CN117497387A - 半导体工艺装置 - Google Patents

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金一宇
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Abstract

半导体工艺装置包括限定内部区域的室壳体和位于内部区域内的多个静电卡盘。室壳体包括窗和光收集单元，光收集单元包括位于窗上的不同的位置处的第一光学系统和第二光学系统。多个第一光学拾取单元连接到第一光学系统，并且多个第二光学拾取单元连接到第二光学系统。传感器包括多个光电检测器，多个光电检测器被配置为将由多个第一光学拾取单元传输的第一光学信号和由多个第二光学拾取单元传输的第二光学信号转换为电信号。处理器被配置为利用由多个光电检测器输出的电信号来生成室壳体的内部区域的空间图像，并且基于空间图像确定室壳体的内部区域中发生电弧的位置。

Description

半导体工艺装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年8月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0095874的优先权，该申请的公开内容以引用方式全部并入本文中。
技术领域
本公开的示例实施例涉及半导体工艺装置。
背景技术
半导体工艺装置可以是用于对诸如晶片的衬底执行各种半导体工艺的室型装置，并且等离子体可以在半导体工艺期间形成在室中。
自由基和离子可以通过供应到半导体工艺装置的电力形成等离子体，并且可以执行诸如沉积和蚀刻的半导体工艺。在执行半导体工艺的同时，可能在等离子体中生成电弧，并且这样的电弧可能损坏晶片，或者可能使形成在晶片上的半导体装置的性能劣化。因此，可能需要在执行半导体工艺的同时用于精确地确定半导体工艺装置中的电弧的方法。
发明内容
本公开的示例实施例提供半导体工艺装置，该半导体工艺装置通过经由将断层扫描技术应用于由多个光学拾取单元经安装在室壳体的窗上的光学系统接收的光学信号而生成室的内部的空间图像，可以精确地确定是否发生电弧以及电弧的位置或定位。
根据本公开的示例实施例，半导体工艺装置包括限定内部区域的室壳体和位于内部区域内的多个静电卡盘。室壳体包括至少一个窗和光收集单元，光收集单元包括安装在至少一个窗上的第一光学系统和第二光学系统。多个第一光学拾取单元连接到第一光学系统，并且多个第二光学拾取单元连接到第二光学系统。传感器包括多个光电检测器，多个光电检测器被配置为将分别由多个第一光学拾取单元传输的第一光学信号和分别由多个第二光学拾取单元传输的第二光学信号转换为电信号。处理器被配置为利用由多个光电检测器输出的电信号来生成用于室壳体的内部区域的空间图像，并且基于空间图像确定室壳体的内部区域中发生的电弧的位置。
根据本公开的示例实施例，半导体工艺装置包括：室壳体，其包括位于室壳体的第一壁的第一表面上的第一窗和位于室壳体的第二壁的第二表面上的第二窗，其中，第一表面与第二表面横断。多个第一光学拾取单元安装在第一窗上，并且被配置为检测通过第一窗从室壳体的内部区域接收的第一光学信号。多个第二光学拾取单元安装在第二窗上，并且被配置为检测通过第二窗从室壳体的内部区域接收的第二光学信号。传感器包括多个第一光电检测器和多个第二光电检测器，多个第一光电检测器被配置为响应于第一光学信号而输出第一电压信号，多个第二光电检测器被配置为响应于第二光学信号而输出第二电压信号。处理器被配置为利用第一电压信号和第二电压信号来生成室壳体的内部区域的空间图像。
根据本公开的示例实施例，半导体工艺装置包括：室壳体，其包括第一壁和第二壁；第一窗，其位于第一壁的表面上，其中，第一窗提供经过第一壁到室壳体的内部区域中的光学入径；以及第二窗，其位于第二壁的表面上，其中，第二窗提供经过第二壁到室壳体的内部区域中的光学入径。第一光学系统安装在第一窗上，并且包括多个第一光学拾取单元，多个第一光学拾取单元被配置为通过第一光学系统从室壳体的内部区域接收光学信号。第二光学系统安装在第二窗上，并且包括多个第二光学拾取单元，多个第二光学拾取单元被配置为通过第二光学系统从室壳体的内部区域接收光学信号。
附图说明
从以下结合附图的详细描述将更加清楚地理解本公开的以上和其它方面、特征和优点，在附图中：
图1是示出根据本公开的示例实施例的包括半导体工艺装置的系统的示图；
图2是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的示图；
图3和图4是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的示图；
图5是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的示图；
图6是示出根据本公开的示例实施例的包括在图5中示出的半导体工艺装置中的光电阵列的示图；
图7、图8、图9和图10是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图；
图11A至图11C、图12A至图12C、图13A至图13C和图14A至图14C是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图；
图15和图16是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图；以及
图17是示出根据本公开的示例实施例的半导体工艺装置的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，如下将参照附图描述本公开的实施例。
图1是示出根据示例实施例的包括半导体工艺装置的系统的示图。
参照图1，根据示例实施例的半导体工艺系统10可以包括晶片传送装置30、装载锁定室40、传送室50和多个工艺室60。例如，晶片传送装置30可以通过其中设置有半导体工艺系统10的生产线内的诸如前开式晶圆传送盒(FOUP)20的容器接收晶片。晶片传送装置30可以将通过FOUP 20接收的晶片传送到装载锁定室40，或者可以从装载锁定室40接收在工艺室60中完成半导体工艺并且可以存储在FOUP 20中的晶片。
晶片传送装置30可以包括：晶片传送机器人31，其具有用于保持晶片的臂；轨道单元32，其用于移动晶片传送机器人31；以及对准器33，其用于将晶片对准。假设晶片从FOUP20传送到装载锁定室40，则晶片传送机器人31可以取出容纳在FOUP 20中的晶片，并且可以将晶片放置在对准器33上。对准器33可以将晶片旋转，并且可以在一个预定方向上将晶片对准。当对准器33完成晶片对准时，晶片传送机器人31可以将晶片从对准器33取出，并且可以将晶片移动到装载锁定室40。
装载锁定室40可以连接到晶片传送装置30，并且可以包括装载室41和卸载室42，被带入工艺室60中的晶片可以暂时停留在装载室41中以执行半导体工艺，已经经历该工艺并且从室60卸载的晶片可以暂时停留在卸载室42中。当将在对准器33中对准的晶片装载到装载室41中时，装载室41的内部区域被减压，使得可以防止外部污染物进入。
装载锁定室40可以连接到传送室50，并且多个工艺室60可以连接在传送室50周围。用于在装载锁定室40与多个工艺室60之间传送晶片的晶片传送机器人51可以设置在传送室50中。晶片传送装置30的晶片传送机器人31可以被称为第一晶片传送机器人，传送室50的晶片传送机器人51可以被称为第二晶片传送机器人。
多个工艺室60中的每一个可以对晶片执行半导体工艺。例如，由多个工艺室60执行的半导体工艺可以包括沉积工艺、蚀刻工艺、曝光工艺、退火工艺、抛光工艺、离子注入工艺等。根据要执行的半导体工艺，可以在多个工艺室60中的至少一个中形成等离子体以执行半导体工艺。
例如，在处于形成等离子体的状态下执行半导体工艺的同时，可能在工艺室60中生成电弧。电弧可能是无意生成的异常电弧。当在半导体工艺期间发生电弧时，可能发生对诸如晶片的半导体衬底的损坏，或者通过半导体工艺形成的半导体装置的性能可能偏离期望的范围。因此，用于确定是否已经发生电弧的功能可以在工艺室60中实施。
最近，已经提出多工位(multi-station)工艺室60，在多工位工艺室60中，多个晶片可以插入工艺室60中，多个晶片可以放置在工艺室60中的多个静电卡盘上，并且同时执行半导体工艺。在多工位工艺室60中，确定电弧的位置以及确定是否已经发生电弧可能是重要的。例如，当在工艺室60中同时执行用于第一晶片和第二晶片的半导体工艺时，根据发生电弧的位置，第一晶片和第二晶片中受到的影响可能改变。
可以通过检测供应到工艺室60的偏置电力的电压和/或电流来确定是否已经发生电弧，但是通过该方法可能难以确定已经发生电弧的位置。在示例实施例中，用于通过包括在工艺室60中的窗从工艺室60的内部区域接收光学信号的光学拾取单元可以安装在工艺室60上。由光学拾取单元接收的光学信号可以通过光电检测器被转换为电信号，并且处理器可以利用电信号来确定是否已经发生电弧以及已经发生电弧的位置。因此，可以详细地分析工艺室60中生成的电弧对晶片的影响，并且可以改善半导体工艺的良率。
图2是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的示图。
参照图2，根据示例实施例的半导体工艺装置100可以被配置为用于利用等离子体执行半导体工艺的装置。半导体工艺装置100可以包括室壳体101、静电卡盘110和120、卡盘电压供应单元104和105、电源单元106和107、以及气体供应单元108。
静电卡盘110和120、第一偏置电极130、第二偏置电极140以及气体流动路径可以安装在室壳体101中的内部空间中。对其执行半导体工艺的半导体衬底(诸如以晶片W1和W2为例)可以安置在静电卡盘110和120上。在根据图2中示出的示例实施例的半导体工艺装置100中，第一静电卡盘110和第二静电卡盘120可以设置在室壳体101中。
第一静电卡盘110可以包括静电卡盘主体111、位于静电卡盘主体111中的卡盘电极112、以及突出部113。第二静电卡盘120也可以包括静电卡盘主体121、卡盘电极122和突出部123。在第一静电卡盘110和第二静电卡盘120中的每一个中，第一晶片W1和第二晶片W2可以安置在突出部113和123上，并且突出部113和123之间的空间可以填充有用于冷却晶片W1和W2的氦气。
在示例实施例中，第一晶片W1可以通过从由第一卡盘电压供应单元105供应到第一静电卡盘110的卡盘电极112的电压生成的冷却力被固定到静电卡盘110，并且相似地，第二晶片W2可以通过从第二卡盘电压供应单元104供应到第二静电卡盘120的卡盘电极122的电压被固定到第二静电卡盘120。例如，卡盘电压供应单元104和105可以输出具有几百至几千伏特的电平的恒定电压。
为了执行半导体工艺，气体供应单元108可以通过气体流动路径使反应气体流入室壳体101中。第一电源单元106可以将第一RF电源供应到设置在静电卡盘110和120下方的第一偏置电极130，并且第二电源单元107可以将第二RF电源供应到设置在静电卡盘110和120上方的第二偏置电极140。第一电源单元106和第二电源单元107中的每一个可以包括用于供应偏置电力的RF电源以及匹配网络。
可以在晶片W1和W2上通过第一RF电力和第二RF电力生成包括反应气体的离子、自由基和电子的等离子体，并且反应气体可以被等离子体激活，使得反应性可以提高。例如，当半导体工艺装置100是蚀刻装置时，反应气体的离子、自由基和电子可以通过由第一电源单元106供应到第一偏置电极130的第一RF电力加速到晶片W1和W2。可以通过反应气体的离子、自由基和电子来干法蚀刻形成在晶片W1和W2上的层或结构的至少一部分或者晶片W1和W2。
在形成等离子体并且执行半导体工艺的同时，可能在室壳体101中生成电弧。当发生电弧时，反应气体的离子、自由基和电子可能被控制在不期望的方向上，使得晶片W1和W2可能受到损坏，或者通过半导体工艺要形成在晶片W1和W2上的半导体装置的性能可能变得不同。
在示例实施例中，可以确定在半导体工艺期间是否发生电弧以及电弧发生在影响第一晶片W1和第二晶片W2之中的哪个晶片的位置中。例如，当在半导体工艺期间生成电弧时，可能由于电弧而观察到光。可以通过设置在室壳体101中的窗102和103观察到由于电弧而导致的光，但是通过窗102和103连续地观察室壳体101的内部区域以确定是否已经发生电弧以及电弧的位置可能是低效的。
在示例实施例中，光学系统和光学拾取单元可以安装在窗102和103中的至少一个上，光学拾取单元可以连接到光电检测器。当在室壳体101中发生电弧时，光学拾取单元可以接收由电弧生成的光学信号，并且可以将该信号传输到光电检测器。光电检测器中的每一个可以将光学信号转换为电信号。例如，电信号可以是电压信号。
连接到光电检测器的处理器可以参考电信号的电平来确定是否已经发生电弧。当根据电信号的电平确定在室壳体101中已经发生电弧时，处理器可以利用通过数字化地转换电信号而获得的原始数据来生成室壳体101的内部区域的空间图像。因此，处理器可以精确地确定是否已经发生电弧以及已经发生电弧的位置，并且通过基于该确定控制半导体工艺，可以改善半导体工艺的良率。
图3和图4是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的示图。
参照图3，根据示例实施例的半导体工艺装置200可以包括室210、传感器220、处理器230和服务器240。室210可以包括多个窗201-204以及多个静电卡盘211-214。作为半导体工艺的目标的晶片W1-W4可以分别安置在多个静电卡盘211-214上，并且等离子体205可以在执行半导体工艺的同时形成在多个静电卡盘211-214上。
传感器220可以通过多个窗201-204从室210的内部区域接收光学信号。例如，用于收集室210中的光学信号的光学系统可以安装在多个窗201-204中的每一个中。光学系统可以包括多个透镜，并且可以被配置为具有预定光圈值。光学系统可以被多个光学拾取单元共享，并且多个光学拾取单元中的每一个可以被实施为光导。多个光学拾取单元可以通过多个光纤连接到包括在传感器220中的多个光电检测器。例如，传感器220中的多个光电检测器可以以阵列形式设置。
包括在传感器220中的多个光电检测器可以将光学信号转换为电信号，并且可以将转换出的电信号输出到处理器230。例如，由多个光电检测器输出的电信号可以是电压信号，并且处理器230的模数转换器(ADC)231可以将电信号转换为作为数字信号的原始数据。逻辑电路232可以利用由模数转换器231输出的原始数据来确定在室210中是否已经发生电弧以及电弧的位置。
作为示例，逻辑电路232可以通过应用断层扫描技术来获得室210的内部区域的空间图像。安装在多个窗201-204上的光学系统以及多个光学拾取单元可以被安装为从室210中的其中形成有等离子体205的空间接收光学信号。逻辑电路232可以通过将断层扫描技术应用于与由多个光学拾取单元接收的光学信号对应的原始数据来生成其中形成有等离子体205的空间的空间图像。
然而，为了减少逻辑电路232的计算负担，当确定在等离子体205中已经发生电弧时，逻辑电路232可以仅生成空间图像。逻辑电路232可以首先利用原始数据或由传感器220输出的电信号来确定是否已经发生电弧。例如，逻辑电路232可以通过将电信号的电压电平与预定的参考电平进行比较或者将电信号的电平变化与预定参考范围进行比较来确定是否已经发生电弧。
当确定已经发生电弧时，逻辑电路232可以利用原始数据来生成空间图像，并且可以基于空间图像确定已经发生电弧的位置。例如，当在等离子体205中生成电弧时，可以在生成电弧的空间中瞬间生成非常亮的电弧光信号。因此，安装在多个窗201-204上的多个光学拾取单元的一部分可以感测电弧光信号，并且可以将与其它光学拾取单元显著不同的光学信号传输到传感器220。在由处理器230形成的空间图像中，可以显示生成电弧光信号的位置，并且可以与是否已经发生电弧一起确定在室210中已经发生电弧的位置。因此，可以从多个晶片W1-W4之中确定受电弧影响极大的晶片，并且可以因此应用后续测量。
发生电弧的时间点和在该时间点生成的空间图像可以存储在服务器240中。服务器240可以存储已经生成电弧的时间点和已经生成电弧的位置以及在对应的时间点输入以控制室210的控制参数。存储在服务器240中的数据可以用于控制室210减少电弧或者控制另一室。
如参照图3所述，在示例实施例中，可以通过收集室210中的光学信号(而不是使用通过检测供应到室210中的偏置电极的RF电力的电压、电流和功率确定电弧的方法)，来确定是否已经发生电弧和电弧的位置。因此，与通过检测RF电力的电压、电流和功率变化确定电弧的方法相比，可以感测到具有小的强度的电弧，从而改善电弧感测操作的精度。
参照图4，根据示例实施例的半导体工艺系统300可以包括多个室301-303、传感器310和处理器320。多个室301-303可以设置在工艺线中，并且可以在多个室301-303中执行相同或不同的半导体工艺。
至少一个窗CW可以设置在多个室301-303中的每一个中，多个光学拾取单元OP可以安装在窗CW上。如上所述，多个光学拾取单元OP可以通过光学系统安装在窗CW上，可以收集室301-303的内部空间中的光学信号，并且可以将光学信号传输到传感器310。
传感器310可以包括多个光电阵列311-313，并且例如，多个光电阵列311-313可以与多个室301-303对应。传感器310和处理器320可以安装在与安装半导体工艺系统300的工艺线中的多个室301-303的位置不同的位置中。例如，传感器310的多个光电阵列311-313可以通过光纤LF连接到多个室301-303。
第一光电阵列311可以通过光纤LF从第一室301的光学拾取单元OP接收第一室301的内部空间的光学信号，第二光电阵列312可以通过光纤LF从第二室302的光学拾取单元OP接收第二室302的内部空间中的光学信号。第N光电阵列313可以通过光纤LF从第N室303的光学拾取单元OP接收第N室303的内部空间中的光学信号。
多个光电阵列311-313中的每一个可以包括多个光电检测器，并且例如，多个光电阵列311-313中的每一个中的多个光电检测器的数量可以与连接到多个光电阵列311-313的光纤LF的数量相同。多个光电检测器可以在多个光电阵列311-313中的每一个中以阵列形式设置，并且可以将从光纤LF接收的光学信号转换为电信号，并且可以将转换出的电信号输出到处理器320。
处理器320可以利用电信号确定在多个室301-303中的每一个中是否生成电弧。例如，当从连接到第一室301的第一光电阵列311接收的电信号的电压的电平被检测为等于或大于参考电平时，处理器320可以确定在第一室301中已经发生电弧。处理器320可以将由第一光电阵列311输出的电信号转换为原始数据，并且可以利用该数据形成第一室301的内部区域的空间图像，从而确定在第一室301中已经发生电弧的位置。
图5是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的示图。图6是示出根据示例实施例的包括在图5中示出的半导体工艺装置中的光电阵列的示图。
首先参照图5，根据示例实施例的半导体工艺装置400可以包括光收集单元410、传感器420和处理器430。光收集单元410可以包括：光学系统411，其附着到室的窗以收集执行半导体工艺的室中的光学信号；多个光学拾取单元413，其连接到光学系统411；以及光纤415。
光学系统411可以包括开口和多个透镜以具有预定广角，并且可以连接到多个光学拾取单元413。多个光学拾取单元413中的每一个可以用作光导，并且可以通过多个光纤415连接到包括在传感器420中的多个光电检测器421。参照图5，光学信号可以被多个光纤415中的每一个全反射，并且可以被传输到多个光电检测器421中的每一个。
如图5中所示，多个光纤415可以具有与多个光学拾取单元413不同的柔性性能。因此，与直接安装在室的窗上的光学系统411和多个光学拾取单元413不同，传感器420可以设置在与工艺线中的室的位置不同的位置中，并且可以通过多个光纤415连接到多个光学拾取单元413。
多个光电检测器421中的每一个可以将通过多个光纤415接收的光学信号转换为电压信号，并且可以将转换出的电压信号提供到处理器430。处理器430的模数转换器431可以通过数字化地转换电压信号来生成原始数据，逻辑电路433可以生成表示光学系统411的广角可以覆盖的空间的空间图像。
参照图5，多个光学拾取单元413可以共同连接到光学系统411，并且可以具有不同的视线区域。光学系统411的视场和被光学系统411覆盖的空间的面积可以由多个光学拾取单元413的视线区域之和来确定。因此，如果需要，可以通过改变多个光学拾取单元413的视线区域来改变光学系统411的广角，并且可以调整与由处理器430生成的空间图像对应的空间的面积。例如，通过调整多个光学拾取单元413中的每一个的长度，可以改变多个光学拾取单元413的视线区域，并且可以由此调整光学系统411的视场。
之后，参照图6，根据示例实施例的传感器420可以包括沿着与X轴方向对应的多个行和与Y轴方向对应的多个列以阵列形式设置的多个光电检测器421。根据图6中示出的示例实施例的传感器420可以连接到安装在多个室中的多个光学拾取单元。
例如，沿着多个行中的一个设置的光电检测器421可以连接到参照图5描述的前述示例实施例中的光收集单元410。根据图6中示出的示例实施例的传感器420可以连接到安装在单个室中的不同的位置中的多个光收集单元410。例如，传感器420可以连接到安装在一个室中的四个不同的位置中的四个光收集单元410，并且四个光收集单元410可以连接到沿着四个行布置的光电检测器421。
假设第一光收集单元至第四光收集单元设置在一个室中，则第一光收集单元的第一光学拾取单元可以连接到设置在第一行中的多个第一光电检测器。第二光收集单元的第二光学拾取单元可以连接到设置在第二行中的多个第二光电检测器，并且第三光收集单元的第三光学拾取单元可以连接到设置在第三行中的多个第三光电检测器。第四光收集单元的第四光学拾取单元可以连接到设置在第四行中的多个第四光电检测器。包括在传感器420中的多个光电检测器421的数量及其布置可以根据设置在室中的光收集单元的数量而改变。
在示例实施例中，根据图6中示出的示例实施例的传感器420可以连接到多个室。例如，传感器420可以连接到安装在四个室中的多个光学拾取单元，并且处理器430可以以行为单位选择设置在传感器420中的多个光电检测器421，并且可以确定在多个室中的每一个中是否生成电弧以及生成电弧的位置。在此情况下，光收集器可以设置在四个室中的每一个中。
可替换地，两个光收集单元可以安装在两个室中的每一个中，并且这两个室可以连接到传感器420。例如，第一行和第二行中的光电检测器可以分别连接到设置在第一室中的两个光收集单元，并且第三行和第四行中的光电检测器可以分别连接到设置在第二室中的两个光收集单元。然而，将传感器420和室连接的方法不限于上述示例实施例，并且多个光电检测器421与多个室之间的关系可以被改变。
图7至图10是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图。
参照图7，在根据示例实施例的半导体工艺装置500中，多个静电卡盘501-504可以设置在室中，并且窗506可以设置在室壳体的壁的一个表面上，并且提供经过壁到室壳体的内部区域中的光学入径。具有预定广角θ的光学系统510可以安装在窗506上。在执行半导体工艺的同时，等离子体505可以形成在多个静电卡盘501-504上。如上所述，可以由输入到设置在室中的多个静电卡盘501-504上部和下部中的偏置电极的RF电力来形成等离子体505。
在形成等离子体505并且执行半导体工艺的同时，覆盖区域515的光学信号可以进入光学系统510。光学系统510可以连接到在不同的方向上具有视线区域的多个光学拾取单元，并且因此，覆盖区域515的光学信号可以根据行进方向被散布到多个光学拾取单元。
通过多个光学拾取单元的光学信号可以通过多个光纤被传输到多个光电检测器，并且多个光电检测器中的每一个可以输出与光学信号对应的电信号。处理器可以利用电信号来确定是否已经发生电弧以及已经发生电弧的位置。
在图7中示出的示例实施例中，光学系统510可以仅安装在设置在室的壁的一个表面上的一个窗上。因此，为了使处理器利用断层扫描技术生成用于确定电弧位置的空间图像，可能需要对其中形成有等离子体505的区域中生成的光学信号的分布的预定假设。
之后，参照图8，根据示例实施例的半导体工艺装置500A可以包括其中设置有多个静电卡盘501A-504A的室。第一窗506A和第二窗507A可以设置在室壳体的壁的一个表面上。具有第一广角θ1的第一光学系统510A可以安装在第一窗506A上，并且具有第二广角θ2的第二光学系统520A可以安装在第二窗507A上。当执行半导体工艺时，等离子体505可以形成在多个静电卡盘501A-504A上。第一广角θ1与第二广角θ2之间的关系不限于任何具体示例，并且第一广角θ1和第二广角θ2可以相同或不同。
当形成等离子体505并且执行半导体工艺时，第一覆盖区域515A的第一光学信号可以进入第一光学系统510A，并且第二覆盖区域525A的第二光学信号可以进入第二光学系统520A。第一光学系统510A和第二光学系统520A中的每一个可以连接到在不同的方向上具有视线区域的多个光学拾取单元。例如，连接到第一光学系统510A的多个第一光学拾取单元的数量可以与连接到第二光学系统520A的多个第二光学拾取单元的数量相同。
通过多个第一光学拾取单元的第一光学信号可以通过多个第一光纤被传输到多个第一光电检测器，并且通过多个第二光学拾取单元的第二光学信号可以通过多个第二光纤被传输到多个第二光电检测器。多个第一光电检测器和多个第二光电检测器可以将与第一光学信号和第二光学信号对应的第一电信号和第二电信号输出到处理器。处理器可以利用第一电信号和第二电信号来确定在等离子体505中是否生成电弧以及生成电弧的位置。
例如，当由多个第一光电检测器中的至少一个输出的第一电信号增大到预定的参考电平之上时，处理器可以确定已经在第一静电卡盘501A和/或第二静电卡盘502A上方发生电弧。处理器可以利用第一电信号来配置表示第一覆盖区域515A的空间图像，并且可以利用空间图像来确定已经发生电弧的位置。
之后，参照图9，根据示例实施例的半导体工艺装置500B可以包括其中设置有多个静电卡盘501B-504B的室。第一窗506B可以设置在室壳体的第一壁的第一表面上，并且提供经过第一壁到室壳体的内部区域中的光学入径，并且第二窗507B可以设置在与第一壁不同的第二壁的第二表面上，并且提供经过第二壁到室壳体的内部区域中的光学入径。在图9中的示例实施例中，第一表面和第二表面可以在不同的方向上延伸，并且可以彼此相交(即，彼此横断)。等离子体505可以在执行半导体工艺的同时形成在多个静电卡盘501B-504B上。
具有第一广角θ1的第一光学系统510B可以安装在第一窗506B上，并且具有第二广角θ2的第二光学系统520B可以安装在第二窗507B上。当形成等离子体505并且执行半导体工艺时，第一覆盖区域515B的第一光学信号可以进入第一光学系统510B，并且第二覆盖区域525B的第二光学信号可以进入第二光学系统520B。第一光学系统510B和第二光学系统520B中的每一个可以连接到在不同的方向上具有视线区域的多个光学拾取单元。
通过多个第一光学拾取单元的第一光学信号可以通过多个第一光纤被传输到多个第一光电检测器，并且通过多个第二光学拾取单元的第二光学信号可以通过多个第二光纤被传输到多个第二光电检测器。多个第一光电检测器和多个第二光电检测器可以将与第一光学信号和第二光学信号对应的第一电信号和第二电信号输出到处理器。处理器可以利用第一电信号和第二电信号生成电弧来确定在等离子体505中是否生成电弧以及生成电弧的位置。
在图9中的示例实施例中，当在等离子体505的特定位置中发生电弧时，由多个第一光电检测器中的至少一个输出的第一电信号的电平和由多个第二光电检测器中的至少一个输出的第二电信号的电平可以被同时检测为高于参考电平。处理器可以利用第一电信号和第二电信号来配置表示室中的空间的空间图像，并且可以利用空间图像来确定发生电弧的位置。在图9中示出的示例实施例中，第一光学系统510B和第二光学系统520B可以分别安装在分别在不同的方向上的第一壁和第二壁的第一表面和第二表面上，并且因此，在没有如参照图7描述的前述示例实施例中的假设情况下，处理器可以利用断层扫描技术来生成空间图像。
参照图10，在根据示例实施例的半导体工艺装置500C中，多个静电卡盘501C-504C可以设置在室中，并且多个窗506C-509C可以设置在室壳体中。在图10中的示例实施例中，第一窗506C和第二窗507C可以设置在室壳体的第一壁的第一表面上，并且第三窗508C和第四窗509C可以在与第一表面不同的方向上设置在第二壁的第二表面上。多个窗506C-509C提供分别经过壁到室壳体的内部区域中的光学入径。当执行半导体工艺时，等离子体505可以形成在多个静电卡盘501C-504C上。
具有第一广角θ1的第一光学系统510C可以安装在第一窗506C上，并且具有第二广角θ2的第二光学系统520C可以安装在第二窗507C上。具有第三广角θ3的第三光学系统530C可以被安装到第三窗508C，并且具有第四广角θ4的第四光学系统540C可以被安装到第四窗509C。第一覆盖区域515C的第一光学信号可以进入第一光学系统510C，并且第二覆盖区域525C的第二光学信号可以进入第二光学系统520C。第三覆盖区域535C的第一光学信号可以进入第三光学系统530C，并且第四覆盖区域545C的第二光学信号可以进入第四光学系统540C。第一光学系统510C至第四光学系统540C可以分别连接到在不同的方向上具有视线区域的多个光学拾取单元。
第一光学信号可以通过多个第一光纤被传输到多个第一光电检测器，并且第二光学信号可以通过多个第二光纤被传输到多个第二光电检测器。第三光学信号可以通过多个第三光纤被传输到多个第三光电检测器，并且第四光学信号可以通过多个第四光纤被传输到多个第四光电检测器。多个第一光电检测器至第四光电检测器可以将与第一光学信号至第四光学信号对应的第一电信号至第四电信号输出到处理器，并且处理器可以利用第一电信号至第四电信号来确定是否已经发生电弧以及在室的内部区域中发生电弧的位置。
例如，当在第一静电卡盘501C上发生电弧时，由多个第一光电检测器中的至少一个输出的第一电信号的电平和由多个第三光电检测器中的至少一个输出的第三电信号的电平可以被同时检测为等于或高于参考电平。当在第四静电卡盘504C上发生电弧时，由多个第二光电检测器中的至少一个输出的第二电信号的电平和由多个第四光电检测器中的至少一个输出的第四电信号的电平可以被同时检测为在参考电平之上。
除了如上所述的识别其中检测到参考电平之上的电信号的光电检测器的方法之外，处理器还可以将第一电信号至第四电信号转换为原始数据，并且可以基于该数据形成表示室中的空间的空间图像，从而精确地确定电弧的位置。例如，当由多个第一光电检测器至第四光电检测器中的至少一个输出的电信号的电平被检测为等于或高于参考电平时，处理器可以将第一电信号至第四电信号转换为原始数据，并且可以基于第一电信号至第四电信号形成空间图像。
可替换地，在示例实施例中，可以通过仅将在参考电平之上检测到的电信号转换为原始数据来生成仅表示室中的空间的一部分的空间图像。例如，当由多个第一光电检测器中的至少一个输出的第一电信号的电平和由多个第四光电检测器中的至少一个输出的第四电信号的电平被同时检测为等于或高于参考电平时，处理器可以选择第一电信号和第四电信号，并且可以将这些信号转换为原始数据，并且可以基于所选择的第一电信号和第四电信号形成空间图像。空间图像可以表示限定在第二静电卡盘502C上方的空间。
图11A至图11C、图12A至图12C、图13A至图13C和图14A至图14C是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图。
图11A至图11C、图12A至图12C、图13A至图13C和图14A至图14C示出指示由连接到室的第一光电检测器至第三光电检测器输出的第一电压信号至第三电压信号在预定时段内的变化的曲线图。例如，第一光电检测器至第三光电检测器可以共享一个光学系统，可以通过光学系统在不同的视线区域中接收光学信号，并且可以将这些信号转换为电压信号。
当在室中形成等离子体并且执行半导体工艺时，由第一光电检测器至第三光电检测器输出的第一电压信号至第三电压信号中的每一个可以在预定正常范围ΔNR内增大和减小。换言之，属于正常范围ΔNR的电压信号的电平的变化可以不被识别为在室中发生的电弧。
在图11A至图11C中示出的曲线图中，第一电压信号至第三电压信号的电平可能在特定时间点在大于正常范围ΔNR的异常范围ΔAR中变化。因此，接收第一电压信号至第三电压信号的处理器可以确定在对应的时间点在室中已经发生电弧。处理器可以在当确定已经发生电弧时的时间将所接收的第一电压信号至第三电压信号转换为原始数据，并且可以利用转换出的原始数据在室中形成空间图像，从而确定电弧的位置。
在参照图12A至图12C描述的示例实施例中，在室中形成等离子体并且执行半导体工艺的同时，由第一光电检测器至第三光电检测器输出的第一电压信号至第三电压信号中的每一个可以仅在正常范围ΔNR内增大和减小。因此，处理器可以确定在执行半导体工艺的同时尚未在室中发生电弧。
在参照图13A至图13C描述的示例实施例中，在室中形成等离子体并且执行半导体工艺的同时，由第一光电检测器至第三光电检测器输出的第一电压信号至第三电压信号中的每一个可能在预定时段ΔT内增大至超过正常范围ΔNR的电平。然而，与参照图11A至图11C描述的示例实施例相比，第一电压信号至第三电压信号中的每一个具有超过正常范围ΔNR的电平的时段ΔT的长度可能相对长。
当在室中发生无意的电弧时，如在图11A至图11C中示出的，第一电压信号至第三电压信号可能在相对短的时段内具有超过正常范围ΔNR的电平。因此，如图13A至图13C中示出的，当第一电压信号至第三电压信号在相对长的时段ΔT内具有超过正常范围ΔNR的电平时，处理器可以确定在室中发生除电弧之外的异常状态。
在参照图14A至图14C描述的示例实施例中，当在室中形成等离子体并且执行半导体工艺时，仅第一电压信号可能在特定时间点增大至超过正常范围ΔNR的电平。参照图14B和图14C，第二电压信号和第三电压信号可以具有属于正常范围ΔNR的电平，并且如图14A中示出的，仅第一电压信号可以增大至超过正常范围ΔNR的电平。
即使当如上所述的仅由光电检测器的一部分输出的电压信号超过正常范围ΔNR时，处理器也可以确定在室中已经发生电弧。处理器可以在对应的时间点将电压信号转换为原始数据，并且可以基于转换出的原始数据生成空间图像，从而确定生成电弧的位置。
图15和图16是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的操作的示图。
图15和图16可以是示出由根据示例实施例的半导体工艺装置中的处理器生成的空间图像600和610的示图。在示例实施例中，参照图15和图16描述的空间图像600和610可以从根据参照图7至图10描述的示例实施例的半导体工艺装置500、500A、500B和500C之一生成。图15和图16中示出的空间图像600和610中的每一个可以包括第一区域至第四区域601-604和611-614，并且第一区域至第四区域601-604、611-614可以与设置在室中的第一静电卡盘至第四静电卡盘对应。
图15中示出的第一空间图像600可以是在第一时间点由处理器生成的图像。可以在第一时间点在室中的第三静电卡盘上发生电弧。因此，如第一空间图像600中示出的，与最大电压信号对应的峰数据可以出现在第一区域601至第四区域604的第三区域603中。处理器可以基于第一空间图像600确定在与第三静电卡盘相邻的空间中已经发生电弧。
图16中示出的第二空间图像610可以是在与第一时间点不同的第二时间点由处理器生成的图像。可以在第二时间点在室中的第二静电卡盘和第三静电卡盘上同时发生电弧。因此，如第二空间图像610中示出的，可以在第一区域611至第四区域614中的第二区域612和第三区域613中生成与最大电压信号对应的峰数据。处理器可以基于第二空间图像610确定在与第二静电卡盘和第三静电卡盘相邻的空间中已经发生电弧。
在参照图15和图16描述的示例实施例中，处理器可以从多个光电检测器接收与进入安装在室中的光学系统的光学信号对应的电信号，可以监测电信号的电平变化，并且可以指定预估已经发生电弧的时间。当指定已经发生电弧时，处理器可以通过生成空间图像来确定发生电弧的位置。例如，处理器可以不是连续地生成空间图像，并且可以仅在包括确认电弧的时间点的部分时段中生成空间图像。
因此，处理器可以生成指示室的内部区域在包括发生电弧的时间的时段内的状态的多个空间图像，并且可以基于所生成的空间图像分析电弧的生成图案。为了同时生成发生电弧的时间点之前的时间点的空间图像，处理器可以将连续接收的电信号的一部分存储在内部存储器和/或外部存储器中。然而，在示例实施例中，处理器可以每当从光电检测器接收电信号时生成空间图像，而无需确定发生电弧的时间点。
图17是示出根据示例实施例的半导体工艺装置的操作的流程图。
参照图17，根据示例实施例的半导体工艺装置的操作可以开始于输入晶片(S10)。可以在其中设置有半导体工艺装置的工艺线中的诸如FOUP的容器中传送晶片，并且晶片传送机器人可以将晶片从FOUP取出，并且可以将晶片放入半导体工艺装置中。可以在设置在半导体工艺装置的室中的静电卡盘上安置放入的晶片。
当晶片安置在静电卡盘上时，RF电力可以被供应到室中的偏置电极，反应气体可以流入并且半导体工艺可以开始(S20)。在执行半导体工艺的同时，可以在静电卡盘上形成等离子体。在执行半导体工艺的同时，光学信号可以通过安装在室的窗上的光学系统被传输到光电检测器，并且光电检测器可以将光学信号转换为电压信号。连接到光电检测器的处理器可以获得电压信号(S30)。
处理器可以确定电压信号的电平是否增大至参考电平之上(S40)。例如，考虑到在执行半导体工艺的同时的室的环境，处理器可以不将电压信号的电平在预定的正常范围内波动确定为异常的。换言之，参考电平可以被确定为超过正常范围的电平。
参考电平可以被确定为大于正常范围的绝对值，或者可以被确定为正常范围的预定比率。例如，参考电平可以被确定为诸如1.5V或2.0V的绝对值。可替换地，参考电平可以被确定为与正常范围的比率，诸如正常范围中的电压信号的最大电平的1.5倍或2倍。
当电压信号的电平没有增大至参考电平之上作为工艺S40中的确定结果时，处理器可以继续从光电检测器接收电压信号而无需任何特定操作。当电压信号的电平增大至高于参考电平作为工艺S40中的确定结果时，处理器可以通过数字化地转换电压信号来获得原始数据，并且可以基于该数据形成室的内部区域的空间图像(S50)。
例如，空间图像可以被配置为如上参照图15和图16描述的。在空间图像中，由于电弧而导致的峰数据可以出现在与室中的空间对应的平面上，并且因此，处理器可以基于空间图像确定发生电弧的位置，并且可以确定受电弧影响的晶片(S60)。
根据前述示例实施例，多个光学拾取单元可以通过安装在室壳体的窗上的光学系统接收光学信号，并且光学信号可以通过多个光电检测器被转换为电信号。连接到多个光电检测器的处理器可以基于电信号的电平的变化确定在室壳体中是否已经发生电弧，并且可以通过将断层扫描技术应用于电信号来生成室壳体的内部区域的空间图像，使得可以精确地确定发生电弧的位置。因此，可以指定受电弧极大影响的晶片和面积，并且可以改善半导体工艺的良率。
尽管以上已经示出并描述示例实施例，但是本领域技术人员将清楚，在不脱离所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以做出修改和改变。

Claims (20)

1.一种半导体工艺装置，包括：
室壳体，其限定内部区域，并且多个静电卡盘位于所述内部区域内，并且其中，所述室壳体包括至少一个窗；
光收集单元，其包括安装在所述至少一个窗上的第一光学系统和第二光学系统、连接到所述第一光学系统的多个第一光学拾取单元、以及连接到所述第二光学系统的多个第二光学拾取单元；
传感器，其包括多个光电检测器，所述多个光电检测器被配置为将分别由所述多个第一光学拾取单元传输的第一光学信号和分别由所述多个第二光学拾取单元传输的第二光学信号转换为电信号；以及
处理器，其被配置为利用由所述多个光电检测器输出的电信号来生成用于所述室壳体的内部区域的空间图像，并且基于所述空间图像确定所述室壳体的内部区域中发生电弧的位置。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，其中，所述光收集单元还包括将所述多个光电检测器连接到所述多个第一光学拾取单元和所述多个第二光学拾取单元的多个光纤。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，
其中，所述至少一个窗包括位于所述室壳体上的不同的位置处的第一窗和第二窗，并且其中，所述第一光学系统安装在所述第一窗上，并且所述第二光学系统安装在所述第二窗上。
4.根据权利要求3所述的半导体工艺装置，
其中，所述第一窗位于所述室壳体的第一壁的第一表面上，并且提供经过所述第一壁到所述室壳体的内部区域中的光学入径，并且所述第二窗位于所述室壳体的第二壁的第二表面上，并且提供经过所述第二壁到所述室壳体的内部区域中的光学入径，并且
其中，所述第一表面和所述第二表面彼此横断。
5.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，
其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统中的每一个包括预定光圈值，并且
其中，所述多个第一光学拾取单元通过所述第一光学系统的光圈收集所述第一光学信号，并且所述多个第二光学拾取单元通过所述第二光学系统的光圈收集所述第二光学信号。
6.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，其中，所述第一光学系统的第一视场包括所述多个第一光学拾取单元的视场之和，并且所述第二光学系统的第二视场包括所述多个第二光学拾取单元的视场之和。
7.根据权利要求6所述的半导体工艺装置，其中，所述第一光学系统的第一视场和所述第二光学系统的第二视场相同。
8.根据权利要求6所述的半导体工艺装置，其中，所述第一视场由所述多个第一光学拾取单元中的每一个的长度之和来确定，并且所述第二视场由所述多个第二光学拾取单元中的每一个的长度之和来确定。
9.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，其中，当由所述多个光电检测器中的至少一个输出的电信号增大至预定的参考电平之上时，所述处理器被配置为确定在所述室壳体的内部区域中已经发生电弧。
10.根据权利要求9所述的半导体工艺装置，其中，当由所述多个光电检测器中的所述至少一个输出的所述电信号在预定时段内增大至所述参考电平之上以及减小至所述参考电平之下时，所述处理器被配置为确定在所述室壳体的内部区域中已经发生电弧。
11.根据权利要求9所述的半导体工艺装置，其中，当由所述多个光电检测器中的所述至少一个输出的所述电信号在预定的正常范围内增大预定比率或更多时，所述处理器被配置为确定在所述室壳体的内部区域中已经发生电弧。
12.根据权利要求1所述的半导体工艺装置，其中，当确定在所述室壳体的内部区域中已经发生电弧时，所述处理器被配置为通过断层扫描方法处理所述电信号以生成所述室壳体的内部区域的空间图像。
13.一种半导体工艺装置，包括：
室壳体，其包括位于所述室壳体的第一壁的第一表面上的第一窗和位于所述室壳体的第二壁的第二表面上的第二窗，其中，所述第一表面与所述第二表面横断；
多个第一光学拾取单元，其安装在所述第一窗上，并且被配置为检测通过所述第一窗从所述室壳体的内部区域接收的第一光学信号；
多个第二光学拾取单元，其安装在所述第二窗上，并且被配置为检测通过所述第二窗从所述室壳体的内部区域接收的第二光学信号；
传感器，其包括多个第一光电检测器和多个第二光电检测器，所述多个第一光电检测器被配置为响应于所述第一光学信号而输出第一电压信号，所述多个第二光电检测器被配置为响应于所述第二光学信号而输出第二电压信号；以及
处理器，其被配置为利用所述第一电压信号和所述第二电压信号来生成所述室壳体的内部区域的空间图像。
14.根据权利要求13所述的半导体工艺装置，其中，所述传感器和所述处理器被定位为远离所述室壳体，并且其中，所述传感器通过多个光纤连接到所述多个第一光学拾取单元和所述多个第二光学拾取单元。
15.根据权利要求13所述的半导体工艺装置，其中，所述多个第一光电检测器和所述多个第二光电检测器在所述传感器中以矩阵形式布置。
16.根据权利要求13所述的半导体工艺装置，其中，所述多个第一光学拾取单元的数量等于所述多个第二光学拾取单元的数量。
17.根据权利要求13所述的半导体工艺装置，其中，所述处理器包括模数转换器和逻辑电路，所述模数转换器被配置为将所述第一电压信号转换为第一原始数据，并且将所述第二电压信号转换为第二原始数据，所述逻辑电路被配置为利用所述第一原始数据和所述第二原始数据来生成所述空间图像。
18.一种半导体工艺装置，包括：
室壳体，其包括第一壁和第二壁；
第一窗，其位于所述第一壁的表面上，其中，所述第一窗提供经过所述第一壁到所述室壳体的内部区域中的光学入径；
第二窗，其位于所述第二壁的表面上，其中，所述第二窗提供经过所述第二壁到所述室壳体的内部区域中的光学入径；
第一光学系统，其位于所述第一窗上并且具有第一视场；
多个第一光学拾取单元，其被配置为通过所述第一光学系统从所述室壳体的内部区域接收光学信号；
第二光学系统，其位于所述第二窗上并且具有第二视场；以及
多个第二光学拾取单元，其被配置为通过所述第二光学系统从所述室壳体的内部区域接收光学信号。
19.根据权利要求18所述的半导体工艺装置，
其中，所述多个第一光学拾取单元的数量等于所述多个第二光学拾取单元的数量，并且
其中，所述第一视场与所述第二视场相同。
20.根据权利要求18所述的半导体工艺装置，
其中，所述多个第一光学拾取单元被配置为接收用于所述室壳体的内部区域的第一部分的第一光学信号，
其中，所述多个第一光学拾取单元被配置为接收用于与所述室壳体的内部区域的第一部分不同的所述室壳体的内部区域的第二部分的第二光学信号，并且
其中，所述内部区域的第一部分和所述内部区域的第二部分彼此部分地重叠。
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