JP2019510374A - マイクロセンサを有するウエハ処理ツール - Google Patents

マイクロセンサを有するウエハ処理ツール Download PDF

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Abstract

実施形態は、ウエハ処理ツールによって実施される材料の堆積及び材料の除去を検出するためのデバイス及び方法を含む。一実施形態では、ウエハ処理ツールのプロセスチャンバに装着された一または複数のマイクロセンサは、真空条件下で動作することができる、及び／又はプラズマ不在ウエハ製造プロセス中にリアルタイムで材料の堆積及び除去速度を測定することができる。他の実施形態も記載され、主張されている。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、本書で参照することによって全内容が以下に組み込まれる、２０１６年３月１１日出願の米国特許仮出願第１５／０６８４６４号の優先権を主張するものである。
実施形態は半導体処理の分野に関し、具体的には、ウエハ処理ツールにおける材料の堆積あるいは材料の除去を測定するためのデバイス又は方法に関する。
半導体デバイスの製造には、基板上の材料、更に具体的には半導体材料の堆積及び除去が伴う。上記堆積及び除去は、ウエハ処理ツールにおいて、例えば堆積又はエッチングプロセスを使用して実施される。特定量の半導体材料を精確に堆積させる、又は除去するために、膜厚測定技法が使用されうる。例えば、材料堆積及び材料除去速度は、一定時間において半導体材料のウエハを処理し、次にエリプソメータを使用して堆積されたあるいは除去された膜の量を測定することによって、間接的に測定されうる。さらに、ウエハ製造プロセス中の堆積／除去速度を間接的に推定するため、堆積／除去速度と相互関係を持つ二次因子を測定するのにセンサが使用されている。
実施形態は、材料堆積又は除去の量又は速度を検出するために、例えばＭＥＭＳスケールでサイズ設定された及び／又はＭＥＭＳプロセスを使用して製造されたセンサ等のマイクロセンサを有するウエハ処理ツールを含む。一実施形態では、ウエハ処理ツールは、チャンバ領域を有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバのチャンバ領域内の所定の位置に装着されたマイクロセンサとを含む。マイクロセンサは１つのパラメータを有し、センサ表面を含みうる。さらに、パラメータは、センサ表面に材料が堆積されたとき、あるいはセンサ表面から除去されたときに変化しうる。
マイクロセンサは、プロセスチャンバの様々な位置に装着されうる。例えばプロセスチャンバは、チャンバ領域の周りにチャンバ壁を含んでいてよく、チャンバ壁にマイクロセンサが装着されうる。あるいは、プロセスチャンバは、保持面を有するウエハホルダを含んでいてよく、保持面にマイクロセンサが装着されうる。
一実施形態では、マイクロセンサは、ウエハ処理ツールによって処理される半導体材料のウエハのシミュレーションをしうる。例えば、ウエハ処理ツールのチャンバ領域は、ウエハを受容するようにサイズ設定することができ、マイクロセンサのセンサ表面にも半導体材料が含まれうる。したがって、ウエハ及びセンサ表面の両方に堆積される材料、又はウエハ及びセンサ表面の両方から除去される材料は、半導体材料でありうる。
ウエハ処理ツールのマイクロセンサは、いくつかのマイクロセンサのタイプのうちのいずれかのタイプであってよい。例えば、マイクロセンサはマイクロ共振器を含みうる。したがって、パラメータは、マイクロ共振器の特性周波数であってよく、特性周波数は、センサ表面に材料が堆積されたこと、あるいはセンサ表面から除去されたことに応じてシフトしうる。あるいは、マイクロセンサは、コレクタに電気的に結合されたＭＯＳＦＥＴを有するトランジスタセンサを含みうる。したがって、パラメータは、ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧であってよく、閾値電圧は、コレクタ上のセンサ表面に材料が堆積されたこと、あるいはセンサ表面から除去されたことに応じて変化しうる。
一実施形態では、ウエハ処理ツールは、ウエハ処理システムの一部である。つまり、ウエハ処理システムは、ウエハ処理ツールと、ウエハ処理ツールに通信可能に結合されたコンピュータシステムとを含みうる。したがって、コンピュータシステムは、マイクロセンサのそれぞれのパラメータに対応する一または複数のマイクロセンサから、及び／又はウエハ製造プロセスのプロセスパラメータを測定するのに使用される測定機器から一または複数の入力信号を受信しうる。コンピュータシステムは、一または複数の入力信号に基づいてウエハ製造プロセスを測定又は制御するように構成されうる。例えば、コンピュータシステムは、マイクロセンサからの入力信号に基づいてウエハ製造プロセスの終点を決定しうる。あるいは、コンピュータシステムは、入力信号に基づいてウエハ製造プロセスの均一性を決定しうる。さらに、コンピュータシステムは、マイクロセンサの測定パラメータと、ウエハ製造プロセスのプロセスパラメータに基づいてウエハ製造プロセスの変化の根本原因を決定しうる。
上記要約は、すべての態様の完全なリストを含んでいない。上記で要約した様々な態様のすべての好適な組合せから実行可能であるだけでなく、以下の詳細説明に開示され、特に本願とともに出願される特許請求の範囲において指摘される全てのシステム及び方法が含まれると考えられる。上記組合せは、上記要約で具体的に列挙されていない特定の利点を有する。
一実施形態に係るウエハ処理システムを示す図である。 一実施形態に係るウエハ処理ツールのプロセスチャンバに装着されたマイクロセンサを示す断面図である。 一実施形態に係るマイクロセンサに通信可能に結合された電子回路を示すブロック図である。 Ａ〜Ｂは、一実施形態に係るウエハ処理システムのマイクロ共振器タイプのマイクロセンサを示す概略図である。 一実施形態に係るウエハ処理システムのトランジスタセンサタイプのマイクロセンサを示す概略図である。 一実施形態に係るウエハ処理システムの光センサタイプのマイクロセンサを示す概略図である。 一実施形態に係るウエハ製造プロセスの終点を決定する（ｅｎｄｐｏｉｎｔｉｎｇ）方法の工程を表すフロー図である。 一実施形態に係るウエハ製造プロセスの均一性を決定する方法の工程を表すフロー図である。 一実施形態に係るウエハ製造プロセスの変化の根本原因を決定する方法の工程を表すフロー図である。 一実施形態に係るウエハ処理システムの例示のコンピュータシステムを示すブロック図である。
ウエハ処理ツールによって実施される材料の堆積又は材料の除去を検出するために使用されるデバイス及び方法を、様々な実施形態に従って説明する。以下の説明においては、解説を目的として、実施形態の網羅的な理解を提供するために多数の具体的な詳細事項が明記される。実施形態はこれらの具体的な詳細がなくとも実践可能であることが、当業者には明らかになろう。他の事例では、実施形態が不必要に不明瞭にならないように、集積回路製造などの周知の態様については詳細に説明していない。更に、添付の図に示す様々な実施形態は例示的な表現であり、必ずしも縮尺どおりには描かれていないことを理解されたい。
材料の堆積及び除去を測定するための既存の技法はいずれも、ウエハ製造プロセスのリアルタイムの測定及び制御を提供するものではない、又は堆積／除去を直接測定する代わりに二次因子との相互関係に基づいて材料の堆積／除去の推定を提供するものではない。例えば、エリプソメータを使用して膜厚を測定することができるが、エリプソメータは周期的なモニタであり、通常の操業時間の堆積／除去速度における偏位又はドリフトをリアルタイムで検出することはできない。さらに、たとえばプラズマにおけるＲＦ整合位置又はガス濃度等の二次因子を測定するためのウエハ処理ツールのプロセスチャンバに設置されたセンサは、関心対象（堆積／除去速度）の変数を直接測定せず、上記測定は、プラズマを有さないチャンバ内ではより困難となる。
一態様では、ウエハ処理システムは、例えば真空条件下、及びプラズマ不在条件下等のすべての圧力状態において材料の堆積又は材料の除去を測定するために、ウエハ処理ツールのプロセスチャンバ上に装着されたマイクロセンサを含む。プロセスチャンバ上に装着されたマイクロセンサはセンサ表面を含んでいてよく、マイクロセンサのパラメータは、材料がセンサ表面上に堆積されたとき、あるいはセンサ表面から除去されたときに変化しうる。このため、材料の堆積又は除去量あるいは速度のリアルタイムの測定、及び上記量又は速度の均一性を監視し、これを使用してウエハ処理システムによって実施されるウエハ製造プロセスを制御することが可能である。
以下に説明するウエハ処理システム及び方法を、材料が基板に堆積されるあるいは基板から除去されるいずれかの形状因子又はプロセスにおいて使用することが可能であることが理解されるだろう。更に具体的には、ウエハ処理システム及び方法は集積回路の製造のためのウエハ処理に関連して説明されるが、デバイス及び方法を、例えばエレクトロニクス産業のディスプレイ及び／又は太陽光発電産業の光電池等の他の技術での使用に適合させることも可能である。
一実施形態に係るウエハ処理システムを示す図である図１を参照する。ウエハ処理システム１００は、通信リンク１０５によって、コンピュータシステム１０４に通信可能に結合されたウエハ処理ツール１０２を含みうる。通信リンク１０５は、有線又は無線接続であってよい、すなわち、ウエハ処理ツール１０２は、コンピュータシステム１０４と直接又は無線で通信しうる。
ウエハ処理ツール１０２は、一または複数のロードロック１１０によってファクトリーインターフェース１０８に物理的に接続されたバッファチャンバ１０６を含みうる。さらに、一または複数のプロセスチャンバ１１２は、一または複数のそれぞれのロードロック１１０によってバッファチャンバ１０６に物理的に接続されうる。バッファチャンバ１０６は、プロセスチャンバ１１２内のプロセス圧力よりも高い圧力ではあるが低圧に維持されるプロセスチャンバ１１２のそれぞれの領域よりも大きい、中間領域として機能しうる。したがって、半導体ウエハ、例えばシリコンウエハを、半導体デバイスの製造中に真空条件下でウエハ処理ツール１０２のチャンバ１０６と１１２との間で移動させることができる。この移動は、例えばロボットアーム、シャトルなどのウエハ処理ツール１０２に含まれる様々なデバイスによって実現することができる。
様々な製造工程をプロセスチャンバ１１２で実施することができる。例えば、少なくとも１つのプロセスチャンバ１１２は、エッチングチャンバ、堆積チャンバ、半導体リソグラフィツールのチャンバ、又は他のいずれかの半導体処理チャンバであってよい。このため、プロセスチャンバ１１２を使用して、真空条件下、大気条件下、又は他のいずれかの圧力状態下でウエハ製造プロセスを実施することが可能である。
圧力状態の変化に加えて、プロセスチャンバ１１２を使用して、異なるエネルギー条件を有する製造プロセスを実施することも可能である。例えば、プロセスチャンバ１１２は、プラズマを含まないラジカル駆動エッチングチャンバ又は堆積チャンバであってよい。つまり、プロセスチャンバ１１２は、ウエハ製造プロセス中はプラズマ不在状態でありうる。
一実施形態に係る、ウエハ処理ツールのプロセスチャンバ上に装着されたマイクロセンサの断面図を示す図２を参照する。ウエハ２０２、例えば半導体材料のウエハに、ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２内のウエハ製造プロセスを施すことができる。ウエハ２０２は、ウエハがウエハ処理ツール１０２を通って移動するにつれ、異なる圧力条件にさらされうる。例えば、大気条件において、半導体ウエハをファクトリインターフェース１０８の中に挿入することができる。次に、半導体ウエハは、ファクトリインターフェース１０８とバッファチャンバ１０６との間のロードロック１１０の中に入れられ、ロードロック１１０には、１２０ミリトールの真空条件がもたらされる。半導体ウエハは次に、ロードロック１１０から、１００ミリトールのバッファチャンバ１０６圧を有するバッファチャンバ１０６まで通過しうる。
ウエハ２０２は、バッファチャンバ１０６からロードロック１１０を通ってプロセスチャンバ１１２のうちの１つの中に移動させられうる。例えば、プロセスチャンバ１１２は、ウエハ２０２を受容するようにサイズ設定されたチャンバ領域２０４を含みうる。このため、プロセスチャンバ１１２内のウエハ製造プロセス中に、半導体材料がウエハ２０２上に堆積されうる、又はウエハ２０２から除去されうる。ウエハ製造プロセス中に、プロセスチャンバ１１２内のチャンバ領域２０４は、例えば真空ポンプ及び／又はターボポンプ等の例えば真空源２０６を使用して真空条件まで下がったチャンバ圧を有しうる。この説明の文脈において、真空条件は０．５ａｔｍ未満のいずれかの圧力であってよい。一実施形態では、プロセスチャンバ１１２の真空条件は、プロセスチャンバ１１２が例えば１００ミリトール未満の、バッファチャンバ１０６の圧力未満のチャンバ圧を有するときに存在する。したがって、プロセスチャンバ１１２は、ウエハ製造プロセスの製造工程中は、真空条件下にありうる。さらに、真空条件により、チャンバ領域２０４からのガス状混合物を低減させる又は取り除くことができ、したがって、チャンバ領域２０４はウエハ製造プロセス中はプラズマ不在状態になりうる。
一または複数のマイクロセンサ２０８を、チャンバ領域２０４内のプロセスチャンバ１１２上に装着することが可能である。例えば、チャンバ領域２０４は、チャンバ領域２０４の周りのチャンバ壁２１０によって少なくとも部分的に画定され得、いくつかのマイクロセンサ２０８は、チャンバ領域２０４内のチャンバ壁２１０上の所定の位置に装着されうる。
本書で使用する用語「マイクロ」は、実施形態に係る特定のセンサ又は構造の記述的なサイズを指す場合がある。例えば、用語「マイクロセンサ」は、１から１００μｍのスケールの寸法を有するセンサを指す場合がある。つまり、一実施形態において、マイクロセンサ２０８は、１から１００μｍの最大幅を含む、以下に説明するセンサ表面を有しうるということである。したがって、グラムの百万分の一の規模の重量の精密測定を行うことができる機器である例えば微量てんびんから、本書に記載のマイクロセンサ２０８を簡単に区別することができる。つまり、微量てんびんは、マイクロスケールの重量ではあるが、本書に記載のマイクロセンサと同じサイズの範囲内ではない重量を測定しうるということである。このサイズ範囲の差は、少なくともいくつかのマイクロセンサをチャンバ領域２０４の中に取り付けることができるため、有利であるのに対し、幾つかの微量てんびんは、半導体ウエハを受容するようにサイズ設定されたチャンバ領域２０４の中に取り付けることができない。
本書で使用する用語「マイクロセンサ」は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関する材料及び製造プロセスを使用して製造されるセンサも指す場合がある。つまり、本書に記載のマイクロセンサ２０８は、例えば堆積プロセス、パターニング、エッチング等のＭＥＭＳプロセスを使用して製造されうる。したがって、マイクロセンサ２０８は、ＭＥＭＳプロセスを使用して形成されたサイズ及び構造を有するＭＥＭＳスケールのセンサであってよい。しかしながら、実施形態は必ずしもこれに限定されず、実施形態の特定の態様を更に大きな、そして可能であればさらに小さなサイズスケールに応用可能でありうると認められる。
プロセスチャンバ１１２上にわずか１つのマイクロセンサ２０８を装着する場合があるが、例えば何百個から何百万個のマイクロセンサ２０８等の多数のマイクロセンサ２０８をチャンバ領域２０４の中に取り付けることが可能である。つまり、上述したＭＥＭＳスケールのサイズのマイクロセンサ２０８を仮定すると、リアルタイムでプロセスチャンバ１１２内の半導体材料の堆積／除去を監視するために、多くのマイクロセンサ２０８を、チャンバ壁２１０（又はプロセスチャンバ１１２の他の構成要素）に沿って分散させることができる。
各マイクロセンサ２０８は、周知の位置を有しうる。例えば、第１のマイクロセンサ２０８は、チャンバ領域２０４内の第１の所定の位置に位置していてよく、第２のマイクロセンサ２０８は、チャンバ領域２０４内の第２の所定の位置に位置していてよい。マイクロセンサ２０８は、ランダムに、あるいは所定のパターンでプロセスチャンバ１１２上に分散していてよい。例えば、第２の位置は、第１の位置に対して、又はプロセスチャンバ１１２上の他の何らかの基準点に対して周知の配置を有しうる。したがって、材料の堆積／除去の均一性は、第１のマイクロセンサ２０８及び第２のマイクロセンサ２０８からのリアルタイムの測定値を比較することによって、以下に説明するように決定することができる。
一実施形態では、一または複数のマイクロセンサは、プロセスチャンバ１１２のチャンバ壁２１０以外の部分に装着される。例えば、チャンバ壁２１０に装着されたマイクロセンサ２０８を有する代わりに、又は加えて、一または複数のマイクロセンサ２０８は、プロセスチャンバ１１２内のウエハホルダ２１２に装着されうる。ウエハホルダ２１２は、例えば、ウエハ製造プロセス中に、ウエハ２０２を静電的に固定する一または複数の電極を有する静電チャックであってよい。ウエハホルダ２１２は、ウエハ２０２が固定される保持面２１４を含みうる。例えば、保持面２１４は、ウエハホルダ２１２の上の誘電体材料の層であってよく、マイクロセンサ２０８を保持面２１４上に装着することが可能である。より具体的には、マイクロセンサ２０８は、ウエハ製造プロセス中にウエハ２０２の近く及び／又はウエハ２０２から横方向にオフセットした領域内の保持面２１４に装着されうる。例えば、プロセスキットは、保持面２１４上のウエハ２０２の周りのリングを含んでいてよく、マイクロセンサ２０８は、プロセスキット上に装着されうる。
マイクロセンサ２０８は、プロセスチャンバ１１２に位置付けられうる、あるいはウエハホルダ２１２等のプロセスチャンバ１１２の消耗部分又は非消耗部分内の、ウエハ２０２の材料堆積又は除去速度の変化を検出するのに十分ウエハ２０２に接近したところに設置することができると考えられる。例えば、ウエハ２０２は、正面に向いている表面、すなわち保持面２１４の反対に向いた表面を有していてよく、マイクロセンサ２０８は、材料の堆積／除去に対して敏感なセンサ表面も正面に向いているように保持面２１４に装着されうる。
ウエハ処理ツール１０２は、ウエハ製造プロセスのプロセスパラメータを検出する他のセンサ及び／又は測定機器を含みうる。他のセンサ及び／又は測定機器は、マイクロセンサでなくてもよい。例えば、以下に説明するＭＥＭＳスケールのセンサとは対照的に、ウエハ処理ツール１０２は、ウエハ製造プロセス中にチャンバ領域２０４の発光分析（ＯＥＳ）シグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を検出する、プロセスチャンバ１１２に装着された、あるいは他の方法で装着された光学分光計２１６を含みうる。ＯＥＳシグネチャは、チャンバ領域２０４内で、要素の種類と量を識別しうる。例えば、ＯＥＳシグネチャは、ウエハ製造プロセス中に、チャンバ領域２０４内のプラズマにその化学元素が存在するかを識別しうる。他のセンサを使用して、チャンバ領域２０４内で実施されるウエハ製造プロセスの他のプロセスパラメータを検出することができる。上記他のセンサは、プロセスチャンバ１１２又はウエハ２０２に供給される電力を測定する電気センサと、ウエハホルダ２１２等の電気的特性を測定する電気センサとを含みうる。上記センサは、実際の半導体材料の堆積／除去量又は速度を測定することはできないが、それにも関わらず、以下に説明する理由により、マイクロセンサ２０８によって行われる実際の堆積／除去の測定と相関しうる。
ウエハ処理ツール１０２のマイクロセンサ２０８及び／又は測定機器は、一または複数の電気コネクタを通して、互いに、あるいは他の回路と相互接続されていてよい。例えば、マイクロセンサ２０８は、チャンバ壁２１０及び／又はウエハホルダ２１２の上を走る電気トレースによって直列に接続されうる。加えて、又はその代わりに、いくつかのマイクロセンサ２０８が、それぞれの電気トレースによって並列に電気接続されうる。このため、マイクロセンサ２０８間で電気接続をさせることができる、及び／又は電気トレース、導線、バイア、及び他の周知の種類の電気コネクタを使用して、マイクロセンサ２０８を電子回路に接続させることができる。
一実施形態に係る、マイクロセンサに通信可能に結合された電子回路を示すブロック図である図３を参照する。ウエハ処理ツール１０２の各マイクロセンサ２０８は、以下に記載するように、材料がセンサ表面に堆積された時、あるいはセンサ表面から除去された時に変化するパラメータを有しうる。さらに、マイクロセンサ２０８は、変化を感知するように構成されうる。より具体的には、マイクロセンサ２０８のパラメータは、マイクロセンサ２０８がウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２内の材料粒子を受けたときに変化しうる。本書の用語「受ける」とは、所与のパラメータに影響を与える、材料とマイクロセンサ２０８との間の相互作用を示す。例えば、パラメータは、電圧、電流であってよい、あるいは材料粒子がマイクロセンサ２０８のセンサ表面に着地する、又はセンサ表面から蒸発するときに変化する、マイクロセンサ２０８の別の物理的又は電気的特性であってよい。他の材料とセンサ間の相互作用は、当業者によってこの説明を読むときに理解されるであろう。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、筐体３０４内に含まれうる又は支持されうる。電子回路３０２の筐体３０４及び／又は電子構成要素は、プロセスチャンバ１１２の例えばチャンバ壁２１０又はウエハホルダ２１２上に装着されうる。同様に、筐体３０４は、ウエハ処理ツール１０２の別の部分、例えばチャンバ領域２０４外の外面上に装着されうる。したがって、電子回路３０２は、マイクロセンサ２０８と同位置に位置しうる、又はマイクロセンサ２０８から遠隔に配置されうる。電子回路３０２は、それにもかかわらず、また、マイクロセンサ２０８に対して遠隔に装着されたときでさえ、一または複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）接続３０６、例えば電気トレース、電気リード、又はビアを通してマイクロセンサ２０８と電気接続された状態に配置されうる。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、クロック３０８を含みうる。クロック３０８は、当業者に周知のように、精密周波数を有する電気信号を出力する電子発振器、例えば石英結晶を有する電子回路であってよい。このため、クロック３０８は、Ｉ／Ｏ接続３０６を通して受信した電気信号に対応する時間値を出力するように構成されうる。時間値は、他の工程とは関係のない絶対時間値であってよい、あるいは時間値は、ウエハ処理ツール１０２内の他のクロックと同期していてよい。例えば、クロック３０８は、クロック３０８によって出力される時間値が、システムクロックによって出力されるあるいは制御されるシステム時間値及び／又はシステム動作に対応するように、ウエハ処理ツール１０２のシステムクロックと、あるいはウエハ処理ツール１０２にリンクされた製作設備のホストコンピュータのシステムクロックと同期していてよい。クロック３０８は、特定のプロセス工程が行われたときに、時間値の出力を開始するように構成されうる。ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、ウエハ処理ツール１０２とホストコンピュータとの間の通信を送受信するネットワークインターフェースデバイス３２２を含みうる。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、プロセッサ３１０を含みうる。プロセッサ３１０は、クロック３０８に、動作可能に結合されうる、例えばバス３１２及び／又はトレースによって電気接続されうる。プロセッサ３１０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などといった、一又は複数の汎用処理デバイスのことである。より詳細には、プロセッサ３１０は、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、又は、命令セットの組み合わせを実装するプロセッサでありうる。プロセッサ３１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどの、一又は複数の特殊用途処理デバイスでもありうる。
プロセッサ３１０は、本書に記載の工程を実施するための処理論理を実行するよう構成される。例えば、プロセッサ３１０は、チャンバ領域２０４内の異なる所定の位置に位置するいくつかのマイクロセンサ２０８から入力信号を受信し解析するように構成されうる。プロセッサ３１０は、受信した各入力信号に対応するクロック３０８から時間値の出力も受信しうる。したがって、プロセッサ３１０は、例えば所定の時間におけるウエハ製造プロセスの均一性を決定するために、いくつかのマイクロセンサ２０８からの入力信号を比較しうる。プロセッサ３１０は、マイクロセンサ２０８から受信した信号に基づいて、他の種類の情報を決定するように構成されうる。例えば、一または複数のマイクロセンサ２０８から受信した入力信号を使用して、ウエハ製造プロセスの終点決定を行いうる、あるいはウエハ製造プロセスの変化の根本原因を決定しうる。
マイクロセンサ２０８の監視は、プロセッサ３１０によって個別基準又はグループごとの基準で実施されうる。つまり、プロセッサ３１０は、各マイクロセンサ２０８の個別のデータを監視し、記録しうる。したがって、各マイクロセンサ２０８は、例えば位置あるいは他のセンサの特定データに関連付けられた固有のセンサ識別番号によって個別に識別可能でありうる。一実施形態では、マイクロセンサ２０８はグループで監視されうる。例えば、プロセッサ３１０は、一または複数のマイクロセンサ２０８のグループのバンクデータを監視し、記録しうる。したがって、マイクロセンサ２０８のグループは、センサのグループ全体に対応する位置又は他のグループの特定データに関連付けられうる。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、基板上の装着されたメモリ３１４を含みうる。メモリ３１４は、メインメモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）等といったダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ（例えばフラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）、又は二次メモリ（例えばデータ記憶デバイスなど）のうちの一または複数を含みうる。プロセッサ３１０は、バス３１２又は他の電気接続を介してメモリ３１４と通信しうる。このため、プロセッサ３１０は、トリガされたマイクロセンサ２０８の所定の位置、及びクロック３０８によって出力された時間値をメモリ３１４に記録するために、メモリ３１４に動作可能に結合されうる。つまり、メモリ３１４は、材料がマイクロセンサ２０８上に堆積された時間、あるいはマイクロセンサ２０８から除去された時間、及び影響を受けたマイクロセンサ２０８がプロセスチャンバ１１２に装着されている位置のログを取りうる。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、電源３１６を含みうる。電源３１６は、バッテリ、コンデンサバンク、又は別の周知の電源を含みうる。電源３１６は、例えばマイクロセンサ２０８、クロック３０８、プロセッサ３１０、又はメモリ３１４等のバス３１２を通してウエハ処理ツール１０２の一または複数の構成要素に電気接続されていてよく、これらに電力を供給することができる。
ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２は、追加の構成要素を含みうる。例えば、電子回路３０２は、例えば広周波数源などの周波数源３１８、又は検出器３２０を含みうる。周波数源３１８及び検出器３２０は、ウエハ処理ツール１０２のマイクロセンサ２０８の特定の実施形態に関連する特殊用途を有しうる。このため、周波数源３１８と検出器３２０のさらなる説明は、以下に説明する対応するセンサ向けに記載される。マイクロセンサ２０８の様々な実施形態をここで説明する。
一実施形態に係る、ウエハ処理システムのマイクロ共振器タイプのマイクロセンサを示す概略図である図４Ａを参照する。一実施形態では、ウエハ処理ツール１０２の一または複数のマイクロセンサ２０８は、マイクロ共振器４０２を含む。マイクロ共振器４０２は、例えば水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）、表面弾性波（ＳＡＷ）、又は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）などの適切な共振質量センサであってよく、これらはすべてこれらの表面に堆積した空中の粒子の累積質量を数値化する。簡潔に、また容易に理解できるようになるべく説明を簡略化するため、本書にはマイクロ共振器４０２の複雑性及び多様性の説明を記載しない。一または複数のマイクロ共振器は、プロセスチャンバ１１２上の所定の位置に分散されうる。各マイクロ共振器４０２は、当技術分野で周知のように、例えば共振周波数などの特性周波数を有しうる。例えば、マイクロ共振器４０２は、図４Ａに示すように、極めて詳細に説明することなく、単純な質量ばねシステムによって表すことが可能である。マイクロ共振器４０２の特性周波数は、マイクロ共振器システムの質量４０４とは反比例しうる。例えば、特性周波数は、マイクロ共振器システムのＳＱＲＴ（ｋ／Ｍ）と比例し、「Ｍ」は質量４０４に対応し、「ｋ」はマイクロ共振器システムの比例定数に対応しうる。したがって、例えばウエハ製造プロセス中に、マイクロ共振器４０２が材料４０６を受ける又は出すときに、特性周波数がシフトすることが認められるようになる。より具体的には、ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２内で例えば半導体材料などの材料４０６がマイクロ共振器４０２のセンサ表面４０８に堆積される、あるいはセンサ表面４０８から除去されると、マイクロ共振器４０２の質量４０４が変化し、したがって特性周波数がシフトする。
マイクロ共振器４０２のセンサ表面４０８は、例えばウエハ２０２と同じ方向で正面に向いた露出面であってよい。しかしながら、センサ表面４０８を有するマイクロ共振器４０２の一部は幾つかの層を含みうる。例えば、マイクロ共振器４０２は、センサ表面４０８を有する最上層４１２の下に基層４１０を含みうる。基層４１０及び最上層４１２は同じ材料を含みうる。例えば、基層４１０及び最上層４１２は、同じシリコン材料から形成されうる。一実施形態では、基層４１０は、最上層４１２とは異なる材料から形成される。例えば、基層４１０は支持構造に機械加工されたポリマー、金属、又はセラミック材料から形成されていてよく、最上層４１２はシリコン材料から形成され、基層４１０上に配置されうる。したがって、最上層４１２は基層４１０の一部を覆いうる。
一実施形態では、センサ表面４０８は材料４０６を含む。さらに具体的には、マイクロセンサ２０８は、ウエハ製造プロセス中にウエハ２０２上に堆積される、あるいはウエハ２０２から除去される材料４０６と同じ半導体材料から形成されるセンサ表面４０８を含みうる。例えば、ウエハ製造プロセスがシリコンウエハ上にシリコンを堆積させる堆積プロセスである場合、センサ表面４０８は、堆積された材料４０６が、ウエハ２０２との相互作用と同じようにセンサ表面４０８と相互作用するように、シリコンを含みうる。同様に、ウエハ製造プロセスがシリコンウエハ２０２からシリコンを除去するエッチングプロセスである場合、センサ表面４０８は、シリコンウエハ２０２からシリコンが除去される速度と同様の速度で材料４０６がセンサ表面４０８からエッチングされるように、シリコンを含みうる。したがって、センサ表面４０８は、ウエハ製造プロセス中にウエハ２０２に同時に発生する実際の堆積速度又は除去速度を測定するために、ウエハ２０２の表面をシミュレーションしうる。
一実施形態に係る、ウエハ処理システムのマイクロ共振器タイプのマイクロセンサを示す概略図である図４Ｂを参照する。マイクロセンサ２０８として使用されうる特定の種類のマイクロ共振器４０２は、ＭＥＭＳ共振質量センサ、例えば熱駆動型高周波単一結晶シリコン共振器である。上記マイクロ共振器４０２は、単一のマスクプロセスを使用して個々のデバイス又はアレイとして製造されうる。マイクロ共振器４０２は、対称面４１６の両側に２つのパッド４１４を含みうる。揺らぎ電流は２つのパッド４１４間に送られ、電流路において交流電流（ＡＣ）の抵抗損成分が発生しうる。一実施形態では、ほとんどの抵抗損は、パッド４１４を相互接続する薄いピラー（ｐｉｌｌａｒ）４１８で起こる。薄いピラー４１８は、パッド４１４間の中心に位置し、対称面４１６に直交する方向に延びていてよい。ピラー４１８で生じた変動温度により、ピラー４１８に交流力、及び交互熱応力が生じ、面内共振モードのマイクロ共振器４０２が駆動される。面内共振モードにおいて、質量４０４、すなわち「Ｍ」を有するパッド４１４は反対方向に振動する。このため、共振時は、マイクロ共振器４０２は、振動パッド４１４の特性周波数を含み、ピラー４１８の抵抗は、ピエゾ抵抗効果に起因する交互機械応力によって変調される。したがって、特性周波数に対応するマイクロ共振器４０２において検出可能な小さい信号運動電流が存在する。
マイクロ共振器４０２の特性周波数のシフトを検出するために、ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２に周波数源３１８と検出器３２０とが組み込まれうる。周波数源３１８は、マイクロ共振器４０２を励起するために使用される広周波数源３１８であってよい。検出器３２０は、マイクロ共振器４０２の特性周波数を監視して、特性周波数のシフトを検出することができる。例えば、検出器３２０は、特性周波数、例えば出力電圧又は電流に対応する信号をプロセッサ３１０に出力することができる。プロセッサ３１０は、出力電圧を受け、特性周波数のシフトを認識するように構成されうる。したがって、出力電圧が変化したとき、及び／又はマイクロ共振器４０２の特性周波数が変化したときに、ウエハ処理ツール１０２はこの変化を、マイクロ共振器４０２のパッド４１４上のセンサ表面４０８からの材料４０６の堆積又は除去のインスタンス（瞬間）と見なしうる。材料４０６の堆積及び／又は除去の速度を検出するために、堆積及び除去のログが経時的に取られる。マイクロ共振器４０２の質量４０４が増加する又は減少する、例えば材料４０６がマイクロ共振器４０２に蓄積する又はマイクロ共振器４０２から蒸発すると、特性周波数がシフトダウンし、ウエハ処理ツール１０２がリアルタイムでウエハ製造プロセスの堆積及び／又は除去速度を監視し測定することができるようになる。
一実施形態に係る、ウエハ処理システムのトランジスタセンサタイプのマイクロセンサを示す概略図である図５を参照する。一実施形態では、ウエハ処理ツール１０２の一または複数のマイクロセンサ２０８は、トランジスタセンサ５０２を含む。トランジスタセンサ５０２は、一または複数のトランジスタ、例えばＭＯＳＦＥＴ５０４を含みうる。ＭＯＳＦＥＴ５０４は、ソース５０６、ドレイン５０８、及びゲート５１０を含みうる。トランジスタセンサ５０２は、ウエハ製造プロセス中に材料４０６を受け入れる、あるいは放出するために、図４Ａ〜４Ｂに関連して記載された質量４０４と同様のコレクタ５１２も含みうる。コレクタ５１２は、ＭＯＳＦＥＴ５０４から物理的に分離されうるが、サブコンポーネントは互いに電気接続されうる。例えば、コレクタ５１２は、電気トレース５１４を通してＭＯＳＦＥＴ５０４のゲート５１０に電気接続されうる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０４は、コレクタ５１２がＭＯＳＦＥＴ５０４から間隔を置いて配置された所定の位置に位置づけされているときでさえも、材料４０６がコレクタ５１２上に着地したか、あるいはコレクタ５１２から蒸発したかを検出するように構成されうる。
コレクタ５１２は、材料４０６を受けるようにサイズ設定及び構成されうる。例えば、材料４０６の粒子の典型的なサイズは、４５ナノメートルから１ミクロンの範囲であってよく、したがって、コレクタ５１２は、少なくとも１ミクロンの直径を有する外側リムを有する輪郭を含みうる。下向きに見たときの外側リムの形状は円形、長方形、又は他のいずれかの形状であってよい。更に、コレクタ５１２は平坦であってよい、すなわち平面のセンサ表面４０８を有しうる、あるいはコレクタ５１２は、円錐状のセンサ表面４０８を有しうる。一実施形態では、コレクタ５１２は、ＭＯＳＦＥＴ５０４から分離した構造ではなく、ＭＯＳＦＥＴ５０４の中に組み込まれている。例えば、コレクタ５１２は、ＭＯＳＦＥＴ５０４のゲート５１０上のコレクションエリアであってよい。
トランジスタセンサ５０２のコレクタ５１２は、上述したマイクロ共振器４０２と同様に、ウエハ２０２の表面をシミュレーションするように構成されたセンサ表面４０８を含みうる。例えば、トランジスタセンサ ５０２を、ウエハ２０２の近く、例えば保持面２１４上に位置付けすることができ、センサ表面４０８をウエハ表面が向いた方向に平行な正面方向に向くように配向させることができる。コレクタ５１２は、例えば同じ又は異なる材料４０６の基層４１０及び最上層４１２を有する多層構造を含みうる。
一実施形態では、トランジスタセンサ５０２のパラメータはＭＯＳＦＥＴ５０４に対応する。更に具体的には、トランジスタセンサ５０２のパラメータは、ゲート５１０全体で測定されるＭＯＳＦＥＴ５０４の閾値電圧であってよい。閾値電圧は、コレクタ５１２上の材料４０６の存在又は不在に直接対応しうる。例えば、閾値電圧は、コレクタ５１２上に第１の量の材料４０６があるときに第１の値を有することができ、コレクタ５１２上に第２の量の材料４０６があるときに、第２の値（第１の値とは異なる）を有しうる。このため、コレクタ５１２のセンサ表面４０８に集まった又はセンサ表面４０８から放出された材料４０６を、トランジスタセンサ５０２の閾値電圧に基づいて決定することが可能である。閾値電圧の変化を検出するように、プロセッサ３１０を構成することができ、したがって、閾値電圧の変化が検出されたときに、ウエハ処理ツール１０２は、この変化を、材料の堆積又は除去量と見なすことができる。ウエハ２０２の材料４０６の実際の堆積速度又は除去速度を決定するために、閾値電圧のログを経時的に取ることができる。
一実施形態に係る、ウエハ処理システムの光センサタイプのマイクロセンサを示す概略図である図６を参照する。一実施形態では、ウエハ処理ツール１０２の一または複数のマイクロセンサ２０８は、光センサ６０２を含む。光センサ６０２は、当技術分野において周知のように、Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＭＯＥＭＳ）であってよく、周知の半導体処理工程を使用して基板上に直接形成されうる。ＭＯＥＭＳの複雑性及び多様性の説明は、簡潔に、また容易に理解できるように、なるべく説明を簡略化するため、本書には記載しない。光センサ６０２は、基板のセンサ表面４０８（図示せず）全体に分散した幾つかのマイクロミラー又はレンズを含みうる。極めて詳細には説明しないが、光センサ６０２は、光源６０４から発せられる光路６０８を含みうる。光路６０８は、光源６０４と光検出器６０６との間であってよい。一実施形態では、光センサ６０２のパラメータは、光検出器６０６において光源６０４から光を受けたか否かに対応する。例えば、パラメータは、光路６０８を阻害する材料４０６に応じて変化しうる。つまり、材料４０６の粒子が光路６０８を通過してあるいは光路６０８にとどまって、光源６０４と光検出器６０６との間の光を遮ったときに、パラメータが変化しうる。一実施形態では、粒子が光センサ６０２を通過したときに、光源６０４からの光が異なる光路６０８に沿って別の光検出器６０６に向かって反射する。別の光検出器６０６によって反射された光を検出すると、その結果、光センサ６０２のパラメータに変化が生じる。パラメータは例えば、光検出に対応する光センサ６０２の出力電圧であってよい。プロセッサ３１０は、出力電圧の変化を検出するように構成することができ、これにより、出力電圧の変化、及び／又は光路６０８における阻害が検出されたときに、ウエハ処理ツール１０２はこの変化を、基板上のセンサ表面４０８からの材料４０６の堆積又は除去と見なすことができ、これにより、堆積／除去量及び／又は速度がリアルタイムで測定及び監視されうる。
上述したタイプのマイクロセンサは、外部の圧力とは無関係の電気パラメータに基づいて動作するため、例えばマイクロ共振器４０２、トランジスタセンサ５０２、又は光センサ６０２等の一または複数のマイクロセンサ２０８を有するウエハ処理ツール１０２は、真空条件下を含むいかなる圧力状態においても機能しうることが認識されるであろう。同様に、マイクロセンサ２０８は、プラズマ不在条件を含む、チャンバ領域２０４のガスの濃度に関わらず動作しうる。
プロセスチャンバ１１２に装着されたマイクロセンサ２０８を有するウエハ処理ツール１０２を使用して、ウエハ製造プロセスを監視し制御することができる。非限定的ではあるが、上記監視及び制御を実施する幾つかの方法を以下に記載する。簡潔にするために、以下に記載するこの方法の工程は、マイクロ共振器４０２の監視を参照しうるが、本方法を、上述したタイプ等の他のタイプのマイクロセンサを包含するように適応させることが可能である。
一実施形態に係る、ウエハ製造プロセスの終点を決定する方法の工程を表すフロー図である図７を参照する。ある場合には、ウエハ製造プロセスの終点は、プロセスのパラメータ、例えばプロセスチャンバ１１２内のプラズマに含まれる特定元素の濃度を測定し、プロセス工程がプロセス目標を達成したか、そして停止させるべきか否かを決定することによって検出可能である。上記検出はしかしながら、チャンバ領域２０４がプラズマ不在状態の場合、従来のセンサ又は測定機器を使用しては困難で不可能な場合がある。しかしながら、マイクロセンサ２０８を使用して終点を決定する下記の方法は、プラズマ不在条件下で使用可能である。
工程７０２において、ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２の中にウエハ２０２がロードされる。ウエハ２０２は半導体材料から形成されていてよく、例えばバッファチャンバ１０６等のウエハ処理ツール１０２の第１のチャンバから、例えばプロセスチャンバ１１２等のウエハ処理ツール１０２の第２のチャンバへ移動させることができる。したがって、プロセスチャンバ１１２のチャンバ領域２０４内部において、ウエハ２０２にウエハ製造プロセス、例えば堆積又はエッチングを施すことが可能である。
工程７０４において、プロセスチャンバ１１２内でウエハ製造プロセスが開始されうる。例えば第２のチャンバ、例えばプロセスチャンバ１１２のチャンバ圧が真空条件まで減圧されうる。より具体的には、チャンバ圧は０．５ａｔｍ未満に減圧されうる。上述したように、ウエハ処理ツール１０２は、すべての圧力状態下で材料の堆積／除去を検出することができるため、ウエハ処理ツール１０２内の半導体ウエハによって通常みられる条件下でのリアルタイムの堆積／除去量及び／又は速度を監視するのに使用することが可能である。したがって、ウエハ製造プロセス中に、半導体材料４０６がウエハ２０２上に堆積されうる、あるいはウエハ２０２から除去されうる。半導体材料４０６は同時に、マイクロセンサ２０８のセンサ表面４０８上に堆積されうる、あるいはセンサ表面４０８から除去されうる。
工程７０６において、マイクロセンサ２０８のパラメータの変化が検出される。より具体的には、パラメータの変化は、材料４０６が第２のチャンバ、例えばプロセスチャンバ１１２内で、マイクロセンサ２０８上に堆積された又はマイクロセンサ２０８から除去されたときに、検出されうる。一実施形態では、パラメータの変化を検出することには、マイクロ共振器４０２の特性周波数のシフトを検出することが含まれる。一実施形態では、パラメータの変化を検出することには、トランジスタセンサ５０２のＭＯＳＦＥＴ５０４の閾値電圧の変化を検出することが含まれる。このため、マイクロセンサ２０８がパラメータの変化を検出すると、対応する信号が電子回路３０２へ供給される。
工程７０８において、マイクロセンサ２０８のパラメータの変化に対応する入力信号を使用して、ウエハ製造プロセスの終点が決定されうる。例えば、パラメータの変化は、マイクロ共振器４０２の質量４０４の変化に対応しうる。例えば、ウエハ製造プロセスが堆積プロセスである場合、最初の質量４０４から所望の質量４０４への質量４０４の増加が測定されうる。同様に、ウエハ製造プロセスがエッチングプロセスである場合、最初の質量４０４から所望の質量４０４への質量４０４の減少が測定されうる。質量４０４の変化は、ウエハ処理ツール１０２のすべてのプロセス実行において同一でありうる。しかしながら、質量４０４の変化がいきなりの増加又は減少であった場合、ウエハ処理ツール１０２は、ウエハ製造プロセス又はプロセスチャンバ１１２のハードウェアにおいてシフトが発生したと決定しうる。
ウエハ製造プロセス中に、粒子汚染についての情報のログを連続的に取ることができる、したがって、情報がリアルタイムに又はほとんどリアルタイムに解析のために利用可能になりうる。つまり、マイクロセンサ２０８及び／又はウエハ処理ツール１０２をネットワーク内の他のマシンに接続して、コンピュータシステム１０４を使用して材料の堆積及び／又は除去データを監視し、解析することができる。これにより、ウエハ製造プロセスの進行具合がリアルタイムで測定されうる。したがって、コンピュータシステム１０４は、所望の質量４０４が測定されたときに、プロセスの終点を検出するように構成されうる。
工程７１０において、終点が決定されたことに応じて、ウエハ製造プロセスが停止されうる。例えば、マイクロセンサ２０８からの入力信号が、例えば質量４０４の所定の値又は変化等の所望のプロセス結果にウエハ製造プロセスが到達したことを示す場合、電子回路３０２又はコンピュータシステム１０４は、ウエハ製造プロセスの終点に到達したことを決定することができ、入力信号に基づいて堆積又はエッチングプロセスを停止させうる。
一実施形態に係る、ウエハ製造プロセスの均一性を決定する方法の工程を表すフロー図である図８を参照する。プロセスチャンバ１１２内にいくつかのマイクロセンサ２０８を配置することによって、瞬間的な均一性、及び経時的な均一性が検出されうる。更に具体的には、プロセスチャンバ１１２内の異なる位置における堆積又はエッチング速度の変化が感知され、これらの異なる位置間で堆積又はエッチングプロセスが異なるか否かが決定されうる。
工程８０２及び８０４は、図７に関連して上述した工程７０２及び７０４と同様でありうる。つまり、ウエハ２０２は、ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２の中にロードすることができ、ウエハ製造プロセスが開始されうる。工程８０４においては、しかしながら、ウエハ製造プロセス中に、半導体材料４０６がウエハ２０２及び幾つかのマイクロセンサ２０８のそれぞれのセンサ表面４０８上に堆積されうる、又はウエハ２０２及び幾つかのマイクロセンサ２０８のそれぞれのセンサ表面４０８から除去されうる。つまり、材料４０６の堆積又は除去を、プロセスチャンバ１１２の複数のマイクロセンサ２０８に適用することができるということである。例えば、第１のマイクロセンサ２０８をチャンバ領域２０４内の第１の所定の位置に装着することができ、第２のマイクロセンサ２０８をチャンバ領域２０４内の第２の所定の位置に装着することができる。材料は、第１及び第２のマイクロセンサ２０８の両方の上に堆積させうる、あるいは第１及び第２のマイクロセンサ２０８の両方から除去されうる。
工程８０６において、各マイクロセンサ２０８のパラメータのそれぞれの変化が検出されうる。例えば、第１のマイクロセンサ２０８のセンサ表面４０８への半導体材料４０６の堆積、又は第１のマイクロセンサ２０８のセンサ表面４０８からの半導体材料４０６の除去に応じて、第１のマイクロセンサ２０８のパラメータの変化が検出されうる。同様に、第２のマイクロセンサ２０８のセンサ表面４０８への半導体材料４０６の堆積、又は第２のマイクロセンサ２０８のセンサ表面４０８からの半導体材料４０６の除去に応じて、第２のマイクロセンサ２０８のパラメータの変化が検出されうる。したがって、所定の時点で、第１のマイクロセンサ２０８及び第２のマイクロセンサ２０８のパラメータが測定されうる。
工程８０８において、測定されたパラメータに基づいて、ウエハ製造プロセスの均一性が決定されうる。例えば、いくつかのマイクロセンサ２０８のパラメータの変化を測定することができ、この変化を比較して均一性を検出することができる。より具体的には、パラメータの変化が同じである、あるいは所定の変化の度合い、例えば５％の差以内で類似している場合、ウエハ製造プロセスは均一であると決定することができる。パラメータの変化が所定量だけ異なる場合はしかしながら、ウエハ製造プロセスは非均一であると決定することができる。非均一性の決定により、イベントがトリガされうる。例えば、プロセスチャンバ１１２内のマイクロセンサ２０８間の標準偏差に対して所定の閾値を設定することができ、閾値を上回った場合に、アラームがトリガされうる、及び／又はウエハ処理ツール１０２の次のウエハ２０２の処理が停止されうる。マイクロセンサ２０８から収集されたデータは、例えば根本原因解析に役立たせるため等の将来の見直しのために、ローカルの、あるいはリモートサーバのログファイルにも保存されうる。したがって、プロセスチャンバ１１２にマイクロセンサ２０８を有するウエハ処理ツール１０２を使用して、プロセスの安定性が測定及び制御されうる。
一実施形態に係る、ウエハ製造プロセスの変化の根本原因を決定する方法における工程を表すフロー図を示す図９を参照する。ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２のマイクロセンサ３０８を使用して、堆積又は除去速度の変化の根本原因が決定されうる。例えば、マイクロセンサ２０８を他のマシンセンサと相関させて、堆積又は除去速度の変化の推定原因を識別することができる。一実施形態では、マイクロセンサ２０８を、例えば光学分光計２１６等の測定機器に相関させる。あるいは、マイクロセンサ２０８を、例えば温度、プロセスチャンバ１１２に送られる電力、ガス濃度、又はプロセスチャンバ１１２のイオン密度を検出するのに使用されるセンサなどの他のマシンセンサと相関させることができる。
工程９０２〜９０６は、図７に関連して上述した工程７０２〜７０６と類似のものでありうる。つまり、ウエハ処理ツール１０２のプロセスチャンバ１１２の中にウエハ２０２がロードされ得、ウエハ製造プロセスが開始されうる。更に、マイクロセンサ２０８のパラメータの変化が検出されうる。
工程９０８において、測定機器によって、ウエハ製造プロセスのプロセスパラメータが検出されうる及び／又は測定されうる。例えば、測定機器は、図２に関連して上述した光学分光計２１６を含みうる。したがって、プロセスパラメータは、光学分光計２１６によって測定されたチャンバ領域２０４のＯＥＳシグネチャでありうる。
工程９１０において、マイクロセンサ２０８のパラメータの変化の根本原因が、検出されたプロセスパラメータに基づいて決定されうる。例えば、マイクロセンサ２０８のパラメータの変化は、測定機器によって測定されたプロセスパラメータの変化と同時に、あるいはそれに近い時点で起きうる。プロセスパラメータは、特定のガスの濃度であってよく、プロセスパラメータの変化は濃度の増加を示しうる。したがって、同時の変化は、ガス濃度の増加がマイクロセンサ２０８のパラメータの変化の根本原因、例えばマイクロセンサ２０８上の材料４０６の堆積速度又は除去速度の変化の根本原因であることを示しうる。次に、ガス濃度と、堆積／除去速度を所望の範囲内に維持するために、ウエハ処理ツール１０２が調整される又は修理されうる。このように、プロセスチャンバ１１２にマイクロセンサ２０８を有するウエハ処理ツール１０２を、トラブルシューティングツールとして使用することが可能である。
一実施形態では、マイクロセンサ２０８を多数の処理実行にわたって使用することができるため、マイクロセンサ２０８は、センサ表面４０８への材料４０６の堆積又はセンサ表面４０８からの材料４０６の除去のために調整を行う自己較正型であってよい。例えば、電子回路３０２又はコンピュータシステム１０４は、各処理実行後に、マイクロセンサ２０８を較正するように構成されうる。ウエハ製造プロセス中に材料４０６がセンサ表面４０８に堆積されると、あるいはセンサ表面４０８から除去されると、マイクロセンサ２０８のパラメータが増加あるいは減少しうる。例えば、マイクロ共振器の質量４０４は、堆積プロセス後に増加する場合があり、このため、マイクロ共振器の特性周波数が第１の値から第２の値へ変化しうる。後に続く堆積プロセスを開始する前に、電子回路３０２又はコンピュータシステム１０４は、第２の値を次のプロセス実行の開始値として設定しうる。これにより、次のプロセス実行中のパラメータの変化が精確に測定されうる。
マイクロセンサ２０８の感度及び信頼性が損なわれないように、センサ表面４０８は定期的に洗浄されうる、あるいは交換されうる。例えば、マイクロセンサ２０８が堆積プロセスを監視する場合、経時的に堆積した材料４０６を除去するために、マイクロセンサ２０８の定期的な洗浄が実施されうる。マイクロセンサ２０８の寿命を延ばすため、マイクロセンサ２０８は、プロセスチャンバ１１２を開けずにインシトゥ（その場）で洗浄されうる。例えば、センサ表面４０８から材料４０６を洗浄するために、プラズマ又はラジカルがプロセスチャンバ１１２の中に導入されうる。つまり、材料４０６がシリコンである場合、センサ表面４０８からシリコンを洗浄するために、フッ素ラジカルが導入されうる。
マイクロセンサ２０８は、所定の周期で交換されうる。例えば、エッチングプロセスを監視するためにマイクロセンサ２０８が使用される場合、センサ表面４０８は時間と共に消費されうる。このため、マイクロセンサ２０８は、所定量の材料、例えば最上層４１２がマイクロセンサ２０８から除去されたときに、交換されうる。
一実施形態に係る、ウエハ処理システムの例示のコンピュータシステムを示すブロック図である図１０を参照する。例示のコンピュータシステム１０４の一または複数の構成要素を、ウエハ処理ツール１０２の電子回路３０２に使用することが可能である。したがって、図３に関連して上述した電子回路３０２は、コンピュータシステム１０４のサブセットでありうる。あるいは、電子回路３０２は、ウエハ処理ツール１０２固有のものであってよく、コンピュータシステム１０４は、電子回路３０２及び／又はウエハ処理ツール１０２のコンピュータと連動している製造施設のホストコンピュータであってよい。一実施形態では、コンピュータシステム１０４は、ロボット、ロードロック１１０、プロセスチャンバ１１２、及びウエハ処理ツール１０２の他の構成要素と結合し、これらを制御する。コンピュータシステム１０４は、上述したように、マイクロセンサ２０８によって提供される材料の堆積／除去情報の受信及び解析も行いうる。
コンピュータシステム１０４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットにおいて、他のマシンに接続され（例えばネットワーク化され）うる。コンピュータシステム１０４は、クライアント−サーバネットワーク環境においてはサーバ又はクライアントマシンの役割で、或いは、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境においてはピアマシンとして作動しうる。コンピュータシステム１０４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、或いは、そのマシンによって行われる動作を特定する（連続した又は別様な）命令のセットを実行可能な任意のマシンでありうる。更に、コンピュータシステム１０４として単一のマシンのみを示しているが、用語「マシン」は、本書に記載の方法のうちの任意の一又は複数を実施するために、命令のセット（又は複数のセット）を個々に、又は連携的に実行するマシン（コンピュータなど）の任意の集合体を含むとも解釈すべきである。
コンピュータシステム１０４は、命令が記憶された非一過性のマシン可読媒体を有するコンピュータプログラム製品、又はソフトウェア１００２を含んでいてよく、これらの命令は、実施形態による処理を実施するコンピュータシステム１０４（又は、他の電子デバイス）をプログラムするために使用されうる。マシン可読媒体は、マシン（例えばコンピュータなど）によって可読な形態で情報を保存又は伝送するための、任意の機構を含む。例えば、マシン可読（例えばコンピュータ可読）媒体は、マシン（例えばコンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等）、マシン（例えばコンピュータ）可読伝送媒体（電気的形態、光学的形態、音響的形態、又はその他の伝播信号の形態（例えば赤外線信号、デジタル信号等））等を含む。
一実施形態では、例示的なコンピュータシステム１０４は、バス１００９を介して互いに通信し合う、システムプロセッサ１００４、メインメモリ１００６（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））、スタティックメモリ１００８（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び二次メモリ１０１８（例えば、データ記憶装置１０２４）を含む。
システムプロセッサ１００４は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理装置などの一又は複数の汎用処理装置を表す。より詳細には、システムプロセッサ１００４は、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、他の命令セットを実行するシステムプロセッサ、又は、命令セットの組み合わせを実行するシステムプロセッサでありうる。システムプロセッサ１００４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどの、一又は複数の特殊用途処理デバイスでもありうる。システムプロセッサ１００４は、本書に記載の工程を実行するための処理論理１０１０を実施するように構成される。
コンピュータシステム１０４は更に、ネットワーク１０１４を介して例えばウエハ処理ツール１０２等の他のデバイス又はマシンと通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス１０１２を含みうる。コンピュータシステム１０４は、ビデオディスプレイユニット１０１６（液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ）など）、英数字入力デバイス１０１８（キーボードなど）、カーソル制御デバイス１０２０（マウスなど）、及び信号生成デバイス１０２２（スピーカなど）も含みうる。
二次メモリは、本書に記載の一又は複数の任意の方法又は機能を具現化する一又は複数の命令セット（例えば、ソフトウェア１００２）が記憶される、マシンによってアクセス可能な記憶媒体１０２６（又はより具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含みうるデータストレージデバイス１０２４を含みうる。このソフトウェア１００２は、コンピュータシステム１０４によって実行されている間、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ１００６及び／又はシステムプロセッサ１００４の中にも常駐していてよく、メインメモリ１００６及びシステムプロセッサ１００４は、マシン可読記憶媒体も構成しうる。このソフトウェア１００２は更に、システムネットワークインターフェースデバイス１０１２を介してネットワーク１０１４上で送信又は受信されうる。
例示の実施形態において、マシンによってアクセス可能な記憶媒体１０２６を単一の媒体として示したが、用語「マシン可読記憶媒体」は、一又は複数の命令セットを記憶する単一の媒体、又は複数の媒体（例：集中データベース、又は分散データベース、及び／又は関連キャッシュ及びサーバ）を含むと理解すべきである。用語「マシン可読記憶媒体」はまた、マシンによって実施される命令のセットを記憶すること、又は符号化することが可能であり、かつ、方法のうちの任意の一又は複数をマシンに実施させる任意の媒体を含むとも解釈すべきである。従って、用語「マシン可読記憶媒体」は、固体メモリ、光媒体、及び磁気媒体を含むがそれらに限定されないと解釈すべきである。
前述の明細書に、特定の例示の実施形態を説明した。以下の特許請求の範囲から逸脱しない限り、例示の実施形態に様々な修正を加えることができることが明らかになろう。従って、本明細書及び図面を限定的と捉えるのではなく、例として見なすべきである。

Claims (15)

  1. ウエハ処理ツールであって、
    チャンバ領域を有するプロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバの前記チャンバ領域内の所定の位置に装着されたマイクロセンサと
    を備え、前記マイクロセンサは１つのパラメータを有し、且つセンサ表面を含み、前記パラメータは、前記センサ表面に材料が堆積されたとき、あるいは前記センサ表面から除去されたときに変化する、ウエハ処理ツール。
  2. 前記プロセスチャンバは、前記チャンバ領域の周りにチャンバ壁を含み、前記チャンバ壁に前記マイクロセンサが装着される、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
  3. 前記プロセスチャンバは保持面を有するウエハホルダを含み、前記保持面に前記マイクロセンサが装着される、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
  4. 前記チャンバ領域は半導体材料のウエハを受容するようにサイズ設定され、前記センサ表面は前記半導体材料を含み、前記センサ表面に堆積される前記材料又は前記センサ表面から除去される前記材料は前記半導体材料である、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
  5. 前記マイクロセンサはマイクロ共振器を含み、前記パラメータは前記マイクロ共振器の特性周波数であり、前記特性周波数は前記センサ表面に前記材料が堆積されたこと、あるいは前記センサ表面から前記材料が除去されたことに応じてシフトする、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
  6. ウエハ処理システムであって、
    ウエハ処理ツールであって、
    チャンバ領域を有するプロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバの前記チャンバ領域内の所定の位置に装着されたマイクロセンサと
    を備え、前記マイクロセンサは１つのパラメータを有し、且つセンサ表面を含み、前記パラメータは、前記センサ表面に材料が堆積されたとき、あるいは前記センサ表面から除去されたときに変化する、ウエハ処理ツールと、
    前記ウエハ処理ツールに通信可能に結合されたコンピュータシステムと
    を備える、ウエハ処理システム。
  7. 前記マイクロセンサはマイクロ共振器を含み、前記パラメータは前記マイクロ共振器の特性周波数であり、前記特性周波数は前記センサ表面に前記材料が堆積されたこと、あるいは前記センサ表面から前記材料が除去されたことに応じてシフトする、請求項６に記載のウエハ処理システム。
  8. 前記コンピュータシステムは、前記マイクロセンサから前記マイクロセンサの前記パラメータに対応する入力信号を受信し、前記入力信号に基づいて前記ウエハ処理ツールによって実施されるウエハ製造プロセスの終点を決定する、請求項６に記載のウエハ処理システム。
  9. 前記ウエハ処理ツールは、前記プロセスチャンバのチャンバ領域内の第２の所定の位置に装着された第２のマイクロセンサを含み、前記コンピュータシステムは、前記第２のマイクロセンサから前記第２のマイクロセンサの第２のパラメータに対応する第２の入力信号を受信し、前記コンピュータシステムは、入力信号と前記第２の入力信号とに基づいて、ウエハ製造プロセスの均一性を決定する、請求項６に記載のウエハ処理システム。
  10. 前記ウエハ処理ツールは、前記チャンバ領域の光学発光の分光分析シグネチャを検出する光学分光計を含み、前記コンピュータシステムは、前記マイクロセンサと前記光学分光計から前記マイクロセンサの前記パラメータ及び前記光学発光の分光分析シグネチャに対応する入力信号を受信し、前記光学発光の分光分析シグネチャに基づいて前記マイクロセンサの前記パラメータの変化の根本原因を決定する、請求項６に記載のウエハ処理システム。
  11. 方法であって、
    ウエハ処理ツールのプロセスチャンバの中に半導体材料のウエハをロードすることであって、前記プロセスチャンバは、チャンバ領域と、前記プロセスチャンバの前記チャンバ領域内の所定の位置に装着されたマイクロセンサとを含み、前記マイクロセンサは、１つのパラメータを有し、且つセンサ表面を含み、前記パラメータは、前記半導体材料が前記センサ表面に堆積されたときに、あるいは前記半導体材料が前記センサ表面から除去されたときに変化する、ロードすることと、
    前記プロセスチャンバ内でウエハ製造プロセスを開始することであって、前記半導体材料は、ウエハ製造プロセス中に、前記ウエハ及び前記センサ表面に堆積される、又は前記ウエハ及び前記センサ表面から除去される、ウエハ製造プロセスを開始することと、
    前記センサ表面への前記半導体材料の堆積、又は前記センサ表面からの前記半導体材料の除去に応じて、前記マイクロセンサの前記パラメータの変化を検出することと
    を含む方法。
  12. 前記パラメータの変化を検出することは、マイクロ共振器の特性周波数のシフトを検出することを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記マイクロセンサの前記パラメータの変化に基づいて、前記ウエハ製造プロセスの終点を決定することと、
    前記終点が決定されたことに応じて、前記ウエハ製造プロセスを停止することと
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記ウエハ処理ツールが、前記プロセスチャンバの前記チャンバ領域内の第２の所定の位置に装着された第２のマイクロセンサを含み、
    第２のセンサ表面への前記半導体材料の堆積、又は前記第２のセンサ表面からの前記半導体材料の除去に応じて、前記第２のマイクロセンサの第２のパラメータの第２の変化を検出することと、
    前記マイクロセンサの前記パラメータの変化、及び前記第２のマイクロセンサの前記第２のパラメータの前記第２の変化に基づいて、前記ウエハ製造プロセスの均一性を決定することと
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 測定機器によって前記ウエハ製造プロセスのプロセスパラメータを検出することと、
    検出された前記プロセスパラメータに基づいて、前記マイクロセンサの前記パラメータの変化の根本原因を決定することと
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
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