KR20240033001A - Upstream process monitoring of deposition and etch chambers - Google Patents

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KR20240033001A
KR20240033001A KR1020247004611A KR20247004611A KR20240033001A KR 20240033001 A KR20240033001 A KR 20240033001A KR 1020247004611 A KR1020247004611 A KR 1020247004611A KR 20247004611 A KR20247004611 A KR 20247004611A KR 20240033001 A KR20240033001 A KR 20240033001A
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KR1020247004611A
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마탄 라피도트
셰이 야리
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인피콘, 인크.
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Abstract

반도체 제조 시스템은 믹싱 보울, 상기 믹싱 보울로부터 가스 혼합물을 수용하는 분배 시스템, 및 다양한 반도체 프로세스, 예컨대 증착 및 식각 프로세스를 기판 상에서 수행하기 위해 상기 분배 시스템과 유체 연통하는 프로세스 챔버를 포함한다. 복수 개의 믹싱 보울 센서들은 상기 믹싱 보울의 공동 내에 배치되고 검출되는 가스의 유형 및 유속을 나타내는 가스 신호들을 발행한다. 또한, 적어도 하나의 프로세스 챔버 센서는 상기 프로세스 챔버 내에 제공되고 상기 기판에 근접 배치된다. 상기 프로세스 챔버 센서는 상기 반도체 프로세스에 대한 노출 시, 다시 말하면 상기 센서의 표면 상에 증착된 재료의 축적 시 변화하는 공진 특성을 지니며, 상기 기판의 표면 상에 예상된 재료를 나타내는 재료 프로세스 신호들을 발행한다.A semiconductor manufacturing system includes a mixing bowl, a distribution system receiving a gas mixture from the mixing bowl, and a process chamber in fluid communication with the distribution system to perform various semiconductor processes, such as deposition and etching processes, on a substrate. A plurality of mixing bowl sensors are disposed within the cavity of the mixing bowl and emit gas signals indicative of the type and flow rate of gas being detected. Additionally, at least one process chamber sensor is provided within the process chamber and disposed proximate to the substrate. The process chamber sensor has resonance characteristics that change upon exposure to the semiconductor process, i.e. upon accumulation of material deposited on the surface of the sensor, and produces material process signals indicative of the expected material on the surface of the substrate. issue.

Description

증착 및 식각 챔버의 업스트림 프로세스 모니터링Upstream process monitoring of deposition and etch chambers

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications

미국 특허법 제119조 및 세부시행규칙 제1.53호의 관련 부분에 따라, 본원은 2021년 7월 7일자 출원된 미국 특허출원 제63/219,032호의 혜택 및 우선권을 주장한 것이며, 상기 미국 특허출원의 전체 내용은 이로써 인용에 의해 보완된다.Pursuant to Section 119 of the U.S. Patent Act and the relevant portions of Detailed Enforcement Rule No. 1.53, this application claims the benefit and priority of U.S. Patent Application No. 63/219,032, filed on July 7, 2021, and the entire contents of said U.S. Patent Application are This is supplemented by quotation.

반도체 제조 공장에서의 증착 및 식각 공정은 반도체 집적회로(integrated circuit; IC) 산업의 장치 제조 동안 광범위하고 일반적으로 사용되고 있다. 전통적으로 2차원 구조의 리소그래피 분해능(lithography resolution)에 의해 제한되었던 치수를 줄이기 위한 반도체 업계의 노력은 3차원 구조(예를 들어, 3D 게이트 및 3D NAND)의 증착 및 식각 프로세스 제어로 전환되고 있다. 2가지 이상의 가스 유형을 포함하는 가스 혼합물이 증착 및 식각 프로세스들의 시퀀스들을 통해 그리고 주요 시퀀스의 사전 및 사후 단계에서 사용되는 경우가 많다. 더욱이, 장치의 임계 치수들은 증착 및 식각 프로세스들을 제어할 수 있는 능력에 의해 점점 더 많은 영향을 받게 된다.BACKGROUND Deposition and etch processes in semiconductor manufacturing plants are widely and commonly used during device manufacturing in the semiconductor integrated circuit (IC) industry. The semiconductor industry's efforts to reduce dimensions, traditionally limited by the lithography resolution of two-dimensional structures, are shifting to controlling the deposition and etch processes of three-dimensional structures (e.g., 3D gates and 3D NAND). Gas mixtures containing two or more gas types are often used throughout sequences of deposition and etch processes and in pre- and post-steps of the main sequence. Moreover, the critical dimensions of the device are increasingly influenced by the ability to control deposition and etch processes.

플라즈마 식각 프로세스들은 (화학 반응의 활성화 에너지를 구동시키는) 플라즈마 상태의 점화 가스에 의해 유전체들, 반도체들 또는 금속 층들을 제거하는 데 종종 사용된다. 그러한 재료의 제거는 또한 (비-플라즈마 상태에서) 반응성 가스를 유동시킴으로써 또는 (액체 상태의) 습식 식각 스테이션들을 통해 수행될 수 있다. 챔버 구성요소들 및 처리된 기판들 상에 필름(film)들을 증착하는 것은 플라즈마 강화(plasma enhanced; PE) 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 대기압 이하(sub atmospheric) CVD, 열(thermal) CVD, 원자층 증착(Atomic layers deposition; ALD), 플라즈마 강화 원자층 증착 등과 같은 다양한 방법에 의해 적용될 수 있다. 식각 및 증착 프로세스들은 프로세스 단계에 의존하여 (반응 이온 에칭(reactive ion etching) - RIE)과같이) 등방성 또는 이방성으로 이루어질 수 있다.Plasma etch processes are often used to remove dielectrics, semiconductors or metal layers by igniting gas in a plasma state (which drives the activation energy of the chemical reaction). Removal of such material can also be performed by flowing a reactive gas (in a non-plasma state) or through wet etch stations (in a liquid state). Depositing films on chamber components and treated substrates can be performed using plasma enhanced (PE), chemical vapor deposition (CVD), sub-atmospheric CVD, or thermal. It can be applied by various methods such as CVD, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition, etc. Etching and deposition processes can be isotropic or anisotropic (such as reactive ion etching - RIE) depending on the process step.

IC 제조 프로세스들과 같은 기판 증착 프로세스들에서, (기판인) 웨이퍼 위에 여러 다양한 층을 증착하는 것은 다양한 반응과 여러 프로세스 물질 상태를 통해 달성될 수 있다. 대표적인 기술들로는 플라즈마(PECVD 및 고밀도 플라즈마(high density plasma) - HDP), 가스 - 대기압 이하 CVD(SACVD) 및 액체(전기 도금)가 있다. 증착된 층과 장치 제조 특성을 제어하는 주요 매개변수들의 예들 중 일부로는 두께, 응력(stress), 질량, 저항, 입자 및 굴절률이 있다. 이러한 매개변수들은 (웨이퍼 또는 웨이퍼 배치에 대한) 평균값뿐만 아니라 웨이퍼 가변성 및 격자간 웨이퍼 가변성에 대해서도 측정되고 제어된다. 프로세스 가변성을 줄이는 것은 EOL(end of line) 프로세스에서 제조 수율 향상에 기여한다.In substrate deposition processes, such as IC manufacturing processes, depositing several different layers on a wafer (substrate) can be achieved through various reactions and various process material states. Representative technologies include plasma (PECVD and high density plasma (HDP)), gas-subatmospheric CVD (SACVD), and liquid (electroplating). Some of the key parameters that control deposited layers and device fabrication characteristics are thickness, stress, mass, resistivity, grain, and refractive index. These parameters are measured and controlled for average values (for a wafer or wafer batch) as well as for wafer variability and interstitial wafer variability. Reducing process variability contributes to improving manufacturing yield in end of line (EOL) processes.

예를 들어, 이하의 단계들이 기판 에칭에 사용된다: (리소그래피 단계와 함께) 제조된 장치에 패턴을 적용하기 위한 웨이퍼 에칭 단계; 오염으로부터 웨이퍼를 세정하는 단계; 트랜지스터들 간에 트렌치를 생성하는 단계; 접점과 절연체 간의 분리를 가능하게 하는 단계; 증착 전에 웨이퍼 표면을 반응시키는 단계 및 포토레지스트를 제거하는 단계. 웨이퍼에 대한 식각 프로세스를 제어하는 주요 매개변수들은 식각 속도, 두께, 응력, 입자 및 결함 제어와 같은 정의된 특징들에 대한 임계 치수들 및 기타 전기적 및 광학적 매개변수들이다.For example, the following steps are used to etch a substrate: a wafer etching step (in conjunction with a lithography step) to apply a pattern to the fabricated device; cleaning the wafer from contamination; creating a trench between the transistors; enabling separation between the contact and the insulator; reacting the wafer surface prior to deposition and removing the photoresist. The key parameters that control the etch process on a wafer are etch rate, thickness, stress, critical dimensions for defined characteristics such as particle and defect control, and other electrical and optical parameters.

기판 식각 및 증착은, 동일한 프로세스 챔버에서, 상기 챔버에서 연속적으로, 상기 챔버에서 비-순차적으로 또는 서로 다른 챔버에서 이루어지는 동시 프로세스일 수도 있고 아닐 수도 있다(예를 들어, 상기 HDP 프로세스들 중 일부에서 식각 및 증착은 연속적으로나 또는 동시에 이루어질 수 있다).Substrate etch and deposition may or may not be simultaneous processes in the same process chamber, sequentially in the chamber, non-sequentially in the chamber, or in different chambers (e.g., in some of the HDP processes). Etching and deposition can occur sequentially or simultaneously).

통합 센서들을 사용하여 프로세스를 모니터링하는 공지된 방법들 중 일부로는 질량 분석기, 광학 분석기, RF 센서 및 진공 게이지가 있다. 그러나 이러한 방법들은 국부화되어 있지 않으며 상이한 챔버 위치들에서 축적되거나 제거된 필름에 대한 구체적인 정보를 제공하지 못한다. 국부화되어 있지 않은 프로세스 제어의 일 예로는 광학 방출 분석법, 잔류 가스 분석기 및 챔버 임피던스 측정과 같은 플라즈마 세정 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들 모두는 전체 챔버로부터 복잡한 신호들을 상이한 챔버 위치들에서 프로세스 재료들의 균일성 또는 균질성을 식별하지 못한다. 온도 센서들과 같은 다른 공지된 센서들은 여러 챔버 구성요소의 표면을 따라 측정값들을 국부화하고 판독할 수 있지만 이러한 표면들의 코팅에 관련된 필름 조건들에 관한 구체적인 정보를 제공하지는 않는다.Some of the known methods for monitoring processes using integrated sensors include mass spectrometers, optical analyzers, RF sensors and vacuum gauges. However, these methods are not localized and do not provide specific information about the film accumulated or removed at different chamber locations. Examples of non-localized process control include plasma cleaning methods such as optical emission spectrometry, residual gas analyzers, and chamber impedance measurements. However, all of these methods fail to identify complex signals from the entire chamber and the uniformity or homogeneity of process materials at different chamber locations. Other known sensors, such as temperature sensors, can localize and read measurements along the surfaces of various chamber components but do not provide specific information about film conditions related to the coating of these surfaces.

가스 혼합 또는 흐름 타이밍에 관련된 문제들을 모니터링하기 위한 현재 해결수법은 프로세스 챔버와 배기 라인에 있다. 일단 프로세스 결함("잘못된" 가스 혼합물)이 프로세스 챔버 또는 챔버 배기부에 이르게 되면 이미 너무 늦은 상태이어서 재료에 대한 손상이 이미 발생하게 된다.Current solutions for monitoring problems related to gas mixing or flow timing are in the process chamber and exhaust lines. Once a process defect (the “wrong” gas mixture) reaches the process chamber or chamber exhaust, it is already too late and damage to the material has already occurred.

미국특허출원공보 제2012/0201954호(Wajid)에는 필름 코팅 또는 식각에 관한 정보를 제공하지만 상이한 챔버 위치들에서 프로세스의 균일성 또는 균질성에 대한 정보를 제공하지 못하는 단일 위치를 채용하는 QCM이 개시되어 있다. 여기에서, 챔버의 크기가 커짐에 따라 프로세스 데이터의 정확성과 값이 감소하게 된다.U.S. Patent Application Publication No. 2012/0201954 (Wajid) discloses a QCM that employs a single location that provides information about film coating or etching but does not provide information about uniformity or homogeneity of the process at different chamber locations. there is. Here, as the size of the chamber increases, the accuracy and value of the process data decreases.

미국특허출원공보 제2014/0053779(Martinson과 그의 동료)에는 상이한 챔버 위치들 사이에서 이동하는 QCM 프로브가 기재되어 있다. 그러나 이러한 해결수법은 연구실에 제한된 것이며 제조를 위해 진공이 필요한 제조 환경에서만 호환된다. 또한 이러한 해결수법은 상이한 챔버 위치들에서 QCM 센서들을 동시에 모니터링하는 것을 용이하게 하지 않는다.US Patent Application Publication No. 2014/0053779 (Martinson et al.) describes a QCM probe that moves between different chamber positions. However, this solution is limited to research labs and is only compatible with manufacturing environments that require vacuum for manufacturing. Additionally, this solution does not facilitate simultaneous monitoring of QCM sensors at different chamber locations.

따라서 (i) 부정확하거나 불균형한 가스 혼합물을 식별하고, (ii) 증착 및 에칭 프로세스들 동안 더 엄격한 프로세스 제어를 허용하기 위해 증착 및 식각 도구의 타이밍을 제어해야 할 필요가 있다.Therefore, there is a need to (i) identify incorrect or unbalanced gas mixtures and (ii) control the timing of deposition and etch tools to allow for tighter process control during deposition and etch processes.

반도체 제조 시스템은 믹싱 보울(mixing bowl), 상기 믹싱 보울로부터 가스 혼합물을 수용하는 분배 시스템, 및 여러 반도체 프로세스, 예컨대 증착 및 식각 프로세스들을 기판상에 수행하기 위해 상기 분배 시스템과 유체 연통하는 프로세스 챔버를 포함한다. 복수 개의 믹싱 보울 센서들은 상기 믹싱 보울의 공동(cavity) 내에 배치되어 있고 검출되는 가스의 유형 및 유속(flow-rate)을 나타내는 가스 신호들을 발행한다. 또한, 적어도 하나의 프로세스 챔버 센서는 상기 프로세스 챔버 내에 제공되고 상기 기판에 근접 배치된다. 상기 프로세스 챔버 센서는 반도체 프로세스에 대한 노출 시, 다시 말하면 상기 센서의 표면 상에 증착된 재료의 축적 시 변화하는 공진 특성을 지니며, 상기 기판의 표면 상에 예상된 재료를 나타내는 재료 프로세스 신호들을 발행한다. 제어기는 가스 및 재료 프로세스 신호에 응답하여 상기 믹싱 보울 내 가스 혼합과 기판 표면 상에 예상된 재료를 제어한다.A semiconductor manufacturing system includes a mixing bowl, a distribution system receiving a gas mixture from the mixing bowl, and a process chamber in fluid communication with the distribution system to perform several semiconductor processes, such as deposition and etching processes, on a substrate. Includes. A plurality of mixing bowl sensors are disposed within a cavity of the mixing bowl and emit gas signals indicative of the type and flow-rate of the gas being detected. Additionally, at least one process chamber sensor is provided within the process chamber and disposed proximate to the substrate. The process chamber sensor has resonance characteristics that change upon exposure to a semiconductor process, i.e. upon accumulation of material deposited on the surface of the sensor, and issues material process signals indicative of the expected material on the surface of the substrate. do. A controller is responsive to gas and material process signals to control the gas mixing in the mixing bowl and the material projected onto the substrate surface.

또 다른 한 실시 예에서, 반도체 프로세스를 모니터링하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (i) 가스 재료 중 적어도 하나의 가스를 검출하기 위해 상기 믹싱 보울의 공동 내에 복수 개의 믹싱 보울 센서를 배치하고 검출되는 가스를 나타내는 가스 신호를 발행하는 단계; (ii) 분배 시스템에 의해 반도체 프로세스 챔버 내로 가스 재료의 흐름을 분배하는 단계; (iii) 상기 반도체 프로세스 챔버 내 기판 및 상기 기판에 근접한 프로세스 챔버 센서를 지지하는 단계 - 상기 프로세스 챔버 센서는 상기 기판의 표면 상에 증착 및 식각 프로세스들을 상관시키기 위해 상기 프로세스 챔버 센서의 검출 표면 상에서 증착 및 식각 프로세스들을 검출함 -, 및 (iv) 반도체 회로의 제조를 최적화하기 위해 상기 믹싱 보울에 진입하는 가스들의 흐름 및 상기 프로세스 챔버에서 수행되는 반도체 프로세스들을 제어하는 단계;를 포함한다.In another embodiment, a method for monitoring a semiconductor process is provided. The method includes the steps of (i) disposing a plurality of mixing bowl sensors within a cavity of the mixing bowl to detect at least one gas of a gaseous material and issuing a gas signal indicative of the gas being detected; (ii) distributing the flow of gaseous material into the semiconductor process chamber by a distribution system; (iii) supporting a substrate in the semiconductor process chamber and a process chamber sensor proximate the substrate, the process chamber sensor comprising depositing on a detection surface of the process chamber sensor to correlate deposition and etch processes on the surface of the substrate. and detecting etch processes, and (iv) controlling the flow of gases entering the mixing bowl and semiconductor processes performed in the process chamber to optimize fabrication of a semiconductor circuit.

위의 실시 예들은 예시일 뿐이다. 여기에서 설명한 바와 같은 다른 실시 예들은 개시된 주제의 범위 내에 있다.The above embodiments are merely examples. Other embodiments as described herein are within the scope of the disclosed subject matter.

본 개시내용의 특징들이 이해될 수 있는 방식으로, 일부 실시 예들이 첨부도면들에 도시되어 있는 특정 실시 예들을 참조하여 상세한 설명이 이루어질 수 있다. 그러나, 여기서 유념할 점은 첨부도면들이 특정 실시 예들만을 예시한 것뿐이고 따라서 개시된 주제의 범위가 다른 실시 예들도 포함하기 때문에 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니 된다는 것이다. 첨부도면들은 반드시 일정한 비율로 이루어질 필요는 없으며 일반적으로 특정 실시 예들의 특징들을 보여주는데 중점을 두고 있다. 첨부도면들에서 유사한 부호들은 여러 도면 전반에 걸쳐 유사한 부품들을 나타내는 데 사용된다.In order that the features of the present disclosure may be understood, some embodiments may be described in detail with reference to specific embodiments shown in the accompanying drawings. However, it should be noted that the accompanying drawings only illustrate specific embodiments and should not be considered to limit the scope of the present disclosure since the scope of the disclosed subject matter includes other embodiments as well. The accompanying drawings are not necessarily to scale and are generally focused on showing features of specific embodiments. In the accompanying drawings, similar symbols are used to indicate similar parts throughout the various drawings.

도 1은 믹싱 보울, 분배 시스템 및 프로세스 챔버를 포함하는 반도체 제조 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 절취된 단면도이다.
도 3은 믹싱 보울 및 프로세스 챔버에 의해 정의된 수직축에 직교하는 평면을 따른 도 2의 라인 3-3을 따라 실질적으로 절취된 단면도이다.
도 4는 적어도 하나의 도관이 가스를 프로세스 챔버에 직접 분배하는 복수 개의 도관들을 분배 시스템이 포함하는 경우 반도체 제조 시스템의 다른 일 실시 예의 사시도이다.
도 5는 믹싱 보울 센서들이 복수 개의 QCM(Quartz Crystal Microbalance) 센서들과 복수 개의 광학/질량 분석기들을 포함하며 분배 시스템이 가스 혼합물을 복수 개의 프로세스 챔버들로 안내하는 경우 반도체 제조 시스템의 다른 일 실시 예의 사시도이다.
해당 참조문자들은 여러 도면 전반에 걸쳐 해당 부품들을 나타낸다. 여기에 제시한 예들은 여러 실시 예를 보여주고 있지만 어떠한 방식으로든 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
1 is a perspective view of a semiconductor manufacturing system including a mixing bowl, dispensing system, and process chamber.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view substantially taken along line 3-3 of FIG. 2 along a plane perpendicular to the vertical axis defined by the mixing bowl and the process chamber.
4 is a perspective view of another embodiment of a semiconductor manufacturing system where the distribution system includes a plurality of conduits where at least one conduit distributes gas directly to a process chamber.
5 shows another embodiment of a semiconductor manufacturing system where mixing bowl sensors include a plurality of Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensors and a plurality of optical/mass spectrometers and a distribution system guides the gas mixture to a plurality of process chambers. It is a perspective view.
These reference characters represent the corresponding parts throughout the various drawings. The examples presented herein illustrate various embodiments but should not be construed as limiting the scope in any way.

본 개시내용은 반도체 제조 제어를 포함하는 반도체 제조 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 일 예에서, 반도체 제조 시스템은 전략적 업스트림 및 다운스트림 위치들, 다시 말하면 업스트림 믹싱 보울 및 다운스트림 프로세스 챔버에 위치한 센서들을 사용해 반도체 제조 프로세스들을 모니터링하여 증착 및 식각 프로세스들의 정확성과 균질성을 증대시킨다. 예를 들어, 여기에는 스프링클러 헤드들에 의한 분배 전에 그리고 프로세스 챔버의 업스트림에서 상기 믹싱 보울 내 업스트림 위치에서 가스 혼합물을 모니터링하기 위한 독특한 방법이 개시되어 있다. 업스트림 및 다운스트림 위치 양자 모두에 센서들을 배치하면 업스트림 믹싱 보울과 다운스트림 프로세스 챔버 내 프로세스의 비-균질성으로 인해 여러 재료 특성(질량 밀도 및 응력)의 측정이 용이해진다.This disclosure relates to the field of semiconductor manufacturing, including semiconductor manufacturing control. More specifically, in one example, a semiconductor manufacturing system monitors semiconductor manufacturing processes using sensors located at strategic upstream and downstream locations, namely the upstream mixing bowl and the downstream process chamber to ensure accuracy and homogeneity of deposition and etch processes. Increase. For example, a unique method is disclosed herein for monitoring a gas mixture at an upstream location within the mixing bowl prior to distribution by sprinkler heads and upstream of a process chamber. Placing sensors in both upstream and downstream locations facilitates measurement of several material properties (mass density and stress) due to the non-homogeneity of the process within the upstream mixing bowl and downstream process chamber.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제조 시스템(10)의 개략적인 사시도 및 단면도는 믹싱 보울(12), 상기 믹싱 보울(12)과 유체 연통하는 분배 시스템(16), 및 상기 분배 시스템(16)과 유체 연통하는 프로세스 챔버(20)를 포함한다. 상기 믹싱 보울(16)은 여러 외부 가스 공급원(18)으로부터 가스 혼합물을 수용하고, 상기 믹싱 보울(16)에 의해 정의된 공동(24) 내부에 배치된 복수 개의 가스 센서들(22)을 포함한다. 상기 가스 센서들(22)은 이하에서 더 자세히 설명되겠지만, 이 시점에서 상기 가스 센서들(22)이 상기 가스 혼합물 중 적어도 하나의 가스를 검출하고 라인들(26)을 따라 가스 신호들을 발행한다고만 말하면 충분하다. 상기 가스 센서들(22)은 상기 믹싱 보울 공동(24) 내에 균일하게 분포될 수 있지만, 바람직하게는 상기 믹싱 보울 공동의 각각의 개구에 근접하여, 다시 말하면 측면 또는 원통형 공동 벽(28)을 통해 위치된다(도 3에 가장 잘 도시됨). 개구들은 상기 분배 시스템(16)의 복수 개의 방사 파이프들 또는 도관들(30)과 유체 연통하며, 이는 차례로 가스 혼합물을 상기 프로세스 챔버(20) 위에 위치된 여러 스프링클러 헤드(34)로 분배한다. 상기 분배 시스템(16)은 일단에서 상기 믹싱 보울(12)과 그리고 타단에서 하나 이상의 스프링클러 헤드(34)와 유체 연통하는 복수 개의 도관들(30)을 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 분배 시스템(16)은 각각의 도관이 전용 프로세스 챔버(20)로 직접 이어지는 하나 이상의 도관들(30)을 포함할 수 있다. 본 실시 예는 본 개시내용의 도 4에 도시되어 있다.1, 2, and 3, a schematic perspective and cross-sectional view of the manufacturing system 10 includes a mixing bowl 12, a dispensing system 16 in fluid communication with the mixing bowl 12, and the dispensing system 16. and a process chamber 20 in fluid communication with system 16. The mixing bowl (16) receives a gas mixture from several external gas sources (18) and includes a plurality of gas sensors (22) disposed within the cavity (24) defined by the mixing bowl (16). . The gas sensors 22 will be described in more detail below, but at this point it will only be assumed that the gas sensors 22 detect at least one gas of the gas mixture and issue gas signals along lines 26. Suffice it to say. The gas sensors 22 may be distributed uniformly within the mixing bowl cavity 24, but preferably in close proximity to each opening of the mixing bowl cavity, i.e. through the side or cylindrical cavity wall 28. is located (best shown in Figure 3). The openings are in fluid communication with a plurality of radiating pipes or conduits 30 of the distribution system 16 , which in turn distribute the gas mixture to several sprinkler heads 34 located above the process chamber 20 . The distribution system 16 may include a plurality of conduits 30 in fluid communication with the mixing bowl 12 at one end and one or more sprinkler heads 34 at the other end. Alternatively, the distribution system 16 may include one or more conduits 30 with each conduit leading directly to a dedicated process chamber 20. This embodiment is shown in Figure 4 of this disclosure.

많은 여러 유형의 센서가 본 개시내용에 채용될 수 있다. 예를 들어, QCM(Quartz Crystal Microbalance) 센서들 또는 MEM(Microelectromechanical) 센서들이 배치될 수 있다. 상기 믹싱 보울(16) 내 QCM(Quartz Crystal Microbalance) 센서들(22)은 상기 프로세스 챔버(20)에서 수행되는 증착 및 식각 프로세스들을 증가시킨다. 모니터링해야 할 구역 또는 영역 근처에 배치된 QCM 센서(22)는 상기 QCM의 표면에 대한 변화들이 상기 기판(36)의 표면 상에서 수행되는 동일한 프로세스에 상호연관될 수 있다고 가정할 수 있으므로 상기 반도체 프로세스에 관한 정보를 제공한다. 일 실시 예에서, 상기 QCM 센서(22)는 상기 반도체 프로세스들에 대한 노출 시 변화하는 공진 특성을 지닌다. 질량 변화는 QCM 결정의 공진 응답(resonance response)을 변경하며, 이는 상기 기판(36) 상에서 이루어지는 예상 변화를 나타낸다. 상기 프로세스 챔버(20) 및 상기 프로세스 챔버 센서들(42)에 관해 다음 단락에서 논의되겠지만, 상기 프로세스 챔버(20) 내 반도체 제조 프로세스에 대해 동일하거나 유사한 표시들이 가정될 수 있다. 본 개시내용의 일 실시 예에서, 상기 QCM 센서들(22, 42)은 알려진 두께 및 응력의 축적에서 온도, 흐름, 압력 등과 같은 프로세스 조건들을 모니터링하여 국부적인 프로세스 조건들을 모니터링한다. QCM 센서 대신에, MEM 센서가 동일한 방식으로 사용될 수 있다.Many different types of sensors may be employed with the present disclosure. For example, Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensors or Microelectromechanical (MEM) sensors may be deployed. Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensors 22 within the mixing bowl 16 augment the deposition and etch processes performed in the process chamber 20 . A QCM sensor 22 placed near the zone or area to be monitored can assume that changes to the surface of the QCM can be correlated to the same process performed on the surface of the substrate 36 and thus to the semiconductor process. Provides information about In one embodiment, the QCM sensor 22 has resonance characteristics that change upon exposure to the semiconductor processes. Changes in mass change the resonance response of the QCM crystal, which is indicative of the expected changes occurring on the substrate 36. Although the process chamber 20 and the process chamber sensors 42 will be discussed in the following paragraphs, the same or similar indications may be assumed for the semiconductor manufacturing process within the process chamber 20. In one embodiment of the present disclosure, the QCM sensors 22, 42 monitor local process conditions by monitoring process conditions such as temperature, flow, pressure, etc. at known thickness and stress accumulation. Instead of QCM sensors, MEM sensors can be used in the same way.

본 개시내용에서 사용하기 위한 MEM 센서의 일 예는 표면 탄성파 센서이다. 당업자는 QCM 및 MEM 센서들이 어떻게 만들어지고 사용되는지를 쉽게 이해할 것이다. 본 개시내용은 검출된 가스의 유형, 온도, 유속, 농도 등을 식별하기 위해 상기 믹싱 보울(16) 내 여러 위치에 배치된 다양한 그러한 센서를 사용한다.One example of a MEM sensor for use in the present disclosure is a surface acoustic wave sensor. Those skilled in the art will easily understand how QCM and MEM sensors are made and used. The present disclosure uses a variety of such sensors placed at various locations within the mixing bowl 16 to identify the type, temperature, flow rate, concentration, etc. of the gas detected.

이하의 센서 유형들 중 어느 한 센서 유형의 조합들은 하나 이상의 실시 예들에서 센서로서 사용될 수 있다: 커패시터 센서들, 광음극(photocathode)들, 광 검출기 센서들, 마이크로기계가공된 초음파 변환기들, 에너지 또는 질량 변화를 측정하도록 구성된 발진기 장치들, 공진 전기/광학 장치들, 저항 측정 센서들, 플라즈모닉 반응(plasmonic reaction)을 생성하는 데 적합한 금속 층 또는 금속 패턴과 접촉하는 유전체 도파관을 지니는 센서들, 발광 장치, 전자 빔 소스들, 초음파 소스들, 광학 공진기들, 마이크로-링 공진기들, 광결정 구조(photonic crystal structure) 공진기들, 온도 센서들.Combinations of any of the following sensor types may be used as a sensor in one or more embodiments: capacitor sensors, photocathodes, photodetector sensors, micromachined ultrasonic transducers, energy or Oscillator devices configured to measure mass changes, resonant electrical/optical devices, sensors for measuring resistance, sensors having a dielectric waveguide in contact with a metal layer or metal pattern suitable for generating a plasmonic reaction, light emission. Devices, electron beam sources, ultrasonic sources, optical resonators, micro-ring resonators, photonic crystal structure resonators, temperature sensors.

상기 믹싱 보울(16) 내 업스트림 위치와 상기 프로세스 챔버(20) 내 다운스트림 위치 양자 모두에서 QCM 센서들을 사용함으로써, 상기 챔버 내 실시간 프로세스 균질성을 반영하고 상기 기판(36) 상에서 이루어지는 중요한 정보가 획득될 수 있다.By using QCM sensors both at an upstream location within the mixing bowl 16 and at a downstream location within the process chamber 20, critical information can be obtained that reflects real-time process homogeneity within the chamber and occurs on the substrate 36. You can.

프로세스 균질성의 측정은 (주어진 제조 레시피에 대해) 증착 시퀀스의 개시 부분으로부터 시작하여 플라즈마 세정 시퀀스로 끝나는 QCM 주파수 값을 측정하여 이루어질 수 있다. 또한, 여러 실행 간 개시와 종료의 주파수 차이 또는 델타(delta)는 특정 위치에서 프로세스 안정성에 관한 중요한 정보를 제공한다.A measure of process homogeneity can be made by measuring the QCM frequency values starting from the beginning of the deposition sequence (for a given manufacturing recipe) and ending with the plasma clean sequence. Additionally, the difference in frequency, or delta, of start and end between different runs provides important information about process stability at a particular location.

프로세스 균질성 측정의 다른 일 예는 (동일한 레시피에 대해) 여러 웨이퍼 간 웨이퍼 증착 개시와 종료의 주파수 차이와 관련이 있다. 이때, (QCM 위치에 기반한) 특정 상관 매개변수 또는 수학식은 웨이퍼 두께와 두께 가변성을 예측하도록 계산될 수 있다. 이는 두께 측정을 위해 테스트 웨이퍼들을 사용하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수도 있으며, 기판 증착 전이나 후에 여러 프로세스 작업을 제어하기 위해 피드포워드 또는 백워드 정보로서 사용될 수 있다. QCM 센서 대신에, MEM 센서가 동일한 방식으로 사용될 수 있다.Another example of a process homogeneity measurement relates to the difference in frequency of wafer deposition start and end between multiple wafers (for the same recipe). At this time, specific correlation parameters or equations (based on QCM location) can be calculated to predict wafer thickness and thickness variability. This may help avoid using test wafers for thickness measurements, and can be used as feedforward or backward information to control several process operations before or after substrate deposition. Instead of QCM sensors, MEM sensors can be used in the same way.

프로세스 균질성은 또한 여러 QCM 위치에서 플라즈마 세정 중 최대 주파수를 취함으로써 측정될 수 있으며, 이를 통해 사용자는 필름이 특정 위치에서 부족하게 식각된 상태로나 과도하게 식각된 상태로 축적되고 있는지를 알 수 있다. 프로세스 종료 지점을 결정하는 알고리즘은 여러 위치에 분산된 다수의 QCM 센서로부터의 주파수 정보를 사용할 수 있으며 세정의 프로세스 종료 지점(EP)을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 임계값에 도달할 때까지 주파수 도함수의 이동 평균을 모니터링할 수 있는데, 다시 말하면, 세정의 종료 지점에 도달하면 주파수 도함수가 훨씬 낮아지게 된다. 예를 들어, 여러 부품에 대한 과도 식각 또는 부족 식각에 의도적으로 도달될 수도 있고 여러 부품에 대한 과도 식각 또는 부족 식각이 의도적으로 달성될 수도 있다. 언더코팅, 프리코팅 등과 같은 재료의 추가 또는 제거를 사용하는 다른 시간 기반 프로세스에도 동일하거나 유사한 수법이 적용될 수 있다.Process homogeneity can also be measured by taking the peak frequency during the plasma clean at several QCM locations, which allows the user to know whether the film is accumulating as under-etched or over-etched at a particular location. The algorithm for determining the process end point can use frequency information from multiple QCM sensors distributed at multiple locations and can be used to optimize the process end point (EP) of cleaning. For example, you can monitor the moving average of the frequency derivative until it reaches a threshold, which means the frequency derivative becomes much lower when the end point of cleaning is reached. For example, over-etching or under-etching of several components may be intentionally achieved, or over-etching or under-etching of several components may be intentionally achieved. The same or similar techniques can be applied to other time-based processes using addition or removal of materials such as undercoating, precoating, etc.

플라즈마 또는 열(전처리(pretreatment) 또는 베이크 아웃(bake out))을 사용하여 증착, 식각, 치밀화(densification) 및 오염 제거와 같은 웨이퍼 기반 프로세스들의 종료 지점 검출은 또한 여러 위치에 분산된 다수의 QCM 센서(22, 42)로부터의 신호 입력들을 사용하여 실현될 수 있다. 상기 믹싱 보울(16)과 프로세스 챔버(20) 내 여러 위치에 분산된 QCM 센서들(22, 42)은 프로세스 균일성에 관한 정보를 제공하기 위해 여러 증착 및 에칭 속도를 측정할 수 있다.Endpoint detection of wafer-based processes such as deposition, etch, densification and decontamination using plasma or heat (pretreatment or bake out) can also be accomplished using multiple QCM sensors distributed at multiple locations. It can be realized using signal inputs from (22, 42). QCM sensors 22, 42 distributed at various locations within the mixing bowl 16 and process chamber 20 can measure various deposition and etch rates to provide information regarding process uniformity.

또한, 각각의 위치, 다시 말하면 상기 믹싱 보울(16) 및 프로세스 챔버(20) 내 각각의 위치에 각각이 (상기 기판(36)의 평면에 대해) 서로 다른 각도 배향을 지니는 적어도 2개의 QCM 센서(22, 42)를 구현함으로써, 프로세스 속도는 상기 기판(36)에 걸쳐 서로 다른 각도들에서 기판 평면 내 프로세스 및 프로세스 속도에 관한 3차원 정보를 제공하기 위해 측정 및/또는 계산될 수 있다.Additionally, at least two QCM sensors (with respect to the plane of the substrate 36) each having a different angular orientation (with respect to the plane of the substrate 36) at each location, that is, at each location within the mixing bowl 16 and the process chamber 20. By implementing 22, 42), the process speed can be measured and/or calculated at different angles across the substrate 36 to provide three-dimensional information about the process and process speed in the substrate plane.

가스 혼합물은 상기 프로세스 챔버(20) 내 여러 위치에 분산되며, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 실시 예에서는, 가스 혼합물이 프로세스 챔버의 4개의 위치에 진입되거나 또는 상기 프로세스 챔버(20) 내 4개의 사분면 각각에 진입된다. 위에서 언급한 바와 같이, 프로세스 챔버 센서들(42)은 상기 프로세스 챔버(20) 내 여러 위치에 위치하며 이러한 위치에서 이루어지는 반도체 프로세스를 나타내는 재료 프로세스 신호들을 발행한다.The gas mixture is distributed at various locations within the process chamber 20, and in the embodiment shown in FIGS. 1, 2, and 3, the gas mixture enters the process chamber 20 at four locations or enters the process chamber 20. It enters each of my four quadrants. As mentioned above, process chamber sensors 42 are located at various locations within the process chamber 20 and emit material process signals indicative of semiconductor processing occurring at these locations.

도 4 및 도 5에 도시된 다른 실시 예들에서, 상기 믹싱 보울(12)은 복수 개의 프로세스 챔버들(20)을 공급할 수 있다. 단일의 믹싱 보울(12)이 프로세스 챔버(20)에 전용되는 대신에, 상기 믹싱 보울(16)은 여러 프로세스 챔버(20)에 직접 공급될 수 있다. 도 5에서, 상기 믹싱 보울(16)은 상기 프로세스 챔버(20)의 업스트림 위치에 추가 정보를 제공하기 위해 QCM 센서들(22)과 광학/질량 분석기들(52)의 조합을 포함한다. 상기 QCM 센서들은 상기 믹싱 보울(16)의 내주면(internal periphery)에 배치되는 반면에 상기 광학/질량 분석기들은 상기 믹싱 보울(16)의 상부면 또는 표면을 따라 배치된다.In other embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the mixing bowl 12 may supply a plurality of process chambers 20. Instead of a single mixing bowl 12 being dedicated to a process chamber 20 , the mixing bowl 16 may be fed directly to multiple process chambers 20 . 5, the mixing bowl 16 includes a combination of QCM sensors 22 and optical/mass spectrometers 52 to provide additional information at a location upstream of the process chamber 20. The QCM sensors are placed on the internal periphery of the mixing bowl 16 while the optical/mass spectrometers are placed along the top surface or surface of the mixing bowl 16.

제어기(50)는, (i) 상기 믹싱 보울(16) 내 상기 가스 센서들(22)에 의해 발행된 가스 신호들(26), 및 (ii) 상기 프로세스 챔버(20) 내 상기 프로세스 챔버 센서들(42)에 의해 발행된 재료 프로세스 신호들(46)에 응답하여 상기 믹싱 보울(20) 및 프로세스 챔버(20) 양자 모두에서 가스 재료의 혼합물을 제어한다. 폐쇄 루프 피드백 루프는 상기 기판(36)의 표면 상에 증착되거나 기판(36) 표면으로부터 제거되는 재료를 예상하기 위한 노력의 일환으로 상기 프로세스 챔버(20)에 진입되는 가스 혼합물의 혼합, 흐름 및 농도를 제어하는 데 사용될 수 있다.Controller 50 controls (i) gas signals 26 issued by the gas sensors 22 in the mixing bowl 16, and (ii) the process chamber sensors in the process chamber 20. Controls the mixture of gaseous materials in both the mixing bowl 20 and the process chamber 20 in response to material process signals 46 issued by 42. A closed-loop feedback loop determines the mix, flow, and concentration of the gas mixture entering the process chamber 20 in an effort to predict material deposited on or removed from the surface of the substrate 36. Can be used to control.

요약하면, 본 개시내용의 반도체 제조 시스템(10)은 상기 프로세스 챔버(20)보다 훨씬 앞서 또는 배기 라인(도시되지 않음)에서 가스 혼합물에 대한 정보를 제공하는데, 상기 프로세스 챔버(20) 또는 배기 라인에서는 결함을 교정하기에 이미 너무 늦을 수 있다. 또한, 본 개시내용은 반도체 제조 장치의 프로세스 챔버에서 (예를 들어 가스 밸브들의 오작동으로 인한) 부정확한 가스 혼합물 및/또는 이에 연관된 타이밍 문제의 검출을 용이하게 하는 반도체 제조 시스템 및 방법을 제공한다. 믹싱 보울 센서들(다시 말하면, QCM 또는 질량 분석기 센서들)은 상기 믹싱 보울(12)의 입구에, 상기 믹싱 보울(12)의 내부에, 또는 상기 믹싱 보울(12)로부터 상기 스프링클러 헤드들(34)로 이어지거나 상기 프로세스 챔버(20)로 이어지는 배기 도관(30)에 위치할 수 있다.In summary, the semiconductor manufacturing system 10 of the present disclosure provides information about the gas mixture well ahead of the process chamber 20 or in the exhaust line (not shown). In some cases, it may already be too late to correct the defect. Additionally, the present disclosure provides a semiconductor manufacturing system and method that facilitates detection of incorrect gas mixtures and/or timing problems associated therewith (e.g., due to malfunctioning gas valves) in a process chamber of a semiconductor manufacturing apparatus. Mixing bowl sensors (i.e., QCM or mass spectrometer sensors) are positioned at the inlet of the mixing bowl 12, inside the mixing bowl 12, or from the mixing bowl 12 to the sprinkler heads 34. ) or may be located in the exhaust conduit 30 leading to the process chamber 20.

따라서, 본 개시내용의 반도체 제조 시스템(10)은 상기 프로세스 챔버(20)보다 훨씬 앞서 또는 배기 라인(도시되지 않음)에서 가스 혼합물에 대한 정보를 제공하는데, 상기 프로세스 챔버(20) 또는 배기 라인에서는 결함을 교정하기에 이미 너무 늦을 수 있다. 가스 혼합물 외에도, 상기 반도체 제조 시스템 및 방법은 가스 공급 라인들에서 대기 또는 내부 누출의 식별을 용이하게 한다. 예를 들어, O2와 SiH4는 발열 반응을 일으킬 수 있으며 이러한 발열 반응은 미립자 오염을 초래할 수 있다. 본 개시내용의 반도체 제조 시스템(10)은 시스템에 대한 손상을 방지하기 위해 상기 믹싱 보울(12)의 업스트림에서 이러한 반응을 검출할 수 있다. 동일한 방식으로, 상기 QCM 센서들(22)은 제조 웨이퍼들의 고체 상태 또는 미립자 오염을 검출할 수 있다.Accordingly, the semiconductor manufacturing system 10 of the present disclosure provides information about the gas mixture well in advance of the process chamber 20 or in the exhaust line (not shown). It may already be too late to correct the defect. In addition to gas mixtures, the semiconductor manufacturing system and method facilitates identification of atmospheric or internal leaks in gas supply lines. For example, O2 and SiH4 can react exothermically, and these exothermic reactions can result in particulate contamination. The semiconductor manufacturing system 10 of the present disclosure can detect this reaction upstream of the mixing bowl 12 to prevent damage to the system. In the same way, the QCM sensors 22 can detect solid state or particulate contamination of fabricated wafers.

추가 실시 예들은 위에서 설명한 실시 예들 중 어느 하나의 실시 예를 포함하며, 여기서 상기 실시 예의 구성요소들, 기능들 또는 구조들 중 하나 이상은 위에서 설명한 서로 다른 실시 예의 구성요소들, 기능들 또는 구조들 중 하나 이상과 상호교환되거나 대체되거나 보강된다.Additional embodiments include any one of the embodiments described above, wherein one or more of the components, functions, or structures of the embodiment are equivalent to components, functions, or structures of a different embodiment described above. Interchangeable with, substituted for, or augmented with one or more of the following:

여기서 이해하여야 할 점은 여기에서 설명한 실시 예들에 대한 여러 변경 및 수정이 당업자에게 명백해질 것이라는 것이다. 이러한 변경들 및 수정들은 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 그리고 본 개시내용의 의도된 이점들을 감소시키지 않고 이루어질 수 있다. 따라서 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구범위에 포함되도록 의도된다.It should be understood that various changes and modifications to the embodiments described herein will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the disclosure and without diminishing the intended advantages of the disclosure. Accordingly, such changes and modifications are intended to be encompassed by the appended claims.

비록 본 개시내용의 여러 실시 예가 지금까지 위에서 언급한 명세사항에 개시되어 있지만, 당업자라면 위에서 언급한 설명 및 이에 연관된 도면들에 제시된 교시의 이점을 지니면서 본 개시내용과 관련된 본 개시내용의 많은 수정 및 다른 실시 예가 떠오를 것으로 이해한다. 따라서 여기서 이해할 점은 본 개시내용이 위에 개시된 특정 실시 예에 제한되지 않으며, 많은 수정 및 다른 실시 예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이다. 더욱이, 비록 여기에서뿐 아니라 이하의 청구범위에서 특정 용어들이 채용되어 있지만, 상기 특정 용어들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용된 것뿐이며, 본 개시내용이나 이하의 청구범위를 제한하려는 목적으로 사용된 것은 아니다.Although several embodiments of the present disclosure have been disclosed in the foregoing specification, those skilled in the art will be able to make many modifications to the present disclosure in connection with the present disclosure while having the benefit of the teachings presented in the foregoing description and associated drawings. and other embodiments that come to mind. Accordingly, it is to be understood herein that the present disclosure is not limited to the specific embodiments disclosed above, but that many modifications and other embodiments are intended to be included within the scope of the appended claims. Moreover, although specific terms are employed herein as well as in the claims below, such specific terms are used in a general and descriptive sense only and are not used for the purpose of limiting the disclosure or the scope of the claims below. no.

Claims (14)

반도체 제조 시스템으로서,
상기 반도체 제조 시스템은,
기판 상에서 반도체 프로세스들을 수행하는데 사용되는 가스 재료 혼합물을 수용하기 위한 공동(cavity)를 정의하는 믹싱 보울;
상기 가스 재료 혼합물 중 적어도 하나의 가스를 검출하기 위해 상기 믹싱 보울의 공동 내에 배치된 복수 개의 믹싱 보울 센서들 - 복수 개의 믹싱 보울 센서들 각각은 검출되는 가스를 나타내는 가스 신호를 발행함 -;
상기 믹싱 보울로부터 가스 재료를 수용하고 프로세스 챔버 내 가스 재료를 분배하기 위한 재료 분배 시스템;
기판 및 상기 기판의 표면에 근접한 적어도 하나의 프로세스 챔버 센서를 수용하기 위한 프로세스 챔버 - 프로세스 챔버는 상기 믹싱 보울로부터 상기 가스 재료 혼합물을 수용하고 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버 센서가 존재하는 동안 상기 기판의 표면 상에서 반도체 프로세스들을 수행하도록 상기 재료 분배 시스템과 유체 연통하고, 상기 프로세스 챔버 센서는 상기 반도체 프로세스들에 대한 노출 시 변화하는 공진 특성을 지니며, 상기 프로세스 챔버 센서는 상기 기판의 표면 상에 예상된 재료를 나타내는 재료 프로세스 신호를 발행함 -; 및
상기 가스 및 재료 프로세스 신호들에 응답하여 상기 믹싱 보울 내 가스 재료 혼합물 및 상기 기판 상에 예상된 재료를 제어하는 제어기;
를 포함하는, 반도체 제조 시스템.
As a semiconductor manufacturing system,
The semiconductor manufacturing system is,
a mixing bowl defining a cavity for receiving the gaseous material mixture used to perform semiconductor processes on the substrate;
a plurality of mixing bowl sensors disposed within the cavity of the mixing bowl for detecting at least one gas of the gaseous material mixture, each of the plurality of mixing bowl sensors emitting a gas signal indicative of the gas being detected;
a material distribution system for receiving gaseous material from the mixing bowl and distributing the gaseous material within the process chamber;
A process chamber for receiving a substrate and at least one process chamber sensor proximate the surface of the substrate, wherein the process chamber receives the gaseous material mixture from the mixing bowl and is positioned at the surface of the substrate while the at least one process chamber sensor is present. in fluid communication with the material distribution system to perform semiconductor processes thereon, wherein the process chamber sensor has resonant characteristics that change upon exposure to the semiconductor processes, wherein the process chamber sensor detects the material expected on the surface of the substrate. Issues a material process signal indicating -; and
a controller to control the gaseous material mixture in the mixing bowl and the material expected on the substrate in response to the gas and material process signals;
A semiconductor manufacturing system including.
제1항에 있어서,
상기 분배 시스템은 상기 가스 재료 혼합물의 흐름을 프로세스 챔버로 분배하기 위한 복수 개의 스프링클러 헤드들을 포함하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
and the distribution system includes a plurality of sprinkler heads for distributing the flow of gaseous material mixture to the process chamber.
제1항에 있어서,
상기 분배 시스템은 상기 가스 재료 혼합물의 흐름을 상기 프로세스 챔버로 직접 전달하기 위한 적어도 하나의 도관을 포함하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
and the distribution system includes at least one conduit for delivering a flow of the gaseous material mixture directly to the process chamber.
제1항에 있어서,
상기 분배 시스템은 복수 개의 도관들을 포함하고, 상기 복수 개의 도관들 각각은 상기 가스 재료 혼합물의 흐름을 상기 프로세스 챔버로 분배하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
wherein the distribution system includes a plurality of conduits, each of the plurality of conduits distributing a flow of the gaseous material mixture to the process chamber.
제1항에 있어서,
상기 믹싱 보울 센서는 QCM(Quartz Crystal Microbalance), 광학 및 질량 분석기 센서로 구성된 그룹의 센서들을 포함하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
The mixing bowl sensor includes a group of sensors consisting of a quartz crystal microbalance (QCM), an optical, and a mass spectrometer sensor.
제1항에 있어서,
상기 재료 프로세스 챔버 센서들은 QCM(Quartz Crystal Microbalance) 및 MEM(MicroElectroMechanical) 센서들로 구성된 그룹의 센서들을 포함하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
The semiconductor manufacturing system of claim 1, wherein the material process chamber sensors include a group of sensors consisting of Quartz Crystal Microbalance (QCM) and MicroElectroMechanical (MEM) sensors.
제2항에 있어서,
상기 믹싱 보울은 여러 개의 공동 벽 개구들을 지니는 원형 평면(circular planform)을 정의하고, 믹싱 보울 센서는 각각의 공동 벽 개구에 근접 배치되어 상기 믹싱 보울로부터 상기 스프링클러 헤드들 중 선택된 스프링클러 헤드로 흐르는 가스 재료를 검출하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 2,
The mixing bowl defines a circular planform having a plurality of cavity wall openings, and a mixing bowl sensor is disposed proximate to each cavity wall opening to detect gaseous material flowing from the mixing bowl to a selected one of the sprinkler heads. A semiconductor manufacturing system that detects.
제5항에 있어서,
상기 믹싱 보울은 각각의 도관으로의 가스 재료의 흐름을 용이하게 하기 위해 공동 벽 내 개구를 정의하고, 상기 복수 개의 믹싱 보울 센서들 중 적어도 하나의 믹싱 보울은 공동 벽 개구에 근접 배치되어 상기 믹싱 보울로부터 상기 스프링클러 헤드들 중 선택된 스프링클러 헤드로 흐르는 가스 재료를 검출하는, 반도체 제조 시스템.
According to clause 5,
The mixing bowl defines an opening in the cavity wall to facilitate flow of gaseous material to each conduit, and at least one mixing bowl of the plurality of mixing bowl sensors is disposed proximate to the cavity wall opening to detect the mixing bowl. A semiconductor manufacturing system for detecting gaseous material flowing from to a selected one of the sprinkler heads.
제5항에 있어서,
상기 믹싱 보울은 상기 가스 재료 혼합물을 수용하기 위한 공동을 정의하고, 상기 복수 개의 믹싱 보울 센서들 중 적어도 하나의 믹싱 보울 센서는 상기 공동의 상부 표면을 따라 배치되어 상기 믹싱 보울로부터 흐르는 가스 재료를 검출하는, 반도체 제조 시스템.
According to clause 5,
The mixing bowl defines a cavity for receiving the gaseous material mixture, wherein at least one mixing bowl sensor of the plurality of mixing bowl sensors is disposed along an upper surface of the cavity to detect gaseous material flowing from the mixing bowl. semiconductor manufacturing system.
제1항에 있어서,
상기 믹싱 보울은 상기 가스 재료 혼합물을 수용하기 위한 공동을 정의하고, 상기 복수 개의 믹싱 보울 센서들 중 적어도 하나의 믹싱 보울 센서는 상기 공동의 내주면을 따라 배치된 QCM(Quartz Crystal Microbalance)이고, 상기 복수 개의 믹싱 보울 센서들 중 적어도 다른 한 믹싱 보울 센서는, 질량 분석기 센서이며 상기 공동의 상부 표면을 따라 배치되어 상기 믹싱 보울로부터 흐르는 가스 재료를 검출하는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
The mixing bowl defines a cavity for receiving the gas material mixture, at least one mixing bowl sensor of the plurality of mixing bowl sensors is a quartz crystal microbalance (QCM) disposed along an inner peripheral surface of the cavity, and the plurality of mixing bowl sensors At least one other of the mixing bowl sensors is a mass spectrometer sensor and is disposed along an upper surface of the cavity to detect gaseous material flowing from the mixing bowl.
제1항에 있어서,
상기 반도체 제조 시스템은,
복수 개의 프로세스 챔버 센서들;
을 더 포함하고, 각각의 프로세스 챔버 센서는 상기 기판의 표면에 근접해 있고, 재료 프로세스 신호들은 상기 기판과 상기 프로세스 챔버 센서 간 상관 데이터를 강화하기 위해 상기 기판에 대한 상기 프로세스 챔버 센서들의 거리 및 배향에 따라 상관되는, 반도체 제조 시스템.
According to paragraph 1,
The semiconductor manufacturing system is,
a plurality of process chamber sensors;
wherein each process chamber sensor is proximate to a surface of the substrate, and material process signals are adjusted to the distance and orientation of the process chamber sensors relative to the substrate to enhance correlation data between the substrate and the process chamber sensor. Depending on the semiconductor manufacturing system.
가스 분배 시스템으로부터 가스 혼합물을 수용하는 반도체 프로세스 챔버에서 반도체 제조 프로세스를 모니터링하는 방법으로서, 상기 가스 분배 시스템은 다운스트림 단부에서 상기 반도체 프로세스 챔버와 유체 연통하는 복수 개의 스프링클러 헤드들과 업스트림 단부에서 믹싱 보울과 유체 연통하는 복수 개의 도관들을 지니고, 상기 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법은,
가스 재료의 적어도 하나의 가스를 검출하기 위해 상기 믹싱 보울의 공동 내 복수 개의 믹싱 보울 센서들을 배치하고 검출되는 가스를 나타내는 가스 신호를 발행하는 단계;
상기 가스 분배 시스템의 스프링클러 헤드들을 통해 상기 반도체 프로세스 챔버 내로 가스 물질의 흐름을 분배하는 단계;
상기 반도체 프로세스 챔버 내 기판 및 상기 기판에 근접한 프로세스 챔버 센서를 지지하는 단계 - 상기 프로세스 챔버 센서는 상기 프로세스 챔버 센서의 검출 표면 상에서 증착 및 식각 프로세스들을 검출함 -;
를 포함하는, 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법.
A method of monitoring a semiconductor manufacturing process in a semiconductor process chamber receiving a gas mixture from a gas distribution system, the gas distribution system comprising a plurality of sprinkler heads in fluid communication with the semiconductor process chamber at a downstream end and a mixing bowl at an upstream end. A method for monitoring a semiconductor manufacturing process having a plurality of conduits in fluid communication with
disposing a plurality of mixing bowl sensors within a cavity of the mixing bowl to detect at least one gas of a gaseous material and issuing a gas signal indicative of the gas being detected;
distributing a flow of gaseous material into the semiconductor process chamber through sprinkler heads of the gas distribution system;
supporting a substrate in the semiconductor process chamber and a process chamber sensor proximate the substrate, the process chamber sensor detecting deposition and etch processes on a detection surface of the process chamber sensor;
Including, a method for monitoring a semiconductor manufacturing process.
제8항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 센서의 공진 특성은 상기 반도체 프로세스에 대한 노출 시 그리고 상기 프로세스 챔버 센서의 검출 표면 상에 증착된 재료의 축적 시 변경되며, 상기 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법은,
상기 기판의 표면 상에 예상된 재료를 나타내는 재료 프로세스 신호를 발행하는 단계;
를 더 포함하는, 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법.
According to clause 8,
The resonance characteristics of the process chamber sensor change upon exposure to the semiconductor process and upon accumulation of deposited material on the detection surface of the process chamber sensor, the method comprising:
issuing a material process signal indicative of expected material on the surface of the substrate;
A method for monitoring a semiconductor manufacturing process, further comprising:
제8항에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법은,
복수 개의 센서들 각각에 근접하여 발생하는 재료 프로세스 데이터를 측정하기 위해 프로세스 챔버 내 복수 개의 센서들을 배치하는 단계;
를 더 포함하며,
제1 센서는 상기 프로세스 챔버 내 제1 공간 위치를 정의하고 제2 센서는 상기 프로세스 챔버 내 제2 공간 위치를 정의하며, 상기 제1 공간 위치는 상기 제2 공간 위치와는 다른 각도 배향을 지니는, 반도체 제조 프로세스의 모니터링 방법.
According to clause 8,
The monitoring method of the semiconductor manufacturing process is,
Disposing a plurality of sensors in a process chamber to measure material process data occurring in proximity to each of the plurality of sensors;
It further includes,
A first sensor defines a first spatial position within the process chamber and a second sensor defines a second spatial position within the process chamber, the first spatial position having a different angular orientation than the second spatial position. Monitoring method of semiconductor manufacturing process.
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