KR100191453B1

KR100191453B1 - 반도체 웨이퍼 도전층의 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100191453B1
Application number: KR1019910005219A
Authority: KR
Inventors: 엠. 모슬레이 메르다드
Original assignee: 윌리엄 비. 켐플러; 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1999-06-15
Also published as: EP0451514A2; JPH05308095A; KR910019163A; US5103182A; EP0451514A3

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 도전층의 시트 저항 및 두께의 실시간 원위치 측정을 위한 비침투성 센서 시스템(50)에 관한 것이다. 센서(50)은 다수의 마이크로파 신호를 발생시키기 위한 마이크로파 소스(78)을 포함한다. 에미터 도파관(52)는 마이크로파 소스(78)로부터 다수의 마이크로파 신호를 받아서 처리 챔버(18)내의 반도체 웨이퍼(20)의 방향으로 마이크로파 신호를 방출한다. 콜렉터 도파관(84)는 반도페 웨이퍼(20)으로부터의 반사된 마이크로파 신호들을 검출한다. 양 방향 걸합기(64)는 마이크로파 신호를 에미터 도파관(52)와 주고 받으며, 반도체 웨이퍼(20), 도전층(108) 및 증착 증기의 물리적 특성과 관련있는 다수의 전기신호를 발생시기 위해 에미터 도파관(52)와 통신한다. 이 물리적 특성들은 도전층 두께, 저항률 및 기판 온도를 포함한다. 대안적인 실시예는 플라즈마 증기 밀도 및 다른 간섭성 피라미터들의 측정값을 제공한다.

Description

반도체 웨이퍼 도전층의 측정 장치 및 방법

제1도는 실시간 원위치 반도체 웨이퍼 도전층의 물리적 특성을 측정하기 위한 비침투성 센서의 양호한 실시예의 개략적 부분 절취도.

제2도는 입사 전자기파의 방출 및 반사 전가기파의 검출을 도시한 장치의 특면 개략도.

제3도는 반도체 웨이퍼 도전층 두께의 함수로서 반도체 웨이퍼의 반사율을 계산한 도면.

제4도는 약 600℃까지의 기판 온도 및 CVD 텅스텐 막두께(100 내지 15,000Å 범위)의 변화에 대한 장치의 증답을 도시하는 가열 램프 출력 함수와 같은 집증된 마이크로파 출력을 측정한 도면.

제5도 및 제6도는 센서 판독의 반복성 및 센서 판독시의 개방 루프 램프 가열로 인한 실리콘 기판 온도 변동의 영향을 도시한 도면.

제7도, 제8도 및 제9도는 기판이 실온인 경우에 에미터 도파관 및 콜렉터 도파관의 상대 위치에 대한 집중 및 반사 출력 측정값의 의존도를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 화학적 증착 반도체 처리 장치 12 : 가열 램프

14 : 진공 밀폐 케이싱 16 : 석영 창

18 : 처리 챔버 20 : 반도체 웨이퍼

22 : 저열량 핀 24 : 처리 챔버 칼라

26 : 베이스 지지부 28 : 주름통

32 : 격리 게이트 밸브 34 : 펌핑 장치

35 : 가스 입구 라인 40 : 이동 격실

50 : 비침투성 센서 시스템 52 : 에미터 도파관

54 : 동축 어댑터 58 : 진공 동축 격벽

64 : 양 방향 결합기 66 : 에미터 수정 검출 포트

72 : 에미터 수정 검출기 74, 82, 100 : DC 전압계

76 : 공정 제어 컴퓨터 80 : 수정 검출기

84 : 콜렉터 도파관 90 : 진공 격벽

92 : 동축 케이블 94 : 갈륨 비소 증폭기

102 : 마이크로파 송신기 104 : 마이크로파 콜렉터

106 : 도전층 표면 108 : 도전층

110 : 도전층 실리콘 기판 인터페이스 112 : 실리콘 기판

본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 도전층의 측정에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 상에서, 비침투성(non-invasive) 실시간 원위치 반도체 디바이스 도전층 두께 및 시트 저항(sheet resistance)을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

집적회로 칩 생산자들은 반도체 디바이스를 반도체 웨이퍼 상에서 층별로 제조한다. 층들은 1개 이상의 다음 도전층들, 즉 텅스텐 또는 알루미늄, 동 또는 급, 도전성 불순물로 도핑된 얇은 폴리실리콘 피막, 및 금속 규화물 및 금속 질화물의 다른 층과 같은 얇은 금속 피막에 부가되어 여러 가지 유전층들 또는 절연층들을 포함할 수 있다. 표준 칩 생산에서는 실리콘과 같은 반도체 기판 상에 순차적으로 상이한 재료의 여러 가지 패턴화된 층을 형성하는 것이 포함된다.반도체 웨이퍼는 일반적으로는 1㎛ 두께 미만의 박막 또는 막과 같은 도전성 금속 피막, 또는 폴리실리콘 피막, 또는 금속 산화물 피막을 수용한다. 공정 제어 및 생산 허용 오차는 이 순차적인 제조공정에 적용된다. 통상적으로 트정된 목표 허용오차로부터 수 퍼센트 포인트만을 초과한 편차는 반도체 칩의 결함을 야기한다.

반도체 디바이스 생산자들은 보통 결함있는 반도체 칩들을 폐기할 수 밖에 없으므로 바람직하지 못한 생산 공정의 낭비와 디바이스 생산 비용을 증가시킨다. 따라서, 제조 공정 중에 도전층을 포함하는 여러 물질층들의 물리적 파라미터를 측정하기 위한 정확한 기술이 요구되어 왔다. 이들 물리적 특성은 제조 공정 단계층에 도전층 두께, 시트 저항 및 기판 온도를 포함한다.

반도체 웨이퍼 도전층에 적용하기 위한 방법은 화학 증착(CVD), 증발 및 물리증착(PVD) 또는 스퍼터링으로 공지된 공정들을 포하만다. 이들 박막 증착 공정은 일반적으로 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 금속의 증착을 위해 화학적 시료를 함유하는 처리 가스로 채워진 자동화 진공 처리기(AVP)와 같은 이름의 진공 밀페 증착챔버 내에서 진행된다. 단일 웨이퍼 증착 장비에 있어서, 반도체 웨이퍼는 정상적으로 증착 챔버 내에서 표면을 지지 핀 상에 하향 또는 상향으로 배치한다.

CVD 공정 중에, 램프 또는 몇몇 다른 열원은 웨이퍼가 처리 증기와 상호 작용하도록 웨이퍼 온도를 상승시킨다. 이 공정은 반도체 웨이퍼 상에 원하는 도전층의 증착이 일어나게 한다.

PCD 및 CVD 공정뿐만 아니라 필요한 층 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각(etch) 공정 중에도 실시간 및 원위치의 도전층의 물리적 특성을 숙지하는 것이 중요한다. 또한, 다수의 공정 파라미터들을 모니터하여, 증착 공정 자체에 관한 중요한 정보를 얻을 수 있고, 실시간 공정 제어에 적용할 수 있다. 그러나, CVD 및 PCD 공정 모두는 효과적이고 신뢰성있는 공정 제어 및 공정의 종료-시점 검출을 위해 비침투성 실시간 원위치의 도전층 두께 또는 시트 저항 측정값을 요구한다. 그런, 도전층의 물리적 특성을 직접 측정하는 공지된 방법은 일반적으로 웨이퍼 상의 도전층과의 몇가지 물리적 접촉을 필요로 한다. 그런, 처리 장비의 웨이퍼와의 물리적 접촉은 증착 공정을 중단시켜 디바이스 생산율을 저하시킬 수 있다.

도전층의 제조중 공정 제어의 공지된 방법은 일반적으로 웨이퍼 온도, 증착 또는 식각 공정의 지속성, 및 처리 가스의 유량 및 압력과 같은 공정 피라미터 등의 감시 및 제어를 수반한다. 이들 제어 방법은 통계적 공정 제어 기술에 기초하고 증착 또는 식각 공정 중에 공정 파라미터들을 조정하기 위해 통계적 공정 데이터를 사용한다. 그러나, 이 공정 제어 기술은 종종 몇가지 미리 측정된 증착 또는 식각 반응 과정의 데이터에 따라 증착 또는 식각 공정 중 종료시에 실제 도전층의 물리적 특성을 간접적으로 표시한다.

종래의 테스트 방법은 공정 반응기 외부에서만, 도전층 증착 공정이 종료된 후에 반도체 도전층의 직접적인 측정을 위해 사용된다. 그러므로, 그 시점에서 생산자는 도전층이 그 설계 응용에 따라 필요한 물리적 규격을 만족하는가를 직접적으로 측정하기 위해 제조 챔버로부터 반도체 웨이퍼를 제거한다. 그러므로, 반도체 웨이퍼 도전층의 물리적 특성을 결정하기 이한 이 방법은 실시간 및 원위치 모두 아니다. 그러므로, 이 측정 방법은 생산자에 대해 실시간 공정 제어값을 거의 갖지 못하고 사후 공정의 품질 보증 및 통계적 공정 제어에만 사용한다.

결론적으로 실시간, 원위치, 비침투성으로 반도체 웨이퍼 도전층의 물리적 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 대두된다. 플라즈마 증착 또는 식각 공정 중에 플라즈마의 물리적 특성에 대한 보다 완전한 정보를 제공하는 기술에 대한 필요성이 또한 대두된다. 이 플라즈마의 물리적 특성으로는 플라즈마의 밀도가 있다.

따라서, 본 발명은 종래이 반도체 웨이퍼 도전층 측정 방법들과 관련된 단접 및 한계를 실제로 제거하거나 감소시키는 실시가 원위치 반도체 웨이퍼 도전층을 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 바명의 한 양상은 화학 증착, 스퍼터링, 또는 플라즈마 식각 챔버 내에서 비침투성 실시간 원위치 반도체 웨이퍼 도전층을 측정하기 위한 센서이다. 센서는 에미터 도파관을 통하여 전자기파를 발생 및 송신하는 저출력 고주파수의 전가기 마이크로파 소스를 포함한다. 에미터 도파관은 증착 챔버 내의 반도체 디바이스 방향으로 개구 단부 또는 작은 마이크로파 안테나를 통해 마이크로파 에너지를 방출한다. 마이크로파 검출 회로 및 컴퓨터는 반도체 웨이퍼가 도전층 및 반도체 웨이퍼의 물리적 특성에 따라 반사하는 전자기 에너지를 수반하여 변환한다.

본 발명의 또다른 양상은 증착 또는 식각 챔버 내에서 비침투성 실시간 원위치 반도체 웨이퍼 도전층 측정을 위한 센서를 포함한다. 전자석은 주파수 영역에 걸쳐 적절히 주사(scan)되는 다수의 전자기파를 발생시킨다. 웨이퍼 처리 챔버 내의 에미터 도파관은 전자기파 소스로부터 다수의 전자기파를 수신하여 반도체 웨이퍼의 방향으로 전자기파를 방출한다. 에미터 도파관과의 접촉부로부터 짧은 거리에 위치한 반도체 웨이퍼는 전자기파의 일부를 수신하여 반사한다. 수신기 도파관은 반도체 웨이퍼로부터 반사된 전기기파를 검출한다. 양 방향 결합기는 전지기파를 에미터 및 수신기 도파관과 전송 및 수신하고, 에미터 도파관 내의 입사 및 반사 마이크로파 출력과 수신기 도파관 내에 수집된 마이크로파 출력을 측정할 수 있도록 에미터 및 수신기 도파관과 통신한다. 고체 상태 검출기는 마이크로파 출력을 측정한다. 이 전기 신호는 에미터 도파관이 방출하는 전자기파 출력에 비례하여 송신된 출력신호(에미터 도파관 내의 입사 출력에서 반사 출력을 공제), 및 반도체 웨이퍼가 반사하고 수신기 도파관이 수신하는 전자기파 출력에 비례하는 수집된 출력 신호를 포함한다. 수집된 마이크로파 출력 및 엄밀히 말하자면 송신된 출력에 대한 수집된 출력의 비율은 증착 챔버 내에서의 반도체 웨이퍼 및 증착 공정 환경의 소정의 물리적 특성과 직접 관련이 있다. 이 물리적 특성은 도전층 두께, 시트 저항 및 기판 온도 뿐만 아니라 기판 도핑까지도 포함한다.

본 발명의 기술적 장점은 실시간 공정 제어를 가능하게 한다는 것이다. 방법 및 장치가 비침투성, 실시간 및 원위치이므로, 공정 제어 컴퓨터는 증착 공정중에 연속적인 조정을 할 수 있다. 이 조정은 처리 챔버 내의 증기 유량비 또는 암력의 변화, 웨이퍼 온도 변화, 또는 센서 시스템이 측정하는(예를 들어, 종료 시점 검출) 설계 파라미터들의 반도체 웨이퍼가 만족하는 경우에 적절한 종료 시점의 순간에 공정을 종료하는 것을 포함할 수 있다. 이것이 진행됨에 따라 공정을 조정하는 이 능력은 결함있는 반도체 웨이퍼의 생산을 상당히 감소시키고 디바이스 생산율을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 또다른 기술적 장점은 고속 회전의 융통성 있는 극소형 공장들과 같이 장치 응용되기 위한 실시간 공정 제어 정보를 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명의 양호한 실시예는 여러 도면들이 동일하고 대응하는 부분에 동일한 참조 번호를 사용한 제1도-제4도를 참조하여 잘 이해될 수 있다.

제1도는 본 발명의 양호한 실시예을 채택한 화학 증착(CVD) 반도체 처리 장치(10)의 개략적인 부분 절취도를 도시하고 있다. 반도체 처리 장치는 내부에 처리 챔버 칼라(collar, 24)가 위치하고 공정이 발생하는 진공 밀폐 케이싱(14) 및 처리 가열 에너지를 발생하기 위한 가열 램프(12)를 포함한다. 진공 밀폐 케이싱(14)는 웨이퍼 가열 에너지를 처리 챔버(18) 내부로 전달하기 위한 석영 창(16)을 포함한다. 처리 챔버(18)내에서, 반도체 웨이퍼(20)은 통상적으로 표면을 아래로 하고, 3-4개이 저열량 핀(22)상에 놓여 있다. 처리 챔버(18)은 처리 챔버 칼라(24) 및 베이스 지지부 또는 카운터 전극(26)을 포함한다. 베이스 지지부(26)은 처리 챔버 칼라(24)에 접속되어 저열량 핀(22)를 지지한다. 주름통(bellows)(28)은 처리 챔버(18)을 지지하고, 웨이퍼를 취급할 수 있도록 처리 챔버(18)을 수직으로 이동시켜, 격리 게이트 밸브(32)를 통해 진공 로드 락(load lock) 챔버와 처리 챔버(18)사이에서 이동시키도록 작동한다. 반도체 처리 장치(10)은 로드 락 챔버 및 처리 챔버(18) 사이의 상호작용을 위해 그리고 반도체 웨이퍼(20)을 삽입 및 제거하기 위해 진공 밀폐 케이싱(14)의 부분으로서 격리 게이트 밸브(32)를 포함한다. 펌핑 장치(34)는 처리 장치(10)을 진공 상태로 만들기 위해 진공 밀폐 처리 챔버(18)에 부착된다. 가스 입구 라인(35)는 토글(toggle) 밸브(36) 및 니들(needle) 밸브(38) 또는 반도체 처리 가스가 반도체 처리 장치(10)으로 들어가는 것을 허용하는 유량 제어기를 포함한다. 이동 격실(40)은 반도체 처리 가스를 받아서 웨이퍼 처리 중에 주름통(28)의 상승 및 하강에 따라 반도체 처리 장치(10) 내에서 처리 챔버(18)이 수직으로 이동하도록 공간을 제공한다.

본 발명이 양호한 실시예는 반도체 처리 장치(10)내에서 비침투성 센서 시스템(50)으로 제1도에서도 도시되어 있다. 에미터 도파관(52)는 처리 챔버(18)의 수직 중심축을 따라 베이스 지지부(26)을 통해 돌출되어 있다. 도파관용 동축 어댑터(54)는 에미터 도파관(52)를 동축 접속기(56)에 접속한다. 동축 접속기(56)은 진공 밀폐 케이싱(14)의 하부에 있는 진공 동축 격벽(58)을 통해 이동 격식(40)을 통과한다. 동축 케이블(60)은 진공 격벽(58)에서 시작하고 양 방향 결합기(64)의 에미터 포트(62)에 접속된다. 양 방향 결합기(64)는 입사 출력 측정을 위해 에미터 수정 검출기 포트(66), 마이크로파 소스 포트(68), 및 전송파 가이드 아암(guide arm)에서의 반사된 출력을 측정하기 위한 반사 출력 수정 검출기 포트(70)을 포함한다. 에미터 수정 검출기 포트(66)은 DC 전압계(74)에 전기적으로 접속되는 에미터 수정 검출기(72)에 접속된다. DC 전압계(74)는 입사 마이크로파 출력을 나타내는 측정 신호를 공정 제어 컴퓨터(76)으로 전송한다. 마이크로파 소스 포트(68)은 마이크로파 신호 소스(78)로부터 12-18 Ghz 마이크로파 신호를 받는다. 송신 도파관 부분에 대한 반사 출력 수정 검출기 포트(70)은 송신 도파관아암(51)에서의 반사 마이크로파 에너지를 나타내는 DC 신호를 DC 전압계(82)에 보내는 수정 검출기(80)에 접속된다. DC 전압계(82)는 측정 신호를 공정 제어 컴퓨터(76)에 보낸다.

양호한 실시예에서, 비침투성 센서 시스템(50)은 에미터 도파관(52)가 방출하는 신호 및 반도체 웨이퍼 (20)이 반사되는 신호들 중 적어도 일부분을 수신하기 위해 처리 챔버(18)의 베이스 지지부(26)을 통해 돌출한 콜렉터 도파관(84)를 더 포함한다. 콜렉터 도파관(84)는 도파관용 동축 어댑터(86)에 접속되어 있다. 동축 접속기(88)은 도파관용 동축 어댐터(86)df 진공 격벽(90)에 접속시킨다. 동축 케이블(92)는 동축 진공 격벽(90)을 6-18 GHz GaAs 증촉기((4)와 접속시키고 있다 GaAs 증폭기(94)는 증폭된 신호를 콜렉터 수정 검출기 포트(96)을 통해 콜렉터 수정 검출기(98)로 전송한다. 콜렉터 수정 검출기(98)은 수집된 마이크로파 출력에 비례하는 DC 신호를 발생하고 그 신호를 DC 전압계(100)으로 전송한다.

DC 전압계(100)은 측정 신호를 수집된 마이크로파 출력을 나타내는 공정 제어 컴퓨터(76)에 송신한다.

양호한 실시예에서, 에미터 도파관(52)는 처리 챔버(18) 내부에서 반도체 웨이퍼(20)의 중심 축에 있으며, 반도체 웨이퍼(20) 및 베이스 찌부(26)과 거의 수직선으로 되어 있다. 그러나, 처리 챔버(18) 내의 다른 배치는 처리 챔버(18)의 특별한 기하학적 특징과 같은 요인에 의해 가능하다. 예를 들면, 가능한 구성은 에미터 도파관(52)를 콜렉터 도파관(84)와 대향한 반도체 웨이퍼(20)의 한 측면 상에 설치하는 것을 포함한다. 최적 구성을 결정하는 요인들은 용이한 센서 하드웨어의 실현, 중진된 신호 대 잡음비, 큰 동적 영역, 양호한 응답 감도, 무시할 수 있는 단기 및 장기의 신호 변동을 포함한다.

콜렉터 도파관(84)는 베이스 지지부(26)으로부터 90°미만의 각도로, 에미터 도파관(52)의 중앙선으로부터 3.8cm의 거리에서 베이스 지지부(26)을 통과하며 반도체 웨이퍼(20)의 중앙점을 향한다.

표준 공정 챔버에서의 도전층 증착 공정 동안, 반도체 웨이퍼920) 및 베이스 지지부(26) 사이의 간격은 10.4cm이다. 본 발명의 양화한 실시예는 마이크로파 입사와 반사, 및 도전막 두께 측정을 위한 감도를 최적화하기 위해 에미터 도파관(52) 및 반도체 웨이퍼(20) 사이에 약 30mm의 간격을 사용한다. 30mm 보다 짧은 거리를 사용하면, 센서는 공정의 침투성을 야기하고, 30mm 보다 긴 거리는 검출기의 감도 및 응답을 감소시킬 수 있지만, 도파관들의 최적화된 배치는 반도체 장비처리 챔버의 구성 및 설계에 좌우된다.

그러나, 에미터 도파관(52) 및 반도체 웨이퍼(20) 사이의 거리는 마이크로파 주파수 및 입사각에서의 차이를 포함하는 다른 요인들에 따라 변할 수 있다. 에미터에 대한 원하는 마이크로파 주파수에 따라 본 발명은 소정의 가능한 마이크로파 송신기를 사용할 수 있다. 공지된 마이크로파 송신기는 15.0 내지 18.0 GHz 또는 12.4 내지 18.0 GHz 의 범위 내에서 이들을 포함하는 여러 대역 내에서 동작한다. 이 송신기들은 본 발명의 목적에 대해 충분한다.

양 방향 결합기(64)로 사용 가능한 장비는 상술한 DC 전압을 발생하는 HP8472B 수정 검출기와 함께 휴렛 팩커드(hewlett-Packard) 장비 명 HP 11692D 양방향 결합기를 포함한다. 양호한 실시예가 양 방향 결합기(64)를 포함하지만, 본 발명은 양 방향 결합기(64)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 1개 또는 그 이상의 단 방향 결합기를 사용할 수 있다.

마이크로파 소스(78)은 에미터 도파관(52)가 방출하는 주파수를 결정한다.

본 발명이 양호한 실시예에 따라, 주파수는 마이크로파 파장이 반도체 웨이퍼 지름에 비교해 작지만, 에미터 도파관(52)가 마이크로파 출력을 방향성 빔으로서 반도체 웨이퍼920)에 보낼 수 있도록 충분히 커야 한다. 또한, 마이크로파의 파장은 반도체 웨이퍼(20)(지름이 약 150mm) 및 처리 챔버(18)(전형적으로 약 180-300mm의 지름)과 비해 작아야 한다. 10 GHz의 주파수는 약 3cm 의 파장을 갖는다. 이것은 이목적을 위해 충분히 작다. 본 발명의 양호한 실시예에 대하여, 이것은 주파수 하한을 설정한다.

30 GHz가 훨씬 넘는 주파수로는, 대부분의 마이크로파 에너지 상호작용이 반도체 웨이퍼의 표면층에서 일어날 것이다. 이것 때문에 신호 대 잡음비 및 표준 도전층 두께 측정의 상부 두께 범위에 대한 감도가 대체로 불랴하게 된다. 이것으로 인해, 양호한 실시예에서는 주파수 상한을 설정한다. 결과적으로, 양호한 실시예에 대하여는, 약 1㎛의 최대 텅스텐 두께를 기초로, 마이크로파 주파수는 10-30 GHz 사이여야 한다. 하지만, 이 주파수 대역은 반도체 공정 장치(10)에서 측정되는 반도체 웨이퍼 또는 도전 물질의 형의 특정한 물리적 파라미터(예를 들면, 저항률)에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예는 마이크로파 소스(78)로서 고정 주파수 12GHz인 GaAs마이크로파 발진기를 사용한다. 마이크로파 소스(78)로써 수용될 수 있는 부품들은, 매사추세츠주(Massachusetts)의 로랄 프리퀀시 소시스 오브 켐스포드(Loral Frequency Sources of Chelmsford) 제품의 모델 FS-1280 또는 FS-3081을 포함한다.

양호한 실시예에서, 공정 제어 컴퓨터(76)은 측정된 신호를 입사 출력, 반사 출력, 및 수집된 출력 값, 도전막 두께 및 기판 온도 측정값에 대응하게 변환한다. 공정 제어 컴퓨터는 시트 저항 또는 두께와 같은 도전층의 특성에 대하여 수집된 마이크로파 반사 데이터를 번역하는 룩업 테이블(또는 보다 정확히 말하면 에미터 도파관에서 송신된 마이크로파 출력에 대한 수신 도파관에서 수집된 마이크로파 출력의 비)를 포함한다. 공정 제어 컴퓨터(76)은 측정된 마이크로파 반사값을 반도체 웨이퍼 도전층의 시트 저항, 두께 및 기판 온도 측정값들을 기존의 값과 관련시킴으로서 룩업 테이블을 사용하는 프로그램을 포함할 수 있다. 이 테이블들은 도전층의 시트 저항 값 또는 두께를 결정하거나 또는 플라즈마 식각 공정 동안 공정의 종료-시점을 검출하는 데에 또한 유용하다. 예를들면, 기존의 도전층 식각을 위한 패턴 비율은 식각 후에 남아 있는 도전층 두께에 대한 전자기파 반사값의 룩업 테이블의 기준을 제공할 수 있다.

공정 제어 컴퓨터(76)은 증착 공정 동안 실행된 실시간 원위치 측정들을 사용하여 증착 공정을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 측정되거나 반사된 출력 집합과 룩업 테이블의 값 사이의 차이가 선정된 오차를 초과하면, 공정 제어 컴퓨터(76)은 원하는 도전층 증착 특성을 갖는 반도체 웨이퍼를 만들기 위해 공정 입력들을 적절히 조정할 수 있다. 이 변화들은 본 발명의 비침투성, 실시간, 원위치의 센서 시스템(50)이 가능하게 하는 증착 공정의 실시간 제어에 좌우된다.

제2도는 공정 챔버(18)내에서 에미터 도파관(52)에 의한 마이크로파 방출 및 검출을 보다 상세하게 도시하고 있다. 에미터 도파고나(52)는 마이크로파 송신기(102)로부터 마이크로파 에너지를 받아서 마이크로파 출력을 웨이퍼 표면으로부터의 반사를 통해 마이크로파 콜렉터(104)에 보낸다. 양 방향 결합기(64)는 마이크로파 신호를 마이크로파 송신기(102)로 전송한다. 마이크로파 송신기(102)는 반도체 웨이퍼(20)와 일정 간격 떨어져, 그 방향으로 공정 챔버(18)내부로부터 마이크로파 에너지를 방출하다. 반도체 웨이퍼(20)은 마이크로파 송신기(102) 및 마이크로파 콜렉터(104) 위에서 표면을 하향으로 하고, 도전층 표면(106), 도전층(108), 도전층 실리콘 기판 인터페이스(110) 및 실리콘 기판(112)를 통상 포함한다. 다른 패턴화된 도전층들은 최종 도전층과 반도체 기판 사이에 있을 수 있다. 마이크로파 콜렉터(104)는 반도체 웨이퍼(20) 아래에 있으면서 마이크로파 콜렉터(104)가 검출하는 마이크로파 출력 레벨에 비례하는 신호들을 양 방향 결합기(64)에 제공한다.

마이크로파 소스(78)이 선택적 실시예는 10 내지 30 GHz 사이의 주파수들을 만들기 위해 주파수 주사 기능을 이용한다. 주파수를 주사함으로써 센서 시스템(50)은 반도체 웨이퍼(20)의 도전층 및 증착 환경에 관한 더 많은 정보를 제공한다. 예를들면, 주파수 주사는 도전막 깊이의 윤곽을 잡고 플라즈마 가스 밀도를 측정하게 하며 플라즈마 증착 또는 식각 처리 챔버 내의 다른 광학계 상의 측정을 하게 한다. 주파수를 주사함으로써 입사 마이크로파 신호는 도전층의 표피 깊이의 범위를 통과할 수 있다. 이런 형의 통과는 예를 들면, 기판 온도 또는 폴리실리콘 도펀트 레벨 대 깊이와 같은 물리적 특성들을 결정할 때에 유용하게 사용될 수 있다. 부수적으로, 측정들이 텅스텐 또는 알루미늄을 제외한 금속들을 포함하는 도전층들 또는 폴리실리콘 도펀트의 광범위한 분석을 위한 것이라면, 최적 주파수들은 상이할 수 있다. 전자기 신호 주파수들을 스캔하는 능력은 센서 시스템(50)의 융통성을 증가시킨다. 마이크로파 소스(78)의 다른 양호한 실시예는 에미터 도파관(52) 및 콜렉터 도파관(84)이 신호 대 잡음비 성능을 향상시키기 위해 웨이브 초핑(wave chopping) 또는 주파수 변조를 적용하여서, 도전층 측정의 정확도 및 재현성을 향상시킨다.

비침투성 센서 시스템(50)의 동자을 참조하면, 마이크로파 소스(78)은 마이크로파 신호를 발생시켜서 신호를 마이크로파 소스 포트(68)에 보낸다. 양 방향 결합기(64)는 마이크로파 신호를 받아서, 신호를 검출하고, 그것을 에미터 포트(62)를 통하여 동축 케이블(60)으로 전송한다. 마이크로파 신호는 동축 케이블(60), 동축 진공 격판(58), 및 동축 커넥터(56)을 지나서 도파관 동축 어댑터(54)에 도달한다. 도파관-동축 어댑터(54)는 마이크로파 신호를 에미터 도파관(52)로 전송한다.

에미터 도파관(52)는 마이크로파 에너지를 반도체 웨이퍼(20)를 향해 방출하는 마이크로파 송신기(102)(이것은 도파관의 개구 단부 또는 소형 마이크로파 안테나로 될 수 있다)로 마이크로파 신호를 보낸다. 마이크로파 에너지는 반도체 웨이퍼(20)과 충돌하여 상호 작용한다. 도전층(108) 및 실리콘 기판(112)는 소정의 도전층을 갖는다. 결과적으로, 반도체 웨이퍼(20)은 약간의 마이크로파를 흡수하고, 약간의 마이크로파를 송신하며, 그들 중 일부를 반사한다. 부가하여, 도전층 표면(106) 및 도전층 기판 인터페이스(110) 양쪽에서 위상 시프트가 발생하며 도전층(108) 및 실리콘 기판(112)를 통과할 동안에도 위상 시프트가 일어난다. 도전층(108)의 시트 저항 및 실리콘 기판(112)의 도전율 뿐만 아니라 기판 온도도 반도체 웨이퍼(20)이 얼마나 많은 전자기 에너지를 반사하는 가를 결정한다. 실리콘 기판 도핑 레벨 및 반도체 웨이퍼(20)의 온도는 실리콘 기판(112)의 도전율을 결정한다.

마이크로파 콜레터(104)(도파관의 개구 단부가 될 수 있다)는 반도체 웨이퍼(20)이 반사하는 마이크로파 에너지를 검출한다. 도파관 동축 어댑터(54)는 마이크로파 콜렉터(104)로부터 수집된 신호들을 동축 커넥터(56), 동축-진공 격판(58), 및 양 방향 결합기(64)에 대한 귀환 동출 케이블(60)에 전송한다. 양 방향 결합기(64)는 에미터 포트(62)에 검출된 신호를 받아서 이 신호를 콜렉터 수정 검출기 포터(70)에 보낸다. 콜렉터 수정 검출기(80)은 이 신호를 DC 전압계(82)가 측정할 수 있는 DC 신호로 변환하고, 공정 제어 컴퓨터(76)에 대한 입력으로 변환한다. 검출된 DC 전압의 두께, 전기적 시트 저항 및 온도를 포함하여 도전층의 특성을 부분적으로 결정한다. 마이크로파 반사율은 에미터 아암 내의 송시된 출력을 수신 도파관 아암 내의 수집된 출력으로 나눔으로서 얻어진다(송신된 에너지=입사에너지-반사된 에너지). 양 방향 결합기(64)가 마이크로파 소스(78)로부터 마이크로파 신호를 에미터 도파관(52)로 보냄과 동시에, 양 방향 결합기(64)는 결합되어, 마이크로파 소스(78)로부터 마이크로파 신호의 입사 에너지를 측정한다. 양 방향 결합기(64)는 이 측정 신호를 에미터 수정 검출기 포트(66)을 통하여 에미터 수정 검출기(72)로 전송한다. 에미터 수정 검출기(72)는 이 측정에 응답하여 DC 전압을 발생한다. 이 값은 에미터 도파관(52) 내부의 이사 마이크로파 신호의 강도를 나타내는 공정 제어 컴퓨터(76)에 대한 입력을 포함한다.

다수의 측정값은 도전층의 물리적 특성들에 따른 마이크로파 반사율에 대한 효과를 결정할 수 있다. 예를 들어, 12 GHz 신호의 양호한 실시예를 보면, 공정 제어 컴퓨터(76)은 기존의 도전층 두께 또는 전기적 시트 저항값을 주어진 공정온도 및 기판 도핑에 대한 마이크로파 반사율 값에 관련시키는 룩업 테이블들을 저장할 수 있다. 이와 같은 룩업 테이블들은 측정된 마이크로파 반사율의 데이터에 따라 도전층 두께, 시트 저항, 및 기판 온도값들을 끌어내는데 유용하다. 다음은 도전층 측정값을 얻기 위해 비침투성 센서 시스템(50)을 구현한 예이다.

양호한 실시예에서, 도전층 두께 측정에서 12GHz의 주파수 및 25℃의 온도에서 처리 챔버(18)내의 마이크로파 반사율을 먼저 측정할 필요가 있다. 이 측정값들은 처리 챔버(18) 내에서 반도체 웨이퍼가 있든 없든간에 측정된다. 다음에, 반도체 반사율의 12GHz 측정값은 처리 챔버(18)에서 표준 공정 온도로 얻어진다. 이 방법은 기판 배경 도핑 레벨을 결정하기 위해 룩업 테이블의 값과 비교할 실온 및 공정 온도 측정값을 수반한다. 배경 반도체 기판 도핑 레벨 및 기존의 개시조건에 있어서, 도전층의 주어진 형태에 대한 적절한 룩업 테이블들을 참조하여, 센서의 출력은 도전층 두께 및 시트 저항값에 직접적으로 관련된다. 이 형태의 측정은 증착 공정 중 또는 식각 공정 중 어떤 때에도 가능하다.

반도체 웨이퍼(20) 및 도전층(108)의 온도 측정값, 주어진 기존의 기판 도핑 및 도전층 두께는 기본적으로 상술한 절차에 따른다. 하지만, 차이점은 이 측정들이 반사율 값을 주어진 기판 도핑 레벨에 대한 온도 및 도전층 두께로 변환하기 위해 룩업 테이블을 사용할 수 있다는 것이다.

본 발명의 비침투성 센서 시스템(50)은 또한 증착 및 도전층에 대한 식각 공정에서 종료-시점을 결정하기 위해 사용된다. 도전층 식각 공정에서, 생상자는 먼저 도전층을 증착한 후 설계 팬턴에 따라 층의 특정 부분들을 제거하여 텅스텐 또는 알루미늄 또는 반도체 기판 상에 피막된 폴리실리콘과 같은 도전 물질의 패턴들을 생성함으로써 도전층의 남은 부분들에서 도전 회로를 생성한다. 마이크로파 반사값을 기존의 금속 패턴 비율과 관련시키는 룩업 테이블을 생성함으로써, 비침투성 센서 시스템(50)은 도전층 식각 공정이 종료-시점을 지시할 수 있게 한다. 하지만 비침투성 센서 시스템(50)을 이런 방밥으로 사용하면, 비침투성 센서 시스템(50)이 생성하는 값이 웨이퍼의 균등한 표면 영역에 대해 평균화된 반사값이기 때문에, 도전층 식각은 반도체 웨이퍼 표면 상에서 비교적 균일하게 될 필요가 있다.

구성 부품 및 그들의 동작을 설명하였지만, 몇몇 예시적인 실시예의 결과는 다음과 같다. 제3도는 반도체 웨이퍼(20)의 표면에 직소된 10GHz의 주파수를 갖는 마이크로파 신호에서 도전층 두께에 대한 반도체 웨이퍼 반사율 값의 도표를 도시한 것이다. 이 도표는 상존하는 물리적 관계에 대한 분석적인 표현에 따라 컴퓨터 모의 시험의 결과를 표시한다. 모의 시험을 할 때, 반도체 웨이퍼(20)은 27℃에서 0.2ohm-cm의 공지된 도전율을 갖는 10¹⁵/㎤의 도핑을 갖는다. 도표는 27℃의 실온에서 시작하여 CVD 텅스텐 공정이 전형적인 상위 온도인 600℃까지 증가되는 4가지 상이한 온도들에 대한 4개의 곡선을 포함한다.

27℃에 대한 곡선은 효과적으로 결핍된 텅스텐 막인 1Å의 텅스텐에서는 약 31%의 반사율로 시작한다. 이 시작점의 마이크로파 반사율은 온도가 200℃로 증가함에 따라 증가한 후 400℃ 및 600℃의 온도로 더 증가한다. 텅스텐 막이 이단계에서 효과적으로 결핍되므로, 실리콘 도전율의 변화는 이 조정을 완전하게 한다. 이것은 다음의 원리에 따라 발생한다. 온도가 증가함에 따라, 격자 산란(lattice scattering)이 주가되고 격자 진동은 증가하므로, 실리콘 기판 내의 전기적 캐리어의 이동성은 감소한다. 하지만, 고유한 실리콘 기판의 캐리어 농도는 온도에 따라 또한 증가하여 캐리어 밀도 증가와 이동성 감소 효과 사이의 경쟁을 야기한다. 적은 온도 증가로 캐리어의 이동성 감소가 주류를 이루어 기판 도전율로 종합적으로 감소시킨다. 온도의 지수 함수형인 캐리어 농도가, 고온을 띠게 되면, 도전율을 금격히 증가시킨다. 이것은 400℃ 이상의 온도에서 거의 노출된 실리콘 웨이퍼의 반사율에 대해, 제3도에 도시된 것과 같은 증가를 일으킨다.

27℃ 곡선을 더 추적해 보면, 반사율은, 반사율이 급격히 증가하기 시작한 후, 약 10Å까지는 매우 완만하게 증가한다. 거의 2개 또는 3개의 원자층인 10Å의 극히 적은 두께에서는 제3도의 모든 컴퓨터 모의 시험에 대한 타당성은 의문시 된다. 하지만, 외관에 의한 직감력에 의하면 맨 처음의 텅스텐 층은 마이크로파에 거의 충격을 주지 않을 것이고, 실리콘 기판은 반사율 특성에 계속 큰 영향을 미칠 것이다. 실리콘의 높은 도전율 때문에(예를들면, 400℃ 및 600℃ 곡선), 이 영향은 훨씬 더 두꺼운 텅승텐 막에도 지속된다. 그런 온도에서, 텅스텐 막에 의한 반사율 조정은 다만 수백 Å에서 시작된다. 성장하는 텅스텐 막은 그 특성에서 벌크(bulk) 도체에 가깝고 궁극적으로 대부분의 입사 마이크로파를 반사한다. 막이 약 1미크론 정도의 두께가 되면, 매우 적은 마이크로파 출력이 반도체 웨이퍼 및 막을 통과하고 그리고 약 10미크론 두께에서 반사율은 단일에 가까워진다. 모든 다른 온도 곡석은, 좋은 도체로서 거의 작용하는 텅스텐이, 모든 마이크로파 반사율 효과를 압도하는 그런 점에 모이게 된다.

제4도는 마이크로파 반사율에 대한 기판 온도 및 텅스텐 막 두께 변화의 영향을 나타낸다. 제4도는 램프 출력에 대한 수집된 마이크로파 출력의 측정값을 양호한 실시예의 36KW 램프 전 출력의 백분율로서 도표에 기입하고 있다. 이 측정값들은 양호한 실시예의 실험적인 구성으로부터 기록되었다. 수집된 마이크로파 출력 측정은 반도체 웨이퍼(20)으로부터의 마이크로파 반사율과 직접적으로 관련된다. 제4도의 도표에서, 램프 출력은 36KW 램프 출력의 0-30%의 범위이다, 램프 출력의 30%의 값은 반도체 웨이퍼 온도가 약 600℃로 되게 한다. 측정값들은 거의 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000, 10,000, 및 15000Å CAD 텅스텐 도전층 두께를 갖는 반도체 웨이퍼 및 노출된 실리콘 웨이퍼에 대해 도시된다. 에미터 도파관(52)는 반도체 웨이퍼(20)로부터 30mm의 거리에서 방출한다. 하지만, 제4도에 도시된 것과 같이, 도전층은 웨이퍼의 온도와 밀접하게 반응한다. 이 실험적인 결과에 따라, 본 발명의 비-침투성 센서 시스템(50)은, 증착 공정 동안 반도체 웨이퍼의 온도 감시에 적용된다.

제5도 및 제6도는 일정 램프 출력의 기판 가열 싸이클 센서 판독 중에 실리콘 기판 온도 변동의 영향을 도시한다. 이 구성은 제4도를 이루는 36KW 램프 규모, 텅스텐 도전층 두께, 및 도파관 구성을 동일하게 사용한다. 제5도 및 제6도는 웨이퍼 공정 단계 중 초기 처음 측정시, #1, 그리고 다음 2번째 측정시, #2에서 일정 램프 출력에 대한 수집된 마이크로파 출력을 도시하나. 제5도 및 제6도는 제4도에서 도시된 것과 동일한 두께를 도시하지만, 화면 정보에서의 과잉을 최소화하기 위해 2개의 도표로 도시한다. 제5도 및 제6도가 지시하는 바에 의하면, 웨이퍼 가열 시간 동안의 유사한 측정값인 2 집합의 측정값들 사이에는 별 차이가 없다. 다른 측정값들은 관찰된 변화가 대부분 실리콘 기판 온도값의 가벼운 변화 때문이라는 것을 증명해 준다. 요약하면, 이 측정값들은, 본 발명의 센서가 도전층의 물리적 특성들을 결정하기 위해 마이크로파 반사율의 정확하고, 재현할 수 있는 측정을 제공하는 것을 보여준다.

제7도, 제8도 및 제9도는 실온에서 에미터 도파관(52) 및 콜렉터 도파관(84)의 상대 위치 상에서 집중 및 반사된 출력 측정의 종속성을 보여준다. 제7도는 에미터 도파관(52) 및 콜렉터 도파관(84)의 위치 함수로서 수집된 마이크로파 출력 측정값을 도시한다. 제7도의 설명은 슬래쉬에 의해 분리된 숫자들의 집합, 예를 들면, 3.4x2.54cm/74/40mm를 나타낸다. 이 숫자들은, 증착 챔버 내에서, 반도체 웨이퍼(20)에 가장 근접한 점인 에미터 도파관(52)는 3.4x2.54cm, 반도체 웨이퍼(20)의 중심 방향으로 콜렉터 도파관(84)가 이루는 수평으로부터의 각은 74°, 그리고 베이스 지지부(26)로부터 반도체 웨이퍼에 가장 근접한 콜렉터 도파관(84)의 종료점까지의 거리는 40mm이라는 것을 의미한다. 제7도 제9도의 런(RUN)/웨이퍼번호: 가로좌표는 제5도 및 제6도와 관련되어 이미 언급된 특정 반도체 웨이퍼 두께와 관련된다. 특히, 런, 0은 비어 있는 챔버에서 얻어진 측정값을 도시한다. 런 1은 100Å 텅스텐 층을 갖는 웨이퍼에 대한 결과를 도시하고, 런 2는 200Å 두께 층에 대한 결과, 런 3은 500Å 두께층의 결과 등, 제5도 및 제6도에 지정된 순서대로 도시되어 있다.

제7도는 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(20)으로부터의 마이크로파 반사율에 대한 감도는 처리챔버(18)내의 에미터 도파관(52) 미 콜렉서 도파관(84)이 위치에 따라 거의 좌우된다. 제8도는 텅스텐 막 두께(예를들면, 1.5x2.54cm/70/75mm에 대한 곡선)에 대해 반도체 웨이퍼(20)으로부터 마이크로파 반사율의 합리적인 감도를 도시한 수집된 출력 측정 곡선을 분리한 것이다. 제9도는 반사된 마이크로파 출력 측정값(예, 3.0×2.54cm/74/10mm)에 대한 수용할 수 있는 감도를 갖는 구성에 대해 에미터 도파관 아암 내에서의 반사된 출력 측정값을 분리한 것이다. 도전층의 시트 저항 또는 두께는 에미터 도파관 아암 내에서의 마이크로파 반사율을 또한 변조한다(이 파라미터는 도전층들에 대한 정확한 두께 또는 시트 저항값들을 추출해내기 위해 수신 도파관 내에서 마이크로파 반사율 측정값들과 결합되어 사용될 수 있다. 이 도표들은 원하는 출력 레벨 측정이 에미터의 반사 출력인가 또는 수신기에 수지된 출력인가에 좌우된다는 것을 도시하고, 종착 챔버 내의 상이한 도파관 구성이 최적 상태인가를 도시한다.

본 발명은 상술한 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 사용된 것은 아니다. 본 실시예에 대한 다수의 수정뿐 아니라, 본 발명의 대안적인 실시예는 상기한 설명에 따라 이 분야에 숙련된 자는 쉽게 이해할 수 있다. 그러므로 첨부된 특허 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 수정을 포함하게 될 것임을 주목해야 한다.

Claims

제조 챔버 내의 반도체 웨이퍼 도전층의 비침투성, 실시간, 원위치 측정(non-invasive, real time, in situ measurement)을 위한 장치에 있어서, 전자기파를 발생시키기 위한 전자기 신호원; 상기 전자기파를 챔버를 통해 반도체 웨이퍼로 방출하기 위해 상기 전자기파 소스 및 중측 챔버와 통신하고, 상기 반도체 웨이퍼에서 반사되는 전자기파의 일부를 또한 검출하기 위한 에미터 도파관; 다수의 전기 신호를 발생시키기 위해 상기 에미터 도파관과 통신하는 적어도 하나의 결합기; 및 상기 다수의 전기 신호를 도전층의 측정값으로 변환시키는 회로 장치를 구비하고, 상기 다수의 전기 신호는 상기 전자기파의 출력에 비례하는 일단의 방출된 전기 신호들과 반도체 웨이퍼가 반사한 상기 전자기파의 상기 일부의 출력에 비례하는 일단의 반사된 전기 신호들로 이루어지고, 상기 적어도 하난의 결합기로부터 상기 다수의 전기 신호는 상기 반도체 웨이퍼 도전층의 측정값과 직접적으로 관련되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 반도체 웨이퍼의 도전층의 상기 비침투성, 실시간, 원위치 측정을 위한 상기 제조 챔버는 증착 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 반도체 웨이퍼의 도전층의 비침투성, 실시간, 원위치 측정을 위한 상기 제조 챔버는 도전층 식각 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 결합기는 상기 전자기파 소스, 상기 에미터 도파관, 및 상기 측정 회로 간의 통신을 위해 양 방향 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자기파는 반도체 웨이퍼 크기에 비해 작은 신호 파장을 발생시키는 하위 주파수, 및 도전층과의 전자기파 상호작용에 대한 최적의 측정 감도를 제공하는 상위 주파수에 의해 제한되는 주파수 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 에미터 도파관이, 상기 전자기파들을 송신하기 위한 마이크로파 송신기, 및 상기 전자기파들을 검출하기 위한 마이크로 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자기파들의 일부를 수집하기 위한 콜렉터 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자기파 소스가 주파수 주사를 할 수 있는 저주파수 고체 상태 주파수 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 상기 전자기파를 전자적으로 초핑(chopping)하기 위해 상기 전자기파 소스 내에 마이크로파 신호 초퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자기파들의 상기 일부의 선정된 특성을 측정하기 위해 다수의 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 방출 및 반사 전자기파들의 함수로서 도전층 전자기파 반사율 측정값을 계산하기 위한 공정 제어 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 반도체 웨이퍼 전자기파의 반사율 측정값을 도전막의 물리적 특성 측정값으로 자동적으로 변환하기 위해 상기 컴퓨터 내에 다수의 전자적으로 기록된 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 식각 공정 중에 상기 전자기파 반사율 측정값을 도전층 두께 및 시트 저항값으로 변환하기 위해 도전층 식각에 관련된 다수의 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 전자기파 반사율 측정값을 실리콘 기판 도펀트 레벨로 변환하기 위해 실리콘 도펀트 레벨과 관련된 다수의 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 전자기파 반사율 측정값을 반도체 웨이퍼 온도 측정값으로 변환하기 위해 반도체 웨이퍼 온도가 관련된 다수의 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 증착 챔버가 플라즈마 증기를 포함하고, 상기 전자기파 반사율 측정값을 플라즈마 증기의 전자기파 상호 작용 측정값으로 변한하기 위해 플라즈마 밀도와 관련된 다수의 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제조 챔버 내의 반도체 웨이퍼 도전층의 비침투성, 실시간 원위치 측정을 위한 장치에 있어서, 주파수 주사를 할 수 있는 저출력 고체 상태 마이크로파 신호원 및 상기 전자기파들을 전기적으로 초핑하기 위한 마이크로 신호 초퍼를 포함하고, 전자기파를 발생시키는 전자기파 소스; 상지 전자기파 소스와 통신하고 증착 챔버내에 있으며, 상기 전자기파들을 챔버를 통해 상기 반도체 웨이퍼로 송신하기 위한 마이크로파 송신기, 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사되며, 웨이퍼의 크기에 비해 작은 신호 파장을 발생하는 하위 주파수 및 반도체 기판상의 도전층과의 전자기파 상호작용에 대한 최적의 측정 감도를 제공하는 상위 주파수에 의해 제한되는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기파들의 선정된 특성을 검출하지 위한 다수의 마이크로파 검출기를 포함하는 에미터 도파관; 상기 반도체 웨이퍼 도전층의 측정값과 직접적으로 관련되는 적어도 하나의 결합기로부터, 상기 전자기파의 출력에 비례하는 일단의 방출된 전기 신호와 상기 반사된 전자기파들의 상기 일부의 출력의 비례하는 반사된 일단의 전기 신호를 포함하는 다수의 전기신호를 발생시키기 위한 측정 회로를 포함하고, 상기 전자기파 소스와 상기 에미터 도파관 사이의 통신을 위한 양 방량 결합기, 상기 방출 및 반사 전자기파들의 함수로서 도전층 전자기파 반사율 측정값을 계산하기 위한 공정 제어 켐퓨터; 및 상기 계산기 내에 다수의 전자적으로 기록된 일단의 룩업 테이블들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
제17항에 있어서, 상기 다수의 전자적으로 기록된 룩업 테이블은 반도체 웨이퍼 전자기파 반사율 측정값을 도전막의 물리적 특성의 측정값으로 변환하기 위해 일단의 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 상기 다수의 전자적으로 기록된 룩업 테이블은 상기 반사율 측정값을 도전층 식각 측정값으로 변환하기 위한 일단의 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 상기 다수의 전자적으로 기록된 룩업 테이블이 상기 반사율 측정값을 실리콘 기판 도펀트 레벨 측정값으로 변환하기 위한 일단의 룩엠 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 상기 다수의 전자적으로 기록된 테이블이 상기 반사율 측정값을 반도체 웨이퍼 온도 측정값으로 변화하기 위한 일단의 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 상기 다수의 전자적으로 기록된 룩업 테이블이 상기 반사율 측정값을 플라즈마 중기의 전자기파 상호작용 측정값으로 변환하기 위한 일단의 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제조 챔버 내의 비침투성 실시간 원위치 반도체 웨이퍼 도전층은 측정을 수행하기 위한 방법에 있어서, 전기파를 발생하는 단계; 제조 챔버 내에서 상기 전자기파를 상기 반도체 웨이퍼로 방출하는 단계; 증착 챔버 내에서 상기 반도체 웨이퍼가 방출하는 상기 전자기파의 일부를 검출하는 단계; 반도체 웨이퍼 도전층의 측정값에 직접적으로 관련되고, 상기 전자기파에 비례하는 방출딘 일단의 전기 신호와 상기 반도체 웨이퍼가 반사하는 상기 전자기파의 상기 일부에 비례하는 반사된 일단의 전기 신호를 포함하는 상기 다수의 전기 신호를 발생시키는 단계; 및 상기 다수의 전기 신호를 반도체 웨이퍼 도전층 측정값으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 전자기파를 전자적으로 초핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 다수의 전기 신호를 발생시키는 상기 단계가 상기 일단의 방출된 신호 및 상기 일단의 반사된 신호에 비례하는 DC 전압을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 상기 도전층으로부터 식각에 의해 형성된 패턴화된 도전층을 포함하고, 상기 변환 단계는 상기 다수의 전기신호를 식각 종료 시점 검출 측정값으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 검출 단계는 상이한 증착 공정 온도값에서 반사된 전자기파의 상기 일부를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 다수이 신호를 반도체 기판 도펀트 레벨로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 변환 단계는 상기 다수의 신호를 반도체 웨이퍼 온도 측정값으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.