用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法技术

一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。石英晶体微天平(QCM)传感器监测制造系统的多个流程部件中的一个流程部件，并且被配置用于在制造工艺期间暴露到该一个流程部件中的工艺化学品。控制器测量由于在制造工艺期间QCM传感器和该一个流程部件中的工艺化学品之间的相互作用而导致的QCM传感器的谐振频率偏移。控制器确定工艺室中的制造工艺的参数，所述工艺室中的制造工艺的参数是作为该一个流程部件内的QCM传感器的所测量的谐振频率偏移的函数。

Quartz crystal microbalance sensor for manufacturing process monitoring and related methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法相关申请的交叉引用本申请是美国临时专利申请N0.62/550,194和美国临时专利申请No.62/550,226（每个在2017年8月25日提交）的非临时性专利申请并且要求其优先权和权益，并且每个这样的申请的全部内容由此通过引用结合在本文中。
技术介绍
本公开涉及用于使用一个或多个石英晶体微天平(QCM)传感器来监测制造系统的方法和系统。在半导体工业和微电子制造中，存在监测制造工艺（例如在晶片处理期间检测空气泄漏）的需要。晶片（其充满装置）中的临界层的电特性可能受到无意的掺杂（该无意的掺杂是由于氧吸收导致）和材料改变（该材料改变是由于作为泄漏的结果的化学反应）的影响。例如，在半导体制造中的一些材料（像钛），以及在有机发光二极管(OLED)制造中的镁或有机材料与空气中的组分高度反应。为了减轻损失，许多工具使用在传送室上安装的单个集中式昂贵空气泄漏传感器（例如残留气体分析仪或光发射光谱仪），以在室狭缝阀打开时在晶片传送期间并且连续地监测空气泄漏。在晶片处理期间，其中安装传感器的传送室维持与工艺室隔离，因此，在处理的晶片上的任何潜在的空气吸收不会被知道直到异位计量传感器在检查晶片上检测到空气吸收为止。在空气泄漏的情况下，常规技术可能导致昂贵的晶片废弃。除了它们的高价格，常规传感器可能出于诸如化学相容性、压力和温度的原因而不适合用于许多工艺。前述
技术介绍
描述了与已知的研究、开发和设计工具和方法相关的问题、缺点和不足中的一些但未必是全部。
技术实现思路
在实施例中，提出了一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。QCM传感器监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品。控制器测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。所述控制器确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。在实施例中，本文提出的是一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置被提出。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件，所述多个流程部件包括排气管线或供应管线。QCM传感器监测所述制造系统的所述多个流程部件的所述排气管线或所述供应管线，并且被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述排气管线或所述供应管线中的工艺化学品。控制器测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器与所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。所述控制器确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的参数是作为所述排气管线或所述供应管线内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。在所述制造工艺期间所述排气管线或所述供应管线中的所述工艺化学品包括所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个。所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变。所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。在实施例中，提出了一种用于监测制造系统中的制造工艺的方法。所述监测的制造系统包括工艺室和多个流程部件。部署石英晶体微天平(QCM)传感器，所述石英晶体微天平(QCM)传感器用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件。在所述制造工艺期间，将所述QCM传感器暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品。测量由于在制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移。将所述工艺室中的所述制造工艺的参数确定为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。本公开的附加特征和优点在以下附图说明和具体实施方式中描述，并且将从以下附图说明和具体实施方式中显而易见。附图说明图1A描绘了用于监测制造工艺的系统的实施例。图1B是示出用于监测制造工艺的方法的实施例的流程图。图1C描绘了用于监测未消耗前体或反应产物的系统的实施例。图1D描绘了用于检测室空气泄漏的系统的实施例。图2是在引入不同气体时图1D的系统的频率响应的曲线图。图3是四(二甲氨基)钛(TDMAT)室的脉冲CVD步骤的频率特征的曲线图。图4是通过X射线光电子能谱(XPS)获得的针对14mmQCM传感器的高分辨率结合能数据的曲线图。图5是频率偏移的曲线图，所述频率偏移对应于在暴露到超高纯度(UHP)氧时作为起始纯Ti厚度和区域的函数的钛膜的总质量增加。图6是在暴露到超高纯度(UHP)氧时钛膜的质量增加的曲线图。图7A和7B是在暴露到O2和N2时钛膜的质量增加的曲线图。图8A和8B是作为针对O2和N2的质量增加的函数的质量增加速率的曲线图。图9A和9B是气体分子对Ti金属膜的亲和力和置换能力的曲线图，其中图9A示出了在140mT暴露到UHPN2接着在140mT暴露到UHPO2的300nm厚的Ti膜的结果，并且图9B示出了新Ti金属层上的相反实验的结果。图10是作为原始纯吸气剂厚度和氧气体压力的函数的可达到的总质量增加的图。图11是差分泄漏检测系统的实施例。具体实施方式本公开涉及利用例如，用于监测制造工艺（例如半导体或其它制造工艺）的石英晶体微天平(QCM)传感器的监测系统。图1A描绘了用于监测制造工艺的系统的实施例。在图1A的实施例中，工艺室10经由供应管线11连接到源12（例如前体源）。工艺室10还经由供应管线13连接到另一源14以及排气管线15。管线中的每个还可包括可以由工艺控制器控制的一个或多个阀(未示出)。在图1A的实施例中，旁通管线16和17可以用于将系统中的工艺化学品的一部分分流到一个或多个传感器。在实施例中，QCM传感器20可以用于监测排气管线15，并且可以通过管线22连接到部件25以用于处理。类似地，QCM传感器30可以用于监测供应管线11，或者QCM传感器31可以用于监测到供应管线11的旁通16，并且可以分别通过管线32、33连接到部件35以用于处理。进一步，QCM传感器40可以用于直接监测工艺室10，并且可以通过管线42连接到部件45以用于处理。本领域的普通技术人员会理解，本技术可以在各种各样的不同制造工艺系统上采用，并且一个或多个QCM传感器和附属电路系统及部件(例如加热器、控制器、材料沉积单元、蚀刻单元等)可以部署在制造系统中的一个或多个位置中。例如，所述系统可以用于确定在室中是否存在以下条件中的任何条件：空气泄漏、反应副产物、未消耗前体或污染物。有利地，此类确定可以由系统进行，而无需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述监测装置包括：/n石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品；以及/n控制器，其用于：/n测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及/n确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 US 62/550226;20170825 US 62/5501941.一种用于监测制造系统中的制造工艺的监测装置，所述制造系统包括工艺室和多个流程部件，并且所述监测装置包括：
石英晶体微天平(QCM)传感器，其用于监测所述制造系统的所述多个流程部件中的一个流程部件，并且其被配置用于在所述制造工艺期间暴露到所述一个流程部件中的工艺化学品；以及
控制器，其用于：
测量由于在所述制造工艺期间所述QCM传感器和所述一个流程部件中的所述工艺化学品之间的相互作用而导致的所述QCM传感器的谐振频率偏移；以及
确定所述工艺室中的所述制造工艺的参数，所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数是作为所述一个流程部件内的所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移的函数。


2.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述制造工艺的所述确定的参数指示所述工艺室中的空气泄漏、反应副产物、未消耗前体或污染物中的一个或多个。


3.根据权利要求1所述的监测装置，其中所述一个流程部件包括泵送管线、排气管线、供应管线、旁通管线、阀体、真空气室、旁通室或传送室中的一个。


4.根据权利要求1所述的监测装置，进一步包括设置在所述QCM传感器上的吸气剂材料，其中所述吸气剂材料的质量由于在所述制造工艺期间与所述一个流程部件中的所述工艺化学品的所述相互作用而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的空气泄漏，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述一个流程部件中的所述吸气剂材料的所述变化的质量。


5.根据权利要求4所述的监测装置，其中所述控制器进一步配置成将制造化学品从所述制造系统转移到所述QCM传感器，以便在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。


6.根据权利要求4的监测装置，进一步包括设置在所述吸气剂材料之上的牺牲层，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述制造系统去除所述牺牲层。


7.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于在所述QCM传感器上提供材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成使用所述特定部件在所述QCM传感器上设置具有指定厚度的所述吸气剂材料。


8.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于去除所述QCM传感器上的材料的特定部件，其中所述控制器进一步配置成在所述制造系统中安装所述QCM传感器之后使用所述特定部件去除所述牺牲层。


9.根据权利要求4所述的监测装置，进一步包括用于加热所述QCM传感器的加热装置，其中所述控制器进一步配置成使用所述加热装置将所述QCM传感器的所述温度增加到所述QCM传感器的先前温度之上以再激活所述吸气剂材料。


10.根据权利要求1所述的监测装置，其中在所述制造工艺期间在所述一个流程部件中的所述工艺化学品包括在所述工艺室中的所述制造工艺的反应副产物或未消耗前体中的至少一个，并且所述QCM传感器的质量由于所述未消耗前体或所述反应副产物而改变，并且所述控制器确定由于所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移而导致的所述工艺室中的所述制造工艺的所述参数，所述QCM传感器的所述测量的谐振频率偏移指示所述QCM传感器的所述变化的质量。


11.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括沉积工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的沉积速率。


12.根据权利要求10所述的监测装置，其中所述制造工艺包括材料去除工艺，并且所述参数包括所述工艺室中的材料去除速率。


13.根据权利要求1所述的监测装置，进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：MB林赞，C宋，SJ莱克曼，
申请(专利权)人：英飞康公司，
类型：发明
国别省市：美国;US