半導体プロセスにおけるリアルタイムアンプルモニタリングとリーク検出

半導体産業では、製造プロセスの精度と一貫性が極めて重要です。化学気相成長法（CVD）や原子層堆積法（ALD）のような高度な成膜技術は、厳密な膜厚と特性を持つ薄膜を形成するための前駆体の保存と分注にアンプルを利用しています。もしアンプルが適時に検出されずにプロセスの途中で枯渇した場合、膜の不均一性、欠陥、デバイスの不具合を引き起こし、ウェハバッチ全体の完全性を危険にさらす可能性があります。このような混乱は歩留まりを低下させ、生産コストを上昇させ、貴重な材料を浪費します。

INFICONのSemiQCM® SRセンサまたはSemiQCM® CRセンサは半導体CVDチャンバーのフォアラインに設置され、プリカーサデリバリーの不具合をリアルタイムで検出します。水晶振動子マイクロバランス技術を使い、SemiQCMセンサをINFICON IMM-200周波数モニターと組み合わせることで、わずかな質量変化の変化も検出し、プリカーサーフローダイナミクスをリアルタイムで見抜くことができます。プリカーサーの供給不良は、プリカーサーの沸点が高い場合、場合によってはわずか1枚のウェハーの処理後に特定できます。

この成果を示す好例が、モリブデン（Mo）前駆体のモニタリングである。SemiQCMセンサーをプロセスチャンバーの温度より低い半導体プロセスツールのフォアラインに沿って戦略的に配置することにより、センサーは五塩化モリブデン（MoCl5）または二塩化モリブデン（MoO2Cl2）前駆体の蒸気凝縮の変化を検出することができます。前駆体(MoCl5またはMoO2Cl2)が蓄積すると、付加された質量により測定可能な周波数シフトが引き起こされる。

顕著な周波数低下は、SemiQCMセンサーへの凝縮した前駆体の蓄積に対応し、システム内に前駆体が存在することを示す。一方、周波数が安定している場合は、センサー上にプリカーサーが凝縮していないことを示し、アンプルが枯渇していることを意味する。これらの周波数変動を連続的にモニターすることにより、SemiQCMセンサーはプリカーサーの枯渇を正確に検出し、プロセスの安定性を維持するための警告や自動応答をトリガーします。

この連続モニタリングにより、SemiQCMセンサーはチャンバーまたは処理システム内の潜在的なリークを特定することができ、プロセスの安定性と信頼性が向上します。

リーク条件下では、SemiQCMセンサーはキャリアガスラインへの酸素(O2)侵入により、より顕著な周波数シフトを示し、これによりプリカーサー(MoCl5またはMoO2Cl2)分圧が低下し、蒸着が中断されます。ウェーハがプリカーサーの飢餓により厚みを著しく失う一方で、SemiQCMセンサー上のMoCl5またはMoはO2と反応し、高密度のMo/O化合物を形成します。この酸化は検出質量を劇的に増加させ、正常な状態に比べてはるかに大きな周波数低下を引き起こします。この明らかに異なる周波数シフトは、プリカーサーの異常な挙動を示し、リークを早期に検出して潜在的なプロセスの中断を防ぐことができます。