KR20040086295A - 프로세스 컨디션 검지형 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템 - Google Patents

프로세스 컨디션 검지형 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템 Download PDF

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KR20040086295A
KR20040086295A KR10-2004-7011508A KR20047011508A KR20040086295A KR 20040086295 A KR20040086295 A KR 20040086295A KR 20047011508 A KR20047011508 A KR 20047011508A KR 20040086295 A KR20040086295 A KR 20040086295A
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웨인 지. 렌켄
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센스어레이 코포레이션
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Abstract

제조시 웨이퍼가 겪는 프로세싱 조건들을 측정하는 센서를 구비한 기판을 채용하는 측정 디바이스. 상기 기판은 로봇 헤드에 의해 프로세싱 챔버 내로 삽입될 수 있으며 측정 디바이스는 실시간으로 상기 조건들을 전송하거나 또는 다음 분석에 대한 상기 조건들을 저장할 수 있다. 상기 디바이스의 민감성 전자 구성요소는 정밀도, 작동 범위, 및 상기 디바이스의 신뢰성을 증가시키기 위해 가장 유해한 프로세싱 조건들로부터 이격 또는 분리될 수 있다.

Description

프로세스 컨디션 검지형 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템{PROCESS CONDITION SENSING WAFER AND DATA ANALYSIS SYSTEM}
집적 회로, 디스플레이 또는 디스크 메모리의 제조는 일반적으로 수많은 프로세싱 단계를 이용한다. 각 프로세스 단계는 연산 디바이스를 제공하기 위해서 신중하게 모니터링되어야 한다. 이미징프로세스, 증착 및 성장 프로세스, 에칭 및 마스킹 프로세스 등을 통하여, 온도, 가스 유동, 진공압, 화학가스 또는 플라즈마 조성물 및 노출 거리가 각 단계중에 신중히 제어되는 것이 중요하다. 각 단계에 수반된 다양한 프로세싱 조건들에 대한 신중한 주의가 최적의 반도체 또는 박막 프로세스의 요건이다. 최적의 프로세싱 조건으로부터의 편차(deviation)는 뒤이은 집적회로 또는 디바이스가 하위표준 레벨에서 수행하게하거나, 또는 최악의 경우, 완전히 실패하게 한다.
프로세싱 챔버내에서, 프로세싱 조건들은 변동한다. 온도, 가스 유동율 및/또는 가스 조성물과 같은 프로세싱 조건에서의 편차는 그 형성과 따라서 집적회로의 성능에 대단히 영향을 끼친다. 집적회로 또는 기타 디바이스와 동일 또는 유사 재료인 프로세싱 조건을 측정하는 기판을 사용하는 것이 조건의 가장 정확한 측정을 제공하는데 왜냐하면 기판의 열 전도도가 프로세싱되는 실제 회로와 동일하기 때문이다. 구배 및 편차는 실제 모든 프로세스 조건에 대해 챔버 곳곳에 존재한다. 따라서, 이러한 구배는 기판의 표면에 존재하게 된다. 웨이퍼에서 프로세싱 조건을 정확히 제어하기 위해서는, 웨이퍼 및 독취부에서 취하여지는 측정치가 실시간으로 자동 제어 시스템 또는 오퍼레이터에 이용 가능하여 챔버 프로세싱 조건의 최적화가 쉽게 달성될 수 있는 것이 중요하다. 프로세싱 조건은 반도체 또는 기타 디바이스 제조를 제어하는데 사용되는 임의의 변수 또는 제조업자가 모니터하는데 요구하는 임의의 조건을 포함한다.
프로세싱 챔버내에서 로봇 헤드는 테스트 웨이퍼 또는 기판을 운송한다. 로봇 헤드를 채용하는 디바이스의 일예는 TEL Corporation에 의해 제조된다. 로봇 헤드는 피벗가능하다. 또한 로봇 헤드는 다중 레벨 또는 핸드를 채용한다. 제 1 레벨 또는 핸드는 연장가능하며 제 2 레벨 또는 핸드는 웨이퍼를 운반하도록 더 연장할 수 있다. 제 2 로봇 또는 이동 플랫폼은 웨이퍼를 수취할 수 있으며 그것을 프로세스 챔버로 낮추는 제 3 홀더로 연장할 수 있다. 로봇 헤드 및 프로세싱 챔버에 대한 상세한 정보에 대해서는, "Semiconductor Treatment System and Method for Exchanging and Treating Substrate"로 표제된, 아라키(Araki)의 미국 특허 제5,564,889호를 참조하며, 이는 참조로 그대로 채용된다.
발명의 개요
직접 기판상의 또는 그 안에 그리고 기판 표면 전반에 걸쳐 간격지워지는 센서의 배치는 웨이퍼 표면상의 다양한 프로세싱 조건들의 정확한 구배(gradient) 판독을 달성한다. 프로세싱 조건은 차후 평가를 위해 메모리에 저장되거나 또는 실시간으로 이용가능하여 제어 시스템 또는 오퍼레이터로부터 입력을 수신하고 정보를 제공하는 컴퓨터, PDA 또는 임의의 기타 마이크로프로세서 제어 디바이스와 같은 원격 데이터 프로세싱 디바이스를 통하여 판독된다. 오퍼레이터는 실시간으로 프로세싱 조건을 모니터할 수 있으며, 그후 프로세싱 챔버의 설정치를 변경하여 이상적인 상태에 도달하며 결과를 계속 모니터하거나, 또는 이는 자동 최적화 및 제어 시스템에 의해 달성될 수 있다. 게다가, 다음 프로세싱 단계들은 이전 단계의 프로세스 조건에 기반하여 즉시 변경될 수 있다.
민감한 전자 회로를 프로세싱 조건들로부터 멀리 떼어두면 더 넓은 작동 범위와 더 정확하며, 신뢰성있으며, 반복가능하고 드리프트 없는 안정한(drift-free) 작동으로 귀결시킨다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 프로세싱, LCD 디스플레이 글래스 기판 프로세싱, 자성 메모리 디스크 프로세싱 및 박막 프로세스로부터 제조된 기타 디바이스에 관한 것이며, 더 상세하게는 프로세싱 조건을 감지 및 전송할 수 있는 기판에 관한 것이다.
도 1A는 본 발명의 제 1 실시예에서 연재된 상태의 PCMD(100)의 사시도이다;
도 1B는 동심 상태의 PCMD(100)의 사시도이다;
도 1C는 프로세싱 챔버와 로봇 핸드의 평면도이다;
도 1D는 연재한 로봇 핸드의 평면도이다;
도 1E는 연재한 로봇 핸드의 측면도이다;
도 1F는 모든 실시예에 공통인 전자 및 회로의 개략도이다;
도 1G는 기판(104)의 단면도이다;
도 1H는 기판(104)의 평면도이다;
도 1J는 기판(104)에서 센서의 사시도이다;
도 2는 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(200)의 사시도이다;
도 3A는 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(300)의 사시도이다;
도 3B는 PCMD(300)의 측면도이다;
도 4는 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(400)의 사시도이다;
도 5는 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(500)의 사시도이다;
도 6은 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(600)의 사시도이다;
도 7은 발명의 또 다른 실시예에서 PCMD(700)의 사시도이다.
본 발명의 측정 시스템은 웨이퍼 또는 기판의 다양한 위치에서 프로세싱 조건들을 측정하고 그것들을 실시간으로 데이터 프로세싱 디바이스로 전송하거나 또는 프로세싱 조건들의 차후 전송 또는 다운로딩을 위해 메모리에 기록한다.
본문에 정의된 것처럼, "프로세싱 조건(processing conditions)"은 집적회로를 제조시 사용된 다양한 프로세싱 파라미터들을 참조한다. 프로세싱 조건들은 반도체 제조를 제어하기 위해 사용된 임의의 파라미터 또는 제조업자가 모니터하기 위해 요구하는 임의의 조건, 이를 테면 온도, 프로세싱 챔버 압력, 챔버내에서 가스 유동율, 챔버내의 가스성 화학 조성물, 이온 전류 밀도, 이온 전류 에너지,광(light) 에너지 밀도, 및 웨이퍼의 진동 및 가속이지만 이제 한정되지 않는 임의의 조건을 포함한다.
본 발명은 도면들과 관련하여 기술될 것이다.
도 1A는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연장된 위치의 프로세싱 조건 측정 디바이스("PCMD")(100)를 도시한다. PCMD(100)는 2개의 주요 부분, 기판(104)과 전자 디스크(106)를 구비한다. 상기 기판(104)은 반도체 제조 기기, 글래스 기판 프로세싱 기기, 및 자성 메모리 디스크 프로세싱 기기의 프로세싱 조건들을 측정하기 위해서 사용된다. 특히, 그것은 프로세싱중 웨이퍼 또는 기판이 겪는 조건들을 측정하기 위해 사용된다. 기판상의 프로세싱 조건들을 측정하기 위해서 기판(104)내에 또는 표면상의 서로 다른 영역에 센서들이 배열된다. 기판의 서로 다른 영역을 측정함으로써, 기판의 구배가 계산될 수 있으며, 게다가 기판의 특정 위치에서의 조건이 기판의 결과적인 특성에 대해 서로 상관될 수 있다. 기판(104) 내/상의 센서 개수는 측정되는 프로세싱 조건 및 기판(104)의 사이즈에 따라 변동한다. 온도를 측정하기 위한 일 실시예에서, 200mm 직경 기판은 17개 센서를 구비하는 반면에 300mm 직경 기판은 29개 센서를 구비한다. 기판(104)은 도 1G-1H과 관련하여 보다 상세히 후술될 것이다.
전자 디스크(106)는 케이블(108)에 의해 기판(104)에 연결된다. 케이블(108)은 임의 유형의 케이블일 수 있지만 바람직하게는 가요성이며 낮은 프로파일을 갖는 플랫 리본형 케이블이다. PCMD가 적용되는 프로세싱 조건들은 종종 높거나 또는 가변 온도 또는 기타 조건들을 수반하며, 이 모두는 전자 구성요소의 기능성, 정확성, 및 신뢰성에 부정적으로 영향을 미친다. 게다가, 다수의 기타 프로세싱 단계 및 조건들은 전자장치들을 프로세스로부터 간격을 두거나 또는 전자장치들을 프로세싱 환경 밖에 위치시키는데 이용한다. 본 실시예에서, PCMD를 2개의 부분으로 분리하는 것은 기판 및 센서들이 프로세싱 챔버의 내측에 있도록 허용하며 전자장치들은 상승된 온도 및 기타 다양한 프로세싱 조건들의 해로운 영향으로부터 자유로운 챔버 외측에 남겨진다. 따라서 PCMD(100)의 케이블(108)은 챔버 봉인하에서 프로세싱 챔버의 외부로부터 그 내부까지 통과하여 외부 환경에 또는 그로부터 프로세스 공기의 누출 위험없이 프로세스가 진행되도록 한다. 바람직하게 상기 케이블은 제조 프로세스에서 사용되는 온도 및 기타 가스성 화학물질에 저항력이 있는 물질, 이를 테면 폴리이미드로 이루어진다.
데이터 프로세싱 디바이스("DPD")(110)는 데이터 포트(114)에서 텔레커뮤니케이션 링크(112)로 전자 디스크(106)에 연결된다. 텔레커뮤니케이션 링크((112)는 유선 또는 무선 링크이며 도 1F와 관련하여 차후에 더 상세히 기술될 것이다.
도 1B는 기판(104) 및 전자 디스크(106)를 나타내며, 그것들간에 케이블(108)로 동심으로 위치된다. 동심의(concentric)는 1개 원의 원주가 다른 원의 원주내에 있으며, 상기 원들이 반드시 동일한 중심을 가질 필요가 없는 것으로서 정의된다. 따라서, 이러한 정의는 또한 원들의 편심(eccentricity)을 포함한다.
동심으로 위치됨에 따라, 그것들은 서로 간격지워진 2개의 로봇 아암으로 로딩될 수 있다. 센서를 지닌 기판(104)은 하위 로봇 아암에 의해 유지된다. 하위 아암은 프로세싱 챔버로 기판(104)의 삽입을 위해 연장된다. 프로세싱 챔버는 삽입을위한 3개의 영역을 구비한다: 영역(134), 영역(136) 및 영역(138). 도 1C는 PCMD(100)를 프로세싱 챔버(132)의 다양한 영역으로 삽입시키는 로봇 헤드(130)를 도시한다. 로봇 핸드(130a)(위에, 전자 디스크(106)를 파지)와 로봇 핸드(130b)(아래에, 기판(104)을 보유)는 모두 독립적으로 연장가능하다. 도 1D 및 1E는 로봇 헤드(130)의 3개 핸드(130a, 130b 및 130c)를 도시한다. 도 1D에서, 레벨 로봇 핸드(130b)는 로봇 핸드(130)의 로봇 핸드(130a)로부터 멀리 연장된다. PCMD(100)는 그 연장된 상태로 있을 때, 레벨(130b 및 130c)은 기판(104)을 포함하며, 레벨(130a 및 130)은 전자 디스크(106)를 각각 포함한다. 로봇 헤드(130)는 챔버에 접근할 때 도 1B에 나타난 것처럼 그 동심 상태로 PCMD를 갖는다. 로봇 핸드(130b)는 그후 핸드(130a)로부터 멀리 연장하고 따라서 기판(104)을 전자 디스크(106)로부터 분리시킨다. 이러한 방식에서, 기판(104)은 도 1C에 나타난 것처럼 영역(134)으로 위치된다. 만일 PCMD가 영역(136)으로 위치된다면, 로봇 핸드(130a 및 130b)는 PCMD(100)가 동심 상태인 영역(136)으로 삽입된다. 상기 기판(104)은 포지션(136)에서 기판(104)을 프로세스 챔버로 이동시키는 슬라이딩 플랫폼으로 낮아진다. 로봇 핸드(130a 및 130b)로 로딩하기 이전에, PCMD(100)는 적절한 배향으로 회전되어 케이블(108)의 축을 따라 연장될 수 있다. 프로세스 챔버(138)로 기판(104)의 배치는, 서로 다른 회전각에 대해 제외하고 챔버(136)가 챔버(138)와 일직선으로 케이블(108)의 축을 따라 연장할 때 대체로 동일하다.
도 1F는 전기 회로 및 PCMD 회로(151)의 신호 유동 및 DPD(110)를 도시하는 블럭도이며, 이는 본 발명의 모든 실시예들에 공통이다. 이전에 언급된 것처럼, 센서(150)는 기판(104)내에 또는 상에 존재한다. 센서(150)의 출력은 전도체(153)를 거쳐 SAC(154)에 커플링된다. 메모리(152)는 선택적이며, 바람직하게는 기판(104) 또는 케이블의 커넥터(108)상의 센서 가까이에 위치된다. 메모리(152)는, 만약 존재한다면, 프로세싱되지 않고 SAC(154)를 통해 패스된 디지털 센서 데이터를 저장하며 마이크로-컨트롤러(158B)에 의한 디지털 센서 데이터의 판독을 위해 전도체(156)을 통해 DTC(158)로 지속한다. 메모리(152)는 센서(150)에 대한 교정 계수(calibration coefficient)를 포함한다. 이러한 방식에서, 비록 전자 디스크(106)가 변화하더라도, 메모리(152) 및 교정 계수는 적절한 센서(150)가 될 것이다. SAC(154)는 바람직하게는 전자 디스크(106)에 위치되나 기판(104)상에 또는 프로세스 챔버 내 혹은 외부의 어디에든 위치될 수 있다. SAC(154)는 센서 출력을 얻는데 필요한 회로를 포함하며 필요하다면 임의의 입력 전력 또는 증폭기, 전류원(current source), 및 필터와 같은 센서들을 구동하는데 필요한 기타 신호들을 제공한다. SAC(154)는 도전체(156)을 거쳐 데이터 전송 회로("DTC")(158)로 신호를 구동시킨다. 전원장치(162)는 저장 셀(storage cell),복사에너지 변환 셀(radiative energy conversion cell), 또는 유도 연결 전원 소스 및 전원이 될 수 있으며 , 전기적 버스(bus)를 거쳐 PCMD(100)의 모든 구성 요소들에 동력을 공급한다.
DTC(158)은 데이터 링크(112)를 거쳐 SAC(154)에서 DPD(110)로 아날로그 또는 디지털 형태로 신호들을 프로세스, 저장 및 전송하는데 필요한 회로를 포함한다. 상기 경우에 있어서 신호들은 디지털적으로 전송되며, DTC(158)는 한개 이상의A/D 컨버터(158A)를 포함한다. DTC(158)내의 트랜스시버(158C)는 측정된 프로세싱 조건들, DPD(110)의 트랜스시버(110d)로 및 로부터 임의 컨트롤 신호들을 전송 및 수신한다. 비록 트랜스시버(110d)는 DPD(110)의 일부로서 나타내었지만, 그것은 또한 로봇 헤드(130)에 원격적으로 위치될 수 있다. DTC(158)는 또한 센서(150)에 대한 교정 계수를 포함한다. DTC(158)는 교정 계수 정보를 판독할 수 있으며 측정된 데이터로 상기 교정계수 보정을 적용하기 위해 데이터 프로세싱 장치(110)에 그것을 전송한다. DTC(158)는 또한 교정계수와 같은 기타 다른 정보 뿐만 아니라 상기 열(raw) 또는 보정된 상태로 센서(150)에 의해 측정된 것과 같은 기록된 프로세싱 조건들을 저장하기 위한 메모리(158D)를 선택적으로 포함한다. 마이크로컨트롤러 또는 게이트 어레이(158B)는 DTC(158)의 프로세스를 관리한다. 데이터 링크(112)는 무선 링크이거나 다중 도전체 데이터 케이블, 이를 테면, RS(232) 또는 범용직렬 버스(USB) 커넥션과 같은 케이블일 수 있다. 데이터 링크(112)가 무선인 경우에, 트랜스시버(158c 및 158d)는 적외선, 음파, 초음파, 또는 무선 주파수 신호들과 교신할 수 있다. 잘 알려진 프로토콜은 무엇이든지 블루투스(Bluetooth)로 사용될 수 있다. 상기 트랜스시버는 또한 신호들을 유도적으로 전송 및 수신할 수 있다. PCMD(100)에서, DTC(158)는 전자 디스크(106)의 일부인 반면, 후술되는 실시예들에서 그것은 다른 곳에 위치될 수 있다. 간략화를 위해, SAC(154) DTC(158) 및 DPD(110) 내의 상호연결망 또는 배선(wiring)을 나타내지는 않았다.
데이터 프로세싱 디바이스(110)는 임의의 마이크로프로세서 또는 이를테면 컴퓨터 또는 개인용 휴대 단말기(personal digital assistant, "PDA") 또는 특수용도 컴퓨터(purpose built computer)인 게이트 어레이 제어 디바이스일 수 있다. DPD(110)는 중앙 처리 장치(110A)를 포함하며 또한 디스플레이 또는 키보드, 마우스 등.., 메모리(110C), 및 트랜스시버(110D)와 같은 입/출력 장치(110B)를 포함한다.
기판(104)은 바람직하게는 실리콘 웨이퍼이지만, 글래스, 세라믹, GaAs, 탄화물(carbide) 또는 질화물(nitride)를 포함하는 집적회로나 박막 장치(thin film device)를 제조하는데 사용되는 많은 기타 다른 물질들로 이루어질 수 있는 베이스 층(140)을 갖는다. 기판(104) 및 전자 디스크(106)는 현 웨이퍼의 사이즈를 시뮬레이트하기 위해, 그리고 종래의 웨이퍼 처리 기계에 의해 취급되도록 바람직하게는 직경이 200mm 또는 300mm이다; 그러나 그들은 임의의 직경 또는 임의의 형태가 될 수 있다.
도 1G는 기판(104)의 단면도이다. 이 예증적인 예에서, 베이스 층(140)은 상기 웨이퍼 위에 형성된 다양한 층을 가진 실리콘 웨이퍼이다. 베이스 층(140)은 베이스 층 위에 절연층(142)를 가진다. 절연층(142)은 임의의 절연 물질이 될 수 있으나, 바람직하게는 이산화규소(silicon dioxide)와 같은 열 산화물이다. 캡 층(144)은 그 후 절연층(142)의 상단에 형성된다. 캡 층(144)은 절연층(142)의 임의의 결함을 보완한다. 캡 층(144) 위에는 상호연결층(146)이 존재한다.
상호연결층(146)은 프로세스 조건들을 모니터링 하는 센서로 및 로부터 신호를 전달하는데 사용되는 전도층이다. 상호연결층(146)은 센서의 정확한 위치, 및 상호연결을 위해 필요한 임의의 본드 패드로 및 로부터 유도하는 회로도를 형성하도록 에칭된다. 게다가, 상기 센서 자신들은 상호연결층(146) 내에 형성될 수 있으며, 다른 전도층(도시 생략) 내에 형성될 수도 있다. 상호연결층(146) 위에는 부동태화층(passivation layer)(148)이 존재한다. 부동태화층(148)은 바람직하게는 질화물층이지만 임의 유형의 유전체 물질일 수 있다. 비록 본 발명의 범위내에서 많은 다른 배치들이 가능하지만, 도 1H는 기판(104)상/내에 센서(150)의 바람직한 배치(layout)를 도시한다. 도 1J는 기판(104)에 장착된 그리고 상호연결층(146)에 형성된 회로도에 연결된 하나의 이산 센서(150)를 도시한다. 열 전도성 절연 세라믹 물질(도시생략)이 센서(150)를 감싸며, 캐비티(cavity)(152)를 채운다. 기판상에 직접 증착된 박막층으로 이루어진 상기 센서 및 상호연결의 더 자세한 정보에 대해, 렌켄 등, "Apparatus for Sensing Temperature on a Substrate in an Integrated Circuit Fabrication Tool"로 표제된, 미국 특허 제 6,190,040 B1에 언급되며, 이는 본문에 완전히 참조로서 채택된다.
센서(150)는 잘 알려진 반도체 트랜스듀서 설계에 따라 기판(104)에 장착 또는 조립되는 다양한 프로세스 조건들을 검사하는데 필요하다. 온도를 측정하기 위해, 대중적인 트랜스듀서는 RTD 또는 서미스터(thermistor)가 있으며, 이는 온도계수를 가지는 박막 레지스터 물질을 포함한다. 자기-저항(magneto-resistive) 물질은 또한 기판(104)상에 발휘된 자속(magnetic flux)의 양을 측정하는데 사용될 수 있다. 저항-전압 컨버터는 종종 저항 감지 물질(서미스터 또는 자기-저항 물질)의 말단부 사이의 기판 내에 형성된다. 또 다른 대표적인 온도 센서는 상기 기판의 층들에 형성된 리소그라피적으로 두개의 다른 전도체로 이루어진열전쌍(thermocouple)을 포함한다. 전도체들 사이의 접합(junction)이 가열될 때, 작은 열전기(thermoelectric) 전압이 발생되며 접합 온도와 함께 거의 일직선으로 증가한다. 온도 센서의 또 다른 예는 온도에 의해 증가하는 전압을 발생하는 다이오드(diode)를 포함한다. 양의 공급장치 및 부하 레지스터 사이에 다이오드를 연결함으로써, 전류-전압 변환은 부하 레지스터로부터 획득될 수 있다. 또 다른 센서는 이를 테면, 발진 주파수에 따른 온도를 나타내는 크리스탈 배향으로 커팅된 수정 결정으로부터 가공된 수정 음차와 같은 압전 장치(piezoelectric device)이다. 상기 센서의 발진 주파수는 온도에 의한 주파수 변화를 최소화하도록 배향된 결정으로부터 가공된, 이를 테면, 수정 음차와 같은, 압전 장치에 의해 형성된 마스터 오실레이터와 대조하여 언급될 수 있다. 상기 센서와 마스터 오실레이터 사이의 주파수 차는 신호에 따른 직접적인 디지털 온도를 제공할 것이다. 압전 센서는 또한 증착 매스(mass) 및 레이트 또는 기타 다른 프로세스 조건들을 측정하기 위해 매스 변화를 감지하는데 사용된다.
센서(150)는 또한 기판(104)상의 선택 영역에서 이산 센서 또는 기판(104)의 층들에 전체적으로 형성된 센서로서, 압력(pressure), 힘(force) 또는 스트레인(strain)을 측정하는데 사용된다. 상기 웨이퍼 위에 인가된 대기압 측정이 가능한 많은 유형의 전압 트랜스듀서가 있다. 적절한 전압 트랜스듀서는 다이어프램-형(diaphragm-type) 변압기를 포함하며, 이때 다이어프램 또는 탄성(elastic) 요소는 압력을 감지하며 그 후 다이어프램 또는 다이어프램 후방의 캐비티(cavity)에 결합된 브리지회로에 의해 판독될 수 있는 해당 스트레인 및 편차(deflection)를 발생시킨다. 또 다른 적절한 전압 트랜스듀서는 기판(104)의 반도체 기판 내에 위치된 피에조저항성(piezoresistive) 물질을 포함한다. 상기 피에조저항성 물질은 상기 기판내로 도핑(doping) 조성물을 확산시킴으로써 형성된다. 결과적인 피에조저항성 물질은 압력의 양 또는 그 위에 인가된 스트레인에 비례하여 출력 전류를 발생시킨다.
센서(150)는 또한 기판(104)상의 유동률을 측정하는데 사용된다. 게다가, 습도(humidity) 및 습기 센서는 또한 기판(104)상에 형성될 수 있다. 유동률을 측정하는 잘 알려진 방법인, 열선 풍력계(hot-wire anemometer)가 기판(104)으로 채택될 수 있다. 유동 속도(fluid velocity)는 기판(104)상에 형성된 비-유선형의 저항을 타격하는 유선형의 유동적 흐름으로서 와동 발생(vortex production)의 주파수에 기초한다. 유동적 흐름의 측정은 일반적으로 상기 저항의 양측에 특정한 와동의 형성을 포함한다. 따라서, 교류 전압 차는 두개의 측면 사이에서 발생한다. 상기의 쓰레스홀드(와동 발생이 발생하지 않는 보다 아래의), 상기 주파수는 유동 속도에 비례한다. 상기 교류 전압차를 검출하는 많은 방법들 중, 열 서미스터는 바람직하게는 상기 저항의 두개의 측면 사이에 작은 채널로 위치된다. 상기 사용된 채널을 통한 흐름의 교류 방향은 AC 신호를 발생시킴으로써 그리고 두번의 상기 와동 주파수에 전기 펄스를 일치시킴으로써 자가 발열 서미스터(self-heated thermistor)를 주기적으로 냉각시킨다. 그러므로, 서미스터 앞의 기판(104)로부터 돌출된 저항은 솔리드-상태 유동률 측정을 제공할 수 있다. 열은 서로 아주 근접하여 위치된 자가 발열 서미스터들 사이에 전달될 수 있다. 유동적 흐름은 유동량에 비례하여 열적불균형을 야기하는 인접한 서미스터 사이에 열 에너지를 전달한다. 두개 이상의 인접한 센서들은 벡터에 따라 흐름을 측정하도록 어레이될 수 있거나, 또는 다중 흐름 벡터들이 또한 감지될 수 있다. 상기 열적 불균형은 유동량에 관계된 DC 신호를 생산하기 위해 검출될 수 있다. 다중 방향으로의 흐름은 흐름 벡터들을 검출하기 위해 비교될 수 있다.
센서(150)는 또한 기판(104)상에 위치된 기체상태의 화학적 농도(concentration)을 측정하는데 사용된다. 화학 조성 센서들은 특정 이온들이 측정되도록 투과할 수 있는 멤브레인(membrane)을 이용한다. 이상적으로, 상기 점막은 모든 다른 이온들에 대해 완전히 투과되지 않아야 한다. 상기 점막의 전도성은 점막을 투과했던 선택 이온들의 운송에 정비례한다. 주어진 점막 전도성의 변화성(variability), 측정은 기판(104)을 둘러싼 환경 내에 존재하는 화학적 이온의 양에 직접 관련되어 수취될 수 있다.
센서(150)는 또한 평행한 판 구조를 가진 이온 전류 밀도 및 이온 전류 에너지, 콜렉팅 판의 어레이, 및 상기 콜렉팅 판 위에 지지된 컨트롤 그리드를 가진 콜렉팅 판을 측정하는데 사용된다. 평행한 판들 사이의 전류 흐름은, 또는 콜렉팅 판의 어레이를 위해, 이온 전류 밀도와 함께 증가될 것이다. 이온 전류 에너지는 상기 판 위의 그리드 상에 상수(constant) 또는 변화하는 DC 포텐셜을 인가함으로써 검출될 수 있다. 이는 검출될 에너지 분포를 허용하는 이온 전류 에너지와 함께 전류 흐름을 조절할 것이다. 이는 증착 또는 에칭 프로세스를 모니터링 및 조정하는데 유용하다.
압전기의 트랜스듀서/센서는 또한 층의 동조 주파수, 이를테면 상기 층의 매스 및 두께를 측정하도록 기판(104)내로 통합된다.
게다가, 센서(150)는 또한 기판(104)으로부터 간격지워진 오브젝트의 포지션 또는 배치에 있어서 변화를 검출하는데 사용된다. 대표적인 배치 트랜스듀서는 광(photon) 에너지(또는 세기)를 측정할 수 있는 전기-광학적 장치들을 포함하며, 광 에너지를 전기장 또는 전압으로 변환한다. 비교적 잘 알려진 전기-광학적 장치들은 발광 다이오드(light-emitting diode), 포토다이오드(photodiode), 포토레지스터(photoresistor) 등을 포함하며, 이는 반도체 기판 상에 형성될 수 있다.
배치 센서는 에치 또는 증착 챔버 내에 간격지워진 전극에 대한 정확한 정보를 제공하는데 사용되며, 또한 웨이퍼 및 해당 마스크 및/또는 방사선원(radiation source) 사이의 위치 정보를 제공할 수 있다.
도 2는 프로세스 조건 측정 장치, PCMD(200)의 또 다른 실시예를 도시한다. PCMD(200)는 전자 디스크(206)가 PCMD(100)의 전자 디스크(106) 및 기판(104)보다 작다는 것을 제외하면 PCMD(100)와 유사하다. PCMD(100)에서처럼, 상기 전자 디스크(206)는 연장된 위치의 기판(104)로부터 격리된다. PCMD(200)는 (상하)기판(104)과 함께 동시에 실행할 수 있거나 또는 항상 연장되어 존속한다. 따라서 상기 전자장치는 상기 프로세싱 챔버의 해로운 조건들로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 상기 전자장치는 디스크와 다른 구성 요소로 존재한다.
도 3A는 프로세스 조건 측정 장치, PCMD(300)의 또 다른 실시예를 도시한다. PCMD(300)은 표면 내로 또는 기판(104)의 캐비티 내로 표면 상의 부가적 전자 플랫폼(207)을 포함하는 것을 제외하면, 도 2의 PCMD(200)와 유사하다. 이미 PCDM(100 및 200)의 전자 디스크(106 및 206)에 포함된 전자 및 전원 공급 회로(151)는 지금 전자 디스크(206) 및 전자 플랫폼(207) 사이에서 나뉜다. 도 1F에 도시된 PCMD 회로(151)의 임의의 부분은 어느 위치에서든지 존재할 수 있으며 또한 각 플랫폼 상에 중복될 수 있다. 바람직하게, 신호 인식 회로(154)는 전자 플랫폼(207)의 부분이며 데이터 전송 회로(158)는 전자 플랫폼(207) 및 전자 디스크(206) 모두에 존재한다. 따라서, DPD(110)에 대한 커뮤니케이션은 전자 플랫폼(207) 또는 전자 디스크(206)로부터 될 수 있다. 전자 플랫폼(207)은 기판(104) 표면상의 어디에든 존재할 수 있다. 본 실시예에서, 그것은 중심에 위치된다.
도 3B에 볼 수 있는 것처럼, 전자 플랫폼(207)은 한개 이상의 스페이서 또는 플랫폼 레그(209)을 가진 기판의 표면으로부터 상승된다. 이전에 언급된 것처럼, 프로세싱 챔버는 온도 및 기타 파라미터에 있어서 오히려 큰 구배를 가질 수 있다. 어떤 경우에, 가장 엄격한 프로세싱 조건은 상기 웨이퍼의 레벨에 존재할 수 있다. 상기 웨이퍼의 표면으로부터 전자장치를 상승시키는 것은 가장 엄격한 프로세싱 조건으로부터 상기 전자장치를 격리하는 또 다른 방법이다. 상기 플랫폼(207) 및 플랫폼 레그(leg(s))(209)는 바람직하게는 기판(104)에 따라 유사한/호환성의 특성을 가진 물질로부터 구성되나, 거의 임의의 물질로 구성될 수 있다.
호환성(compatibility)은 열 팽창 계수, 또는 기타 화학적, 전기적, 또는 물질적 속성과 관련되기도 한다. 플랫폼(207)이 기판(104)로부터 상승된 거리는 측정될 것으로 미리 예상된 프로세싱 조건에 따라 맞춰질 수 있으나, 일반적으로는 1mm에서 5mm 까지이다. 플랫폼 레그는 직경 또는 폭(만약 라운드지지 않았다면)이 0.05mm 에서 1mm 이상의 크기로 변화할 수 있으며, 기판과 플랫폼 사이에 열 전달을 제한하기 위해서 최소 약 0.05mm 직경의 직경 또는 폭이 바람직하다. 플랫폼(207)의 전자 회로로부터의 신호들은 플랫폼 레그(209)에서의 작은 전기 케이블 또는 완전 전도체를 거쳐 기판(104)으로 전송된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예인, PCMD(400)를 도시한다. PCMD(400)는 그것이 전자 디스크(206)을 포함하지 않는 것을 제외하면 PCMD(300)과 유사하다. 전자 플랫폼(207)은 SAC(154) 및 DTC(158)을 포함한다. 전원 공급 장치(162)는 플랫폼(207) 상에 바람직하게 위치되나, 또한 기판(104)상에 위치되기도 한다. 케이블(108)은 안테나, 또는 외부 트랜스듀서로서의 기능을 위해, 기판(104) 및 전자 플랫폼(207)을 포함하는 차단된 프로세스 챔버 내로 보호되는 교신을 허용함으로써 상기 트랜스듀서를 지지하도록, 프로세스 챔버 밖으로 연장한다. 따라서 케이블(108)은 데이터 링크(112)의 부분으로서, DTC(158) 및 DPD(110) 사이에, 전송 신호들로, 실시간 또는 지연되어, 작동할 것이다. 대안적으로, 케이블(108)은 DPD(110)에 바로 연결되며, 따라서 데이터 링크(112)는 유선 링크가 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인, PCMD(500)을 도시한다. PCMD(500)은 PCMD(400)의 케이블(108)이 없지만, 한편 유사하다. 따라서, PCMD(500)는 데이터 링크(112)를 거쳐 무선으로 교신한다. 안테나는 전자 플랫폼(207)으로 바람직하게 통합되나, 또한 기판(104)내 또는 위에 형성될 수 있다.
지금까지, 전자 플랫폼(207)을 특징지우는 모든 실시예에 있어서, PCMD(300,400, 및 500), 상기 플랫폼은 기판(104)의 중심에 위치되었다. 이는 그것이 로봇 아암(arm)에 의해 돌거나 회전함으로써 적절히 밸런스된 프로세스 조건 측정 장치를 유지하는 것이 중요하기 때문이다. 그러나, 많은 다른 프로세스 조건들의 밸런스로서, 열적 밸런스 또한 중요하다. 이전에 언급된 것처럼, 프로세싱 조건들은 상기 프로세싱 챔버를 통해 크게 변화할 수 있다. 각각의 다른 프로세싱 조건은 그 자체의 프로파일(profile) 또는 상기 프로세싱 챔버 내의 구배(gradient)를 가진다. 따라서, 이러한 변동을 조절하기 위해서 상기 프로세싱 조건에 따라 전자 플랫폼(207)의 위치를 변동하는 것, 또는 한개 이상의 플랫폼 위 또는 상기 기판 내로 위치시키는 것이 유리하다.
도 6에서, PCMD(600)는 기판의 가장자리(207) 근처에 위치된 전자 플랫폼(207)을 구비한다. 한편 PCMD(600)은 PCMD(500)과 동일하다. 도 7에서, PCMD(700)는 기판(104)의 직경에 위치된 두개 이상의 전자 플래폼(207 및 209)을 가지며, 기판(104)의 중심으로부터 동일하게 떨어져 있다. PCMD 회로(151)는 전자 플랫폼(207 및 209) - 이때 플랫폼(209)은 전자 구성요소 및 회로를 가지지 않은 구조를 포함하여 - 사이에 임의의 비율로 나뉜다. 또한, 상기 PCMD 회로(151)는 각 플랫폼 상에 중복될 수 있다.
임의의 실시예에 있어서, PCMD 회로(151), 이를테면 메모리(152), SAC(154), DTC(158)및 전원 공급 장치(162)의 전체 또는 일부를 포함하는 플랫폼은 대안적으로 상기 기판내로 통합되거나 상기 기판 내에 형성된 캐비티 내로 포함된다. 이는 실행되어 상기 기판(104)이 실제 제품의 프로세싱 조건들에 대한 생산 기판 제재에따라, 대체로 동일한 매스을 가지는 상기 프로세싱 조건들을 측정하기 위해 사용된다. 상기 목표는 가능한한 테스트 기판(104)과 유사한 효과를 정확하게 시뮬레이트하기 위해 상기 플랫폼에 의해 추가된 것과 같은 기판의 동일한 매스를 제거하는 것이다. 온도 변화에 대한 동적 열 반응 시간은 기판(104) 내의 상기 매스 및 열 전도성이 상기 제품 기판과 유사할 때 가장 정확하게 측정될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예들 및 그들의 이점들이 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항들에 의해 규정된 것처럼 본 발명 의 참뜻과 범위에서 벗어남 없이 변화, 대체, 및 변동될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 상기 센서들의 위치 및 유형은 상기 기술된 예들과 다를 수 있다. 게다가, 상기 전자 플랫폼 또는 디스크는 측정 기판의 캐비티 및 회로 내로 리세스될 수 있으며, 동일한 결과를 얻기 위해 동일한 방법으로 동일한 기능을 실행하는 것이 또한 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (45)

  1. 표면을 구비하며, 기판의 서로 다른 영역에서 기판의 프로세싱 조건들을 측정하는 센서를 포함하는 기판; 및
    센서의 출력에 커플링된 신호 인식 회로를 포함하는 기판의 표면에 장착된 1개 이상의 전자 플랫폼;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 조건을 감지 및 레코딩 또는 전송하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 1개 이상의 플랫폼의 각각은 1개 이상의 레그(leg) 및 쉘프(shelf)를 포함하며, 상기 1개 이상의 레그는 상기 쉘프를 상기 표면으로부터 상승시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 인식 회로는 상기 쉘프위에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 글래스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 원격 데이터 프로세싱 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 전자 플랫폼은 트랜스시버를 포함하는 데이터 전송 회로를 더 포함하며, 상기 데이터 전송 회로는 프로세싱 조건들을 실시간으로 프로세싱 조건들의 측정중에 데이터 프로세싱 모듈로 상기 트랜스시버를 통하여 전송하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 RF 신호를 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 IR 신호를 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 감응적으로 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 음파로 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 시스템은 데이터 전송 케이블을 더 포함하며 상기 데이터 전송 회로는 상기 케이블을 거쳐 프로세싱 조건들을 전송하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 데이터 전송 회로는 제어 신호를 데이터 프로세싱 모듈에 그리고 이로부터 보내고 수신하도록 더 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 데이터 프로세싱 모듈은 마이크로프로세서, 저장 디바이스, 디스플레이, 및 입력 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 센서에 의해 측정된 프로세싱 조건들은 한개 이상의 하기 조건들: 온도, 압력, 유동율, 진동, 이온 전류 밀도, 이온 전류 에너지, 및 광 에너지 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 웨이퍼내에 또는 상에 이산 장착된 센서인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 웨이퍼내에 또는 위에 형성된 집적회로의 부분인 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 플랫폼은 전원장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 전원장치는 유도 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 연결되며 신호 인식 회로에 전기적으로 커플링되는 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 1 페리미터를 구비하며, 기판의 서로 다른 영역에서 기판의 프로세싱 조건들을 측정하는 센서를 포함하는 기판; 및
    제 2 페리미터를 구비하는 전자 모듈, 상기 전자 모듈은:
    센서의 출력에 커플링되는 신호 인식 회로;
    상기 신호 인식 회로에 커플링되는 데이터 전호 회로를 포함하며;
    전원; 및
    상기 기판을 상기 기판과 전자 모듈간에 신호를 전송하기 위한 전자 모듈에 연결시키는 리드(leads)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 조건 모니터링 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 신호 인식 회로는 센서의 출력 신호를 증폭시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 데이터 전송 회로는 마이크로-컨트롤러를 포함하며 센서 교정 계수를 사용하여 출력 신호를 정정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 신호 인식 회로는 입력 신호를 센서에 제공하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 입력 신호는 입력 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  26. 제 21 항에 있어서, 원격 데이터 프로세싱 시스템을 더 포함하며, 상기 데이터 전송 회로는 프로세싱 조건들을 원격 시스템에 전송하도록 무선 트랜스시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 데이터 전송 회로는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 데이터 전송 회로는 메모리를 포함하며, 상기 데이터 전송 회로는 프로세싱 조건들을 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 원격 시스템은 교정계수를 사용하여 출력 신호를 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  30. 제 21 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 RF 신호를 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  31. 제 21 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 IR 신호를 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  32. 제 21 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 음파 신호를 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  33. 제 21 항에 있어서, 상기 데이터 전송 회로는 원격 시스템을 상기 디바이스에 통신 케이블로 커플링시키도록 1개 이상의 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  34. 제 26 항에 있어서, 상기 원격 시스템은 마이크로프로세서 제어 디바이스인 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  35. 제 21 항에 있어서, 상기 센서에 의해 측정된 프로세싱 조건들은 1개 이상의 하기 조건들: 온도, 압력, 유동율, 진동, 이온 전류밀도, 이온 전류 에너지, 및 광 에너지 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  36. 제 21 항에 있어서, 가요성 케이블은 리본형 케이블인 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
  37. 밀봉된 챔버로 로봇 핸드에 의해 삽입되여지는 프로세싱 조건들을 모니터링하기 위한 디바이스에 있어서,
    센서를 포함하는 제 1 부재;
    전자부를 포함하는 제 2 부재;
    제 1 및 제 2 부재를 연결시키는 전도성 케이블 또는 컨덕터를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 부재가 로봇 핸드 또는 핸드들에 또는 상에 적합하며,
    상기 디바이스가 로봇 핸드에 의해 제 2 위치로 연장될 수 있어서 제 1 부재가 밀봉된 챔버 내측에 그리고 제 2 원형 부재가 상기 챔버 외측에 존재하여, 제 2 부재의 전자부를 챔버내의 조건들에 적용되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  38. 제 37 항에 있어서, 제 2 위치에서 디바이스의 케이블이 챔버의 출입구에서 밀봉된 것을 특징으로 하는 디바이스.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 전자부는 전원장치와 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 전자부는 데이터 프로세싱 디바이스에 통신하기 위한 트랜스시버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 전자부는 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  42. 제 37 항에 있어서, 상기 디바이스는 제 2 원형 부재에 커플링된 데이터 프로세싱 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  43. 제 37 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 원형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  44. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 플랫폼이 기판 표면의 리세스 부분에 장착되며, 상기 리세스 부분과 상기 플랫폼이 캐비티내에 있으며, 상기 플랫폼이 제거된 캐비티에 질량에 있어 대체로 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
  45. 제 21 항에 있어서, 제 1 위치에서 전자 모듈이 상기 기판 상하에 있으며, 제 2 위치에서 상기 전자 모듈과 기판이 서로 변위되어 제 1 및 제 2 페리미터가 인터섹트되지 않는 것을 특징으로 하는 모니터링 디바이스.
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