본 발명의 일 양상은 공정의 실시간 모니터링 방법에 관한 것이며, 이 방법은: 모니터링된 공정에서 생성된 가스 혼합물의 질량 분광 실시간 측정을 실행하여 모니터링된 공정을 나타내는 실시간 질량 분광 데이터를 결정하는 단계, 및 실시간 질량 분광 데이터를 이전 공정을 평가하기 위한 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 결정된 계측 데이터와 상관 및/또는 이 계측 데이터로 캘리브레이트(calibrate)함으로써 및/또는 실시간 질량 분광 데이터를 적어도 하나의 한계 값, 바람직하게는 모니터링된 공정의 공정 윈도우의 한계 값과 비교함으로써 모니터링된 공정을 평가하는 단계를 포함한다. 한계 값 자체는 이온-피크 값의 어느 정도 복잡한 함수를 나타낼 수 도 있다. 예컨대, 한계 값은 가스 혼합물의 특정 성분의 2개 이상의 이온-피크 값의 비나 이온-피크 값의 더 복잡한 함수일 수 도 있다. 특히, 이 비교는 특정 이온-피크 값의 2개 이상의 한계 값의 논리 조합, 예컨대 2개 이상의 한계 값의 논리 AND 또는 OR 조합을 포함할 수 도 있다.
앞서 기재한 모니터링 방법에서, 공정의 실시간 모니터링, 즉 밀리 초 범위의 모니터링은, 공정 동안 생성되는 가스 혼합물의 빠른 질량 분광 측정에 의해 실행된다. 모니터링된 공정을 나타내는 실시간 질량 분광 데이터를 적어도 하나의 한계 값, 특히 모니터링된 공정의 공정 윈도우의 한계 값과 비교함으로써, 공정의 바람직하지 않은 편차/변경, 특히 정상 공정으로부터의 바람직하지 않은 편차를 실시간으로 결정할 수 도 있다. 이점은, 실시간 질량 분광 데이터가 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 결정되는 계측 데이터와 상관되며 이 계측 데이터로 캘리브레이트될 때도 적용된다. 캘리브레이트의 경우, 이전 공정은 통상 표준 (성공적인) 공정이다. 이런 식으로, 공정, 특히(resp.) 공정 모니터링은 복수의 처리 시스템 상에서 매칭될 수 있다.
질량-분광 측정에서 제공되는 실시간 질량 분광 데이터는 가스 혼합물의 적어도 하나의 질량 스펙트럼을 포함할 수 도 있으며, 이러한 질량 스펙트럼은 복수의 후속한 공정-단계 각각 동안 (실시간으로) 취한다. 웨이퍼나 조직과 같은 오브젝트의 배기의 실시간 모니터링을 위해 또는 환자의 날숨을 모니터링하기 위해, 실시간 질량 분광 데이터는 또한, 실시간으로 취하는 가스 혼합물의 복수의 질량 스펙트럼을 포함할 수 도 있거나 이들로 구성될 수 도 있다. 질량-분광 측정에서 제공되는 실시간 질량 분광 데이터는, 복수의 공정 단계 각각 동안, 웨이퍼나 조직과 같은 오브젝트의 배기로부터 또는 환자의 날숨으로부터 취하는 가스 혼합물의 질량 스펙트럼의 적어도 하나의 선택된 질량 신호(특정 질량-대-변화-율 신호)를 포함할 수 도 있다. 실시간 질량 분광 데이터를 기초로 하여, 적어도 하나의 특정 질량 신호의 전개의 시간 트렌드를 또한 결정할 수 도 있다.
실시간 질량 분광 데이터는 모니터링된 공정을 나타낸다. 즉, 질량 분광 데이터는 통상, 공정 결과에 중대/중요한 가스 혼합물의 적어도 하나의 종/성분에 대한 정보를 포함한다. 실시간 질량 분광 데이터는 특히 모니터링된 공정의 향후 전개를 나타낼 수 도 있다(이하 참조).
일 변형에서, 모니터링된 공정은 오브젝트, 예컨대 기판, 특히 웨이퍼의 표면 처리, 및 오브젝트로부터, 특히 조직으로부터나 생물로부터, 예컨대 사람의 입 및/또는 코로부터나 예컨대 외과 수술 동안 사람의 노출된 기관으로부터의 배기로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 반도체 제조의 경우, 표면 처리는 예컨대 원자 층 퇴적(ALD), 원자 층 에칭(ALE), 화학 기상 퇴적(CVD), (플라스마에 의한 및 그에 의하지 않는) 건식 에칭, 에피택시(Epi), 분자 빔 에피택시(MBE), 물리 기상 퇴적(PVD) 등일 수 도 있다. 반도체 제조의 경우에, 가스 혼합물은, 표면 처리가 발생하는 처리 챔버에 제공될 수 도 있다. 표면 처리의 경우, 가스 혼합물은 SiH4, Cl2, AsH4, PH4, B2H6와 같은 전구체나 불순물 형태의 가스 성분과, 처리된 오브젝트로부터, 예컨대 웨이퍼로부터 배기되는 가스 성분을 포함할 수 도 있다. 실시간 질량 분광 데이터를 사용하여, 플라스마-에칭 동안의 플라스마 광방사의 변화, 주위 가스의 흡수의 변화, 외부 가스 농도의 변화 등이 결정될 수 도 있으며 그에 따라 평가될 수 도 있다.
화학 가스 생산의 경우, 가스 혼합물은 화학 가스 생산이 발생하는 공정 반응기에 있을 수 도 있으며, 이 가스 혼합물은 통상 전구체 및/또는 오염물을 포함한다. 환경 모니터링에서, 배기 오브젝트는 모터와 같은 방사원일 수 도 있으며, 가스 혼합물은 공정 배기, 예컨대 CO2와 같은 공기와 오염물, 방향족 화합물, CO, NO2 등을 포함할 수 도 있다. 이들 경우 모두에서, 가스 혼합물의 전체 함량의, 가스 혼합물의 특정 성분의 변화 또는 가스 혼합물의 조성에 의존하는 오브젝트의 거동의 변화가 결정될 수 도 있으며, 모니터링된 공정의 전개의 시간 트렌드나 시간 전개를 획득할 수 도 있다.
모니터링된 공정에서 생성되는 가스 혼합물의 질량 분광 실시간 측정은 바람직하게는 FT 이온 트랩을 포함하는 질량 분광계에서, 특히 전기 FT 이온 사이클로트론 공진 트랩(FT-ICR 트랩)에서 실행된다. 모니터링된 공정은 표면 처리, 예컨대 반도체 제조의 경우 기판의 표면 처리를 포함하며, 가스 혼합물은 기판이 배치되는 처리 챔버로부터 질량 분광계에 통상 제공된다. 공정이 오브젝트로부터, 예컨대 웨이퍼로부터 배기를 모니터링하는 것을 포함하거나 이로 구성될 때, 질량 분광계는 오브젝트를 저장하기 위한 저장 박스에 연결될 수 도 있다. 공정이 조직, 기관 또는 환자의 입/코로부터 배기를 모니터링하는 것을 포함하거나 이로 구성될 때, 가스 혼합물은 조직, 기관 또는 환자의 입/코 위 수 센티미터의 주위 공기로부터 질량 분광계에 통상 제공된다.
공급 배관, 예컨대 호스가 질량 분광계를 공정 챔버, 저장 박스 또는 주위 공기에 연결하여 가스 혼합물을 질량 분광계에 도입하는데 사용될 수 도 있다. 예컨대 공정 가스 또는 오브젝트로부터 배기되는 가스를 포함하는 가스 혼합물은 공급 배관/호스의 단부에서 가스 유입 밸브를 통해 질량 분광계 내에 도입될 수 도 있다. 가스 혼합물은 전기적으로 중성 상태로 질량 분광계 내에 통상 도입되며, 질량 분광계는 가스 혼합물의 적어도 일부의 이온을 생성하기 위한, 즉 중성 가스의 적어도 일부를 이온화하기 위한 적어도 하나의 이온화 유닛을 포함한다. 이온화 유닛은 중성 가스의 전자 빔 이온화를 위한 이온 총(예컨대, 70eV 또는 다른 적절한 이온화-에너지)을 포함할 수 도 있다. 대안적으로, 가스 혼합물은 이온 트랩 외부에서 분석될 수 도 있다.
생성된 이온의 적어도 일부의 저장, 여기 및 검출은 바람직하게는 FT-이온 트랩에서 실행된다. 앞서 나타낸 바와 같이, 이온은 FT-이온 트랩에서 예컨대 전자 빔 이온화에 의해 생성될 수 도 있다. 이온은 무선 주파수에 의해 FT-이온 트랩에 저장될 수 도 있다. 이온은 비-파괴 방법에 의해, 특히 FT-이온 트랩의 캡 전극 상의 이온 미러 전류의 푸리에-변환에 의해 전기적으로 여기되어 검출될 수 도 있다. 이온 검출 전에, 이온은 이들의 대응하는 질량-대-전하 비에 따라, 특히 SWIFT 여기에 의해 적어도 한 번 선택적으로 여기될 수 도 있다.
일 변형에서, 이 방법은: 평가를 기초로 하여, 모니터링된 공정을 진행하거나 이 공정을 정지하는 것 중 어느 하나에 대한 결정을 실행하는 단계를 더 포함한다. 질량 분광 데이터가, 예컨대 적어도 하나의 공정-중대 질량 분광 신호(예컨대, 이온-피크 값)가 한계 값을 초과할 때와 같은 경우일 때처럼, 표준 공정으로부터 예상보다 많이 변한다면/벗어난다면, 앞서 기재한 모니터링 방법은 작동자에게 즉시 경고하게 하여, 모니터링 공정을 진행하거나 정지하는 것 중 어느 하나에 대한 빠른 결정(실시간 결정)이 이뤄질 수 도 있다. 결정함은 자동 공정일 수 도 있으며, 이 경우, 모니터링된 공정은 통상 한계 값이 초과함을 비교가 드러낼 때 정지한다. 대안적으로, 실시간 모니터링은, 표준 공정으로부터 모니터링된 공정의 편차 정도를 나타냄으로써 작동자가 결정하는 것을 도울 수 도 있다. 모니터링된 공정이 예컨대 외과 수술 동안 조직으로부터의 배기라면, 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 획득되는 질량 분광 데이터로 캘리브레이트함/이와 비교는, 환자의 조직 및 기관이 정상인지 병이 있는지를 결정하는데 사용될 수 도 있다. 결과에 따라, 환자로부터의 조직/기관의 절개가 필요한지에 대한 결정이 이뤄질 수 도 있다. 이들 경우 모두에서, 실시간 결정(진행/진행하지 않음; 처리 실행/처리 정지)이 실행된다.
다른 변형에서, 이 방법은, 평가를 기초로 하여, 모니터링된 공정의 적어도 하나의 공정 파라미터를 실시간으로 변화시키는 단계를 더 포함한다. 특히, 적어도 하나의 공정 파라미터는, 모니터링된 공정이 각각 (성공적인) 이전 공정에 가능한 한 가깝게 접근하도록 및 모니터링된 공정이 더는 공정 윈도우로부터 벗어나지 않도록 변화할 수 도 있다.
다른 변형에서, 이 방법은, 평가를 기초로 하여, 모니터링된 공정을 평가하는데 사용되는 적어도 하나의 공정-후 계측 방법의 결과 및/또는 모니터링된 공정의 결과를 예측하는 단계를 더 포함한다.
일 변형에서, 공정의 결과(예컨대, 웨이퍼와 같은 기판의 표면 처리의 결과, 생산 공정 동안 제조되는 부산물의 적어도 하나의 속성 등) 및/또는 적어도 하나의 공정-후 계측 방법의 결과가 실시간으로 조기에, 즉 공정이 완료되기 전에 예측된다. 이런 식으로, 공정 변경은 더 양호하게 제어될 수 있으며, 결정은 고장이 일어나는 즉시 이뤄질 수 있다. 게다가, - 웨이퍼의 경우에 - 웨이퍼 처리 시간을 감소시킬 수 있어야 하는 예측 계측이 실행될 수 도 있다.
일 변형에서, (이전) 공정을 평가하기 위한 적어도 하나의 공정-후 계측 방법은 이전 공정에서 처리되거나 생산되는 오브젝트를 검사하기 위한 공정-후 계측 방법이다. 이 변형에서, 실시간 질량 분광 데이터의 상관 및/또는 캘리브레이트는, 이전 공정에서 처리되거나 생산되는 오브젝트의 형태로 이전 공정의 결과를 평가함으로써 이뤄진다. 공정-후 계측 방법에 의한 캘리브레이트는 동일한 공정/외과 수술의 모든 다가올 실시간 측정에 대한 표준을 규정하게 한다. 특히, 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 결정되는 계측 데이터는 질량-분광 데이터일 수 도 있다. 이 경우, 실시간 질량 분광 데이터와 계측 데이터 사이의 직접 비교를 할 수 도 있다.
반도체 제조 경우에, 상관 또는 캘리브레이트는 다음과 같이 실행될 수 도 있다:
성공적인 공정을 나타내는 공정-후 계측 방법에 의해 결정되는 질량 스펙트럼(핑거프린트 스펙트럼)을 제공함으로써, 비교는 모니터링된 공정 동안 그 전개 및 이전 성공적인 공정 모두에 대해 이뤄질 수 있다. 통상, 적어도 하나의 핑거프린트 스펙트럼은 모니터링된 공정의 각 공정 단계마다 제공된다. 특히, 복수의 핑거프린트 스펙트럼/핑거프린트 스펙트럼의 시퀀스가 각 공정 단계마다 제공될 수 도 있으며, 각각의 핑거프린트 스펙트럼은 시간적으로 상이한 지점에서 취해져서, 핑거프린트 스펙트럼의 시퀀스는 공정 단계의 시간 전개를 나타낸다. 이들 스펙트럼은, 다른 공정 챔버에서 운영되는 유사한 공정의 스펙트럼과 비교하는데 쉽게 사용될 수 있으며, 이는 공정 챔버 모두가 동일한 핑거프린트 스펙트럼과 전개를 가져야 하기 때문이다.
"골든"(즉, 최적) 핑거프린트 질량 스펙트럼 전개는 모니터링된 공정이 드리프트함에 따라, 즉 핑거프린트 스펙트럼이 나타내는 표준화된 공정에서 벗어남에 따라(앞 부분 참조) 이를 표시하는데 활용될 수 도 있어서, 모니터링된 공정은, 이 드리프트가 과도하게 되기 전에 되돌려질 수 있다.
문제없는 웨이퍼로부터 배기되는 또는 문제없는 공정 챔버에 제공되는 가스 혼합물의 핑거프린트 스펙트럼은 각각 다른 웨이퍼나 처리 챔버에 대한 건전성 또는 그 결여를 결정할 수 있다. 연구에 의하면, 공정 단계 사이에 더 오랜 시간을 경험한 웨이퍼는 더 높은 수율 손실을 가졌으며, "접촉 공정에서 수율 개선 및 큐 시간 완화"(Niti Garg 등, ASMC 2016, IEEE 회의록 344-349페이지, 2016)를 참조하기 바란다.
앞서 나타낸 바와 같이, 모니터링된 공정의 결과는 또한 모니터링된 공정의 골든 질량 핑거프린트 스펙트럼으로부터 예측할 수 있다. 게다가, 공정 계측 툴이 측정할 것은 또한 질량 핑거프린트 스펙트럼 전개 - 웨이퍼 처리 시간을 감소시킬 수 있어야 하는 예측 계측 - 로부터 결정될 수 있다.
바람직한 변형에서, (현장 외) 공정-후 계측 방법은 X-선-회절(계측 데이터는 예컨대 로킹(rocking) 곡선/오메가 스캔임), 2차 이온 질량 분광(계측 데이터는 예컨대 공간적으로 분해되는 질량 스펙트럼임), 스캐닝 전자 현미경법(계측 데이터는 예컨대 오브젝트/샘플 상의 구조의 SEM-사진임), X-선 광전자 분광법(계측 데이터는 예컨대 샘플 표면의 화학 본드 강도임), 및 편광해석법(ellipsometry)(계측 데이터는 예컨대 오브젝트, 예컨대 웨이퍼에 도포되는 층의 두께, 굴절률, 흡수 계수 등임)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 앞서 기재한 공정-후 계측 방법은 통상 (이전) 공정에서 처리되거나 생산되는 오브젝트를 검사하는데 사용된다.
이 공정에서 처리되었거나 생산된 오브젝트를 검사함으로써 획득한 계측 데이터는 (오브젝트의 형태인) 이 공정의 결과를 평가함으로써 실시간 질량 분광 데이터를 상관/캘리브레이트하는데 사용될 수 있다. 특히, 표준 공정의 질량 분광 데이터의 형태인 계측 데이터는 획득되어, 앞서 기재한 실시간 모니터링 방법에서 비교에 사용될 수 도 있다. 특히, 계측 데이터를 기초로 하여, 한계 값, 특히 적절한 공정 윈도우의 한계 값이 규정될 수 도 있어서, 실시간 질량 분광 데이터를 한계 값(들)과 비교함으로써 실시간으로 모니터링된 공정을 평가하게 할 수 도 있으며, 그에 따라 공정에 수반되는 오브젝트의 거동에 대한 및/또는 공정에 대한 빠른 결정을 허용하게 할 수 도 있다. 특히, 상이한 오브젝트를 이런 식으로 구별할 수 도 있다.
캘리브레이트 후, 편광분석법 결과는 일련의 질량 스펙트럼에, 특히 웨이퍼 상의 복수의 층의 퇴적 공정이 복잡하더라도, 예컨대 이 퇴적 공정 동안 실시간으로 오브젝트의 표면 처리 동안 취한 질량 분광 데이터에 상관될 수 있다. 편광분석법 데이터는 질량-분광 데이터의 통합을 통해 이용할 수 있게 되는 개별 층의 퇴적 두께를 제공해야 한다. 질량 스펙트럼이 퇴적 공정 동안 안정적이었다면, 두께(thk)는 화학 반응 밀도(ρ), 퇴적율(R) 및 퇴적 시간(T) 길이의 곱에 비례한다, 즉:
thk = α ρ R T,
여기서 편광분석 모델이 적절하다면, 이들은 일치할 것이다(α는 비례 상수임).
성분이 퇴적 동안 변할 때, 전체 두께(th)에 대한 수학식은 더욱 복잡하게 된다:
th = Σ αi ρi Ri Ti
여기서, i는 각 성분 그룹이 그 자신의 비례 상수(αi), 밀도(ρi), 퇴적율(Ri) 및 시간(Ti)을 가짐을 나타낸다.
퇴적 공정 동안 획득된 캘리브레이트된 질량-분광 데이터를 공정-후 편광분석법에 의해 획득한 계측 데이터와 상관시키는 모델을 기초로 하여, 개별 층의 미지의 파라미터 밀도(ρi)와 퇴적율(Ri)이 결정될 수 도 있으며 그에 따라 오브젝트 상에 퇴적되는 각 개별 층의 두께(thi)를 획득할 수 도 있다. 이런 식으로 결정된 층의 두께는, 각 퇴적된 층의 두께가 공정 윈도우 내에 (즉, 미리 규정된 두께 간격 내에) 있어야 하므로, 모니터링된 공정, 더욱 구체적으로는 모니터링된 공정의 결과를 평가하는데 사용될 수 도 있다.
추가 변형에서, 모니터링된 공정은 오브젝트로부터, 특히 조직으로부터나 생물로부터의 배기를 모니터링하는 단계를 포함하며, 공정-후 계측 방법은 히스톨로지(계측 데이트는 예컨대 조직의 사진임), 패솔로지(pathology)(계측 데이터는 예컨대 조직의 현미경 이미지, CT 스캔 또는 자기 공명 이미지임), 및 양자-유도된 X-선 방사 분광법(PIXE: Proton-Induced X-ray Emission spectroscopy)(계측 데이터는 오브젝트에서, 예컨대 조직에서 흔적 요소의 분포임)로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. PIXE는 또한, 오브젝트, 구체적으로는 웨이퍼의 표면 처리를 포함하는 모니터링되는 공정, 화학 생산 공정 등에서 사용될 수 도 있음을 이해해야 할 것이다.
추가 변형에서, 가스 혼합물의 질량 분광 실시간 측정을 실행하는 것은 FT-이온-트랩-질량 분광계의 이온 트랩, 특히 전기 FT-이온-트랩-질량 분광계의 이온 트랩에서 가스 혼합물의 적어도 일부의 이온을 저장하며 분석하는(예컨대, 여기하며 검출하는) 것을 포함한다.
이 변형의 개선에서, 이 방법은: 이온의 질량-대-전하 비에 따라, 특히 SWIFT 여기를 사용하여 이온 트랩에서 이온의 적어도 일부를 선택적으로 여기하는 단계를 더 포함한다. 앞서 나타낸 바와 같이, FT 이온 트랩에 저장된 이온의 적어도 하나의 선택적 여기를 실행함으로써, 특히 SWIFT 여기를 사용함으로써, 이온, 특히 모니터링된 공정에 대해 중대한 가스 종의 이온의 미세한 흔적이, 이온 트랩으로부터 원치 않는 이온을 제거함으로써 검출될 수 도 있다. SWIFT 여기는 예컨대 배경기술에서 언급한 WO 2016/177503A1에 기재한 바와 같이 실행될 수 있으며, 이 문헌의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
예컨대 에칭 공정 모니터링을 위한 최신 접근법은 주요한 플라스마 화학 반응 공정과 관련되는 피크를 추적하기 위해 광 방사를 활용하며, 중대한 공정 화학 반응과 관련한 방사 피크가 있을 때, 이들 기술은, 이들이 빠르기 때문에 우수하다. 공정이 플라스마 공정이 아닐 때, 이들 모니터링 기술은 효과가 없으며, 광학 흡수가 사용되어, 광은 챔버에서 복수 회 화학 반응을 통과하여 차이를 식별하며 그에 따라 공정을 추적하기에 충분한 신호를 획득한다. 대부분의 경우에, 이들 기술은, 공정을 파괴할 수 있는 소수의(minor) 성분을 추적할 수 없다.
앞선 점에 비춰볼 때, FT-이온-트랩-질량 분광계에서 질량 분광 실시간 측정을 실행하는 것은 다음의 장점을 제공한다:
1) FT-이온-트랩-질량 분광계는 한 번에 가스 혼합물의 모든 공정-관련 종/가스 성분을 검출하기 위한 광대역 측정을 실행할 수 있으며(AND) 동시에 공정 평가 동안 중대한 일부 특정한 종에 선택적으로 집중할 수 있으며 이를 선택적으로 추적할 수 있다.
2) FT-이온-트랩-질량 분광계는 금과 같은 내마모성 소재로 도금된 표면을 갖는 금속 전극을 포함할 수 도 있으며, 그러므로 다른 가능한 해법보다 공정 챔버에 존재하는 화학 종으로부터의 열화에 덜 민감하다. 특히, FT-이온-트랩-질량 분광계는 임의의 열화 가능한 검출기를 포함하지 않는다.
3) FT-이온-트랩-질량 분광계는 속도를 제공하며, 이는 FFT(고속 푸리에 변환)가 이온 미러 전류로부터 스펙트럼을 만드는데 사용되기 때문이다. 알고리즘과 전자 구현에 따라, FFT 공정은 밀리초-범위에서 실행될 수 있다.
4) FT-이온-트랩-질량 분광계는, SWIFT-기술(앞선 내용 참조)을 사용하여 이온-트랩으로부터 주요 이온 종을 동적으로 및 동시에 제거함으로써 고 민감도(ppmV, ppbV, pptV 또는 서브-pptV)를 제공할 수 도 있으며, 그에 따라 캐리어 가스 매트릭스로부터나 가스 배경으로부터 유래한 다른 더 큰 이온 신호에 의해 주로 간섭되지 않고도 잡음 레벨로부터 유래한 이온 신호의 미세한 추적을 허용한다.
모든 속성 1) 내지 4)는 유리하며, 공정-후 측정 및/또는 (규격) 한계치로의 FT-이온-트랩의 질량 스펙트럼의 시간 트렌드 및/또는 질량 스펙트럼의 캘리브레이트와 함께 사용되며, 캘리브레이트된 결과는 결정을 위한 다가올 실시간 측정에 대해 표준으로서 사용한다.
게다가, 모니터링된 공정은 공정-후 계측 툴에 대해 캘리브레이트되어야 한다. 이들 툴은 상이한 공정의 중대한 양상의 최적화를 식별하는데 중요하다. 캘리브레이트는, 데이터를 고속 및 민감한 FT-이온-트랩 질량 분광계로부터 이온-트랩이 측정할 예측치로 전환하는 알고리즘의 개발의 핵심이다. (통상적으로, 이온-트랩은 이것이 측정한 것으로부터 중요한 기본 공정 파라미터로의 알고리즘을 실제로 가정한다. 이 단계는 생산에 더는 중대하지 않으므로, 이온-트랩에의 캘리브레이트가 가장 의미가 있다.)
각각의 공정-후 계측 기술/툴은 질량 스펙트럼 전개가 캘리브레이트되어야 하는 표준을 제공한다. 질량 스펙트럼 전개에서의 변경은 각 툴 마다 동일한 예측 결과를 발생시킬 수 도 있다. 어떤 윈도우가 질량 분광 스펙트럼 전개를 위한 것인지를 학습하며, 모니터링된 공정의 허용 가능한 예측 결과(result/outcome)를 갖는 것이 핵심일 것이다.
추가 변형으로, 이 방법은 적어도 하나의 추가 실시간 측정 방법을 실행함으로써 모니터링된 공정을 나타내는 추가 실시간 데이터를 획득하는 단계, 및 추가 실시간 데이터를 이전 공정을 평가하기 위한 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 결정한 계측 데이터와 상관 및/또는 이 계측 데이터로 캘리브레이트함으로써 및/또는 추가 실시간 데이터를 적어도 하나의 한계 값, 바람직하게는 모니터링된 공정의 공정 윈도우의 한계 값과 비교함으로써 모니터링된 공정을 평가하는 단계를 더 포함한다.
공정에서 생성된 가스 혼합물의 질량 분광 실시간 측정 외에, 다른 실시간 측정 방법에 의해 획득된 공정을 나타내는 실시간 데이터가 또한 공정을 평가하는데 사용될 수 도 있다. 특히, 공정의 전체 평가는 실시간 질량 분광 데이터를 기초로 한 평가와 모니터링된 공정을 나타내는 추가 실시간 데이터를 기초로 한 평가의 결과를 결합함으로써 실행될 수 도 있다.
바람직한 변형에서, 추가 실시간 측정 방법은 광 방사 분광법, 광 흡수 분광법, 반사계측법, 고온 측정법(pyrometry), 라만 산란법(Raman scattering), 산란 측정법(scatterometry), 현장 X-선 회절 측정법(XRD) 및 사중극 나머지(rest) 가스 분석법으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 이들 실시간 측정 방법에 의해 획득되는 추가 데이터는 예컨대 스펙트럼, 소위 로킹(rocking) 곡선(XRD에서의 오메가 스캔) 등이다.
본 발명의 추가 양상은 공정의 실시간 모니터링을 위한 질량 분광계에 관한 것이며, 이 질량 분광계는: 모니터링된 공정 동안 생성되는 가스 혼합물의 적어도 일부의 이온을 생성하기 위한 이온화 유닛, 가스 혼합물의 이온을 저장하기 위한 FT 이온 트랩, FT 이온 트랩에 저장된 이온의 적어도 일부를 여기하기 위한 여기 유닛, 여기된 이온을 기초로 하여, 모니터링된 공정을 나타내는 가스 혼합물의 실시간 질량 분광 데이터를 결정하기 위한 검출기, 및 실시간 질량 분광 데이터를 이전 공정을 평가하기 위한 적어도 하나의 공정-후 계측 방법에 의해 결정된 계측 데이터와 상관 및/또는 이 계측 데이터로 캘리브레이트함으로써 및/또는 실시간 질량 분광 데이터를 적어도 하나의 한계 값, 바람직하게는 모니터링된 공정의 공정 윈도우의 한계 값과 비교함으로써 모니터링된 공정을 평가하도록 되어 있는 평가 유닛을 포함한다. FT 이온 트랩 질량 분광계는 앞서 기재한 장점 1) 내지 4)를 제공한다.
일 실시예에서, 평가 유닛은, 평가를 기초로 하여, 모니터링된 공정을 진행할 것인지 또는 모니터링된 공정을 정지할 것인지 중 어느 하나를 결정하게 된다. 평가를 기초로 하여, 모니터링된 공정을 진행할 것인지 정지할 것인지에 대한 실시간 결정이 평가 유닛에 의해 이뤄질 수 있다. 평가 유닛은, 공정을 제어하기 위해 예컨대 처리 가스를 처리 챔버에 공급하는 밸브를 폐쇄함으로써 모니터링된 공정이 정지되어야 함을 작동자에게 또는 전자 제어 디바이스에 나타낼 수 도 있다.
다른 실시예에서, 평가 유닛은, 추정을 기초로 하여, 모니터링된 공정의 결과 및/또는 모니터링된 공정을 평가하기 위한 사용된 공정-후 계측 방법의 결과를 예측하게 된다. 특히, 공정-후 계측 방법이 웨이퍼를 검사하기 위해 사용될 때, 평가 유닛의 예측은 웨이퍼 처리 시간을 감소시킬 수 있어야 한다.
추가 실시예에서, 이전 공정을 평가하기 위한 적어도 하나의 공정-후 계측 방법은, 이전 공정에서 처리되거나 생산된 오브젝트, 예컨대 이전 공정에서 처리된 웨이퍼를 검사하기 위한 공정-후 계측 방법이다.
본 발명의 다른 특성 및 장점은 다음의 상세한 설명 및 청구범위로부터 자명할 것이다.