KR101305137B1 - 플라즈마 프로세스의 전기적 파라미터들을 측정하는 방법및 장치 - Google Patents

플라즈마 프로세스의 전기적 파라미터들을 측정하는 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

센서 장치(100)는 피가공물을 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정한다. 센서 장치(100)는 베이스(115), 베이스(115) 상에서 또는 베이스(115) 내에서 지지되는 정보 프로세서(130), 및 베이스(115) 상에서 또는 베이스(115) 내에서 지지되는 적어도 하나의 센서(120)를 포함한다. 적어도 하나의 센서는 플라즈마의 전기적 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 감지 부재(120A) 및 적어도 하나의 감지 부재(120A)에 결합된 적어도 하나의 변환기(120B)를 포함한다. 변환기(120B)는 감지 부재(120A)로부터의 신호를 수신하고 상기 신호를 정보 프로세서(130)에 대한 입력을 위한 제 2 신호로 변환시키도록 구성된다.

Description

플라즈마 프로세스의 전기적 파라미터들을 측정하는 방법 및 장치{METHODS OF AND APPARATUSES FOR MEASURING ELECTRICAL PARAMETERS OF A PLASMA PROCESS}
본 출원은 발명자 란달 에스. 문드트, 코스타스 제이. 스파노스 및 마손 엘. 프레드에 의해 2005년 9월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 S/N 60/722554호 및 발명자 란달 에스. 문드트, 파울 디. 맥도날드, 앤드루 비어스, 마손 엘. 프레드에 의해 2005년 11월 16일자로 출원된 미국 특허출원 S/N 11/281238호의 장점을 청구한다. 본 출원은 2005년 9월 30일자로 출원된 미국 특허출원 S/N 60/722554호; 2005년 11월 16일자로 출원된 미국 특허출원 S/N 11/281238호; 2000년 8월 22일자로 출원된 미국 특허 6,691 ,068호; 2001년 3월 22일자로 출원된 6,542,835호; 2001년 4월 19일자로 출원된 미국 특허 60/285439호; 및 2005년 5월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 60/677545호와 관련되며, 상기 특허 및 특허 출원들은 본 명세서에서 참조된다.
본 발명은 플라즈마 프로세싱 시스템내에서 전기적 파라미터들을 측정하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 웨이퍼, 플랫 패널 디스플레이 기판, 및 리소그래피 마스크와 같은 피가공물(workpiece)의 표면을 처리 및/또는 변형시키는데 이용되는 플라즈마 프로세스에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, 플랫 패널 디스플레이 기판, 및 리소그래피 마스크와 같은 피가공물의 표면을 변형 또는 처리하는데 종종 플라즈마 프로세스가 이용된다. 플라즈마 프로세스에서의 조건들은 이온들의 복잡한 혼합물, 반응성 화학종(자유 라디컬), 및 강한 중성 종을 생성하도록 설계된다. 이러한 물질들의 반응은 피가공물의 표면 상에 원하는 효과를 산출한다. 예를 들어, 플라즈마 프로세스는 복잡한 전기적 부재 및 회로들을 형성하기 위해 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 물질을 에칭하는데 이용된다. 플라즈마 프로세스에서의 조건들은 원하는 에칭 방향성 및 선택비를 산출하도록 주의깊게 제어된다.
특정 플라즈마에 의해 생성되는 표면 변형(modification)은 플라즈마에서의 다수의 기본 파라미터들에 민감하다. 이들 파라미터들은 화학적 농도들(부분압), 온도들(표면 및 가스 상 모두), 및 전기적 파라미터들(이온 플러스들, 이온 에너지 분포 함수들)과 같은 변수를 포함한다. 이러한 다수의 파라미터들(예를 들어, 가스 농도들 및 압력)은 질량 흐름 제어기(MFC)들 및 서보 구동 트로틀 밸브들과 같은 외부 액추에이터들을 이용하여 쉽게 제어될 수 있다. 다른 중요한 파라미터들(예를 들어, 온도 및 자유 라디컬 농도들)은 프로세스 툴에 장착된 센서 시스템들(예를 들어, 열전쌍(thermocouple) 및 광방사 분광계(OES))을 통해 관찰 및 측정될 수 있다. 이온 플럭스 및 이온 에너지와 같은 중요한 파라미터들의 최종 세트는 직접적으로 제어 또는 모니터하기가 더 어렵다.
이러한 중요한 전기적 파라미터들이 플라즈마 프로세스 챔버에 측정하기 어려운 주요인은 파라미터들이 프로세스 챔버에서 국부적 물리적 상태와 인가된 구동 력(RF 전력) 간의 복잡한 비선형 상호작용을 야기시키기 때문이다. 예를 들어, 이온 농도에서의 국부적 증가는 국부적으로 증가된 RF 전력 흐름을 유도하여, 결국 높은 이온 농도가 유도될 수 있다. 이러한 상호작용 및 피드백은 상당히 불균일하고 불안정한 플라즈마 상태를 유도할 수 있다. 통상적으로 단일의 국부적 측정으로 플라즈마 상태를 적절히 특징화시키는 것은 불가능하다.
플라즈마 전기적 파라미터들은 광범위한 센서 및 방법들을 이용하여 측정된다. 여기에는 바이어스 프로브(전압 또는 주파수 스위프(swept)), 월(Wall) 프로브(스위프 주파수), 광학적 방출(광량 측정법 및 도플러), 마이크로파 흡수, 및 패시브(passive) 전극들(SPORT, CHARM)이 포함된다.
이들 각각의 센서 형태 및 방법은 플라즈마 프로세스 모니터링에서 이들에 대한 일반적(routine) 사용을 방지하는 하나 이상의 결함들을 겪게 된다. 가장 공통되는 소정의 결함으로는 센서들이 허용 불가능하게 침투적(intrusive)이거나(이들은 과도하게 변형되거나 또는 국부적 플라즈마 상태와 반응한다) 또는 공간 분해능이 결여되는 전체 측정치를 제공한다는 것이다. 현재 이용가능한 일부 기술들에서 발견되는 또 다른 결함으로는 요구되는 장비의 복잡성 및 민감성으로 인해 이들의 비용이 높다는 것이다.
제한되는 것은 아니지만, 반도체 기판, 플랫 패널 디스플레이 기판, 및 리소그래피 마스크 기판과 같은 플라즈마 프로세싱 기판에 사용되는 플라즈마 프로세스 파라미터들을 측정하는 개선된 방법 및 장치가 요구된다. 특히, 플라즈마 밀도, 플라즈마 균일성, 이온 에너지 분포, 전자 에너지 분포, 이온 플럭스 및 이온 에너 지와 같은 프로세스 파라미터들을 측정하는 개선된 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 피가공물을 프로세싱하기 위해 플라즈마의 전기적 특성을 측정하는 것과 관련된 하나 이상의 문제점을 해결할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일면은 센서 장치를 사용하여 플라즈마의 전기적 특성을 측정하는 방법을 포함한다. 측정에는 모니터링, 제어 및 최적화 프로세스들 및 프로세스 툴들에 대한 데이터가 포함된다. 본 발명의 또 다른 면은 피가공물을 프로세싱하기 위해 플라즈마의 전기적 특성을 측정하는 센서 장치를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치 및 외부 커뮤니케이터를 나타내는 도면;
도 2는 플라즈마 프로세스 챔버에 이용되는 본 발명의 실시예에 따른 세서 장치의 측면도;
도 3은 본 발명의 실시예의 상부도;
도 3A는 본 발명의 실시예의 상부도;
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 부재의 측면도;
도 4B는 도 4A의 감지 부재의 전기적 개략도로 본 발명의 일 실시예에 따른 변환기의 전기적 개략도;
도 4C는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치의 투시도;
도 5A는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 부재의 측면도;
도 5B는 도 5A의 감지 부재의 전기적 개략도로 본 발명의 일 실시예에 따른 변환기의 전기적 개략도;
도 5C는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치의 투시도;
도 6A는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 부재의 측면도;
도 6B는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 부재의 측면도;
도 7은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면.
당업자들은 도면들에서의 부재들이 간단하고 명료하게 도시된 것으로 실제 크기대로 도시될 필요는 없음을 인식할 것이다. 예를 들어, 도면에서 일부 부재들의 크기는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 다른 부재들에 비해 확대될 수 있다.
본 발명은 플라즈마 프로세스를 이용하여 피가공물을 프로세싱하기 위한 프로세스 파라미터들을 측정하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들의 동작은 주로 반도체 웨이퍼, 리소그래피 마스크 기판, 또는 플랫 패널 디스플레이 기판의 프로세싱과 관련하여 하기에 설명된다. 본 발명에 따른 실시예들은 플라즈마 프로세싱 동안 발생하는 플라즈마 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 조건들에서 시간적 및/또는 공간적 변형이 가능하도록 처리되는 피가공물을 수반하는 본질적인 임의의 플라즈마-프로세싱 단계에 대한 플라즈마 프로세스 특성을 측정하는데 이용될 수 있다.
도면들의 하기 설명에서, 도면에 공통되는 실질적으로 동일한 부재 또는 단계들을 나타낼 때 동일한 참조 부호가 사용된다.
도 1을 참조로, 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치(100)에 대한 블록도가 도시된다. 센서 장치(100)는 피가공물의 플라즈마 프로세싱을 위한 프로세스 파라미터를 측정하도록 구성된다. 센서 장치(100)는 정보를 전송하거나 수신하도록 구성된다. 설명을 위해, 도 1에는 본 발명의 실시예들과의 통신에 이용될 수 있는 외부 커뮤니케이터(160)가 도시된다.
센서 장치(100)는 베이스(115), 센서(120), 바람직하게는 다수의 센서들(120), 정보 프로세서(130), 내부 커뮤니케이터(140), 및 전력원(150)을 포함한다. 센서들(120), 정보 프로세서(130), 내부 커뮤니케이터(140), 및 전력원(150)은 베이스(115) 상에서 또는 베이스(115) 내에서 지원된다. 센서들(120)은 정보 프로세서(130)와 접속되어 센서들(120)에 의해 생성된 신호들이 정보 프로세서(130)에 입력으로서 제공될 수 있다. 정보 프로세서(130)는 내부 커뮤니케이터(140)에 접속되어 정보 프로세서(130)로부터의 정보 및 데이터가 내부 커뮤니케이터(140)로 전송될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 정보 프로세서(130)는 내부 커뮤니케이터(140)와 접속되어 정보 프로세서(130)와 내부 커뮤니케이터(140) 사이에 양방향성 정보가 전송될 수 있다.
센서들(120)은 베이스(115)에 부착된 개별 센서 장치들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 센서들(120)은 베이스(115)의 일부로 제조될 수 있다. 다른 말로, 베이스(115)는 베이스(115)의 일체형 부품으로 센서들(120)을 제조하도록 처리될 수 있다. 센서들(120)은 플라즈마 프로세스 및 프로세스 툴을 나타내는 하나 이상의 플라즈마 프로세스 파라미터들과 비례하는 전기적 신호를 제공하도록 설계된다. 반도체 프로세싱 및 플랫 패널 디스플레이 프로세싱과 같은 분야에 있어 중요한 프로세스 파라미터들의 예로는 무선 주파수(RF) 필드, 플라즈마 전위, 이온 플럭스, 광과 같은 전자기 플럭스, 및 프로세스에 사용되는 플라즈마에 의해 영향받는 임의의 프로세스 파라미터가 포함된다. 전형적인 센서 형태들의 예로는 플라즈마 전위를 측정하고 이온 플럭스를 측정하는 한정된 영역 프로브들; 에칭률을 측정하는 반 데 포우 크로스들(Van der Pauw crosses); 플라즈마 전위를 측정하는 절연된 필드 트랜지스터들; 및 이온 플럭스 및 RF 필드를 측정하는 전류 루프들이 포함된다. 센서들의 수 및 형태들은 특정 분야 및 프로세스 요구조건을 기초로 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 센서들(120)은 감지 부재(120A) 및 변환기(120B)를 포함한다. 감지 부재(120A)는 감지 부재(120A)가 프로세스 파라미터의 크기와 비례하는 신호와 같이, 플라즈마 프로세스 파라미터에 비례하는 신호를 생성하도록 측정되는 프로세스 파라미터에 반응하도록 구성된다. 변환기(120B)는 감지 부재(120A)로부터 신호를 수신하도록 감지 부재(120A)와 접속된다. 변환기(120B)는 감지 부재(120A)로부터의 신호를 정보 프로세서(130)에 수신되도록 구성된 신호로 변환시킨다.
본 발명의 보다 바람직한 실시예에서, 감지 부재(120A) 및 변환기(120B)는 센서의 개선된 동작을 제공하도록 구성된다. 감지 부재는 측정되는 프로세스 파라미터를 보다 효율적으로 수용하도록 구성되며 변환기는 정보 프로세서에 대한 신호 측정 요구조건을 보다 효율적으로 수용하도록 구성된다. 본 발명의 일부 실시예에 대해, 센서 장치(100)는 피가공물을 프로세싱하는데 이용되는 중요한 플라즈마 파라미터들에 대한 실질적으로 비침투적 측정을 위해 제공된다. 이러한 실시예들에 대해, 센서(120)는 감지 부재(120A)가 플라즈마와의 직접적인 전기적 접속을 요구하지 않도록 구성된다.
본 발명의 실시예들에 대한 일부 분야에 있어, 보다 쉽고 보다 정확하게 측정될 수 있는 형태로 감지 부재의 출력을 변환시키는 것이 요구되거나 바람직할 수 있다. 예를 들어, 특정한 센서 형태(예를 들어, 용량성 전류)의 출력은 RF 교류 전압일 수 있는 반면 측정 회로는 DC 전압을 측정하도록 최적화된다. 이런 경우, 본 발명의 일 실시예는 정보 프로세서에 의해 허용될 수 있는 보다 쉽게 측정가능한 형태로 감지 부재로 감지 부재의 원래(raw) 출력을 변형시키는데 이용되는 변환기를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에 대해, 변환기는 적절한 측정 범위로 센서 출력을 기준화시키는데(scale) 이용될 수 있다. 적절한 변환기 회로의 선택은 측정 회로뿐만 아니라 사용되는 감지 부재 모두와 관련된다. 본 발명의 일부 실시예에 대해, 변환기 회로는 센서에 통합될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 대해, 감지 부재 및 변환 방법 및 부품들은 특정 프로세스 파라미터 측정을 위해 최적화되는 독립적 부재들로써 처리된다.
본 발명의 일 실시예에서, 센서 장치(100)는 RF 전류 또는 RF 전압을 측정하도록 구성된 다수의 센서들(120)을 포함하며, 적절한 센서의 예로는 용량성 센서가 있다. 특히, 센서들(120)은 용량성 부재를 포함하는 감지 부재들(120A)을 포함한다. 본 실시예에 대해, 센서들(120)은 플라즈마 시쓰(sheath)를 통해 플라즈마로부터 베이스(115)로 일련의 무선 주파수 전류가 흐를 수 있도록 센서 장치(100)의 일부로써 구성된다. 용량성 부재는 플라즈마의 최소 교란이 이루어지도록 비교적 낮은 리액턴스를 갖도록 설계된다. 특히, 바람직한 실시예의 용량성 센서는 플라즈마에 대한 국부적 증가 임피던스가 최소화되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시예의 옵션으로써, 센서 장치(100)는 국부적 무선 주파수 전압을 추정하기 위해 2개의 인접한 용량성 부재들을 결합시킴으로써 형성된 하나 이상의 상이한 용량성 센서들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 센서 장치(100)는 RF 전류를 측정하도록 구성된 다수의 센서들(120)을 포함하며, 적절한 센서의 예로는 유도성 센서가 있다. 특히, 센서들(120)은 자기적으로 투과성있는 물질의 폐루프와 같은 인덕터 코일 및 감지 코일로서 토로이달 형태로 자기적으로 투과성있는 루프 부근을 감는 전기적으로 전도성인 제 2 전도성 코일을 포함하는 감지 부재들(120A)을 포함한다. 다른 말로, 본 발명의 일 실시예는 자기적으로 투과성있는 물질의 코어를 갖는 토로이달 코일을 포함한다. 자기적으로 투과성있는 물질의 루프는 플라즈마로부터의 무선 주파수 전류가 루프를 통과하도록 베이스(115)의 표면과 실질적으로 평행하게 배향된다. 무선 주파수 전류는 자기적으로 투과성있는 물질의 폐루프 내에 교번하는 자기장을 포함한다. 교번하는 자기장은 감지 코일 내에 전류 흐름을 유도한다. 전기적으로 전도성있는 제 2 루프에서의 전류가 변환기(120B)에 인가된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 센서 장치(100)는 정전하를 측정하도록 구성된 다수의 센서들(120), 다른 말로 정전하 센서들을 포함한다. 특히, 센서들(120)은 정전하에 응답하는 감지 부재들(120A)을 포함한다. 한 구성에서, 감지 부재들(120A)은 반도체층과 같은 반도체 및 금속층과 같은 전기적 도체층을 포함한다. 전기적 도체는 반도체로부터 전기적으로 절연되며 반도체의 표면에 인접한다. 일 실시예의 옵션으로서, 전기적 도체 및 반도체는 전기적 절연 물질의 층에 의해 분리된다. 이 구성에서, 전기 도체 상에 수집된 전하는 반도체의 도전성을 조절할 수 있다. 변환기(120B)는 반도체의 도전성을 측정하도록 구성된다. 동작시, 전하는 전기적 도체 상에 수집되어 결과적으로 프로세스 파라미터가 측정되는 동안 플라즈마에 노출된다. 반도체의 도전성은 수집된 전하의 크기를 결정하기 위해 측정된다. 본 발명의 일부 실시예들이 옵션으로서, 전하 및 전위의 추정치를 제공하기 위해 전기 도체와 반도체 사이에 상이한 두께의 유전체를 갖는 반도체 층들에 대해 상이한 측정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 센서 장치(100)는 플라즈마로부터의 광방출을 측정하도록 구성된 다수의 센서들(120), 다른 말로 광방출 센서들을 포함한다. 특히, 센서들(120)은 광방출 세기에 반응하는 감지 부재들(120A)을 포함한다. 감지 부재들(120A)은 플라즈마로부터의 광방출에 반응하여 저항 변화를 겪게되는 광감성 물질을 포함한다. 저항의 변화는 국부적 플라즈마 밀도 및 국부적 이온 밀도와 같은 플라즈마 특성과 상관된다. 본 발명의 일부 실시예들에 대한 옵션으로서, 감지 부재들(120A)은 다양한 해당 파장들을 선택적으로 허용 또는 방지하도록 플라 즈마로부터 광을 필터링하는 광학 필터를 더 포함한다. 선택적으로, 감광성 물질의 특성은 광감성 물질의 파장 응답이 가시 스펙트럼 너머로 연장되도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 센서 장치(100) 상의 각각의 센서 위치에 또는 그 부근에 하기의 변환기 회로들을 하나 이상 사용한다: 다이오드 정류(rectification), 전력 검출, 광학적 변환, 및 저항 측정용 회로들. 다이오드 정류 회로에 대해, 앞서 개시된 것처럼 용량성 또는 유도성 감지 부재에서 유도되는 무선 주파수 전압 또는 무선 주파수 전류는 다이오드를 통해 높은 저항 부하와 같이 높은 임피던스 부하와 접속되어 피크 대 피크 무선 주파수 전위의 측정을 제공한다. 용량성 또는 유도성 감지 부재에 유도된 무선 주파수 전압 또는 무선 주파수 전류는 낮은 임피던스 부하에 접속되어 국부적 무선 주파수 전류의 측정을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 동일한 센서 부재들은 비선형 플라즈마 전류-전압 특성을 측정할 수 있도록 상이한 값의 임피던스들과 접속된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 옵션으로서, 감지 부재들로부터의 신호들은 저항성, 유도성 및 용량성 특성을 갖는 복잡한 부하에 인가되어 주파수 감지 측정이 가능해진다.
전력 검출 회로에 대해, 변환기(120B)는 레지스터 및 서미스터와 같은 온도 측정 장치가 레지스터의 온도를 측정하도록 결합된 온도 측정 장치를 포함한다. 감지 부재(120A)에 유도된 무선 주파수 전류는 레지스터와 결합된다. 전류들은 레지스터의 저항과 곱해지는 전류 제곱의 적(product)에 의해 결정되는 레지스터의 가열을 야기시킨다. 다음 저항성 부재의 온도 상승이 온도 측정 장치를 사용하여 결정된다. 바람직하게, 온도 측정 장치는 레지스터로부터 전기적으로 절연된다.
본 발명의 실시예들에서 변환기(120B)는 선택적 변환 회로를 포함하며, 변환 회로는 바람직하게 발광 다이오드를 포함한다. 발광 다이오드는 감지 부재(120A)로부터 전류 신호들을 수신하도록 감지 부재(120A)에 접속된다. 발광 다이오드에 의해 방출된 광의 세기는 발광 다이오드에 의해 수신된 전류와 비례한다. 변환기(120B)는 포토레지스터 또는 포토다이오드와 같은 광검출 회로를 더 포함한다. 광 검출 장치는 발광 다이오드에 의해 생성되는 광에 비례하는 전류를 생성하기 위해 발광 다이오드에 의해 생성되는 광을 측정할 수 있도록 배열된다. 광 측정 장치로부터의 전류는 앞서 개시된 것처럼 정보 프로세서에 인가된다.
측정되는 특성과 비례하는 임피던스를 제공하도록 구성된 감지 부재들(120A)을 이용하는 본 발명의 일부 실시예들에서, 변환기(120B)는 임피던스 측정 회로에 통합된다. 다수의 센서들 상에서의 측정을 위한 바람직한 실시예에서, 변환기(120B)는 공동 소유의 미국 특허 6,542,835호 및 미국 특허 6,789,034호에 개시된 것처럼 실질적으로 크로스포인트 네트워크에서 노드로서 구성된다. 미국 특허 6,542,835호 및 미국 특허 6,789,034호는 본 명세서에서 참조된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 감지 부재(120A)는 전류, 전압, 및 RF 전류와 같은 출력 신호를 생성한다. 감지 부재(120A)로부터의 출력 신호는 감지 부재(120A)로부터의 출력 신호가 측정되는 프로세스 파라미터에 비례하는 전기적 저항에서의 변화로 변환되는 변환기(120B)에 결합된다. 변환기(120B)는 레지스터의 크로스포인트 네트워크에서 노드로서 통합된다. 변환기(120B)에 의해 생성된 저항의 변화는 공동 소유의 미국 특허 6,542,835호 및 미국 특허 6,789,034호에 개시된 것처럼 레지스터의 크로스포인트 네트워크로 측정된다. 보다 바람직한 실시예에서, 크로스포인트 네트워크는 공지된 값의 기준 레지스터를 포함한다. 이러한 크로스포인트 네트워크에 대한 설명은 공동 소유의 미국 특허 6,542,835호 및 미국 특허 6,789,034호에서 제공된다.
센서들(120)의 전기적 출력은 정보 프로세서(130)에 인가되며 다수의 방식으로 디지털화된다. 본 발명의 일 실시예에서, 센서들(120)로부터의 전기적 출력은 직류 전압을 포함한다. 센서 장치(100)는 베이스(115)의 표면에 분포되는 다수의 센서들(120)로부터 데이터 습득이 허용되도록 사용되는 아날로그 멀티플렉서들을 포함한다. 전기적 전류 흐름들은 공지된 저항에 대해 전개되는 전압을 모니터링함으로써 측정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서 장치(100)는 센서들(120)에 통합된 또는 센서들(120)에 근접하게 위치된 이산 A/D 회로를 포함한다. 이러한 실시예에서, 측정된 파라미터는 디지털 형태로 일렉트로닉스 모듈(130)로 전송된다.
측정되는 파라미터들에 응답하여 캐패시턴스의 변화를 산출하는 센서들에 대해, 측정치들은 공지된 전류원 또는 임피던스로부터의 충전 결과로서 2개의 설정된 전압 상태들 간의 변이에 요구되는 시간을 측정함으로써 얻어질 수 있다. 선택적으로, 공지된 캐패시턴스를 사용하여 형성된 용량성 분할 회로(divider circuit)는 센서 측정 값을 유도하는데 이용되는 분할된 신호의 크기 및 공지된 크기의 교류 전압을 이용하여 구동될 수 있다.
전력원(150)은 정보 프로세서(130)에 전력을 공급하기 위해 정보 프로세서(130)와 접속된다. 전력원(150)은 내부 커뮤니케이터(140)에 전력을 공급하기 위해 내부 커뮤니케이터(140)와 접속된다. 본 발명의 실시예들은 센서들(120)을 포함할 수 있으며 센서들(120)은 동작을 위한 전력을 요구한다; 이들 실시예에 대해, 전력원(150)은 센서들(120)에 전력을 공급하기 위해 센서들(120)과 접속된다. 본 발명의 일부 실시예들에 대해, 감지 부재(120A)가 동작을 위한 전력을 요구하거나 또는 변환기(120B)가 동작을 위한 전력을 요구할 수 있다. 선택적 실시예들에 대해, 센서들(120)은 전력을 요구하지 않는다; 결과적으로, 전기적 전력원(150)과의 접속은 이러한 실시예에서 불필요하다.
정보 프로세서(130)는 컴퓨터와 같은 정보-프로세싱 성능들을 갖는다. 바람직하게 정보 프로세서(130)는 중앙 처리 유닛, 마이크로프로세서, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit) 및 필드 프로그램가능 게이트 어레이들과 같은 정보 프로세싱 장치들을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 마이크로프로세서를 갖는 정보 프로세서를 포함한다. 본 발명의 실시예들에서 사용하기 적합한 다수의 마이크로프로세서들이 존재한다. 마이크로칩 테크놀리지스, 인크.는 본 발명의 실시예에 적합한 다수의 마이크로프로세서를 생산한다. 상업적으로 인용가능한 일부 마이크로프로세서들은 신호 조절 및 입력 신호들의 아날로그 대 디지털 변환을 가능케한다.
내부 커뮤니케이터(140)는 정보 프로세서(130)로부터 도 1에 도시된 외부 커뮤니케이터(160)와 같은 수신기로 수신된 정보 및 데이터를 전송할 수 있는 송신기이다. 바람직하게, 내부 커뮤니케이터(140)는 외부 커뮤니케이터(160)로 정보를 무선 전송가능하게 구성된다. 정보 프로세서(130) 및 내부 커뮤니케이터(140)가 양방향성 정보 전송을 위해 결합되는 실시예들에 대해, 송신기로부터의 정보를 수신하는 것 이외에 내부 커뮤니케이터(140)가 정보를 수신기로 전송할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조로, 플라즈마 챔버(170)에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른, 센서 장치(100)가 도시된다. 센서 장치(100)는 피가공물 홀더(175) 상에서 지지된다. 센서 장치(100)는 플라즈마 프로세스에 대해 플라즈마(180)와 관련된 프로세스 파라미터의 공간적 및/또는 시간적 측정이 이루어지도록 플라즈마(180)에 노출된다. 플라즈마 챔버(170)는 반도체 웨이퍼들 및 플랫 패널 디스플레이 기판들과 같은 피가공물을 처리하는데 통상적으로 사용되는 형태의 플라즈마 챔버들과 실질적으로 동일하다. 플라즈마(180)는 피가공물을 처리하는데 이용되는 전형적인 플라즈마 소스들을 이용하여 생성된다. 통상적인 플라즈마 챔버(170)는 피가공물을 장착 및 해체하는데 관련되는 로봇 핸들러를 갖는다(도 2에는 로봇 핸들러가 도시되지 않음). 바람직한 실시예에 대해, 센서 장치(100)는 피가공물이 장착 및 해체되는 것과 본질적으로 동일한 방식으로 로봇 핸들러를 사용하여 프로세스 챔버(170)에 대해 장착 및 해체되도록 구성된다.
도 3을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치(200)의 상부도가 도시된다. 센서 장치(200)는 피가공물의 플라즈마 프로세싱을 위해 파라미터 데이터를 측정할 수 있도록 구성된다. 센서 장치(200)는 베이스(117), 도 3에 도시된 9개 센서들과 같은 다수의 센서들(120), 일렉트로닉스 모듈(210) 및 일렉트로닉스 모듈(210)과 센서들(120)을 결합시키는 금속배선 라인(215)을 포함한다. 센서들(120) 및 일렉트로닉스 모듈(210)은 베이스(117) 상에서 또는 베이스(117) 내에서 지지된다.
일렉트로닉스 모듈(210)은 바람직하게 하우징에 포함된 또는 인쇄 회로 보드와 같은 지지 구조물 상에 포함된 일렉트로닉 부품들을 포함한다(인쇄 회로 보드 및 하우징은 도 3에 도시되지 않음). 바람직한 실시예에서, 일렉트로닉 모듈(210)은 정보 프로세서 및 정보 프로세서의 동작을 위해 요구될 수 있는 추가의 일렉트로닉 부품들을 포함한다. 일반적으로, 일렉트로닉 모듈(210)은 정보 프로세서, 정보 프로세서를 위한 전력원, 및 내부 커뮤니케이터를 포함한다. 일렉트로닉 모듈(210)의 일렉트로닉 부품들은 실질적으로 도 1에 개시된 실시예에 대해 설명된 것들과 동일하다. 특히, 일렉트로닉 모듈(210)은 예를 들어, 무선 통신을 위한 부품들과 같이 정보를 전송 및 수신하는 부품들을 포함할 수 있다. 센서들(210)은 센서들(120)에 의해 생성되는 신호들이 정보 프로세서에 대한 입력으로서 제공되도록 정보 프로세서와 접속된다.
선택적으로, 반도체 프로세싱 분야에 대한 본 발명의 일부 실시예들에 대해, 베이스(117)는 반도체 웨이퍼, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼 또는 갈륨 아세나이드 웨이퍼와 같이 실질적으로 전체가 반도체인 웨이퍼를 포함한다. 유사하게, 플랫 패널 디스플레이 분야에 대해, 베이스(117)는 플랫패널 디스플레이 기판을 포함할 수 있으며; 리소그래피 마스크 분야에 대해, 베이스(117)는 리소그래피 마스크 기판을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 베이스(117)는 반도체 웨이퍼, 리소그래피 마스크 기판, 및 플랫 패널 디스플레이 기판과 같은 구조물이다. 일반적으로, 베이스(117)는 실질적으로 피가공물을 모방하도록 구성되며; 보다 바람직하게, 베이스(117)는 피가공물을 포함한다.
도 3A를 참조로, 본 발명의 또 다른 실시예의 상부도가 도시된다. 도 3A에 도시된 실시예는 도 3A의 실시예가 크로스포인트 네트워크에 센서들이 접속되도록 구성된 금속배선 라인들(220, 225)을 포함한다는 것을 제외하고, 도 3에 도시된 것과 본질적으로 동일하다. 특히, 센서들에 대한 변환기들은 크로스포인트 네트워크에서 노드로서 접속된다. 적절한 크로스포인트 네트워크의 상세한 설명은 공동 소유의 미국 특허 6,542,835호 및 미국 특허 6,789,034호에 개시된다.
다음, 감지 부재들의 제조 예들 및 본 발명의 실시예들에 대한 바람직한 감지 부재 구성의 예들이 제공된다.
용량성 감지 부재( Capacitive Sensing Element )
도 4A를 참조한다. 본 발명에 따라, 용량성 감지 부재의 예시적 구성은 측단면도인 도 4A에 도시된다. 용량성 감지 부재는 공지된 면적의 평면형 전도성 전극(300)을 포함한다. 전극(300)의 물질 및 표면은 측정되는 프로세스 조건들과의 호환성을 제공하도록 선택된다. 전도성 전극(300)은 플라즈마에 간접적으로 노출되거나 또는, 바람직한 실시예에서, 도 4A에 도시된 것처럼 얇은 비활성 유전체 물질(302)로부터 보호될 수 있다. 유전체(302)에 적합한 물질의 예로는 KAPTON이 있다. 감지 부재는 전극(300) 및 베이스(320) 아래에 배치되는 제 2 평면형 전도성 전극(304)을 포함한다. 베이스(320)는 전극(304)에 대해 지지되며; 베이스(320) 및 전극(304)은 이들이 낮은 임피던스 콘택을 형성하도록 결합된다. 바람직하게, 베이스(320)는 반도체 웨이퍼를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에 대해, 전극(300)은 0.1㎠ 내지 10㎠ 범위의 면적을 갖는다. 0.1㎠ 내지 5㎠ 사이의 전극 면적이 특히 유용하다. 전극의 형상은 베이스의 특정한 원주에서 해당 파라미터를 측정하도록 연장되거나 또는 에지 효과를 최소화시키기 위해 원형일 수 있다.
또한 감지 부재는 전도성 전극(300)과 전도성 전극(304) 사이에 위치되는 공지된 특성의 유전체 물질(310)을 포함한다. 유전체 물질(310)의 두께 및 물질은 허용가능한 전압 브레이크다운 값을 제공하면서 용량성 리액턴스를 최소화시키도록 선택된다. 폴리이미드, 폴리에스테르, 및 폴리-파라-크실렌과 같은 공지된 특성 및 제어된 중합체 물질은 유전체 물질(310)에 대해 바람직한 물질들의 예이다. 본 발명의 소정 실시예에 대해, 유전체 물질의 두께 범위는 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다. 보다 바람직하게, 유전체의 두께 범위는 10 마이크로미터 내지 50마이크로미터이며, 이 범위는 특정 값이다.
도 4B를 참조로, 도 4A에 도시된 감지 부재와 같은 용량성 감지 부재(322)의 전기적 개략도가 도시된다. 용량성 감지 부재(322)는 전기적 개략도로 도시된 변환기(324)와 접속된다. 변환기(324)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이오드 변환기의 예를 나타낸다. 도 4B는 저항성 부하, 다이오드 및 캐패시터를 갖는 변환기(324)를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예는 전도성 전극과 베이스(320) 간의 공지된 저항을 통합시킴으로써 감지 부재의 임피던스에 의해 생성되는 플라즈마의 교란(perturbation)을 최소화시킨다; 이는 본 발명의 일부 실시예들에 대한 바 람직한 특징이다. 병렬 저항의 저항 크기는 플라즈마의 최소 교란을 제공하고 측정 회로와 호환가능한 값으로 캐패시터 상에 생성된 전압을 비례축소시키기 위해 선택된다. 10옴 내지 1000옴 사이의 저항 값이 앞서 개시된 치수의 센서들에 이용될 수 있다.
용량성 센서의 일정하고 재생산가능한 동작은 베이스에 대한 낮은 임피던스 접속에 의해 개선된다. 이러한 낮은 임피던스 접속은 전도성 전극(300)과 대향되게 형성된 전도성 전극(304)과 베이스(32) 간의 직접(오믹(ohnic)) 콘택에 의해 또는 매우 얇은 유전체 물질의 사용을 통해 형성된 용량성 접속에 의해 형성될 수 있다. 오믹 콘택은 베이스에 대한 전도성 접착제 접속 또는 납땜 사용을 통해 형성될 수 있다. 용량성 접속은 전극과 대향되게 형성된 전도성층과 베이스 사이에 매우 얇은(<5 마이크로미터) 안정한 갭이 존재하게 함으로써 형성될 수 있다.
전극 면적, 형상 및 물질들의 다양한 특정 조합이 허용가능한 측정치를 제공하는데 이용될 수 있다. 유사하게, 광범위한 유전체 물질, 두께 및 이용될 수 있는 접속 방법들이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이들 변수들은 하기의 하나 이상의 설계 기준을 충족시키도록 선택된다 : 센서 부근에서 플라즈마 상태의 교란 최소화. 측정 회로와 호환가능한 신호 진폭 제공. 안정하고 재현가능한 구조물을 산출하고 반도체 장치 제조 세정 기준과 호환될 수 있는 물질 및 프로세스를 이용하는 제조 허용.
또한, 도 4A 및 도 4B에 도시된 것처럼 용량성 부재는 전도성 전극(300) 및 전도성 전극(304)에 의해 형성된 것과 같은 캐패시터의 전극의 표면과 직교하는 RF(변위) 전류들에 민감하다는 것을 알 것이다. 또한, 도 4A 및 도 4B에 도시된 것처럼 용량성 부재는 캐패시터의 전극의 표면과 직교하는 RF 전기장에 민감하다는 것을 알 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 피가공물을 처리하기 위한 플라즈마 프로세스의 전기적 특성과 관련되는 하나 이상의 방향을 측정하는 센서 장치에 관한 것이다. 도 4C를 참조로, 2개 이상의 방향에 대해 하나 이상의 플라즈마 특성을 측정하는 센서 장치가 도시된다. 도 4C는 대체로 센서 장치의 상부 표면의 투시도를 나타낸다. 센서 장치는 베이스(342), 베이스(342) 상에서 또는 베이스(342) 내에서 지지되는 정보 프로세서(343), 및 베이스(342) 상에 또는 베이스(342) 내에서 지지되며 정보 프로세서(343)와 결합되는 다수의 용량성 센서들을 포함한다. 센서들은 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 하나 이상의 용량성 감지 부재들을 포함한다. 3개의 용량성 센서들의 그룹에 대한 용량성 감지 부재들(346A, 346B, 346C)은 이들 각각이 다른 용량성 센서 부재들 각각에 대한 평면들과 실질적으로 직교하는 평면에 놓이도록 배향된다. 또한, 용량성 감지 부재(346A)는 베이스(342)의 표면과 실질적으로 평행한 평면에 놓이도록 배향된다. 선택적으로, 본 발명의 실시예들은 3개의 센서들의 2개 이상의 그룹을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예들은 하나의 그룹에 단지 2개의 센서들이 있고 그룹에서 단지 2개의 가지 부재가 서로 직교하게 배향되도록 정렬된다.
전기장과 같은 플라즈마 특성을 측정하도록 구성된 본 발명의 실시예에 대한 바람직한 정렬에서, 용량성 센서들 또는 적어도 하나의 감지 부재는 베이스의 표면 과 직교하지 않는 방향을 갖는 전기장이 측정될 수 있도록 다양한 배향에서 베이스 상에 또는 베이스 내에 제조 및 장착된다. 유사하게, 용량성 센서들을 이용하여 전류를 측정하도록 구성된 본 발명의 실시예에 대해, 용량성 센서들 또는 적어도 하나의 감지 부재들은 기판의 표면과 직교하지 않는 방향을 갖는 전류가 측정될 수 있도록 다양한 배향으로 장착된다.
본 발명의 소정의 실시예들에 대한 옵션으로서, 미세전자기계 시스템, 표면 장착, 및 하이브리드 어셈블리에 사용되는 기술들은 서로 근접한 3개의 용량성 센서들의 그룹들을 제조하는데 이용될 수 있다. 바람직하게, 그룹의 용량성 센서들 중 하나는 베이스의 표면과 실질적으로 공면(co-planar)이 되도록 배열되며 각각의 그룹의 용량성 센서들은 임의의 방향의 전기장 및 전류들과 같은 플라즈마 특성들이 x, y 및 z 성분들을 통해 포착 및 분석될 수 있도록 그룹내의 2개의 다른 용량성 센서들과 직교하게 배열된다.
유도성 감지 부재( Inductive Sensing Element )
도 5A를 참조로, 본 발명에 따른 유도성 감지 부재의 예시적 구조의 측단면도가 도시된다. 유도성 감지 부재는 높은 자기 투자율(magnetic permeability)을 갖는 물질로 구성된 링(352) 또는 루프를 포함한다. 링(352)은 도 5A에 단면으로 도시된다. 밀폐된 영역으로 단면으로 표시된 것처럼, 링(352)의 치수는 링(352)을 통과하는 RF 전류들이 링(352)내에 자속을 유도하도록 선택된다. 다른 말로, 본 발명의 일 실시예는 유도성 감지 부재를 포함하며, 상기 유도성 감지 부재는 0.1㎠ 내지 10㎠의 면적을 둘러싸는 자기적으로 투과성있는 물질의 폐쇄 링을 포함하는 코어를 갖는 유도 코일을 포함한다. 0.1㎠ 내지 5㎠ 사이의 바람직한 폐쇄 면적이 일반적으로 허용가능한 성능을 제공한다. 통상적으로 링 물질은 철 및 니켈 또는 이들의 합금과 같은 강자성 원소를 사용한다. 이들 자성 물질들은 페라이트 조성물에서 산화물로써 또는 금속 와이어 또는 포일 형태로 사용될 수 있다.
유도성 감지 부재는 토로이달 형태로 링(352)의 자속을 밀폐하는 적어도 하나의 루프를 형성하는 전기적으로 전도성있는 감지 코일(354)을 포함한다. 유도성 링에 유도된 자속 편차는 감지 코일(354) 내에서의 전류 흐름을 유도한다. 다음 이러한 전류는 RF 전류의 인덕터가 링(352)에 의해 밀폐된 구역을 흐름에 따라 모니터링된다. 또한, 도 5A는 링(352)을 지지하는 베이스(356) 및 실질적으로 링(352)을 커버하는 유전체의 코팅(358)을 나타낸다.
도 5B를 참조로, 도 5A에 도시된 것과 같은 유도성 감지 부재(360) 및 본 발명의 실시예에 따른 변환기(370)의 전기적 개략도가 도시된다. 변환기(370)는 다이오드 변환기를 포함한다. 도 5B는 링(352) 및 감지 코일(354)을 나타낸다. 유도성 센서의 바람직한 실시예는 측정가능한 전압을 생성하기 위해 감지 코일 내에 유도되는 전류를 허용하는 저항성 부하 부재를 포함한다. 링의 밀폐 면적, 감지 코일들의 권선 수 및 부하 저항의 값은 측정 회로와 호환가능한 전압을 생성하도록 선택된다. 도 5B는 저항성 부하, 다이오드 및 캐패시터를 갖는 변환기(370)를 나타낸다.
유도성 부재는 코일의 전기적 루프의 구역과 직교하는 RF 자기장에 민감하다. 따라서, 도 5A에 도시된 예는 베이스의 표면과 평행한 코일의 평면과 공면인 RF 자기장에 민감하다. 본 발명의 또 다른 실시예는 베이스의 표면과 평행하지 않은 방향을 갖는 자기장들을 모니터링하도록 배열된 센서 장치를 포함한다. 특히, 본 발명의 실시예는 베이스 상에 또는 베이스 내에서 다양한 배향으로 제조 및 장착되는 유도성 감지 부재를 포함한다.
도 5C를 참조로, 2개 이상의 방향에 대해 하나 이상의 특성을 측정하는 센서 장치가 도시된다. 도 5C는 주로 센서 장치의 상부 표면의 투시도를 나타낸다. 센서 장치는 베이스(365), 베이스(365) 상에서 또는 베이스(365) 내에서 지지되는 정보 프로세서(365A), 및 베이스(365) 상에서 또는 베이스(365) 내에서 지지되며 정보 프로세서(365A)와 결합되는 다수의 유도성 센서들을 포함한다. 이들 센서들은 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 하나 이상의 유도성 감지 부재들을 갖는다. 3개의 유도성 센서들의 그룹에 대한 유도성 감지 부재들(366A, 366B, 366C)은 다른 유도성 센서 부재들 각각에 대한 평면과 실질적으로 직교하는 평면에 놓이도록 배향된다. 또한, 유도성 감지 부재(366A)는 베이스(365)의 표면과 실질적으로 평행한 평면에 놓이도록 배향된다. 선택적으로, 본 발명의 바람직한 실시예들은 3개의 센서들의 2개 이상의 그룹들을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예들은 하나의 그룹에 단지 2개의 센서가 있고 그룹내의 단지 2개의 감지 부재가 서로 직교하게 배향되도록 배열된다.
본 발명의 일부 실시예들에 대한 옵션으로써, 미세전자기계 시스템, 표면 장착, 및 하이브리드 어셈블리에 사용되는 기술들은 서로 근접한 3개의 유도성 센서들의 그룹을 제조하는데 이용될 수 있다. 바람직하게, 그룹내의 유도성 센서들 중 하나는 베이스의 표면과 실질적으로 공면이도록 배열된다. 각각의 그룹에서 유도성 센서들은 임의의 방향에서의 플라즈마 특성이 이들의 x, y 및 z 성분을 통해 포착 및 분석될 수 있도록, 그룹 내에서 다른 2개의 유도성 센서 부재들과 각각의 센서의 감지 부재가 직교하도록 배열된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 베이스, 정보 프로세서, 및 평면형 코일을 포함하는 유도성 센서들을 포함한다. 토로이달 코일 보다 평면형 코일 사용에 따른 장점은 제조 간단성 증가에 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 대한 해당 특정 분야는 기판의 표면과 실질적으로 공면이도록 배열되고 기판의 표면과 직교하는 RF 자기장 성분들을 검출하도록 구성된 평면형 코일들의 사용을 수반한다. 이러한 자기장 성분들은 통상적으로 프린징 자기장(fringing field) 작용 및 원치않은 플라즈마 불균일성과 관련된다. 또 다른 실시예에서, 평면형 코일들은 베이스의 평면과 공면이 아니지만 평면형 코일들은 베이스의 표면과 실질적으로 평행한 평면에 놓인다.
허용가능한 측정치를 제공하는데 이용될 수 있는 밀폐 면적, 형상 및 물질들의 다양한 특정 조합이 제공된다. 유사하게, 이용될 수 있는 광범위한 전도성 코일 물질, 두께 및 수 또는 권선들이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이들 변수들은 하기의 하나 이상의 설계 기준을 충족시키도록 선택된다 : 센서 부근에서 플라즈마 상태의 교란 최소화. 측정 회로와 호환가능한 신호 진폭 제공. 및 안정하고 재현가능한 구조물을 산출하고 반도체 장치 제조 세정 기준과 호환될 수 있는 물질 및 프로세스를 이용하는 제조 허용.
정전하 감지 부재( Electrostatic Charge Sensing Element )
본 발명에 따른 정전하 감지 부재의 예시적 구성은 전압 그레디언트(gradient)와 같이 인가되는 전기장의 존재시 측정가능한 변화를 거치는 물질 또는 구조물을 포함한다. 적절한 물질의 예로는 반도체가 있으며, 여기서 인가되는 전기장은 겉보기 저항에서의 변화를 유도하는 물질내에서 모바일 전하들의 이동을 야기시킬 수 있다. 적절한 감지 부재의 일례로는 플렉시블 플레이트 구조물이 포함되며, 여기서 인가된 전기장은 플렉시블 플레이트의 편향을 산출할 수 있다.
도 6A를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전하 감지 부재의 측면도가 도시된다. 도 6A는 플라즈마를 나타낸다. 전하 감지 부재는 하나 이상의 플라즈마 파라미터를 측정하도록 배치된다. 정전하 감지 부재는 플렉시블한 전기 도체(372), 전기 도체(373), 베이스(374) 및 유전체(376)를 포함한다. 전기 도체(373)는 베이스(374)에 고정되게 부착된다. 전기 도체(373)는 유전체(376)의 일부와 실질적으로 대향 전기 도체(374)를 현수시켜 전기 도체(372)와 전기 도체(373) 사이에 보이드(378)가 형성된다. 이러한 구성에서, 전기 도체(372)와 전기 도체(373) 사이에 인가되는 전위는 전기 도체(372)가 전기 도체(373)를 기준으로 편향되게 한다. 전기 도체(372)의 편향은 전기 도체(372)와 전기 도체(373) 사이의 캐패시턴스에서 측정가능한 변화를 유도한다. 선택적으로, 전기 도체(372)는 금속 시트, 금속 플레이트, 또는 인가된 전기장에 응답하여 편향을 산출하도록 충 분히 플렉시블한 금속 필름을 포함할 수 있다. 전기 도체(373)는 금속 시트, 금속 플레이트, 또는 금속 필름을 포함할 수 있다.
도 6B를 참조로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전하 감지 부재가 도시되며, 감지 부재는 저농도로(lightly) 도핑된 반도체 기판(400) 상에 이격된 2개의 전기적 콘택들(380, 390)을 포함한다. 2개의 전기적 콘택들 간의 구역에서, 절연된 전도성 플레이트(410)는 유전체 절연층(420) 위에 위치된다. 전도성 플레이트(410)에 나타나는 전압 또는 전위는 하부에 놓인 반도체 기판(400)에서의 공핍 또는 반전을 유도하여, 이 층에서의 겉보기 저항에서 측정가능한 변화가 야기된다. 다양한 물질 및 구성 방법들이 이용되어 허용가능한 결과가 산출된다.
본 발명의 일부 실시예들은 전도성 플레이트(410)의 사용을 요구하지 않는다. 플라즈마는 반도체 기판(400)의 전도성 조절시 효과적인 절연층(420)의 표면 상에 전하를 유도할 수 있다.
다음, 변환기의 제조 예들 및 본 발명의 실시예들에 대한 바람직한 변환기 구성의 예에 바람직한 방법의 예가 제공된다.
다이오드 정류 변환기( Diode Rectification Transducer )
본 발명의 일 실시예는 센서 장치를 포함하며, 앞서 개시된 것처럼, 센서 장치는 도 4B의 변환기(324)에 대해 도시된 다이오드 정류 회로 및 도 5B에 변환기(370)에 대해 도시된 다이오드 정류 회로와 같은 다이오드 정류 회로를 포함한다.
도 7을 참조로, 감지 부재(120A)와 정보 프로세서(130) 사이에 결합된 변환기(121B)에 대한 구성의 다이어그램이 도시된다. 변환기(121B)는 정류된 전압 또는 전류를 생성하기 위해 감지 부재(120A)로부터 인가된 AC(RF) 전압 또는 AC(RF) 전류를 정류시키도록 구성된 반도체 접합 다이오드(500)를 포함하는 다이오드 정류 회로를 포함한다. 변환기(121B)는 간단한 저역 통과 필터(510)를 더 포함한다. 정류된 전압 또는 전류는 인가된 RF 전압에 비례하는 DC 전압 또는 전류를 산출하기 위해 간단한 저역 통과 필터(예를 들어, RC)를 통과한다. 이러한 형태의 변환기는 측정되는 프로세스 파라미터와 비례하는 전류 출력을 제공하는 유도성 감지 부재들 및 용량성 감지 부재들과 같은 다양한 감지 부재들과 호환가능하다. 저역 통과 필터 성분들의 적절한 선택은 센서의 겉보기 임피던스(예를 들어, 국부적 플라즈마 상태의 교란 최소화) 및 정보 프로세서의 측정 회로와 호환되는 변환된 신호 진폭의 비례축소를 제어할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 과잉 전압으로부터 측정 회로를 절연시키기 위해 또는 잠재적으로 손상되는 DC 전류 경로를 소거시키기 위해 감지 부재와 다이오드 정류 회로의 용량성 결합을 이용한다.
전력 검출 변환기( Power Detection Transducer )
본 발명의 또 다른 실시예는 전력 검출 회로를 갖는 변환기를 포함하는, 앞서 개시된 센서 장치를 포함한다. 도 8을 참조로, 감지 부재(120A)와 정보 프로세서(130) 사이에 결합된 변환기(122B)에 대한 구성의 다이어그램이 도시된다. 변환기(122B)는 레지스터와 같은 저항성 부하(520) 및 열전쌍 및 서미스터 또는 다른 형태의 온도계와 같은 온도 측정 장치(530)를 포함하는 전력 검출 회로를 포함한다. 저항성 부하(520) 및 온도 측정 장치(530)는 저항성 부하(520)의 온도가 온도 측정 장치(530)에 의해 측정되도록 구성된다.
일 실시예에서, 저항성 부하(520) 및 온도 측정 장치(530)는 열 전도에 의한 온도 측정을 위해 저항성 부하(520)와 물리적으로 접촉하는 온도 측정 장치(530)로부터 온도 측정이 이루어지도록 배열된다. 다른 구성이 가능하다는 것을 인식할 것이다; 예를 들어, 온도 측정 장치(530)는 열 방사를 이용하여 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 도 8은 보다 바람직한 실시예를 나타내며, 변환기(122B)는 부하(520)로부터의 열 플럭스(도 8에 화살표도 표시됨)가 온도 측정 장치(530)에 도달하도록 절연체를 통과하도록 부하(520)와 온도 측정 장치(530) 사이에 위치된 열적으로 전도성있는 전기적 절연체(525)를 더 포함한다.
전력 검출 회로는 감지 부재(120A)에 의해 포착되는 전력을 저항성 부하(520)와 결합시킨다. 저항성 부하(520)에서 방산되는 전력은 저항성 부하(520)에서 온도 증가를 야기시킨다. 이러한 형태의 변환기는 변환기의 동작은 비교적 주파수와 무관하기 때문에 무선 주파수 에너지 및 필드를 측정하는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된다.
온도 측정은 감지 부재로부터 전기적으로 절연된 부품들을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 구성은 감지 부재와의 직류(또는 용량성) 전기 접속을 요구하는 변환기 형태보다 더욱 강한 노이즈 내성 측정을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 10 옴 내지 1,000 옴 사이의 저항을 갖는 저항성 부하(520), 및 10,000 옴 내지 5,000,000옴 사이의 저항을 갖는 열 센서(530)를 포함한다.
광학적 변환기( Optical Transducer )
본 발명의 또 다른 실시예는 앞서 개시된 것처럼, 광학적 변환 회로를 갖는 변환기를 포함하는 센서 장치를 포함한다. 도 9를 참조로, 감지 부재(120A) 및 정보 프로세서(130) 사이에 결합된 변환기(123B)가 도시된다. 변환기(123B)는 발광 다이오드와 같은 발광 장치(540) 및 포토레지스터 또는 포토다이오드와 같은 광검출 장치(550)를 포함하는 광학 변환 회로를 포함한다. 발광 장치(540)는 발광 장치(540)에 의해 방출된 광의 세기가 발광 장치(540)에 의해 수신된 전류와 비례하도록 구성된다. 광 검출 장치(550)는 발광 장치(540)에 의해 생성된 광과 비례하는 전류가 생성되도록 발광 장치(540)에 의해 방출된 광을 측정할 수 있도록 배열된다. 변환기(123B)는 감지 부재(120A)로부터의 전류가 발광 장치(540)와 결합되도록 구성된다. 변환기(123B)는 플라즈마로부터의 전기적 절연을 제공하도록 구성될 수 있다.
보다 바람직한 실시예에서, 변환기(123B)는 발광 장치(540)로부터의 광학적 방출(도 9에 화살표로 도시됨)이 절연체(545)를 통과하여 광 검출 장치(550)에 도달하도록 발광 장치(540) 및 광 검출 장치(550) 사이에 위치된 광학적으로 투과성있는 전기적 절연체(545)를 더 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에 대해, 광학적 변환기는 광섬유 채널을 통해 광학 신호가 측정 회로로 전송되게 한다. 다른 말로, 본 발명의 일부 실시예는 광섬유를 포함하는 절연체(545)를 포함한다. 광섬 유 채널의 사용으로, 신호 노이즈가 감소될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 프로세스가 플라즈마를 이용하는 동안 피가공물을 처리하는 프로세스 툴을 동작 및 유지시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은, 저장기 콘테이너 또는 저장기 챔버로부터 피가공물을 피가공물 홀더로 전달하기 위해 로봇을 갖는 프로세스 툴을 제공하는 단계, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들을 측정하도록 구성된 센서 장치를 제공하는 단계 - 상기 센서 장치는 피가공물의 치수 및 물리적 특성과 실질적으로 동일한 치수 및 물리적 특성을 가짐 -, 프로세스를 수행하고 홀더로부터 저장기 콘테이너로 다시 피가공물을 제거하기 위해 저장기 콘테이너로부터 홀더로 피가공물을 전달하는데 로봇을 사용하는 단계, 프로세스를 수행하기 위해 저장기 콘테이너로부터 홀더로 피가공물을 운반하기 위해 로봇을 이용하고 다시 홀더로부터 저장기 콘테이너로 피가공물을 제거하는 단계, 홀더로 센서 장치를 전달하기 위해 로봇을 이용하는 단계, 프로세스 동안 적어도 하나의 플라즈마 특성을 측정하기 위해 센서 장치를 이용하고, 로봇을 이용하여 홀더로부터 센서 장치를 제거하는 단계를 포함한다.
개시된 방법 및 장치는 집적회로 및 플랫 패널 디스플레이와 같은 제품 제조시 이용될 수 있는 플라즈마 처리 환경에서 프로세싱 조건들을 빠르게 그리고 비용면에서 효율적으로 이용할 수 있게 한다. 적절한 시스템 모델들과 조합되어, 플라즈마 상태를 직접적으로 모니터링하는 능력은 플라즈마 프로세스 파라미터들이 선택적 프로세스 성능을 달성하도록 조절되게 한다.
데이터 습득, 데이터 저장, 및 데이터 통신 기술을 위해 앞서 구성된 센서 장치를 사용함으로써, 전형적인 프로세스 레시피로 작동하는 실질적으로 변형되지 않은 프로세스 시스템에서 정확하고, 고도로 완화된 측정이 허용된다. 본 발명의 실시예와 달리, 유사한 데이터를 습득하는 기준 기술 방법은 프로세스 챔버의 변형을 요구하며 때로는 프로세스 조건의 변형을 요구한다. 또한, 불활성의 투명한 차폐물에 의해 플라즈마 환경으로부터 절연되도록 구성된 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치의 사용으로 프로세싱 시스템의 오염 가능성이 최소화된다.
본 발명의 일 실시예는 플라즈마-프로세싱 환경에서 플라즈마 프로세스 파라미터에 응답하는 다수의 감지 부재들을 이용하는 방법을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 다른 장치는 용량성 감지 부재들, 유도성 감지 부재들, 정전하 감지 부재들, 또는 프로세스 시스템의 기준 로봇 장착 성능을 이용한 프로세스 시스템에서 사용될 수 있는 베이스 상에 배열된 광학적 방출 감지 부재들을 포함한다. 국부적 플라즈마 파라미터 분포의 측정치는 플라즈마의 상태를 추론하고 플라즈마의 이전(past) 상태와 같은 기준 상태(들)와 측정치를 기초로 추론된 상태를 비교하는데 이용된다. 추론된 전류 상태와 기준 상태(들) 간의 차는 시스템을 최적화시키기 위해 플라즈마 파라미터를 조절하는데 이용될 수 있다. 이러한 데이터는 프로세스 최적화, 프로세스 모니터링, 및 결함 검출/식별과 같은 다양한 목적에 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 앞서 개시된 것 이외의 센서들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하는 센서 장치를 포함한다. 센서 장치는 베이스 및 베이스 상에 또는 베이스 내에 지지되는 정보 프로세서를 포함한다. 또한 장치는 베이스 상에서 또는 베이스 내에서 지지되며 정보 프로세서와 결합되는 광학 센서를 더 포함한다. 센서는 플라즈마의 전기적 특성과 관련된 플라즈마의 광학적 특성을 측정하도록 구성된 광학적 감지 부재 및 감지 부재와 결합된 변환기를 포함하며, 변환기는 다이오드 변환기, 전력 변환기 및 광학적 변환기로 이루어진 그룹에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 피가공물을 처리하기 위해 하나 이상의 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하는 센서 장치에 관한 것이다. 센서 장치는 베이스, 베이스 상에서 또는 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서, 및 베이스 상에서 또는 베이스 내에서 지지되는 다수의 센서들을 포함한다. 바람직한 실시예는 용량성 센서, 유도성 센서, 및 정전하 센서를 포함한다. 용량성 센서, 유도성 센서, 및 정전하 센서는, (A) 인가된 무선 주파수 전압 또는 전류를 정류시키는 반도체 접합 다이오드 및 인가된 RF 전압 또는 전류와 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하는 저역 통과 필터를 포함하는 다이오드 정류 변환기, (B) 1옴 내지 1000000옴 사이의 저항을 갖는 저항성 부하 및 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍을 포함하는 전력 변환기, 및 (C) 감지 부재로부터의 신호와 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 발광 장치로부터의 광 방출을 측정하도록 구성된 광학적 변환기로 이루어진 그룹에서 선택된 변환기를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 얇은 형태의 팩터(factor)를 갖도록 구성된다. 다른 말로, 센서 장치는 피가공물에 대해 근접한 두께를 갖는다. 센서 장치의 설계는 센서 장치가 측정 동안 플라즈마 프로세스의 최소 교란을 야기시키도록 선택된다. 가장 이상적인 설계에 대해, 이러한 수단은 리소그래피 마스크 기판의 두께 또는 플랫 패널 디스플레이 기판의 두께 또는 실리콘 웨이퍼의 두께와 가능한 근사한 두께를 갖는다.
시스템 부품들을 통합 및 둘러싸는데 이용되는 구성 방법 및 스타일은 실질적으로 보다 얇은 센서 장치를 산출하도록 보다 변형될 수 있고, 심지어 장치 제조에 이용되는 실리콘 웨이퍼의 두께로 근사화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 센서 장치의 실시예는 하이브리드 일렉트로닉 패키징과 조합된 광학적 방사 센서 및 MEMS 통합 캐비티의 통합으로 달성될 수 있다.
이전 설명에서, 본 발명은 특정 실시예들을 참조로 개시되었다. 그러나, 당업자는 다양한 변형 및 변화를 하기 특허청구범위에 개시된 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 구성할 수 있을 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한된 의미보다는 설명을 위해 참조되어야 하며, 모든 변형은 본 발명의 범주내에 포함되어야 한다.
문제점들에 대한 이점, 다른 장점 및 해결안이 특정 실시예를 참조로 개시되었다. 그러나, 문제점들에 대한 잇점, 장점 및 해결안들, 및 임의의 잇점, 장점 또는 해결안들이 보다 두드러지게 이루어지게 하는 임의의 부재(들)가 요구되는 기준으로써 또는 임의의 또는 모든 청구항들의 본질적 특징 또는 부재들로써 구성되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 것처럼, "포함한다", "포함하는", "구비한다", "구비하는", "갖는다", "가지는", "적어도 하나", 또는 임의의 다른 표현들은 비제한적인 포함을 커버한다. 예를 들어, 부재들의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치들이 이들 부재들로만 제한되는 것이 아니라, 이러한 프로세스, 방법, 제품, 또는 장치에 특정하게 나열되지 않은 다른 부재들을 포함할 수도 있다. 또한, 특정한 설명이 없다면, "또는"은 인클로시브 오어(inclusive or)로 간주되며 익스클루시브 오어(exclusive or)로는 간주되지 않는다. 예를 들어, A 또는 B의 조건은, A는 참이고(또는 존재) B는 거짓(또는 비존재), A는 거짓(또는 비존재)이고 B는 참(또는 존재), 및 A와 B 모두가 참(또는 존재)인 것중 임의의 하나에 의해 충족된다.
또한, 특정한 설명이 없다면, "적어도 하나"는 "하나 또는 하나 이상"의 의미로 해석된다. 예를 들어, 부재들의 리스트 중 하나 이상의 부재들을 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치들 및 하나 이상의 부재들이 서브-부재들의 서브-리스트를 포함할 경우, 서브-부재들은 부재들과 동일한 방식으로 간주된다. 예를 들어, A 및 B중 적어도 하나는, A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 비존재)이고, A는 거짓(또는 비존재)이고 B는 참(또는 존재)이고, A 및 B 모두가 참(또는 존재)인 것중 임의의 하나에 의해 충족된다.

Claims (44)

  1. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서와 결합되는 용량성 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 용량성 감지 부재를 갖는, 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 감지 부재와 결합되는 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되는, 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 100mm 내지 450mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 상기 센서 장치는 0.3mm 내지 10mm의 두께를 갖는, 센서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 실리카 또는 석영을 포함하는 리소그래피 마스크 기판을 포함하는, 센서 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 실리카, 석영, 글래스 또는 폴리머를 포함하는 플랫 패널 디스플레이 기판을 포함하는, 센서 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 실질적으로 전체 반도체 웨이퍼, 실질적으로 전체 플랫 패널 디스플레이 기판, 또는 실질적으로 전체 리소그래피 마스크를 포함하는, 센서 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 감지 부재들의 평면이 상기 베이스의 표면과 실질적으로 평행하도록 배열되는 용량성 감지 부재들을 갖는 다수의 용량성 센서들을 포함하는, 센서 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    용량성 감지 부재들의 평면이 상기 베이스의 표면과 실질적으로 평행하도록 배열되는 용량성 감지 부재들을 갖는 다수의 용량성 센서들을 포함하며, 상기 용량성 감지 부재들은 0.1㎠ 내지 10㎠의 면적을 갖는, 센서 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    용량성 감지 부재들의 평면이 상기 베이스의 표면과 실질적으로 평행하도록 배열되는 용량성 감지 부재들을 갖는 다수의 용량성 센서들을 포함하며 상기 용량성 감지 부재들은 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 두께를 갖는 유전체 폴리머를 포함하는, 센서 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    용량성 감지 부재들의 평면이 상기 베이스의 표면과 실질적으로 평행하도록 배열되는 용량성 감지 부재들을 갖는 다수의 용량성 센서들을 포함하며, 상기 용량성 감지 부재들은 폴리이미드, 폴리에스테르 및 폴리올리-파라-크실리렌(polyoly-para-xylylene)으로 이루어진 그룹에서 선택된 유전체 폴리머를 포함하며, 상기 유전체 폴리머는 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 두께를 갖는, 센서 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하는, 센서 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하며, 상기 다이오드 정류 회로는 인가된 무선 주파수(RF) 전압 또는 전류를 정류하기 위한 반도체 접합 다이오드 및 상기 인가된 RF 전압 또는 전류에 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는, 센서 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 온도 측정 장치
    를 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍
    을 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하는, 센서 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센서는 상기 용량성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하며, 상기 광학적 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호에 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 상기 발광 장치로부터의 광 방출을 측정하도록 구성된 광 검출기를 포함하는, 센서 장치.
  17. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합되는 유도성 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 유도성 감지 부재를 갖는, 센서 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되는, 센서 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 베이스는 100mm 내지 450mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 상기 센서 장치는 0.3mm 내지 10mm의 두께를 갖는, 센서 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 베이스는 실질적으로 전체 반도체 웨이퍼, 실질적으로 전체 플랫 패널 디스플레이 기판, 또는 실질적으로 전체 리소그래피 마스크를 포함하는, 센서 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하는, 센서 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하며, 상기 다이오드 정류 회로는 인가된 무선 주파수(RF) 전압 또는 전류를 정류하기 위한 반도체 접합 다이오드 및 상기 인가된 RF 전압 또는 전류에 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는, 센서 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 온도 측정 장치
    를 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍
    을 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하는, 센서 장치.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 유도성 센서는 상기 유도성 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하며, 상기 광학적 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호에 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 상기 발광 장치로부터의 광 방출을 측정하도록 구성된 광 검출기를 포함하는, 센서 장치.
  27. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합되는 정전하 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 정전하 감지 부재를 갖는, 센서 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되는, 센서 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 베이스는 100mm 내지 450mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 상기 센서 장치는 0.3mm 내지 10mm의 두께를 갖는, 센서 장치.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 베이스는 실질적으로 전체 반도체 웨이퍼, 실질적으로 전체 플랫 패널 디스플레이 기판, 또는 실질적으로 전체 리소그래피 마스크를 포함하는, 센서 장치.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하는, 센서 장치.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 다이오드 정류 회로를 포함하며, 상기 다이오드 정류 회로는 인가된 무선 주파수(RF) 전압 또는 전류를 정류하기 위한 반도체 접합 다이오드 및 상기 인가된 RF 전압 또는 전류에 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는, 센서 장치.
  33. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 온도 측정 장치
    를 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는,
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍
    을 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  35. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하는, 센서 장치.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 정전하 센서는 상기 정전하 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되며, 상기 변환기는 광학적 변환기를 포함하며, 상기 광학적 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호에 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 상기 발광 장치로부터의 광 방출을 측정하도록 구성된 광 검출기를 포함하는, 센서 장치.
  37. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마의 전기적 특성을 측정하도록 구성된 감지 부재 및 상기 감지 부재에 결합되는 다이오드 정류 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되는, 센서 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 변환기는 인가된 무선 주파수(RF) 전압 또는 전류를 정류하기 위한 반도체 접합 다이오드 및 상기 인가된 RF 전압 또는 전류와 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는, 센서 장치.
  39. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되고, 상기 정보 프로세서에 결합되는 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 전류 및 전압의 출력을 제공하도록 구성된 감지 부재 및 전력 변환기를 가지며, 상기 전력 변환기는 상기 감지 부재로부터 전류 및 전압을 수신하기 위한 저항성 부하 및 상기 저항성 부하의 온도 변화를 측정하도록 배열된 온도계를 포함하는, 센서 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 변환기는
    1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하; 및
    상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍
    을 포함하는 전력 검출 회로를 포함하는, 센서 장치.
  41. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마의 전기적 특성을 측정하도록 구성된 감지 부재 및 적어도 하나의 감지 부재에 결합된 광학적 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호를 수신하고 상기 정보 프로세서로의 입력을 위해 상기 신호를 제 2 신호로 변환시키도록 구성되는, 센서 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 광학적 변환기는 상기 감지 부재로부터의 신호에 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 상기 발광 장치로부터 광 방출을 측정하도록 구성된 광 검출기를 포함하는, 센서 장치.
  43. 피가공물을 처리하기 위해 플라즈마 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합되는 광학 센서
    를 포함하며, 상기 센서는 플라즈마의 전기적 특성과 관련된 상기 플라즈마의 광학 특성을 측정하도록 구성된 광학 감지 부재 및 상기 감지 부재에 결합된 변환기를 포함하며, 상기 변환기는 다이오드 변환기, 전력 변환기, 및 광학적 변환기로 이루어진 그룹에서 선택되는, 센서 장치.
  44. 피가공물을 처리하기 위해 하나 이상의 플라즈마 프로세스 파라미터들을 측정하기 위한 센서 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되는 정보 프로세서;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합되는 용량성 센서 ―상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 용량성 감지 부재를 가짐― ;
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합된 유도성 센서 ―상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 유도성 감지 부재를 가짐― ; 및
    상기 베이스 상에서 또는 상기 베이스 내에서 지지되며 상기 정보 프로세서에 결합된 정전하 센서 ―상기 센서는 플라즈마 프로세스 파라미터 측정치를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 정전하 감지 부재를 가짐―
    를 포함하며, 상기 용량성 센서, 유도성 센서, 및 정전하 센서는,
    (A) 인가된 무선 주파수(RF) 전압 또는 전류를 정류하기 위한 반도체 접합 다이오드 및 상기 인가된 RF 전압 또는 전류와 비례하는 DC 전압 또는 전류를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는 다이오드 정류 변환기,
    (B) 1옴 내지 1000000옴의 저항을 갖는 저항성 부하 및 상기 저항성 부하의 온도를 측정하도록 배치된 서미스터 또는 열전쌍을 포함하는 전력 변환기, 및
    (C) 상기 감지 부재로부터의 신호에 비례하는 광 방출을 제공하도록 구성된 발광 장치 및 상기 발광 장치로부터의 광 방출을 측정하도록 구성된 광 검출기를 포함하는 광학적 변환기
    로 이루어진 그룹에서 선택된 변환기를 더 포함하는, 센서 장치.
KR1020087007994A 2005-09-30 2006-09-29 플라즈마 프로세스의 전기적 파라미터들을 측정하는 방법및 장치 KR101305137B1 (ko)

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