CN111599706A - 在线侦测腔体漏率的方法、半导体工艺机台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在线侦测腔体漏率的方法和一种半导体工艺机台。所述方法于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行，可以实现腔体漏率的实时侦测和监控，同时，腔体于在线状态进行漏率检查，即可以在半导体工艺开始前或者结束后立即执行上述检漏程序，所述腔体所处的环境与实际生产时的情况近似，可以减小漏率的误差，便于及时得到腔体漏率的准确值，可以根据腔体漏率及时调整工艺进程，避免浪费基片，提高生产良率。本发明还提供一种半导体工艺机台。

Description

在线侦测腔体漏率的方法、半导体工艺机台
技术领域
本发明涉及半导体设备测试领域，特别涉及一种在线侦测腔体漏率的方法以及一种半导体工艺机台。
背景技术
用来执行多种半导体工艺如沉积、刻蚀、氧化的腔体需要满足防漏的要求，如果防漏性能差，会直接影响到腔体所能达到的真空度以及在执行半导体工艺过程中的气体浓度，进而影响产品的质量。以用来执行化学工艺沉积(CVD)的机台为例，化学气相沉积机台在沉积生成薄膜的过程中，工艺腔体的气密性是影响薄膜质量的关键因素。如果工艺腔体在化学反应的时候有轻微漏气，进入工艺腔体的气体就会直接影响反应过程的纯净度，使得生成的薄膜带有杂质，产生较多的颗粒物(Particle)，从而导致产品报废。目前，对工艺腔体的测漏只能在机台维护时(离线状态)采用手动模式进行，而不能够实时监控工艺腔体的漏率，且手动模式使用的手动测漏程序由于是在机台维护状态下运行，此时工艺腔体所处的环境与实际生产时存在很大的差异，侦测得到的工艺腔体的漏率存在较大误差，不能精确的表征工艺腔体的漏率情况。
发明内容
本发明提供一种在线侦测腔体漏率的方法，所述方法于在线状态实时侦测腔体的漏率，实现了腔体漏率的实时侦测监控且可以减小腔体漏率与实际生产时的误差。本发明还提供一种半导体工艺机台。
一方面，本发明提供一种侦测腔体漏率的方法，所述方法于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行。
可选的，所述检漏程序包括依次执行的抽真空步骤、保压步骤以及计算步骤，其中：
在所述抽真空步骤，所述腔体被抽到设定真空度；
在所述保压步骤，所述腔体的进气阀和排气阀关闭，并维持设定时间；
在所述计算步骤，比较所述腔体在保压前后真空度的变化，并计算得到所述腔体的漏率，其中，所述漏率被传输到一在线监控系统。
可选的，所述在线监控系统为SPC系统，所述SPC系统记录并实时监控所述漏率，在所述漏率异常时发出警报。
可选的，在执行所述抽真空步骤之前，所述检漏程序还包括清洁步骤，在所述清洁步骤，利用等离子体对所述腔体内表面进行清洁。
可选的，在所述清洁步骤中，向所述腔体输入的气体包括氩气和三氟化氮。
可选的，利用所述等离子体对所述腔体内表面进行清洁的时间为60s～80s。
可选的，在所述抽真空步骤中，所述设定真空度为1毫托～10毫托。
可选的，在所述保压步骤中，所述设定时长为60s。
可选的，用于执行半导体工艺的程序包括所述检漏程序。
本发明涉及的在线侦测腔体漏率的方法于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行。所述方法在半导体工艺开始前或者结束后执行检漏程序，可以实现腔体漏率的实时侦测和监控，同时，腔体于在线状态进行漏率检查，即可以在半导体工艺开始前或者结束后立即执行上述检漏程序，所述腔体所处的环境与实际生产时的情况近似，可以减小漏率的误差，便于及时得到腔体漏率的准确值，可以根据腔体漏率及时调整工艺进程，避免浪费基片，提高生产良率。进一步的，所述漏率可以被传输到一在线监控系统，所述在线监控系统可以对漏率进行自动记录和监控，可以实现腔体漏率的自动实时监控，减少监控腔体漏率时的人员失误。
另一方面，本发明提供一种半导体工艺机台，所述半导体工艺机台包括存储器和处理器，所述存储器被配置为存储可被所述处理器执行的半导体工艺程序，当所述半导体工艺程序被所述处理器执行时，自动执行上述在线侦测腔体漏率的方法。
所述半导体工艺机台可以于在线状态执行检漏程序，从而可以实现腔体漏率的实时侦测监控，且可以减小腔体漏率与实际生产时的误差，提高测试得到的漏率的精度，有助于提高半导体工艺的稳定性。
附图说明
图1为硅片表面存在颗粒物的示意图。
图2和图3为硅片表面上的颗粒物的照片。
图4为本发明一实施例中腔体的连接关系示意图。
图5为一种CVD机台的结构示意图。
图6为本发明一实施例的在线侦测腔体漏率的方法中检漏程序的流程示意图。
图7为利用本发明一实施例的在线侦测腔体漏率的方法得到的漏率曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的在线侦测腔体漏率的方法及半导体工艺机台作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为一种硅片的薄膜表面存在颗粒物的示意图。图2为一种硅片的薄膜上存在颗粒物的图片。图3为图2中颗粒物的截面图。如图1、图2和图3所示，发明人在使用化学气相沉积机台在硅片上沉积生成薄膜的过程中发现，如果腔体在化学反应的时候有轻微漏气，得到的薄膜含有较多杂质，硅片上的薄膜存在较多的颗粒物，导致产品报废。而目前在机台维护时进行腔体的漏率测试的方法测得的漏率和腔体实际生产时的状况差别较大，不能精确的表征腔体的漏率状况，且不能实现漏率的实时侦测监控。
为此，本实施例提供一种在线侦测腔体漏率的方法。所述方法于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行。
可选的，用于执行半导体工艺的程序包括检漏程序。表一为本发明一实施例中设置于机台控制端的一半导体工艺程序(recipe)的参数表。作为示例，该半导体工艺程序不仅包括用来进行半导体工艺的程序步骤(步骤1～4)，还包括检漏程序(步骤5～10)，在表一所示的程序的控制下，在完成半导体工艺之后可以自动执行检漏步骤以检测腔体的实时漏率。且在完成检漏后还可以增加抽低压的步骤(步骤11)，为下一次半导体工艺做好准备。
表一程序参数表
Figure BDA0002509427060000041
本发明不限于如表一所示的情况，一实施例中，检漏过程(如表一的步骤5～10)可以在半导体工艺步骤(如表一的步骤1～4)之前执行。一实施例中，可以在半导体工艺步骤之前和之后均进行一次检漏过程。此外，检漏程序可以不包括在半导体工艺程序中，即检漏过程也可以是可单独控制的一个程序(recipe)，该检漏程序可以在线状态根据检漏需要，单独启动并执行。
上述检漏方法所针对的腔体可以是各种用来执行半导体工艺的腔体，在进行半导体工艺时，基片(如硅晶圆)被传输到该腔体内，根据工艺需要，利用特定工艺条件在基片上完成相应的半导体工艺。所述半导体工艺可以为沉积、刻蚀、退火等。所述腔体可以是化学气相沉积设备、物理气相沉积设备、干法刻蚀设备、离子注入设备、热退火设备等工艺设备的腔体。
本实施例中，所述腔体为CVD机台的工艺腔体。图4为本发明一实施例中腔体的连接关系示意图。图5为一种CVD机台的结构示意图。如图5所示，一实施例中，CVD机台包括腔体，所述腔体内设置有压力计(CM)，所述压力计用于侦测所述腔体内的压强，所述腔体与用于对腔体进行抽气的泵(Pump)连接，所述腔体和泵连接的管路上依次设置有节流阀(Throttle Valve)和隔绝阀(Isolation Valve)，节流阀和隔绝阀关闭时，可以阻断腔体和泵之间气体流通。此外，腔体还与进气管路连接，并且，进气管路上设置有进气阀以控制气体的输入。所述机台腔体内还可以设置有两个喷头(Shower Head A和Shower Head B)和两个加热盘(Heater A和Heater B)，且喷头和加热盘上下对准。所述机台还可以包括远程清洁模块(Remote Clean Module)。
图6为本发明一实施例的在线侦测腔体漏率的方法中检漏程序的流程示意图。具体的，如图6和表一所示，在半导体工艺开始前或者结束后执行所述检漏程序，所述检漏程序可以包括依次执行的抽真空步骤(步骤9抽低压)、保压步骤以及计算步骤(步骤10节流阀关闭)。
在所述抽真空步骤中，所述腔体被抽到设定真空度，所述设定真空度可以为1毫托～10毫托。但不限于此，所述设定真空度可以根据相应的腔体的密封等级和实际使用状况设定。
在所述保压步骤中，所述腔体的进气阀和排气阀(如图6中的节流阀和隔绝阀)关闭，并维持设定时长。所述设定时长可以为60s。然而，一实施例中，所述设定时间可以为45s或90s。在保压过程中，腔体当前的真空度会发生变化，具体真空度的数值由设置于腔体内的压力计测量并反馈。
在所述计算步骤中，比较所述腔体在保压前后真空度的变化，并计算得到所述腔体的漏率，其中，所述漏率被传输到一在线监控系统。需要说明的是，利用在设定时长间内所述腔体内真空度(压强)的变化值即可计算出所述腔体的漏率，所述漏率为所述变化值与保压时间(设定时长)之比，例如，所述变化值可以为阀门关闭的60s时间内所述腔体压力的最大值与最小值的差值，所述差值等于所述腔体1min内的漏率。
为了避免执行检漏程序时对腔体内的半导体基底(硅片)造成影响，优选的，在所述半导体工艺开始前且在半导体基底放入所述腔体前执行所述检漏程序，或者，在所述半导体工艺结束后且所述半导体基底移出所述腔体后执行所述检漏程序。
考虑到机台在半导体工艺结束后立即进行腔体漏率的检测，此时腔体内可能还会残留一些悬浮或松动的颗粒物，腔体的洁净度相对较低，会影响侦测到的腔体压力的精确度，影响得到的漏率的准确度，为了提高侦测到的腔体压力的精度，减小测试得到的漏率的误差，优选方案中，在执行所述抽真空步骤之前，所述检漏程序还可以包括清洁步骤，在所述清洁步骤中，可以利用等离子体对所述腔体内表面进行清洁。等离子体可以对腔体内的颗粒物进行物理轰击和/或与腔体内的残留气体反应以去除所述颗粒物或残留气体。
参见表一，一实施例中，所述检漏程序包括清洁步骤(如表一中的步骤5～8)，其中，向所述腔体输入的气体可以包括氩气(Ar)和三氟化氮(NF3)。在执行所述清洁步骤时，腔体内壁附着的颗粒可以被排出腔体。用来进行等离子体清洁的气体并不限于上述的氩气和三氟化氮，可以根据需要选择。
如表一所示，作为示例，在执行清洁步骤时，可以包括以下四个分步骤，具体说明如下。
首先，执行第一分步骤(步骤5)，即对所述腔体进行抽真空以去除所述腔体内残留的少量的半导体工艺反应气体。为了使得气体管路内的残留气体也可以被抽出，优选的，在通入少量的三氟化氮气体后再对所述腔体进行抽真空。
接着，执行第二分步骤(步骤6)，第二分步骤可以包括向所述腔体内通入氩气，并可以利用所述机台的远程清洁模块点燃所述氩气。需要说明的是，本实施例中，氩气点燃是指氩气在微波放电过程中的反应。
然后，执行第三分步骤(步骤7)，第三分步骤可以包括向所述腔体内通入所述三氟化氮，三氟化氮气体可以通过气体管路或喷头进入所述腔体内，点燃的氩气可以高频率的撞击三氟化氮分子，促使所述三氟化氮分子快速解离成为等离子体，以提高三氟化氮气体的解离率。
紧接着，执行第四分步骤(步骤8)，利用上述点燃的氩气和等离子体对腔体进行清洁。具体的，点燃的Ar可以轰击去除腔体内的残留物，同时，三氟化氮气体在点燃的氩气的撞击下，解离出大量的氟等离子体，氟等离子体可以刻蚀去除所述腔体内表面的残留物，且三氟化氮分解成的等离子体在刻蚀物表面不留任何残留物，是良好的清洁剂。
本实施例中，利用所述等离子体对所述腔体内表面进行清洁的时间可以为60s～80s，例如可以为70s。然而在其它实施例中，可以根据腔体实际的洁净度设置腔体清洁的时间。
为了便于记录和监控所述腔体的漏率，可以把机台与所述在线监控系统联通，即将所述漏率传输到所述在线监控系统。所述在线监控系统可以为SPC系统(StatisticalProcess Control)。SPC系统是一种借助数理统计方法进行过程控制工具。SPC可以对生产过程进行分析评价，根据录入的数据(漏率)及时发现系统性因素出现的征兆，从而可以采取措施消除其影响，以达到控制质量的目的。所述SPC系统可以记录并实时监控所述漏率，在所述漏率异常时可以发出警报。
图7为利用本发明一实施例的在线侦测腔体漏率的方法得到的漏率曲线。具体的，如图7所示，在机台将漏率数据传输到SPC系统时，所述SPC系统可以记录并实时监控所述漏率，所述SPC系统内可以设定或是自动根据先前的漏率数据计算出所述漏率的上管控值、目标值和下控制值，并形成SPC控制图，当录入的漏率不在上管控制值至下控制值的范围内，即漏率超出图7中的上控制线和下控制线时，表示该腔体的漏率异常(图7中圆圈内的点)，SPC会发出报警，实现了腔体漏率的实时侦测和监控。进一步的，可以对所述机台进行设置，当收到SPC系统发出的漏率异常报警时，机台停止运行，可以减少受腔体漏率影响的半导体的数量，可以减少产品的报废。
本实施例的在线侦测腔体漏率的方法于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行。所述方法在半导体工艺开始前或者结束后执行检漏程序，可以实现腔体漏率的实时侦测和监控，同时，腔体于在线状态进行漏率检查，即可以在半导体工艺开始前或者结束后立即执行上述检漏程序，所述腔体所处的环境与实际生产时的情况近似，可以减小漏率的误差，便于及时得到腔体漏率的准确值，可以根据腔体漏率及时调整工艺进程，避免浪费基片，提高生产良率。进一步的，所述漏率可以被传输到一在线监控系统，所述在线监控系统可以对漏率进行自动记录和监控，可以实现腔体漏率的自动实时监控，减少监控腔体漏率时的人员失误。
更进一步的，所述检漏程序还可以包括清洁步骤，在执行所述抽真空步骤之前先执行清洁步骤，可以提高腔体的洁净度，提升检测得到的腔体漏率的精确度。
本实施例还提供一种半导体工艺机台，所述半导体工艺机台包括存储器和处理器，所述存储器被配置为存储可被所述处理器执行的半导体工艺程序，当所述半导体工艺程序被所述处理器执行时，自动执行上述在线侦测腔体漏率的方法。即所述半导体机台在所述半导体工艺程序的控制下，在所述半导体工艺开始前或结束后进行腔体漏率检测。
由于所述半导体工艺机台可以于在线状态执行检漏程序，从而可以实现腔体漏率的实时侦测监控，且可以减小腔体漏率与实际生产时的误差，提高测试得到的漏率的精度，有助于提高半导体工艺的稳定性。
所述半导体工艺机台可以是化学气相沉积机台(CVD)、物理气相沉积机台(PVD)、原子力沉积机台(ALD)和快速热处理等设备。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，于在线状态执行检漏程序，所述检漏程序在半导体工艺开始前或者结束后执行。
2.如权利要求1所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，所述检漏程序包括依次执行的抽真空步骤、保压步骤以及计算步骤，其中：
在所述抽真空步骤，所述腔体被抽到设定真空度；
在所述保压步骤，所述腔体的进气阀和排气阀关闭，并维持设定时长；
在所述计算步骤，比较所述腔体在保压前后真空度的变化，计算得到所述腔体的漏率，其中，所述漏率被传输到一在线监控系统。
3.如权利要求2所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，所述在线监控系统为SPC系统，所述SPC系统记录并实时监控所述漏率，在所述漏率异常时发出警报。
4.如权利要求2所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，在执行所述抽真空步骤之前，所述检漏程序还包括清洁步骤，在所述清洁步骤，利用等离子体对所述腔体内表面进行清洁。
5.如权利要求4所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，在所述清洁步骤中，向所述腔体输入的气体包括氩气和三氟化氮。
6.如权利要求4所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，利用所述等离子体对所述腔体内表面进行清洁的时间为60s～80s。
7.如权利要求2所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，在所述抽真空步骤中，所述设定真空度为1毫托～10毫托。
8.如权利要求2所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，在所述保压步骤中，所述设定时长为60s。
9.如权利要求1所述的在线侦测腔体漏率的方法，其特征在于，用于执行半导体工艺的程序包括所述检漏程序。
10.一种半导体工艺机台，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器被配置为存储可被所述处理器执行的半导体工艺程序，当所述半导体工艺程序被所述处理器执行时，自动执行如权利要求1至9任一项所述的方法。
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