CN111463143B - 半导体设备腔室、用于腔室的系统和沉积物状态控制方法 - Google Patents

半导体设备腔室、用于腔室的系统和沉积物状态控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于半导体设备的腔室的系统，包括：检测装置，被配置成检测腔室内沉积物的信息，并且能够被传送机构传送进出腔室；控制装置，被配置成根据所检测的沉积物的信息确定用于改变所述沉积物的状态的程式，并使得在腔室内执行所确定的程式。

Description

半导体设备腔室、用于腔室的系统和沉积物状态控制方法
技术领域
本公开总体上涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种半导体设备的腔室、用于半导体设备的腔室的系统以及控制半导体设备的腔室内的沉积物的状态的方法。
背景技术
在集成电路和显示器的制造过程中，通常借助等离子体加工设备对被加工工件进行溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)和刻蚀等工艺。其中，溅射工艺的基本原理是:将反应气体输送至反应腔室内，并对靶材施加电偏压，以形成高能粒子轰击靶材，从而被溅射出的材料沉积在衬底上形成工艺所需的薄膜。在此过程中，被溅射出的材料不仅会沉积在衬底上，而且还会沉积在腔室壁以及反应腔室内的其他元件上，并形成污染源，为此，通常在反应腔室内设置屏蔽组件，以防止被溅射出的材料直接沉积在腔室壁以及反应腔室内的其他元件上。然而，即使使用屏蔽组件也不能保证不存在沉积物的残留。
此外，在半导体的实际生产过程中，由于生产产品的多样化，如果不做特殊的处理，腔室内部通常不能一直维持一定的状态。
因此，存在对半导体设备的腔室内的沉积物进行监控并且进一步地随时改变沉积物的状态的需求。
发明内容
在下文中将给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
在本领域，存在对半导体设备的腔室内的沉积物进行监控并且进一步地改变沉积物的状态的需求。
考虑到上述需求，发明人设计出下面的技术方案。
根据本公开的一方面，提供了一种用于半导体设备的腔室的系统，包括：检测装置，被配置成检测腔室内沉积物的信息，并且能够被传送机构传送进出腔室；控制装置，被配置成根据所检测的沉积物的信息确定用于改变沉积物的状态的程式，并使得在腔室内执行所确定的程式。
根据本公开的另一方面，提供了一种半导体设备的腔室，包括：传送机构，被配置成传送检测装置进出腔室，其中检测装置被配置成检测腔室内沉积物的信息；温度传感器，被配置成检测腔室的内部的温度；其中，所检测的沉积物的信息用于确定在腔室内执行的用于改变沉积物的状态的程式。
根据本公开的另一方面，提供了一种控制半导体设备的腔室内沉积物的状态的方法，其特征在于：检测腔室内沉积物的信息；根据所检测的沉积物的信息确定用于改变沉积物的状态的程式，并使得在腔室内执行所确定的程式。
本公开的技术方案具有至少如下之一的有益技术效果：
有效去除沉积物，避免在大批量生产过程中因沉积物剥落引发缺陷的产生，从而保证不会因缺陷引发良率损失；
沉积特定厚度或者种类的沉积物来维持腔室处于一定的状态，从而维持腔室的工艺性能长期维持到一定的水平上；
可延长常规的定期维护时间长度，提高机台(半导体设备)的有效利用率，从而达到缩减成本的目的。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施方式的半导体设备的腔室的示意图；
图2是根据本公开的一个实施方式的用于半导体设备的腔室的系统与腔室通信的示意图；
图3是根据本公开的一个实施方式的机台处于生产状态时的用于半导体设备的腔室的系统与腔室配合地工作的示意图；以及
图4是根据本公开的一个实施方式的机台处于未生产状态时的用于半导体设备的腔室的系统与腔室配合地工作的示意图
图5是根据本公开的一个实施方式的监控腔室和执行程式的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本公开的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开关系不大的其他细节。
这里所说的半导体设备例如可以是半导体机台，并且在以下描述中，半导体机台、机台和半导体设备的表述可以被理解为相同的含义。
以下说明本公开的各种实施方式。
图1根据本公开的实施方式的半导体设备的腔室的示意图。腔室100是用于半导体设备的腔室，通过腔室框体的上部区域，例如用于蚀刻的等离子体可以被注入到腔室100的内部空间中(如箭头所示)。腔室框体可以为金属材质。
在腔室100的内部设置有温度传感器102，用于感测腔室100内部的温度，该感测的温度可以被输出/反馈到外部的控制系统以用于提供关于腔室100的状态的信息，从而用作对腔室100(包括腔室100内部的沉积物)进行进一步的控制处理的参考。优选地，温度传感器102的工作范围为约20℃至500℃。
腔室100还具有传送机构101，该传送机构101用于作为对需要被传进或传出腔室100的装置和/或物体的载体，装置例如可以是被配置成检测腔室内沉积物的信息的检测装置，物体例如可以是晶圆；传送机构101可以是机械传送机构；传送机构101与腔室100间的连接为双层门密封结构，用于保证在工艺的过程中腔室不会从两者的连接部位之间产生泄露；传送机构101可以为传送带式结构，在采用该结构的情况下，传送机构101本体能够在相对于腔室100静止的情况下，利用传送带传送装置或物品。
温度传感器102可以被设置在传送机构101所承载的装置或物体进出腔室100的位置的上方或下方，并且与该装置或物体进出腔室100的位置的垂直距离不大于预定距离，优选地，该预定距离为2cm。进行这样设置的考虑在于，温度传感器所感测的温度几乎可以等同于装置或物体所在位置处的温度，这对于某些需要获取例如检测装置或晶圆所在位置处的精确温度的场景是有益的。
图1还示意性地示出了沉积物103，图1中沉积物103的位置仅出于示出的目的，当然，沉积物103可以位于腔室100的任意位置处，例如侧壁、顶壁下、底壁上的任意位置，沉积物103的面积和体积也可以是小于腔室100容纳上限的任意值，这取决于沉积物103的量。
腔室100还可以具有漏率检测装置(未示出)，漏率检测装置用于根据需要检测腔室100内部的漏率，优选地，在传送机构101传送检测装置后检测腔室100内部的漏率，例如是否在正常的规格内(例如小于20Mt/Min)。
图2是示出根据本公开的实施方式的用于半导体设备的腔室100的系统200与如图1所示的腔室100通信的示意图。用于半导体设备的腔室100的系统200包括检测装置201，该检测装置被配置成检测所述腔室内沉积物的信息，并且能够被如图1所示的腔室100的传送机构101传送进出腔室100。
系统200还包括控制装置202，控制装置202被配置成根据检测到的腔室内的沉积物的信息确定用于改变沉积物的状态的程式，并使得在腔室内执行所确定的程式。检测到的沉积物的信息可以包括指示沉积物的厚度的信息，因为沉积物的厚度(过厚过薄)会直接影响腔室工作的性能。
图3是示出根据本公开的实施方式的机台处于生产状态时用于半导体设备的腔室系统和腔室的示意图。
当机台处于生产状态(腔室内有晶圆)时，温度传感器302感测腔室300内部的温度，并将温度数据反馈至控制装置304(对应于图2的控制装置202)，控制装置304判断出机台处于生产状态，因此并不控制腔室300的传送机构301进行传送，此时传送机构301处于关闭状态。需要注意的是，温度传感器302可以响应于控制装置304的请求进行数据的感测，也可以以预定周期进行感测。优选地，温度传感器302的工作范围为20℃至500℃。
如前面描述的以及如图3所示，作为检测装置的一个示例的光学传感器306可以借助作为载体的传送机构301被传送进出腔室(这里仅出于说明的目的采用光学传感器作为示例来说明，并不限制本公开的其他实施方式)，由于腔室300内部和外部存在环境差异，并且腔室300内的温度相对较高，以及考虑到传送所导致的对光学传感器306的磨损，因此可以设置保护套筒305以保护光学传感器306的除探头之外的部分，出于采集数据的需要，覆盖探头会阻挡反射信号或光线，因此保护套筒并不完全覆盖光学传感器306。保护套筒可以为耐磨损、耐高温的材质。
图4是示出根据本公开的实施方式的用于半导体设备的腔室的系统处于运行状态时的示意图。
与如图3所示的机台处于生产状态时的情况不同的是，在图4中，控制装置404基于从温度传感器402反馈的数据判断出机台处于未生产状态超出固定的时间间隔、或者在固定的时间间隔后使机台处于未生产的状态、或者判断出腔室内部的温度满足检测装置的工作条件的情况下(例如温度小于150℃或小于100℃或小于80℃，或根据光学传感器406的适用温度范围来确定)，将光学传感器406传送至腔室的内部。替选地，控制传送机构以预定时间间隔将光学传感器406传送至腔室400的内部或者在从腔室400的内部的温度满足光学传感器406的工作条件(例如温度小于150℃或小于100℃或小于80℃，或根据光学传感器406的适用温度范围来确定)时起经过预定时长的时刻将光学传感器406传送至腔室400的内部。进一步地，在传送时，控制腔室400的传送机构401将保护套筒405保护的光学传感器406传送到腔室400的内部，在设置有保护光学传感器406的保护套筒405的情况下，保护套筒405与光学传感器406被同时传送进腔室400。
在图4中示出的光学传感器406包括一个探头，替选地，也可以包括多个探头，一个或多个探头都能够在不同方向上转动来以不同方向进行数据采集，从而可以针对沉积物的分布情况进行采集，甚至能够采集到腔室400内壁上的所有位置。需要注意的是，采用多个探头能够减少多点测试所需的时间，从而提供检测效率。对不同位置的沉积物进行检测时探头采用相同的光学入射角度，从而确保采集数据的一致性，因为例如以不同角度接收的来自同一点的反射信息之间可能存在偏差。
进一步地，控制装置404根据光学传感器406反馈的指示沉积物403的信息的光学感测数据来确定用于改变沉积物403的状态的程式，并与腔室400进行通信以使得在腔室400内执行所确定的程式。
进一步地，控制装置404还能够控制探头以对探头的准确度进行校正。具体地，可以预留校验用样品，定期通过传送机构传入腔室内部，用于光学探头的准确度的定期校正。
图5是根据本公开的一个实施方式的监控腔室和执行程式的方法的流程图。图5仅出于示例的目的以光学传感器作为检测装置进行说明。需要注意的是，以下各步骤的序号并不体现时间上的先后顺序，而仅在于对特定操作进行标识。
具体地，当在步骤501中启动系统和腔室后，在步骤502中确定机台处于未生产状态超出固定的间间隔、或在固定的时间间隔机台处于未生产的状态的情况下，并且同时在步骤514中，温度传感器实时监控腔室内的温度并且在步骤515中确定腔室内的温度处于光学传感器探头的工作温度范围内的情况下，在步骤503中由传送机构将光学传感器探头传送至腔室内部，需要注意的是，步骤514与步骤502可以为并发执行的步骤(即，这两个步骤可以同时执行)；然后，在步骤504中，光学传感器收集来自腔室内部的数据；接下来，在步骤505中将所收集的数据反馈至控制装置；当反馈了数据后，在步骤506中，传送机构将光学传感器传送到腔室外，同时，在步骤507中漏率检测装置需要检查以确保腔室内的漏率在正常范围内，当漏率正常时，步骤511能够进入到步骤508，当漏率不正常时在步骤513结束流程；此外，在步骤505中所收集的数据被反馈至控制装置之后，还进入步骤510，在步骤510中，控制装置对收集到的数据进行分析，如果在步骤511中判断腔室未处于理想状态，则控制装置计算匹配的条件程式，并反馈条件程式，需要注意的是，步骤507与步骤510可以为并发执行的步骤(即，这两个步骤可以同时执行)；在步骤508中由腔室运行控制装置反馈的条件程式，并在步骤509中运行结束。如果在步骤510中控制装置对收集到的数据进行分析后，得出步骤512的腔室处于理想状态，则直接在步骤513结束流程，需要注意的是，步骤507的后续分支步骤508和步骤513可以为条件选择步骤(即，在同一时刻只能执行这两个步骤中的一个步骤)，具体地，在步骤507中漏率检测装置检查腔室内的漏率，当漏率在正常范围内时，可以允许步骤511进入到步骤508，当漏率不在正常范围内时在步骤513结束流程；步骤511与步骤512可以为条件选择步骤(即，在同一时刻只能执行这两个步骤中的一个步骤)，具体地，在步骤510中，控制装置对收集到的数据进行分析，当腔室未处于理想状态时进入步骤511，当腔室处于理想状态时进入步骤512。
根据本公开的替选的实施方式，检测装置还可以是红外检测器。在检测装置为红外检测器的情况下，控制装置根据沉积物中的主要元素成分所形成的化合物的nk值来计算沉积物的信息,其中沉积物中的主要元素成分是通过所述红外检测器对所述沉积物的成分进行预分析而得到的。
根据本公开的替选的实施方式，检测装置还可以是光谱收集器。在检测装置为光谱收集器的情况下，控制装置根据基于光谱信息获得的沉积物的状态来确定控制程式。
根据本公开的各个实施方式，用于半导体设备的腔室的系统可以包括漏率检测装置，漏率检测装置被配置成检测腔室内部的漏率，优选地，在传送机构传送检测装置后检测腔室内部的漏率，例如是否在正常的规格内(小于20Mt/Min)。
根据本公开的各个实施方式，改变沉积物的状态包括沉积物去除和/或沉积物生长。具体地，沉积物去除包括去除硅、二氧化硅、氮化硅或光刻胶，沉积物生长包括生长硅、二氧化硅或聚合物。
根据本公开的各个实施方式，腔室内表面沉积物可以为有机物、无机物或有机物与无机物的物质。沉积物与腔室内壁材质的不同使得光学探头检测厚度以及对腔室内壁有误沉积物进行定性分析具有可行性。
根据本公开的各个实施方式，在程式执行结束后，检测装置再次检测腔室内的沉积物的信息，控制装置根据再次检测的沉积物的信息确定沉积物的状态是否达到期望状态，如果未达到，则使得再次在腔室内执行程式。
根据本公开的各个实施方式，控制装置可以是一个计算机系统、多于一个计算机系统、级联的计算机系统等。并且这些计算系统具有用于存储采集到的相关数据的相应的数据库或存储器。
根据本公开的各个实施方式，控制装置对程式的确定可以通过当前采集的数据与已有的模板数据进行来确定匹配的程式。在此，对于模板数据的建立和完善进行说明，在模板数据的建立的最终阶段，可通过切片的方式来验证实际厚度，根据初期收集的数据建立基础数据库，在实际收集数据的过程中进行对比、验证和自我完善。
尽管上面已经通过对本公开的具体实施例的描述对本公开进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本公开的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开的保护范围内。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素或组件的存在或附加。涉及序数的术语“第一”或“第二”等并不表示这些术语所限定的特征、要素或组件的实施顺序或者重要性程度，而仅仅是为了描述清楚起见而用于在这些特征、要素或组件之间进行标识。

Claims (25)

1.一种用于半导体设备的腔室的系统，包括：
检测装置，被配置成检测所述腔室内沉积物的信息，并且能够被传送机构传送进出所述腔室；
控制装置，被配置成：
根据所检测的沉积物的信息确定用于改变所述沉积物的状态的程式，并使得在所述腔室内执行所确定的程式；以及
在所述腔室的内部的温度满足所述检测装置的工作条件的情况下，控制所述传送机构将所述检测装置传送至所述腔室的内部。
2.如权利要求1所述的系统，其中
所述沉积物的信息包括指示所述沉积物的厚度的信息。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制装置还被配置成：
控制所述传送机构以预定时间间隔将所述检测装置传送至所述腔室的内部或者在从所述腔室的内部的温度满足所述检测装置的工作条件时起经过预定时长的时刻将所述检测装置传送至所述腔室的内部。
4.如权利要求1-3之一所述的系统，其中
所述检测装置为光学传感器。
5.如权利要求4所述的系统，其中
所述光学传感器包括一个探头或多个探头。
6.如权利要求5所述的系统，其中
所述探头能够在不同方向上转动。
7.如权利要求6所述的系统，其中
对不同位置的沉积物进行检测时所述探头采用相同的光学入射角度。
8.如权利要求5至7之一所述的系统，其中
设置有保护套筒来保护所述光学传感器的除所述探头之外的部分，所述传送机构同时将所述保护套筒与所述光学传感器传送进出所述腔室。
9.如权利要求8所述的系统，其中
所述保护套筒为耐磨损、耐高温的材质。
10.如权利要求5-7之一所述的系统，其中，所述控制装置还被配置成：
控制所述探头以使所述探头的准确度被校正。
11.如权利要求1-3之一所述的系统，其中
所述检测装置为红外检测器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述控制装置还被配置成：
根据所述沉积物中的主要元素成分所形成的化合物的nk值来计算所述沉积物的信息,其中所述沉积物中的主要元素成分是通过所述红外检测器对所述沉积物的成分进行预分析而得到的。
13.如权利要求1-3之一所述的系统，其中
所述检测装置为光谱收集器。
14.如权利要求1-3之一所述的系统，还包括
漏率检测装置，被配置成在所述传送机构传送所述检测装置后检测所述腔室内部的漏率。
15.如权利要求1-3之一所述的系统，其中所述改变所述沉积物的状态包括以下至少之一：
沉积物去除和沉积物生长。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述沉积物去除包括去除硅、二氧化硅、氮化硅或光刻胶，所述沉积物生长包括生长硅、二氧化硅或聚合物。
17.如权利要求1-3之一所述的系统，在所述程式执行结束后，所述检测装置再次检测所述腔室内的沉积物的信息，所述控制装置根据再次检测的沉积物的信息确定所述沉积物的状态是否达到期望状态，如果未达到，使得再次在所述腔室内执行所述程式。
18.一种半导体设备的腔室，包括：
传送机构，被配置成传送检测装置进出所述腔室，其中所述检测装置被配置成检测所述腔室内沉积物的信息；
温度传感器，被配置成检测所述腔室的内部的温度；
其中，所检测的沉积物的信息用于确定在所述腔室内执行的用于改变所述沉积物的状态的程式；以及
当所述温度传感器检测到所述腔室的内部的温度满足所述检测装置的工作条件的情况下，所述传送机构将所述检测装置传送至所述腔室的内部。
19.如权利要求18所述的腔室，其中
所述沉积物的信息包括指示所述沉积物的厚度的信息。
20.如权利要求18所述的腔室，其中
所述传送机构还能够传送晶圆。
21.如权利要求18所述的腔室，进一步地
所述温度传感器被设置在所述检测装置进出所述腔室的位置的上方或下方并且与所述检测装置进出所述腔室的位置的垂直距离不大于预定距离。
22.如权利要求21所述的腔室，其中
所述预定距离为2cm。
23.如权利要求18-22之一所述的腔室，其中
所述传送机构与所述腔室间的连接为双层门密封结构。
24.如权利要求18-22之一所述的腔室，还包括
漏率检测装置，被配置成在所述传送机构传送所述检测装置后检测所述腔室内部的漏率。
25.一种控制半导体设备的腔室内沉积物的状态的方法，其特征在于：
利用检测装置检测所述腔室内沉积物的信息；
利用控制装置根据所检测的沉积物的信息确定用于改变所述沉积物的状态的程式，并使得在所述腔室内执行所确定的程式；以及
在所述腔室的内部的温度满足所述检测装置的工作条件的情况下，利用所述腔室的传送机构将所述检测装置传送至所述腔室的内部。
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