监测装置和包括该装置的半导体制造装置的制作方法

本发明构思涉及用于在半导体制造工艺期间检测工艺条件的缺陷的监测装置以及用于制造包括该监测装置的半导体器件的装置。

背景技术：

通过包括诸如薄膜工艺、光刻工艺、蚀刻工艺和/或扩散工艺的许多单元工艺的半导体制造工艺来制造半导体器件。近来，由于电路线宽等的细微化，半导体产品质量的小工艺参数变化的影响增大，因此在早期检测半导体制造工艺的工艺异常的重要性逐渐增加。为了检测半导体制造工艺的工艺异常，可以在执行单元工艺之后测试晶片，或者可以通过使用附接于在其中执行半导体工艺的腔室上的各种传感器来监测诸如温度、压力和/或等离子体密度的一个或多个工艺参数。

技术实现要素：

本发明构思提供了一种监测装置以及用于制造半导体器件的装置，该装置包括该监测装置，该监测装置可以监测供应至工艺室的工艺气体的流率是否异常。

根据本发明构思的示例实施方式，用于制造半导体器件的装置可以包括：质量流量控制器，配置为控制供应到工艺室的工艺气体的流率，质量流量控制器被配置为响应于校正信号而调节离开质量流量控制器的工艺气体的流出流率，校正信号基于流入质量流量控制器的工艺气体的流入流率与参考流率之间的差产生；传感器，配置为测量工艺室内部的室压力；排气阀，配置为调节从工艺室排出的排出气体的排气速度；以及监测装置，配置为基于校正信号、室压力和排气阀的排气速度检测质量流量控制器的缺陷。

根据本发明构思的示例实施方式，用于制造半导体器件的装置可以包括：工艺室，提供用于处理衬底的工艺空间；质量流量控制器，配置为控制供应到工艺室的工艺气体的流率；传感器，配置为测量工艺室的室压力；排气阀，配置为调节从工艺室排出的排出气体的排气速度；以及监测装置，配置为基于室压力和排出气体的排气速度检测供应到工艺室的工艺气体的流率。

根据本发明构思的示例实施方式，用于检测控制供应到工艺室的工艺气体的流率的质量流量控制器的缺陷的监测装置被配置为基于流入到质量流量控制器的工艺气体的流入流率与参考流率之间的差而产生校正信号，并基于校正信号、工艺室内部的环境信息、以及从工艺室排出的排出气体的排气速度来检测质量流量控制器的缺陷。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的示例实施方式，在附图中：

图1是根据示例实施方式的用于制造半导体器件的装置的构造图；

图2是用于制造图1的半导体器件的装置的框图；

图3是图2中所示的质量流量控制器的详细构造图；

图4是根据示例实施方式的排气阀的透视图；

图5是根据示例实施方式的用于制造半导体器件的装置的框图；

图6是根据示例性实施方式的通过使用监测质量流量控制器的方法来制造半导体器件的方法的流程图；以及

图7、8和9是用于解释确定质量流量控制器的缺陷的原因的方法的视图。

具体实施方式

在下文中，将通过参考附图解释本发明构思的一些示例实施方式来详细描述本发明构思。附图中相同的附图标记表示相同的元件。

图1是根据示例实施方式的用于制造半导体器件的装置1的构造图。图2是用于制造图1的半导体器件的装置1的框图。

参考图1和图2，用于制造半导体器件的装置1可以包括工艺室10、气体供应器20、传感器单元30、排气单元40和监测装置50。

工艺室10可以提供用于处理衬底w的工艺空间，并执行半导体制造工艺，例如沉积工艺、蚀刻工艺、扩散工艺、干法工艺和清洗工艺。工艺室10可以包括用于支撑衬底w的衬底支撑件111、形成在室壁中的气体引入口113以及形成在室壁中的排气口115。

气体供应器20可以供应期望用于半导体制造工艺的工艺气体，工艺气体用于处理衬底w。气体供应器20可以调节根据期望的(或者预设的)工艺配方作为工艺气体被供应的工艺气体的种类和/或工艺气体的流率。

气体供应器20可以包括容纳工艺气体的气体供应源201和控制供应到工艺室10的工艺气体的流率的质量流量控制器200。质量流量控制器200可以提供在将气体供应源201连接到工艺室10的气体引入口113的气体供应线上。质量流量控制器200可以控制工艺气体的流率，使得工艺气体的参考(或者预设)流率被供应到工艺室10。

在不同于参考(或者预设)流率的工艺气体的流率被引入质量流量控制器200的情况下，质量流量控制器200可以调节工艺气体的流率，使得从质量流量控制器200流出的工艺气体的流出流率(outflowrate)qout等于参考(或者预设)流率。

质量流量控制器200可以包括流量传感器210、阀单元220和控制器230。

流量传感器210可以测量被引入质量流量控制器200的工艺气体的流入流率qin。例如，流量传感器210可以包括质量流量计。流量传感器210可以产生与被引入质量流量控制器200的流入流率qin相对应的信号sin。

控制器230可以接收对应于参考(或者预设)信号的设置信号sset以及从流量传感器210传送的对应于流入流率qin的信号sin，并且基于该设置信号sset和对应于流入流率qin的信号sin产生校正信号s1信号。校正信号s1是施加到阀单元220的信号并且可以用于驱动阀单元220，使得从质量流量控制器200流出的流出流率qout等于参考(或者预设)流率。校正信号s1可以具有对应于参考(或者预设)信号sset与对应于流入流率qin的信号sin之间的差的电压值或电流值。控制器230可以将校正信号s1传送到阀单元220和监测装置50。

阀单元220可以布置在提供在质量流量控制器200内部的通道上，并且可以调节从质量流量控制器200流出或离开的工艺气体的流出流率qout。阀单元220响应于从控制器230施加的校正信号s1被驱动，并且可以调节质量流量控制器200内部的通道的打开程度，使得流出流率qout等于参考(或者预设)流率。

传感器单元30可以安装到工艺室10并且可以检测工艺室10内部的环境。在示例实施方式中，传感器单元30可以包括测量工艺室10的压力的压力传感器和测量工艺室10内部的温度的温度传感器。传感器单元30可以将对应于测量的工艺室10内部的环境信息的信号s2实时传送到监测装置50。

排气单元40可通过工艺室10的排气口115排出工艺室10内部的气体。工艺室10内部的工艺气体或反应的副产物可以通过排气单元40从工艺室10排出。排气单元40可以通过调节从工艺室10排出的排出气体的流率来调节工艺室10的压力。

排气单元40可以包括真空泵401和排气阀400，并且调节从工艺室10排出的排出气体的排气速度。排气阀400可以安装在将真空泵401连接到工艺室10的排气口115的排气管线上。排气阀400可以通过调节排气速度来调节工艺室10内部的压力。排气阀400可以将对应于排气速度的信号s3实时传送到监测装置50。

监测装置50可以检测供应到工艺室10的工艺气体的流率。在示例实施方式中，监测装置50可以使用工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度来检测工艺气体的流率。监测装置50可以监测工艺气体是否以等于参考(或者预设)流率(flowrate)的流率(flow)被供应到工艺室10。

例如，供应到工艺室10的工艺气体的流率可以具有下面等式(1)中所示的工艺室10的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的关系。

qμp·s(1)

其中q是从质量流量控制器200流出或离开的工艺气体的流出流率qout，并且表示供应到工艺室10的工艺气体的实际流率，p是由传感器单元30测量的工艺室10内部的压力，并且s是通过排气阀400排出的排出气体的排气速度。

如公式1所示，供应到工艺室10的工艺气体的实际流率可以与工艺室10内部的压力和排气速度成比例。即，当工艺室10内部的压力恒定时，排气速度根据供应到工艺室10的工艺气体的实际流率而变化。换句话说，在工艺室10内部的压力恒定的情况下，当排气速度提高时，供应到工艺室10的工艺气体的实际流率增加。相反，当排气速度降低时，供应到工艺室10的工艺气体的实际流率减小。

而且，如等式1所示，在排气速度恒定的情况下，当工艺室10内部的压力增加时，供应到工艺室10的工艺气体的实际流率增加。相反，当工艺室10内部的压力降低时，供应到工艺室10的工艺气体的实际流率减小。

因此，通过监测工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度，可以知道供应到工艺室10的工艺气体的实际流率的变化。

此外，监测装置50可以检测质量流量控制器200是否异常。监测装置50可以通过分析校正信号s1、对应于由传感器单元30测量的工艺室10内部的环境信息的信号s2以及对应于通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的信号s3来确定质量流量控制器200中是否发生缺陷。

例如，即使通过监测工艺室10内部的环境信息和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度来确定供应到工艺室10的工艺气体的流率的变化，如果供应到工艺室10的工艺气体的实际流率不受质量流量控制器200的控制使得工艺气体的实际流率等于参考(或者预设)流率，则可以确定质量流量控制器200中已发生缺陷。

此外，当质量流量控制器200中发生缺陷时，监测装置50可以检测质量流量控制器200中发生缺陷的原因，即质量流量控制器200的缺陷部分，并且通过分析校正信号s1、对应于由传感器单元30测量的工艺室10内部的环境信息的信号s2以及对应于通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的信号s3来检测质量流量控制器200中发生缺陷的时间。参考图7至图9更详细地描述检测质量流量控制器200中发生缺陷的原因的方法。

在示例实施方式中，监测装置50可以包括接收器510和确定单元520。

接收器510可以包括接收从质量流量控制器200传送的校正信号s1的第一接收器511、接收对应于从传感器单元30传送的工艺室10内的环境信息的信号s2的第二接收器513、以及接收对应于通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的信号s3的第三接收器515。尽管附图中未示出，但监测装置50可具有用于存储接收器510中接收的信号的数据库。

确定单元520可以包括用于处理在接收器510中接收到的信号的算法，并且基于在接收器510中接收到的信号来确定质量流量控制器200是否异常。并且，在检测到质量流量控制器200中的缺陷的情况下，确定单元520可以检测质量流量控制器200的缺陷的原因。例如，确定单元520可以被配置为检测流量传感器210的缺陷和阀单元220的缺陷中的至少一个。

在示例实施方式中，监测装置50可以包括通用个人计算机(pc)、工作站和超级计算机。用于分析信号的分析程序可以安装在监测装置50中。

为了检测供应到工艺室10的工艺气体的流率是否异常，可以通过使用从质量流量控制器200获得的信号来监测供应到工艺室10的工艺气体的流率。例如，通过使用用于校正由质量流量控制器200的流量传感器210测量的工艺气体的流率与参考(或者预设)流率之间的差异的校正信号s1来监测供应到工艺室10的工艺气体的流率。然而，在质量流量控制器200中出现缺陷的情况下，不同于参考(或者预设)流率的工艺气体的流率被供应到工艺室10的问题可能不会通过仅监测校正信号s1被检测到。例如，即使在供应到工艺室10的工艺气体的实际流率不同于参考(或者预设)流率时，在流量传感器210发生故障的情况下，也会产生错误的校正信号s1，其表示等于参考(或者预设)流率的工艺气体的流率被供应到工艺室10。而且，在阀单元220中发生故障的情况下，即使当出现适合用参考(或者预设)流率校正工艺气体的流率的校正信号s1时，由于阀单元220的故障，不同于参考(或者预设)流率的工艺气体的流率也可以从质量流量控制器200流出。在这种情况下，因为不同于参考(或者预设)流率的工艺气体的流率被供应到工艺室10，会降低半导体产品的成品率和质量。

用于制造半导体器件的装置1可以实现为虚拟计量(vm)监测系统，其被配置为通过使用校正信号s1、由传感器单元30测量的工艺室10内部的环境信息、以及通过排气阀400排出的排出气体的排气速度作为参数来检测质量流量控制器200是否异常。用于制造半导体器件的装置1可通过分析工艺室10内部的环境信息和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度以及用于调节质量流量控制器200的流率的校正信号s1来检测质量流量控制器200的缺陷。此外，根据本发明构思，因为质量流量控制器200是否异常可以被实时监测，所以质量流量控制器200的缺陷可以在早期被检测到。

图3是图2中所示的质量流量控制器200的详细构造图。

参考图3，质量流量控制器200提供工艺气体流过的路径，并且可以包括主路径211和旁路路径212。例如，引入到质量流量控制器200的气体入口的一些工艺气体可以流过从主路径211分支出来的旁路路径212，并且在到达阀单元220之前连接主路径211。流量传感器210可以提供在旁路路径212上并且被配置为检测流过旁路路径212的工艺气体的流率。

在示例实施方式中，控制器230可以包括第一信号转换器231、处理器232、收发器233、第二信号转换器234和驱动电路235。

第一信号转换器231可将对应于从流量传感器210检测到的工艺气体的流率的模拟信号转换为数字信号并将其输出到处理器232，并且收发器233可接收对应于参考(或者预设)流率的参考(或者预设)信号sset(见图2)并将参考(或者预设)信号传送给处理器232。处理器232可以基于参考(或者预设)信号和对应于由流量传感器210检测到的工艺气体的流率的信号产生校正信号s1(见图2)。由处理器232产生的校正信号s1可以被转换为适合于驱动阀单元220的信号，例如由第二信号转换器234产生的模拟信号。驱动电路235可以通过使用从控制器230传送的校正信号s1来驱动阀单元220。

阀单元220可以通过基于从控制器230施加的校正信号s1来调节在质量流量控制器200中准备的通道的打开程度来调节从质量流量控制器200流出的工艺气体的流出流率qout(见图2)。在一示例实施方式中，阀单元220可以包括可以打开/关闭通道的膜片221和响应于校正信号s1操作并连接到膜片221的致动器223。

图4是根据示例实施方式的排气阀400a的透视图。

参考图4，排气阀400a可以包括蝶阀，该蝶阀构造成根据打开角度θ控制通过排气阀400a排出的排出气体的排气速度。

在示例实施方式中，排气阀400a可以包括提供排出气体可以流过的通道的凸缘410，并且旋转体420可以可旋转地安装在凸缘410上。旋转体420可以被构造成围绕旋转轴430旋转。排气速度可以根据旋转体420从旋转体420关闭由凸缘410提供的通道的状态围绕旋转轴430旋转的打开角度θ来调节。

排气阀400a可实时向监测装置50(见图1)传输打开角度θ，并且监测装置50可通过分析打开角度θ来检测通过排气阀400a排出的排出气体的排气速度。

图5是根据示例实施方式的用于制造半导体器件的装置1a的框图。图5所示的用于制造半导体器件的装置1a与参考图1和图2描述的用于制造半导体器件的装置1相同或基本相似，除了校正信号s1由用于制造半导体器件的装置1a产生并被传送到质量流量控制器200a之外。在图5中，与参考图1和2所做的描述相同的描述被省略或简要地做出。

参考图5，监测装置50a可以接收对应于引入到质量流量控制器200a的流入流率qin的信号sin和对应于参考(或者预设)流率的参考(或者预设)信号sset，并且基于对应于流入流率qin的信号sin和参考(或者预设)信号sset来产生校正信号s1。

例如，监测装置50a可以包括接收器510a、确定单元520和校正信号发生器530。

接收器510a可以包括第一子接收器511a和第二子接收器511b，第一子接收器511a接收对应于从质量流量控制器200a的控制器230a传送的流入流率qin的信号sin，第二子接收器511b接收从外部传送的参考(或者预设)信号sset。分别在第一子接收器511a和第二子接收器511b中接收的对应于流入流率qin的信号sin和参考(或者预设)信号sset被传送到校正信号发生器530，并且校正信号发生器530可以基于对应于流入流率qin的信号sin和参考(或者预设)信号sset来生成校正信号s1。

校正信号发生器530可以将所生成的校正信号s1传送到确定单元520和质量流量控制器200a。质量流量控制器200a可以调节阀单元220的驱动，使得从质量流量控制器200a流出的流出流率qout等于基于从监测装置50a传送的校正信号s1的参考(或者预设)流率。

图6是根据示例实施方式的通过使用监测质量流量控制器200的方法来制造半导体器件的方法的流程图。为了便于描述，一起参考图1和图2进行描述。

参考图6，衬底w布置在工艺室10内部的衬底支撑件111上(s110)。

在将衬底w布置在工艺室10内部之后，可以在衬底w上执行半导体工艺，例如沉积工艺、蚀刻工艺、扩散工艺、干法工艺和清洗工艺(s120)。为了在衬底w上执行半导体制造工艺，可以通过使用质量流量控制器200来控制供应到工艺室10的工艺气体的流率。质量流量控制器200可以根据工艺配方提供工艺气体的参考(或者预设)流率到工艺室10。

在执行半导体制造工艺的同时，监测校正信号s1、工艺室10内部的环境信息以及通过排气阀400排出的排出气体的排气速度(s130)。校正信号s1是对应于被引入到质量流量控制器200的工艺气体的流入流率qin与参考(或者预设)流率之间的差的信号。校正信号s1可以由质量流量控制器200产生并传送到监测装置50。传感器单元30可以测量工艺室10内部的环境信息，例如工艺室10的温度和/或压力，并且将对应于测量值的信号实时传送到监测装置50。此外，排气阀400可以将可以表示排气速度的信息(例如，关于蝶阀的打开角度θ(见图4)的信息传送至监测装置50。

基于校正信号s1、工艺室10的环境信息以及通过排气阀400排出的排出气体的排气速度来确定质量流量控制器200是否异常(s140)。质量流量控制器200是否异常可以由监测装置50确定，并且在执行半导体制造工艺的同时被实时检测。

在没有检测到质量流量控制器200的缺陷的情况下(s140中为“否”)，用于检测质量流量控制器200的缺陷的监测结束，并且用于基板w的半导体制造工艺完成。

同时，在检测到质量流量控制器200的缺陷的情况下(s140中为“是”)，停止衬底w的半导体制造工艺，并且分析质量流量控制器200的缺陷的原因(s150)。在一个示例实施方式中，监测装置50可以通过监测校正信号s1、工艺室10内部的压力以及随着时间经过排气阀400排出的排出气体的排气速度的变化来检测质量流量控制器200的流量传感器210的缺陷和/或质量流量控制器200的阀单元220的缺陷。参考图7至图9更详细地描述检测质量流量控制器200的缺陷的原因的方法。

在检测到质量流量控制器200的缺陷的原因之后，可以去除质量流量控制器200的检测到的缺陷(s160)。例如，可以对质量流量控制器200执行维护，可以替换质量流量控制器200，或者可以执行适当的反馈操作，使得供应到工艺室10的工艺气体的流率被校准为等于参考(或者预设)流率。当质量流量控制器200的缺陷被去除时，可以执行对衬底w的半导体制造工艺并且可以执行质量流量控制器200的监测。

图7至图9是用于说明确定质量流量控制器200的缺陷的原因的方法的视图。图7和图8是示出校正信号s1、对应于工艺室10内部的压力的信号s2以及对应于通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的信号s3的曲线图。图9是示出对应于图7和图8的曲线图的供给到工艺室10的工艺气体的流率的曲线图。为了便于描述，一起参考图1和图2进行描述。

参考图7，为了检测质量流量控制器200的缺陷的原因，校正信号s1、对应于工艺室10内部的压力的信号s2以及对应于通过排气阀400排出的排出气体的排气速度的信号s3可以在同一时间轴上同步。在图7所示的曲线图中，示出了工艺室10内部的压力在第一时间点t1与第二时间点t2之间从参考(或者预设)压力逐渐降低，在第二时间点t2与第三时间点t3之间随着通过排气阀400排出的排出气体的排气速度降低而增加，并且在第三时间点t3之后维持参考(或者预设)压力。

如上所述，因为供应到工艺室10的工艺气体的流率与工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度成比例，所以供应到工艺室10的工艺气体的流率在第一时间点t1之后变得小于参考(或者预设)流率qset，如图9所示。如果质量流量控制器200存在缺陷，则不同于参考(或者预设)流率qset的工艺气体的流率可以在第一时间点t1之后供应到工艺室10。

如图7所示，校正信号s1在供应到工艺室10的工艺气体的流率开始减少的第一时间点t1处改变。因为供应到工艺室10的工艺气体的流率与工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度中的至少一个(或两者)的减少成比例地减小，所以校正信号s1被错误地生成。由于这种错误的校正信号s1，供应到工艺室10的工艺气体的流率可能出现问题。例如，当存在流量传感器210的缺陷时，错误的流入流率qin被测量。错误的流入流率qin可能产生错误的校正信号s1。然后，阀单元220可以响应于该校正信号s1而操作，使得小于预设流率qset的工艺气体的流率从质量流量控制器200流出。因此，如图7所示，当校正信号s1改变并且工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度中的至少一个(或两者)与校正信号s1同时改变时，可以确定在流量传感器210中发生缺陷。

另外，在图8所示的曲线图中，示出了工艺室10内部的压力和通过排气阀400排出的排出气体的排气速度以与图7相同的方式变化。如图9所示，示出了在第一时间点t1之后供应到工艺室10的工艺气体的流率变得小于参考(或者预设)流率qset。

如图8所示，示出了即使当校正信号s1没有改变时，在第一时间点t1之后，供应到工艺室10的工艺气体的流率也可以减小。即，虽然流量传感器210检测与参考(或者预设)流率qset相等的流入流率qin并且因此不产生表示工艺气体的流率的校正的校正信号s1，在第一点t1之后供应到工艺室10的工艺气体的流率也可能由于阀单元220的缺陷而变得小于参考(或者预设)流率qset。因此，如图8所示，如果在校正信号s1保持恒定的同时工艺室10内部的压力和排气阀400的排气速度中的至少一个改变，则可以确定在阀单元220中已经发生故障。

因此，根据示例实施方式的用于制造半导体器件的装置1可以检测质量流量控制器200中的缺陷元件，和/或准确地检测发生缺陷的时间点。

尽管已经参考本发明的一些示例实施方式具体示出和描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变而不脱离本发明的精神和由权利要求限定的本发明构思的范围。

本申请要求于2017年11月3日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0146181号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。