CN111226112A - 用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。石英晶体微天平(QCM)传感器监测制造系统的多个流程部件中的一个流程部件，并且被配置用于在制造工艺期间暴露到该一个流程部件中的工艺化学品。控制器测量由于在制造工艺期间QCM传感器和该一个流程部件中的工艺化学品之间的相互作用而导致的QCM传感器的谐振频率偏移。控制器确定工艺室中的制造工艺的参数，所述工艺室中的制造工艺的参数是作为该一个流程部件内的QCM传感器的所测量的谐振频率偏移的函数。

Description

用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请是美国临时专利申请N0. 62/550,194和美国临时专利申请No. 62/550,226（每个在2017年8月25日提交）的非临时性专利申请并且要求其优先权和权益，并且每个这样的申请的全部内容由此通过引用结合在本文中。
背景技术
本公开涉及用于使用一个或多个石英晶体微天平(QCM)传感器来监测制造系统的方法和系统。
在半导体工业和微电子制造中，存在监测制造工艺（例如在晶片处理期间检测空气泄漏）的需要。晶片（其充满装置）中的临界层的电特性可能受到无意的掺杂（该无意的掺杂是由于氧吸收导致）和材料改变（该材料改变是由于作为泄漏的结果的化学反应）的影响。例如，在半导体制造中的一些材料（像钛），以及在有机发光二极管(OLED)制造中的镁或有机材料与空气中的组分高度反应。为了减轻损失，许多工具使用在传送室上安装的单个集中式昂贵空气泄漏传感器（例如残留气体分析仪或光发射光谱仪），以在室狭缝阀打开时在晶片传送期间并且连续地监测空气泄漏。在晶片处理期间，其中安装传感器的传送室维持与工艺室隔离，因此，在处理的晶片上的任何潜在的空气吸收不会被知道直到异位计量传感器在检查晶片上检测到空气吸收为止。在空气泄漏的情况下，常规技术可能导致昂贵的晶片废弃。除了它们的高价格，常规传感器可能出于诸如化学相容性、压力和温度的原因而不适合用于许多工艺。
前述背景技术描述了与已知的研究、开发和设计工具和方法相关的问题、缺点和不足中的一些但未必是全部。
发明内容
在实施例中，提出了一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。QCM传感器监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品。控制器测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。所述控制器确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
在实施例中，本文提出的是一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置被提出。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件，所述多个流程部件包括排气管线或供应管线。QCM传感器监测所述制造系统的所述多个流程部件的所述排气管线或所述供应管线，并且被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述排气管线或所述供应管线中的工艺化学品。控制器测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器与所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。所述控制器确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的参数是作为所述排气管线或所述供应管线内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。在所述制造工艺期间所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品包括所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个。所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变。所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。
在实施例中，提出了一种用于监测制造系统中的制造工艺的方法。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。部署石英晶体微天平(QCM)传感器，所述石英晶体微天平(QCM)传感器用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件。在所述制造工艺期间，将所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品。测量由于在制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。将所述工艺室中的所述制造工艺的参数确定为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
本公开的附加特征和优点在以下附图说明和具体实施方式中描述，并且将从以下附图说明和具体实施方式中显而易见。
附图说明
图1A描绘了用于监测制造工艺的系统的实施例。
图1B是示出用于监测制造工艺的方法的实施例的流程图。
图1C描绘了用于监测未消耗前体或反应产物的系统的实施例。
图1D描绘了用于检测室空气泄漏的系统的实施例。
图2是在引入不同气体时图1D的系统的频率响应的曲线图。
图3是四(二甲氨基)钛(TDMAT)室的脉冲CVD步骤的频率特征的曲线图。
图4是通过X射线光电子能谱(XPS)获得的针对14 mm QCM传感器的高分辨率结合能数据的曲线图。
图5是频率偏移的曲线图，所述频率偏移对应于在暴露到超高纯度(UHP)氧时作为起始纯Ti厚度和区域的函数的钛膜的总质量增加。
图6是在暴露到超高纯度(UHP)氧时钛膜的质量增加的曲线图。
图7A和7B是在暴露到O2和N2时钛膜的质量增加的曲线图。
图8A和8B是作为针对O2和N2的质量增加的函数的质量增加速率的曲线图。
图9A和9B是气体分子对Ti金属膜的亲和力和置换能力的曲线图，其中图9A示出了在140mT暴露到UHP N2接着在140mT暴露到UHP O2的300nm厚的Ti膜的结果，并且图9B示出了新Ti金属层上的相反实验的结果。
图10是作为原始纯吸气剂厚度和氧气体压力的函数的可达到的总质量增加的图。
图11是差分泄漏检测系统的实施例。
具体实施方式
本公开涉及利用例如，用于监测制造工艺（例如半导体或其它制造工艺）的石英晶体微天平(QCM)传感器的监测系统。
图1A描绘了用于监测制造工艺的系统的实施例。在图1A的实施例中，工艺室10经由供应管线11连接到源12（例如前体源）。工艺室10还经由供应管线13连接到另一源14以及排气管线15。管线中的每个还可包括可以由工艺控制器控制的一个或多个阀(未示出)。
在图1A的实施例中，旁通管线16和17可以用于将系统中的工艺化学品的一部分分流到一个或多个传感器。在实施例中，QCM传感器20可以用于监测排气管线15，并且可以通过管线22连接到部件25以用于处理。类似地，QCM传感器30可以用于监测供应管线11，或者QCM传感器31可以用于监测到供应管线11的旁通16，并且可以分别通过管线32、33连接到部件35以用于处理。进一步，QCM传感器40可以用于直接监测工艺室10，并且可以通过管线42连接到部件45以用于处理。
本领域的普通技术人员会理解，本技术可以在各种各样的不同制造工艺系统上采用，并且一个或多个QCM传感器和附属电路系统及部件(例如加热器、控制器、材料沉积单元、蚀刻单元等)可以部署在制造系统中的一个或多个位置中。
例如，所述系统可以用于确定在室中是否存在以下条件中的任何条件：空气泄漏、反应副产物、未消耗前体或污染物。有利地，此类确定可以由系统进行，而无需在工艺室中直接部署QCM传感器。
此外，QCM传感器可以部署在系统中的多个位置中的一个或多个中，包括但不限于泵送管线、排气管线、供应管线、旁通管线、阀体、真空气室、旁通室或传送室。
图1B是示出用于监测制造工艺的方法50的实施例的流程图。在图1B的实施例中，方法50在框51可选地首先提供设置在QCM传感器上的吸气剂材料。在一个示例中，在制造系统中安装QCM传感器之前，吸气剂材料可以设置在QCM传感器上。
在另一示例中，制造工艺工具本身可以用于在QCM传感器上提供吸气剂材料。例如，可以将制造化学品从制造系统转移到QCM传感器，以便在QCM传感器上沉积具有指定厚度的吸气剂材料。
在进一步示例中，专用材料沉积源，例如钛升华部件，可以用于在安装之后将吸气剂材料提提供到QCM传感器。
在又一示例中，吸气剂材料可以由牺牲层或另一材料保护，所述牺牲层或另一材料在安装QCM传感器之后被去除。在此类情况下，例如蚀刻装置的材料去除部件可以是监测系统的一部分，并且可以用于在制造系统中的安装之后从QCM传感器去除牺牲材料层或其它材料层。
接下来，在方法50的框52，如上面相对于图1A所描述的，在制造系统内部署用于监测制造系统的多个流程部件中的一个流程部件的QCM传感器。继续，在方法50的框53，QCM传感器在制造工艺期间暴露到一个流程部件中的工艺化学品。在暴露期间或暴露之后，在方法50的框54，测量由于在制造工艺期间QCM传感器和一个流程部件中的工艺化学品之间的相互作用而导致的QCM传感器的谐振频率偏移。
然后，在方法50的框55，确定工艺室中的制造工艺的参数，所述工艺室中的制造工艺的参数是作为一个流程部件内的QCM传感器的测量的谐振频率偏移的函数。例如，吸气剂材料的质量可以由于在制造工艺期间与一个流程部件中的工艺化学品的相互作用而改变，并且控制器可以确定由于QCM传感器的测量的谐振频率偏移而导致的工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的测量的谐振频率偏移指示一个流程部件中的吸气剂材料的变化的质量。
概念上，来自框53-55的步骤可以被视为由系统监测的生产工艺的单次迭代。然后，在此迭代之后，在方法55的框56，可以更新吸气剂材料。
在另一实施例中，该方法可以用于监测监测室中的未消耗前体或反应副产物。例如，QCM传感器的质量可能由于未消耗前体或反应副产物而改变。在此类情况下，控制器可以确定由于QCM传感器的测量的谐振频率偏移而导致的工艺室中的制造工艺的参数，所述QCM传感器的测量的谐振频率偏移指示QCM传感器的变化的质量。
可以监测不同类型的制造工艺，包括将材料添加到室中的晶片或将材料从室中的晶片去除的工艺。在此类情况下，监测系统分别监测在工艺室中发生的沉积速率或去除速率。
在一个示例中，所述系统包括用于调整QCM传感器的温度的加热装置。此类配置允许QCM传感器和工艺化学品之间的相互作用以不同的速率发生（促进了测量）。例如，QCM传感器上的沉积或去除可以由于温度而被发起或控制。
在另一示例中，可以布置系统，使得仅较小部分的工艺化学品到达QCM传感器。QCM传感器有限暴露到工艺化学品可以用于减少QCM传感器和工艺化学品之间的相互作用。这可以通过使用阀或孔口，或通过使用稀释气体稀释在QCM传感器处看到的工艺化学品来实现。
图1C和1D描绘了使用QCM传感器的监测系统和方法的实施例。图1C的实施例涉及监测未消耗前体和/或反应副产物，并且图1D的实施例涉及室空气泄漏和其它污染物检测。
首先从图1C的实施例开始，此实施例提供了优于常规技术的许多优点。首先，当沉积效应发生在晶片上时，不是试图简单地再现沉积效应。而是，系统(其可以包括一个或多个QCM传感器)正在寻求从气体（其是晶片表面上和周围的化学反应的副产物）和残留前体(工艺气体)中提取诊断值。在残留前体气体的情况下，所述技术不尝试简单地重复晶片工艺，并且它不试图简单地在提供传感器暴露到工艺气体流动的位置监测，所述工艺气体流动近似于晶片所暴露到的对象。替代地，所述技术利用未消耗前体。这些通常是非常少量的气体，通常是痕量（trace amount），其跨晶片流动但不能与晶片表面反应。备选地或除此之外，存在确实从工艺气体与晶片表面的相互作用得到的反应副产物。金属有机前体例如可以由大的有机分子构成，所述大的有机分子热分解或与室中和周围的加热表面反应。可以在工艺室内部的表面上累积未消耗前体气体和反应副产物，泵送管线抽空所述室并且泵为所述室提供真空。真空外壳内的任何东西都易于被这些材料涂覆。未消耗前体气体和反应副产物可以产生信息。它们在下游可检测。所述技术希望利用未消耗前体气体（其是晶片表面反应的残留）和在晶片表面上发生的化学反应的副产物。
控制使大晶片表面饱和以用于沉积覆盖所要求的有机和无机金属前体浓度的量在ALD和CVD工艺中是关键的。作为安全措施，室通常充满大于饱和剂量(浓度乘以时间)的剂量，以便用于反应在晶片上的任何地方发生。在生产工具中，由于材料通常是昂贵的，要求谨慎地设定超过剂量的极限。此外，非必需的高气体流动，或者在ALD的情况下，气体脉冲增加了工艺循环次数并限制了晶片产量。
由于对污染物或颗粒进入工艺室的顾虑，在前体流动管线上安装传感器（例如质量流程控制器或任何其它传感器）以监测项目a) -e) (下面阐述)是不实际的。然而，传感器可以在下游用于监测上面情况。这里，我们展示了使用安装在金属氧化物、氮化物或其它材料涂层中使用的CVD/ALD室的排气管线、前级管线和室或任何其它前体或副产物流动路径上的QCM传感器监测a) -e)的可能性。
因此，在一个方面，本公开有利地提供：
a)前体耗尽；
b)前体浪费；
c)由于阀故障导致的前体流动抑制或波动；
d)晶片温度一致性；以及
e) 前体吸收一致性，其由于归因于晶片本身、室、设备子系统、不正确的工艺配方（recipe）或引起不适当沉积的任何其它因素的任何其它原因而导致。
QCM可以用于监测真空沉积中的薄膜。QCM的谐振频率随着膜沉积物的质量负荷而降低。使用QCM的频率下移，在QCM上形成的膜的声阻抗以及密度，可以导出厚度以及因此膜形成的速率。
半导体工具的制造商提供了用于具有小的工艺参数变化的工艺的最佳已知方法(BKM)。通过所提供的工艺参数集合来生产晶片确保接近复本沉积/蚀刻速率和晶片的覆盖。为了保证覆盖并且为了减少浪费，保持了节约容积的前体充裕（precursoraffluence）。在其到排气的途中，少量前体充裕和副产物沉积在衬里、壁、排气管线上。尽管保持所述工艺的下游的温度以减轻前体的分解以及前体和副产物的冷凝两者，但避免两者是不实际的。一般保持壁温度以避免前体冷凝和在吹扫循环期间蒸发形成的任何冷凝物。然而，来自前体分解的金属原子冷凝和到达壁的散射原子在壁上形成永久金属膜。QCM可以被安装与排气管线/室壁的内表面齐平，以捕获由于前体充裕和副产物而导致的此类膜形成。
在晶片处理期间，尽可能精确地控制流入室中的前体的量。类似地，影响晶片表面上的反应的所有其它变量意图在非常严格的公差内晶片接晶片地重复。从一个晶片到下一个晶片的工艺一致性的原位测量可以用于减轻晶片损失、改进产品产量以及以其它方式管理或控制工艺一致性。QCM可以提供此类测量。
在晶片循环期间，如果存在以来自金属前体的金属或金属氧化物/氮化物或任何其它材料的形式的任何沉积，则谐振频率会偏移。偏移的幅度指示是否存在任何未有效消耗的前体、副产物、两者的组合。可以处理此信息以容易地导出膜的厚度。偏移的幅度是晶片工艺一致性的度量。可以选择QCM的位置和温度来以所期望速率累积上面的涂层，使得单个QCM可以用于持续全部生产运行或直到下一预防性维护。如此选择的频率偏移可以用作品质因数，来指示工艺一致性、使每晶片循环的前体容积的浪费/未使用量相关或者以其它方式改进工艺一致性和优化。
管理晶体寿命的其它手段包括使用稀释气体来减少到达晶体表面的材料的浓度，以及（例如在阀后）间歇地隔离QCM以选择性地限制QCM暴露到反应副产物和未消耗前体气体的沉积。
在一个示例中，系统监测晶片温度一致性。在另一示例中，系统监测前体吸收一致性，该前体吸收一致性由于归因于晶片本身、室、设备子系统、不正确的工艺配方或引起不适当沉积的任何其它因素的任何其它原因而导致。
继续图1C，所描绘的用于监测未消耗前体或反应副产物的系统一般示出TiNiCVD-室排气管线的段，其示出了安装有QCM传感器的排气的典型布置。详细地继续图1C的实施例，在脉冲CVD室的排气管线110的KF-40凸缘上安装QCM传感器100。可以存在安装在不同的室（在相同的工具上运行类似或不同的工艺）中的多于一个此类传感器。为了感测未消耗前体或反应副产物的目的，还可以存在在一个室的单个前级管线的不同位置中安装的多于一个的检测器。在当前示例中，安装单个传感器，使得晶体前向面（front face）几乎在与前级管线的内壁相同的平面上。为了在QCM 120上累积金属或金属氮化物涂层，可能不强制将传感器安装在示出的配置中。QCM 120经由电子连接106与例如控制系统通信。由于前级管线上的喷嘴和传感器主体本身之间的圆柱形间隔导致的、在传感器周围产生的涡流可能引起气体流的向内抽吸，从而使金属蒸气/前体很好地到达喷嘴通道内部。此外，QCM传感器包括晶体120和可选的吸气剂材料。在操作期间，可以形成CVD膜122和前体冷凝物124。取决于温度，在QCM上的累积可以是膜和前体冷凝物的混合物或仅是膜。
接下来，图1D示出了泄漏监测器实施例。QCM传感器可以用于测量物理气相沉积（例如电子束蒸发和热蒸发）中的厚度累积速率。QCM的谐振频率随着材料质量负荷而降低，并且幅度与裸露的石英频率和外来材料的面密度成比例。在当前技术中，QCM检测在与空气泄漏中的组分反应时预先存在的涂层的质量增加。质量增加是吸气剂材料厚度、反应成分的分压、温度和晶体上膜的表面粗糙度的函数。因此，吸气剂材料在晶片生产期间累积；在没有任何空气泄漏或涉及反应成分（例如氧）的工艺的情况下维持处于其纯净形式。
QCM传感器可以放置在工艺室中和其周围的各种位置处，以便监测泄漏。这包括提供用于监测室壁上的、从室引出的泵送管线中的、工艺气体供应管线上（包括允许过量工艺气体在工艺室周边被引导的旁通或转移管线）的、附连到室或任何子系统的阀体中的以及在相邻真空室(例如真空气室和晶片传送室)中的材料沉积的位置，其中由于阀打开和关闭而导致的周期性暴露可以允许材料从一个室传送到另一室。
安装在相对于昂贵半导体晶片工艺位置的下游或旁通管线（例如工具室的排气管线）中的QCM感测器用于检测在半导体晶片生产运行期间的无意地系统性以及意外空气泄漏两者。QCM传感器的主要目的是要起空气泄漏检测器的作用，在空气泄漏检测器中通过质量增加使能检测，所述质量增加是由于生产期间在QCM上实时累积的纯吸气剂金属涂层的氧化而导致的。如果在通过QCM的气体流中存在空气分子，则QCM的谐振频率向下偏移，这指示膜的质量增加，膜的质量增加由于氧化导致。
常规地，在密封容积内部（其用于要求高真空背景的装置操作），使用体和表面吸气剂（例如非蒸发性烧结体媒体或薄膜表面涂层）作为化学吸气剂泵。当在密封容积内部激活时，这些微型化学泵通过在连续的背景泄漏和通过吸气剂的吸附速率之间建立平衡来帮助保持在密封的时间外提供的高真空水平。此类吸气剂介质总是附连到加热器上，以用于它们的初始激活，以及用于当它们的泵送效率随时间而恶化时再生。在几个再生循环之后，这些吸气剂需要从密封的容积中被替换。当前技术的吸气剂涂层用于实时泄漏检测，并且不需要激活或再生。例如，在一个实施例中，所述系统利用半导体晶片生产室的前体充裕（否则该前体充裕会被浪费）来连续累积最高纯度的吸气剂材料（最高纯度的吸气剂材料要用于室中的意外空气泄漏检测的主要目的），而不需要激活或再生方法和附件。
在一个方面中，所述系统将材料累积到灵敏的QCM上以用于实时监测纯吸气剂厚度生长（被转换为QCM的泄漏检测效率）。在另一方面中，所述系统使用被动和主动实时原位空气泄漏检测，而不必须运行鉴定晶片和异位测量。在进一步方面中，在每个晶片循环连续更新吸气剂表面前沿的系统至少保证表面扩散受限的氧化。
在另一实施例中，所述系统提供晶片-晶片按需泄漏检查特征。例如，所述系统提供了对频率偏移信号进行斜坡和积分的能力，以使用差分仓（bin）来验证可疑的小泄漏。此外，所述系统使用两个传感器提供定向泄漏速率检查。进一步，所述系统包括记录在Ti层中的永久室O2水平历史（包括预防性维护的次数），以帮助故障和根本原因分析。在另一示例中，所述系统包括到（一个或多个）QCM上的被动或主动吸气剂材料累积。
在气相金属和金属电介质沉积（例如化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)）中，保持超过(对完全晶片膜厚度均匀性所要求的)临界剂量的前体剂量(前体浓度和暴露时间的乘积)。然而，在晶片生产运行期间，仅保持节约的过量剂量以减少昂贵前体的浪费。在其到排气的途中，未被晶片消耗的前体和工艺副产物沉积在室的衬里、壁和排气管线等上。这些沉积物可以采取冷凝、寄生膜和刚性弹性膜的形式。设备工程师尝试保持工艺下游条件以使这些沉积物最小化。尤其是，保持排气和旁通管线温度以使热分解和蒸气饱和（其针对配方步骤中的压力波动窗口和给定的前体）最小化。然而，彻底既避免刚性金属膜形成又避免前体冷凝是不实际的。在大多数室中，一般保持前级管线的壁温以避免前体冷凝。任何残留的冷凝是小的，并且在吹扫事件、具有减少的前级管线压力的配方步骤和泵吸期间趋向于蒸发。另一方面，金属或电介质膜涂层永久维持。形成这些膜的沉积物的连续累积可能是由于金属蒸气冷凝。取决于前体的非零分解可能性(其是由于室内部和前级管线之间的温度梯度)、金属蒸气的适度平均自由路径(在10 mTorr的压力下大约为20 mm)和前级管线的温度的组合，涂层厚度累积速率可以沿前级管线而变化。然而，上面的因素提供了用于甚至在处于室温的前级管线壁的一部分上形成金属膜的源和手段。因此，QCM传感器可以放置在前级管线中的适合位置，以便监测金属累积速率并使用此类累积材料的吸气剂特性来检测潜在的空气泄漏。这还提供了改变累积速率以有利于检测室空气泄漏的办法。
图1D描绘了用于检测室空气泄漏的系统并且一般地示出了TiNi CVD-室排气管线的段，其示出了安装有QCM传感器的排气的典型布置。在生产晶片监测期间，作为前体充裕在其到泵的途中通过QCM表面的结果形成了纯吸气剂材料。
详细地继续图1D的实施例，QCM空气泄漏检测器100安装在脉冲CVD室的排气管线110的KF-40凸缘上。可以存在安装在不同室中的多于一个的此类检测器，所述不同室在相同的工具上运行类似或不同的工艺。为了提取在室的晶片位置处的潜在的空气泄漏方向和可共同相关的泄漏幅度的目的，还可以存在安装在一个室的单个前级管线的不同位置中的多于一个检测器。在当前示例中，安装单个传感器，使得晶体前向面几乎在与前级管线的内壁相同的平面上。为了在QCM 120上累积金属、金属氧化物或金属氮化物涂层，可以不强制将传感器安装在示出的配置中。由于前级管线上的喷嘴和传感器主体本身之间的圆柱形间隔而导致的在传感器周围产生的涡流可能引起气体流的向内抽吸，从而使金属蒸气/前体很好地到达喷嘴通道内部。在从脉冲CVD室取回的空气泄漏检测器的圆柱形传感器主体102上观察到的彩色Cornu-干涉条纹108确认此类向内抽吸的存在。此外，QCM传感器包括晶体支撑件120、晶体122和吸气剂材料124。在右边示出了在暴露到空气泄漏之前具有累积的吸气剂材料130的QCM 132的截面图。吸气剂累积的区域绰绰有余覆盖QCM的主动区域。
因此，配置以下项是可能的：a)空气泄漏检测器，其具有从前级管线壁凹入的QCM面；b)具有QCM的两个空气泄漏检测器，它们在T形部分（其具有安装到前级管线喷嘴的T形）上彼此面对。备选地，泄漏传感器也可使用较小直径QCM (例如8mm)以允许集成在KF25或较小喷嘴以及前级管线上的其它端口上。检测器可以是被动或主动的，其中被动检测器在前级管线壁温度处于热平衡并且主动检测器可以被加热到处于与前级管线不同的稳态温度。在被动传感器的情况下，通过使用设计成具有处于安装位置的温度的或与安装位置的温度的非常接近的转折点的QCM，使晶体的频率稳定性最大化。在主动传感器的情况下，对于具有任何转折点的QCM，温度可以被控制处于固定点。
再次，图1D示出了空气泄漏检测器的晶体的前向面上的典型吸气剂金属累积。在本申请中其它地方示出的示例中，在晶片循环期间，从通过(例如TDMAT)的充裕的前体剂量逐渐累积纯钛膜。如上面提到的，在许多CVD/ALD半导体工艺工具的排气管线中存在可用的某个量的前体分解。在每个前体脉冲期间，金属蒸气和未消耗前体的混合物在QCM表面上冷凝。纯金属冷凝以形成纯吸气剂表面，从而指示QCM上的不可逆频率偏移。同时，前体冷凝可能在配方中的吹扫循环期间蒸发。纯金属累积速率可以通过以下项的组合或其中任一项来控制：a)加热前级管线的段，其在QCM传感器上游的几个散射波长，b)加热QCM到固定温度。
钛、钽及其电介质的CVD生产室，或具有吸气剂特性的其它CVD/ALD金属和基于那些金属的电介质的CVD生产室从本技术受益。安装在这些室中的任何室的前级管线中的QCM传感器可以具有各种程度的涂层。吸气剂涂层对氧高度反应，并且对空气中的其它成分较少反应。吸气剂膜可以吸附O2、 N2、 H2O等。取决于吸气剂-吸附剂组合，这些空气分子可以被物理吸附、扩散通过或化学吸附。尽管O2、 N2和 H2O可以与钛反应，但氧具有最高的反应性和粘附系数，因此；它可以从吸气剂金属表面和形成的氧化皮两者置换其它被吸附物。
为了评估所提出的空气泄漏检测器的有效性，需要在不同的室条件下理解其能力。为了方便起见，使用沉积在QCM（使用物理气相沉积系统）上的钛金属的空气、超高纯度(UHP)氮和UHP氧暴露获得了下面示出的一些结果。
图2示出了涂覆有Ti的3个AT-切割QCM中的频率偏移，并且一般地描绘了UHP氮和UHP氧引入到具有三个纯钛涂覆的晶体和三个控制晶体的蒸发室中。N2引入示出小的频率响应(对于100nm或更小的Ti厚度可忽略)，而暴露到O2示出了频率的显著改变。在140mT的两次暴露之间，将室泵吸到基本压力。
这里，使用在超高真空下99.99%钛托盘的电子束蒸发来施加金属膜。在沉积时的室压力为约10-6 Torr。所述室由低温泵来泵送，以用于有效地捕获从壁上去吸附的水分子。而且，在蒸发运行期间累积在蒸发器的钟罩表面上的纯钛涂层充当大表面吸气剂泵以进一步提升真空水平。因此，假设到蒸发的Ti涂层中的水和其它分子结合到QCM上可忽略是安全的。使用相同的QCM用于测量在暴露到N2和O2气体期间的质量增加和Ti沉积物的厚度两者。使用单独控制的QCM将蒸发速率控制在1-1.5A/s。在沉积之后，允许将晶体在高真空下冷却到室温超过3-4小时。在建立QCM的稳定频率基线之后，使用可变泄漏速率阀将高纯度气体引入到室中。在此类引入期间，确保了在将气体瓶连接到室的管线中不存在俘获的闭塞空气容积。被挡板覆盖以阻挡金属沉积但是暴露到气体的另三个QCM用作实验控制。如图中示出的，频率上的振荡浮动（riding）是由于QCM对构建温度控制回路的响应导致的。对于大约100nm的纯Ti厚度，通过UHP N2回填到140 mTorr的室没有示出频率的可辨别改变，而在140mTorr引入O2示出大约150Hz的快速频率偏移。通过被动晶体监测器测量在暴露到气体时的声阻抗改变连同频率。
Ti吸气剂的氮反应性意味着钛膜可以与用作稀释剂、载体、吹扫或这些的组合的超高纯度氮反应。然而，如图2中示出的，氮具有非常低的粘附系数，并且吸附的氮原子可以容易地被氧原子置换。一般地，存在已知的主从顺序，其中氧示出对钛的最高亲和力。对于从室壁而释放的或者作为工艺化学品的结果而生成的吸附的水蒸气而言，相同情况是真的。在室温下，来自水的氧原子不具有克服钛表面的化学吸附阻挡的能量，并且可以被游离氧分子置换。这意味着在空气泄漏的情况下，空气中存在的氧应该由于氧化而导致在膜中产生质量增加。假设均匀的金属膜厚度，此类质量增加与吸气剂的氧化区域成比例。
对于给定的热平衡(换句话说，氧分压和温度)，泄漏检测灵敏度与金属膜的厚度和粗糙度成比例。而且，增加的因素可以在源自QCM传感器上游的潜在泄漏与检测到的泄漏之间存在，因为此类空气泄漏在其到达前级管线位置中的QCM传感器之前必须沿室壁和涂覆有钛的管通过。因此，按需观察到的泄漏检测信号或在室的空闲步骤期间观察到的任何向下基线趋势可以指示源自传感器上游的较大的泄漏，最可能使晶片上的氮化钛层退化。为前级管线预配置分开了已知距离的两个传感器可以允许定性估计上游位置处的泄漏速率。如果泄漏源自离室最远的传感器的下游，则当泄漏必须逆着压力梯度流动时，相反幅度的信号可以由两个传感器检测到。
由本技术提供的在时间和资源方面的益处中的一个是提供了这样的能力：在检测到来自传感器的泄漏信号时运行斜坡测试以避免错误肯定。如果是肯定的，则可以防止运行更多的晶片。斜坡测试涉及以下项中的两项或任一项：a)加热晶体以增加空位和晶格缺陷的迁移率来增加氧化速率；b)随时间对信号仓积分以改进SNR。当前的泄漏检查方法不是实时的，因此在异位方法（其指示由于泄漏导致的氧化）的情况下，从最后的泄漏测试运行的所有晶片可能被废弃。换句话说，当前的泄漏检查方法本质上是诊断性的，并且需要定期运行以减少潜在的废弃晶片数量。不像当前技术的实时泄漏检测，这里；在干预之前可能已经运行了更多的晶片，从而引起昂贵的废弃。而且，在当前技术中，可以在没有在室中加载晶片来确认泄漏的情况下，调用事件触发的特殊配方(例如载体气体跨过前体安瓿上)。
如果需要，通过将QCM数据与指示工艺本身和工艺室的状态的其它信息相关，可以将由于氧的吸收导致的QCM上的频率偏移与由其它材料(例如，未消耗前体、反应副产物)的沉积诱发的频率偏移区分开。例如，在将晶片传送到室中或传送出室之前，工艺室经常被泵吸到某个基本真空水平。在这些间隔期间，没有工艺正在被执行，并且因此，没有预期工艺气体或反应副产物。在引入工艺气体（其产生由QCM可检测的未消耗前体气体和反应副产物）之前，在室中的晶片处理可以涉及许多不同的工艺步骤针对晶片稳定条件。
此外，一些室空气泄漏检测过程涉及几乎精确地模拟所有工艺步骤，除了载体气体(经常用于将前体气体传输到室)旁路前体源安瓿。图3示出了TDMAT室的脉冲CVD步骤的频率特征。黑色迹线示出了与QCM表面上的Ti吸气剂累积对应的频率偏移。红色迹线示出了在不存在TDMAT前体情况下的相同配方。在这些测试期间，不会预期如通过QCM测量的频率偏移（由于工艺气体导致的）。如果存在与空气泄漏相关的任何偏移，则空气泄漏的源可以从根据其它符合的室状态数据提供的上下文信息推断，或者通过所涉及的阀的控制的模拟和监测QCM的谐振频率来隔离。与图3中示出与数据有关的泄漏检测器安装在排气管线上，并且频率特征模仿对AT-切割晶体正常的前级管线压力波动。使用SC-切割晶体可以减少对压力的灵敏度。
图3是四(二甲氨基)钛(TDMAT)室的脉冲CVD步骤的频率特征的曲线图。顶部曲线图中的黑色迹线示出了对于基于两步TDMAT的CVD配方的、安装在排气管线中的QCM的响应。红色迹线是对于在载体气体中没有TDMAT的泄漏检查配方的QCM的响应。由于QCM已经累积了大约100 nm的Ti，所以引入到室的可检测空气泄漏应该引起非零频率偏移。
图3中的底部曲线示出了去卷积频率信号，该去卷积频率信号指示Ti蒸气冷凝和TDMAT冷凝物累积的两个步骤以及TDMAT冷凝的随后蒸发。
吸气剂金属在晶片循环期间累积地更新，因此始终保持新鲜的Ti表面。在非吸气剂工艺的情况下，如在钛升华泵中的钛升华可以用于通过Ti吸气剂材料涂覆QCM。备选地，或者除了所有上面内容之外，吸气剂涂层可以通过使在工艺设备上可用的工艺气体流动而生成以用于独立于晶片工艺而涂覆晶体的特定意图。换句话说，QCM上的吸气剂涂层不必须依赖于从晶片工艺引起的未消耗前体；它可以由特殊的室配方具有，所述配方将工艺气体递送到QCM（为了涂覆晶体或其它本地沉积的明确目的，例如从细丝或钛涂覆的细丝升华Ti或蚀刻掉QCM上驻留的氧化皮以暴露新鲜的纯钛层）。工艺气体的流动路径可以通过室、通过前体旁通或转移管线或通过任何其它可用的流动路径提供，或者如果需要，可以为了使工艺气体可用于更新QCM上的吸气剂涂层的特定目的而创建。
图4是通过X射线光电子能谱(XPS)获得的针对14 mm QCM传感器的高分辨率结合能数据的曲线图。高分辨率XPS结合能数据示出在TiNi脉冲CVD室的排气管线中使用的QCM传感器上存在Ti O2。XPS分析在QCM的中心区域上进行（如示出的）。在这个示例中使用的QCM的前电极和后电极都是铝。O2通过意外的空气泄漏被引入到排气管线。
扫描的区域 C N O F Al Si Cl Ti
石英盘，前侧中心 33.8 2.8 39.2 9.4 - 0.4 - 14.5
石英盘，后侧，石英区域 19.3 0.8 52.5 - - 27.5 - -
石英盘，后侧中心 37.3 0.6 39.6 0.9 21.5 - 0.1 -
表1：将原子浓度(以原子%为单位)归一化成100%的所检测的元素。虚线指示未检测到所述元素。对于前侧中心，对Ti涂层上标记的小矩形进行扫描。
图4示出了通过X射线光电子能谱(XPS)获得的针对14 mm QCM（其在300mm TiN脉冲CVD室的前级管线中使用）的高分辨率结合能数据。这样做以便验证是否存在任何配体结合，并且以便获得形成膜的元素的组成。曲线图中的峰是针对在晶体中心示出的2.0×0.8mm矩形扫描区(插到图4)。晶体前向面上的薄膜干涉提示在累积的Ti涂层上存在电介质膜。钛的快速扫描2p峰的高分辨率XPS扫描揭示金属上的皮由Ti O2组成。使用Ti的密度和净频率偏移，Ti层的厚度被导出是
Figure DEST_PATH_IMAGE001
500nm。使用图4中的峰的相对幅度，皮厚度被导出是
Figure 706219DEST_PATH_IMAGE001
3nm。后侧中心主要是铝，铝是用于QCM电极的材料，并且石英区被确认为石英。表1示出了晶体不同区域中的元素组成。执行后侧上的扫描以查看是否存在任何膜形成，所述膜形成可以使质量增加偏斜，因为QCM对前表面和后表面两者上的质量加载是灵敏的。表1示出在后侧上不存在沉积。
图5是频率偏移的曲线图，所述频率偏移对应于在暴露到超高纯度(UHP)氧时作为起始纯Ti厚度和区域的函数的钛膜的总质量增加。在蒸发的钛上的O2化学吸附作为纯钛涂层厚度的函数。曲线示出由吸气剂化学吸附的原子总数量随膜厚度而收敛。不同的曲线对应于吸气剂涂层的不同区域尺寸。由于QCM设计成在能量俘获模式下操作，所以主动区域外的膜的质量增加不引起谐振频率改变。
图5示出了频率偏移，所述频率偏移对应于在暴露到UHP氧时作为起始纯Ti厚度和区域的函数的钛膜的总质量增加。在室温下针对氧气体压力140mT进行测试。每个数据点指示对于给定膜厚度的总频率偏移(或总质量增加)。使用以1-1.5A/s速率的电子束蒸发施加钛膜。三个不同的曲线针对三个不同晶体的主动区上的不同金属涂层区域。这示出了需要被覆盖以得到最大的频率偏移的最小区域。由于所使用的晶体是平凸的，所以声能仅在中心被俘获，并且出于该原因，可以获得对空气暴露的相同质量增加灵敏度，而不管晶体的横向尺寸。换句话说，较小尺寸（例如直径为8mm）的晶体可以在半工具中可用的较小喷嘴中使用（而没有损失灵敏度）。如图的涂层堆叠中示出的，保持相同的晶体以导出给定金属区域的所有金属厚度的暴露数据。
图6是在暴露到超高纯度(UHP)氧时钛膜的质量增加的曲线图。在暴露到UHP O2时QCM上Ti膜的质量增加。曲线的两个集合对应于在抛光和未抛光的QCM衬底上200nm厚的蒸发的Ti。为了避免膜的形态成为膜的最终表面粗糙度的支配因素，使用1.5A/s的蒸发速率。集合之中的变化主要由于Ti涂层厚度的变化而导致的。
使用具有不同Ti表面粗糙度的QCM的两个群组测试了金属膜的形态对在140mT压力和在室温下的氧吸收量的影响。两个群组均是直径为14 mm，并且具有约6 MHz的起始基频。选择金属膜厚度和蒸发速率以确保金属表面粗糙度膜与衬底的下层表面粗糙度一致。针对未抛光和抛光的衬底测量的平均表面粗糙度具有分别为Sq
Figure 872627DEST_PATH_IMAGE001
0.285µm和Sq
Figure 901632DEST_PATH_IMAGE001
50A的平均均方根高度。集合之中的变化是由于抛光和未抛光晶体两者的粗糙度变化而导致的。如所预期的并且如图6中示出的，未抛光的QCM的质量增加大于抛光的QCM的质量增加。为了确保晶粒形态不支配表面粗糙度，在两种类型晶体上的所有沉积期间保持1.5A/s的上限速率。预期在两种情况下室温氧化动力学是相同的。因此，上升的增加归因于由于未抛光晶体上的金属膜上的谷和坑而导致的可用的大表面区域。
图7A和7B是在分别暴露到O2和 N2时钛膜的质量增加的曲线图。对于抛光和未抛光晶体，暴露到UHP N2和UHP O2的纯Ti的总质量增加相对于起始金属厚度。以1.5A/s蒸发金属。QCM在被暴露之前处于室温。
在140mT以及在室温下首先暴露到UHP N2并且其次暴露到UHP O2时，测试纯钛膜的质量增加，纯钛膜的质量增加是作为起始Ti金属厚度的函数。如图7中示出的，对抛光晶体和未抛光晶体两者进行了实验。由于与N2分子相比，针对O2分子的粘附系数和对Ti的亲和力两者更大，因此在针对N2的类似条件下，在暴露到O2时的频率偏移更大。对于氧和氮两者，存在Ti的厚度极限，并且超过此厚度，将不发生附加的吸收。对于任何给定的厚度，由阳离子间隙和空位通过氧化物层扩散到氧化物气体界面而发生氧化。质量增加饱和指示不存在可用于阳离子与氧反应的更多自由能。曲线图的y轴转换成在达到饱和之前可以反应的氧或氮分子的总量。总的氧吸收也是金属膜的温度和分压的函数。
图8是作为分别针对O2和 N2的质量增加的函数的质量增加速率的曲线图。当在140mT和T = 25C暴露到UHP O2时Ti膜的质量增加速率。曲线的两个集合对应于抛光和未抛光QCM上的Ti膜。曲线针对100、200、300nm的原始Ti厚度。为了避免膜形态成为膜的最终表面粗糙度的支配因素，使用1.5A/s的蒸发速率。x轴与氧化物厚度成比例。不像在高温生长动力学中，当氧化物已生长到可达到的最终厚度的一半时，观察到氧化的峰速率。
作为针对O2和 N2的质量增加的函数的质量增加速率在图8中示出。生长速率曲线示出，室温氧化动力学不遵循如高温金属氧化中的抛物线速率定律。在室温下，质量增加速率随氧化物厚度而增加，并且在饱和时趋向于朝着零降低。用于测量晶体谐振频率的仪器具有3.5 mHz的频率分辨率，并且在测试中使用的晶体具有近似10ng/cm2的质量灵敏度。因此，仪器分辨率转换成35 pg/cm2-s或8×1010个O2分子/ s的质量增加速率分辨率。x值的延伸示出了对于给定厚度或粗糙度值的O2吸收极限。
在140mT和T = 25C暴露到O2时，测试纯钛膜的质量增加，纯钛膜的质量增加是作为起始Ti纯金属厚度的函数。如图8中示出的，对抛光晶体和未抛光晶体进行了实验。不像针对高温氧化动力学如由Wagner理论所预测的或者抛物线速率定律，质量增加速率随氧化物厚度增加，并且在饱和时开始朝着零降低。用于测量晶体谐振频率的仪器具有3.5 mHz的频率分辨率，并且在测试中使用的晶体具有近似10ng/cm2的质量灵敏度。因此，仪器分辨率转换成35 pg/cm2·s或8×1010个O2分子/ s的质量增加速率分辨率。x值的延伸示出了对于给定厚度或膜粗糙度的O2吸收极限。
图9A和9B是气体分子对Ti金属膜的亲和力和置换能力的曲线图，其中图9A示出了在140mT暴露到UHP N2接着在140mT暴露到UHP O2的300nm厚Ti膜的结果，并且图9B示出了在新Ti金属层上的相反实验的结果。O2分子对Ti金属膜的亲和力和置换能力。在左边，300nm厚Ti膜在140mT暴露到UHP N2接着在140mT暴露到UHP O2。图9B示出了在新Ti金属层上的相反实验。在两次暴露中间，将室泵吸到10-7 Torr中间的基本真空。图9A不具有通气事件。
图10是可达到的总质量增加的曲线图，可达到的总质量增加是作为原始纯吸气剂厚度和氧气体压力的函数。在暴露到不同的O2压力时，在室温下600nm厚Ti膜的质量增加。总氧化物生长作为O2压力的函数而增加。对于固定压力以及不同吸气剂金属厚度，可以获得类似的图。
对于空气压力可以获得类似曲线。在通过Wagner的点晶格缺陷扩散控制(阳离子间隙和空位通过氧化物厚度扩散到达氧化物气体界面)理论下，对于给定的压力和温度，差分晶格缺陷扩散电流达到零，从而将氧化物生长不可逆地限制到最终氧化物层厚度。然而，当氧化气体压力增加时，化学势平衡被打破，并且将存在更多的扩散流动，直到达到新的最终厚度为止。换句话说，对于给定的Ti层(或任何其它吸气剂)厚度，氧吸收能力随氧分压而增加。
图11是差分泄漏检测系统的实施例。QCM #1处于T1温度，并且QCM #2处于T2温度。T2大约比T1大一个数量级幅度，例如T1
Figure 624737DEST_PATH_IMAGE001
40C且T2
Figure 688377DEST_PATH_IMAGE001
350C。使用可选地串联连接到谐振频率监测器电路的工艺控制器来保持温度。可选地，可以选择针对两个不同温度的晶体切割以给出更大的频率稳定性。QCM #2可以安装在QCM #1的下游，并且两者之间的间隔可以在5-10英寸之间。对下面等式进行参考：对于计划的泄漏检查，可以定义针对两个QCM的两个信号仓，以便在设备空闲或按需泄漏检查配方调用期间对相应频率进行积分。这里，T是频率的积分时间。如果存在泄漏，则与S#1相比S#2将是大的。差分信号的幅度是泄漏速率的函数，并且可以在经验上用于导出泄漏速率。
Figure 822424DEST_PATH_IMAGE002
如至此所描述的技术示出/展示了室空气泄漏检测的能力。然而，检测的灵敏度不足以检测室的本地气体环境中的外来空气混合物的ppm水平。换句话说，保持在室温的QCM对于指示室中的空气泄漏中的ppm水平O2不灵敏。以下描述所述技术的另一方面。图11中示出了高度灵敏的差分空气泄漏检测布置。这里，存在具有相同量的Ti (或来自工艺前体的其它吸气剂材料)累积的两个QCM。这是用于在室空闲期间或在晶片运行中间高度灵敏按需空气泄漏检测的有用布置。在一种方法中，泄漏检查例程的激活触发QCM #2的温度斜坡变化到大约400C，同时QCM #1的温度保持固定。在斜坡的开始时，记录两个频率仓的差分信号。如果不存在泄漏，则差分信号应该仅反映所安装的晶体的温度系数，并且可以使用存储在测量单元的非易失性存储器中的f-T数据容易地补偿以导出平坦基线。然而，如果基线仍然漂移，并且更重要的是，在QCM #2的温度达到稳定状态之后保持漂移，这指示通过Ti的差分O2分子吸收，因此存在空气泄漏。如果差分信号大，则实际上不需要补偿。取决于泄漏的大小，可以调整积分时间。此斜坡实验可以提供非常低的检测极限，因为即使对于由ppm水平空气与室气体混合比引起的小的电化学势差，晶格缺陷电流密度在高温下也大得多。另一优点是，即使Ti表面在斜坡测试之前饱合（例如表面Ti O2，其来自恰好在有意地执行泄漏检测例程之前存在的泄漏），也发生检测。上面提到的积分时间对工艺工程师给出了设计泄漏检测极限的办法。两个传感器也可以用于检测泄漏的方向和用来近似泄漏速率。差分信号的符号告知泄漏是在两个传感器的上游还是下游，并且幅度可以被转换成泄漏速率。
在具有斜坡方法的当前技术的另一示例中，在安装在前级管线和旁通管线中之前两个QCM可以预涂覆有Ti吸气剂，其中，半工艺不能提供具有吸气剂特性的金属或者累积的量可忽略。单个QCM也可以利用用于泄漏检测的备选信号累积方法而在斜坡中使用。
QCM上的吸气剂金属累积不必须是被动的。可以进行主动按需累积。例如，独立于工具/室资产的吸气剂材料源，其提供了在晶体表面上吸气剂材料的原位再生。此类源可以作为QCM传感器的组成部分、作为单独部件、作为工艺工具/室的修改或每个的任何组合来提供。所述源可以是为了提供涂覆QCM的原位手段（包括热分解、热蒸发、等离子体沉积、升华等）的目的而设想的任何东西。
备选地或者除了上面内容之外，当从工具/室没有可用的适合于提供吸气剂材料的工艺气体时，可以制备在安装到工艺室上或其周围之前预涂覆有吸气剂材料的石英晶体。制备具有吸气剂材料的QCM存在以下挑战：在为了检测氧的目的而在室上安装QCM之前，从空气中的氧来的污染。吸气表面可能通过暴露到氧而变得不活跃或不灵敏。在此类情况下，通过使用在工艺室上可用的资源（例如由室采用的用于清洁晶片表面和室壁的反应气体、以其它方式用于晶片处理(蚀刻、清洁、沉积等)的等离子体系统、加热或在工具/室上可用的任何其它（一个或多个）资产），可以在原位(安装后)激活或再激活被污染的QCM表面以去除被污染的表面层。
回到某些实现细节，控制器或处理器可以包括数据处理器或中央处理单元(“CPU”)。系统数据存储装置可以包括但不限于具有旋转磁盘的硬驱动器、固态驱动器(“SSD”)、软盘、光盘(包括但不限于CD或DVD)、随机存取存储器(“RAM”)装置、只读存储器(“ROM”)装置(包括但不限于可编程只读存储器(“PROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”))、磁卡、光卡、闪速存储器装置(包括但不限于具有非易失性存储器的USB钥匙、适合用于存储电子指令的任何类型的媒体)或任何其它适合类型的计算机可读存储介质。
所述方法包括计算机可读指令、算法和逻辑，其通过任何适合的编程或脚本语言（包括但不限于C、C + +、Java、COBOL、汇编、PERL、Visual Basic、SQL、JMP脚本语言、Python、存储过程或可扩展标记语言（XML））来实现。方法30可以通过数据结构、对象、过程、例程或其它编程元素的任何适合组合来实现。
在实施例中，上面描述的存储器装置和数据存储装置可以是存储指令或参与将指令提供到处理器以用于执行的非暂时性介质。此类非暂时性介质可以采取不同的形式，包括但不限于非易失性媒体和易失性媒体。非易失性媒体可以包括例如光盘或磁盘、闪速驱动器、以及任何计算机中的任何存储装置。易失性媒体可以包括动态存储器，例如计算机的主存储器。因此，非暂时性计算机可读媒体的形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒或计算机可以从其读取编程代码和/或数据的任何其它介质。许多这些形式的计算机可读媒体可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器以用于执行。与非暂时性介质形成对照，暂时性物理输送媒体可以包括同轴电缆、铜导线和光纤（包括导线（所述导线包括计算机系统内的总线）、传输数据或指令的载波、以及传输此类载波的电缆或链路）。载波输送媒体可以采取电信号或电磁信号、或者声波或光波（例如在RF和IR数据通信期间生成的那些）的形式。
应该意识到，本文公开的主题中的至少一些包括或涉及多个步骤或过程。在实施例中，如所描述的，步骤或过程中的一些在不依赖于人类控制输入的情况下如由处理器或电控制器的控制一样自动或自主地发生，并且步骤或过程中的一些可以在人类的控制下手动发生。在另一实施例中，步骤或过程中的所有在不依赖于人类控制输入的情况下如由处理器或电控制器控制一样自动或自主地发生。在又一实施例中，步骤或过程中的一些如由处理器或电控制器部分控制一样并且如由人类部分地控制一样半自动地发生。
还应该意识到，所公开的主题的方面可以体现为方法、装置、组合件、计算机程序产品或系统。相应地，所公开的主题的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，它们可以全部取决于实施例在本文中一般称为“服务”、“电路”、“电路系统”、“模块”、“组合件”和/或“系统”。此外，所公开的主题的方面可以采取在一个或多个计算机可读介质（所述一个或多个计算机可读介质具有在其上体现的计算机可读程序代码）中体现的计算机程序产品的形式。
本文中参考方法、设备、系统和计算机程序产品的流程说明和框图在步骤和功能方面描述所公开的主题的方面。应该理解，每个此类步骤、流程图说明和框图的功能块及其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现本文描述的功能的结果和输出。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，其可以引导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置来以具体方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现本文描述的功能的指令。
计算机程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以使一系列操作步骤在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现本文描述的功能的过程。
附加实施例包括上面描述的实施例中的任何一个，其中其部件、功能性或结构中的一个或多个与上面描述的不同实施例的部件、功能性或结构中的一个或多个互换、由上面描述的不同实施例的部件、功能性或结构中的一个或多个替换或由上面描述的不同实施例的部件、功能性或结构中的一个或多个扩大。
应该理解，对本文所述实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下并且在不减少其意图的优点的情况下，可以进行此类改变和修改。因此，意图是此类改变和修改由所附权利要求覆盖。
尽管在前面的详细说明中已经公开了本公开的若干实施例，但是本领域技术人员理解到，将想到本公开的许多修改和其它实施例（本公开与这些修改和其它实施例有关），其具有在前面的描述和关联的附图中呈现的教导的益处。因此，理解到，本公开不限于本文上面公开的特定实施例，并且许多修改和其它实施例意图被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管本文中以及随后的权利要求中采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上被使用，而不是出于限制本公开或者限制随后的权利要求的目的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述监测装置包括：
石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品，所述QCM传感器包括材料层，所述材料层在所述制造工艺期间累积在所述QCM传感器上；以及
控制器，其用于：
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器的所述材料层和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述制造工艺的所述确定的参数指示所述工艺室中的空气泄漏、反应副产物、未消耗前体或污染物中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述一个流程部件包括泵送管线、排气管线、供应管线、旁通管线、阀体、真空气室、旁通室或传送室中的一个。
4.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括设置在所述QCM传感器上的吸气剂材料，其中所述吸气剂材料的质量由于在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述一个流程部件中的所述吸气剂材料的所述变化的质量。
5.根据权利要求4所述的监测装置，其中所述控制器进一步配置成将制造化学品从所述制造系统转移到所述QCM传感器，以便在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。
6.根据权利要求4的监测装置，进一步包括设置在所述吸气剂材料之上的牺牲层，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述制造系统去除所述牺牲层。
7.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于在所述QCM传感器上提供材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成使用所述特定部件在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。
8.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于去除所述QCM传感器上的材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述特定部件去除所述牺牲层。
9.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于加热所述QCM传感器的加热装置，其中所述控制器进一步配置成使用所述加热装置将所述QCM传感器的所述温度增加到所述QCM传感器的先前温度之上以再激活所述吸气剂材料。
10.根据权利要求1所述的监测装置，其中在所述制造工艺期间在所述一个流程部件中的所述工艺化学品包括在所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个，并且所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。
11.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括沉积工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的沉积速率。
12.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括材料去除工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的材料去除速率。
13.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括加热装置，所述加热装置用于调整所述QCM传感器的温度以促进在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用。
14.根据权利要求13所述的监测装置，其中选择所述QCM传感器的所述温度以发起或控制通过所述一个流程部件中的所述工艺化学品的、在所述QCM传感器上的沉积。
15.根据权利要求13所述的监测装置，其中选择所述QCM传感器的所述温度以发起或控制通过所述一个流程部件中的所述工艺化学品的、所述QCM传感器上的材料的去除。
16.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括设备，所述设备用于限制在所述制造工艺期间所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的所述工艺化学品以减少所述QCM传感器与所述工艺化学品之间的所述相互作用。
17.根据权利要求16所述的监测装置，其中用于限制所述QCM传感器暴露到所述工艺化学品的所述设备包括阀或孔口。
18.根据权利要求16所述的监测装置，其中用于限制所述QCM传感器暴露到所述工艺化学品的所述设备包括用于稀释所述工艺化学品的稀释气体管线。
19.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述控制器进一步确定所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述制造系统的状态的函数。
20.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，所述多个流程部件包括排气管线或供应管线，并且所述监测装置包括：
石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件的所述排气管线或所述供应管线，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述排气管线或所述供应管线中的工艺化学品，所述QCM传感器包括材料层，所述材料层在所述制造工艺期间累积在所述QCM传感器上；以及
控制器，其用于：
测量由于在用于将前体气体的所述材料沉积在所述晶片上的所述制造工艺期间所述QCM传感器与所述排气管线或所述供应管线中的、包括所述前体气体的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述排气管线或所述供应管线内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数，其中在所述制造工艺期间所述排气管线或所述供应管线包括所述工艺室中的所述前体气体的未消耗部分，并且所述QCM传感器的质量由于与所述QCM传感器的所述材料层相互作用的所述前体气体的所述未消耗部分而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。
21.一种用于监测制造系统中的制造工艺的方法，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述方法包括：
部署用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件的石英晶体微天平(QCM)传感器；
在所述制造工艺期间在所述QCM传感器上累积材料层；
在所述制造工艺期间将所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品；
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器的所述材料层和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述QCM传感器的所述材料层包括：在所述制造工艺期间设置在所述QCM传感器上的吸气剂材料，其中所述吸气剂材料的质量由于在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用而改变；
确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述一个流程部件中的所述吸气剂材料的所述变化的质量；以及
在所述制造工艺期间更新所述QCM传感器的所述吸气剂材料。

Claims (22)

1.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述监测装置包括：
石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品；以及
控制器，其用于：
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述制造工艺的所述确定的参数指示所述工艺室中的空气泄漏、反应副产物、未消耗前体或污染物中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述一个流程部件包括泵送管线、排气管线、供应管线、旁通管线、阀体、真空气室、旁通室或传送室中的一个。
4.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括设置在所述QCM传感器上的吸气剂材料，其中所述吸气剂材料的质量由于在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述一个流程部件中的所述吸气剂材料的所述变化的质量。
5.根据权利要求4所述的监测装置，其中所述控制器进一步配置成将制造化学品从所述制造系统转移到所述QCM传感器，以便在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。
6.根据权利要求4的监测装置，进一步包括设置在所述吸气剂材料之上的牺牲层，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述制造系统去除所述牺牲层。
7.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于在所述QCM传感器上提供材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成使用所述特定部件在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。
8.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于去除所述QCM传感器上的材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述特定部件去除所述牺牲层。
9.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于加热所述QCM传感器的加热装置，其中所述控制器进一步配置成使用所述加热装置将所述QCM传感器的所述温度增加到所述QCM传感器的先前温度之上以再激活所述吸气剂材料。
10.根据权利要求1所述的监测装置，其中在所述制造工艺期间在所述一个流程部件中的所述工艺化学品包括在所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个，并且所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。
11.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括沉积工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的沉积速率。
12.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括材料去除工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的材料去除速率。
13.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括加热装置，所述加热装置用于调整所述QCM传感器的温度以促进在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用。
14.根据权利要求13所述的监测装置，其中选择所述QCM传感器的所述温度以发起或控制通过所述一个流程部件中的所述工艺化学品的、在所述QCM传感器上的沉积。
15.根据权利要求13所述的监测装置，其中选择所述QCM传感器的所述温度以发起或控制通过所述一个流程部件中的所述工艺化学品的、所述QCM传感器上的材料的去除。
16.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括设备，所述设备用于限制在所述制造工艺期间所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的所述工艺化学品以减少所述QCM传感器与所述工艺化学品之间的所述相互作用。
17.根据权利要求16所述的监测装置，其中用于限制所述QCM传感器暴露到所述工艺化学品的所述设备包括阀或孔口。
18.根据权利要求16所述的监测装置，其中用于限制所述QCM传感器暴露到所述工艺化学品的所述设备包括用于稀释所述工艺化学品的稀释气体管线。
19.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述控制器进一步确定所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述制造系统的状态的函数。
20.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，所述多个流程部件包括排气管线或供应管线，并且所述监测装置包括：
石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件的所述排气管线或所述供应管线，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述排气管线或所述供应管线中的工艺化学品；以及
控制器，其用于：
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器与所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述排气管线或所述供应管线内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数，其中在所述制造工艺期间所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品包括所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个，并且所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。
21.一种用于监测制造系统中的制造工艺的方法，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述方法包括：
部署用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件的石英晶体微天平(QCM)传感器；
在所述制造工艺期间，将所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品；
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
提供设置在所述QCM传感器上的吸气剂材料，其中所述吸气剂材料的质量由于在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用而改变；以及
确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述一个流程部件中的所述吸气剂材料的所述变化的质量。
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