特許 6991311 モニタリングデバイスを有する処理ツール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-09

(45)【発行日】2022-01-12

(54)【発明の名称】モニタリングデバイスを有する処理ツール

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220104BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020508435

(86)(22)【出願日】2018-07-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-05

(86)【国際出願番号】 US2018042537

(87)【国際公開番号】W WO2019036139

(87)【国際公開日】2019-02-21

【審査請求日】2020-04-10

(31)【優先権主張番号】15/681,263

(32)【優先日】2017-08-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】マオ， シミン

(72)【発明者】

【氏名】ファン， シモン

(72)【発明者】

【氏名】ゴエル， アシシュ

(72)【発明者】

【氏名】サブラマニ， アナンタ

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

【審査官】加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００５３７７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０２９４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２２１７７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１８６８５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３７３７８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １４／００

Ｇ０１Ｎ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理ツールであって、
チャンバ空間の側方の周りにライナ壁を有する処理チャンバであって、前記ライナ壁が、前記チャンバ空間と外側ライナ表面との間に孔を含む、処理チャンバと、
センサ軸に沿って前記孔と整列したセンサ表面を有するマイクロセンサ、及び前記センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含むモニタリングデバイスであって、前記マイクロセンサは、前記処理チャンバの前記チャンバ空間に選択的に露出されることが可能であり、前記モニタリングデバイスは、前記マイクロセンサが前記処理チャンバの前記チャンバ空間に選択的に露出された時に変化する前記パラメータを検出し、前記モニタリングデバイスは、前記マイクロセンサとブランクシールの両方を回転することにより前記処理チャンバの前記チャンバ空間に前記マイクロセンサと前記ブランクシールを交互に選択的に露出するように構成されている、モニタリングデバイスと、
を備えている処理ツール。

【請求項2】

前記モニタリングデバイスが、凹部を有する端部面を含み、前記マイクロセンサが、前記凹部内に取り付けられる、請求項１に記載の処理ツール。

【請求項3】

処理ツールであって、
チャンバ空間の周りにライナ壁を有する処理チャンバであって、前記ライナ壁が、前記チャンバ空間と外側ライナ表面との間に孔を含む、処理チャンバと、
センサ軸に沿って前記孔と整列したセンサ表面を有するマイクロセンサ、及び前記センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含むモニタリングデバイスと、
を備えており、
前記モニタリングデバイスが、凹部を有する端部面を含み、前記マイクロセンサが、前記凹部内に取り付けられ、
前記端部面に取り付けられたセンサシールをさらに備え、前記センサシールが、前記凹部の周りで延在し、前記センサ表面が、前記孔を通して前記チャンバ空間に露出される、処理ツール。

【請求項4】

前記端部面に取り付けられたブランクシールをさらに備え、前記ブランクシールが、前記端部面のブランク領域の周りで延在する、請求項３に記載の処理ツール。

【請求項5】

処理ツールであって、
チャンバ空間の周りにライナ壁を有する処理チャンバであって、前記ライナ壁が、前記チャンバ空間と外側ライナ表面との間に孔を含む、処理チャンバと、
センサ軸に沿って前記孔と整列したセンサ表面を有するマイクロセンサ、及び前記センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含むモニタリングデバイスと、
を備えており、
前記モニタリングデバイスが、凹部を有する端部面を含み、前記マイクロセンサが、前記凹部内に取り付けられ、
前記処理チャンバに連結された第１の端部、及び前記モニタリングデバイスに連結された第２の端部を有する気圧式アクチュエータをさらに備え、前記端部面を前記外側ライナ表面から離すように移動させるために、前記第１の端部が、前記第２の端部に対して移動可能である、処理ツール。

【請求項6】

前記マイクロセンサが、ディスク形状を有する共鳴体を含み、前記ディスク形状が、前記孔に面する前記センサ表面、及び背面センサ表面を含み、前記背面センサ表面に電気的に接続された電気真空フィードスルーをさらに備えている、請求項１に記載の処理ツール。

【請求項7】

前記モニタリングデバイスが、前記背面センサ表面と接触する圧縮可能コネクタを含み、前記圧縮可能コネクタが、前記電気真空フィードスルーに電気的に接続されている、請求項６に記載の処理ツール。

【請求項8】

モニタリングデバイスであって、
中心軸に沿って延在するデバイス本体であって、当該デバイス本体が、前記中心軸に対して直交する端部面を含み、前記端部面が、凹部を含む、デバイス本体と、
前記凹部内に取り付けられたマイクロセンサであって、センサ表面、及び前記センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含む、マイクロセンサと、
前記端部面に取り付けられたセンサシールであって、前記センサシールが、前記凹部の周りで延在し、前記センサ表面が、前記センサシールを通して周囲環境に露出される、センサシールと、
を備えているモニタリングデバイス。

【請求項9】

前記端部面に取り付けられたブランクシールをさらに備え、前記ブランクシールが、前記端部面のブランク領域の周りで延在する、請求項８に記載のモニタリングデバイス。

【請求項10】

ブランク軸が、中心軸に対して平行に、且つ前記ブランク領域を通って延在し、センサ軸が、前記中心軸に対して平行に、且つ前記センサ表面を通って延在し、前記ブランク軸及び前記センサ軸が、前記中心軸から等距離にある、請求項９に記載のモニタリングデバイス。

【請求項11】

前記マイクロセンサが、ディスク形状を有する共鳴体を含み、前記ディスク形状が、前記周囲環境に面する前記センサ表面、及び背面センサ表面を含み、前記背面センサ表面に電気的に接続された電気真空フィードスルーをさらに備えている、請求項８に記載のモニタリングデバイス。

【請求項12】

前記モニタリングデバイスが、前記背面センサ表面と接触する圧縮可能コネクタを含み、前記圧縮可能コネクタが、前記電気真空フィードスルーに電気的に接続されている、請求項１１に記載のモニタリングデバイス。

【請求項13】

モニタリングデバイスの端部面上の第１の領域をライナ壁内の孔に露出することであって、前記ライナ壁が、処理ツールのチャンバ空間の周りで延在する、第１の領域をライナ壁内の孔に露出することと、
前記モニタリングデバイスを中心軸の周りで回転させて、前記第１の領域を前記孔から離すように移動させ、前記端部面上の第２の領域を前記孔に露出することと、
を含む方法。

【請求項14】

材料のウエハを処理ツールのチャンバ空間の中にローディングすることであって、ライナ壁が、前記チャンバ空間の周りで延在し、前記ライナ壁が、前記チャンバ空間と外側ライナ表面との間に孔を含み、モニタリングデバイスが、前記孔と整列したセンサ表面を有するセンサを含み、前記センサ表面が、前記第１の領域である、材料のウエハを処理ツールのチャンバ空間の中にローディングすることと、
前記チャンバ空間内でウエハ製造処理を開始することであって、当該ウエハ製造処理の間、前記材料が、前記孔を通して前記センサ表面から除去される、ウエハ製造処理を開始することと、
前記センサ表面から前記材料を除去したことに応答して、前記センサのパラメータの変化を検出することと、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記パラメータの前記変化に基づいて、前記センサ表面から前記材料の除去の速度を判定することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

モニタリングデバイスであって、
中心軸に沿って延在するデバイス本体であって、当該デバイス本体が、前記中心軸に対して直交する端部面を含み、前記端部面が、凹部を含む、デバイス本体と、
前記凹部内に取り付けられたセンサであって、センサ表面、及び前記センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含む、センサと、
前記端部面に取り付けられたセンサシールであって、前記センサシールが、前記凹部の周りで延在し、前記センサ表面が、前記センサシールを通して周囲環境に露出される、センサシールと、
前記端部面に取り付けられたブランクシールであって、前記ブランクシールが、前記端部面のブランク領域の周りで延在し、ブランク軸が、中心軸に対して平行に、且つ前記ブランク領域を通って延在し、センサ軸が、前記中心軸に対して平行に、且つ前記センサ表面を通って延在し、前記ブランク軸及び前記センサ軸が、前記中心軸から等距離にある、ブランクシールと、
を備えているモニタリングデバイス。

【請求項17】

モニタリングデバイスの端部面上の第１の領域をライナ壁内の孔に露出することであって、前記ライナ壁が、処理ツールのチャンバ空間の側方の周りで延在し、前記モニタリングデバイスの前記第１の領域は、前記第１の領域が前記孔に露出されるときに前記処理ツールの前記チャンバ空間に露出されるセンサを備え、前記モニタリングデバイスは、前記センサが前記処理ツールの前記チャンバ空間に選択的に露出されるときに前記センサにて変化するパラメータを検出する、第１の領域をライナ壁内の孔に露出することと、
前記モニタリングデバイスの前記センサとブランクシールの両方を中心軸の周りで回転させて、前記第１の領域を前記孔から離すように移動させ、前記端部面上の前記ブランクシールを前記孔に露出することであって、前記第１の領域が前記孔から離れたとき、前記モニタリングデバイスの前記第１の領域のセンサが、前記処理ツールの前記チャンバ空間に露出されない、前記孔に露出することと、
を含む方法。

【請求項18】

モニタリングデバイスの端部面上の第１の領域をライナ壁内の孔に露出することであって、前記ライナ壁が、処理ツールのチャンバ空間の周りで延在する、第１の領域をライナ壁内の孔に露出することと、
前記モニタリングデバイスを中心軸の周りで回転させて、前記第１の領域を前記孔から離すように移動させ、前記端部面上の第２の領域を前記孔に露出することと、
材料のウエハを処理ツールのチャンバ空間の中にローディングすることであって、前記ライナ壁が、前記チャンバ空間と外側ライナ表面との間に前記孔を含み、モニタリングデバイスが、前記孔と整列したセンサ表面を有するセンサを含み、前記センサ表面が、前記第１の領域である、材料のウエハを処理ツールのチャンバ空間の中にローディングすることと、
前記チャンバ空間内でウエハ製造処理を開始することであって、当該ウエハ製造処理の間、前記材料が、前記孔を通して前記センサ表面から除去される、ウエハ製造処理を開始することと、
前記センサ表面から前記材料を除去したことに応答して、前記センサのパラメータの変化を検出することと、
前記パラメータの前記変化に基づいて、前記センサ表面から前記材料の除去の速度を判定することであって、前記モニタリングデバイスが凹部を有する端部面を含み、前記センサが前記凹部内に取り付けられる、前記材料の除去の速度を判定することと、
前記端部面のブランク領域を前記孔に露出することであって、前記ブランク領域は前記第２の領域である、前記端部面のブランク領域を前記孔に露出することと、
インシトゥチャンバ洗浄処理を開始して、前記ライナ壁を洗浄することと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

諸実施形態は、基板処理の分野に関し、具体的には、処理ツールにおける材料の堆積又は材料の除去を測定するためのデバイス及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造には、例えば、堆積又はエッチング処理を用いるウエハ処理ツールによって、基板上の材料、より具体的には、半導体材料の堆積及び除去が関わり得る。エッチング処理には、従来の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）及びラジカルベース選択的除去処理（ＳＲＰ）、並びにこれらの組み合わせが含まれる。堆積処理には、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）及びプラズマＣＶＤ処理が含まれる。特定量の半導体材料を正確に堆積又は除去するためには、膜厚測定技法が使用され得る。例えば、材料堆積及び材料除去の速度は、一定時間で半導体材料のウエハを処理し、次いで、エリプソメータを使用して堆積された又は除去された膜の量を測定することによって、間接的に測定することができる。さらに、堆積／除去速度と関連する二次因子の測定にセンサが使用され、ウエハ製造処理中の堆積／除去速度が間接的に推定される。

【発明の概要】

【0003】

諸実施形態は、材料の堆積又は除去の量又は速度を検出するセンサを有する処理機器を含む。一実施形態では、処理機器は、チャンバ空間の周りにライナ壁を有する処理チャンバを含む処理ツールを含む。ライナ壁は、チャンバ空間と外側ライナ表面との間に孔を含む。処理ツールは、センサを有するモニタリングデバイスを含み、センサは、センサ軸に沿って孔と整列したセンサ表面を含む。さらに、センサは、センサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを含む。したがって、モニタリングデバイスは、変化するパラメータに基づいて処理特徴を判定することにより、ウエハ製造処理をモニタリングすることができる。

【0004】

一実施形態では、モニタリングデバイスは、中心軸に沿って延在するデバイス本体を含む。デバイス本体は、中央軸に対して直交する端部面を含み、端部面は、凹部を含む。センサは、凹部内に取り付けられる。さらに、センサシールは、端部面に取り付けられ、凹部の周りで延在する。センサ表面は、センサシールを通して周囲環境に露出される。したがって、センサをチャンバ空間に露出するために、センサシールを孔の周りで端部面とライナ壁との間で圧縮することができる。代替的に、センサをチャンバ空間から隔離するために、センサシールを孔から側方にオフセットされた位置で端部面とライナ壁との間で圧縮することができる。

【0005】

一実施形態では、方法は、材料のウエハを処理ツールのチャンバ空間の中にローディングすることを含む。当該方法は、チャンバ空間内でウエハ製造処理を開始することを含む。材料は、ウエハ製造処理の間、孔を通してセンサ表面から除去することができる。当該方法は、センサ表面から材料を除去したことに応答して、センサのパラメータの変化を検出することを含む。センサ表面からの材料の除去の速度は、パラメータの変化に基づいて判定され得る。当該方法は、端部面のブランク領域を孔に露出することと、インシトゥチャンバ洗浄処理を開始して、ライナ壁を洗浄することとを含み得る。したがって、センサは、ウエハ製造処理（例えば、選択的除去処理）をモニタリングするために孔に露出され得、インシトゥチャンバ洗浄処理の間に孔から隔離され得る。

【0006】

上記要約は、すべての態様の完全なリストを含んでいない。上記で要約した様々な態様のすべての適切な組合せから実行可能であるだけでなく、以下の詳細説明に開示され、特に本願とともに出願される特許請求の範囲において指摘される全てのシステム及び方法が含まれると考えられる。これらの組み合せは、上記要約で具体的に列挙されていない特定の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る処理システムの図である。

【図2】一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられたモニタリングデバイスの図である。

【図3】一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられ、チャンバ空間に露出されたセンサを有するモニタリングデバイスの断面図である。

【図4】一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられ、チャンバ空間に露出されたブランク領域を有するモニタリングデバイスの断面図である。

【図5】一実施形態に係る、モニタリングデバイスの斜視図である。

【図6】一実施形態に係る、モニタリングデバイスのデバイスヘッドの正面斜視図である。

【図7】一実施形態に係る、モニタリングデバイスのデバイスヘッドの後面斜視図である。

【図8】一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられたモニタリングデバイスの断面図である。

【図9】一実施形態に係る、モニタリングデバイスの電気接続の詳細図である。

【図10】一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられた自動モニタリングデバイスの断面図である。

【図11】一実施形態に係る、自動モニタリングデバイスの電気接続の詳細図である。

【図12】一実施形態に係る、自動モニタリングデバイスの気圧式アクチュエータの詳細図である。

【図13】一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図である。

【図14】一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図である。

【図15】一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図である。

【図16】一実施形態に係る、処理システムのモニタリングデバイスの保持に使用される支持ブラケットの詳細図である。

【図17】一実施形態に係る、ウエハ製造処理のモニタリングの方法の工程を表すフロー図である。

【図18A-B】一実施形態に係る、処理システムの共鳴型センサの概略図である。

【図19】一実施形態に係る、処理システムのトランジスタセンサ型のセンサの概略図である。

【図20】一実施形態に係る、処理システムの例示的なコンピュータシステムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

エッチング及び堆積処理のリアルタイムのインシトゥモニタリング、又はウエハ製造処理のその他の製造又は制御に使用されるシステム、デバイス、及び方法は、様々な実施形態に従って説明される。以下の説明では、諸実施形態の網羅的な理解をもたらすため、多数の具体的な詳細が提示される。当業者には、これらの具体的な詳細がなくとも実施形態は実施可能であることが明らかであろう。他の事例では、不必要に実施形態を不明瞭にしないように、周知の態様は詳細に説明されない。さらに、添付の図面で示された様々な実施形態は、例示的な表現であり、必ずしも縮尺どおりに描かれていないことを理解されたい。

【0009】

既存のエッチング及び堆積処理は、開ループ処理である。つまり、処理レシピには、フィードバック測定がない状態で固定処理時間にわたって固定且つ／又は実行される処理パラメータが含まれる。より具体的に言うと、処理の処理パラメータを制御するのに使用されるリアルタイム情報が存在しない。材料の堆積及び除去を測定するための既存の技法はいずれも、ウエハ製造処理のリアルタイムの測定及び制御をもたらすものではなく、又は、直接的に堆積／除去を測定する代わりに二次因子との相関に基づいて材料の堆積／除去の推定をもたらすものではない。例えば、エクスシトゥ（ｅｘ－ｓｉｔｕ）エリプソメータを使用して膜厚を測定することができるが、エリプソメータは周期的なモニタであるので、通常の操業時間の堆積／除去速度における変動又はドリフトをリアルタイムで検出することはできない。さらに、例えば、二次因子（例えば、プラズマにおけるＲＦ整合位置又はガス濃度）を測定するための処理ツールの処理チャンバ内に実装されるセンサは、対象（堆積／除去速度）の変数を直接測定しない。したがって、処理モニタリング及び処理制御の以前の試みは、エッチング処理、選択的除去処理、及び堆積処理のための十分なリアルタイム制御スキームをもたらしていなかった。

【0010】

基板を処理するためにインシトゥ（その場）でエッチング速度と堆積速度を測定するモニタリングデバイスを含むウエハ処理機器が、以下で説明される。モニタリングデバイスは、すべての圧力レジーム（例えば、真空条件下やプラズマ不在条件下）で材料堆積又は材料除去を測定するセンサを含む。モニタリングデバイスは、センサをチャンバ空間に選択的に露出して、ウエハ製造処理をモニタリングすることができる。例えば、センサは、センサ表面を含み得、センサのパラメータ（例えば、共振周波数）は、材料がセンサ表面に堆積されたり、又はセンサ表面から除去されたりしたときに変化し得る。このため、材料の堆積又は除去の量又は速度と、このような量又は速度の均一性とのリアルタイム測定は、ウエハ処理システムによって実施されるウエハ製造処理を制御するために、モニタリング且つ使用することができる。モニタリングデバイスは、センサをチャンバから隔離された密閉環境に配置するために移動可能であり得る。これは、インシトゥチャンバ洗浄（ＩＣＣ）処理中にセンサを保護するためでる。

【0011】

一態様では、モニタリングデバイスは、処理ツールのチャンバ空間に選択的に露出され得るセンサを含む。センサは、チャンバ空間の周りで延在するライナ壁の孔を通して、チャンバ空間と流体連結するように配置され得るか、又は、センサは、モニタリングデバイスのブランク領域が孔を通してチャンバ空間に露出されるとき、ライナ壁の外側ライナ表面に対して封止され得る。したがって、センサは、ウエハ製造処理中にリアルタイムでライナ壁の孔を通して堆積又は除去速度をモニタリングすることができ、ＩＣＣ処理中にチャンバ空間から隔離され得る。一次センサが故障した又は寿命に達した場合にバックアップセンサを設けてセンサの冗長性を実現するために、モニタリングデバイスは複数のセンサを含み得る。幾つかのセンサは、センサ上に種々の犠牲材料を有することにより、種々の処理に対して選択的エッチング速度モニタリングをさらに実現することができる。これらの態様及びその他の態様は、以下でさらに説明される。

【0012】

以下に説明する処理システム及び方法は、材料が基板に堆積されたり又は基板から除去されたりする任意の形状因子又は処理において使用できることを理解されよう。より具体的には、処理システム及び方法は、集積回路の製造のためのウエハ処理に関連して説明されるが、デバイス及び方法は、例えば、エレクトロニクス産業のディスプレイ及び／又は太陽光発電産業の光電池等の他の技術における使用にさらに適合され得る。

【0013】

図１を参照すると、一実施形態に係る処理システムが例示されている。処理システム１００は、処理ツール１０２を含み得る。処理ツール１０２は、通信リンク１０５によって、コンピュータシステム１０４に通信可能に連結されている。通信リンク１０５は、有線又は無線接続であってよく、例えば、処理ツール１０２及び／又は処理ツール１０２の構成要素は、コンピュータシステム１０４と直接的に又は無線で通信することができる。

【0014】

処理ツール１０２は、１つ以上のロードロック１１０によってファクトリインターフェース１０８に物理的に接続されたバッファチャンバ１０６を含み得る。さらに、１つ以上の処理チャンバ１１２は、１つ以上のそれぞれのロードロック１１０によってバッファチャンバ１０６に物理的に接続され得る。バッファチャンバ１０６は、中間空間として機能し得る。この中間空間は、処理チャンバ１１２内の処理圧力よりも高い圧力を有するが、低圧に維持される処理チャンバ１１２のそれぞれの空間よりも大きい。したがって、材料の基板（例えば、半導体ウエハ）は、半導体デバイスの製造中、真空条件下で処理ツール１０２のチャンバ１０６と１１２との間で移動することができる。この移動は、処理ツール１０２内に含まれる様々なデバイス（例えば、ロボットアームやシャトル等）によって可能になり得る。

【0015】

様々な製造工程を処理チャンバ１１２内で実施することができる。例えば、少なくとも１つの処理チャンバ１１２は、エッチングチャンバ、堆積チャンバ、半導体リソグラフィツールのチャンバ、又は任意の他の基板処理チャンバであってもよい。このため、処理チャンバ１１２を使用して、真空条件下、大気条件下、又は任意の他の圧力レジーム下でウエハ製造処理を実施することが可能である。ウエハ製造処理には、処理チャンバ１１２のチャンバ空間内に堆積された基板から材料を除去するための選択的除去処理（ＳＲＰ）が含まれ得る。

【0016】

圧力レジームの変化に加えて、処理チャンバ１１２を使用して、種々のエネルギー条件を有する製造処理を実施することも可能である。例えば、処理チャンバ１１２は、プラズマを含まないラジカル駆動エッチングチャンバ又は堆積チャンバであってよい。つまり、処理チャンバ１１２は、ウエハ製造処理中はプラズマ不在状態であり得る。

【0017】

図２を参照すると、一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられたモニタリングデバイスが例示されている。基板は、処理ツール１０２の処理チャンバ１１２内でのウエハ製造処理が施され得る。基板は、材料から形成され、形状因子を有し得る。例えば、基板は、ウエハ２０２であり得る。ウエハ２０２は、任意の材料から形成することができる。例えば、ウエハ２０２は、半導体材料のウエハであってもよい。ウエハ２０２は、処理ツール１０２を通って移動するにつれて、種々の圧力条件に曝され得る。例えば、大気条件では、ウエハをファクトリインターフェース１０８の中に挿入してよい。次に、ウエハが、ファクトリインターフェース１０８とバッファチャンバ１０６との間のロードロック１１０の中に入ると、ロードロック１１０は、１２０ミリトールの真空条件にもっていかれ得る。次に、ウエハは、ロードロック１１０から、１００ミリトールのバッファチャンバ１０６圧を有するバッファチャンバ１０６内まで通過し得る。

【0018】

ウエハ２０２は、バッファチャンバ１０６から、ロードロック１１０を通って、処理チャンバ１１２内に移送され得る。例えば、処理チャンバ１１２は、ウエハ２０２を受け入れるようにサイズ形成されたチャンバ空間２０４を含み得る。したがって、処理チャンバ１１２内で実施されるウエハ製造処理中、材料は、ウエハ２０２に堆積されるか、又はウエハ２０２から除去され得る。ウエハ製造処理の間、処理チャンバ１１２のチャンバ空間２０４は、例えば、真空ポンプ及び／又はターボポンプなどの真空源２０６を使用して、真空条件まで低下したチャンバ圧を有し得る。この説明の文脈において、真空条件は、０．５ａｔｍ未満の任意の圧力であり得る。一実施形態では、処理チャンバ１１２が、例えば、１００ミリトール未満の、バッファチャンバ１０６の圧力より低いチャンバ圧を有するときに、処理チャンバ１１２内の真空条件が存在する。したがって、処理チャンバ１１２は、ウエハ製造処理の製造工程中は、真空条件下にあり得る。さらに、真空条件により、チャンバ空間２０４からガス状混合物が減少するか、又は除去され得る。したがって、チャンバ空間２０４は、ウエハ製造処理中はプラズマ不在状態になり得る。

【0019】

モニタリングデバイス２０８は、処理チャンバ１１２に取り付けられ得る。例えば、モニタリングデバイス２０８は、外側チャンバ壁２１０を貫通して、チャンバ壁２１０に固定されたフランジによって、外側チャンバ壁２１０に固定され得る。フランジは、ガスケット又は別の機械的シールによって、チャンバ壁２１０に対して封止され得る。モニタリングデバイス２０８は、チャンバ空間２０４内のライナ壁２１２に隣接する且つ／又は接触する端部を有し得る。より具体的には、ライナ壁２１２は、外側チャンバ壁２１０から内側に存在し得、チャンバ空間２０４の周りで延在し得る。したがって、ライナ壁２１２は、ウエハ２０２を含むチャンバ空間２０４を少なくとも部分的に画定し得る。

【0020】

処理チャンバ１１２は、チャンバ空間２０４内部にウエハホルダ２１１を含み得る。ウエハホルダ２１１は、例えば、ウエハ製造処理中に、ウエハ２０２を静電気的にクランプする１つ又は複数の電極を有する静電チャックであってよい。ウエハホルダ２１１は、ウエハ２０２がクランプされる保持面２１４を含み得る。例えば、保持面２１４は、ウエハホルダ２１１の上の誘電材料の層であり得る。

【0021】

以下に説明するように、モニタリングデバイス２０８は、上向き面（例えば、保持面２１４から離れた方を向く表面）で生じる材料堆積又は材料除去をモニタリングし得る。モニタリングデバイス２０８は、上向き面の材料と類似する又は同一の態様でウエハ製造処理と反応するセンサを含むことが考えられている。例えば、処理チャンバ１１２の源は、ウエハ２０２をエッチングするためのラジカルを生成し得、ラジカルは、同様にモニタリングデバイス２０８のセンサをエッチングし得る。したがって、センサが、ライナ壁２１２を通してチャンバ空間２０４に露出されるとき、モニタリングデバイス２０８は、ウエハ２０２の材料の除去速度又は堆積速度の変化を検出することができる。したがって、モニタリングデバイス２０８は、処理チャンバ１１２内で実行される処理の間、エッチング速度又は堆積速度を評価することができる。

【0022】

処理ツール１０２は、ウエハ製造処理の処理パラメータを検出する他のセンサ及び／又は測定機器を含み得る。例えば、処理ツール１０２は、光学分光計２１６を含み得る。光学分光計２１６は、処理チャンバ１１２に取り付けられるか、又は、他の方法で取り付けられ、ウエハ製造処理中にチャンバ空間２０４の発光分光法（ＯＥＳ）シグネチャ（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を検出する。ＯＥＳシグネチャは、チャンバ空間２０４内の要素の種類及び量を識別し得る。例えば、ＯＥＳシグネチャは、ウエハ製造処理中にチャンバ容量２０４内のプラズマにどの化学元素が存在するかを識別することができる。チャンバ容量２０４内で実施されるウエハ製造処理の他の処理パラメータを検出するために、他のセンサを使用してもよい。このような他のセンサには、処理チャンバ１１２又はウエハ２０２に供給される電力を測定する電気センサ、ウエハホルダ２１１の電気的特性を測定する電気センサ等が含まれ得る。このようなセンサは、半導体材料などの材料の堆積又は除去の実際の量又は速度を測定することはできない場合があるが、それにも関わらず、以下に説明する理由により、モニタリングデバイス２０８によって行われる実際の堆積又は除去の測定と相関し得る。

【0023】

図３を参照すると、一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられ、チャンバ空間に露出されたセンサを有するモニタリングデバイスの断面図が示されている。一実施形態では、ライナ壁２１２は、内側ライナ表面３０２と外側ライナ表面３０４との間で延在する壁圧を有する。例えば、ライナ壁２１２は、チャンバ空間２０４を囲む円筒形壁であり得、内側ライナ表面３０２は、チャンバ空間２０４に向かって内側に面する。対照的に、外側ライナ表面３０４は、処理チャンバ１１２の外側チャンバ壁２１０に向かって外側に面し得る。

【0024】

ライナ空洞３０６が、ライナ壁２１２において形成され得る。ライナ空洞３０６は、外側ライナ表面３０４から内側ライナ表面３０２に向けて、ライナ壁２１２を部分的に貫通するように延在し得る。ライナ空洞３０６は、ライナ壁２１２内のライナ空洞３０６を囲む空洞壁３０８によって画定され得る。より具体的には、空洞壁３０８は、ライナ壁２１２内でライナ空洞３０６を囲む外側ライナ表面３０４の一部であり得る。

【0025】

内側ライナ表面３０２から内側のチャンバ空間２０４は、外側ライナ表面３０４の外側の領域と流体連通し得る。より具体的には、ライナ壁２１２は、チャンバ空間２０４と外側ライナ表面３０４との間で延在する孔３１０を含み得る。例えば、孔３１０は、ライナ空洞３０６をチャンバ空間２０４と流体連通させるように、内側ライナ表面３０２から空洞壁３０８へと延在し得る。

【0026】

一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、センサ３１２を含む。センサ３１２は、センサ軸３１４に沿って孔３１０と整列した前方に面する表面（例えば、センサ表面）を有し得る。したがって、センサ３１２は、第１の構成では、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４に露出され得る。第１の構成は、処理モニタリング構成であり得る。この構成では、センサ３１２は、チャンバ空間２０４内で実行されているウエハ製造処理のインシトゥモニタリングを行うことになる。例えば、センサ３１２は、処理をモニタリングする共振マイクロバランス（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）であってもよいが、他の種類のセンサも可能である（図１９参照）。ＳＲＰ処理の場合、センサ３１２は、ウエハ２０２から選択された材料の除去速度をモニタリングする。エッチング処理の場合、センサ３１２は、ウエハ２０２上の１つ以上の層、又はウエハ２０２自体のエッチング処理をモニタリングする。同様に、堆積処理の場合、センサ３１２は、ウエハ２０２上の膜の堆積速度をモニタリングする。センサ３１２によるインシトゥモニタリングは、孔３１０を通して、処理ガス、イオン化ガス、ラジカル、及び／又は材料を交換することにより可能になる。より具体的には、センサ３１２は、センサ表面に材料が堆積されるか、又はセンサ表面から材料が除去されたときに変化するパラメータを有し得る。パラメータの変化は、処理特徴の判定に使用され得る。例えば、ウエハ２０２及び／又はセンサ表面からの材料の除去速度は、パラメータの変化に基づいて判定され得る。したがって、モニタリングデバイス２０８は、ウエハ製造処理のインシトゥモニタリングを実現することができる。

【0027】

一実施形態では、センサ３１２は、マイクロセンサであり得る。「マイクロ（ｍｉｃｒｏ）」とは、実施形態に係る特定のセンサ又は構造体の記述的なサイズを指す場合がある。例えば、「マイクロセンサ」という用語は、１から１００μｍ程度の寸法を有するセンサを指す場合がある。つまり、一実施形態では、センサ３１２は、１から１００μｍの最大幅を含むセンサ表面を有し得る。したがって、センサ３１２は、マイクロバランスであってもよい。マイクロバランスは、１００万分の１グラムのオーダーで重量を正確に測定できる機器であり、センサ３１２は、ミクロン程度のサイズのマイクロセンサであり得る。

【0028】

「マイクロセンサ」という用語は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関連する材料及び製造処理を使用して製造されるセンサをも指す場合がある。つまり、本明細書に記載されたセンサ３１２は、（幾つかの実施形態では）例えば、堆積処理、パターニング、エッチング等のＭＥＭＳ処理を使用して製造され得る。したがって、センサ３１２は、ＭＥＭＳ処理を使用して形成されるサイズと構造を有するＭＥＭＳスケールのセンサであってよい。しかしながら、実施形態はこれに限定されず、実施形態の特定の態様は、より大きなサイズスケール、そして可能であればより小さなサイズスケールに適用可能であり得ることを理解するべきである。例えば、本明細書に記載された共振マイクロバランスセンサ３１２は、マイクロセンサではない場合がある。

【0029】

図４を参照すると、一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられ、チャンバ空間に露出されたブランク領域を有するモニタリングデバイスの断面図が示されている。ＩＣＣ処理を実行することにより、ウエハ製造処理実行間に処理チャンバ１１２を再調整することは通常のことである。ＩＣＣ処理は、処理チャンバ１１２の壁及び構成要素を洗浄して、ウエハ製造処理を安定化させることができる。例えば、ＩＣＣ処理は、非常に攻撃的なエッチング化学物質をシステム内に送り、処理キット及び処理チャンバ１１２の壁を洗浄することができる。攻撃的な化学物質は、センサ３１２の寿命を短縮し得る。したがって、第２の構成は、センサ保護構成であり得る。つまり、第１の構成では、センサ３１２は、チャンバ空間２０４に露出され得るが、第２の構成では、センサ３１２は、チャンバ空間２０４から隔離され得る。

【0030】

モニタリングデバイス２０８は、中心軸４０４に沿って延在するデバイス本体４０２を含み得る。より具体的には、デバイス本体４０２は、フランジ４０６が外側チャンバ壁２１０に取り付けられた外側端部から、ライナ壁２１２に隣接する端部面４０８まで延在し得る。端部面４０８は、中心軸４０４に対して直交し、且つ／又は外側ライナ表面３０４に対して平行であり得る。より具体的には、端部面４０８は、ライナ空洞３０６の空洞壁３０８に適合する表面であり得る。センサ３１２は、端部面４０８上の第１の位置でデバイス本体４０２に取り付けられ得る。同様に、端部面４０８は、センサ３１２から側方にオフセットされたブランク領域（空白領域（ｂｌａｎｋ ａｒｅａ））４１０を含み得る。例えば、ブランク領域４１０は、センサ３１２から見た場合、中心軸４０４の反対側であり得る。ブランク軸４１２は、中心軸４０４に対して平行に延在し、ブランク領域４１０を貫通し得る。同様に、センサ軸３１４は、中心軸４０４に対して平行に延在し、センサ３１２のセンサ表面を貫通し得る。一実施形態では、ブランク軸４１２及びセンサ軸３１４は、中心軸４０４から等距離にある。したがって、モニタリングデバイス２０８を中心軸４０４の周りで回転させて、センサ３１２を孔３１０との整列から外し、ブランク領域４１０を移動させて孔３１０と整列させることができる。

【0031】

第２の構成では、ブランク領域４１０は、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４に露出される。さらに、センサ３１２は、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４に露出されない。モニタリングデバイス２０８は、外側ライナ表面３０４に対してセンサ３１２及び／又はブランク領域４１０を密封するための１つ又は複数のシール４１４を含み得る。例えば、第１のシール４１４は、センサ３１２の周りで延在する。第１のシール４１４が空洞壁３０８に対して押圧されることにより、外側ライナ表面３０４の背後の領域からセンサ３１２の前方領域へのガスの侵入が防止される。同様に、第２のシール４１４は、ブランク領域４１０の周りで延在し得る。第２のシール４１４が空洞壁３０８に対して押圧されることにより、チャンバ空間２０４から、孔３１０を通って、外側ライナ表面３０４の背後の領域へのガスの侵入が防止される。

【0032】

図５を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスの斜視図が示される。一実施形態では、モニタリングデバイス２０８のデバイス本体４０２は、デバイスヘッド５０２、及びデバイスベース５０４を含む。フランジ４０６は、デバイスベース５０４の端部から径方向外側に延在し得る。１つ以上のファスナ孔がフランジ４０６を貫通して延在することにより、１つ以上のファスナ（例えば、ボルト、ネジ、ピン等）によってフランジ４０６を処理チャンバ１１２に留めることが可能になる。モニタリングデバイス２０８は、フランジ４０６の平坦面及び／又はフランジ４０６の円筒面にわたって延びる１つ以上のフランジシール５０６を含み得る。フランジ４０６が処理チャンバ１１２に留められると、フランジシール５０６が処理チャンバ１１２に対して押圧されることにより、チャンバ空間２０４から処理チャンバ１１２の外側の周囲環境５０８への、又は処理チャンバ１１２の外側の周囲環境５０８からチャンバ空間２０４へのガスの漏洩が防止される。

【0033】

デバイスヘッド５０２は、フランジ４０６から反対側のデバイスベース５０４の端部に連結され得る。デバイスヘッド５０２は、デバイスベース５０４から端部面４０８へと延在する円筒状外面を有し得る。一実施形態では、デバイスヘッド５０２の端部面４０８は、凹部５１０を含む。凹部５１０は、デバイスヘッド５０２内へと長手方向に延在し得る。それにより、センサ３１２は凹部５１０内に取り付けられ得る。センサ３１２のセンサ表面５１２が中心軸４０４に沿って端部面４０８と同じ長手方向位置にあるように、又は、センサ表面５１２が中心軸４０４に沿って長手方向に端部面４０８とフランジ４０６との間にあるように、凹部５１０は、センサ３１２の厚さと等しいか又はそれ以上の深さを有し得る。

【0034】

一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、端部面４０８に取り付けられたセンサシール５１４を含む。センサシール５１４は、ガスケットであり得る。ガスケットは、表面間で押されたときに、端部面４０８と外側ライナ表面３０４との間に機械的密封をもたらす。例えば、センサシール５１４は、端部面４０８と外側ライナ表面３０４との間で圧搾され得る適合材料から形成されたＯリングであり得る。したがって、センサシール５１４は、センサ軸３１４の周りで延在する輪郭を有し得る。より具体的には、センサシール５１４は、凹部５１０周り全体に延在し得る。

【0035】

端部面４０８は、長手方向に、センサシール５１４の前方に面する表面とフランジ４０６との間であり得る。したがって、センサ表面５１２は、センサシール５１４を通して、例えば、センサシール５１４の内径の中央通路を通して、周囲環境５０８に露出され得る。第１の構成においてセンサシール５１４が端面４０８と外側ライナ表面３０４との間で圧搾されると、センサ表面５１２は、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４に露出される。これに対して、第２の構成においてセンサシール５１４が端部面４０８と外側ライナ表面３０４との間で圧搾されると、センサ表面５１２は、端部面４０８と、外側ライナ表面３０４と、センサシール５１４の径方向内側面との間の空洞内に隔離される。

【0036】

一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、端部面４０８に取り付けられたブランクシール５１６を含む。ブランクシール５１６は、センサシール５１４に類似するガスケットであってもよく、例えば、ブランクシール５１６は、適合材料から形成されたＯリングであってもよい。したがって、ブランクシール５１６は、ブランク軸４１２の周りで延在する輪郭を有し得る。より具体的には、ブランクシール５１６は、端部面４０８のブランク領域４１０周り全体で延在し得る。

【0037】

端部面４０８は、長手方向に、ブランクシール５１６の前方に面する表面とフランジ４０６との間であり得る。したがって、ブランク領域４１０は、ブランクシール５１６を通して、例えば、ブランクシール５１６の中央通路又は内径を通して、周囲環境５０８に露出され得る。第２の構成においてブランクシール５１６が端部面４０８と外側ライナ表面３０４との間で圧搾されると、ブランク領域４１０は、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４に露出される。

【0038】

図６を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスのデバイスヘッドの正面斜視図が示される。一実施形態では、デバイスヘッド５０２は、デバイスベース５０４から分離され得る。例えば、ファスナが、中心軸４０４に沿ってデバイスヘッド５０２を貫通して延在し、デバイスベース５０４内にねじ込まれ得る。ファスナを取り外すことにより、デバイスヘッド５０２を取り外すことができる。したがって、デバイスヘッド５０２は、１つ以上のセンサ３１２を含む交換部品として製造及び販売されてもよい。１つ以上のセンサ３１２は、デバイスヘッド５０２内に装填されて、それぞれの凹部５１０を通して露出される。

【0039】

デバイスヘッド５０２は、中心軸４０４の周りに分布する幾つかの凹部５１０及びブランク領域４１０を含み得る。一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、中心軸４０４の周りで対称的に分布した３つのセンサ３１２、及びブランク領域４１０を含む。より具体的には、各センサ３１２のそれぞれのセンサ軸及びブランク領域４１０のブランク軸は、中心軸４０４から径方向に等距離だけ離間され得る。さらに、中心軸４０４を頂点として測定された各軸間の角度は等しくてもよい。例えば、４つの回転位置がある場合、中心軸４０４について測定されると、各軸は、隣接する軸から９０度で離間され得る。さらに、幾つかのセンサ３１２及びブランク領域４１０は、それぞれのシール４１４、例えば、それぞれのセンサシール５１４又はブランクシール５１６によって囲まれ得る。

【0040】

センサ３１２は、ディスク形状を有する共鳴体６０２を含み得る。ディスク形状は、それぞれの凹部５１０及び／又は孔３１０を通して、前方に面するセンサ表面５１２を含み得る。ディスク形状は、凹部５１０から離れた方を向く背面（図７）をさらに含み得る。図７を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスのデバイスヘッドの後面斜視図が示される。一実施形態では、デバイスヘッド５０２は、センサ３１２をデバイスヘッド５０２内で保持するための保持インサート７０２を含む。デバイスヘッド５０２は、センサ３１２の背面センサ表面７０６が後方に面するように、センサ３１２を受け入れるための背面凹部７０４を有し得る。保持インサート７０２は、背面凹部７０４内に挿入され、１つ又は複数のファスナによって、デバイスヘッド５０２に固定され得る。デバイスヘッド５０２は、センサ３１２の共鳴体６０２との間で電気信号を送受信するために、背面センサ表面７０６に対して押圧される背面接点７０８を含み得る。

【0041】

図８を参照すると、一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられたモニタリングデバイスが図示されている。取り付けデバイスは、中心軸４０４の周りでの回転が可能であり得る。例えば、デバイスヘッド５０２は、ライナインサート８０２内に受け入れられ得る。ライナインサート８０２は、ライナ空洞３０６を収容することができる。ライナ空洞３０６は、デバイスヘッド５０２の外側円筒面に適合する、ライナインサート８０２内の円筒状凹部であり得る。したがって、フランジ４０６を処理チャンバ１１２からボルト外しすることにより、ユーザは、取り付けデバイスをライナインサート８０２内で回転させて、端部面４０８上のセンサ位置又はブランク位置うちの異なる位置を孔３１０と整列させることができる。

【0042】

一実施形態では、端部面４０８の１つの位置のみが一度に孔３１０と整列し、そのとき他の位置群は、空洞壁３０８に対して隔離される。センサをチャンバ空間２０４から隔離する能力は、モニタリングデバイス２０８のためのサンプリング周波数を設定するために使用され得る。例えば、５つに１つ（ｏｎｅ－ｉｎ－ｆｉｖｅ）のサンプリングパターンを使用することができ、処理された５つのウエハ２０２のうち１つの測定位置で、特定のセンサ３１２をチャンバ空間２０４に露出する。ユーザは、モニタリングデバイス２０８を回転させることにより、あるセンサ３１２から次のセンサ３１２へと一定の間隔で動かすので、特定のセンサ３１２が、次の４つのウエハ２０２に対して隔離位置に留まり得る。サンプリング周波数を設定する機能により、データ収集率とセンサ寿命との間の兼ね合いが可能になる。

【0043】

ＳＲＰの場合、回転式モニタリングデバイス２０８が様々なラジカルエッチング処理のモニタリングを実現し得る。例えば、センサ３１２は、ウエハ２０２から除去されている材料に対応する共鳴体６０２上のコーティングを有し得る。例として、ウエハ２０２は、半導体材料ウエハ２０２であってもよく、且つ／又はＳＲＰの間に除去された半導体材料を含んでもよい。センサ表面５１２には、ウエハ製造処理をモニタリングするために、ＳＲＰの間に除去されるコーティングとして、半導体製造材料をさらに含み得る。例として、ウエハ２０２は、シリコンウエハであってもよく、センサ３１２は、共鳴体６０２に堆積されたシリコンの、例えば、１５から２０ミクロンの薄いコーティング層を含み得る。したがって、ＳＲＰの間にシリコンがウエハ２０２から除去される場合、シリコンは、孔３１０を通して、センサ３１２からさらに除去される。同様に、種々の半導体材料から種々のウエハ２０２が製造されてもよく、種々のセンサ３１２は、種々の半導体材料の薄いコーティング層を含み得る。したがって、異なるウエハ２０２がチャンバ空間２０４の中にロードされ、異なるセンサ３１２が孔３１０と整列すると、異なる半導体材料が、異なるウエハ２０２及び異なるセンサ３１２から同時に除去され得る。したがって、モニタリングデバイス２０８は、種々のタイプのウエハ２０２のためのウエハ製造処理をモニタリングすることを意図する種々のあらかじめコーティングされた材料を有する幾つかのセンサを含み得る。

【0044】

一実施例では、ウエハ２０２は、第１の材料から製造され、第２の材料のコーティングを含み得る。センサ３１２は、第２の材料のコーティング層を含み得る。したがって、ウエハ２０２がチャンバ空間２０４の中にロードされ、第２の材料のコーティング層を含むセンサ３１２が孔３１０と整列すると、第２の材料は、ウエハ２０２とセンサ３１２から同時に除去され得る。

【0045】

モニタリングデバイス２０８は、デバイスヘッド５０２とデバイスベース５０４との間の界面にラジカル又はガスが進入する可能性を低減するように構成され得る。例えば、デバイスヘッド５０２は、中心軸４０４の周りで延在するヘッド密封面８０４を含み得る。ヘッド密封面８０４は、デバイスベース５０４と隣接し得る。より具体的には、デバイスベース５０４は、中心軸４０４の周りで延在するベース密封面８０６を有し得、ヘッド密封面８０４は、ベース密封面８０６に面し得る。密封面は、中心軸４０４に対して平行であってもよく、且つ／又は中心軸４０４に対して直交してもよい。密封面間に間隙が存在する場合があり、これにより、ガスがモニタリングデバイス２０８に入る経路が設けられる。デバイスヘッド５０２とデバイスベース５０４との間でこのようなガスの侵入を防ぐために、本体シール８０８がヘッド密封面８０４とベース密封面８０６との間に配置され得る。本体シール８０８は、デバイスヘッド５０２及び／又はデバイスベース５０４に取り付けられるガスケット又は別の種類の機械的シールであってもよく、密封面間で圧縮される。本体シール８０８は、ＩＣＣ処理中にガスがモニタリングデバイス２０８に入ることを防ぐことができるが、本体シール８０８がない場合、ＩＣＣ処理により、デバイスヘッド５０２の背面凹部７０４内で背面センサ表面７０６がエッチングされてしまう。

【0046】

材料が、センサ表面５１２から除去されるか、センサ表面５１２に堆積されるときに、センサ３１２は、パラメータの変化に対応する電気センサ出力信号を生成し得る。例えば、電気センサ出力信号の周波数は、共鳴体６０２の質量に基づいて変化する場合があり、次いで、材料が堆積又は除去されると変化する。したがって、リアルタイムでウエハ製造処理をモニタリングするために、電気センサ出力信号が、送信されて、処理チャンバ１１２の壁を介してコンピュータシステム１０４に通信される。一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、電気真空フィードスルー８１０を含む。電気真空フィードスルー８１０は、センサ３１２に電気的に接続され、通信リンク１０５を介して電気信号を通信する。電気真空フィードスルー８１０には、電気信号をモニタリングデバイス２０８から外に運ぶために、真空シールを貫通する１つ以上の電気ピンが含まれ得る。電気真空フィードスルー８１０は、モニタリングデバイス２０８を通って電源コネクタ８１４まで長手方向に延びる電気ケーブル８１２に接続され得る。

【0047】

図９を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスの電気接続の詳細図が示される。電源コネクタ８１４は、センサ３１２の背面センサ表面７０６に電気的に接続することができるので、電気真空フィードスルー８１０は、電源コネクタ８１４を介して、背面センサ表面７０６に電気的に接続することができる。

【0048】

一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、背面センサ表面７０６と接触する圧縮可能コネクタ９０２を含む。圧縮可能コネクタ９０２は、第１の端部が電源コネクタ８１４に対して押圧され、第２の端部が背面センサ表面７０６と接触する支持プレート９０３に押圧された導電性構造であり得る。例えば、圧縮可能コネクタ９０２は、電源コネクタ８１４と支持プレート９０３との間で延在する金属製のバネであってもよい。支持プレート９０３、圧縮可能コネクタ９０２、及び電源コネクタ８１４は、アルミニウムなどの導電性材料から形成された導電性素子であってもよい。導電性素子は、導電性経路を形成し得る。導電性経路は、絶縁シールド９５０の円筒状空洞内に含まれ得る。絶縁シールド９５０は、電源コネクタ８１４の通過を可能にする孔を備えた端部壁を有するセラミック円筒体であってもよい。したがって、圧縮可能コネクタ９０２は、絶縁シールド９５０を通って、支持プレート９０３から電源コネクタ８１４へ、且つ端壁を通して外方の電気ケーブル８１２へと電気信号を伝達することができる。

【0049】

一実施形態では、圧縮可能コネクタ９０２は、アルミニウム又はステンレス鋼から形成されたベローズ９０４である。ベローズ９０４は、支持プレート９０３と電源コネクタ８１４との間で圧縮され得、良好な電気接触を確実なものとする。ベローズ９０４は、バネコネクタと同様の弾力性を有し得る。しかしながら、ベローズ９０４は、バネコネクタよりインダクタンスが低い場合がある。

【0050】

支持プレート９０３と背面センサ表面７０６との間の電気接触は、上述の背面接点７０８を介して、且つ／又は背面センサ表面７０６に堆積された導電性コーティングを介して、実現し得る。例えば、背面センサ表面７０６は、センサ３１２から支持プレート９０３へと電気信号を伝導するためにアルミニウムコーティングを含み得る。

【0051】

図１０を参照すると、一実施形態に係る、処理チャンバに取り付けられた、運動アクチュエータを有する自動モニタリングデバイスが図示されている。モニタリングデバイス２０８は、中心軸４０４に沿って軸方向に、且つ中心軸４０４の周りで回転的に、自動的に移動し得る。一実施形態では、モニタリングデバイス２０８は、中心軸４０４に沿って電気真空フィードスルー８１０まで延在する固定式接続ロッド１００２を含む。接続ロッド１００２は、中心軸４０４の周りで回転しない滑動プレート１００４に固定され得るという意味で固定式であり得る。しかしながら、滑動プレート１００４は、図１３から図１６に関連してより詳細に説明されるように、ブラケット１００６内で滑動することにより、直線的に移動し得る。線状運動により、モニタリングデバイスは、処理チャンバ１１２に出入りするように、後退及び前進し得る。したがって、接続ロッド１００２は、回転的に固定され、直線的に移動可能であり得る。

【0052】

電気ケーブル８１２は、デバイスヘッド５０２の近位のデバイスベース５０４の遠位部内で、電気真空フィードスルー８１０から電源コネクタ８１４に向かって、接続ロッド１００２を通って延在し得る。電源コネクタ８１４は、２つの部分からなる電気コネクタであり、バネ接点と呼ばれ得る。バネ接点の構造については、図１２に関連して以下でより詳細に説明される。

【0053】

モニタリングデバイス２０８は、中心軸４０４の周りでデバイスヘッド５０２及びデバイスベース５０４を回転させるために使用される回転式真空フィードスルー１００８を含み得る。回転式真空フィードスルー１００８には、互いに対して回転する外部筐体と内側部分が含まれ得る。外側ケーシングは、内側部分に取り付けられた幾つかの磁石と磁気的に相互作用する幾つかの磁石を含み得る。回転式真空フィードスルー１００８は、プーリによって駆動され得る（図１３）。より具体的には、モータ（図１３）は、プーリを回転させ、プーリを外側ケーシングの外面に引っ張り、外側ケーシングを中心軸４０４周りで回転させる。外側ケーシングの回転は、内側部分の磁石にトルクを加え、内側部分も中心軸４０４の周りで回転させる。回転式真空フィードスルー１００８が、処理チャンバ１１２と周囲環境５０８との間のガス漏れを許容しないように、外側ケーシングと内側部分との間の真空ハウジングを介してトルクの磁気印加を行うことができる。

【0054】

一実施形態では、回転式真空フィードスルー１００８の内側部分は、回転シャフト１０１０の外側表面に取り付けられる。回転シャフト１０１０は、接続ロッド１００２と同心円状であり得る。しかしながら、接続ロッド１００２とは異なり、回転式真空フィードスルー１００８が外面にトルクを加えると、回転シャフト１０１０は中心軸４０４の周りで自由に回転することができる。さらに、回転シャフト１０１０は、デバイスベース５０４に接続された遠位端を有し得る。したがって、トルクは、回転シャフト１０１０を介して、回転式真空フィードスルー１００８からデバイスベース５０４に伝達され得る。同様に、デバイスベース５０４が回転すると、デバイスヘッド５０２が回転する。

【0055】

デバイスヘッド５０２の線状動作は、処理ツール１０２のアクチュエータによってもたらされる。一実施形態では、処理ツール１０２は、互いに対して移動する端部を有する気圧式アクチュエータ１０１２を含む。図１２に関して以下で説明されるように、第１の端部１０１４は、チャンバ壁２１０に連結され得、第２の端部１０１６は、モニタリングデバイス２０８に連結され得る。気圧式アクチュエータ１０１２の動作により、第２の端部１０１６に対する第１の端部１０１４の移動が引き起こされ得る。例えば、空気が端部間の間隙に流入又は間隙から流出すると、第１の端部１０１４と第２の端部１０１６との間の距離が増加又は減少し得る。したがって、気圧式アクチュエータ１０１２を作動させて、端部面４０８を外側ライナ表面３０４から離すことができる。より具体的には、ライナ壁２１２から離れるようなデバイスヘッド５０２の後退は、気圧式アクチュエータ１０１２の気圧式動作によって引き起こされ得る。

【0056】

上述のように、デバイスヘッド５０２は、１つ以上のリニアアクチュエータの動作により中心軸４０４に沿って直線的に移動させられ、デバイスヘッド５０２は、１つ以上の回転アクチュエータの動作により中心軸４０４の周りで回転させられ得る。したがって、デバイスヘッド５０２を直線的に前方に移動させて、シール４１４を空洞壁３０８に対して圧縮することができ、デバイスヘッド５０２を直線的に後方に動かして、端部面４０８と空洞壁３０８の間に間隙を形成し、シール４１４を損傷しないようデバイスヘッド５０２を回転させることができる。同様に、端部面４０８のある位置（例えばセンサ３１２）を孔３１０から離れさせ、端部面４０８の別の位置（例えばブランク位置）を孔３１０に向けて回転させるために間隙が形成されると、デバイスヘッド５０２を中心軸４０４の周りで回転させることができる。すなわち、処理ツール１０２のアクチュエータを作動させて、デバイスヘッド５０２を空洞壁３０８から後退させ、デバイスヘッド５０２を中心軸４０４の周りで回転させ、デバイスヘッド５０２を前進させて、シール４１４を空洞壁３０８に対して圧縮することができる。デバイスヘッド５０２の前進には、バネ復元力が端部面４０８を空洞壁３０８に近付けるようにアクチュエータを解放することが含まれ得る。したがって、チャンバ空間２０４内で発生した真空は、端部面４０８を空洞壁３０８に向けて引っ張り、シール４１４を圧縮し得る。

【0057】

図１１を参照すると、一実施形態に係る、自動モニタリングデバイスの電気接続の詳細図が示される。図９に関連して以上で説明されたように、センサ３１２は、１つ以上の介在構造体を介して、電気ケーブル８１２に電気的に接続され得る。介在構造体は、バネタイプの接点であってもよい。例えば、支持プレート９０３及びベローズ９０４は、センサ３１２から電源コネクタ８１４へと電気出力信号を伝達し得る。電源コネクタ８１４は、接続プロング１１０２まで後方に延在する長手方向ロッドを有し得る。センサ３１２に接続された電気構造体は、デバイスヘッド５０２に固定され得る。したがって、デバイスヘッド５０２の直線運動は、接続プロング１１０２の直線運動を引き起こし得る。

【0058】

センサ３１２から電気真空フィードスルー８１０に信号を伝達するために使用される電気構造体は、固定部分をさらに含み得る。より具体的には、バネコネクタ１１０４が接続ロッド１００２に取り付けられ得る。接続ロッド１００２は、気圧式アクチュエータ１０１２の第２の端部１０１６に対して固定的であり得る。したがって、デバイスヘッド５０２が、気圧式アクチュエータの作動下で直線的に移動するとき、バネコネクタ１１０４は所定位置に留まる。つまり、バネコネクタ１１０４は固定位置に留まり、接続プロング１１０２は移動する。デバイスヘッド５０２がライナ壁２１２に対して前進するとき、接続プロング１１０２がバネコネクタ１１０４に接触するように、デバイスヘッド５０２の直線動作は行われ得る。これとは対照的に、デバイスヘッド５０２がライナ壁２１２から後退すると、接続プロング１１０２はバネコネクタ１１０４から離間され得る。したがって、デバイスヘッド５０２が前進すると、接続プロング１１０２とバネコネクタ１１０４との間に電気接触が形成され、デバイスヘッド５０２が後退すると、接続プロング１１０２とバネコネクタ１１０４との間に電気切断が生じ得る。さらに、接続プロング１１０２とバネコネクタ１１０４との間に電気接触が形成されると、センサ３１２からの電気出力信号が、電気真空フィードスルー８１０に伝達され得る。これとは対照的に、接続プロング１１０２とバネコネクタ１１０４との間に電気切断が生じると、センサ３１２と電気真空フィードスルー８１０との間で電気信号が伝達されることはない。

【0059】

接続プロング１１０２とバネコネクタ１１０４とを分離する能力により、幾つかの接続プロング１１０２を単一のバネコネクタ１１０４と接触させることが可能であることを理解されるであろう。つまり、バネコネクタ１１０４は、孔３１０に露出されているセンサ３１２に取り付けられたいずれかの接続プロング１１０２と接触する位置に向かって撓み得る。より具体的には、孔３１０に露出された第１のセンサ３１２構造体の接続プロング１１０２は、バネコネクタ１１０４に対して押圧されて、電気接点を形成し得る。第２のセンサ３１２が孔３１０に露出された場合、デバイスヘッド５０２は後退し、第１の接続プロング１１０２がバネコネクタ１１０４から分離する。次いで、デバイスヘッド５０２を回転させて、第２のセンサ３１２を孔３１０と整列させ、デバイスヘッドが解放され得る。デバイスヘッド５０２が空洞壁３０８に向かって前進すると、第２のセンサ３１２に関連付けられた第２の接続プロング１１０２がバネコネクタ１１０４と接触し得る。したがって、各接続プロング１１０２は、回転してバネコネクタ１１０４と整列し、バネコネクタ１１０４と係合し、バネコネクタ１１０４から脱離し、回転してバネコネクタ１１０４との整列から外れることができる。

【0060】

図１２を参照すると、一実施形態に係る、自動モニタリングデバイスの気圧式アクチュエータの詳細図が示される。気圧式アクチュエータ１０１２は、チャンバ壁２１０に取り付けられた第１の端部１０１４、及びデバイスベース５０４に取り付けられた第２の端部１０１６を含み得る。第１の端部１０１４及び第２の端部１０１６は、１つ又は複数の線状バネ１２０２によって移動可能に連結され得る。例えば、左側の線状バネ１２０２は、第１の端部１０１４の第１の壁と第２の端部１０１６の第１の縁との間で圧縮され得る。同様に、右側の線状バネ１２０２は、第１の端部１０１４の第２の壁と第２の端部１０１６の第２の縁との間で圧縮され得る。線状バネは、第１の端部１０１４を第２の端部１０１６から離すよう付勢するための予荷重を与えることができる。

【0061】

線状バネは、配置に応じて、空洞壁３０８から離すように、又は空洞壁３０８に向けてデバイスヘッド５０２を付勢することができる。一実施形態では、線状バネの付勢力は、チャンバ空間２０４内の真空が端部面４０８にもたらす引張を克服するのには不十分である場合がある。したがって、第１の端部１０１４と第２の端部１０１６との間の間隙には、線状バネが存在しているが、そこに間隙を加圧するためのガスが充満してもよい。間隙が加圧されると、第２の端部１０１６を第１の端部１０１４から離すため、デバイスヘッド５０２を空洞壁３０８から後退させ得る。間隙は、例えば、窒素又は別のパージガスを使用して加圧される空洞であり得る。デバイスヘッド５０２の直線的な後退を引き起こすことに加えて、当該圧力は処理チャンバ１１２内の圧力よりも高い場合があり、これにより、ラジカルが、チャンバ空間２０４から逃げず、第１の端部１０１４と第２の端部１０１６との間との空洞に入り込まないことが確実になる。

【0062】

図１３を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図が示されている。デバイスヘッド５０２及び／又はデバイスヘッド５０２内のセンサ３１２を交換する手順が提供される。滑動プレート１００４は、モニタリングデバイス２０８から径方向外側に延在する滑動プロング１３５０を有し得る。一実施形態では、滑動プロング１３５０は、ブラケット１００６内のスロット１３０２を通って延在する。滑動プロング１３５０は、スロット１３０２内の直線的移動を可能ならしめる厚さを有し得るが、スロット１３０２の幅が滑動プロング１３５０の長さより短いため、滑動プロング１３５０の回転が防止される。第１の構成では、モニタリングデバイス２０８が処理チャンバ１１２に取り付けられている場合、滑動プロング１３５０はスロット１３０２内で完全に前方に位置し得る。

【0063】

回転式真空フィードスルー１００８の駆動に使用されるプーリ１３０４及びモータ１３０６は、図１３で示されることに留意されたい。プーリ１３０４は、ホイールの周りで延在し得、ホイールは、モータ１３０６の駆動シャフトに取り付けられ得る。したがって、モータ１３０６は、プーリ１３０４を回転的に駆動することができ、この回転は、上述のように回転式真空フィードスルー１００８に伝達され得る。

【0064】

図１４を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図が示されている。ブラケット１００６の構造により、滑動プロング１３５０が、スロット１３０２を通って直線的に滑動することが可能になり得る。滑動プロング１３５０が直線的に滑動すると、モニタリングデバイス２０８が処理チャンバ１１２から後退し得る。後退している間のモニタリングデバイス２０８の回転は、ブラケット１００６の滑動プロング１３５０とスロット１３０２の相対的寸法によって防止される。モニタリングデバイス２０８の回転を防止することにより、デバイスヘッド５０２と処理チャンバ１１２との間の偶発的な衝突が防止される。したがって、デバイスヘッド５０２が処理チャンバ１１２をクリアするまで、デバイスヘッド５０２内のセンサ３１２は衝撃に対して保護される。

【0065】

図１５を参照すると、一実施形態に係る、モニタリングデバイスのメンテナンス手順の操作を示す斜視図が示されている。モニタリングデバイス２０８が後退して、デバイスヘッド５０２が処理チャンバ１１２をクリアすると、滑動プレート１００４は、ブラケット１００６内で回転して、デバイスヘッド５０２をユーザに向けることができる。より具体的には、モニタリングデバイス２０８の回転により、デバイスヘッド５０２は、ユーザにとってよりアクセス可能になり、デバイスヘッド５０２をデバイスベース５０４から取り外すことが可能になる。ブラケット１００６は、遠位スロット領域より幅広い近位スロット領域を有するので、ブラケット１００６内での滑動プロング１３５０の回転が可能となる。

【0066】

図１６を参照すると、一実施形態に係る、処理システムのモニタリングデバイスの保持に使用される支持ブラケットの詳細図が示されている。ブラケット１００６の近位スロット領域１６０２は、スロット中心１６０６を中心にして鏡像反転された一対の曲線状表面を含む。より具体的には、第１の曲線輪郭面１６０４は、スロット１３０２の上面から第１のスロットストップ１６０８に向かって上向きに緩やかに延びる。同様に、第２の曲線輪郭面１６０４は、スロット１３０２の端部から第２のスロットストップ１６０８に向かって下向きに緩やかに延びる。曲線輪郭面１６０４は、スロット中心１６０６を通過する水平面を軸として鏡像反転され得る。第１の曲線輪郭面１６０４と第２の曲線輪郭面１６０４との間の径方向距離は、滑動プレート１００４の長さよりも大きい場合がある。したがって、滑動プレート１００４が近位スロット領域１６０２内に後退すると、近位スロット領域１６０２にわたる幅は、滑動プレート１００４の長さよりも大きく、滑動プレート１００４は、スロット中心１６０６を中心にして回転することができる。滑動プレート１００４の回転は、滑動プレート１００４の上面が第１のスライドストップに接触するまで、且つ／又は滑動プレート１００４の下面が第２のスライドストップに接触するまで続く。したがって、ブラケット１００６は、処理チャンバ１１２における遠位端と近位スロット領域１６０２との間において滑動プレート１００４の直線運動を可能にするスロット１３０２を含む。ただし、スロット１３０２は、近位スロット領域１６０２内での滑動プレート１００４の回転運動を可能にする。

【0067】

モニタリングデバイス２０８の構成要素は、処理チャンバ設計で一般的に使用される材料で形成され得る。例えば、チャンバ空間２０４及び／又は真空に露出される各構成要素は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は適切なポリマーから形成され得る。幾つかの実施例がここで例示されている。接続プロング１１０２は、ステンレス鋼であってもよい。接続ロッド１００２は、アルミニウムであってもよい。デバイスヘッド５０２及びデバイスベース５０４は、アルミニウムであってもよい。支持プレート９０３は、アルミニウムであってもよい。したがって、モニタリングデバイス２０８の構成要素は、処理構成チャンバ１１２内で発生するラジカル及び／又は真空に安全に曝され得る。

【0068】

図１７を参照すると、一実施形態に係る、ウエハ製造処理のモニタリングの方法の工程を表すフロー図が示されている。一実施形態では、ウエハ製造処理は、ＳＲＰであり、センサ３１２は、ＳＲＰのエッチング速度をモニタリングするための共振マイクロバランスを含む。工程１７０２では、材料のウエハ２０２が、処理ツール１０２のチャンバ空間２０４の中にローディング（配置）される。ウエハ２０２の材料は、上述のように半導体材料であってもよく、又はそうでなくてもよい。例えば、ウエハ２０２は、第２の材料（半導体又は非半導体材料）のコーティング層を有する第１の材料（半導体又は非半導体材料）であってもよい。ウエハ材料には、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の誘電材料、ＷやＣｕなどのインターコネクタに使用される金属材料、ＰＥＣＶＤハードマスクカーボン、ガラス、シリコンなどのハードマスクエッチング材料が含まれ得る。ウエハ材料は、任意の基板材料であってもよい。エッチング処理が、遠隔プラズマ源又はマイクロ波プラズマ源のいずれかによってラジカルをチャンバ空間２０４内に導入するラジカルエッチングタイプの処理である場合、モニタリングデバイス２０８によって、選択的エッチング速度をモニタリングすることができる。

【0069】

ライナ壁２１２は、チャンバ空間２０４の周りで延在し得、したがって、ライナ壁２１２は、ウエハ２０２を取り囲み得る。上述のように、ライナ壁２１２は、チャンバ空間２０４と外側ライナ表面３０４との間に孔３１０を含むので、ＳＲＰがウエハ２０２上で実行されると、ラジカル及び材料は、孔３１０を通して、チャンバ空間２０４からライナ壁２１２の外側の領域に伝達され得る。したがって、端部面４０８の第１の領域は、ライナ壁２１２の孔３１０に露出され得る。例えば、第１のセンサ３１２を検出位置に回転させることができる。この場合、第１のセンサ３１２は、孔３１０を通してチャンバ空間２０４に露出される。つまり、モニタリングデバイス２０８は、孔３１０と整列するセンサ表面５１２を有するセンサ３１２を含み得る。第１のセンサ３１２が検出位置にあるとき、他のセンサ３１２は、隔離位置に維持されて、処理に曝されないことがある。

【0070】

工程１７０４では、ウエハ製造処理が、チャンバ空間２０４内で開始される。例えば、ＳＲＰにおいて、材料がウエハ２０２から除去される。上記のように、センサ表面５１２は、材料を含み得る。したがって、ウエハ製造処理の間、材料は、孔３１０を通してセンサ表面５１２から除去され得る。

【0071】

工程１７０６では、センサ表面５１２から材料を除去したことに応答して、センサ３１２のパラメータの変化が検出される。センサ３１２の種類は、以下でさらに説明される。しかしながら、一例として、センサ３１２の質量が変化すると、センサ３１２からの電気信号の周波数が変化し得る。ＳＲＰをモニタリングするために周波数の変更を使用することができる。

【0072】

工程１７０８では、センサ表面５１２からの材料の除去の速度は、パラメータの変化に基づいて判定され得る。例えば、センサ３１２からの電気信号の周波数が変化すると、コンピュータシステム１０４は、周波数データを使用して材料除去速度を判定することができる。同様に、この変化を使用して、センサ３１２から除去された材料の量、及びウエハ２０２から除去された材料の量を検出することができる。

【0073】

工程１７１０では、端部面４０８の第２の領域が、孔３１０に露出され得る。例えば、端部面４０８のブランク領域４１０が、孔３１０に露出され得る。センサ表面５１２を孔３１０との整列から外し、ブランク領域４１０を移動させて孔３１０と整列させることにより、ブランク領域４１０が孔３１０に露出され得る。例えば、上述のように、デバイスヘッド５０２は、空洞壁３０８から後退し、中心軸４０４の周りで回転し、空洞壁３０８に向かって前進し得る。ユーザ又は気圧式アクチュエータ１０１２によって手動の力又は自動的な力がもたらされるとき、真空下でデバイスヘッド５０２の後退と前進を実行することができる。

【0074】

工程１７１２では、ライナ壁２１２を洗浄するために、ＩＣＣ処理が開始される。ＩＣＣ処理の間、すべてのセンサ３１２が、チャンバ空間２０４内で発生するラジカル及びガスから隔離され得る。例えば、各センサ３１２を取り囲むそれぞれのセンサシール５１４は、空洞壁３０８と端部面４０８との間で圧縮され得、これにより、各センサ３１２は、攻撃的なＩＣＣから保護され得る。

【0075】

図１８Ａを参照すると、一実施形態に係る、処理システムの共鳴型センサの概略図が示されている。一実施形態では、ウエハ処理ツール１０２の１つ以上のセンサ３１２は、共振器１８０２を含む。共振器１８０２は、例えば、水晶マイクロバランス（ＱＣＭ）、表面弾性波（ＳＡＷ）、又は薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）などの適切な共振質量センサであってもよい。これらはすべて、その表面に堆積した材料の累積質量を数値化する。簡潔にまとめて理解を容易にすることを目的として、説明を簡略化するために、本明細書は、共振器１８０２の複雑性及び多様性を説明していない。各共振器１８０２は、当技術分野で周知のように、特性周波数、例えば、共振周波数を有し得る。例えば、さらに詳細に説明することはないが、共振器１８０２は、図１８Ａに示す単純な質量‐バネシステム（ｍａｓｓ－ｓｐｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）によって表すことができる。共振器１８０２の特性周波数は、共振器１８０２システムの質量（ｍａｓｓ）１８０４と反比例し得る。例えば、特性周波数は、共振器１８０２システムの「Ｍ」で割った「ｋ」の平方根に比例し得る。ここで、「Ｍ」は質量１８０４に対応し、「ｋ」は、共振器１８０２システムのバネ定数に対応する。したがって、例えば、ウエハ製造処理の間、共振器１８０２が材料１８０６を受けたり、又は出したりするときに、特性周波数がシフトすることを認知されたい。より具体的には、材料１８０６（例えば、半導体材料）が、ウエハ処理ツール１０２内の共振器１８０２のセンサ表面５１２に堆積されるか、又はセンサ表面５１２から除去されると、共振器１８０２の質量１８０４は変化し、ひいては特性周波数がシフトする。

【0076】

共振器１８０２のセンサ表面５１２は、露出された表面、例えば、孔３１０に向かって前方に向く表面であり得る。しかしながら、センサ表面５１２を有する共振器１８０２の一部は、幾つかの層を含み得る。例えば、共振器１８０２は、センサ表面５１２を有する上層１８１０の下にベース層１８０８を含み得る。ベース層１８０８及び上層１８１０は、同じ材料を含み得る。例えば、ベース層１８０８及び上層１８１０は、同じシリコン材料から形成され得る。一実施形態では、ベース層１８０８は、上層１８１０とは異なる材料から形成される。例えば、ベース層１８０８は、共鳴体６０２であってもよく、上層１８１０は、ベース層１８０８に堆積されたシリコン材料のコーティングであってもよい。したがって、上層１８１０は、ベース層１８０８の一部を覆い得る。

【0077】

一実施形態では、センサ表面５１２は、材料１８０６を含む。さらに具体的には、センサ３１２は、ウエハ製造処理中にウエハ２０２上に堆積された又はウエハ２０２から除去された材料と同じ材料から形成されたセンサ表面５１２を含み得る。例えば、ウエハ製造処理が、シリコンをシリコンウエハ２０２に堆積させる堆積処理である場合、センサ表面５１２は、シリコンを含み得る。これにより、堆積された材料１８０６は、確実に、ウエハ２０２との相互作用と同じような態様でセンサ表面５１２と相互作用する。同様に、ウエハ製造処理が、シリコンをシリコンウエハ２０２から除去するエッチング処理である場合、センサ表面５１２は、シリコンを含み得る。これにより、シリコンをシリコンウエハ２０２から除去する速度と同じような速度で、材料１８０６が確実にセンサ表面５１２からエッチングされる。したがって、センサ表面５１２は、ウエハ２０２の表面を模擬的に再現して、ウエハ製造処理中にウエハ２０２に同時に発生する実際の堆積速度又は除去速度を測定する。

【0078】

図１８Ｂを参照すると、一実施形態に係る、処理システムの共鳴型センサの概略図が示されている。センサ３１２として使用され得る特定の種類の共振器１８０２は、ＭＥＭＳ共振質量センサ、例えば、熱駆動型高周波単一結晶シリコン共振器である。このような共振器１８０２は、単一のマスク処理を使用する個々のデバイス又はアレイとして製造され得る。共振器１８０２は、対称面１８１６の両側に２つのパッド１８１２を含み得る。変動電流が２つのパッド１８１２間で通流して、電流路において交流電流（ＡＣ）の抵抗損失成分が発生し得る。一実施形態では、ほとんどの抵抗損失は、パッド１８１２を相互接続する薄いピラー１８１８内で起こる。薄いピラー１８１８は、中央に位置して、パッド１８１２間で対称面１８１６に直交する方向に延在し得る。ピラー１８１８で生じた変動温度により、ピラー１８１８に交流力及び交流熱応力が生じ、面内共振モードで共振器１８０２が起動される。面内共振モードでは、質量１８０４（例えば、「Ｍ」）を有するパッド１８１２は、反対方向に振動する。したがって、共振時は、共振器１８０２は、振動パッド１８１２の特性周波数を含み、ピラー１８１８の抵抗は、ピエゾ抵抗効果に起因する交互する機械応力によって調節される。したがって、特性周波数に対応する共振器１８０２において検出可能な小さな信号運動電流が存在する。

【0079】

図１９を参照すると、一実施形態に係る、処理システムのトランジスタセンサ型のセンサの概略図である。一実施形態では、ウエハ処理ツール１０２の１つ以上のセンサ３１２は、トランジスタセンサ１９０２を含む。トランジスタセンサ１９０２は、１つ以上のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１９０４を含み得る。ＭＯＳＦＥＴ１９０４は、源１９０６、ドレイン１９０８、及びゲート１９１０を含み得る。トランジスタセンサ１９０２は、ウエハ製造処理中に材料１８０６を受けたり、又は排出するために、図１８Ａ及び図１８Ｂに関連して説明された質量１８０４と同様のコレクタ１９１２をさらに含み得る。コレクタ１９１２は、ＭＯＳＦＥＴ１９０４から物理的に分離され得るが、その副次成分は互いに電気接続され得る。例えば、コレクタ１９１２は、電気トレース１９１４を通してＭＯＳＦＥＴ１９０４のゲート１９１０に電気接続され得る。したがって、コレクタ１９１２がＭＯＳＦＥＴ１８０４から離間された所定位置に配置されているときでさえも、ＭＯＳＦＥＴ１９０４は、材料１８０６がコレクタ１９１２に着地したか、又はコレクタ１９１２から蒸発したかを検出するように構成され得る。

【0080】

コレクタ１９１２は、材料１８０６を受けるようにサイズ形成及び構成され得る。例えば、材料１８０６の粒子の典型的なサイズは、４５ナノメートルから１ミクロンの範囲内であってよく、したがって、コレクタ１９１２は、少なくとも１ミクロンの直径を有する外側リムを有する外形輪郭を含み得る。下向き方向に見たときの外側リムの形状は、円形、長方形、又は任意の他の形状であってよい。さらに、コレクタ１９１２は、平面であってもよく（例えば、平坦なセンサ表面５１２を有してもよい）、又は円錐状のセンサ表面５１２を有してもよい。一実施形態では、コレクタ１９１２は、ＭＯＳＦＥＴ１９０４から分離した構造ではなく、その代わりに、ＭＯＳＦＥＴ１９０４に組み込まれる。例えば、コレクタ１９１２は、ＭＯＳＦＥＴ１９０４のゲート１９１２上の収集領域であってもよい。

【0081】

上述した共振器１８０２と同様に、トランジスタセンサ５０２のコレクタ１９１２は、ウエハ２０２の表面を模擬的に再現するように構成されたセンサ表面５１２を含み得る。例えば、コレクタ１９１２上のセンサ表面５１２は、孔３１０に向かって前方方向を向くように配向され得る。コレクタ１９１２は、例えば、同一の又は異なる材料のベース層１８０８及び上層１８１０を有する多層構造を含み得る。

【0082】

一実施形態では、トランジスタセンサ１９０２のパラメータは、ＭＯＳＦＥＴ１９０４に対応する。より具体的には、トランジスタセンサ１９０２のパラメータは、ゲート１９１０にわたって測定されたＭＯＳＦＥＴ１９０４の閾値電圧であり得る。閾値電圧は、コレクタ１９１２上の材料１８０６の存在又は不在に直接対応し得る。例えば、閾値電圧は、第１の量の材料１８０６がコレクタ１９１２上にあるときに第１の値を有し得、コレクタ１９１２上に第２の量の材料１８０６があるときに、第２の値（第１の値とは異なる）を有し得る。したがって、コレクタ１９１２のセンサ表面５１２に集まった又はセンサ表面５１２から放出された材料１８０６は、トランジスタセンサ１９０２の閾値電圧に基づいて判定することが可能である。コンピュータシステム１０４のプロセッサを閾値電圧の変化を検出するように構成することができる。したがって、閾値電圧の変化が検出されたとき、ウエハ処理ツール１０２は、この変化を、材料の堆積又は除去量として認知し得る。ウエハ２０２のための材料の実際の堆積速度又は除去速度を判定するために、経時的に閾値電圧のログを記録することができる。

【0083】

センサ３１２には、他のセンサタイプが含まれ得る。例えば、ウエハ処理ツール１０２の１つ以上のセンサ３１２は、光学センサ（図示せず）であってもよい。光学センサは、当技術分野で周知のマイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）であってもよく、周知の処理工程、例えば、半導体処理工程を使用して、基板上に直接形成され得る。簡潔にまとめて理解を容易にすることを目的として、説明を簡略化するために、本明細書は、ＭＯＥＭＳの複雑性及び多様性を説明していない。光学センサは、基板のセンサ表面５１２にわたって分散した幾つかのマイクロミラー又はレンズを含み得る。さらに詳細に説明することはないが、光学センサは、光源から発せられる光路を含み得る。光路は、光源と光検出器との間にあってよい。一実施形態では、光学センサのパラメータは、光検出器において光を光源から受けたか否かに対応する。例えば、パラメータは、材料が光路を妨げることに応じて変化し得る。つまり、材料の粒子が、光路を通過するか、又は光路に留まり、光源と光検出器との間の光を遮ると、パラメータが変化し得る。一実施形態では、粒子が光学センサを通過したとき、光源からの光は、異なる光路に沿って反射し、別の光検出器に向かう。別の光検出器によって反射光を検出すると、結果的に、光学センサのパラメータの変化が生じ得る。パラメータは、例えば、光検出に対応する光学センサの出力電圧であり得る。コンピュータシステム１０４のプロセッサは、出力電圧の変化を検出するように構成され得、これにより、出力電圧の変化及び／又は光路における妨害が検出されたときに、ウエハ処理ツール１０２は、この変化を、基板上のセンサ表面５１２の材料の堆積又はセンサ表面５１２からの材料の除去として認知することができ、したがって、堆積／除去の量及び／又は速度をリアルタイムで測定且つモニタリングすることができる。

【0084】

上述したタイプのセンサは、外部の圧力から独立した電気パラメータに基づいて動作するため、例えば、共振器１８０２、トランジスタセンサ１９０２、又は光学センサなどの１つ以上のセンサ３１２を有するウエハ処理ツール１０２は、真空条件下を含む任意の圧力レジームで動作し得ることを理解されたい。同様に、センサ３１２は、プラズマ不在条件を含む、チャンバ空間２０４のガス密度に関わらず動作し得る。コンピュータシステム１０４にデータを送信するために、すべてのセンサタイプから電気ケーブル８１２及び電気真空フィードスルー８１０に電気パラメータを出力することができる。

【0085】

図２０を参照すると、一実施形態に係る、処理システムの例示的なコンピュータシステムのブロック図が示されている。コンピュータシステム１０４は、ウエハ処理ツール１０２の電子回路と連動する製造設備ホストコンピュータであってもよい。一実施形態では、コンピュータシステム１０４は、ロボット、ロードロック１１０、処理チャンバ１１２、モニタリングデバイス２０８、及びウエハ処理ツール１０２の他の構成要素に連結され、これらを制御する。コンピュータシステム１０４は、上述したように、センサ３１２によって提供される材料の堆積／除去情報を受信及び解析することができる。

【0086】

コンピュータシステム１０４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットにおいて、他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）され得る。コンピュータシステム１０４は、クライアントサーバネットワーク環境では、サーバ又はクライアントマシンの役割で、又は、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境では、ピアマシンとして作動し得る。コンピュータシステム１０４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、又はそのマシンによって行われる動作を特定する（連続した又は別様な）命令のセットを実行可能な任意のマシンであってもよい。さらに、コンピュータシステム１０４として単一のマシンのみが示されているが、「マシン」という用語は、本明細書に記載された方法のうちの任意の１つ又は複数を実施するために、命令のセット（又は複数のセット）を個々に又は連携的に実行するマシン（例えば、コンピュータ）の任意の集合体を含むとさらに解釈すべきである。

【0087】

コンピュータシステム１０４は、命令が記憶された非一過性のマシン可読媒体を有するコンピュータプログラム製品、又はソフトウェア２００２を含んでもよく、これらの命令は、諸実施形態による処理を実施するコンピュータシステム１０４（又は、他の電子デバイス）をプログラミングするために使用され得る。マシン可読媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって可読な形態で情報を保存又は伝送する任意の機構を含む。例えば、マシン可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等）、マシン（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気的形態、光学的形態、音響的形態、又はその他の伝播信号の形態（例えば、赤外線信号、デジタル信号等））等を含む。

【0088】

一実施形態では、コンピュータシステム１０４には、バス２００９を介して互いに通信し合う、システムプロセッサ２００４、メインメモリ２００６（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））、スタティックメモリ２００８（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）、及び二次メモリ（例えば、データ記憶デバイス２０２４）が含まれる。

【0089】

システムプロセッサ２００４は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理ユニット、又は同等物などの１つ以上の汎用処理デバイスを表す。より具体的には、システムプロセッサ２００４は、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、他の命令セットを実行するシステムプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実行するシステムプロセッサであり得る。さらに、システムプロセッサ２００４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどの１つ以上の特殊用途処理デバイスであってもよい。システムプロセッサ２００４は、本明細書に記載された工程を実行するための処理ロジック２０１０を実施するように構成されている。

【0090】

コンピュータシステム１０４は、ネットワーク２０１４を介して、他のデバイス又はマシン（例えば、ウエハ処理ツール１０２）と通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス２０１２をさらに含み得る。コンピュータシステム１０４は、ビデオディスプレイユニット２０１６（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス２０１８（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス２０２０（例えば、マウス）、及び信号生成デバイス２０２２（例えば、スピーカ）をさらに含み得る。

【0091】

二次メモリは、本明細書に記載された方法又は機能のうちの１つ以上のいずれかを具現化する１つ以上の命令セット（例えば、ソフトウェア２００２）が記憶される、マシンによってアクセス可能な記憶媒体２０２６（又はより具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）を有するデータストレージデバイス２０２４を含み得る。ソフトウェア２００２は、コンピュータシステム１０４によって実行されている間、メインメモリ２００６及び／又はシステムプロセッサ２００４の中に、完全に又は少なくとも部分的に存在してもよい。さらに、メインメモリ２００６及びシステムプロセッサ２００４は、マシン可読記憶媒体を構成し得る。ソフトウェア２００２は、システムネットワークインターフェースデバイス２０１２を介して、ネットワーク２０１４上でさらに伝送又は受信され得る。

【0092】

例示的な実施形態では、マシンによってアクセス可能な記憶媒体２０２６は、単一の媒体として示されているが、「マシン可読記憶媒体」という用語は、１つ以上の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中データベース若しくは分散データベース、並びに／又は関連キャッシュ及びサーバ）を含むと解釈すべきである。さらに、「マシン可読記憶媒体」という用語は、マシンによって実施される命令のセットを記憶又は符号化することが可能であり、且つ、方法のうちの１つ以上のいずれかをマシンに実施させる任意の媒体を含むと解釈すべきである。したがって、「マシン可読記憶媒体」という用語は、固体メモリ、光学媒体、及び磁気媒体を含むと解釈すべきであるが、これらに限定されない。

【0093】

システムプロセッサ２００４は、モニタリングデバイス２０８のモニタリングデバイス回路２０３０と電気接続するように配置され得る。例えば、バス２００９は、システム構成要素（例えば、電気ケーブル８１２、及び電気真空フィードスルー８１０）との１つ以上の入出力（Ｉ／Ｏ）接続を介して、センサ３１２信号を受信し得る。さらに、モニタリングデバイス回路２０３０の一部は、コンピュータシステム１０４と併置され得る。例えば、モニタリングデバイス回路２０３０は、周波数源（例えば、広周波数源）、又は検出器を含み得る。周波数源及び検出器は、ウエハ処理ツール１０２のセンサ３１２の特定の実施形態に関連する特定用途を有することがある。例えば、周波数源は、共振器１８０２に電気駆動信号を出力し得る。検出器は、センサ表面５１２に堆積された質量１８０４に対応するセンサ３１２から出力信号を受信し得る。共振器１８０２の特性周波数におけるシフトを検出するために、周波数源と検出器が、ウエハ処理ツール１０２のコンピュータシステム１０４に組み込まれ得る。

【0094】

モニタリングデバイス回路の周波数源は、共振器１８０２を励起するために使用される広周波数源であってよい。モニタリングデバイス回路の検出器は、共振器１８０２の特性周波数をモニタリングして、特性周波数のシフトを検出することができる。例えば、検出器は、特性周波数（例えば、出力電圧又は電流）に対応する信号をプロセッサ２００４に出力することができる。プロセッサ２００４は、出力電圧を受信して、特性周波数のシフトを認識するように構成され得る。したがって、共振器１８０２の出力電圧及び／又は特性周波数が検出されると、ウエハ処理ツール１０２は、この変化を、共振器１８０２のパッド１８１２上のセンサ表面５１２への材料の堆積又はセンサ表面５１２からの材料の除去のインスタンスとして認知することができる。堆積及び除去のログが経時的に記録され、材料の堆積及び／又は除去の速度が検出され得る。共振器１８０２の質量１８０４が増減すると、例えば、材料が、共振器１８０２に蓄積するか、又は共振器１８０２から蒸発すると、特性周波数はシフトダウンし、それにより、ウエハ処理ツール１０２が、リアルタイムでウエハ製造処理の堆積及び／又は除去速度をモニタリングし、測定することが可能になる。

【0095】

上述の明細書では、特定の例示的な実施形態が説明された。以下の特許請求の範囲から逸脱せずに、特定の例示的な実施形態に様々な修正を加え得ることが明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定を意味するよりも、例示を意味すると見なすべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】