CN111719119A - 制造半导体装置的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于制造半导体装置的设备和方法。该设备包括：室；蒸发器，蒸发有机源以在室中的基底上提供源气体；真空泵，将源气体和空气从室泵出；排气管线，在真空泵与室之间；以及分析器，连接到排气管线。分析器检测由有机源产生的衍生分子，并确定蒸发器的更换时间。
Description
本申请要求于2019年3月20日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0032027号韩国专利申请和于2019年6月25日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0075870号韩国专利申请的优先权，这些韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种设备，更特别地，涉及一种用于制造半导体装置的设备和方法。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS)半导体装置通常可以包括其中互补的P沟道和N沟道晶体管形成在公共半导体基底上的集成电路。CMOS半导体装置可以设置有由有机薄膜形成的滤色器。可以使用有机沉积设备在半导体基底上形成有机薄膜。有机沉积设备可以包括蒸发有机源的蒸发器。蒸发的有机源可以直接设置在半导体基底上，或者可以使用喷头将蒸发的有机源分配到半导体基底上。
发明内容
本发明构思的一些示例实施例提供了一种能够确定蒸发器的更换时间的半导体装置制造设备。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种用于制造半导体装置的设备包括室。蒸发器蒸发有机源以在室内的基底上提供源气体。真空泵将源气体和空气从室泵出。排气管线设置在真空泵与室之间。分析器连接到排气管线。分析器检测由有机源产生的衍生分子，并确定蒸发器的更换时间。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种用于制造半导体装置的设备包括室。蒸发器蒸发有机源以将源气体提供到室内。低真空泵将室中的源气体和空气以第一真空压力泵出。高真空泵将室中的源气体和空气以大于第一真空压力的第二真空压力泵出。高真空泵设置在低真空泵与室之间。前级管线将高真空泵连接到室。分析器设置在前级管线上。分析器检测由有机源产生的衍生分子。控制器接收衍生分子的检测信号并获得衍生分子的分压。当分压增加到等于或大于参考分压的值时，控制器输出互锁控制信号以更换蒸发器。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种制造半导体装置的方法包括在蒸发器中加热有机源以在基底上提供源气体。源气体、衍生分子和空气通过连接到室的排气管线泵送。分析器用于检测衍生分子。分析器连接到排气管线。确定衍生分子的分压是否等于或大于参考分压。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，对本公开及其许多伴随方面的更完整的理解随着其变得更容易理解而将被容易地获得，在附图中：
图1是示出根据本发明构思的一些示例实施例的半导体装置制造设备的示意图；
图2是示出图1中所描绘的室的压力的曲线图；
图3是示出在图1中所描绘的分析器中检测到的衍生分子的分压的曲线图；
图4是示出图1中示出的分析器的示例的示意图；
图5是示出根据本发明构思的一些示例实施例的半导体装置制造设备的示意图；
图6是示出根据本发明构思的一些示例实施例的半导体装置制造设备的示意图；
图7是示出图6的分析器的示意图；并且
图8是示出根据本发明构思的一些示例实施例的制造半导体装置的方法的流程图。
具体实施方式
在描述附图中示出的本公开的示例性实施例时，为了清楚起见采用了特定术语。然而，本公开内容不旨在限于如此选择的特定术语，并且将理解的是，每个特定元件包括以类似方式操作的所有技术等效物。
图1是示出根据本发明构思的一些示例实施例的半导体装置制造设备100的示意图。
参照图1，半导体装置制造设备100可以包括物理气相沉积(PVD)设备或有机沉积设备。可选地，半导体装置制造设备100可以包括化学气相沉积(CVD)设备或溅射器，但是本发明构思不限于此，并且可以使用其他沉积方式。半导体装置制造设备100可以包括例如室110、蒸发器120、排气器130、真空泵140、排气管线150、分析器160和控制器170。如这里所使用的，蒸发器120可以理解为被构造为通过向固体形式的材料施加热而将材料从固体形式蒸发成气体形式的装置。因此，蒸发器可以体现为加热元件。如这里所使用的，排气器130可以理解为被构造为将蒸发的颗粒和其他气体释放或换气到外部的装置。因此，排气器可以是通风口或端口。如这里所使用的，分析器160可以与一个或更多个传感器结合实施为计算机装置、片上系统或一些其他数字处理器。如这里所使用的，控制器170可以实施为计算机装置、片上系统或一些其他数字处理器。
室110可以从外部气密密封基底W。例如，室110可以具有喷头112和基座114。喷头112可以设置在室110的上部中。基座114可以放置在室110的下部中。喷头112可以向基底W提供用于沉积有机薄膜的源气体128。基座114可以在其上接收基底W。基座114可以包括加热基底W的加热板。
蒸发器120可以连接到室110的喷头112。蒸发器120可以蒸发有机源122(例如，固体形式的有机源材料)，以将源气体128提供给喷头112。可选地，蒸发器120可以设置在室110内。例如，蒸发器120可以包括坩埚或蒸发舟。蒸发器120可以将有机源122加热到约300℃的高温以产生源气体128。有机源122可以被蒸发并被提供到室110中。当有机源122在蒸发器120中完全蒸发时，蒸发器120可以用具有新源122的蒸发器120代替。
另外，在空闲时间期间，蒸发器120可以将有机源122预先加热到200℃至250℃之间的温度，使得有机源122不蒸发，但在使用时更易于蒸发。有机源122可能会在蒸发器120中或在将在下面讨论的气体供应管线124中热降解，其结果是可能会诱导衍生分子(或衍生物)129。衍生分子129可以具有与源气体128的化学组成不同的化学组成。有机源122和源气体128中的每个可以具有等于或大于约300的分子量。例如，有机源122和源气体128中的每个可以具有约400至约1500的分子量。衍生分子129会比源气体128轻。衍生分子129可以具有约50至约250的分子量。例如，衍生分子129可以包括蒽、咔唑、噻吩和/或苯胺。衍生分子129的存在会增大室110的压力，因此会导致有机沉积工艺的失败。当确定衍生分子129大量产生时，可以更换蒸发器120。
气体供应管线124和气体供应阀126可以设置在蒸发器120与室110之间。源气体128可以通过气体供应管线124提供到喷头112。气体供应管线124可以被加热到约250℃的高温，以防止源气体128被吸附。气体供应阀126可以邻近于蒸发器120安装在气体供应管线124上。气体供应阀126可以打开和关闭源气体128的供应。
排气器130可以连接到室110的下部。排气器130可以将源气体128和空气从室110排出。例如，排气器130可以包括洗涤器。排气器130可以清除源气体128。
真空泵140可以安装在排气器130与室110之间。真空泵140可以将源气体128和空气从室110泵出。例如，真空泵140可以包括低真空泵142和高真空泵144。低真空泵142和高真空泵144可以串联连接。低真空泵142可以被构造为提供比高真空泵144低的真空压力。
低真空泵142可以连接在高真空泵144与排气器130之间。低真空泵142可以被构造为使得将室110中的源气体128和空气以约1.0×10-3托(Torr)的低真空压力泵出。低真空泵142可以包括干泵或旋转泵。
高真空泵144可以连接在低真空泵142与室110之间。高真空泵144可以被构造为使得将室110中的源气体128和空气以约1.0×10-6Torr的高真空压力泵出。高真空泵144可以包括低温泵或涡轮泵。
排气管线150可以将排气器130连接到室110。排气管线150可以连接到真空泵140的低真空泵142和高真空泵144。低真空泵142可以邻近排气器130设置，高真空泵144可以邻近室110设置。例如，排气管线150可以包括前级管线152和粗抽管线154。
前级管线152可以允许高真空泵144在室110与低真空泵142之间具有串联连接。前级管线阀151可以设置在高真空泵144与低真空泵142之间。可选地，前级管线阀151可以安装在室110与高真空泵144之间的前级管线152上，但是本发明构思不限于此。
粗抽管线154可以将低真空泵142直接连接到室110，因此可以绕过高真空泵144。例如，前级管线152和粗抽管线154可以在室110与低真空泵142之间并联连接。高真空泵144可以连接到前级管线152。粗抽阀153可以设置在粗抽管线154上。粗抽阀153可以与前级管线阀151相反地切换。当最初将空气从室110泵出时，可以打开粗抽阀153，并且可以关闭前级管线阀151。当打开粗抽阀153并关闭前级管线阀151时，低真空泵142可以运行使得将空气从室110以低真空压力泵出。之后，可以关闭粗抽阀153，并且可以打开前级管线阀151。当关闭粗抽阀153并打开前级管线阀151时，高真空泵144可以运行使得将空气从室110以高真空压力泵出。
图2是示出图1所示的室110的压力111的曲线图。
参照图2，室110的压力111可以达到随着蒸发器120的使用时间而快速增大的点。当蒸发器120被使用达初始时间段(例如，约3小时或更短)，室110的压力111可以均匀地保持在约1.0×10-6Torr。在蒸发器120的初始使用时间之后(例如，在约3小时或更长时间之后)，室110的压力111可以从约1.0×10-6Torr更快速地增大到约1.0×10-5Torr。在更换蒸发器120之后，室110的压力111可以减小回到约1.0×10-6Torr。
再次参照图1，分析器160可以连接到在高真空泵144与室110之间的前级管线152。分析器160可以检测源气体128的衍生分子129的存在和/或数量并/或者另外分析源气体128的衍生分子129，并且然后确定蒸发器120的更换时间。例如，分析器160可以包括残留气体分析仪或飞行时间质谱仪。
图3是示出图1中所示的衍生分子129的分压113和参考分压115的曲线图。
参照图3，分析器160可以测量衍生分子129的分压113。当最初使用蒸发器120时，分压113可以等于或小于约1.0×10-10Torr。在使用蒸发器120之后，有机源122的降解会导致分压113增大到等于或大于参考分压115的值。参考分压115可以是例如约2.0×10- 10Torr。当分压113增大到等于或大于参考分压115的值时，可以更换蒸发器120。因此，分析器160可以检测衍生分子129以确定蒸发器120的更换时间。
参照图2和图3，衍生分子129的分压113可以与室110的压力111成比例。当室110的压力111增大时，衍生分子129的分压113可以增大到等于或大于参考分压115的值。因此，分析器160可以测量衍生分子129以确定室110的压力111的增大或室110的压力111的增大的原因。另外，分析器160可以确定衍生分子129的种类。分压113可以基于衍生分子129的种类而不同。
图4是示出图1中所示的分析器160的示例的示意图。
参照图4，分析器160可以包括壳体180、第一电离器182、孔184、质量过滤器186和检测器188。检测器188可以实施为一个或更多个传感器。
壳体180可以具有入口181。入口181可以连接到前级管线152。衍生分子129可以通过入口181引入到壳体180中。
第一电离器182可以设置在壳体180中。第一电离器182可以电离衍生分子129。第一电离器182可以包括细丝183、法拉第杯185和加速电极187。细丝183可以向衍生分子129提供电子束，以使衍生分子129带电。法拉第杯185可以放置在细丝183与加速电极187之间。法拉第杯185可以保护带电的衍生分子129免受外界影响。加速电极187可以设置在法拉第杯185与孔184之间。加速电极187可以使带电的衍生分子129加速。衍生分子129可以被提供到孔184和质量过滤器186。
孔184可以设置在加速电极187与质量过滤器186之间。孔184可以将加速的衍生分子129聚集在质量过滤器186上。可选地，孔184可以调节衍生分子129的流速，但是本发明构思不限于此。
质量过滤器186可以设置在孔184与检测器188之间。例如，质量过滤器186可以包括四极质量过滤器。质量过滤器186可以被构造成过滤杂质并允许衍生分子129穿过质量过滤器186。例如，质量过滤器186可以静电过滤比衍生分子129轻的杂质。例如，质量过滤器186可以过滤比衍生分子129重的杂质。第一加热器189可以设置在质量过滤器186的外部。第一加热器189可以设置在壳体180的内壁与质量过滤器186的外壁之间。第一加热器189可以加热并清洁质量过滤器186。
壳体180可以在其与入口181相对的侧壁上设置有检测器188。检测器188可以检测衍生分子129。例如，检测器188可以包括集电极。
再次参照图1，控制器170可以连接到气体供应阀126、前级管线阀151、粗抽阀153和分析器160。控制器170可以控制气体供应阀126、前级管线阀151和粗抽阀153。控制器170可以使用来自分析器160的检测器188的检测信号，并且可以分析衍生分子129。例如，控制器170可以计算每单位时间的衍生分子129的数量，然后可以获得衍生分子129的分压113。基于衍生分子129的检测结果，控制器170可以监视室110的压力111。控制器170可以确定衍生分子129的种类。当衍生分子129的分压113增大时，控制器170可以输出互锁控制信号以更换蒸发器120。
图5是示出根据本发明构思的半导体装置制造设备100的示例的示意图。
参照图5，半导体装置制造设备100还可以包括第二电离器192和磁体194。第二电离器192和磁体194可以提高检测衍生分子129的效率。
第二电离器192可以连接到室110与高真空泵144之间的前级管线152。第二电离器192可以使源气体128和衍生分子129带电。
磁体194可以设置在第二电离器192与分析器160之间。另外，磁体194可以连接在前级管线152与分析器160之间。磁体194可以使用电磁场来选择性地提取衍生分子129，然后可以向分析器160提供提取的衍生分子129。磁体194可以过滤源气体128，该源气体128的质量与衍生分子129的质量不同。例如，相对重的源气体128可以从第二电离器192泵送到高真空泵144，相对轻的衍生分子129可以通过磁体194被提取。
室110、蒸发器120、排气器130、真空泵140、排气管线150、分析器160和控制器170可以被构造为与图1中所示的室110、蒸发器120、排气器130、真空泵140、粗抽管线154和控制器170相同或相似。
图6是示出根据本发明构思的半导体装置制造设备100的示例的示意图。
参照图6，半导体装置制造设备100可以被构造为使得前级管线152包括第一前级管线156和第二前级管线158。第一前级管线156和第二前级管线158可以在室110与高真空泵144之间并联连接。
第一前级管线156可以将高真空泵144直接连接到室110。第二前级管线阀155可以安装在室110与高真空泵144之间的第一前级管线156上。第二前级管线阀155可以允许或中断第一前级管线156中源气体128、衍生分子129和空气的流动。
第二前级管线158可以允许分析器160在室110与高真空泵144之间具有串联连接。第二前级管线158可以用作衍生分子129的测量管线。第三前级管线阀157可以安装在分析器160与高真空泵144之间的第二前级管线158上。当以规则的间隔打开第三前级管线阀157时，分析器160可以检测衍生分子129。当关闭第二前级管线阀155时，可以打开第三前级管线阀157。当打开第三前级管线阀157时，分析器160可以检测衍生分子129。
室110、蒸发器120、排气器130、真空泵140、粗抽管线154和控制器170可以被构造为与图1中所示的室110、蒸发器120、排气器130、真空泵140、粗抽管线154和控制器170相同或相似。
图7是示出图6中所示的分析器160的示例的示意图。
参照图7，分析器160的壳体180可以具有与第二前级管线158串联连接的入口181和出口191。入口181、孔184和出口191可以全部在一个方向上对齐。出口191可以连接到壳体180与第三前级管线阀157之间的第二前级管线158。出口191可以因此连接到高真空泵144。衍生分子129可以通过入口181引入到壳体180中，并且可以通过出口191从壳体180排出。质量过滤器186可以过滤源气体128。出口191可以提高壳体180中的衍生分子129的流速，因此检测器188可以提高检测衍生分子129的效率。第二加热器190可以邻近检测器188设置。第二加热器190可以设置在检测器188与壳体180的内壁之间。第二加热器190可以加热并清洁检测器188。
分析器160的第一电离器182、孔184、质量过滤器186和第一加热器189可以被构造为与图4中所示的分析器160的第一电离器182、孔184、质量过滤器186和第一加热器189相同或相似。
下面描述使用如上所述构造的半导体装置制造设备100的半导体装置制造方法。
图8是示出根据本发明构思的一些示例实施例的制造半导体装置的方法的流程图。
参照图8，半导体装置制造方法可以包括：在蒸发器120中加热有机源122，以在室110中的基底W上提供源气体128(S10)；通过连接到室110的排气管线150泵送源气体128、衍生分子129和空气(S20)；使用连接到排气管线150的分析器160检测有机源122的衍生分子129(S30)；确定衍生分子129的分压113是否等于或大于参考分压115(S40)；以及更换蒸发器120(S50)。
在步骤S10，蒸发器120可以加热有机源122，以在室110中的基底W上提供源气体128。蒸发器120可以将有机源122加热到等于或大于约300℃的高温以产生源气体128。有机源122可以具有等于或大于约300的分子量。例如，有机源122可以具有约400至约1500的分子量。可以通过喷头112将源气体128分配到基底W上。可以在基底W上提供源气体128以形成有机薄膜。当蒸发器120将有机源122加热一定时间或更长时间时，有机源122会产生衍生分子129。衍生分子129可以具有约50至约250的分子量。例如，衍生分子129可以包括蒽、咔唑、噻吩或苯胺。在基底W上会提供衍生分子129。可通过室110和排气管线150排出衍生分子129，而不沉积有机薄膜。
在步骤S20，真空泵140可以运行以使源气体128、衍生分子129和空气通过排气管线150从室110泵出。室110可以具有约1.0×10-6Torr的高真空压力。
在步骤S30，分析器160可以检测排气管线150中的衍生分子129。分析器160可以以规则的时间间隔(例如，以一小时为间隔)测量衍生分子129。另外，分析器160可以基于衍生分子129的分子量来测量衍生分子129。
在步骤S40，控制器170可以确定所测量的衍生分子129的分压113是否等于或大于参考分压115。控制器170可以计算每单位时间的衍生分子129的数量，然后可以获得衍生分子129的分压113。当最初使用蒸发器120时，分压113可以小于参考分压115。在蒸发器120使用了一定的时间长度后，分压113可以增大到等于或大于参考分压115的值。控制器170可以周期性地获取衍生分子129的分压113，并且可以将分压113和参考分压115彼此比较以监视有机薄膜沉积工艺。另外，控制器170可以测量衍生分子129的分子量，然后可以确定衍生分子129的种类。
当衍生分子129的分压113小于参考分压115时，可以重复执行步骤S10至步骤S40。
在步骤S50，当衍生分子129的分压113增大到等于或大于参考分压115的值时，控制器170可以输出互锁控制信号以更换蒸发器120。当输出互锁控制信号时，操作员或更换工具可以更换蒸发器120。
如上所述，根据本发明构思的一些示例实施例的半导体装置制造设备可以被构造为使得室与真空泵之间的分析器用于检测有机源的衍生分子并确定蒸发器的更换时间。
尽管已经结合附图描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本公开的情况下，可以进行各种各样的改变和修改。
Claims (20)
1.一种用于制造半导体装置的设备，所述设备包括：
室；
蒸发器，蒸发有机源以产生源气体并将源气体提供到室内的基底；
真空泵，将源气体和空气从室泵出；
排气管线，在真空泵与室之间建立流体路径；以及
分析器，连接到排气管线，分析器检测从有机源产生的衍生分子，并确定更换蒸发器的时间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，真空泵包括：
低真空泵；以及
高真空泵，产生比低真空泵高的真空度，高真空泵设置在低真空泵与室之间，
其中，分析器设置在高真空泵与室之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，排气管线包括：
粗抽管线，在低真空泵与室之间建立流体路径；以及
前级管线，平行于粗抽管线延伸，前级管线在高真空泵与室之间建立流体路径，其中
前级管线包括：
第一前级管线，在高真空泵与室之间建立流体路径；以及
第二前级管线，平行于第一前级管线延伸，第二前级管线在分析器与室之间建立流体路径。
4.根据权利要求3所述的设备，所述设备还包括：
第一前级管线阀，设置在高真空泵与低真空泵之间；
第二前级管线阀，连接到第一前级管线并设置在室与高真空泵之间；以及
第三前级管线阀，连接到第二前级管线并设置在分析器与高真空泵之间。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，分析器包括残留气体分析仪或飞行时间质谱仪。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，分析器包括：
壳体，具有衍生分子通过其引入的入口；
检测器，位于壳体中，检测器检测衍生分子；
第一电离器，设置在检测器与入口之间，第一电离器将电离电荷施加到衍生分子；
质量过滤器，设置在第一电离器与检测器之间，质量过滤器过滤衍生分子的杂质；以及
孔，设置在第一电离器与质量过滤器之间。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，壳体还包括设置在检测器与真空泵之间的出口，
其中，入口、孔和出口全部在一个方向上对齐。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，分析器还包括：
第一加热器，设置在壳体的内壁与质量过滤器的外壁之间，第一加热器加热质量过滤器；以及
第二加热器，设置在壳体的内壁与检测器之间，第二加热器加热检测器。
9.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：
第二电离器，设置在室与真空泵之间的排气管线上，第二电离器使源气体和衍生分子带电；以及
磁体，设置在分析器与排气管线之间，与第二电离器相邻，磁体选择性地提取排气管线中的衍生分子，并向分析器提供所提取的衍生分子。
10.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：控制器，当室中的衍生分子的分压增大到预定水平时，控制器输出互锁控制信号以更换蒸发器。
11.一种用于制造半导体装置的设备，所述设备包括：
室；
蒸发器，蒸发有机源以产生源气体并将源气体提供到室中；
低真空泵，将室中的源气体和空气以第一真空压力泵出；
高真空泵，将室中的源气体和空气以大于第一真空压力的第二真空压力泵出，高真空泵设置在低真空泵与室之间；
前级管线，将高真空泵连接到室；
分析器，设置在前级管线上，分析器检测由有机源产生的衍生分子；以及
控制器，接收衍生分子的检测信号以获得衍生分子的分压，当分压增加到等于或大于参考分压的预定值时，控制器输出互锁控制信号以更换蒸发器。
12.根据权利要求11所述的设备，所述设备还包括：
电离器，连接到前级管线并设置在室与分析器之间；以及
磁体，过滤前级管线中的源气体，磁体选择性地提取衍生分子并向分析器提供所提取的衍生分子。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，前级管线包括：
第一前级管线，在高真空泵与室之间建立流体路径；以及
第二前级管线，平行于第一前级管线延伸并在高真空泵与室之间建立流体路径，第二前级管线在分析器与室之间建立流体路径。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，分析器包括：
检测器，检测衍生分子；
质量过滤器，过滤衍生分子的杂质；以及
壳体，包围检测器和质量过滤器，壳体具有衍生分子通过其引入的入口和衍生分子通过其排出的出口，出口与入口相对布置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，分析器还包括设置在质量过滤器与入口之间的孔，
其中，入口、孔和出口全部在一个方向上对齐。
16.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：
在蒸发器中加热有机源以在基底上提供源气体；
通过连接到室的排气管线泵送源气体、衍生分子和空气；
使用分析器检测衍生分子，分析器连接到排气管线；以及
确定衍生分子的分压是否等于或大于参考分压。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：当衍生分子的分压等于或大于参考分压时，输出互锁控制信号以更换蒸发器。
18.根据权利要求16所述的方法，其中
有机源具有等于或大于300的分子量，并且
衍生分子具有在50至250的范围内的分子量。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，衍生分子包括蒽、咔唑、噻吩和/或苯胺。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，参考分压为2.0×10-10托。
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