KR102627872B1 - 용량성 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 처리 장비 - Google Patents

용량성 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 처리 장비 Download PDF

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레오나르드 테데스키
카르티크 라마스와미
다니엘 토마스 맥코르미크
로버트 폴 메아글레이
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

실시예들은 입자들을 검출하거나, 식각 또는 증착 속도들을 모니터링하거나, 웨이퍼 제조 프로세스의 작동을 제어하기 위한 디바이스들 및 방법들을 포함한다. 실시예에서, 입자 검출을 위한 입자 모니터링 디바이스는 모든 압력 범위들 하에서, 예를 들어, 진공 조건들 하에서 입자들을 검출하기 위해 웨이퍼 기판 상에 장착된 여러 개의 용량성 마이크로 센서들을 포함한다. 실시예에서, 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 실시간으로 물질 증착 및 제거 속도들을 측정하기 위해 하나 이상의 용량성 마이크로 센서가 웨이퍼 처리 툴 상에 장착된다. 다른 실시예들이 또한 설명되고 청구된다.

Description

용량성 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 처리 장비{WAFER PROCESSING EQUIPMENT HAVING CAPACITIVE MICRO SENSORS}
본 출원은 2016년 6월 20일자로 출원된 미국 출원 번호 15/187,717의 이익을 주장하고, 이로써 상기 미국 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
실시예들은 반도체 처리 분야에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼 제조 프로세스들 및 장비의 모니터링 및 제어를 위한 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.
반도체 디바이스들의 제조에서의 주요 관심사는 반도체 웨이퍼의 입자 오염이다. 그러한 오염은 전형적으로, 반도체 디바이스들의 제조 동안 웨이퍼 처리 툴에 의해 수행되는 하나 이상의 작동 동안 발생한다. 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴은 여러 인터페이스들, 예를 들어, 로드 록들에 의해 상호연결된 여러 개의 챔버들을 포함할 수 있고, 이러한 시스템 구성요소들 중 임의의 구성요소의 작동 또는 동작은, 툴의 반도체 웨이퍼를 오염시킬 수 있는, 금속성 또는 비금속성 입자들, 예컨대, 알루미늄, 스테인리스강, 지르코늄, 또는 다른 입자들을 발생시킬 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 입자들이 인터페이스들 및 이동 부분들 이외의 웨이퍼 처리 툴 내의 많은 공급원들로부터 나올 수 있고, 따라서, 위의 내용은 예로서 제공된다는 것을 이해할 것이다.
입자 오염의 공급원 및/또는 근본 원인을 식별하기 위해, 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼 처리 툴의 하나 이상의 챔버를 통해 주기적으로 처리되고, 이어서 입자 검사 작동을 겪는다. 입자 검사 작동은, 입자들의 일반적인 크기 및 위치를 식별하기 위해, 처리된 웨이퍼가 광학 검사 장비에 의한 검사를 위해 대기열에서 대기되고, 그 다음, 웨이퍼 상의 입자들의 존재 및/또는 조성을 결정하기 위해, 주사 전자 현미경, 에너지 분산 분광법, 또는 다른 검사 기법들에 의한 검사를 위해 대기열에서 대기될 것을 요구한다. 입자들의 존재 및 조성을 검출한 후에, 웨이퍼 처리 툴에 의해 수행되는 작동들 중 어느 작동이 실제로 입자 오염으로 이어지는지를 식별하기 위해, 추가적인 문제해결이 요구될 수 있다.
반도체 디바이스들의 제조는, 예를 들어, 증착 또는 식각 프로세스들을 사용하는 웨이퍼 처리 툴에 의한, 기판 상의 물질, 더 특히 반도체 물질의 증착 및 제거를 수반할 수 있다. 명시된 양의 반도체 물질을 정확하게 증착시키거나 제거하기 위해, 막 두께 측정 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 물질 증착 속도 및 물질 제거 속도는, 주어진 양의 시간 동안 반도체 물질의 웨이퍼를 처리하고, 그 다음, 증착되거나 제거된 막의 양을 타원계를 사용하여 측정함으로써, 간접적으로 측정될 수 있다. 게다가, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 증착/제거 속도들을 간접적으로 추정하기 위해, 증착/제거 속도들과 상관되는 이차 인자들을 측정하는 데에 센서들이 사용되어 왔다.
실시예들은 웨이퍼 처리 툴 내의 입자들을 검출하기 위한 입자 모니터링 디바이스를 포함한다. 실시예에서, 입자 모니터링 디바이스는 웨이퍼 전자장치 및 지지 표면을 갖는 웨이퍼 기판, 및 지지 표면 상에 소정 위치에 장착된 용량성 마이크로 센서를 포함한다. 실제로, 여러 개의, 예를 들어, 수천 개의 센서들이 지지 표면의 실질적인 부분에 걸쳐 분산될 수 있다. 용량성 마이크로 센서는 정전용량을 가질 수 있고, 정전용량은 물질이 용량성 마이크로 센서 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때 변화될 수 있다.
입자 모니터링 디바이스는, 한 쌍의 전도체들, 예를 들어, 제1 세장형 전도체들을 갖는 제1 전도체, 및 제1 세장형 전도체들과 교호맞물림된 제2 세장형 전도체들을 갖는 제2 전도체를 포함할 수 있다. 용량성 마이크로 센서는 전도체들 중 하나 이상의 전도체 위에 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서, 코팅은 정전용량을 변화시키기 위해 용량성 마이크로 센서로부터 제거되는 물질을 포함한다. 실시예에서, 코팅은 정전용량을 변화시키기 위해 물질이 증착되는 표면적 증가 구조들, 예를 들어, 세공들을 포함한다.
입자 모니터링 디바이스는 웨이퍼 폼 팩터 및 적층 구조를 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 장벽 층이 용량성 마이크로 센서와 웨이퍼 기판 사이에 있을 수 있다. 입자 모니터링 디바이스는, 예를 들어, 규소 비아들을 통해, 웨이퍼 전자장치들을 장벽 층을 통해 용량성 마이크로 센서들에 연결시키는 전기적 인터커넥트들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서들은 장벽 층 위에서 플라즈마 또는 화학적 프로세스에 의해 박리될 수 있고, 웨이퍼 전자장치는 장벽 층 아래에서 플라즈마 또는 화학적 프로세스로부터 보호될 수 있다. 웨이퍼 전자장치는 정전용량이 변화될 때 용량성 마이크로 센서의 위치를 기록하기 위해 용량성 마이크로 센서에 작동가능하게 결합된 프로세서를 포함할 수 있고, 프로세서는 입자 모니터링 디바이스 적층 구조의 최상부 층, 바닥 층, 및 장벽 시일 사이에 캡슐화되고 보호되는 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
실시예들은 웨이퍼 제조 프로세스, 예를 들어, 물질 증착 또는 제거를 모니터링하거나 제어하기 위해 용량성 마이크로 센서를 갖는 웨이퍼 처리 툴을 포함한다. 실시예에서, 웨이퍼 처리 툴은 챔버 체적 주위에 챔버 벽을 포함하고, 용량성 마이크로 센서는 웨이퍼 처리 툴 상에 임의의 위치에 장착될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서는 웨이퍼 처리 툴의 챔버 벽, 리프트 핀, 로드 록, 가스 라인, 로봇, 또는 압력 제어 밸브 중 하나 이상에 근접하여 장착될 수 있다. 용량성 마이크로 센서의 정전용량은 이러한 위치들 중 임의의 위치에서 웨이퍼 제조 프로세스에 응답하여 변화될 수 있으며, 정전용량 변화가, 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링 또는 제어하기 위해, 또는 웨이퍼 처리 툴의 수리에 대한 필요성을 신호하기 위해 측정될 수 있다.
용량성 마이크로 센서를 갖는 웨이퍼 처리 툴은 다양한 방법들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스는, 용량성 마이크로 센서의 정전용량의 검출된 변화에 기초하여 제어될 수 있다. 제어는 웨이퍼 제조 프로세스를 종료하는 것을 포함할 수 있다. 제어는 웨이퍼 제조 프로세스에 대한 속도를 보장하는 것을 포함할 수 있다. 제어는 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 제어는 정전용량 변화의 근본 원인을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 제어는 챔버 벽으로부터 소정의 양의 물질을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 제어는 웨이퍼의 DC 바이어스를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 요약은 모든 양상들의 포괄적 목록을 포함하지 않는다. 위에서 요약된 다양한 양상들의 모든 적합한 조합들로부터 실시될 수 있는 모든 시스템들 및 방법들뿐만 아니라, 아래의 상세한 설명에 개시되고, 본 출원으로 출원된 청구항들에서 구체적으로 언급된 것들도 포함되는 것이 고려된다. 그러한 조합들은 상기 요약에서 구체적으로 언급되지 않은 특정 장점들을 갖는다.
도 1은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 예시이다.
도 2는, 실시예에 따른, 입자 모니터링 디바이스의 예시이다.
도 3은, 실시예에 따른, 입자 모니터링 디바이스의 단면도이다.
도 4는, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 툴 상에 장착된 여러 개의 용량성 마이크로 센서들의 단면도이다.
도 5는, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 툴 또는 입자 모니터링 디바이스의 전자 회로의 블록도의 예시이다.
도 6은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도이다.
도 7은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도이다.
도 8은, 실시예에 따른, 도 7의 선(A-A)에 대해 취해진, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 단면도이다.
도 9는, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도이다.
도 10은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도이다.
도 11은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 공진기 유형의 마이크로 센서의 개략도이다.
도 12는, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 센서의 트랜지스터 센서 유형의 개략도이다.
도 13은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 센서의 광 센서 유형의 개략도이다.
도 14는, 실시예에 따른, 웨이퍼 제조 프로세스를 종료하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
도 15는, 실시예에 따른, 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
도 16은, 실시예에 따른, 웨이퍼 제조 프로세스의 변화의 근본 원인을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
도 17은, 실시예에 따른, 용량성 마이크로 센서의 수명을 연장시키는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
도 18은, 실시예에 따른, 용량성 마이크로 센서를 포함하는 웨이퍼 홀더의 단면도이다.
도 19는, 실시예에 따른, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼의 DC 바이어스를 측정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
도 20은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 시스템의 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도를 예시한다.
도 21은, 실시예에 따른, 웨이퍼 처리 툴의 입자의 공급원을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시이다.
웨이퍼 제조 프로세스의 제어 또는 다른 제조, 식각/증착 속도 모니터링, 또는 입자 검출을 위해 사용되는 디바이스들 및 방법들이 다양한 실시예들에 따라 설명된다. 이하의 설명에서, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항들이 열거된다. 실시예들이 이러한 구체적인 세부 사항들 없이 실시될 수 있다는 점이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 잘 알려진 양상들은 상세하게 설명되지 않는다. 또한, 첨부 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 비례에 맞춰 도시되지는 않는다는 점이 이해되어야 한다.
반도체 웨이퍼의 입자 오염의 존재, 조성, 또는 공급원을 식별하기 위한 기존 기법들은 시간 소모적이고, 고가이며, 어렵다. 웨이퍼 처리 툴과 결함 검사 장비 사이의 거리들뿐만 아니라 검사 장비에 대한 작업 대기열들은, 검사 프로세스가 한 시간 이상 걸려서 웨이퍼 처리 툴을 수리하기 위한 평균 시간을 지연시키는 것을 의미할 수 있다. 검사 장비는 또한, 고가이고, 구매하기 위해 수백만 달러의 범위의 비용이 들며, 비-부가가치 웨이퍼 검사 장비를 위한 제조 설비 공간을 요구한다. 또한, 입자 오염을 야기한 정확한 작동을 식별하는 데에 사용되는 문제해결 프로세스는, 수행하기 지루하며, 각각 백 달러를 초과하는 비용이 드는 다수의 웨이퍼들을 사용한다.
양상에서, 입자 모니터링 디바이스는 모든 압력 범위들에서 웨이퍼 처리 툴에서의 시스템-수준 입자 검출을 허용한다. 입자 모니터링 디바이스는, 입자 모니터링 디바이스가 웨이퍼 처리 툴의 챔버들 사이에서 이동될 수 있도록 그리고 반도체 웨이퍼가 겪을 것과 동일한 프로세스 작동들을 겪을 수 있도록, 웨이퍼 폼 팩터에 구축된 다수의 마이크로 센서들, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 따라서, 입자 모니터링 디바이스는, 진공 조건들 하에서 수행되는 프로세스 작동들 동안을 포함하여, 웨이퍼 제조 프로세스 동안, 입자가 웨이퍼형 디바이스 상에 내려앉는 정확한 시간(및 입자가 내려앉는 정확한 위치)에 관한 실시간 정보를 수집할 수 있다. 이에 따라, 입자 오염의 공급원 및 근본 원인이, 고가의 검사 장비 또는 지루한 문제해결을 필요로 하지 않고 신속히 결정될 수 있다. 그러한 신속한 결정은 웨이퍼 처리 툴을 수리하기 위한 평균 시간을 감소시킬 수 있거나, 웨이퍼 처리 툴을 생산에 적격화하기 위한 시간을 감소시킬 수 있다. 게다가, 입자 모니터링 디바이스는 값비싼 결함 검사 장비를 대체할 수 있고 부가가치 웨이퍼 처리 장비를 위한 제조 설비 공간을 비워둘 수 있다.
웨이퍼 제조 프로세스의 물질 증착 또는 제거를 모니터링하기 위한 기존의 기법들은, 웨이퍼 제조 프로세스의 실시간 측정 및 제어를 제공하지 않거나, 증착/제거를 직접적으로 측정하는 대신에 이차 인자에 대한 상관관계에 기초하여 물질 증착/제거의 추정을 제공한다. 예를 들어, 막 두께를 측정하기 위해 타원계가 사용될 수 있지만, 타원계는 주기적인 모니터링이기 때문에, 타원계는 정상적인 생산 실행들을 위한 증착/제거 속도에서의 실시간 편위들 또는 드리프트들을 검출할 수 없다. 게다가, 이차 인자들, 예컨대, 플라즈마에서의 가스 농도들 또는 RF 정합 위치들을 측정하기 위해 웨이퍼 처리 툴의 프로세스 챔버에 설치된 센서들은, 관심 변수들(증착/제거 속도들)을 직접 측정하지 않으며, 그러한 측정들은 플라즈마를 갖지 않는 챔버들에서 더 난제가 된다.
양상에서, 웨이퍼 처리 시스템은, 예를 들어, 진공 조건들 하에서 그리고 플라즈마가 없는 조건들 하에서, 모든 압력 범위들에서 물질 증착 또는 물질 제거를 측정하기 위해 웨이퍼 처리 툴 상의 위치에 장착된 마이크로 센서, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서를 포함한다. 프로세스 챔버 상에 장착된 용량성 마이크로 센서는 정전용량을 포함할 수 있고, 정전용량은 물질이 센서 표면, 예를 들어, 코팅 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때 변화될 수 있다. 따라서, 물질 증착 또는 제거 양들 또는 속도들의 실시간 측정뿐만 아니라, 그러한 양들 또는 속도들의 균일성도 모니터링될 수 있고, 웨이퍼 처리 시스템에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
아래에서 설명되는 웨이퍼 처리 시스템들 및 방법들이, 물질들이 기판에 증착되거나 기판으로부터 제거되는 임의의 폼 팩터 또는 프로세스에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더 구체적으로, 웨이퍼 처리 시스템들 및 방법들이 집적 회로들의 제조를 위한 웨이퍼 처리와 관련하여 설명되지만, 디바이스들 및 방법들은 또한, 다른 기술들, 예컨대, 태양광 산업의 광전지들 및/또는 전자 산업의 디스플레이들에 사용되도록 적응될 수 있다. 또한, 장비 구성들, 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴 내의 다양한 위치들에 장착된 용량성 마이크로 센서들이, 입자 존재 또는 증착/제거 속도들 이외의 프로세스 파라미터들을 검출하는 데에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 아래에서 설명되는 바와 같이, 용량성 마이크로 센서들은 웨이퍼 처리 툴의 웨이퍼의 DC 바이어스를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 용량성 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 처리 툴은 웨이퍼 제조 툴들 및 프로세스 내에서 폭넓게 응용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼 처리 시스템(100)은 통신 링크(106)에 의해 컴퓨터 시스템(104)에 통신가능하게 결합된 웨이퍼 처리 툴(102)을 포함할 수 있다. 통신 링크(106)는 유선 또는 무선 연결일 수 있는데, 즉, 웨이퍼 처리 툴(102)은 컴퓨터 시스템(104)과 직접 또는 무선으로 통신할 수 있다. 데이터가 웨이퍼 처리 툴(102) 및/또는 웨이퍼 처리 툴(102) 내의 디바이스로부터 통신 링크(106)에 의해 전달될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 웨이퍼 처리 툴(102) 내의 디바이스는 수동 디바이스일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 디바이스는 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 처리될 수 있고, 변화를 겪을 수 있으며, 변화는 디바이스가 웨이퍼 처리 툴(102)로부터 꺼내진 후에 측정될 수 있다. 이는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 입자 검출 툴 또는 식각/증착 모니터링 툴의 특징일 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)은 하나 이상의 로드 록(112)에 의해 팩토리 인터페이스(110)에 물리적으로 연결된 버퍼 챔버(108)를 포함할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 프로세스 챔버(114)는 하나 이상의 각각의 로드 록(112)에 의해 버퍼 챔버(108)에 물리적으로 연결될 수 있다. 버퍼 챔버(108)는, 비록 프로세스 챔버들(114) 내의 프로세스 압력들보다 더 높은 압력에서이긴 하지만, 낮은 압력에서 유지되는, 프로세스 챔버들(114)의 각각의 체적들보다 더 큰 중간 체적으로서 작용할 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼, 예를 들어, 규소 웨이퍼는 반도체 디바이스들의 제조 동안 진공 조건들 하에서 웨이퍼 처리 툴(102)의 챔버들 사이에서 이동될 수 있다. 그러한 이동은 웨이퍼 처리 툴(102)에 포함된 다양한 디바이스들, 예를 들어, 로봇들, 로봇 암들, 셔틀들 등에 의해 가능해질 수 있다.
다양한 제조 작동들이 프로세스 챔버들(114)에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로세스 챔버(114)는 식각 챔버, 증착 챔버, 반도체 리소그래피 툴의 챔버, 또는 임의의 다른 반도체 프로세스 챔버일 수 있다. 이로써, 프로세스 챔버(114)는 진공 조건들, 대기 조건들, 또는 임의의 다른 압력 범위 하에서 웨이퍼 제조 프로세스들을 수행하는 데에 사용될 수 있다.
가변 압력 범위들에 추가하여, 프로세스 챔버들(114)은 또한, 상이한 에너지 조건들을 갖는 제조 프로세스들을 수행하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)는 라디칼-구동 식각 챔버 또는 플라즈마를 포함하지 않는 증착 챔버일 수 있다. 즉, 프로세스 챔버(114)는 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 플라즈마가 없을 수 있다.
웨이퍼 제조 프로세스 동안, 반도체 웨이퍼는 버퍼 챔버(108)로부터 로드 록(112)을 통해 프로세스 챔버들(114) 중 하나 내로 이송될 수 있다. 프로세스 챔버들(114)은, 예를 들어, 진공 펌프 및/또는 터보 펌프(도 4)를 사용하여 진공 조건으로 낮아지는 챔버 압력을 가질 수 있다. 본 설명의 맥락에서, 진공 조건은 0.5 atm 미만의 임의의 압력일 수 있다. 실시예에서, 프로세스 챔버(114)에서의 진공 조건은, 프로세스 챔버(114)가 버퍼 챔버(108)의 압력 미만, 예를 들어, 100 밀리토르 미만의 챔버 압력을 가질 때 존재한다. 이에 따라, 프로세스 챔버(114)에서 수행되는 제조 작동은 진공 조건들 하에서 수행될 수 있다.
프로세스 챔버(114)에서 수행되는 제조 작동 동안 하나 이상의 입자가 발생될 수 있다. 예를 들어, 입자는, 특정 작동이 발생할 때, 예를 들어, 로드 록(112)의 밸브가 개방될 때, 로드 록 도어가 잠금될 때, 리프트 핀들이 이동할 때, 또는 임의의 다른 툴 작동이 발생할 때, 프로세스 챔버(114) 내로 방출되는 금속성 또는 비금속성 입자일 수 있다. 방출된 입자들은 반도체 웨이퍼 상에 내려앉을 수 있고, 입자의 내려앉은 위치 및 시간은 입자 오염의 공급원에 대응할 수 있다. 예를 들어, 입자는, 로드 록(112)이 폐쇄될 때, 로드 록(112)에 더 가까운 반도체 웨이퍼 상에 내려앉아서, 로드 록(112)의 구성요소 및/또는 로드 록(112)의 작동이 입자의 공급원이라는 것을 나타낼 수 있다. 따라서, 입자가 반도체 웨이퍼 상에 내려앉는 시간 및 위치에 관한 정보를 제공하는 입자 모니터링이, 입자 오염의 공급원을 결정하는 데에 유용할 수 있음을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 입자 모니터링 디바이스의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 입자 모니터링 디바이스(200)는, 챔버들 사이에서, 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴(102)의 버퍼 챔버(108) 및/또는 프로세스 챔버들(114) 사이에서 이동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 입자 모니터링 디바이스(200)는 반도체 웨이퍼와 동일한 물질 및 형상 및/또는 전체 폼 팩터를 갖는 웨이퍼 기판(202)을 포함할 수 있다. 즉, 웨이퍼 기판(202)은 적어도 부분적으로 반도체 물질, 예를 들어, 결정질 규소 물질로 구성될 수 있다. 게다가, 웨이퍼 기판(202)은, 본질적으로 디스크 형상이며 직경(206)을 갖는 지지 표면(204)을 포함하는 웨이퍼 폼 팩터를 가질 수 있다. 지지 표면(204)은 디스크의 상부 표면일 수 있고, 웨이퍼 기판(202)의 바닥 표면(도시되지 않음)은 지지 표면(204)으로부터 두께(208)만큼 이격될 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 기판(202)의 웨이퍼 폼 팩터는 95 내지 455 mm의 직경(206)을 포함하는데, 예를 들어, 직경(206)은 명목상 100 mm, 300 mm, 또는 450 mm일 수 있다. 게다가, 웨이퍼 기판(202)의 웨이퍼 폼 팩터는 1 mm 미만, 예를 들어, 525 ㎛, 775 ㎛, 925 ㎛의 두께(208)를 포함할 수 있다. 두께(208)는 또한, 1 mm 초과, 예를 들어, 수 밀리미터 내지 최대 10 mm일 수 있다. 이에 따라, 입자 모니터링 디바이스(200)는 용이하게 입수가능한 웨이퍼 물질들 및 전형적인 웨이퍼 제조 프로세스들 및 장비를 사용하여 제조될 수 있고, 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 처리될 때 반도체 웨이퍼를 본질적으로 모의할 수 있다.
입자 모니터링 디바이스(200)는 지지 표면(204) 상에, 미리 결정된 위치들에 장착된 여러 개의 마이크로 센서들을 포함할 수 있다. 마이크로 센서들은 아래에 설명되는 마이크로 센서 유형들 중 하나 이상일 수 있다. 실시예에서, 마이크로 센서들은 용량성 마이크로 센서들(210)이다. 예를 들어, 수많은 용량성 마이크로 센서들(210), 예를 들어, 수천 내지 수백만 개의 용량성 마이크로 센서들(210)이 지지 표면(204) 상에 구축될 수 있다. 각각의 용량성 마이크로 센서(210)는 알려진 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 용량성 마이크로 센서(212)는 제1 위치에 위치될 수 있고, 제2 용량성 마이크로 센서(214)는 제2 위치에 위치될 수 있다. 제2 위치는 제1 위치에 대해, 또는 입자 모니터링 디바이스(200) 상의 몇몇 다른 기준점에 대해 알려진 위치를 가질 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204)에 걸쳐 무작위로 분산될 수 있거나, 미리 결정된 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 용량성 마이크로 센서들(210)은, 그들의 절대적 또는 상대적 위치들이 미리 결정되고 알려질 수 있더라도, 지지 표면(204)에 걸쳐 무작위로 분산되는 것처럼 보인다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서들(210)은 미리 결정된 패턴, 예를 들어, 그리드 패턴, 동심원 패턴, 나선 패턴 등으로 배열된다. 그러한 패턴들은, 입자 모니터링 디바이스(200)의 지지 표면(204) 상의 정확한 위치들에 용량성 마이크로 센서들(210)을 구축하기 위해, 알려진 식각 프로세스들을 사용하여 달성될 수 있다.
실시예에서, 용량성 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204)의 표면적의 대부분에 걸쳐 확산된다. 예를 들어, 마이크로 센서 어레이의 최외측 용량성 마이크로 센서들(210)을 통해 그려진 외측 윤곽은, 지지 표면(204)의 표면적의 적어도 절반인 어레이 영역을 묘사할 수 있다. 실시예에서, 어레이 영역은 지지 표면(204)의 표면적의 적어도 75%, 예를 들어 표면적의 90% 초과이다.
입자 모니터링 디바이스(200)의 용량성 마이크로 센서들(210)은 하나 이상의 전기 커넥터를 통해 서로 또는 다른 회로와 상호연결될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 지지 표면(204) 위에 이어지는 전기 트레이스(216)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)은 각각의 전기 트레이스들(216)에 의해 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전기적 연결들이 용량성 마이크로 센서들(210) 사이에 이루어질 수 있거나, 용량성 마이크로 센서들(210)은, 전기 트레이스들, 전기 리드들, 비아들, 및 다른 알려진 유형들의 전기 커넥터들을 사용하여 웨이퍼 전자장치, 즉, 전자 회로(218)에 연결될 수 있다.
입자 모니터링 디바이스(200)의 각각의 용량성 마이크로 센서(210)는, 입자가 센서와 상호작용할 때, 주어진 파라미터의 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 용량성 마이크로 센서(210)는 정전용량을 가질 수 있고, 정전용량은 물질이 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때 변화될 수 있다. 따라서, 정전용량은 용량성 마이크로 센서(210)가 웨이퍼 처리 툴(102)의 챔버, 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 내에서 입자를 수신할 때 변화될 수 있다. 여기서, "수신"이라는 용어는, 정전용량에 영향을 미치는, 입자와 용량성 마이크로 센서(210) 사이의 상호작용을 나타낸다. 입자 모니터링 디바이스(200)가, 아래에 설명되는 바와 같이, 다른 마이크로 센서 유형들을 포함할 수 있고, 따라서, 입자가 그러한 마이크로 센서들에 의해 수신될 때, 상이한 파라미터가 감지될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 파라미터는, 아래에 설명되는 바와 같이, 입자가 마이크로 센서 상에 내려앉거나, 마이크로 센서 근처를 지나가거나 통과하거나, 마이크로 센서에 충격을 줄 때 변화되는, 마이크로 센서의 전압, 전류, 또는 다른 물리적 또는 전기적 특성일 수 있다. 다른 입자-센서 상호작용들은 이 설명을 읽을 때 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.
도 3을 참조하면, 입자 모니터링 디바이스의 단면도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서들(210)은, 전형적인 반도체 웨이퍼의 로딩 및 처리와 유사하게, 시스템 내로 자동으로 로딩되고 시스템 전반에 걸쳐 이동될 수 있는 웨이퍼 기판(202) 상에 패키징될 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서들(210)은 생산 반도체 웨이퍼들과 동일한 환경을 경험할 수 있다. 실시예에서, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)을 갖는 센서 층(302)이 웨이퍼 기판(202)의 적어도 일부를 커버한다. 따라서, 센서 층(302)의 용량성 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 기판(202)의 지지 표면(204) 상에 장착된다.
실시예에서, 웨이퍼 기판(202)은 웨이퍼 처리 툴(102)의 플라즈마에 의한 공격으로부터 입자 모니터링 디바이스(200)의 전자 회로(218)를 보호하도록 구조화된다. 이로써, 웨이퍼 기판(202)은 최상부 층(306)과 바닥 층(308) 사이에 개재된 전자 회로(218)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는 전원(304), 예를 들어, 박막 배터리를 포함할 수 있다. 박막 배터리는 규소의 층들(306, 308) 사이에 캡슐화될 수 있고, 따라서, 2개의 규소 웨이퍼들에 의해, 최상부 또는 바닥으로부터의 플라즈마 공격에 대해 보호될 수 있다. 게다가, 전원(304)은 장벽 시일(310)에 의해, 측부들로부터의 플라즈마 공격에 대해 보호될 수 있다. 장벽 시일(310)은 전원(304) 주위의 최상부 층(306)과 바닥 층(308) 사이에 개재될 수 있다. 더 구체적으로, 장벽 시일(310)은 전원(304)의 측부들을 둘러싸는 보호 벽을 형성하기 위해 웨이퍼 기판(202)의 둘레 주위에 연장될 수 있다. 따라서, 전원(304)은 웨이퍼 기판(202) 내에 캡슐화될 수 있다.
전원(304)은 최상부 층(306) 및/또는 센서 층(302)의 전자 회로(218)의 하나 이상의 구성요소에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218), 예를 들어, 제어 전자장치, 예컨대, 프로세서, 메모리, 또는 통신 전자장치는 웨이퍼 기판(202)의 최상부 층(306) 내에 구축될 수 있다. 전원(304)은, 입자 모니터링 디바이스(200)의 하나 이상의 층을 통해 연장되는 규소 관통 비아들과 같은 전기적 연결들에 의해 최상부 층(306)의 전자 회로(218)에 연결될 수 있다. 유사하게, 최상부 층(306)의 전자 회로(218), 예를 들어, 프로세서 및/또는 전원(304)은 전기 트레이스들 또는 전기 비아들에 의해 센서 층(302)의 용량성 마이크로 센서들(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 전원(304)은, 전자장치에 전력을 공급하기 위해, 전자 회로(218)의 프로세서, 용량성 마이크로 센서들(210), 또는 다른 전자 회로(218)에 전기적으로 결합될 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 처리 툴(102) 내의 플라즈마에 노출될 수 있고, 따라서, 센서들은 결국 마모될 수 있다. 이에 따라, 마이크로 센서들이 재활용가능하도록 용량성 마이크로 센서들(210)을 패키징하는 것이 유리할 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서들(210)의 패키징은 용량성 마이크로 센서(210)와 하부 기판 사이의 장벽 층(312)을 포함한다. 예를 들어, 입자 모니터링 디바이스(200)의 경우에, 장벽 층(312)은 용량성 마이크로 센서(210)와 웨이퍼 기판(202)의 지지 표면(204) 사이에 배치될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)는 알려진 인터커넥트 기술, 예컨대, 규소 관통 비아들을 사용하여 장벽 층(312)을 통해 웨이퍼 전자장치, 즉, 전자 회로(218)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 전자장치와 센서들 사이의 장벽 층(312)은 재활용 동안 전자장치를 보호할 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)는, 박리제들에 의해, 즉, 플라즈마, 기체 또는 액체 식각제에 의해 제거가능할 수 있고, 장벽 층(312)은 동일한 박리제에 의해 박리가능하지 않을 수 있다. 즉, 장벽 층(312)은 박리제, 예컨대, 기체상 또는 액체 식각제에 대해 불침투성인 임의의 전도성 또는 절연성 물질일 수 있다. 이에 따라, 일단 용량성 마이크로 센서들(210)이 그들의 유효 수명의 끝에 도달하면, 웨이퍼 기판(202) 내에 구축된 전자 회로(218)를 열화시키지 않으면서 센서 층(302)의 마이크로 센서들을 장벽 층(312)으로부터 박리시키기 위해 플라즈마(450)가 적용될 수 있다. 유사하게, 마모된 센서들을 제거하기 위해 기계적 박리가 사용될 수 있다. 그 다음, 용량성 마이크로 센서들(210)의 새로운 세트를 갖는 새로운 센서 층(302)이, 완전히 새로운 입자 모니터링 디바이스(200)를 형성하는 것보다 더 낮은 비용으로 입자 모니터링 디바이스(200)를 개수하기 위해, 장벽 층(312) 상에 형성될 수 있다.
입자 모니터링 디바이스(200)의 구성요소들은 알려진 반도체 프로세스들 및 기법들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 센서들과 전자 회로(218) 사이의 전기 연결들은 규소 관통 비아들을 사용하여 장벽 층(312) 및/또는 웨이퍼 기판(202)을 통해 형성될 수 있다. 게다가, 구성요소들은 알려진 기법들을 사용하여 입자 모니터링 디바이스(200)의 층들 내에 구축될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)는 별도로 형성될 수 있고, 그 다음, 재활용 프로세스 동안 플립 칩 기술을 사용하여 장벽 층(312) 상에 장착될 수 있다.
입자 모니터링 디바이스(200)에서의 용량성 마이크로 센서(210)의 구현은, 입자 검출을 위해 용량성 마이크로 센서들(210)을 사용하는 실시예를 나타낸다. 웨이퍼 제조 처리 장비 및 방법들에서의 용량성 마이크로 센서들(210)의 다른 용도들이 존재한다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 식각/증착 속도를 검출 또는 측정하기 위해 웨이퍼 처리 툴(102) 상에 장착될 수 있고, 그러한 데이터는, 아래에 설명되는 바와 같이, 웨이퍼 제조 프로세스를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 처리 툴 상에 장착된 여러 개의 용량성 마이크로 센서들의 단면도가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼(402), 예를 들어, 반도체 물질의 웨이퍼(402) 또는 입자 모니터링 디바이스(200)의 웨이퍼 기판(202)은 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114)의 웨이퍼 제조 프로세스를 겪을 수 있다. 웨이퍼(402)는, 웨이퍼(402)가 웨이퍼 처리 툴(102)을 통해 이동할 때, 상이한 압력 조건들을 경험할 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(402)는 대기 조건들에서 팩토리 인터페이스(110) 내에 삽입될 수 있다. 그 다음, 반도체 웨이퍼(402)가 팩토리 인터페이스(110)와 버퍼 챔버(108) 사이의 로드 록(112) 내로 들어갈 때, 로드 록(112)은 120 밀리토르의 진공 조건이 될 수 있다. 그 다음, 반도체 웨이퍼(402)는 로드 록(112)으로부터, 100 밀리토르의 버퍼 챔버(108) 압력을 갖는 버퍼 챔버(108) 내로 전달될 수 있다.
웨이퍼(402)는 로드 록(112)을 통해 버퍼 챔버(108)로부터 프로세스 챔버들(114) 중 하나 내로 이송될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)는 챔버 체적(406) 주위에 챔버 벽(404)을 포함할 수 있고, 챔버 체적(406)은 웨이퍼(402)를 수용하도록 크기가 정해질 수 있다. 따라서, 반도체 물질은 프로세스 챔버(114) 내의 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안, 프로세스 챔버(114)의 챔버 체적(406)은 진공원(408), 예컨대, 진공 펌프 및/또는 터보 펌프를 사용하여 진공 조건으로 낮아지는 챔버 압력을 가질 수 있다. 이 설명의 맥락에서, 진공 조건은 0.5 atm 미만의 임의의 압력일 수 있다. 실시예에서, 프로세스 챔버(114)에서의 진공 조건은, 프로세스 챔버(114)가 버퍼 챔버(108)의 압력 미만, 예를 들어, 100 밀리토르 미만의 챔버 압력을 가질 때 존재한다. 이에 따라, 프로세스 챔버(114)는 웨이퍼 제조 프로세스의 제조 작동 동안 진공 조건들 하에 있을 수 있다. 게다가, 진공 조건들은 챔버 체적(406)으로부터 기체 혼합물들을 감소시키거나 제거할 수 있고, 따라서, 챔버 체적(406)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 플라즈마가 없을 수 있다.
하나 이상의 마이크로 센서, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)가 웨이퍼 처리 툴(102) 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 챔버 체적(406) 내의 프로세스 챔버(114) 상의 하나 이상의 위치에 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)은 챔버 체적(406) 내의 챔버 벽(404) 상의 미리 결정된 위치들에 장착될 수 있다.
실시예에서, 용량성 마이크로 센서(들)(210)는 챔버 벽(404) 이외의 웨이퍼 처리 툴(102)의 부분들 상에 장착된다. 예를 들어, 챔버 벽(404) 상에 장착된 용량성 마이크로 센서들(210)을 갖는 것 대신에 또는 그에 부가하여, 하나 이상의 용량성 마이크로 센서(210)가 프로세스 챔버(114) 내의 웨이퍼 홀더(410) 상에 장착될 수 있다. 웨이퍼 홀더(410)는, 예를 들어, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402)를 정전기적으로 클램핑하기 위해 전극(들)을 갖는 정전 척일 수 있다. 웨이퍼 홀더(410)는 웨이퍼(402)가 상부에 클램핑되는 유지 표면(412)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지 표면(412)은 웨이퍼 홀더(410) 위의 유전체 물질의 층일 수 있고, 용량성 마이크로 센서(210)는 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 용량성 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402)로부터 측방향으로 오프셋된/되거나 근처인 영역의 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 키트는 유지 표면(412) 상의 웨이퍼(402) 주위에 링을 포함할 수 있고, 용량성 마이크로 센서(210)는 프로세스 키트 상에 장착될 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)이, 웨이퍼(402)의 물질 증착 또는 제거 속도들의 변화들을 검출하기 위해, 프로세스 챔버(114)에 위치될 수 있거나, 웨이퍼(402)에 충분히 근접해 있는, 프로세스 챔버(114)의 소모성 또는 비소모성 부분들, 예를 들어, 웨이퍼 홀더(410) 내에 구축될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 웨이퍼(402)는 전방을 향한 표면, 즉, 플라즈마(450)를 향해 유지 표면(412)을 등진 표면을 가질 수 있고, 용량성 마이크로 센서(210)는, 물질 증착/제거에 민감한 센서 표면이 또한, 전방을 향하도록 유지 표면(412) 상에 장착될 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)이 프로세스 챔버(114) 내의 위치들 이외의 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 위치들에 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 용량성 마이크로 센서는 로드 록(112) 상에, 내에, 또는 근접하여 장착될 수 있다. 유사하게, 용량성 마이크로 센서(210)는, 여러 예시적인 위치들을 명명하기 위해, 웨이퍼 처리 툴(102)의 가스 라인(도시되지 않음), 진공원(408)으로의 유동을 제어하는, 웨이퍼 처리 툴(102)의 압력 제어 밸브(414), 웨이퍼 처리 툴(102)의 로봇, 또는 웨이퍼 처리 툴(102)의 리프트 핀 상에, 내에, 또는 근접하여 장착될 수 있다. 용량성 마이크로 센서들(210)은 원하는 특정 프로세스 측정 및 제어에 따라 웨이퍼 처리 툴(102)의 다른 위치들에 근접하여 장착될 수 있다. 여기서, "근접하여"는 상대적 용어로서 사용되지만, 웨이퍼 처리 툴(102)의 특정 구성요소 근처의 용량성 마이크로 센서(210)의 존재는, 구성요소 상에 증착되거나 그로부터 제거된 입자들 또는 물질이 통계적으로, 장착된 센서와 상호작용할 가능성이 있도록, 거리를 설명하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 상호작용들의 예들은 아래에 설명되는 방법들에 관하여 더 설명된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "마이크로"라는 용어는 실시예들에 따른 특정 센서들 또는 구조들의 기술적 크기를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "용량성 마이크로 센서"라는 용어는, 나노미터 내지 100 ㎛의 규모의 치수를 갖는 용량성 센서를 지칭할 수 있다. 즉, 실시예에서, 아래에 설명되는 바와 같은 용량성 마이크로 센서들(210)은, 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 개별 셀들에 대해 0.05 내지 100 ㎛의 범위의 전형적인 치수들을 가질 수 있다. 이에 따라, 본원에 설명된 바와 같은 용량성 마이크로 센서들(210)은, 대략 일 그램의 백만분의 일의 무게의 정밀한 측정들을 수행할 수 있는 기구들인 다른 센서 유형들, 예를 들어, 마이크로천칭들과 쉽게 구별가능하다. 즉, 마이크로천칭들은 마이크로 규모의 무게를 측정할 수 있지만, 본원에 설명된 마이크로 센서들과 동일한 크기 범위 내에 있지 않다. 크기 범위의 차이는, 적어도, 여러 개의, 예를 들어, 수천 개의 마이크로 센서들이 챔버 체적(406) 내에 또는 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 다른 곳에 맞을 수 있는 반면에, 여러 개의 마이크로천칭들은 반도체 웨이퍼(402)를 수용하도록 크기가 정해진 챔버 체적(406) 내에 맞지 않을 수 있기 때문에, 유리하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "마이크로 센서들"이라는 용어는 또한, 미세전자기계 시스템(MEMS)에 적절한 물질들 및 제조 프로세스들을 사용하여 제조되는 센서들을 지칭할 수 있다. 즉, 본원에 설명되는 용량성 마이크로 센서들(210)은 MEMS 프로세스들, 예컨대, 증착 프로세스들, 패터닝, 식각 등을 사용하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서들(210)은 MEMS 프로세스들을 사용하여 형성된 크기 및 구조를 갖는 MEMS-규모 센서들일 수 있다. 그러나, 실시예들은 반드시 그렇게 제한되지는 않으며, 실시예들의 특정 양상들은 더 크고, 가능하게는 더 작은 크기의 규모들에 적용가능할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
겨우 하나의 마이크로 센서가 웨이퍼 처리 툴(102) 상에 장착될 수 있는 반면에, 다수의 마이크로 센서들, 예를 들어, 수백 내지 수백만 개의 마이크로 센서들이 챔버 체적(406) 내에 맞거나 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 다른 곳에 장착될 수 있다. 즉, 아래에 설명되는 마이크로 센서들의 MEMS-규모 크기를 가정하면, 많은 마이크로 센서들이, 웨이퍼 제조 프로세스 파라미터들, 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 내의 반도체 물질의 증착/제거를 실시간으로 모니터링하기 위해, 웨이퍼 처리 툴(102)을 따라, 예를 들어, 챔버 벽(404)(또는 웨이퍼 처리 툴(102)의 다른 구성요소들) 주위에 분산될 수 있다.
각각의 용량성 마이크로 센서(210)는 알려진 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 용량성 마이크로 센서는 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 제1 미리 결정된 위치에, 예를 들어, 챔버 체적(406) 내의 제1 위치에 위치될 수 있고, 제2 용량성 마이크로 센서는 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 제2 미리 결정된 위치에, 예를 들어, 챔버 체적(406) 내의 제2 위치에 위치될 수 있다. 용량성 마이크로 센서들(210)은 무작위로 또는 미리 결정된 패턴으로 프로세스 챔버(114) 상에 분산될 수 있다. 예를 들어, 제2 위치는 제1 위치에 대해, 또는 프로세스 챔버(114) 상의 몇몇 다른 기준 점에 대해 알려진 위치를 가질 수 있다. 따라서, 물질 증착/제거의 균일성은, 제1 용량성 마이크로 센서 및 제2 용량성 마이크로 센서로부터의 실시간 측정들을 비교함으로써, 아래에 설명되는 바와 같이 결정될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)은 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 파라미터를 검출하기 위해 다른 센서들 및/또는 측정 기구들을 포함할 수 있다. 다른 센서들 및/또는 측정 기구들은 마이크로 센서들이 아닐 수 있다. 예를 들어, 아래에 설명되는 MEMS-규모 센서들과 대조적으로, 웨이퍼 처리 툴(102)은, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 챔버 체적(406)의 광방출 분광계(OES) 시그니처를 검출하기 위해 프로세스 챔버(114) 상에 장착되거나 다른 방식으로 장착되는 광학 분광계(416)를 포함할 수 있다. OES 시그니처는 챔버 체적(406) 내의 요소들의 유형 및 양을 식별할 수 있다. 예를 들어, OES 시그니처는 웨이퍼 제조 프로세스 동안 챔버 체적(406) 내의 플라즈마(450)에 어떤 화학 원소들이 존재하는지를 식별할 수 있다. 챔버 체적(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 전달되는 전력을 측정하기 위한 전기 센서들, 웨이퍼 홀더(410)의 전기적 특성들을 측정하기 위한 전기 센서들 등을 포함할 수 있다. 그러한 센서들은 반도체 물질(808)의 증착/제거의 실제 양 또는 속도를 측정하지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 아래에 설명되는 이유들 때문에 용량성 마이크로 센서들(210)에 의해 이루어지는 실제 증착/제거 측정들에 상관될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)에서의 입자의 존재와 상관되는 정보를 수집하기 위해 다른 센서들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 측정 디바이스, 예를 들어, 가속도계(도시되지 않음)가 웨이퍼 처리 툴(102)의 이동 부분들 상에 장착될 수 있다. 실시예에서, 로봇 또는 로봇 암은 로봇의 움직임을 감지하기 위한 가속도계를 포함한다. 대안적으로, 로드 록 도어는 가속도계를 포함한다. 이에 따라, 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 파라미터, 예를 들어, 로봇 이동을 나타내는 움직임 데이터가 가속도계에 의해 검출될 수 있고, 미립자의 공급원을 결정하기 위해 용량성 마이크로 센서(210)로부터 수집된 입자 감지 데이터에 상관될 수 있다. 그러한 다른 센서들, 예를 들어, 가속도계들의 응용들이 아래에 더 설명된다.
용량성 마이크로 센서들(210) 및/또는 웨이퍼 처리 툴(102)의 측정 기구들 또는 디바이스들은 하나 이상의 전기 커넥터를 통해 서로 또는 다른 회로와 상호연결될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 챔버 벽(404) 및/또는 웨이퍼 홀더(410) 위에 이어지는 전기 트레이스에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)은 각각의 전기 트레이스들(216)에 의해 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전기적 연결들이 용량성 마이크로 센서들(210) 사이에 이루어질 수 있고/있거나, 용량성 마이크로 센서들(210)은, 전기 트레이스들, 전기 리드들, 비아들, 및 다른 알려진 유형들의 전기 커넥터들을 사용하여 전자 회로(218)에 연결될 수 있다.
도 5를 참조하면, 웨이퍼 처리 툴 또는 입자 모니터링 디바이스의 전자 회로의 블록도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼 처리 툴(102) 또는 입자 모니터링 디바이스(200)의 전자 회로(218)는 웨이퍼 처리 툴(102) 또는 웨이퍼(402)의 하부 구조에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는 위에서 설명된 바와 같이 입자 모니터링 디바이스(200)의 최상부 층(306) 상에 장착될 수 있다. 전자 회로(218)는 하우징에 에워싸일 수 있다. 전자 회로(218)의 전자 구성요소들 및/또는 하우징은 웨이퍼(402)에 일체화될 수 있는데, 예를 들어, 하우징은 전자 회로(218)를 캡슐화하는 웨이퍼 기판의 층들일 수 있다. 대안적으로, 하우징은 웨이퍼 처리 툴(102) 상에, 예를 들어, 챔버 벽(404) 또는 웨이퍼 홀더(410) 상에 장착될 수 있다. 유사하게, 하우징은 웨이퍼 처리 툴(102)의 또 다른 부분 상에, 예를 들어, 챔버 체적(406) 밖의 외부 표면 상에 장착될 수 있다. 이에 따라, 전자 회로(218)는 용량성 마이크로 센서(210)에 대해 함께 배치되거나 원격 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전자 회로(218)는, 용량성 마이크로 센서(210)에 대해 원격으로 장착된 경우에도, 하나 이상의 입력/출력(I/O) 연결(502), 예를 들어, 전기 트레이스, 전기 리드, 또는 비아를 통해 용량성 마이크로 센서(210)와 전기적으로 연결되어 배치될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는 클록(504)을 포함할 수 있다. 클록(504)은 관련 기술분야에 알려진 바와 같이, 정확한 주파수를 갖는 전기 신호를 출력하기 위해, 전자 발진기, 예를 들어, 석영 결정을 갖는 전자 회로일 수 있다. 따라서, 클록(504)은 I/O 연결(502)을 통해 수신된 전기 신호에 대응하는 시간 값을 출력하도록 구성될 수 있다. 시간 값은 다른 작동들과 무관한 절대 시간 값일 수 있거나, 시간 값은 웨이퍼 처리 툴(102)의 다른 클록들에 동기화될 수 있다. 예를 들어, 클록(504)은 웨이퍼 처리 툴(102)의 시스템 클록, 또는 웨이퍼 처리 툴(102)에 링크된 제조 설비의 호스트 컴퓨터의 시스템 클록에 동기화될 수 있고, 이로써, 클록(504)에 의해 출력되는 시간 값은, 시스템 클록에 의해 제어되거나 출력되는 시스템 작동들 및/또는 시스템 시간 값에 대응한다. 클록(504)은 특정 프로세스 작동이 발생할 때 시간 값의 출력을 개시하도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는 웨이퍼 처리 툴(102)과 호스트 컴퓨터 사이의 통신들을 송신 및 수신하기 위한 네트워크 인터페이스 디바이스(506)를 포함할 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는 프로세서(508)를 포함할 수 있다. 프로세서(508)는, 버스(510) 및/또는 트레이스들에 의해 클록(504)에 작동가능하게 결합, 예를 들어, 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서(508)는 하나 이상의 범용 처리 디바이스들, 예컨대, 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛 등을 나타낸다. 더 구체적으로, 프로세서(508)는 복합 명령어 세트 컴퓨팅(CISC) 마이크로프로세서, 축소 명령어 세트 컴퓨팅(RISC) 마이크로프로세서, 매우 긴 명령어(VLIW) 마이크로프로세서, 다른 명령어 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령어 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세서(508)는 또한, 하나 이상의 특수 목적 처리 디바이스, 예컨대, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 네트워크 프로세서 등일 수 있다.
프로세서(508)는 본원에 설명된 작동들을 수행하기 위한 처리 로직을 실행하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(508)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 상이한 미리 결정된 위치들에 위치된 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)로부터의 입력 신호들을 수신하고 분석하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 프로세서(508)는 작동가능하게 연결되는 용량성 마이크로 센서들(210)에 관련된 데이터를 결정하고 기록할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 마이크로 센서의 정전용량이 변화될 때 용량성 마이크로 센서(210)의 위치를 기록할 수 있다. 프로세서(508)는 또한, 각각의 수신된 입력 신호에 대응하여 클록(504)으로부터 시간 값 출력들을 수신하고 시간 값 출력을 타임 스탬프로서 메모리에 기록할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(508)는, 예를 들어, 주어진 시간에 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성을 결정하기 위해, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)로부터의 입력 신호들을 비교할 수 있다. 프로세서(508)는 용량성 마이크로 센서들(210)로부터 수신된 신호들에 기초하여 다른 유형들의 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 아래에 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 용량성 마이크로 센서(210)로부터 수신된 입력 신호들은, 웨이퍼 제조 프로세스를 종료하거나 웨이퍼 제조 프로세스에서의 변화의 근본 원인을 결정하는 데에 사용될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은 프로세서(508)에 의해 다른 기능이 제공될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 신호 처리 기능을 포함할 수 있고, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)로부터의 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있다. 물론, 전용 디지털-대-아날로그 변환기도 그러한 목적들을 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 설명된 처리 기능들 중 임의의 것, 예컨대, 변위 전류들을 필터링하는 것, 데이터에 대한 논리적 결정들을 행하기 위한 작업들을 수행하는 것, 이를 테면, 룩업 테이블들을 참조하는 것, 보정 인자들을 적용하는 것 등에 대해 다른 전자장치가 사용될 수 있다. 또한, 알려진 바와 같이 그러한 처리가 로컬 또는 분산 방식으로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 그러한 전자장치 및 처리 기법들은 간결성을 위해 본원에서 길게 논의되지 않는다.
용량성 마이크로 센서들(210)의 모니터링은 프로세서(508)에 의해 개별 또는 그룹 기반으로 수행될 수 있다. 즉, 프로세서(508)는 각각의 용량성 마이크로 센서(210)에 대한 개별 데이터를 모니터링하고 기록할 수 있다. 이에 따라, 각각의 용량성 마이크로 센서(210)는, 예를 들어, 위치 또는 다른 센서 특정 데이터와 연관된 고유 센서 식별 번호에 의해 개별적으로 식별가능할 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서들(210)은 그룹들로 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(508)는 하나 이상의 용량성 마이크로 센서(210)의 그룹에 대한 뱅크 데이터를 모니터링하고 기록할 수 있다. 이러한 그룹들은 센서 블록들로서 지칭될 수 있고, 각각의 센서 블록은 대응하는 전원 및 프로세서를 가질 수 있다. 즉, 센서 블록들은 서로 독립적으로 기능할 수 있고, 개별적으로 모니터링되거나 제어될 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서들(210)의 그룹은 전체적으로 센서들의 그룹에 대응하는 위치 또는 다른 그룹 특정 데이터와 연관될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는, 예를 들어, 웨이퍼 기판(202) 또는 챔버 벽(404) 상에 장착된 메모리(512)를 포함할 수 있다. 메모리(512)는 주 메모리(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 예컨대, 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등), 정적 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(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 촉발된 용량성 마이크로 센서(210)의 미리 결정된 위치 및 클록(504)에 의해 출력된 시간 값을 메모리(512)에 기록하기 위해 메모리(512)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 즉, 메모리(512)는 입자 또는 물질이 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때의 시간, 및 물질이 용량성 마이크로 센서(210) 상에 내려앉거나 그로부터 제거될 때 영향 받은 마이크로 센서가 장착된 위치를 기록할 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는 위에서 설명된 바와 같이 전원(304)을 포함할 수 있다. 전원(304)은 배터리, 커패시터 뱅크, 또는 또 다른 알려진 전원을 포함할 수 있다. 전원(304)은 전자 회로(218)의 구성요소들, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210), 클록(504), 프로세서(508), 또는 메모리(512) 중 하나 이상에 버스(510)를 통해 전기적으로 연결될 수 있고, 전력을 공급할 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)는 추가 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218)는, 입자 모니터링 디바이스(200)가, 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴(102)의 특정 프로세스 챔버(114) 내에 로딩된 후에, 이동을 중단할 때 클록(504)이 시간 값을 출력하기 시작하도록 촉발시키는 가속도계(514)를 포함할 수 있다. 따라서, 시간 값은 입자 모니터링 디바이스(200)가 웨이퍼 처리 툴(102)의 특정 처리 스테이션 내에 로딩될 때에 관한 정보를 제공할 수 있다. 전자 회로(218)는 주파수 공급원(516), 예를 들어, 광범위 주파수 공급원(516) 또는 검출기(518)를 포함할 수 있다. 주파수 공급원(516) 및 검출기(518)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 용량성 마이크로 센서들(210)의 특정 실시예들과 관련하여 특정한 응용을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 공급원(516) 및 검출기(518)는 아래에 설명되는 바와 같이 마이크로 공진기 유형의 마이크로 센서를 구동하고 모니터링하는 데에 사용될 수 있다.
위에서 설명된 전자 회로(218)의 구성요소들은 사용될 수 있는 센서들의 범위의 예시이며, 제한적이지 않다. 예를 들어, 추가 센서들, 예컨대, 온도 센서(520)가 웨이퍼 처리 툴(102)의 제조에 통합될 수 있다. 온도 센서(520)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 하나 이상의 구성요소, 예를 들어, 챔버 체적(406)의 온도를 모니터링할 수 있다. 이제, 용량성 마이크로 센서들(210)의 다양한 실시예들이 설명된다. 처음에, 용량성 마이크로 센서들(210)의 구성들 및 예시들은 본질적으로 예시적인 것이고, 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 본 설명에 기초하여 많은 추가적인 구성들이 고려될 수 있다는 것이 언급된다.
도 6을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 정전용량을 가질 수 있고, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량은 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스에 응답하여 변화될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)는 측정 회로에 연결된 둘 이상의 전극들을 채용할 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)는 유전체 갭에 의해 제2 전도체(604)로부터 분리된 제1 전도체(602)를 포함하는 한 쌍의 전도체들을 가질 수 있다. 제1 전도체(602) 및/또는 제2 전도체(604)는 전기적으로 하전될 수 있다. 예를 들어, 전극들 중 하나 이상은 전자 회로(218)의 측정 회로로부터의 신호들을 구동 및 감지하기 위해 직접 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 전극들 중 하나는 접지 전위에 연결된다.
제1 전도체(602) 및 제2 전도체(604)는 전도성 물질, 예를 들어, 폴리규소, 알루미늄, 텅스텐 등으로 형성될 수 있다. 전도체들은 기판(606) 상에 형성되거나 다른 방식으로 장착될 수 있다. 기판(606)은 입자 모니터링 디바이스(200)의 웨이퍼 기판(202)의 일부일 수 있다. 대안적으로, 기판(606)은 웨이퍼 처리 툴(102) 상에 장착될 수 있다. 기판(606)은 규소 웨이퍼 기판, 유기 물질, 블랭킷 유리 기판, 또는 또 다른 고체 유전체 기판, 예를 들어, 알루미나, 석영, 실리카 등일 수 있다.
각각의 전도체는 각각의 평면들을 따라 전도성 패드들(608)로부터 연장되는 여러 개의 핑거형 전도체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전도체(602)는 여러 개의 제1 세장형 전도체들(610)을 포함할 수 있고, 제2 전도체(604)는 여러 개의 제2 세장형 전도체들(612)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1 세장형 전도체들(610)과 제2 세장형 전도체들(612)은 교호맞물림된다. 더 구체적으로, 세장형 전도체들은 핑거형 구조들 사이에 정전용량을 형성하기 위해, 동일한 평면 내에서 상호잠금되거나 상호맞물림될 수 있다. 전도성 패드들(608)을 통해 세장형 전도체들 내에 및 밖으로 신호들이 운반될 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서(210)는 평면 구성을 갖는 커패시터를 포함할 수 있다.
용량성 마이크로 센서(210)는 감도를 최대화하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)의 전극들은 작은 크기로 형성되고 작은 공간에 의해 분리될 수 있다. 이러한 크기 척도화는, 센서들을 개별적으로 만들고, 전체적으로, 더 작은 입자들에 민감하게 만들며 입자들을 더 이산적으로 검출할 수 있게 함으로써, 높은 감도 및 활성 영역 밀도를 달성할 수 있다. 예로서, 각각의 세장형 전도체는 3 미크론 미만의 유전체 갭 거리만큼 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 갭 거리는 50-100 nm의 범위일 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서(210)는 전극들 사이의 유전체 특성들에서 작은 섭동들을 검출할 수 있다. 모니터링 및 제어 전자 회로(218)의 설계는 또한, 감도를 변조하도록 조작될 수 있다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서들(210)의 전형적인 검출 범위들은, 저 펨토패럿 내지 수십 피코패럿 범위에 있을 수 있고, 검출의 해상도는 대략 아토패럿일 수 있다.
도 7을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 제1 전도체(602) 또는 제2 전도체(604) 중 하나 이상 위의 코팅(702)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(702)은 교호맞물림된 평면 커패시터로 패터닝된 전도체들의 영역 위에 도포될 수 있다. 코팅(702)은 유기 또는 유전체 물질일 수 있다. 더 구체적으로, 코팅(702)은 웨이퍼 제조 프로세스에 반응하도록 선택된 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(702)은 식각 프로세스의 목표 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 코팅(702)은 유전체 물질, 예컨대, 산화규소 또는 질화규소를 포함한다. 이에 따라, 식각 프로세스가 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 수행될 때, 소정의 양의 코팅(702)이 제거될 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 7의 선(A-A)에 대해 취해진, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 단면도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 기판(606) 위에 한 쌍의 전도체들(802)을 포함한다. 한 쌍의 전도체들(802)은, 예를 들어, 제1 전도체(602)의 제1 세장형 전도체(610), 및 제2 전도체(604)의 제2 세장형 전도체(612)를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 한 쌍의 전도체들(802)은 적어도 부분적으로 코팅(702)에 의해 커버될 수 있다. 코팅(702)은 도 7에 도시된 바와 같은 블랭킷 코팅일 수 있다. 더 구체적으로, 코팅(702)은 교호맞물림된 전도체들 사이에 측방향으로, 즉, 유전체 갭을 채우는 필러 부분(804), 및 전도체들의 최상부 표면 위에 층화된 오버코트 부분(806)을 포함할 수 있다. 코팅(702)은 적층 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 필러(804)는 제1 물질, 예컨대, 하드 유전체, 예를 들어, 산화물 또는 질화물로 형성된 제1 층일 수 있고, 오버코트(806)는 제2 물질, 예컨대, 유기 물질로 형성된 제2 층일 수 있다. 코팅(702)의 어느 하나의 부분이 선택적이라는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 실시예에서, 코팅(702)은 전도체들 사이에 측방향으로 필러(804)를 포함하고, 코팅(702)은 전도체들의 최상부 표면들이 노출되도록 오버코트(806)를 포함하지 않는다. 대안적으로, 코팅(702)은 전도체들 위에 오버코트(806)를 포함할 수 있고, 코팅(702)은, 전도체들 사이에 측방향으로 유전체 갭에 공극이 존재하도록, 필러(804)를 포함하지 않을 수 있다. 코팅(702)의 다른 실시예들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 코팅(702)은 얇은, 예를 들어, 2 나노미터 두께의 등각 코팅이 기판(606) 및 전도체들의 최상부 및 측방향 표면들 위에 층화되도록 등각일 수 있다. 세장형 전도체들은 등각 코팅(702)의 두께보다 더 큰, 예를 들어, 3 미크론의 폭 또는 높이를 가질 수 있고, 따라서, 코팅(702)은 용량성 마이크로 센서(210)의 전체 표면을 커버할 수 있고, 한 쌍의 전도체들(802) 사이의 유전체 갭의 적어도 일부는 채워지지 않을 수 있다.
용량성 마이크로 센서(210)의 임의의 부분 상으로의 물질(808)의 증착은, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 교호맞물림된 핑거형 구조들 또는 도 7에 도시된 코팅(702)상으로의 물질(808)의 증착은, 한 쌍의 전도체들(802) 사이의 전기장을 변경시킴으로써 정전용량을 변화시킬 수 있다.
실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착된 물질(808)는 가스이다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서(210)는 여러 개의 표면적 증가 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면적 증가 구조들은, 가스를 포획하거나 흡수하도록 설계된, 섬유들 또는 세공들(810)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅(702)은 프로세스 챔버(114) 내에서 스폰지처럼 가스를 흡수하기 위해 미리 결정된 공극률을 갖는 물질, 예를 들어, 다공성 산질화물을 포함할 수 있다. 가스가 세공들(810)에 의해 흡수될 때, 가스는, 예를 들어, 벌크 물질의 유전 상수를 공기가 채워진 세공들(810)에 비해 증가시킴으로써, 코팅(702)의 유전 상수를 변경시킬 수 있으며, 정전용량이 변화될 수 있다.
용량성 마이크로 센서(210)로부터 물질의 제거는 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 교호맞물림된 핑거형 구조들 또는 코팅(702)으로부터 물질(808)의 제거는 전기장을 변경시킴으로써 정전용량을 변화시킬 수 있다.
물질(808)의 증착 또는 제거에 의해 야기되는 정전용량 변화는 증착의 양 또는 속도를 결정하기 위해 감지될 수 있다. 예를 들어, 정전용량의 변화는 추가되거나 제거된 물질(808)의 양에 직접적으로 상관될 수 있다. 게다가, 정전용량이 실시간으로 모니터링될 수 있다는 것을 가정하면, 예를 들어, 분당 옹스트롬 단위의 식각 속도가 계산될 수 있다. 예비 데이터는, 용량성 마이크로 센서들(210)의 정전용량의 변화들이, 용량성 마이크로 센서들(210) 상의 입자들의 존재를 검출하기 위해 측정될 수 있다는 것을 나타냈다. 추가적으로, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)은 비교적 큰 입자들을 검출하기 위해 다중화될 수 있다. 유사하게, 용량성 마이크로 센서들(210)을 결합하는 것은 입자 크기를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
전도체들(602, 604), 기판(606), 및 코팅(702)의 물질 선택은, 용량성 마이크로 센서(210)가 모니터링 또는 제어하는 데에 사용되는 프로세스에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 구조들 중 하나 이상은 모니터링되고 있는 식각 프로세스에 대해 불침투성일 수 있다. 예를 들어, 코팅(702)은 식각 프로세스에 의해 제거되도록 설계될 수 있고, 기판(606)은 식각 프로세스에 대해 불침투성이도록 설계될 수 있다. 유사하게, 코팅(702)은 프로세스에 의해 제거가능할 수 있고, 세장형 전도체들은 프로세스에 의해 제거가능하지 않을 수 있다.
용량성 마이크로 센서(210)의 구조들의 기하학적 형상은 또한, 모니터링되거나 제어되는 프로세스에 대응하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 프로세스가 물질 증착을 포함할 때, 핑거형 구조들은 물질(808)이 전도체들 상에 또는 전도체들 사이에 증착될 때 검출가능한 정전용량 변화가 발생하는 것을 보장하기 위해, 가능한 한 서로 가까이 배치될 수 있다. 전도체들의 두께가 또한 변화될 수 있다. 예를 들어, 교호맞물림된 세장형 전도체들은, 평면 구조와 대조적으로, 구조를 평행 판 구조와 더 유사하게 만들기 위해 두꺼워질 수 있다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 적층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전도체(604)는 제1 전도체(602) 위에 적층될 수 있다. 세장형 전도체들, 즉, 제1 세장형 전도체들(610) 및 제2 세장형 전도체들(612)은 동일한 수직 평면을 따라 배열될 수 있거나, 세장형 전도체들은 측방향으로 오프셋될 수 있는데, 즉, 교호맞물림될 수 있다. 어느 경우든, 코팅(702)은 제1 전도체(602)와 제2 전도체(604) 사이에 있을 수 있고, 그러므로 전도체들 사이의 유전체 갭을 채울 수 있다. 실시예에서, 제1 전도체(602) 및 제2 전도체(604)는 핑거형 구조들보다는 그리드 또는 메시 구조(도시되지 않음)를 포함한다. 적층된 센서(또는 설명된 센서 구조들 중 임의의 것)는 상이한 물질들의 전도체들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전도체(602)는 금속을 포함할 수 있고, 제2 전도체(604)는 도핑된 폴리규소를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 용량성 마이크로 센서의 사시도가 실시예에 따라 도시된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 평행 판 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전도체(602)는 제1 판 층일 수 있고, 제2 전도체(604)는 제2 판 층일 수 있다. 코팅(702)은 판들 사이의 유전체 갭을 채울 수 있다. 실시예에서, 판 구조들이 천공된다. 예를 들어, 하나 이상의 천공(1002)은 제1 전도체(602) 및/또는 제2 전도체(604)를 통해 수직으로 연장될 수 있다. 평행 판 및/또는 천공된 평행 판 구조들은 등방성 식각 윤곽을 감지하는 데에 특히 유용할 수 있다. 그러한 경우에, 전도체들 사이의 코팅(702)은, 용량성 마이크로 센서(210)가 물질(808)의 제거에 특히 민감하게 하기 위해, 9의 유전 상수를 갖는 알루미나를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 용량성 마이크로 센서들(210)의 실시예들은 예시적이며 제한적이지 않다. 더 구체적으로, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 물질이 센서 구조에 대해 증착, 제거 또는 개질될 때 정전용량 변화를 경험하는 다른 용량성 마이크로 센서 구조들을 생각할 수 있다. 용량성 마이크로 센서들(210)은 본원에 설명된 응용들에서 사용될 수 있는 하나의 유형의 마이크로 센서를 나타낸다. 그러나, 다른 마이크로 센서들이, 용량성 마이크로 센서들(210)과 조합하여 또는 단독으로 사용될 수 있다. 몇몇 그러한 마이크로 센서 유형들이 아래에서 대략적으로 설명된다.
도 11을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 공진기 유형의 마이크로 센서의 개략도가 실시예에 따라 도시된다. 실시예에서, 웨이퍼 처리 툴(102)의 하나 이상의 마이크로 센서들은 마이크로 공진기 센서(1100)를 포함한다. 마이크로 공진기 센서(1100)는 적합한 공진 질량 센서, 예컨대, 석영 결정 마이크로천칭(QCM), 표면 탄성파(SAW), 또는 필름 벌크 음향 공진기들(FBAR)일 수 있고, 이들 모두는 그의 표면들 상에 증착된 공중 입자들의 누적 질량(1102)을 정량화한다. 마이크로 공진기 센서들(1100)의 다양성 및 복잡성에 대한 설명은, 간결성 및 이해의 용이성의 목적을 위해, 간략화된 설명을 위해 본원에 설명되지 않는다. 마이크로 공진기 센서(들)(1100)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 미리 결정된 위치들에 분산될 수 있다. 각각의 마이크로 공진기 센서(1100)는, 관련 기술분야에 알려진 바와 같이, 특성 주파수, 예를 들어, 공진 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 아주 상세하게 하지는 않고, 마이크로 공진기 센서(1100)는 간단한 질량-스프링 시스템에 의해 표현될 수 있다. 마이크로 공진기 센서(1100)의 특성 주파수는 마이크로 공진기 시스템의 질량(1102)에 반비례할 수 있다. 예를 들어, 특성 주파수는 마이크로 공진기 센서(1100)의 제곱근(k/M)에 비례할 수 있고, 여기서, 'M'은 질량(1102)에 대응하고, 'k'는 마이크로 공진기 센서(1100)의 비례 상수에 대응한다. 따라서, 마이크로 공진기 센서(1100)가, 예를 들어, 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 물질(808)을 수신하거나 방출할 때 특성 주파수가 시프트되는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 물질(808), 이를 테면, 반도체 물질이 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내에서 마이크로 공진기 센서(1100)의 센서 표면 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때, 마이크로 공진기 센서(1100)의 질량(1102)이 변화되고, 이에 따라, 특성 주파수가 시프트된다.
실시예에서, 센서 표면은 물질(808)을 포함한다. 더 구체적으로, 센서 표면은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402) 상에 증착되거나 그로부터 제거된 물질(808)과 동일한 반도체 물질(808)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 제조 프로세스가 규소 웨이퍼(402) 상에 규소를 증착시키기 위한 증착 프로세스일 때, 센서 표면은, 증착된 물질(808)이, 웨이퍼(402)와의 상호작용과 유사한 방식으로 센서 표면과 상호작용하는 것을 보장하기 위해 규소를 포함할 수 있다. 유사하게, 웨이퍼 제조 프로세스가 규소 웨이퍼(402)로부터 규소를 제거하기 위한 식각 프로세스일 때, 센서 표면은, 규소 웨이퍼(402)로부터 규소의 제거 속도와 유사한 속도로 센서 표면으로부터 물질(808)이 식각되는 것을 보장하기 위해 규소를 포함할 수 있다. 이에 따라, 센서 표면은, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402)에 동시에 발생하는 실제 증착 속도 또는 제거 속도를 측정하기 위해, 웨이퍼(402)의 표면을 모의할 수 있다.
도 12를 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 센서의 트랜지스터 센서 유형의 개략도가 실시예에 따라 도시된다. 실시예에서, 웨이퍼 처리 툴(102)의 하나 이상의 마이크로 센서는 트랜지스터 센서(1200)를 포함한다. 트랜지스터 센서(1200)는 하나 이상의 트랜지스터, 예를 들어, MOSFET(1202)을 포함할 수 있다.
MOSFET(1202)은 소스(1204), 드레인(1206) 및 게이트(1208)를 포함할 수 있다. 트랜지스터 센서(1200)는 또한, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 물질(808)을 수신하거나 방출하기 위한 컬렉터(1210)를 포함할 수 있다. 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)으로부터 물리적으로 분리될 수 있지만, 하위 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 미리 결정된 위치에 위치될 때에도, 물질(808)이 컬렉터(1210) 상에 내려앉거나 그로부터 증발되는 것을 검출하도록 구성될 수 있다.
컬렉터(1210)는 물질(808)을 수신하도록 크기가 정해지고 구성될 수 있다. 예를 들어, 물질(808) 입자들의 전형적인 크기는 45 나노미터 내지 1 미크론의 범위에 있을 수 있고, 따라서, 컬렉터(1210)는 적어도 1 미크론의 직경을 갖는 외측 림을 갖는 외측 윤곽을 포함할 수 있다. 아래 방향으로 볼 때의 외측 림의 형상은 원형, 직사각형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 게다가, 컬렉터(1210)는 평평할 수 있는데, 즉, 평면 센서 표면을 가질 수 있거나, 컬렉터(1210)는 원뿔 센서 표면을 가질 수 있다. 실시예에서, 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)과 별개의 구조가 아니라, 대신에, MOSFET(1202) 내에 포함된다. 예를 들어, 컬렉터(1210)는 MOSFET(1202)의 게이트(1208) 상의 수집 영역일 수 있다.
위에서 설명된 마이크로 공진기 센서(1100)와 유사하게, 트랜지스터 센서(1200)의 컬렉터(1210)는 웨이퍼(402)의 표면을 모의하도록 구성된 센서 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터 센서(1200)는, 예를 들어, 유지 표면(412) 상에 웨이퍼(402) 근처에 위치될 수 있고, 센서 표면은 웨이퍼 표면에 의해 대면되는 방향에 평행한 전방 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 컬렉터(1210)는, 예를 들어, 동일한 또는 상이한 물질의 베이스 층 및 최상부 층을 갖는 다층 구조를 포함할 수 있다.
실시예에서, 트랜지스터 센서(1200)의 파라미터는 MOSFET(1202)에 대응한다. 더 구체적으로, 트랜지스터 센서(1200)의 파라미터는 게이트(1208)에 걸쳐 측정된 바와 같은 MOSFET(1202)의 임계 전압일 수 있다. 임계 전압은 컬렉터(1210) 상의 물질(808)의 존재 또는 부재에 직접 대응할 수 있다. 예를 들어, 임계 전압은 물질(808)의 제1 양이 컬렉터(1210) 상에 있을 때 제1 값을 가질 수 있고, 임계 전압은 물질(808)의 제2 양이 컬렉터(1210) 상에 있을 때 제2 값(제1 값과 상이함)을 가질 수 있다. 따라서, 컬렉터(1210)의 센서 표면에 수집되거나 그로부터 방출된 물질(808)은 트랜지스터 센서(1200)의 임계 전압에 기초하여 결정될 수 있다. 프로세서(508)는 임계 전압의 변화를 검출하도록 구성될 수 있고, 따라서, 임계 전압의 변화가 검출될 때, 웨이퍼 처리 툴(102)은 그 변화를 입자 검출 또는 물질(808) 증착 또는 제거의 양으로서 표시할 수 있다. 임계 전압은 웨이퍼(402) 상의 물질(808)의 실제 증착 속도 또는 그로부터의 제거 속도를 결정하기 위해 시간에 걸쳐 기록될 수 있다.
도 13을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 마이크로 센서의 광 센서 유형의 개략도가 실시예에 따라 도시된다. 실시예에서, 웨이퍼 처리 툴(102)의 하나 이상의 마이크로 센서는 광 센서(1300)를 포함한다. 광 센서(1300)는 관련 기술분야에 알려진 바와 같은 마이크로-광-전자-기계 시스템(MOEMS)일 수 있고, 알려진 반도체 처리 작동들을 사용하여 기판 상에 직접 형성될 수 있다. MOEMS의 다양성 및 복잡성에 대한 설명은, 간결성 및 이해의 용이성의 목적을 위해, 간략화된 설명을 위해 본원에 설명되지 않는다. 광 센서(1300)는 기판의 센서 표면(도시되지 않음)에 걸쳐 분산된 여러 개의 마이크로 거울들 또는 렌즈들을 포함할 수 있다. 아주 상세하게 하지는 않고, 광 센서(1300)는 광원(1304)으로부터 나오는 광 경로(1302)를 포함할 수 있다. 광 경로(1302)는 광원(1304)과 광 검출기(1306) 사이에 있을 수 있다. 실시예에서, 광 센서(1300)의 파라미터는 광이 광원(1304)으로부터 광 검출기(1306)에서 수신되는지 여부에 대응한다. 예를 들어, 파라미터는 광 경로(1302)를 방해하는 물질(808)에 응답하여 변화될 수 있다. 즉, 물질(808)의 입자들이 광 경로(1302)를 통과하거나 광 경로(1302)에 놓여 광원(1304)과 광 검출기(1306) 사이의 광을 차단할 때, 파라미터는 변화될 수 있다. 실시예에서, 입자가 광 센서(1300)를 통과할 때, 광원(1304)으로부터의 광은 또 다른 광 검출기(1306)를 향해 상이한 광 경로(1302)를 따라 반사된다. 다른 광 검출기(1306)에 의한, 반사된 광의 검출은 광 센서(1300)의 파라미터에 대한 변화를 야기할 수 있다. 파라미터는, 예를 들어, 광 검출에 대응하는, 광 센서(1300)의 출력 전압일 수 있다. 프로세서(508)는 출력 전압의 변화를 검출하도록 구성될 수 있고, 따라서, 출력 전압의 변화 및/또는 광 경로(1302)에서의 방해가 검출될 때, 웨이퍼 처리 툴(102)은 그 변화를 기판 상의 센서 표면에의 물질(808)의 증착 또는 그로부터의 제거로서 표시할 수 있고, 따라서, 증착/제거 양들 및/또는 속도들이 실시간으로 측정 및 모니터링될 수 있다.
위에서 설명된 마이크로 센서 유형들이, 외부 압력들과 무관한 전기 파라미터들에 기초하여 작동하기 때문에, 하나 이상의 마이크로 센서, 예컨대, 용량성 마이크로 센서(210), 마이크로 공진기 센서(1100), 트랜지스터 센서(1200), 또는 광 센서(1300)를 갖는 웨이퍼 처리 툴(102) 또는 입자 모니터링 디바이스(200)가, 진공 조건들 하에서를 포함하여, 임의의 압력 범위에서 작동할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 마이크로 센서들은 플라즈마가 없는 조건들 하에서를 포함하여, 챔버 체적(406)의 기체 일관성에 관계없이 작동할 수 있다.
입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 처리 툴(102)은 위에서 설명된 센서들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 하부 기판 상에 수천 개로 그룹화될 수 있다. 더 구체적으로, 용량성 마이크로 센서들(210)은, 뱅크들로부터 상이한 개수의 커패시터들을 선택함으로써 기본 정전용량이 선택될 수 있도록, 뱅크들로 결합될 수 있다. 그러한 선택은 프로세서(508)에 의해 제어될 수 있다. 실시예에서, 프로세서(508)는 상이한 유형들의 센서들을 모니터링한다. 예를 들어, 추가적인 데이터를 수집하고 다목적 센서를 형성하기 위해, 물질 증착을 검출하도록 구성된 용량성 마이크로 센서(210) 및 물질 식각을 검출하도록 구성된 용량성 마이크로 센서(210)가 동시에 모니터링되거나, 웨이퍼 제조 프로세스의 상이한 스테이지들 동안 모니터링될 수 있다. 유사하게, 추가적인 정보를 얻기 위해, 용량성 마이크로 센서들(210)을 상이한 주파수들에서 모니터링하는 데에 아날로그 대 디지털 용량성 측정 회로가 사용될 수 있다. 예를 들어, 측정 회로는, 추가적인 정보를 수집하기 위해, 하나 이상의 용량성 마이크로 센서(210)를 저주파수로, 고주파로, 또는 넓은 범위의 주파수들을 통해 스위핑함으로써 조사할 수 있다.
예를 들어, 프로세스 챔버(114) 상에 장착된 마이크로 센서들을 갖는 웨이퍼 처리 툴(102)은 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링하거나 제어하는데 사용될 수 있다. 제한적이지는 않지만, 그러한 모니터링 및 제어를 수행하는 여러 가지 방법들이 아래에서 설명된다. 간결성을 위해, 아래에서 설명되는 방법들에서의 작동들은 용량성 마이크로 센서(210)의 모니터링을 지칭할 수 있지만, 방법들은 다른 마이크로 센서 유형들, 예컨대, 위에서 설명된 마이크로 센서 유형들을 포함하도록 적응될 수 있다.
도 14를 참조하면, 웨이퍼 제조 프로세스를 종료하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼 제조 프로세스의 종료점은, 일부 경우들에서, 프로세스 작동이 프로세스 목표를 달성했는지 여부 및 중단되어야 하는지 여부를 결정하기 위해 프로세스의 파라미터, 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 내의 플라즈마(450)에서 발견되는 특정 원소의 농도를 측정함으로써 검출될 수 있다. 그러나, 챔버 체적(406)에 플라즈마가 없는 경우, 그러한 검출은 종래의 센서들 또는 측정 기구들을 사용하여 어렵거나 불가능할 수 있다. 그러나, 용량성 마이크로 센서(210)를 사용하여 종료점을 결정하는 아래에 설명되는 방법은 플라즈마가 없는 조건들 하에서 사용될 수 있다.
작동(1402)에서, 웨이퍼(402)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내에 로딩된다. 웨이퍼(402)는 반도체 물질로 형성될 수 있고, 웨이퍼 처리 툴(102)의 제1 챔버, 예를 들어, 버퍼 챔버(108)로부터, 웨이퍼 처리 툴(102)의 제2 챔버, 예를 들어, 프로세스 챔버(114)로 이동될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(402)는 프로세스 챔버(114)의 챔버 체적(406) 내에서 웨이퍼 제조 프로세스, 예를 들어, 증착 또는 식각을 겪을 수 있다.
작동(1404)에서, 웨이퍼 제조 프로세스가 프로세스 챔버(114)에서 개시될 수 있다. 예를 들어, 제2 챔버, 예를 들어, 프로세스 챔버(114)의 챔버 압력은 진공 조건으로 감소될 수 있다. 더 구체적으로, 챔버 압력은 0.5 atm 아래로 낮아질 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 웨이퍼 처리 툴(102)은 모든 압력 범위들 하에서 물질 증착/제거를 검출할 수 있고, 따라서, 웨이퍼 처리 툴(102)에서 반도체 웨이퍼(402)에 의해 보통 보여지는 조건들 하에서 증착/제거 양 및/또는 속도의 실시간 모니터링에 사용될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 제조 프로세스 동안, 반도체 물질(808)이 웨이퍼(402) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 수 있다. 동시에, 반도체 물질(808)은 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 수 있다.
작동(1406)에서, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화가 검출된다. 더 구체적으로, 정전용량의 변화는 물질(808)이 제2 챔버, 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 내의 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때 검출될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)가 정전용량의 변화를 검출할 때, 대응하는 신호가 전자 회로(218)에 제공된다.
실시예에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 검출된 변화에 기초하여 제어된다. 예를 들어, 작동(1408)에서, 정전용량의 변화에 대응하는 입력 신호는 웨이퍼 제조 프로세스의 종료점을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 정전용량 변화는 증착 프로세스 동안 용량성 마이크로 센서(210) 상으로의 물질(808)의 증착에 대응할 수 있다. 유사하게, 웨이퍼 제조 프로세스가 식각 프로세스일 때, 용량성 마이크로 센서(210)로부터 물질(808)의 제거가 검출될 수 있다. 추가되거나 제거된 물질(808)의 양은 웨이퍼 처리 툴(102)의 매 프로세스 실행마다 동일할 수 있다. 그러나, 양 또는 속도가 갑자기 더 많아지거나 더 적어지는 경우, 웨이퍼 처리 툴(102)은 웨이퍼 제조 프로세스 또는 프로세스 챔버(114) 하드웨어에서 시프트가 발생했다고 결정할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 웨이퍼 처리 툴(102) 또는 입자 모니터링 디바이스(200)의 전자 회로(218)는 웨이퍼 처리 툴(102)과 호스트 컴퓨터 사이의 통신을 송신 및 수신하기 위한 네트워크 인터페이스 디바이스(506)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스 디바이스(506)는 유선 또는 무선 연결(502)에 의해 기능할 수 있다. 실시예에서, 신호들은 또한, 마이크로 센서들과 네트워크 인터페이스 디바이스(506) 사이에서 무선으로 송신될 수 있다. 더 구체적으로, 전자 회로(218)가 분산될 수 있어서, 무선 송신기는 마이크로 센서, 예컨대, 용량성 마이크로 센서(210)에 전기적으로 연결되고, 무선 수신기는 전자 회로(218)의 다른 회로에 전기적으로 연결된다. 더 구체적으로, 무선 수신기 및 무선 송신기 둘 모두는, 웨이퍼 처리 툴(102) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 무선 송신기는 용량성 마이크로 센서(210)를 지지하는 웨이퍼 기판(202) 상에 장착될 수 있고, 무선 수신기는 챔버 벽(404) 상에 장착될 수 있다. 데이터, 예컨대, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량은 웨이퍼 처리 툴(102) 내의 송신기와 수신기 사이에서 통신될 수 있다. 데이터를 수신한 후에, 무선 수신기는 수신된 신호들을 프로세서(508) 또는 다른 전자 회로(218)에 전송할 수 있다. 게다가, 신호들은 전자 회로(218)와 외부 컴퓨터 시스템(104) 사이의 유선 연결(502)을 통해 전달될 수 있다. 무선 수신기와 외부 컴퓨터 사이의 통신은 유선 연결(502)일 수 있고, 예를 들어, 데이터 케이블은 전자 회로(218)로부터 호스트 컴퓨터로 데이터를 통신하기 위해 프로세스 챔버(114)의 챔버 벽(404)을 통과할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 제조 프로세스의 진행은 실시간으로 측정될 수 있다. 이에 따라, 컴퓨터 시스템(104)은 원하는 양의 물질(808)이 용량성 마이크로 센서(210)에 추가되거나 그로부터 제거될 때 프로세스의 종료점을 검출하도록 구성될 수 있다.
작동(1410)에서, 웨이퍼 제조 프로세스는 종료점을 결정하는 것에 응답하여 중단될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)로부터의 입력 신호가, 웨이퍼 제조 프로세스가, 원하는 프로세스 결과, 예를 들어, 웨이퍼(402)의 질량의 미리 결정된 값 또는 변화에 도달했다는 것을 나타낼 때, 전자 회로(218) 또는 컴퓨터 시스템(104)은 웨이퍼 제조 프로세스의 종료점이 도달된 것으로 결정할 수 있고, 입력 신호에 기초하여 증착 또는 식각 프로세스를 중단할 수 있다.
도 15를 참조하면, 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼 제조 프로세스는, 예를 들어, 프로세스 균일성을 검출하고 제어하기 위해, 용량성 마이크로 센서들(210)로부터의 피드백을 사용하여 제어될 수 있다. 프로세스 챔버(114)에 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)을 배치함으로써, 순간 균일성 및 시간에 따른 균일성이 검출될 수 있다. 더 구체적으로, 프로세스 챔버(114)의 상이한 위치들에서의 증착 또는 식각 속도의 변화들이, 그러한 위치들 사이에서 증착 또는 식각 프로세스가 상이한지 여부를 결정하기 위해 감지될 수 있다.
작동들(1502 및 1504)은 도 14와 관련하여 위에서 설명된 작동들(1402 및 1404)과 유사할 수 있다. 즉, 웨이퍼(402)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내에 로딩될 수 있고, 웨이퍼 제조 프로세스가 개시될 수 있다. 그러나, 작동(1504)에서, 반도체 물질(808)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402) 및 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 수 있다. 즉, 물질(808)의 증착 또는 제거는 프로세스 챔버(114)의 다수의 용량성 마이크로 센서들(210)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 용량성 마이크로 센서는, 예를 들어, 챔버 체적(406) 내의 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 제1 미리 결정된 위치에 장착될 수 있고, 제2 용량성 마이크로 센서는, 예를 들어, 또한 챔버 체적(406) 내의 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 제2 미리 결정된 위치에 장착될 수 있다. 물질(808)은 제1 및 제2 용량성 마이크로 센서들(210) 둘 모두 상에 증착되거나 그로부터 제거될 수 있다.
작동(1506)에서, 각각의 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량들의 각각의 변화들이 검출될 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로 센서의 정전용량의 변화는, 제1 용량성 마이크로 센서의 기판(606), 세장형 전도체들, 또는 코팅(702) 상에 반도체 물질(808)을 증착시키거나 그로부터 반도체 물질(808)을 제거하는 것에 응답하여 검출될 수 있다. 유사하게, 제2 용량성 마이크로 센서의 정전용량의 변화는, 제2 용량성 마이크로 센서의 기판(606), 세장형 전도체들, 또는 코팅(702) 상에 반도체 물질(808)을 증착시키거나 그로부터 반도체 물질(808)을 제거하는 것에 응답하여 검출될 수 있다. 이에 따라, 주어진 시간에, 제1 용량성 마이크로 센서 및 제2 용량성 마이크로 센서의 정전용량들이 측정될 수 있다.
작동(1508)에서, 웨이퍼 제조 프로세스의 균일성은 제1 및 제2 용량성 마이크로 센서들(210)의 정전용량들의 변화에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 여러 개의 용량성 마이크로 센서들(210)의 정전용량들의 변화들이 측정될 수 있고, 균일성을 검출하기 위해 변화들이 비교될 수 있다. 더 구체적으로, 정전용량들의 변화들이, 미리 결정된 변화도 내에서, 예를 들어, 5% 차이 내에서 유사하거나 동일한 경우, 웨이퍼 제조 프로세스는 균일한 것으로 결정될 수 있다. 그러나, 정전용량들의 변화들이, 미리 결정된 양만큼 변화되는 경우, 웨이퍼 제조 프로세스는 불균일한 것으로 결정될 수 있다. 불균일성의 결정은 이벤트를 촉발할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)의 용량성 마이크로 센서들(210) 사이의 표준 편차에 대한 미리 결정된 임계치가 설정될 수 있고, 임계치가 초과되면, 경보가 촉발될 수 있고/있거나 웨이퍼 처리 툴(102)이 다음 웨이퍼를 처리하는 것이 중단될 수 있다. 마이크로 센서들로부터 수집된 데이터는 또한, 장래의 검토를 위해, 예를 들어, 근본 원인 분석을 돕기 위해, 원격 서버 상에 또는 로컬로 로그 파일에 저장될 수 있다. 이에 따라, 여러 위치들의 용량성 마이크로 센서들(210)을 갖는 웨이퍼 처리 툴(102)이, 프로세스 안정성을 측정하고 제어하는 데에 사용될 수 있다.
도 16을 참조하면, 웨이퍼 제조 프로세스의 변화의 근본 원인을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 내의 웨이퍼 처리 툴(102) 상의 용량성 마이크로 센서들(210)은, 증착 또는 제거 속도에 대한 변화 또는 입자 검출의 근본 원인을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 증착 또는 제거 속도들의 변화의 가능성 있는 원인을 식별하기 위해 다른 기계 센서들에 상관될 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 측정 기구, 예를 들어, 광학 분광계(416)에 상관된다. 대안적으로, 용량성 마이크로 센서(210)는 다른 기계 센서들, 예컨대, 온도, 프로세스 챔버(114)에 전달되는 전력, 가스 농도, 또는 프로세스 챔버(114)의 이온 밀도를 검출하는 데에 사용되는 센서들에 상관될 수 있다.
작동들(1602 내지 1606)은 도 14와 관련하여 위에서 설명된 작동들(1402 내지 1406)과 유사할 수 있다. 즉, 웨이퍼(402)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내에 로딩될 수 있고, 웨이퍼 제조 프로세스가 개시될 수 있다. 게다가, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화가 검출될 수 있다.
작동(1608)에서, 웨이퍼 제조 프로세스의 프로세스 파라미터가 측정 기구 또는 디바이스에 의해 검출 및/또는 측정될 수 있다. 예를 들어, 측정 기구는 도 4와 관련하여 위에서 설명된 광학 분광계(416)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 프로세스 파라미터는 광학 분광계(416)에 의해 측정된 바와 같은 챔버 체적(406)의 OES 시그니처일 수 있다.
작동(1610)에서, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화의 근본 원인이, 검출된 프로세스 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 정전용량의 변화는 측정 기구에 의해 측정된 프로세스 파라미터의 변화에 시간상 동시에 또는 근처에 발생할 수 있다. 프로세스 파라미터는 특정 가스의 농도일 수 있고, 프로세스 파라미터의 변화는 농도의 증가를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 동시 변화들은, 가스 농도의 증가가 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화에 대한 근본 원인, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210) 상의 물질(808)의 증착 속도 또는 그로부터의 물질(808)의 제거 속도의 변화 또는 입자 검출에 대한 근본 원인이라는 것을 나타낼 수 있다. 그 다음, 입자 공급원을 보정하거나 가스 농도 및 증착/제거 속도들을 원하는 범위 내에 유지하기 위해 웨이퍼 처리 툴(102)이 조정되거나 수리될 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 프로세스 챔버(114) 상의 하나 이상의 위치에 장착된 용량성 마이크로 센서들(210)을 갖는 웨이퍼 처리 툴(102)이 문제해결 툴로서 사용될 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)의 정전용량의 변화 및 검출된 프로세스 파라미터는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 웨이퍼 제조 프로세스 내의 이벤트들의 다른 근본 원인들을 결정하는 데에 사용될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)은 프로세스 챔버(114)로 그리고 그로부터 부식성 물질들을 운반하는 가스 라인들을 포함할 수 있다. 가스 라인들은 진공 하에 배치될 수 있고, 따라서, 가스 라인들의 부식은 전형적으로 최소일 수 있다. 그러나, 가스 라인들을 적절히 퍼징하지 않고 프로세스 챔버(114)가 유지보수를 수행하도록 개방되는 경우, 수분 및/또는 할로겐들이 가스 라인들 내에 도입될 수 있다. 가스 라인들이 수분 및/또는 할로겐들에 노출될 때, 부식이 상당히 신속하게 발생할 수 있다. 그러한 부식은 입자들을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 웨이퍼 처리 툴(102) 상에, 가스 라인으로부터의 하류 위치에, 또는 가스 라인이 프로세스 챔버(114)에 도달하기 전의 위치에 장착된다. 용량성 마이크로 센서(210)는 유지보수를 위해 프로세스 챔버(114)를 개방하기 전에 가스 라인들이 적절하게 퍼징되는지 여부를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)는 또한, 부식을 검출하기 위해 가스 라인들에서의 입자 편위들을 검출할 수 있다. 더 구체적으로, 가스들 또는 부식 입자들은 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화를 야기할 수 있고, 그 변화는 가스 또는 부식 입자가 가스 라인에 존재하는 것을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 가스 또는 부식 입자가 검출되는 경우, 웨이퍼 처리 툴(102)에 대해 적절한 유지보수 또는 수리가 수행될 수 있다.
웨이퍼 제조 프로세스, 예를 들어, 식각 또는 증착 프로세스 이후에, 할로겐들 또는 다른 부산물들이 웨이퍼(402)로부터 가스방출될 수 있다. 부산물들을 경감시키기 위한 기법들이 존재하지만, 경감이 얼마나 효율적인지를 그리고 웨이퍼(402)가 완전히 가스방출되는지 여부를 정량화하는 것은 어렵다. 완전히 탈기되지 않는 웨이퍼들(402)은 대기열 시간 문제들 또는 응축 입자들에 의한 오염으로 이어질 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 로드 록(112) 내의 웨이퍼 처리 툴(102) 상에 장착된다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서(210)는 로드 록(112)의 체적 내에 에워싸인 부산물들 또는 할로겐들의 양을 측정한다. 따라서, 용량성 마이크로 센서(210)는 얼마나 오래 그리고/또는 언제 웨이퍼(402)가 완전히 가스방출되는지를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 추가적으로, 용량성 마이크로 센서(210)는, 로드 록(112)에서 검출된 부산물들 또는 할로겐들의 양에 기초하여, 편위들을 검출하거나, 심지어는 프로세스를 종료하는 데에 사용될 수 있다. 예로서, 용량성 마이크로 센서(210)는 어떤 가스에 노출되는지에 따라 전기적 특성들이 변화하는 물질을 포함하는 코팅(702)을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 코팅(702)은, 공기와 상이한 유전 상수를 갖는, 로드 록(112)의 가스들을 흡수할 수 있고, 따라서, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량은 가스에 노출될 때 변화될 수 있다. 가스가 검출되면, 적절한 수리들 또는 프로세스 작동들이 수행될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 임의의 이동 부분이 입자들의 공급원일 수 있다. 리프트 핀들은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402)를 척 또는 페디스털 상에 그리고 그로부터 이동시킨다. 더 구체적으로, 리프트 핀들은 웨이퍼(402)를 척으로부터 로봇으로, 또는 그 반대로 이동시킬 수 있다. 리프트 핀들은, 핀들이 웨이퍼(402)와 접촉하고, 핀들이 리프트 핀 안내부들에 대해 마찰할 수 있는 양쪽 모두의 이유 때문에, 입자 공급원들일 수 있다. 즉, 입자들은 리프트 핀 작동에 의해 발생될 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 리프트 핀 상에 또는 그에 근접하여 장착될 수 있다. 따라서, 리프트 핀들에 의해 발생된 입자들은, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화를 측정함으로써, 용량성 마이크로 센서(210)에 의해 검출될 수 있다. 입자들이 검출되면, 적절한 수리들 또는 프로세스 작동들이 수행될 수 있다.
메인프레임 또는 팩토리 인터페이스(110)에서, 로봇들이 예기치않게 고장난다. 고장이 발생하면, 이는 긴 정지시간 및 생산 중단으로 이어질 수 있다. 그러한 중단은 비용이 많이 든다. 그러므로, 로봇이 실제로 고장나기 한참 전에 로봇이 고장날 때를 예측할 수 있는 것이 유리할 것이다. 실시예에서, 로봇의 진동을 측정하기 위해 가속도계가 로봇 상에 장착된다. 진동의 증가는 고장 로봇을 나타낼 수 있거나 그의 조기 예측 인자일 수 있다. 진동 데이터의 편위는, 특정 로봇으로부터의 진동 데이터가 이상점인지 여부를 결정하기 위해 로봇들의 선단 또는 이력 값들에 대한 비교에 의해 식별될 수 있다. 게다가, 용량성 마이크로 센서(210)는 로봇에 의해 발생된 입자들을 검출하기 위해 로봇 상에 또는 그에 근접하여 장착될 수 있다. 예를 들어, 입자가 용량성 마이크로 센서(210)에 의해, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화에 의해 검출될 때, 입자가 로봇의 특정 부분, 예를 들어, 조인트, 슬라이드, 윤활제 등으로부터 나오는 것으로 추론될 수 있다. 로봇이 유지보수 또는 수리를 필요로 한다는 결론이 내려지는 것을 허용하기 위해, 가속도계(514)의 데이터를 용량성 마이크로 센서(210)의 데이터와 비교함으로써, 센서들의 편위들이 상관될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 용량성 마이크로 센서(210)로부터의 데이터와 웨이퍼 처리 툴(102)의 다른 측정 디바이스들 사이의 비교들은, 많은 상이한 부분들의 상관관계들 및 근본 원인 분석을 허용할 수 있다. 예를 들어, 로봇들이 일 예로서 역할을 하지만, 다른 이동 부분들, 예컨대, 리프트 핀들, 게이트 록 도어들 등이, 유사한 센서 비교들을 사용하여 모니터링될 수 있다.
웨이퍼 처리 툴(102)의 진공원(408)은 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(114)에서 필요한 진공 수준을 달성하기 위해 러핑 펌프 및 터보 펌프와 같은 펌프들의 적층체들이 연결될 수 있다. 특정 조건들 하에서, 예를 들어, 진공 펌프가 고장날 때, 입자들을 하나의 펌프로부터 다른 펌프로 이동시키기에 충분한 동적 힘이 존재할 수 있다. 더 구체적으로, 입자들은 고장난 러핑 펌프로부터 터보 펌프 및/또는 챔버 체적(406) 내로 이동될 수 있다. 그러한 역류는 프로세스 챔버(114)에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 특히, 이벤트가 발생할 때 프로세스 압력계 결과가 기록되지 않는 경우, 이는 종종 검출되지 않는다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 역류에 의해 야기된 입자들을 검출하기 위해 압력 제어 밸브(414) 상에 또는 그에 근접하여 장착된다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화를 검출함으로써 입자가 검출될 때, 경보가 촉발될 수 있거나 이벤트가 기록될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 제조 프로세스는 역류 이벤트를 처리하고 웨이퍼 오염을 피하기 위해 중단될 수 있다.
실시예에서, 용량성 마이크로 센서들(210)은 수많은 프로세스 실행들에 걸쳐 사용될 수 있고, 따라서, 용량성 마이크로 센서들(210)은, 코팅(702), 세장형 전도체들, 또는 기판(606)에의 물질(808)의 증착 또는 그로부터의 물질(808)의 제거에 대해 조정하기 위해 자체 교정될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로(218) 또는 컴퓨터 시스템(104)은 각각의 프로세스 실행 후에 용량성 마이크로 센서(210)를 교정하도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안 물질(808)이 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되거나 그로부터 제거될 때, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량은 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)의 질량은 증착 프로세스 후에 증가할 수 있고, 따라서, 정전용량은 제1 값으로부터 제2 값으로 변화될 수 있다. 후속 증착 프로세스를 시작하기 전에, 전자 회로(218) 또는 컴퓨터 시스템(104)은 제2 값을 다음 프로세스 실행의 초기 값으로서 설정할 수 있다. 이에 따라, 다음 프로세스 실행 동안의 정전용량의 변화가 정확하게 측정될 수 있다.
도 17을 참조하면, 용량성 마이크로 센서의 수명을 연장하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링하거나 제어하는 데에 사용되는 마이크로 센서들은, 적어도 한 번의 예방적 유지보수 주기를 통해 이상적으로 지속될 것이다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안, 부산물들이 마이크로 센서들 및 챔버 벽(404) 상에 증착될 수 있다. 실행들 사이에서, 장비가 각각의 프로세스 실행의 시작에서 본질적으로 동일하도록 챔버 벽(404) 및 마이크로 센서들을 기준선으로 재설정하기 위해 부산물들을 제거하는 데에 세정 프로세스가 채용될 수 있다. 주기적인 챔버 세정이 과한 세정인지 여부를 아는 것이 유용할 수 있다. 더 구체적으로, 장비가 적절히 재설정되는 것을 보장하기 위해, 세정 프로세스 동안 얼마나 많은 부산물이 챔버 벽(404)으로부터 제거되는지를 검출하는 것이 유용할 수 있다. 게다가, 센서 물질(808)을 과하게 세정하거나 과하게 제거하지 않고 부산물들이 센서로부터 효과적으로 제거되는지 여부를 아는 것이, 센서 수명을 연장하는 것을 도울 수 있다. 즉, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 마이크로 센서에 추가된 물질(808)의 양을 아는 것에 의해, 인 시튜 플라즈마 및 화학적 세정이, 센서를 다시 센서의 기준선으로 재설정하는 데에 사용될 수 있다.
작동들(1702 내지 1706)은 도 14와 관련하여 위에서 설명된 작동들(1402 내지 1406)과 유사할 수 있다. 즉, 웨이퍼(402)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내에 로딩될 수 있고, 웨이퍼 제조 프로세스가 개시될 수 있다. 게다가, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화가 검출될 수 있다.
작동(1708)에서, 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착된 물질(808)의 양은 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 챔버 체적(406) 내의 용량성 마이크로 센서들(210) 상에 소정의 양이 증착될 수 있고, 정전용량 변화는 증착된 양에 직접 상관될 수 있다.
작동(1710)에서, 용량성 마이크로 센서(210) 상에 증착되는 것으로 결정된 물질의 양이 챔버 벽(404) 및/또는 용량성 마이크로 센서(210)로부터 제거될 수 있다. 물질은 프로세스 챔버(114)를 세정하기 위해 챔버 벽(404)으로부터 제거될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)는 용량성 마이크로 센서(210)의 민감도 및 신뢰성이 손상되지 않는 것을 보장하기 위해 주기적으로 세정 또는 교체될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)가 증착 프로세스를 모니터링할 때, 시간에 따라 증착되는 물질(808)을 제거하기 위해 용량성 마이크로 센서(210)의 주기적 세정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 챔버 벽(404) 및/또는 용량성 마이크로 센서(210)는 기준선 청결도로 주기적으로 재설정될 수 있다.
용량성 마이크로 센서(210)는, 용량성 마이크로 센서(210)의 수명을 연장하기 위해, 프로세스 챔버(114)를 개방하지 않고 인 시튜로 세정될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마(450) 또는 라디칼은 용량성 마이크로 센서(210)로부터 물질(808)을 세정하기 위해 프로세스 챔버(114) 내로 도입될 수 있다. 즉, 물질(808)이 규소인 경우, 불소 라디칼들이 센서 표면으로부터 규소를 세정하기 위해 도입될 수 있다. 실시예에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 챔버 벽(404)을 과하게 세정하지 않고 센서 코팅(702)의 식각 속도를 높이기 위해 가열될 수 있다. 즉, 용량성 마이크로 센서(210)에 대한 제거 속도는 용량성 마이크로 센서(210)를 기준선으로 재설정하면서 챔버 벽(404)에 대한 제거 속도보다 더 빠를 수 있고, 이로써, 용량성 마이크로 센서(210)는 챔버 벽(404)보다 더 많은 부산물 및/또는 원래의 물질이 제거된다.
용량성 마이크로 센서들(210)은 미리 결정된 주기로 교체될 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)이 식각 프로세스를 모니터링하는 데에 사용될 때, 코팅(702)이 시간에 따라 소비될 수 있다. 따라서, 용량성 마이크로 센서들(210)은 미리 결정된 양의 물질(808), 예를 들어, 오버코트(806)가 마이크로 센서로부터 제거되었을 때 교체될 수 있다.
용량성 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 입자들 또는 증착/식각 속도들을 검출하는 것 이외의 용도들을 가질 수 있다. 예를 들어, 용량성 마이크로 센서들(210)은 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼(402)의 DC 바이어스를 정확하게 측정하고 그러한 측정에 기초하여 웨이퍼 제조 프로세스를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
플라즈마 챔버에서, 더 가벼운 전자들을 튕겨내어 전자들이 웨이퍼(402)에 부딪치는 것을 방지하기 위해, 음의 DC 바이어스, 즉, 접지에 대한 음의 DC 전압이 웨이퍼(402)에 인가된다. DC 바이어스는 플라즈마(450)의 준-중성을 유지하는 중요한 기능을 제공한다. DC 바이어스는 또한, Vdc로 지칭되고, 웨이퍼(402)를 클램핑하기 위해 웨이퍼 홀더(410)에 인가할 적절한 척킹 전압을 결정하는 역할을 한다. DC 바이어스는, 알려진 경우, 음으로 하전된 웨이퍼(402)에 충격을 주는 이온 에너지들을 추정하는 데에 또한 사용될 수 있다. 따라서, Vdc의 정확한 측정은 웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링하고 제어하는 데에 도움이 될 수 있다.
현재, Vdc는 RF 임피던스 동조 정합의 출력에 배치된 전압 및 전류 센서들로부터의 측정들에 기초하여 추정된다. 그러나, 그러한 측정들은 측정된 평면으로부터 원격으로 취해지므로, 고유한 측정 오차를 포함한다. 이러한 오차는 더 높은, 예를 들어, 13 MHz 초과의 RF 주파수들에서, 또는 추가 주파수들이 사용될 때 악화된다. 게다가, 측정들은 웨이퍼(402)에 대한 DC 정보를 추정하기 위해 AC 신호 처리를 사용하여 이루어지고, 그러한 처리는 오류가 발생하기 쉽다. 이에 따라, 웨이퍼 제조 프로세스 제어는 현재 기법들의 오류들 없이 Vdc를 분명하게 측정하는 방법으로부터 이익을 얻을 것이다.
실시예에서, DC 바이어스는 웨이퍼(402)와 접촉하지 않고 직접 측정된다. 비접촉 Vdc 센서는, DC 신호를 측정을 위한 AC 신호로 변환하기 위해, 웨이퍼(402) 근처에 위치된 용량성 마이크로 센서(210)를 포함할 수 있다. 도 18을 참조하면, 용량성 마이크로 센서를 포함하는 웨이퍼 홀더의 단면도가 실시예에 따라 도시된다. 웨이퍼(402)에 대한 직접 접근은, 예를 들어, 웨이퍼 홀더(410)를 통해, 웨이퍼(402)의 후면에 접근함으로써 획득될 수 있다. 더 구체적으로, 현재 캐소드 시스템의 리프트 핀들(1802)은 웨이퍼 제조 프로세스의 특정 작동들 동안 웨이퍼(402)를 들어올리기 위해 리프트 핀 홀들(1804)을 갖는 각각의 리프트 핀 안내부들을 따라 이동한다. 이에 따라, 용량성 마이크로 센서(210)는, 웨이퍼(402)의 후면에 접근하기 위해, 리프트 핀(1802) 내에 포함되고/되거나 리프트 핀 홀(1804)을 통해 전진될 수 있다. 즉, 용량성 마이크로 센서(210)는 리프트 핀(1802) 상에 장착될 수 있거나, 리프트 핀(1802)으로부터 분리될 수 있고 리프트 핀(1802)에 대해 리프트 핀 홀(1804)을 통해 이동할 수 있다. 따라서, 용량성 마이크로 센서(210)는 웨이퍼(400)의 DC 바이어싱된 표면에 인접한 위치로 이동될 수 있다.
도 19를 참조하면, 웨이퍼 제조 프로세스 동안 웨이퍼의 DC 바이어스를 측정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 도시된다. 작동들(1902 및 1904)에서, 웨이퍼(402)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 프로세스 챔버(114) 내로 로딩될 수 있고, 웨이퍼 제조 프로세스가 개시될 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스는 웨이퍼(402)에 DC 바이어스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
작동(1906)에서, 용량성 마이크로 센서(210)는 리프트 핀 홀(1804)을 통해 챔버 체적(406) 내의 위치에 삽입되거나 전진될 수 있다. 더 구체적으로, 용량성 마이크로 센서(210)는 웨이퍼(402) 근처 및/또는 웨이퍼(402) 아래에 위치될 수 있다.
작동(1908)에서, 가변 정전용량이 유도될 수 있다. 정전용량은 웨이퍼(402)와 용량성 마이크로 센서(210) 사이에서 물리적으로 또는 전기적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 정전용량은 용량성 마이크로 센서(210)에 전하를 인가하면서 웨이퍼(402)의 표면 근처에서 위 아래로 용량성 마이크로 센서(210)를 이동시킴으로써 물리적으로 변화될 수 있다. 정전용량은 용량성 마이크로 센서(210)에 인가되는 전하를 변화시킴으로써 전기적으로 변화될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량은 웨이퍼(402)와 용량성 마이크로 센서(210) 사이의 DC 전기장과 연관된 전하에 비례할 수 있다. 이에 따라, 정전용량의 변화는 전하의 변화를 초래할 수 있고, 이는, 정전용량의 유도된 변화가 주기적인 것을 전제로, 주기적 신호를 야기한다. 더 구체적으로, AC 전류는 가변 정전용량과 관련하여 발생될 수 있다. 실시예에서, 신호의 진폭은 음의 DC 바이어스를 갖는 웨이퍼(402)에 저장된 전하에 비례한다.
작동(1910)에서, DC 바이어스는 가변 정전용량에 기초하여 검출되거나 측정될 수 있다. 더 구체적으로, 가변 정전용량에 대응하는 AC 전류는 전자 회로(218)에 의해 측정될 수 있다. AC 전류가 웨이퍼(402)에서 직접 발생되는 것을 가정하면, AC 전류의 측정은 웨이퍼(402)의 DC 전위, 즉, DC 바이어스의 분명한 측정을 제공할 수 있다. 이에 따라, DC 바이어스의 정확한 측정이 획득될 수 있다. 측정의 정확도는, RF 장들을 필터링하고 DC 바이어스와만 연관된 전류들을 발생시키기 위해 필터들을 사용하는 전자 회로(218)에 의해 증진될 수 있다. 더 구체적으로, 웨이퍼(402)는 주 RF 신호들로부터의 변위 전류를 경험할 수 있고, 전자 회로(218)는 변위 전류를 필터링할 수 있다.
DC 바이어스 측정은 웨이퍼 처리 툴(102)의 제어 시스템에서의 피드백으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, DC 바이어스 측정은 웨이퍼 홀더(410)의 척킹 전압을 제어하는 데에 사용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 웨이퍼 처리 시스템의 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도가 실시예에 따라 도시된다. 예시된 컴퓨터 시스템(104)의 하나 이상의 구성요소는 웨이퍼 처리 툴(102)의 전자 회로(218)에서 사용될 수 있다. 이에 따라, 도 5와 관련하여 위에서 설명된 전자 회로(218)는 컴퓨터 시스템(104)의 하위 세트일 수 있다. 대안적으로, 전자 회로(218)는 입자 모니터링 디바이스(200) 또는 웨이퍼 처리 툴(102)에 로컬일 수 있고, 컴퓨터 시스템(104)은 웨이퍼 처리 툴(102)의 컴퓨터 및/또는 전자 회로(218)와 인터페이스로 연결된 제조 설비 호스트 컴퓨터일 수 있다. 실시예에서, 컴퓨터 시스템(104)은 웨이퍼 처리 툴(102)의 로봇들, 로드 록들(112), 프로세스 챔버들(114), 및 다른 구성요소들에 결합되고 그들을 제어한다. 컴퓨터 시스템(104)은 또한, 위에서 설명된 바와 같이 용량성 마이크로 센서들(210)에 의해 제공되는 입자 검출 또는 물질 증착/제거 정보를 수신하고 분석할 수 있다.
컴퓨터 시스템(104)은 근거리 통신망(LAN), 인트라넷, 엑스트라넷, 또는 인터넷에서 다른 기계들에 연결(예를 들어, 네트워킹)될 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계의 능력으로, 또는 피어-투-피어(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 작동할 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋톱 박스(STB), 휴대 정보 단말기(PDA), 셀룰러 전화기, 웹 기기, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 기계에 의해 취해질 동작들을 명시하는 (순차적 또는 다른 방식의) 명령어들의 세트를 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(104)에 대해 단일 기계만이 예시되어 있지만, "기계"라는 용어는 또한, 본원에 설명된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 명령어들의 세트(또는 복수의 세트들)를 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 기계들(예를 들어, 컴퓨터들)의 임의의 집합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
컴퓨터 시스템(104)은, 실시예들에 따라 프로세스를 수행하기 위해 컴퓨터 시스템(104)(또는 다른 전자 디바이스들)을 프로그래밍하는 데에 사용될 수 있는, 명령어들이 저장된 비일시적 기계 판독가능 매체를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 소프트웨어(2002)를 포함할 수 있다. 기계 판독가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계 판독가능(예를 들어, 컴퓨터 판독가능) 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체(예를 들어, 판독 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스 등), 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 송신 매체(전기, 광학, 음향 또는 다른 형태의 전파 신호들(예를 들어, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.
실시예에서, 컴퓨터 시스템(104)은, 버스(2009)를 통해 서로 통신하는, 시스템 프로세서(2004), 주 메모리(2006)(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 예컨대, 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등), 정적 메모리(2008)(예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 등) 및 이차 메모리(예를 들어, 데이터 저장 디바이스(2024))를 포함한다.
시스템 프로세서(2004)는 하나 이상의 범용 처리 디바이스, 예컨대, 마이크로시스템 프로세서, 중앙 처리 유닛 등을 나타낸다. 더 구체적으로, 시스템 프로세서(2004)는 복합 명령어 세트 컴퓨팅(CISC) 마이크로시스템 프로세서, 축소 명령어 세트 컴퓨팅(RISC) 마이크로시스템 프로세서, 매우 긴 명령어(VLIW) 마이크로시스템 프로세서, 다른 명령어 세트들을 구현하는 시스템 프로세서, 또는 명령어 세트들의 조합을 구현하는 시스템 프로세서들일 수 있다. 시스템 프로세서(2004)는 또한, 하나 이상의 특수 목적 처리 디바이스, 예컨대, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 시스템 프로세서(DSP), 네트워크 시스템 프로세서 등일 수 있다. 시스템 프로세서(2004)는 본원에 설명된 작동들을 수행하기 위해 처리 로직(2010)을 실행하도록 구성된다.
컴퓨터 시스템(104)은 네트워크(2014)를 통해 다른 디바이스들 또는 기계들, 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴(102)과 통신하기 위한 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(2012)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(104)은 또한, 비디오 디스플레이 유닛(2016)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드 디스플레이(LED) 또는 음극선관(CRT)), 영숫자 입력 디바이스(2018)(예를 들어, 키보드), 커서 제어 디바이스(2020)(예를 들어, 마우스) 및 신호 발생 디바이스(2022)(예를 들어, 스피커)를 포함할 수 있다.
이차 메모리는, 본원에 설명된 방법론들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 구현하는 명령어들의 하나 이상의 세트(예를 들어, 소프트웨어(2002))가 저장되어 있는 기계 액세스가능 저장 매체(2026)(또는 더 구체적으로는 컴퓨터 판독가능 저장 매체)를 갖는 데이터 저장 디바이스(2024)를 포함할 수 있다. 또한, 소프트웨어(2002)는 컴퓨터 시스템(104)에 의한 소프트웨어의 실행 동안 완전하게 또는 적어도 부분적으로 주 메모리(2006) 내에 그리고/또는 시스템 프로세서(2004) 내에 상주할 수 있으며, 주 메모리(2006) 및 시스템 프로세서(2004)는 또한, 기계 판독가능 저장 매체를 구성한다. 소프트웨어(2002)는 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(2012)를 통해 네트워크(2014)를 경유하여 추가로 송신 또는 수신될 수 있다.
예시적인 실시예에서 기계 액세스가능 저장 매체(2026)가 단일 매체인 것으로 도시되어 있지만, "기계 판독가능 저장 매체"라는 용어는 명령어들의 하나 이상의 세트를 저장하는 단일 매체 또는 복수 매체들(예를 들어, 중앙집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. "기계 판독가능 저장 매체"라는 용어는 또한, 기계에 의한 실행을 위해 명령어들의 세트를 저장하거나 인코딩할 수 있으며 기계로 하여금 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 이에 따라, "기계 판독가능 저장 매체"라는 용어는, 고체 상태 메모리들, 및 광학 및 자기 매체들(그러나 이에 제한되지는 않음)을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
웨이퍼 제조 프로세스를 모니터링하고/하거나 제어하기 위해 용량성 마이크로 센서들(210)을 사용하는, 설명된 방법들은 예시적이며 포괄적이지 않다. 더 구체적으로, 다른 방법들은, 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 수행되는 웨이퍼 제조 프로세스의 양상들을 측정하고 제어하기 위해 용량성 마이크로 센서(210)를 사용하여 입자들, 증착/식각 속도들 등의 검출을 포함할 수 있다. 이제 예로서 도 21을 참조하면, 웨이퍼 처리 툴(102)의 입자의 공급원을 결정하는 방법에서의 작동들을 나타내는 흐름도의 예시가 실시예에 따라 예시된다. 작동(2102)에서, 입자 모니터링 디바이스(200)는 웨이퍼 처리 툴(102)의 제1 챔버, 예를 들어, 버퍼 챔버(108)로부터, 웨이퍼 처리 툴(102)의 제2 챔버, 예를 들어, 처리 챔버(114)로 이동된다. 입자 모니터링 디바이스(200)는 위에서 설명된 구조 및 구성요소들을 가질 수 있는데, 예를 들어, 용량성 마이크로 센서(210)는 지지 표면(204) 상의 미리 결정된 위치에 장착될 수 있고, 클록(504)은 기판(606) 상에 장착될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)는 정전용량을 가질 수 있고, 클록(504)은 시간 값을 출력하도록 구성될 수 있다.
작동(2104)에서, 제2 챔버, 예를 들어, 처리 챔버(114)의 챔버 압력이 진공 조건으로 감소된다. 더 구체적으로, 챔버 압력은 0.5 atm 아래로 낮아질 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 입자 모니터링 디바이스(200)는 모든 압력 범위들 하에서 입자들을 검출할 수 있고, 따라서, 웨이퍼 처리 툴(102)에서 반도체 웨이퍼(402)에 의해 보통 보이는 조건들 하에서 실시간 입자 모니터링에 사용될 수 있다.
작동(2106)에서, 용량성 마이크로 센서(210)의 정전용량의 변화가 검출된다. 더 구체적으로, 용량성 마이크로 센서(210)가 제2 챔버, 예를 들어, 처리 챔버(114) 내의 입자를 수신할 때 정전용량의 변화가 검출될 수 있다. 용량성 마이크로 센서(210)(또는 용량성 마이크로 센서(210)에 연결된 전자 회로(218))가 정전용량의 변화를 검출할 때, 대응하는 신호가 제공된다.
작동(2108)에서, 대응하는 신호는 정전용량의 변화를 검출하는 것에 응답하여 입자 이벤트에 관한 정보를 기록하기 위해 프로세서(508)에 의해 사용된다. 예를 들어, 프로세서(508)는 지지 표면(204) 상의 마이크로 센서의 미리 결정된 위치를 기록할 수 있다. 이에 따라, 입자가 입자 모니터링 디바이스(200)와 상호작용하는 정확한 위치가 기록될 수 있다. 프로세서(508)는 클록(504)에 의해 출력된 시간 값을 기록할 수 있다. 이에 따라, 입자가 입자 모니터링 디바이스(200)와 상호작용할 때의 정확한 시간이 기록될 수 있다.
작동(2110)에서, 기록된 정보는 입자의 공급원을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 입자를 수신한 용량성 마이크로 센서(210)의 기록된 미리 결정된 위치 및/또는 입자 이벤트에 대응하는 기록된 시간 값은, 입자 오염으로 이어진, 웨이퍼 처리 툴(102)에 의해 수행된 프로세스 작동 및/또는 구성요소를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
실시예에서, 기록된 시간 값은 웨이퍼 처리 툴(102)의 로그 파일과 동기화될 수 있는 타임스탬프로서 작용한다. 예를 들어, 웨이퍼 처리 툴(102)은 모든 프로세스 작동이 시작 및/또는 종료되는 시간을 나타내는 로그 파일을 유지할 수 있다. 따라서, (입자가 용량성 마이크로 센서(210)에 의해 검출될 때) 클록(504)에 의해 출력된 시간 값을 로그 파일에 비교함으로써, 입자 이벤트와 동시 발생하는 프로세스 작동이 결정될 수 있다. 예로서, 출력된 시간 값이, 입자 이벤트가 웨이퍼 제조 프로세스 내에 5분이 발생했다는 것을 나타내고, 시스템 로그 파일이, 로드 록(112)의 슬릿 밸브 도어가 5분 표시에 개방되었다는 것을 나타내는 경우, 슬릿 밸브 도어 및/또는 로드 록(112)의 개방 작용이, 입자 모니터링 디바이스(200)를 향해 방출되는 입자에 기여하는 공급원인 것으로 합리적으로 결론지어질 수 있다.
타임스탬프 정보와 유사한 방식으로, 입자 접촉의 위치에 관한 정보는 입자 공급원을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 여러 개의 프로세스 작동들이 동시에 발생할 때, 예를 들어, 슬릿 밸브 도어가 폐쇄될 때 리프트 핀들(1802)이 상승할 때, 입자 위치와 활성 구성요소들 사이의 상대적 거리는 어느 구성요소가 입자의 공급원인지를 추론하는 데에 사용될 수 있다. 즉, 기록된 위치가 슬릿 밸브 도어보다 리프트 핀들(1802)에 더 가까운 경우, 리프트 핀들(1802)이 입자의 공급원이라는 것이 추론될 수 있다.
입자 오염에 관한 정보는 웨이퍼 제조 프로세스 동안에 연속적으로 기록될 수 있고, 따라서, 정보는 실시간으로 또는 거의 실시간으로 분석을 위해 이용가능해질 수 있다. 즉, 입자 모니터링 디바이스(200)는, 입자 모니터링 디바이스(200)로부터 원격으로 위치된 컴퓨터 시스템(104)을 사용하여 입자 오염 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석하기 위해, 무선 네트워크 인터페이스 디바이스(506)를 사용하여 네트워크(2014) 내의 다른 기계들에 무선으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 입자 모니터링 디바이스(200)는, 저장된 정보를 거의 실시간으로 분석하기 위해 입자 모니터링 디바이스(200)가 웨이퍼 처리 툴(102)의 웨이퍼 제조 프로세스를 완료하자마자 데이터 전송 케이블을 통해 다른 기계들에 연결될 수 있다. 유사하게, 입자 모니터링 디바이스(200)가 웨이퍼 제조 프로세스 후에 웨이퍼 처리 툴(102)로부터 나올 때, 전자 회로(218) 및/또는 용량성 마이크로 센서들(210)에 연결된 접촉부들은 프로세스 제어를 위한 데이터를 수신 및 기록하기 위해 수동으로 조사될 수 있다. 따라서, 입자 오염의 공급원은 웨이퍼 제조 프로세스들이 완료되는 동안 또는 그 후에 신속하게 식별될 수 있고, 적절한 수리들이 이루어질 수 있다. 입자 모니터링 디바이스(200)는, 웨이퍼 처리 툴(102)의 웨이퍼 제조 프로세스를 통해 반도체 웨이퍼들(402)의 일괄처리들을 실행하기 전에 프로세스 적격화 작동으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 입자 모니터링 디바이스(200)는 반도체 웨이퍼들(402)의 일괄처리 내에서 입자 오염이 식별될 때 웨이퍼 처리 툴(102)의 적시 수리들을 용이하게 하기 위한 프로세스 문제해결 툴로서 사용될 수 있다. 이에 따라, 입자 모니터링 디바이스(200)는 웨이퍼 처리 툴(102)에서의 입자 오염의 공급원을 식별하고 제거하기 위한 빠르고 저렴하며 쉬운 방법을 제공한다.
전술한 명세서에서, 특정한 예시적인 실시예들이 설명되었다. 다음의 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 그에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이에 따라, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

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  10. 처리 툴로서,
    챔버 체적 주위에 챔버 벽을 갖는 프로세스 챔버; 및
    소정의 위치에서 상기 처리 툴 상에 장착된 센서를 포함하고,
    상기 센서의 파라미터는 상기 처리 툴에 의해 수행되는 기판 제조 프로세스에 응답하여 변화되고,
    상기 센서는 상기 처리 툴의 가스 라인 또는 압력 제어 밸브 중 하나 이상 상에 장착되고,
    상기 센서는 용량성 마이크로 센서이고, 상기 용량성 마이크로 센서는 제1 전도체 및 제2 전도체를 갖는 한 쌍의 전도체들을 포함하고, 상기 제1 전도체는 복수의 제1 세장형 전도체들을 포함하고, 상기 제2 전도체는 상기 복수의 제1 세장형 전도체들과 교호맞물림된 복수의 제2 세장형 전도체들을 포함하고,
    상기 용량성 마이크로 센서는 상기 제1 전도체 또는 상기 제2 전도체 중 하나 이상 위에 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 물질을 포함하고, 상기 용량성 마이크로 센서의 정전용량은 상기 기판 제조 프로세스 동안 상기 물질이 상기 코팅으로부터 제거될 때 변화되는, 처리 툴.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은 복수의 표면적 증가 구조들을 포함하고, 상기 용량성 마이크로 센서의 정전용량은 상기 기판 제조 프로세스 동안 물질이 상기 표면적 증가 구조들 내에 증착될 때 변화되는, 처리 툴.
  14. 방법으로서,
    기판을 처리 툴의 프로세스 챔버 내에 로딩하는 단계 - 상기 프로세스 챔버는 챔버 체적 주위에 챔버 벽을 포함함 -;
    상기 프로세스 챔버 내에서 기판 제조 프로세스를 개시하는 단계 - 상기 기판 제조 프로세스 동안 물질은 상기 기판 상에 증착되거나 상기 기판으로부터 제거됨 -;
    상기 기판 제조 프로세스에 응답하여, 소정의 위치에서 상기 처리 툴 상에 장착된 센서의 파라미터의 변화를 검출하는 단계 - 상기 위치는 상기 처리 툴의 가스 라인 또는 압력 제어 밸브 중 하나 이상을 포함하고, 상기 파라미터는 상기 물질이 상기 기판 제조 프로세스 동안 상기 센서 상에 증착되거나 상기 센서부터 제거될 때 변화됨 -;
    상기 검출된 변화에 기초하여, 상기 기판 제조 프로세스를 제어하는 단계;
    상기 파라미터의 변화에 기초하여 상기 기판 제조 프로세스의 종료점을 결정하는 단계; 및
    상기 종료점을 결정하는 것에 응답하여 상기 기판 제조 프로세스를 중단하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    상기 처리 툴은 제2 위치에서 상기 처리 툴 상에 장착된 제2 센서를 포함하고,
    상기 제조 프로세스에 응답하여, 상기 제2 센서의 제2 파라미터의 변화를 검출하는 단계; 및
    상기 센서의 상기 파라미터의 변화 및 상기 제2 센서의 상기 제2 파라미터의 변화에 기초하여 상기 기판 제조 프로세스의 균일성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    측정 디바이스에 의해, 상기 기판 제조 프로세스의 프로세스 파라미터를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 프로세스 파라미터에 기초하여 상기 센서의 상기 파라미터의 상기 변화의 근본 원인을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 센서의 상기 파라미터의 상기 변화에 기초하여, 상기 기판 제조 프로세스 동안 상기 챔버 체적 내의 상기 센서 상에 증착된 물질의 양을 결정하는 단계; 및
    상기 프로세스 챔버를 세정하기 위해, 상기 결정된 양에 기초하여, 소정의 양의 물질을 상기 챔버 벽으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    기판은 반도체 물질을 포함하는 웨이퍼인, 방법.
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