CN107587122A - 沉积处理监视系统和控制方法以及半导体器件制造方法 - Google Patents

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李柱铉
朴基寿
韩奎熙
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Abstract

本发明提供了一种能够在沉积处理中检测腔室的内部状态的沉积处理监视系统以及一种控制沉积处理的方法和一种利用该系统制造半导体器件的方法。沉积处理监视系统包括：设施盖，其构造为限定用于沉积处理的空间；位于设施盖中的腔室，所述腔室被半透明圆顶盖覆盖，并且具有其上放置沉积目标的支承件；布置在设施盖中的多个灯，所述灯分别布置在腔室的上部和下部，并且所述灯构造为在沉积处理中将辐射热能供应至腔室中；以及布置在腔室外的激光传感器，该激光传感器构造为用激光束辐射圆顶盖并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，其中，基于检测到的激光束的强度来确定圆顶盖所涂布的副产物的状态。

Description

沉积处理监视系统和控制方法以及半导体器件制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于206年7月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0085597的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种半导体器件制造设备和一种制造半导体器件的方法，例如，涉及一种用于在沉积处理中监视腔室的内部状态的设备和一种利用该设备制造半导体器件的方法。
背景技术
通常，通过包括薄膜处理、光刻处理、蚀刻处理、扩散处理等的半导体器件制造工艺来制造半导体器件。这里，可通过物理气相沉积(PVD)法或化学气相沉积(CVD)法执行例如沉积处理的薄膜处理。近来，常用薄膜的阶梯覆盖、均匀性和批量生产优秀的CVD方法。在沉积处理中，执行用于去除涂覆在腔室内部的副产物的清洁步骤，并且通过主要使用清洁气体的干法清洗法来定期地执行清洁。在某些处理中，由于仅利用干法清洗法不能将腔室内部完全清洁，因此执行将腔室拆卸并且通过操作员利用清洗溶液直接清洁的湿法清洗方法。
发明内容
本发明构思提供了一种能够在沉积处理中准确地检测腔室的内部状态的沉积处理监视系统，以及一种控制沉积处理的方法和一种利用该系统制造半导体器件的方法。
根据本发明构思的一方面，提供了一种沉积处理监视系统，该沉积处理监视系统包括：设施盖，其限定了用于沉积处理的空间；位于设施盖中的腔室，通过透明圆顶盖来限定所述腔室，所述腔室具有腔室中的支承件，并且所述腔室构造为接收沉积目标；布置在设施盖中的多个灯，所述灯分别布置在腔室的上部和下部，并且所述灯构造为在沉积处理中将辐射热能供应至腔室中；以及第一激光传感器，其布置在腔室外，所述第一激光传感器构造为用激光束辐射圆顶盖并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，其中，所述监视系统构造为基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种沉积处理监视系统，该沉积处理监视系统包括：由透明圆顶盖覆盖的腔室；布置在腔室中的支承件，所述支承件构造为接收沉积目标；多个灯，其分别布置在腔室上方和下方，所述灯构造为在沉积处理中将辐射热能供应至腔室中；以及传感器单元，其包括至少一个水平式激光传感器和竖直式激光传感器，其中，水平式激光传感器布置在腔室外，并且构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面并检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，其中，竖直式激光传感器布置在腔室外，并且构造为用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面并检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，并且其中，所述沉积处理监视系统构造为基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态。
根据本发明构思的又一方面，提供了一种控制沉积处理的方法，所述方法包括：将沉积目标布置在位于由透明圆顶盖覆盖的腔室中的支承件上；将处理气体注入腔室中；通过布置在腔室外的灯来将辐射热能供应至腔室中；用激光束辐射腔室并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度；基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态；以及根据副产物的状态调整处理条件。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：将晶圆布置在位于由透明圆顶盖覆盖的腔室中的支承件上；将处理气体注入腔室中；通过布置在腔室外的灯来将辐射热能供应至腔室中并且在晶圆上生长薄膜；用激光束辐射腔室并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度；基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态；确定副产物的状态是否在允许范围内；以及当副产物的状态在允许范围内时对晶圆执行后续半导体处理。
根据本公开的一方面，一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在设备的腔室的支承件上布置衬底；将气体提供至腔室中；用气体在衬底上形成层；监视形成在腔室的盖上的副产物；以及基于监视的副产物的状态来调整设备，其中，腔室布置在第一盖中，其中，腔室包括透明盖，其中，监视副产物的步骤包括：将第一激光束辐射在腔室的透明盖上；接收透过透明盖传输的第一激光束；基于接收到的第一激光束的强度来确定形成在透明盖上的副产物的状态。
附图说明
通过以下结合附图呈现的具体实施方式将更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图；
图2是更详细地示出图1的沉积处理监视系统中的激光传感器、反射板和与其对应的腔室的一部分的剖视图；
图3A至图3C是示出图1的沉积处理监视系统中使用的激光传感器的透视图和剖视图；
图4A和图4B是示出图1的沉积处理监视系统中使用的反射板的剖视图；
图5A和图5B是示出图1的沉积处理监视系统中使用的激光传感器和反射板的位置之间的关系的平面图；
图6A和图6B是示出图1的沉积处理监视系统中使用的红外(IR)滤波器的透视图和电磁波传输特性曲线图；
图7A和图7B是示出如下过程的剖视图：其中图1的沉积处理监视系统中使用的水平式激光传感器的激光束透过石英圆顶传输；
图8是示出利用图1的沉积处理监视系统的激光束的强度的测量曲线图；
图9是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图；
图10和图11是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图和平面图；
图12A和图12B是示出如下过程的剖视图：其中图10的沉积处理监视系统中使用的竖直式激光传感器的激光束透过石英圆顶传输；
图13是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图；
图14是示出根据本发明构思的一个实施例的通过监视腔室的内部状态来控制沉积处理的过程的流程图；以及
图15是示出根据本发明构思的一个实施例的通过控制沉积处理来制造半导体器件的处理的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照其中示出了各个实施例的附图详细解释示例实施例。然而，本发明可按照许多不同形式实现并且不应理解为限于本文阐述的示例实施例。这些示例实施例仅是示例，并且许多不要求本文提供的细节的实施方式和修改形式都是可能的。还应该强调，本公开提供了替代性示例的细节，但是这种替代形式的列出并不是穷尽的。此外，各个示例之间的细节的任何一致性不应被理解为要求这种细节，针对本文所述的每个特征列出每种可能的变型形式是不切实际的。在确定本发明的要求时应该参照权利要求的语言。
在附图中，相同编号始终指代相同元件。虽然不同的图示出了示例性实施例的各个特征，但是这些图和它们的特征不一定想要彼此互相排斥。相反，在特定附图中描绘和描述的特定特征也可通过在不同附图中描绘的实施例来实施，即使未另外示出这种组合。用不同的实施例标签(例如“第一实施例”)来指示这些特征/附图不应被解释为表示一个实施例的特定特征被另一实施例互相排斥并且不打算用于另一实施例。
除非上下文另有说明，否则术语第一、第二、第三等用作用于将一个元件、组件、区、层或部分与另一元件、组件、区、层或部分(可以相似或可以不相似)进行区分的标签。因此，下面在说明书的一部分(或权利要求)中讨论的第一元件、第一组件、第一区、第一层或第一部分可在说明书的另一部分(或另一权利要求)中被称作第二元件、第二组件、第二区、第二层或第二部分。
应该理解，当一个元件被称作“连接至”、“耦接至”另一元件或“位于”另一元件“上”时，其可直接连接至/耦接至/另一元件/位于另一元件上，或者可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件，或者“接触”另一元件时，不存在中间元件。为了易于描述，本文中可使用诸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等的空间相对术语，以描述如附图所示的一个元件或特征相对于另一元件或特征的位置关系。应该理解，这些空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的装置的除图中所示的取向之外的不同取向。因此，在本文描绘和/或描述的具有元件A在元件B之下的装置，不管装置在现实中的取向如何，其还视为元件A在元件B之下。
本文可用理想示图(但是为了清楚，可夸大相对尺寸)示出实施例。应该理解，根据制造技术和/或公差，实际实施方式可与这些示例性示图不同。因此，当说明取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度时本文使用的利用诸如“相等”、“相同”的术语和诸如“平面”、“共面”、“圆柱形”、“方形”等的几何描述对特定特征的描述不一定意指完全相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度，而是旨在涵盖可例如由于制造工艺导致的可接受的变化范围内的几乎相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度。除非上下文另有说明或采用其它表述，否则本文中可使用术语“基本上”来强调这种含义。
除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员之一通常理解的与它们在现有技术和/或本申请的上下文中的含义一致的相同含义。
图1是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图。
参照图1，当前实施例中的沉积处理监视系统100可包括腔室110、激光传感器120h、反射板130、灯140、设施盖150、高温计160、传感器放大和通信模块170以及分析和控制计算部件180。沉积处理监视系统100可为配有监视功能的沉积机器或者沉积设备。
腔室110可包括室主体115和圆顶盖110c。腔室110可为用于在沉积目标(例如，诸如晶圆200的衬底)上生长薄膜的沉积腔室。例如，腔室110可为用于外延生长或者选择性外延生长(SEG)的腔室，并且可为低压化学气相沉积(LPCVD)室或者超低压化学气相沉积(VLPCVD)室。然而，腔室110不限于上述腔室。
室主体115可具有带有敞开的上部和下部的柱形。例如，室主体115可具有一般的环形。然而，室主体115的形状不限于此。例如，室主体115可具有多边形柱形。室主体115的一部分或全部可由金属材料形成。例如，室主体115可由诸如铝或不锈钢的金属材料形成。
圆顶盖110c可包括上圆顶110u和下圆顶110d。上圆顶110u可布置在室主体115上方并且可具有凸出并且面朝上的圆顶形状。例如，上圆顶110u可具有向上突出的圆顶形状。上圆顶110u的下部(例如其边缘部分)可附着于室主体115的上表面以有限地封闭腔室110中的反应空间的上区。上圆顶110u可附着于室主体115以具有可拆卸结构。因此，可通过将上圆顶110u与室主体115分离对其进行清洁，或者可更换新的上圆顶110u。例如，当清洁上圆顶110u时，可将上圆顶110u从室主体115拆卸。
上圆顶110u可由可有效地将辐射热能从设置在腔室110上方的灯140传递至腔室110中的反应空间的材料形成。例如，上圆顶110u可由半透明材料或透明材料(诸如对于紫外线(UV)、可见光和红外线(IR)透明的石英)形成。当然，上圆顶110u的材料不限于石英。例如，上圆顶110u可由半透明陶瓷形成。例如，上圆顶110u的至少一部分可由非半透明材料形成。例如，上圆顶110u的一部分可由不透明材料形成。由于上圆顶110u由半透明材料或者透明材料形成，因此来自灯140的辐射热能可通过上圆顶110u传输并且传递至腔室110中的反应空间。
下圆顶110d可附着于室主体115的下表面，以有限地封闭腔室110中的反应空间的下区。下圆顶110d可由半透明材料或者诸如石英的透明材料形成。因此，下圆顶110d可有效地将辐射热能从设置在腔室110下方的灯140传递至腔室110中的反应空间。例如，下圆顶110d可由半透明陶瓷形成。例如，像上圆顶110u那样，下圆顶110d的至少一部分可由非半透明材料形成。例如，下圆顶110d的一部分可由不透明材料形成。
下圆顶110d可包括向下倾斜的底板110d-1和从底板110d-1的中心向下突出并延伸的延伸管110d-2，如图1所示。底板110d-1可具有上部敞开的倒圆锥形。延伸管110d-2可具有柱形。例如，下圆顶110d可具有带有圆锥部分110d-1和窄茎部分110d-2的漏斗形。例如，下圆顶110d可具有其底部具有管110d-2的倒置的圆顶形状。
可在腔室110的中心部分布置支承件112，并且支承件112可由三角架或六角架114支承。支承件112可构造为接收沉积目标，例如，包括晶圆200的衬底。例如，沉积目标可在沉积处理中放置于支承件112上。应该理解，衬底可为由半导体制造工艺的许多阶段(包括中间阶段和中间结构)之一所得到的单片结构中的任一个，并且可包括初始衬底(例如，半导体晶圆)或者与形成在这种初始结构中和/或上的最终半导体器件基本相同的结构。三角架或六角架114的中心轴114c可向下延伸穿过延伸管110d-2，并且可连接至用于旋转的驱动源(未示出)。例如，支承件112可通过驱动源旋转。例如，支承件112可以恒定速度旋转。例如，恒定速度可为恒定角速度。支承件112可为衬托器(susceptor)。例如，支承件112可将电磁能转换为热。
预热环118可布置在支承件112的外侧。例如，预热环118可包围支承件112。诸如石英环的插入件119可布置在室主体115的内侧表面以邻近于支承件112。插入件119可形成室主体115的一部分。如图1所示，在预热环118与支承件112之间可存在间隙G，并且处理气体可通过间隙G移动至支承件112下方的反应空间。
圆顶盖110c的内表面可涂布有副产物BP。例如，在沉积处理中，可不仅在作为沉积目标的晶圆200上形成薄膜，而且其附近的内表面也会覆盖有薄膜。例如，副产物BP可沉积在内表面上。例如，副产物BP可涂布于石英材料的圆顶盖110c的内表面上，并且副产物BP会减弱来自灯140的辐射热能的传输。例如，副产物BP可根据形成在晶圆200上的薄膜的类型而变化。例如，为了在晶圆200上以外延方式生长硅(Si)，可使用诸如SiH4、Si2H6、SiCl2H2、SiCl3H或SiCl4的硅源气，并且圆顶盖110c的内表面可涂布有作为副产物BP的含有硅的硅化合物。当然，本发明构思不限于Si，并且可在晶圆200上以外延方式生长诸如SiGe、SiC、SiGeC等的各种薄膜，并且对应的副产物BP可涂布于圆顶盖110c的内表面上。
可在腔室110内外安装压强调整设备、压强测量设备和各种测试或监视设备以检查腔室110的内部状态。激光传感器120h和高温计160可包括在监视设备中，并且将在下面描述它们。气体入口Gin和气体出口Gout可连接至腔室110。处理气体可通过气体入口Gin引入腔室110中。可通过气体出口Gout从腔室110排放或去除未反应的气体和/或通过反应形成的杂质。例如，气体入口Gin和气体出口Gout可形成在室主体115中。气体入口Gin和气体出口Gout可布置在彼此相对的侧部。然而，气体入口Gin和气体出口Gout的位置不限于此。
激光传感器120h可布置在设施盖150的外侧表面上。激光传感器120h可用激光束辐射圆顶盖110c，例如，上圆顶110u，以检测透过上圆顶110u传输的激光束的强度。例如，激光传感器120h可为水平式激光传感器，其用由虚线箭头指示的激光束水平地辐射作为测量目标的晶圆200上方的表面上的上圆顶110u，并且可通过接收由反射板130反射的激光束来检测激光束的强度。在当前实施例的沉积处理监视系统100中，激光传感器120h布置在室主体115上方，以使得激光束透过上圆顶110u传输，但是激光传感器120h的位置不限于此。例如，激光传感器120h可布置在室主体115下方，以使得激光束透过下圆顶110d传输。将在图2至图3C的描述中更详细地描述激光传感器120h的结构和功能。
反射板130可布置在设施盖150的外侧表面上，并且可布置在设施盖150的关于腔室110与激光传感器120h相对的侧表面上。例如，反射板130可布置在来自激光传感器120h的激光束所到达的位置以使得激光束在反射板130上反射。反射板130可由反射特性优秀的塑料形成。例如，反射板130可具有高反射系数。当然，反射板130的材料不限于塑料。例如，反射板130可由诸如金属的材料形成。
在当前实施例的沉积处理监视系统100中，反射板130可具有回射(retro-reflector)特性。例如，反射板130可为回射器。回射器可为将入射光朝着光源所在的方向反射回去的反射器。例如，反射板130可通过与入射角无关地反射光线来将入射光朝着光源所在的方向送回。例如，反射板130可将激光束反射并送回激光传感器120h。例如，反射板130可形成为具有这样的结构以形成回射器，其中织物或膜均匀地覆盖并涂布有玻璃微珠。作为另一示例，反射板130可具有微棱镜结构以形成回射器，其中聚合物膜涂布有立方体形状的微棱镜。
反射板130可通过使入射光偏振来反射入射光。例如，来自反射板130的反射光可为偏振光。偏振光可为线偏振光或者椭圆偏振光。反射光的偏振方向可为水平或竖直，或者相对于水平方向可具有预定角度。例如，反射板130可将入射光的偏振方向旋转90°。例如，入射光和反射光可为线偏振光，并且入射光和反射光的偏振方向(例如，偏振轴)可彼此垂直。反射板130的偏振功能可帮助激光传感器120h有效地检测激光束。将在图3A至图3C的激光传感器120h的描述中更详细地描述反射板130的偏振功能。
反射板130可具有回射特性和90°偏振旋转特性二者，并且可替换地，反射板130可具有回射特性和90°偏振旋转特性中的任一个，或者可在不具有二者中任何特性的情况下仅仅反射。
灯140可布置在腔室110的上方和下方。灯140可将在沉积处理中使用的辐射热能供应至腔室110中。例如，灯140可为例如卤素灯。多个灯140可布置在腔室110的上方和下方。例如，灯140可布置在设施盖150中。例如，可将几十个灯140分别布置在腔室110的上方和下方以使得从灯140发射的热能足够使腔室110中的晶圆200的温度升高，例如足够使晶圆200的温度升高至高达1200℃。虽然未示出，但是可将多个灯反射板布置在设施盖150内以具有各种形状，因此从灯140发射的光可有效地供应至腔室110中。
在特定示例中，灯140可包括UV灯。UV灯可为例如基于Hg的弧光灯。UV灯可用于充分激活上述硅源气、HCl、H2气等而不是使腔室110中的温度升高。
作为一种壳体的设施盖150可支承腔室110，并且包围腔室110以使得腔室110与外部阻隔、相对于外部受到保护和/或与外部隔绝。设施盖150可通过在其中容纳灯140来支承灯140。诸如激光传感器120h、反射板130、高温计160等的各种组件可附着于设施盖150，并且设施盖150可支承这些组件。
设施盖150可由金属材料形成。然而，设施盖150的材料不限于金属。可在设施盖150中安装观察口以从外部观察腔室110的内部，并且激光传感器120h和反射板130可布置在观察口部分。
可在设施盖150的上表面上布置上高温计160u，并且可在设施盖150的下表面上布置下高温计160d。当然，高温计160的位置和数量不限于此。高温计160可为非接触式光学高温计。光学高温计可通过将测量对象的亮度与灯的标准亮度进行比较和/或通过分析从测量对象发射的光的光谱来用于测量测量对象的温度。光学高温计可用于测量温度超过700℃的高温体的温度，例如，温度计不可直接插入其中的高温体的温度。然而，高温计160不限于光学高温计。例如，高温计160可为利用辐射热的辐射高温计，或者利用通过辐射产生的光电流的光电高温计。
当前实施例中的沉积处理监视系统100可利用布置在设施盖150的上部和下部的高温计160按照非接触方式测量腔室110的内部温度。当高温计160使用来自腔室110内的光时，腔室110内的光透过圆顶盖110c传输并且精确地传递至高温计160。然而，当圆顶盖110c的内表面涂布有副产物BP时，副产物BP阻碍了光的传输，并且因此在高温计160的温度测量中会导致错误。例如，涂布在圆顶盖110c的内表面上的副产物BP会减弱或妨碍光的传输，并且高温计160不能精确地测量腔室110中的测量对象的温度。由于高温计160的温度测量的错误，不能精确保持沉积处理中的温度条件，因此会发生沉积处理失败。例如，因为高温计160不能测量精确温度，所以不能合适地控制腔室110中的温度，并且因此腔室110不能执行合适的处理。
然而，当前实施例中的沉积处理监视系统100包括激光传感器120h并且在沉积处理中实时检查圆顶盖110c的内表面上的副产物BP的状态，并且防止或减少温度检测错误。因此，可通过根据副产物BP的状态来调整处理条件或者执行高温计160的温度校正来预先防止或减少沉积处理失败。例如，可通过用调整后的高温计160正确地检测腔室温度来对腔室110中的温度进行调整。
作为参考，在常规沉积设施中，由于没有可检测涂布在圆顶盖110c的内表面上的副产物BP的状态的传感器，因此通过将腔室110分离用裸眼直接检查沉积处理是否失败，或者通过在完成沉积处理之后实际测量对应的晶圆来检查沉积处理是否失败。然而，用裸眼检查晶圆或通过测量晶圆的常规方法对于半导体器件的批量生产会是不利的，这是因为其耗用更长的时间并且成本较高。
传感器放大和通信模块170可电连接至激光传感器120h，并且从激光传感器120h接收信号以放大信号。这里，信号可为关于从激光传感器120h的光接收单元120h-R(见图3A)检测的激光束的强度的信号。传感器放大和通信模块170可通过有线或无线通信将放大的信号发送至外部。这里，外部可为例如分析和控制计算部件180。
分析和控制计算部件180可经有线或无线通信连接至传感器放大和通信模块170，并且可从其接收放大的信号。例如，分析和控制计算部件180可分析接收到的信号，并且可基于分析结果来总体控制沉积处理监视系统100。
例如，分析和控制计算部件180可通过根据检测到的激光束的强度检查或监视副产物BP的状态来确定副产物BP的状态是否在允许范围内。例如，通过根据检测到的激光束的强度计算副产物BP的厚度来确定副产物BP的厚度是否在允许范围内。例如，分析和控制计算部件180可根据检测到的激光束的强度量化副产物BP的厚度。例如，在沉积处理执行特定量的时间之后检测到的激光束的强度可表示为：相对于在圆顶盖110c未涂布有副产物BP(例如，干净圆顶盖)的状态下检测到的激光束的强度的百分比。可根据对应的百分比对副产物BP的厚度进行量化。在整个必要百分比范围内在按照这种方式完成量化之后，可通过将检测到的激光束的强度与初始激光束的强度进行比较来获得副产物BP的厚度。例如，当确定副产物BP的厚度的可接受范围时，可通过上述对厚度的确定来立即确定副产物BP的厚度是否在可接受范围内。
在一些实施例中，可利用晶圆上的薄膜的状态的概念来代替副产物BP的状态的概念来执行上述检查。例如，可根据检测到的激光束的强度计算或量化薄膜的厚度。例如，在对应的沉积处理中，可通过由光接收单元120h-R接收到的激光的强度来确定形成在晶圆200上的薄膜的厚度是否在可接受范围内。然而，副产物BP的状态和薄膜的状态可彼此不同。例如，随着副产物BP的厚度增大，检测到的激光束的强度可减小，并且沉积处理会变得效率较低。因此，例如在沉积预定时间之后，形成在晶圆200上的薄膜的厚度会减小。另一方面，随着副产物BP的厚度减小，检测到的激光束的强度会增大，并且沉积处理可更为有效。因此，例如在沉积预定时间之后，形成在晶圆200上的薄膜的厚度会增大。
分析和控制计算部件180还可参照检测到的激光束的强度来确定通过高温计160检测到的温度是否精确，例如，是否在可接受范围内。如可从图8中看出，当圆顶盖110c被副产物BP厚厚地涂布时，高温计160的温度测量会发生错误。因此，与上述副产物BP的厚度的量化相似，可对温度改变进行量化，并且/或者当通过高温计160检测到的温度偏离容许范围时对温度改变进行补偿。例如，可参照激光束的强度将高温计160的测量温度转换为实际温度。例如，当高温计160的测量温度与实际温度之间的差在容许范围之外时，分析和控制计算部件180可基于检测到的激光束的强度来校正高温计160的温度。例如，分析和控制计算部件180可通过调整灯140来调整腔室中的温度，以使得腔室中的温度变为合适温度。
分析和控制计算部件180可根据检测到的激光束的强度或者副产物的状态来调整沉积处理中的处理条件。例如，分析和控制计算部件180可根据检测到的激光束的强度或者副产物的状态来确定圆顶盖110c的湿法清洗时间点、干法清洗方法或者更换时间点等。例如，湿法清洗时间点可为通过将圆顶盖110c与室主体115分离来执行湿法清洗的时间点。例如，干法清洗方法可包括确定干法清洗中清洁的终止点的方法。例如，当副产物的厚度较小时，清洁的终止点可设为从干法清洗的开始时间点开始约10秒，并且当副产物的厚度较大时，清洁的终止点可设为从干法清洗的开始时间点开始约15秒。
分析和控制计算部件180可实现为例如通用个人计算机(PC)、工作站、超级计算机等。
当前实施例中的沉积处理监视系统100可包括激光传感器120h，并且因此可在沉积处理中利用激光传感器120h检测透过圆顶盖110c传输的激光束的强度。例如，可基于检测到的激光束的强度来确定涂布了圆顶盖110c的副产物BP的状态。例如，可基于检测到的激光束的强度来计算副产物BP的厚度。
当前实施例中的沉积处理监视系统100可通过在沉积处理中检测激光束的强度来实时地检查副产物的状态，并且因此可执行沉积处理中的处理条件的调整、高温计160的温度的校正、腔室110的清洁时间点和清洁方法的确定、圆顶盖110c的更换时间点的确定等。例如，当前实施例中的沉积处理监视系统100可控制沉积处理，减少沉积处理的时间和成本，并且降低失败率。例如，由于改进的沉积处理，可提高半导体器件的可靠性和生产能力。
图2是更详细地示出图1的沉积处理监视系统中的激光传感器120h、反射板130和与其对应的腔室110的一部分的剖视图。为了便于理解，在腔室110中仅示出了上圆顶110u的一部分和晶圆200，并且仅示出了设施盖150的其上布置有激光传感器120h和反射板130的部分。将简单描述或省略已结合图1描述的内容。
参照图2，激光传感器120h可布置在设施盖150的左侧壁上并且被传感器盖122包围。激光传感器120h可布置在支架124上并且由支架124支承。
激光束LB可从激光传感器120h通过圆顶盖110c(例如，上圆顶110u)透射。激光束LB可前进至反射板130，可被反射板130反射，可再次通过圆顶盖110c透射，并且可入射至激光传感器120h上。
可在传感器盖122的上表面中形成空气注入孔SHin，并且可在传感器盖122的下表面中形成空气排出孔SHout。如箭头所指示，冷却气体可通过空气注入孔SHin注入到激光传感器120h中以冷却激光传感器120h，并且随后可通过空气排出孔SHou排出。支架124可支承激光传感器120h并且用于调整激光传感器120h的水平和竖直位置。将在图3A至图3C的描述中更详细地描述激光传感器120h、传感器盖122和支架124。
反射板130可布置在设施盖150的右侧壁上并且被反射板盖132包围。可在反射板盖132的上表面中形成空气注入孔RHin，并且可在反射板盖132的下表面中形成空气排出孔RHout。如箭头所指示，冷却气体可通过空气注入孔RHin注入到反射板130中以冷却反射板130，并且随后可通过空气排出孔RHout排出。将在图4A和图4B的描述中更详细地描述反射板130和反射板盖132。
可在设施盖150的其上布置有激光传感器120h和反射板130的观察口部分处布置IR滤波器152。IR滤波器152可阻挡来自腔室110的内部的IR。例如，IR滤波器152可使诸如可见光线、UV等的电磁波透过，并且可阻挡诸如IR的长波长的电磁波。IR滤波器152可通过滤波器耦接单元154耦接至设施盖150的内表面。然而，本发明构思不限于此，并且IR滤波器152可耦接至设施盖150的外表面。
由于IR滤波器152布置在设施盖150上，因此IR滤波器152可阻挡入射在激光传感器120h和反射板130上的红外电磁波(例如，热射线)，以保护激光传感器120h和反射板130。因此，可改进激光束的检测性能。将在图6A和图6B的描述中更详细地描述IR滤波器152。
可在设施盖150的观察口部分的外表面上布置与其耦接的遮蔽器156。遮蔽器156可由金属材料形成以阻挡来自腔室110的内部的电磁波。然而，遮蔽器156的材料不限于金属。例如，遮蔽器156可由具有可有效阻挡电磁波的特性的陶瓷或者塑料形成。此外，遮蔽器156不限于位于设施盖150的外表面，而是可布置在设施盖150的内表面上以与其耦接。
遮蔽器156可布置在设施盖150的其上布置有激光传感器120h和反射板130的观察口部分，当激光传感器120h不执行激光束LB的检测时遮蔽器156可阻挡设施盖150的观察口部分，并且因此可针对电磁波保护激光传感器120h和反射板130。例如，当执行激光束LB的检测时激光传感器120h可保持ON状态，并且当不执行激光束LB的检测操作时激光传感器120h可关闭。在一些实施例中，无论是否执行激光束LB的检测操作，激光传感器120h都可开启。
图3A至图3C是示出在图1的沉积处理监视系统中使用的激光传感器的透视图和剖视图。
参照图3A至图3C，激光传感器120h可由支架124支承，并且可被在第一方向(X方向)上敞开的传感器盖122包围。激光传感器120h可耦接至设施盖150，以使得传感器盖122的敞开部分面对设施盖150。
激光传感器120h可包括光发射单元120h-E和光接收单元120h-R。光发射单元120h-E可产生激光束并且用激光束进行辐射，并且光接收单元120h-R可从外部接收光。光发射单元120h-E可产生在有效地用于检测副产物BP的状态的波长范围内的激光束以用该激光束辐射腔室110的圆顶盖110c。例如，激光束可具有可区别于腔室110内的其它光(例如，从灯140(见图1)传递辐射热能的IR)的波长。例如，当灯光对应于峰为约1μm的IR时，激光束的波长可在在约0.5μm至4μm的范围内，其中将邻近于1μm的波长范围(例如，约1±0.1μm的波长范围)内的波长排除在外。例如，激光束可具有不干扰灯光的特定脉冲形式。例如，激光束可具有脉冲激光束，以使得激光束可容易地区别于从灯140发射的光。例如，激光束可具有激光的重复脉冲的形式。由于激光束不干扰灯光，因此可提高通过激光传感器120h的激光束的检测性能。例如，通过激光传感器120h的激光束的检测性能可不被灯的热波所干扰。激光束可为适于检测透明体的多波长激光束。当多波长激光束通过透明体透射时，多波长激光束可降低通过透明体的表面反射的光的影响，因此可有助于提高激光束的检测性能。
激光束可不限于特定波长范围、特定脉冲形式或者多波长激光束。在这种情况下，激光传感器120h可在灯140关闭时操作。例如，当灯处于ON状态时，激光传感器120h本身可关闭或者设施盖150的观察口部分被遮蔽器156(见图2)阻挡，并且因此激光传感器120h可不操作。激光传感器120h可在灯处于OFF状态时操作，并且可执行对激光束的检测。
光接收单元120h-R可接收来自腔室110内部的光，例如，从光发射单元120h-E发射并且被反射板130反射的激光束。光接收单元120h-R可包括用于将光能转换为电能的多个光电二极管。光接收单元120h-R可实现为例如电荷耦合器件(CCD)传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
IR滤波器152(见图2)可布置在设施盖150的观察口部分，以使得光接收单元120h-R主要接收光发射单元120h-E用其进行辐射的激光束。IR滤波器可阻挡从灯140(见图1)至光接收单元120h-R的IR波。反射板130可具有回射特性，并且来自光发射单元120h-E的激光束可被反射板130反射，并且可朝着光接收单元120h-R改变方向。因此，除被副产物BP和/或圆顶盖110c吸收和/或反射的一定量的激光束之外，光接收单元120h-R可接收从光发射单元120h-E发射的大部分激光束。
具有不同偏振特性的偏振片PF1和PF2可分别布置在光发射单元120h-E和光接收单元120h-R的前端上。如图3A和图3B所示，第一偏振片PF1可布置在光发射单元120h-E的前端上，并且第二偏振片PF2可布置在光接收单元120h-R的前端上。例如，当第一偏振片PF1具有竖直偏振特性时，第二偏振片PF2可具有水平偏振特性。反射板130(见图2)可按照回射形式使入射光的偏振旋转约90°。
例如，利用偏振片PF1和PF2以及反射板130使激光束前进的过程如下。首先，使来自光发射单元120h-E的激光束在透过第一偏振片PF1时竖直或水平地偏振，透过圆顶盖110c，然后入射在反射板130上。入射在反射板130上的激光束通过旋转约90°改变为水平或竖直偏振，再次透过圆顶盖110c，并且通过具有水平或竖直偏振特性的第二偏振片PF2被光接收单元120h-R接收。例如，由于偏振片PF1和PF2和反射板130的偏振效应，光接收单元120h-R可排除或减少诸如灯的IR的外部光并且主要接收来自光发射单元120h-E激光束，并且因此可提高激光束的检测性能。
由于传感器盖122包围激光传感器120h和支架124，传感器盖122可保护激光传感器120h和支架124免受外部物理和化学损伤。冷却气体可在传感器盖122内流动，并且因此可保护激光传感器120h免受热损伤。为了使冷却气体流动，空气注入孔SHin可形成在传感器盖122的上表面中，并且空气排出孔SHout可形成在传感器盖122的下表面中。可通过空气注入孔SHin将冷却气体引导至激光传感器120h以在前进通过各个路径的同时使激光传感器120h冷却，并且随后可通过空气排出孔SHout排放至外部。虽然未示出，但是冷却气体可通过其流动的管可耦接至空气注入孔SHin和空气排出孔SHout。
在如图3B所示的剖视图中，支架124可具有倒L形结构，并且可支承布置于其上的激光传感器120h。虽然未详细示出，但是支架124的水平板124h可在第三方向(Z方向)上旋转和/或移动，并且支架124的竖直板124v可在第一方向和第二方向(X方向和Y方向)上移动。因此，可通过调整水平板124h来调整激光传感器120h的水平度。可通过调整竖直板124v来调整激光束在X-Y平面上的前进角度和/或位置。例如，可通过支架124来调整包括激光传感器120h的高度和/或激光的发射角度的位置。支架124的结构不限于示出的结构，并且支架124可具有各种结构。
图4A和图4B是示出图1的沉积处理监视系统中使用的反射板的剖视图。
参照图4A，反射板130可被反射板盖132包围并且耦接至设施盖150的观察口部分(见图1)。反射板盖132可具有这样的结构：其中一部分从反射板盖132的中心朝向第一方向的负向(-X方向)敞开，并且反射板130可耦接至反射板盖132的敞开部分。反射板盖132可包围反射板130，因此可保护反射板130免受外部物理和化学损伤。
冷却气体可在反射板盖132内流动，并且因此可保护反射板130免受热损伤。为了使冷却气体流动，可在反射板盖132的上表面和下表面中分别形成气孔RHin和RHout。可通过空气注入孔RHin将冷却气体引导至反射板130以在向下前进的同时使反射板130冷却，并且随后可通过空气排出孔RHout排放至外部。虽然未示出，但是冷却气体可通过其流动的管可耦接至空气注入孔RHin和空气排出孔RHout。
参照图4B，与图4A中的反射板盖132不同，反射板盖132a可具有这样的结构：其中前表面在第一方向的负向(-X方向)上(从反射板盖132a的中心)敞开。例如，反射板130可耦接至反射板盖132a的封闭部分的内侧表面。气孔RHin和RHout可形成在反射板盖132a的上表面和下表面中。冷却气体可在反射板盖132a内流动，并且因此可保护反射板130免受热损伤。
图5A和图5B是示出图1的沉积处理监视系统中使用的激光传感器和反射板的位置之间的关系的平面图。
参照图5A，激光传感器120h可具有包括光发射单元120h-E和光接收单元120h-R的结构，如图3A所示。在具有这种结构的激光传感器120h中，激光束LB可在第一方向(X方向)上从光发射单元120h-E透过圆顶盖110c传输，可入射在反射板130上，可被反射板130反射，可在第一方向的负向(-X方向)上再次透过圆顶盖110c传输，并且可入射在光接收单元120h-R上。这里，反射板130可具有回射特性，并且将入射的激光束LB反射至激光传感器120h的光接收单元120h-R部分。
参照图5B，与图3A的激光传感器120h的结构不同，激光传感器120h'可具有这样的结构：其中光发射单元120h-E和光接收单元120h-R彼此分离。在具有这种结构的激光传感器120h'中，从光发射单元120h-E发射的激光束LB-E的方向可与入射在光接收单元120h-R上的激光束LB-R的方向不同。
例如，光发射单元120h-E和光接收单元120h-R可布置在圆顶盖110c和/或设施盖150的不同位置。此外，反射板130a可遵循一般反射规律。例如，当激光束LB-E以第一角θ入射在反射板130a的上表面上时，反射的激光束LB-R可相对于反射板130a的上表面也具有第一角θ。通常，虽然通过相对于反射表面的法向的入射角和反射角来定义反射规律，但是即使当利用相对于反射表面的角来描述反射规律时也可获得相同结果。
当前实施例中的激光传感器120h'具有可使用具有一般反射特性的反射板130a的优点。另一方面，精确地调整光发射单元120h-E和光接收单元120h-R的位置以使反射板130a的入射角与其反射角匹配是有益的。可在设施盖150中形成对应于光发射单元120h-E、光接收单元120h-R和反射板130a的至少三个观察口。
图6A和图6B是示出在图1的沉积处理监视系统中使用的IR滤波器的透视图和电磁波传输特性曲线图。
参照图6A和图6B，IR滤波器152可具有圆板形状。然而，IR滤波器152的形状不限于圆板形，并且IR滤波器152可具有诸如矩形、五边形等的多边形板形。在图6A中，虽然IR滤波器152的厚度稍被夸大，但是IR滤波器152可具有约几μm的小厚度。IR滤波器152可具有这样的功能：其中基本上阻挡IR，并且诸如可见光线的波长小于IR的电磁波会透射。
如可从图6B的曲线图中看出，IR滤波器152可在700nm或更小的波长处表现出几乎约80％的透射率，在800nm或更大的波长处表现出30％或更小的透射率，并且在约1,000nm(也就是说，约1μm)的波长处表现出几乎约0％的透射率。因此，当灯140(见图1)的光是峰为1μm的IR时，IR滤波器152可有效地阻挡灯的光。
如曲线图中所示，IR滤波器152可阻挡波长为300nm或更小的光，例如，UV。因此，当灯包括UV灯时，IR滤波器152还可阻挡来自UV灯的UV光。
图7A和图7B是示出如下过程的剖视图：其中在图1的沉积处理监视系统中使用的水平式激光传感器的激光束透过石英圆顶传输，图7B是图7A的A部分的放大的剖视图。为了便于描述，仅示意性地示出了激光传感器120h、反射板130和上圆顶110u的一部分。
参照图7A和图7B，激光束LB从被激光传感器120h的光发射单元120h-E(见图3A)发射的时候开始至被光接收单元120h-R(见图3A)接收的时候为止会四次透过上圆顶110u传输。例如，激光束LB从光发射单元发射，第一次是，透过上圆顶110u的左侧部分传输，引导至腔室110中，并且通过腔室110内部(①)，第二次是，透过上圆顶110u的右侧部分，入射在腔室110外的反射板130上，被反射板130反射(②)，第三次是，再次透过上圆顶110u的右侧部分，引导至腔室110中，并且通过腔室110内部(③)，以及第四次是，再次透过上圆顶110u的左侧部分，并且入射在光接收单元上(④)。因此，激光束LB可总共四次透过上圆顶110u。
按照这种方式，由于激光束LB四次透过上圆顶110u，激光束LB的强度会被副产物BP明显降低。因此，可更精确地分析通过对激光束LB的强度的检测所得的副产物BP的状态。
如图7B所示，激光束LB可倾斜地入射在上圆顶110c上。因为激光束LB倾斜地入射在上圆顶110c上，所以可减小在上圆顶110c的表面上被反射返回的激光束的影响。例如，可减小从上圆顶110c的表面至光接收单元120h-R的反射光的影响。因此，这对于透明材料的副产物BP的检测会是有效的。此外，激光束LB倾斜地入射在上圆顶110c上，因此，可加长激光束LB所透过和穿过的副产物BP的路径。因此，由于激光束倾斜入射至副产物BP中而导致激光束LB的强度进一步减小，因此，由于更精确地分析了副产物BP的状态，所以这会是有利的。例如，当激光束LB垂直地入射在上圆顶110c的表面上时，激光束LB所透过其中的副产物BP的厚度可具有第一厚度D1。此外，当激光束LB以第一锐角θ1入射在上圆顶110c的表面上时，激光束LB所透过其中的副产物BP的厚度可具有第二厚度D2。第二厚度D2可大于第一厚度D1。
图8是示出利用图1的沉积处理监视系统的激光束的强度的测量曲线图的示例，其中X轴表示沉积次数，左侧Y轴表示激光束的强度，而右侧Y轴表示顶部高温计的温度。曲线图的上部中的虚线箭头表示对应次数沉积的激光束的平均强度，曲线图的下部中的虚线表示通过高温计测量的温度，并且黑方块通过相对位置表示在晶圆上沉积的薄膜的平均厚度。在该示例中，将通常的沉积处理执行十九次，并且随后将圆顶盖110c清洁以去除形成在圆顶盖110c上的副产物。
参照图8，随着沉积的次数增加，可以看出，激光束的强度减小并且薄膜的平均厚度也减小。最后，随着沉积的次数增加，可通过上述结果间接地检查出副产物BP(见图1)的厚度增大。例如，当副产物的厚度增大时，激光束的强度减小。假设从灯140(见图1)供应至腔室110(见图1)中的辐射热能的量会减小，并且不能顺利地执行沉积处理，因此会减小形成在晶圆200(见图1)上的薄膜的厚度。
关于图8的各个沉积步骤中的激光强度的波动，激光强度可受到各个沉积处理之后的清洁处理的影响。在该示例中，当执行沉积处理时，随后利用诸如HCl、Cl2等的清洁气体进行干法清洗处理。因此，如图8所示，可在沉积步骤之后测量激光束的强度减小的部分，并且可在干法清洗步骤之后测量激光束的强度增大的部分。例如，图8中的激光强度的波动可表示沉积处理的一个周期(包括干蚀刻)。虚线箭头表示各个沉积周期中的激光束的平均强度。例如，虚线箭头可显示出当沉积处理累积时激光强度改变的趋势。
在图8的示例中，在第十九次沉积之后，由激光传感器接收到的激光束的强度降至由激光传感器接收到的激光束的初始强度的约一半。在第十九次沉积之后将圆顶盖110c清洁以去除形成在圆顶盖110c上的副产物。圆顶盖110c与室主体115分离，并且在第十九次沉积处理之后对圆顶盖110c执行湿法清洗。例如，湿法清洗可使用氟化氢(HF)。在一些情况下，圆顶盖110c可更换为新的圆顶盖。图8的曲线图还显示出形成在晶圆200上的薄膜的厚度在从圆顶盖110c去除副产物之后增至原始状态。该结果可显示出副产物的去除提高了热能通过圆顶盖110c向腔室110的传输。
例如，当执行圆顶盖110c的湿法清洗时，设备会关闭。在一些实施例中，可在完成清洁之后执行从腔室110去除水汽和杂质的额外处理。在清洁处理中，会产生水汽和杂质。可通过从腔室110中抽出水汽和杂质来执行水汽和杂质的去除处理。在一些实施例中，在清洁圆顶盖110c之后可执行设置稳定的压强和温度的处理。由于这些原因，对圆顶盖110c进行频繁湿法清洗会导致生产力降低。因此，检测执行从圆顶盖110c去除副产物的湿法清洗的合适时间是有益的。
曲线图的下部中的虚线(在沉积处理的全部累积次数中)保持几乎恒定值，并且这可显示出高温计160不会检测副产物的状态，或者通过高温计160(见图1)不会检测出是否合适地执行沉积处理，这是因为形成在晶圆200上的薄膜厚度根据沉积处理的累积次数而变化。例如，腔室中的温度会由于副产物的厚度的增大而减小。例如，辐射热能的供应会由于副产物的厚度的增大而减少。高温计会不能精确地测量腔室中的温度。如上所述，当前实施例中的沉积处理监视系统100可通过分析和控制计算部件180基于检测到的激光束的强度来校正高温计的温度，并且可通过经分析和控制计算部件180控制灯来调整温度以变成所需处理温度。
图9是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图。将简单描述或省略已在图1至图4B中描述的内容。
参照图9，与图1的沉积处理监视系统100不同，当前实施例中的沉积处理监视系统100a可包括激光传感器120h”。例如，在当前实施例中的沉积处理监视系统100a中，像图5B所示的激光传感器120h'那样，激光传感器120h”可具有光发射单元120h-E和光接收单元120h-R彼此分离的结构。例如，如图9所示，光发射单元120h-E可布置在设施盖150的左侧表面，并且光接收单元120h-R可布置在设施盖150的面对光发射单元120h-E的右侧表面。例如，与图5B中的不同，当前实施例中的沉积处理监视系统100a可不包括单独的反射板。
在当前实施例的沉积处理监视系统100a中，光接收单元120h-R可从光发射单元120h-E直接接收激光束，而不使用反射板。因此，来自光发射单元120h-E的激光束会两次透过圆顶盖110c，并且可入射在光接收单元120h-R上。
图10和图11是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图和平面图。将简单描述或省略已在图1至图4B中描述的内容。
参照图10和图11，与图1的沉积处理监视系统100不同，当前实施例中的沉积处理监视系统100b还可包括激光传感器120v。例如，当前实施例中的沉积处理监视系统100b还可包括布置在设施盖150的上表面上的竖直式激光传感器120v。下文中，为了便于描述，将布置在设施盖150的侧表面上的激光传感器称作水平式激光传感器120h，并且将布置在设施盖150的上表面上的激光传感器称作竖直式激光传感器120v。
由于水平式激光传感器120h与在图1至图3C中描述的激光传感器120h基本相同，因此将省略对其的详细描述。
设施盖150的上表面上的竖直式激光传感器120v可用激光束辐射作为沉积目标的晶圆200并且接收通过晶圆200反射的激光束。因此，竖直式激光传感器120v可主要包括产生和发射激光束的光发射单元(未示出)和接收反射的激光束的光接收单元(未示出)。在竖直式激光传感器120v中使用的激光束的特性可与在水平式激光传感器120h中使用的激光束的特性不同。这是因为在竖直式激光传感器120v中使用的激光束不会由单独的反射板反射而是直接由晶圆200反射。因此，在竖直式激光传感器120v中，激光束可在晶圆200上或在形成在晶圆200上的薄膜上具有低吸收特性。例如，竖直式激光传感器120v的激光束可被晶圆200或沉积在晶圆200上的薄膜良好地反射。
IR滤波器和/或遮蔽器可布置在设施盖150的其上布置有竖直式激光传感器120v的部分。此外，偏振片可布置在光发射单元和光接收单元的前端。光发射单元的偏振片和光接收单元的偏振片可具有相同的偏振特性。例如，布置在光发射单元和光接收单元的偏振器可具有彼此相同的偏振方向。
如图11所示，竖直式激光传感器120v可布置为邻近于上高温计160u。因此，可通过竖直式激光传感器120v更准确地检查圆顶盖110c(通过上高温计160u经圆顶盖110c识别腔室110中的温度)的状态。例如，可根据圆顶盖110c的位置在圆顶盖110c上涂布副产物BP。例如，圆顶盖110c的远离晶圆200的中心部分可涂布有副产物BP，其厚度小于圆顶盖110c的靠近晶圆200的边缘部分的副产物BP的厚度。因此，相对较少地涂布副产物BP的一部分可影响上高温计160u，并且竖直式激光传感器120v可通过相对精确地检查该部分的副产物BP的状态来有助于校正上高温计160u的温度。
图12A和图12B是示出如下过程的剖视图：其中在图10的沉积处理监视系统中使用的竖直式激光传感器的激光束透过石英圆顶传输，图12B是图12A的B部分的放大的剖视图。为了便于描述，仅示意性地示出了竖直式激光传感器120v、晶圆200以及上圆顶110u的一部分。
参照图12A和图12B，从被竖直式激光传感器120v的光发射单元发射时开始至被光接收单元接收时为止，激光束LB会两次透过上圆顶110u。例如，激光束LB从光发射单元被发射，首先，透过上圆顶110u传输，入射在腔室110内的晶圆200上，并且被晶圆200反射(①)，其次，透过上圆顶110u传输，入射在光接收单元上(②)。因此，激光束LB可总共两次透过上圆顶110u。
如图12B所示，激光束LB可倾斜地入射在上圆顶110c上，因此可降低在上圆顶110c的表面上被反射返回的激光束的影响，并且可有效地检测透明材料的副产物BP。此外，由于激光束LB倾斜地入射在上圆顶110c上，可延长激光束LB所透过和穿过的副产物BP的路径，并且激光束LB的强度可由于激光束LB倾斜入射至副产物BP中而进一步降低。例如，当激光束LB以第二锐角θ2入射在上圆顶110c的表面上时，激光束LB所透过的副产物BP的厚度可为第三厚度D3。第三厚度D3可大于当激光束垂直地入射在上圆顶110c上时的厚度(例如，第一厚度D1)(见图7B)。
图13是示意性地示出根据本发明构思的一个实施例的沉积处理监视系统的剖视图。将简单描述或省略已在图1至图4B和图10中描述的内容。
参照图13，与图10的沉积处理监视系统100b不同，当前实施例中的沉积处理监视系统100c可包括两个水平式激光传感器120h1和120h2以及与它们对应的两个反射板130-1和130-2。例如，当前实施例中的沉积处理监视系统100c可包括第一水平式激光传感器120h1、第二水平式激光传感器120h2、第一反射板130-1和第二反射板130-2。第一水平式激光传感器120h1和第一反射板130-1与在图1中描述的激光传感器120h和反射板130相同。
第二水平式激光传感器120h2和第二反射板130-2可布置为使得激光束透过下圆顶110d传输。第二水平式激光传感器120h2和第二反射板130-2中的每一个的结构、激光束检测原理等与在图1中描述的激光传感器120h和反射板130的那些相同。因此，IR滤波器和/或遮蔽器可布置在设施盖150的布置有第二水平式激光传感器120h2和第二反射板130-2的部分。第二反射板130-2可使入射激光束的偏振方向按照回射形式旋转约90°。具有不同特性的偏振片可布置在第二水平式激光传感器120h2的光发射单元和光接收单元的前端。
因为当前实施例中的沉积处理监视系统100c还包括竖直式激光传感器120v和第二水平式激光传感器120h2，可通过第一水平式激光传感器120h1和竖直式激光传感器120v更准确地检查上圆顶110c所涂布的副产物BP的状态，并且还可通过第二水平式激光传感器120h2检查下圆顶110d所涂布的副产物BP的状态。
在沉积处理监视系统的各个实施例中，已示出激光传感器具有激光传感器布置在设施盖150的侧表面或上表面的结构。然而，激光传感器的位置不限于此。例如，激光传感器可布置在设施盖150下方以邻近于下高温计160d。即使示出了布置在设施盖150的侧表面的一个或两个激光传感器和布置在设施盖150的上表面的一个激光传感器，但是激光传感器的数量不限于此。例如，可在设施盖150的各个位置布置不同数量的激光传感器以更准确地检查圆顶盖110c所涂布的副产物BP的状态。例如，在各个实施例中示出的各个元件的位置和组件可彼此互换。例如，利用反射板的激光传感器之一可被在没有反射板的情况下操作的激光传感器替代。
图14是示出根据本发明构思的一个实施例的通过监视腔室的内部状态来控制沉积处理的处理的流程图。为了便于描述，将参照图1描述该处理。
参照图14，首先，将沉积目标200布置在腔室110内的支承件112上(S110)。例如，沉积目标200可为晶圆。当然，沉积目标不限于晶圆。腔室110包括圆顶盖110c和室主体115，并且可在腔室110中限定封闭的反应空间。圆顶盖110c可由半透明材料或透明材料(例如，石英)形成。
将处理气体注入腔室110中(S120)。处理气体可通过气体入口Gin注入。处理气体可根据将形成在晶圆上的薄膜的材料而变化。例如，当需要形成硅薄膜时，可将上述硅源气作为处理气体注入。
将辐射热能通过灯140供应至腔室110中(S130)。虽然分开描述了辐射热能的供应和处理气体的注入，但是可不用清楚地区分辐射热能的供应和处理气体的注入的次序。例如，可同时执行辐射热能的供应和处理气体的注入，或者可在一个处理已经被执行的同时开始执行另一处理。
例如，在形成硅薄膜的处理中，可首先执行氢处理。作为处理条件，在开启UV灯的同时将温度保持在约700℃至900℃的范围内，并且氢气以约10slm至150slm的流速流入腔室约1分钟至5分钟。然后，将SiCl2H2+HCl+H2提供作处理气体，将温度保持在约700℃至900℃的范围内，压强设为约5Torr至150Torr的范围，并进行处理。在该情况下，SiCl2H2气体可以约0.05slm至2slm的范围流入腔室中，HCl气体可以约0slm至3slm的范围流入腔室中，H2气体可以约10slm至150slm的范围流入腔室中，并且可在原位提供诸如PH3、AsH3或B2H6的掺杂气体。当然，在形成硅薄膜的处理中的处理条件不限于以上处理气体的种类和值的范围。
将激光束发射至腔室中，并且检测透过圆顶盖110c传输的激光束的强度(S140)。激光束从激光传感器120h发射，被反射板130反射，再次被激光传感器120h接收，因此可检测透过圆顶盖110c传输的激光束的强度。可在沉积处理中或在多个沉积处理之间执行这种激光束检测处理。
可基于激光束的强度来确定圆顶盖所涂布的副产物的状态(S150)。例如，可根据检测到的激光束的强度来确定副产物BP的状态是否在允许范围内。确定副产物BP的状态的更详细的描述与以上参照分析和控制计算部件180的描述相同。
根据激光束的强度或副产物BP的状态来调整处理条件(S160)。处理条件的调整可包括通过校正或调整由高温计160读出的温度和/或通过调整灯来调整腔室中的温度。调整处理条件的详细描述与以上参照分析和控制计算部件180的描述相同。
图15是示出根据本发明构思的一个实施例的通过控制沉积处理来制造半导体器件的处理的流程图。为了便于描述，将参照图1描述该处理。此外，将简单描述或省略已参照图14描述的内容。
参照图15，首先，将晶圆200布置在腔室110内的支承件112上(S210)，并且将处理气体注入腔室110中(S220)。此外，通过灯140将辐射热能供应至腔室110中，并且在晶圆上生长薄膜(S230)。可同时执行处理气体的注入和辐射热能的供应，或者可在一个处理已经被执行的同时开始执行另一处理。
将激光束发射入腔室中并且检测透过圆顶盖110c传输的激光束的强度(S240)，并且基于激光束的强度确定圆顶盖所涂布的副产物的状态(S250)。例如，确定副产物BP的状态的步骤可包括根据激光束的强度计算或者量化副产物BP的厚度。确定副产物BP的状态是否在允许范围内(S260)。例如，确定根据激光束的强度计算或量化的上述副产物BP的厚度是否在预设允许范围内。可在沉积处理中或在多个沉积处理之间执行激光束检测处理。
当副产物BP的厚度在允许范围内(是)时，对晶圆执行后续半导体处理(S270)。对晶圆200执行的后续半导体处理可包括各种处理。例如，对晶圆200执行的后续半导体处理可包括沉积处理、蚀刻处理、离子注入处理、清洁处理等。这里，可在沉积处理中使用当前实施例中的沉积处理监视系统。制造半导体器件的这种处理可包括多个沉积处理，并且可通过根据上述实施例的沉积处理监视系统来控制沉积处理中的至少一个。可通过对晶圆200执行后续的半导体处理来形成对应的半导体器件中的集成电路或布线。对晶圆执行的后续的半导体处理可包括对晶圆级半导体器件执行的测试处理。
将晶圆200单独化为分离的半导体芯片(S280)。可通过利用刀或激光的锯切工艺来执行单独化为分离的半导体芯片的处理。
然后，对半导体芯片执行封装处理(S290)。封装处理可为其中半导体芯片安装在印刷电路板(PCB)上并且用密封材料密封的处理。封装处理可包括：形成堆叠的封装件，其中多个半导体芯片按照多层堆叠在PCB上，或者形成层叠封装(POP)结构，其中另一堆叠的封装件堆叠在所述堆叠的封装件上。可通过对半导体芯片执行的封装处理来完成半导体器件置或者半导体封装件。在封装处理之后，可对半导体封装件执行测试处理。
当副产物BP的状态在允许范围之外(否)时，根据副产物的状态调整处理条件或者清洁圆顶盖110c或者用另一圆顶盖替换圆顶盖110c(S275)。处理条件的调整可包括校正高温计160的温度，或者通过调整灯来调整腔室中的温度。例如，副产物BP的状态可包括其中涉及的多个阶段和/或多个条件。例如，副产物BP的状态的一个阶段可为需要调整高温计160的温度的条件。副产物BP的状态的另一阶段可为需要调整腔室中的温度(例如，通过调整从灯发射的热能)的条件。副产物BP的状态的另一阶段可为需要从圆顶盖去除副产物BP(例如，需要清洁圆顶盖以去除副产物BP)的条件。在一些条件下，如上所述，可需要用另一圆顶盖来替换圆顶盖。对处理条件的调整和对圆顶盖110c的清洁和更换的更详细的描述与对分析和控制计算部件180的描述相同。在执行处理条件的调整等之后，处理前进至将晶圆布置在支承件上的步骤(S210)。
根据本发明构思的实施例的沉积处理监视系统包括激光传感器，并且因此在沉积处理中可利用激光传感器检测透过圆顶盖的激光束的强度。此外，可基于检测到的激光束的强度来检查圆顶盖所涂布的副产物的状态。例如，可基于检测到的激光束的强度计算副产物的厚度。
例如，根据本发明构思的实施例的沉积处理监视系统可通过在沉积处理中检测激光束的强度(例如，连续或定期地)实时地检查副产物的状态，并且因此相应地可执行在沉积处理中对处理条件的调整、对高温计的温度的校正、对腔室的清洁时间点和清洁方法的确定、对圆顶盖的更换时间点的确定等。例如，可准确地控制沉积处理，可降低沉积处理的时间和成本，可改善失效率，因此可提高半导体器件的可靠性和生产率。
虽然已经参照附图中示出的示例性实施例描述了本发明，但是应该仅按照描述性意义看待它们，并且本领域技术人员应该理解，可形成各种修改形式和等同的其它实施例。因此，由所附权利要求限定本发明的范围。

Claims (25)

1.一种沉积处理监视系统，包括：
设施盖，其限定用于沉积处理的空间；
位于设施盖中的腔室，通过透明圆顶盖来限定所述腔室，所述腔室具有腔室中的支承件，并且所述腔室构造为接收沉积目标；
布置在设施盖中的多个灯，所述灯分别布置在腔室的上部和下部，并且所述灯构造为在沉积处理中将辐射热能供应至腔室中；以及
第一激光传感器，其布置在腔室外，所述第一激光传感器构造为用激光束辐射圆顶盖并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，
其中，所述监视系统构造为基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态。
2.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，还包括：
第二激光传感器，
其中，第一激光传感器是构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面的水平式激光传感器，并且
其中，第二激光传感器是构造为用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面的竖直式激光传感器。
3.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，还包括：
第二激光传感器，
其中，第一激光传感器是构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面的水平式激光传感器，并且
其中，第二激光传感器是构造为用激光束辐射圆顶盖的下部的水平式激光传感器。
4.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，还包括构造为反射激光束的反射板，
其中，第一激光传感器是构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面的水平式激光传感器，
其中，第一激光传感器包括构造为发射激光束的光发射单元，
其中，第一激光传感器包括构造为接收激光束的光接收单元，并且
其中，反射板构造为反射从光发射单元发射的激光束。
5.根据权利要求4所述的沉积处理监视系统，其中，第一激光传感器布置为邻近于设施盖的一个侧表面，并且反射板布置为邻近于设施盖的与所述一个侧表面相对的另一侧表面，
其中，腔室布置在第一激光传感器与反射板之间，并且
其中，光发射单元的位置导致激光束四次透过圆顶盖。
6.根据权利要求5所述的沉积处理监视系统，其中，将构造为阻挡红外线的滤波器布置在设施盖的面对第一激光传感器和反射板的部分。
7.根据权利要求5所述的沉积处理监视系统，其中，将构造为阻挡电磁波的遮蔽器布置在设施盖的面对第一激光传感器和反射板的部分。
8.根据权利要求5所述的沉积处理监视系统，其中：
第一激光传感器由第一盖覆盖，并且反射板由第二盖覆盖；
在第一盖和第二盖的上表面和下表面中形成气孔；
形成在上表面中的气孔构造为用于将冷却气体注入第一盖内的空间中；并且
形成在下表面中的气孔构造为用于使得冷却气体从第一盖内的空间中排出。
9.根据权利要求4所述的沉积处理监视系统，其中：
将具有竖直或水平偏振轴的第一偏振片布置在光发射单元的前端；
将具有与第一偏振片不同的偏振轴的第二偏振片布置在光接收单元的前端；并且
反射板构造为按照回射方式将激光束反射为相对于入射激光束的偏振方向旋转约90°的偏振光。
10.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，其中：
第一激光传感器是构造为用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面的竖直式激光传感器；并且
所述竖直式激光传感器包括构造为发射激光束的光发射单元和构造为接收激光束的光接收单元，
其中，光发射单元构造为使激光束透过圆顶盖传输，以入射在沉积目标上，被沉积目标反射，再次透过圆顶盖传输，并且入射在光接收单元上。
11.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，还包括布置在腔室外的第二激光传感器和竖直式激光传感器，
其中，圆顶盖包括向上凸出的上圆顶和向下凸出的下圆顶，其中上圆顶和下圆顶通过室主体彼此结合，
其中，第一激光传感器是在比室主体更低的位置处布置在设施盖的侧表面上的水平式激光传感器，并且构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的下表面，
其中，第二激光传感器是在比室主体更高的位置处布置在设施盖的侧表面上的水平式激光传感器，并且构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面，并且
其中，竖直式激光传感器布置在设施盖的上表面上，并且构造为用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面，
其中，第一激光传感器的激光束倾斜地入射在下圆顶的表面上，第二激光传感器的激光束倾斜地入射在上圆顶的表面上，并且竖直式激光传感器的激光束倾斜地入射在上圆顶的表面上。
12.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，其中，第一激光传感器构造为使用脉冲激光。
13.根据权利要求1所述的沉积处理监视系统，还包括：
传感器放大和通信模块，其连接至第一激光传感器，传感器放大和通信模块构造为放大信号和将放大的信号发送至外部；以及
分析和控制计算部件，其连接至传感器放大和通信模块，所述分析和控制计算部件构造为分析接收到的信号并控制沉积处理。
14.一种沉积处理监视系统，包括：
由透明圆顶盖覆盖的腔室；
布置在腔室中的支承件，所述支承件构造为接收沉积目标；
多个灯，其分别布置在腔室上方和下方，所述灯构造为在沉积处理中将辐射热能供应至腔室中；以及
传感器单元，其包括至少一个水平式激光传感器和竖直式激光传感器，
其中，水平式激光传感器布置在腔室外，并且构造为用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面并检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，
其中，竖直式激光传感器布置在腔室外，并且构造为用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面并检测透过圆顶盖传输的激光束的强度，并且
其中，所述沉积处理监视系统构造为基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态。
15.根据权利要求14所述的沉积处理监视系统，其中：
传感器单元包括构造为反射激光束的反射板；
水平式激光传感器和竖直式激光传感器中的每一个包括构造为发射激光束的光发射单元和构造为接收激光束的光接收单元；
水平式激光传感器布置为邻近于腔室的一个侧表面；
反射板布置为邻近于腔室的与其所述一个侧表面相对的另一侧表面；并且
竖直式激光传感器布置在腔室上方。
16.根据权利要求15所述的沉积处理监视系统，其中：
将具有竖直或水平偏振方向的第一偏振片布置在水平式激光传感器的光发射单元的前端；
将具有与第一偏振片的偏振方向不同的偏振方向的第二偏振片布置在水平式激光传感器的光接收单元的前端；并且
反射板构造为按照回射形式反射激光束并且使激光束的偏振方向旋转90°。
17.根据权利要求15所述的沉积处理监视系统，其中，将构造为阻挡红外线的至少一个滤波器或者构造为阻挡电磁波的至少一个遮蔽器布置在水平式激光传感器的前端或者反射板的前端。
18.一种控制沉积处理的方法，所述方法包括：
将沉积目标布置在位于由透明圆顶盖覆盖的腔室中的支承件上；
将处理气体注入腔室中；
通过布置在腔室外的灯来将辐射热能供应至腔室中；
用激光束辐射腔室并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度；
基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态；以及
根据副产物的状态调整处理条件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
激光传感器包括用激光束水平地辐射圆顶盖的上表面的至少一个水平式激光传感器和用激光束竖直地辐射沉积目标的上表面的竖直式激光传感器中；
水平式激光传感器检测由相对于腔室与该水平式激光传感器相对地布置的反射板所反射的激光束；并且
竖直式激光传感器检测由沉积目标反射的激光束。
20.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
将晶圆布置在位于由透明圆顶盖覆盖的腔室中的支承件上；
将处理气体注入腔室中；
通过布置在腔室外的灯来将辐射热能供应至腔室中并且在晶圆上生长薄膜；
用激光束辐射腔室并且检测透过圆顶盖传输的激光束的强度；
基于检测到的激光束的强度来确定涂布在圆顶盖上的副产物的状态；
确定副产物的状态是否在允许范围内；以及
当副产物的状态在允许范围内时对晶圆执行后续半导体处理。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
当副产物的状态在允许范围之外时调整沉积处理的处理条件；以及
当副产物的状态为第一预定状态时清洁圆顶盖；
当副产物的状态为第二预定状态时用另一圆顶盖替换所述圆顶盖；
将晶圆单独化为分离的半导体芯片；以及
封装半导体芯片。
22.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
在设备的腔室的支承件上布置衬底；
将气体提供至腔室中；
用气体在衬底上形成层；
监视形成在腔室的盖上的副产物；以及
基于监视的副产物的状态来调整设备，
其中，腔室布置在第一盖中，
其中，腔室包括透明盖，
其中，监视副产物的步骤包括：
将第一激光束辐射在腔室的透明盖上；
接收透过透明盖传输的第一激光束；
基于接收到的第一激光束的强度来确定形成在透明盖上的副产物的状态。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述设备包括：
第一光发射器，其将第一激光束发射至腔室的盖上；以及
第一光接收器，其接收透过腔室的盖传输的第一激光束。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述设备还包括：
反射板，其布置在第一盖的第一侧上；
第一偏振器，其布置在第一光发射器上；以及
第二偏振器，其布置在第一光接收器上，
其中，第一光发射器布置在与盖的第一侧相对的第一盖的第二侧上，
其中，第一激光束在被第一光接收器接收之前在反射板上被反射，
其中，第一偏振器和第二偏振器具有彼此不同的偏振轴。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述设备还包括：
第二光发射器，其将第二激光束发射至腔室的盖上；
第二光接收器，其接收透过腔室的盖传输的第二激光束；
第三偏振器，其布置在第二光发射器上；以及
第四偏振器，其布置在第二光接收器上，
其中，第二激光束在被第二光接收器接收之前被衬底反射，并且
其中，第三偏振器和第四偏振器具有彼此不同的偏振轴。
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