DE69428086T2

DE69428086T2 - Verfahren zur Fernmessung von Prozessmesswerten

Info

Publication number: DE69428086T2
Application number: DE69428086T
Authority: DE
Inventors: Derryl D. J. Allman; Richard K. Cole; Crystal J. Hass; Matthew S. Von Thun; James P. Yakura
Original assignee: Symbios Inc; NCR International Inc; Hyundai Electronics America Inc
Current assignee: SK Hynix Inc; NCR International Inc
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1994-09-15
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2014-09-16
Also published as: EP0644409B1; EP0644409A3; DE69428086D1; US5576224A; JP3787644B2; US5466614A; EP0644409A2; JPH07106392A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fernmessen von Temperaturbedingungen an der Stelle von einen Prozess durchlaufenden Siliciumwafern.
Ein derzeit verwendetes Messverfahren umfasst eine optische Messung, die das Spektrum der Hohlraumstrahlung oder einen Teil desselben misst, das eine Funktion von Temperatur darstellt. Diese Messung hängt stark von den Oberflächenbedingungen des gemessenen Substrats ab und ist deshalb schwierig durchzuführen.
Ein anderes Messverfahren beinhaltet die Verwendung eines Thermoelements. Dieses Verfahren ist auch schwierig durchzuführen, weil es guten Kontakt mit dem Wafer für schnelle und genaue Messungen erfordert.
EP-A-0406751 offenbart eine Vorrichtung zum Messen von Prozessbedingungen während eines Prozesses, bei dem eine Mehrzahl von Elementen hergestellt wird, und der ein Überwachungselement zum Unterstützen der Messung der Prozessbedingungen aufweist, und WO-A-8601595 offenbart eine Thermometerbaugruppe einschließlich einer Induktionsstruktur, die zum Schaffen einer kontaktlosen Temperaturmessanordnung dient.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Messen von Temperaturbedingungen von Siliciumwafern zu schaffen, die verarbeitet werden, welches die vorgenannten Schwierigkeiten überwindet.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Überwachen von Temperaturbedingungen einer Vielzahl von Siliciumwafern während eines Siliciumwafer-Herstellungsvorgangs geschaffen, das gekennzeichnet ist durch die Schritte, ein Siliciumwafer-Überwachungselement, das hinsichtlich Material und Form ähnlich den genannten Siliciumwafern ist, zusätzlich zu den genannten Siliciumwafern in den Vorgang einzubringen, das durch seine Temperatur bestimmte elektrische Charakteristiken hat, das genannte Siliciumwafer-Überwachungselement induktiv an eine Primärspule zu koppeln, die einen Teil einer primären Induktionsstruktur bildet, während die genannten Siliciumwafer und das genannte Siliciumwafer- Überwachungselement den genannten Verarbeitungsbedingungen ausgesetzt sind, wobei die primäre Induktionsstruktur weiter eine Stromquelle und einen Sensor angeschlossen an die genannte Primärspule aufweist, um so Wirbelströme in dem Siliciumwafer-Überwachungselement induktiv zu koppeln, Änderungen in einem elektrischen Signal in der Primärspule mit dem Sensor zu ermitteln, wobei die Änderungen in dem Signal durch Variationen der Wirbelströme in dem Siliciumwafer- Überwachungselement hervorgerufen werden, und die ermittelten Änderungen in einen Temperaturwert umzuwandeln.
Es wird erkannt werden, dass die Impedanz des Siliciumwafer-Überwachungselements durch Änderungen in der Stromamplitude und Phase innerhalb der Primärspule bestimmt werden kann.
Die in Fig. 1-4 gezeigten Beispiele sind nicht durch die Patentansprüche abgedeckt, liefern jedoch Beispiele, die zum Verstehen der Erfindung nützlich sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Annäherung einer Sekundärstromschleife, die eine Widerstands-Kondensator-Schaltung (RC-Schaltung) auf einem Wafer aufweist, welche induktiv an eine Primärspule einer Transformator- und Messstruktur gekoppelt ist;
Fig. 2 ist eine graphische Ansicht einer geschlossenen Sekundärstromschleife, die auf ein Substrat aufgebracht worden ist;
Fig. 3 ist eine graphische Ansicht eines Wafer, der in operativem Verhältnis zu einem Transformator und einer Messstruktur angeordnet ist; und
Fig. 4 ist eine graphische Ansicht eines Spiralsegments mit Verbindungsband, das auf einem Substrat aufgebracht worden ist.
Der Überwachungswafer 10 (Fig. 2), der keine Ausführungsform der Erfindung bildet, wird für Verwendung beim Bilden einer Struktur 12 auf seiner Oberfläche vorbereitet, welche Struktur anschließend als die Sekundärstromschleife eines Transformators wirkt. Diese Struktur kann als eine kreisförmige Übertragungsleitung betrachtet werden, deren charakteristische Kapazität und Widerstandsimpedanzen in einer vorbestimmten Weise mit Umgebungsbedingungen so wie Temperatur variieren. Für eine gegebene Struktur und einen Satz von Umgebungsbedingungen, kann erwartet werden, dass diese Sekundärstromschleife eine charakteristische Resonanzfrequenz hat. In Fig. 1 ist eine Darstellung 14 der Sekundärstromschleife als aus einer Schaltung 16 bestehend gezeigt, die eine Mehrzahl von kapazitiven Widerständen 18 und eine Mehrzahl von Widerständen 20 umfasst. Die Schaltung 16 ist so gezeigt, dass sie in operativem Verhältnis zu einer Darstellung einer Transformatorstruktur 22 angeordnet ist, die eine Primärspule 24, eine Stromquelle 26 und eine Messeinrichtung 28 umfasst, welche elektrische Messungen von der Primärspule 24 ermitteln kann.
Eine ähnliche Baugruppe, die auch keine Ausführungsform der Erfindung bildet, ist in Fig. 3 gezeigt, in der eine Transformatorstruktur 30 zwei gekoppelte Primärspulen 32, 34, eine Stromquelle 36 und eine Messeinrichtung 38 umfasst. Eine Sekundärspule 40 bildet einen Teil eines Überwachungswafer 42, der zwischen den Primärspulen 32, 34 angeordnet ist.
Die Sekundärstromschleife muss keine geschlossene kontinuierliche Stromschleifenstruktur sein, die in Fig. 2 gezeigt ist. Eine andere geeignete Konfiguration kann verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Eine solche Konfiguration, die auch keine Ausführungsform der Erfindung bildet, ist in Fig. 4 gezeigt, in der ein Teil einer Spirale 44 auf einer Oberfläche 46 eines Wafer 48 angeordnet ist. Die Enden des Spiralsegments sind durch ein leitendes, ohmsches oder halbleitendes Band 50 verbunden, das durch eine geeignete Isolierschicht (nicht gezeigt) von den Teilen der Spirale 44 isoliert ist, über die es verläuft.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Siliciumwafer ohne eine Schleifenstruktur darauf als ein Überwachungswafer verwendet. Die Anordnung eines solchen Wafer in operativem Verhältnis bezüglich der Primärspule einer Transformatorstruktur und die Anlegung von Energie an die Primärspule wird Wirbelströme in dem Wafer hervorrufen, welche ihrerseits die elektrischen Messungen beeinflussen werden, die von der Transformatorstruktur durch eine Messeinrichtung genommen werden. Diese Messungen können dann nach richtiger Kalibrierung zum Bestimmen gewünschter Daten, so wie Temperatur, verwendet werden, die sich auf den Überwachungswafer beziehen. Da der Überwachungswafer aus dem gleichen Material wie die tatsächlich verarbeiteten Wafer hergestellt ist und die gleiche Konfiguration wie diese hat, kann die gleiche Temperatur oder ein anderer Wert auch auf die verarbeiteten Wafer angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann Verwendung in einer Anzahl anderer Anwendungen finden. Eine solche Anwendung besteht in der periodischen Bestimmung von Temperatur einer Gruppe oder eines Satzes von Siliciumwafern, die im Verlauf der Herstellung von Halbleitereinrichtungen verarbeitet werden. Bei einem solchen Prozess ist es zweckdienlich, tatsächlichen Kontakt mit den Siliciumwafern zu vermeiden, um mögliche Verunreinigung zu vermeiden. Dementsprechend kann ein Überwachungswafer, der aus dem gleichen Material wie die verarbeiteten Wafer hergestellt ist und die gleiche Konfiguration wie diese hat, in den Satz von verarbeiteten Wafern eingeschlossen werden, und seine Temperatur, die im wesentlichen identisch mit der Temperatur der anderen Wafer in dem Satz ist, kann ermittelt werden. Dies kann ohne tatsächlichen physikalischen Kontakt mit dem Überwachungswafer erfolgen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, indem ein Überwachungswafer veranlasst wird, in operatives Verhältnis mit den Primärspulen 32, 34 einer Transformatorstruktur 30 zu kommen, und durch Verwendung der Messeinrichtung 38 die resultierende Änderung in den elektrischen Charakteristiken ermittelt wird. Durch geeignete Kalibrierung kann die Änderung von elektrischen Charakteristiken umwandelt werden, um die Temperatur des Überwachungswafer anzuzeigen, die im wesentlichen identisch mit der Temperatur der tatsächlichen verarbeiteten Wafer sein wird, und man kann sich darauf stützen, dass eine Änderung in internen Wirbelströmen, wenn dem Feld von den Primärspulen der Transformatorstrukturen ausgesetzt, eine Änderung in dem Strom in den Primärspulen erzeugen wird, welcher durch eine Messeinrichtung erfasst und in einen Temperaturwert umgewandelt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen von Temperaturbedingungen einer Vielzahl von Siliciumwafern während eines Siliciumwafer-Herstellungsvorgangs, gekennzeichnet durch die Schritte, ein Siliciumwafer-Überwachungselement, das hinsichtlich Material und Form ähnlich den Siliciumwafern ist, zusätzlich zu den genannten Siliciumwafern in den Vorgang einzubringen, das durch seine Temperatur bestimmte elektrische Charakteristiken hat, das genannte Siliciumwafer-Überwachungselement an eine Primärspule (32, 34) induktiv zu koppeln, die einen Teil einer primären Induktionsstruktur (30) bildet, während die genannten Siliciumwafer und das genannte Siliciumwafer-Überwachungselement den genannten Verarbeitungsbedingungen ausgesetzt sind, wobei die primäre Induktionsstruktur weiter eine Stromquelle (36) und einen Sensor (38) angeschlossen an die genannte Primärspule (32, 34) aufweist, um so Wirbelströme in dem Siliciumwafer-Überwachungselement induktiv zu koppeln, Änderungen in einem elektrischen Signal in der Primärspule (32, 34) mit dem Sensor (38) zu ermitteln, wobei die Änderungen in dem Signal durch Variationen der Wirbelströme in dem Siliciumwafer-Überwachungselement hervorgerufen werden, und die ermittelten Änderungen in einen Temperaturwert umzuwandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte elektrische Signal eine Stromamplitude aufweist und die Impedanz des Siliciumwafer- Überwachungselements durch die Änderungen in der Stromamplitude und Phase innerhalb der genannten Primärspule (32, 34) bestimmt wird.