專利名稱：在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測設(shè)備維護(hù)的方法，尤其涉及一種在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法。
技術(shù)背景隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)節(jié)點(diǎn)己從250rrni發(fā)展到65nm，甚至45nm以下，硅片 的大小也從200mm增加到300mm,在這樣的情況下，每片硅片的成本變得越來越高。對(duì)加工 硅片的工藝要求越來越嚴(yán)格。半導(dǎo)體的加工需要經(jīng)過多道工序，包括沉積、光刻、刻蝕 等，刻蝕工藝是其中較為復(fù)雜的一個(gè)，等離子體刻蝕過程中等離子體的狀態(tài)、各項(xiàng)工藝過 程參數(shù)等與刻蝕結(jié)果直接相關(guān)。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的變小，對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)測和控制越來越重 要，APC (Advanced Process Control,先進(jìn)工藝控制)技術(shù)就是為了滿足這樣的需求而產(chǎn) 生的。APC技術(shù)主要包括三個(gè)方面，故障診斷和分類、故障預(yù)測以及反饋控制。對(duì)于部件維護(hù)，傳統(tǒng)的方法是利用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)維護(hù)時(shí)間，進(jìn)行定期維護(hù)。這種方法在刻 蝕設(shè)備測試階段，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和工藝結(jié)果確定維護(hù)時(shí)間，指導(dǎo)設(shè)備的使用和維護(hù)。通常在刻 蝕設(shè)備中利用確定的射頻加載時(shí)間，得到設(shè)備的干發(fā)清洗周期和部件更換周期。這樣的方 法在較寬線條的工藝中可以適用，因?yàn)檫@樣的工藝對(duì)設(shè)備的精確度要求不高，但是在低于 90nm的工藝中會(huì)有較大的困難。利用這種方法只能從經(jīng)驗(yàn)上得到設(shè)備維護(hù)的周期，不能準(zhǔn)確、定量的對(duì)設(shè)備需要維護(hù) 的部分作出預(yù)測。經(jīng)驗(yàn)上得到的周期可能隨著工藝進(jìn)行的過程、設(shè)備老化等條件的變化而 發(fā)生漂移，如果經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生了漂移，會(huì)使工藝過程及結(jié)果發(fā)生漂移。過大的周期使得工 藝狀態(tài)的變化引起工藝結(jié)果變化，使硅片加工質(zhì)量變差，成品率變低；過小的周期使得設(shè) 備維護(hù)過于頻繁，影響了正常的硅片加工過程，浪費(fèi)時(shí)間，降低效率。另外一種預(yù)測部件維護(hù)的方法是，利用外加傳感器檢測工藝過程，通常為了檢測工藝 過程，外加VI probe (射頻電壓、電流探針)或FTIR (傅立葉紅外光譜儀)等傳感器，這 些傳感器在工藝過程中主要用于過程的檢測，可以從刻蝕工藝過程中等離子體或其它工藝 條件的變化趨勢中預(yù)測干法清洗、部件更換等維護(hù)。利用此類外加傳感器的缺點(diǎn)是，使得設(shè)備成本升高，并且要改動(dòng)設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)來滿 足外加傳感器的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用方便的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，該方法既能有 效、準(zhǔn)確地在線預(yù)測蝕刻設(shè)備部件更換的周期，又不必改變?cè)O(shè)備、增加裝置。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，所述的蝕刻設(shè)備包括反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室的 側(cè)壁上設(shè)有發(fā)射譜線光譜儀OES,包括以下步驟A、 檢測OES在工藝過程中發(fā)射的譜線的強(qiáng)度信息；B、 根據(jù)對(duì)檢測結(jié)果的分析，量化工藝過程中的工藝參數(shù)；并對(duì)多次檢測并量化的 工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出所述工藝參數(shù)的變化趨勢；C、根據(jù)工藝過程對(duì)刻蝕設(shè)備的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述工藝參數(shù)的變化趨勢超 過設(shè)定的控制界限時(shí)，則對(duì)蝕刻設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。 所述的歩驟A包括，歩驟A1、檢測多次對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行干法清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度變化，并記 錄每次清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需的穩(wěn)定時(shí)間； 所述的步驟B包括，步驟B1、對(duì)上述每次檢測的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出所述穩(wěn)定時(shí)間隨干法清洗過程中 反應(yīng)物或生成物的量的變化趨勢；步驟B2、根據(jù)測定結(jié)果，得出干法清洗過程中反應(yīng)物或生成物的量隨反應(yīng)腔室內(nèi)壁的 粗糙度的變化趨勢進(jìn)而得出所述穩(wěn)定時(shí)間隨反應(yīng)腔室內(nèi)壁的粗糙度的變化而變化的趨 勢；所述的歩驟C包括，歩驟C1、根據(jù)工藝過程對(duì)反應(yīng)腔室部件的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述穩(wěn)定時(shí)間的變化 趨勢超過設(shè)定的控制界限時(shí)，則對(duì)反應(yīng)腔室部件進(jìn)行維護(hù)。 所述的反應(yīng)腔室包括反應(yīng)腔室內(nèi)襯和/或石英窗體。 所述的歩驟A包括，歩驟A2、檢測硅片加工過程中，OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度隨硅片加工數(shù)量的增加而變化 的趨勢。所述的步驟B包括，步驟B3、根據(jù)檢測結(jié)果，得出OES窗口的被污染程度隨OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度的變化而 變化的趨勢；所述的歩驟C包括，歩驟C2、根據(jù)工藝過程對(duì)OES窗口的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述OKS發(fā)射的譜線的強(qiáng)度 超過控制界限時(shí)，則對(duì)OES窗口進(jìn)行維護(hù)。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方 法，由于利用刻蝕設(shè)備上固有的發(fā)射譜線光譜儀OES傳感器，檢測OES在工藝過程中發(fā)射的譜線的強(qiáng)度變化；并根據(jù)對(duì)檢測結(jié)果的分析，量化工藝過程中的工藝參數(shù)；并對(duì)多次檢測 并量化的工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出所述工藝參數(shù)的變化趨勢；之后根據(jù)工藝過程對(duì)刻 蝕設(shè)備的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述工藝參數(shù)的變化趨勢超過控制界限時(shí)，則對(duì)蝕刻設(shè)備 進(jìn)行維護(hù)。既避免了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)維護(hù)時(shí)間不準(zhǔn)確，造成設(shè)備頻繁停機(jī)或維護(hù)不足造成 的工藝偏移；又避免了改變?cè)O(shè)備、增加其它在線傳感器，降低成本。提高了硅片加工的生 產(chǎn)效率并避免工藝結(jié)果不合格造成的廢片，提高良率。適用于半導(dǎo)體蝕刻設(shè)備的維護(hù)，也適用于其它設(shè)備的維護(hù)。


圖l為硅片加工過程中等離子體轟擊反應(yīng)腔室各個(gè)部件的狀態(tài)參考圖； 圖2為干法清洗過程中OES光譜強(qiáng)度隨清洗時(shí)間變化的曲線圖-- 圖3為干法清洗過程中0ES光譜強(qiáng)度隨清洗時(shí)間變化的曲線圖二；圖4為干法清洗過程中0ES光譜強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定所需的穩(wěn)定時(shí)間隨反應(yīng)腔室部件內(nèi)壁的粗糙度變化的曲線圖圖5為硅片加工過程中0ES光譜強(qiáng)度隨硅片加工數(shù)量的增加而變化的曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
是，利用在線的OES (Optical Emission Spectrograph, 發(fā)射譜線光譜儀)，監(jiān)測工藝過程中OES譜線的強(qiáng)度信息，得出刻蝕設(shè)備部件的損壞程度， 從而預(yù)報(bào)部件的更換。如圖1所示，其中OES是半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中必備的進(jìn)行終點(diǎn)檢測的傳感器，設(shè)于反應(yīng)腔 室1的側(cè)壁上，反應(yīng)腔室1的上部設(shè)有石英窗體2，反應(yīng)腔室1的內(nèi)部設(shè)有內(nèi)襯3，硅片刻蝕過 程中，等離子體4轟擊反應(yīng)腔室1的內(nèi)襯3及石英窗體2及其它部件。利用OES在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法主要包括以下步驟歩驟ll、檢測OES在工藝過程中發(fā)射的譜線的強(qiáng)度信息；步驟12、根據(jù)對(duì)檢測結(jié)果的分析，量化工藝過程中的工藝參數(shù)；并對(duì)多次檢測并量化 的工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出所述工藝參數(shù)的變化趨勢歩驟13、根據(jù)工藝過程對(duì)刻蝕設(shè)備的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述工藝參數(shù)的變化趨勢 超過控制界限時(shí)，則對(duì)蝕刻設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。上述的工藝參數(shù)包括每次清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需的穩(wěn)定時(shí)間、硅片加工數(shù)量、內(nèi)襯3及石英窗體2的粗糙度、OES窗口被污染程度等，或者其它需要 進(jìn)行分析和量化的工藝參數(shù)。上述的()ES譜線的強(qiáng)度信息主要指OES譜線強(qiáng)度的變化或其變化的趨勢，或者其它的信 息通過試驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)的方法分析得出OES譜線的強(qiáng)度信息與工藝參數(shù)間的關(guān)系，使OES譜線 的強(qiáng)度信息反應(yīng)出刻蝕設(shè)備的部件狀況，并根據(jù)工藝要求設(shè)定控制界限，當(dāng)OES譜線的強(qiáng)度 信息超過控制界限時(shí)，就要對(duì)刻蝕設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明不限于利用OES在線預(yù)測刻蝕設(shè)備的維護(hù)，也可以利用其它在線傳感器預(yù)測刻 蝕設(shè)備的維護(hù)。具體實(shí)施例一，在等離子體4的轟擊下石英窗體2以及內(nèi)襯3表面的粗糙度增加，表面 不再光滑。隨著刻蝕過程的進(jìn)行，粗糙程度會(huì)越來越嚴(yán)重。各部件的內(nèi)表面暴露在腔室 中，在刻蝕過程中的副產(chǎn)物會(huì)附著在其表面，而這些副產(chǎn)物會(huì)在每次刻蝕后的dry clean (千法清洗)過程中反應(yīng)成為氣體，被抽走，因此在dry clean過程中，監(jiān)測生成物或反應(yīng) 物的量就可以得到刻蝕過程中附著在腔室內(nèi)壁的副產(chǎn)物的量。隨著部件粗糙程度的增加， 每次刻蝕產(chǎn)生的副產(chǎn)物附著在其上的量越來越大，在dry clean過程中消耗的反應(yīng)物的量或 生成物的量越來越多，因此檢測生成物或反應(yīng)物的量可以檢測部件的粗糙程度。以石英窗體2為例，得到不同粗糙度下dry clean過程中，OES譜線的強(qiáng)度變化。如圖2所示，為石英窗體2在平均0.7um的粗糙度時(shí)得到的dry clean譜線。在曲線上升 過程中表明在與腔室中副產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，平穩(wěn)階段表面巳清潔干凈，所需穩(wěn)定時(shí)間t-7.8s如圖3所示，為石英窗體在平均2.6um的粗糙度時(shí)得到的dry clean譜線。清潔干凈所 需穩(wěn)定時(shí)間t-12. Os如圖4所示，當(dāng)用OES檢測dry clean過程的終點(diǎn)時(shí)，建立dry clean的終點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間t 和石英窗體2粗糙度的關(guān)系，并檢測得到需要更換石英窗體時(shí)，其粗糙度對(duì)應(yīng)的dry clean 穩(wěn)定時(shí)間t,將其作為控制界限。當(dāng)dry clean的終點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間t加長，并超出控制界限，表 明石英窗體2粗糙程度已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)，需要更換，從而正確、實(shí)時(shí)的預(yù)測石英窗體2的更 換。具體包括以下歩驟步驟21、檢測多次對(duì)反應(yīng)腔室1進(jìn)行干法清洗過程中0ES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度變化，并記 錄每次清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需的時(shí)間t。步驟22、對(duì)上述每次檢測的時(shí)間t進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出上述時(shí)間t隨清洗過程中反應(yīng)物或生 成物的量的變化趨勢；歩驟23、根據(jù)檢測結(jié)果，得出反應(yīng)腔室l部件內(nèi)壁的粗糙度隨清洗過程中反應(yīng)物或生 成物的量的變化趨勢；進(jìn)而得出上述穩(wěn)定時(shí)間t隨反應(yīng)腔室l部件內(nèi)壁的粗糙度的變化而變 化的趨勢。步驟24、根據(jù)工藝過程對(duì)反應(yīng)腔室部件的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)上述穩(wěn)定時(shí)間t的變 化趨勢超過控制界限時(shí)，則對(duì)反應(yīng)腔室部件進(jìn)行維護(hù)。具體實(shí)施例二，對(duì)于離等離子體有一定距離的OES窗口的更換可以應(yīng)用正常工藝過程 中OES譜線強(qiáng)度的變化進(jìn)行預(yù)測。這種方法主要針對(duì)的是OES窗口，由于在進(jìn)行工藝的過程 中，副產(chǎn)物會(huì)沉積在OES窗口表面，而在進(jìn)行dry clean過程中此位置不容易清洗，因此隨 著工藝次數(shù)增加OES譜線強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，因此通過檢測工藝過程中OES譜線的平均值的變 化趨勢，并建立控制界限，當(dāng)此值低于控制界限時(shí)，表明此窗口已經(jīng)污染嚴(yán)重，從而進(jìn)行 更換。因此利用OES譜線的強(qiáng)度變化可以對(duì)OES窗口的更換進(jìn)行預(yù)測。如圖5所示，刻蝕硅片數(shù)量與OES發(fā)射強(qiáng)度之間的關(guān)系，當(dāng)刻蝕硅片數(shù)量增加時(shí)，OES 強(qiáng)度逐漸降低，表明OES窗口逐漸污染，當(dāng)OES強(qiáng)度低于控制限時(shí)，需要進(jìn)行OES窗口的淸洗 或更換。具體包括以下步驟-步驟51、檢測硅片加工過程中，OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度隨硅片加工數(shù)量的增加而變化 的趨勢；步驟52、根據(jù)檢測結(jié)果，得出OES石英窗口的被污染程度隨OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度的變 化而變化的趨勢；歩驟53、根據(jù)工藝過程對(duì)OES石英窗口的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述OES發(fā)射的譜線的 強(qiáng)度超過控制界限時(shí)，則對(duì)OES石英窗口進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明主要利用在線傳感器，結(jié)合單變量或多變量的分析方法對(duì)工藝過程進(jìn)行監(jiān)測和 分析，預(yù)報(bào)部件的更換，比如利用發(fā)射譜線光譜儀OES傳感器對(duì)刻蝕設(shè)備的工藝過程進(jìn)行實(shí) 時(shí)的檢測。隨著工藝過程的增加，觀察在干法清洗過程中，OES譜線變化情況，并與腔室內(nèi) 硬件情況相關(guān)聯(lián)?；蚶肙ES譜線變化趨勢得到腔室內(nèi)硬件損耗程度，從而預(yù)測腔室的維護(hù) 和部件的更換。避免了以經(jīng)驗(yàn)確定更換周期，有效的防止了頻繁更換部件造成的時(shí)間浪費(fèi) 以及估計(jì)更換時(shí)間過長造成的工藝結(jié)果漂移，且不另外增加設(shè)備。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，所述的蝕刻設(shè)備包括反應(yīng)腔室.反應(yīng)腔室的側(cè)壁上設(shè)有發(fā)射譜線光譜儀OES，其特征在于，包括以下歩驟-A、 檢測OES在工藝過程中發(fā)射的譜線的強(qiáng)度信息；B、 根據(jù)對(duì)檢測結(jié)果的分析，量化工藝過程中的工藝參數(shù)；并對(duì)多次檢測并量化的工 藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出所述工藝參數(shù)的變化趨勢；C、根據(jù)工藝過程對(duì)刻蝕設(shè)備的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述工藝參數(shù)的變化趨勢超 過設(shè)定的控制界限時(shí)，則對(duì)蝕刻設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，其特征在于，所述的步驟A包括，歩驟A1、檢測多次對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行干法清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度變化，并記 錄每次清洗過程中OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需的穩(wěn)定時(shí)間 所述的步驟B包括，步驟B1、對(duì)上述每次檢測的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出所述穩(wěn)定時(shí)間隨干法清洗過程中 反應(yīng)物或生成物的量的變化趨勢；步驟B2、根據(jù)測定結(jié)果，得出干法清洗過程中反應(yīng)物或生成物的量隨反應(yīng)腔室內(nèi)壁的 粗糙度的變化趨勢；進(jìn)而得出所述穩(wěn)定時(shí)間隨反應(yīng)腔室內(nèi)壁的粗糙度的變化而變化的趨 勢；所述的步驟C包括，步驟C1、根據(jù)工藝過程對(duì)反應(yīng)腔室部件的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述穩(wěn)定時(shí)間的變化 趨勢超過設(shè)定的控制界限時(shí)，則對(duì)反應(yīng)腔室部件進(jìn)行維護(hù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，其特征在于，所述的反應(yīng) 腔室包括反應(yīng)腔室內(nèi)襯和/或石英窗體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，其特征在于，所述的步驟A 包括，步驟A2、檢測硅片加工過程中，OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度隨硅片加工數(shù)量的增加而變化 的趨勢。所述的步驟B包括，步驟B3、根據(jù)檢測結(jié)果，得出OES窗口的被污染程度隨OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度的變化而 變化的趨勢；所述的歩驟C包括，步驟C2、根據(jù)工藝過程對(duì)OES窗口的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述OES發(fā)射的譜線的強(qiáng)度 超過控制界限時(shí)，則對(duì)OES窗口進(jìn)行維護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線預(yù)測刻蝕設(shè)備維護(hù)的方法，利用蝕刻設(shè)備上固有的發(fā)射譜線光譜儀OES，檢測OES在工藝過程中發(fā)射的譜線的強(qiáng)度變化；并根據(jù)檢測結(jié)果，量化工藝過程中的工藝參數(shù)；并對(duì)多次檢測并量化的工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出所述工藝參數(shù)的變化趨勢；之后根據(jù)工藝過程對(duì)刻蝕設(shè)備的要求設(shè)定控制界限，當(dāng)所述工藝參數(shù)的變化趨勢超過控制界限時(shí)，則對(duì)蝕刻設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。既避免了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)維護(hù)時(shí)間不準(zhǔn)確，造成設(shè)備頻繁停機(jī)或維護(hù)不足造成工藝偏移；又避免了改變?cè)O(shè)備、增加其它在線傳感器，降低成本。提高了硅片加工的生產(chǎn)效率，并避免工藝結(jié)果不合格造成的廢片，提高良率。適用于半導(dǎo)體蝕刻設(shè)備的維護(hù)，也適用于其它設(shè)備的維護(hù)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101145499SQ20061011314
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者胡立瓊, 凱 謝, 卓 陳 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司