CN107591344B

CN107591344B - 工艺室气氛检测方法和晶片加工设备

Info

Publication number: CN107591344B
Application number: CN201610530492.4A
Authority: CN
Inventors: 杨洋
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: CN107591344A

Abstract

本发明公开了一种工艺室气氛检测方法和晶片加工设备。该工艺室气氛检测方法包括：移出工艺室内的晶片；关闭所述工艺室的阀门，将室内气压降低到指定工作压力以下；启动残气分析仪对室内气氛进行检测；若室内气氛无异常，则残气分析仪停止工作，打开工艺室阀门，等待晶片进入；若室内气氛异常，则残气分析仪停止工作，发出异常警报。本发明提供的方法降低了晶片工艺加工的成本。

Description

工艺室气氛检测方法和晶片加工设备

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体地，涉及一种工艺室气氛检测方法和晶片加工设备。

背景技术

随着半导体晶体管尺寸不断缩小，物理气相沉积(PVD)和溅射沉积技术成为本领域中应用最广泛的一种薄膜制造技术。以“铜阻挡层及籽晶层”的PVD制备工艺为例，加工过程通常包括4个步骤：1、去气工艺；2、预清洗工艺；3、铜阻挡层工艺；4、同籽晶层工艺。这些工艺加工步骤通常均在工艺室中进行，所以，对工艺室的炉内压力和真空度进行监控是实现上述加工步骤的关键。

在现有技术中，使用残气分析仪(RGA)在工艺过程中对工艺室的炉内气氛进行全程监控是目前最有效、可靠的监控方法。但是，残气分析仪自身的工作条件要求周围环境的气压小于10^-4Torr，只有在这种压力条件下，残气分析仪通常够对炉内气氛进行正常监控。然而，很多半导体晶片的PVD工艺加工是在10^-3-10^-2Torr的压力环境下进行的。在这种压力条件下，为了能够保证残气分析仪正常工作，就需要为残气分析仪单独配备真空泵系统。在PVD工艺过程中，真空泵系统能够在不影响正常工艺加工压力的情况下，将检测区域的压力下降到适合残气分析仪工作的10^-4Torr以下。

但是，配备真空泵系统的残气分析仪要比不配备该系统的残气分析仪昂贵许多，若一套工艺设备中通常设置了多个工艺室，全套设备的价格可能增长数倍。而且,使用残气分析仪在工艺过程中对工艺室的炉内气氛进行全程监控，一旦发现异常，就会中止工艺并发出报警，工艺中止会导致正在工艺的晶片报废，从而影响整个工艺生产线的工作流程。所以本发明的发明人认为，有必要对工艺室内气氛、气压的监控方法进行改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种检测工艺室内气氛的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种工艺室气氛检测方法，包括：

移出工艺室内的晶片；

关闭所述工艺室的阀门，将室内压力降低到指定工作压力以下；

启动残气分析仪对室内气氛进行检测；

若室内气氛无异常，则残气分析仪停止工作，打开工艺室阀门，等待晶片进入；

若室内气氛异常，则残气分析仪停止工作，发出异常警报。

可选地，关闭所述阀门后，将所述工艺室的基座上升到工艺位，所述残气分析仪停止工作后，将所述基座降下到传片位。

可选地，设定预定时间，若室内压力在预定时间内降低到指定工作压力以下，则启动残气分析仪，否则发出异常警报。

可选地，所述工艺室被工艺生产线占用，当发出所述异常警报时，将所述工艺室从所述工艺生产线中释放，所述工艺生产线不再占用所述工艺室。

优选地，所述工艺室登出后，查询所述工艺生产线是否存在与所述工艺室执行相同工艺加工的并行工艺室；

若存在，则将后续晶片传入所述并行工艺室。

可选地，当室内气氛异常时，所述异常警报为气氛异常警报；当室内压力未在预定时间内降低到指定工作压力时，所述异常警报为设备异常警报。

可选地，所述指定工作压力为10^-4Torr。

可选地，所述预定时间小于12秒。

可选地，所述室内气氛的检测项包括氧气含量和水蒸气含量。

另一方面，本发明还提供了一种用于上述方法的晶片加工设备，包括：工艺室，所述工艺室内部具有配置为在工艺位和传片位之间移动的基座，所述工艺室设置有温度控制装置；气氛控制装置，所述气氛控制装置与所述工艺室内部连通，用于控制工艺室内部的压力和真空度；残气分析仪，所述残气分析仪设置在所述工艺室内部；处理模块，用于根据残气分析仪的检测情况发出异常警报。

本发明提供了一种工艺室气氛检测方法，不同于使用配备真空泵的残气分析仪对整个工艺加工过程进行全程监控，本发明提供的方法选择在两个晶片的加工间隙对工艺室的情况进行测试，无需为残气分析仪单独配置真空泵，由于工艺室自身能够对室内压力进行控制，所以，在工艺室的加工空闲期，可以通过工艺室自身对室内压力的控制设备将室内压力降低到残气分析仪指定的工作压力以下。此时，残气分析仪有条件对室内气氛进行检测，能够得到可靠的检测结果，以便确认室内气氛和工艺室是否正常。该方法降低了使用残气分析仪监控工艺室气氛的成本，并且简化了检测步骤，只需在空闲期内确认设备无异常即可。并且，在两个晶片的加工间隙期对工艺室的气氛进行检测，发现异常后报警并不再使用该工艺室进行后续工艺即可，不会影响整个工艺生产线的工作流程。通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明提供的工艺室气氛检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供了一种工艺室气氛检测方法，不同于使用配备真空泵的残气分析仪对整个工艺加工过程进行全程监控，本发明提供的方法选择在两个晶片的加工间隙对工艺室的情况进行测试，如果炉内气压、气氛均符合标准，则可以引导下一片晶片进入该工艺室进行工艺加工，工艺加工过程中不再对气氛和气压进行检测。

参见图1，本发明提供的方法具体如下：首先，将工艺室内已完成工艺加工的晶片移出，空出工艺室。第二，关闭该工艺室的阀门，封闭内部空间，将工艺室的室内气压降低到指定工作压力以下，所述指定工作压力为残气分析仪的工作压力条件。通常情况下，残气分析仪的工作压力应在10^-4Torr以下，所述指定工作压力可以为10^-4Torr，也可以更低，本发明不对此进行具体限制。第三，待所述室内气压降到指定工作压力以下后，启动残气分析仪对室内气氛进行检测。由于工艺室自身的气压调控装置已将室内气压控制在指定工作压力以下，所以残气分析仪可以直接进行检测作业。第四，若室内气氛无异常，则所述残气分析仪停止工作，工艺室的阀门打开，该工艺室可以准备对下一片晶片进行工艺加工；若室内气氛存在异常情况，则可以停止残气分析仪的工作，发出相应的异常警报，提示本领域技术人员对工艺室进行处理。

本发明提供的检测方法无需为残气分析仪单独配置真空泵，由于工艺室自身能够对室内气压进行控制，所以，在工艺室的加工空闲期，可以通过工艺室自身对室内气压的控制设备将室内气压降低到指定工作压力以下。此时，残气分析仪有条件对室内气氛进行检测，能够得到可靠的检测结果，以便确认室内气氛和工艺室是否正常。该方法降低了使用残气分析仪监控工艺室气氛的成本，并且简化了检测步骤，只需在空闲期内确认设备无异常即可。

所述残气分析仪通常能够对多种气体成分进行辨别、分析，为简化分析过程，在本发明的一种实施方式中，所述残气分析仪对室内气氛的检测项可以包括氧气含量和水蒸气含量。在工艺加工的过程中，氧气以及水蒸气是最容易对工艺加工造成影响的两种气体。如果氧气含量和水蒸气含量符合标准，则通常的气相沉积工艺均能够正常进行，晶片不会出现报废现象。当然，本发明不对此进行限制，如果特定工艺加工比较敏感，残气分析仪对室内气氛的检测项可以增加其他项目，例如二氧化碳含量、臭氧含量等。

进一步地，所述工艺室中往往设置有用于承载晶片的基座。在空闲期，所述基座通常位于传片位，以便机械手将晶片放置在基座上；在工艺加工过程中，所述基座会抬高到工艺位，以便更好地对半导体晶片进行气相沉积等工艺加工。基座的底部具有用于升降的传动组件，传动组件之间存在缝隙等结构，易降低工艺室的密封性，使外界空气进入到工艺室内部。尤其当基座抬高到工艺位时，上述漏气现象更有可能发生。所以优选地，在本发明的一种实施方式中，在关闭所述工艺室的阀门后，将基座抬升到工艺位，之后再将室内气压降低到指定工作压力以下。如果基座下方的传动组件存在漏气现象的话，残气分析仪在对室内气氛进行检测时，能够检测到室内气氛中的外界大气成分逐渐增加，即杂质气氛逐渐增加。在残气分析仪完成检测、停止工作后，可以将所述基座降下到传片位。如果未发出异常警报，则可以打开工艺室阀门，将待加工晶片传送到基座上。

工艺室在使用过程中也有可能因老化、机械损伤等情况出现自身密封性下降的情况。所以，在本发明提供的检测方法中，还可以增加一项判断步骤，用于判断工艺室自身是否存在严重缺陷，以降低晶片报废的隐患。优选地，如图1所示，在将室内气压降低到指定工作压力以下的过程中，可以设定预定时间，如果室内气压在预定时间内降到指定工作压力以下，说明工艺室的气压控制装置和密封性没有出现严重缺陷。此时，可以启动残气分析仪，对室内气氛进行具体分析。而如果室内气压在预定时间内无法降到指定工作压力以下，则说明工艺室的气压控制装置可能已无法产生足够的真空度，或者，工艺室存在明显的漏气问题，密封性较差。在这种情况下，可以不启动残气分析仪，直接发出异常警报，通知技术人员处理。

优选地，在本发明的实施方式中，所述预定时间可以为12-16秒。例如，只要工艺室能够在12秒内将室内气压降低到指定工作压力以下，则说明工艺室能够达到进行通常的工艺加工的要求。本发明的检测方法不对工艺室材料、加工以及装配提出过高要求，在工艺加工允许的范围内，放宽检测标准，降低晶片加工的成本和难度。

另外，残气分析仪的正常工作压力在10^-4Torr以下，所以，所述指定工作压力可以为10^-4Torr，能够达到该真空度，说明工艺室的密封、压力控制装置没有问题，且残气分析仪也可以工作。本发明并不对所述指定工作压力进行具体限制，在其它实施方式中，如果对工艺室的性能有更高的要求，所述指定工作压力也可以为10^-5-10^-8Torr。

更优地，为了提高晶片加工的效率，在本发明的优选实施方式中，还可以将工艺室并入到生产线中。例如，在通常情况下，所述工艺室登陆在工艺生产线中，即工艺生产线占用该工艺室。根据预定的工艺流程，所述工艺室对晶片进行特定的工艺加工步骤。在本发明提供的方法中，如图1所示，一旦对某个工艺室发出了异常警报，则将该工艺室从工艺生产线中释放，所述工艺生产线暂时不再占用该工艺室进行工艺加工，以免造成晶片报废。在两个晶片的加工间隙期对工艺室的气氛进行检测，发现异常后报警并不再使用该工艺室进行后续工艺即可，不会影响整个工艺生产线的工作流程。

进一步地，为了不影响整个工艺生产线的加工步骤，在一个工艺室从工艺生产线释放后，如图1所示，可以查询工艺生产线中是否存在与该工艺室执行相同工艺加工步骤的并行工艺室。如果存在这类并行工艺室，且并行工艺室的状态正常，没有发出有关并行工艺室的异常警报，则可以将后续待加工的晶片传送入并行工艺室，以完成特定的工艺加工步骤。如果不存在已登出工艺室的并行工艺室，则待加工晶片暂停进行加工，等待技术人员处理。

优选地，为了便于技术人员分辨工艺室发生的异常情况，在本发明的优选实施方式中，当残气分析仪检测到室内气氛异常时，发出的异常警报可以为气氛异常警报，警报带有室内气氛异常的信息，本领域技术人员可以初步判断是工艺室存在缓慢漏气或室内气氛混入了杂质；而当室内气压无法在预定时间内降低到预定工作压力以下时，发出的异常警报可以为设备异常警报，警报带有设备异常的信息，本领域技术人员可以初步判断是工艺室出现了严重漏气或气压控制装置故障。

通常情况下，本发明提供的工艺室气氛检测方法只在晶片工艺加工的空闲期进行。但是，为提高对室内气氛的准确控制，优选地，在工艺加工过程中，如果室内气压小于指定工作压力，则也可以启动残气分析仪对室内气氛进行实时检测，提高工艺加工过程的可靠性。如果检测到室内气氛出现异常，则可以通过工艺室的气氛控制装置对工艺室内部进行抽气、输气等处理作业，尽量控制室内气氛保持在工艺加工要求的范围内。

另一方面，本发明还提供了一种晶片加工设备，该晶片加工设备用于实施上述本发明提供的工艺室气氛检测方法。所述晶片加工设备包括工艺室，所述工艺室内部设置有基座，所述基座能够在工艺位和传片位之间升降移动。所述工艺室上设置有温度控制装置，所述温度控制装置用于在工艺加工过程中控制室内温度。所述晶片加工设备还包括气氛控制装置，所述气氛控制装置与工艺室的内部连通，用于对室内压力和室内真空度进行控制，可以进行抽气和输气作业。所述晶片加工设备还包括残气分析仪，所述残气分析仪设置在所述工艺室内部，用于对室内气氛和真空度进行检测。由于检测过程发生在工艺加工之间的空闲期，所以所述残气分析仪无需单独配置真空泵。另外，晶片加工设备中还可以设置有处理模块，所述处理模块用于对残气分析仪、气氛控制装置等设备进行控制并根据检测情况发出异常报警。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种半导体加工方法，其特征在于，包括：晶片加工步骤，以及和所述晶片加工步骤交替进行的气氛检测步骤；其中，所述气氛检测步骤包括：在所述晶片移出工艺室后，关闭所述工艺室的阀门，通过所述工艺腔室自身的气压调控装置将室内压力降低到残气分析仪的指定工作压力以下；启动残气分析仪直接对室内气氛进行检测；若室内气氛无异常，则残气分析仪停止工作，打开工艺室阀门，等待下一片晶片进入下一所述晶片加工步骤；若室内气氛异常，则残气分析仪停止工作，发出异常警报；

所述残气分析仪设置在所述工艺室内部。

2.根据权利要求1所述的半导体加工方法，其特征在于，关闭所述阀门后，将所述工艺室的基座上升到工艺位，所述残气分析仪停止工作后，将所述基座降下到传片位。

3.根据权利要求1所述的半导体加工方法，其特征在于，设定预定时间，若室内压力在预定时间内降低到指定工作压力以下，则启动残气分析仪，否则发出异常警报。

4.根据权利要求1-3任意之一所述的半导体加工方法，其特征在于，所述工艺室被工艺生产线占用，当发出所述异常警报时，将所述工艺室从所述工艺生产线中释放,所述工艺生产线不再占用所述工艺室。

5.根据权利要求4所述的半导体加工方法，其特征在于，所述工艺室登出后，查询所述工艺生产线是否存在与所述工艺室执行相同工艺加工的并行工艺室；若存在，则将后续晶片传入所述并行工艺室。

6.根据权利要求3所述的半导体加工方法，其特征在于，当室内气氛异常时，所述异常警报为气氛异常警报；当室内压力未在预定时间内降低到指定工作压力时，所述异常警报为设备异常警报。

7.根据权利要求1所述的半导体加工方法，其特征在于，所述指定工作压力为10-4Torr。

8.根据权利要求3所述的半导体加工方法，其特征在于，所述预定时间小于12秒。

9.根据权利要求1所述的半导体加工方法，其特征在于，所述室内气氛的检测项包括氧气含量和水蒸气含量。

10.一种用于权利要求1-9任意之一所述方法的晶片加工设备，其特征在于，包括：工艺室，所述工艺室内部具有配置为在工艺位和传片位之间移动的基座，所述工艺室设置有温度控制装置；气氛控制装置，所述气氛控制装置与所述工艺室内部连通，用于控制工艺室内部的压力和真空度；残气分析仪，所述残气分析仪设置在所述工艺室内部；处理模块，用于根据残气分析仪的检测情况发出异常警报。