(57)【要約】  実施形態は、粒子の検出、エッチング又は堆積速度のモニタリング、又はウエハ製造プロセスの工程の制御のための装置及び方法を含む。一実施形態では、一又は複数のマイクロセンサがウエハ処理機器に装着され、材料の堆積及び除去の速度をリアルタイムで測定することができる。別のマイクロセンサの能動的な動作中に、マイクロセンサのセンシング層がマスク層によって保護され、他のマイクロセンサが寿命に達したときにはセンシング層を露出するため保護マスク層が取り除かれるように、マイクロセンサは選択的に露出される。他の実施形態も記載され、主張されている。【選択図】図４
2019528575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ処理ツールであって、
チャンバ空間を有する処理チャンバと、
前記チャンバ空間内に装着された第１のマイクロセンサであって、第１のセンシング層の上に第１のマスク層を含む第１のマイクロセンサと、
前記チャンバ空間内に装着された第２のマイクロセンサであって、第２のセンシング層の上に第２のマスク層を含む第２のマイクロセンサとを備え、
前記第１のマイクロセンサと前記第２のマイクロセンサはそれぞれのパラメータを有し、それぞれのセンシング層の上にそれぞれのセンサ表面を含み、材料が前記それぞれのセンサ表面から取り除かれると、前記それぞれのパラメータは変化する、ウエハ処理ツール。
【請求項２】
前記チャンバ空間内に装着され、前記チャンバ空間に開かれている露出したセンシング層をさらに備える、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
【請求項３】
前記第１のマスク層は第１の厚さを有し、前記第２のマスク層は、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する、請求項２に記載のウエハ処理ツール。
【請求項４】
前記第１のマスク層と前記第２のマスク層は、様々な厚さを含む層プロファイルを有するブランケットマスク層の一部である、請求項３に記載のウエハ処理ツール。
【請求項５】
前記第１のマスク層は第１のマスク材料を有し、前記第２のマスク層は第２のマスク材料を有し、前記第１のマスク材料は前記チャンバ空間内のエッチャントによるエッチングに対して感受性があり、前記第２のマスク材料は前記エッチャントによるエッチングに対して感受性がない、請求項２に記載のウエハ処理ツール。
【請求項６】
前記第１のマイクロセンサは前記露出したセンシング層を含み、前記第１のマスク層は前記露出したセンシング層と前記第１のセンシング層との間にある、請求項５に記載のウエハ処理ツール。
【請求項７】
前記露出したセンシング層と前記第１のセンシング層との間に中間マスク層をさらに備える、請求項６に記載のウエハ処理ツール。
【請求項８】
前記マイクロセンサはマイクロセンサを含み、前記それぞれのパラメータは前記マイクロセンサのキャパシタンスであり、前記キャパシタンスは、材料が前記それぞれのセンサ表面から取り除かれると変化する、請求項１に記載のウエハ処理ツール。
【請求項９】
チャンバ空間を有する処理チャンバ内でウエハ製造プロセスを開始することであって、第１のマイクロセンサと第２のマイクロセンサは前記処理チャンバ内に配置され、前記第１のマイクロセンサの第１のセンシング層と前記第２のマイクロセンサの第２のマスク層は前記チャンバ空間に露出される、ウエハ製造プロセスを開始することと、
前記第１のマイクロセンサの前記第１のセンシング層上の第１のセンサ表面をエッチャントによってエッチングすることと、
前記第２のマイクロセンサの第２のセンシング層上の第２のセンサ表面を前記チャンバ空間に露出するため、前記第２のマイクロセンサの前記第２のマスク層をストリッピングすることと
を含む方法。
【請求項１０】
前記マイクロセンサはそれぞれのキャパシタンスを有するマイクロセンサを含み、前記それぞれのキャパシタンスは、材料が前記それぞれのセンサ表面から取り除かれると変化する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記それぞれのキャパシタンスを測定することと、
前記それぞれのキャパシタンスに基づいて、前記第２のセンシング層上の前記第２のセンサ表面が前記チャンバ空間に露出されているかどうかを判定することとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチャントは前記第１のセンサ表面から材料を取り除き、前記第２のマスク層から材料を取り除かない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のマイクロセンサと前記第２のマイクロセンサは、前記チャンバ空間内のチャンバ壁に装着されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のマイクロセンサと前記第２のマイクロセンサは、前記チャンバ空間内に配置された粒子モニタリング装置の支持体面に装着された、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
第３のマイクロセンサは前記処理チャンバ内に配置され、前記第３のマイクロセンサの第３のマスク層は前記チャンバ空間に露出されており、前記第３のマスク層は前記第２のマスク層よりも厚い、請求項９に記載の方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
［０００１］  本願は、本書で参照することによって全内容が以下に組み込まれる、２０１６年８月２５日出願の米国特許出願第１５／２４７，７１７号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
１）分野
［０００２］  実施形態は半導体処理の分野に関し、具体的には、ウエハ処理ツールにおける材料の堆積あるい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。
【０００３】
２）関連する技術の説明
［０００３］  半導体デバイス製造の一番の関心事は、半導体ウエハの粒子汚染である。このような汚染は典型的に、半導体デバイスの製造中にウエハ処理ツールによって行われる一又は複数の工程中に発生する。例えば、ウエハ処理ツールは、ロードロックによって相互接続された幾つかのチャンバなど、幾つかのインターフェースを含みうる。また、これらのシステム構成要素のいずれかの作動又は操作は、アルミニウム、ステンレス鋼、ジルコニウムなどの金属粒子又は非金属粒子、或いはツール内の半導体ウエハを汚染しうる他の粒子を生成しうる。当業者であれば、粒子はインターフェース及び可動部分以外のウエハ処理ツール内の多くのソースから発生することがあり、したがって、上記は例として提示したものであることが理解されるであろう。
【０００４】
［０００４］  粒子汚染のソース及び／又は根本原因を特定するため、半導体ウエハは、ウエハ処理ツールの一又は複数のチャンバを通って定期的に処理され、粒子検査工程にかけられる。粒子検査工程には、粒子の位置及び全般的なサイズを特定するため、光学検査機器による検査にかけ、次に、走査電子顕微鏡、エネルギー分散分光法、或いは、ウエハ上の粒子の存在及び／又は組成を決定する他の検査技術による検査にかけるため、処理されたウエハが必要になる。粒子の存在及び組成が特定された後、ウエハ処理ツールによって実施されたどの工程が粒子汚染を実際に引き起こしたかを特定するためには、付加的なトラブルシューティングが必要となることがある。
【０００５】
［０００５］  半導体デバイスの製造には、堆積又はエッチング処理などを用いるウエハ処理ツールによる、基板上での材料の堆積及び除去、より具体的には半導体材料の堆積及び除去が伴う。特定量の半導体材料を正確に堆積させる、又は除去するために、膜厚測定技法が使用されうる。例えば、材料堆積及び材料除去速度は、一定時間において半導体材料のウエハを処理し、次にエリプソメータを使用して堆積されたあるいは除去された膜の量を測定することによって、間接的に測定されうる。さらに、ウエハ製造プロセス中の堆積／除去速度を間接的に推定するため、堆積／除去速度と相互関係を持つ二次因子を測定するのにセンサが使用されている。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］  実施形態は、材料堆積又は除去の量又は速度を検出するために、例えばＭＥＭＳスケールでサイズ設定された及び／又はＭＥＭＳプロセスを使用して製造されたセンサ等の複数のマイクロセンサを有するウエハ処理機器を含む。一実施形態では、ウエハ処理機器は、ウエハ処理ツール内の粒子を検出する複数のマイクロセンサを有する粒子モニタリング装置、或いは、ウエハ製造プロセスを監視又は制御する複数のマイクロセンサを有するウエハ処理ツールを含む。ウエハ処理機器のマイクロセンサは、センシング層とマスク層を含むことがあり、センシング層は選択的に保護又は露出されうる。したがって、マイクロセンサのセンシング層は、粒子及び／又は材料の堆積又は除去を能動的に感知するために別のマイクロセンサが露出されている間に、マスク層によって保護されうる。マスク層は、他のマイクロセンサが寿命に達すると、センシング層を露出するために取り除かれうる。このように、ウエハ処理機器のマイクロセンサは、ウエハ処理ツールのチャンバ又は処理ステーションを中断することなく、リフレッシュされうる。
【０００７】
［０００７］  一実施形態では、ウエハ処理機器、例えば、ウエハ処理ツール又は粒子モニタリング装置は、第１のマイクロセンサ及び第２のマイクロセンサを含む。例えば、マイクロセンサは、ウエハ処理ツールの処理チャンバのチャンバ空間内に装着されてよく、或いは、粒子モニタリング装置のウエハ基板の支持面上に装着されてもよい。マイクロセンサの各々は、マスク層で覆われたセンシング層を含みうる。より具体的には、センシング層は、同一又は異なるマイクロセンサの種々のセンシング層が処理を監視しているとき、ウエハ製造プロセスのフェーズ中にマスク層によって保護されうる。すなわち、アクティブマイクロセンサの露出したセンシング層は、ウエハ製造プロセスを監視するため、周囲の環境及び／又はチャンバ空間に開かれていてもよい。複数のセンサはそれぞれのパラメータ（例えば、キャパシタンス）を有してもよく、センシング層のセンサ表面から材料が取り除かれると、パラメータは変化しうる。したがって、材料が露出しているセンシング層から取り除かれると、パラメータの対応する変化が検出され、粒子の堆積又は除去量又は速度などのエッチング処理を感知する。
【０００８】
［０００８］  一実施形態では、マイクロセンサは異なる厚さを有するマスク層を含む。例えば、一つのブランケットマスク層は、幾つかのマイクロセンサのセンシング層を被覆してもよく、ブランケットマスク層は様々な厚さを含む層プロファイルを有してもよい。したがって、マスク層の除去は、第２のセンシング層の前に第１のセンシング層の露出を引き起こすことがあり、ウエハ製造プロセスの異なる時点でセンシング行うため、センシング層を独立的かつ選択的に露出させることができる。
【０００９】
［０００９］  一実施形態では、マイクロセンサは、異なるエッチャントによるエッチングに敏感な異なる材料を有するマスク層を含む。すなわち、第１のセンシング層を被覆する第１のマスク層は、第２のセンシング層を被覆する第２のマスク層とは異なることがある。例えば、第１のマスク層は酸化物を含むことがあり、第２のマスク層は窒化物を含むことがある。したがって、酸化物に影響を及ぼすエッチャントは、第１のマスク層を取り除き、第１のセンシング層を露出するために使用されることがあり、窒化物に影響を及ぼすエッチャントは、第２のマスク層を取り除き、第２のセンシング層を露出するために適用されることがある。したがって、第１のマスク層の除去は、第２のセンシング層よりも異なる時点で第１のセンシング層の露出を引き起こすことがあり、ウエハ製造プロセスの異なる時点でセンシング行うため、センシング層を独立的かつ選択的に露出させることができる。
【００１０】
［００１０］  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好適な組合せから実行可能であるすべてのシステム及び方法が含まれるだけでなく、以下の詳細説明に開示され、特に本出願とともに提出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。上記組合せは、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】
【００１１】
【図１】一実施形態によるウエハ処理システムを示す図である。
【図２】一実施形態による粒子モニタリング装置を示す図である。
【図３】一実施形態による粒子モニタリング装置を示す断面図である。
【図４】一実施形態によるウエハ処理ツールに装着された幾つかのマイクロセンサを示す断面図である。
【図５】一実施形態による粒子モニタリング装置又はウエハ処理ツールの電子回路を示すブロック図である。
【図６】一実施形態による選択的に露出可能なセンシング層を含む積層構造を有する幾つかのマイクロセンサを示す図である。
【図７】一実施形態による選択的に露出可能なセンシング層の上にブランケットマスク層を有する幾つかのマクロセンサを示す断面図である。
【図８】一実施形態による選択的に露出可能なセンシング層の上に異なる材料のマスク層を有する幾つかのマクロセンサを示す断面図である。
【図９】一実施形態によるウエハ処理システムのマイクロセンサを示す斜視図である。
【図１０】一実施形態によるウエハ処理システムのマイクロセンサを示す斜視図である。
【図１１】一実施形態によるウエハ処理システムのマイクロセンサの図１０のラインＡ−Ａで切り取った断面図である。
【図１２】一実施形態によるウエハ処理システムのトランジスタセンサタイプのマイクロセンサを示す概略図である。
【図１３】一実施形態によるウエハ処理システムのマイクロ共振器タイプのマイクロセンサを示す概略図である。
【図１４】一実施形態によるウエハ処理システムの光センサタイプのマイクロセンサを示す概略図である。
【図１５】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を表すフロー図である。
【図１６Ａ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１６Ｂ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１６Ｃ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１７】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を表すフロー図である。
【図１８Ａ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１８Ｂ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１８Ｃ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１８Ｄ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１８Ｅ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１８Ｆ】一実施形態によるウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を示す断面図である。
【図１９】一実施形態によるウエハ処理システムの例示的なコンピュータシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［００３０］  粒子検出、エッチング／堆積速度モニタリング、或いは、その他の製造、又はウエハ製造プロセスの制御に使用される装置及び方法が、様々な実施形態に従って説明される。以下の説明においては、解説を目的として、実施形態の網羅的な理解を提供するために多数の具体的な詳細事項が明記される。実施形態はこれらの具体的な詳細がなくとも実践可能であることが、当業者には明らかになろう。他の事例では、実施形態が不必要に不明瞭にならないように、集積回路製造などの周知の態様については詳細に説明していない。さらに、添付の図に示す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は描かれていないことを理解されたい。
【００１３】
［００３１］  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、ウエハ製造プロセスのリアルタイムの測定及び制御を提供するものではない、又は堆積／除去を直接測定する代わりに二次因子との相互関係に基づいて材料の堆積／除去の推定を提供するものではない。例えば、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り、通常の操業時間の堆積／除去速度における偏位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、プラズマにおけるＲＦ整合位置又はガス濃度等の二次因子を測定するためのウエハ処理ツールの処理チャンバに設置されたセンサは、関心対象（堆積／除去速度）の変数を直接測定せず、上記測定は、プラズマを有さないチャンバ内ではより困難となる。
【００１４】
［００３２］  真空条件下、及びプラズマ不在条件下など、あらゆる圧力状態で、材料の堆積又は材料の除去を測定するマイクロセンサを有するウエハ処理機器が以下で説明される。例えば、処理チャンバ上に装着されたマイクロセンサはセンサ表面を含んでいてよく、マイクロセンサのパラメータ（例えば、キャパシタンス）は、材料がセンサ表面上に堆積されたとき、あるいはセンサ表面から除去されたときに変化しうる。このため、材料の堆積又は除去量あるいは速度のリアルタイムの測定、及び上記量又は速度の均一性を監視し、これを使用してウエハ処理システムによって実施されるウエハ製造プロセスを制御することが可能である。
【００１５】
［００３３］  ウエハ製造プロセスのリアルタイム測定に使用されるマイクロセンサは経時的に変化する。より具体的には、意図的に、センサ表面はエッチングによって取り除かれて（或いは、堆積によって成長して）粗くなることがあり、センサ表面の表面積が変化すること、センサ表面が酸化されることなどもありうる。このような変化はマイクロセンサの感度に影響を及ぼし、信頼性を低下させる。例えば、数十回のウエハ処理サイクル後、マイクロセンサは信頼性を失うことがあり、マイクロセンサの洗浄又は交換のため処理チャンバは開放しなければならない。しかしながら、マイクロセンサのこのようなリフレッシュ作業は、ウエハ製造プロセスの処理フローを中断しうるため、マイクロセンサが劣化しても、ウエハ製造プロセスを停止することなく、ウエハ処理機器のセンシング能力を延ばすことが必要である。
【００１６】
［００３４］  一態様では、異なるマイクロセンサが劣化したマイクロセンサを代替できるように、ウエハ処理機器は選択的に露出可能なマイクロセンサを含みうる。例えば、各マイクロセンサは、介在マスク層によって分離される数層のセンシング層を含んでもよい。したがって、第１のセンシング層が劣化した後、センシング層及び一又は複数の介在マスク層は、下部の（下側に存在する）センシング層を露出させて能動的に動作させるために取り除かれてもよい。代替的に、幾つかの横方向に分離されたセンシング層は、様々な厚さを有するブランケットマスク層によって被覆されうる。したがって、ブランケットマスク層は、各センシング層に重ねられたブランケットマスク層の厚さに基づいて、センシング層を順次露出するようにエッチングされうる。例えば、ブランケットマスク層が取り除かれると、第１の厚さの材料の下の第１のセンシング層が露出され、ある時間が経過した後、第１の厚さよりも大きな第２の厚さの材料の下の第２のセンシング層がこれに続く。劣化したセンシング層を交換するため、フレッシュなセンシング層を露出することを可能にするセンサスキームを用いると、ウエハ処理機器の寿命は、より具体的には、センサの保守のために処理チャンバを開けることが必要になる前に実施しうるウエハ製造プロセスのウエハ処理サイクルの数は、増加しうる。
【００１７】
［００３５］  以下に説明するウエハ処理システム及び方法を、材料が基板に堆積されるあるいは基板から除去されるいずれかの形状因子又はプロセスにおいて使用することが可能であることが理解されるであろう。さらに具体的には、ウエハ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、デバイス及び方法を、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での使用に適合させることも可能である。
【００１８】
［００３６］  図１を参照すると、一実施形態によるウエハ処理システムが示されている。ウエハ処理システム１００は、通信リンク１０６によって、コンピュータシステム１０４に通信可能に結合されたウエハ処理ツール１０２を含みうる。通信リンク１０６は、有線又は無線接続であってよい、すなわち、ウエハ処理ツール１０２は、コンピュータシステム１０４と直接又は無線で通信しうる。幾つかの実施形態では、データは通信リンク１０６によって、ウエハ処理１０２及び／又はウエハ処理ツール１０２内のデバイスから転送されうるが、ウエハ処理ツール１０２内のデバイスは受動的なデバイスになりうることが理解されるであろう。すなわち、デバイスはウエハ処理ツール１０２によって処理されること、また、変化をうけることがあり、その変化はデバイスがウエハ処理ツール１０２から取り出された後に測定されうる。これは、以下で説明するように、例えば、粒子検出ツール又はエッチング／堆積モニタリングツールの機能になりうる。
【００１９】
［００３７］  ウエハ処理ツール１０２は、一又は複数のロードロック１１２によってファクトリインターフェース１１０に物理的に接続されたバッファチャンバ１０８を含みうる。さらに、一又は複数の処理チャンバ１１４は、一または複数のそれぞれのロードロック１１２によってバッファチャンバ１０８に物理的に接続されうる。バッファチャンバ１０８は、処理チャンバ１１４内のプロセス圧力よりも高い圧力ではあるが低圧に維持される処理チャンバ１１４の各領域よりも大きい、中間領域として機能しうる。したがって、半導体ウエハ、例えばシリコンウエハを、半導体デバイスの製造中に真空条件下でウエハ処理ツール１０２のチャンバ間で移動させることができる。このような移動は、例えばロボット、ロボットアーム、シャトルなどのウエハ処理ツール１０２に含まれる様々なデバイスによって実現することができる。
【００２０】
［００３８］  様々な製造工程を処理チャンバ１１４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１１４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、又は他のいずれかの半導体処理チャンバであってよい。このため、処理チャンバ１１４を使用して、真空条件下、大気条件下、又は他のいずれかの圧力状態下でウエハ製造プロセスを実施することが可能である。
【００２１】
［００３９］  圧力状態の変化に加えて、処理チャンバ１１４を使用して、異なるエネルギー条件を有する製造プロセスを実施することも可能である。例えば、処理チャンバ１１４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。すなわち、処理チャンバ１１４は、ウエハ製造プロセス中はプラズマ不在状態でありうる。代替的に、処理チャンバ１１４は、プラズマベースのエッチングチャンバ又は堆積チャンバになりうる。
【００２２】
［００４０］  ウエハ製造プロセス中、半導体ウエハはバッファチャンバ１０８からロードロック１１２を通って処理チャンバ１１４のうちの１つへ移送されうる。処理チャンバ１１４は、例えば、真空ポンプ及び／又はターボポンプ（図４）を使用して、真空条件まで引き下げられるチャンバ圧力を有しうる。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ってよい。一実施形態では、処理チャンバ１１４の真空条件は、処理チャンバ１１４がバッファチャンバ１０８の圧力を下回る（例えば１００ミリトール未満の）チャンバ圧を有するときに存在する。したがって、処理チャンバ１１４内で実施される製造工程は真空条件下で行われる
【００２３】
［００４１］  一又は複数の粒子は、処理チャンバ１１４内で実施される製造工程中に生成されうる。例えば、粒子は、特定の工程が行われるとき、例えば、ロードロック１１２のバルブが開かれるとき、ロードロックドアがロックされるとき、リフトピンが動かされるとき、或いは、他の任意のツール操作が行われるときに、処理チャンバ１１４内に放出される金属又は非金属粒子になりうる。放出された粒子は、半導体ウエハに付着することがあり、粒子の付着位置及びタイミングは粒子汚染源によって異なりうる。例えば、粒子は、ロードロック１１２により近いところで、ロードロック１１２が閉じられるときに半導体ウエハに付着することがあり、これは、ロードロック１１２の構成要素及び／又はロードロック１１２の差動が粒子源であることを示している。このように、粒子が半導体ウエハに付着する位置及びタイミングに関する情報を提供する粒子モニタリングが、粒子汚染源の特定に有用となりうることがわかる。
【００２４】
［００４２］  図２を参照すると、一実施形態による粒子モニタリング装置が示されている。粒子モニタリング装置２００は、チャンバ間に、例えば、ウエハ処理ツール１０２のバッファチャンバ１０８及び／又は処理チャンバ１１４の間に移動されるように構成されうる。例えば、粒子モニタリング装置２００は、すべての形成因子及び／又は半導体ウエハと同じ材料及び形状を有するウエハ基板２０２を含みうる。すなわち、ウエハ基板２０２は、半導体材料、例えば、結晶シリコン材料から少なくとも部分的に構成されうる。さらに、ウエハ基板２０２は、基本的にディスク形状のウエハ形成因子を有し、直径２０６を有する支持体面２０４を含みうる。支持体面２０４はディスクの上面であってよく、ウエハ基板２０２の底面（図示せず）は支持体面２０４から厚さ２０８だけ離間されうる。一実施形態では、ウエハ基板２０２のウエハ形成因子は９５〜４５５ｍｍの直径２０６を含み、例えば、直径２０６は名目上１００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍになりうる。さらに、ウエハ基板２０２のウエハ形成因子は、１ｍｍ未満、例えば５２５μｍ、７７５μｍ、又は９２５μｍの厚さ２０８を含みうる。厚さ２０８はまた、１ｍｍを超えてもよく、例えば、数ミリメートルから最大１０ｍｍになりうる。したがって、粒子モニタリング装置２００はすぐに利用可能なウエハ材料、典型的なウエハ製造プロセス及び装置を用いて製造されてよく、ウエハ処理ツール１０２によって処理されるとき、基本的に半導体ウエハをシミュレートしうる。
【００２５】
［００４３］  粒子モニタリング装置２００は、所定の位置で支持体面２０４に装着された幾つかのマイクロセンサを含みうる。マイクロセンサは、以下で説明されるタイプの一又は複数のマイクロセンサになりうる。例えば、複数のマイクロセンサ２１０は、対応するマスク層によって被覆されるそれぞれのセンシング層を含みうる。複数のマイクロセンサ２１０は、それぞれのパラメータを含み、それぞれのセンシング層の上にそれぞれのセンサ表面を含む。したがって、各パラメータは、各センサ表面に材料が堆積したとき、あるいはセンサ表面から除去されたときに変化しうる。多数のマイクロセンサ２１０、例えば、数千個から数百万個のマイクロセンサが支持体面２０４上に装着されうる。各マイクロセンサ２１０は、既知の位置を有しうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２は、第１の位置に配置されてよく、第２のマイクロセンサ２１４は、第２の位置に配置されてよい。第２の位置は、第１の位置に対して、或いは、粒子モニタリング装置２００上の他の何らかの基準点に対して周知の配置を有しうる。
【００２６】
［００４４］  マイクロセンサ２１０は、支持体面２０４全体にわたってランダムに分散されてよく、或いは、所定のパターンで配置されてもよい。例えば、図２に示したマイクロセンサ２１０は、その絶対位置又は相対位置があらかじめ定められた既知のものであっても、支持体面２０４全体にわたってランダムに分散されているように見える。一実施形態では、マイクロセンサ２１０は、例えば、格子パターン、同心円パターン、螺旋パターンなどの所定のパターンで配置される。このようなパターンは、粒子モニタリング装置２００の支持体面２０４の正確な位置にマイクロセンサ２１０を構築するため、既知のエッチング処理を用いて実現されうる。
【００２７】
［００４５］  一実施形態では、マイクロセンサ２１０は、支持体面２０４の表面積の大部分の上に広げられる。例えば、マイクロセンサアレイの最も外側のマイクロセンサ２１０を通って描かれる外側の輪郭は、支持体面２０４の表面積の少なくとも半分になるアレイ領域を描きうる。一実施形態では、アレイ領域は表面積の少なくとも７５％で、例えば、支持体面２０４の表面積の９０％を超える。
【００２８】
［００４６］  粒子モニタリング装置２００のマイクロセンサ２１０は、一又は複数の電気コネクタを通して、互いに、或いは他の回路と相互接続されていてよい。例えば、マイクロセンサ２１０は、支持体面２０４の上を走る電気トレース２１６によって直列に接続されうる。代替的に、又は追加的に、いくつかのマイクロセンサ２１０は、それぞれの電気トレース２１６によって並列に電気接続されうる。このため、マイクロセンサ２１０間で電気接続をさせることができる、又は電気トレース、導線、ビア、及び他の既知のタイプの電気コネクタを使用して、マイクロセンサ２１０をウエハ電子回路２１８に接続させることができる。
【００２９】
［００４７］  粒子モニタリング装置２００の各マイクロセンサ２１０は、粒子がセンサと相互作用すると、所定のパラメータの変化を感知するように構成されうる。例えば、マイクロセンサ２１０は以下で説明するように容量性のマイクロセンサを含んでもよく、マイクロセンサ２１０のセンサ表面に材料が堆積したとき、或いは材料が除去されたときに変化するキャパシタンスを有しうる。したがって、マイクロセンサ２１０が、ウエハ処理ツール１０２の処理チャンバ１１４などのチャンバ内で粒子を受け取ると、キャパシタンスは変化しうる。本書の用語「受け取る」とは、キャパシタンスに影響を及ぼす、粒子とマイクロセンサ２１０との間の相互作用を示す。粒子モニタリング装置２００は、以下で説明されるように、他のタイプのマイクロセンサを含んでもよく、したがって、粒子がこのようなマイクロセンサによって受け取られたときには、異なるパラメータが感知されることが理解されるであろう。例えば、パラメータは、以下で説明されるように、粒子がマイクロセンサに付着するときに、マイクロセンサの近くを通過するときに、或いはマイクロセンサに衝突するときに変化するマイクロセンサの電圧、電流、或いは他の物理的又は電気的特性であってもよい。当業者であれば、この説明を読むときに、粒子とセンサ間の他の相互作用も理解されるであろう。
【００３０】
［００４８］  図３を参照すると、一実施形態による粒子モニタリング装置の断面図が示されている。典型的な半導体ウエハの装填及び処理と同様に、マイクロセンサ２１０は、システム全体にわたって自動的に装填され移動されるウエハ基板２０２上にパッケージ化されている。したがって、マイクロセンサ２１０は、半導体ウエハの製造と同じ環境を経験しうる。一実施形態では、幾つかのマイクロセンサ２１０を有するセンサ層３０２は、ウエハ基板２０２の少なくとも一部を被覆する。したがって、センサ層３０２のマイクロセンサ２１０は、ウエハ基板２０２の支持体面２０４に装着されている。
【００３１】
［００４９］  以下で説明するように、センサ層３０２とセンシング層は混同してはならない。より具体的には、センサ層３０２は、一又は複数のマイクロセンサ２１０が配置されるウエハ処理機器の１つの層で、一方、センシング層は、エッチング／堆積速度、ガス濃度、副生成物の蓄積、粒子などを検出するため、周囲の環境に露出されうる個々のマイクロセンサ２１０の幾つかの層の１つになりうる。
【００３２】
［００５０］  粒子モニタリング装置２００の任意の部分は、絶縁体（ＳＯＩ）基板、又は他のタイプのウエハ上の標準的なシリコンのスタックから構築されうる。ウエハは、ウエハレベルで結合されてよく、すなわち、一体形成された機能的な構成要素を有する個々のウエハの結合である。代替的に、ウエハは、粒子モニタリング装置２００の構築の前後に結合されるチップ、センサなどの個々のモジュールを有してもよい。このような処理が、粒子モニタリング装置２００に一体化されるエッチングセンサ、高温電子回路、又は他のモジュール／構成要素などを最適化する、ＳＯＩ技術の利用を可能にすることが理解されるであろう。このような処理が、ウエハ製造プロセス機器のマイクロセンサ２１０など、以下で説明されるウエハ処理機器の一部を製造するためにも使用されうることが理解されるであろう。
【００３３】
［００５１］  一実施形態では、ウエハ基板２０２は、ウエハ処理ツール１０２のプラズマによる衝突から粒子モニタリング装置２００の電子回路２１８を保護するように構造化されている。このように、ウエハ基板２０２は、上部層３０６と底部層３０８との間に挟まれたウエハ電子回路などの、電子回路２１８を含みうる。例えば、電子回路２１８は、例えば、薄膜バッテリなどの電源３０４を含みうる。薄膜バッテリは、シリコンの層３０６、３０８の間に封入されてもよく、これによって、２つのシリコンウエハによる上部又は底部からのプラズマ衝突に対して保護されうる。さらには、電源３０４は、バリアシール３１０による側面からのプラズマ衝突に対しても保護されうる。バリアシール３１０は、電源３０４の周囲の上部層３０６と底部層３０８との間に挟まれうる。より具体的には、電源３０４の側面を取り囲む保護壁を形成するため、バリアシール３１０はウエハ基板２０２を囲んで延在しうる。このように、電源３０４はウエハ基板２０２内に封入されうる。
【００３４】
［００５２］  電源３０４は、上部層３０６及び／又はセンサ層３０２の電子回路２１８の一又は複数の構成要素に電気的に接続されうる。電子回路２１８、例えば、プロセッサ、メモリ、又は通信電子回路などの制御回路は、ウエハ基板２０２の上部層３０６の中に構築されうる。電源３０４は、粒子モニタリング装置２００の一又は複数の層を通って延在するシリコン貫通電極などの電気接続によって、上部層３０６の電子回路２１８に接続されうる。同様に、電源３０４及び／又は上部層３０６の電子回路２１８（例えば、プロセッサ）は、電気トレース又は電気ビアによって、センサ層３０２のマイクロセンサ２１０に電気的に接続されうる。したがって、電源３０４は、電子機器に電力を供給するため、電子回路２１８のプロセッサ、マイクロセンサ２１０、又は他の電子回路２１８に電気的に連結されうる。
【００３５】
［００５３］  ウエハ処理ツール２００及び／又はウエハ処理機器の幾つかの領域の物理的、化学的、及び電気的な保護は、電子回路２１８をウエハ基板上にモジュール又はチップレベルで結合し、次に構成要素をキャッピングすることによって提供されうることが理解されるであろう。例えば、バッテリ、プロセッサ、センサ、無線通信モジュールなどは結合し、次に、例えばバリア層３１２によってキャッピングされる。しかしながら、幾つかの構成要素はウエハ処理環境に露出されてもよい。例えば、マイクロセンサ２１０は、以下で説明するように、エッチングと堆積処理を監視するため、ウエハ処理ツール２００又はウエハ処理機器の上に露出されてもよい。
【００３６】
［００５４］  マイクロセンサ２１０は、ウエハ処理ツール１０２内のプラズマに露出されることがあり、そのため、センサは最終的に摩滅しうる。センサの総寿命を延ばすためのセンサスキームは以下で説明される。それでもなお、マイクロセンサがリサイクル可能になるように、マイクロセンサ２１０をパッケージ化することは有利になりうる。一実施形態では、マイクロセンサ２１０のパッケージ化は、マイクロセンサ２１０と下部の基板との間にバリア層３１２を含む。例えば、粒子モニタリング装置２００の場合には、バリア層３１２はマイクロセンサ２１０とウエハ基板２０２の支持体面２０４との間に配置されうる。マイクロセンサ２１０は、シリコン貫通電極などの既知の配線技術を用いて、バリア層３１２を経由して、ウエハ電子回路、すなわち、電子回路２１８に電気的に接続されうる。制御電子回路とセンサとの間のバリア層３１２は、リサイクル中に電子機器を保護しうる。例えば、マイクロセンサ２１０は、ストリッピング剤（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ  ａｇｅｎｔｓ）、すなわち、プラズマ、気体又は液体のエッチャントによって除去されうるが、バリア層３１２は同じストリッピング剤では剥ぎ取られない。すなわち、バリア層３１２は、ガス相又は液体のエッチャントなどのストリッピング剤に影響を受けない、導電性又は絶縁性の任意の材料であってよい。したがって、マイクロセンサ２１０が耐用年数の終わりに近づくと、ウエハ基板２０２に組み込まれた電子回路２１８を劣化させることなく、バリア層３１２からセンサ層３０２のマイクロセンサを剥ぎ取るためにプラズマが適用されうる。同様に、摩耗したセンサを取り除くため、機械的なストリッピングが使用されることもある。全体的に新しい粒子モニタリング装置２００を形成するよりも低コストで、粒子モニタリング装置２００を改修するため、新しいマイクロセンサ２１０の組を有する新しいセンサ層３０２が、バリア層３１２の上に形成されてもよい。
【００３７】
［００５５］  粒子モニタリング装置２００の構成要素は、既知の半導体プロセス及び技術を用いて形成されうる。例えば、上述のように、センサと電子回路２１８との間の電気的接続は、シリコン貫通電極を用いて、バリア層３１２及び／又はウエハ基板２０２を通って形成されうる。さらに、構成要素は既知の技術を用いて、粒子モニタリング装置２００の層の中に構築されうる。例えば、マイクロセンサ２１０は別々に形成されて、リサイクル処理中にフリップチップ技術を用いて、バリア層３１２の上に装着されてもよい。
【００３８】
［００５６］  粒子モニタリング装置２００へのマイクロセンサ２１０の実装は、粒子検出のためのマイクロセンサ２１０利用の実施形態を意味する。ウエハ製造プロセスの機器及び方法には、マイクロセンサ２１０の別の用途もある。例えば、マイクロセンサ２１０は、エッチング／堆積速度を判定又は測定するため、ウエハ処理ツール１０２に装着されてよく、このようなデータは、エッチング又は堆積処理などのウエハ製造プロセスを制御するために使用されうる。
【００３９】
［００５７］  図４を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理ツールに装着されたマイクロセンサの断面図が示されている。ウエハ４０２、例えば半導体材料のウエハ、或いは、粒子モニタリング装置２００のウエハ基板２０２は、ウエハ処理ツール１０２の処理チャンバ１１４内のウエハ製造プロセスにさらされる。ウエハ４０２は、ウエハ４０２がウエハ処理ツール１０２を通って移動するにつれ、異なる圧力条件にさらされうる。例えば、大気条件において、半導体ウエハ４０２をファクトリインターフェース１１０の中に挿入することができる。次に、半導体ウエハ４０２は、ファクトリインターフェース１１０とバッファチャンバ１０８との間のロードロック１１２の中に入れられ、ロードロック１１２には、１２０ミリトールの真空条件がもたらされる。半導体ウエハ４０２は次に、ロードロック１１２から、１００ミリトールのバッファチャンバ１０８圧を有するバッファチャンバ１０８まで通過しうる。
【００４０】
［００５８］  ウエハ４０２は、バッファチャンバ１０８からロードロック１１２を通って処理チャンバ１１４のうちの１つの中に移動させられうる。例えば、処理チャンバ１１４は、チャンバ空間４０６の周囲のチャンバ壁４０４を含んでよく、チャンバ空間４０６はウエハ４０２を受容するサイズになりうる。このため、処理チャンバ１１４内のウエハ製造プロセス中に、半導体材料はウエハ４０２上に堆積、又はそこから除去されうる。ウエハ製造プロセス中に、処理チャンバ１１４内のチャンバ空間４０６は、例えば真空ポンプ及び／又はターボポンプ等の例えば真空源４０８を使用して真空条件まで下がったチャンバ圧を有しうる。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ってよい。一実施形態では、処理チャンバ１１４の真空条件は、処理チャンバ１１４がバッファチャンバ１０８の圧力を下回る（例えば１００ミリトール未満の）チャンバ圧を有するときに存在する。したがって、処理チャンバ１１４は、ウエハ製造プロセスの製造工程中は、真空条件下にありうる。さらに、真空条件により、チャンバ領域４０６からのガス状混合物を低減させる又は取り除くことができ、したがって、チャンバ領域４０６はウエハ製造プロセス中はプラズマ不在状態になりうる。
【００４１】
［００５９］  一又は複数のマイクロセンサ、例えば、マイクロセンサ２１０は、ウエハ処理ツール１０２に装着される。マイクロセンサは、以下で説明されるタイプの一又は複数のマイクロセンサになりうる。例えば、複数のマイクロセンサ２１０は、対応するマスク層によって被覆されるそれぞれのセンシング層を含みうる。マイクロセンサ２１０は、チャンバ空間４０６内の処理チャンバ１１４の一又は複数の位置に装着されうる。より具体的には、幾つかのマイクロセンサ２１０は、チャンバ空間４０６内のチャンバ壁４０４の所定の位置に装着されうる。
【００４２】
［００６０］  一実施形態では、マイクロセンサ２１０は、チャンバ壁４０４ではなく、ウエハ処理ツール１０２の部分に装着される。例えば、チャンバ壁４０４に装着されたマイクロセンサ２１０を有する代わりに、又は加えて、一又は複数のマイクロセンサ２１０は、処理チャンバ１１４内のウエハホルダ４１０に装着されうる。ウエハホルダ４１０は、例えば、ウエハ製造プロセス中に、ウエハ４０２を静電的に固定する一また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４１０は、ウエハ４０２が固定される保持面４１２を含みうる。例えば、保持面４１２は、ウエハホルダ４１０の上の誘電体材料の層であってよく、マイクロセンサ２１０を保持面４１２上に装着することが可能である。より具体的には、マイクロセンサ２１０は、ウエハ製造プロセス中にウエハ４０２の近く及び／又はウエハ２０２から横方向にオフセットした領域内の保持面４１２に装着されうる。例えば、プロセスキットは、保持面４１２上のウエハ４０２の周りのリングを含んでいてよく、マイクロセンサ２１０は、プロセスキット上に装着されうる。
【００４３】
［００６１］  マイクロセンサ２１０は、処理チャンバ１１４に位置付けられうる、あるいはウエハホルダ４１０等の処理チャンバ１１４の消耗部分又は非消耗部分内の、ウエハ４０２の材料堆積又は除去速度の変化を検出するのに十分ウエハ４０２に接近したところに設置することができると考えられる。例えば、ウエハ４０２は、正面に向いている表面、すなわち保持面４１２から離れ、プラズマに向かう表面を有していてよく、マイクロセンサ２１０は、材料の堆積／除去に対して敏感なセンサ表面も正面に向いているように保持面４１２に装着されうる。
【００４４】
［００６２］  マイクロセンサ２１０は、処理チャンバ１１４内の位置ではなく、ウエハ処理ツール１０２に装着されうることが理解されるであろう。例えば、一又は複数のマイクロセンサは、ロードロック１１２の上、内部、又は近傍に装着されうる。同様に、幾つか位置の例を挙げるならば、マイクロセンサ２１０は、ウエハ処理ツール１０２のガス管（図示せず）、真空源４０８への流れを制御するウエハ処理ツール１０２の圧力制御バルブ４１４、ウエハ処理ツール１０２のロボット、又はウエハ処理ツール１０２のリフトピンなどの上、内部、又は近傍に装着されうる。マイクロセンサ２１０は、特定のプロセス測定及び望ましい制御に応じて、ウエハ処理ツール１０２の他の位置の近傍に装着されうる。ここで、「〜の近傍に」という表現は相対的な言葉として使用されており、ウエハ処理ツール１０２の特定の構成要素の近くにマイクロセンサ２１０が存在することは、構成要素の上に堆積した、又は構成要素から取り除いた粒子又は材料が、装着されたセンサと統計的に相互作用しやすい距離にあることを説明することを意図したものであることが理解されるであろう。このような相互作用の例は、以下で説明される方法に関してさらに説明される。
【００４５】
［００６３］  本書で使用されているように、「マイクロ」という用語は、実施形態による特定のセンサ又は構造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、ナノメートルから１００μｍのスケールの寸法を有する容量性センサを指す場合がある。すなわち、一実施形態では、以下で説明されるように、マイクロセンサ２１０は、並列又は直列に接続される個々の設に対して、０．０５〜１００μｍの範囲の典型的な寸法を有する。したがって、本書に記載のマイクロセンサ２１０は、他のタイプのセンサ、例えば、グラムの百万分の一の規模の重量の精密測定を行うことができる機器である例えば微量てんびんから容易に区別することができる。すなわち、微量てんびんは、マイクロスケールの重量ではあるが、本書に記載のマイクロセンサと同じサイズの範囲内ではない重量を測定しうるということである。このサイズ範囲の差は、少なくともいくつかの（例えば、数千個の）マイクロセンサをチャンバ空間４０６の中に、或いはウエハ処理ツール１０２の別の位置に取り付けることができるため、有利であるのに対し、幾つかの微量てんびんは、半導体ウエハ４０２を受容するようにサイズ設定されたチャンバ空間４０６の中に取り付けることができない。
【００４６】
［００６４］  本書で使用されているように、「マイクロセンサ」という用語は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関する材料及び製造プロセスを使用して製造されるセンサも指す場合がある。すなわち、本書に記載のマイクロセンサ２１０は、例えば堆積プロセス、パターニング、エッチング等のＭＥＭＳプロセスを使用して製造されうる。したがって、マイクロセンサ２１０は、ＭＥＭＳプロセスを使用して形成されたサイズ及び構造を有するＭＥＭＳスケールのセンサであってよい。しかしながら、実施形態は必ずしもこれに限定されず、実施形態の特定の態様をさらに大きな、そして可能であればさらに小さなサイズスケールに応用可能でありうると認められる。
【００４７】
［００６５］  ウエハ処理ツール１０２にマイクロセンサを１つだけ装着する場合もあるが、多数のマイクロセンサ（例えば、数百個から数百万個のマイクロセンサ）をチャンバ空間４０６に収めること、又は、ウエハ処理ツール１０２の別の位置に装着することが可能である。すなわち、上述したＭＥＭＳスケールのサイズのマイクロセンサを仮定すると、ウエハ製造プロセスパラメータ、例えば、処理チャンバ１１４内の半導体材料の堆積／除去をリアルタイムで監視するために、多くのマイクロセンサをウエハ処理ツール１０２に沿って、チャンバ壁４０４（又はウエハ処理ツール１０２の他の構成要素）の周囲に分散させることができる。
【００４８】
［００６６］  各マイクロセンサ２１０は、既知の位置を有しうる。例えば、第１のマイクロセンサは、ウエハ処理ツール１０２の第１の所定の位置、例えば、チャンバ空間４０６内の第１の位置に配置されてよく、
第２のマイクロセンサは、ウエハ処理ツール１０２の第２の所定の位置、例えば、チャンバ空間４０６内の第２の位置に配置されてよい。マイクロセンサ２１０は、ランダムに、あるいは所定のパターンで処理チャンバ１１４上に分散していてよい。例えば、第２の位置は、第１の位置に対して、又は処理チャンバ１１４上の他の何らかの基準点に対して既知の配置を有しうる。したがって、材料の堆積／除去の均一性は、第１のマイクロセンサ及び第２のマイクロセンサからのリアルタイムの測定値を比較することによって、以下に説明するように決定することができる。
【００４９】
［００６７］  ウエハ処理ツール１０２は、ウエハ製造プロセスのプロセス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うる。他のセンサ及び／又は測定機器は、マイクロセンサでなくてもよい。例えば、以下に説明するＭＥＭＳスケールのセンサとは対照的に、ウエハ処理ツール１０２は、ウエハ製造プロセス中にチャンバ空間４０６の発光分析（ＯＥＳ）シグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を検出する、処理チャンバ１１４に装着された、あるいは他の方法で装着された光学分光計４１６を含みうる。ＯＥＳシグネチャは、チャンバ空間４０６内で、要素の種類と量を識別しうる。例えば、ＯＥＳシグネチャは、ウエハ製造プロセス中に、チャンバ領域４０６内のプラズマにその化学元素が存在するかを識別しうる。他のセンサを使用して、チャンバ領域４０６内で実施されるウエハ製造プロセスの他のプロセスパラメータを検出することができる。上記他のセンサは、処理チャンバ１１４又はウエハ４０２に供給される電力を測定する電気センサと、ウエハホルダ４１０等の電気的特性を測定する電気センサとを含みうる。上記センサは、実際の半導体材料１１０８の堆積／除去量又は速度を測定することはできないが、それにも関わらず、以下に説明する理由により、マイクロセンサ２１０によって行われる実際の堆積／除去の測定と相関しうる。
【００５０】
［００６８］  ウエハ処理ツール１０２内の粒子の存在に関連する情報を収集するため、他のセンサも使用されうる。例えば、一又は複数の測定装置、例えば、加速度計（図示せず）はウエハ処理ツール１０２の可動部分に装着されうる。一実施形態では、ロボット又はロボットアームは、ロボットの動きを感知する加速度計を含む。代替的に、ロードロックドアは加速度計を含む。したがって、ウエハ製造プロセスのプロセスパラメータ、例えば、ロボットの動きを表わす運動データは、加速度計によって検出され、微粒子源を特定するため、マイクロセンサ２１０から収集された粒子センシングデータと関連付けられてもよい。このような他のセンサ、例えば、加速度計は以下で更に説明される。
【００５１】
［００６９］  ウエハ処理ツール１０２のマイクロセンサ２１０及び／又は測定機器は、一又は複数の電気コネクタを通して、互いに、あるいは他の回路と相互接続されていてよい。例えば、マイクロセンサ２１０は、チャンバ壁４０４及び／又はウエハホルダ４１０の上を走る電気トレースによって直列に接続されうる。代替的に、又は追加的に、いくつかのマイクロセンサ２１０は、それぞれの電気トレース２１６によって並列に電気接続されうる。このため、マイクロセンサ２１０間で電気接続をさせることができる、及び／又は電気トレース、導線、バイア、及び他の既知のタイプの電気コネクタを使用して、マイクロセンサ２１０を電子回路２１８に接続させることができる。
【００５２】
［００７０］  図５を参照すると、一実施形態による、粒子モニタリング装置又はウエハ処理ツールの電子回路のブロック図が示されている。粒子モニタリング装置２００の電子回路２１８又はウエハ処理ツール１０２は、ウエハ処理ツール１０２のウエハ４０２の下部構造によって支持されうる。例えば、電子回路２１８は、上述のように、粒子モニタリング装置２００の上部層３０６に装着されうる。電子回路２１８はハウジングに格納されうる。ハウジング及び／又は電子回路２１８の電子部品はウエハ４０２に一体化されてよく、例えば、ハウジングは電子回路２１８を封入するウエハ基板の層であってよい。代替的に、ハウジングは、ウエハ処理ツール１０２、例えば、チャンバ壁４０４又はウエハホルダ４１０に装着されうる。同様に、ハウジングは、ウエハ処理ツール１０２の別の部分、例えば、チャンバ空間４０６外の外面上に装着されうる。したがって、電子回路２１８は、マイクロセンサ２１０と同位置に位置しうるか、離れて配置されうる。電子回路２１８は、それにもかかわらず、また、マイクロセンサ２１０に対して遠隔に装着されたときでさえ、一または複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）接続５０２、例えば電気トレース、電気リード、又はビアを通してマイクロセンサ２１０と電気接続された状態に配置されうる。
【００５３】
［００７１］  ウエハ処理機器の電子回路２１８は、クロック５０４を含みうる。クロック５０４は、当業者に周知のように、精密周波数を有する電気信号を出力する電子発振器、例えば石英結晶を有する電子回路であってよい。このため、クロック５０４は、Ｉ／Ｏ接続５０２を通して受信した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、他の工程とは関係のない絶対時間値であってよい、或いは時間値は、ウエハ処理機器内の他のクロックと同期していてよい。例えば、クロック５０４は、クロック５０４によって出力される時間値が、システムクロックによって出力されるあるい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、ウエハ処理ツール１０２のシステムクロックと、あるいはウエハ処理ツール１０２にリンクされた製作設備のホストコンピュータのシステムクロックと同期していてよい。クロック５０４は、特定のプロセス工程が行われたときに、時間値の出力を開始するように構成されうる。ウエハ処理機器の電子回路２１８は、ウエハ処理ツール１０２とホストコンピュータとの間の通信を送受信するネットワークインターフェースデバイス５０６を含みうる。
【００５４】
［００７２］  ウエハ処理機器の電子回路２１８は、プロセッサ５０８を含みうる。プロセッサ５０８は、クロック５０４に、動作可能に結合されうる、例えばバス５１０及び／又はトレースによって電気接続されうる。プロセッサ５０８は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などといった、一又は複数の汎用処理デバイスのことである。より詳細には、プロセッサ５０８は、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セット演算（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５０８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）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどの、一又は複数の特殊用途処理デバイスでもありうる。
【００５５】
［００７３］  プロセッサ５０８は、本書に記載の工程を実施するための処理論理を実行するよう構成される。例えば、プロセッサ５０８は、粒子モニタリング装置２００又はウエハ処理ツール１０２の異なる所定の位置に位置するいくつかのマイクロセンサ２１０から入力信号を受信し解析するように構成されうる。したがって、プロセッサ５０８は、動作可能に接続されるマイクロセンサ２１０に関連するデータを決定し、記録しうる。例えば、プロセッサ５０８は、マイクロセンサのキャパシタンスが変化したとき、マイクロセンサ２１０の位置を記録してもよい。プロセッサ５０８はまた、受信した各入力信号に対応するクロック５０４から時間値出力を受信し、時間値出力をタイムスタンプとして記録してもよい。したがって、プロセッサ５０８は、例えば所定の時間におけるウエハ製造プロセスの均一性を決定するために、いくつかのマイクロセンサ２１０からの入力信号を比較しうる。プロセッサ５０８は、マイクロセンサ２１０から受信した信号に基づいて、他の種類の情報を決定するように構成されうる。例えば、一又は複数のマイクロセンサ２１０から受信した入力信号を使用して、以下で説明するように、ウエハ製造プロセスの終点決定を行いうる、或いはウエハ製造プロセスの変化の根本原因を決定しうる。
【００５６】
［００７４］  本書に記載のように、他の機能はプロセッサ５０８によって提供されてもよい。例えば、プロセッサ５０８は信号処理機能をふくんでもよく、例えば、マイクロセンサ２１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換しうる。言うまでもなく、このような目的のためには、専用のデジタルアナログコンバータも使用されうる。同様に、変位電流のフィルタ処理などの前述の処理機能、ルックアップテーブルの参照などのデータに対して論理判断を行うタスクの実行、補正係数の適用などに対して、他の電子回路が使用されてもよい。このような処理は、周知のように、局所的に、或いは分散的に実施されうることを理解されたい。したがって、このような電子回路及び処理技術は、簡略にするため、ここでは詳細に説明しない。
【００５７】
［００７５］  マイクロセンサ２１０の監視は、プロセッサ５０８によって個別に又はグループごとに実施されうる。つまり、プロセッサ５０８は、各マイクロセンサ２１０の個別のデータを監視し、記録しうる。したがって、各マイクロセンサ２１０は、例えば位置あるいは他のセンサの特定データに関連付けられた固有のセンサ識別番号によって個別に識別可能でありうる。一実施形態では、マイクロセンサ２１０はグループで監視されうる。例えば、プロセッサ５０８は、一または複数のマイクロセンサ２１０のグループのバンクデータを監視し、記録しうる。これらのグループはセンサブロックと称されることがあり、各センサブロックは対応する電源とプロセッサを有しうる。すなわち、センサブロックは互いに独立に機能し、別々に監視又は制御される。したがって、マイクロセンサ２１０のグループは、センサのグループ全体に対応する位置又は他のグループの特定データに関連付けられうる。
【００５８】
［００７６］  ウエハ処理機器の電子回路２１８は、例えば、ウエハ基板２０２又はチャンバ壁４０４に装着されたメモリ５１２を含みうる。メモリ５１２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、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）等といったダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）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）等）、又は二次メモリ（例えばデータ記憶デバイスなど）のうちの一又は複数を含みうる。プロセッサ５０８は、バス５１０又は他の電気接続を介してメモリ５１２と通信しうる。このため、プロセッサ５０８は、トリガされたマイクロセンサ２１０の所定の位置、及びクロック５０４によって出力された時間値をメモリ５１２に記録するために、メモリ５１２に動作可能に結合されうる。すなわち、メモリ５１２は、粒子又は材料がマイクロセンサ２１０上に堆積された時間、或いは、マイクロセンサ２１０から除去された時間を記録し、また、材料がマイクロセンサ２１０に舞い降りるとき、又はマイクロセンサ２１０から舞い上がるとき、影響を受けたマイクロセンサが処理チャンバ２１０に装着されている位置を記録しうる。
【００５９】
［００７７］  ウエハ処理ツール１０２の電子回路２１８は、上述のように、電源３０４を含みうる。電源３０４は、バッテリ、コンデンサバンク、又は別の既知の電源を含みうる。電源３０４は、例えばマイクロセンサ２１０、クロック５０４、プロセッサ５０８、又はメモリ５１２等のバス５１０を通して、電子回路２１８の一又は複数の構成要素に電気的に接続されていてよく、これらに電力を供給することができる。
【００６０】
［００７８］  ウエハ処理ツール１０２の電子回路２１８は、追加の構成要素を含みうる。例えば、電子回路２１８は、粒子モニタリング装置２００が動きを止めたとき、例えば、ウエハ処理ツール１０２の特定の処理チャンバ１１４に装填されたとき、クロック５０４が時間値の出力を開始するきっかけとなる加速度計５１４を含みうる。したがって、時間値は、粒子モニタリング装置２００がウエハ処理ツール１０２の特定の処理ステーションに装填されるときに関する情報を提供しうる。電子回路２１８は、例えば、広周波数源５１６などの周波数源５１６、又は検出器５１８を含みうる。周波数源５１６及び検出器５１８は、ウエハ処理ツール１０２のマイクロセンサ２１０の特定の実施形態に関連する特定の用途を有しうる。例えば、周波数源５１６及び検出器５１８は、以下で説明するように、マイクロ共振器タイプのマイクロセンサを駆動し、監視するために使用されうる。
【００６１】
［００７９］  上述の電子回路２１８の部品は、使用されうるが、限定的でないセンサの範囲を示している。例えば、温度センサ５２０などの付加的なセンサは、ウエハ処理ツール１０２の製造時に一体化されてもよい。温度センサ５２０は、チャンバ空間４０６などのウエハ処理ツール１０２の一又は複数の構成要素の温度を監視しうる。マイクロセンサ２１０の様々な実施形態がここで説明される。冒頭で述べたとおり、マイクロセンサ２１０の構成及び図解は実際には例示的なものであって、当業者であればこの説明に基づいて、多くの付加的な構成を予測しうる。
【００６２】
［００８０］  図６を参照すると、選択的に露出可能なセンシング層を含む積層構造を有する幾つかのマイクロセンサの断面図が示されている。以下で説明するタイプの幾つかのマイクロセンサ２１０、例えば、容量性の水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）、又は、マイクロ共振器センサが処理チャンバ内に配置されうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２及び第２のマイクロセンサ２１４は、ウエハ基板２０２の処理チャンバ１１４の装着面６０２に装着されうる。第１のマイクロセンサ２１２及び第２のマイクロセンサ２１４は、互いに隣接してよく、例えば、横並びの構成であってもよく、各マイクロセンサは一又は複数のセンシング層６０４、並びに、一又は複数のマスク層６０６を含みうる。さらに、第２のマイクロセンサ２１４のセンシング層６０４がマスク層６０６によってマスクされるときには、第１のマイクロセンサ２１２のセンシング層６０４が周囲の環境、例えば、チャンバ空間４０６に露出されるように、第１のマイクロセンサ２１２及び第２のマイクロセンサ２１４のセンシング層６０４は選択的に露出可能になりうる。同様に、第１のマイクロセンサ２１２のセンシング層６０４がマスク層６０６によってマスクされるときには、第２のマイクロセンサ２１４のセンシング層６０４は周囲の環境に露出されうる。
【００６３】
［００８１］  選択的に露出可能なセンサ構造を実現するため、各マイクロセンサは一又は複数の積層された交互の材料のコラムを含みうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２は、第１のマスク層６１０の上に積層された露出したセンシング層６０８を含む初期構成を有しうる。同様に、第１のマスク層６１０は第１のセンシング層６１２の上に積層されうる。露出したセンシング層６０８は、第１のセンサ層６１２が第１のマスク層６１０によって保護されているときには、ウエハ製造プロセスを感知し、監視するため、周囲の環境、例えば、チャンバ空間に開かれている。
【００６４】
［００８２］  第２のマイクロセンサ２１４は第１のマイクロセンサ２１２と同様の構造を含みうる。例えば、第２のマイクロセンサ２１４は、第２のセンシング層６１６の上に第２のマスク層６１４を有しうる。しかしながら、初期構成では、第２のセンシング層６１６が、第１のマイクロセンサ２１２の露出したセンシング層６０８が監視しているウエハ製造プロセスから保護されるように、第２のマスク層６１４は周囲の環境に対して開かれている。以下で説明するように、第１のセンシング層６１２が寿命に達したとき、第２のセンシング層６１６を露出するため、第２のマスク層６１４は取り除かれうる。したがって、ウエハ処理機器のセンシング機能はリフレッシュされてよく、一連のウエハ処理サイクル中、周囲の環境を監視するため、第２のセンシング層６１６は露出されうる。
【００６５】
［００８３］  一実施形態では、第１のマイクロセンサ２１２又は第２のマイクロセンサ２１４の交互マスク層６０６は異なる材料を含みうる。より具体的には、マスク層６０６を形成する材料は、異なる作用によるエッチングに対して感受性が高くなりうる。例として、初期構成で露出したセンシング層６０８の下に配置された第１のマスク層６１０は、第１のマスク材料から形成され、初期構成の間に周囲の環境に露出されうる第２のマスク層６１４は第２のマスク材料から形成されうる。第１のマスク材料は、チャンバ空間内のエッチャントによるエッチングに対して感受性が高くなることがあり、第２のマスク材料は同じエッチャントによるエッチングに対して感受性が高くならないことがあり、また、その逆もありうる。したがって、下部の第２のセンシング層６１６を露出するため、第２のマスク層６１４がエッチングされるとき、使用されたエッチャントは第１のマスク層６１０を除去しないことがあり、その結果、第１のマイクロセンサ２１２の下部の第１のセンシング層６１２は、第２のセンシング層６１６がウエハ製造プロセスを監視しているとき、完全なままで保護されることがある。
【００６６】
［００８４］  各マイクロセンサ内のセンシング層６０４は、一又は複数のマスク層６０６によって、互いに分離されうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２の露出したセンシング層６０８は、第１のマスク層６１０によって、第１のセンシング層６１２から分離されうる。すなわち、第１のマスク層６０６は、露出したセンシング層６０８と第１のセンシング層６１２との間にあってもよい。同様に、中間マスク層６１８は、第１のセンシング層６１２の露出したセンシング層６０８の間に配置されうる。例えば、中間マスク層６１８は、図示したように第１のマスク層６１０の下、或いは第１のマスク層６１０の上にあってもよい。言い換えるならば、マイクロセンサの２つのセンシング層は、マイクロセンサの２つ以上のマスク層によって分離されうる。さらに、同じマイクロセンサのマスク層は異なる材料を含みうる。例えば、中間マスク層６１８は、第１のマスク層６１０とは異なるエッチャントによるエッチングに対して感受性のある、異なる材料から形成されうる。したがって、各マイクロセンサのマスク層６０６は、異なる材料から形成されてよく、下部構造を所望どおりに露出するため、所定のエッチャントによって選択的にエッチングすることができる。
【００６７】
［００８５］  図６に示した積層構造は、個々のマイクロセンサ又はマイクロセンサの一部を表すセンシング層６０４を含みうる。より具体的には、第１のマイクロセンサ２１２は、それぞれ第１及び第２の導体（このような導体は図９に関して以下で説明される）を有する、幾つかの積み重ねられた、垂直にオフセットされた容量性のマイクロセンサを含みうる。代替的に、第１のマイクロセンサ２１２は、個別の容量性のマイクロセンサであるとみなされることがあり、その結果、以下で説明されるように、容量性のマイクロセンサの長い導体は、介在マスク層６０６によって互いに絶縁された、垂直に分離された幾つかのセンシング層６０４を含む積層構造を有するように形成されてもよい。
【００６８】
［００８６］  マイクロセンサが積層構造を含むときには、様々な層のエッチングは、マイクロセンサのパラメータを変化させうる。例えば、センサ自体が積層化されているとき、層の除去はセンサのキャパシタンスを変化させうる。したがって、キャパシタンスが変化すると、エッチングを調整するため、センサは再較正されうる。すなわち、ウエハ製造プロセスの正確なセンシングのため、新しいベースキャパシタンスを調整するように、センサは再較正されうる。
【００６９】
［００８７］  図７を参照すると、一実施形態による、選択的に露出可能なセンシング層６０４の上にブランケットマスク層７０２を有する幾つかのマイクロセンサの断面図が示されている。幾つかのマイクロセンサは、装着面６０２の上に横並びで配置されうる。最も左のマイクロセンサは、初期構成で露出したセンシング層６０８を含みうる。これとは対照的に、他のマイクロセンサ、例えば、第１のマイクロセンサ２１２及び第２のマイクロセンサ２１４はそれぞれ、センシング層６０４とマスク層６０６を含みうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２は、第１のセンシング層６１２の上に第１のマスク層６１０を含みうる。同様に、第２のマイクロセンサ２１４は、第２のセンシング層６１６の上に第２のマスク層６１４を含みうる。
【００７０】
［００８８］  図示したように、各マイクロセンサの各マスク層６０６は、ブランケットマスク層７０２の一部になりうる。より具体的には、露出したセンシング層６０８が初期構成の間に周囲の環境を監視しているときには、被覆されたセンシング層６０４を保護するため、連続マスク被覆は各センサプローブの上に適用される。ブランケットマスク層７０２は、ウエハ製造プロセスが露出したセンシング層６０８によって監視されている間に使用されるエッチャントに対して耐性を有しうる。以下で説明されるように、露出したセンシング層６０８が寿命に達すると、隣接するマイクロセンサを露出するため、例えば、第１のマイクロセンサ２１２を露出するため、マスク材料が除去されるように、ブランケットマスク層７０２が感受性を有する別のエッチャントが使用されることがあり、他のエッチャントはブランケットマスク層７０２の厚さを減らしうる。
【００７１】
［００８９］  ブランケットマスク層７０２は、マイクロセンサを被覆するブランケットマスク層７０２の一部のそれぞれの厚さに基づいて、下部のマイクロセンサ２１０がエッチャントによって順次露出されるように、様々な厚さを有する層プロファイルを含みうる。例えば、第１のセンシング層６１２の上の第１のマスク層６１０が第１の厚さを有し、第２のセンシング層６１６の第２のマスク層６１４が、第１の厚さとは異なる第２の厚さを有するように、ブランケットマスク層７０２は図示したようにくさび形状の層プロファイルを有してもよい。すなわち、第１の厚さは第２の厚さを下回ることがあり、したがって、ブランケットマスク層７０２を一様な割合で除去することにより、第２のセンシング層６１６の前に第１のセンシング層６１２を露出する。ブランケットマスク層７０２の層プロファイルは、任意の可変な暑さのプロファイルを含みうる。例えば、層プロファイルは階段形状、放物線形状などになりうる。
【００７２】
［００９０］  図８を参照すると、一実施形態による、選択的に露出可能なセンシング層６０４の上に異なる材料のマスク層６０６を有する幾つかのマイクロセンサの断面図が示されている。幾つかのマイクロセンサの組が、装着面６０２の上に配置されうる。マイクロセンサの各組は、それぞれのマスク層６０６によって被覆されたそれぞれのセンシング層６０４を含みうる。例えば、第１のマイクロセンサ２１２の組は、それぞれの第１のセンシング層６１２（隠れている）の上にそれぞれの第１のマスク層６１０を含みうる。同様に、第２のマイクロセンサ２１４の組は、それぞれの第２のセンシング層６１６（隠れている）の上にそれぞれの第２のマスク層６１４を含みうる。ウエハ製造プロセスの任意のある時点に、マイクロセンサの組はそれぞれの露出したセンシング層６０８を含みうる。したがって、露出したセンシング層６０８はウエハ製造プロセスを監視し、例えば、マイクロセンサの他の組のセンシング層６０４が各マスク層６０６の下で保護された状態にあるときには、エッチングされてもよい。
【００７３】
［００９１］  マイクロセンサの様々な組のそれぞれのマスク層６０６は、異なるエッチャントによるエッチングに対して感受性のある材料から形成されうる。したがって、露出したセンシング層６０８の別の組が使用されたとき、及び／又は寿命に達したときには、下部のセンシング層６０４を露出するため、様々な組のマスク層６０６は、選択的に除去されうる。
【００７４】
［００９２］  一実施形態では、マイクロセンサの各組は、各電気バス８０２に電気的に接続されている。したがって、マイクロセンサの組は、マイクロセンサのパラメータの変化を検出し、その結果、ウエハ製造プロセスを測定し監視するように、個別に抽出されうる。
【００７５】
［００９３］  上述のセンサスキームは、ハイブリッドセンサ構成に結合されうる。例えば、図６に関して説明される多層センサ構造は、図７のブランケットマスク層７０２に示したプロファイルのように、様々な厚さを有する上部マスクを含みうる。マイクロセンサの第１の組のセンシング層６０４は、可変な厚さの上部マスクをエッチングすることによって順次露出され、次いで、マイクロセンサの後続のセンシング層６０４は、積層構造の垂直にオフセットされたセンシング層６０４の中間マスク層６１８を除去することによって露出されうる。
【００７６】
［００９４］  図９を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムのマイクロセンサの斜視図が示されている。マイクロセンサ２１０は、キャパシタンスを有する容量性のマイクロセンサを含み、マイクロセンサ２１０のキャパシタンスは、ウエハ処理ツール１０２によって実行されるウエハ製造プロセスに応答して変化しうる。マイクロセンサ２１０は、測定回路に接続された２つ以上の電極を採用しうる。例えば、マイクロセンサ２１０は、誘電体ギャップによって第２の導体９０４から分離された第１の導体９０２を含むセンシング層に導体のペアを有してもよい。第１の導体９０２及び／又は第２の導体９０４は帯電されうる。例えば、一又は複数の電極は、電子回路２１８の測定回路からの信号を駆動し、感知するため、直接結合されうる。一実施形態では、電極の１つは接地電位に接続される。
【００７７】
［００９５］  第１の導体９０２及び第２の導体９０４は、多結晶シリコン、ポリシリコン、アルミニウム、タングステンなどの導電性材料から形成されうる。導体は、基板９０６の上に形成又は装着されうる。基板９０６は、粒子モニタリング装置２００のウエハ基板２０２になりうる。代替的に、基板９０６はウエハ処理ツール１０２に装着されうる。基板９０６は、シリコンウエハ基板、有機材料、ブランケットガラス基板、或いは、アルミナ、石英、シリカなどの別の中実な誘電体基板になりうる。
【００７８】
［００９６］  各導体は、それぞれの平面に沿って導電性パッド９０８から延在する、幾つかの指状の導体を含みうる。例えば、第１の導体９０２は、幾つかの第１の細長い導体９１０を含み、第２の細長い導体９１２は幾つかの第２の細長い導体９１２を含みうる。一実施形態では、第１の細長い導体９１０と第２の細長い導体９１２は互いにかみ合う。より具体的には、細長い導体は、指状の構造の間にキャパシタンスを形成するため、同一平面内で連結又は嵌合されうる。信号は、導電性パッド９０８を経由して、細長い導体の内外へ運ばれうる。したがって、マイクロセンサ２１０は、平面構成を有するキャパシタを含みうる。
【００７９】
［００９７］  マイクロセンサ２１０は感度を最大化するように設計されうる。例えば、マイクロセンサ２１０の電極は、小さなサイズで形成され、小さな空間によって分離されうる。このサイズスケーリングは、センサを別々にすることによって、高い感度とアクティブな領域密度実現することができ、全体として、より小さな粒子に対して敏感になり、より個別的に粒子を検出することができる。例として、細長い導体はそれぞれ、３ミクロン未満の誘電体ギャップ距離によって分離されうる。幾つかの実施形態では、誘電体ギャップの距離は５０〜１００ｎｍの範囲になりうる。したがって、マイクロセンサ２１０は、電極間の誘電体特性の小さな揺らぎを検出しうる。モニタリング及び制御電子回路２１８の設計はまた、感度を調整するため、操作されうる。したがって、マイクロセンサ２１０の典型的な検出範囲は、低フェムトファラッドから数十ピコファラッドの範囲内にあり、検出分解能はアトファラッドの単位になりうる。
【００８０】
［００９８］  図１０を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムのマイクロセンサの斜視図が示されている。マイクロセンサ２１０は、一又は複数の第１の導体９０２又は第２の導体９０４の上の被覆１００２を含みうる。例えば、被覆１００２は、平面的な互いにかみ合うキャパシタにパターン形成された導体の領域の上に適用されうる。被覆１００２は有機材料又は誘電体材料であってよい。より具体的には、被覆１００２は、ウエハ製造プロセスに反応するように選択された材料を含みうる。例えば、被覆１００２は、エッチング処理のターゲット材料を含みうる。一実施形態では、被覆１００２は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの誘電体材料を含む。したがって、ウエハ処理ツール１０２によってエッチング処理が行われると、ある量の被覆１００２が取り除かれうる。
【００８１】
［００９９］  一実施形態では、被覆１００２は、マイクロセンサ２１０のマスク層の一部を形成し、導体９０２、９０４はマイクロセンサ２１０のセンシング層の一部を形成する。センサ層はまた、上述のように、複数層であってよく、介在マスク層を含んでもよい。
【００８２】
［００１００］  図１１を参照すると、一実施形態による、図１０のラインＡ−Ａで切り取った、ウエハ処理システムのマイクロセンサの断面図が示されている。マイクロセンサ２１０は、基板９０６の上に導体１１０２のペアを含む。導体１１０２のペアは、例えば、第１の導体９０２の第１の細長い導体９１０、及び第２の導体９０４の第２の細長い導体９１２を含みうる。上述のように、導体１１０２のペアは、被覆１００２によって少なくとも部分的に被覆されうる。被覆１００２は、図１０に示したように、ブランケット被覆になりうる。より具体的には、被覆１００２は、互いにかみ合う導体間の横方向に、誘電体ギャップ、及び導体の上面に上に重なった保護膜部分１１０６を充填する充填剤部分１１０４を含みうる。被覆１００２は積層構造を有してよく、例えば、充填剤１１０４は、ハード誘電体などの第１の材料から形成された第１の層であってよく、例えば、酸化物又は窒化物、及び保護膜１１０６は、有機材料などの第２の材料から形成された第２の層であってよい。被覆１００２のどちらの部分も任意選択であることが理解されるであろう。例えば、一実施形態では、被覆１００２は導体間の横方向に充填剤１１０４を含み、被覆１００２は、導体の上面が露出するように、保護膜１１０６を含まない。代替的に、被覆１００２は導体の上方に保護膜１１０６を含んでよく、また、ボイドが導体間の横方向に誘電体ギャップ内に存在するように、被覆１００２は充填剤１１０４を含まない。被覆１００２の他の実施形態も使用されうる。例えば、被覆１００２は、薄い共形コーティングなどの共形性であってよく、例えば、２ナノメートルの厚さで、導体及び基板９０６の上面及び側面に層形成される。細長い導体は、共形コーティング１００２の厚さ、例えば３ミクロン、よりも大きい幅又は高さを有してよく、その結果、被覆１００２は、マイクロセンサ２１０の全表面を被覆してよく、導体１１０２のペア間の誘電体ギャップの少なくとも一部は充填されない。
【００８３】
［００１０１］  マイクロセンサ２１０の任意の部分の上への材料１１０８の堆積は、マイクロセンサ２１０のキャパシタンスに変化を引き起こしうる。例えば、図９に示した互いにかみ合った指状の構造の上への材料１１０８の堆積、又は図１０に示した被覆１００２は、導体１１０２のペア間の電場を変えることによって、キャパシタンスを変化させうる。
【００８４】
［００１０２］  一実施形態では、マイクロセンサ２１０に堆積する材料１１０８はガスである。したがって、マイクロセンサ２１０は、幾つかの表面積を増大させる構造を含みうる。例えば、表面積を増大させる構造は、ガスを捕捉又は吸収するように設計された線維又は孔１１１０を含みうる。例えば、被覆１００２は、処理チャンバ１１４内でスポンジのようにガスを吸収する所定の多孔性を有する多孔性酸窒化物などの材料を含みうる。ガスが孔１１１０によって吸収されると、ガスは被覆１００２の誘電率を変化させ、例えば、空気が充填された孔１１１０と比較して、バルク材の誘電率が高くなることによって、キャパシタンスが変化しうる。
【００８５】
［００１０３］  マイクロセンサ２１０からの材料の除去は、マイクロセンサ２１０のキャパシタンスの変化をもたらす。例えば、互いにかみ合った指状の構造又は被覆１００２から材料１１０８を取り除くと、電場の変化によってキャパシタンスが変化しうる。
【００８６】
［００１０４］  材料１１０８の堆積又は除去によって引き起こされるキャパシタンスの変化は、堆積の量又は速度を決定するために感知されうる。例えば、キャパシタンスの変化は、付加又は除去された材料１１０８の量に直接相関しうる。さらに、キャパシタンスがリアルタイムで監視できると仮定すると、エッチング速度、例えば、オングストローム／分が計算されうる。予備データでは、マイクロセンサ２１０上の粒子の存在を検出するため、マイクロセンサ２１０のキャパシタンスの変化が測定可能であることが示された。加えて、幾つかのマイクロセンサ２１０は、比較的大きな粒子を検出するため、多重化しうる。同様に、粒子サイズを決定するため、マイクロセンサ２１０を結合して使用することができる。
【００８７】
［００１０５］  導体９０２、９０４、基板９０６、及び被覆１００２の材料選択は、マイクロセンサ２１０が監視又は制御に使用されるプロセスに基づいて行われうる。例えば、一又は複数の構造は、監視されるエッチング処理に影響されえない。例えば、被覆１００２はエッチング処理によって除去されないように設計されうるが、基板９０６はエッチング処理に影響されないように設計されうる。同様に、被覆１００２は処理によって除去可能となることがあり、細長い導体は処理によって除去可能とはならないことがある。
【００８８】
［００１０６］  マイクロセンサ２１０の構造の形状寸法はまた、監視又は制御される処理に対応して設計されうる。例えば、処理に材料堆積が含まれる場合には、材料１１０８が導体の上又は間に堆積したとき、検出可能なキャパシタンスの変化が確実に起こるようにするため、指状の構造は、互いに可能な限り接近して配置されてよい。導体の厚さはまた、変化しうる。例えば、互いにかみあっている細長い導体は、平面の構造とは対照的に、構造を平行なプレート構造により似せるため、厚くされてもよい。
【００８９】
［００１０７］  図１２を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムのトランジスタセンサタイプのマイクロセンサの概略図が示されている。一実施形態では、ウエハ処理機器の一又は複数のマイクロセンサ２１０は、トランジスタセンサ１２００を含む。トランジスタセンサ１２００は、マイクロセンサ２１０のセンシング層の一部を形成しうる。トランジスタセンサ１２００は、一又は複数のトランジスタ、例えばＭＯＳＦＥＴ１２０２を含みうる。ＭＯＳＦＥＴ１２０２は、ソース１２０４、ドレイン１２０６、及びゲート１２０８を含みうる。トランジスタセンサ１２００はまた、ウエハ製造プロセスの間に、材料１１０８を受容又は放出するコレクタ１２１０を含みうる。コレクタ１２１０は、ＭＯＳＦＥＴ１２０２から物理的に分離されうるが、サブコンポーネントは互いに電気的に接続されうる。例えば、コレクタ１２１０は、電気トレース１２１２を通してＭＯＳＦＥＴ１２０２のゲート１２０８に電気的に接続されうる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１２０２は、コレクタ１２１０がＭＯＳＦＥＴ１２０２から間隔を置いて配置された所定の位置に位置づけされているときでさえも、材料１１０８がコレクタ１２１０に付着したか、或いはコレクタ１２１０から蒸発したかを検出するように構成されうる。
【００９０】
［００１０８］  コレクタ１２１０は、材料１１０８を受容するようにサイズ設定及び構成されうる。例えば、材料１１０８の粒子の典型的なサイズは、４５ナノメートルから１ミクロンの範囲であってよく、したがって、コレクタ１２１０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輪郭を含みうる。下向きに見たときの外側リムの形状は円形、長方形、又は他のいずれかの形状であってよい。さらに、コレクタ１２１０は平坦であってよく、すなわち、平面のセンサ表面を有してよく、或いは、コレクタ１２１０は円錐状のセンサ表面を有しうる。一実施形態では、コレクタ１２１０は、ＭＯＳＦＥＴ１２０２から分離した構造ではなく、ＭＯＳＦＥＴ１２０２の中に組み込まれている。例えば、コレクタ１２１０は、ＭＯＳＦＥＴ１２０２のゲート１２０８上のコレクションエリアであってよい。
【００９１】
［００１０９］  上述のマイクロ共振器センサ１３００と同様に、トランジスタセンサ１２００のコレクタ１２１０は、ウエハ４０２の表面をシミュレーションするように構成されたセンサ表面を含みうる。例えば、トランジスタセンサ１２００を、ウエハ４０２の近く、例えば保持面４１２の上に配置することができ、センサ表面をウエハ表面が向いた方向に平行な正面方向に向くように配向させることができる。コレクタ１２１０は、例えば、同じ又は異なる材料の基層及び上部層を有する多層構造を含みうる。
【００９２】
［００１１０］  一実施形態では、トランジスタセンサ１２００のパラメータはＭＯＳＦＥＴ１２０２に対応する。より具体的には、トランジスタセンサ１２００のパラメータは、ゲート１２０８全体で測定されるＭＯＳＦＥＴ１２０２の閾値電圧であってよい。閾値電圧は、コレクタ１２１０上の材料１１０８の存在又は不在に直接対応しうる。例えば、閾値電圧は、コレクタ１２１０上に第１の量の材料１１０８があるときに第１の値を有することができ、コレクタ１２１０上に第２の量の材料１１０８があるときに、第２の値（第１の値とは異なる）を有しうる。このため、コレクタ１２１０のセンサ表面に集まった又はセンサ表面から放出された材料１１０８を、トランジスタセンサ１２００の閾値電圧に基づいて決定することが可能である。閾値電圧の変化を検出するように、プロセッサ５０８を構成することができ、したがって、閾値電圧の変化が検出されたときに、ウエハ処理ツール１０２は、この変化を、粒子の検出又は材料１１０８の堆積又は除去の量と見なすことができる。ウエハ４０２に対する材料１１０８の実際の堆積速度又は除去速度を決定するために、閾値電圧は経時的に記録することができる。
【００９３】
［００１１１］  図１３を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムのマイクロ共振器タイプのマイクロ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の一又は複数のマイクロセンサは、マイクロ共振器センサ１３００を含む。マイクロ共振器センサ１３００は、マイクロセンサ２１０のセンシング層の一部を形成しうる。マイクロ共振器センサ１３００は、例えば水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）、表面弾性波（ＳＡＷ）、又は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）などの適切な共振質量センサであってよく、これらはすべてこれらの表面に堆積した空中の粒子の累積質量１３０２を数値化する。簡潔に、また容易に理解できるように、なるべく説明を簡略化するため、本書にはマイクロ共振器１３００の複雑性及び多様性の説明を記載しない。マイクロ共振器センサ１３００は、粒子モニタリング装置２００又はウエハ処理ツール１０２の所定の位置に分散されうる。各マイクロ共振器センサ１３００は、当技術分野で周知のように、例えば共振周波数などの特性周波数を有しうる。例えば、マイクロ共振器センサ１３００は、詳細に説明することはしないが、単純な質量ばねシステムによって表すことが可能である。マイクロ共振器センサ１３００の特性周波数は、マイクロ共振器システムの質量１３０２とは反比例しうる。例えば、特性周波数は、マイクロ共振器システム１３００のＳＱＲＴ（ｋ／Ｍ）と比例し、「Ｍ」は質量１３０２に対応し、「ｋ」はマイクロ共振器センサ１３００の比例定数に対応しうる。したがって、例えばウエハ製造プロセス中に、マイクロ共振器センサ１３００が材料１１０８を受ける又は出すときに、特性周波数がシフトすることが認められるようになる。例えば、ウエハ処理ツール１０２の処理チャンバ１１４内で、半導体材料などの材料１１０８がマイクロ共振器センサ１３００のセンサ表面に堆積される、又はセンサ表面から除去されると、マイクロ共振器センサ１３００の質量１３０２が変化し、それに応じて、特性周波数がシフトする。
【００９４】
［００１１２］  一実施形態では、センサ表面は材料１１０８を含む。より具体的には、センサ表面は、ウエハ製造プロセス中にウエハ４０２上に堆積される、あるいはウエハ４０２から除去される材料１１０８と同じ半導体材料１１０８から形成されうる。例えば、ウエハ製造プロセスがシリコンウエハ４０２上にシリコンを堆積させる堆積プロセスである場合、センサ表面は、堆積された材料１１０８が、ウエハ４０２との相互作用と同じようにセンサ表面と相互作用するように、シリコンを含みうる。同様に、ウエハ製造プロセスがシリコンウエハ４０２からシリコンを除去するエッチング処理である場合、センサ表面は、シリコンウエハ４０２からシリコンが除去される速度と同様の速度で材料１１０８がセンサ表面から確実にエッチングされるように、シリコンを含みうる。したがって、センサ表面は、ウエハ製造プロセス中にウエハ４０２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ために、ウエハ４０２の表面をシミュレーションしうる。
【００９５】
［００１１３］  図１４を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムの光センサタイプのマイクロ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の一又は複数のマイクロセンサは、光センサ１４００を含む。光センサ１４００は、マイクロセンサ２１０のセンシング層の一部を形成しうる。光センサ１４００は、当技術分野において周知のように、Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＯＥＭＳ）であってよく、周知の半導体処理工程を使用して基板上に直接形成されうる。ＭＯＥＭＳの複雑性及び多様性の説明は、簡潔に、また容易に理解できるように、なるべく説明を簡略化するため、本書には記載しない。光センサ１４００は、基板のセンサ表面（図示せず）全体に分散した幾つかのマイクロミラー又はレンズを含みうる。詳細に説明することはしないが、光センサ１４００は、光源１４０４から発せられる光路１４０２を含みうる。光路１４０２は、光源１４０４と光検出器１４０６との間であってよい。一実施形態では、光センサ１４００のパラメータは、光検出器１４０６において光源１４０４から光を受けたか否かに対応する。例えば、パラメータは、光路１４０２を阻害する材料１１０８に応じて変化しうる。すなわち、材料１１０８の粒子が光路１４０２を通過してあるいは光路１４０２にとどまって、光源１４０４と光検出器１４０６との間の光を遮ったときに、パラメータが変化しうる。一実施形態では、粒子が光センサ１４００を通過したときに、光源１４０４からの光が異なる光路１４０２に沿って別の光検出器１４０６に向かって反射する。別の光検出器１４０６によって反射された光を検出すると、その結果、光センサ１４００のパラメータに変化が生じる。パラメータは例えば、光検出に対応する光センサ１４００の出力電圧であってよい。プロセッサ５０８は、出力電圧の変化を検出するように構成することができ、これにより、出力電圧の変化、及び／又は光路１４０２における阻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からの材料１１０８の堆積又は除去と見なすことができ、これにより、堆積／除去量及び／又は速度がリアルタイムで測定及び監視されうる。
【００９６】
［００１１４］  上述のタイプのマイクロセンサは、外部の圧力とは無関係の電気パラメータに基づいて動作するため、マイクロ共振器センサ１３００、トランジスタセンサ１２００、光センサ１４００のうちの一又は複数を組み込んだ、一又は複数のマイクロセンサ２１０を有する粒子モニタリング装置２００又はウエハ処理ツール１０２は、真空条件下を含み任意の圧力状態においても機能しうることが理解されるであろう。同様に、マイクロセンサは、プラズマ不在条件下を含む、チャンバ空間４０６のガスの濃度に関わらず動作しうる。
【００９７】
［００１１５］  粒子モニタリング装置２００又はウエハ処理ツール１０２は、上述のセンサの任意の組み合わせを含みうる。例えば、マイクロセンサ２１０は、下部の基板上で数千個単位でグループ化されうる。より具体的には、バンクとは異なる数のキャパシタを選択することによって、ベースキャパシタが選択されうるように、マイクロセンサ２１０はバンクに結合されてもよい。このような選択はプロセッサ５０８によって制御されうる。一実施形態では、プロセッサ５０８は異なるタイプのセンサを監視する。例えば、材料の堆積を検出するように構成されたマイクロセンサ２１０、及び材料のエッチングを検出するように構成されたマイクロセンサ２１０は、同時に監視されてよく、或いは、付加的なデータを収集し、多目的のセンサを形成するため、ウエハ製造プロセスの異なる段階で監視されてもよい。同様に、アナログデジタルの容量性の測定回路は、付加情報を収集するため、異なる周波数でマイクロセンサ２１０を監視するために使用されうる。例えば、測定回路は、付加情報を収集するため、低周波数、高周波数で、或いは広範囲の周波数でスイープすることによって、一又は複数のマイクロセンサ２１０を検査可能である。
【００９８】
［００１１６］  例えば、処理チャンバ１１４に装着されたマイクロセンサを有するウエハ処理ツール１０２を使用して、ウエハ製造プロセスを監視し制御することができる。監視には、アクティブなマイクロセンサが寿命に達した際の、マイクロセンサのセンシング層のリフレッシュ又は除去が含まれうる。非限定的ではあるが、このような監視及び制御を実施する幾つかの方法を以下に記載する。簡潔にするために、以下に記載するこの方法の工程は、キャパシタンスパラメータを有するマイクロセンサの監視を参照しうるが、本方法を、上述したタイプ等の他のタイプのマイクロセンサを包含するように適応させることが可能である。
【００９９】
［００１１７］  図１５を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を表すフロー図が示されている。図１６Ａ〜図１６Ｃは、図１５に記載した方法の工程を図解しており、図１５及び図１６Ａ〜図１６Ｃは共に以下で説明される。
【０１００】
［００１１８］  ウエハ処理機器は、図７に関連して上述したように、選択的に露出可能なマイクロセンサを含みうる。工程１５０２において、処理チャンバ１１４内でウエハ製造プロセスが開始されうる。図１６Ａを参照すると、ウエハ４０２は幾つかのマイクロセンサ２１０を有するチャンバ空間内に装填され、エッチング処理が開始されうる。図１６Ａに示したように、最も左のマイクロセンサ２１０は、初期構成で露出していてもよい。すなわち、ウエハ製造プロセスが開始されるとき、最も左のマイクロセンサ２１０はチャンバ空間４０６に対して露出されうる。
【０１０１】
［００１１９］  工程１５０４において、ウエハ製造プロセスは、ウエハ４０２から材料を取り除くエッチングを含みうる。最も左のマイクロセンサ２１０は、ウエハと同様な材料を含むセンシング層を有する露出したマイクロセンサになりうる。したがって、露出したマイクロセンサの露出したセンシング層の上の露出したセンサ表面は、ウエハ製造プロセスのエッチャントによってエッチングされうる。したがって、露出したマイクロセンサは、ウエハ製造プロセス中に材料の除去を感知し、監視しうる。
【０１０２】
［００１２０］  露出したマイクロセンサに隣接しうる第１のマイクロセンサ２１２は、チャンバ空間４０６に露出した第１のマスク層６１０を含みうる。第１のマスク層６１０は、ウエハ製造プロセス中に使用されるエッチャントに影響されえない。したがって、第１のマスク層６１０の下の第１のセンシング層６１２は、ウエハ製造プロセスのフェーズ中、エッチング処理から保護されうる。
【０１０３】
［００１２１］  露出したマイクロセンサは、センサが寿命に達するまでエッチングされうる。露出したマイクロセンサは、センサの感度が許容範囲を逸脱したら寿命が尽きたことを示すという方法で、露出したセンシング面の表面形態がいつ変化したかを決定するために監視されうる。露出したマイクロセンサの寿命を試験する方法には、電気的な診断手法も含まれる。例えば、電気入力を、対応する電気トレース２１６を介して、露出したマイクロセンサに供給し、露出したマイクロセンサからの出力を測定してもよい。露出したマイクロセンサからの出力は、入力信号に応答し、マイクロセンサのパラメータに対応しうる。例えば、出力は露出したマイクロセンサの感度に対応しうる。このような場合、感度は表面形態に基づいており、出力が所定の値になったときには、露出したマイクロセンサの寿命が尽きたと判断されうる。一実施形態では、露出したマイクロセンサは、マイクロセンサのパラメータがあらかじめ定められた挙動を示すときに、寿命が尽きることになる。例えば、露出したマイクロセンサが容量性のマイクロセンサの場合、露出したマイクロセンサは、マイクロセンサのキャパシタンスがウエハ製造プロセスに関して直線的に変化しなくなったとき、寿命が尽きる。
【０１０４】
［００１２２］  交換のため露出したマイクロセンサの廃棄が必要になると、別のマイクロセンサが選択的に露出されうる。工程１５０６では、露出したマイクロセンサに隣接して示される第１のマイクロセンサ２１２の第１のマスク層６１０は、第１のマイクロセンサ２１２の第１のセンシング層６１２の第１のセンサ表面を露出するため、ストリッピングされてもよい。第１のマスク層６１０のストリッピングは様々な技術を用いて実行されうる。例えば、マスク層は、第１のマスク層６１０に影響を及ぼす化学薬品によって剥ぎ取られてもよい。化学薬品のレシピはマスクの材料に依存しうる。例えば、第１のマスク層６１０を含むブランケットマスク層７０２は酸化物又は窒化物を含むことがあり、ストリッピングの化学薬品は、酸化物及び窒化物材料を取り除くため、適切に調合されうる。
【０１０５】
［００１２３］  一実施形態では、ブランケットマスク層７０２は、ウエハ製造プロセスで取り除くように設計されたものとは異なる材料から形成される。例えば、ウエハ製造プロセスは酸化物材料を取り除くように設計されるが、そのため、ブランケットマスク層７０２は保護的な窒化物層から形成されうる。したがって、ウエハ製造プロセスのターゲット材料は、第１のマスク層６１０のストリッピングで使用されるエッチャントに影響されることはない。
【０１０６】
［００１２４］  センサ表面を被覆するマスク層は、代替的な技術を用いてストリンピングされてもよい。例えば、マスク層は熱技術を用いてストリッピングされうる。例えば、高温はマスク層の分解及び／又は溶解を引き起こす。一実施形態では、マスク層は他の媒体を用いて分解及び／又は溶解させることができる。例えば、下部のセンシング層が露出するように、マスク層７０２を溶かして剥ぎ取るため、マスク層７０２に水をかけてもよい。
【０１０７】
［００１２５］  図１６Ｂに示したように、廃棄された最も左のマイクロセンサ２１０の右隣に、第１のマイクロセンサ２１２を露出するため、ブランケットマスク層７０２は後退してもよい。一実施形態では、最も左のマイクロセンサ２１０は、センサの電気的なサンプリングを中止することによって、すなわち、センサを電気的に切断することによって、運用から取り除かれうる。ブランケットマスク層７０２の除去速度は、エッチング処理の変化など様々な理由により変化しうる。そのため、第１のマイクロセンサ２１２を露出するのには十分であるが、第２のマイクロセンサ２１４の第２のセンシング層６１６を露出するのには十分でない程度にブランケットマスク層７０２が後退したときを検出することは、有用な情報を提供しうる。そのため、第１のマイクロセンサ２１２と第２のマイクロセンサ２１４は、マスク層のストリッピング中に同時に監視される。例えば、マイクロセンサのキャパシタンスなどのパラメータが感知されうる。キャパシタンスは、マイクロセンサのセンシング層の上のマスク層の厚さ及び／又は存在に応じて変化しうる。そのため、マスク層が第１のセンシング層６１２からいつ取り除かれるか、また、第２のセンシング層６１６の上にまだ存在しているかが判断されうる。この診断は、ウエハ製造プロセスの次の工程、例えば、ウエハエッチング処理の継続の要因として使用されうる。
【０１０８】
［００１２６］  工程１５０８では、露出した第１のセンシング層６１２の上の露出したセンサ表面は、ウエハ製造プロセス中にエッチングされうる。すなわち、ウエハ製造プロセスは、ウエハのエッチングを含み、第１のマイクロセンサ２１２はそのプロセスを感知するためアクティブになりうる。これは、第１のマイクロセンサ２１２が、上述のように決定されうる寿命が尽きるまで継続しうる。
【０１０９】
［００１２７］  工程１５１０では、第２のマイクロセンサ２１４の第２のマスク層６１４は、第２のセンシング層６１６の第２のセンサ表面を露出するため、ストリッピングされうる。第２のセンサの選択的な露出は、上述のストリッピング技術を用いて実行されうる。したがって、ウエハ製造プロセスの前のセグメント中に保護された第２のマイクロセンサ２１４は、ウエハ製造プロセスの次のセグメント中にアクティブなセンサになるように露出されうる。寿命に達しうる第１のマイクロセンサ２１２は、次のセグメント中に廃棄されうる。
【０１１０】
［００１２８］  工程１５１２では、露出した第２のセンシング層６１６の上の露出したセンサ表面は、ウエハ製造プロセス中にエッチングされうる。すなわち、ウエハ製造プロセスは、ウエハのエッチングを含み、第２のマイクロセンサ２１４はそのプロセスを感知するためアクティブになりうる。これは、第２のマイクロセンサ２１４が、上述のように決定されうる寿命が尽きるまで継続しうる。上述の手続きは、長期間にわたり、例えば、数百回の処理中に、ウエハ製造プロセスを連続的に感知するため、付加的なマイクロセンサを露出するように反復されうる。
【０１１１】
［００１２９］  図１７を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理機器のマイクロセンサをリフレッシュする方法の工程を表すフロー図が示されている。図１８Ａ〜図１８Ｆは、図１７に記載した方法の工程を図解しており、図１７及び図１８Ａ〜図１８Ｆは共に以下で説明される。
【０１１２】
［００１３０］  ウエハ処理機器は、図６に関して上述されているように、幾つかの選択的に露出可能なマイクロセンサを含みうる。工程１７０２において、ウエハ製造プロセスは処理チャンバで開始されうる。図１８Ａを参照すると、第１のマイクロセンサ２１２は、初期構成で露出したセンシング層を含みうる。初期構成では、第２のマイクロセンサ２１４は、下部の第２のセンシング層６１６を保護する第２のマスク層６１４を含みうる。より具体的には、第２のセンシング層６１６は、処理チャンバ内のウエハが処理されるとき、第２のマスク層６１４によって保護されうる。
【０１１３】
［００１３１］  工程１７０４において、ウエハ製造プロセスは、ウエハから材料を取り除くエッチングを含みうる。第１のマイクロセンサ２１２の露出したセンシング層は、ウエハと同様の材料を含みうる。したがって、露出したセンシング層の上の露出したセンサ表面は、ウエハ製造プロセスのエッチャントによってエッチングされうる。したがって、第１のマイクロセンサ２１２の露出したセンシング層は、材料の除去を感知し、監視しうる。しかしながら、第１のセンサ表面から材料を取り除くために使用されるエッチャントは、第２のマスク層６１４からは材料を取り除かない。すなわち、第１のマイクロセンサ２１２に隣接する第２のマイクロセンサ２１４は、チャンバ空間に露出した第２のマスク層６１４を含みうる。第２のマスク層６１４は、露出したセンシング層とは異なる材料から形成され、したがって、第２のマスク層６１４の下の第２のセンシング層６１６は、ウエハ製造プロセスのフェーズ中にエッチング処理から保護されうる。
【０１１４】
［００１３２］  第１のマイクロセンサ２１２の露出したセンシング層は、センサが寿命に達するまでエッチングされうる。第１のマイクロセンサ２１２をリフレッシュする必要があるときには、第２のマイクロセンサ２１４の第２のセンシング層６１６は選択的に露出されうる。
【０１１５】
［００１３３］  図１８Ｃを参照すると、工程１７０６では、第２のセンシング層６１６の露出の前後では、第１のセンシング層６１２の残存するセンサ材料が剥ぎ取られうる。例えば、残存する第１のセンシング層６１２を取り除くため、上述の任意のストリッピング技術が使用されうる。
【０１１６】
［００１３４］  工程１７０８では、第２のセンシング層６１６は、第２のマスク層６１４のストリッピングによって露出されうる。本書に記載のストリッピング技術のいずれかは、第２のマスク層６１４を取り除くために使用されうる。第２のマスク層６１４は、ウエハの処理で使用されるエッチャントに影響されず、第２のマスク層６１４は、ウエハに影響を及ぼさない別のエッチャントによるエッチングに対して感受性が高くなりうる。したがって、第２のマスク層６１４は、露出したセンシング層６０８の除去後に、チャンバ空間に露出されるウエハ又は第１のマスク層６１０に影響を及ぼすことなくストリッピングされうる。より具体的には、第２のマスク層６１４は、第１のマスク層６１０とは異なる材料から形成されてよく、そのため、エッチャントの適用は１つのマスク層を取り除くが、他の層は取り除かない。
【０１１７】
［００１３５］  図１８Ｄを参照すると、工程１７１０で、第２のセンシング層６１６を露出するため第２のマスク層６１４を取り除いた後、中間マスク層６１８を露出するため、第１のマイクロセンサ２１２の第１のマスク層６１０がストリッピングされうる。中間マスク層６１８は、第１のマイクロセンサ２１２の下部のセンシング層６０４の上に形成されうる。より具体的には、中間マスク層６１８は、ウエハの処理で使用されるエッチャントによるエッチングに影響されない材料から形成されうる。例えば、中間マスク層６１８は、ウエハ製造プロセスの初期のフェーズ中に第２のセンシング層６１６を保護した第２のマスク層６１４と同じ材料を有しうる。したがって、中間マスク層６１８は、第２のセンシング層６１６が処理を監視しているとき、エッチャントによって影響を受けない。
【０１１８】
［００１３６］  図１８Ｅを参照すると、工程１７１２で、第２のマイクロセンサ２１４の露出したセンシング層は、ウエハ製造プロセスを感知し監視するために使用されうる。例えば、第２のセンシング層６１６は、ウエハからの材料の除去を監視しうる。同時に、中間マスク層６１８は、第１のマイクロセンサ２１２の下部のセンシング層を保護しうる。第２のマイクロセンサ２１４の露出したセンシング層は、センサの寿命が尽きるまでエッチングされうる。
【０１１９】
［００１３７］  図１８Ｆを参照すると、第２のマイクロセンサ２１４の交換が必要になったとき、第１のマイクロセンサ２１２は、別のセンシング層６０４を露出することによってリフレッシュされうる。より具体的には、第２のセンシング層６１６及び中間マスク層６１８は、第１のマイクロセンサ２１２の下部のセンシング層６０４を露出し、第２のマイクロセンサ２１４のマスク層６０６を露出するため、それぞれのマイクロセンサからストリッピングされうる。したがって、第１のマイクロセンサ２１２及び第２のマイクロセンサ２１４の積層構造は、センシング層を断続的に露出するため、順次エッチングされてよく、これにより、マイクロセンサ及びウエハ製造機器のセンシング機能をリフレッシュする。
【０１２０】
［００１３８］  図１９を参照すると、一実施形態による、ウエハ処理システムの例示的なコンピュータシステムを示すブロック図が示されている。例示的なコンピュータシステム１０４の一又は複数の構成要素は、ウエハ処理ツール１０２の電子回路２１８で使用されうる。したがって、図５に関連して上述した電子回路２１８は、コンピュータシステム１０４のサブセットでありうる。代替的に、電子回路２１８は、粒子モニタリング装置２００又はウエハ処理ツール１０２に近くてもよく、また、コンピュータシステム１０４は、電子回路２１８及び／又はウエハ処理ツール１０２のコンピュータと適合している製造施設の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１１２、処理チャンバ１１４、及びウエハ処理ツール１０２の他の構成要素と結合し、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、マイクロセンサ２１０によって提供される粒子検出又は材料の堆積／除去情報の受信及び解析も行いうる。
【０１２１】
［００１３９］  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、他のマシンに接続され（例えばネットワーク化され）うる。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においてはサーバ又はクライアントマシンの役割で、或いは、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境においてはピアマシンとして作動しうる。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、スイッチ又はブリッジ、或いは、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りうる。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を示しているが、「マシン」という用語は、本書に記載の方法のうちの任意の一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（コンピュータなど）の任意の集合体を含むとも解釈すべきである。
【０１２２】
［００１４０］  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１９０２を含んでいてよく、これらの命令は、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）をプログラムするために使用されうる。マシン可読媒体は、マシン（例えばコンピュータなど）によって可読な形態で情報を保存又は伝送するための、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。
【０１２３】
［００１４１］  一実施形態では、コンピュータシステム１０４は、バス１９０９を介して互いに通信し合う、システムプロセッサ１９０４、メインメモリ１９０６（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１９０８（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１０１８（例えば、データ記憶装置１９２４）を含む。
【０１２４】
［００１４２］  システムプロセッサ１９０４は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理装置などの一又は複数の汎用処理装置を表す。より詳細には、システムプロセッサ１９０４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うる。システムプロセッサ１９０４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、一又は複数の特殊用途処理デバイスでもありうる。システムプロセッサ１９０４は、本書に記載の工程を実行するための処理論理１９１０を実施するように構成される。
【０１２５】
［００１４３］  コンピュータシステム１０４はさらに、ネットワーク１９１４を介して、例えば、ウエハ処理ツール１０２等の他のデバイス又はマシン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１９１２を含みうる。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１９１６（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）など）、英数字入力デバイス１９１８（キーボードなど）、カーソル制御デバイス１９２０（マウスなど）、及び信号生成デバイス１９２２（スピーカなど）も含みうる。
【０１２６】
［００１４４］  二次メモリは、本書に記載の一又は複数の任意の方法又は機能を具現化する一又は複数の命令セット（例えば、ソフトウェア１９０２）が記憶される、マシンによってアクセス可能な記憶媒体１９２６（又はより具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含みうるデータストレージデバイス１９２４を含みうる。このソフトウェア１９０２は、コンピュータシステム１０４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１９０６及び／又はシステムプロセッサ１９０４の中にも常駐していてよく、メインメモリ１９０６及びシステムプロセッサ１９０４は、マシン可読記憶媒体も構成しうる。このソフトウェア１９０２はさらに、システムネットワークインターフェースデバイス１９１２を介してネットワーク１９１４上で送信又は受信されうる。
【０１２７】
［００１４５］  例示の実施形態において、マシンによってアクセス可能な記憶媒体１９２６を単一の媒体として示したが、用語「マシン可読記憶媒体」は、一又は複数の命令セットを記憶する単一の媒体、又は複数の媒体（例：集中データベース、又は分散データベース、及び／又は関連キャッシュ及びサーバ）を含むと理解すべきである。「マシン可読記憶媒体」という用語はまた、マシンによって実施される命令のセットを記憶すること、又は符号化することが可能であり、かつ、方法のうちの任意の一又は複数をマシンに実施させる任意の媒体を含むとも解釈すべきである。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、光媒体、及び磁気媒体を含むがそれらに限定されないと解釈すべきである。
【０１２８】
［００１４６］  前述の明細書に、特定の例示の実施形態を説明した。以下の特許請求の範囲から逸脱しない限り、例示の実施形態に様々な修正を加えることができることが明らかになろう。従って、本明細書及び図面を限定的と捉えるのではなく、例として見なすべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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