特許 7170099 リアルタイムのプロセス評価

(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】2022-11-02

(45)【発行日】2022-11-11

(54)【発明の名称】リアルタイムのプロセス評価

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20221104BHJP

   H05H 1/00 20060101ALN20221104BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 103

H05H1/00 A

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021117170

(22)【出願日】2021-07-15

(62)【分割の表示】P 2018539036の分割

【原出願日】2016-12-13

(65)【公開番号】P2021180321

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2021-08-13

(31)【優先権主張番号】15/009,705

(32)【優先日】2016-01-28

(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・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】テデスキ， レナード

(72)【発明者】

【氏名】ラーマスワーミ， カーティク

【審査官】高柳 匡克

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５０５９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５１３５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２３４３９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２４４１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５３１１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の支持面に形成された複数のセンサであって、各センサが処理条件に対応する出力信号を生成可能である、複数のセンサと、
前記基板の前記支持面の上または中にパターン形成された複数の特徴であって、前記パターン形成された複数の特徴の対応する１つが前記複数のセンサの対応する１つに近接している、パターン形成された複数の特徴と、
前記基板の上に形成されたネットワークインターフェースデバイスであって、前記複数のセンサの各々が、前記ネットワークインターフェースデバイスに通信可能に接続される、ネットワークインターフェースデバイスと
を含むプロセスモニタリングデバイス。

【請求項2】

前記ネットワークインターフェースデバイスが、前記基板の前記支持面の上にはない、請求項１に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項3】

前記ネットワークインターフェースデバイスが、前記基板内の空洞の中にある、請求項２に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項4】

前記センサの各々が、ビア構造によって前記ネットワークインターフェースデバイスに通信可能に接続される、請求項３に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項5】

前記複数のセンサが、前記支持面で一又は複数のゾーンにわたって分散される、請求項１に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項6】

前記複数のセンサが、複数のセンサバンクにグループ化される、請求項１に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項7】

各センサバンクが複数のセンサを含み、かつ各センサバンクが一又は複数の異なる種類のセンサを含む、請求項６に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項8】

前記センサのうちの少なくとも１つが、トランジスタセンサである、請求項７に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項9】

前記センサのうちの少なくとも１つが、共振器センサである、請求項７に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項10】

前記出力信号が電圧、電流、周波数又は時間測定値であり、前記処理条件が、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマの電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）、又はＶＤＣのうちの一又は複数を含む、請求項１に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項11】

前記支持面上の交換可能な層
を更に含む、請求項１に記載のプロセスモニタリングデバイス。

【請求項12】

処理動作をモニタリングするためのシステムであって、
一又は複数の処理ステーションを含む処理ツールと、
前記処理ステーションの一又は複数内で処理されるような大きさのプロセスモニタリングデバイスであって、
基板と、
前記基板の支持面に形成された複数のセンサであって、各センサが処理条件に対応する出力信号を生成可能である、複数のセンサと、
前記基板の前記支持面の上または中にパターン形成された複数の特徴であって、前記パターン形成された複数の特徴の対応する１つが前記複数のセンサの対応する１つに近接している、パターン形成された複数の特徴と、
前記基板の上に形成されたネットワークインターフェースデバイスであって、前記複数のセンサの各々が、前記ネットワークインターフェースデバイスに通信可能に接続される、ネットワークインターフェースデバイスと、
を含む前記プロセスモニタリングデバイスと、
前記ネットワークインターフェースデバイスにより前記プロセスモニタリングデバイスに通信可能に接続される、コンピュータと
を含むシステム。

【請求項13】

前記出力信号が電圧、電流、周波数又は時間測定値であり、前記処理条件が、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマの電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）、又はＶＤＣのうちの一又は複数を含む、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記支持面上の交換可能な層
を更に含む、請求項１２に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月２８日に出願された「リアルタイムのプロセス評価（ＲＥＡＬ ＴＩＭＥ ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ）」と題する米国仮特許出願第１５／００９，７０５号の利益を主張するものであり、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

実施形態は、半導体処理の分野に関し、特にリアルタイムで処理を評価するためのデバイス及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

堆積速度及び除去速度は、典型的には、所与の時間量の間、基板を処理し、次いで膜の厚さ測定ツール（例えば、エリプソメータ）を使用して堆積又は除去される膜の量を測定することによって測定される。この技法の問題点は、プロセスの最終結果のみが判定される可能性があることである。よって、処理過程中の膜へのリアルタイムの変化を判定することができない。幾つかの場合において、発光分光法（ＯＥＳ）の使用は、プラズマについてのいくらかのリアルタイム情報を提供することができるが、プラズマが基板の表面上に及ぼす影響を判定する能力は依然として欠けている。更に、ＯＥＳは、遠隔プラズマでの使用には適していない。

【発明の概要】

【0004】

実施形態は、プロセスモニタリングデバイス、及びそのようなプロセスモニタリングデバイスを使用する方法を含む。１つの実施形態では、プロセスモニタリングデバイスは、基板を含む。プロセスモニタリングデバイスはまた、基板の支持面に形成された複数のセンサを含みうる。実施形態によれば、各センサは、処理条件に対応する出力信号を生成可能である。更に、実施形態は、基板の上に形成されるネットワークインターフェースデバイスを含むプロセスモニタリングデバイスを含む。実施形態によれば、複数のセンサの各々は、ネットワークインターフェースデバイスに通信可能に接続される。ネットワークインターフェースデバイスにより、センサから取得された出力信号が、処理動作中に、外部コンピュータに無線で送信可能となる。

【0005】

基板処理動作をモニタリングするための方法がまた、幾つかの実施形態に含まれる。実施形態では、プロセスモニタリング方法は、処理ステーションでプロセスモニタリングデバイスに処理動作を開始することを含みうる。例えば、処理ステーションは、堆積プロセス又はエッチングプロセスにおけるチャンバなどの任意の処理ツールでありうる。実施形態によれば、プロセスモニタリングデバイスは、プロセスモニタリングデバイスの支持面にわたって分散した複数のセンサを含む。センサの各々は、処理チャンバにおける処理条件に対応するセンサ出力を生成する。実施形態によれば、方法はまた、処理動作中にプロセスモニタリングデバイスからセンサ出力を受信することを含みうる。幾つかの実施形態では、方法はまた、プロセスモニタリングデバイスにおけるクロックを、処理ステーションに関連するクロックと同期させることを含みうる。

【0006】

上記の概要は、すべての実施形態の網羅的な列挙を含んでいない。上記に要約された様々な実施形態、更には以下の詳細な説明に開示され、特に本出願と共に提出される特許請求の範囲において指摘される様々な実施形態のすべての適切な組み合わせから実施することができる、すべてのシステム及び方法が含まれることが企図される。そのような組合せは、上記要約に特筆されない特定の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】実施形態による複数のセンサバンクを含むプロセスモニタリングデバイスの図である。

【図1B】実施形態による交換可能な層の上に形成された複数のセンサバンクを含むプロセスモニタリングデバイスの図である。

【図2】実施形態によるプロセスモニタリングデバイスの上に形成されうるセンサバンクの図である。

【図3】実施形態によるプロテスモニタリングデバイスに装着される電子回路の図である。

【図4A】実施形態によるセンサバンクに含まれうるセンサの図である。

【図4B】実施形態によるセンサバンクに含まれうるセンサの図である。

【図4C】実施形態によるセンサバンクに含まれうるセンサの図である。

【図5】実施形態による、基板処理ツールのチャンバ内に置かれるプロセスモニタリングデバイスの図である。

【図6】実施形態による、処理ツール内でリアルタイムのプロセス評価を提供するための方法における工程を表すフローチャートの図である。

【図7】実施形態による、複数のセンサバンクでプロセスモニタリングデバイスを使用及び再表面化するための方法における工程を表すフローチャートの図である。

【図8】実施形態による、プロセスモニタリングデバイスと併用されうる例示的コンピュータシステムのブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

処理動作中に基板上の処理条件をモニタリングするために使用されるデバイス及び方法が、様々な実施形態に従って説明される。以下の説明では、実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が説明される。当業者には、これらの特定の詳細がなくても実施形態を実施できることは明らかであろう。他の例では、周知の態様は、実施形態を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明しない。更に、添付の図面に示された様々な実施形態は、例示的に表されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないと理解すべきである。

【0009】

様々な基板処理動作で使用される処理動作を検証するための既存の技術は、時間がかかり高価である。例えば、堆積プロセスを検証する必要があるとき、サンプル基板を堆積チャンバ内に置き、基板の表面上に層を堆積させる。その後、基板を堆積チャンバから除去し、異なるツールを用いて分析する。例えば、堆積プロセスによって得られた最終的な膜の厚さを決定するために、エリプソメータなどの計測ツールが使用されうる。

【0010】

この典型的な検証プロセスには幾つかの欠点がある。まず、プロセス検証は、複数のツールを使用する。追加の計測ツールは、製造施設内の貴重なスペースを占有する。加えて、複数のツールを使用することにより、追加の基板搬送動作が必要になり、よって、プロセスの検証に必要な時間が増加する。第２に、プロセス検証は、プロセスが完了した後に膜の厚さを決定することができるのみである。したがって、現在のプロセス検証技術により、時間の経過に伴った厚さの変化をリアルタイムで決定することはできない。

【0011】

したがって、実施形態は、プロセスモニタリングを処理中に発生可能にするプロセスモニタリングデバイスを含む。よって、実施形態は、高価な計測機器の必要性を排除し、処理動作中の基板上で条件のリアルタイム分析を可能にする。更に、実施形態は、同時に複数の異なるプロセスパラメータの分析を可能にする。例えば、膜の厚さ（例えば、堆積プロセス又はエッチングプロセス中の）、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマの電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）、電圧直流（ＶＤＣ）などが、処理動作中にモニタされうる。

【0012】

複数の異なる処理条件のリアルタイムの変化をモニタリングすることにより、プロセス検証に加えて、プロセスの最適化が可能になりうる。複数のプロセスパラメータをモニタする能力は、あるプロセス条件の変化が他のプロセス条件の変化にどのように影響するかを分析するために使用できる実験計画（ＤＯＥ）を実施可能にする。例えば、ＶＤＣと表面温度との間の関係は、ＶＤＣの変化を含むプロセス方策を実行し、ＶＤＣの変化に応じて表面温度がどのように変化するかをモニタリングすることによって決定することができる。各処理条件が基板表面に及ぼす影響を理解することにより、より堅牢なプロセス及びハードウエアが可能になる。加えて、チャンバマッチングはまた、ツール間の小さな差異をモニタ及び制御することができるので、改善されうる。

【0013】

以下に説明するプロセスモニタリングデバイス及び方法は、リアルタイムのプロセスモニタリングが有益な任意のフォームファクタ（形状要因）又はプロセスで使用できるだろうと理解されよう。より具体的には、集積回路製造のためのウエハ処理に関してプロセスモニタリングデバイス及び方法が記載されているが、デバイス及び方法はまた、エレクトロニクス産業におけるディスプレイ及び／又はソーラ産業における光電池のような他の技術での使用にも適合されうる。

【0014】

図１Ａを参照すると、プロセスモニタリングデバイス１００の図が、実施形態にしたがって示される。プロセスモニタリングデバイス１００は、全体的なフォームファクタ及び／又は半導体ウエハと同じ材料及び形状を有する基板１０２を含みうる。１つの実施形態では、基板１０２は、少なくとも部分的に半導体材料から構成されうる。例えば、基板１０２は、結晶シリコン材料、結晶ＩＩＩ－Ｖ半導体材料、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）などでありうる。更に、基板１０２は、本質的にディスク形状であり、直径１０６を有する支持面１０４を含むウエハフォームファクタを有しうる。支持面１０４は、ディスクの上面であってもよく、基板１０２の底面（図示せず）は、支持面１０４から厚さ１０９だけ離間していてもよい。実施形態では、基板１０２のウエハフォームファクタは、９５～４５５ｍｍの間の直径１０６（例えば、直径１０６は、公称では１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍでありうる）を含む。更に、基板１０２のウエハフォームファクタは、１ｍｍ未満（例えば、５２５μｍ、７７５μｍ、又は９２５μｍ）の厚さ１０９を含みうる。

【0015】

厚さ１０９はまた、１ｍｍより大きくてもよい（例えば、数ミリメートルから１０ｍｍまで）。したがって、プロセスモニタリングデバイス１００は、容易に入手可能なウエハ材料並びに典型的なウエハ製造プロセス及び機器を使用して製造され、ウエハ処理ツールで処理されるときに、本質的に半導体ウエハをシミュレートしうる。追加の実施形態によれば、基板１０２は、典型的には基板処理ツールで処理される任意の種類の基板のフォームファクタを有しうる。例えば、ディスプレイ技術で使用されるガラスパネル（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ベースのディスプレイ）もまた、基板１０２として使用されうる。

【0016】

プロセスモニタリングデバイス１００は、所定の場所で支持面１０４に製造又は装着される一又は複数のセンサバンク（ｓｅｎｓｏｒ ｂａｎｋ：センサ群またはセンサ集合体）１０８を含みうる。実施形態によれば、各センサバンク１０８は、一又は複数のセンサ及び／又はパターン形成された特徴（例えば、フィン、トレンチなど）を有しうる。個別のセンサ及びパターン形成された特徴は、図を不明瞭にしないように図１Ａには示されておらず、以下で更に詳細に説明されることになる。実施形態において、複数の（例えば、何千万の）センサバンク１０８が、支持面１０４の上に構築され又は載置されてもよい。各センサバンク１０８は、既知の場所を有しうる。例えば、第１のセンサバンクは、第１の場所１１０に位置し、第２のセンサバンクは、第２の場所１１２に位置しうる。第２の場所１１２は、第１の場所１１０に対する、又はプロセスモニタリングデバイス１００の上の別の基準点に対する、既知の位置を有しうる。

【0017】

センサバンク１０８は、支持面１０４にわたってランダムに分布してもよく、又は所定のパターンで配置されてもよい。ランダムな分布が使用されるとき、センサバンク１０８各々の絶対的又は相対的場所は、なおも所定のかつ既知のものでありうる。実施形態では、センサバンクに使用される所定のパターンは、グリッドパターン、同心円パターン、螺旋パターンなどを含みうる。例えば、図１Ａに示すセンサバンク１０８は、支持面１０４にわたって整列した同心円状に分布する。ランダムパターン及び所定のパターンの両方は、プロセスモニタリングデバイス１００の支持面１０４上の正確な場所にセンサバンク１０８を構築するための既知のエッチングプロセス及び／又は堆積プロセスを用いて達成されうる。代替的には、センサバンク１０８は、所定の場所で支持面１０４に取り付けられる別々の構成要素として製造されてもよい。

【0018】

実施形態において、センサバンク１０８は、処理動作中に処理条件において最大度の変化を有すると予測される位置に、プロセスモニタリング情報を提供するように配置される。例えば、基板１０２の温度又はプラズマへの曝露は、基板の表面にわたって変化しうる。したがって、幾つかの実施形態は、基板の異なるゾーン１１１（例えば、中心ゾーン１１１_ｃ、中間ゾーン１１１_Ｍ、外側ゾーン１１１_Ｏなど）で、一又は複数のセンサバンク１０８を形成することを含みうる。各ゾーンは、同数のセンサバンク１０８を有しうる。追加の実施形態は、異なる数のセンサバンク１０８を有するゾーンを含みうる。例えば、基板の外周は、典型的には、基板１０２の中心よりも大きなプロセス変化を受ける。したがって、外側ゾーンは、基板の中心ゾーンより多くのセンサバンク１０８を有しうる。

【0019】

プロセスモニタリングデバイス１００は、基板１０２上に形成された電子回路１１３の一又は複数の領域を含みうる。プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路１１３は、基板１０２の支持面１０４上に形成された一又は複数のセンサバンク１０８に通信可能に接続されうる。電子回路１１３は、基板１０２の支持面１０４上に形成されなくてもよいことを示すために、破線で示される。例えば、電子回路１１３は、以下により詳細に説明されるように、基板１０２に埋め込まれてもよい。実施形態によれば、電子回路１１３は、ビア及び／又は配線によってセンサバンク１０８に電気的に接続されうる。

【0020】

図示された実施形態では、各センサバンク１０８は、電子回路１１３と対になっている。追加の実施形態によれば、複数のセンサバンク１０８が、電子回路１１３の各領域と対にされうる。追加的に、実施形態は、電子回路ハブ１１６を含みうる。電子回路ハブ１１６は、有線接続又は無線接続で、電子回路１１３の個々の領域の各々に通信可能に接続されうる。例えば、基板１０２に埋め込まれた（又は基板１０２の上に形成された）電気配線１１４は、電子回路１１３の一又は複数の領域を電子回路ハブ１１６と直列に接続し、又は電子回路１１３の一又は複数の領域は、それぞれの電気配線１１５によって、電子回路ハブ１１６に並列に接続されうる。したがって、電気配線、電気リード線、ビア、及び他の既知の種類の電気コネクタを使用して、センサバンク１０８間で電気的接続が行われ、及び／又はセンサバンク１０８が、電子回路ハブ１１６に接続されうる。幾つかの実施形態では、電子回路ハブ１１６は、省略される。

【0021】

ここで図１Ｂを参照すると、追加の実施形態によるプロセスモニタリングデバイス１００の断面図が示される。図示された実施形態では、交換可能な層１０５が、支持面１０４とセンサバンク１０８との間に形成される。交換可能な層１０５を含む実施形態は、センサバンク１０８を交換可能にすることによって、プロセスモニタリングデバイス１００の寿命を改善しうる。例えば、センサバンク１０８及び交換可能な層１０５は、所定数の使用後にエッチングプロセス又は研磨プロセスで除去されてもよい。代替的には、センサバンク１０８及び交換可能な層は、センサの性能が劣化（例えば、機械的疲労又は他の損傷によるセンサの故障）し始めた後に除去されてもよい。

【0022】

実施形態によれば、センサバンク１０８及び交換可能な層１０５の除去は、基板１０２上に直接形成されるか若しくは基板１０２に埋め込まれる電気接続を保持可能にしうる。したがって、続いて形成される交換センサバンクのための電気的接続を形成する追加の処理が必要とされないことがある。

【0023】

交換可能な層１０５は、基板１０２の上に堆積させることができる任意の適切な材料でありうる。例えば、交換可能な層１０５は、酸化物、窒化物、多結晶シリコン、単結晶半導体材料などでありうる。交換可能な層１０５の材料はまた、製造ウエハの処理中に露出される材料に適合するように選択されてもよい。加えて、交換可能な層１０５は、センサバンク１０８内のセンサが形成されることになる材料であってもよい。そのような実施形態では、センサバンクは、図１Ｂに示すように、交換可能な層１０５の上に形成される代わりに、交換可能な層１０５内に形成されてもよい。

【0024】

上述したように、電子回路１１３の各領域は、基板１０２に埋め込まれうる。例えば、空洞１２８は、基板１０２内に形成されうる。次いで、電子回路１１３が、空洞１２８内に形成されうる。例示的実施形態において、電子回路１１３は、空洞１２８の底面から上に延びるように示されている。例えば、電子回路１１３は、空洞１２８内に装着されるダイでありうる。しかしながら、実施形態は、そのような構成に限定されない。例えば、電子回路１１３は、基板１０２内に直接製造されうる（例えば、基板が半導体基板であるとき）。キャップ層１２９は、基板処理動作中に電子回路１１３を処理条件から分離するために、空洞１２８内に形成されうる。実施形態において、キャップ層１２９の上面は、基板１０２の上面と実質的に同一平面上でありうる。更に、基板の「支持面」への言及は、キャップ層１２９の上面も含みうると理解すべきである。したがって、幾つかの実施形態では、センサバンク１０８は、キャップ層１２９の上面の上に形成される。センサバンク１０８から電子回路１１３への電気的接続を提供するために、ビア１１７がキャップ層１２９（及び存在する場合には交換可能な層１０５）を通して形成されてもよい。キャップ層１２９は、基板１０２の上に堆積させることができる任意の材料でありうる。例えば、キャップ層１２９は、酸化物、窒化物、ポリシリコン、エピタキシャル成長させた半導体材料などでありうる。

【0025】

ここで図２を参照すると、実施形態によるセンサバンク１０８がより詳細に示されている。実施形態は、一又は複数のセンサ２１９を含むセンサバンク１０８を含みうる。例えば、センサバンク１０８は、センサ２１９_Ａ－２１９_ｎを含みうる。実施形態では、各センサ２１９は、異なるプロセス条件をモニタリング可能にする異なる種類のセンサでありうる。例えば、センサ２１９は、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマのＥＥＤＦ、ＶＤＣなどの変化を測定するためのセンサを含みうる。これらのセンサ２１９がどのように実施されうるかの特定の例が、以下により詳細に開示される。

【0026】

幾つかの実施形態では、センサバンク１０８はまた、一又は複数のパターン形成された特徴２２１を含みうる。パターン形成された特徴２２１は、トレンチ、フィン、コンタクト孔、デュアルダマシン特徴、又は製造基板上に存在しうる任意の他のパターン形成された特徴を含み得る。パターン形成された特徴２２１はまた、実際のデバイスの製造中に遭遇するであろう処理条件と類似の処理条件を提供するために、製造ウエハで処理されるであろう同じ材料である材料から形成されてもよい。パターン形成された特徴２２１は、支持面１０４上に形成されてもよく、又は支持面１０４内に形成されてもよい。追加の実施形態は、交換可能な層１０５の上又は中にパターン形成された特徴２２１を形成することを含みうる。実施形態によれば、センサバンク１０８は、複数の特定の種類のセンサ２１９を含みうる。複数の所与の種類のセンサを有することには、幾つかの利点がある。１つの利点は、センサ２１９のうちの１つが動作不能になった場合、同じ処理条件をモニタする第２のセンサ２１９をバックアップとして使用してもよいことである。バックアップセンサを含めることで、プロセスモニタリングデバイスの耐用年数が延長しうる。

【0027】

更に、センサは、異なるパターン形成された特徴２２１に近接して形成されうる。例えば、センサ２１９_Ａとセンサ２１９_Ｇは、共に共振器などの膜の厚さのセンサでありうる。センサ２１９_Ａは、分離してパターン形成された特徴２２１_Ｌに近接して位置し、センサ２１９_Ｇは、複数の密集して離間配置された、パターン形成された特徴２２１_Ｄに近接して位置する。したがって、パターン形成された特徴の密度から生じうる任意のローディング効果（負荷効果）も、同様にモニタされうる。

【0028】

ここで図３を参照すると、プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６のブロック図が、実施形態に従って示される。図３の参照は、電子回路ハブ１１６に対してなされているが、電子回路ハブ１１６の構成要素のうちの一又は複数が、基板１０２にわたって分布する電子回路１１３の各領域に含まれてもよいと理解すべきである。加えて、幾つかの実施形態では、電子回路ハブ１１６は、省略されてもよく、図３に記載された構成要素のうちの一又は複数は、電子回路１１３の各領域に設けられうる。プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、ハウジング３７０内に包含又は支持されてもよく、又は露出されてもよい。ハウジング３７０及び／又は電子回路ハブ１１６の電子構成要素は、基板１０２の支持面１０４に装着されてもよい。実施形態では、電子回路ハブ１１６の一又は複数の構成要素が、基板１０２内に埋め込まれている。

【0029】

基板１０２内に埋め込まれた電子回路を形成することにより、追加のセンサバンク１０８を形成するための支持面１０４により多くの表面積が提供される。それにもかかわらず、電子回路ハブ１１６は、基板１０２の反対側に装着された場合であっても、一又は複数の電気配線、電気リード線、又はビアを介して各センサバンク１０８のセンサ２１９と電気的に接続された状態で載置されうる。

【0030】

プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、基板１０２に装着されたクロック３７４を含みうる。クロック３７４は、当技術分野で知られているように、正確な周波数を有する電気信号を出力する電子発振器（例えば、水晶）を有する電子回路でありうる。したがって、クロック３７４は、電気信号に対応する時間値を出力するように構成されうる。時間値は、他の動作とは無関係の絶対時間値であってもよく、又は時間値は、基板処理ツール内の他のクロックに同期されてもよい（詳細は後述する）。例えば、クロック３７４によって出力された時間値が、システムクロックによって出力若しくは制御されるシステム時間値及び／又はシステム動作に対応するように、クロック３７４を基板処理ツールのシステムクロックに同期させてもよい。クロック３７４は、特定のプロセス動作が発生したときに時間値の出力を開始するように構成されうる。例えば、電子回路ハブ１１６は、プロセスモニタリングデバイス１００が動きを止めると、時間値を出力し始めるようにクロック３７４をトリガする加速度計３７５を含みうる。したがって、時間値は、プロセスモニタリングデバイス１００が基板処理ツールの特定のチャンバにいつローディング（搬入）されるかについての情報を提供しうる。

【0031】

プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、基板３０２に装着されたプロセッサ３７６を含みうる。プロセッサ３７６は、一又は複数のセンサ２１９及びクロック３７４に動作可能に結合されうる（例えば、バス３７７及び／又は配線１１４／１１５によって電気的に接続されうる）。プロセッサ３７６は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などのような一又は複数の汎用処理装置を表す。より詳細には、プロセッサ３７６は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実装するプロセッサでありうる。プロセッサ３７６はまた、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）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどのような一又は複数の特殊用途処理装置であってもよい。

【0032】

プロセッサ３７６は、本明細書で説明する動作を実行するための処理ロジックを実行するように構成される。例えば、プロセッサ３７６は、センサ２１９の所定の場所、クロック３７４によって出力される時間値、並びにセンサ２１９からの出力信号を送信及び／又は記録するように構成されうる。したがって、プロセッサ３７６は、処理動作中に基板上で発生するリアルタイム処理条件を送信及び／又は記録するように構成されうる。

【0033】

プロセッサ３７６はまた、どのセンサ２１９がモニタされるかを決定しうる。例えば、所与のプロセス条件は、特定の処理動作の間に必要とされなくてもよい。このように、特定のプロセス条件を検出しているセンサ２１９からの出力信号は、送信及び／又は記録されない。加えて、プロセッサ３７６又はネットワークインターフェースデバイス３７１からの出力信号を受信する外部コンピュータにアクセス可能なファームウェア又はソフトウェアは、センサ２１９からの出力信号のうちの一又は複数の送信及び／又は記録を防止する命令を提供しうる。このような実施形態は、全ての可能なセンサがあらゆるプロセスモニタリングデバイス１００上に形成され、次いで異なるファームウェア／ソフトウェアを提供することによって各プロセスモニタリングデバイス１００の能力のカスタマイズを可能にするために有用でありうる。したがって、あらゆる種類のプロセスモニタリングデバイス１００を製造するために単一のマスク（又はマスクセット）が必要とされるので、製造コストが削減されうる。

【0034】

幾つかの実施形態では、電子回路ハブ１１６は、ネットワークインターフェースデバイス３７１を含みうる。ネットワークインターフェースは、非固体媒体を介して変調された電磁放射を使用して、データを通信しうる。ネットワークインターフェースデバイス３７１は、Ｗｉ－Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ ｆａｍｉｌｙ）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ ８０２．１６ ｆａｍｉｌｙ）、ＩＥＥＥ ８０２．２０、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ－ＤＯ、ＨＳＰＡ_＋、ＨＳＤＰＡ_＋、ＨＳＵＰＡ_＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、ブルートゥース、これらの派生物、更には３Ｇ、４Ｇ、５Ｇなどとして指定されるその他の無線プロトコルを含むがこれらに限定されない、多くの無線規格又はプロトコルのうちのいずれかを実装しうる。プロセッサ３７６は、バス３７７又は他の電気的接続を介してネットワークインターフェースデバイス３７１と通信しうる。したがって、プロセッサ３７６は、センサ２１９からの出力信号及びクロック３７４によって出力された時間値を外部デバイスに送信するために、ネットワークインターフェースデバイスに動作可能に接続されうる。

【0035】

実施形態によれば、センサ２１９各々からの出力信号が、プロセッサ又は他の任意の構成要素によって最初に処理されることなく、ネットワークインターフェースデバイス３７１に送られるように、ネットワークインターフェースデバイス３７１は、センサ２１９に通信可能に接続される。次いで、ネットワークインターフェースデバイス３７１は、プロセスモニタリングデバイス１００の外部にあるコンピューティングデバイスに出力信号を送信しうる。このように、センサ２１９からの出力信号は、処理される必要もなく、ローカルに記憶される必要もないので、実施形態は、電源３７９とネットワークインターフェースデバイス３７１とを含む電子回路を有するプロセスモニタリングデバイス１００を含みうる。代わりに、実施形態は、センサ出力信号からのデータを外部デバイスで処理又は記録することを可能にする。

【0036】

処理機能及び記憶機能を外部デバイスにオフロード（移譲）することには、幾つかの利点がある。第１に、デバイスの電力消費が低減される。したがって、コンデンサバンク（ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｂａｎｋ：コンデンサ群またはコンデンサ集合体）や圧電バネなどが出力信号を送信するのに十分な電力を供給しうるので、バッテリは不要なこともある。加えて、不要な構成要素を除去することによって電子回路の複雑性を低減することにより、より信頼性が高くより安価なデバイスが提供される。

【0037】

プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、基板１０２に装着されたメモリ３７８をオプションで含みうる。メモリ３７８は、メインメモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）（例えば、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）若しくはラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など））、スタティックメモリ（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）など）、又は二次メモリ（例えば、データ記憶デバイス）のうちの一又は複数を含みうる。プロセッサ３７６は、バス３７７又は他の電気的接続を介して、メモリ３７８と通信しうる。したがって、センサ２１９からの出力信号及びクロック３７４によって出力された時間値をメモリ３７８に記録するために、プロセッサ３７６は、メモリ３７８に動作可能に結合されうる。

【0038】

プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、基板３０２に装着された電源３７９を含みうる。電源３７９は、バッテリ、コンデンサバンク、又は別の既知の電力供給を含みうる。電源３７９は、バス３７７を介してプロセスモニタリングデバイス１００の構成要素のうちの一又は複数に電気的に接続され、接続された構成要素に電力を供給しうる。例えば、センサ２１９、クロック３７４、プロセッサ３７６、又はメモリ３７８のうちの一又は複数に電力を供給するために、電源３７９は、センサ２１９、クロック３７４、プロセッサ３７６、又はメモリ３７８のうちの一又は複数に電気的に接続されうる。

【0039】

プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路ハブ１１６は、上述のプロセスモニタリングデバイス１００の構成要素に電気的に接続された追加の構成要素を含みうる。具体的には、電子回路ハブ１１６は、周波数源３７２（例えば、広い周波数源）又は検出器３７３を含みうる。周波数源３７２及び／又は検出器３７３は、基板１０２に装着されうる。周波数源３７２及び検出器３７３は、プロセスモニタリングデバイス１００の特定のセンサ２１９に関して特定の用途を有しうる。したがって、周波数源３７２及び検出器３７３の更なる説明は、以下の対応するセンサの説明まで保留される。

【0040】

ここで図４Ａを参照すると、プロセスモニタリングデバイス１００のトランジスタセンサ型のセンサ２１９の概略図が、実施形態にしたがって示される。実施形態では、プロセスモニタリングデバイス１００の一又は複数のセンサ２１９は、トランジスタセンサ２１９を含む。トランジスタセンサ２１９は、一又は複数のトランジスタ（例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）４４２）を含みうる。ＭＯＳＦＥＴ４４２は、ソース４４４、ドレイン４４６、及びゲート４４８を含みうる。トランジスタセンサ２１９は、コレクタ４４０も含みうる。コレクタ４４０は、膜４３２を堆積させる表面を有するように形成されうる。実施形態において、膜４３２は、処理動作中に厚さが変化することになる膜（例えば、堆積プロセス中に膜の厚さが増加し、エッチングプロセス中に膜の厚さが減少することになる膜）でありうる。したがって、実施形態は、膜４３２の厚さを減らすために使用されるエッチングプロセスに耐エッチング性のある材料であるコレクタ４４０を含む。

【0041】

実施形態において、コレクタ４４０は、ＭＯＳＦＥＴ４４２に電気的に接続されている。例えば、コレクタ４４０は、電気配線４１４を介してＭＯＳＦＥＴ４４２のゲート４４８に電気的に接続されうる。コレクタ４４０は、ＭＯＳＦＥＴ４４２から物理的に分離されうるが、補助構成要素は、互いに電気的に接続されうる。したがって、コレクタ４４０がＭＯＳＦＥＴ４４２から離間した所定の場所に位置するときでさえ、ＭＯＳＦＥＴ４４２は、コレクタ４４０上の膜４３２の厚さの増減を検出するように構成されうる。

【0042】

実施形態において、コレクタ４４０は、外側リム４４３によって画定されるプロファイル（輪郭）を含みうる。外側リム４４３の形状は、下向きの方向に見ると、円形、長方形、又は他の任意の形状でありうる。更に、コレクタ４４０は、平坦であってもよく（即ち、コレクタ４４０は、本質的に平面である上面を有していてもよく）、又はコレクタ４４０は、図４Ａに示すような円錐形状の上面を有していてもよい。実施形態において、コレクタ４４０は、ＭＯＳＦＥＴ４４２とは別個の構造ではないが、代わりにＭＯＳＦＥＴ４４２に組み込まれる。例えば、コレクタ４４０は、ＭＯＳＦＥＴ４４２のゲート４４８上の収集エリアでありうる。

【0043】

実施形態において、トランジスタセンサ２１９の出力信号は、ゲート４４８にわたって測定されたＭＯＳＦＥＴ４４２の閾値電圧でありうる。閾値電圧は、コレクタ４４０上の膜４３２の厚さに直接対応しうる。例えば、膜４３２がコレクタ４４０の上にない場合、閾値電圧は、第１の値を有し、膜４３２がコレクタ４４０の上にある場合、閾値電圧は、第２の値（第１の値とは異なる）を有しうる。したがって、ＭＯＳＦＥＴ４４２の閾値電圧は、コレクタ４４０の上の膜４３２の厚さに応じて変化しうる。プロセッサ３７６は、閾値電圧の変化を検出するように構成され、したがって、プロセスモニタリングデバイス１００は、トランジスタセンサ２１９の場所における膜４３２の厚さの変化に気づくことができる。追加の実施形態は、ネットワークインターフェースデバイス３７１を用いて、出力信号（即ち、閾値電圧）を外部コンピューティングデバイスに送信することを含みうる。

【0044】

ここで図４Ｂを参照すると、プロセスモニタリングデバイス１００の共振器型センサ２１９の概略図が、実施形態にしたがって示される。実施形態では、プロセスモニタリングデバイス１００の一又は複数のセンサ２１９は、共振器型センサ２１９を含む。共振器センサ２１９は、水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）、表面弾性波（ＳＡＷ）、又は膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）のような適切な共振質量センサであってもよく、これらはすべて、これらの表面上に堆積した膜４３２の累積質量を定量化することが知られている。共振器の複雑性及び多様性の説明は、簡潔さと理解の容易さを目的として説明を簡略化するために、ここでは記載されない。共振器センサ２１９は、基板１０２の支持面１０４にわたる又は交換可能な層１０５（存在する場合）の上の所定の場所で一又は複数のセンサバンク１０８内に形成されうる。各共振器センサ２１９は、当技術分野で知られているように、特性周波数（例えば、共振周波数）を有しうる。例えば、詳細には触れないが、共振器センサ２１９は、図４Ｂに示すような単純な質量－ばねシステムによって表されてもよい。共振器センサ２１９の特性周波数は、共振器センサ２１９の質量Ｍに反比例しうる。例えば、特性周波数は、微小共振器システムの平方根ｓｑｒｔ（ｋ／Ｍ）に比例しうるのだが、ここで「Ｍ」は質量Ｍに対応し、「ｋ」は共振器センサ２１９の比例定数に対応する。したがって、共振器センサ２１９上の膜４３２の厚さが変化すると、特性周波数がシフトすると認識されるだろう。したがって、膜４３２の堆積又はエッチング中に、膜４３２の厚さがモニタされうる。

【0045】

ここで図４Ｃを参照すると、プロセスモニタリングデバイス１００の共振器型センサ２１９の概略図が、実施形態にしたがって示される。使用されうる１つの例示的種類の共振器センサ２１９は、熱作動式高周波単結晶シリコン共振器のような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振質量センサである。そのような共振器型センサ２１９は、単一マスクプロセスを使用して個々のデバイス又はアレイとして支持面１０４又は交換可能な層１０５の上に製造されうる。共振器センサ２１９は、対称面４５２の両側に２つのパッド４５０を含みうる。変動する電流を２つのパッド４５０の間に通して、電流経路に交流（ＡＣ）オーム損失成分を生じさせることがある。実施形態において、オーム損失の大部分は、パッド４５０を相互結合する薄いピラー４５４内で生じる。薄いピラー４５４は、中央に位置し、パッド４５０の間を対称面４５２に直交する方向に延びうる。ピラー４５４で発生した変動温度は、面内共振モードで共振器センサ２１９を作動させるために、ピラー４５４にＡＣ力及び交流熱応力を生じさせることがある。面内共振モードでは、質量「Ｍ」を有するパッド４５０は、反対方向に振動する。したがって、共振時に、共振器センサ２１９は、振動パッド４５０の特性周波数を含み、ピラー４５４の抵抗は、ピエゾ抵抗効果による交流機械応力によって変調される。したがって、特性周波数に対応する共振センサ２１９内に検出可能な小信号運動電流が存在する。

【0046】

共振器センサ２１９の特性周波数のシフトを検出するために、周波数源３７２及び検出器３７３は、プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路１１３／１１６に組み込まれうる。周波数源３７２は、共振器センサ２１９を励起するために使用される広い周波数源でありうる。検出器３７３は、共振器センサ２１９の特性周波数をモニタし、特性周波数の変化を検出しうる。例えば、検出器３７３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３７６に出力しうる。プロセッサ３７６は、出力電圧を受け取り、特性周波数の変化を認識するように構成されうる。したがって、出力電圧が変化する及び／又は共振器センサ２１９の特性周波数が変化すると、プロセスモニタリングデバイス１００は、変化を膜４３２の厚さの変化として記録することができる。膜４３２の厚さの変化の時間及び場所はまた、処理動作の全過程中の特定の場所での膜４３２の厚さの変化のプロセスモニタリングを提供するために、同様に記録されてもよい。例えば、共振器センサ２１９の質量Ｍが増加するにつれて（例えば、膜４３２の厚さが増加するにつれて）、特性周波数が下降し、プロセスモニタリングデバイス１００が膜の厚さの増加履歴を捕捉することが可能になる。代替的には、プロセッサ及びメモリがプロセスモニタリングデバイス１００に含まれていない場合、出力信号は、処理動作のリアルタイムプロセスモニタリングを提供するために、ネットワークインターフェースデバイス３７１によって外部コンピューティングデバイスに送信されうる。

【0047】

例示的なトランジスタセンサ及び共振センサが本明細書で提供されているが、処理動作中に異なる処理条件をモニタするために任意のセンサが使用されてもよいと理解すべきである。処理条件（例えば、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマのＥＥＤＦ、ＶＤＣなど）に対応する出力信号（例えば、出力電圧、出力電流、周波数応答、時間測定値など）を生成可能な任意のセンサは、様々な実施形態に従って、センサバンク１０８内のセンサ２１９として使用されうる。したがって、実施形態は、基板上及び処理ステーション内の処理条件をリアルタイムでモニタ可能にする。実施形態によれば、プロセスモニタリングデバイス１００は、任意の処理ステーションと併用されうる。幾つかの実施形態では、一又は複数の処理ステーションが、基板処理ツールに含まれうる。１つの例示的な基板処理ツール５６０の平面図が、実施形態にしたがって図５に示される。基板処理ツール５６０は、一又は複数のロードロック５６６によってファクトリインターフェース５６４に物理的に結合されたバッファチャンバ５６２を含みうる。ファクトリインターフェース５６４は、製造設備内のツール間で基板を搬送するために使用される一又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）５６５を収容可能でありうる。プロセスモニタリングデバイス１００が製造基板と類似のフォームファクタを有する実施形態において、同一の設備（例えば、ＦＯＵＰ、基板搬送ロボット（図示せず）など）が、製造施設内でプロセスモニタリングデバイス１００を搬送するために使用されうる。

【0048】

一又は複数の処理チャンバ５６８は、バッファチャンバ５６２に直接的に又は一又は複数のそれぞれのロードロック（図示せず）によって、物理的に結合されうる。バッファチャンバ５６２は、本質的に、処理チャンバ５６８内のプロセス圧力よりも高い圧力であるにもかかわらず、低圧のままである、処理チャンバ５６８のそれぞれの空間よりも大きな中間空間として作用しうる。したがって、基板（例えば、プロセスモニタリングデバイス又は製造基板）は、半導体デバイスの製造中に真空（又はほぼ真空）条件下で基板処理ツール５６０のチャンバ間を移動しうる。この移動は、例示を過度に複雑にしないために、図示されていない基板処理ツール５６０に含まれる様々なデバイス（例えば、ロボットアーム、シャトルなど）によって可能になりうる。種々の製造動作が、処理チャンバ５６８内で実行されうる。例えば、処理チャンバ５６８の少なくとも１つは、プラズマエッチチャンバ、堆積チャンバ、リソグラフィツールのチャンバ、又は他の任意の半導体プロセスツールチャンバでありうる。よって、処理チャンバ５６８は、真空条件下、大気条件下、又は他の任意の圧力状態下で製造プロセスを実行するために使用されてもよい。プロセスモニタリングデバイス１００の各センサ２１９は、様々な処理チャンバ５６８又は任意の処理ステーションによって実施される処理動作中に、基板１０２上での所与の処理条件（例えば、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマのＥＥＤＦ、ＶＤＣなど）の変化を感知するように構成されうる。

【0049】

基板処理ツール５６０は、外部コンピュータ又はサーバ５６１に接続されうる。外部コンピュータ５６１は、基板上で実行される処理動作のための方策を提供し、施設全体にわたる基板の流れをモニタし、一般に自動化製造プロセスを提供するために使用されうる。基板処理ツール５６０は、外部コンピュータ５６１に有線又は無線で接続されうる。実施形態では、コンピュータ５６１はまた、処理ツール５６０に組み込まれてもよい。実施形態では、コンピュータ５６１は、電圧、ガス流量、圧力設定などのチャンバプロセスに対応するチャンバ５６８のそれぞれからの出力信号を受信しうる。加えて、コンピュータ５６１は、プロセスモニタリングデバイス１００のネットワークインターフェースデバイス３７１によって、プロセスモニタリングデバイス１００に無線で接続されうる。

【0050】

このように、実施形態は、基板１０２上又は処理ステーション内のリアルタイムのプロセス条件を、処理動作中に外部コンピュータ５６１に送信可能にする。処理動作の過程にわたり、プロセス方策の変更がどのように条件（例えば、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマのＥＥＤＦ、ＶＤＣなど）を変更するかの分析を提供するために、外部コンピュータ５６１は、プロセスモニタリングデバイス１００によって得られたプロセス条件を、記録された処理ステーション設定値及び／又は処理ステーションのセンサ読み取り値と重ねるように構成されうる。したがって、処理方策は、所与の結果が生成される、又は改善された結果（例えば、基板の表面全体にわたってより均一な若しくは一貫した結果を有するプロセス）を生成するために精製されるといった処理方策を検証することができる。

【0051】

ここで図６を参照すると、基板処理ステーション内のプロセスモニタリングデバイス１００で基板上のプロセス条件をモニタリングするための方法における工程を表すフローチャートの説明図が、実施形態にしたがって示される。工程６８２において、プロセスモニタリングデバイス１００は、処理ステーション（例えば、基板処理ツール５６０のチャンバ５６８）に挿入される。プロセスモニタリングデバイス１００は、上述した構造及び構成要素（例えば、支持面１０４上の所定の場所に装着された一又は複数のセンサ２１９を備えた複数のセンサバンク１０８、一又は複数のパターン形成された特徴２２１、及び一又は複数のセンサ２１９から得られた出力信号を送信するためのネットワークインターフェース）を有しうる。センサ２１９の各々は、基板表面上又は処理ステーション内のプロセス条件に対応する出力信号を生成するように構成されうる。

【0052】

工程６８２では、プロセスモニタリングデバイス１００上のクロック３７４を起動し、処理ステーションに関連するクロックに同期させうる。例えば、クロック３７４は、ゼロの動きまでの減速を検出するプロセスモニタリングデバイス１００上の加速度計３７５によって起動されうる。プロセスモニタリングデバイス１００上のクロック３７４を処理ステーションに関連するクロックと同期させることにより、処理チャンバからのデータをプロセスモニタリングデバイス１００からのデータと重ねることができる。

【0053】

工程６８４において、プロセスモニタリングデバイス１００を処理するための処理動作が開始される。例えば、基板処理ステーションは、外部コンピュータ５６１から処理方策を受信しうる。実施形態では、処理方策は、堆積プロセス、エッチングプロセス、露出プロセス、又は基板上のデバイスの製造に使用される任意の他の処理動作のためのものでありうる。実施形態によれば、処理動作は、続いて処理される製造基板上で使用されることになる処理動作であってもよく、又は処理動作は、新しい処理方策を開発するために、又は処理方策を精製するために使用されるＤＯＥの一部であってもよい。例えば、ＶＤＣと表面温度との間の関係は、ＶＤＣの変化を含むプロセス方策を実行し、ＶＤＣの変化に応じて表面温度がどのように変化するかをモニタリングすることによって決定することができる。

【0054】

工程６８６において、プロセスモニタリングデバイス１００は、基板１０２上に形成された一又は複数のセンサ２１９から出力信号を取得しうる。実施形態によれば、出力信号は、処理動作中に基板１０２上又は処理ステーション内の処理条件に対応しうる。例えば、出力信号は、膜の厚さ、粒子の有無、質量、基板温度、チャック温度、表面電荷、磁場強度、特定ガス濃度、プラズマのＥＥＤＦ、ＶＤＣなどに対応しうる。実施形態では、出力信号は、出力電圧、出力電流、周波数、時間測定値などでありうる。実施形態では、処理動作中に出力信号を連続的に取得しうる。代替的実施形態は、予め設定された間隔（例えば、０．５秒ごと、１秒ごと、５秒ごとなど）で取得することを含みうる。

【0055】

工程６８８において、出力信号が、プロセスモニタリングデバイス１００から受信される。実施形態では、出力信号は、プロセスモニタリングデバイス１００上のネットワークインターフェースデバイス３７１から受信されうる。例えば、外部コンピュータ５６１は、ネットワークインターフェースデバイス３７１からの無線信号を介して出力信号を受信しうる。したがって、プロセス条件の変化のリアルタイム分析が得られうる。加えて、プロセス方策への変更がどのように基板を変更するかを決定するために、出力信号を処理ツール５６０上のセンサから得られたデータに重ねてもよい。プロセスモニタリングデバイス上のプロセッサ３７６及びメモリ３７８を含む代替的実施形態は、出力信号をメモリ３７８に記録してもよい。処理動作が完了した後に、メモリ３７８に記憶された情報は、解析のために外部コンピュータ５６１にダウンロードされてもよい。

【0056】

追加の実施形態によれば、プロセスモニタリングデバイス１００を使用するためのプロセスは、プロセスモニタリングデバイス１００を改修することを含みうる。このようなプロセスにおける工程を表すフローチャートが図７に示される。工程７９２において、第１の複数のセンサ２１９が、プロセスモニタリングデバイスの表面１０４（又は交換可能な層１０５）の上に形成されうる。第１の複数のセンサは、上述したセンサ２１９と実質的に類似していてもよく、当技術分野で知られている堆積プロセス及びエッチングプロセスなどの典型的な半導体製造プロセスで形成されてもよい。

【0057】

工程７９４において、プロセスモニタリングデバイス１００は、処理ステーション（例えば、処理ツール５６０の処理チャンバ５６８）内で１回以上処理されうる。実施形態では、プロセスモニタリングデバイス１００は、第１の複数のセンサ２１９の予想される使用可能寿命に対応する所定回数だけ処理されうる。第１の複数のセンサ２１９の予想される使用可能寿命は、プロセスモニタリングデバイス１００で実行される処理動作の種類に部分的に依存してもよい。代替的には、プロセスモニタリングデバイス１００は、センサ２１９が依然として動作可能であることを検証するために、定期的な検査を受けてもよい。いったんセンサが非動作（すなわち、信頼性の高いデータをもはや得ることができないほど十分に損傷されている）とみなされるか、又は所定数の処理動作が実行されてしまうと、プロセスモニタリングデバイス１００は、改修されうる。追加の実施形態は、新しい種類のセンサが必要とされるとき、パターン形成された特徴２２１が再製造又は変更される必要があるとき、又は他の何らかの理由で、プロセスモニタリングデバイス１００を改修することを含みうる。

【0058】

工程７９６において、第１の複数のセンサ２１９が、プロセスモニタリングデバイス１００から除去されうる。実施形態において、第１の複数のセンサ２１９の除去は、プロセスモニタリングデバイス１００上の回路１１３／１１６又は相互接続ライン１１４／１１５を損傷又は除去することなく行われうる。例えば、回路１１３／１１６及び相互接続ライン１１４／１１５は、基板１０２内に埋め込まれてもよく、又は第１の複数のセンサ２１９を除去するために使用されるエッチングプロセスに対して耐性であってもよい。実施形態はまた、第１の複数のセンサ２１９が除去されるときに交換可能な層１０５を除去することも含みうる。

【0059】

工程７９８において、第２の複数のセンサ２１９が、プロセスモニタリングデバイス１００上に形成されうる。実施形態では、第２の複数のセンサ２１９は、第１の複数のセンサ２１９と同種及び／又は同数のセンサでありうる。代替的には、新しいセンサの種類が、第２の複数のセンサ２１９に含まれてもよい。プロセスモニタリングデバイス１００の回路１１３／１１６への新しい電気相互接続１１４／１１５及び／又はビア１１７を形成する必要性を最小化又は排除するために、第２の複数のセンサ２１９は、第１の複数のセンサ２１９が配置された場所に形成されてもよい。交換可能な層１０５を含む実施形態では、第２の複数のセンサ２１９を形成する前に、第２の交換可能な層１０５が、支持面１０４上に形成されてもよい。したがって、プロセスモニタリングデバイス１００は、改修可能であるため、使用可能寿命が延長されるか、又はアップグレードされうる。

【0060】

ここで図８を参照すると、基板処理ツール５６０の例示的なコンピュータシステム５６１のブロック図が、実施形態に従って示される。図示されたコンピュータシステム５６１の一又は複数の構成要素は、プロセスモニタリングデバイス１００の電子回路１１３／１１６で使用されうる。更に、基板処理ツール５６０は、コンピュータシステム５６１を組み込んでもよい。実施形態では、コンピュータシステム５６１は、ロボット、ロードロック、処理チャンバ、及び基板処理ツール５６０の他の構成要素に接続され、それらを制御する。コンピュータシステム５６１はまた、上述したように、基板処理ツール５６０にシステムログファイルを提供しうる。コンピュータシステム５６１はまた、プロセスモニタリングデバイス１００から得られた出力信号を受信し分析しうる。すなわち、処理条件に対する変更がプロセスモニタリングデバイス１００の表面上の処理条件をどのように変更するかを決定するために、コンピュータシステム５６１は、ウエハ製造プロセスのプロセス動作を制御し、プロセスに関連する時間及び動作を記録するためのログファイルを生成し、プロセスモニタリングデバイス１００によって記録されたデータのログファイルを比較するために、基板処理ツール５６０に実装されうる。

【0061】

コンピュータシステム５６１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の他の機械に接続（例えば、ネットワーク接続）されうる。コンピュータシステム５６１は、クライアント－サーバネットワーク環境内のサーバ又はクライアントマシンの収容能力内で、又はピアツーピア（又は分散型）ネットワーク環境内のピアマシンとして動作しうる。コンピュータシステム５６１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、又はその機械によって行われる動作を特定する（連続した又は別様な）１セットの命令を実行可能な任意の機械でありうる。更に、コンピュータシステム５６１に対する単一の機械のみが示されているが、「機械」という用語は、本明細書に記載の方法のうちの任意の一又は複数を実行するために、１セット（又は複数のセット）の命令を個々に又は連携的に実行する機械（例えばコンピュータなど）の任意の集合体を含むとも解釈されよう。

【0062】

コンピュータシステム５６１は、コンピュータシステム５６１（又は他の電子デバイス）が実施形態に従ったプロセスを実行するようプログラムするために使用されうる命令を記憶した持続的な機械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８２２を含みうる。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形式で情報を格納又は送信する任意の機構を含む。例えば、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機械（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、フラッシュメモリ装置など）、機械（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気形態、光学形態、音響形態又は他の形態の伝播信号（例えば、赤外線信号、デジタル信号など））などを含む。

【0063】

実施形態では、コンピュータシステム５６１は、システムプロセッサ８０２、メインメモリ８０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）（同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ８０６（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）など）、及び二次メモリ８１８（例えば、データ記憶デバイス）を含み、それらは、バス８３０を介して互いに通信する。

【0064】

システムプロセッサ８０２は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理ユニットなどのような一又は複数の汎用処理デバイスを表す。より詳細には、システムプロセッサは、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（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装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装するシステムプロセッサでありうる。システムプロセッサ８０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの一又は複数の特殊用途処理デバイス、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であってもよい。システムプロセッサ８０２は、本明細書に記載の動作を実行するための処理ロジックを実行するように構成される。

【0065】

コンピュータシステム５６１は、プロセスモニタリングデバイス１００といった、他のデバイス又は機械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８０８を更に含みうる。コンピュータシステム５６１はまた、ビデオディスプレイユニット８１０（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８１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス８１４（例えば、マウス）、及び信号生成デバイス８１６（例えば、スピーカ）も含みうる。

【0066】

二次メモリ８１８は、本明細書に記載の方法又は機能のうちの任意の一又は複数を実施する、一又は複数のセットの命令（例えば、ソフトウエア８２２）が記憶される、機械アクセス可能記憶媒体８３１（又はより具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含みうる。ソフトウェア８２２はまた、コンピュータシステム５６１によって実行されている間、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ８０４及び／又はシステムプロセッサ８０２内に常駐してもよく、メインメモリ８０４及びシステムプロセッサ８０２も、機械可読記憶媒体を構成しうる。ソフトウェア８２２は、システムネットワークインターフェースデバイス８０８を介してネットワーク８２０上で更に送信又は受信されうる。

【0067】

機械アクセス可能記憶媒体８３１は、単一の媒体である例示的実施形態で示されているが、「機械可読記憶媒体」という用語は、一又は複数のセットの命令を記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型のデータベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むと理解すべきである。「機械可読記憶媒体」という用語はまた、機械による実行のためのセットの命令を記憶又は符号化することができ、機械に方法のうちの任意の一又は複数を実行させる任意の媒体を含むものと解釈されよう。したがって、「機械可読記憶媒体」という用語は、固体メモリ、光媒体及び磁気媒体を含むが、これらに限定されないと解釈されよう。

【0068】

前述の明細書中では、特定の例示的な実施形態について説明してきた。以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更例が可能であることが明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味であるとみなされるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】