半导体工艺腔室的清洗控制方法及半导体工艺腔室

摘要

本发明提供一种半导体工艺腔室的清洗控制方法，该半导体工艺腔室包括用于加工晶片的工艺腔室，该方法包括：记录工艺腔室加工待加工工件的加工计数，当加工计数大于或等于当前工单对应的预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗，并重置加工计数，其中，工单内清洗为对移出待加工工件的工艺腔室进行具有第一工艺配方的第一干式清洗。在本发明中，控制装置能够在工艺腔室的加工计数达到预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗，每加工完成几个晶片，即启动一次工单内清洗，从而使同一工单中的所有晶片加工时所处的腔室环境尽可能保持一致，进而提高了同一工单的产品片之间的一致性。本发明还提供一种半导体工艺腔室。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺腔室领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室的清洗控制方法和一种半导体工艺腔室。

背景技术

在晶片的连续生产过程中，等离子体刻蚀设备的工艺稳定性与晶片的产品良率之间存在密切的联系。刻蚀工艺过程中通常会有大量的副产物产生，这些副产物大部分被抽气管路带走，少部分沉积在腔室内的内壁各处，随着残留副产物的不断沉积，对后续的工艺会产生影响，导致工艺结果的不重复，因此通常需要在每一批晶片(如，每一工单对应的所有晶片)加工完成后增加腔室清洁环节，即，向腔室中通入一定量的气体，通过射频启辉将副产物去除。

然而，在通过现有的腔室清洁方案进行工单间清洁时，常出现产品质量不稳定的问题，产品片之间的一致性差。

发明内容

本发明旨在提供一种半导体工艺腔室的清洗控制方法和一种半导体工艺腔室，该清洗控制方法能够提高产品片之间的一致性。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺腔室的清洗控制方法，所述半导体工艺腔室用于加工待加工工件，所述清洗控制方法包括：

记录所述工艺腔室加工待加工工件的加工计数，当所述加工计数大于或等于当前工单对应的预设数量阈值时，控制所述工艺腔室进行工单内清洗，并重置所述加工计数，其中，所述工单内清洗为对移出所述待加工工件的所述工艺腔室进行具有第一工艺配方的第一干式清洗。

可选地，所述工艺腔室按批次清洗待加工工件，所述清洗控制方法还包括：在所述工艺腔室开始清洗当前批次所述待加工工件前，获取当前批次所述待加工工件对应的工单，所述工单包括预设数量阈值信息。

可选地，所述半导体工艺腔室还包括清洗储片装置，用于存储清洗片，所述清洗片用于遮蔽所述工艺腔室内的卡盘，所述工单还包括清洗片选择信息，所述清洗控制方法还包括：

在所述工单中的清洗片选择信息为肯定信息时，将所述清洗储片装置中的所述清洗片放置于所述卡盘上后，再控制所述工艺腔室接收所述清洗储片装置中的清洗片并进行所述工单内清洗；

在所述工单中的清洗片选择信息为否定信息时，控制所述工艺腔室直接进行工单内清洗。

可选地，所述工单还包括干式清洗选择信息，所述工单内清洗后还包括：

在所述工单中的干式清洗选择信息为肯定信息时，在所述工艺腔室完成工单内清洗后，控制所述工艺腔室进行具有第二工艺配方的第二干式清洗。

可选地，所述工单还包括清洗片选择信息，所述第二干式清洗后还包括：

在所述工单中的所述清洗片选择信息为肯定信息时，将所述清洗储片装置中的所述清洗片放置于所述卡盘上后，再控制所述工艺腔室接收所述清洗储片装置中的清洗片并进行具有第三工艺配方的第三干式清洗。

可选地，所述工单还包括清洗片数量信息，所述清洗控制方法包括：根据所述清洗片数量信息控制所述工艺腔室依次接收所述清洗储片装置中对应数量的清洗片并进行对应数量次数所述第三干式清洗。

可选地，所述半导体工艺腔室还包括供气组件，所述工单内清洗包括：接收所述供气组件提供的清洗气体，以通过所述清洗气体清洗所述工艺腔室中工艺腔室内的部件。

可选地，所述清洗控制方法包括，对所述清洗片的使用次数进行计数，在所述清洗片使用次数超过阈值时，控制所述清洗储片装置更换一批新的清洗片。

可选地，所述工单还包括清洗控制信息，所述清洗控制方法包括：

在所述工单中的清洗控制信息为肯定信息时，开始记录所述加工计数，并在所述加工计数大于或等于预设数量阈值时，控制所述工艺腔室进行工单内清洗并重置所述加工计数；

在所述工单中的清洗控制信息为否定信息时，保持所述加工计数不变。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺腔室，包括用于加工晶片的工艺腔室和控制装置，所述控制装置用于控制所述工艺腔室完成半导体工艺，所述控制装置用于实现前面所述的清洗控制方法。

在本发明实施例提供的清洗控制方法和半导体工艺腔室中，控制装置能够在工艺腔室的加工计数达到预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗，即，每加工完成几个晶片，即启动一次工单内清洗，从而使同一工单中的所有晶片加工时所处的腔室环境尽可能保持一致，进而提高了晶片加工质量的稳定性，以及同一工单的产品片之间的一致性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

如图1是本发明一种实施例提供的半导体工艺腔室的清洗控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的发明人经研究后发现，该产品片之间一致性差的原因主要在于，副产物在工单的完成过程中连续沉积，使得工单中先完成加工的产品片与后完成加工的产品片所处的腔室环境之间存在较大差异，该差异在工单所包含的晶片数量较多(如，同一工单包含几十片产品片的情况)时尤为明显。并且，在上一工单执行完成后，为使工艺腔室内的环境恢复到上一工单执行前的状态，需在当前工单执行前重新对机台设定系统任务，在当前工单的执行任务前加入run season job腔室环境恢复任务，并由机台外部调动腔室环境恢复工艺所需的晶片，机台效率低下。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种半导体工艺腔室的清洗控制方法，半导体工艺腔室用于加工待加工工件(如，晶片)，该方法包括：

记录工艺腔室加工待加工工件的加工计数，当加工计数大于或等于当前工单对应的预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗(ILC)，并重置加工计数，其中，工单内清洗为对移出待加工工件的工艺腔室进行具有第一工艺配方的第一干式清洗(dry clean)。

需要说明的是，该预设数量阈值小于每一工单对应的待加工工件数量，例如，该预设数量阈值可以为2个或3个等数量，该清洗控制方法可由半导体工艺腔室中相应的控制装置完成。在本发明实施例提供的半导体工艺腔室的清洗控制方法中，控制装置能够在工艺腔室的加工计数达到预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗，即，在同一工单(同一批次)待加工工件的加工过程中，每加工完成几个(预设数量阈值个)待加工工件，即启动一次工单内清洗，从而使同一工单中的所有待加工工件加工时所处的腔室环境尽可能保持一致，进而提高了待加工工件加工质量的稳定性，以及同一工单的产品片之间的一致性。并且，本发明实施例中通过工单内清洗每隔预设数量阈值个待加工工件恢复腔室环境，每一工单执行前后腔室环境差异极小(理想情况下每一工单执行前与该工单全部执行后的工艺腔室环境一致)，上一工单执行后不会过多地在工艺腔室中留下对下一工单不利的副产物，从而无需在不同工单之间额外增加针对上一工单的run season job腔室环境恢复任务，进而提高了机台效率。

本发明的发明人在研究中还发现，工艺腔室按批次清洗待加工工件时，不同工单(批次)中工件刻蚀或沉积的膜层种类不同，其刻蚀或沉积使用的气体种类也不相同，最终产生的副产物之间也会有差别，因此在本发明实施例中，不同工单优选对应有各自合适的预设数量阈值，具体地，方法还包括：在工艺腔室开始清洗当前批次待加工工件前，获取当前批次待加工工件对应的工单，该工单包括该批次待加工工件对应的预设数量阈值信息。

在本发明实施例中，控制装置根据不同批次待加工工件的工单确定该批次待加工工件对应的数量阈值信息，从而能够灵活调整工单内清洗的频率，提高该半导体工艺腔室对不同工艺的适应性。本发明实施例对控制装置如何在工艺腔室开始清洗待加工工件前获取工单不作具体限定，例如，可选地，该工单可由工作人员根据每一批次工件对应的规格、工艺、用途等信息编辑得到，并由工作人员通过机台操作窗口输入控制装置。或者，在工厂批量生产各种规格的工件时，该工单可由工厂管理系统自动由预存的工单库中选择，并在各批次待加工工件到达机台时由工厂管理系统自动下发至机台的控制装置。

在本发明的一些实施例中，该工单中还可以包括对应于待加工工件各种清洗、加工工艺的工艺配方(recipe)，如，第一干式清洗对应的第一工艺配方，该控制装置可根据工艺配方中的信息控制工艺腔室接收相应的气体、控制相应的温度或进行其他配方中记载的操作。

本发明实施例对工艺腔室如何进行工单内清洗不作具体限定，例如，可选地，该半导体工艺腔室还包括供气组件，工艺腔室进行该工单内清洗的步骤可以包括：接收供气组件提供的清洗气体，以通过清洗气体清洗工艺腔室中的部件。

本发明实施例对控制装置如何记录工艺腔室加工待加工工件的加工计数不作具体限定，例如，可选地，该控制装置可以包括计数器。

本发明的发明人在研究中还发现，现有的在工单之间进行腔室清洗的方案中，工艺腔室一般在无晶片状态下进行清洗，然而在该清洗过程中，一些沉积在介质窗表面的不易去除的副产物可能会掉落在静电卡盘上，导致静电卡盘无法良好地吸附后续的待加工工件。

为解决该技术问题，作为本发明的一种优选实施方式，该半导体工艺腔室还包括清洗储片装置，用于存储清洗片，该清洗片用于遮蔽工艺腔室内的卡盘，该工单还包括清洗片选择信息，该方法还包括：

在工单中的清洗片选择信息为肯定信息时，将清洗储片装置中的清洗片放置于卡盘上后，再控制工艺腔室接收清洗储片装置中的清洗片并进行工单内清洗(ILC)；

在工单中的清洗片选择信息为否定信息时，控制工艺腔室直接进行工单内清洗。

本发明实施例对工单中存储的各类信息的肯定形式和否定形式不作具体限定，例如，肯定信息可以为“是”、“true”或者对应数字“1”等，相应地，否定信息可以为“否”、“false”或者对应数字“0”等。

本发明实施例对工艺腔室如何接收清洗储片装置中的待加工工件不作具体限定，例如，该工艺腔室可以包括机械手等工件传输机构(晶片传输机构)。为保证清洗片的遮蔽功能，该清洗控制方法还包括：对清洗片的使用次数进行计数，在清洗片的使用次数超过对应的阈值时，控制清洗储片装置更换一批新的清洗片，从而在清洗片使用次数过多并报废前，自动更换清洗储片装置中的清洗片，进而保证清洗片遮蔽卡盘的工艺效果。

在本发明实施例中，工单中存储的清洗片选择信息为肯定信息时，该控制装置能够在工单内清洗前控制工艺腔室接收清洗储片装置中储存的清洗片(dummy wafer，如，废片)，从而通过该清洗片覆盖在静电卡盘表面，避免清洗腔室时掉落的沉积物落在静电卡盘上，在工艺腔室清洗完成后，掉落的沉积物随清洗片被传出工艺腔室，从而提高了工艺腔室的稳定性。

为进一步提高待加工工件加工工艺的稳定性，优选地，该工单还包括干式清洗选择信息，该方法还包括：

在工单中的干式清洗选择信息为肯定信息时，在工艺腔室完成工单内清洗后，控制工艺腔室进行具有第二工艺配方的第二干式清洗WLAC。

在本发明实施例中，工单中存储的干式清洗选择信息为肯定信息时，该控制装置能够在工单内清洗完成后，控制工艺腔室进行第二干式清洗WLAC，进一步去除工单内清洗残留的清洗剂或颗粒物，从而能够进一步提高待加工工件加工工艺的稳定性。

为提高工单内清洗的效率，优选地，每个产品片完成加工工艺后、工艺腔室进行工单内清洗前，还可以独立进行一次干式清洗，以初步去除工艺腔室中的副产物，具体地，该工单还可以包括该工单中每个待加工工件对应的独立清洗选择信息，该方法还包括：

在当前待加工工件对应的独立清洗选择信息为肯定信息时，在工艺腔室完成该待加工工件的加工任务后，控制工艺腔室进行干式清洗。

为进一步避免前一待加工工件加工时留下的副产物对后面的待加工工件的加工工艺产生影响，优选地，该方法还包括在工艺腔室完成每一工单内清洗和第二干式清洗WLAC任务后，控制工艺腔室进行一次彻底的清洗或重置工艺，并且，为避免该工艺对静电卡盘造成影响，该工艺中优选可通过清洗片覆盖静电卡盘，具体地：

该工单还包括清洗片选择信息，第二干式清洗WLAC后还包括：

在工单中的清洗片选择信息为肯定信息时，将清洗储片装置中的清洗片放置于卡盘上后，再控制工艺腔室接收清洗储片装置中的清洗片(dummy wafer)并进行具有第三工艺配方的第三干式清洗Dummy。

考虑到不同批次待加工工件的加工工艺中产生的副产物的去除难度之间存在差异，优选地，该工单还包括清洗片数量信息，该方法包括：根据清洗片数量信息控制工艺腔室依次接收清洗储片装置中对应数量的清洗片并进行对应数量次数的第三干式清洗Dummy。

考虑到部分工单可能仅涉及一些副产物较少或对工艺稳定性危害较小的工艺种类，为提高半导体工艺腔室的生产效率，优选地，该工单还包括清洗控制信息，该方法还包括：

在工单中的清洗控制信息为肯定信息时，开始记录加工计数，并在加工计数大于或等于预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗并重置加工计数；

在工单中的清洗控制信息为否定信息时，保持加工计数不变。

在本发明实施例中，每一工单中均可包括清洗控制信息，从而使控制装置在当前批次待加工工件对应工艺的副产物较少时，暂时关闭工单内清洗功能(即暂停计数)，避免了无意义清洗动作浪费工艺时间，提高了半导体工艺腔室的生产效率。

为便于技术人员理解，本发明还提供控制装置根据包括前面提到的多个选择信息的工单，控制工艺腔室工作的两种具体实施例。

如下表1-1所示为用于控制该工单内清洗的工单(ILC Info)中各项选择信息对应的字符：

表1-1

如图1所示为控制装置根据工单中的各选择信息控制工艺腔室进行相应工艺的流程图。

在产品片完成加工工艺(Wafer Process)后，控制装置判断该产品片对应的独立清洗选择信息是否为肯定信息，在其为肯定信息时，先进行一步干式清洗，否则直接进行下一步。

接着控制装置根据清洗控制信息ILC以及预设数量阈值ILC limit判断是否要进行工单内清洗，具体地，清洗控制信息ILC为肯定信息(如，enable)且加工计数Count到达预设数量阈值ILC limit时，控制工艺腔室进行工单内清洗ILC(第一干式清洗)。

在工单内清洗后，控制装置根据干式清洗选择信息WLAC判断是否进行第二干式清洗WLAC。

在工单执行完成之后，控制装置检查该工单是否勾选了清洗片选择信息Dummy，若勾选了Dummy，则需要执行清洗片数量信息Dummy Count对应次数的第三干式清洗Dummy；若未勾选，则不需要进行第三干式清洗Dummy。

用于执行工单内清洗的清洗片(dummy wafer)存放在清洗储片装置中。工单开始后，若需要执行ILC，则先将清洗储片装置中的清洗片放置于卡盘上，再控制工艺腔室接收清洗储片装置中的清洗片并进行工单内清洗ILC，在清洗片的使用次数达到预先设定的次数阈值后，机台卸载(unload)该批清洗片，重新装载(load)新的一批清洗片。

实施例1：

下表1-2所示为本实施例对应的各批次待加工工件对应的工单信息：

表1-2

其中，waferless为True(肯定信息)，即进行不使用清洗片的工单内清洗；

WLAC为True，即需在工单内清洗ILC执行完成之后接着执行第二干式清洗WLAC；

Dummy为True，即需要在第二干式清洗WLAC执行完成之后执行第三干式清洗Dummy；

Dummy count为3，即需要利用3片清洗片执行3次第三干式清洗Dummy；

ILC limit设定为2，即需在每加工两片产品片之后执行一次工单内清洗ILC。

实施例2：

下表1-3所示为本实施例对应的两批次待加工工件对应的工单信息：

表1-3

其中，设定工单1(Lot1，即Lot ID为1的工单)对应批次的产品片(待加工工件)数量为3、计数器起始计数为0，工单2(Lot2)对应批次的产品片数量为3，二者完成后均不进行第三干式清洗，且预设数量阈值ILC limit均设定为2；二者使用同一个工艺腔室PM1、且采用同一产品片加工工艺recipe M1。

则该两份工单依次执行的状态解读如下：

执行工单1(Lot1)的两片产品片后，计数器的加工计数为2，ILC limit达到上限，此时开始执行工单1的工单内清洗配方(ILC Recipe)、计数器清零；

ILC执行结束后，开始执行工单1的第二干式清洗WLAC；

干式清洗执行结束后，计数器重新开始计数，继续执行工单1的最后一片(第3片)产品片工艺，加工完成后加工计数为1；

工单1对应的第一批次的3片产品片均完成加工，工单1结束，开始执行工单2；

计数器继续记录加工计数，由于工单1的结束后的计数器计数为1，未达到ILCLimit，不进行清零，在执行完工单2的第一片产品片后，计数器累加，加工计数为2达到ILCLimit，开始执行工单2的ILC recipe、ILC计数器清零；

后续执行逻辑规则同上所述相同。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺腔室，包括用于加工待加工工件的工艺腔室和控制装置，控制装置用于控制工艺腔室完成半导体工艺，该控制装置用于实现本发明实施例提供的清洗控制方法。

在本发明实施例提供的半导体工艺腔室中，控制装置能够在工艺腔室的加工计数达到预设数量阈值时，控制工艺腔室进行工单内清洗，即，在同一工单待加工工件的加工过程中，每加工完成几个待加工工件，即启动一次工单内清洗，从而使同一工单中的所有待加工工件加工时所处的腔室环境尽可能保持一致，进而提高了工件(晶片)加工质量的稳定性，以及同一工单的产品片之间的一致性。并且，本发明实施例中通过工单内清洗每隔预设数量阈值个待加工工件恢复腔室环境，每一工单执行前后腔室环境差异极小，上一工单执行后不会过多地在工艺腔室中留下对下一工单不利的副产物，从而无需在不同工单之间额外增加针对上一工单的run season job腔室环境恢复任务，进而提高了机台效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。