KR102370624B1 - 노출 가능한 감지 층들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 장비 - Google Patents

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Abstract

실시예들은, 입자들을 검출하거나, 에칭 또는 증착 레이트들을 모니터링하거나, 또는 웨이퍼 제조 프로세스의 동작을 제어하기 위한 디바이스들 및 방법들을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 마이크로 센서들은 웨이퍼 프로세싱 장비 상에 장착되고, 실시간으로 재료 증착 및 제거 레이트들을 측정할 수 있다. 마이크로 센서들은 선택적으로 노출되어, 마이크로 센서의 감지 층이 다른 마이크로 센서의 활성 동작 동안에 마스크 층에 의해 보호되고, 다른 마이크로 센서가 수명 종료에 도달할 때, 보호 마스크 층이 제거되어 감지 층을 노출시킬 수 있다. 다른 실시예들이 또한 설명되고 청구된다.

Description

노출 가능한 감지 층들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 장비
[0001] 본 출원은 2016년 8월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/247,717 호를 우선권으로 주장하며, 이로써, 상기 미국 특허 출원의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 실시예들은 반도체 프로세싱 분야에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼 프로세싱 툴(wafer processing tool)에서 재료 증착 또는 재료 제거를 측정하기 위한 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 반도체 디바이스들의 제조에서의 주요 관심사는 반도체 웨이퍼의 입자 오염이다. 그러한 오염은 전형적으로, 반도체 디바이스들의 제조 동안에 웨이퍼 프로세싱 툴에 의해 수행되는 하나 이상의 동작들 동안에 일어난다. 예를 들어, 웨이퍼 프로세싱 툴은 몇 개의 인터페이스들(interfaces), 예를 들어 로드록(load lock)들에 의해 상호연결된 몇 개의 챔버들을 포함할 수 있으며, 이들 시스템 구성요소들 중 임의의 구성요소의 작동 또는 동작은 툴 내의 반도체 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 알루미늄, 스테인리스강, 지르코늄 또는 다른 입자들과 같은 금속성 또는 비금속성 입자들을 발생시킬 수 있다. 당업자는, 입자들이 인터페이스들 및 이동 부품들 이외의 웨이퍼 프로세싱 툴 내의 많은 소스들(sources)에서 생길 수 있으며, 그에 따라 상기한 것은 예로서 제공된 것이라는 것을 이해할 것이다.
[0004] 입자 오염의 소스 및/또는 근본 원인을 확인하기 위해, 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼 프로세싱 툴의 하나 이상의 챔버들을 통해 주기적으로 프로세싱된 후에, 입자 검사 동작을 받는다. 입자 검사 동작은, 프로세싱된 웨이퍼가 입자들의 위치 및 대체적인 크기를 확인하기 위해 광학 검사 장비에 의한 검사를 위해 대기하고, 이어서 웨이퍼 상의 입자들의 존재 및/또는 조성을 결정하기 위해 주사 전자 현미경, 에너지 분산 분광기 또는 다른 검사 기술들에 의한 검사를 위해 대기하는 것을 필요로 한다. 입자들의 존재 및 조성을 검출한 후에, 웨이퍼 프로세싱 툴에 의해 수행된 동작들 중 어떤 동작이 실제로 입자 오염을 초래하였는지를 확인하기 위해 추가적인 트러블슈팅(troubleshooting)이 필요할 수 있다.
[0005] 반도체 디바이스들의 제조는, 예를 들어 증착(deposition) 또는 에칭(etching) 프로세스들을 사용하여 웨이퍼 프로세싱 툴에 의해 기판 상에, 재료, 보다 상세하게는 반도체 재료를 증착 및 제거하는 것을 수반할 수 있다. 특정 양의 반도체 재료를 정확하게 증착 또는 제거하기 위해, 막 두께 측정 기술들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 재료 증착 및 재료 제거 레이트들은, 주어진 시간 동안에 반도체 재료의 웨이퍼를 프로세싱한 후에, 증착 또는 제거된 막의 양을 타원계(ellipsometer)를 사용하여 측정함으로써 간접적으로 측정될 수 있다. 또한, 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 증착/제거 레이트들을 간접적으로 추정하기 위해 증착/제거 레이트들과 상관관계가 있는 이차 팩터들(factors)을 측정하는 데 센서들이 사용되었다.
[0006] 실시예들은 재료 증착 또는 제거의 양 또는 레이트를 검출하기 위해, 마이크로 센서들(micro sensors), 예를 들어 MEMS-스케일로 크기 설정되고 그리고/또는 MEMS 프로세스들을 사용하여 제조된 센서들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 장비를 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼 프로세싱 장비는 웨이퍼 프로세싱 툴 내의 입자들을 검출하기 위한 마이크로 센서들을 갖는 입자 모니터링 디바이스(particle monitoring device), 또는 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링 또는 제어하기 위한 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 툴을 포함한다. 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들은 감지 층들(sensing layers), 및 감지 층들이 선택적으로 보호 또는 노출될 수 있도록 구성된 마스크 층들(mask layers)을 포함할 수 있다. 따라서, 마이크로 센서의 감지 층은, 다른 마이크로 센서가 입자들 및/또는 재료 증착 또는 제거를 능동적으로 감지하도록 노출되는 동안에, 마스크 층에 의해 보호될 수 있다. 마스크 층은, 다른 마이크로 센서가 수명 종료(end-of-life)에 도달할 때, 감지 층을 노출시키도록 제거될 수 있다. 이와 같이, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들은 웨이퍼 제조 프로세스를 중단시키지 않고서, 예를 들어 웨이퍼 프로세싱 툴의 챔버 또는 프로세스 스테이션을 개방하지 않고서 리프레시(refresh)될 수 있다.
[0007] 일 실시예에서, 웨이퍼 프로세싱 장비, 예를 들어 웨이퍼 프로세싱 툴 또는 입자 모니터링 디바이스는 제1 마이크로 센서 및 제2 마이크로 센서를 포함한다. 예를 들어, 마이크로 센서들은 웨이퍼 프로세싱 툴의 프로세스 챔버의 챔버 볼륨(chamber volume) 내에 장착될 수 있거나, 또는 입자 모니터링 디바이스의 웨이퍼 기판의 지지 표면 상에 장착될 수 있다. 마이크로 센서들 각각은 마스크 층에 의해 덮인 감지 층을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 감지 층들은, 동일하거나 상이한 마이크로 센서의 상이한 감지 층이 프로세스를 모니터링할 때, 웨이퍼 제조 프로세스의 단계 동안에 마스크 층에 의해 보호될 수 있다. 즉, 액티브 마이크로 센서(active micro sensor)의 노출된 감지 층은 주변 환경 및/또는 챔버 볼륨에 개방되어 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링할 수 있다. 센서들은 각각의 파라미터들(parameters), 예를 들어 커패시턴스(capacitance)를 가질 수 있으며, 그리고 파라미터들은, 감지 층들의 센서 표면들로부터 재료가 제거될 때 변화할 수 있다. 따라서, 노출된 감지 층으로부터 재료가 제거될 때, 에칭 프로세스, 예를 들어 입자 증착 또는 제거의 양들 또는 레이트들을 감지하기 위해 파라미터의 대응하는 변화가 검출될 수 있다.
[0008] 일 실시예에서, 마이크로 센서들은 상이한 두께들을 갖는 마스크 층들을 포함한다. 예를 들어, 블랭킷 마스크 층(blanket mask layer)은 몇 개의 마이크로 센서들의 감지 층들을 덮을 수 있으며, 블랭킷 마스크 층은 가변 두께를 포함하는 층 프로파일(layer profile)을 가질 수 있다. 따라서, 마스크 층의 제거는 제1 감지 층이 제2 감지 층 이전에 노출되게 할 수 있어, 감지 층들이 웨이퍼 제조 프로세스에서 상이한 시간들에 감지되도록 독립적으로 그리고 선택적으로 노출될 수 있게 한다.
[0009] 일 실시예에서, 마이크로 센서들은 상이한 에천트들(etchants)에 의한 에칭에 민감한 상이한 재료들을 갖는 마스크 층들을 포함한다. 즉, 제1 감지 층을 덮는 제1 마스크 층은 제2 감지 층을 덮는 제2 마스크 층과 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 마스크 층은 산화물을 포함할 수 있고, 제2 마스크 층은 질화물을 포함할 수 있다. 따라서, 산화물들을 공격하는 에천트는 제1 마스크 층을 제거하고 제1 감지 층을 노출시키는 데 사용될 수 있고, 질화물들을 공격하는 에천트는 제2 마스크 층을 제거하고 제2 감지 층을 노출시키는 데 적용될 수 있다. 따라서, 제1 마스크 층의 제거는 제1 감지 층이 제2 감지 층과 상이한 시간에 노출되게 할 수 있어, 감지 층들이 웨이퍼 제조 프로세스에서 상이한 시간들에 감지되도록 독립적으로 그리고 선택적으로 노출될 수 있게 한다.
실시예들은, 챔버 볼륨을 갖는 프로세스 챔버에서 웨이퍼 제조 프로세스를 개시하는 단계 ―제1 마이크로 센서 및 제2 마이크로 센서가 프로세스 챔버 내에 배치되고, 제1 마이크로 센서의 제1 감지 층 및 제2 마이크로 센서의 제2 마스크 층이 챔버 볼륨에 노출됨―; 에천트에 의해 제1 마이크로 센서의 제1 감지 층 상의 제1 센서 표면을 에칭하는 단계; 및 제2 마이크로 센서의 제2 감지 층 상의 제2 센서 표면을 챔버 볼륨에 노출시키기 위해, 제2 마이크로 센서의 제2 마스크 층을 박리(strip)하는 단계를 포함하는 방법일 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버 내에 제3 마이크로 센서가 배치되고, 제3 마이크로 센서의 제3 마스크 층은 챔버 볼륨에 노출되고, 제3 마스크 층은 제2 마스크 층보다 두꺼울 수 있다.
[0010] 상기 요약은 모든 양상들의 완전한 리스트를 포함하지는 않는다. 상기에 요약된 다양한 양상들의 모든 적합한 조합들뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명에 개시되고 특히 본 출원과 함께 청구된 청구범위에서 지적되는 것들로부터 실시될 수 있는 모든 시스템들 및 방법들이 포함되는 것으로 고려된다. 그러한 조합들은 상기 요약에서 구체적으로 기재되지 않은 특정 이점들을 갖는다.
[0011] 도 1은 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 도면이다.
[0012] 도 2는 일 실시예에 따른 입자 모니터링 디바이스의 도면이다.
[0013] 도 3은 일 실시예에 따른 입자 모니터링 디바이스의 단면도이다.
[0014] 도 4는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 툴 상에 장착된 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도이다.
[0015] 도 5는 일 실시예에 따른, 입자 모니터링 디바이스 또는 웨이퍼 프로세싱 툴의 전자 회로의 블록도의 도면이다.
[0016] 도 6은 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들을 포함하는 적층 구조들을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도이다.
[0017] 도 7은 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들 위에 블랭킷 마스크 층을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도이다.
[0018] 도 8은 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들 위에 상이한 재료들의 마스크 층들을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도이다.
[0019] 도 9는 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의 사시도이다.
[0020] 도 10은 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의 사시도이다.
[0021] 도 11은 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의, 도 10의 선 A-A를 따라 절취한 단면도이다.
[0022] 도 12는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 시스템의 트랜지스터 센서 유형의 마이크로 센서의 개략도이다.
[0023] 도 13은 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로-공진기 유형의 마이크로 센서의 개략도이다.
[0024] 도 14는 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 광 센서 유형의 마이크로 센서의 개략도이다.
[0025] 도 15는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 나타내는 흐름도의 도면이다.
[0026] 도 16a 내지 도 16c는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 도시하는 단면도들이다.
[0027] 도 17은 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 나타내는 흐름도의 도면이다.
[0028] 도 18a 내지 도 18f는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 도시하는 단면도들이다.
[0029] 도 19는 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 시스템의 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도이다.
[0030] 입자 검출, 에칭/증착 레이트 모니터링, 또는 웨이퍼 제조 프로세스의 다른 제조 또는 제어에 사용되는 디바이스들 및 방법들이 다양한 실시예들에 따라 설명된다. 하기의 설명에서, 다수의 특정 상세사항들이 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 기술되어 있다. 당업자에게는, 실시예들이 이러한 특정 상세사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 예들에서, 불필요하게 실시예들을 불명료하게 하지 않기 위해, 잘 알려진 양상들은 상세하게 설명되지 않는다. 또한, 첨부된 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 축척대로 도시된 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.
[0031] 재료 증착 및 제거를 측정하기 위한 기존의 기술들은 웨이퍼 제조 프로세스의 실시간 측정 및 제어를 제공하지 않거나, 증착/제거를 직접적으로 측정하기보다는 이차 팩터와의 상관관계에 기초하여 재료 증착/제거의 추정치를 제공한다. 예를 들어, 타원계는 필름 두께를 측정하는 데 사용될 수 있지만, 타원계는 주기적 모니터이기 때문에, 타원계는 정상적인 생산 런(run)들에 대한 증착/제거 레이트의 실시간 편위들(excursions) 또는 드리프트들(drifts)을 검출할 수 없다. 또한, RF 정합 포지션들 또는 플라즈마의 가스 농도들과 같은 이차 팩터들을 측정하기 위해 웨이퍼 프로세싱 툴의 프로세스 챔버에 설치된 센서들은 관심있는 변수(증착/제거 레이트들)를 직접 측정하지 않으며, 그러한 측정들은 플라즈마를 갖지 않는 챔버들에서 보다 어려운 일이 된다.
[0032] 모든 압력 체계들(pressure regimes)에서, 예를 들어 진공 상태들 하에서, 그리고 무플라즈마 상태들(plasma-less conditions) 하에서 재료 증착 또는 재료 제거를 측정하기 위한 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 장비가 하기에서 설명된다. 예를 들어, 프로세스 챔버 상에 장착된 마이크로 센서는 센서 표면을 포함할 수 있고, 마이크로 센서의 파라미터, 예를 들어 커패시턴스는 재료가 센서 표면 상에 증착되거나 센서 표면으로부터 제거될 때 변화할 수 있다. 따라서, 재료 증착 또는 제거 양들 또는 레이트들의 실시간 측정뿐만 아니라, 그러한 양들 또는 레이트들의 균일성(uniformity)이 모니터링되고, 웨이퍼 프로세싱 시스템에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0033] 웨이퍼 제조 프로세스들의 실시간 측정에 사용되는 마이크로 센서들은 시간 경과에 따라 변화할 것이다. 보다 상세하게는, 설계에 의해, 센서 표면이 에칭에 의해 제거(또는 증착에 의해 성장)될 수 있고 거칠어질 수 있고, 센서 표면의 표면적이 변화할 수 있고, 센서 표면이 산화될 수 있는 식이다. 이러한 변화들은 마이크로 센서의 감도에 영향을 미칠 수 있고, 마이크로 센서의 신뢰성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서는 수십 회의 웨이퍼 프로세싱 사이클들 후에 신뢰성을 상실하여, 프로세스 챔버를 개방하여 마이크로 센서를 세정 또는 교체할 필요가 있을 수 있다. 그러나, 그러한 마이크로 센서의 리프레시(refreshing)는 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 흐름을 중단시킬 수 있으며, 그에 따라, 웨이퍼 제조 프로세스를 중지시키지 않고서, 마이크로 센서들이 열화될 때 웨이퍼 프로세싱 장비의 감지 능력을 연장시킬 필요성이 있다.
[0034] 일 양상에서, 웨이퍼 프로세싱 장비는 상이한 마이크로 센서가 열화된 마이크로 센서를 대체할 수 있게 하도록 선택적으로 노출 가능한 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 센서는 개재된 마스크 층들에 의해 분리된 감지 층들의 몇 개의 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 감지 층이 열화된 후에, 감지 층 및 하나 이상의 개재된 마스크 층들은 활성 동작을 위해 하부 감지 층을 노출시키도록 제거될 수 있다. 대안적으로, 몇 개의 측방향으로 분리된 감지 층들은 가변 두께를 갖는 블랭킷 마스크 층에 의해 덮일 수 있다. 따라서, 블랭킷 마스크 층은 각각의 감지 층들 위에 놓인 블랭킷 마스크 층의 두께에 기초하여 감지 층들을 순차적으로 노출시키도록 에칭될 수 있다. 예를 들어, 블랭킷 마스크 층이 제거됨에 따라, 제1 두께의 재료 아래의 제1 감지 층이 노출될 수 있고, 이어서 얼마 후에 제1 두께보다 큰 제2 두께의 재료 아래의 제2 감지 층이 노출될 수 있다. 열화된 감지 층들을 대체하기 위한 새로운 감지 층들의 선택적인 노출을 허용하는 센서 방식들을 사용하게 되면, 웨이퍼 프로세싱 장비의 수명연장, 및 보다 상세하게는 센서 유지보수를 위해 프로세스 챔버를 개방할 필요가 있기 전에 달성 가능한 웨이퍼 제조 프로세스의 웨이퍼 프로세싱 사이클들의 수가 증가될 수 있다.
[0035] 후술되는 웨이퍼 프로세싱 시스템들 및 방법들은 재료들이 기판에 증착되거나 기판으로부터 제거되는 임의의 폼 팩터(form factor) 또는 프로세스에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 보다 상세하게는, 웨이퍼 프로세싱 시스템들 및 방법들이 집적 회로들의 제조를 위한 웨이퍼 프로세싱과 관련하여 설명되지만, 디바이스들 및 방법들은 또한 전자 산업에서의 디스플레이들 및/또는 태양광 산업에서의 광전지들과 같은 다른 기술들에서 사용하도록 적응될 수 있다.
[0036] 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 도면이 도시되어 있다. 웨이퍼 프로세싱 시스템(100)은 통신 링크(communication link)(106)에 의해 컴퓨터 시스템(104)에 통신 가능하게 결합된 웨이퍼 프로세싱 툴(102)을 포함할 수 있다. 통신 링크(106)는 유선 또는 무선 연결일 수 있고, 즉, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 컴퓨터 시스템(104)과 직접적으로 또는 무선으로 통신할 수 있다. 데이터는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 및/또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내의 디바이스로부터 통신 링크(106)에 의해 전달될 수 있지만, 일부 실시예에서는, 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내의 디바이스가 패시브 디바이스(passive device)일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 디바이스는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 의해 프로세싱될 수 있고, 변화를 겪을 수 있으며, 이 변화는 디바이스가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)로부터 꺼내진 후에 측정될 수 있다. 이것은, 후술되는 바와 같이, 예를 들어 입자 검출 툴 또는 에칭/증착 모니터링 툴의 특징일 수 있다.
[0037] 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 하나 이상의 로드록들(112)에 의해 팩토리 인터페이스(110)에 물리적으로 연결된 버퍼 챔버(buffer chamber)(108)를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세스 챔버들(114)은 하나 이상의 각각의 로드록들(112)에 의해 버퍼 챔버(108)에 물리적으로 연결될 수 있다. 버퍼 챔버(108)는 프로세스 챔버들(114) 내의 프로세스 압력들보다 높은 압력일지라도, 저압으로 유지되는, 프로세스 챔버들(114)의 각각의 볼륨들보다 큰 중간 볼륨으로서 작용할 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 반도체 디바이스들의 제조 동안에 진공 상태들 하에서 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 챔버들 사이에서 이동될 수 있다. 그러한 이동은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내에 포함된 다양한 디바이스들, 예를 들어 로봇들, 로봇 아암들(robotic arms), 셔틀(shuttles) 등에 의해 가능해질 수 있다.
[0038] 다양한 제조 동작들이 프로세스 챔버들(114)에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로세스 챔버(114)는 에칭 챔버, 증착 챔버, 반도체 리소그래피 툴(semiconductor lithography tool)의 챔버, 또는 임의의 다른 반도체 프로세스 챔버일 수 있다. 이와 같이, 프로세스 챔버(114)는 진공 상태들, 대기 상태들, 또는 임의의 다른 압력 체계 하에서 웨이퍼 제조 프로세스를 수행하는 데 사용될 수 있다.
[0039] 다양한 압력 체계들에 부가하여, 프로세스 챔버들(114)은 또한 상이한 에너지 상태들을 갖는 제조 프로세스들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)는 플라즈마를 포함하지 않는 라디칼-구동 에칭 챔버(radical-driven etch chamber) 또는 증착 챔버일 수 있다. 즉, 프로세스 챔버(114)는 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 플라즈마가 없을 수 있다. 대안적으로, 프로세스 챔버(114)는 플라즈마-기반 에칭 또는 증착 챔버일 수 있다.
[0040] 웨이퍼 제조 프로세스 동안에, 반도체 웨이퍼는 로드록(112)을 통해 버퍼 챔버(108)로부터 프로세스 챔버들(114) 중 하나 내로 이송될 수 있다. 프로세스 챔버들(114)은, 예를 들어 진공 펌프 및/또는 터보 펌프(turbo pump)(도 4)를 사용하여, 진공 상태로 낮아진 챔버 압력을 가질 수 있다. 본 설명의 맥락에서, 진공 상태는 0.5 atm 미만의 임의의 압력일 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(114) 내의 진공 상태는, 프로세스 챔버(114)가 버퍼 챔버(108)의 압력 미만, 예를 들어 100 밀리토르(millitorr) 미만인 챔버 압력을 갖는 경우에 존재한다. 따라서, 프로세스 챔버(114)에서 수행되는 제조 동작은 진공 상태들 하에서 실행될 수 있다.
[0041] 하나 이상의 입자들이 프로세스 챔버(114)에서 수행되는 제조 동작 동안에 발생될 수 있다. 예를 들어, 입자는, 특정 동작이 일어날 때, 예를 들어 로드록(112)의 밸브가 개방될 때, 로드록 도어(load lock door)가 로킹될 때, 리프트 핀들(lift pins)이 움직일 때, 또는 임의의 다른 툴 동작이 일어날 때, 프로세스 챔버(114) 내로 방출되는 금속성 또는 비금속성 입자일 수 있다. 방출된 입자들은 반도체 웨이퍼 상에 내려앉을 수 있으며, 입자의 내려앉은 위치 및 시간은 입자 오염 소스에 대응할 수 있다. 예를 들어, 입자는 로드록(112)에 보다 근접한 반도체 웨이퍼 상에, 그리고 로드록(112)이 폐쇄되는 시간에 내려앉을 수 있고, 이는 로드록(112)의 구성요소 및/또는 로드록(112)의 작동이 입자의 소스라는 것을 나타낼 수 있다. 따라서, 입자가 반도체 웨이퍼 상에 내려앉는 위치 및 시간에 관한 정보를 제공하는 입자 모니터링이 입자 오염 소스를 결정하는 데 유용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
[0042] 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 입자 모니터링 디바이스의 도면이 도시되어 있다. 입자 모니터링 디바이스(200)는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 챔버들, 예를 들어 버퍼 챔버(108) 및/또는 프로세스 챔버들(114) 사이에서 이동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 입자 모니터링 디바이스(200)는 전체 폼 팩터 및/또는 반도체 웨이퍼와 동일한 재료 및 형상을 갖는 웨이퍼 기판(202)을 포함할 수 있다. 즉, 웨이퍼 기판(202)은 반도체 재료, 예를 들어 결정질 실리콘 재료로 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 또한, 웨이퍼 기판(202)은, 본질적으로 디스크형인 웨이퍼 폼 팩터를 가질 수 있고, 직경(206)을 갖는 지지 표면(204)을 포함한다. 지지 표면(204)은 디스크의 상부 표면일 수 있고, 웨이퍼 기판(202)의 하부 표면(도시되지 않음)은 지지 표면(204)으로부터 두께(208)만큼 이격될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 기판(202)의 웨이퍼 폼 팩터는 95 내지 455 ㎜의 직경(206)을 포함하며, 예를 들어, 직경(206)은 명목상 100 ㎜, 300 ㎜ 또는 450 ㎜일 수 있다. 또한, 웨이퍼 기판(202)의 웨이퍼 폼 팩터는 1 ㎜ 미만, 예를 들어 525 ㎛, 775 ㎛ 또는 925 ㎛의 두께(208)를 포함할 수 있다. 두께(208)는 또한 1 ㎜보다 클 수 있으며, 예를 들어 수 밀리미터 내지 10 ㎜일 수 있다. 따라서, 입자 모니터링 디바이스(200)는 용이하게 이용 가능한 웨이퍼 재료들 및 전형적인 웨이퍼 제조 프로세스들 및 장비를 사용하여 제조될 수 있으며, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 의해 프로세싱될 때 본질적으로 반도체 웨이퍼를 시뮬레이션할 수 있다.
[0043] 입자 모니터링 디바이스(200)는 사전결정된 위치들에서 지지 표면(204) 상에 장착된 몇 개의 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 마이크로 센서들은 후술되는 마이크로 센서 유형들 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 대응하는 마스크 층들에 의해 덮인 각각의 감지 층들을 포함할 수 있다. 마이크로 센서들(210)은 각각의 파라미터들을 포함할 수 있고, 각각의 감지 층들 상의 각각의 센서 표면들을 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 파라미터들은 재료가 각각의 센서 표면들 상에 증착되거나 각각의 센서 표면들로부터 제거될 때 변화할 수 있다. 다수의 마이크로 센서들(210), 예를 들어 수천 개 내지 수백만 개의 마이크로 센서들이 지지 표면(204) 상에 장착될 수 있다. 각각의 마이크로 센서(210)는 알려진 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서(212)는 제1 위치에 위치될 수 있고, 제2 마이크로 센서(214)는 제2 위치에 위치될 수 있다. 제2 위치는, 제1 위치에 대해 또는 입자 모니터링 디바이스(200) 상의 어떠한 다른 기준점에 대해 알려진 포지션을 가질 수 있다.
[0044] 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204)에 걸쳐서 랜덤하게 분포될 수 있거나, 사전결정된 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204)에 걸쳐 램덤하게 분포된 것처럼 보이지만, 그들의 절대 또는 상대 위치들이 사전결정되고 알려져 있을 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로 센서들(210)은 사전결정된 패턴, 예를 들어 격자 패턴(grid pattern), 동심원 패턴, 나선형 패턴 등으로 배열된다. 그러한 패턴들은 입자 모니터링 디바이스(200)의 지지 표면(204) 상의 정확한 위치들에 마이크로 센서들(210)을 형성하기 위해, 알려진 에칭 프로세스들을 사용하여 달성될 수 있다.
[0045] 일 실시예에서, 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204)의 표면적의 대부분에 걸쳐 퍼져 있다. 예를 들어, 마이크로 센서 어레이의 최외측 마이크로 센서들(210)을 통해 그려진 외부 프로파일은 지지 표면(204)의 표면적의 적어도 절반인 어레이 영역을 묘사할 수 있다. 일 실시예에서, 어레이 영역은 지지 표면(204)의 표면적의 적어도 75%, 예를 들어 표면적의 90% 초과이다.
[0046] 입자 모니터링 디바이스(200)의 마이크로 센서들(210)은 하나 이상의 전기 커넥터를 통해 서로 또는 다른 회로와 상호연결될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204) 위로 연장되는 전기 트레이스(electrical trace)(216)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 몇 개의 마이크로 센서들(210)은 각각의 전기 트레이스들(216)에 의해 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전기적 연결들이 마이크로 센서들(210) 사이에서 이루어질 수 있거나, 마이크로 센서들(210)이 전기 트레이스들, 전기 리드들(electrical leads), 비아들(vias) 및 다른 알려진 유형들의 전기 커넥터들을 사용하여 웨이퍼 전자기기, 즉 전자 회로(218)에 연결될 수 있다.
[0047] 입자 모니터링 디바이스(200)의 각각의 마이크로 센서(210)는 입자가 센서와 상호작용할 때 주어진 파라미터의 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)는 후술되는 바와 같은 용량성 마이크로 센서(capacitive micro sensor)를 포함할 수 있고, 재료가 마이크로 센서(210)의 센서 표면 상에 증착되거나 센서 표면으로부터 제거될 때 변화하는 커패시턴스를 가질 수 있다. 따라서, 마이크로 센서(210)가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 챔버, 예를 들어 프로세스 챔버(114) 내의 입자를 수용할 때 커패시턴스가 변화할 수 있다. 여기서, "수용하다"라는 용어는 커패시턴스에 영향을 미치는, 입자와 마이크로 센서(210) 사이의 상호작용을 나타낸다. 입자 모니터링 디바이스(200)는 후술되는 바와 같이 다른 마이크로 센서 유형들을 포함할 수 있으며, 그에 따라 입자가 그러한 마이크로 센서들에 의해 수용될 때 다른 파라미터가 감지될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 파라미터는, 후술되는 바와 같이, 입자가 마이크로 센서 상에 내려앉거나, 마이크로 센서의 근방 또는 그를 통해 통과하거나, 마이크로 센서에 충돌할 때 변화하는 마이크로 센서의 전압, 전류 또는 다른 물리적 또는 전기적 특성일 수 있다. 당업자라면, 본 설명을 읽을 때 다른 입자-센서 상호작용들이 이해될 것이다.
[0048] 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 입자 모니터링 디바이스의 단면도가 도시되어 있다. 마이크로 센서들(210)은 전형적인 반도체 웨이퍼의 로딩(loading) 및 프로세싱과 유사하게, 자동으로 시스템 내로 로딩되고 시스템 전체에 걸쳐 이동될 수 있는 웨이퍼 기판(202) 상에 패키징(packaging)될 수 있다. 따라서, 마이크로 센서들(210)은 생산 반도체 웨이퍼와 동일한 환경을 겪을 수 있다. 일 실시예에서, 몇 개의 마이크로 센서들(210)을 갖는 센서 층(sensor layer)(302)은 웨이퍼 기판(202)의 적어도 일부분을 덮는다. 따라서, 센서 층(302)의 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 기판(202)의 지지 표면(204) 상에 장착된다.
[0049] 센서 층(302)은 후술되는 바와 같이 감지 층과 혼동되어서는 안된다. 보다 상세하게는, 센서 층(302)은 하나 이상의 마이크로 센서(210)가 배치되는 웨이퍼 프로세싱 장비의 층일 수 있는 반면, 감지 층은 에칭/증착 레이트, 가스 농도, 부산물 축적, 입자들 등을 검출하도록 주변 환경에 노출될 수 있는 개별 마이크로 센서(210)의 몇 개의 층들 중 하나일 수 있다.
[0050] 입자 모니터링 디바이스(200)의 임의의 부분들은 표준의 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator; SOI) 기판들 또는 다른 유형들의 웨이퍼들의 스택(stack)으로 형성될 수 있다. 웨이퍼들은 웨이퍼 레벨(wafer level)에서, 즉 일체로 형성된 기능적 구성요소들을 갖는 개별 웨이퍼들의 본딩(bonding)으로 본딩될 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼들은 입자 모니터링 디바이스(200)를 형성하기 이전 또는 이후에 본딩된 개별 모듈들, 예를 들어 칩들(chips), 센서들 등을 가질 수 있다. 그러한 프로세스들은 SOI 기술의 사용을 허용하여 에칭 센서들, 고온 전자기기, 또는 입자 모니터링 디바이스(200)에 통합될 다른 모듈들/구성요소들을 최적화할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러한 프로세스들은 또한 후술되는 웨이퍼 프로세싱 장비의 일부분들, 예를 들어 웨이퍼 제조 프로세싱 장비의 마이크로 센서들(210)을 제조하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0051] 일 실시예에서, 웨이퍼 기판(202)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내의 플라즈마에 의한 공격으로부터 입자 모니터링 디바이스(200)의 전자 회로(218)를 보호하도록 구성된다. 이와 같이, 웨이퍼 기판(202)은 상부 층(306)과 하부 층(308) 사이에 개재된 전자 회로(218), 예를 들어 웨이퍼 전자기기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는 전원(304), 예를 들어 박막 배터리(thin-film battery)를 포함할 수 있다. 박막 배터리는 실리콘의 층들(306, 308) 사이에 캡슐화될(encapsulated) 수 있으며, 그에 따라 2 개의 실리콘 웨이퍼들에 의해 상부 또는 하부로부터의 플라즈마 공격에 대해 보호될 수 있다. 또한, 전원(304)은 배리어 시일(barrier seal)(310)에 의해 측부들로부터의 플라즈마 공격에 대해 보호될 수 있다. 배리어 시일(310)은 전원(304) 주위에서 상부 층(306)과 하부 층(308) 사이에 개재될 수 있다. 보다 상세하게는, 배리어 시일(310)은 웨이퍼 기판(202)의 원주부 주위로 연장되어 전원(304)의 측부들을 둘러싸는 보호 벽을 형성할 수 있다. 따라서, 전원(304)은 웨이퍼 기판(202) 내에 캡슐화될 수 있다.
[0052] 전원(304)은 상부 층(306) 및/또는 센서 층(302) 내의 전자 회로(218)의 하나 이상의 구성요소들에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218), 예를 들어 프로세서(processor), 메모리(memory) 또는 통신 전자기기와 같은 제어 전자기기가 웨이퍼 기판(202)의 상부 층(306)에 내장될 수 있다. 전원(304)은 입자 모니터링 디바이스(200)의 하나 이상의 층들을 통해 연장되는 실리콘 관통 비아들(through silicon via)과 같은 전기적 연결부들에 의해 상부 층(306) 내의 전자 회로(218)에 연결될 수 있다. 유사하게, 전원(304) 및/또는 상부 층(306) 내의 전자 회로(218), 예를 들어 프로세서는 전기 트레이스들 또는 전기 비아들에 의해 센서 층(302) 내의 마이크로 센서들(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전원(304)은 전자기기에 전력을 공급하기 위해 전자 회로(218)의 프로세서, 마이크로 센서들(210) 또는 다른 전자 회로(218)에 전기적으로 결합될 수 있다.
[0053] 웨이퍼 프로세싱 툴(200) 및/또는 웨이퍼 프로세싱 장비의 일부 영역들의 물리적, 화학적 및 전기적 보호는 모듈 또는 칩 레벨에서 웨이퍼 기판들 상에 전자 회로(218)를 본딩한 후에 구성요소들을 캡핑(capping)함으로써 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 배터리들, 프로세서들, 센서들, 무선 통신 모듈들 등이 본딩된 후에, 예를 들어 배리어 층(312)에 의해 캡핑될 수 있다. 그러나, 일부 구성요소들은 웨이퍼 프로세싱 환경에 노출될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 후술되는 바와 같이 웨이퍼 프로세싱 툴(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 장비 상에 노출되어 에칭 및 증착 프로세스들을 모니터링할 수 있다.
[0054] 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내의 플라즈마에 노출될 수 있으며, 그에 따라 센서들은 결국 마모될 수 있다. 센서의 전체 수명을 연장시키기 위한 센서 방식들이 후술된다. 그럼에도 불구하고, 마이크로 센서들(210)이 재활용 가능하도록 그러한 마이크로 센서들을 패키징하는 것이 유리할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로 센서들(210)의 패키징은 마이크로 센서(210)와 하부 기판 사이에 배리어 층(312)을 포함한다. 예를 들어, 입자 모니터링 디바이스(200)의 경우에, 배리어 층(312)은 마이크로 센서(210)와 웨이퍼 기판(202)의 지지 표면(204) 사이에 배치될 수 있다. 마이크로 센서(210)는 실리콘 관통 비아들과 같은 알려진 상호연결 기술을 사용하여 배리어 층(312)을 통해 웨이퍼 전자기기, 즉 전자 회로(218)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 전자기기와 센서들 사이의 배리어 층(312)은 재활용 동안에 전자기기를 보호할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)는 박리제들(stripping agents), 즉 플라즈마, 가스 또는 액체 에천트에 의해 제거 가능할 수 있으며, 배리어 층(312)은 동일한 박리제에 의해 박리 가능하지 않을 수 있다. 즉, 배리어 층(312)은 가스 상 또는 액체 에천트와 같은 박리제에 대해 불투과성인 임의의 전도성 또는 절연성 재료일 수 있다. 따라서, 마이크로 센서들(210)이 그들의 유효 수명의 종료에 도달하면, 플라즈마는, 웨이퍼 기판(202)에 내장된 전자 회로(218)를 열화시키지 않으면서 센서 층(302)의 마이크로 센서들을 배리어 층(312)으로부터 박리하도록 인가될 수 있다. 유사하게, 마모된 센서들을 제거하기 위해 기계적 박리가 사용될 수 있다. 다음에, 완전히 새로운 입자 모니터링 디바이스(200)를 형성하는 것보다 낮은 비용으로 입자 모니터링 디바이스(200)를 개조하기 위해 새로운 세트의 마이크로 센서들(210)을 갖는 새로운 센서 층(302)이 배리어 층(312) 상에 형성될 수 있다.
[0055] 입자 모니터링 디바이스(200)의 구성요소들은 알려진 반도체 프로세스들 및 기술들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 센서들과 전자 회로(218) 사이의 전기적 연결들은 실리콘 관통 비아들을 사용하여 배리어 층(312) 및/또는 웨이퍼 기판(202)을 통해 형성될 수 있다. 또한, 구성요소들은 알려진 기술들을 사용하여 입자 모니터링 디바이스(200)의 층들에 내장될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)는 개별적으로 형성된 후에, 재활용 프로세스 동안에 플립 칩 기술(flip chip technology)을 사용하여 배리어 층(312) 상에 장착될 수 있다.
[0056] 입자 모니터링 디바이스(200)에서의 마이크로 센서(210)의 구현예는 입자 검출을 위한 마이크로 센서들(210)을 사용하는 실시예를 나타낸다. 웨이퍼 제조 프로세싱 장비 및 방법들에서 마이크로 센서들(210)의 다른 용도들이 존재한다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상에 장착되어 에칭/증착 레이트를 검출 또는 측정할 수 있으며, 그러한 데이터는 웨이퍼 제조 프로세스, 예를 들어 에칭 또는 증착 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0057] 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 툴 상에 장착된 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도가 도시되어 있다. 웨이퍼(402), 예를 들어 반도체 재료의 웨이퍼 또는 입자 모니터링 디바이스(200)의 웨이퍼 기판(202)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 프로세스 챔버(114)에서 웨이퍼 제조 프로세스를 받을 수 있다. 웨이퍼(402)가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)을 통해 이동함에 따라, 웨이퍼(402)는 상이한 압력 상태들을 겪을 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(402)는 대기 상태들에서 팩토리 인터페이스(110) 내에 삽입될 수 있다. 다음에, 반도체 웨이퍼(402)가 팩토리 인터페이스(110)와 버퍼 챔버(108) 사이의 로드록(112) 내로 들어감에 따라, 로드록(112)은 120 밀리토르의 진공 상태로 될 수 있다. 다음에, 반도체 웨이퍼(402)는 로드록(112)으로부터 버퍼 챔버(108) 내로 통과될 수 있으며, 버퍼 챔버(108)의 압력은 100 밀리토르이다.
[0058] 웨이퍼(402)는 로드록(112)을 통해 버퍼 챔버(108)로부터 프로세스 챔버들(114) 중 하나로 이송될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)는 챔버 볼륨(406) 주위에 챔버 벽(404)을 포함할 수 있고, 챔버 볼륨(406)은 웨이퍼(402)를 수용하도록 크기 설정될 수 있다. 따라서, 반도체 재료는 프로세스 챔버(114) 내에서의 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(402) 상에 증착되거나 웨이퍼(402)로부터 제거될 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안에, 프로세스 챔버(114)의 챔버 볼륨(406)은, 예를 들어 진공 펌프 및/또는 터보 펌프와 같은 진공 소스(408)를 사용하여 진공 상태로 낮아진 챔버 압력을 가질 수 있다. 본 설명의 맥락에서, 진공 상태는 0.5 atm 미만의 임의의 압력일 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(114) 내의 진공 상태는 프로세스 챔버(114)가 버퍼 챔버(108)의 압력 미만, 예를 들어 100 밀리토르 미만인 챔버 압력을 갖는 경우에 존재한다. 따라서, 프로세스 챔버(114)는 웨이퍼 제조 프로세스의 제조 동작 동안에 진공 상태들 하에 있을 수 있다. 또한, 진공 상태들은 챔버 볼륨(406)으로부터 가스 혼합물들을 감소시키거나 제거할 수 있으며, 그에 따라 챔버 볼륨(406)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 플라즈마가 없을 수 있다.
[0059] 하나 이상의 마이크로 센서들, 예를 들어 마이크로 센서들(210)이 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 장착될 수 있다. 마이크로 센서들은 후술되는 마이크로 센서 유형들 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 대응하는 마스크 층들에 의해 덮인 각각의 감지 층들을 포함할 수 있다. 마이크로 센서들(210)은 챔버 볼륨(406) 내에서 프로세스 챔버(114) 상의 하나 이상의 위치들에 장착될 수 있다. 보다 상세하게는, 몇 개의 마이크로 센서들(210)은 챔버 볼륨(406) 내에서 챔버 벽(404) 상의 사전결정된 위치에 장착될 수 있다.
[0060] 일 실시예에서, 마이크로 센서(들)(210)는 챔버 벽(404) 이외의 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 일부분들 상에 장착된다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)이 챔버 벽(404) 상에 장착되는 대신에, 또는 그에 부가하여, 하나 이상의 마이크로 센서들(210)이 프로세스 챔버(114) 내의 웨이퍼 홀더(wafer holder)(410) 상에 장착될 수 있다. 웨이퍼 홀더(410)는, 예를 들어 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(402)를 정전기적으로 클램핑(clamping)하기 위한 전극(들)을 갖는 정전 척(electrostatic chuck)일 수 있다. 웨이퍼 홀더(410)는 웨이퍼(402)가 클램핑되는 유지 표면(412)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지 표면(412)은 웨이퍼 홀더(410) 위의 유전체 재료의 층일 수 있고, 마이크로 센서(210)는 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다. 보다 상세하게는, 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(402)에 근접한 영역 및/또는 웨이퍼(402)로부터 측방향으로 오프셋된 영역의 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 키트(process kit)는 유지 표면(412) 상에서 웨이퍼(402) 주위에 링을 포함할 수 있고, 마이크로 센서(210)는 프로세스 키트 상에 장착될 수 있다.
[0061] 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼(402)의 재료 증착 또는 제거 레이트들의 변화들을 검출하기 위해 웨이퍼(402)에 충분히 근접하게, 프로세스 챔버(114) 내에 위치되거나, 프로세스 챔버(114)의 소모성 또는 비소모성 부품들, 예를 들어 웨이퍼 홀더(410)에 내장될 수 있음이 고려된다. 예를 들어, 웨이퍼(402)는 전방 대향 표면, 즉 플라즈마를 향해 유지 표면(412)으로부터 등지고 있는 표면을 가질 수 있고, 마이크로 센서(210)는 재료 증착/제거에 민감한 센서 표면이 또한 전방으로 향하도록 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다.
[0062] 마이크로 센서들(210)이 프로세스 챔버(114) 내의 위치들 이외의 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 위치들에 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로 센서들이 로드록(112) 상에, 그 내에, 또는 그것에 근접하게 장착될 수 있다. 유사하게, 마이크로 센서(210)는, 몇 개의 예시적인 위치들을 들자면, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 가스 라인(gas line)(도시되지 않음), 진공 소스(408)로의 유동을 제어하는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 압력 제어 밸브(414), 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 로봇, 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 리프트 핀 상에, 그 내에, 또는 그것에 근접하게 장착될 수 있다. 마이크로 센서들(210)은 원하는 특정 프로세스 측정 및 제어에 따라 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 다른 위치들에 근접하게 장착될 수 있다. 여기서, "근접하게"는 상대적인 용어로서 사용되지만, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 특정 구성요소 근처의 마이크로 센서(210)의 존재는 구성요소 상에 증착되거나 구성요소로부터 제거된 재료 또는 입자들이 장착된 센서와 통계적으로 상호작용할 가능성이 있도록 하는 거리를 설명하도록 의도된 것이라는 것이 이해될 것이다. 이러한 상호작용들의 예들은 후술되는 방법들과 관련하여 추가로 설명된다.
[0063] 본원에 사용된 바와 같이, "마이크로"라는 용어는 실시예들에 따른 특정 센서들 또는 구조체들의 서술적인 크기를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "마이크로 센서(micro sensor)"라는 용어는 수 나노미터 내지 100 ㎛ 스케일의 치수들을 갖는 용량성 센서를 지칭할 수 있다. 즉, 일 실시예에서, 후술되는 바와 같은 마이크로 센서들(210)은 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 개별 셀들에 대해 0.05 내지 100 ㎛의 범위의 전형적인 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 본원에서 설명된 바와 같은 마이크로 센서들(210)은 그램의 백만분율 정도로 정확한 중량 측정을 할 수 있는 계기들인 다른 센서 유형들, 예를 들어 미량 천칭들(microbalances)과 쉽게 구별 가능하다. 즉, 미량 천칭들은 마이크로 스케일로 중량을 측정할 수 있지만, 본원에서 설명된 마이크로 센서들과 동일한 크기 범위 내에 있지는 않다. 크기 범위의 차이는 적어도, 몇 개의 마이크로 센서들, 예를 들어 수천 개가 챔버 볼륨(406) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 다른 곳에 끼워맞춰질 수 있기 때문에 유리한 반면, 몇 개의 미량 천칭들이 반도체 웨이퍼(402)를 수용하도록 크기 설정된 챔버 볼륨(406)에 끼워맞춰질 수 없다.
[0064] 본원에 사용된 바와 같이, "마이크로 센서들"이라는 용어는 마이크로 전기기계 시스템들(microelectromechanical systems; MEMS)과 관련된 재료들 및 제조 프로세스들을 사용하여 제조된 센서들을 또한 지칭할 수도 있다. 즉, 본원에서 설명된 마이크로 센서들(210)은 증착 프로세스들, 패터닝(patterning), 에칭 등과 같은 MEMS 프로세스들을 사용하여 제조될 수 있다. 따라서, 마이크로 센서들(210)은 MEMS 프로세스들을 사용하여 형성된 크기 및 구조를 갖는 MEMS-스케일 센서들일 수 있다. 그러나, 실시예들이 반드시 그에 한정되는 것은 아니며, 실시예들의 특정 양상들이 보다 크고, 가능하게는 보다 작은 크기 스케일들에 적용 가능할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0065] 하나의 마이크로 센서만이 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상에 장착될 수 있지만, 수백 내지 수백만 개의 마이크로 센서들과 같은 다수의 마이크로 센서들이 챔버 볼륨(406)에 끼워맞춰지거나, 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 다른 곳에 장착될 수도 있다. 즉, 후술되는 MEMS-스케일 크기의 마이크로 센서들이 제공되면, 많은 마이크로 센서들이 웨이퍼 프로세싱 툴(102)을 따라, 예를 들어 챔버 벽(404)(또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 다른 구성요소들) 주위에 분포되어, 웨이퍼 제조 프로세스 파라미터들, 예를 들어 프로세스 챔버(114) 내의 반도체 재료의 증착/제거를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
[0066] 각각의 마이크로 센서(210)는 알려진 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 제1 사전결정된 위치, 예를 들어 챔버 볼륨(406) 내의 제1 위치에 위치될 수 있고, 제2 마이크로 센서는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 제2 사전결정된 위치, 예를 들어 챔버 볼륨(406) 내의 제2 위치에 위치될 수 있다. 마이크로 센서들(210)은 프로세스 챔버(114) 상에 랜덤하게 또는 사전결정된 패턴으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 제2 위치는 제1 위치에 대해, 또는 프로세스 챔버(114) 상의 일부의 다른 기준점에 대해 알려진 포지션을 가질 수 있다. 따라서, 재료 증착/제거의 균일성은 제1 마이크로 센서 및 제2 마이크로 센서로부터의 실시간 측정치들을 비교함으로써 후술되는 바와 같이 결정될 수 있다.
[0067] 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 파라미터를 검출하기 위한 다른 센서들 및/또는 측정 계기들을 포함할 수 있다. 다른 센서들 및/또는 측정 계기들은 마이크로 센서들이 아닐 수 있다. 예를 들어, 후술되는 MEMS-스케일 센서들과 대조적으로, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 챔버 볼륨(406)의 광학 방출 분광(optical emissions spectrometry; OES) 시그니처(signature)를 검출하기 위해 프로세스 챔버(114) 상에 장착되거나 다른 방식으로 장착된 광학 분광기(optical spectrometer)(416)를 포함할 수 있다. OES 시그니처는 챔버 볼륨(406) 내의 원소들의 유형 및 양을 확인할 수 있다. 예를 들어, OES 시그니처는 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 어떤 화학 원소들이 챔버 볼륨(406) 내의 플라즈마 내에 존재하는 지를 확인할 수 있다. 챔버 볼륨(406)에서 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스의 다른 프로세스 파라미터들을 검출하기 위해 다른 센서들이 사용될 수 있다. 그러한 다른 센서들은 프로세스 챔버(114) 또는 웨이퍼(402)에 전달된 전력을 측정하기 위한 전기적 센서들, 웨이퍼 홀더(410)의 전기적 특성들을 측정하기 위한 전기적 센서들 등을 포함할 수 있다. 그러한 센서들은 반도체 재료(1108)의 증착/제거의 실제 양 또는 레이트를 측정할 수 없지만, 그럼에도 불구하고, 후술되는 이유들 때문에 마이크로 센서들(210)에 의해 얻어진 실제 증착/제거 측정치들과 상관될 수 있다.
[0068] 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 내의 입자의 존재와 상관관계가 있는 정보를 수집하기 위해 다른 센서들이 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 측정 디바이스들, 예를 들어 가속도계들(도시되지 않음)이 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 이동 부품들 상에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 로봇 또는 로봇 아암은 로봇의 모션(motion)을 감지하기 위한 가속도계를 포함한다. 대안적으로, 로드록 도어는 가속도계를 포함한다. 따라서, 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 파라미터, 예를 들어 로봇 움직임을 나타내는 모션 데이터는 가속도계에 의해 검출될 수 있고, 미립자의 소스를 결정하기 위해 마이크로 센서(210)로부터 수집된 입자 감지 데이터와 상관될 수 있다. 그러한 다른 센서들, 예를 들어 가속도계들의 응용들이 하기에서 추가로 설명된다.
[0069] 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 마이크로 센서들(210) 및/또는 측정 계기들 또는 디바이스들은 하나 이상의 전기 커넥터를 통해 서로 또는 다른 회로와 상호연결될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)는 챔버 벽(404) 및/또는 웨이퍼 홀더(410) 위로 연장되는 전기 트레이스에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 몇 개의 마이크로 센서들(210)은 각각의 전기 트레이스들(216)에 의해 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전기적 연결들이 마이크로 센서들(210) 사이에서 이루어질 수 있고, 그리고/또는 마이크로 센서들(210)이 전기 트레이스들, 전기 리드들, 비아들 및 다른 알려진 유형들의 전기 커넥터들을 사용하여 전자 회로(218)에 연결될 수 있다.
[0070] 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른, 입자 모니터링 디바이스 또는 웨이퍼 프로세싱 툴의 전자 회로의 블록도의 도면이 도시되어 있다. 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 전자 회로(218)는 웨이퍼(402) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 하부 구조체에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는 전술한 바와 같이 입자 모니터링 디바이스(200)의 상부 층(306) 상에 장착될 수 있다. 전자 회로(218)는 하우징 내에 봉입될 수 있다. 전자 회로(218)의 하우징 및/또는 전자 구성요소들은 웨이퍼(402)와 일체형일 수 있으며, 예를 들어 하우징은 전자 회로(218)를 캡슐화하는 웨이퍼 기판의 층들일 수 있다. 대안적으로, 하우징은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상에, 예를 들어 챔버 벽(404) 또는 웨이퍼 홀더(410) 상에 장착될 수 있다. 유사하게, 하우징은 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 다른 부분 상에, 예를 들어 챔버 볼륨(406) 외측의 외부 표면 상에 장착될 수 있다. 따라서, 전자 회로(218)는 마이크로 센서(210)에 대해 동일 위치에 배치되거나, 원격에 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전자 회로(218)는, 마이크로 센서(210)에 대해 원격으로 장착된 경우에도, 하나 이상의 입/출력(I/O) 연결부(502), 예를 들어 전기 트레이스, 전기 리드 또는 비아를 통해 마이크로 센서(210)와 전기적 연결 상태에 있을 수 있다.
[0071] 웨이퍼 프로세싱 장비의 전자 회로(218)는 클록(clock)(504)을 포함할 수 있다. 클록(504)은, 당업계에 알려진 바와 같이, 정확한 주파수를 갖는 전기 신호를 출력하기 위해, 전자 발진기(electronic oscillator), 예를 들어 수정 진동자(quartz crystal)를 갖는 전자 회로일 수 있다. 따라서, 클록(504)은 I/O 연결부(502)를 통해 수신된 전기 신호에 대응하는 시간 값을 출력하도록 구성될 수 있다. 시간 값은 다른 동작들과 독립적인 절대 시간 값일 수 있거나, 시간 값은 웨이퍼 프로세싱 장비 내의 다른 클록들과 동기화될 수 있다. 예를 들어, 클록(504)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 시스템 클록 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 링크 연결된 제조 설비의 호스트 컴퓨터(host computer)의 시스템 클록과 동기화될 수 있어, 클록(504)에 의해 출력된 시간 값은 시스템 클록에 의해 출력 또는 제어되는 시스템 동작들 및/또는 시스템 시간 값에 대응한다. 클록(504)은 특정 프로세스 동작이 일어날 때 시간 값의 출력을 개시하도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 프로세싱 장비의 전자 회로(218)는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)과 호스트 컴퓨터 사이의 통신들을 송신 및 수신하기 위한 네트워크 인터페이스 디바이스(network interface device)(506)를 포함할 수 있다.
[0072] 웨이퍼 프로세싱 장비의 전자 회로(218)는 프로세서(508)를 포함할 수 있다. 프로세서(508)는 버스(bus)(510) 및/또는 트레이스들에 의해 클록(504)에 동작 가능하게 결합되고, 예를 들어 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서(508)는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 나타낸다. 보다 상세하게는, 프로세서(508)는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로프로세서, RISC(reduced instruction set computing) 마이크로프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세서(508)는 또한, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 네트워크 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수도 있다.
[0073] 프로세서(508)는 본원에서 설명된 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 로직을 실행하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(508)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 상이한 사전결정된 위치들에 위치된 몇 개의 마이크로 센서들(210)로부터의 입력 신호들을 수신 및 분석하도록 구성될 수 있다. 따라서, 프로세서(508)는 자신이 동작 가능하게 연결된 마이크로 센서들(210)과 관련된 데이터를 결정하고 기록할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 마이크로 센서(210)의 커패시턴스가 변화할 때 마이크로 센서(210)의 위치를 기록할 수 있다. 프로세서(508)는 또한 각각의 수신된 입력 신호에 대응하는 클록(504)으로부터의 시간 값 출력들을 수신할 수 있고, 시간 값 출력을 시간 스탬프(time stamp)로서 메모리에 기록할 수 있다. 따라서, 프로세서(508)는, 예를 들어 주어진 시간에 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성을 결정하기 위해, 몇 개의 마이크로 센서들(210)로부터의 입력 신호들을 비교할 수 있다. 프로세서(508)는 마이크로 센서들(210)로부터 수신된 신호들에 기초하여 다른 유형들의 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로 센서들(210)로부터 수신된 입력 신호들은, 후술되는 바와 같이, 웨이퍼 제조 프로세스의 종료점을 결정하거나, 웨이퍼 제조 프로세스의 변화의 근본 원인을 결정하는 데 사용될 수 있다.
[0074] 다른 기능이 본원에서 설명된 바와 같이 프로세서(508)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 신호 프로세싱 기능을 포함할 수 있고, 예를 들어 마이크로 센서(210)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 물론, 전용 디지털-아날로그 컨버터가 그러한 목적들을 위해 또한 사용될 수도 있다. 유사하게, 설명된 임의의 프로세싱 기능들, 예컨대 변위 전류들을 필터링하는 것, 룩업 테이블들(lookup tables)을 참조하는 것과 같은 데이터에 대한 논리적인 결정들을 내리는 작업들을 수행하는 것, 보정 팩터들을 적용하는 것 등에 다른 전자기기가 사용될 수 있다. 또한, 그러한 프로세싱은 알려진 바와 같이 로컬 방식 또는 분산 방식으로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 그러한 전자기기 및 프로세싱 기술들은 간결화의 관점에서 여기서는 상세히 논의되지 않는다.
[0075] 마이크로 센서들(210)의 모니터링은 개별 또는 그룹 단위로 프로세서(508)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 프로세서(508)는 각각의 마이크로 센서(210)에 대한 개별 데이터를 모니터링 및 기록할 수 있다. 따라서, 각각의 마이크로 센서(210)는, 예를 들어 위치 또는 다른 센서-특정 데이터와 연관된 고유한 센서 식별 번호에 의해 개별적으로 식별 가능할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로 센서들(210)은 그룹들로 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 하나 이상의 마이크로 센서들(210)의 그룹에 대한 뱅크 데이터(bank data)를 모니터링 및 기록할 수 있다. 이들 그룹들은 센서 블록들(sensor blocks)로 지칭될 수 있고, 각각의 센서 블록은 대응하는 전원 및 프로세서를 가질 수 있다. 즉, 센서 블록들은 서로 독립적으로 기능할 수 있고, 개별적으로 모니터링 또는 제어될 수 있다. 따라서, 마이크로 센서들(210)의 그룹은 전체적으로 센서들의 그룹에 대응하는 위치 또는 다른 그룹-특정 데이터와 연관될 수 있다.
[0076] 웨이퍼 프로세싱 장비의 전자 회로(218)는, 예를 들어 웨이퍼 기판(202) 또는 챔버 벽(404) 상에 장착된 메모리(512)를 포함할 수 있다. 메모리(512)는 메인 메모리(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory; DRAM), 예컨대 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등), 정적 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(static random access memory; SRAM) 등), 또는 이차 메모리(예를 들어, 데이터 저장 디바이스) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(508)는 버스(510) 또는 다른 전기적 연결을 통해 메모리(512)와 통신할 수 있다. 따라서, 프로세서(508)는 메모리(512)에 동작 가능하게 결합되어, 트리거(trigger)된 마이크로 센서(210)의 사전결정된 위치 및 클록(504)에 의해 출력된 시간 값을 메모리(512)에 기록할 수 있다. 즉, 메모리(512)는 입자 또는 재료가 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 마이크로 센서(210)로부터 제거될 때의 시간, 및 재료가 마이크로 센서(210) 상에 내려앉거나 마이크로 센서(210)로부터 내려갈 때 영향을 받는 마이크로 센서가 장착된 위치를 기록할 수 있다.
[0077] 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 전자 회로(218)는 전술한 바와 같이 전원(304)을 포함할 수 있다. 전원(304)은 배터리, 커패시터 뱅크(capacitor bank), 또는 다른 알려진 전원 디바이스를 포함할 수 있다. 전원(304)은 버스(510)를 통해 전자 회로(218)의 구성요소들, 예를 들어 마이크로 센서들(210), 클록(504), 프로세서(508) 또는 메모리(512) 중 하나 이상에 전기적으로 접속될 수 있고, 전력을 공급할 수 있다.
[0078] 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 전자 회로(218)는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는, 입자 모니터링 디바이스(200)가 이동을 중단할 때, 예를 들어 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 특정 프로세스 챔버(114) 내에 로딩된 후에, 시간 값을 출력하기 시작하도록 클록(504)을 트리거하는 가속도계(514)를 포함할 수 있다. 따라서, 시간 값은 입자 모니터링 디바이스(200)가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 특정 프로세싱 스테이션 내에 로딩되는 시기에 관한 정보를 제공할 수 있다. 전자 회로(218)는 주파수 소스(516), 예를 들어 광역 주파수 소스(516), 또는 검출기(518)를 포함할 수 있다. 주파수 소스(516) 및 검출기(518)는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 마이크로 센서들(210)의 특정 실시예들과 관련하여 특정 응용을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 소스(516) 및 검출기(518)는 후술되는 바와 같이 마이크로-공진기 유형(micro-resonator type)의 마이크로 센서를 구동 및 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
[0079] 전술한 전자 회로(218)의 구성요소들은 사용될 수 있는 센서들의 범위를 예시한 것이고, 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, 온도 센서(520)와 같은 추가적인 센서들이 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 제조에 통합될 수 있다. 온도 센서(520)는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 하나 이상의 구성요소들, 예를 들어 챔버 볼륨(406)의 온도를 모니터링할 수 있다. 이제, 마이크로 센서들(210)의 다양한 실시예들이 설명된다. 처음에, 마이크로 센서들(210)의 구성들 및 예시들은 본질적으로 예시적인 것이고, 많은 추가적인 구성들이 본 설명에 기초하여 당업자에 의해 고려될 수 있는 것으로 언급된다.
[0080] 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들을 포함하는 적층(laminate) 구조들을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도가 도시되어 있다. 후술되는 유형의 몇 개의 마이크로 센서들(210), 예를 들어 용량성의 수정 진동자 미량 천칭(Quartz Crystal Micro-Balance; QCM) 또는 마이크로-공진기 센서들이 프로세스 챔버 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)는 웨이퍼 기판(202) 또는 프로세스 챔버(114)의 장착 표면(602) 상에 장착될 수 있다. 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)는, 예를 들어 나란한 구성으로 서로 인접할 수 있고, 각각의 마이크로 센서는 하나 이상의 감지 층들(604) 및 하나 이상의 마스크 층들(606)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)의 감지 층들(604)은, 제2 마이크로 센서(214)의 감지 층(604)이 마스크 층(606)에 의해 마스킹될 때, 제1 마이크로 센서(212)의 감지 층(604)이 주변 환경, 예를 들어 챔버 볼륨(406)에 노출되도록 선택적으로 노출 가능할 수 있다. 마찬가지로, 제2 마이크로 센서(214)의 감지 층(604)은 제1 마이크로 센서(212)의 감지 층(604)이 마스크 층(606)에 의해 마스킹될 때 주변 환경에 노출될 수 있다.
[0081] 선택적으로 노출 가능한 센서 구조를 달성하기 위해, 각각의 마이크로 센서는 하나 이상의 적층되고 교호하는 재료들의 열(column)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서(212)는 제1 마스크 층(610) 위에 적층되는 노출된 감지 층(608)을 포함하는 초기 구성을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제1 마스크 층(610)은 제1 감지 층(612) 위에 적층될 수 있다. 제1 센서 층(612)이 제1 마스크 층(610)에 의해 보호될 때, 노출된 감지 층(608)은 주변 환경, 예를 들어 챔버 볼륨에 개방되어 웨이퍼 제조 프로세스를 감지 및 모니터링할 수 있다.
[0082] 제2 마이크로 센서(214)는 제1 마이크로 센서(212)와 유사한 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 마이크로 센서(214)는 제2 감지 층(616) 위에 제2 마스크 층(614)을 가질 수 있다. 그러나, 초기 구성에서, 제1 마이크로 센서(212)의 노출된 감지 층(608)이 모니터링하고 있는 웨이퍼 제조 프로세스로부터 제2 감지 층(616)이 보호되도록, 제2 마스크 층(614)이 주변 환경에 개방될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 제1 감지 층(612)이 수명 종료에 도달한 경우, 제2 마스크 층(614)이 제거되어 제2 감지 층(616)을 노출시킬 수 있다. 따라서, 웨이퍼 프로세싱 장비의 감지 능력은 리프레시 및 연장될 수 있고, 후속하는 일련의 웨이퍼 프로세싱 사이클들 동안에 주변 환경을 모니터링하도록 제2 감지 층(616)이 노출될 수 있다.
[0083] 일 실시예에서, 제1 마이크로 센서(212) 또는 제2 마이크로 센서(214)의 교호하는 마스크 층들(606)은 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 마스크 층들(606)을 형성하는 재료들은 상이한 작용들에 의한 에칭에 민감할 수 있다. 예로서, 초기 구성에서 노출된 감지 층(608) 아래에 배치된 제1 마스크 층(610)은 제1 마스크 재료로 형성될 수 있고, 초기 구성 동안에 주변 환경에 노출될 수 있는 제2 마스크 층(614)은 제2 마스크 재료로 형성될 수 있다. 제1 마스크 재료는 챔버 볼륨 내의 에천트에 의한 에칭에 민감할 수 있고, 제2 마스크 재료는 동일한 에천트에 의한 에칭에 민감하지 않을 수 있거나, 또는 그 반대일 수도 있다. 따라서, 제2 마스크 층(614)이 에칭되어 하부의 제2 감지 층(616)을 노출시키는 경우, 이용된 에천트는 제1 마스크 층(610)을 제거할 수 없으며, 그에 따라 제1 마이크로 센서(212)의 하부의 제1 감지 층(612)은 제2 감지 층(616)이 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링하고 있을 때 온전하고 보호된 상태로 유지될 수 있다.
[0084] 각각의 마이크로 센서 내의 감지 층들(604)은 하나 이상의 마스크 층들(606)에 의해 서로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서(212)의 노출된 감지 층(608)은 제1 마스크 층(610)에 의해 제1 감지 층(612)으로부터 분리될 수 있다. 즉, 마스크 층(606)의 제1 마스크 층은 노출된 감지 층(608)과 제1 감지 층(612) 사이에 있을 수 있다. 유사하게, 중간 마스크 층(618)은 노출된 감지 층(608)과 제1 감지 층(612) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 중간 마스크 층(618)은 도시된 바와 같이 제1 마스크 층(610) 아래에, 또는 제1 마스크 층(610) 위에 있을 수 있다. 다시 말해서, 마이크로 센서의 2 개의 감지 층들은 마이크로 센서의 2 개 이상의 마스크 층들에 의해 분리될 수 있다. 또한, 동일한 마이크로 센서의 마스크 층들은 이종 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 마스크 층(618)은 제1 마스크 층(610)과 상이한 에천트에 의한 에칭에 민감한 상이한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 각각의 마이크로 센서의 마스크 층들(606)은 이종 재료들로 형성될 수 있어, 사전결정된 에천트들에 의해 선택적으로 에칭되어 원하는 대로 하부 구조를 노출시킬 수 있다.
[0085] 도 6에 도시된 적층 구조는 개별 마이크로 센서들 또는 마이크로 센서의 일부분들을 나타내는 감지 층들(604)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 마이크로 센서(212)는 각각의 제1 및 제2 도체들(그러한 도체들은 도 9와 관련하여 후술함)을 갖는 몇 개의 적층되고 수직으로 오프셋된 용량성 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 마이크로 센서(212)는 개별적인 용량성 마이크로 센서인 것으로 고려될 수 있고, 그에 따라 후술되는 바와 같은 용량성 마이크로 센서의 세장형 도체는 개재된 마스크 층들(606)에 의해 서로 절연된 몇 개의 수직으로 분리된 감지 층들(604)을 포함하는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
[0086] 마이크로 센서가 적층 구조를 포함하는 경우, 다양한 층들의 에칭은 마이크로 센서의 파라미터를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 센서 자체가 층을 이루는 경우, 층들의 제거는 센서의 커패시턴스를 변화시킬 수 있다. 따라서, 커패시턴스가 변화함에 따라, 센서는 에칭을 조정하도록 재보정될 수 있다. 즉, 센서는 웨이퍼 제조 프로세스의 정확한 감지를 위해 새로운 기본 커패시턴스를 조정하도록 재보정될 수 있다.
[0087] 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들(604) 위에 블랭킷 마스크 층(702)을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도가 도시되어 있다. 몇 개의 마이크로 센서들은 장착 표면(602) 위에 나란히 배열될 수 있다. 가장 좌측의 마이크로 센서는 초기 구성에서 노출된 감지 층(608)을 포함할 수 있다. 대조적으로, 다른 마이크로 센서들, 예를 들어 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)는 각각의 감지 층들(604) 및 마스크 층들(606)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서(212)는 제1 감지 층(612) 위에 제1 마스크 층(610)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 마이크로 센서(214)는 제2 감지 층(616) 위에 제2 마스크 층(614)을 포함할 수 있다.
[0088] 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 센서의 각각의 마스크 층들(606)은 블랭킷 마스크 층(702)의 일부분일 수 있다. 보다 상세하게는, 노출된 감지 층(608)이 초기 구성 동안에 주변 환경을 모니터링하고 있을 때, 덮인 감지 층들(604)을 보호하기 위해 연속 마스크 코팅이 각각의 센서 프로브들(sensor probes) 위에 도포될 수 있다. 블랭킷 마스크 층(702)은 웨이퍼 제조 프로세스가 노출된 감지 층(608)에 의해 모니터링되는 동안에 사용되는 에천트에 저항성을 가질 수 있다. 후술되는 바와 같이, 노출된 감지 층(608)이 수명 종료에 도달한 경우, 블랭킷 마스크 층(702)이 민감한 다른 에천트가 사용될 수 있으며, 다른 에천트는 블랭킷 마스크 층(702)의 두께를 감소시킬 수 있어, 마스크 재료가 제거되어 인접한 마이크로 센서들을 노출시키고, 예를 들어 제1 마이크로 센서(212)를 노출시킨다.
[0089] 블랭킷 마스크 층(702)은 마이크로 센서를 덮는 블랭킷 마스크 층(702)의 부분의 각각의 두께에 기초하여 하부의 마이크로 센서들(210)이 에천트에 의해 순차적으로 노출되도록 가변 두께를 갖는 층 프로파일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 블랭킷 마스크 층(702)은 제1 감지 층(612) 위의 제1 마스크 층(610)이 제1 두께를 갖고, 제2 감지 층(616) 위의 제2 마스크 층(614)이 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖도록, 도시된 바와 같이 웨지형 층 프로파일(wedge-shaped layer profile)을 가질 수 있다. 즉, 제1 두께는 제2 두께보다 작을 수 있고, 그에 따라 균일한 레이트로 블랭킷 마스크 층(702)을 제거하게 되면, 제2 감지 층(616) 이전에 제1 감지 층(612)을 노출시킬 것이다. 블랭킷 마스크 층(702)의 층 프로파일은 임의의 가변 두께의 프로파일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층 프로파일은 단차형, 포물선형 등일 수 있다.
[0090] 도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른, 선택적으로 노출 가능한 감지 층들(604) 위에 상이한 재료들의 마스크 층들(606)을 갖는 몇 개의 마이크로 센서들의 단면도가 도시되어 있다. 마이크로 센서들의 몇 개의 세트들이 장착 표면(602) 상에 배열될 수 있다. 마이크로 센서들의 각 세트는 각각의 마스크 층들(606)에 의해 덮인 각각의 감지 층들(604)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서들(212)의 세트는 각각의 제1 감지 층들(612)(숨겨짐) 위에 각각의 제1 마스크 층들(610)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 마이크로 센서들(214)의 세트는 각각의 제2 감지 층들(616)(숨겨짐) 위에 각각의 제2 마스크 층들(614)을 포함할 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안의 어느 한 시간에, 마이크로 센서들의 세트는 각각의 노출된 감지 층들(608)을 포함할 수 있다. 따라서, 노출된 감지 층들(608)은, 마이크로 센서들의 다른 세트들의 감지 층들(604)이 각각의 마스크 층들(606) 아래에 보호된 상태로 유지되는 동안에, 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링할 수 있고, 예를 들어 에칭될 수 있다.
[0091] 마이크로 센서들의 다양한 세트들의 각각의 마스크 층들(606)은 상이한 에천트들에 의한 에칭에 민감한 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 따라서, 다양한 세트들의 마스크 층들(606)은, 노출된 감지 층들(608)의 다른 세트가 사용되었을 때, 및/또는 수명 종료에 도달했을 때 하부의 감지 층들(604)을 노출시키도록 선택적으로 제거될 수 있다.
[0092] 일 실시예에서, 마이크로 센서들의 각 세트는 각각의 전기 버스(802)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 마이크로 센서들의 세트들은 개별적으로 샘플링되어 마이크로 센서들의 파라미터의 변화를 검출할 수 있고, 그에 따라 웨이퍼 제조 프로세스를 측정 및 모니터링할 수 있다.
[0093] 전술한 센서 방식들은 하이브리드 센서 구성(hybrid sensor configuration)으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같은 다층 센서 구조들은, 도 7의 블랭킷 마스크 층(702)에 도시된 프로파일과 같은 가변 두께를 갖는 상부 마스크를 포함할 수 있다. 마이크로 센서들의 제1 세트의 감지 층들(604)은 가변 두께 상부 마스크를 에칭함으로써 순차적으로 노출될 수 있고, 다음에 마이크로 센서들의 후속 감지 층들(604)은 적층 구조의 수직으로 오프셋된 감지 층들(604) 사이의 중간 마스크 층들(618)을 제거함으로써 노출될 수 있다.
[0094] 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의 사시도가 도시되어 있다. 마이크로 센서(210)는 커패시턴스를 갖는 용량성 마이크로 센서를 포함할 수 있고, 마이크로 센서(210)의 커패시턴스는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스에 응답하여 변화할 수 있다. 마이크로 센서(210)는 측정 회로에 연결된 2 개 이상의 전극들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)는 유전체 갭(dielectric gap)에 의해 제2 도체(904)로부터 분리된 제1 도체(902)를 포함하는, 감지 층 내의 한 쌍의 도체들을 가질 수 있다. 제1 도체(902) 및/또는 제2 도체(904)는 전기적으로 대전될 수 있다. 예를 들어, 전극들 중 하나 이상은 전자 회로(218)의 측정 회로로부터의 신호들을 구동 및 감지하도록 직접 연결될(tied) 수 있다. 일 실시예에서, 전극들 중 하나는 접지 전위에 연결된다.
[0095] 제1 도체(902) 및 제2 도체(904)는 전도성 재료, 예컨대 폴리실리콘, 알루미늄, 텅스텐 등으로 형성될 수 있다. 도체들은 기판(906) 상에 형성되거나 다른 방식으로 장착될 수 있다. 기판(906)은 입자 모니터링 디바이스(200)의 웨이퍼 기판(202)의 일부분일 수 있다. 대안적으로, 기판(906)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상에 장착될 수 있다. 기판(906)은 실리콘 웨이퍼 기판, 유기 재료, 블랭킷 유리 기판, 또는 다른 고체 유전체 기판, 예를 들어 알루미나(alumina), 석영, 실리카(silica) 등일 수 있다.
[0096] 각각의 도체는 각각의 평면들을 따라 전도성 패드(908)로부터 연장되는 몇 개의 핑거형 도체들(fingerlike conductors)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도체(902)는 몇 개의 제1 세장형 도체들(910)을 포함할 수 있고, 제2 세장형 도체(912)는 몇 개의 제2 세장형 도체들(912)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 세장형 도체들(910) 및 제2 세장형 도체들(912)은 깍지끼어져 있다. 보다 상세하게는, 세장형 도체들은 핑거형 구조체들 사이에 커패시턴스를 형성하도록 동일한 평면 내에서 상호로킹되거나 상호맞물려질 수 있다. 신호들은 전도성 패드들(908)을 통해 세장형 도체들 내로 그리고 밖으로 운반될 수 있다. 따라서, 마이크로 센서(210)는 평면 구성을 갖는 커패시터를 포함할 수 있다.
[0097] 마이크로 센서(210)는 감도를 최대화하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서(210)의 전극들은 작은 크기로 형성되고, 작은 공간에 의해 분리될 수 있다. 이러한 크기 스케일링은, 센서들을 개별적으로, 그리고 전체적으로 보다 작은 입자들에 민감하고 입자들을 보다 이산적으로 검출할 수 있게 제조함으로써 높은 감도 및 활성 영역 밀도를 달성할 수 있다. 예로서, 각각의 세장형 도체는 3 미크론 미만의 유전체 갭 거리만큼 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 갭 거리는 50 내지 100 ㎚의 범위일 수 있다. 따라서, 마이크로 센서(210)는 전극들 사이의 유전 특성들에서 작은 섭동들(perturbations)을 검출할 수 있다. 모니터링 및 제어 전자 회로(218)의 디자인은 또한 감도를 변조하도록 조작될 수 있다. 따라서, 마이크로 센서들(210)의 전형적인 검출 범위들은 낮은 펨토패럿(femtofarad) 내지 수십 피코패럿(picofarad) 범위에 있을 수 있고, 검출 분해능은 대략 아토패럿(attofarad) 정도일 수 있다.
[0098] 도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의 사시도가 도시되어 있다. 마이크로 센서(210)는 제1 도체(902) 또는 제2 도체(904) 중 하나 이상 위에 코팅(1002)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(1002)은 평면형 깍지낀 커패시터로 패터닝된 도체들의 영역 위에 도포될 수 있다. 코팅(1002)은 유기 또는 유전체 재료일 수 있다. 보다 상세하게는, 코팅(1002)은 웨이퍼 제조 프로세스에 반응하도록 선택된 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(1002)은 에칭 프로세스의 타겟 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 코팅(1002)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 유전체 재료를 포함한다. 따라서, 에칭 프로세스가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 의해 수행될 때, 소정량의 코팅(1002)이 제거될 수 있다.
[0099] 일 실시예에서, 코팅(1002)은 마이크로 센서(210)의 마스크 층의 일부분을 형성하고, 도체들(902, 904)은 마이크로 센서(210)의 감지 층의 일부분을 형성한다. 센서 층들은 또한 다층이고, 전술한 바와 같이 개재된 마스크 층들을 포함할 수 있다.
[00100] 도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로 센서의, 도 10의 선 A-A를 따라 절취한 단면도가 도시되어 있다. 마이크로 센서(210)는 기판(906) 위에 한 쌍의 도체들(1102)을 포함한다. 한 쌍의 도체들(1102)은, 예를 들어 제1 도체(902)의 제1 세장형 도체(910) 및 제2 도체(904)의 제2 세장형 도체(912)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 한 쌍의 도체들(1102)은 코팅(1002)에 의해 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 코팅(1002)은 도 10에 도시된 바와 같은 블랭킷 코팅일 수 있다. 보다 상세하게는, 코팅(1002)은 깍지낀 도체들 사이에 측방향으로, 즉 유전체 갭을 충전하는 필러 부분(filler portion)(1104), 및 도체들의 상부 표면 위에 성층화된 오버코트 부분(overcoat portion)(1106)을 포함할 수 있다. 코팅(1002)은 적층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 필러(1104)는 경질 유전체, 예컨대 산화물 또는 질화물과 같은 제1 재료로 형성된 제1 층일 수 있고, 오버코트(1106)는 유기 재료와 같은 제2 재료로 형성된 제2 층일 수 있다. 코팅(1002)의 어느 부분도 선택적이라는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 코팅(1002)은 도체들 사이에 측방향으로 필러(1104)를 포함하고, 코팅(1002)은 도체들의 상부 표면이 노출되도록 오버코트(1106)를 포함하지 않는다. 대안적으로, 코팅(1002)은 도체들 위에 오버코트(1106)를 포함할 수 있고, 코팅(1002)은 도체들 사이에서 측방향으로 유전체 갭 내에 보이드(void)가 존재하도록 필러(1104)를 포함하지 않을 수 있다. 코팅(1002)의 다른 실시예들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 코팅(1002)은 컨포멀(conformal)형일 수 있어서, 예를 들어 2 나노미터 두께의 얇은 컨포멀 코팅(conformal coating)이 기판(906) 및 도체들의 상부 및 측방향 표면들 위에 성층화된다. 세장형 도체들은 컨포멀 코팅(1002)의 두께, 예를 들어 3 미크론보다 큰 폭 또는 높이를 가질 수 있으며, 그에 따라 코팅(1002)은 마이크로 센서(210)의 전체 표면을 덮을 수 있고, 한 쌍의 도체들(1102) 사이의 유전체 갭의 적어도 일부분이 충전되지 않을 수 있다.
[00101] 마이크로 센서(210)의 임의의 부분 상에의 재료(1108)의 증착은 마이크로 센서(210)의 커패시턴스의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 깍지낀 핑거형 구조체들 또는 도 10에 도시된 코팅(1002) 상에의 재료(1108)의 증착은 한 쌍의 도체들(1102) 사이의 전기장을 변경함으로써 커패시턴스를 변화시킬 수 있다.
[00102] 일 실시예에서, 마이크로 센서(210) 상에 증착된 재료(1108)는 가스이다. 따라서, 마이크로 센서(210)는 몇 개의 표면적 증가 구조체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면적 증가 구조체들은 가스를 포획 또는 흡수하도록 설계된 섬유들 또는 기공들(1110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(1002)은 프로세스 챔버(114) 내의 스폰지(sponge)와 같은 가스를 흡수하기 위해 사전결정된 다공도를 갖는 재료, 예를 들어 다공성 산질화물을 포함할 수 있다. 가스가 기공들(1110)에 의해 흡수될 때, 가스는, 예를 들어 공기-충전된 기공들(1110)과 비교하여 벌크 재료(bulk material)의 유전 상수를 증가시킴으로써, 코팅(1002)의 유전 상수를 변경시킬 수 있고, 커패시턴스가 변화할 수 있다.
[00103] 마이크로 센서(210)로부터의 재료의 제거는 마이크로 센서(210)의 커패시턴스의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 깍지낀 핑거형 구조체들 또는 코팅(1002)으로부터의 재료(1108)의 제거는 전기장을 변경시킴으로써 커패시턴스를 변화시킬 수 있다.
[00104] 재료(1108)의 증착 또는 제거에 의해 야기된 커패시턴스 변화는 증착의 양 또는 레이트를 결정하도록 감지될 수 있다. 예를 들어, 커패시턴스의 변화는 추가되거나 제거된 재료(1108)의 양과 직접적으로 상관될 수 있다. 또한, 커패시턴스가 실시간으로 모니터링될 수 있다면, 예를 들어 분당 옹스트롱(angstroms per minute) 단위의 에칭 레이트가 계산될 수 있다. 예비 데이터는 마이크로 센서들(210) 상에의 입자들의 존재를 검출하기 위해 마이크로 센서들(210)의 커패시턴스 변화들이 측정될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 추가적으로, 몇 개의 마이크로 센서들(210)은 비교적 큰 입자들을 검출하도록 다중화될 수 있다. 유사하게, 마이크로 센서들(210)의 조합이 입자 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다.
[00105] 도체들(902, 904), 기판(906) 및 코팅(1002)의 재료 선택은 마이크로 센서(210)가 모니터링 또는 제어하는 데 사용되는 프로세스에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 구조체들 중 하나 이상은 모니터링되고 있는 에칭 프로세스에 대해 불투과성일 수 있다. 예를 들어, 코팅(1002)은 에칭 프로세스에 의해 제거되도록 설계될 수 있으며, 기판(906)은 에칭 프로세스에 대해 불투과성이도록 설계될 수 있다. 유사하게, 코팅(1002)은 프로세스에 의해 제거 가능할 수 있으며, 세장형 도체들은 프로세스에 의해 제거 가능하지 않을 수 있다.
[00106] 마이크로 센서(210)의 구조체들의 기하 형상은 또한 모니터링 또는 제어되는 프로세스에 대응하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 프로세스가 재료 증착을 포함하는 경우, 재료(1108)가 도체들 상에 또는 도체들 사이에 증착될 때 검출 가능한 커패시턴스 변화가 일어나는 것을 보장하기 위해 핑거형 구조체들은 가능한 한 서로 근접하게 배치될 수 있다. 도체들의 두께도 또한 변경될 수 있다. 예를 들어, 깍지낀 세장형 도체들은 평면 구조가 아니라, 구조를 평행 플레이트 구조와 더 유사하게 하도록 두껍게 될 수 있다.
[00107] 도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 시스템의 트랜지스터 센서(transistor sensor) 유형의 마이크로 센서의 개략도가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 프로세싱 장비의 하나 이상의 마이크로 센서들(210)은 트랜지스터 센서(1200)를 포함한다. 트랜지스터 센서(1200)는 마이크로 센서(210)의 감지 층의 일부분을 형성할 수 있다. 트랜지스터 센서(1200)는 하나 이상의 트랜지스터, 예를 들어 MOSFET(1202)을 포함할 수 있다. MOSFET(1202)은 소스(1204), 드레인(drain)(1206) 및 게이트(gate)(1208)를 포함할 수 있다. 트랜지스터 센서(1200)는 또한 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 재료(1108)를 수용 또는 방출하는 컬렉터(collector)(1210)를 포함할 수 있다. 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)와 물리적으로 분리될 수 있지만, 서브 구성요소들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 컬렉터(1210)는 전기 트레이스(1212)를 통해 MOSFET(1202)의 게이트(1208)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, MOSFET(1202)은 컬렉터(1210)가 MOSFET(1202)으로부터 이격된 사전결정된 위치에 위치된 경우에도 재료(1108)가 컬렉터(1210) 상에 내려앉거나 컬렉터(1210)로부터 증발한 것을 검출하도록 구성될 수 있다.
[00108] 컬렉터(1210)는 재료(1108)를 수용하도록 크기 설정 및 구성될 수 있다. 예를 들어, 재료(1108) 입자들의 전형적인 크기는 45 나노미터 내지 1 미크론 범위일 수 있고, 그에 따라 컬렉터(1210)는 적어도 1 미크론의 직경을 갖는 외부 림(outer rim)을 갖는 외부 프로파일을 포함할 수 있다. 하향 방향에서 보았을 때의 외부 림의 형상은 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 또한, 컬렉터(1210)는 편평할 수 있고, 즉 평면형 센서 표면을 가질 수 있거나, 컬렉터(1210)는 원추형 센서 표면을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)과는 별개의 구조체가 아니고, 대신에 MOSFET(1202)에 합체된다. 예를 들어, 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)의 게이트(1208) 상의 수집 영역일 수 있다.
[00109] 후술되는 마이크로-공진기 센서(1300)와 유사하게, 트랜지스터 센서(1200)의 컬렉터(1210)는 웨이퍼(402)의 표면을 시뮬레이션하도록 구성된 센서 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터 센서(1200)는 웨이퍼(402) 근처에, 예를 들어 유지 표면(412) 상에 위치될 수 있고, 센서 표면은 웨이퍼 표면이 향하는 방향에 평행한 전방 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 컬렉터(1210)는, 예를 들어 동일하거나 상이한 재료의 베이스 층 및 상부 층을 갖는 다층 구조를 포함할 수 있다.
[00110] 일 실시예에서, 트랜지스터 센서(1200)의 파라미터는 MOSFET(1202)에 대응한다. 보다 상세하게는, 트랜지스터 센서(1200)의 파라미터는 게이트(1208)를 가로질러 측정된 MOSFET(1202)의 임계 전압(threshold voltage)일 수 있다. 임계 전압은 컬렉터(1210) 상의 재료(1108)의 존재 또는 부존재에 직접적으로 대응할 수 있다. 예를 들어, 임계 전압은 제1 양의 재료(1108)가 컬렉터(1210) 상에 있을 때 제1 값을 가질 수 있고, 임계 전압은 제2 양의 재료(1108)가 컬렉터(1210) 상에 있을 때 제2 값(제1 값과 상이함)을 가질 수 있다. 따라서, 컬렉터(1210)의 센서 표면으로부터 수집되거나 방출된 재료(1108)는 트랜지스터 센서(1200)의 임계 전압에 기초하여 결정될 수 있다. 프로세서(508)는 임계 전압의 변화를 검출하도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 임계 전압의 변화가 검출될 때, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 이 변화를, 입자 검출, 또는 재료(1108)의 증착 또는 제거의 양으로서 기록할 수 있다. 임계 전압은 웨이퍼(402) 상에의 재료(1108)의 실제 증착 레이트 또는 웨이퍼(402)로부터 재료(1108)의 실제 제거 레이트를 결정하도록 시간 경과에 따라 기록될 수 있다.
[00111] 도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 시스템의 마이크로-공진기 유형의 마이크로 센서의 개략도가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 하나 이상의 마이크로 센서는 마이크로-공진기 센서(1300)를 포함한다. 마이크로-공진기 센서(1300)는 마이크로 센서(210)의 감지 층의 일부분을 형성할 수 있다. 마이크로-공진기 센서(1300)는 수정 진동자 미량 천칭(QCM), 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW), 또는 박막 벌크 음향 공진기들(Film Bulk Acoustic Resonators; FBAR)과 같은 적합한 공진 질량 센서(resonant mass sensor)일 수 있으며, 이들 모두는 그 표면들 상에 증착된 공기중 입자들의 누적 질량(1302)을 정량화한다. 마이크로-공진기 센서들(1300)의 복잡성 및 다양성에 대한 설명은 간결화 및 이해의 용이화의 목적으로 간략화된 설명을 위해 여기서는 설명되지 않는다. 마이크로-공진기 센서(들)(1300)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102) 상의 사전결정된 위치들에 분포될 수 있다. 각각의 마이크로-공진기 센서(1300)는 당업계에 알려진 바와 같이, 특성 주파수, 예를 들어 공진 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 매우 상세하게 들어가지 않고, 마이크로-공진기 센서(1300)는 단순한 질량-스프링 시스템(mass-spring system)으로 나타낼 수 있다. 마이크로-공진기 센서(1300)의 특성 주파수는 마이크로-공진기 시스템의 질량(1302)에 반비례할 수 있다. 예를 들어, 특성 주파수는 마이크로-공진기 센서(1300)의 sqrt(k/M)에 비례할 수 있으며, 여기서, 'M'은 질량(1302)에 대응하고, 'k'는 마이크로-공진기 센서(1300)의 비례 상수에 대응한다. 따라서, 마이크로-공진기 센서(1300)가 예를 들어 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 재료(1108)를 수용 또는 방출할 때 특성 주파수가 시프팅(shifting)한다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 재료(1108), 예를 들어 반도체 재료가 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내의 마이크로-공진기 센서(1300)의 센서 표면 상에 증착되거나 센서 표면으로부터 제거될 때, 마이크로 공진 센서(1300)의 질량(1302)은 변화하고, 따라서 특성 주파수가 시프팅한다.
[00112] 일 실시예에서, 센서 표면은 재료(1108)를 포함한다. 보다 상세하게는, 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(402) 상에 증착되거나 웨이퍼(402)로부터 제거되는 재료(1108)와 동일한 반도체 재료(1108)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 제조 프로세스가 실리콘 웨이퍼(402) 상에 실리콘을 증착하기 위한 증착 프로세스인 경우, 센서 표면은 실리콘을 포함하여, 웨이퍼(402)와의 상호작용과 유사한 방식으로 증착된 재료(1108)가 센서 표면과 상호작용하는 것을 보장할 수 있다. 유사하게, 웨이퍼 제조 프로세스가 실리콘 웨이퍼(402)로부터 실리콘을 제거하기 위한 에칭 프로세스인 경우, 센서 표면은 실리콘을 포함하여, 실리콘 웨이퍼(402)로부터의 실리콘의 제거 레이트와 유사한 레이트로 재료(1108)가 센서 표면으로부터 에칭되는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(402)에 동시에 일어나는 실제 증착 레이트 또는 제거 레이트를 측정하기 위해 웨이퍼(402)의 표면을 시뮬레이션할 수 있다.
[00113] 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 광 센서 유형의 마이크로 센서의 개략도가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 하나 이상의 마이크로 센서들은 광 센서(1400)를 포함한다. 광 센서(1400)는 마이크로 센서(210)의 감지 층의 일부분을 형성할 수 있다. 광 센서(1400)는 당업계에 알려진 바와 같은 마이크로-광기전 시스템들(Micro-Opto-electro-Mechanical Systems; MOEMS)일 수 있으며, 알려진 반도체 프로세싱 동작들을 사용하여 기판 상에 직접 형성될 수 있다. MOEMS의 복잡성 및 다양성에 대한 설명은 간결화 및 이해의 용이화의 목적으로 간략화된 설명을 위해 여기서는 설명되지 않는다. 광 센서(1400)는 기판의 센서 표면(도시되지 않음)에 걸쳐 분포된 몇 개의 마이크로 미러들(micro mirrors) 또는 렌즈들을 포함할 수 있다. 매우 상세하게 들어가지 않고, 광 센서(1400)는 광원(1404)으로부터 나오는 광학 경로(1402)를 포함할 수 있다. 광학 경로(1402)는 광원(1404)과 광 검출기(1406) 사이에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 광 센서(1400)의 파라미터는 광원(1404)으로부터의 광이 광 검출기(1406)에서 수신되는지 여부에 대응한다. 예를 들어, 파라미터는 광학 경로(1402)를 방해하는 재료(1108)에 응답하여 변화할 수 있다. 즉, 재료(1108)의 입자들이 광학 경로(1402)를 통과하거나 광학 경로(1402) 내에 놓이고 광원(1404)과 광 검출기(1406) 사이에서 광을 차단할 때, 파라미터가 변화할 수 있다. 일 실시예에서, 입자가 광 센서(1400)를 통과할 때, 광원(1404)으로부터의 광은 다른 광 검출기(1406)로 향하는 상이한 광학 경로(1402)를 따라 반사된다. 다른 광 검출기(1406)에 의한 반사된 광의 검출은 광 센서(1400)의 파라미터에 대한 변화를 초래할 수 있다. 파라미터는, 예를 들어 광 검출에 대응하는 광 센서(1400)의 출력 전압일 수 있다. 프로세서(508)는 출력 전압의 변화를 검출하도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 출력 전압의 변화가 검출될 때 및/또는 광학 경로(1402)에서의 방해가 검출될 때, 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 이 변화를, 기판 상의 센서 표면 상에의 재료(1108)의 증착 또는 센서 표면으로부터의 재료(1108)의 제거로서 기록할 수 있으며, 그에 따라 증착/제거의 양들 및/또는 레이트들이 실시간으로 측정 및 모니터링될 수 있다.
[00114] 전술한 마이크로 센서 유형들은 외부 압력들과 독립적인 전기적 파라미터들에 기초하여 동작하기 때문에, 마이크로-공진기 센서(1300), 트랜지스터 센서(1200) 또는 광 센서(1400) 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 마이크로 센서들(210)을 갖는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 진공 상태들 하에서를 포함하여, 임의의 압력 체계에서 작동할 수 있음이 이해될 것이다. 유사하게, 마이크로 센서들은 무플라즈마 상태들 하에서를 포함하여, 챔버 볼륨(406)의 가스 일관성에 관계없이 동작할 수 있다.
[00115] 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)은 전술한 센서들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들(210)은 하부 기판 상에 수천 개씩 그룹화될 수 있다. 보다 상세하게는, 마이크로 센서들(210)은 뱅크들(banks)로 연결될 수 있어, 뱅크들로부터 상이한 수의 커패시터들을 선택함으로써 기본 커패시턴스가 선택될 수 있다. 그러한 선택은 프로세서(508)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(508)는 상이한 유형들의 센서들을 모니터링한다. 예를 들어, 재료 증착을 검출하도록 구성된 마이크로 센서(210) 및 재료 에칭을 검출하도록 구성된 마이크로 센서(210)가 동시에 모니터링되거나, 웨이퍼 제조 프로세스의 상이한 단계들 동안에 모니터링되어, 추가적인 데이터를 수집하고 다목적 센서를 형성할 수 있다. 유사하게, 아날로그-디지털 용량성 측정 회로가 추가적인 정보를 얻기 위해 상이한 주파수들에서 마이크로 센서들(210)을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 측정 회로는 추가적인 정보를 수집하기 위해, 저주파수 또는 고주파수에서, 또는 광범위한 주파수들을 통해 스위핑함으로써, 하나 이상의 마이크로 센서들(210)을 탐색할 수 있다.
[00116] 예를 들어 프로세스 챔버(114) 상에 장착된 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)이 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링 또는 제어하는 데 사용될 수 있다. 모니터링은 액티브 마이크로 센서들이 수명 종료에 도달함에 따라 마이크로 센서들의 감지 층들을 리프레시하거나 노출시키는 것을 포함한다. 제한적이진 않지만, 그러한 모니터링 및 제어를 수행하는 몇 개의 방법들이 후술된다. 간결화를 위해, 후술되는 방법들에서의 동작들은 커패시턴스 파라미터를 갖는 마이크로 센서의 모니터링을 지칭할 수 있지만, 상기 방법들은 전술한 마이크로 센서 유형들과 같은 다른 마이크로 센서 유형들을 포함하도록 적응될 수 있다.
[00117] 도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 나타내는 흐름도의 도면이 도시되어 있다. 도 16a 내지 도 16c는 도 15에서 설명된 방법의 동작들을 도시하고, 그에 따라 도 15 및 도 16a 내지 도 16c가 하기에서 함께 설명된다.
[00118] 웨이퍼 프로세싱 장비는 도 7과 관련하여 전술한 바와 같이 선택적으로 노출 가능한 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 동작(1502)에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 프로세스 챔버(114)에서 개시될 수 있다. 도 16a를 참조하면, 웨이퍼(402)는 몇 개의 마이크로 센서들(210)을 갖는 챔버 볼륨 내로 로딩될 수 있고, 에칭 프로세스가 개시될 수 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 가장 좌측의 마이크로 센서(210)는 초기 구성에서 노출될 수 있다. 즉, 웨이퍼 제조 프로세스가 시작될 때, 가장 좌측의 마이크로 센서(210)는 챔버 볼륨(406)에 노출될 수 있다.
[00119] 동작(1504)에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 재료를 웨이퍼(402)로부터 제거하기 위한 에칭을 포함할 수 있다. 가장 좌측의 마이크로 센서(210)는 웨이퍼와 유사한 재료를 포함하는 감지 층을 갖는 노출된 마이크로 센서일 수 있다. 따라서, 노출된 마이크로 센서의 노출된 감지 층 상의 노출된 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스의 에천트에 의해 에칭될 수 있다. 따라서, 노출된 마이크로 센서는 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 재료 제거를 감지 및 모니터링할 수 있다.
[00120] 노출된 마이크로 센서에 인접하여 있을 수 있는 제1 마이크로 센서(212)는 챔버 볼륨(406)에 노출된 제1 마스크 층(610)을 포함할 수 있다. 제1 마스크 층(610)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 사용된 에천트에 대해 불투과성일 수 있다. 따라서, 제1 마스크 층(610) 아래의 제1 감지 층(612)은 웨이퍼 제조 프로세스의 단계 동안에 에칭 프로세스로부터 보호될 수 있다.
[00121] 노출된 마이크로 센서는 센서가 수명 종료에 도달할 때까지 에칭될 수 있다. 노출된 마이크로 센서는, 수명 종료를 나타내는, 센서의 감도가 허용 가능한 범위를 벗어나는 방식으로 노출된 감지 표면의 표면 모폴로지(morphology)가 변화한 시기를 결정하도록 모니터링될 수 있다. 수명 종료에 대해 노출된 마이크로 센서를 시험하는 것은 전기적 진단 절차를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기적 입력은 대응하는 전기 트레이스(216)를 통해 노출된 마이크로 센서에 전달될 수 있으며, 노출된 마이크로 센서로부터의 출력이 측정될 수 있다. 노출된 마이크로 센서의 출력은 입력 신호에 대한 응답일 수 있으며, 마이크로 센서의 파라미터에 대응할 수 있다. 예를 들어, 출력은 노출된 마이크로 센서의 감도에 대응할 수 있다. 그러한 경우에, 감도는 표면 모폴로지에 기초하여 변할 수 있고, 그에 따라 출력이 사전결정된 값일 때, 노출된 마이크로 센서가 수명 종료 상태에 있는 것으로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 노출된 마이크로 센서는 마이크로 센서의 파라미터가 사전결정된 방식으로 거동할 때 수명 종료 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 노출된 마이크로 센서가 용량성 마이크로 센서인 경우, 마이크로 센서의 커패시턴스가 웨이퍼 제조 프로세스에 대해 더 이상 선형적으로 변화하지 않을 때, 노출된 마이크로 센서는 수명 종료 상태에 있을 수 있다.
[00122] 노출된 마이크로 센서가 교체를 위해 폐기처분될 필요가 있는 경우, 다른 마이크로 센서가 선택적으로 노출될 수 있다. 동작(1506)에서, 노출된 마이크로 센서에 인접하게 도시된 제1 마이크로 센서(212)의 제1 마스크 층(610)이 박리되어 제1 마이크로 센서(212)의 제1 감지 층(612) 상의 제1 센서 표면을 노출시킬 수 있다. 제1 마스크 층(610)의 박리는 다양한 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 마스크 층은 제1 마스크 층(610)을 공격하는 화학물질에 의해 박리될 수 있다. 화학물질의 레시피(recipe)는 마스크 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 마스크 층(610)을 포함하는 블랭킷 마스크 층(702)은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있고, 박리 화학물질은 산화물 또는 질화물 재료를 제거하도록 적절하게 조제될 수 있다.
[00123] 일 실시예에서, 블랭킷 마스크 층(702)은 웨이퍼 제조 프로세스가 제거하도록 설계된 것과 상이한 재료로 형성된다. 예를 들어, 웨이퍼 제조 프로세스는 산화물 재료를 제거하도록 설계될 수 있으며, 그에 따라 블랭킷 마스크 층(702)은 보호 질화물 층으로 형성될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 제조 프로세스의 타겟 재료는 제1 마스크 층(610)을 박리하는 데 사용되는 에천트에 대해 불투과성일 수 있다.
[00124] 센서 표면을 덮는 마스크 층은 대안적인 기술들을 사용하여 박리될 수 있다. 예를 들어, 마스크 층은 마스크 층이 분해 및/또는 용해되게 하는 열적 기술, 즉 상승된 온도를 사용하여 박리될 수 있다. 일 실시예에서, 마스크 층은 다른 작용제들을 사용하여 분해 및/또는 용해될 수 있다. 예를 들어, 하부의 감지 층이 노출되도록 마스크 층(702)을 용해시키고 박리하기 위해 물이 마스크 층(702)에 인가될 수 있다.
[00125] 도 16b에 도시된 바와 같이, 블랭킷 마스크 층(702)은 제1 마이크로 센서(212)를 폐기처분된 가장 좌측의 마이크로 센서(210)의 우측으로 노출시키도록 벗겨질 수 있다. 일 실시예에서, 가장 좌측의 마이크로 센서(210)는 센서의 임의의 전기적 샘플링을 중단함으로써, 즉 센서를 전기적으로 분리함으로써 서비스로부터 제거될 수 있다. 블랭킷 마스크 층(702)의 제거 레이트는, 상이한 이유들로, 예를 들어 에칭 프로세스의 변동들에 따라 변할 수 있고, 그에 따라 블랭킷 마스크 층(702)이 제1 마이크로 센서(212)를 노출시키기에 충분히 많이 벗겨졌지만, 제2 마이크로 센서(214)의 제2 감지 층(616)을 노출시키기에는 충분하지 않게 벗겨졌을 때를 검출하는 것은, 유용한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)는 마스크 층의 박리 동안에 동시에 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 센서들의 파라미터, 예를 들어 커패시턴스가 감지될 수 있다. 커패시턴스는 마이크로 센서들의 감지 층 위의 마스크 층의 두께 및/또는 존재에 기초하여 변할 수 있으며, 그에 따라 마스크 층이 제1 감지 층(612)으로부터 제거되고 제2 감지 층(616) 위에 여전히 존재할 때가 결정될 수 있다. 이러한 진단은 웨이퍼 제조 프로세스에서의 다음 동작, 예를 들어 웨이퍼 에칭 프로세스의 속행을 트리거하는 데 사용될 수 있다.
[00126] 동작(1508)에서, 노출된 제1 감지 층(612) 상의 노출된 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 에칭될 수 있다. 즉, 웨이퍼 제조 프로세스는 웨이퍼의 에칭을 포함할 수 있고, 제1 마이크로 센서(212)는 프로세스를 감지하도록 활성화될 수 있다. 이것은 제1 마이크로 센서(212)가 수명 종료에 도달할 때까지 계속될 수 있으며, 이 수명 종료는 전술한 바와 같이 결정될 수 있다.
[00127] 동작(1510)에서, 제2 마이크로 센서(214)의 제2 마스크 층(614)은 제2 감지 층(616) 상의 제2 센서 표면을 노출시키도록 박리될 수 있다. 제2 센서 표면의 선택적 노출은 전술한 박리 기술들 중 임의의 것을 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 제조 프로세스의 이전 세그먼트(segment) 동안 보호된 제2 마이크로 센서(214)는 웨이퍼 제조 프로세스의 후속 세그먼트 동안 액티브 센서가 되도록 노출될 수 있다. 수명 종료 상태에 있을 수 있는 제1 마이크로 센서(212)는 후속 세그먼트 동안에 폐기처분될 수 있다.
[00128] 동작(1512)에서, 노출된 제2 감지 층(616) 상의 노출된 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 에칭될 수 있다. 즉, 웨이퍼 제조 프로세스는 웨이퍼의 에칭을 포함할 수 있고, 제2 마이크로 센서(214)는 프로세스를 감지하도록 활성화될 수 있다. 이것은 제2 마이크로 센서(214)가 수명 종료에 도달할 때까지 계속될 수 있으며, 이 수명 종료는 전술한 바와 같이 결정될 수 있다. 전술된 절차는 추가적인 마이크로 센서들을 노출시키도록 반복되어, 연장된 기간 동안, 예를 들어 수백 회의 프로세스 사이클들 동안 웨이퍼 제조 프로세스를 연속적으로 감지할 수 있다.
[00129] 도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른, 웨이퍼 프로세싱 장비의 마이크로 센서들을 리프레시하는 방법의 동작들을 나타내는 흐름도의 도면이 도시되어 있다. 도 18a 내지 도 18f는 도 17에서 설명된 방법의 동작들을 도시하고, 그에 따라 도 17 및 도 18a 내지 도 18f는 하기에서 함께 설명된다.
[00130] 웨이퍼 프로세싱 장비는 도 6과 관련하여 전술한 바와 같이 몇 개의 선택적으로 노출 가능한 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 동작(1702)에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 프로세스 챔버에서 개시될 수 있다. 도 18a에 참조하면, 제1 마이크로 센서(212)는 초기 구성에서 노출된 감지 층을 포함할 수 있다. 초기 구성에서, 제2 마이크로 센서(214)는 하부의 제2 감지 층(616)을 보호하는 제2 마스크 층(614)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 감지 층(616)은 프로세스 챔버 내의 웨이퍼가 프로세싱되고 있을 때 제2 마스크 층(614)에 의해 보호될 수 있다.
[00131] 동작(1704)에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 재료를 웨이퍼로부터 제거하기 위한 에칭을 포함할 수 있다. 제1 마이크로 센서(212)의 노출된 감지 층은 웨이퍼와 유사한 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 노출된 감지 층 상의 노출된 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스의 에천트에 의해 에칭될 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 센서(212)의 노출된 감지 층은 재료 제거를 감지 및 모니터링할 수 있다. 그러나, 제1 센서 표면으로부터 재료를 제거하는 데 사용되는 에천트는 제2 마스크 층(614)으로부터 재료를 제거하지 않을 수 있다. 즉, 제1 마이크로 센서(212)에 인접하여 있을 수 있는 제2 마이크로 센서(214)는 챔버 볼륨에 노출된 제2 마스크 층(614)을 포함할 수 있다. 제2 마스크 층(614)은 노출된 감지 층과 다른 재료로 형성될 수 있으며, 그에 따라 제2 마스크 층(614) 아래의 제2 감지 층(616)은 웨이퍼 제조 프로세스의 단계 동안에 에칭 프로세스로부터 보호될 수 있다.
[00132] 제1 마이크로 센서(212)의 노출된 감지 층은 센서가 수명 종료에 도달할 때까지 에칭될 수 있다. 제1 마이크로 센서(212)가 리프레시될 필요가 있을 때, 제2 마이크로 센서(214)의 제2 감지 층(616)은 선택적으로 노출될 수 있다.
[00133] 도 18c를 참조하면, 동작(1706)에서, 제2 감지 층(616)을 노출시키기 이전 또는 이후에, 제1 감지 층(612)의 임의의 나머지 센서 재료가 박리될 수 있다. 예를 들어, 전술한 박리 기술들 중 임의의 것이 나머지 제1 감지 층(612)을 제거하는 데 사용될 수 있다.
[00134] 동작(1708)에서, 제2 감지 층(616)은 제2 마스크 층(614)을 박리함으로써 노출될 수 있다. 전술한 박리 기술들 중 임의의 것이 제2 마스크 층(614)을 제거하는 데 사용될 수 있다. 제2 마스크 층(614)은 웨이퍼를 프로세싱하는 데 사용되는 에천트에 대해 불투과성일 수 있고, 제2 마스크 층(614)은 웨이퍼를 공격하지 않는 다른 에천트에 의한 에칭에 민감할 수 있다. 따라서, 제2 마스크 층(614)은 노출된 감지 층(608)의 제거 후에 챔버 볼륨에 노출된 웨이퍼 또는 제1 마스크 층(610)에 영향을 미치지 않고서 박리될 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 마스크 층(614)은 제1 마스크 층(610)과 상이한 재료로 형성될 수 있고, 그에 따라 에천트의 적용은 하나의 마스크 층을 제거할 수 있지만 다른 마스크 층을 제거할 수 없다.
[00135] 도 18d를 참조하면, 동작(1710)에서, 제2 감지 층(616)을 노출시키도록 제2 마스크 층(614)을 제거한 후에, 제1 마이크로 센서(212)의 제1 마스크 층(610)이 중간 마스크 층(618)을 노출시키도록 박리될 수 있다. 중간 마스크 층(618)은 제1 마이크로 센서(212)의 하부 감지 층(604) 위에 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 중간 마스크 층(618)은 웨이퍼를 프로세싱하는 데 사용되는 에천트에 의한 에칭에 대해 불투과성인 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중간 마스크 층(618)은 웨이퍼 제조 프로세스의 초기 단계 동안에 제2 감지 층(616)을 보호하는 제2 마스크 층(614)과 동일한 재료를 가질 수 있다. 따라서, 중간 마스크 층(618)은 제2 감지 층(616)이 프로세스를 모니터링하고 있을 때 에천트에 의해 공격받지 않을 것이다.
[00136] 도 18e를 참조하면, 동작(1712)에서, 제2 마이크로 센서(214)의 노출된 감지 층은 웨이퍼 제조 프로세스를 감지 및 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 감지 층(616)은 웨이퍼로부터의 재료 제거를 모니터링할 수 있다. 동시에, 중간 마스크 층(618)은 제1 마이크로 센서(212)의 하부 감지 층을 보호할 수 있다. 제2 마이크로 센서(214)의 노출된 감지 층은 센서가 수명 종료에 도달할 때까지 에칭될 수 있다.
[00137] 도 18f를 참조하면, 제2 마이크로 센서(214)가 교체될 필요가 있을 때, 제1 마이크로 센서(212)는 다른 감지 층(604)을 노출시킴으로써 리프레시될 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 감지 층(616) 및 중간 마스크 층(618)이 그들 각각의 마이크로 센서들로부터 박리되어, 제1 마이크로 센서(212)의 하부 감지 층(604)을 노출시키고 제2 마이크로 센서(214)의 마스크 층(606)을 노출시킬 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 센서(212) 및 제2 마이크로 센서(214)의 적층 구조들이 순차적으로 에칭되어 감지 층들을 간헐적으로 노출시킬 수 있고, 이는 마이크로 센서들 및 웨이퍼 제조 장비의 감지 능력을 리프레시한다.
[00138] 도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 시스템의 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 도시된 컴퓨터 시스템(104)의 하나 이상의 구성요소들은 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 전자 회로(218)에 사용될 수 있다. 따라서, 도 5와 관련하여 상기에서 논의된 전자 회로(218)는 컴퓨터 시스템(104)의 서브세트일 수 있다. 대안적으로, 전자 회로(218)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)에 국부적일 수 있고, 컴퓨터 시스템(104)은 전자 회로(218) 및/또는 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 컴퓨터와 인터페이싱되는 제조 설비 호스트 컴퓨터일 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(104)은 웨이퍼 프로세싱 툴(102)의 로봇들, 로드록들(112), 프로세스 챔버들(114) 및 다른 구성요소들에 결합되어 이들을 제어한다. 컴퓨터 시스템(104)은 또한 전술한 바와 같이 마이크로 센서들(210)에 의해 제공된 입자 검출 또는 재료 증착/제거 정보를 수신 및 분석할 수 있다.
[00139] 컴퓨터 시스템(104)은 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 인트라넷(intranet), 엑스트라넷(extranet) 또는 인터넷으로 다른 머신들에 연결(예를 들어, 네트워킹)될 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 머신으로서 동작할 수 있거나, 또는 피어-투-피어(peer-to-peer)(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 머신(peer machine)으로서 동작할 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋탑 박스(STB), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 셀룰러폰(cellular telephone), 웹 어플라이언스(web appliance), 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 해당 머신이 취해야 할 동작들을 지정하는 명령들의 세트를 (순차적으로 또는 다른 방식으로) 실행할 수 있는 임의의 머신일 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(104)에 대해 단일 머신만이 도시되어 있지만, "머신"이라는 용어는 또한, 본원에 설명된 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하는 명령들의 세트(또는 다중 세트들)를 개별적으로 또는 함께 실행하는 머신들의 임의의 집합을 포함하는 것으로 취해져야 한다.
[00140] 컴퓨터 시스템(104)은, 실시예들에 따라 프로세스를 수행하도록 컴퓨터 시스템(104)(또는 다른 전자 디바이스들)을 프로그램하는 데 사용될 수 있는 명령들을 저장하는 비일시적인 머신-판독 가능 매체를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어(1902)를 포함할 수 있다. 머신-판독 가능 매체는 머신(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 머신-판독 가능(예를 들어, 컴퓨터 판독 가능) 매체는 머신(예를 들어, 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체(예를 들어, 판독 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 자기 디스크 저장 매체들, 광학 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들 등), 머신(예를 들어, 컴퓨터) 판독 가능 전송 매체(전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호들(예를 들어, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.
[00141] 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(104)은 시스템 프로세서(1904), 메인 메모리(1906)(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 예컨대 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등), 정적 메모리(1908)(예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 등), 및 이차 메모리(예를 들어, 데이터 저장 디바이스(1924))를 포함하며, 이들은 버스(1909)를 통해 서로 통신한다.
[00142] 시스템 프로세서(1904)는 마이크로시스템 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 표현한다. 더 구체적으로, 시스템 프로세서(1904)는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로시스템 프로세서, RISC(reduced instruction set computing) 마이크로시스템 프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로시스템 프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 시스템 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 시스템 프로세서들일 수 있다. 시스템 프로세서(1904)는 또한, 하나 이상의 특수-목적 프로세싱 디바이스들, 이를테면, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 시스템 프로세서(DSP), 네트워크 시스템 프로세서 등일 수 있다. 시스템 프로세서(1904)는 본원에서 설명되는 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(1910)을 실행하도록 구성된다.
[00143] 컴퓨터 시스템(104)은 네트워크(1914)를 통해 다른 디바이스들 또는 머신들, 예를 들어 웨이퍼 프로세싱 툴(102)과 통신하기 위한 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(1912)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 또한, 비디오 디스플레이 유닛(1916)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 또는 음극선관(CRT)), 영숫자 입력 디바이스(alphanumeric input device)(1918)(예들 들어, 키보드), 커서 제어 디바이스(1920)(예를 들어, 마우스), 및 신호 생성 디바이스(1922)(예를 들어, 스피커)를 포함할 수 있다.
[00144] 이차 메모리는 머신-액세스 가능 저장 매체(1926)(또는 더 구체적으로는 컴퓨터-판독 가능 저장 매체)를 갖는 데이터 저장 디바이스(1924)를 포함할 수 있고, 그 머신-액세스 가능 저장 매체에는, 본원에서 설명되는 방법들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 구현하는 명령들의 하나 이상의 세트들(예컨대, 소프트웨어(1902))이 저장된다. 소프트웨어(1902)는 또한, 컴퓨터 시스템(104)에 의한 그의 실행 동안에 시스템 프로세서(1904) 내에 그리고/또는 메인 메모리(1906) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있고, 메인 메모리(1906) 및 시스템 프로세서(1904)는 또한, 머신-판독 가능 저장 매체들을 구성한다. 소프트웨어(1902)는 추가로, 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(1912)를 통하여 네트워크(1914)를 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
[00145] 머신-액세스 가능 저장 매체(1926)가 예시적인 실시예에서 단일 매체인 것으로 도시되어 있지만, “머신-판독 가능 저장 매체”라는 용어는 명령들의 하나 이상의 세트들을 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체들(예컨대, 중앙 집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 취해져야 한다. “머신-판독 가능 저장 매체”라는 용어는 또한, 머신에 의한 실행을 위해 명령들의 세트를 저장 또는 인코딩할 수 있고, 머신으로 하여금 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 취해질 것이다. 그에 따라, “머신-판독 가능 저장 매체”라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리들, 및 광학 및 자기 매체들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않는) 것으로 취해질 것이다.
[00146] 전술한 설명에서, 특정한 예시적인 실시예들이 설명되었다. 다음의 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 그 실시예들에 다양한 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 자명할 것이다. 그에 따라, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 챔버 볼륨(chamber volume)을 갖는 프로세스 챔버;
    상기 챔버 볼륨 내에 장착된 제1 마이크로 센서(micro sensor) ―상기 제1 마이크로 센서는 제1 감지 층(sensing layer) 위에 제1 마스크 층(mask layer)을 포함함―; 및
    상기 챔버 볼륨 내에 장착된 제2 마이크로 센서 ―상기 제2 마이크로 센서는 제2 감지 층 위에 제2 마스크 층을 포함함―를 포함하며,
    상기 제1 마이크로 센서 및 상기 제2 마이크로 센서는 각각의 파라미터들을 갖고, 각각의 감지 층들 상의 각각의 센서 표면들을 포함하며, 그리고 상기 각각의 파라미터들은, 상기 각각의 센서 표면들로부터 재료가 제거될 때 변화하는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 볼륨 내에 장착되고 상기 챔버 볼륨에 개방(open)되는 노출된 감지 층을 더 포함하는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 마스크 층은 제1 두께를 가지며, 상기 제2 마스크 층은 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 마스크 층 및 상기 제2 마스크 층은, 가변 두께를 포함하는 층 프로파일(layer profile)을 갖는 블랭킷 마스크 층(blanket mask layer)의 일부분들인,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 마스크 층은 제1 마스크 재료를 갖고, 상기 제2 마스크 층은 제2 마스크 재료를 가지며, 상기 제1 마스크 재료는 상기 챔버 볼륨 내의 에천트(etchant)에 의한 에칭에 민감하고, 상기 제2 마스크 재료는 상기 에천트에 의한 에칭에 민감하지 않은,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 센서는 상기 노출된 감지 층을 포함하고, 상기 제1 마스크 층은 상기 노출된 감지 층과 상기 제1 감지 층 사이에 있는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 노출된 감지 층과 상기 제1 감지 층 사이에 중간 마스크 층(intermediate mask layer)을 더 포함하는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로 센서들은 마이크로 센서들을 포함하고, 상기 각각의 파라미터들은 상기 마이크로 센서들의 커패시턴스(capacitance)들이며, 그리고 상기 커패시턴스들은, 상기 각각의 센서 표면들로부터 재료가 제거될 때 변화하는,
    웨이퍼 프로세싱 툴.
  9. 챔버 볼륨을 갖는 프로세스 챔버에서 웨이퍼 제조 프로세스를 개시하는 단계 ―제1 마이크로 센서 및 제2 마이크로 센서가 상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 상기 제1 마이크로 센서의 제1 감지 층 및 상기 제2 마이크로 센서의 제2 마스크 층이 상기 챔버 볼륨에 노출됨―;
    에천트에 의해 상기 제1 마이크로 센서의 제1 감지 층 상의 제1 센서 표면을 에칭하는 단계; 및
    상기 제2 마이크로 센서의 제2 감지 층 상의 제2 센서 표면을 상기 챔버 볼륨에 노출시키기 위해, 상기 제2 마이크로 센서의 제2 마스크 층을 박리(strip)하는 단계를 포함하는,
    방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 마이크로 센서들은 각각의 커패시턴스들을 갖는 마이크로 센서들을 포함하며, 그리고 상기 각각의 커패시턴스들은, 각각의 센서 표면들로부터 재료가 제거될 때 변화하는,
    방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 각각의 커패시턴스들을 측정하는 단계; 및
    상기 각각의 커패시턴스들에 기반하여, 상기 제2 감지 층 상의 상기 제2 센서 표면이 상기 챔버 볼륨에 노출되었는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 에천트는 상기 제1 센서 표면으로부터 재료를 제거하고, 상기 제2 마스크 층으로부터는 재료를 제거하지 않는,
    방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 센서 및 상기 제2 마이크로 센서는 상기 챔버 볼륨 내의 챔버 벽 상에 장착되는,
    방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 센서 및 상기 제2 마이크로 센서는 상기 챔버 볼륨 내에 배치된 입자 모니터링 디바이스(particle monitoring device)의 지지 표면 상에 장착되는,
    방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내에 제3 마이크로 센서가 배치되고, 상기 제3 마이크로 센서의 제3 마스크 층은 상기 챔버 볼륨에 노출되고, 상기 제3 마스크 층은 상기 제2 마스크 층보다 두꺼운,
    방법.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6837274B2 (ja) * 2015-06-30 2021-03-03 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置及び基板搬送方法
US10083883B2 (en) * 2016-06-20 2018-09-25 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having capacitive micro sensors
US9725302B1 (en) * 2016-08-25 2017-08-08 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having exposable sensing layers
US10763143B2 (en) 2017-08-18 2020-09-01 Applied Materials, Inc. Processing tool having a monitoring device
KR20200045486A (ko) * 2017-08-25 2020-05-04 인피콘, 인크. 제조 공정 모니터링용 수정 마이크로밸런스 센서 및 관련 방법
CN109802649B (zh) * 2018-12-29 2023-04-11 开元通信技术（厦门）有限公司 一种监控空气隙型体声波谐振器空腔释放过程的方法
JP2022544436A (ja) 2019-05-31 2022-10-19 グリーン， ツイード テクノロジーズ， インコーポレイテッド 半導体弁において有用であるシール特性の監視および分析のためのスマートシール
WO2021092267A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-14 Hzo, Inc. Sensor apparatus and plasma ashing system
US11668553B2 (en) 2020-02-14 2023-06-06 Applied Materials Inc. Apparatus and method for controlling edge ring variation
JP2023520750A (ja) * 2020-03-03 2023-05-19 インフィコン インコーポレイティド 半導体プロセスを監視するためのシステム及び方法
US20210280399A1 (en) * 2020-03-06 2021-09-09 Applied Materials, Inc. Capacitive sensors and capacitive sensing locations for plasma chamber condition monitoring
TWI776398B (zh) * 2020-04-23 2022-09-01 台灣積體電路製造股份有限公司 光罩的形成方法
US11920994B2 (en) 2020-10-12 2024-03-05 Applied Materials, Inc. Surface acoustic wave sensor assembly
US11901875B2 (en) 2020-10-12 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Surface acoustic wave sensor assembly

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030115978A1 (en) 2001-12-20 2003-06-26 Moehnke Stephanie J. Apparatus and method for monitoring environment within a container
JP2007258239A (ja) 2006-03-20 2007-10-04 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07283148A (ja) * 1994-04-15 1995-10-27 Ryoden Semiconductor Syst Eng Kk 半導体製造用の薄膜成膜装置
US6707544B1 (en) * 1999-09-07 2004-03-16 Applied Materials, Inc. Particle detection and embedded vision system to enhance substrate yield and throughput
US6707545B1 (en) * 1999-09-07 2004-03-16 Applied Materials, Inc. Optical signal routing method and apparatus providing multiple inspection collection points on semiconductor manufacturing systems
TW543080B (en) * 1999-10-26 2003-07-21 Fab Solutions Inc Semiconductor device
US6696362B2 (en) 2001-02-08 2004-02-24 Applied Materials Inc. Method for using an in situ particle sensor for monitoring particle performance in plasma deposition processes
EP1262767B1 (en) * 2001-05-31 2011-02-16 Ngk Spark Plug Co., Ltd Humidity sensor
US20030045098A1 (en) * 2001-08-31 2003-03-06 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for processing a wafer
WO2003021642A2 (en) * 2001-08-31 2003-03-13 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for processing a wafer
JP4363860B2 (ja) 2003-02-04 2009-11-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ 真空処理装置の異物管理装置及び異物管理方法
US7464581B2 (en) * 2004-03-29 2008-12-16 Tokyo Electron Limited Vacuum apparatus including a particle monitoring unit, particle monitoring method and program, and window member for use in the particle monitoring
US20050225308A1 (en) 2004-03-31 2005-10-13 Orvek Kevin J Real-time monitoring of particles in semiconductor vacuum environment
US7248975B2 (en) * 2005-09-20 2007-07-24 Tech Semiconductor Singapore Pte Ltd Real time monitoring of particulate contamination in a wafer processing chamber
US7521915B2 (en) 2006-04-25 2009-04-21 Sokudo Co., Ltd. Wafer bevel particle detection
DE102006035644A1 (de) * 2006-07-31 2008-02-14 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Verfahren zum Reduzieren der Kontamination durch Vorsehen einer zu entfernenden Polymerschutzschicht während der Bearbeitung von Mikrostrukturen
WO2008042199A2 (en) 2006-09-29 2008-04-10 Cyberoptics Semiconductor, Inc. Particles sensor integrated with substrate
US7888594B2 (en) * 2007-11-20 2011-02-15 Guardian Industries Corp. Photovoltaic device including front electrode having titanium oxide inclusive layer with high refractive index
US8513959B2 (en) * 2009-12-31 2013-08-20 Mapper Lithography Ip B.V. Integrated sensor system
JP5450187B2 (ja) * 2010-03-16 2014-03-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US8598016B2 (en) * 2011-06-15 2013-12-03 Applied Materials, Inc. In-situ deposited mask layer for device singulation by laser scribing and plasma etch
JP6199292B2 (ja) * 2011-09-23 2017-09-20 ノベラス・システムズ・インコーポレーテッドＮｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ プラズマ活性化されるコンフォーマル誘電体膜
US10083883B2 (en) * 2016-06-20 2018-09-25 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having capacitive micro sensors
US9725302B1 (en) 2016-08-25 2017-08-08 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having exposable sensing layers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030115978A1 (en) 2001-12-20 2003-06-26 Moehnke Stephanie J. Apparatus and method for monitoring environment within a container
JP2007258239A (ja) 2006-03-20 2007-10-04 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法

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