圖12所示，上述步驟S10，具體包括：S11、獲取半導體製程步驟對應的基準製程腔室的等離子體負載rs；S12、將基準製程腔室的電路負載r01與等離子體負載rs相加，得到基準製程腔室的製程負載(rs+r01)；S13、將當前製程腔室的電路負載r02與基準製程腔室的等離子體負載rs相加，得到當前製程腔室的製程負載(rs+r02)。
在這種情況下，上述步驟S20，具體包括：計算當前製程腔室的製程負載(rs+r02)與基準製程腔室的製程負載(rs+r01)的比值，並將該比值作為功率補償係數α，即，功率補償係數α=(rs+r02)/(rs+r01)，最終當前製程腔室中載入至等離子體的負載Pp2=Pin×[rs/(rs+r02)]×α=Pin×[rs/(rs+r02)]×[(rs+r02)/(rs+r01)]=Pin×[rs/(rs+r01)]，即與基準製程腔室中最終載入至等離子體的負載Pp1相等。
本發明實施例提供的功率調節方法能夠根據與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載，得到 當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率補償係數，並控制當前製程腔室的上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數的乘積，這樣可以使當前製程腔室中載入至等離子體的功率與基準製程腔室保持一致，從而提高了不同製程腔室中等離子體的參數一致性，進而提高了製程結果的一致性。
獲取半導體製程步驟對應的基準製程腔室的等離子體負載rs的方式可以有多種，例如，如圖13所示，上述步驟S11可以具體包括：S111、在進行半導體製程步驟時，控制基準製程腔室的上電極電源輸出製程功率P，並檢測該上電極電源與對應的基準製程腔室之間的製程電流I；S112、根據製程功率P與製程電流I得到基準製程腔室的製程負載(rs+r01)；S113、將基準製程腔室的製程負載(rs+r01)減去基準製程腔室的電路負載r01，得到基準製程腔室的等離子體負載rs。
在本發明實施例中，僅通過對基準製程腔室的一次半導體製程測試得到基準製程腔室的等離子體負載rs，即可通過計算得到同一半導體製程步驟對應的其他的製程腔室的製程負載，從而提高了獲取製程負載的效率，進而提高了功率補償係數α的計算效率。
在一些可選的實施例中，上述步驟S112，具體包括：計算製程功率P與製程電流I的平方的比值(P/I2)，並作為上述製程負載(rs+r01)。
在一些可選的實施例中，上述步驟S12和上述步驟S13中，上述基準製程腔室和當前製程腔室中任一製程腔室的電路負載r0通過如下方式 得到：控制製程腔室的上電極電源輸出檢測功率P0，並檢測該上電極電源與製程腔室之間的檢測電流I0；在檢測功率P0下製程腔室中未發生等離子體啟輝；根據製程腔室的檢測功率P0與檢測電流I0得到製程腔室的電路負載r0。
需要說明的是，上述檢測功率P0一般低於執行半導體製程步驟時射頻電源1的輸出功率Pin，以使該檢測功率P0能夠全部消耗至上電極通路上，而不足以使腔室中的等離子體啟輝，從而無等離子體負載產生。
在一些可選的實施例中，上述根據製程腔室的檢測功率P0與檢測電流I0得到製程腔室的電路負載r0，具體包括：計算檢測功率P0與檢測電流I0的平方的比值(P0/I0 2)，並作為電路負載r0。
在一個具體實施例中，如圖9所示，在利用A腔室、B腔室和C腔室執行半導體製程步驟1時，以A腔室為基準製程腔室為例，先獲取與半導體製程步驟1對應的基準製程腔室(即，A腔室)的等離子體負載rs1，並計算與半導體製程步驟1對應的基準製程腔室(即，A腔室)的製程負載(rs1+r0A)、B腔室的製程負載(rs1+r0B)以及C腔室的製程負載(rs1+r0C)，進而得到B腔室、C腔室各自的製程負載與A腔室的製程負載的比值(即功率補償係數)。
如圖9所示，對於半導體製程步驟1而言，B腔室的功率補償係數為(rs1+r0B)/(rs1+r0A)，A腔室的輸入功率Pin最終載入至A腔室中等離子體(plasma)的負載為PpA1=[rs1/(rs1+r0A)]×Pin，B腔室的輸入功率Pin在調 整前，載入至B腔室中等離子體的負載為：PpB1=[rs1/(rs1+r0B)]×Pin，在根據補償係數(rs1+r0B)/(rs1+r0A)將B腔室的輸入功率調整為[(rs1+r0B)/(rs1+r0A)]×Pin後，載入至B腔室中等離子體的負載為：PpB1=[rs1/(rs1+r0B)]×[(rs1+r0B)/(rs1+r0A)]×Pin=[rs1/(rs1+r0A)]×Pin，即，載入至B腔室中等離子體的負載PpB1與載入至A腔室中等離子體的負載PpA1相等，從而可以提高B腔室與基準製程腔室(即，A腔室)的製程結果一致性。
類似的，對應於半導體製程步驟1，C腔室的功率補償係數為(rs1+r0C)/(rs1+r0A)，C腔室的輸入功率Pin調整前，載入至C腔室中等離子體的負載為PpC1=[rs1/(rs1+r0C)]×Pin，在根據補償係數(rs1+r0C)/(rs1+r0A)將C腔室的輸入功率調整為[(rs1+r0C)/(rs1+r0A)]×Pin後，載入至C腔室中等離子體的負載為：PpC1=[rs1/(rs1+r0C)]*[(rs1+r0C)/(rs1+r0A)]*Pin=[rs1/(rs1+r0A)]*Pin，即，載入至C腔室中等離子體的負載PpC1與載入至A腔室中等離子體的負載PpA1相等，從而可以提高C腔室與A腔室基準製程腔室(即，A腔室)的製程結果一致性。
在一些可選的實施例中，如圖10所示，半導體製程步驟可以為多個，分別為Step1、Step2......StepN，N為大於1的整數，N個製程步驟對應的製程時間分別為T1、T2......TN。在這種情況下，在進行上述步驟S11之後，且在進行所有的半導體製程步驟之前，本發明實施例提供的上電極電源功率調節方法還包括： 將獲取的與各個半導體製程步驟對應的基準製程腔室的等離子體負載(rs1、rs2......rsN)寫入參數表(如下表1-1所示)；
Figure 111109615-A0305-02-0017-1
調用基準製程腔室的電路負載和當前製程腔室的電路負載；在此基礎上，上述步驟S20，具體包括：在開始進行第一半導體製程步驟Step1時，調用上述參數表中與當前的第一半導體製程步驟Step1對應的基準製程腔室的等離子體負載rs1；然後進行上述步驟S12和上述步驟S13，以得到當前製程腔室的製程負載；根據當前製程腔室的製程負載和基準製程腔室的製程負載，確定與當前的第一半導體製程步驟Step1對應的當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率補償係數α1；控制當前製程腔室的上電極電源輸出經該功率補償係數補償後的補償功率；待第一半導體製程步驟Step1完成後，開始進行第二半導體製程步驟Step2，其功率調節過程與第一半導體製程步驟Step1的上述功率調節過程相同，在此不再重複描述。
如圖7、圖8所示，執行第一半導體製程步驟Step1時，根據輸入功率Pin(即製程功率P)和製程電流I1得到第一半導體製程步驟Step1對應的等離子體負載rs1(即製程腔室的阻抗實部rs1)；執行第二半導體製程步驟Step2時根據輸入功率Pin(即製程功率P)和製程電流I2得到第二半導體製程步驟Step2對應的等離子體負載rs2(即製程腔室的阻抗實部rs2)。如圖10所示，在依次進行N步半導體製程步驟(Step1、Step2......StepN)時通過直接調取N步製程步驟對應的等離子體負載即可快速計算得到N步製程步驟對應的補償係數α(α1、α2......αN)，從而可以提高射頻電源的功率調整效率。
作為本發明的第二個方面，提供一種半導體製程設備，該半導體製程設備能夠通過本發明實施例提供的上電極電源功率調節方法對至少一個製程腔室的上電極電源的功率進行調節。如圖14所示，半導體製程設備100包括多個製程腔室，多個製程腔室中的任一製程腔室作為基準製程腔室101，其餘的製程腔室中進行半導體製程步驟的製程腔室為當前製程腔室102(圖14中僅示出了其中一個當前製程腔室102)。
本發明實施例對任一製程腔室的上電極電源的輸出頻率不做具體限定，例如，可選地，上電極電源的輸出頻率可以為13.56MHz。
本發明實施例提供的半導體製程設備100，包括：獲取單元103，用於獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室101和當前製程腔室102各自的上電極電源的製程負載；計算單元104，用於根據當前製程腔室102的製程負載和基準製程腔室101的製程負載，確定與半導體製程步驟對應的當前製程腔室102相對於基準製程腔室101的功率補償係數； 控制單元105，用於在進行半導體製程步驟時，控制當前製程腔室102的上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室102的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數的乘積。
在一些可選的實施例中，如圖5所示，上述獲取單元103包括多個電流檢測裝置12，多個電流檢測裝置12的數量與製程腔室(包含基準製程腔室101和其餘所有的製程腔室)的數量相同，且各電流檢測裝置12一一對應地設置在各上電極電源與對應的製程腔室之間，電流檢測裝置12用於獲取對應的上電極電源與對應的製程腔室之間的製程電流和/或檢測電流，該檢測電流是指製程腔室未發生等離子起輝時上電極電源輸出的電流。
利用上述電流檢測裝置12獲取對應的上電極電源與對應的製程腔室之間的製程電流，可以根據製程功率與製程電流得到基準製程腔室的製程負載，進而可以計算得到基準製程腔室的等離子體負載rs。利用上述電流檢測裝置12獲取對應的上電極電源與對應的製程腔室之間的檢測電流，可以得到製程腔室的電路負載r0。由此，可以進一步計算得到與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載。
在一些可選的實施例中，上述計算單元104和控制單元105可以為控制器。
綜上該，本發明實施例提供的功率調節方法和半導體製程設備能夠根據與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載，得到當前製程腔室相對於基準製程腔室的功率 補償係數，並控制當前製程腔室的上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與半導體製程步驟對應的當前製程腔室的上電極電源的設定功率與對應的功率補償係數的乘積，這樣可以使當前製程腔室中載入至等離子體的功率與基準製程腔室保持一致，從而提高了不同製程腔室中等離子體的參數一致性，進而提高了製程結果的一致性。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
S10-S30:步驟

Claims (10)

  1. 一種半導體製程設備的上電極電源功率調節方法，包括：獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源在其腔室內有等離子體時的製程負載；在開始進行該半導體製程步驟時，根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數；控制該當前製程腔室的該上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室的該上電極電源的設定功率與對應的該功率補償係數的乘積。
  2. 如請求項1所述的功率調節方法，其中，根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數，包括：計算該當前製程腔室的該製程負載與該基準製程腔室的該製程負載的比值，並將該比值作為該功率補償係數。
  3. 如請求項1或2所述的功率調節方法，其中，該基準製程腔室和該當前製程腔室上均設置有一上電極電路，該上電極電源用於通過對應的上電極電路向對應的製程腔室輸出電能，該獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載，包括：獲取該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載； 將該基準製程腔室的電路負載與該等離子體負載相加，得到該基準製程腔室的該製程負載；將該當前製程腔室的電路負載與該基準製程腔室的該等離子體負載相加，得到該當前製程腔室的該製程負載。
  4. 如請求項3所述的功率調節方法，其中，該獲取該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載，包括：在進行該半導體製程步驟時，控制該基準製程腔室的該上電極電源輸出製程功率，並檢測該上電極電源與該基準製程腔室之間的製程電流；根據該製程功率與該製程電流得到該基準製程腔室的該製程負載；將該基準製程腔室的該製程負載減去該基準製程腔室的電路負載，得到該基準製程腔室的該等離子體負載。
  5. 如請求項4所述的功率調節方法，其中，該根據該製程功率與該製程電流得到該基準製程腔室的該製程負載，包括：計算該製程功率與該製程電流的平方的比值，並作為該製程負載。
  6. 如請求項3所述的功率調節方法，其中，該基準製程腔室和該當前製程腔室中任一製程腔室的該電路負載通過如下方式得到：控制該製程腔室的該上電極電源輸出檢測功率，並檢測該上電極 電源與該製程腔室之間的檢測電流，在該檢測功率下該製程腔室中未發生等離子體啟輝；根據該製程腔室的該檢測功率與該檢測電流得到該製程腔室的該電路負載。
  7. 如請求項6所述的功率調節方法，其中，該根據該製程腔室的該檢測功率與該檢測電流得到該製程腔室的該電路負載，包括：計算該檢測功率與該檢測電流的平方的比值，並作為該電路負載。
  8. 如請求項3所述的功率調節方法，其中，該半導體製程步驟為多個；在該獲取與半導體製程步驟對應的基準製程腔室和當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載之後，且在開始進行所有的半導體製程步驟之前，該上電極電源功率調節方法還包括：將獲取的與各個該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載寫入一參數表；調用該基準製程腔室的電路負載和該當前製程腔室的電路負載；該在開始進行該半導體製程步驟時，根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數，包括：在開始進行各該半導體製程步驟時，調用該參數表中與當前的該半導體製程步驟對應的該基準製程腔室的等離子體負載；根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程 負載，確定與當前的該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數。
  9. 一種半導體製程設備，該半導體製程設備包括多個製程腔室，其中，該半導體製程設備通過請求項1至8中任意一項所述的上電極電源功率調節方法對該多個製程腔室的上電極電源的功率進行調節，該多個製程腔室中的任一製程腔室作為基準製程腔室，其餘的製程腔室中進行半導體製程步驟的製程腔室為當前製程腔室；該半導體製程設備包括：一獲取單元，用於獲取與半導體製程步驟對應的該基準製程腔室和該當前製程腔室各自的上電極電源的製程負載；一計算單元，用於根據該當前製程腔室的該製程負載和該基準製程腔室的該製程負載，確定與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室相對於該基準製程腔室的功率補償係數；一控制單元，用於在進行該半導體製程步驟時，控制該當前製程腔室的該上電極電源輸出補償功率，該補償功率為與該半導體製程步驟對應的該當前製程腔室的該上電極電源的設定功率與對應的該功率補償係數的乘積。
  10. 如請求項9所述的半導體製程設備，其中，該獲取單元包括多個電流檢測裝置，該電流檢測裝置的數量與該製程腔室的數量相同，且各該電流檢測裝置一一對應地設置在各該上電極電源與對應的該製程腔室之間，該電流檢測裝置用於獲取對應的該上電極電源與對應的製程腔室之間的製程 電流和/或檢測電流，該檢測電流是指製程腔室未發生等離子起輝時該上電極電源輸出的電流。
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