JP2020500415A - 欠陥の発生及び位置の検出のための移動式検査システム - Google Patents

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Abstract

検査ウエハと処理ユニットとを備える、製造プロセスツールにおける欠陥の発生及び位置の検出のためのシステムを提供する。検査ウエハは、複数のセンサ及び電源を備え、製造プロセスツールに挿入されツールを検査するように構成され、処理ユニットは、センサから入力データを受け取り、製造プロセスツールの検査を行っている間の異なる時刻にセンサの少なくとも１つから受け取ったデータを比較することにより欠陥の位置、発生時刻、及び物理的特性を計算するように構成される。検査ウエハは、信号を送信するように構成された１つ以上の送信機をさらに備えることができ、これにより、欠陥の発生により生じる信号の１つ以上の特性の変化をセンサが検出可能となる。検査ウエハは、論理デバイス、処理素子、及びメモリデバイスを備えてもよく、論理デバイスはセンサの出力をサンプリングし、処理素子は、サンプリングされたセンサの出力を処理し、処理データをメモリデバイスに格納する。

Description

本発明は、半導体の製造管理分野に関するものである。より具体的には、本発明は、半導体の製造プロセスツールを検査するための、特に、プロセスツールにおける欠陥の発生及び位置を検査するためのシステムに関するものである。
現代において、集積回路（ＩＣ）の製造は小型化が絶え間なく進んでいる。ＩＣの複雑性及び製造プロセスの精度要件のために、厳密なプロセス制御の重要性が絶えず高まっている。今日、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）デバイスの製造及び製造施設に携わる技術者は、プロセス制御及びプロセスにおける欠陥削減のために膨大な時間とリソースを投入している。製造プロセスは通常、オペレーション、測定、及びツール（ただし、これらに限定されるものではない）を含み、これらが、例えば、ＶＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において用いられる。
電子製造における欠陥は、製造プロセスを通過しているウエハの、プロセス内の特定の位置及び時刻における、物理的特性（例えば、質量、サイズ、又は形状）、電気的、光学的、及び／又は機会的特性又は特徴の望ましくない変化と定義される。例えば、厚さが１５ナノメートルであるべき堆積層が、厚さ１２ナノメートルとなることは、欠陥とみなされる。欠陥の別の例としては、粒子が、特定の位置及び時刻においてウエハと接触することが挙げられる。そのような異物粒子は、特に、製造されたダイ（半導体材料の小さいブロックであって、その上に所定の機能回路が製造される）が非常に高密度の電子デバイスを含む際に、製造されたダイを破壊する可能性がある。そのような稠密環境においては、非常に小さい粒子であっても、製造されたダイを破壊し得る。
ウエハの製造プロセスにおいて、ウエハは、真空力又は静電力を用いて、ウエハ支持チャックに結合される。変形を防ぎ、ウエハの裏面とチャックとの間を滑らか且つ均一に確実に接触させるために、通常、ウエハをチャックに均一に結合することが通常必須である。そのような均一な接触は、異なる製造段階にわたってウエハの温度を正確に制御し、ウエハの上側の層上に精密なリソグラフィのための均一な焦点面を確実に形成するうえで重要である。あらゆる変形が、ウエハの裏面とチャック表面との間の熱伝達の均一性、及び焦点面の均一性を悪化させ得る。さらに、裏面粒子が存在する場合、一部のロボットの真空パッドを傷つけ、真空が緩むことによりウエハが滑りやすくなる可能性がある。また、裏面に存在する粒子及び他の機械的欠陥は、その後に熱衝撃及び／又は他の様々な種類の機械的振動に起因してウエハの破損を引き起こし得る引っ掻き傷及び亀裂を生じさせる可能性がある。
製造プロセスにおいて、ウエハの裏面に異物粒子が付着する可能性がある。加えられた結合力に応じて、比較的小さな粒子（１μｍオーダー）であっても、ウエハ製造プロセスの悪化を招くウエハ変形を引き起こし得る。
粒子は、例えば、シャワーヘッド又はチャンバ壁からの落下、大気から真空中への漏入、ロボットの動作中の振動、又はウエハとの機械的接触などの結果、プロセス内に発生する可能性がある。
欠陥を検出し削減するためのいくつかの検査方法が、ＶＬＳＩ産業において一般的に使用されている。例えば、生産用ウエハ又は試験用ウエハへのプロセスの影響を測定し、欠陥の特性及び位置を測定する、外部の独立型計測ツールを使用している工場もある。しかしながら、この方法は、普及してはいるが、特定のプロセスツール内で処理が行われている際の、又はウエハがツールとツールの内側若しくは外側との間を搬送され様々なツールの間にある際の欠陥形成の発生時刻に関して情報が得られないため、全体像を提供するには程遠い。さらに、欠陥は、計測ツール自体に起因する可能性がある。
別の検査方法は、計測システムをプロセスツールに一体化し、それによってウエハの近傍又はウエハ上の欠陥の発生をリアルタイムで検出する工程を含む。一体化された計測システムの少なくとも一部が静止していて、ウエハの経路を辿ることが制限されているため、これらの方法は、プロセスツールの全体にわたるウエハの動きの一部分の経路のみに対してしか可視性を有していない。
別の一般的な検査方法は、自律検査ウエハを用いる。これは、欠陥形成のリアルタイムで検出可能であるが、ウエハ上の欠陥の位置を提供することができない。
米国特許第５２７４４３４号は、多数の欠陥の発生を防止し、必要な歩留まりを維持するための粒子検査方法及び装置を開示している。検査装置は、小型の装置で構成されており、製造ラインの処理ユニットの出入口又は処理ユニット間の搬送システムに配置されている。検査装置は、搬送システムによって搬送されるウエハ上に堆積し得る異物粒子をリアルタイムでサンプリングするためのモニタを備え、それによって製造ラインの構造の単純化及び製造コストの削減を可能としている。検査装置は、屈折率可変型レンズアレイ、空間フィルタ、及びパターンデータ除去回路を備えてもよく、搬送中のウエハの繰り返しパターン部分の異物粒子検査を可能とする。繰り返しパターンの繰り返しデータを除去するための空間フィルタを用いることにより、小型でコンパクトな検査装置は、ウエハ上の異物粒子を高速でリアルタイムで検査することができる。しかしながら、検査装置は静止しており、堆積粒子が発生するタイミングを決定することができない。
米国特許出願公開第２０１４／０２０８８５０号は、半導体プロセス機器上に配置されたセンサを備える半導体デバイス欠陥検出装置を開示している。センサは、半導体デバイスから放出された信号を検出するように構成され、半導体デバイスは、半導体プロセス機器、及び所定の周波数範囲内において検出された信号に基づいて半導体デバイスが欠陥を有するかどうかを判断するように構成された信号分析機と接触している。
米国特許第６９６６２３５号は、製造された半導体基板の表面、表面下、又は周囲環境におけるプロセスパラメータを監視するためのリモートセンサを開示している。リモートセンサは、製品材料に直接取り付けられており、標準的な製品材料を搬送するために使用されるものと同じロボットハンドリング又は自動化システムを用いることで、製造領域を開放することなく設置することができる。データは、センサから無線伝送によって記録されるか、又は信号が影響を受けない場合には、データは、後にダウンロードするためのデータを格納するオンボードメモリに記録される。しかしながら、これらのリモートセンサは、ダイの厚さ、均一性等のパラメータを検出することを目的としており、数ナノメートルのサイズの異物粒子を検出することは不可能である。
既存の方法はいずれも、一般には欠陥形成の位置及び時刻、具体的には粒子による欠陥の位置及び時刻の両方に関する情報を提供することはできない。この情報は、最適な製造プロセスにとって、少なくとも以下の１及び２の面で明らかに重要である。
１．プロセスツールの秩序性に関する情報を提供し、以下のａ及びｂを可能にする。
ａ．実際に発生する前にツールの異常を予測する。
ｂ．プロセス品質の観点において製造歩留まりを最適化するために、プロセスツールの性能に関するより良い情報をツールのオペレータに提供する。
２．この情報は、異常であると識別されたプロセスツール内の粒子の発生源を突き止めるために要する時間を大幅に短縮することを可能にし、それによって「停止時間」を省き、全体的な製造歩留まりを向上させる。
従って、本発明の目的は、半導体製造プロセスにおける欠陥形成とその位置及び時刻とを検出するためのシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、半導体製造プロセスにおける欠陥形成の検出のための移動式システムを提供することである。
本発明の別の目的は、製造プロセス内の実際のウエハをエミュレートする、半導体製造プロセスにおける欠陥形成を検出するためのシステムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、半導体製造プロセス内のウエハの裏面と接触する異物粒子を検出するためのシステムを提供することである。
本発明の他の目的及び有利な点は、以下の説明により明らかとなるであろう。
本発明は、製造（例えば、プロセス、計測、位置合わせ、又は保管）ツール内の欠陥の発生及び位置の検出のためのシステムに関するものであり、システムは、検査ウエハ及び処理ユニットを含む。検査ウエハは、複数のセンサ及び電源を備え、製造プロセスツールに挿入され製造プロセスツールを検査するように構成される。処理ユニット（例えば、検査ウエハのリモートに存在するコンピュータステーション）は、センサから入力データを受け取り、製造ツールの検査を行っている間の異なる時刻及び／又は異なる（検査ウエハ上の）位置においてセンサから受け取ったデータの比較によって、欠陥の（検査ウエハ上の）位置、発生時刻、及び物理的特性を計算するように構成される。
システムは、誘電体粒子、金属粒子、半導体粒子、有機粒子、プロセスツール内から発生した粒子、プロセスツール内を流れる材料から発生した粒子、及びプロセスツールの外部から発生した粒子からなる群から選択可能な製造プロセス内の粒子の存在を検出するように適合される。
検査ウエハは、１つ以上の送信機をさらに備えることができる。送信機は信号を送信するように構成され、これにより、欠陥の発生により生じる信号の１つ以上の特性の変化をセンサが検出可能となる。
検査ウエハは、論理デバイス、処理素子、及びメモリデバイスをさらに備えることができる。論理デバイスは、センサの出力をサンプリングし、処理素子は、サンプリングされたセンサの出力を処理し、処理されたデータをメモリデバイスに格納する。
検査ウエハは、リモートに存在するコンピュータステーションにデータを送信するように構成された通信素子をさらに備えることができる。
センサは、以下の（ａ）〜（ｋ）から選択される。
（ａ）１つ以上の静電容量センサ
（ｂ）１つ以上の光電陰極
（ｃ）１つ以上の光検出センサ
（ｄ）１つ以上の微小電気機械（ＭＥＭ）デバイス
（ｅ）１つ以上の容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ
（ｆ）エネルギー又は質量変化を測定するように構成された１つ以上の発振デバイス
（ｇ）共振電気光学デバイス
（ｈ）１つ以上の圧力センサ
（ｉ）１つ以上の温度センサ
（ｊ）水晶振動子マイクロバランスセンサ
（ｋ）（ａ）〜（ｊ）の２つ以上の組み合わせ
センサの抵抗率は、ファンデルポー抵抗率法により測定することができる。
センサのうちの１つ以上は、圧電材料及び圧電部品、又はプラズモン反応の生成に好適な金属層又は金属パターンと接触している誘電体導波路を備えることができる。
１つ以上の送信機は、以下の（ａ）〜（ｄ）から選択可能である。
（ａ）１つ以上の発光デバイス
（ｂ）１つ以上の電子ビーム源
（ｃ）１つ以上の超音波源
（ｄ）（ａ）〜（ｃ）の２つ以上の組み合わせ
検査ウエハの表面上の物体及び／又は粒子は、後方散乱技術により検出することができる。
物理的特性は、サイズ、形状、質量、伝導率、静電容量、誘電特性、及び屈折率からなる群より選択可能である。
システムは、ウエハ改質プロセスからウエハを保護するための（例えば、誘電体層、エッチング停止層等からなる）保護層をさらに備えることができる。
システムは、電源の充電、ウエハの洗浄、ウエハのリコート、検査計画の作成のためのドッキングステーションをさらに備えることができる。
電源は、モノリシック電源、ハイブリッド電源、コンデンサ、及び電池からなる群より選択可能である。
光学センサは、光共振器、マイクロリング共振器、フォトニック結晶共振器、及びプラズモン結晶共振器からなる群より選択可能である。
共振波長は、欠陥の存在の影響を受け得る。
共振波長は、波長固有の検出器又は送信機における振幅又は位相の変化により検出可能である。
処理リソース及びメモリリソースを削減するために、複数のセンサセルアレイに対して共通のレシーバを使用する。
一態様において、欠陥が存在しない場合、最小エミッタンス信号が通常の条件下でレシーバに提供される。
最小エミッタンスは、プラズモン波及び／又はフォトニック波の相殺的干渉を発生させるために、導波路の上部に存在するプラズモン又は非プラズモン格子構造により達成される。
図１は、本発明の実施形態に係る検査ウエハの側面図を概略的に示している。 図２は、本発明の別の実施形態に係る検査ウエハの側面図を概略的に示している。 図３は、本発明さらに別の実施形態に係る検査ウエハの側面図を概略的に示している。 図３ｂは、本発明の実施形態に係る、計算リソース（メモリ及び処理リソース）を削減したメモリ／読み出し回路を階層的に実施したものを示している。 図４は、本発明の実施形態に係る検査ウエハシステム３００の上面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る、裏面の粒子を検出可能な検査ウエハの、側面図を概略的に示している。 図６は、本発明の実施形態に係る、裏面の粒子を検出可能な検査ウエハの、側面図を概略的に示している。
ここで、本発明の実施形態を参照するが、実施形態の例は、例示のみを目的として添付図面に示されている。当業者は、特許請求の範囲に記載された発明の原理から逸脱することなく、本明細書に示された構造及び方法に必要な変更を加えた代替実施形態を採用できることを以下の説明から容易に理解できるであろう。
本発明は、搬送ボックスからツールへ、そして搬送ボックスへと戻るウエハの全経路又は部分経路における、又はボックスがツール間を搬送される間における、ボックス内の粒子汚染に起因する製造プロセス内の欠陥の検査を行うためのシステムを提供する。システムは、半導体製造プロセス（例えば、ＶＬＳＩ）によりデバイス（以下、検査ウエハ）に一体化されたセンサアレイを備え、その寸法は、検査対象の半導体製造プロセスにおいて用いられる標準サイズのウエハの寸法を模倣している。検査ウエハ上のセンサの数、密度、種類（種類は、欠陥材料の感度及び欠陥サイズの感度に影響を及ぼす）及び分布は、所与の操作（例えば、エッチング、超音波洗浄、ＣＭＰ等）に対するプロセスの要件によって規定される。
検査ウエハのセンサは、ウエハがプロセス全体を通過するときに移動する経路に沿った欠陥形成の位置に加えて、ウエハを横切る方向の欠陥の位置の検出を可能とする。さらに、センサは、所望のプロセスツール（例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、フォトリソグラフィ、計測ツール等）内のウエハ経路に沿った欠陥形成の時刻を検出し、それによって欠陥形成の原因であるプロセスツール内の位置を示す。例えば、システムは、バッファチャンバを通るウエハの中心又は縁に欠陥が生じたことを知らせることができる。センサの出力は、システムに設けられた処理要素によって処理され、欠陥が発生したかどうか、どこで、いつ発生したかを決定し、欠陥特性（例えば、質量、物理的サイズ及び／又は形状、導電率、光透過率及び／又は光反射率、及び／又は散乱特性、電荷、電気容量等）を提供する。
本明細書全体を通して、欠陥の検出は粒子の検出を例として説明されているが、本発明は特定の欠陥の検出に限定されるものではなく、例えば、引っ掻き傷、余分なパターン又は欠けているパターン（これらは、特定の製造ツールの識別子として用いられる）の検出にも使用できることに留意されたい。
本発明の実施形態によれば、検査ウエハは、外部処理ユニットを用いて製造プロセスを検査することもできる。外部処理ユニットは、検出された欠陥に関して高解像度且つ相当量の情報を得ることを目的としたさらなる分析を実行するために、検査ウエハによって収集されたデータを受け取って処理を行う。
本発明の別の実施形態によれば、データ処理の一部は、検査ウエハ自体に（例えば、半導体製造により）一体化された処理素子によって実行される。一体化された処理素子の使用は、ノイズ又は不必要なデータがサンプリングされてメモリデバイスに格納されないようフィルタリングを行ううえで好適である。
センサによる製造プロセス全体を通しての検査後、場合によっては前処理を行ってセンサデータを格納した後、（リモートコンピュータステーション等の処理ユニット上で実行される）コンピュータソフトウェアプログラムは、センサデータを（場合によっては上述のように処理された後に）入力として受け取り、上述の全ての面で欠陥を特徴付ける。これは、異なる時刻における単一のセンサ又は複数のセンサのアレイの結果を比較することによって実現することができる。例えば、第１のセンサ群の第１の測定値は、同じセンサ群の第２の測定値、すなわち別の時刻の測定値と、又は別のセンサ群の（第１のセンサ群と同じ又は別の時刻に測定された）測定値と比較することができる。
本発明の別の実施形態によれば、検査ウエハは、前処理を行ったセンサデータを、データ収集が行われるリモートコンピュータステーションなどの処理ユニットに、（ウエハ外における）後処理及び分析のために有線又は無線通信（例えば、ＲＦ、ブルートゥース等）を介して送信する。本発明の別の実施形態によれば、リモートステーションは携帯用ウエハの充電を行う。本発明の別の実施形態によれば、リモートステーションは、検査ウエハの様々なパラメータ（例えば、センサ照度、センサ感度、センサビニングの程度等）を構成するために用いられる。
検査ウエハは、１種類又は複数種類のセンサを含むことができ、センサの種類は検査対象の所与のプロセスの検査及び検出要件に応じて決定される。例えば、検査ウエハは、以下のうちの少なくとも１つ又は以下のものの組み合わせを含むことができる。
１つ以上の静電容量センサ（例えば、ＣＭＯＳ静電容量センサ及び／又はＲＣセンサ）
１つ以上の電気抵抗センサ
１つ以上の光電陰極
１つ以上の光検出センサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＰＮ接合センサ等）
１つ以上の容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ
エネルギー又は質量変化を測定するように構成された１つ以上の発振デバイス（例えば、微小電気機械式ＭＥＭデバイス）
１つ以上の共振電気又は光学デバイス（例えば、リング共振器）
１つ以上のプラズモンデバイス
１つ以上のフォトニック結晶デバイス（例えば、フォトニック結晶導波路）
１つ以上の圧力センサ
１つ以上の温度センサ
センサの抵抗率は、ファンデルポー抵抗率法（ほぼ二次元且つ中実（穴が無い）であり、電極がその周囲に配置されている任意の形状のサンプルの抵抗率及びホール係数を測定するために一般に使用される技術）、又は当技術分野において公知の任意の他の電気抵抗率法に基づいて測定することができる。本発明の実施形態によれば、センサは、圧電材料及び圧電部品、例えば、水晶振動子マイクロバランスを備える。
本発明の別の実施形態によれば、１つ以上のセンサは、プラズモン励起及び／又はプラズモン−ポラリトン励起を発生させるうえで好適な金属層又は金属パターンで覆われた誘電体導波路を備える。プラズモンセンサは当技術分野において公知であり、例示的な説明及び実装は、「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ」（Ｍａｔｔｈｅｗ Ｅ．Ｓｔｅｗａｒｔら、イリノイ大学アーバナシャンペーン校化学科、イリノイ州アーバナ６１８０１、イリノイ大学アーバナシャンペーン校材料科学工学科、イリノイ州アーバナ６１８０１、及びアルゴンヌ国立研究所ナノスケール材料化学センター、イリノイ州アルゴンヌ６０４３９）を参照可能である。プラズモン波が浮遊粒子と相互作用すると、導波管の出力が変化する。これは、フォトダイオード又は分光計等の電気光学デバイスを使用して検出することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る検査ウエハの側面図を概略的に示している。検査ウエハは、送信機１０４からの信号１０３が入力される入力部１０２を有する導波路１０１、保護層１０５（自然界では見られない光学特性を達成するために表面プラズモンを利用したプラズモニックメタマテリアルで作られたプラズモン層等。プラズモンは、金属誘電材料との相互作用により生成される。）をウエハの上面に、出力部における信号を測定するように構成される検出部品１０６を出力部分に備える。欠陥１０７に起因する測定信号の変化に従い、システムは、検査ウエハ上のセンサの相対位置及び検出時刻に応じて（これにより、ウエハ上で欠陥が形成されたプロセスツール内における、ウエハの移動経路に沿った位置を明らかにする）、プロセス内の欠陥を検出することができる。
本発明の実施形態によれば、検査ウエハの検出層は、微小電気機械デバイス（ＭＥＭＳ）アレイ、及び／又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ、及び／又はエネルギー変化若しくは質量変化を測定可能な発振デバイスを備える。さらに別の実施形態によれば、センサのアレイは圧力センサ及び／又は温度センサを備える。
本発明の実施形態によれば、送信機１０３は、電子ビーム源、超音波源、様々な波長の発光デバイス、例えば、ＬＥＤ、レーザダイオード、又は粒子１０７の存在に特性が影響を受ける信号を生成可能な他の任意の部品を備える。伝送信号は、誘電材料、又は表面上の欠陥又は粒子１０７に対する伝送を可能とする別の材料を含む保護層１０４を介して伝送される。層１０４の上に存在する粒子１０７は、信号を散乱させてセンサ１０５に戻す。保護層１０４は、反射防止層又は他の光学層で覆うことができる。本発明の別の実施形態によれば、センサのアレイは、放射信号及び反射信号の透過率、反射率、吸収率、及び位相に影響を与える異なる積層体の光学層を含む。センサ及び検出層を保護するために追加の層を設けてもよい。本発明の実施形態によれば、送信機（例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオード）は、検査用ウエハに適合するよう製造される。
検査ウエハは、全ての電子部品、センサ、及び作動するために電力を要する検査ウエハ上の他の任意の部品に交流及び／又は直流電力を供給する、少なくとも１つの携帯用又は固定電源（例えば、１つ以上の電池（図示せず））をさらに備える。本発明の実施形態によれば、電源は、検査用ウエハ上に製作されたコンデンサ又はスーパーキャパシタを備える。
検査ウエハは、信号のコンピュータ処理を可能とするためにサンプリングされたアナログ信号をデジタル表現に変換するためのアナログ−デジタル変換器に加えて、センサからの出力信号をサンプリングするうえで好適な時間ベース回路をさらに備える。
本発明の実施形態によれば、基板／ウエハの表面上、及び／又は基板／ウエハの堆積層の表面上にある物体及び／又は粒子を検出するために、後方散乱技術が用いられる。
図２は、本発明の実施形態に係る検出センサの基本的な後方散乱セルの構造を概略的に示している（側面図）。側面図は、保護層２０２の表面に向かって光を放射するエミッタ２０４（例えば、ＬＥＤ）から構成される基本的なセンサ単一セル２０１を示している。異物粒子が存在する場合、光は散乱されて、２０５で示した１つ以上の集光器（すなわち、フォトダイオード又は他のセンサタイプ）で構成される集光器に戻る。反射防止層２０３は、集光センサからのノイズを可能な限り低く保つ。
本発明の実施形態によれば、ＶＬＳＩ製造プロセスにおける欠陥の検出のために、後方散乱技術が用いられる。
図３ａは、本発明の実施形態に係る検査ウエハシステム全体の構造を概略的に示している。検査ウエハシステム３００は、センサ層を機械的、熱的、電気的、及び／又は化学的損傷から保護するための保護層３０１又は反射防止層を備える。保護層３０１は、反射防止層と組み合わせるか、又は反射防止層から分離して、検査用ウエハシステムの表面からの反射を低減することができる。
検査ウエハシステム３００は、欠陥の検出を可能とするために、コレクタ及びエミッタで構成されるセンサ層３０２も備えている。
検査ウエハシステム３００は、給電及び／又はセンサへの信号の送信を可能とするために、給電・送信モジュール３０３も備えている。給電・送信モジュール３０３は、センサ層から信号を読み出すための読み出し回路も備えている。絶縁層１０４は、マイクロプロセッサを電子ノイズから絶縁する。論理デバイス、計算デバイス、及びメモリデバイスの層３０５は、読み出し回路からの信号を格納し計算するために使用される。
検査ウエハシステム３００は、電源３０６も備えており、センサ層３０２、読み出し回路、論理デバイス、計算デバイス、及びメモリデバイスの層３０５、必要とされ得る他の全ての電力消費部品に電力を供給する。
外部計算ステーション３０７を用いて、電源３０６を充電し、ウエハ経路の検査中に格納又は送信されたデータから追加の計算を実行し、検査ウエハシステム３００の検査計画を作成する（すなわち、使用するセンサ、各位置及び／又は各時刻におけるサンプリングレート、エミッタ電源の決定を行う）。
検査ウエハ３００が外部通信デバイス（外部計算ステーション３０７等）と自律的に通信することを可能にするために、アンテナ３０８が埋め込まれる。
１つ以上の送信機及び複数のセンサが、単一平面上に、又は本発明の別の実施形態では異なる平面上に設けられる。センサは、欠陥又は粒子の座標を検出することを可能とする。検出結果は、読み出し回路を介して検査用ウエハから出力される。構成及び密度に加えて、センサ及び送信機の数及び種類は、プロセスの要件及び所与のオペレーションによって定義される。
図３ｂは、本発明の実施形態に係る、計算リソース（メモリ及び処理能力）を削減したメモリ／読み出し回路の階層的実装を示している。ナノメートルスケールの単一粒子の検出に影響が及ばなければ、ミクロン単位のサイズの空間解像度は必要ない。従って、空間解像度（２つの隣接する粒子間で２つの近傍粒子を区別する能力）は低下させてもよい（すなわち、移動式検査システム（ＭＩＳ）の空間解像度の低下に関しては妥協するが、検出感度に関しては最小限の影響とするか、又は低下を許容しない）。（読み出しと全ての測定値の計算のために）必要とされる処理能力とメモリセルの数を削減するため、ＭＯＳ論理回路を付加した規定量の基本セル（エミッタとレシーバ）で構成される有効セルを用いることができる。例えば、１００００個の基本セル（１０×１０ミクロン）間に「ＯＲ」機能を適用し、有効セル内の１つ以上の基本セルがあるしきい値よりも大きい電流又は電圧変化を加えたときに２値又はアナログ出力を与える。これにより、システムの測定値の総数が１００００分の１〜７０６５０００分の１となる。この場合、ナノメートルスケールの単一粒子を検出する能力を維持しながら、１平方ミリメートルの有効セルあたりの空間解像度は低下する。
図３ｂに示すように、測定値の数は、多層階層を使用してさらに減らすことができる。例えば、第１の層は、上述のように１０Ｋ基本セルで構築された（ＭＯＳ論理を用いた）有効セルで構成され、ＭＯＳ論理を用いた別の層は、１０Ｋ有効セルに適用され、有効面積を０．０１平方センチメートルに縮小させ、システムの測定値の数をさらに１００００分の１〜７０６５０００分の１に低減させる。ＭＯＳ論理回路を有する多層階層は、異なる数及びレベルの層、及び異なる論理を用いて適用することができる。
処理及びメモリリソースを削減し得る別の解決策は、複数のセンサセルアレイに対して共通のレシーバを使用することである。この場合、通常の状態（欠陥が存在しない状態）では最小信号がレシーバに提供される。例えば、読み出し数、及び計算能力を低減するために同じ隣接領域に存在する複数のセンサに対して１つのコレクタ（レシーバ）を使用することにより、活性領域上に粒子がない状態では、表面プラズモン共振センサアレイを用いて最小の放射率を送信することができる。
最小エミッタンスは、導波路の上部に存在するプラズモン（又は非プラズモン）格子構造により実現することができる。これにより、導波路の出力部において、又はフォトニック及び／又はプラズモニック結晶の出力部において、プラズモン波及び／又はフォトニック波の相殺的干渉（相殺的干渉はブラッグ条件に基づく）が生じる。
この構造全体は、システムとのモノリシック又はハイブリッドな構造として製造することができる。センサの出力部にＭＯＳタイプのインバータを使用して、最小出力信号モードを実現することもできる。
提案したマルチレベル階層は、ＶＬＳＩ設計及び製造によってシリコンレベルで直接適用することができる。
図４は、本発明の実施形態に係る検査ウエハシステム３００の上面図である。検査ウエハシステムは、要求される解像度に応じて数千から数十万の範囲となり得る高密度基本セル（全領域を覆う四角で示す）のアレイを含むことが分かる。参照番号４０１は有効セルを示し、これは、図３ｂに示すように、ＭＯＳ論理回路によって接続された所定量の基本セル（エミッタ及びレシーバ）からなる基本セルのサブアレイで構成される。
本発明が提案する検査ウエハシステムは、ウエハの裏面に付着し、ウエハ製造プロセスに悪影響を与える可能性がある粒子を検出することもできる。
図５は、本発明の別の実施形態に係る、裏面の粒子を検出することが可能な検査用ウエハの側面図を概略的に示している。この実施形態では、移動式検査システムは上下逆に取り付けられている。
図６は、本発明の別の実施形態に係る、裏面の粒子を検出することが可能な検査ウエハの側面図を概略的に示している。この実施形態では、センサ層、及び読み出し電子回路、及び／又は他の任意の層が、ＭＩＳの裏側に追加されている。
第１実施形態によれば、追加された層は、移動式検査システム（ＭＩＳ）の下部にあり、同様の検出技術を用いる上側の層と同様とすることができる。別の実施形態によれば、追加された層は、上側の層とは異なってもよく、移動式検査システム（ＭＩＳ）の下部にあり、異なる検出技術を用いてもよい。両実施態様は、両面（前面及び裏面）における粒子又は欠陥を検出することを可能にする。
図５及び図６に示した実施形態に従い検出された粒子は、必ずしも空気中に浮遊しているものではなく、通常は、生産ツール内のウエハチャック又はホルダーから生じ得る。
本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明してきたが、本発明は特許請求の範囲を超えない範囲において、多くの変形、修正、及び適合を伴って実施され得ることが理解されよう。

Claims (24)

  1. 製造プロセスツールにおける欠陥の発生及び位置の検出のためのシステムであって、
    検査ウエハと処理ユニットとを備え、
    前記検査ウエハは、複数のセンサ及び電源を備え、且つ前記製造プロセスツールに挿入され前記製造プロセスツールを検査するように構成され、
    前記処理ユニットは、前記センサから入力データを受け取り、前記製造プロセスツールの検査を行っている間の異なる時刻に前記センサの少なくとも１つから受け取ったデータを比較することにより欠陥の位置、発生時刻、及び物理的特性を計算するように構成される、
    システム。
  2. 請求項１に記載のシステムであって、製造プロセス内の粒子の存在を検出するように適合された、システム。
  3. 請求項２に記載のシステムであって、
    誘電体粒子、金属粒子、半導体粒子、プロセスツール内から発生した粒子、プロセスツール内を流れる材料から発生した粒子、及びプロセスツールの外部から発生した粒子を含む群から選ばれる粒子の存在を検出するように適合された、システム。
  4. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記検査ウエハは、信号を送信するように構成された１つ以上の送信機をさらに備え、これにより、欠陥の発生により生じる信号の１つ以上の特性の変化を前記センサが検出可能となる、システム。
  5. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記検査ウエハは論理デバイス、処理素子、及びメモリデバイスをさらに備え、前記論理デバイスは前記センサの出力をサンプリングし、前記処理素子は、サンプリングされた前記センサの前記出力を処理し、処理したデータを前記メモリデバイスに格納する、システム。
  6. 請求項１に記載のシステムであって、前記処理ユニットは前記検査ウエハのリモートに存在するコンピュータステーションである、システム。
  7. 請求項５に記載のシステムであって、前記検査ウエハは、リモートに存在するコンピュータステーションにデータを送信するように構成された通信素子をさらに備える、システム。
  8. 請求項１に記載のシステムであって、前記センサは以下の（ａ）〜（ｋ）から選択される、システム。
    （ａ）１つ以上の静電容量センサ
    （ｂ）１つ以上の電気抵抗センサ
    （ｃ）１つ以上の光電陰極
    （ｄ）１つ以上の光検出センサ
    （ｅ）１つ以上の微小電気機械（ＭＥＭ）デバイス
    （ｆ）１つ以上の容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ
    （ｇ）エネルギー又は質量変化を測定するように構成された１つ以上の発振デバイス
    （ｈ）共振電気光学デバイス
    （ｉ）１つ以上の圧力センサ
    （ｊ）１つ以上の温度センサ
    （ｋ）前記（ａ）〜（ｊ）の２つ以上の組み合わせ
  9. 請求項１に記載のシステムであって、前記センサの抵抗率はファンデルポー抵抗率法により測定される、システム。
  10. 請求項１に記載のシステムであって、前記センサは圧電材料及び圧電部品を備える、システム。
  11. 請求項１に記載のシステムであって、前記センサのうちの１つ以上は、プラズモン反応の生成に好適な金属層又は金属パターンと接触している誘電体導波路を備える、システム。
  12. 請求項４に記載のシステムであって、前記１つ以上の送信機は、以下の（ａ）〜（ｄ）から選択される、システム。
    （ａ）１つ以上の発光デバイス
    （ｂ）１つ以上の電子ビーム源
    （ｃ）１つ以上の超音波源
    （ｄ）前記（ａ）〜（ｃ）の２つ以上の組み合わせ
  13. 請求項４に記載のシステムであって、前記検査ウエハの表面上の物体及び／又は粒子は、後方散乱技術により検出される、システム。
  14. 請求項１に記載のシステムであって、前記物理的特性は、サイズ、形状、質量、伝導率、及び静電容量からなる群より選択される、システム。
  15. 請求項１に記載のシステムであって、ウエハ改質プロセスからウエハを保護するための保護層をさらに備える、システム。
  16. 請求項１に記載のシステムであって、電源の充電、ウエハの洗浄、ウエハのリコートのためのドッキングステーションをさらに備える、システム。
  17. 請求項１５に記載のシステムであって、前記保護層はプラズモニックメタマテリアルで作られている、システム。
  18. 請求項１に記載のシステムであって、前記電源は、モノリシック電源、ハイブリッド電源、コンデンサ、及び電池からなる群より選択される、システム。
  19. 請求項８に記載のシステムであって、光学センサは、光共振器、マイクロリング共振器、及びフォトニック結晶共振器からなる群より選択される、システム。
  20. 請求項１９に記載のシステムであって、共振波長は欠陥の存在の影響を受ける、システム。
  21. 請求項８に記載のシステムであって、共振波長は波長固有の検出器又は送信機における振幅の変化により検出される、システム。
  22. 請求項５に記載のシステムであって、処理リソース及びメモリリソースを削減するために複数のセンサセルアレイに対して共通のレシーバを使用する、システム。
  23. 請求項２２に記載のシステムであって、欠陥が存在しない場合、最小エミッタンス信号が通常の条件下で前記レシーバに提供される、システム。
  24. 請求項２３に記載のシステムであって、最小エミッタンスは、プラズモン波及び／又はフォトニック波の相殺的干渉を発生させるために、導波路の上部に存在するプラズモン又は非プラズモン格子構造により達成される、システム。
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