KR100751610B1 - 벽막(壁膜)감시용 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
벽막감시 시스템은 각각 오목면을 가지는 플라즈마 처리실내의 제 1 및 제 2 마이크로파 거울을 포함한다. 제 2 거울의 오목면은 제 1 거울의 오목면을 대향하도록 위치된다. 전원은 제 1 거울에 결합되고 마이크로파 신호를 생성하도록 구성된다. 검출기는 제 1 거울과 제 2 거울중의 적어도 하나에 결합되며 마이크로파 신호의 진공 공진전압을 측정하도록 구성된다. 제어시스템은, 제 1 측정전압과 제 2 측정전압을 비교하고 제 2 전압이 문턱치를 초과하는지 판단하는 검출기에 접속된다. 플라즈마실내의 벽막을 감시하는 방법은, 처리실내에 웨이퍼를 로딩하는 공정과, 마이크로파 출력의 주파수를 공진주파수로 설정하는 공정과, 마이크로파 신호의 제 1 진공 공진전압을 측정하는 공정을 포함하여 구성된다. 이 방법은 웨이퍼를 처리하는 공정과, 마이크로파 신호의 제 2 진공 공진전압을 측정하고, 제 1 측정전압을 기준치로 사용하여 제 2 측정전압이 문턱치를 초과하는지를 판단하는 공정을 포함하여 구성된다.
Description
관련된 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2001년 10월 24일에 출원된 미합중국 임시일련번호 60/330,518 호에 관련되어 우선권을 주장하는 것이다. 본 출원은 또한 2001년 10월 24일에 출원된 미합중국 임시일련번호 60/330,555호에 관련된 우선권을 주장한다. 이들 출원의 내용은 참고적으로 본 명세서내에 결합되어 있다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 반도체산업에 있어서 집적회로의 제조에 관한 것이다.
배경의 논의
반도체 산업에 있어서 집적회로(IC)의 제조에는, 기판에 화학물질을 퇴적하고 또한 제거하는데 필요한 플라즈마 처리실내에서 표면의 화학반응을 일으키고 원활하게 하기 위하여 플라즈마를 이용하고 있다. 일반적으로, 플라즈마는 진공상태에 있는 처리실내로 공급된 처리가스가 이온화 충돌을 견디기에 충분한 에너지를 부여하기 위하여 전자를 가열함으로써 형성된다. 더우기, 가열된 전자들은 분해화 충돌을 견디기에 충분한 에너지를 가질 수 있으며, 따라서, 소정의 조건(예를 들면 처리실 의 압력, 유량등)하에서 특정한 가스의 집합이 선택되어 처리실내에서 수행되는 특정한 처리에 적합한 하전종(荷電種) 및 화학적 반응종의 무리를 형성하게 된다(예를 들면 기판으로부터 재료가 제거되는 에칭처리 또는 기판에 재료가 더해지는 퇴적공정).
반도체 산업은 끊임없이 더 작은 IC들을 제조하고 또한 상용IC 의 수율을 증가하고자 노력하고 있다. 따라서, IC들을 제조하는데 사용되었던 화학물질처리 장비들도 에칭 및 퇴적공정에 대한 보다 엄격한 성능(예를 들면 비율, 선택성, 임계수치등)에 관한 필요성을 만족시킬 필요가 증대하고 있다.
본 발명은 플라즈마 처리실내의 벽막(壁膜)을 감시하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 제조업체가 반도체 산업에 사용되는 화학물질처리장치에 대한 보다 엄격한 성능요구를 만족할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마실과, 플라즈마실내에서 사용하기 위한 감시시스템을 포함하는 플라즈마 처리시스템을 제공한다. 본 발명의 감시시스템은 각각 오목면을 가지는 제 1 마이크로파 거울 및 제 2 마이크로파 거울을 포함한다. 제 1 마이크로파 거울 및 제 2 마이크로파 거울은 플라즈마실내에 마련되도록 채택되며, 제 2 마이크로파 거울의 오목면은 제 1 마이크로파 거울의 오목면에 대향하여 위치하도록 되어 있다. 본 발명은 또한 제 1 마이크로파 거울에 결합된 전원을 포함한다. 전원은 마이크로파 신호를 발생하도록 구성된다. 본 발명은 제 1 마이 크로파 거울 및 제 2 마이크로파 거울중의 적어도 하나에 결합된 검출기를 더욱 포함하여 구성되며, 이 검출기는 플라즈마실내에서 마이크로파 신호의 진공 공진전압을 측정하도록 구성된다. 또한, 본 발명은 그 검출기에 접속되며 제 1 측정 진공공진전압과 제 2 측정 진공 공진전압을 비교하도록 구성된 제어시스템을 포함한다. 제어시스템은 제 2 측정 진공 공진전압이 문턱치를 초과하는지를 판단하도록 구성된다.
본 발명은 또한 플라즈마실내의 벽막을 감시하는 방법을 제공한다. 플라즈마실은 오목면을 가지는 제 1 마이크로파 거울과, 제 1 마이크로파 거울의 오목면에 대향하여 위치된 오목면을 가지는 제 2 마이크로파 거울과, 마이크로파 신호를 발생하도록 구성되며 제 1 마이크로파 거울에 결합된 전원과, 제 1 마이크로파 거울 및 제 2 마이크로파 거울중의 적어도 하나에 결합된 검출기를 포함한다. 본 발명의 방법은 플라즈마실내로 웨이퍼를 로딩하는 공정과, 전원으로부터의 마이크로파 신호출력의 주파수를 공진주파수로 설정하는 공정 및, 플라즈마실내의 마이크로파 신호의 제 1 진공 공진전압을 측정하는 공정을 포함한다. 이 방법은 웨이퍼를 처리하는 공정과, 플라즈마실내에서 마이크로파 신호의 제 2 진공 공진전압을 측정하는 공정 및, 측정된 제 1 진공 공진전압을 기준치로 사용하여, 측정된 제 2 진공 공진전압이 문턱치를 초과하는지를 판단하는 공정을 더욱 포함하여 구성된다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 기타 보조적인 장점들은 첨부된 도면과 관련하여 고려되는, 이하의 상세한 설명을 참조하여 보다 명확해질 것이다.
도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리실용 벽막 감시시스템의 모식도이다.
도 1B는 본 발명의 일 실시예에 따른 개구, 마이크로파 윈도우 및 관련된 탑재구조를 가지는 마이크로파 거울의 확대, 파단 단면도이다.
도 2는 복수의 종방향 공진 및 각 주기를 나타내는 예시적인 캐비티 전달함수(cavity transmission function)의 그래프적 표현이다.
도 3 은 평균막두께 또는 웨이퍼수의 함수로서의 직류 바이어스전압에 나타나는 예시적인 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리실내의 벽막두께를 감시하는 방법의 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리실용 벽막 감시시스템의 모식도이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
일반적으로 본 발명은 반도체산업에 있어서의 집적회로의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 제조업체가 반도체 산업에 사용되는 화학물질처리장치에 대한 보다 엄격한 성능요구를 만족할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.
화학물질 처리장치의 성능을 개선하는 방법은, 제조공정중에 처리실내의 플라즈마 전자밀도를 감시 및 제어하는 것이다. 이상적으로는, 플라즈마 전자밀도는 작업이 수행되고 있는 기판의 전체 표면에 걸쳐서 현재의 공정이 균일하게 이루어 지도록 유지된다.
플라즈마 전자밀도를 측정하는데 사용되는 예시적 장치는 전자플라즈마 주파수를 초과하는 적절한 고주파의 마이크로파 시스템이다. 이 장치는 플라즈마내에 들어가는 한쌍의 거울을 포함한다. 마이크로파 전원은 제 1 거울상의 제 1 마이크로파 포트에 결합되고, 마주보는 거울에 의하여 형성된 공진(共振)캐비티를 통하여 마이크로파 전원의 전달을 감시하도록 검출기가 이용된다. 검출기는 제 1 거울상의 제 2 포트 또는 제 2 거울상의 제 2 포트에 결합된다. 가우시안빔(Gaussian Beam)에 대해서, 캐비티전달이 산재 주파수에서 발생한다. 이들 산재 주파수들은 이하의 식으로 나타낸 바와 같이, 각 거울의 정점 사이의 반파장의 정수배에 대응한다.
여기에서 V
0,0,q
는 모드차수 q(종방향 모드만이라고 가정함, 즉
m = n = 0) 의 공진주파수이며, c 는 진공상태에서의 광속이며, n 은 거울에 의하여 굴절된 매체에 대한 굴절계수이며, d 는 거울의 간격(정점에서 정점까지)이다. 진공일 때, n = 1 이지만, 플라즈마의 존재, 또는 보다 상세하게는 다수의 자유전자는 굴절계수의 감소나 캐비티 공진주파수 V
0,0,q 에 있어서 주목할만한 증가(천이)가 있도록 한다. 주어진 모드 q 에 있어서, 주파수의 천이는 굴절계수 n 과 관련될 수 있으며, 그 후에, (집적된) 전자밀도<n
e >는 다음의 식으로 표현된다:
단, V
o
>>ω
pe
/2π 인 경우에 대해서이다. 보다 상세한 내용으로서, 플라즈마 전자밀도를 측정하기 위한 상기 시스템은 국제출원번호 PCT/US00/19539호(미합중국 일련번호 60/144,880 호에 근거함), 국제출원번호 PCT/US00/19536호(미합중국 일련번호 60/144,883 호에 근거함), 국제출원번호 PCT/US00/19535호 (미합중국 일련번호 60/144,878 호에 근거함) 및 국제출원번호 PCT/US00/19540호 (미합중국 일련번호 60/166,418 호에 근거함)등에 기술되어 있다.
플라즈마 전자밀도를 감시함에 부가하여, 처리실내에서의 플라즈마 화학반응을 감시하는데도 유리하다. 특히, 플라즈마 화학반응, 에칭 제품을 포함하는 기판표면의 화학반응, 포토레지스트(기판 마스크재료) 화학반응 및 벽 화학반응 사이에서의 복잡한 화학적 반응의 산물을 흡수함으로부터 발생하는 처리실벽상의 일반적으로는 폴리머인 박막의 형성을 감시하는데에도 유리하다. 처리실내에서의 막의 성장이 과도하게 되면, 막내의 내부응력이 박리를 일으키게 할 수도 있다. 처리실내에 형성된 막의 박리는 공정내에서 입자의 형성을 유발할 수 있으며, 이는 처리된 기판상의 반도체장치에 치명적이 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 화학물질을 처리하는 장비는 주기적으로 운전을 정지하고 세척을 하게 된다. 고가의 기판이 손상되거나 또는 장비를 쓸데없이 정지함으로써 과도한 운용비용이 발생하기 전에 막성장을 감시함에 있어 정확한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 플라즈마 처리실내의 막의 성장을 정밀하게 감시하는데 사용되는 진단적 장치를 제공함으로써, 처리실내에서 효과적인 방식으로 처리되는 반도체장치의 품질이 안정되도록 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리시스템(10)의 일 실시예가 도 1A에 도시되어 있다. 플라즈마 처리시스템(10)은 플라즈마 처리실(20) 및 그 플라즈마 처리실내에서 사용하기 위한 감시 시스템(30)을 포함한다. 일반적으로 감시 시스템은 적어도 한개의 다중-모드 공진기(35)와, 전원(60), 검출기(70) 및 제어시스템(80)을 포함한다. 바람직하게는, 다중-모드 공진기(35)는 적어도 한개의 반사면을 가지는 한개의 개방 공진캐비티를 포함하여 구성되며, 반사면들은 평면 및/또는 비평면의 기하학적 형상을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 반사면들은 플라즈마실(20)내에 마련된다. 선택적으로, 적어도 하나의 반사면이 플라즈마실(20)의 외부에 마련될 수 있다.
플라즈마실(20)은 일반적으로 베이스벽(22)과, 상부벽(24) 및, 제 1 측벽(26)과 제 2 측벽(27)을 포함하는 측벽들을 포함한다. 플라즈마실(20)은 또한 그 플라즈마실(20)내에서 처리되도록 기판(14)이 놓이는 기판홀더(28)의 상부면등과 같은 웨이퍼면(29)을 가지는 기판홀더(또는 척조립체:28)를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 다중-모드 공진기(35)는 전원(60)에 결합된 제 1 마이크로파 거울(40)과, 검출기(70)에 결합된 제 2 마이크로파 거울(50)을 포함하여 구성된다. 다중-모드 공진기는 플라즈마실(20)내에서 기판홀더(28)의 웨이퍼면에 대략 평행한 축을 따라서 연장된다.
바람직한 실시예에 있어서, 제 1 마이크로파 거울(40)은 오목면(42)을 가지며 플라즈마실(20)의 내부에 마련된다. 제 2 마이크로파 거울(50)도 오목면(52)을 가지며 마찬가지로 플라즈마실(20)내에 마련된다. 선택적으로, 거울면은 평면 및/또는 볼록면을 가질 수 있다.
도 1A에 나타낸 실시예에 있어서, 제 1 거울(40)은 플라즈마실(20)의 측벽(26)에 일체화되며 제 2 거울(50)은 플라즈마실(20)의 측벽(27)에 일체화된다. 제 2 마이크로파 거울(50)의 오목면(52)은 제 1 마이크로파 거울(40)의 오목면(42)과 대향하도록 위치가 정해져 있다. 이러한 기하학적 형상은 거울들 사이의 간격이 거울의 곡률반경과 일할 때 공동초점(confocal) 구성으로서 언급된다. 다른 선택적 실시형태에 있어서는, 거울들이 반공동초점(semi-confocal)구성으로 배열되는데, 이는, 제 1 거울(R 의 곡률반경을 가지는 오목면을 포함함)이, 평면을 포함하는 제 2 거울로부터 간격 d=R 을 두고 위치하는 것이다. 선택적 실시예에 있어서는, 간격 d 는 공동초점 구성에서의 양쪽 거울의 곡률반경 또는 반공동초점구성에 있어서의 제 1 거울의 곡률반경과는 상이하게 되도록 조절된다. 또 다른 선택적인 실시예에 있어서는, 각 거울의 곡률반경은 임의적이다. 간격및 각 거울의 곡률반경의 선택은 공진캐비티를 설계하는 당업자에게는 주지된 것이다.
전원(60)은 제 1 마이크로파 거울(40)에 결합되며 마이크로파 신호를 생성하도록 구성된다. 바람직하게는, 마이크로파 신호는 다중-모드 공진기(35)내에서 기판홀더(28)의 웨이퍼면(29)에 대략 평행한 축(45)을 따라서 연장된다. 제어시스템(80)은 전원(60)에 결합되며, 적어도: 출력주파수, 출력파워, 출력위상 및 전원(60)의 운영상태중의 하나를 변화하도록 채택된다. 예를 들어, 제어시스템(80)은 플라즈마실(20)내에서 플라즈마가 생성되기 전, 도중 및 후의 다양한 시간대에서의 전원(60)의 운전상태를 변경하도록 할 수 있다.
제어시스템(80)은 또한 검출기(70)에도 결합된다. 바람직하게는, 검출기(70)는 적어도 한개의 전송된 마이크로파 신호를 측정하고 전달된 신호측정 데이타를 제공하도록 구성되며, 또한 검출기(70)는 적어도 한개의 반사된 마이크로파 신호 및 반사된 신호측정 데이타를 제공하도록 구성된다. 선택적으로, 검출기(70)는 적어도 한개의 전송된 마이크로파 신호를 측정하고 전달된 신호측정 데이타를 제공하도록 구성되거나, 또는 검출기(70)는 적어도 한개의 반사된 마이크로파 신호 및 반사된 신호측정 데이타를 제공하도록 구성된다.
도 1A 에 도시된 감시시스템(80)의 실시예는 또한 제 2 마이크로파 거울(50)에 결합된 검출기(70)를 포함한다. 검출기(70)는 플라즈마실(20)내의 마이크로파 신호의 진공 공진전압을 측정하도록 구성된다. 제어시스템(80)은 검출기(70)에 접속되며 제 1 의 측정된 진공 공진전압과 제 2 의 측정된 진공 공진전압을 비교하도록 구성된다. 제어시스템(80)은 제 1 의 측정된 진공 공진전압 및/또는 제 2 의 측정된 진공 공진전압이 문턱치를 초과하는지의 여부를 판단하도록 구성된다. 제어시스템(80)은 또한 제 1 의 측정된 진공공진 전압과 제 2 의 측정된 진공공진 전압 사이의 차이가 문턱치를 초과하는지를 판단하도록 구성된다. 바람직하게는, 제어시스템(80)은 신호주파수, 신호진폭 및 신호품질(Q)을 판단한다.
도 1A 에 나타낸 실시예에 있어서, 마이크로파 거울(40) 및 (50)들은 오목면(42)및 (52)이 각각 상호간에 마주대하도록 처리 플라즈마내에 들어가 있다. 마이크로파의 파워는 전원(60)으로부터 마이크로파 간극을 통하여 제 1 거울(40)로 입력되고, 검출기(70)는 대향하는 제 2 거울(50)에 결합됨으로써 캐비티 전달을 감시하도록 구성된다. 검출기(70)는 도 1A의 경우에서와 같이 마이크로파 파워가 입력되는 거울에 대향하는 거울이나, 또는 마이크포파 파워가 입력되는 동일한 거울[즉 도 1A에서 제 1 거울(40)]에 결합될 수 있다. 이하에서 상술하게 되는 바와 같이, 플라즈마 처리실(20)내의 진공의 전체를 보존하기 위하여, 마이크로파 윈도우가 마이크로파 입력과 검출기의 사이에, 또한 마이크로파 입력 및 검출기가 접속되는 각 거울들의 사이에 삽입된다.
도 1B 는, 전원(6)으로부터 처리실벽(26)상의 간극(44)을 통하여 제 1 거울(40)으로의 결합을 제공하도록 사용되는, 제 1 거울(40)용의 마이크로파 윈도우조립체(90)의 상세모식도를 나타낸다. 동일한 구조를 가지는 윈도우조립체(90)가 바람직하게는 제 2 거울(50)에 대하여도 마련되며, 이는 제 2 거울(50)으로부터 처리실내의 간극(54)를 통하여 검출기로의 연결을 마련하는데 사용된다.
도 1B 에 나타낸 마이크로파 윈도우조립체(90)는 윈도우 플랜지(94)와 제 1 거울(40)의 뒷면(46)의 사이에 고정되는 마이크로파 윈도우(92)를 포함한다. 도 1B에 나타낸 실시예에서, 윈도우(92)에는 제 1 거울(40)의 뒷면(46)상에 만곡부(48)가 마련된다. 마이크로파 윈도우(92)는 윈도우 플랜지(94)상에 마련된 제 1의 O링(96)과 제 1 거울(40)의 뒷면(46)상에 마련된 제 2의 O링(97)의 사이에 마련된다. 다수개의 고정금구(98)들이 마련되어 윈도우 플랜지(94)를 제 1 거울(40)에 기계적으로 접속하도록 마련됨으로써, 마이크로파 윈도우(92)는 제 1 거울(40)의 뒷면(46)에 고정적으로 장착된다. 윈도우(92)는 윈도우플랜지(94)를 통하여 연장하는 마이크로파안내 간극(95)와, 제 1 거울(40)을 통하여 연장되는 마이크로파 안내 간극(44)상에 중심이 위치된다. 사각형의 마이크로파 안내간극(44) 및 (95)들은 특정한 마이크로파 운용대역용의 크기로 되어 있으며 EDM을 사용하여 제조된다. 일반적으로 처리물질들은 윈도우(92)의 처리측 또는 진공상에 형성되지만, 그러나 처리물질들은 플라즈마에 노출된 거울면상에 형성되는 것과는 상이한 비율로 형성된다. 마이크로파 윈도우(92)는 알루미나(사파이어), 질화알루미늄, 석영, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE/테프론), 또는 캅톤과 같은 유전성 재료로 만들어진다. 윈도우(92)는 바람직하게는 산화에칭 공정에 대응하여 사파이어로부터 만들어진다.
거울(40) 및 (50)들은 바람직하게는 알루미늄으로 만들어진다. 선택적인 실시예에서는, 거울(40) 및 (50)들은 바람직하게는 10 내지 50미크론 두께로 산화피막처리되거나 산화이트륨(Y2O3)와 같은 재료로 피복된다.
마이크로파전원(60)은 바람직하게는 전자적으로 동조가능한 전압제어 군(Gunn)다이오드 오실레이터(VCO)이다. 이 VCD의 배랙터 다이오드가 직류전압으로 바이어스될 때, VCO의 출력주파수가 어떤 스펙트럼 범위를 넘어서 가변될 수 있다. 따라서, VCO 의 사양들은 일반적으로 중심주파수, 대역폭 및 최저 출력파워를 포함한다. 예를 들어, 35GHz에서는, 상용가능한 VCO로서는 밀리테크사(Millitech, LLC:미합중국, 20 인더스트리얼 드라이브 이스트, 사우드 디어필드, 메사츄세츠 01373-0109 소재)에서 제공하는 WBV-28-20160RI 군 다이오드 오실레이터가 있다. 이 VCO의 사양은 최저출력 파워 40mW 이고, 플러스 마이너스 1GHz 의 35GHz 중심주파수를 포함한다. 바이어스 동조범위는 일반적으로 +25V 내지 -25V 로 연장되며, 그에 의하여 이 바이어스 전압조정은 VCO 에 있어서의 출력주파수의 변화를 도출하게 된다. 선택적인 실시예에 있어서, 70GHz 및 105GHz와 같은 더 높은 주파수에서의 작동은 상술한 VCO와 함께 주파수 2배수기(MUD-15-16F00) 또는 3배수기 (MUT-10-16F00)을 사용하여 달성될 수 있다. 상술한 구성을 사용하여, 플러스 마이너스 2GHz 의 대역폭을 가지는 중심주파수 70GHz 이며 최저 출력파워가 0.4 내지 0.9mW, 또한 플러스 마이너스 3GHz 의 대역폭을 가지는 중심주파수 105GHz 이며 최저 출력파워가 0.4 내지 0.7mW가 각각 달성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서는, 94GHz 의 VCO(모델 GV-10)이 사용되었으며, 상용가능한 모델은 파란테크놀로지(Farran Technology LTD: 아일랜드, 볼링콜리그, 코크소재)에서 나온다. GV-10 VCO모델은 플러스 마이너스 750MHz 대역폭의 중심주파수가 94GHz 이며, 최저출력파워는 10mV 이고, -0 내지 -25V 의 배랙터 동조범위를 가진다.
검출기(70)는 바람직하게는 상기 밀리텍크사로부터의 상용모델과 같은 범용의 다이오드검출기이다. 예를 들면 DXP-15-RNFW0 및 DXP-10-RNFW0 들이 각각 V-대역 (50 내지 75GHz) 및 W-대역 (75 내지 110GHz)내의 범용 검출기이다.
도 1A에 나타낸 본 발명의 실시예는 전원(60) 및 검출기(70)에 접속된 락-온(lock-on)회로(82)를 포함한다. 바람직하게는, 제어시스템(80)은 이 락-온회로 에 접속된 컴퓨터를 포함하여 구성된다. 이 락-온회로(82)는 마이크로파 전원(60)으로부터의 신호출력의 주파수를 미리 선택된 캐비티공진 주파수로 잠그는데 이용될 수 있다. 락-온회로(82)는, 도 1A 의 거울(40)및 (50)사이의 공진캐비티내의 미리 선택된 종방향 주파수(즉, 선택된 캐비티 공진의 "포락선"내에 들어가는 VCO 의 출력주파수)에 대응하는 관련 출력 VCO주파수및 전압근처의 직류전압상에 디더(dither)신호(예를 들면 1kHz, 10mV 진폭의 구형파)를 중첩한다. 검출기(70)에 의하여 검출된 신호는 락-온회로(82)로 제공되며, 이는 캐비티전달함수의 1차 미분계수를 나타낸다. 검출기(70)로부터 락-온 회로(82)로의 신호입력은, VCO 바이어스 전압의 직류성분이 VCO 출력주파수를 도 2에서 나타낸 소정의 종방향 공진의 피이크치와 관련된 주파수로 구동하도록 조정하는데 필요한 오류신호를 제공한다. 도 2 는 각 주기(Free Spectral Range:FSR)와 여러개의 종방향 공진을 나타내는 예시적인 캐비티전달함수(음의 극성 검출기로부터)를 나타낸다. 도 2 에서 나타낸 캐비티 전달은 FSR보다 충분히 큰 적절한 주파수에 걸쳐서 VCO를 사용하여 점검함으로써 얻어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 처리실(20)내에 플라즈마를 도입하는 것은 도 2에서 나타낸 각 공진에 대한 주파수천이(즉, 상기 1식에 따라 전자밀도가 증가하거나 또는 굴절계수가 감소할 때 도 2에서의 우측으로의 각 공진주파수의 천이)를 유발한다. 따라서, 일단 VCO의 출력주파수가 선택된 캐비티공진 주파수로 고정되면, 플라즈마에 의한 또는 플라즈마에 의하지 아니한 직류바이어스 전압이 기록될 수 있으며 선택된 공진주파수의 주파수천이는 전압차 및 각 VCO의 측정으로부터 판단된다. 예 를 들면, 웨이퍼 처리에 있어서, 일단 새로운 웨이퍼가 플라즈마를 점화하기 전에 화학화학물질 처리용의 처리장비에 의하여 수납되면 직류바이어스 전압이 기록된다. 이후, 이러한 측정치를 "진공 공진전압"이라 한다. 일단 플라즈마가 형성되면, 직류바이어스 전압은 주어진 웨이퍼에 대한 시간의 함수로서 얻어지고, 시변화 전압차 또는 최종 전자밀도(식 2를 통하여)가 기록된다.
그러나, 화학물질들의 막이 거울(40) 및 (50)의 표면상에 형성됨에 따라, 진공 공진주파수 및 대응하는 캐비티 굴절계수가 변화하게 된다. 사실상, 진공캐비티의 굴절계수는 일반적으로 증가하여, 공진주파수를 더 낮은 주파수로 되도록 한다. 예를 들어, 도 3 은 평균 막두께(또는 웨이퍼 매수)의 함수로서의 직류 바이어스전압의 전형적인 변화를 나타낸다. 대부분의 화학물질막 및 1mV의 전압분해능에 있어서, 벽막의 성장은 웨이퍼에서 웨이퍼, 또한 하나의 배치처리에서 다른 배치처리까지 5미크론내에서 감시될 수 있다. 이 처리는 웨이퍼를 로딩하고 처리조건에 대하여 처리실을 준비(예를 들면 처리실을 배기하고, 가스의 유통을 시작하는등)하는 스텝(100)에서 시작한다. 일단 웨이퍼가 로딩되면, 캐비티 공진주파수가 선택되고 VCO 출력주파수를 선택된 공진주파수로 잠그도록 락-온 회로가 프로그램된다.
스텝(102)에서, 전달 및/또는 반사된 측정데이타가 얻어진다. 바람직한 실시예에 있어서, 스텝(102)에서 적어도 한개의 진공공진 전압이 측정되고 기록된다.
스텝(104)에서는 처리컴퓨터상에 저장된 처리 레시피에 따라 처리가 진행된다. 일단 처리가 완료되거나 또는 처리중의 어떤 시기에도, 특정데이타는 처리될 수 있다. 예를 들어, 진공 공진전압은 앞에서의 웨이퍼에 대하여 수행된 전압측정, 특히 "비어있는" 처리실의 진공공진 전압과 비교된다.
스텝(106)에 있어서, 제어시스템(80)은 측정데이타가 처리실벽의 막두께에 어떠한 문제점이 있는것을 나타내는지의 여부를 판단한다. 예를 들면, 제어시스템(80)은 진공공진 전압이 막두께(예를 들면, 500미크론)에 대응하는 설정된 문턱치를 초과하는지를 판단한다. 만약 스텝(112)에서 판단된 바와 같이 문턱치에에 도달하지 않고 현재의 배치처리가 완료하지 않았으면, 스텝(108)에서 다음의 웨이퍼가 로딩되고 처리된다[즉, 스텝(100),(102), (104) 및 (106)들이 다음번 웨이퍼에 대하여 반복된다]. 만약 문턱치에 도달하였으면, 스텝(110)에서 경고플래그가 설정된다. 배치처리가 완료되지 않았으면, 현재의 배치내의 모든 웨이퍼가 완료할 때까지 스텝(108)에서 그 배치처리내의 다음번 웨이퍼가 로딩되고 처리된다[즉, 스텝(100),(102),(104) 및 (106)이 반복된다]. 스텝(114)에서는, 경고플래그가 미리 설정되었는지를 판단한다. 만약 경고플래그가 설정되지 않았으면, 기판처리가 스텝(116)에서 다음 배치로 연속된다.
본 발명은, 도 1A 에서 도시된 바와 같은, 플라즈마 처리실내의 벽막을 감시하는 방법을 제공한다. 예를 들면, 플라즈마실(20)은 제 1 반사면과, 그 제 1 반사면에 대향하여 위치된 제 2 반사면과, 제 1 반사면에 결합되고 마이크로파 신호를 생성하도록 구성되는 전원 및, 상기 제 1 반사면과 제 2 반사면중의 적어도 한개에 결합되는 검출기를 가지는 다중-모드 공진기를 포함한다. 본 발명의 방법은 전원으로부터의 마이크로파 신호출력의 주파수를 공진주파수로 설정하는 공정 및, 적어도 한개의 검출기를 사용하여 플라즈마실내에서 전달 및/또는 반사된 마이크로 파 에너지를 측정하는 공정을 포함한다. 이 방법은 또한 측정데이타를 처리하는 공정 및 측정데이타가 문턱치를 초과하는지의 여부를 판단하는 공정을 더욱 포함한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리시스템(10)의 선택적인 실시예를 도 5에 나타내었다. 선택적인 실시예의 플라즈마 처리시스템(10)은 제 1 실시예의 동일한 구성부분중의 상당수를 포함한다. 예를 들면, 플라즈마 처리시스템(10:도 5의 것)은 플라즈마실(20)과 그 플라즈마 실내용인 감시시스템(30)을 포함한다. 감시시스템은 일반적으로 적어도 한개의 다중-모드 공진기(35)와, 전원(60)과, 검출기(70) 및, 제어시스템(80)을 포함한다. 바람직하기로는, 다중-모드 공진기(35)는 적어도 한개의 반사면을 가지는 한개의 개방된 공진캐비티를 포함하여 구성되며, 반사면들은 평면 및/또는 비평면형상을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 반사면들은 플라즈마실(20)내에 마련된다. 선택적으로, 적어도 한개의 반사면들이 플라즈마실(20)의 외부에 마련될 수 있다.
다중모드 공진기들은 일반적으로 제 1 마이크로파 거울(40) 및 제 2 마이크로파 거울(50)을 포함한다.
도시된 실시예는 또한 그를 통하여 마이크로파 파워가 공진캐비티에 접속되는 윈도우(92)상에 입사되는 파워의 반사를 감시하기 위하여 마련된 것이다. 도 5 는 도 1A 와 매우 유사한 모식도로서, 마이크로파 입력(즉, VCO:60)과 입력거울(40)의 사이에 3방향 커플러(130)이 삽입되었다는 것만이 상이하다. 3방향 커플러는 제어시스템(80)에 결합된 제 2 검출기(140)에 접속된다. 3방향 커플러(130)는 V-대역 및 W-대역에 사용하기 위한 것으로 각각 CL3-15-R2000N 및 CL3-10-R2000N 과 같은 밀리테크사로부터의 상용제품이 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이 3방향 커플러(130)은 윈도우(92) 및 캐비티 전달로부터 반사된 마이크로파 신호와 관련된 파워에 비례하는 신호를 꺼낼수 있도록 한다. 선택적으로, 4방향 커플러가 전달 및 반사신호를 감시하는데 사용될 수 있다.
도 4 에 도시한 처리에 대한 선택사항으로서, 균일성이 상술한 한정사항에 들어가지 않는다면, 배치처리는 중간-배치처리로 종료할 수도 있다. 그러한 실시예에 있어서는, 시스템은 웨이퍼 카트리지가 다시 로딩되었을 때, 어떠한 웨이퍼가 처리를 필요로 하는지를 추적한다.
예시적인 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 기술하기 위하여 사용된 것일 뿐, 첨부된 특허청구의 범위를 한정함을 의미하는 것은 아니다.
상술한 기술내용으로부터 볼 때, 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위내에서, 본 발명은 특히 기술된 것이외에도 실시가능하다.
Claims (39)
- 적어도 한개의 다중-모드 공진기와;상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기에 결합되며, 상기 다중-모드 공진기의 적어도 한개의 모드에 대응하는 여기신호를 생성하도록 구성되는 전원과;상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기에 결합되며, 상기 여기신호를 측정하도록 구성되는 검출기; 및상기 검출기에 접속되며, 적어도 하나의 측정된 신호를 벽막 두께에 대응하는 문턱신호와 비교하도록 구성되는 제어시스템을 포함하여 구성되는 플라즈마실내에서 사용하기 위한 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기는 플라즈마실내에 마련되도록 채택되는 적어도 한개의 반사면을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기는 플라즈마실의 외부에 마련되도록 채택되는 적어도 한개의 반사면을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 2 항에 있어서,상기 적어도 한개의 반사면은,오목면을 가지고, 상기 플라즈마실 내부에 마련되도록 채택된 제 1 거울; 및오목면을 가지고, 상기 플라즈마실 내부에 마련되도록 채택된 제 2 거울을 가지고,상기 제 2 거울의 상기 오목면은 상기 제 1 거울의 상기 오목면에 대향하여 위치되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원은 다수개의 마이크로파 신호를 생성하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기는 상기 마이크로파 신호를 반사하도록 채택된 적어도 한개의 거울을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 거울은, 오목면, 평면 및 볼록면중의 적어도 한개를 가지는 거울을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 거울은:오목면을 가지며 플라즈마실내에 마련되도록 채택된 제 1 거울과;오목면을 가지며 플라즈마실내에 마련되도록 채택되며, 상기 오목면은 상기 제 1 거울의 상기 오목면과 대향하여 위치되는 제 2 거울을 더욱 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 6 항에 있어서, 상기 검출기는 적어도 한개의 반사된 마이크로파신호를 측정하고 반사된 신호 측정데이타를 제공하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기는 상기 마이크로파 신호를 전달하도록 채택된 간극을 가지는 적어도 한개의 거울을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 10 항에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전달된 마이크로파 신호를 측정하고, 전달된 신호 측정데이타를 제공하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 11 항에 있어서, 상기 전달된 신호측정 데이타는: 진폭데이타, 주파수 데이타, 위상데이타 및 타이밍데이타중의 적어도 한개를 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제어시스템은 전달된 신호측정 데이타를 벽막두께에 대응하는 상기 문턱신호와 비교하는 벽막 감시기.
- 제 12 항에 있어서, 상기 전달된 신호측정 데이타는 적어도 한개의 진공 공진전압을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 반사된 신호측정 데이타는: 진폭데이타, 주파수 데이타, 위상데이타 및 타이밍데이타중의 적어도 한개를 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제어시스템은 반사된 신호측정 데이타를 벽막 두께에 대응하는 상기 문턱신호와 비교하는 벽막 감시기.
- 제 16 항에 있어서, 상기 전달된 신호측정데이타는 적어도 한개의 진공 공진전압을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제어시스템은 상기 측정된 진공 공진전압이 벽막두께에 대응하는 상기 문턱신호를 초과하는지를 판단하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원은 상기 플라즈마실의 벽내의 간극을 경유하여 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기에 결합되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원과 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기의 사이에 마련되는 제 1 마이크로파 윈도우와, 상기 검출기와 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기의 사이에 마련되는 제 2 마이크로파 윈도우중의 적어도 한개를 더욱 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 마이크로파 윈도우 및 제 2 마이크로파 윈도우는 유전재료로 만들어지는 벽막 감시기.
- 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 마이크로파 윈도우 및 상기 제 2 마이크로파 윈도우는, 알루미늄, 질화알루미늄, 석영, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 캅톤 (Kapton)중의 적어도 어느 하나로 만들어지는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원과 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기의 사이에 마련된 방향성 커플러를 더욱 포함하여 구성되며, 상기 방향성 커플러는 상기 한개의 다중-모드 공진기로의 전달파워와, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기로부터의 반사파워중의 적어도 하나를 감시하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 한개의 전압제어 오실레이터를 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 9 항에 있어서, 상기 검출기는 적어도 한개의 다이오드를 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 11 항에 있어서, 상기 검출기는 적어도 한개의 다이오드를 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 반사면은 알루미늄을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 27 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 반사면은 산화피막처리된 것인 벽막 감시기.
- 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 반사면은 산화이트륨을 포함하여 구성되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어시스템은 상기 전원의 출력주파수, 출력파워, 출력위상 및 운용상태중의 적어도 하나를 바꾸도록 채택되는 벽막 감시기.
- 제 30 항에 있어서, 상기 제어시스템은 상기 다중-모드 공진기의 제 1 모드의 명목 주파수를 판단하고, 상기 전원의 출력 주파수를 상기 명목주파수와 대략 동일하게 변화시키는 벽막 감시기.
- 제 31 항에 있어서, 상기 제어시스템은 상기 검출기로부터의 검출신호를 받아들이고, 전원의 출력주파수를 조정하기 위하여 상기 전원으로 대응하는 오류신호를 제공하도록 구성되는 벽막 감시기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기는, 플라즈마실내에 마련되도록 채택된 기판홀더의 웨이퍼면에 대략 평행한 축을 따라서 연장되는 벽막 감시기.
- 플라즈마실; 및,상기 플라즈마실내에서 사용되는 감시시스템을 포함하여 구성되며, 상기 감시시스템은:적어도 한개의 다중-모드 공진기와;상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기에 결합되며, 상기 다중-모드 공진기의 적어도 한개의 모드에 대응하는 여기신호를 생성하도록 구성되는 전원과;상기 적어도 한개의 다중-모드 공진기에 결합되며, 상기 여기신호를 측정하도록 구성되는 검출기; 및상기 검출기에 접속되며, 적어도 하나의 측정된 신호를 벽막 두께에 대응하는 문턱신호와 비교하도록 구성되는 제어시스템을 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템.
- 제 34 항에 있어서, 상기 전원은 플라즈마실 벽에 있는 간극을 통하여 상기 다중-모드 공진기에 결합되는 플라즈마 처리시스템.
- 제 34 항에 있어서, 상기 검출기는 플라즈마실 벽내에 있는 간극을 통하여 상기 다중-모드 공진기에 결합되는 플라즈마 처리시스템.
- 다중-모드 공진기와, 그 다중-모드 공진기에 결합되고 마이크로파 신호를 생성하도록 구성되는 전원 및, 다중-모드 공진기에 결합되며 전달된 측정데이타와 반사된 측정데이타중의 적어도 하나를 제공하도록 구성되는 검출기를 포함하는 플라즈마실내의 벽막을 감시하는 방법으로서:플라즈마실내에 웨이퍼를 로딩하는 공정과;전원으로부터의 마이크로파 신호출력의 주파수를 공진주파수로 설정하는 공정과;플라즈마실내의 마이크로파 신호의 제 1 진공 공진전압을 측정하는 공정과;웨이퍼를 처리하는 공정과;플라즈마실내의 마이크로파 신호의 제 2 진공 공진전압을 측정하는 공정; 및,제 1 측정진공 공진전압을 기준치로 사용하여, 제 2 측정진공 공진전압이 문턱치를 초과하는지의 여부를 판단하는 공정을 포함하여 구성되는 방법.
- 제 37 항에 있어서:마이크로파 신호의 주파수를 미리 선정된 공진 주파수로 하는 공정과;검출기로부터 검출신호를 수납하는 공정; 및,마이크로파 신호의 출력주파수를, 미리 선정된 종방향 공진과 관련된 주파수로 조정하기 위하여 전원으로 대응하는 오류신호를 제공하는 공정을 더욱 포함하여 구성되는 방법.
- 제 37 항에 있어서, 문턱치는, 소정의 플라즈마실 벽막 두께에 대응하는 것인 방법.
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