反应腔室泄漏监测方法以及装置、半导体设备系统
阅读说明：本技术 反应腔室泄漏监测方法以及装置、半导体设备系统 (Reaction chamber leakage monitoring method and device and semiconductor equipment system ) 是由 李相龙 李俊杰 李琳 王佳 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种反应腔室泄漏监测方法以及装置、半导体设备系统,所述反应腔室泄漏监测方法包括：在将当前晶圆送入反应腔室之后,按照设定时长对所述反应腔室抽真空；检测所述反应腔室在抽真空结束时的压力,获得初始压力值；在所述当前晶圆在所述反应腔室中进行每个工艺步骤时,实时采集与所述反应腔室连接的压力阀的开度,获得实时开度值,所述压力阀用于调节所述反应腔室的气压；根据所述初始压力值和所述实时开度值,确定所述反应腔室是否发生泄漏。本发明提供的反应腔室泄漏监测方法以及装置、半导体设备系统,能够实时监测反应腔室是否发生泄漏。(The invention discloses a method and a device for monitoring leakage of a reaction chamber and a semiconductor equipment system, wherein the method for monitoring leakage of the reaction chamber comprises the following steps: after the current wafer is sent into a reaction chamber, vacuumizing the reaction chamber according to a set time length; detecting the pressure of the reaction chamber at the end of vacuumizing to obtain an initial pressure value; when the current wafer carries out each process step in the reaction chamber, acquiring the opening degree of a pressure valve connected with the reaction chamber in real time to obtain a real-time opening degree value, wherein the pressure valve is used for adjusting the air pressure of the reaction chamber; and determining whether the reaction chamber leaks or not according to the initial pressure value and the real-time opening value. The method and the device for monitoring the leakage of the reaction chamber and the semiconductor equipment system can monitor whether the reaction chamber leaks or not in real time.)
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备技术领域，具体涉及一种反应腔室泄漏监测方法以及装置、半导体设备系统。
背景技术
在半导体制造工艺中，沉积工艺和刻蚀工艺大多要求在反应腔室中进行。对于需要在低压环境中进行的沉积工艺和刻蚀工艺，工艺过程中使用真空系统将反应腔室中的压力控制在低于大气压力。反应腔室使用高分子橡胶圈进行密封，倘若反应腔室存在与其它组件之间接合不佳或是反应腔室本身具有裂缝等问题时，将会使得反应腔室产生泄漏。参考图1，当泄漏发生时，可能使反应腔室中的压力出现异常，导致晶圆的临界尺寸超标，影响产品的良率。因此，工艺过程中需要对反应腔室进行泄漏监测。
传统的泄漏监测有以下三种方式：每天在一个固定时间检测反应腔室的漏率；每批次晶圆处理完成后检测反应腔室的漏率，例如，每25片晶圆处理完成后检测反应腔室的漏率；在反应腔室处于空闲的时间超过预设时长时检测反应腔室的漏率，例如，在反应腔室处于空闲的时间超过1小时，检测反应腔室的漏率。然而，上述几种方式都无法实现实时对反应腔室进行泄漏监测。
发明内容
本发明所要解决的是无法实时对反应腔室进行泄漏监测的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种反应腔室泄漏监测方法，包括：
在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对所述反应腔室抽真空；
检测所述反应腔室在抽真空结束时的压力，获得初始压力值；
在所述当前晶圆在所述反应腔室中进行每个工艺步骤时，实时采集与所述反应腔室连接的压力阀的开度，获得实时开度值，所述压力阀用于调节所述反应腔室的气压；
根据所述初始压力值和所述实时开度值，确定所述反应腔室是否发生泄漏。
可选的，所述根据所述初始压力值和所述实时开度值，确定所述反应腔室是否发生泄漏，包括：
根据所述初始压力值和所述实时开度值计算监测变量值；
判断所述监测变量值是否在预设标准范围之内；
若所述监测变量值不在所述预设标准范围之内，则确定所述反应腔室发生泄漏。
可选的，所述根据所述初始压力值和所述实时开度值计算监测变量值包括：
将所述初始压力值放大预设倍数，获得第一变量值；
计算所述当前晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值与开度参考值之差，获得第二变量值，其中，所述开度参考值为所述反应腔室未发生泄漏时M个参考晶圆分别在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的开度平均值，1≤i≤N且i为整数，M为所述参考晶圆的数量且M为不小于2的整数，N为在所述反应腔室中进行的工艺步骤的数量；
计算所述第一变量值和所述第二变量值之和，获得所述监测变量值。
可选的，所述开度参考值通过以下步骤获得：
在将所述参考晶圆送入所述反应腔室之后，按照所述设定时长对所述反应腔室抽真空；
在所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时，实时采集所述压力阀的开度，获得所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值；
根据M个所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值，获得所述开度参考值。
可选的，在所述确定所述反应腔室发生泄漏之后，还包括：
产生报警信号；和/或，
在所述当前晶圆在所述反应腔室中完成所有工艺步骤之后，将所述初始压力值和所述实时开度值发送给校准设备。
可选的，所述按照设定时长对所述反应腔室抽真空是在所述反应腔室的仓门关闭之后且在将所述当前晶圆放置在静电卡盘上之前进行。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种反应腔室泄漏监测装置，包括：
真空系统，用于在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对所述反应腔室抽真空；
压力传感器，用于检测所述反应腔室在抽真空结束时的压力，获得初始压力值；
开度传感器，用于在所述当前晶圆在所述反应腔室中进行每个工艺步骤时，实时采集与所述反应腔室连接的压力阀的开度，获得实时开度值，所述压力阀用于调节所述反应腔室的气压；
处理设备，用于根据所述初始压力值和所述实时开度值，确定所述反应腔室是否发生泄漏。
可选的，所述处理设备包括：
计算模块，用于根据所述初始压力值和所述实时开度值计算监测变量值；
判断模块，用于判断所述监测变量值是否在预设标准范围之内；
确定模块，用于在所述监测变量值不在所述预设标准范围之内时，确定所述反应腔室发生泄漏。
可选的，所述计算模块包括：
放大模块，用于将所述初始压力值放大预设倍数，获得第一变量值；
求差模块，用于计算所述当前晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值与开度参考值之差，获得第二变量值，其中，所述开度参考值为所述反应腔室未发生泄漏时M个参考晶圆分别在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的开度平均值，1≤i≤N且i为整数，M为所述参考晶圆的数量且M为不小于2的整数，N为在所述反应腔室中进行的工艺步骤的数量；
求和模块，用于计算所述第一变量值和所述第二变量值之和，获得所述监测变量值。
可选的，所述真空系统还用于在将所述参考晶圆送入所述反应腔室之后，按照所述设定时长对所述反应腔室抽真空；
所述开度传感器还用于在所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时，实时采集所述压力阀的开度，获得所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值；
所述计算模块还包括求均值模块，所述求均值模块用于根据M个所述参考晶圆在所述反应腔室中进行第i个工艺步骤时所述压力阀的实时开度值，获得所述开度平均值。
可选的，所述处理设备还包括：
报警模块，用于产生报警信号；和/或，
发送模块，用于在所述当前晶圆在所述反应腔室中完成所有工艺步骤之后，将所述初始压力值和所述实时开度值发送给校准设备。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种半导体设备系统，包括反应腔室、与所述反应腔室连接的压力阀以及上述反应腔室泄漏监测装置。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的反应腔室泄漏监测方法以及装置，在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对反应腔室抽真空以获得初始压力值，并在当前晶圆进行每个工艺步骤时，实时采集与反应腔室连接的压力阀的开度以获得实时开度值，通过初始压力值和实时开度值确定反应腔室是否发生泄漏。由于反应腔室发生泄漏时，反应腔室在抽真空结束时的压力和工艺过程中压力阀的开度均会发生细微的变化，因而通过测量初始压力值和实时开度值，可以实时确定反应腔室是否发生泄漏。并且，本发明提供的反应腔室泄漏监测方法以及装置，是在当前晶圆进行每个工艺步骤时，同步采集压力阀的开度，因而不需要增加额外的时间和工艺步骤，减少了监测成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为反应腔室产生泄漏导致临界尺寸超标的晶圆轮廓示意图；
图2为本发明实施例的反应腔室泄漏监测方法的流程图；
图3为本发明实施例的反应腔室在抽真空过程中压力随时间变化的示意图；
图4为本发明实施例的压力阀的开度随工艺步骤变化的示意图；
图5为本发明实施例的压力阀的结构示意图；
图6为本发明实施例的监测变量值随晶圆变化的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本实施例提供一种反应腔室泄漏监测方法，其中，被监测的反应腔室为能够向沉积工艺或者刻蚀工艺等半导体工艺提供低压环境的反应腔室，例如，被监测的反应腔室可以为在5毫托压力条件下形成等离子体的刻蚀腔体。图2是本实施例提供的反应腔室泄漏监测方法的流程图，本实施例提供的反应腔室泄漏监测方法包括：
步骤S21，在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对反应腔室抽真空；
步骤S22，检测反应腔室在抽真空结束时的压力，获得初始压力值；
步骤S23，在当前晶圆在反应腔室中进行每个工艺步骤时，实时采集与反应腔室连接的压力阀的开度，获得实时开度值，压力阀用于调节反应腔室的气压；
步骤S24，根据初始压力值和实时开度值，确定反应腔室是否发生泄漏。
具体地，本实施例提供的反应腔室泄漏监测方法，是在每个晶圆在反应腔室中进行每个工艺步骤时，实时监测反应腔室是否发生泄漏。为方便描述，本实施例将当前送入反应腔室进行处理的晶圆简称为当前晶圆。将当前晶圆送入反应腔室的步骤如下：打开反应腔室的仓门，由机械手臂将当前晶圆从过渡腔室送入反应腔室；控制反应腔室中的顶针升起，由顶针将当前晶圆顶起；控制机械手臂缩回；关闭反应腔室的仓门。在反应腔室的仓门关闭之后且在将当前晶圆放置在静电卡盘上之前，可以采用真空系统按照设定时长对反应腔室抽真空。设定时长可根据实际需求进行设置，在本实施例中，设定时长为3秒至4秒。抽真空结束时，可以采用压力传感器检测反应腔室的压力，获得初始压力值。以设定时长为3秒为例，图3为反应腔室在抽真空过程中压力随时间变化的示意图。若反应腔室发生泄漏，反应腔室达到真空状态的时间是不一样的，反应腔室在抽真空结束时的压力会发生细微的变化。
抽真空结束后，控制反应腔室中的顶针降下，将当前晶圆放置在静电卡盘上，对当前晶圆进行各个工艺步骤。在对当前晶圆进行各个工艺步骤时，各个工艺步骤需要的气压可能是不一样的。针对需要不同气压的工艺步骤，每个工艺步骤需要单独设定压力阀的开度。作为一种示例，压力阀的开度随工艺步骤变化的示意图如图5所示。参考图4，压力阀是设置在涡轮分子泵入口和反应腔室之间的节流阀，例如可以为钟摆阀。通过设定压力阀的开度，可以调整反应腔室中的气压。相应地，若反应腔室发生泄漏，反应腔室中的气压发生变化，压力阀的开度也会发生变化。因此，本实施例在当前晶圆在反应腔室中进行每个工艺步骤时，可以采用开度传感器实时采集压力阀的开度，获得实时开度值。
由于反应腔室发生泄漏时，初始压力值和实时开度值的变化都是十分微弱的，因而本实施例将初始压力值和实时开度值结合起来判断反应腔室是否发生泄漏。作为一种具体实现方式，根据初始压力值和实时开度值确定反应腔室是否发生泄漏包括：根据初始压力值和实时开度值计算监测变量值；判断监测变量值是否在预设标准范围之内；若监测变量值不在预设标准范围之内，则确定反应腔室发生泄漏。
考虑到反应腔室在抽真空结束时的压力非常小，直接使用初始压力值不便于计算，且判断结果准确性较低，因而本实施例将初始压力值放大预设倍数，获得第一变量值。并且，通过计算当前晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值与开度参考值之差，获得第二变量值，其中，开度参考值为反应腔室未发生泄漏时M个参考晶圆分别在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的开度平均值，1≤i≤N且i为整数，M为参考晶圆的数量且M为不小于2的整数，N为在反应腔室中进行的工艺步骤的数量。最后，通过计算第一变量值和第二变量值之和，获得监测变量值。需要说明的是，预设倍数的具体取值可根据压力阀的开度确定，只要使得第一变量值和第二变量值接近即可；M的取值可根据实际需求进行设置。在本实施例中，设置的预设倍数为10，M的取值为5。
参考晶圆是在反应腔室未发生泄漏时，送入反应腔室进行处理的晶圆。上述开度参考值通过以下步骤获得：在将参考晶圆送入反应腔室之后且在将参考晶圆放置在静电卡盘上之前，按照设定时长对反应腔室抽真空；在参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时，实时采集压力阀的开度，获得参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值；根据M个参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值，获得开度参考值。
将参考晶圆送入反应腔室的具体操作和将当前晶圆送入反应腔室的具体操作相同，在参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时实时采集压力阀的开度的具体操作，和在当前晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时实时采集压力阀的开度的具体操作相同，在此不再赘述。在确定开度参考值时，开度参考值可以为M个参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值的算术平均值，也可以为M个参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值的均方根平均值，还可以为M个参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值的加权平均值等，本实施例对此不进行限定。
当然，上述监测变量值的计算方式只是一种示例说明。根据本发明实施例公开的内容，还可以采用其他方式根据初始压力值和实时开度值计算监测变量值。例如，还可以简单地将初始压力值放大预设倍数后与实时开度值相加获得监测变量值。获得监测变量值之后，判断监测变量值是否在预设标准范围之内，其中，预设标准范围是根据实验数据确定的。分别在反应腔室未发生泄漏时和反应腔室发生泄漏时，按照步骤S21至步骤S23对多个晶圆进行实验，并计算每个晶圆对应的监测变量值，根据实验获得的监测变量值可确定预设标准范围。在本实施例中，以设定时长为3秒、预设倍数为10且M的取值为5为例，预设标准范围为14.999±5.000。当监测变量值不在预设标准范围之内时，可确定反应腔室发生泄漏。图6为本实施例的监测变量值随晶圆变化的示意图，从图6可以看出，在第4个晶圆的工艺过程中，反应腔室发生了泄漏。
作为一种可选实现方式，在确定反应腔室发生泄漏之后，还可以产生报警信号。
作为一种可选实现方式，在确定反应腔室发生泄漏之后，还可以在当前晶圆在反应腔室中完成所有工艺步骤之后，将初始压力值和实时开度值发送给校准设备。通过将初始压力值和实时开度值发送给校准设备，可以由校准设备重新确认反应腔室的漏率。
本实施例提供的反应腔室泄漏监测方法，在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对反应腔室抽真空以获得初始压力值，并在当前晶圆进行每个工艺步骤时，实时采集与反应腔室连接的压力阀的开度以获得实时开度值，通过初始压力值和实时开度值确定反应腔室是否发生泄漏。由于反应腔室发生泄漏时，反应腔室在抽真空结束时的压力和工艺过程中压力阀的开度均会发生细微的变化，因而通过测量初始压力值和实时开度值，可以实时确定反应腔室是否发生泄漏。并且，本实施例提供的反应腔室泄漏监测方法，是在当前晶圆进行每个工艺步骤时，同步采集压力阀的开度，因而不需要增加额外的时间和工艺步骤，减少了监测成本。
基于同样的发明构思，本实施例还提供一种反应腔室泄漏监测装置，本实施例提供的反应腔室泄漏监测装置包括：
真空系统，用于在将当前晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对反应腔室抽真空，压力阀用于调节所述反应腔室的气压；
压力传感器，用于检测反应腔室在抽真空结束时的压力，获得初始压力值；
开度传感器，用于在当前晶圆在反应腔室中进行每个工艺步骤时，实时采集与反应腔室连接的压力阀的开度，获得实时开度值；
处理设备，用于根据初始压力值和实时开度值，确定反应腔室是否发生泄漏。
在一种可选实现方式中，处理设备包括：
计算模块，用于根据初始压力值和实时开度值计算监测变量值；
判断模块，用于判断监测变量值是否在预设标准范围之内；
确定模块，用于在监测变量值不在预设标准范围之内时，确定反应腔室发生泄漏。
在一种可选实现方式中，计算模块包括：
放大模块，用于将初始压力值放大预设倍数，获得第一变量值；
求差模块，用于计算当前晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值与开度参考值之差，获得第二变量值，其中，开度参考值为反应腔室未发生泄漏时M个参考晶圆分别在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的开度平均值，1≤i≤N且i为整数，M为参考晶圆的数量且M为不小于2的整数，N为在反应腔室中进行的工艺步骤的数量；
求和模块，用于计算第一变量值和第二变量值之和，获得监测变量值。
在一种可选实现方式中，真空系统还用于在将参考晶圆送入反应腔室之后，按照设定时长对反应腔室抽真空；
开度传感器还用于在参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时，实时采集压力阀的开度，获得参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值；
计算模块还包括求均值模块，求均值模块用于根据M个参考晶圆在反应腔室中进行第i个工艺步骤时压力阀的实时开度值，获得开度平均值。
在一种可选实现方式中，处理设备还包括：
报警模块，用于产生报警信号；和/或，
发送模块，用于在当前晶圆在反应腔室中完成所有工艺步骤之后，将初始压力值和实时开度值发送给校准设备。
基于本发明实施例提供的反应腔室泄漏监测方法，本领域技术人员能够了解反应腔室泄漏监测装置的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于反应腔室泄漏监测装置如何实现不再详细介绍。
基于同样的发明构思，本实施例还提供一种半导体设备系统，本实施例提供的半导体设备系统包括反应腔室、与反应腔室连接的压力阀以及前述实施例提供的反应腔室泄漏监测装置。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。