CN111197157A - 具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，本发明的实施例的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置包括：工艺腔室，利用供应的工艺气体对晶片进行加工处理；送气管道，与所述工艺腔室相连通，用于送入待进行加工用的所述工艺气体；排气管道，与所述工艺腔室相连通，用于排出进行加工处理后的排出气体；以及干式泵，通过所述排气管道与所述工艺腔室相连接，用于抽吸从所述工艺腔室排出的排出气体，其特征在于，包括：自等离子体发射光谱仪，设置于所述排气管道，利用由等离子体产生的光来分析并监控所述工艺腔室内的加工过程；以及发射光谱仪控制部，与所述自等离子体发射光谱仪进行接口连接，对所述自等离子体发射光谱仪中分散的所述排出气体的光谱进行分析并输出发射光谱数据。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造装置，尤其是涉及一种具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置。
背景技术
一般而言，半导体制造装置在晶片上选择性且反复地执行扩散、蒸镀、显影、蚀刻、离子注入等工艺来进行加工处理。在这样的制造工艺中，蚀刻、扩散、蒸镀工艺等在密闭的工艺腔室内在规定的氛围下投入工艺气体，从而在工艺腔室内的晶片上发生反应。例如，用于形成薄膜的蒸镀工艺利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法或者等离子体强化化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)方法等来执行。
图1是示出现有技术的用于进行CVD工艺处理的半导体制造装置的概略结构图。
参照图1，现有技术的用于进行CVD工艺处理的半导体制造装置100包括：工艺腔室102，利用供应的工艺气体对放置于卡盘103上的晶片W进行加工处理；送气管道101，与所述工艺腔室102相连通，用于送入待进行CVD处理的工艺气体；排气管道106，与所述工艺腔室102相连通，用于排出进行加工处理后的排出气体；以及干式泵104，通过所述排气管道106与所述工艺腔室102相连接，用于抽吸从所述工艺腔室102排出的排出气体。
附图中未说明的附图标记108是角阀。
在这样的半导体工艺中，为了提高收率而预先防止工艺中发生的事故并预先防止设备的误操作等，需要实时监控工艺的状态，并在发生异常状态时采取中断工艺等措施来降低不良率，从而使进行的半导体工艺最优化。
但是，在现有技术中，进行CVD工艺处理的半导体制造装置100在工艺腔体内进行CVD处理等加工处理的过程中，无法对不良状态(空气泄漏(air leak)、原材料(source)变质、污染(contamination)、除气(outgassing)等)进行监控，从而无法有效应对工艺处理过程中发生的不良，并由此给半导体的CVD工艺处理带来不必要的生产损失。
发明内容
本发明为了解决上述的技术问题而提出，本发明的目的在于提供一种具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，通过实时监控半导体的CVD工艺处理中发生的不良或异常情况，能够预防不良的发生及发生不良时的损失最小化。
本发明所要解决的技术问题并不限定于以上提及到的技术问题，本领域的技术人员能够通过以下的记载明确理解未被提及的其他技术问题。
本发明的优选实施例的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，包括：工艺腔室，利用供应的工艺气体对晶片进行加工处理；送气管道，与所述工艺腔室相连通，用于送入待进行加工用的所述工艺气体；排气管道，与所述工艺腔室相连通，用于排出进行加工处理后产生的排出气体；以及干式泵，通过所述排气管道与所述工艺腔室相连接，用于抽吸从所述工艺腔室排出的所述排出气体，其特征在于，包括：自等离子体发射光谱仪，设置于所述排气管道，利用由等离子体产生的光来分析并监控所述工艺腔室内的加工过程；以及发射光谱仪控制部，与所述自等离子体发射光谱仪进行接口连接，对所述自等离子体发射光谱仪中分散的所述排出气体的光谱进行分析并输出发射光谱数据。
并且，所述自等离子体发射光谱仪可以包括：等离子体腔室，通过在所述排气管道的一侧分流的引入管道引入经由所述排气管道的排出气体；射频电源，对所述排出气体进行放电以等离子化；以及分光计，接收所述等离子化的所述排出气体的光，并检测与时间和波长对应的分光分布强度，从而分析所述排出气体的所述发射光谱数据。
并且，本发明可以还包括：在线服务器，利用RV通信与所述发射光谱仪控制部收发所述发射光谱数据，利用SECSII通信与所述工艺腔室收发机台数据(tool data)。
并且，本发明可以还包括：故障检测分类装置，通过有线或无线方式与所述在线服务器相连接，内置有故障检测分类传感器，利用所述故障检测分类传感器中存储的所述排出气体的气体光谱数据来设定互锁(interlock)，并对所述故障检测分类传感器进行实时监控。
并且，所述故障检测分类传感器可以包括质量传感器、温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器以及气压传感器中的一种以上，并以串行电压识别的方式记录在所述故障分类装置中。
并且，本发明可以还包括：用户监控装置，与所述故障检测分类装置相连接，用于管理互锁规格和机制。
并且，所述发射光谱仪控制部可以在所述工艺腔室从运行(run)状态转换为空闲(idle)状态的抽吸(pumpin)区间收集发射光谱数据分析并上传到所述在线服务器，所述在线服务器将所述发射光谱数据发送给所述故障检测分类装置。
并且，所述故障检测分类装置可以将所述故障检测分类传感器中存储的气体光谱数据与所述在线服务器发送的所述发射光谱数据进行比较，当所述在线服务器发送的发射光谱数据超出预设定的范围时，所述故障检测分类装置产生互锁并通过所述在线服务器向所述工艺腔室发送机台暂停(tool hold)信号，以使所述工艺腔室暂停加工处理。
并且，当所述在线服务器发送的发射光谱数据未超出预设定的范围时，所述故障检测分类装置可以解除互锁并通过所述在线服务器向所述工艺腔室发送机台运行(toolrun)信号，以使所述工艺腔室运行加工处理。
并且，所述发射光谱数据可以为残余气体分析数据。
根据本发明的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置的优选一实施例，能够实现以下的技术效果。
在工艺腔体内进行CVD处理等加工处理的过程中，通过实时监控半导体的CVD工艺处理中发生的不良状态(空气泄漏、原材料变质、污染、除气等)或异常情况进行实时监控，能够预防不良的发生及发生不良时的损失最小化。
本发明能够实现的技术效果并不限定于以上提及到的技术效果，本领域的技术人员能够通过以下的记载明确理解未被提及的其他技术效果。
附图说明
图1是示出现有技术的用于进行CVD工艺处理的半导体制造装置的概略结构图。
图2是示出本发明的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置的概略结构图。
图3是在说明本发明的自等离子体发射光谱仪的工作原理时作为参照的概略结构图。
图4是示出工艺腔室内的发射光谱数据分析的示意图。
图5是示出故障检测分类装置内的质量传感器的趋势示意图。
附图标记的说明
200：半导体制造装置 202：工艺腔室
204：干式泵 206：排气管道
210：自等离子体发射光谱仪 212：发射光谱仪控制部
220：在线服务器 230：故障检测分类装置
240：用户监控装置
具体实施方式
通过以下的参照附图详细说明本发明的实施例，能够更加明确本发明的优点、特征及用于实现这些实施例的方法。但是，本发明并不限定于在此公开的实施例，而是可由多种方式实施本发明。这些实施例仅是为了向本领域的技术人员充分地公开本发明及提示本发明的范围。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的结构要素。
以下，参照附图对本发明的实施例的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置进行详细的说明。
图2是示出本发明的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置的概略结构图，图3是在说明本发明的自等离子体发射光谱仪的工作原理时作为参照的概略结构图，图4是示出工艺腔室内的发射光谱数据分析的示意图，图5是示出故障检测分类装置内的质量传感器的趋势示意图。
参照图2，本发明的优选实施例的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置200，包括：工艺腔室202，利用供应的工艺气体对晶片W进行加工处理；送气管道201，与所述工艺腔室相连通，用于送入待进行加工用的所述工艺气体；排气管道206，与所述工艺腔室202相连通，用于排出进行加工处理后产生的排出气体；以及干式泵204，通过所述排气管道206与所述工艺腔室相连接，用于抽吸从所述工艺腔室排出的所述排出气体；自等离子体发射光谱仪210(Self-Plasma Optical EmissionSpectroscopy，SPOES)，设置于所述排气管道206，利用由等离子体产生的光来分析并监控所述工艺腔室202内的加工过程；以及发射光谱仪控制部212，与所述自等离子体发射光谱仪210进行接口连接，对所述自等离子体发射光谱仪210中分散的所述排出气体的光谱进行分析并输出发射光谱数据。
其中，如图3所示，所述自等离子体发射光谱仪210可以包括：等离子体腔室215，通过在所述排气管道206的一侧分流的引入管道216引入经由所述排气管道206的排出气体；射频电源211(RF Power)，对所述排出气体进行放电以等离子化；以及分光计218，通过光纤或者光导波路等光路接收所述等离子化的排出气体的光，并检测与时间和波长对应的分光分布强度，从而分析所述排出气体的所述发射光谱数据。
利用具有如上所述的结构的自等离子体发射光谱仪210，能够对CVD、PVD、蚀刻设备有效地监控工艺腔室202的状态，从而能够预先防止未预期的事故。
再次参照图2，本发明的半导体制造装置200可以还包括：在线服务器220，利用冗余版本(Redundancy Version，RV)通信与所述发射光谱仪控制部212收发发射光谱数据，利用半导体设备与材料学会II(semiconductor equipment and materials institute II，SECSII)通信与所述工艺腔室202收发机台数据(tool data)。
由此，所述自等离子体发射光谱仪210对从所述工艺腔室202排出的排出气体对应的光进行分光分布检测，所述发射光谱仪控制部212与所述自等离子体发射光谱仪210进行接口连接，对所述自等离子体发射光谱仪210中分散的光进行分析，并将输出的发射光谱数据上传给所述在线服务器220。
并且，本发明的半导体制造装置200可以还包括：故障检测分类(Faultdetectionand classification，FDC)装置230，通过有线或无线方式与所述在线服务器220相连接，内置有故障检测分类传感器，利用所述故障检测分类传感器中存储的所述排出气体的气体光谱数据(gas spectrum data)来设定互锁(interlock)，并对所述故障检测分类传感器进行趋势(trend)管理。
其中，所述故障检测分类传感器可以包括质量传感器、温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器以及气压传感器中的一种以上，并以串行电压识别的方式记录在所述故障分类装置230中，在本发明的一实施例中，所述故障检测分类传感器为质量传感器18(Mass(amu)18)和质量传感器28(Mass(amu)28)中的一种以上。
在本发明的实施例中，这样的故障检测分类传感器又称为虚拟传感器(Virtualsensor)，可以将需要监控的气体分别命名为相应的虚拟传感器，并将制作的虚拟传感器分别登记于故障检测分类装置230中进行实时监控。例如，将与工艺腔室中需要监控的气体对应的虚拟传感器分别命名为Virtual_gas1、Virtual_gas2、Virtual_gas3、Virtual_gas4…，在故障检测分类装置230中分别生成与制作的虚拟传感器对应的编号(sivdno)并进行登记，从而利用故障检测分类装置对工艺腔室进行实时监控。
并且，本发明的半导体制造装置200可以还包括：用户监控装置240，与所述故障检测分类装置230相连接，用于管理互锁规格和机制(interlock specification andmechanism)。用户通过用户监控装置240的显示界面上显示的故障检测分类装置230发送的分析数据，能够更加直观地对工艺腔室进行实时监控。
并且，所述发射光谱仪控制部212可以在所述工艺腔室202从运行(run)状态转换为空闲(idle)状态的抽吸(pumpin)区间，收集发射光谱数据(OES data)分析并上传到所述在线服务器220，所述在线服务器220将所述发射光谱数据发送给所述故障检测分类装置230。
其中，所述发射光谱数据可以为残余气体分析(residual gas analyzer，RGA)数据。
附图中未说明的附图标记203是卡盘，附图标记208是角阀。
如图4所示，其示出在发射光谱仪的画面上输出的腔室内光谱数据最大值，本发明中通过对工艺腔室内流动的气体的发射光谱数据进行分析，能够区分出气体中含有的各个成分，所述故障检测分类装置230可以将所述故障检测分类传感器中存储的气体光谱数据与所述在线服务器220发送的发射光谱数据进行比较，当所述在线服务器220发送的发射光谱数据超出预设定的范围(例如超出图4所示的光谱数据最大值)时，所述故障检测分类装置230产生互锁(interlock)并通过所述在线服务器230向所述工艺腔室202发送机台暂停(tool hold)信号，以使所述工艺腔室202暂停加工处理。
并且，当所述在线服务器220发送的发射光谱数据未超出预设定的范围时，所述故障检测分类装置230可以解除互锁并通过所述在线服务器220向所述工艺腔室202发送机台运行(tool run)信号，以使所述工艺腔室202运行加工处理，图5中示出故障检测分类装置230中进行质量传感器实时监控的情形，即，当在线服务器220发送机台暂停(toolhold)信号时，工艺腔室202暂停运行，在用户通过用户监控装置240确认所述工艺腔室202中发生的不良或异常情况并采取必要措施(例如，对工艺腔室202或排气管道206等进行维修)后，当因发射光谱数据未超出故障检测分类传感器中存储的气体光谱数据的预设定的范围而在线服务器220发送机台运行(tool run)信号时，工艺腔室202从暂停运行改为继续运行。
根据如上所述的本发明的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，在工艺腔体内进行CVD处理等加工处理的过程中，通过实时监控半导体的CVD工艺处理中发生的不良状态(空气泄漏、原材料变质、污染、除气等)或异常情况进行实时监控，能够预防不良的发生及发生不良时的损失最小化。
以上对本发明的优选实施例进行了图示及说明，但是本发明并不限定于上述特定的实施例，在不背离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内，本发明所属的技术领域的一般技术人员能够进行多种变形实施，而且这样的变形实施不应脱离本发明的技术思想或前景而单独地加以理解。
Claims (10)
1.一种具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，包括：工艺腔室，利用供应的工艺气体对晶片进行加工处理；送气管道，与所述工艺腔室相连通，用于送入待进行加工用的所述工艺气体；排气管道，与所述工艺腔室相连通，用于排出进行加工处理后产生的排出气体；以及干式泵，通过所述排气管道与所述工艺腔室相连接，用于抽吸从所述工艺腔室排出的所述排出气体，其特征在于，包括：
自等离子体发射光谱仪，设置于所述排气管道，利用由等离子体产生的光来分析并监控所述工艺腔室内的加工过程；以及
发射光谱仪控制部，与所述自等离子体发射光谱仪进行接口连接，对所述自等离子体发射光谱仪中分散的所述排出气体的光谱进行分析并输出发射光谱数据。
2.根据权利要求1所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，
所述自等离子体发射光谱仪包括：
等离子体腔室，通过在所述排气管道的一侧分流的引入管道引入经由所述排气管道的排出气体；
射频电源，对所述排出气体进行放电以等离子化；以及
分光计，接收所述等离子化的所述排出气体的光，并检测与时间和波长对应的分光分布强度，从而分析所述排出气体的所述发射光谱数据。
3.根据权利要求1所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，还包括：
在线服务器，利用RV通信与所述发射光谱仪控制部收发所述发射光谱数据，利用SECSII通信与所述工艺腔室收发机台数据。
4.根据权利要求3所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，还包括：
故障检测分类装置，通过有线或无线方式与所述在线服务器相连接，内置有故障检测分类传感器，利用所述故障检测分类传感器中存储的所述排出气体的气体光谱数据来设定互锁，并对所述故障检测分类传感器进行实时监控。
5.根据权利要求4所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，
所述故障检测分类传感器包括质量传感器、温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器以及气压传感器中的一种以上，并以串行电压识别的方式记录在所述故障分类装置中。
6.根据权利要求4所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，还包括：
用户监控装置，与所述故障检测分类装置相连接，用于管理互锁规格和机制。
7.根据权利要求4所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，
所述发射光谱仪控制部在所述工艺腔室从运行状态转换为空闲状态的抽吸区间收集发射光谱数据分析并上传到所述在线服务器，所述在线服务器将所述发射光谱数据发送给所述故障检测分类装置。
8.根据权利要求7所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，
所述故障检测分类装置将所述故障检测分类传感器中存储的气体光谱数据与所述在线服务器发送的发射光谱数据进行比较，当所述在线服务器发送的发射光谱数据超出预设定的范围时，所述故障检测分类装置产生互锁并通过所述在线服务器向所述工艺腔室发送机台暂停信号，以使所述工艺腔室暂停加工处理。
9.根据权利要求8所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，
当所述在线服务器发送的发射光谱数据未超出预设定的范围时，所述故障检测分类装置解除互锁并通过所述在线服务器向所述工艺腔室发送机台运行信号，以使所述工艺腔室运行加工处理。
10.根据权利要求7所述的具有工艺腔室实时监控功能的半导体制造装置，其特征在于，所述发射光谱数据为残余气体分析数据。
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