CN114927429A - 半导体装置制造设备及其处理污染方法 - Google Patents

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许家伟
刘定一
许凯翔
曾银彬
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Abstract

本揭示内容描述了一种半导体装置制造设备及一种用于处理半导体装置制造设备中的污染的方法。半导体装置制造设备可以包括沉积设备及处理器。沉积设备可以包括腔室、用以检测腔室中的杂质的检测模块及用以移除杂质的气体洗涤装置。处理器可用以自检测模块接收与杂质相关联的杂质特性，比较杂质特性与基线特性及基于杂质特性与基线特性的比较，指示气体洗涤装置向腔室供应净化气体。

Description

半导体装置制造设备及其处理污染方法
技术领域
本揭露关于一种半导体装置制造设备及其处理污染方法。
背景技术
随着半导体技术的进步，对用于制造半导体装置的沉积制程的高产量的需求不断增长。为满足该需求，至关重要的是防止沉积设备故障以确保可靠的沉积制程。
发明内容
根据本揭露的一些实施例中，半导体装置制造设备可包括沉积设备及处理器。沉积设备可包括腔室、用以检测腔室中多个杂质的检测模块及用以移除杂质的气体洗涤装置。处理器可用以：自检测模块接收与杂质相关联的杂质特性；比较杂质特性与基线特性；及基于杂质特性与基线特性的比较，指示气体洗涤装置向腔室供应净化气体。
根据本揭露的一些实施例中，半导体装置制造设备可包括沉积设备及处理器。沉积设备可包括：用以固持衬底的卡盘、用以控制衬底的温度均匀性的热分配器、用以检测与热分配器上的杂质相关联的特性的检测模块，及用以减少杂质的气体洗涤装置。热分配器可设置在卡盘下方。处理器可用以：自检测模块接收与杂质相关联的特性；将与杂质相关联的特性与基线特性进行比较；及基于与杂质相关联的特性与基线特性的比较，指示气体洗涤装置供应净化气体。
根据本揭露的一些实施例中，一种用于半导体装置制造设备的污染处理方法可包括以下步骤：经由沉积设备进行沉积制程以沉积材料膜；判定与沉积设备上的材料残留物相关联的污染特性；比较污染特征与基线特性；及基于该比较，进行净化制程以移除沉积设备上的材料残留物。
附图说明
结合附图，根据以下详细描述可最好地理解本揭示内容的各态样。
图1示出了根据一些实施例的半导体装置制造设备的平面图；
图2示出了根据一些实施例的用于判定半导体装置制造设备中的污染位准的图表；
图3示出了根据一些实施例的用于操作半导体装置制造设备的方法；
图4示出了根据一些实施例的用于操作半导体装置制造设备的方法；
图5示出了根据一些实施例的用于实现本揭示内容的各种实施例的计算机系统。
现将参考附图描述说明性实施例。在附图中，相似的元件符号通常表示相同的、功能相似及/或结构相似的元件。
【符号说明】
100:半导体装置制造设备
102:处理模块
104:卡盘
104B:背侧
104F:前侧
105:残留物
106:喷头
108:远端电浆源
110:气体提取系统
111:衬底
112:气体供应系统
120:开口
122:出气口
124:视窗
126:检测模块
130:气体洗涤装置
140:热分配器
152:气体导管
154:气体调节器
159:侧面
160:腔室
161:侧面
162:负载端口
164:传送模块
170:控制器单元
172:通讯机制
200:图表
300:方法
310:操作
320:操作
330:操作
340:操作
350:操作
400:方法
410:操作
420:操作
430:操作
500:计算机系统
502:输入/输出接口
503:输入/输出装置
504:处理器
506:通讯基础设施或总线
508:主记忆体
510:辅助记忆体
512:硬磁盘驱动机
514:可抽取储存装置
518:可抽取储存单元
520:接口
522:可抽取储存单元
524:通讯接口
526:通讯路径
528:远端装置、网络、实体
x:x方向
y:y方向
z:z方向
具体实施方式
以下揭示内容提供了用于实现提供的标的的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述组件及布置的特定实例用以简化本揭示内容。当然，这些仅为实例，并不旨在进行限制。例如，在下面的描述中在第二特征上方或之上形成第一特征可包括其中第一及第二特征直接接触形成的实施例，并且亦可包括其中在第一与第二特征之间形成附加特征的实施例，以使得第一及第二特征可以不直接接触。如本文所使用，在第二特征上形成第一特征是指第一特征形成为与第二特征直接接触。此外，本揭示内容可以在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，其本身并不指定所讨论的各种实施例或组态之间的关系。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...下方”、“在...下”、“下方”、“在...上方”、“上方”之类的空间相对术语，来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了在附图中示出的方位之外，空间相对术语意在涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以其他方式定向(旋转90度或以其他方位)，并且在此使用的空间相对描述语亦可被相应地解释。
应注意，说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“实例实施例”、“例示性”等的参考指示所描述的实施例可包括特定的特征、结构或特性。但每一实施例可能不一定包括特定的特征、结构或特性。而且，这些片语不一定指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这些特征、结构或特性在熟悉此项技术者的知识范围内。
应理解，本文中的片语或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或片语将由相关领域的技术人员根据本文的教导进行解释。
在一些实施例中，术语“大约”及“实质上”可指示给定数量的值，该给定数量的值在该值的5％之内变化(例如，该值±1％、±2％、±3％、±4％、±5％)。这些值仅为示例，并不旨在进行限制。术语“大约”及“实质上”可以指根据本文的教导，由相关领域的技术人员解释的值的百分比。
在半导体装置的制造期间，半导体晶圆在不同的半导体制造设备中经受不同的制造制程(例如，薄膜沉积及化学机械研磨)。半导体装置的品质取决于半导体制造设备的性能及始终如一地在半导体晶圆上实现高产量的可操作半导体装置的能力。
制造半导体装置的总产量不仅取决于每一制造制程的准确性，而且取决于半导体制造设备的清洁度。例如，半导体制造设备可以为诸如化学气相沉积设备的沉积模块，该沉积模块依靠原位热分配器来确保在由沉积模块进行的沉积制程期间半导体晶圆的温度均匀性。然而，沉积制程可能会导致污染物累积在原位热分配器上，从而降低了热分配器在沉积制程期间保持半导体晶圆的温度均匀性的能力。这种劣化可能导致在由沉积模块沉积的膜中厚度不均匀性，从而导致半导体装置制造缺陷。
本揭示内容涉及一种沉积设备及解决沉积设备中的污染物的方法。在一些实施例中，沉积设备可包括腔室及容纳在该腔室中的热分配器。沉积设备可进一步包括气体洗涤装置，该气体洗涤装置容纳在腔室中且用以供应净化气体以移除热分配器的污染物。沉积设备可进一步包括卡盘，该卡盘用以将半导体晶圆保持在卡盘的前侧上方，其中气体洗涤装置设置在卡盘的背侧上方。沉积设备可进一步包括检测模块，该检测模块用以监控热分配器上累积的污染物。由检测模块记录的数据可以由计算机系统接收，该计算机系统用以运行用于对沉积设备进行净化的程序。本揭示内容的益处尤其在于提供一种机制，以动态地净化沉积设备，从而在有效利用净化气体的情况下提高沉积设备的产量。
图1示出了根据一些实施例的半导体装置制造设备100的平面图。半导体装置制造设备100可包括用以在衬底111(例如，半导体晶圆)上进行沉积制程的处理模块102。在一些实施例中，处理模块102可以进行沉积制程以在衬底111(例如，半导体晶圆)上沉积材料层(图1中未示出)，其中该材料层可为任何合适的膜，诸如金属材料层、半导体材料层及介电材料层。半导体装置制造设备100可进一步包括用以经由通讯机制172与处理模块102通讯的控制器单元170。
处理模块102可包括腔室160及容纳在腔室160中的卡盘104。腔室160可为处理腔室，以提供工作环境(诸如，真空环境及充满处理气体的环境)以在衬底111上进行沉积制程。卡盘104可包括用以保持衬底111在衬底111上进行沉积制程的前侧104F。卡盘104可进一步包括用以将衬底111加热至目标温度以进行沉积制程的加热单元(例如，电热器及热度计，图1中未示出)。在一些实施例中，卡盘104可进一步包括与前侧104F相对的背侧104B，其中处理模块102可进一步包括设置在卡盘104的背侧104B上方的热分配器140。热分配器140可接收来自卡盘104的热辐射，并且可以将接收到的热辐射朝衬底111反射，以增强衬底111的温度均匀性。热分配器140可以由能够反射热辐射的任何合适的材料(诸如，金属板或镜面涂层)制成。
处理模块102可进一步包括容纳在腔室160中的喷头106。喷头106可用作气体单元，以在腔室160中提供一或多种气体以在衬底111上进行沉积制程。例如，喷头106可以提供处理气体(诸如六氟化钨)，以在衬底111上沉积与处理气体相关的材料层(图1中未示出)，诸如钨膜。在一些实施例中，由喷头106提供的一或多种气体可进一步包括惰性气体(例如，氮气或空气)或蚀刻气体(例如，三氟化氮或氯化氢)，该气体可以与由处理模块102进行的沉积制程或其他制程(诸如净化制程)相关联。在一些实施例中，喷头106可用作电浆单元，以在衬底111上提供用于沉积制程或蚀刻制程的电浆。在一些实施例中，喷头106可用作渗出单元，以在衬底111上提供用于沉积制程或蚀刻制程的原子束或分子束通量。喷头106可设置在腔室160中的任何合适位置。在一些实施例中，喷头106可设置在卡盘104的前侧104F上方。在一些实施例中，喷头106可设置成靠近腔室160的侧面159，该侧面159在卡盘104的前侧104F上方。在一些实施例中，喷头106可设置成靠近腔室160的侧面159，该侧面159在卡盘104的前侧104F上方，其中热分配器140可设置成靠近腔室160的侧面161，该侧面161与侧面159相对且在卡盘104的背侧104B上方。在一些实施例中，喷头106可提供处理气体(诸如六氟化钨)，以在衬底111上沉积与处理气体相关联的材料层(图1中未示出)，诸如钨膜，而喷头106可同时且非有意地在热分配器140上涂布与处理气体相关联的材料层105(本文称为“残留物105”)，例如钨残留物。残留物105会降低热分配器140向衬底111反射热辐射的能力。因此，涂布在热分配器140上的残留物105会降低衬底111的温度均匀性，从而不利地影响由处理模块102进行的沉积制程的产量(例如，残留物105可能导致沉积在衬底111上的材料层的厚度不均匀性(图1中未示出))。
处理模块102可进一步包括用以提供净化气体以移除热分配器140的残留物105的气体洗涤装置130。由气体洗涤装置130供应的净化气体可包括可与残留物105反应的任何合适的材料。例如，残留物105可包括钨，其中由气体洗涤装置130供应的净化气体可包括三氟化氮，该三氟化氮可反应并移除含钨残留物105。在一些实施例中，残留物105可包括半导体材料，诸如硅锗，其中由气体洗涤装置130供应的净化气体可包括氯化氢，该氯化氢可反应并移除含锗残留物105。可将气体洗涤装置130设置成靠近热分配器140，以有效净化热分配器140。例如，热分配器140可以靠近腔室160的侧面161，以有效地移除热分配器140的残留物105。在一些实施例中，热分配器140及气体洗涤装置130皆可设置在卡盘104的背侧104B下方，其中喷头106可设置在卡盘104的前侧104F上方。在一些实施例中，处理模块102可包括多个气体洗涤装置130，以增强热分配器140的清洁度。例如，处理模块102可包括多个气体洗涤装置130，其中第一及第二组气体洗涤装置130可(例如，沿着x方向及/或沿着y方向)设置在热分配器140的两相对侧上。在一些实施例中，处理模块102可包括多个气体洗涤装置130，其中第一组气体洗涤装置130可设置在热分配器140下方，且第二组气体洗涤装置130可设置在热分配器140上方。
气体洗涤装置130可包括气体导管152、穿过腔室160的侧面形成的开口120及经由气体导管152连接开口120的气体调节器154。气体洗涤装置130可经由开口120向腔室160提供净化气体，其中气体调节器154可用以控制流过开口120的净化气体的流量(例如，气流的开始、流动速率及/或流动时间)。在一些实施例中，气体调节器154可包括阀(例如，气动阀，图1中未示出)或气流控制器(例如，质量流控制器，图1中未示出)。在一些实施例中，气体洗涤装置130可用以清洗腔室160。例如，气体洗涤装置130可提供惰性气体(例如，氩气)以清洗腔室160，其中惰性气体可为用于处理模块102的载气，以进行沉积制程。在一些实施例中，惰性气体可为清洗气体以排出腔室160中的气体残留物(例如，氧气或湿气)。在一些实施例中，处理模块102可包括多个气体洗涤装置130。这些气体洗涤装置130中的每一者可设置成靠近腔室160的侧面的任何部分。在一些实施例中，这些气体洗涤装置130中的每一者可设置在腔室160的侧面161上方(例如，设置在卡盘104的背侧104B下方)，以有效地移除热分配器140的残留物105。
处理模块102可进一步包括气体提取系统110及气体供应系统112。气体提取系统110可经由形成于腔室160的侧面的出气口122自腔室160排出气体，从而为腔室160提供目标真空环境。气体提取系统110至出气口122的黑色虚线可以示出气体导管。气体提取系统110可包括可以控制自腔室160提取气体的任何合适的组件，诸如真空泵(图1中未示出)及闸阀(图1中未示出)。气体供应系统112可用以向腔室160供应气体(诸如，处理气体、惰性气体、蚀刻气体及净化气体)，以进行沉积制程或净化制程。在一些实施例中，气体供应系统112可耦合至喷头106以在衬底111上进行沉积制程，其中气体供应系统112至喷头106的黑色虚线可以示出气体导管。在一些实施例中，气体供应系统112可经由气体调节器154耦合至气体洗涤装置130，以进行清洗制程来清洗腔室160或进行净化制程以移除热分配器140的残留物105，其中气体供应系统112至气体洗涤装置130的黑色虚线可以示出气体导管。气体供应系统112可包括可以向腔室160提供气体的任何合适的组件，诸如气源(例如，气瓶，图1中未示出)及气流控制器(例如，质量流控制器，图1中未示出)。
处理模块102可进一步包括远端电浆源108，该远端电浆源108用以提供与处理气体相关联的自由基或与净化气体相关联的自由基，以在腔室160中分别进行沉积制程或净化制程。在一些实施例中，气体供应源可以经由远端电浆源108耦合至喷头106，其中气体供应系统112至远端电浆源108的黑色虚线可以示出气体导管。因此，耦合至远端电浆源108的喷头106可用作渗出单元，以向腔室160提供原子/分子束通量以在衬底111上进行沉积制程。在一些实施例中，气体供应源可经由远端电浆源108耦合至气体洗涤装置130。因此，由耦合至远端电浆源108的气体洗涤装置130供应的净化气体(例如三氟化氮)可为原子形式或自由基形式(例如，F、F2、NFx、N或N2)，以加强移除热分配器140的残留物105。在一些实施例中，远端电浆源108、喷头106及气体洗涤装置130中的每一者可经由气体导管152相互连接。
处理模块102可进一步包括检测模块126，该检测模块126用以检测腔室160中的杂质量(例如，残留物105的量)。在一些实施例中，检测模块126可监控涂布在热分配器140上的残留物105的表面覆盖率。检测模块126可设置在腔室160的外部。例如，腔室160可包括穿过腔室160的侧面形成的视窗124，其中检测模块126可设置成靠近视窗124且设置在腔室160的外部。在一些实施例中，视窗124可穿过腔室160的侧面形成且定位在热分配器140的顶表面上的更高的垂直位置(例如，在z方向上)，该顶表面面对着卡盘104。因此，检测模块126可用以经由视窗124监控涂布在热分配器140的顶表面上的残留物105的表面覆盖率。检测模块126可为任何合适的感测器，该感测器可记录与涂布在热分配器140上的残留物105的表面覆盖相关联的特征。例如，检测模块126可包括温度感测器(诸如光纤温度感测器)、高温计及用以记录热分配器140的温度特征的任何合适的远端温度感测器。由于涂布在热分配器140上的残留物105会降低热分配器140的反射热辐射的能力，因此热分配器140的表面温度会受到涂布的残留物105的影响。因此，包括温度感测器的检测模块126可监控涂布在热分配器140上的残留物105的表面覆盖率。
在一些实施例中，检测模块126可包括影像感测器(诸如电荷耦合装置(chargecoupled device，CCD)感测器)，该影像感测器用以记录热分配器140的表面的视觉特征，诸如热分配器140的顶表面的视觉特征，该顶表面面对着夹盘104。视频特征可包括涂布在热分配器140上的残留物105的影像或视频，从而表示涂布在热分配器140上的残留物105的表面覆盖率。由检测模块126记录的影像/视频可具有任何合适的格式，诸如合适的解析度(例如，640像素×480像素)、灰阶(例如，256种灰度阴影组合)、色度或帧率(例如每秒30张图片)。
在一些实施例中，检测模块126可包括光学模块(诸如光学干扰仪)，该光学模块用以发送及接收与量测残留物105的表面覆盖率或残留物105在热分配器140上的厚度相关联的一或多个光信号。例如，检测模块126可用以向热分配器140的表面发送光信号且接收热分配器140的表面反射、偏转或折射的另一光信号。发射及接收的光信号之间的强度差或相位差可以与热分配器140上残留物105的表面覆盖率相关联。
处理模块102可进一步包括负载端口162及传送模块164。负载端口162可用以容纳晶圆存储装置(例如，前开口统一吊舱(front opening unified pod，FOUP))，该晶圆存储装置用于在半导体装置制造制程之间的间隔期间，在受控环境下以指定的气压、气体环境、湿度及/或温度暂时存储一批半导体晶圆。负载端口162可包括用于保持晶圆存储装置的台架(图1中未示出)。在一些实施例中，负载端口162可包括腔室(图1中未示出)，以在真空或惰性气体环境中(例如，在氮气环境下)容纳晶圆存储装置。传送模块164可用以提供中央传送导管以在负载端口162与腔室160之间传送衬底111。在一些实施例中，传送模块164可包括机器手臂及晶圆取向台(均未在图1中示出)，其中机器手臂可用以在负载端口162、晶圆取向台与腔室160之间传送晶圆。在一些实施例中，传送模块164可用以处于大气压或真空环境。
控制器单元170可包括任何合适的计算机系统(例如，工作站或可携式电子装置)来存储用于半导体装置制造设备100的各种操作的程序及数据。控制器单元170可指示半导体装置制造设备100在衬底(诸如衬底111)上进行各种制造制程。例如，控制器单元170可用以指示处理模块102在衬底111上进行沉积制程。在一些实施例中，控制器单元170可用以指示处理模块102进行净化制程，以移除处理模块102的残留物105，诸如移除热分配器140的残留物105。控制器单元170的不同功能不应受到本揭示内容的实施例的限制。通讯机制172可包括控制器单元170与半导体装置制造设备100的每一模块之间的任何合适的网络连接。例如，通讯机制172可包括区域网络(local area network，LAN)、WiFi网络及/或有线网络。在一些实施例中，控制器单元170可经由通讯机构172发送控制信号，以控制处理模块102的每一元件(例如，卡盘104、气体洗涤装置130或检测模块126)。
在一些实施例中，控制器单元170可用以执行计算程序以分析数据(诸如温度特征数据、视觉特征数据及光学数据)，以判定热分配器140的污染特性。计算程序可包括一或多个数学运算、图形识别程序、大数据挖掘程序或机器学习程序(诸如神经网络算法或回归算法)，以对视觉特征/光学/声学/流体运动/真空特征数据进行分析、分类及/或聚类。
图2示出了根据一些实施例的基于处理模块102的使用量来判定热分配器140处的残留物105的污染位准的图表200。如图2所示，图表200指示处理模块102已经执行了三个沉积制程。每一沉积制程可以与处理气体的使用量相关联，该处理气体在衬底111上沉积膜且在热分配器140上涂布相应的残留物105。每一沉积制程的处理气体可以彼此相同或不同。即使执行了三个沉积制程，图表200亦可记录由处理模块102执行的任何数量的沉积制程。
可基于喷头106输出的处理气体的容积来判定每一处理气体使用量U1-U3。在一些实施例中，每一处理气体使用量U1-U3可与处理气体的流动速率成比例，该处理气体传输至远端电浆源108及喷头106，其中气体供应系统112可量测流动速率。在一些实施例中，每一处理气体使用量U1-U3可为处理气体的流动速率及流动时间的乘积，其中流动时间可由控制器单元170及/或气体供应系统112判定。
处理气体可具有各自的粘附系数X1-X3。每一粘附系数X1-X3可为吸附至热分配器140的表面的处理气体的原子/分子的数量与处理气体的原子/分子的总数的比。在一些实施例中，可基于与各个沉积制程相关联的温度(例如，卡盘104的温度及/或热分配器140的温度)来判定每一粘附系数X1-X3。例如，每一粘附系数X1-X3可与温度正相关(例如，基本上呈线性比例或指数比例)，该温度与沉积制程相关联。在一些实施例中，可基于在沉积制程期间腔室160中的操作压力来判定每一粘附系数X1-X3。例如，每一粘附系数X1-X3可与在沉积制程期间腔室160中的操作压力正相关(例如，基本上呈线性比例)。
每一沉积制程可导致涂布在热分配器140上的相应数量的残留物105。例如，每一单独的残留物105的位准可与相应处理气体的使用量(例如U1)成比例。在一些实施例中，每一单独的残留物105的位准可与处理气体的加权使用量(例如，U1X1)成比例。因此，基于各自的粘附系数(例如，X1-X3)，与粘着至热分配器140的总残留物105相关联的污染位准可与处理气体的使用量(例如，U1-U3)的加权和成比例。换言之，具有高粘附系数的处理气体可产生更多的残留物105，从而导致较高的污染位准。因此，如图表200所示，由三个沉积制程中的每一者导致的污染位准可与每一单独的残留物105位准的累积和(例如，X1U1+X2U2+X3U3)成比例。
图3为用于操作参考图1及图2所描述的半导体装置制造设备的处理模块的方法300。根据一些实施例，方法300中所示的操作并非穷举的。其他操作亦可在任何所示操作之前、之后或之间进行。而且，可能不需要所有操作来执行本文提供的揭示内容。进一步地，一些操作可以同时执行，或者以与图3所示的顺序不同的顺序执行。在一些实施例中，方法300的操作可以不同的顺序执行。方法300的变化在本揭示内容的范围内。
方法300自操作310开始，在操作310中判定处理模块中的杂质特性。杂质特性可包括处理模块102中的污染物(例如，残留物105)的表面覆盖率。在一些实施例中，杂质特性可包括涂布在处理模块102的热分配器140上的污染物(例如，残留物105)的表面覆盖率。在一些实施例中，操作310可以与由处理模块102进行的制造制程(诸如沉积制程)同时执行。在一些实施例中，可以在处理模块102空闲时执行操作310(例如，卡盘104不保持衬底111)。
判定杂质特性的制程可包括以下步骤：收集处理模块102中包括的元件的热特征。例如，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：经由检测模块126量测热分配器140的热特征(例如温度)。如先前所讨论，涂布在热分配器140上的残留物105会降低热分配器140反射热辐射的能力，从而导致热分配器140的温度下降。因此，通过量测热分配器140的温度，可判定残留物105(例如，杂质特性)在热分配器140上的覆盖率。在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：量测热分配器140的表面的温度，该表面面对着卡盘104。在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：量测热分配器140的表面温度，而卡盘104可以在适合于沉积制程的温度(诸如约100℃至约900℃、约250℃至约650℃及约300℃至约600℃)下操作。若卡盘104的温度低于上述下限，则处理模块102可能无法进行沉积制程。若卡盘104的温度高于上述上限，则通过沉积制程形成的膜可能会劣化。在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：量测腔室160的一部分侧面的温度，该部分侧面靠近卡盘104。在一些实施例中，操作310的细节至少可以参考热分配器140及检测模块126的描述，如图1及图2中所示。
在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：收集处理模块102中的元件的视觉特征。例如，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：经由检测模块126收集热分配器140的表面的视觉特征(例如，影像或视频)。视觉特征可包括与涂布在热分配器140上的污染物(例如，残留物105)的覆盖率相关联的颜色饱和度、色阶、对比度或亮度的信息。在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：量测腔室160的一部分侧面的视觉特征，该部分侧面靠近卡盘104。
在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：收集处理模块102中的元件的光学特征。例如，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：(i)向热分配器140发射光信号；及(ii)量测来自热分配器140的反射或散射光信号。基于发射的光信号及量测的光信号的波长，可通过计算发射的光信号与量测的光信号之间的强度差或相位差来推断涂布在热分配器140上的污染物(例如残留物105)的表面覆盖率及/或厚度。光发射、光学量测及强度/相位差的计算可以由检测模块126进行。在一些实施例中，计算可以由计算机系统(例如，控制器单元170)进行。
在一些实施例中，判定杂质特性的制程可包括以下步骤：量测由处理模块102进行的沉积制程所沉积的材料的量。如前所述，喷头106可提供处理气体(诸如六氟化钨)进行沉积与衬底111上的处理气体相关联的材料层(图1中未示出)，诸如钨膜，而喷头106可同时且非有意地涂布与热分配器140上的处理气体相关联的材料层105(例如，残留物105)，诸如钨残留物。因此，由处理模块102沉积的材料层(例如，钨膜)的累积量可以与污染物(例如，残留物105)的表面覆盖率正相关，该污染物涂布在热分配器140上。在一些实施例中，量测由处理模块102沉积的材料的累积量的制程可包括以下步骤：(i)经由气体供应系统112的气流控制器(图1至图3未示出)，量测与由处理模块102进行的每一沉积制程相关联的处理气体的流动速率及流动时间；及(ii)通过计算处理气体的流动速率的加权和(例如，该加权和的权重可为处理气体的流动时间)来判定处理模块102沉积的材料的累积量。
在图3的操作320中，比较杂质特性与基线特性。基线特性可与对热分配器140的表面清洁度要求相关联，以确保热分配器140维持衬底111的温度均匀性的能力，从而维持由处理模块102进行的沉积制程的产量要求。基线特性可包括热分配器140的预定义热特征(例如，可为衬底111提供合格温度均匀性的热分配器140的预定义表面温度)、热分配器140的预定义视觉特征(例如，未粘着残留物105的热分配器140的影像)、涂布在热分配器140上的残留物105的表面覆盖率及/或厚度的预定义上限，或处理模块102沉积的材料的累积量的预定义上限。
比较杂质特性与基线特性的制程可包括以下步骤：自杂质特性减去基线特性。例如，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的温度，其中比较制程可包括以下步骤：自预定义温度阈值减去热分配器140的温度。在一些实施例中，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的一组温度的平均值，其中比较制程可包括以下步骤：自预定义温度阈值减去热分配器140的一组温度的平均值。在一些实施例中，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的一组温度的中位数，其中比较制程可包括以下步骤：自预定义温度阈值减去热分配器140的一组温度的中位数。在一些实施例中，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的一组温度中的最大值，其中比较制程可包括以下步骤：自预定义温度阈值减去热分配器140的一组温度中的最大值。在一些实施例中，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的一组温度中的最小值，其中比较制程可包括以下步骤：自预定义温度阈值减去热分配器140的一组温度中的最小值。在一些实施例中，杂质特性可为由操作310收集的热分配器140的影像(例如，视觉特征)，其中比较制程可包括以下步骤：所收集的影像与未粘着残留物105的热分配器140的预定义影像之间的像素相减。在一些实施例中，杂质特征可为由操作310收集的热分配器140上涂布的污染物(例如，残留物105)的表面覆盖率/厚度，其中比较制程可包括以下步骤：自表面覆盖率/厚度的预定义上限减去污染物(例如残留物105)的所判定的表面覆盖率/厚度，这些污染物覆盖在热分配器140上。在一些实施例中，比较制程可包括以下步骤：自处理模块102沉积的材料的量的预定义上限减去所判定的由处理模块102沉积的材料的累积量。在一些实施例中，比较制程可通过计算机系统(例如，控制器单元170)进行。在一些实施例中，操作320的细节可以至少参考图1所示的控制器单元170的描述。
在图3的操作330中，基于操作320中的比较在处理模块102中执行净化制程。净化制程可包括以下步骤：基于污染物(例如残留物105)的材料判定净化气体，这些污染物可涂布在腔室160中。例如，残留物105可为涂布在热分配器140上的钨残留物，其中可经由控制器单元170及/或气体提取系统110将净化气体判定为三氟化氮气体、三氟化氮电浆、三氟化氮的原子束、三氟化氮的分子束或三氟化氮的自由基。净化制程可进一步包括以下步骤：基于操作320中的比较，经由气体洗涤装置130将判定的净化气体供应至腔室160以移除热分配器140的污染物(例如，残留物105)。例如，控制器单元170可基于操作320中的比较，指示气体洗涤装置130供应净化气体一定时间以净化热分配器140的污染物，其中可经由控制器单元170判定时长。在一些实施例中，供应净化气体的时长可以与由操作320判定的热分配器140的量测温度与预定义温度阈值之间的差正相关(例如，线性关系)。在一些实施例中，控制器单元170可指示气体洗涤装置130以流动速率供应净化气体，以净化热分配器140的污染物，其中基于操作中320的比较，经由控制器单元170来判定流动速率。在一些实施例中，用于供应净化气体的流动速率可与由操作320判定的热分配器140的量测温度与预定义温度阈值之间的差正相关(例如，线性关系)。在一些实施例中，控制器单元170可指示气体洗涤装置130供应与远端电浆源108的射频(radio frequency，RF)功率/电压相关联的净化气体，以净化热分配器140的污染物，其中，可基于操作320中的比较，经由控制器单元170判定RF功率及/或远端电浆源108。在一些实施例中，RF功率/电压可与由操作320判定的热分配器140的量测温度与预定义温度阈值之间的差正相关(例如，线性关系)。在一些实施例中，操作330的细节至少可以参考图1所示的气体洗涤装置130的描述。
在图3的操作340中，判定与处理模块相关联的产量，并将该产量与基线制造标准进行比较。判定产量的制程可包括以下步骤：(i)经由处理模块102执行沉积制程以在衬底111上沉积膜，(ii)量测沉积于衬底111上方的膜的表面形态(例如，不同位置处的一或多个膜厚度、厚度均匀性、表面粗糙度及/或颗粒数)或电气特性(例如片电阻)，及(iii)计算表面形态的平均值、中位数、最大值或最小值以判定与处理模块102相关联的产量；或计算电气特性的平均值、中位数、最大值或最小值以判定与处理模块102相关联的产量。比较杂质特性与基线制造标准的制程可包括以下步骤：计算所判定的产量与基线制造标准之间的差异。基线制造标准可为与处理模块102的合格制造要求相关联的预定义产量阈值。在一些实施例中，基线制造标准可包括预定义膜厚度、预定义膜厚度均匀性、预定义膜表面粗糙度、预定义颗粒数及/或预定义片电阻。在一些实施例中，操作340的细节可至少参考图1所示的处理模块102的描述。
在图3的操作350中，基于操作340中的比较(例如，操作340的产量与基线制造标准之间的比较)来调整处理模块102的一或多个操作。在一些实施例中，该调整步骤可包括以下步骤：(i)基于操作340中的比较来更新基线特性，及(ii)进行操作310以继续监视处理模块102中的污染物(例如，残留物105)。例如，回应于在操作340中判定的产量小于基线制造标准(例如，沉积在衬底111上的膜的厚度均匀性小于预定义厚度均匀性)，该调整步骤可包括以下步骤：增加预定义温度阈值(例如，操作320中的基线特性)并进行操作310，其中增加的预定义温度阈值可移除热分配器140的残留物105。在一些实施例中，操作350的细节可至少参考图1所示的处理模块102的描述。
在一些实施例中，回应于在操作340中判定的产量大于或基本上等于基线制造标准(例如，沉积在衬底111上的膜的厚度均匀性大于或基本上等于预定义厚度均匀性)，该调整步骤可包括以下步骤：维持预定义温度阈值(例如，操作320中的基线特性)并进行操作310。在一些实施例中，回应于在操作340中判定的产量大于或基本等于基线制造标准(例如，沉积在衬底111上的膜的厚度均匀性大于或基本上等于预定义厚度均匀性)，该调整步骤可包括以下步骤：降低预定义温度阈值(例如，操作320中的基线特性)并进行操作310，其中降低的温度阈值可在方法300的下一次迭代中减少净化气体的使用量。
在一些实施例中，回应于在操作340中判定的产量小于基线制造标准(例如，沉积在衬底111上的膜的厚度均匀性小于预定义厚度均匀性)，该调整步骤可包括以下步骤：进行手动控制的净化制程(例如，以手动控制的流动速率及/或手动控制的流动时间供应净化气体)以进一步净化处理模块102中的热分配器140，并进行操作340以重新评估处理模块102的产量。
图4为根据本揭示内容的一些实施例的用于操作沉积设备(例如，半导体装置制造设备100)的方法400。方法400中所示的操作并非穷举的。其他操作亦可在任何所示操作之前、之后或之间进行。在一些实施例中，方法400的操作可以不同的顺序执行。方法400的变化在本揭示内容的范围内。
方法400自操作410开始，在操作410中在沉积设备中进行一或多个沉积制程。一或多个沉积制程中的每一者可包括以下步骤：将衬底111置放在处理模块102的卡盘104上，经由喷头106向衬底111供应处理气体，及经由卡盘104将衬底111加热至合适的沉积制程温度。在一或多个沉积制程中的每一者之后，可以在衬底111上沉积膜，而可以在沉积设备中沉积相应的残留物105，诸如沉积在热分配器140上方。在一些实施例中，操作410的细节可至少参考图1所示的处理模块的描述。
在操作420中，判定与一或多个沉积制程相关联的污染位准。可通过将多个单独的残留物105的位准进行累加来判定污染位准，这些残留物105与沉积在热分配器140上的一或多个沉积制程中的每一者相关联。每一单独的残留物105的位准可以与一或多个沉积制程中的每一者的相应处理气体的使用量相关联。在一些实施例中，可通过量测沉积制程消耗的处理气体的容积来判定沉积制程的处理气体的使用量，其中可通过量测沉积制程期间处理气体的流动速率及流动时间来进一步判定该容积。在一些实施例中，可通过量测沉积制程消耗的处理气体的重量来判定处理气体的使用量，其中可基于量测的容积、处理气体的分子量或原子量及处理气体的密度来判定该重量。每一单独的残留物105的位准可进一步与沉积制程期间相应的处理气体的粘附系数相关联。例如，在沉积制程中具有较高粘附系数的处理气体会在沉积设备中引入较高的残留物105。在一些实施例中，可基于与沉积制程关联的温度及/或基于与沉积制程相关联的操作压力来判定沉积制程期间处理气体的粘附系数。因此，判定污染位准的步骤可包括以下步骤：基于粘附系数及在沉积设备执行的每一沉积制程中处理气体的使用量来计算累积加权和。在一些实施例中，污染位准的判定可至少参考图2的描述。
在操作430中，基于污染位准与预定义清洁度要求之间的比较来调整沉积设备的一或多个操作。回应于污染位准高于预定义清洁度要求，该调整的步骤可包括以下步骤：自处理模块102的热分配器140移除污染物。在一些实施例中，移除污染物的步骤可包括以下步骤：经由气体洗涤装置130向腔室160供应净化气体，以移除热分配器140的污染物(例如，残留物105)。在一些实施例中，该调整的步骤可包括以下步骤：中止进行中的沉积制程。例如，回应于污染高于预定义清洁度，处理模块102可继续执行进行中的沉积制程以满足制造进度，并且可中止后续的沉积制程以避免与污染相关联的潜在的制造产量问题。该调整的步骤可进一步包括以下步骤：互锁沉积设备的操作，诸如触发预防性维护警报以手洗沉积设备的热分配器140，禁止使用具有高粘附系数的处理气体，及/或调整使用沉积设备的半导体装置的制造进度。例如，该调整可以通知供应链管理以准备新的净化气体存量，以进一步净化沉积设备。
此外，在操作430之后，可基于操作430中一或多个操作的调整来重置污染位准。例如，若净化气体基本上移除了污染物(例如，通过操作430完全移除污染物)，则可将污染位准重置为零。在一些实施例中，可将污染位准重置为原始污染位准的分数(例如，通过操作430部分移除污染物)。
图5为根据一些实施例的例示性计算机系统500的图解，其中可实现本揭示内容的各种实施例。例如，计算机系统500可在图1的控制器单元170中使用。计算机系统500可为能够执行本文描述的功能及操作的任何公知的计算机。例如，计算机系统500可用于执行半导体装置制造设备100及/或方法300及400的一或多项操作。
计算机系统500包括一或多个处理器(亦称为中央处理单元或CPU)，诸如处理器504。处理器504连接至通讯基础设施或总线506。计算机系统500亦包括一或多个输入/输出装置503，诸如监视器、键盘、指向装置等，这些输入/输出装置503经由一或多个输入/输出接口502与通讯基础设施或总线506通讯。控制工具可接收指令以经由一或多个输入/输出装置503实现本文所述的功能及操作，例如图1中描述的半导体装置制造设备100的功能及图3及图4中描述的方法/制程。计算机系统500亦包括主或初级记忆体508，诸如随机存取记忆体(random access memory，RAM)。主记忆体508可包括一或多个位准的快取。主记忆体508中存储有控制逻辑(例如，计算机软件)及/或数据。在一些实施例中，控制逻辑(例如，计算机软件)及/或数据可包括以上关于半导体装置制造设备100描述的一或多个功能。在一些实施例中，处理器504可用以执行存储在主记忆体508中的控制逻辑。
计算机系统500亦可包括一或多个辅助存储装置或辅助记忆体510。辅助记忆体510可包括例如硬磁盘驱动机512及/或可抽取储存装置或驱动机514。可抽取储存装置或驱动机514可为软式磁盘驱动机、磁带驱动机、光盘驱动机、光学存储装置、磁带备份装置及/或任何其他存储装置/驱动机。
可抽取储存装置或驱动机514可与可抽取储存单元518交互。可抽取储存单元518包括存储有计算机软件(控制逻辑)及/或数据的计算机可用或可读存储装置。可抽取储存单元518可为软磁盘、磁带、光盘、DVD，光学存储磁盘及/或任何其他计算机数据存储装置。可抽取储存装置或驱动机514以已知方式自可抽取储存单元518读取及/或写入可抽取储存单元518。
根据一些实施例，辅助记忆体510可包括用于允许计算机程序及/或其他指令及/或数据由计算机系统500存取的其他机制、工具或其他方式。这些机制、工具或其他方式可包括例如可抽取储存单元522及接口520。可抽取储存单元522及接口520的实例可包括程序盒及盒接口(诸如在视频游戏装置中发现的接口)、可移记忆体晶片(诸如EPROM或PROM)及相关插槽、存储棒及USB端口、记忆卡及相关记忆体卡槽，及/或任何其他可抽取储存单元及相关接口。在一些实施例中，辅助记忆体510、可抽取储存单元518及/或可抽取储存单元522可包括以上关于湿式工作台结构所描述的一或多个功能。
计算机系统500可进一步包括网络通讯接口524。通讯接口524使计算机系统500能够与远端装置、远端网络、远端实体等的任意组合(由元件符号528单独及共同地表示)进行通讯及交互。例如，通讯接口524可允许计算机系统500经由通讯路径526与远端装置528通讯，该通讯路径526可为有线及/或无线的且可包括LAN、WAN、网际网络等的任意组合。可经由通讯路径526向/自计算机系统500发送数据。
前述实施例中的功能/操作可以各种组态及架构实现。因此，前述实施例中的一些或全部操作(例如，图1中描述的半导体装置制造设备100及图3及图4中描述的方法/制程的功能)可以硬件、软件或两者执行。在一些实施例中，包括其上存储有控制逻辑(软件)的有形计算机可用或可读介质的有形制造设备或制品在本文中亦称为计算机程序产品或程序存储装置。这包括但不限于计算机系统500、主记忆体508、辅助记忆体510及可抽取储存单元518及522，以及体现上述任意组合的有形制造品。当由一或多个数据处理装置(诸如计算机系统500)执行时，此控制逻辑使这些数据处理装置如本文所述进行操作。例如，硬件/设备可以连接至计算机系统500的元件528(远端装置、网络、实体528)或作为计算机系统500的元件528的一部分。
本揭示内容提供一种沉积设备及方法，以提高半导体装置制造制程的产量。沉积设备可包括：用以保持衬底的卡盘及用以在衬底上进行沉积制程的喷头。沉积设备可进一步包括：用以增强衬底的温度均匀性的热分配器、用以对热分配器进行净化的气体洗涤装置及用以监视热分配器表面清洁度的检测模块。在一些实施例中，气体洗涤装置可设置在热分配器的背侧上方，其中喷头可设置在热分配器的前侧上方。沉积设备可进一步包括：用以进行沉积制程的控制器单元。控制器单元可进一步用以通过指示检测模块及气体洗涤装置来执行净化制程以净化热分配器。沉积设备及方法的益处尤其在于，改善了由沉积制程沉积的膜的厚度均匀性，从而提高了在衬底上制造半导体装置的总产量。
在一些实施例中，半导体装置制造设备可包括沉积设备及处理器。沉积设备可包括腔室、用以检测腔室中的杂质的检测模块及用以移除杂质的气体洗涤装置。处理器可用以：(i)自检测模块接收与杂质相关联的杂质特性；(ii)比较杂质特性与基线特性；及(iii)基于杂质特性与基线特性的比较，指示气体洗涤装置向腔室供应净化气体。在一些实施例中，检测模块包含一光纤感测器，用以检测与腔室中的杂质相关联的一温度特征。在一些实施例中，检测模块包含一影像感测器，用以检测与腔室中的杂质相关联的一视觉特征。在一些实施例中，气体洗涤装置包含一开口及耦合至开口的一电浆产生器，其中开口穿过腔室的一侧面形成。在一些实施例中，沉积设备进一步包含容纳于腔室中的卡盘以及设置于卡盘上方的喷头，其中气体洗涤装置设置在卡盘下方。在一些实施例中，沉积设备进一步包含一远端电浆源，其中远端电浆源耦合至喷头及气体洗涤装置。在一些实施例中，沉积设备进一步包含一卡盘，其中卡盘的一第一侧面用以固持一衬底，并且气体洗涤装置设置在卡盘的第二侧面下方，第二侧面与第一侧面是相对的。
在一些实施例中，半导体装置制造设备可包括沉积设备及处理器。沉积设备可包括：用以固持衬底的卡盘、用以控制衬底的温度均匀性的热分配器、用以检测与热分配器上的杂质相关联的特性的检测模块，及用以减少杂质的气体洗涤装置。热分配器可设置在卡盘下方。处理器可用以：(i)自检测模块接收与杂质相关联的特性；(ii)将与杂质相关联的特性与基线特性进行比较；及(iii)基于与杂质相关联的特性与基线特性的比较，指示气体洗涤装置供应净化气体。在一些实施例中，检测模块包含一光纤感测器，用以检测与热分配器上的杂质相关联的一温度特征。在一些实施例中，检测模块包含一影像感测器，用以检测与热分配器上的杂质相关联的一视觉特征。在一些实施例中，气体洗涤装置包含位于卡盘下方的开口以及耦合至开口的远端电浆源。在一些实施例中，沉积设备进一步包含一喷头，喷头设置在卡盘上方且用以提供一处理气体以在衬底上沉积一材料膜。在一些实施例中，沉积设备进一步包含一远端电浆源，其耦合至喷头及气体洗涤装置。在一些实施例中，沉积设备进一步包含一腔室，其用以容纳热分配器，其中检测模块设置在腔室的外部。
在一些实施例中，一种用于半导体装置制造设备的污染处理方法可包括以下步骤：(i)经由沉积设备进行沉积制程以沉积材料膜；(ii)判定与沉积设备上的材料残留物相关联的污染特性；(iii)比较污染特征与基线特性；及(iv)基于该比较，进行净化制程以移除沉积设备上的材料残留物。在一些实施例中，进行净化制程的步骤包含沉积一金属材料。在一些实施例中，判定污染特性的步骤包含收集沉积设备上的材料残留物的一视觉特征。在一些实施例中，判定污染特性的步骤包含量测沉积设备的一热分配器的一或多个温度。在一些实施例中，比较污染特性的步骤包含计算一或多个温度的一平均值以及计算一预定温度阈值与一或多个温度的平均值之间的差值。在一些实施例中，进行净化制程的步骤包含基于比较判定一净化气体的一流动时间以及在一定的流动时间内将净化气体供应至沉积设备。
上文概述了数个实施例的特征，使得熟悉此项技术者可以更好地理解本揭示内容的各态样。熟悉此项技术者应理解，熟悉此项技术者可以容易地将本揭示内容用作设计或修改其他制程及结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的目的及/或实现相同的优点。熟悉此项技术者亦应认识到，这些等效构造不脱离本揭示内容的精神及范畴，并且在不脱离本揭示内容的精神及范畴的情况下，这些等效构造可以进行各种改变、替代及变更。

Claims (10)

1.一种半导体装置制造设备，其特征在于，包含：
一沉积设备，包含：
一腔室；
一检测模块，用以检测该腔室中的多个杂质；及
一气体洗涤装置，用以移除所述多个杂质；及
一处理器，用以：
自该检测模块接收与所述多个杂质相关联的一杂质特性；
比较该杂质特性与一基线特性；及
基于该杂质特性与该基线特性的该比较，指示该气体洗涤装置向该腔室供应一净化气体。
2.根据权利要求1所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该检测模块包含一光纤感测器，用以检测与该腔室中的所述多个杂质相关联的一温度特征。
3.根据权利要求1所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该检测模块包含一影像感测器，用以检测与该腔室中的所述多个杂质相关联的一视觉特征。
4.根据权利要求1所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该气体洗涤装置包含一开口及耦合至该开口的一电浆产生器，其中该开口穿过该腔室的一侧面形成。
5.根据权利要求1所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该沉积设备进一步包含：
一卡盘，容纳于该腔室中；及
一喷头，设置于该卡盘上方；
其中该气体洗涤装置设置在该卡盘下方。
6.根据权利要求5所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该沉积设备进一步包含一远端电浆源，其中该远端电浆源耦合至该喷头及该气体洗涤装置。
7.根据权利要求1所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该沉积设备进一步包含一卡盘，其中该卡盘的一第一侧面用以固持一衬底，并且其中该气体洗涤装置设置在该卡盘的与该第一侧面相对的该第二侧面下方。
8.一种半导体装置制造设备，其特征在于，包含：
一沉积设备，包含：
一卡盘，用以固持一衬底；
一热分配器，用以控制该衬底的一温度均匀性，其中该热分配器设置在该卡盘下方；
一检测模块，用以检测与该热分配器上的一杂质相关联的一特性；及
一气体洗涤装置，用以减少该杂质；及
一处理器，用以：
自该检测模块接收与该杂质相关联的该特性；
比较与该杂质相关联的该特性与一基线特性；及
基于与该杂质相关联的该特性与该基线特性的该比较，指示该气体洗涤装置供应一净化气体。
9.根据权利要求8所述的半导体装置制造设备，其特征在于，该检测模块包含一光纤感测器，用以检测与该热分配器上的该杂质相关联的一温度特征。
10.一种用于半导体装置制造设备的污染处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
经由一沉积设备进行一沉积制程以沉积一材料膜；
判定与该沉积设备上的一材料残留物相关联的一污染特性；
比较该污染特性与一基线特性；及
基于该比较，进行一净化制程以移除该沉积设备上的该材料残留物。
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