(57)【要約】  基板状粒子センサ（１００）は、基板状ベース部（１０２）と、基板状ベース部（１０２）上に配置された電子機器エンクロージャ（１０４）とを含む。電源（２０４）は、電子機器エンクロージャ（１０４）内部に位置付けられる。制御部（２０８）は、電源（１０４）に動作可能に結合される。粒子センサ（２１４）は、制御部（２０８）に動作可能に結合され、制御部（２０８）に、粒子センサ（２１４）近くに存在する少なくとも一つの粒子の表示を提供する。
2010505118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板状ベース部と、
基板状ベース部上に配置された電子機器エンクロージャと、
電子機器エンクロージャ内部に配置された電源と、
バッテリに動作可能に結合された制御部と、
制御部に動作可能に結合された粒子センサと、
を含む、基板状粒子センサ。
【請求項２】
粒子センサが、粒子によって散乱するビームを生成する光源を使用し、ビームがどの程度散乱したかを検出する、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項３】
光源がレーザ光源である、請求項２記載の基板状センサ。
【請求項４】
基板状センサの表面を横断するビームを曲折させるように配置された、少なくとも一つの鏡をさらに含む、請求項３記載の基板状センサ。
【請求項５】
光源がＬＥＤ光源である、請求項２記載の基板状センサ。
【請求項６】
基板状センサの表面を横断するビームを曲折させるように配置された、少なくとも一つの鏡をさらに含む、請求項５記載の基板状センサ。
【請求項７】
粒子センサが、蓄積した粒子の質量を測定するデバイスを使用する、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項８】
デバイスがＭＥＭＳデバイスである、請求項７記載の基板状センサ。
【請求項９】
制御部に結合され、基板状センサがウエハ加工システム内に位置している場合、粒子感知情報を通信するように構成されたワイヤレス通信モジュールをさらに含む、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項１０】
制御部が、センサによって感知されたパラメータに基づいて、ウエハ加工システム内部に存在する粒子量を算出するように構成される、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項１１】
制御部に動作可能に結合され、粒子量の表示を提供するように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項１０記載の基板状センサ。
【請求項１２】
制御部に動作可能に結合され、粒子量に関する表示を提供するように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項１３】
制御部に動作可能に結合されたリセットボタンをさらに含む、請求項１記載の基板状センサ。
【請求項１４】
ディスプレイが、ウエハ加工システム内部の検出された粒子レベルに基づいて良否を表示する、請求項１２記載の基板状センサ。
【請求項１５】
センサが、粒子サイズの表示を提供するように構成される、請求項１記載の基板状センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体加工産業の最先端は、現在６５ナノメートルノード及び４５ナノメートルノードの生産まで進歩している。さらに、３２ナノメートルノード及び２２ナノメートルノードで開発が進んでいる。したがって、半導体加工ツール及び加工自体が、これまでは全く必要とされなかった許容値及び状態まで制御されることがますます肝要である。ウエハのスクラップ及び整備ダウンタイムのコストは、加工及び機器の制御の要望をより厳しいレベルまで駆り立て続けており、１００ナノメートルを上回る加工について意味がないという他の問題が生じたと、加工及び機器の技術者は、半導体加工をより良好に制御するための新しくかつ革新的な方法を探している。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの製造中、複数のツール及び加工工程があり、ウエハはそれらにさらされる。これらの工程中それぞれに欠陥の可能性があり、これは汚損した機器及び／又は劣悪な加工状態によって生じる場合があり、ウエハの表面上に堆積している微細粒子に起因して、最終的な集積回路デバイスの生産に低下を生じさせる可能性がある。このように、すべての加工ステージ及び工程を、できる限り適度に清浄に保ち、ウエハが加工処理される前に、これらの各種ステージの状態を監視することができるようにすることが肝要である。このことが重要なのは、各ウエハが数十又は数百もの集積回路デバイスの回路構成を含む場合があり、一つのウエハの損失が数百又は数千ドル相当のスクラップにつながるかもしれないためである。
【０００３】
従来、ウエハは半導体加工ツールを通してテストランされ、ウエハ上の粒子がテストランの前後両方で数えられる。このとき、粒子数の相違はツールに起因する。これは時間のかかるプロセスであり、ツール内部のどこに粒子が堆積していたかについての表示は何ら提供できないことがある。したがって、所与のテストラン用ウエハ上にあまりにも多くの粒子が発見された場合、半導体加工ツールが相当に汚損しており、ツールを開け、粒子源を特定し、適切な是正措置を生成するという、専門家のさらなる手間が必要であることを簡潔に表示する。一旦このプロセスが完了すると、ウエハを再度テストランしなければならず、半導体加工ツールが好適に清浄であるという簡潔な表示があるまで全プロセスが繰り返される。
【発明の概要】
【０００４】
基板状粒子センサは、基板状ベース部と、基板状ベース部上に配置された電子機器エンクロージャとを含む。電源は、電子機器エンクロージャ内部に位置付けられる。制御部は、電源に動作可能に結合される。粒子センサは、制御部に動作可能に結合され、制御部に、粒子センサ近くに存在する少なくとも一つの粒子の表示を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態が特に有用であるワイヤレス基板状センサの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサ３００の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態のセンサを図示する平面図である。
【図５】本発明の別の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサの斜視図である。
【図６】図５に関して記載されたＭＥＭＳ質量ベースの実施形態の線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施形態は概して、半導体加工ツールのシールされた環境内に存在する粒子のリアルタイムの感知を提供する。粒子の感知は、さまざまな技法によって行うことができる。本明細書で提供される一つの代表的な技法は、基板状のワイヤレスセンサ付近の粒子を光学的に感知することを含む。別の実施形態は、ワイヤレス基板状センサに結合された機械的構造上に堆積した粒子の質量を感知することを含む。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態が特に有用であるワイヤレス基板状センサの斜視図である。センサ１００は、好ましくは標準的な基板サイズの直径と等しい直径を有するようなサイズにされた基板状部１０２を含む。代表的なサイズは、直径２００ミリメートル、又は直径３００ミリメートルを含む。しかし、異なる規格が開発されるか又は使用される場合、この寸法は変動させることができる。センサ１００は、基板状部１０２上に配置される電子機器ハウジング又はエンクロージャ１０４を含む。センサ１００全体の剛性を増大させるために、複数のフィン又は支柱１０６が設けられ、基板状部１０２の表面１１０に、電子機器エンクロージャ１０４の側壁１０８を結合させる。シールされた半導体加工チャンバを容易に通過するために、基板状センサ１０２は、実際の基板と、同一でない場合には非常に似た形状要素を有することが望ましい。一般的なウエハ寸法及び特性は、以下の仕様に見ることができる：SEMI Ml-0302, "Specification for Polished Monochrystoline Silicon Wafers", Semiconductor Equipment and Materials International, www.semi.org.
【０００８】
図２は、本発明の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサのブロック図である。センサ２００は、電子機器エンクロージャ２０２を含み、これはエンクロージャ１０４と同一であってもよい。エンクロージャ２０２内に配置されているのは、電源２０４、電源管理モジュール２０６、及び制御部２０８である。加えて、エンクロージャ２０２内部にはメモリ２１０がさらに配置され、制御部２０８に結合される。またさらに、無線周波数モジュール２１２は、エンクロージャ２０２内に配置されて、制御部２０８に結合される。
【０００９】
粒子センサ２１４は、図２においてエンクロージャ２０２内に配置されているとして図示されているが、エンクロージャ２０２の一部を形成してもよいし、又はエンクロージャ２０２付近であるがその外側に配置されてもよい。
【００１０】
図２に図示されるように、電源２０４は好ましくは、エンクロージャ２０２内に配置されたバッテリであり、電源管理モジュール２０６を介して制御部２０８に結合される。好ましくは、電源管理モジュール２０６は、Linear Technology Corporationより商品名ＬＴＣ３４４３として入手可能な電源管理集積回路である。好ましくは、制御部２０８は、Texas Instrumentsより商品名ＭＳＣ１２１１Ｙ５として入手可能なマイクロプロセッサである。制御部２０８は、メモリモジュール２１０に結合され、メモリモジュールは任意のタイプのメモリの形状をとることができ、制御部２０８に対して内側であるメモリの他に、制御部２０８に対して外側であるメモリを含む。好ましい制御部は、内部ＳＲＡＭ、フラッシュＲＡＭ及びブートＲＯＭを含む。また好ましくは、メモリモジュール２１０は、６４Ｋ×８のサイズを有する外部フラッシュメモリを含む。フラッシュメモリは、プログラム、較正データ等の不揮発性データ、及び／又は必要に応じて不変データを格納するために有用である。内部ランダムアクセスメモリは、プログラム動作に関する揮発性データを格納するために有用である。
【００１１】
制御部２０８は、好適なポート、たとえばシリアルポートを介して、無線周波数通信モジュール２１２に結合され、外部デバイスと通信する。一つの実施形態では、無線周波数モジュール２１２は、Bluetooth SIG（www.bluethooth.com）より入手可能な周知のBluetooth規格、Bluetooth Core Specification Version 1.1（２００１年２月２２日）に従って動作する。モジュール２１２の一例は、商品名ＷＭＬＣ４０としてMitsumiより入手可能である。加えて、モジュール２１２に加えて、又はその代わりに、ワイヤレス通信の他の形式を用いることができる。そのようなワイヤレス通信の好適な例は、任意の他の形式の無線周波数通信、音波通信、赤外線通信、又は磁気誘導を使用した通信を含む。
【００１２】
制御部２０８は、半導体加工ツールのシールされた環境内のセンサ２００付近の一つ又はそれ以上の粒子を感知するように構成された粒子センサ２１４に結合される。好ましくは、センサ２１４は、粒子の存在（粒子カウントを生成するため）を感知することができるのみならず、個別の粒子の特性、たとえば質量及び／又はサイズを感知することもできる。以下に記載された実施形態は、具体的には粒子質量について言及しているが、マルチピクセル画像センサ、たとえばラインセンサ又はアレイを用いて、いくつのピクセルが粒子の影を感知するかを検出することによって、粒子サイズを感知することができる。
【００１３】
センサ２００は、任意の電極２１６をさらに含むことができ、電極は好ましくは、粒子センサ２１４に、センサ２００付近の空気中に浮遊する粒子を引き寄せて、より効率的に感知させるように配置された静電プレートを形成する。任意の電極２１６がこの機能を行う方法の詳細は、以下に記載された別個の実施形態に関して記載される。
【００１４】
センサ２００は好ましくは、加工技術者に粒子カウントを提供し、及び／又は良否表示を表示するように構成されたディスプレイ２１８を含む。加えて、粒子カウントをリセットするために、リセットボタン２２０がさらに備えられて、制御部２０８に結合される。
【００１５】
図３は、本発明の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサ３００の斜視図である。センサ３００は、センサ１００及び２００との多くの類似点を有し、同様の部品には同じように番号が振られている。センサ３００は、凹んだ表面３０２を有する電子機器エンクロージャ１０４を有する。表面３０２の下の電子機器エンクロージャ１０４内には、すべての電子機器、たとえば図２に図示されているものが配置される。図３に図示された実施形態は、センサ３００付近の粒子を測定するための光学的な技法を提供する。具体的には、粒子センサ２１４は、表面３０２の中心近くに配置された光源３０４を含む。光源３０４は、ＬＥＤ、レーザ、又は任意の他の好適な光源であってもよい。少なくとも一つの照明センサ３０６が、表面３０２の外縁近くに配置される。さらに、数多くの鏡（図４に示す）が表面３０２の外縁近くに含まれることが好ましい。光源３０４から放射された照明は、基本的にはあらゆる方向に進み、粒子が存在しないときは、センサ３０６のそれぞれにおいて実質的に一定な照明信号を生成する。光源３０４と検出器３０６の一つとの間の領域に一つ又はそれ以上の粒子が進入すると、その検出器３０６は、光強度の変動を検出する。この変動は、粒子カウントを増加させることができるか、又は他の好適な様式で格納されることができる。図３は、光源３０４を、実質的にあらゆる方向への照明を生成するとして図示しているが、光源３０４は、構造化された照明からなるか否かにかかわらず、検出器３０６に最終的に当たる前に、一つ又はそれ以上の鏡と相互作用してもよい一つ又はそれ以上の方向のビームを生成してもよいということが明白に考察される。このように、表面３０２付近のさらなる領域を、粒子との相互作用のために監視することができる。
【００１６】
図３はまた、比較的大きなプレートの形状における任意の電極２１６を図示する。好ましくは、電極２１６は、既知の様式で、粒子を引き寄せる電位に維持される静電電極である。
【００１７】
図３に関して図示された実施形態は、静的光源から複数の静的センサに移動する照明の一つ又はそれ以上のビーム又は光線を図示しているが、一つ又はそれ以上のビームを走査することができるか、又は、たとえば動く鏡を用いることによって、表面３０２付近を通過させることができるということがさらに明白に考察される。またさらには、図３に示された実施形態か、又は走査ビームの実施形態かにおいて、ビーム又は照明は、垂直方向に平行であるが水平方向には分岐させて、物理的な走査なしに角度的な有効範囲を向上させるようにしてもよい。
【００１８】
図４は、本発明の実施形態のセンサ３００を図示する平面図である。光源３０４は、方向性がある照明光３１０、３１２、３１４及び３１６を生成する。照明光３１２は、著しく拡大されたサイズで示された粒子３１８に当たった状態で図示されている。その後、照明光の一部は、図示されたようにライン３２０に向きが変えられ、照明光３２２のみが検出器３０６に到達する。検出器３０６は、照明強度のこの瞬間的な変化を感知し、制御部２０８に粒子を登録する。図４はまた、表面３０２付近で実質的に平行な平面に沿って、より広い光路を助長するか又は生成することを助ける数多くの鏡３２４を図示する。
【００１９】
図３及び４に図示された実施形態に関して記載された照明光は、任意の好適な形態を取ることができるが、照明光は比較的短い、たとえば青色かあるいは紫外線のスペクトル領域の波長を有することが好ましく、これは、より長波長の照明光は非常に小さな粒子によってはあまり散乱しないためである。したがって短波長の照明光が好ましい。これは、加工技術がより一層小さな限界寸法まで進歩しているためでもある。さらに、図３及び４に関して記載された光学ベースの実施形態は、概して中央の光源から放射されている光を測定するが、一方で一つ又はそれ以上のセンサを用いるか又は配列して、中央に置かれた光源からの光を常に見るのではなく、代わりに、粒子の相互作用による散乱した光を見るようにすることができる。したがって、そのような実施形態では、ビーム中に粒子がない場合、散乱光が検出されない。反対に、ビーム中に粒子がある場合、散乱光が検出される。さらに、非散乱光及び散乱光の両方を検出する検出器を組み合わせて用いて、粒子の誤検出の可能性を低減させることができる。
【００２０】
図５は、本発明の別の実施形態のワイヤレス基板状粒子センサの斜視図である。センサ４００は、センサ１００及び３００とのいくつかの類似点を有し、同様の部品には同じように番号が振られている。センサ４００が前記のセンサと相違するのは、センサ４００は基本的に構造４０２に付着する粒子の質量を測定することによって、粒子量を判定する点である。好ましくは、構造４０２は、構造４０２を励起するかあるいは駆動させて、その共振周波数を判定することができる圧電素子を含むマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）である。粒子が構造４０２に付着すると、粒子／構造４０２を合わせた質量が変化し、それによって共振周波数が変化する。センサ４００の効率を向上させるために、センサ４００が、構造４０２上に配置された任意の静電電極２１６を含むことがさらに好ましい。このように、構造４０２付近に浮遊する粒子は、静電力を介して動かされて、構造４０２に付着する。そして、構造４０２は、任意の電極２１６からの静電荷を用いて、そのビーム上に、又は構造４０２の質量を証明するものの上に粒子を引き寄せる。電極２１６は、正電荷又は負電荷のいずれかに維持することが好ましいが、一方で代わりに粒子を引き寄せて、場合によっては半導体加工ツールから粒子を取り除いてもよい。
【００２１】
図６は、図５に関して記載されたＭＥＭＳ質量ベースの実施形態の線図である。具体的には、構造４０２は、支点４０６で模式的に図示されているように、一方の端で又はその付近で支持されているという点で、カンチレバー構造である。構造４０２の一部は、圧電性であるか、あるいは好適なマイクロ・エレクトロ・メカニカル構造で形成され、ライン４０８を通る制御部２０８からの電流が、構造４０２内部の動きを生成するように形成されている。圧電素子の電気的応答を分析することで、制御部２０８は、構造４０２の質量の及び／又は構造４０２の共振周波数の変化を算出できるかあるいは観察することができる。これは、参照番号４１０で示されるような粒子が構造４０２に堆積している場合、支点２０６に関するシステムの全質量及び回転慣性が変化するためである。その後、この変化は、異なる共振周波数として検出される。図６は、構造４０２の上部に配置され、粒子４１０を引き寄せる任意の電極２１６をさらに図示する。
【００２２】
本発明の実施形態は概して、半導体加工ツールによる、実質的にリアルタイムである粒子検出を提供する。このリアルタイムのフィードバックは、加工ツール内の窓を通して技術者が見ているディスプレイ２１８の長所によって、加工技術者に視覚的に提供することができる。加えて、又はこれに代えて、リアルタイムのフィードバックは、無線周波数通信モジュール２１２を介して提供される無線周波数信号を介して提供することができる。
【００２３】
好ましい実施形態を参照して本発明を記載してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に改変を加えてもよいことが認識されよう。
【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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【国際調査報告】
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