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CN102142356B - 过程监控器以及半导体制造装置 - Google Patents

过程监控器以及半导体制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明使用设置在半导体晶片上的传感器作为过程监控器，并采用电容器作为其电源。电容器可以由多晶硅和氮化硅在晶片上层积形成。此外，安装定时器，使得可以对过程监控器的操作时间或操作时刻进行指定。进而，通过将关键字存储在过程监控器的ROM中，防止了不正当的使用。

Description

过程监控器以及半导体制造装置
本申请是申请日为2003年9月30日、申请号为200810096963.0且发明名称为“过程监控器以及半导体制造装置”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及监控如等离子处理这样的半导体制造过程的过程监控器以及使用过程监控器的半导体制造装置。
背景技术
以前，在半导体制造装置中，例如为对等离子过程进行最佳控制的等离子密度、温度等的检测，是在工厂进行开发时，将等离子探针或热电偶插入等离子处理室进行检测。但是，在LSI的制造中，如果多品种小量生产增多，则各种过程的条件就不同，对于每个过程的改变，都有必要进行等离子状态的检测。并且，每次插入探针等进行检测而带来的非常麻烦的事情是，必须要有检测、控制用的配线，从而给检测对象带来干扰。此外，进行多点同时检测有困难，而对实际上需要进行检测的区域进行检测也非常困难。更有甚者会产生污染的问题或设备运转率降低的问题。
最近，不用探针的传感器，能够与普通硅片一样进行传送的传感晶片正在被开发之中(例如，参照Yen Tran，Time Yeh and Bruce Dunn(UCLA)“使传感阵列工作的锂电池的开发”(“Development ofLithium Batteries for powering Sensor Arrays”)SFR Work shop Novermber14，2001)。
但是，作为硅片电源的电池，会由于反复的充放电而老化，在由于无法预测的事故而使传感器晶片破损的情况下，构成电池的材料会污染等离子处理室。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的就是提供一种配有几乎不会老化，不用担心污染的电源的过程监控器，以及使用该过程监控器的半导体制造装置。
为达到上述目的，本发明采用电容器作为使用传感器晶片的过程监控器的电源。电容器可以选择某种材料，这种材料只要绝缘膜不变质，就不会由于反复充放电而老化，并且构成电容器的这种材料也不会对处理室产生污染。例如：电容器可以由多晶硅和氮化硅层积形成。
并且，在本发明的过程监控器中，可以安装存储检测数据的存储装置，还可以使用数据定时器，对过程监控器的工作时间或工作时刻等进行指定，对特定的状态进行检测。
此外，通过将关键字存储在过程监控器的ROM中，可以防止不正当使用。
使用该过程监控器的本发明的半导体制造装置包括：过程监控器容纳部，用于容纳过程监控器；充电机构，用于对作为电源的电容器进行充电；和过程监控器的检测数据的读写机构。
并且，本发明的半导体制造装置，将从读写机构中读出的检测数据与预先生成的基准数据进行比较，当所述检测数据超出所述基准数据的规定范围时，也可以进行规定的控制。
由于本发明的过程监控器将电容器作为电源进行使用，所以既不会老化，也不会造成处理室污染。此外，可以通过定时器得到特定期间的数据，由于数据读出时必须需要关键字，所以可以防止不正当的使用。并且，在使用本发明的过程监控器的半导体制造装置中，既可以不用烦恼污染或设备运转率降低的问题地进行检测，也可以进行适当的维护。
附图说明
图1是本发明的过程监控器的概要示意图；
图2是本发明的过程监控器充电装置的一个示例的示意图；
图3是本发明的过程监控器安装的作为电源的电容器的一个示例的示意图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明一个实施方式的过程监控器的概要示意图。图1中的过程监控器例如在直径300mm的半导体晶片1的表面安装了9个呈十字形排列的10毫米方形的传感器21～29。本例中，在晶片1的两个地方，安装有串联连结而作为电源进行工作的叠层电容器11、12，作为传感器检测以及检测信号读出操作的电源进行使用。电容器的充放电，由与电容器的两极相连结的充放电端子31、32进行。对必要的电量、耐电压等进行考虑后，可以对是将电容器串联连结进行使用还是并联连结进行使用，进行适当的选择。
并且，安装了定时器5及控制器4，由定时器5可以指定检测操作的开始以及结束时刻或者检测持续时间，由控制器4可以控制传感器检测操作、检测到的信号向存储装置的写入以及读出、与外部的信号收发等。
此外，作为存储装置，安装了用于存储检测数据的存储器6以及ROM 7，表示由传感器21～29检测的等离子状态的数据被存储到用于存储检测数据的存储器6中，可以通过I/O端子41、42向外部取出信号。ROM 7中存储了用于特别指定该过程监控器的口令或关键字。
图2表示的是给过程监控器的电容器充电的一个示例。例如在设置于盒室的充电机构上配置可以进行3维移动的充电元件30’，其配有与电容器的充放电端子31、32分别对应的端子31’、32’，使它们相互接触来进行充电。对于I/O端子41、42也一样，与设置于数据读出机构上的元件的端子相接触，取出数据信号。
图3表示的是作为本发明电源的电容器的一个示例。虽然在图1中示出的是在晶片上配置了两处的示例，但在图3中，对配置了一个电容器的情况进行说明。电容器是在由Si片制成的基板S上通过微细加工来生产的。虽然没有进行图示，但在基板S上集成配置了用于检测控制的IC、用于存储检测数据的存储器(SRAM、DRAM、EEPROM等)等检测操作以及传递信号用的半导体电路、以及其它过程控制器中所需的电路。
基板S上形成有绝缘层D1～Dn-2、配线层M1～M2，通过设置于配线层M3～Mn-1中的电极E1～En-3之间所夹持的电介质层D2～Dn-3来层积形成电容器。电极E1～En-3由多晶硅制成，电介质层D2～Dn-3由氮化硅制成。端子T1、T2相当于图1的充放电端子31、32，端子T1通过贯穿配线层的通孔与设置在配线层M3的电极M3相连结，端子T2与设置在配线层Mn-1的电极En-3相连结。端子T1、T2可以用Al，也可以用多晶硅。但作为Si蚀刻过程的传感器使用时，端子也可以用Ti或W等材料构成。尽管可以对用于形成电容器的层积数进行适当的选择，但大致为10～100层。
由这样的微细加工进行的电容器的制造方法可以用适当的公知方法。在本例中，配线层M1的配线采用Al线，将Al附着在前表面之后，用蚀刻等方法除去Al，将绝缘层埋好。将其它的上下层电气连结的配线是使用W的通孔配线，但也可以使用其它材料。并且，构成电容器的电极和电介质也可以使用其它合适的材料。电容器可以是各种各样的形状，也可以为了将形成电容器的部分和其它部分区分开，仅将电容器以层积结构形成。
下面，对用本发明的一个实施方式的过程监控器来检测半导体制造装置中的等离子过程时的操作以及作用进行说明。
半导体制造装置可以是公知的任何一种装置，在这里是以下面的装置为例进行说明的：除了等离子处理室之外，还设置有盒室、校准室、搬送机器人室，要处理的晶片被安置于盒室中，由传送机器人从盒室通过校准室搬送到等离子处理室，处理结束后再返回到盒室。
作为传感器晶片的过程监控器容纳在半导体制造装置的盒室中。盒室包括：用于对作为传感器晶片电源的电容器进行充电的充电机构以及检测到的数据的读出机构。在批量生产开始前等需要检测处理室的等离子条件时，与从盒室搬送普通的晶片相同，进行充电并用晶片搬送机器人将可以进行检测的过程监控器取出，搬送并放入处理室，安置在基座上，然后进行用于检测的过程。传感器自身的操作是公知的，根据预先设定的过程进行等离子密度或者等离子温度的检测。检测时间通常为1分钟到30分钟，以半导体晶片上的电容器作为电源，可以使操作进行充分。
本例的传感器晶片还包括定时器，可以选择处理过程开始时、中间、结束时这样的特定检测期间。这就意味着不是对整个过程取平均所得的数据，而是可以得到特定期间的数据。例如，在由于等离子点火时等离子的不稳定性而对元件产生损坏这样的过程中，可以仅对等离子点火时的数据进行检测，这是非常有效的。
此外，容纳传感器晶片并进行充电等的室不仅限于盒室。可以是搬送机器人室、校准室，也可以设置用于传感器晶片的专用室。并且，充电时也可以对定时器进行设置。
根据情况的不同，传感器晶片和要处理的普通晶片也可以一起安装到晶片盒中，在等离子处理后再取出。
检测结束后，传感器晶片返回到盒室，根据需要通过充放电端子31、32与外部电源相连结，通过I/O端子41、42读出保存在用于记录检测数据的存储器6中的数据。数据读出时，若存储在传感器晶片的ROM 7中的特定的关键字不能在数据读出机构进行读取，则不能进行读出数据的操作。这样，就可以防止传感器晶片不正当的使用了。
此外，也可以设置控制装置，其根据检测数据进行制造条件的变更或维护请求。即，预先对等离子进行检测，由事先评价的数据构建数据库，将该数据库配置在半导体制造装置内或配置在外部服务器上。并且，将通过该控制装置从传感器晶片读出的检测数据，与半导体制造装置内的数据库，或通过通信装置而连接的外部服务器的数据库相比较。
当数据库的数据与检测数据的比较结果在基准值以外时，既可以通过控制装置改变半导体制造装置的操作条件来进行控制，也可以停止装置并发出请求维护的信号。总之，可以防止产品合格率的降低。并且，当不正当使用传感器晶片时，虽然不能取得应该进行比较的检测数据，但此时读出机构可以将哑元数据作为检测数据送出。
在本例中，虽然是通过各种I/O端子或充放电端子进行信号的接受或充电等，但是信号也可以通过无线电或红外线进行收发，充电功率也可以非接触式地传送给电容器。

Claims (2)

1.一种用于监控半导体制造过程的过程监控装置，包括：
容器元件，该容器元件是盒室、搬送机器人室、校准室和用于传感器晶片的专用室之一；
过程监控器，其包括晶片和多个附接到所述晶片的传感器，所述过程监控器能够由搬送机器人搬送到处理室中或者搬送到所述容器元件中；以及
包括在所述容器元件中的充电机构和读出机构，所述充电机构和读出机构在所述过程监控器被搬送到所述容器元件中时可与所述过程监控器通信，
其中，所述过程监控器还包括安装在所述晶片上的用作电源的电容器和存储数据的存储器，所述读出机构读取存储在所述过程监控器的存储器中的数据，并且，通过无线电或者红外线读取所述数据。
2.如权利要求1所述的过程监控装置，其中，所述充电机构利用非接触技术进行充电。
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