CN111199896A - 用于半导体制造装置的监控系统及监控方法 - Google Patents

用于半导体制造装置的监控系统及监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于半导体制造装置的监控系统及其监控方法，该监控系统包括：半导体制造装置，具有用于对半导体进行沉积的反应室；残余气体分析器，所述残余气体分析器安装于所述反应室，具有：检测单元，用于对所述反应室中的状态信息进行实时检测来获取所述实时状态信息。能够对反应室中进行的制备工艺进行实时监控，因此能够即时发现产生的漏气、源变质、污染、排气等不良，从而避免产生大量的不良产品，极大地降低了生产成本。另外，由于在制备工艺中不需要人为地进行监控，不仅避免了因操作人员的误操作而引起产品不良，而且大幅地减轻了操作人员的负担。

Description

用于半导体制造装置的监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及半导体制造装置，特别涉及用于半导体制造装置的监控系统及监控方法。
背景技术
当前，随着半导体广泛地适用于计算机、移动电话等数字产品，半导体产品的制造工艺也受到了广泛地关注。
在现有的半导体的制造工艺中，可以采用化学气相沉积(Chemical VaporDeposition：CVD)工艺、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition：PVD)工艺、金属物理气相沉积(metal Physical Vapor Deposition)等来制造半导体。然而，随着器件小型化的不断深入，半导体结构的尺寸越来越小，尤其半导体产品的关键尺寸缩小到30nm以下时，对半导体制造装置的要求也越来越苛刻，例如在化学气象沉积装置中对半导体的包括阶梯覆盖性、沉积均匀性、沉积厚度等的品质有严格的要求。由于物理气相沉积工艺具有例如可选薄膜材料广泛、沉积进行温度相对较低、结合能力优异等优点，因此物理气相沉积工艺在多数半导体的制造工艺中成为必不可少的工艺。
但是，由于现有技术对半导体制造装置的反应室中进行的工艺并不能实时地进行监控，因此不能即时发现产生的漏气、源变质、污染、排气等不良，导致产生大量的不良产品，从而引起生产成本上升。另外，在人为地进行监控的装置中，还有可能因操作人员的误操作而引起产品不良，而且人为地监控也增大了操作人员的负担。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的在于，提供一种能够对在反应室中制造半导体进行实时监控的用于半导体制造装置的监控系统及其监控方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于半导体制造装置的监控系统，其特征在于，该监控系统包括：
半导体制造装置，具有用于对半导体进行沉积的反应室；
残余气体分析器，所述残余气体分析器安装于所述反应室，具有：检测单元，用于对所述反应室中的状态信息进行实时检测来获取所述实时状态信息。
可选地，所述实时状态信息为实时质荷比信息和/或浓度信息。
可选地，故障检测分类系统具有：接收单元，与所述残余气体分析器进行信息通信来获取所述实时状态信息；监控单元，分析获取的所述实时状态信息，并基于分析结果对所述半导体制造装置进行监控。
可选地，所述故障检测分类系统设定特征变量状态目标值。
可选地，在半导体制造装置与所述故障检测分类系统之间设定互锁(Interlock)控制。
可选地，所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置运行；所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置产生互锁。
可选地，该监控系统还包括在线服务器，所述在线服务器用于从所述残余气体分析器接收数据，并将接收的所述实时状态信息发送至故障检测分类系统。
可选地，该监控系统还包括用户显示器，所述用户显示器用于显示所述故障检测分类系统接收的所述实时状态信息。
本发明还提供一种用于半导体制造装置的监控方法，其特征在于，包括：
半导体制造步骤，在具有反应室的半导体制造装置中制造半导体；
残余气体检测步骤，用于对所述反应室中的状态信息进行实时检测来获取所述实时状态信息；
可选地，所述实时状态信息为实时质荷比信息和/或浓度信息。
可选地，还包括故障检测分类步骤，获取所述残余气体检测步骤中检测的所述实时状态信息，分析所述实时状态信息并基于分析结果对所述半导体制造装置进行监控。
可选地，还包括特征变量状态目标值设定步骤，设定用于故障检测分类步骤的特征变量状态目标值。
可选地，还包括互锁控制步骤，在所述半导体制造步骤与所述故障检测分类步骤之间进行互锁控制。
可选地，所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置运行；所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置产生互锁。
可选地，还包括在线服务器传输步骤，从残余气体检测步骤接收所述实时状态信息，并将接收的所述实时状态信息发送故障检测分类步骤。
可选地，还包括状态信息显示步骤，用户显示器显示所述故障检测分类系统接收的所述实时状态信息。
根据本实施方式的半导体制造装置的监控系统和监控方法能够带来如下优点：
由于能够对在反应室中制造半导体进行实时监控，因此能够即时发现产生的漏气、源变质、污染、排气等不良，从而避免产生大量的不良产品，极大地降低了生产成本。另外，由于在制备工艺中不需要人为地进行监控，因此不仅避免了因操作人员的误操作而引起产品不良，而且大幅地减轻了操作人员的负担。
附图说明
图1是用于说明现有技术的半导体制造装置1的监控系统的示意图。
图2是用于说明本发明的半导体制造装置1的监控系统的示意图。
图3是用于说明本实施方式的实时状态信息的示意图。
图4是用于说明本实施方式的互锁控制的示意图。
图5是用于说明本发明的另一半导体制造装置1的监控系统的示意图。
将此处的附图并入说明书来构成本说明书的一部分，附图中表示了与本发明相符的实施例，而且同说明书一并用来解释本发明。明显地，本发明在以下进行说明的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本技术领域的普通技术人员而言，可以根据这些附图在并不需要付出创造性劳动的情况下还能够获得其他的附图。
具体实施方式
下面将根据附图更具体地说明本发明的实施方式。显然，本发明的实施方式能够通过各式各样的实施方式来实施，因此本发明不应被解释为限定于以下说明的实施方式；另外，通过以下这些实施方式的说明能够使本发明更加全面和完整，而且能够使本技术领域的普通技术人员更加充分且清楚地理解本发明的实施方式的构思。能够在一个或多个实施方式中任意组合所说明的特征、结构或特性。在以下的说明中，提供多个具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、元件、装置、步骤等。
此外，本发明所附附图仅为示意性图解，而并非一定是严格按照比例绘制的附图。对图中相同的部分标注相同或类似的附图标记，并将对这些附图标记不会进行重复说明。
图1是用于说明现有技术的用于半导体制造的监控系统的示意图。
半导体制造装置1包括反应室2、晶圆卡盘3、低压泵4等装置。通常，在半导体制造过程中通过设置于半导体制造装置1的压力计、流量仪、温度计等各种仪器来人工检测反应室2中的气体的压力、温度等各种状态信息，并将各种参数人工进行记录，之后将检测到的状态信息与规定范围进行比较来判断是否存在异常。
图2是用于说明本发明的用于半导体制造装置1的监控系统的示意图。
本发明的半导体制造装置1可以是用于化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或金属物理气相沉积工艺等的装置，本发明对此不做特别限定。用于半导体制造装置1的监控系统包括反应室2、晶圆卡盘3、低压泵4、气体供给部5、残余气体分析器(Residual GasAnalyzer)11、故障检测分类系统(Fault Detection and Classification System)21等装置。
本发明的一实施方式提供一种用于半导体制造装置1的监控系统，其特征在于，该监控系统包括：
半导体制造装置1，具有用于制造半导体的反应室2；
残余气体分析器11，所述残余气体分析器11安装于所述反应室2，具有：检测单元，用于对所述反应室2中的状态信息进行实时检测来获取所述实时状态信息。
在半导体制造装置1中设置有反应室2、晶圆卡盘3、低压泵4、气体供给部5等。反应室2构成为密闭的空间，用于在反应室2中制造半导体；晶圆卡盘3设置于反应室2的底部，用于保持晶圆；低压泵4可以设置于反应室2的外部，用于对反应室2的内部进行抽空，但低压泵4也可以设置于内部；气体供给部5设置于反应室2的侧壁，用于供给制造半导体所需的气体，但气体供给部5也可以设置于顶壁或底部，对此不做特别限定。
在制造半导体时，首先使用低压泵4对反应室2的内部空间进行抽空，使反应室2内部空间达到规定的压力。接着，根据制造半导体的工艺在规定的压力下通过气体供给部5向反应室2供给规定的气体，从而在反应室2中制造半导体。
残余气体分析器11是用于分析真空系统中的反应室2中残留的气体的质谱仪。。残余气体分析器11包括离子源、分析仪和检测器等。从离子源发射的电子在真空系统中与气体分子产生碰撞，从而向气体分子提供净电荷来产生离子；分析仪基于其质量与净电荷比来分离离子；检测器通过检测具有选定质量与电荷比的离子来识别气体组分，并通过连续取样不同的质量与净电荷比来分析多种气体组分。
图3是用于说明本实施方式的实时状态信息的示意图。
优选地，所述实时状态信息包含实时气体质荷比信息和/或气体浓度信息。
所述残余气体分析器11可以安装于半导体制造装置1，从而能够检测半导体制造装置1的状态信息。如图3所示，状态信息可以是气体质荷比信息，但并不局限于此，可以是气体浓度信息，也可以是气体压强信息等其他信息，对此不做特别限定。所述残余气体分析器11能够检测各种气体的状态信息。例如检测氮气、氧气、二氧化碳、氩气、水蒸气，但并不局限于此，可以根据实际生成的需要检测其他气体的质荷比。
优选地，故障检测分类系统21具有：接收单元，与所述残余气体分析器11进行信息通信来获取所述实时状态信息；监控单元，分析获取的所述实时状态信息，并基于分析结果对所述半导体制造装置1进行监控。
故障检测分类系统21具有接收单元和监控单元等。接收单元通过与所述残余气体分析器11进行信息通信来获取所述残余气体分析器11对所述反应室2进行检测所获取的所述实时状态信息；监控单元对获取的所述实时状态信息进行分析，并基于分析结果对所述半导体制造装置1进行监控，使得在分析结果符合规定条件的情况下控制反应室2进行运转来制造半导体，在分析结果不符合规定条件的情况下能够进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。
根据本实施方式的半导体制造装置1的监控系统能够带来如下优点：
由于能够对在反应室2中制造半导体进行实时监控，因此能够即时发现产生的漏气、源变质、污染、排气等不良，从而避免产生大量的不良产品，极大地降低了生产成本。另外，由于在沉积工艺中不需要人为地进行监控，不仅避免了因操作人员的误操作而引起产品不良，而且大幅地减轻了操作人员的负担。
优选地，所述故障检测分类系统21设定特征变量状态目标值。
生产不同规格的半导体时，能够根据半导体制造工艺，在所述故障检测分类系统21设定特征变量状态目标值。
图4是用于说明本实施方式的互锁控制的示意图。
优选地，在残余气体分析器11与所述故障检测分类系统21之间设定互锁控制。
在残余气体分析器11与所述故障检测分类系统21之间设定互锁控制，使得在满足规定条件的情况下能够对半导体制造装置1产生互锁控制。
优选地，所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置1运行；所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置1产生互锁。
如图3、图4所示，所述故障检测分类系统21将所述残余气体分析器11所检测的所述实时状态信息与在所述故障检测分类系统21中所设定的所述特征变量状态目标值进行比较，在所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围的情况下，控制所述半导体制造装置1运行来制造半导体；在所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围的情况下，使所述半导体制造装置1产生互锁，例如进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。例如，在所述检测气体为质荷比28的氮气的情况下，将氮气的最大浓度设定为UCL，最小浓度设定为LCL。在氮气的所述实时状态信息位于UCL和LCL之间的情况下，控制所述半导体制造装置1运行来制造半导体；在氮气的所述实时状态信息大于UCL或小于LCL的情况下，使所述半导体制造装置1产生互锁，例如进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。虽然以氮气为例进行了说明，但并不局限于此，可以根据实际需要检测氧气、二氧化碳、氩气、水蒸气为检测对象。
图5是用于说明本发明的另一半导体制造装置1的监控系统的示意图。
所述残余气体分析器11可以包括残余气体分析器计算机12，残余气体分析器计算机12能够对残余气体分析器11检测的数据进行管理。
可选地，还包括在线服务器5，所述在线服务器5用于从残余气体分析器11接收数据，并将接收的所述实时状态信息发送至故障检测分类系统21。
在所述监控系统中设置有在线服务器5，通过在线服务器5在检测半导体制造装置1运行期间能够从残余气体分析器11接收数据，并能够将接收的所述实时状态信息发送至故障检测分类系统21，从而故障检测分类系统21能够基于接收到的实时状态信息来判断半导体制造装置1的状态是否正常。
可选地，还包括用户显示器6，所述用户显示器6用于显示所述故障检测分类系统21接收的所述实时状态信息。
在所述监控系统中设置有用户显示器6，用户显示器6可以是触摸屏等用户能够进行操作的显示器。用户显示器6能够实时显示所述故障检测分类系统21接收的所述实时状态信息，因此操作人员能够随时了解半导体制造装置1的运行状态，从而能够对半导体制造装置1的异常状态实时地进行适当地处理。
在所述反应室2处于运行时的压强可以设定为10毫托以下，在所述反应室2处于空闲时的压强设定为5.0e-5托以下。
根据生产半导体的需要，能够对半导体制造装置1设置不同的压强，并且在制造半导体的不同阶段设置不同的压强。在所述反应室2处于运行时可以将压强设置为10毫托以下，在所述反应室2处于空闲时可以将压强为5.0e-5托以下，但并不局限于此，可以根据实际的制造需要设定不同的压强。
可选地，所述在线服务器5与所述残余气体分析器11能够通过RV(Rendezvousprotocol：集合点协议)通信方式进行通信。
所述残余气体分析器11通过RV通信方式向所述在线服务器5传输检测到的状态信息，所述在线服务器5能够对接收到的状态信息进行存储和管理，但通信方式并不局限于此。
可选地，所述在线服务器5与半导体制造装置1通过SECSII(SemiconductorEquipment and Materials International II：半导体设备通讯标准II)通信方式进行通信。
所述在线服务器5中通过SECSII通信方式向半导体制造装置1发送控制信息，根据控制信息控制所述半导体制造装置1运行或者产生互锁，但通信方式并不局限于此。
本实施方式还提供一种用于半导体制造装置1的监控方法，其特征在于，包括：
半导体制造步骤，在具有反应室2的半导体制造装置1中制造半导体；
残余气体检测步骤，用于对所述反应室2中的状态信息进行实时检测来获取所述实时状态信息。
在半导体制造步骤中使用具有反应室2的半导体制造装置1，使用低压泵4对半导体制造装置1进行抽气来达到规定的气压，并在该气压下从气体供给部5供给气体，从而在反应室2中制造半导体。
在残余气体检测步骤中能够使用残余气体分析器11来实时检测所述反应室2中的状态信息。
图3是用于说明本实施方式的实时状态信息的示意图。
可选地，所述实时状态信息为实时质荷比信息和/或浓度信息。
所述残余气体检测步骤可以检测半导体制造装置1的状态信息。状态信息可以是质荷比信息，也可以是浓度信息，但并不局限于此，也可以是压强信息等其他信息，对此不做特别限定。所述残余气体分析器11能够检测各种气体的状态信息。例如检测氮气、氧气、二氧化碳、氩气、水蒸气，但并不局限于此，可以根据实际生成的需要检测其他气体的质荷比。
可选地，还包括故障检测分类步骤，获取所述残余气体检测步骤中检测的所述实时状态信息，分析所述实时状态信息并基于分析结果对所述半导体制造装置1进行监控。
在故障检测分类步骤中能够使用故障检测分类系统21。故障检测分类系统21具有接收单元和监控单元等。接收单元通过与所述残余气体分析器11进行信息通信来获取所述残余气体分析器11对所述反应室2进行检测所获取的所述实时状态信息；监控单元对获取的所述实时状态信息进行分析，并基于分析结果对所述半导体制造装置1进行监控，使得在分析结果符合规定条件的情况下控制反应室2进行运转来制造半导体，在分析结果不符合规定条件的情况下能够进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。
根据本实施方式的半导体制造工艺的监控系统能够带来如下优点：
由于能够对反应室2中进行的沉积工艺进行实时监控，因此能够即时发现产生的漏气、源变质、污染、排气等不良，从而避免产生大量的不良产品，极大地降低了生产成本。另外，由于在沉积工艺中不需要人为地进行监控，不仅避免了因操作人员的误操作而引起产品不良，而且大幅地减轻了操作人员的负担。
可选地，还包括特征变量状态目标值设定步骤，设定用于故障检测分类步骤的特征变量状态目标值。
在特征变量状态目标值中设定的特征变量状态目标值用于与所述残余气体检测步骤中检测的所述实时状态信息进行比较。
图4是用于说明本实施方式的互锁控制的示意图。
可选地，还包括互锁控制步骤，在所述半导体制造步骤与所述故障检测分类步骤之间进行互锁控制。
在所述残余气体检测步骤检测的所述实时状态信息与在所述故障检测分类步骤中所设定的所述特征变量状态目标值满足规定的情况下，能够在所述残余气体检测步骤与所述故障检测分类步骤之间进行互锁控制。
可选地，所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，在所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时控制所述半导体制造装置1运行；在所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时控制所述半导体制造装置1停止运行。
如图3、图4所示，在所述半导体制造步骤与所述故障检测分类步骤之间设定互锁控制，使得在所述残余气体检测步骤检测的所述实时状态信息与在所述故障检测分类步骤中所设定的所述特征变量状态目标值满足规定的情况下，控制所述半导体制造步骤来制造半导体；在所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围的情况下，使所述半导体制造步骤产生互锁，例如进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。例如，在所述检测气体为质荷比28的氮气的情况下，将氮气的最大浓度设定为UCL，最小浓度设定为UCL。在氮气的所述实时状态信息位于UCL和UCL之间的情况下，控制所述半导体制造步骤来制造半导体；在氮气的所述实时状态信息大于UCL或小于UCL的情况下，使所述半导体制造步骤产生互锁，例如进行产生警告、暂停反应室2运转等规定的处理。虽然以氮气为例进行了说明，但并不局限于此，可以根据实际需要检测氧气、二氧化碳、氩气、水蒸气等为检测对象。
图5是用于说明本发明的另一半导体制造装置1的监控系统的示意图。
可选地，还包括在线服务器传输步骤，从残余气体检测步骤接收所述实时状态信息，并将接收的所述实时状态信息发送故障检测分类步骤
在线服务器传输步骤在半导体制造装置1运行期间能够从所述残余气体检测步骤接收数据，并能够将接收的所述实时状态信息发送故障检测分类步骤，从而故障检测分类步骤能够基于接收到的实时状态信息来判断半导体制造装置1的状态是否正常。
在所述残余气体检测步骤与所述线服务器传输步骤之间通过RV通信方式进行通信。
所述残余气体检测步骤通过RV通信方式向所述在线服务器传输步骤传输检测到的状态信息，所述在线服务器传输步骤能够对接收到的状态信息进行存储和管理。
在所述线服务器传输步骤与半导体制造装置1通过SECSII通信方式进行通信。
所述在线服务器传输步骤中通过SECSII通信方式向半导体制造步骤发送控制信息，根据控制信息控制所述半导体制造步骤运行或者产生互锁。
在考虑说明书及附图所公开的发明后，本领域技术人员将很容易想到本发明未公开的其它实施方案。本申请的宗旨在于，在不脱离本发明的宗旨的情况下，涵盖本发明公开的任何变更、用途或者适应性变化，这些变更、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应该理解，本说明书和实施方式仅是示例性的，而不是用来限定本发明的。本发明的真正的保护范围和精神仅由所附的权利要求书限定。

Claims (16)

1.一种用于半导体制造装置的监控系统，其特征在于，该监控系统包括：
半导体制造装置，具有用于制造半导体的反应室；
残余气体分析器，所述残余气体分析器安装于所述反应室，具有：检测单元，用于对所述反应室中的状态信息进行实时检测来获取实时状态信息。
2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，
所述实时状态信息为实时气体质荷比信息和/或气体浓度信息。
3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，还包括：
故障检测分类系统，具有：接收单元，与所述残余气体分析器进行信息通信来获取所述实时状态信息；监控单元，分析获取的所述实时状态信息，并基于分析结果对所述半导体制造装置进行监控。
4.根据权利要求3所述的监控系统，其特征在于，
所述故障检测分类系统设定特征变量状态目标值。
5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，还包括：
在半导体制造装置与所述故障检测分类系统之间设定互锁控制。
6.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，
所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置运行；所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置产生互锁。
7.根据权利要求3所述的监控系统，其特征在于，
该监控系统还包括在线服务器，所述在线服务器用于从所述残余气体分析器接收数据，并将接收的所述实时状态信息发送至故障检测分类系统。
8.根据权利要求3所述的监控系统，其特征在于，
该监控系统还包括用户显示器，所述用户显示器用于显示所述故障检测分类系统接收的所述实时状态信息。
9.一种用于半导体制造装置的监控方法，其特征在于，包括：
半导体制造步骤，在半导体制造装置的反应室中制造半导体；
残余气体检测步骤，用于对所述反应室中的状态信息进行实时检测来获取实时状态信息。
10.根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，
所述实时状态信息为实时气体质荷比信息和/或气体浓度信息。
11.根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，还包括：
故障检测分类步骤，获取所述残余气体检测步骤中检测的所述实时状态信息，分析所述实时状态信息并基于分析结果对所述半导体制造装置进行监控。
12.根据权利要求11所述的监控方法，其特征在于，还包括：
特征变量状态目标值设定步骤，设定用于故障检测分类步骤的特征变量状态目标值。
13.根据权利要求12所述的监控方法，其特征在于，还包括：
互锁控制步骤，在所述半导体制造步骤与所述故障检测分类步骤之间进行互锁控制。
14.根据权利要求13所述的监控方法，其特征在于，
所述互锁控制为，将所述实时状态信息与所述特征变量状态目标值进行比较，所述实时状态信息位于所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置运行；所述实时状态信息超出所述特征变量状态目标值的规定范围时，所述半导体制造装置产生互锁。
15.根据权利要求11所述的监控方法，其特征在于，还包括：
在线服务器传输步骤，在线服务器从残余气体检测步骤接收所述实时状态信息，并将接收的所述实时状态信息发送故障检测分类步骤。
16.根据权利要求11所述的监控方法，其特征在于，
状态信息显示步骤，用户显示器显示所述故障检测分类系统接收的所述实时状态信息。
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