等离子刻蚀腔的加工时间预测方法、系统及维护方法与流程

本发明涉及半导体制造，特别涉及一种等离子刻蚀腔的加工时间预测方法、系统及维护方法。

背景技术：

1、等离子刻蚀是半导体集成电路制造工艺的刻蚀工序中常用的刻蚀方式之一，请参考图1，该刻蚀发生在真空反应腔室chamber内，该真空反应腔室内设置有承载和吸附待刻蚀的晶圆wafer的静电吸附卡盘(electrostatic chuck，esc)11，且在静电吸附卡盘11外周通常还设有消耗性的边缘环(edge ring)12，该边缘环12用于改善晶圆(wafer)20边缘的刻蚀均匀性和一致性效果。

2、请继续参考图1，边缘环12的高度对晶圆20边缘的刻蚀速率以及等离子(plasma)方向有着至关重要的影响。随着工艺时间和使用次数的增长，边缘环12会由于被等离子(plasma)消耗而逐渐变薄变斜，晶圆20的刻蚀速率会越来越快，并且等离子(plasma)方向越来越向内倾斜(inward tilt)，进而会影响到产品的性能和良率(yield)等。当边缘环12的形貌对产品的影响超出工艺允许范围(process window)时，就需进行设备维护(pm)以更换边缘环12。而刻蚀腔前后两次设备维护(period maintain，pm)之间的时间间隔通常定义为刻蚀腔的加工时间(meantime between clean，mtbc)，显然，在等离子刻蚀机台上，边缘环12的消耗情况是决定刻蚀腔的加工时间(mtbc)的最重要的因素。

3、另外，在等离子刻蚀设备中，由于不同制程(又称为工艺配方，process/recipe)的工艺气体、射频功率等工艺参数不同，对边缘环(edge ring)的消耗速率不同，当导入新制程以用于产品生产的过程中，如果不能提前预估其对边缘环的影响，则就无法规避导入的新制程产生的潜在风险，尤其对于新制程对边缘环的消耗速率变快的情况时，mtbc理论上应该变小，如果mtbc不变，则后期边缘环过度消耗导致的良率恶化的风险将变大。

4、所以，亟需开发一种等离子刻蚀腔的加工时间预测方法、系统及维护方法，能够以离线模拟(offline simulation)方式，在新制程导入前，提前评估出新制程对应的加工时间，继而根据评估结果对极可能产生的风险进行规避。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀腔的加工时间预测方法、系统及维护方法，能够在新制程导入前，以较低的成本且相对及时准确地评估出刻蚀腔的加工时间，从而避免新制程导入所带来的风险。

2、为实现上述目的，本发明提供一种等离子刻蚀腔的加工时间预测方法，包括：

3、实验步骤：在导入新制程用于产品生产之前，将测试控片加载到具有边缘环的等离子刻蚀腔中，并采用所述新制程对所述测试控片进行等离子刻蚀，且所述测试控片的材质与所述边缘环相同或相近，在所述等离子刻蚀中，所述测试控片和所述边缘环同步被消耗；

4、关键数据获取步骤：获取所述测试控片的至少一个位置的消耗速率，并获取现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率；

5、预估步骤：基于所述测试控片的至少一个位置的所述消耗速率、所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率，预估出所述新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间。

6、可选地，在所述实验步骤中，在将测试控片加载到具有边缘环的等离子刻蚀腔中之前，先对所述等离子刻蚀腔进行无晶圆自动清洁。

7、可选地，在所述实验步骤中，在将测试控片加载到具有边缘环的等离子刻蚀腔中之后且在进行所述等离子刻蚀之前，先在所述等离子刻蚀腔中沉积保护膜，所述保护膜覆盖在所述等离子刻蚀腔的内表面、所述边缘环的表面以及所述测试控片的表面上；在进行所述等离子刻蚀时，等离子先同步刻蚀去除所述边缘环的表面以及所述测试控片的表面上的所述保护膜，再同步刻蚀消耗所述边缘环和所述测试控片。

8、可选地，在进行所述等离子刻蚀之后且在获取所述测试控片的至少一个位置的消耗速率之前，先移除所述测试控片并对所述等离子刻蚀腔进行新制程后的无晶圆自动清洁，之后再将所述测试控片移回至所述等离子刻蚀腔；和/或，将所述测试控片保留在所述等离子刻蚀腔中并对所述等离子刻蚀腔进行新制程后的自动清洁。

9、可选地，在所述实验步骤中，在将测试控片加载到所述等离子刻蚀腔中之前，先通过相应的测量工具对所述测试控片进行初始测量，以获取所述测试控片边缘处的至少一个位置的厚度，所述至少一个位置包括所述测试控片边缘处正面上的相应位置和/或侧壁上的相应位置；在所述关键数据获取步骤中，通过所述测量工具对所述测试控片进行再次测量，以获取等离子刻蚀后所述测量控片边缘处的至少一个位置的厚度，并基于所述初始测量的结果、所述再次测量的结果以及所述实验步骤中所述等离子刻蚀腔的工作时间，得到所述测试控片边缘处的至少一个位置的消耗速率。

10、可选地，在关键数据获取步骤，通过收集所述现有制程生产多批产品时的生产数据、边缘环的消耗数据和设备维护数据，来获得所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率；或者，采用相应的测试控片和所述现有制程进行所述实验步骤，以获得所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率。

11、可选地，获取到的所述新制程下的所述测试控片的至少一个位置的消耗速率包括所述新制程下的所述测试控片边缘处的正面上相应位置的消耗速率r1_new和/或侧壁上相应位置的消耗速率r2_new，获取到的所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间为mtbc_bsl，获取到的所述现有制程下边缘环对应位置的消耗速率包括边缘环的正面上相应位置的消耗速率r1_bsl和/或侧壁上相应位置的消耗速率r2_bsl；则在所述预估步骤中得到的新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间mtbc_new＝mtbc_bsl//r_new，

12、其中，r_new＝r1_new/r1_bsl，或r_new＝r2_new/r2_bsl，或r_new＝max[(r1_new/r1_bsl),(r2_new/r2_bsl)]。

13、基于同一发明构思，本发明还提供一种等离子刻蚀腔的加工时间预测系统，其包括：

14、至少一个测试控片，所述测试控片的材质与所述等离子刻蚀腔中的边缘环相同或相近，至少一部分所述测试控片用于在导入新制程用于产品生产之前，加载到具有所述边缘环的等离子刻蚀腔中，并在所述新制程下和所述边缘环同步被等离子刻蚀和消耗；

15、关键数据获取组件，用于获取所述新制程下被等离子刻蚀和消耗的所述测试控片的至少一个位置的消耗速率，并获取现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率，其中，所述新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间基于所述测试控片的至少一个位置的消耗速率、所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间和边缘环对应位置的消耗速率得到。

16、可选地，一部分所述测试控片用于在导入新制程用于产品生产之前，加载到具有所述边缘环的等离子刻蚀腔中，并在所述新制程下和所述边缘环同步被等离子刻蚀和消耗；另一部分所述测试控片用于加载到具有所述边缘环的等离子刻蚀腔中，并在所述现有制程下和所述边缘环同步被等离子刻蚀和消耗；

17、或者，所述新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间mtbc_new＝mtbc_bsl/r_new，

18、其中，r1_new为所述新制程下的所述测试控片边缘处的正面消耗速率，r2_new为所述新制程下的所述测试控片边缘处的侧壁消耗速率，mtbc_bsl为所述现有制程下等离子刻蚀腔的加工时间，r1_bsl为所述现有制程下边缘环的正面消耗速率r1_bsl，r2_bsl为所述现有制程下边缘环的侧壁消耗速率r2_bsl；且r_new＝r1_new/r1_bsl，或r_new＝r2_new/r2_bsl，或r_new＝max[(r1_new/r1_bsl),(r2_new/r2_bsl)]。

19、基于同一发明构思，本发明还提供一种等离子刻蚀腔的维护方法，其包括：

20、采用现有制程对等离子刻蚀腔中的晶圆进行等离子刻蚀，并基于所述现有制程下的等离子刻蚀腔的加工时间对所述等离子刻蚀腔进行设备维护；

21、采用新制程对等离子刻蚀腔中的晶圆进行等离子刻蚀，并基于所述新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间对所述等离子刻蚀腔进行设备维护，其中，所述新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间通过如本发明所述等离子刻蚀腔的加工时间预测方法或如本发明所述等离子刻蚀腔的加工时间预测系统得到。

22、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：

23、1.通过实验获取新制程下与边缘环材质相同或相近的测试控片的至少一个位置的消耗速率，作为新制程下边缘环对应位置的消耗速率，由此可以根据现有制程下的等离子刻蚀腔的加工时间(mtbc)和边缘环对应位置的消耗速率以及新制程下边缘环对应位置的消耗速率，预估出新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间，可以以较低的成本且相对及时准确地评估出新制程下等离子刻蚀腔的加工时间，从而避免新制程导入所带来的风险。

24、2、充分考虑等离子刻蚀腔中保护膜的形成、刻蚀后清洗以及不同制程等这些对边缘环消耗情况有影响的因素，来设计实验流程，使测试控片能够100％模拟边缘环的消耗全过程，从而能够提高新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间的预估准确性。

25、3、利用新制程和现有制程的侧面消耗速率之比或者正面消耗速率之比或者两者中的最大值，来预估新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间，能够改善因量测位置和使用的测试控片的材质与实际边缘环有一定差异而引起的误差，进一步提高新制程下的等离子刻蚀腔的加工时间的预估准确性。