KR101464477B1 - 독립 광 소스를 이용한 웨이퍼 온도 측정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
기판 지지 표면에 형성된 하나 또는 둘 이상의 윈도우들; 제 1 신호를 펄스화하도록 구성된 제 1 신호 생성기; 및 상기 제 1 신호 생성기로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들을 통하여 투과된 에너지를 수신하도록 위치된 제 1 센서를 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치가 제공된다. 복사 에너지를 이용하여 기판을 가열하는 단계; 제 1 광을 펄스화하는 단계; 상기 제 1 광이 펄스-온된 경우, 상기 기판을 통한 전체 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 상기 제 1 광이 펄스-오프된 경우, 상기 기판을 통한 배경 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 및 공정 온도를 결정하는 단계를 포함하는 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 방법이 제공된다.
Description
본 발명의 양상들은 일반적으로 반도체 기판 온도를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 게다가, 본 발명의 양상들은 적외선 가열 환경에서의 비-접촉 웨이퍼 온도 측정에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 양상들은 기판의 적외선 투과에 의해 에칭 공정에서 반도체 기판 온도를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
극초대규모 집적(ULSI) 회로들은, 실리콘(Si) 기판과 같은 반도체 기판 상에 형성되고 디바이스 내에서 다양한 기능들을 수행하도록 협력하는 10억 개보다 더 많은 전자 디바이스들(예를 들면, 트랜지스터들)을 포함할 수 있다. 처리 동안, 많은 수의 열 처리 단계들이 때때로 기판 표면 상에서 수행된다. 열 처리는 일반적으로 공정 제어를 위해 정밀한 기판 온도 측정을 요구한다. 부정확한 기판 온도 제어는 디바이스 성능에 악영향을 미칠 수 있는 불량한 공정 결과들을 초래할 수 있고, 그리고/또는 기판 막 재료 손상을 초래할 수 있다.
상이한 종류들의 온도 측정 도구들이 처리 동안 기판 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 열전대들은 기판 표면 상의 소정의 위치들에서 기판에 물리적으로 접촉함으로써 기판 온도를 측정하기 위해 종종 사용된다. 그러나, 더 큰 직경의 기판들의 경우에, 기판 표면에 걸친 전체 온도 편차(variation)는 측정 위치들 사이의 긴 거리들로 인해 결정하기 곤란하다. 게다가, 기판 표면에 대한 열전대들의 열적 물리적 접촉의 신뢰성은 제어하기 곤란하고 오염 염려들이 있다.
대안적으로, 광학 고온측정(pyrometry)이 기판 온도를 측정하기 위해 때때로 사용된다. 처리 동안 기판 표면으로부터 방출되는 방사선(radiation)은 기판 온도를 결정하기 위해 광학 고온측정 센서에 의해 측정된다. 그러나, 기판 표면으로부터의 광학 방출들의 측정은, 가열 엘리먼트들로부터의 강한 조명(lighting) 또는 플라즈마 소스로부터의 열, 챔버 벽으로부터의 광학 방출들 및/또는 윈도우들로부터의 산란광(stray light)과 같은 배경 잡음(background noise)과 분리하기 곤란하다. 기판 표면으로부터의 광학 방출들이 정확하게 측정되지 않을 수 있고, 배경 잡음이 온도 측정에 오차를 추가로 도입할 수 있기 때문에, 실제 기판 표면 온도는 정밀하게 측정하기 곤란한데, 이는 잘못된 기판 온도 결정 및 결과적인 불량한 처리 결과들을 초래할 수 있다.
따라서, 기판 온도 측정을 위한 개선된 장치들 및 방법들에 대한 요구가 있다.
공정 동안 온도를 측정하기 위한 장치들 및 방법들이 제공된다. 일 실시예에서, 챔버 바디를 둘러싸는 챔버 리드(lid)를 갖는 상기 챔버 바디; 상기 챔버 바디 내에 배치되고 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지체 어셈블리; 상기 기판 지지 표면에 형성된 하나 또는 둘 이상의 윈도우들; 제 1 신호를 펄스화하도록 구성된 제 1 신호 생성기 - 상기 제 1 신호 생성기는 상기 펄스화된 신호가 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들을 통하여 투과될 수 있도록 상기 기판 지지체 어셈블리를 통해 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들에 광학적으로 결합됨 -; 및 상기 제 1 신호 생성기로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들을 통하여 투과된 에너지를 수신하도록 위치된 제 1 센서 - 상기 제 1 센서는 투과도(transmittance)를 나타내는 메트릭(metric)을 검출하도록 구성됨 - 를 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치가 제공된다.
다른 실시예에서, 상기 제 1 신호 생성기는 광의 파장을 펄스화하도록 구성된 레이저이고, 상기 제 1 센서는 상기 광의 파장을 검출하도록 구성된다. 추가 실시예에서, 파워-온된 경우 제 1 신호 생성기와 적어도 동일한 파장의 광을 방출할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들이 제공되고, 상기 광은 약 1000 ㎚ 내지 1500 ㎚ 파장의 적외선 광이며, 상기 제 1 센서는 (a) 상기 제 1 신호 생성기가 펄스-온된 경우, 상기 제 1 신호 생성기 및 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의, 그리고 (b) 제 1 신호 생성기가 펄스-오프된 경우, 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의 적외선 광의 파장을 검출하도록 위치된다.
다른 실시예는 상기 기판 지지 표면 상에 위치된 기판을 통과한 상기 제 1 신호로부터 투과도에서의 변화를 결정하도록, 프로그램, 배선(wired), 또는 다른 방법으로 구성되는 연산 디바이스를 더 포함하고, 상기 연산 디바이스는 (a) 상기 제 1 신호가 펄스-오프된 경우의, 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의 상기 기판을 통한 적외선 광의 투과도를 나타내는 값들을 (b) 상기 제 1 신호가 펄스-온된 경우의, 상기 제 1 신호 및 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의 상기 기판을 통한 적외선 광의 투과도를 나타내는 값들에서 감산하며, 상기 연산 디바이스는 상기 기판의 온도를 결정한다. 상기 투과도를 표현하는 값들은 정규화된 투과비들일 수 있다. 대안적으로, 또는 그에 더하여, 상기 투과도를 표현하는 값들은 전압 단위로 측정된 광 신호들일 수 있다. 게다가, 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들 및 상기 연산 디바이스와 결합된 폐쇄 루프 제어 시스템이 제공될 수 있다. 상기 제 1 신호 생성기에 의해 제공되는 상기 적외선 광의 파장은 1200 ㎚일 수 있다.
추가 실시예에서, 제 2 신호 생성기는 제 2 신호를 펄스화하도록 구성되고, 상기 제 2 신호 생성기는 상기 기판 지지체 어셈블리에서의 윈도우를 통하여 광학적으로 결합되며; 그리고 제 2 센서는 상기 제 2 신호 생성기로부터 상기 제 2 신호 생성기가 결합된 상기 윈도우를 통하여 투과된 에너지를 수신하도록 위치되고, 상기 제 2 센서는 투과도를 나타내는 메트릭을 검출하도록 구성된다. 상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호보다 짧은 파장의 적외선 광일 수 있다. 상기 장치는 또한 로그 검출기를 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호보다 긴 파장의 적외선 광일 수 있다.
다른 실시예들은, 제 1 적외선 파장에 대한 투과도의 전이점보다 낮은 시작 온도에서 공정 챔버 내로 기판을 제공하는 단계; 복사 에너지를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계; 상기 제 1 적외선 파장과 대략적으로 같은 파장을 갖는 제 1 광을 펄스화하는 단계; 상기 제 1 광이 펄스-온된 경우, 상기 기판을 통한 전체 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 상기 제 1 광이 펄스-오프된 경우, 상기 기판을 통한 배경 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 및 상기 기판을 통한 상기 제 1 광으로부터 상기 제 1 적외선 파장의 투과도에 기초하여 상기 기판의 공정 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법을 제공한다. 상기 제 1 광은 레이저일 수 있다.
상기 방법은 상기 배경 투과도 없이 상기 레이저로부터 상기 기판을 통한 투과도를 나타내는 메트릭을 격리(isolate)시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 방법은 (a) 상기 제 1 광이 펄스-오프된 경우의, 상기 기판을 통한 배경 투과도를 나타내는 메트릭을 (b)상기 제 1 광이 펄스-온된 경우의, 상기 기판을 통한 전체 투과도를 나타내는 메트릭에서 감산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 적외선 레이저 광의 파장은 1200 ㎚일 수 있고, 상기 가열하는 단계는 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들을 파워-온하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 투과도의 메트릭은 정규화된 투과비 또는 전압 단위로 측정된 광 신호 중 어느 하나일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 공정 온도를 결정하는 동안, 상기 기판을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 기판의 상기 공정 온도에 기초하여 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로 공급되는 전력의 양을 변화시키기 위한 제어 시스템을 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 상기 방법은 상기 제 1 적외선 파장과 상이한 제 2 적외선 파장을 갖는 제 2 광을 펄스화하는 단계를 포함할 수 있다. 추가 실시예는 상기 제 1 및 제 2 적외선 파장들 모두와 상이한 제 3 적외선 파장을 갖는 제 3 광을 펄스화하는 단계를 포함할 수 있다.
본원 발명의 전술한 특징들이 구체적으로 이해될 수 있는 방식으로, 첨부 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서 간략히 설명한 본원 발명의 보다 특별한 설명을 개진할 수 있을 것이다. 그러나, 첨부된 도면들은 본원 발명의 통상적인 실시예들 만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 이는 본원 발명은 다른 균등한 효과의 실시예들도 포함할 수 있기 때문임을 주지하여야 한다.
도 1a-c는 특정 실시예들을 실시하기에 적합한 예시적인 처리 장치의 간략화된 개략적 다이어그램들을 도시한다.
도 2는 특정 IR 광 파장에서 실리콘 기판 투과율(transmissivity) 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3은 특정 IR 광 파장들에서 실리콘 기판 투과율 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 4는 선형 측정들 및 로그 측정들에 대하여 특정 IR 광 파장에서 광 세기 및 기판 투과율 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5a는 본 발명을 실시하도록 구성된 예시적인 처리 장치의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 5b-c는 도 5a의 처리 장치에 배치된 기판 지지체 어셈블리의 상이한 실시예들의 평면도들을 도시한다.
도 6은 본 발명을 실시하기 위해 도 5a의 장치들 중 적어도 하나가 통합된 예시적인 처리 시스템의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 7은 도 5a의 장치들 중 적어도 하나가 내부에 통합된 예시적인 처리 시스템의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 8은 종래 기술의 방법에 대한 공정 단계들을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9는 광 세기 또는 투과비 대 웨이퍼 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 10은 가열 동안의 레이저 및 램프 신호들을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 11은 20 ㎐ 샘플링에 대한 샘플들의 수 및 가열 레이트에 의한 온도 분해능을 나타내는 테이블을 제공한다.
일 실시예의 엘리먼트들 및 피처들(features)은 추가 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다. 그러나, 도면들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한 것이고, 따라서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이며, 이는 본 발명이 다른 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이라는 것을 주지하여야 한다.
도 1a-c는 특정 실시예들을 실시하기에 적합한 예시적인 처리 장치의 간략화된 개략적 다이어그램들을 도시한다.
도 2는 특정 IR 광 파장에서 실리콘 기판 투과율(transmissivity) 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3은 특정 IR 광 파장들에서 실리콘 기판 투과율 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 4는 선형 측정들 및 로그 측정들에 대하여 특정 IR 광 파장에서 광 세기 및 기판 투과율 대 기판 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5a는 본 발명을 실시하도록 구성된 예시적인 처리 장치의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 5b-c는 도 5a의 처리 장치에 배치된 기판 지지체 어셈블리의 상이한 실시예들의 평면도들을 도시한다.
도 6은 본 발명을 실시하기 위해 도 5a의 장치들 중 적어도 하나가 통합된 예시적인 처리 시스템의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 7은 도 5a의 장치들 중 적어도 하나가 내부에 통합된 예시적인 처리 시스템의 개략적 다이어그램을 도시한다.
도 8은 종래 기술의 방법에 대한 공정 단계들을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9는 광 세기 또는 투과비 대 웨이퍼 온도를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 10은 가열 동안의 레이저 및 램프 신호들을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 11은 20 ㎐ 샘플링에 대한 샘플들의 수 및 가열 레이트에 의한 온도 분해능을 나타내는 테이블을 제공한다.
일 실시예의 엘리먼트들 및 피처들(features)은 추가 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다. 그러나, 도면들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한 것이고, 따라서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이며, 이는 본 발명이 다른 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이라는 것을 주지하여야 한다.
본 명세서에서 설명된 실시예들은 에칭에 사용될 수 있는 바와 같은 가열 또는 냉각 공정들 동안 기판 온도를 측정하기 위한 방법들 및 장치들을 제공한다. 다른 예시적인 공정들은 특히, 에칭, 증착(deposition), 어닐링, 플라즈마 표면 처리 및 이온 주입과 같은 플라즈마 공정들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판 온도는 기판을 통한 에너지의 투과도를 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 추가 실시예에서, 레이저 방출 적외선(IR) 광과 같은 에너지 소스는 투과 측정으로부터 다른 에너지 소스들을 감산하게 할 수 있도록 공정 동안 턴-온 및 턴-오프될 수 있다. 적외선 투과에 의한 기판 온도 측정에 관한 다양한 세부사항들은 미국 특허번호 제7,946,759호 및 미국 특허 출원번호 제12/144,157호에서 알 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 완전히 설명된 것과 같이 인용에 의해 포함된다.
도 1a-1c는 본 발명을 실시하기에 적합한 처리 장치의 간략화된 개략적 다이어그램을 도시한다. 장치(100)는 진공하에서 동작한다. 장치(100)는 열 에너지를 장치(100) 내에 배치된 기판(102)으로 제공하도록 적응된 열 소스(108)를 포함한다. 일 실시예에서, 열 소스(108)는 기판(102) 근처에서 생성되는 플라즈마로부터 제공된다. 다른 실시예에서, 열 소스(108)는 대안적으로, 가열된 기판 홀더, 가열된 지지체 페디스털, 저항성 히터, 또는 기판의 온도를 상승시키기 위해 적합한 다른 열 소스에 의해 제공될 수 있다.
도 1a에 도시된 실시예에서, 신호 생성기(104) 및 센서(106)는 기판(102)의 상부측 위에 배치된다. 신호 생성기(104)는 기판(102) 위에 배치되고 기판(102)을 통하여 투과되는 신호(110)를 생성한다. 신호 생성기(104)는 기판(102)을 통해 투과될 수 있는 적어도 하나의 파장을 갖는 에너지를 제공하는 에너지 소스일 수 있고, 레이저들 또는 광대역 광 소스들을 포함할 수 있다. 신호(110)가 기판(102)에 부딪칠 때, 신호(110)의 제 1 부분(112)은 기판의 상부면으로부터 직접 반사된다. 신호(110)의 제 2 부분은 기판(102)을 통해 투과되고, 기판(102)에 의해 부분적으로 흡수될 수 있다. 기판(102)을 통하여 투과된 신호(110)의 제 2 부분은, 센서(106)에 의해 검출될 수 있는 신호(110)의 센서 부분(114)을 제공하기 위해 기판(102)의 바닥으로부터 반사될 수 있다. 센서(106)는 기판(102)의 바닥에서 반사된 신호(110)의 센서 부분(114)을 수신하기 위해 이용된다. 필터(미도시)는, 기판(102)을 통과하지 않고 센서(106)로 반사되는 신호(110)의 제 1 부분(112)을 차단(screen)하기 위해 사용될 수 있다.
제어기(120)는 수신된 신호를 분석하기 위해 센서(106)와 연결된다. 제어기(120)는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(138), 메모리(140), 및 지원 회로(142)를 포함한다. CPU(138)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 지원 회로(142)는 통상적으로 CPU(138)에 결합되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전원 공급기들 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 루틴들은, CPU(138)에 의해 실행될 때, CPU(138)를 특수 목적 컴퓨터(제어기)로 전환한다. 소프트웨어 루틴들은 또한 장치(100)로부터 원격으로 위치된 제 2 제어기(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 1a의 구성들과 유사하게, 도 1b는 신호 생성기(104) 및 센서(106)가 기판(102)의 바닥 측의 아래에 배치된 다른 실시예를 도시한다.
도 1c는 신호 생성기(104) 및 센서(106)가 기판(102)의 대향 측들 상에 배치된 또 다른 실시예를 도시한다. 신호 생성기(104)는 기판(102)의 위에 배치되고 신호(110)를 생성한다. 센서(106)는, 기판(102)을 통과하고 반사 또는 흡수되지 않은 신호(110)의 센서 부분(114)을 수신하기 위해 신호 생성기(104)의 반대 위치에 배치된다. 2차 반사 신호(122)의 부분(124)이 기판(102)의 상부측으로 기판(102)을 통하여 통과하도록, 2차 반사 신호(122)가 센서(106)로부터 반사될 수 있고 기판(102)을 통하여 투과될 수 있다. 따라서, 신호 생성기(104)와 센서(106)의 하나 또는 둘 이상의 세트들은 공정 동안 임의의 방향들로 발생되는 신호 부분들을 생성 및 수신하기 위해 기판(102)의 상이한 측들에 배치되도록 이용될 수 있다.
상이한 기판 재료들은 상이한 온도들 및 상이한 파장들에서 광의 상이한 투과도를 초래할 수 있다. 열 소스(108)가 열 에너지를 기판 표면에 제공함에 따라, 기판 온도는 변화한다. 신호(110)의 센서 부분(114)이 기판(102)을 통하여 투과되는 한편, 다른 부분은 흡수된다. 기판(102)을 통하여 투과되는 신호의 양은 기판(102)의 온도에 의존한다. 따라서, 기판(102)이 가열됨에 따라, 기판(102)을 통하여 센서(106)로 투과되는 신호(110)의 센서 부분(114)에서 변화들이 발생된다. 센서(106)는 기판(102)의 온도를 나타내는 신호(110)의 센서 부분(114)에서의 변화들을 검출한다. 기판 온도는 신호(110)의 센서 부분(114)의 검출의 변화에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 신호 생성기(104)는 상이한 파장들을 갖는 광 생성기일 수 있다. 예를 들면, 신호 생성기(104)는 희망하는 범위에 또는 희망하는 값에 중심을 둔 협대역 파장을 갖는 레이저 빔을 제공할 수 있다. 상기 범위는 약 1000 ㎚ 내지 약 1500 ㎚에서 선택될 수 있다. 추가 실시예들에서, 대략 1080 ㎚, 1200 ㎚, 또는 1310 ㎚의 파장을 갖는 레이저가 사용될 수 있다.
도 2는, 약 1200 ㎚의 파장에서 측정된, 기판 온도 상승에 따른 기판 광 투과율을 도시한다. 자취(trace)(202)는 약 섭씨 60도 내지 약 섭씨 300도의 온도들에 따른 실리콘 반도체 재료의 투과율을 도시한다. 기판이 섭씨 60도 미만의 온도에 있을 때, 제 1 온도 구역(204)에서 도시된 바와 같이, 기판 광 투과율은 일정하게 유지되고, 후속 데이터 점들에서의 측정되는 것에 대한 기준선(base line)으로서 정규화된다. 기판 온도가, 예를 들면, 섭씨 120도보다 큰 특정 값을 초과하여 상승할 때, 기판 투과율에서 변화가 발생한다. 따라서, 자취(202)의 기울기(206)가 변화한다. 기판 온도가 상승함에 따라, 기판은 그의 투명도를 상실한다. 따라서, 측정된 에너지 세기에 기초하여, 기판 온도가 결정될 수 있다.
다양한 공정들에서, 실리콘 웨이퍼의 급속 가열이 요구되고, 온도 판독들을 입수하기 곤란할 수 있다. 예를 들면, 일부 에칭 공정들에서, 실리콘 웨이퍼는 약 5~30초의 시간 기간 동안 대략 300 ℃로 가열될 필요가 있을 수 있다. 이러한 급속 가열은 부수적인(incident) 오존의 급속 분해(decomposition)를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 램프들은 열을 제공하기 위해 종종 사용되고, 램프들에 공급되는 전력은 제공되는 가열의 양을 결정할 수 있다. 전력 레벨은 가열 레이트를 변화시키기 위해 공정 동안 변경될 수 있다. 따라서, 급속 가열을 위해, 램프 단계(ramp step)를 이용하여 고전력 레벨을 램프들에 제공하는 것과 같이 웨이퍼의 온도를 급속하게 상승시킬 수 있을 것이다. 특정 온도에 도달한 경우, 전력 레벨은 낮춰지거나 심지어 턴-오프될 수 있다. 이러한 가열 공정 동안, 웨이퍼를 통하여 투과되는 램프들로부터의 광은, 상술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 온도를 결정하기 위해 측정될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 단지 램프 단계 동안만 온도들을 결정할 수 있고, 온도 범위가 제한되며, 상기 방법은 특정 웨이퍼들의 불투명도(opacity)로 제한된다. 게다가, 광대역 광을 검출을 위한 희망 파장으로 필터링하는데 사용하기 위해 (1200 ㎚와 같은) 희망 파장에서 이용할 수 있는 광이 제한될 수 있다. 특정 레시피 중에 램프 전력이 변화하는 경우, 초기 대역 에지 투과를 참조할 수 있는 능력은 상실되고 온도는 결정되지 못한다.(실리콘 웨이퍼를 통하여 투과되는 IR 방사의 양이 온도에 따라 달라지기 때문에, 특정 파장들은 특정 온도들에서 흡수되거나 투과된다. 투과되는 최저 파장은 온도들에 따라 변화한다.)
예시적인 종래 기술의 공정이 도 8에 도시된다. 자취(810) 및 자취(820)는 가열 램프들을 위한 제 1 및 제 2 전력 드라이버들 각각을 도시한다. 전력은 좌측 스케일(scale) 상에서 와트 단위로 측정된다. 자취(830)는 실제 신호 판독(볼트 단위, 미도시)의 모양을 도시한다. 자취(840)는 자취(830)에 의해 도시된 신호 판독에 기초하여 계산된 온도(좌측 스케일 상의 ℃ 단위)를 도시한다. 자취들은 바닥 스케일 상에서의 밀리초의 시간에 따라 도시된다. 도시된 바와 같이, 램프들은 처음에 수 초 동안 전력 공급이 빠르게 상승되고, 그 다음 전력이 낮아진다. 10 초 마크(mark)에서, 자취(810)에 의해 도시된 제 1 전력 드라이버는 꺼지고, 자취(820)에 의해 도시된 제 2 전력 드라이버는 제 2 전력 드라이버가 또한 30초 마크에서 꺼질 때까지 낮아진다. 도시된 바와 같이, 최초 수 초에 걸친 초기 램핑-업 단계 동안 온도 계산에 대한 불확실성이 있다. 그 다음, 온도 프로파일은 120 ℃ 초과의 값들에서 자취(840)를 이용하여 결정되지만, 약 360 ℃ 부근 또는 그 초과에서의 온도 추정의 주변(around)에서, 자취(830)에 의해 도시된 신호 판독이 0에서 평탄해지게 되는 10 초 마크까지만 자취(840)를 이용하여 결정된다.
다른 방식으로 말하자면, 온도를 결정하기 위해 필요한 투과비는 자취(830)에 의해 도시된 신호 판독이 아래로 기울어지고 있는 시간의 부분에 대해서만 결정될 수 있다. 또한, 온도는 후속 냉각 단계들 동안 측정될 수 없다.
(레이저 다이오드와 같은) 독립 소스의 사용에 의해서, 레이저 출력이 온도 계산을 위해 사용되는 한편, 처리 중에 램프 전력이 변화될 수 있게 된다. 신호 생성기(104)가 사용되는 경우, 램프들은 신호 생성기(104)와 동일한 파장 범위에서 방사선을 방출할 수 있다. 이러한 방사선은 공정 전반에 걸쳐 웨이퍼의 온도를 결정하는데 있어서 고려되어야만 하는 배경 "잡음"을 생성한다. 이러한 배경 방사선은 온도 측정들에 제한들을 부과할 수 있다.
온도를 결정하는 개선된 방법은 레이저를 펄스화함으로써 제공될 수 있다. 레이저와 램프 출력의 조합은 광검출기에 의해 수집될 수 있고, 레이저가 오프되는 경우에 수집된 값들과 비교될 수 있다. 레이저 신호가 배경 잡음(램프들)으로부터 격리될 수 있도록, 레이저가 오프인 경우의 값들이 레이저가 온인 경우의 값들로부터 감산될 수 있다. 감소하는 레이저 신호는 신호비(signal ratio)를 온도에 상관시키는 파장-특정 룩-업 테이블과 비교될 수 있고, 그에 따라 램프 전력과 무관하게 웨이퍼 온도의 결정을 할 수 있다.(온도 상관들은 또한 수학 공식들을 통하여 또는 데이터베이스를 갖는 컴퓨터 프로그래밍을 통하여 적용될 수 있다.) 이에 의해, 레시피의 모든 단계들에 걸쳐 온도를 알 수 있게 된다. 그렇지 않으면, 열전대 웨이퍼를 이용하여 홀드 단계들에서의 전력을 결정할 필요가 있을 수 있고, 사용자는 이러한 온도가 각 웨이퍼 작업 동안 유지되는 것으로 믿어야 한다. 그러나, 레이저의 펄스화에 의해 공정 조정(tuning)이 개선될 수 있고, 그리고 레시피 중에 온도 이슈들(issues)이 보다 용이하게 검출된다. 또한, 냉각 중에 온도를 알 수 있고, 냉각 시간 및 처리량을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 더 높은 전체 신호는 측정 가능한 온도 범위의 확장을 가능하게 한다.
3개의 파장들이 저농도(lightly) 도핑된 실리콘 및 고농도(heavily) 도핑된 실리콘에 대해 조사되었다: 1080 ㎚, 1200 ㎚, 및 1300 ㎚. 다양한 실시예들의 견실함(robustness)을 입증하기 위해서 6 자리 수를 넘는 도핑 범위들이 테스트되었다. 도 3은 투과 변화 대 온도를 도시한다. 투과 변화는 좌측 스케일 상의 정규화된 투과비에 의해 도시된다. 온도는 바닥 스케일 상에 도시된다. 자취(310)는 1080 ㎚의 파장을 도시하고, 자취(320)는 1200 ㎚의 파장을 도시하며, 자취(330)는 1310 ㎚의 파장을 도시한다. 다른 파장들이 또한 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 3은 1200 ㎚ 파장이 약 120 ℃ 내지 350 ℃의 범위에 걸쳐 최상의 온도 민감도를 나타냄을 도시한다. 그러나, 1200 ㎚ 파장은 또한 램프들로부터의 최대의 배경 잡음을 나타낸다. 따라서, 레이저 펄스화 방법이 사용되지 않는 한, 1200 ㎚ 파장은 사용하기 더 곤란하다. 1080 ㎚ 신호는 더 낮은 배경 잡음을 갖지만, 그 대역 에지는 더 낮은 온도에 있고, 이는 변동될 수 있는 인입 웨이퍼들의 온도 결정을 더 곤란하게 한다. 자취(310)에 의해 도시된 바와 같이, 1080 ㎚ 신호는 200 ℃ 부근에서 거의 0 값으로 떨어지고, 따라서, 해당 범위를 넘는 온도들에 대한 선형 스케일에 적합하지 않을 수 있다. 도 3은 1310 ㎚ 소스가 120 ℃ 내지 350 ℃ 범위에 걸쳐 상대적으로 둔감하지만, 300 ℃를 넘는 온도들에서 투과비가 감소되는 것을 나타냄을 도시한다.
도 9는 섭씨 온도에 따른, 정규화된 투과비 또는 볼트 단위의 신호 측정을 나타내는 그래프에서 광 세기 대 웨이퍼 온도를 도시한다. 도 9는 1200 ㎚ 파장이 희망 온도 범위의 많은 부분(much)에 걸쳐 선형 기울기를 나타냄을 도시한다. 본 발명자들은, 또한, 1200 ㎚ 레이저(~200㎽)의 경우에, 볼트 단위의 검출기 측정 신호 강도가, 온도에 대하여 플롯된(plotted) 경우, 매우 선형에 근접한 결과들을 산출하였고, 따라서, 이러한 파장에 대한 온도 결정들을 매우 단순화한다는 것을 발견했다. 이들 결과들은 1200 ㎚ 데이터 점 자취(920)를 통과하는 선(910)에 의해 도 9에 도시된다. 1080 ㎚ 레이저에 대한 결과들은 투과비에 대한 제 1의 1080 ㎚ 데이터 점 자취(940) 및 볼트 단위의 검출된 신호에 대한 제 2의 1080 ㎚ 데이터 점 자취(950)에 의해 도시된다. 선(930)은 1080 ㎚ 데이터 점들이 1200 ㎚ 데이터 점들만큼 선형이지 않음을 도시한다. 그러나, 온도들은, 수학 공식들 또는 데이터 테이블들 또는 다른 방법들에 의해서든 간에, 여전히 1080 ㎚ 파장들에 대해 투과비 또는 신호 검출들에 대해서 상관될 수 있다.
1080 ㎚ 레이저는 로그(logarithmic) 광검출기를 사용하여 추가로 조사되었다. 결과들은 도 4에 도시되는데, 이는 바닥 스케일 상의 섭씨 온도에 따라 좌측 스케일 상에 광 세기(볼트 단위로 검출됨)를 도시한다. 정규화된 투과비는 특정 데이터 세트들에 대하여 우측 스케일에 도시된다. 로그 검출기가 사용되었는데, 이는 1080 ㎚에서 투과와 온도의 가파른 관계에 기인한다. 웨이퍼 투과 대 웨이퍼 온도의 데이터는 테스트 스탠드 상에서 1080 ㎚에 대해 수집되었다. 응답은 검출기 상의 설정들의 조정에 의해 강하게 영향을 받았고, 그러한 조정은 신호 레벨, 전체 범위, 및 대역폭을 제어했다. 조정들은 검출기에 대해 이루어졌지만, 1200 ㎚ 레이저(~200㎽)에 대해 요구된 것보다 더 복잡했다. 도 4에서, 자취(410)는 선형 스케일 상에서 신호 강도(볼트)를 도시한다. 자취(420)는 선형 스케일 상에서 정규화된 투과비를 도시한다. 자취(430)는 로그 스케일 상에서 정규화된 투과비를 도시하고, 자취(440)는 로그 스케일 상에서 신호 강도(볼트)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 로그 스케일은 희망 온도 범위에 대하여 더 넓은 범위의 값들을 제공하는데, 이는 온도 결정에 바람직하다.
게다가, 1080 ㎚ 파장은 일부 경우들에 또는 특정 이유들에 대해 바람직할 수 있다. 예를 들면, 램프들은 1080 ㎚ 범위에서 1200 ㎚ 범위에서만큼 많은 배경 신호를 생성하지 않는다. 게다가, 자취(310)에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 1080 ㎚ 파장은 1200 ㎚ 파장보다 더 낮은 온도에서 전이점을 갖고, 따라서, 1200 ㎚ 파장의 대략의 전이점인 120 ℃보다 더 낮은 온도들을 조사하는데 유용할 수 있다. 또한, 도 3은 자취(310)가 150 ℃보다 낮은 온도들에 대하여 비교적 선형 기울기를 가짐을 나타내는데, 이는 그 범위에서 온도 상관들을 더 용이하게 형성할 수 있다.
1200 ㎚ 레이저에서, 실리콘 웨이퍼는 적절한 전력의 램프들을 이용하여 상온에서부터 약 120 ℃까지 일정하게 투과될 것으로 예상될 수 있다. 그 보다 높은 온도에서, 기존 투과 상관이 사용될 수 있다. 비율들은, 120 ℃에서의 피크값 대 현재 온도와 상관하는 현재 값에 대해 계산될 수 있다. 공정에서, 웨이퍼들은 약 40~60 ℃ 온도들의 에칭 단계로부터 제공될 수 있다. 웨이퍼들이 주어진 램프 전력에서 120 ℃로 가열되는 경우, 투과는 일정하다. 120 ℃에서 377 ℃까지, 투과는 떨어지고, 1200 ㎚ 레이저는 상술한 바와 같이 온도 측정들을 행하기 위해 펄스화될 수 있다. 1200 ㎚ 파장은 이러한 온도 범위에서 파장들을 커버(cover)하는데 충분하다. 사용되고 있는 파장에 대해서 웨이퍼들이 전이점 아래에서 제공되도록 보장하기 위해서 웨이퍼들 또는 공정 단계들이 또한 모니터링될 수 있다.
게다가, 1080 ㎚ 레이저는 또한 120 ℃ 아래에서 온도 측정들을 행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 상이한 파장들의 레이저들(또는 광 소스들)은 조합될 수 있다. 게다가, (1310 ㎚과 같은) 더 높은 파장을 갖는 레이저(또는 광 소스)는 온도 검출의 범위를 377 ℃ 초과로 확장시키기 위해 사용될 수 있다. 필터링 디바이스들 또는 기술들은 또한 희망 파장을 검출기로 단지 송신하기 위해 사용될 수 있다.
가열 단계 동안, 아르곤과 같은 불활성 가스가 챔버 안으로 유동될 수 있다. 11% 농도에서 약 14,500 sccm의 고정된 유량이 200 Torr의 압력에서 사용될 수 있다. 본원 명세서에서 설명된 방법들 및 장치들은 또한, 가열 단계들이 완료된 후, 냉각 중에 온도를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼는 냉각 스테이션으로 이동될 수 있다. 기판 지지체(즉, 페디스털)는 또한 수냉될 수 있다. 그리고, 대기(atmosphere)가 배기(vent)되거나 그렇지 않으면 제어되어 냉각을 용이하게 할 수 있다. 냉각 동안 웨이퍼의 온도를 아는 것은 냉각이 최적화될 수 있게 하고, 그 결과, 웨이퍼가 희망 레벨로 냉각되는 시점을 인지함으로써 공정들이 가속될 수 있다. 이런 식으로, 냉각 단계가 완료되는 것이 즉시 결정될 수 있다. 제어 루프들은 또한 냉각 동안 설정될 수 있다. 그리고, 페디스털 내에서 물을 순환시키거나 또는 대기를 순환시키거나 배기하는 것과 같은 액티브 냉각 단계들이 중지될 수 있다.
도 10은 가열 공정 동안 펄스화된 레이저의 턴-온 및 턴-오프의 영향들을 도시한다. 이는 온 또는 오프 중 하나인 구형파들(1010)의 블록으로서 도시된다. 도 10에서, 펄스화된 레이저에 의해 야기된 구형파들(1010)에 의해 포함되는 영역은 선(1010a)에 의해 상부측이 제한되고, 선(1010b)에 의해 하부측이 제한된다. 검출기로 향하는 램프 광 신호들(1020)은 이러한 예에서 상대적으로 일정하다.(이는 도 10에서 램프 광 신호들(1020)에 대해 그려진 직선으로 표현된다.) 작동 중의 전체 광학 입력은 전체 광학 입력 영역(1030)으로 표현되는데, 이는 램프 광 신호(1020)와 펄스화된 레이저의 구형파들(1010)의 합이다. 도 10에서, 전체 광학 입력 영역(1030)은 참조선(1030a)에 의해 상부측이 제한되고, 참조선(1030b)에 의해 하부측이 제한되는데, 이는 단지 이해를 돕기 위해 그려진 것이다. 격리된 레이저 광학 입력(1040)은 참조선(1040a)에 의해 상부측이 제한되고, 참조선(1040b)에 의해 하부측이 제한되는 영역에 의해 표현된다. 격리된 레이저 광학 입력(1040)은, 가열 공정 동안 투과가 감소되고 있기 때문에, 강하되고 있다. 신호의 (~1V에서 5+V까지의) 증가는 상부 온도 측정 한계를 320 ℃부터 약 370 ℃로 개선할 수 있고, 보다 불투명한 웨이퍼들에 대한 종료점 검출 능력을 확대한다. 이는 웨이퍼들 및 챔버들 사이의 공정 반복성을 개선한다. 온도 분해능은 램프 레이트 및 샘플링 레이트에 의해 결정될 수 있다.
계산들은 이용가능한 샘플링 레이트가 분해능 및 잡음 필터링을 제한할 것임을 보여준다. 공정 테스팅은 전력 레벨, 펄스화 레이트(pulsing rate), 및 샘플링 레이트 요건들을 결정할 것이다. 도 11은 다양한 가열 레이트들에 대하여 분해능 및 샘플링 레이트가 어떻게 결정될 수 있는지를 도시한다. 도 11에서, 레이저는 20 ㎐에서 동작된다. 레이저는 25 밀리초 동안 온되고 25 밀리초 동안 오프되도록(50 ㎳의 주기 경우) 구형파로 펄스화된다. 20 ㎐의 세팅은 이용가능한 하드웨어의 한계에 의해 결정되었다. 그러나, 도 11은 또한 희망 온도 분해능을 위해서 레이저를 얼마나 빠르게 펄스화해야 하는지를 어떻게 결정할 수 있는지를 나타낸다. 따라서, 다른 펄스 길이들을 생성하기 위해 다른 세팅들이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 초 단위의 시간은 각 컬럼에서 "분해능"이라는 용어 다음에 병기된다. 따라서, 첫번째 "분해능(5)" 컬럼은, 가열 레이트가 20 ℃에서 320 ℃로 온도를 상승시키기 위해 5초에 걸쳐 제공되었음을 나타낸다. 샘플들의 컬럼은 각 측정을 획득한 점들의 수를 나타낸다. 분해능은 샘플들의 수에 의해 제공된 온도 분해능을 나타낸다. 5초 가열 레이트에서의 하나의 샘플은 2.95 ℃의 온도 분해능을 제공하는데, 이는 온도 판독에서의 오차 범위를 나타낼 수 있다.(백 개의 샘플들이 단일 온도 판독을 수집하기 위해 취해졌다면, 분해능은 295 ℃일 것이며, 이는 100 개의 샘플들로 결정하기에 온도가 너무 빠르게 변화하고 있음을 나타낸다.) 가열 레이트는 사용되고 있는 공정에 의해 사전 결정될 수 있다. 균일성이 우수한 한도 내에서, 공정들이 가능한 빠르게 작업되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 도 11은 이용가능한 하드웨어 및 공정들에 의해 획득될 수 있는 분해능을 도시한다. 도시된 바와 같이, 더 큰 분해능은 더 짧은 가열 레이트들보다 더 긴 가열 레이트들에 대해 제공된다.
상술한 실시예들은 또한 다양한 조합들로 사용될 수 있다. 예를 들면, 레이저들 및/또는 검출기들은 측정 범위를 확장하거나 다른 장점들을 제공하기 위해 상이한 파장들에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 높은 파장들은 더 높은 온도들의 범위들에 대하여 사용될 수 있고, 그리고/또는 더 낮은 파장들은 더 낮은 온도들의 범위들에 대하여 사용될 수 있다. 게다가, 로그 스케일 검출기 또는 로그 스케일을 사용하는 방법들 또는 디바이스들은 선형 방법들 또는 디바이스들과 조합될 수 있다. 추가적인 레이저들 및/또는 검출기들은 또한 웨이퍼 상의 다수의 위치들에서 온도를 측정할 수 있다. 이러한 방식으로, 균일성이 입증되거나 체크될 수 있다. 게다가, 본원 명세서에서 제공되는 개선된 온도 측정 방법들은 램프 전력 및/또는 타이밍을 보다 정밀하게 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어 루프는 램프 전력 제어를 제공하도록 셋업될 수 있고, 제어 루프는 폐쇄 루프 시스템일 수 있다. 게다가, 다수의 램프들이 사용될 수 있는데, 여기서, 상이한 제어 프로토콜들이 상이한 램프들 또는 상이한 램프들의 세트들에 적용된다. 따라서, 일부 램프들은 다른 것들보다 더 높은 전력에서 제어될 수 있고, 그리고/또는 일부 램프들은 다른 것들보다 더 빠르게 턴-오프될 수 있거나 또는 그 램프들의 전력을 낮아지게 할 수 있다. 컴퓨터 프로그램들 및/또는 하드웨어는 또한, 측정들로부터 배경 잡음을 감산하기 위해, 그리고 온도 결정들을 행하기 위해 사용될 수 있다.
도 5a는 도 1a-c의 기판(102)과 같은 기판 상에서 에칭 또는 다른 플라즈마 공정을 수행하기 위해 이용될 수 있는 공정 챔버(500)의 일 실시예를 도시한다. 공정 챔버(500)는 본 발명을 실시하기 위해 예시적으로 사용될 수 있는 챔버 리드(532) 및 기판 지지체 어셈블리(502)(기판을 지지하기 위한 페디스털 어셈블리일 수 있음)의 일 실시예를 포함한다. 본원 명세서에서 제시된 공정 챔버(500)의 특별한 실시예는 예시적인 목적들을 위해 제공된 것이고, 본 발명의 범위를 제한하도록 사용되지 않아야 한다. 일 실시예에서, 공정 챔버는 어플라이드 머티어리얼스 사(Applied Materials, Inc.)로부터 입수할 수 있는 HARTTM 챔버일 수 있다. 대안적으로, 다른 제조사들로부터의 챔버들을 포함하는 다른 공정 챔버들이 본 발명으로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있다.
공정 챔버(500)는 일반적으로 공정 챔버 바디(550), 가스 패널(574) 및 제어기(580)를 포함한다. 공정 챔버 바디(550)는 공정 용적(536)을 둘러싸는, 전도성 바디(벽)(530) 및 챔버 리드(532)를 포함한다. 공정 가스들은 가스 패널(574)로부터 공정 챔버(500)의 공정 용적(536)으로 제공된다.
제어기(580)는 중앙 처리 유닛(CPU)(584), 메모리(582), 및 지원 회로들(586)을 포함한다. 제어기(580)는 공정 챔버(500)의 구성요소들에 결합되어 공정 챔버(500)의 구성요소들 및 공정 챔버(500)에서 수행되는 공정들을 제어할 뿐만 아니라, 집적 회로 팹(fab)의 데이터베이스들과의 선택적인 데이터 교환을 용이하게 할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 신호 생성기(508)가 공정 챔버에 대하여 위치되고, 기판 온도 측정을 위한 신호가 기판 지지체 어셈블리(502) 상에 지지되는 기판의 적어도 일부에 충돌할 것이다. 적어도 하나의 센서(510)는 신호 생성기(508)로부터 생성되고 기판을 통하여 투과된 신호의 일부를 수신하도록 위치된다. 특정 실시예에서, 제 2 신호 소스(512) 및 제 2 센서(514)의 하나 또는 둘 이상의 쌍들을 이용하여 기판의 상이한 영역들에서 기판 온도를 검출할 수 있다. 신호 생성기들 및 센서들의 구성 및 배열은 도 1a-c에 대하여 상술한 신호 생성기(104) 및 센서(106)의 구성들과 유사할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 생성기(508)는 약 1050 ㎚ 내지 약 1300 ㎚, 예를 들면, 약 1100 ㎚ 내지 약 1200 ㎚와 같은 약 1000 ㎚ 내지 약 1400 ㎚의 파장을 갖는 적외선을 제공할 수 있는 레이저 또는 다른 광 소스이다. 측정이 이루어지는 온도의 범위에서, 예를 들면, 에칭 공정 동안의 기판의 온도에서 처리되는 재료들 및/또는 막들을 통한 투과도에서의 큰 변화가 발생되도록, 신호 생성기(508)의 파장이 선택된다.
일 실시예에서, 센서(510)는 InGaAs 다이오드 센서이다. 센서(510)는 기판(102)을 통과하여 수집된 에너지를 검출한다. 필터(미도시)는, 수집된 신호를 필터링하고 그리고 희망 파장 내의 IR 광만이 센서(510)에 도달하게 하도록, 센서(510) 근처에 배치될 수 있다. 센서(510)는 센서(510)에 도달하는 광 에너지를 나타내는 메트릭을 제공하고, 이는 그 다음에 기판(102)의 온도를 계산하기 위해 제어기(580)에 의해 추가로 분석된다.
도시된 실시예에서, 챔버 리드(532)는 실질적으로 평탄한 유전체 부재이다. 공정 챔버(500)의 다른 실시예들은 다른 유형들의 천장들, 예를 들면, 돔-형상 천장을 가질 수 있다. 챔버 리드(532)의 위에는 하나 또는 둘 이상의 유도성 코일 엘리먼트들(두 개의 동축 코일 엘리먼트들(572A 및 572B)이 예시적으로 도시됨)을 포함하는 안테나(572)가 배치된다. 안테나(572)는 제 1 정합 네트워크(570)를 통하여 무선 주파수(RF) 플라즈마 전원(568)에 결합된다.
일 실시예에서, 챔버 리드(532)는 내부에 형성된 복수의 윈도우 플러그들(520)을 가질 수 있다. 윈도우 플러그들(520)은 윈도우 플러그들(520)의 용이한 교체를 촉진하기 위해 제거가능할 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우 플러그들(520)은 신호 생성기(508)로부터의 광이 윈도우들을 통하여 센서(510)로 통과하게 하는 광학 액세스 윈도우들이다. 신호 생성기(508) 및 센서(510)의 구성들, 배열 및 기능들은 도 1a-c에 대하여 상술한 신호 생성기(104) 및 센서(106)와 유사함에 유의한다.
일 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리(502)는 베이스 플레이트(506) 상에 배치된 정전 척(504)을 포함한다. 기판 지지체 어셈블리(502)를 구성하기 위해 필요한 다른 기판 지지체 어셈블리 구성요소들 및 부분들의 관련된 설명은 간결성을 위해 본 명세서에서 생략된다. 본 명세서에서 사용된 기판 지지체 어셈블리(502)의 일 실시예는 공개된 Holland의 미국 특허 출원 제2006/0076108호를 참조할 수 있으며, 이는 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
일 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리(502)는 적어도 하나의 선택적으로 매립된 히터(522), 또는 가열 또는 냉각 액체를 기판 지지체 어셈블리(502)로 공급하는 것을 용이하게 하는 복수의 선택적인 도관들(미도시)을 더 포함한다. 히터(522) 및 도관들은 기판 지지체 어셈블리(502)의 온도를 제어하기 위해 이용되며, 이로써 에칭 처리 동안 그 위에 배치된 기판(102)의 온도를 제어한다.
일 실시예에서, 복수의 윈도우 플러그들(524)은 신호 생성기(508)로부터의 신호들의 투과를 용이하게 하기 위해 정전 척(504)의 바디 내에 형성된다. 베이스 플레이트(506)는, 정전 척(504)에 형성된 윈도우 플러그들(524)과 정렬되고 내부에 형성되는 복수의 개구들 및/또는 윈도우 플러그들(526)을 또한 가질 수 있다. 베이스 플레이트(506) 및 정전 척(504) 각각 내의, 윈도우 플러그들(526) 및 윈도우 플러그들(524)의 정렬된 세트들은 신호 생성기(508)로부터의 신호(528)가 최소 굴절로 그 세트들을 통과할 수 있게 한다. 도 5a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 센서 및 신호 소스가 기판(102)의 대향 측에 있는 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리(502)에 형성된 윈도우 플러그들(526) 및 윈도우 플러그들(524)의 정렬된 세트들은 챔버 리드(532)에 형성된 윈도우 플러그들(520)과 추가로 정렬되어 상기 챔버 리드(532) 위에 배치된 센서(510)로의 그 윈도우 플러그들(520)을 통한 광 투과를 용이하게 한다. 게다가, 윈도우 플러그들(526) 및 윈도우 플러그들(524)의 정렬된 세트들은 또한 챔버 리드(532) 위에 배치된 제 2 신호 소스(512)로부터의 신호들이 그 세트들을 통하여 기판 지지체 어셈블리(502) 아래에 배치된 제 2 센서(514)로 통과하는 것을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리(502) 및 챔버 리드(532)에 형성된 윈도우 플러그들(524, 526, 520)의 수 및 분포는 전체 기판 표면에 걸쳐, 예를 들면, 적어도 에지 및 중앙 위치들에서 온도의 균일성을 검출할 수 있도록 하는 방식으로 구성된다. 윈도우 플러그들(524, 526, 520)의 상이한 구성들 및 분포는 기판 표면에 걸친 상이한 영역들 및 구역들에 위치된 각각의 핀포인트(pinpoint) 온도의 검출을 위해 신호들이 기판의 상이한 영역들 및 구역들로 투과되는 것을 용이하게 한다. 일단 각각의 핀포인트 기판 온도가 결정되면, 기판(102)의 온도 균일성 및 온도 프로파일이 획득될 수 있다. 따라서, 기판 지지체 어셈블리(502)의 온도를 제어하기 위해 공급되는 가열 또는 냉각 유체는 전체 기판 온도 균일성을 제어 및 유지하기 위해 측정된 온도 프로파일에 따라 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 윈도우 플러그들(524, 526, 520)은 석영, 사파이어, 및 감지 신호에 대해 투과성 있고 기판 지지체 어셈블리(502) 및 챔버 리드(532)를 제조하기 위해 선택되는 재료들과 양립될 수 있는(compatable) 다른 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 윈도우 플러그들(524, 526, 520)은 기판 지지체 어셈블리(502) 및 챔버 리드(532)로부터 용이하게 제거되고 교체될 수 있는 형태의 플러그들일 수 있다. 윈도우 플러그들(524, 526, 520)은 다른 적절한 방식에 의해 기판 지지체 어셈블리(502) 및 챔버 리드(532)에 소결(sinter)되거나, 클램프(clamp)되거나, 또는 장착될 수 있다.
윈도우 플러그들(524, 526)이 도 1b에서 설명된 구성과 유사하게 기판 지지체 어셈블리(502) 내에만 형성될 수 있거나, 윈도우 플러그들(520)이 도 1a에서 설명된 구성과 유사하게 챔버 리드(532) 내에만 형성될 수 있음에 유의한다. 대안적으로, 윈도우 플러그들(524, 526, 520)은 도 1c 및 도 5a에서 설명된 구성과 유사하게 챔버 리드(532) 및 기판 지지체 어셈블리(502) 모두에 형성될 수 있다.
도 5b는 내부에 장착 및 소결된 윈도우 플러그들(524)을 갖는 정전 척(504)의 평면도를 도시한다. 윈도우 플러그(524)는, 기판의 온도를 검출하기 위해 신호가 통과되게 허용하는 정전 척(504)의 표면에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 내부에 형성된 각각의 윈도우 플러그(524)는 서로에 대해 실질적으로 동일한 거리에 있을 수 있으며, 상이한 영역들 및 구역들의 기판 온도를 측정하도록 적응될 수 있다. 유사하게, 챔버 리드(532)에 형성된 윈도우 플러그들(520)의 분포 및 구성은, 기판의 상이한 영역들에서 투과율의 변화에 의해 온도를 검출하기 위해 신호가 통과되게 허용하도록 유사하게 구성될 수 있다.
도 5c는 내부에 장착 및 소결된 윈도우 플러그들(524)의 상이한 개수 및 구성들을 갖는 정전 척(504)의 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 정전 척(504)은 제 1 반경(R1)을 갖는 중앙 구역(598) 및 제 2 반경(R2)을 갖는 둘레 구역(596)을 가질 수 있다. 제 1 반경(R1)은 약 0 ㎜ 내지 약 75 ㎜의 길이를 가질 수 있으며, 제 2 반경(R2)은 약 75 ㎜ 내지 약 150 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 제 2 반경(R2)은 제 1 반경(R1)의 길이의 약 2배 또는 3배의 길이로 제어될 수 있다. 윈도우 플러그들(524)은 정전 척(504)에 구성된 중앙 구역(598) 내에 및/또는 둘레 구역(596) 내에 실질적으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 윈도우 플러그들(524)은 필요에 따라 임의의 구성 또는 분포로 형성될 수 있다.
동작에 있어서, 기판(102)은 에칭 공정을 수행하기 위해 공정 챔버(500) 내로 이송된다. 공정 챔버(500)는 증착 공정, 어닐링 공정, 또는 기판 온도 측정으로부터 이점을 얻을 수 있는 임의의 다른 공정과 같은 다른 공정들을 수행하도록 구성될 수 있음이 고려된다. 일 실시예에서, 기판(102)은 에칭 공정 또는 다른 공정이 수행되는 임의의 기판 또는 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 게이트 구조와 같은 구조를 형성하기 위해 이용되고 그 상부에 형성되는 층 또는 층들을 갖는 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 기판은 대안적으로, 피처들 또는 구조들의 기판으로의 전사(transfer)를 촉진시키기 위하여 기판 상에 배치된 에칭 마스크 및/또는 에칭 정지층(stop layer)으로서 마스크 층을 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 기판은 이중 다마신 구조 등과 같이, 상이한 패턴들 및/또는 피처들을 형성하기 위해 사용되는 다수의 층들, 예를 들면, 막 스택을 갖는 실리콘 반도체 기판이다. 기판은 결정질 실리콘(예를 들면, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘(strained silicon), 실리콘 게르마늄, 도핑된(doped) 또는 언도핑된 폴리실리콘, 도핑된 또는 언도핑된 실리콘 웨이퍼들 및 패턴된 또는 비패턴된 웨이퍼들, 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator(SOI)), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 실리콘 상에 배치된 금속층들 등과 같은 재료일 수 있다. 기판은 200 ㎜ 또는 300 ㎜ 직경의 웨이퍼들뿐만 아니라 직사각형 또는 정사각형 패널들과 같은 다양한 치수들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 실리콘 반도체 기판이다.
일 실시예에서, 공정 챔버(500)로 이송된 기판은 적어도 할로겐 함유 가스를 갖는 가스 혼합물을 공급함으로써 에칭된다. 할로겐 함유 가스의 적절한 예들은 브롬화 수소(HBr), 염소(Cl2), 사플루오르화 탄소(CF4) 등을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 에칭 동안에, 신호 생성기(508)와 같은 광 소스는 기판 표면으로 IR 방사선을 제공하기 위해 턴-온된다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 신호 생성기들(508)은 약 1000 ㎚ 내지 약 1400 ㎚의 파장들의 적외선 광을 생성하며, 이때 1200 ㎚의 측정 파장에서 매우 높은 세기를 갖는다. 일 실시예에서, 세기는 약 50 밀리와트 내지 약 1000 밀리와트이다. 센서(510)로부터의 정보를 이용하여, 신호 생성기(508)가 기준선 투과도 판독을 설정하는 정상 상태 출력에 도달한 이후에, 신호 생성기(508)로부터 기판(102)을 통하여 투과되는 IR 광을 검출한다. 센서(510)는 신호 생성기(508)로부터의 출력이 안정화된 이후에 턴-온된다. 일 실시예에서, 출력은 약 2초 내지 약 5초 이후에 안정화된다.
전술한 바와 같이, 상이한 기판 온도들에서의 기판의 투과율은 기판(102)을 통하여 그리고 더 나아가 센서(510)로 통과되는 광 에너지의 양에 크게 영향을 미친다. 기판 온도가 상승함에 따라, 기판(102)을 통과하는 광 에너지의 양은 변화하며, 그에 의해 센서(510)로 투과되는 광 에너지의 양의 변화를 야기한다. 따라서, 센서(510)는 기판 온도를 결정하는데 이용될 수 있는 투과율의 변화를 나타내는 메트릭을 제공한다. 투과율의 변화를 나타내는 메트릭에 기초하여, 기판 온도는 이에 따라 결정될 수 있다. 투과율의 변화를 나타내는 메트릭이 어떻게 획득될 수 있는지에 관한 세부내용은 Davis에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/676,092호에서 얻을 수 있으며, 이는 인용에 의해 포함된다.
도 6은 에칭 공정 동안 기판 온도 측정을 수행하기 위해 도 5에 도시된 바와 같은 프로세스 챔버(500)를 각각 포함하도록 구성된 적어도 하나의 영역을 포함하는 예시적인 처리 시스템(600)의 개략적인 평면도이다. 일 실시예에서, 처리 시스템(600)은 캘리포니아, 산타 클라라(Santa Clara)에 위치한 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 상업적으로 입수할 수 있는, 적절히 적응된 CENTURA® 통합 처리 시스템일 수 있다. 에칭 공정들에 적합할 수 있는 다른 처리 시스템은, 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 또한 입수할 수 있는 AP Solstice 공정이다. 다른 처리 시스템들(다른 제조사들로부터의 것을 포함함)이 본 발명으로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있음이 고려된다.
처리 시스템(600)은 처리 플랫폼(604)(진공-기밀(vacuum-tight)될 수 있음), 팩토리 인터페이스(factory interface)(602), 및 시스템 제어기(644)를 포함한다. 처리 플랫폼(604)은 진공 기판 이송 챔버(636)에 결합되는, 복수의 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620) 및 적어도 하나의 로드락 챔버(622)를 포함한다. 2개의 로드락 챔버들(622)이 도 6에 도시된다. 팩토리 인터페이스(602)는 로드락 챔버들(622)에 의해 이송 챔버(636)에 결합된다.
일 실시예에서, 팩토리 인터페이스(602)는 기판들의 이송을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 도킹 스테이션(608) 및 적어도 하나의 팩토리 인터페이스 로봇(614)을 포함한다. 도킹 스테이션(608)은 하나 또는 둘 이상의 전방 개방형 통합 포드(FOUP)를 수용하도록 구성된다. 2개의 FOUP들(606A-B)이 도 6의 실시예에 도시된다. 팩토리 인터페이스 로봇(614)의 일 단부 상에 배치된 블레이드(616)를 갖는 팩토리 인터페이스 로봇(614)은 기판을 팩토리 인터페이스(602)로부터 처리 플랫폼(604)의 로드락 챔버(622)로 이송하도록 구성된다. 선택적으로, 하나 또는 둘 이상의 계측 스테이션들(618)은 팩토리 인터페이스(602) 내에 있는 동안 기판들의 측정을 용이하게 하기 위해 팩토리 인터페이스(602)의 단자(626)에 연결될 수 있다.
로드락 챔버들(622)의 각각은 팩토리 인터페이스(602)에 결합된 제 1 포트 및 이송 챔버(636)에 결합되는 제 2 포트를 가진다. 로드락 챔버(622)는, 이송 챔버(636)의 진공 환경과 팩토리 인터페이스(602)의 실질적인 주변(예를 들면, 대기) 환경 사이의 기판 전달을 용이하게 하기 위해, 로드락 챔버들(622)을 펌프 다운(pump down) 및 배기시키는 압력 제어 시스템(미도시)에 결합된다.
이송 챔버(636)는 내부에 배치된 진공 로봇(630)을 갖는다. 진공 로봇(630)은 로드락 챔버들(622)과 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620) 사이에서 기판들(624)을 이송할 수 있는 블레이드(634)를 갖는다.
일 실시예에서, 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620) 중 적어도 하나는 에칭 챔버이다. 예를 들면, 에칭 챔버는 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 입수할 수 있는 HARTTM 챔버일 수 있다. 에칭에 대해, 공정 챔버(500)는 내부에 배치된 기판(102)을 에칭하기 위해 할로겐 함유 가스를 사용할 수 있다. 할로겐 함유 가스의 예들은 브롬화 수소(HBr), 염소(Cl2), 사플루오르화 탄소(CF4) 등을 포함한다. 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620) 중 임의의 챔버에서의 에칭 공정 동안, 도 5의 센서(510, 514)와 같은 센서를 이용하여, 에칭 공정 동안 기판을 통과하는, 기판 온도와 상관되는 신호 세기를 모니터링한다.
시스템 제어기(644)는 처리 시스템(600)에 결합된다. 시스템 제어기(644)는 처리 시스템(600)의 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620)의 직접 제어를 이용하여, 또는 대안적으로, 공정 챔버들(500, 612, 632, 628, 620) 및 처리 시스템(600)과 관련된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써, 처리 시스템(600)의 동작을 제어한다. 동작에서, 시스템 제어기(644)는 각각의 챔버들 및 시스템 제어기(644)로부터의 데이터 수집 및 피드백이 처리 시스템(600)의 성능을 최적화할 수 있게 한다.
시스템 제어기(644)는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(638), 메모리(640), 및 지원 회로(642)를 포함한다. CPU(638)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 지원 회로(642)는 CPU(638)에 통상적으로 결합되며, 캐시, 클록 회로들, 입/출력 서브시스템들, 전원 공급기들 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 루틴들은, CPU(638)에 의해 실행되는 경우, CPU(638)를 특정 용도 컴퓨터(제어기)(644)로 전환시킨다. 소프트웨어 루틴들은 또한 처리 시스템(600)으로부터 원격으로 위치하는 제 2 제어기(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 5a-c의 장치를 이용하여 기판 온도를 검출하기 위한 공정은 기판을 도 5a의 공정 챔버(500)와 같은 처리 장치 안으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 공정은 기판 상에 피처들을 형성하기 위해 기판 상에서 수행된다. 광 생성기(예를 들면, 제 2 신호 소스(512))로부터의 펄스화된 광은 에칭 동안 기판의 투과도의 변화들을 검출하기 위해 기판으로 투과된다. 그 다음에, 검출된 투과도가 분석된다. 상이한 기판 온도들에서의 기판의 투과성(transmissibility)이 기판을 통과하는 광 에너지의 양에 크게 영향을 미치기 때문에, 기판을 통한 광 투과도의 변화를 기반으로 하여, 기판 온도는 투과율 변화를 나타내는 메트릭에 기초하여 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명은 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 방법 및 장치는 기판을 통하여 투과되는 IR 투과도를 측정함으로써 에칭 공정 동안 센서에 의해 실제 기판 온도를 유리하게 모니터링한다. 상이한 온도에서 기판의 불투명함은 기판을 통과하는 상이한 양의 IR 투과도를 제공하고, 이에 의해, 센서가 실제 기판 온도를 결정하는 것을 돕는다.
유리하게, 본 발명의 실시예들은 비-접촉식의, 비-회피적인(non-evasive), 실시간적 방법을 이용하여 처리 동안 기판의 온도 프로파일들 및 기울기의 결정을 용이하게 하는 다수의 윈도우들을 제공한다.
도 7은 본 명세서에서 설명된 온도 결정 방법들 및 장치들과 조합하여 사용될 수 있는 기판 처리 시스템(700)의 실시예를 도시하는 개략도이다.(추가적인 세부사항들은 미국 특허 출원 번호 제12/106,881호에서 알 수 있으며, 이는 본 명세서에서 완전하게 설명된 것과 같이 인용에 의해 포함된다.) 에칭 공정들에 대해 적합할 수 있는 다른 처리 시스템은 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 입수할 수 있는 Centris Solstice 프로세스이다. 기판 처리 시스템(700)은, 기판들이 로드락 챔버들(740)로 로딩되고(loaded) 그로부터 언로딩되는(unloaded) 팩토리 인터페이스(710), 기판-핸들링 로봇(772)을 수용하는 기판 이송 챔버(770), 및 이송 챔버(770)에 연결된 복수의 트윈(twin) 공정 챔버들(780)을 포함한다. 기판 처리 시스템(700)은 다양한 공정들 및 지원 챔버 하드웨어, 예를 들어 CVD 및 에칭 공정들을 수용하도록 적응된다. 아래에 설명한 실시예는, 비정질 탄소를 포함하는 진보한 패턴 막을 증착하고 또한 기판 상에 증착된 막의 에지 부분을 에칭하기 위해 PEVCD를 실시할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 그러나, 다른 공정들이 본 명세서에 설명된 실시예들에 의해 고려됨이 이해될 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 팩토리 인터페이스(710)는 기판 카세트들(713) 및 기판-핸들링 로봇(715)을 포함할 수 있다. 기판 카세트들(713)의 각각은 처리를 위해 준비된 기판들을 포함한다. 기판-핸들링 로봇(715)은, 기판들을 로드락 챔버들(740) 안으로 로딩하기 위한 준비로 각 기판 카세트(713)에서 기판들을 인덱싱하기 위한 기판 매핑 시스템을 포함할 수 있다.
이송 챔버(770)는 로드락 챔버들(740)과 트윈 공정 챔버들(780) 사이에서 기판들을 이송하도록 동작 가능한 기판-핸들링 로봇(772)을 포함한다. 보다 구체적으로, 기판-핸들링 로봇(772)은 2개의 기판들을 동시에 하나의 챔버에서 다른 챔버로 이송하기에 적합한 이중의 기판-핸들링 블레이드들(774)을 가질 수 있다. 기판들은 이송 챔버(770)와 트윈 공정 챔버들(780) 사이에서 슬릿 밸브들(776)을 통하여 이송될 수 있다. 기판-핸들링 로봇(772)의 움직임은 서보 또는 스텝퍼 모터를 포함할 수 있는 모터 드라이브 시스템(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
앞서 말한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들은 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 결정된다.
Claims (20)
- 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치로서:
챔버 바디를 둘러싸는 챔버 리드를 갖는 상기 챔버 바디;
상기 챔버 바디 내에 배치되고 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지체 어셈블리;
상기 기판 지지 표면에 형성된 하나 또는 둘 이상의 윈도우들;
제 1 신호를 펄스화하도록 구성된 제 1 신호 생성기 ― 상기 제 1 신호 생성기는, 펄스화된 신호가 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들을 통하여 투과될 수 있도록, 상기 기판 지지체 어셈블리를 통하여 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들에 광학적으로 결합됨 ―;
상기 제 1 신호 생성기로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 윈도우들을 통하여 투과된 에너지를 수신하도록 위치된 제 1 센서 ― 상기 제 1 센서는 투과도(transmittance)를 나타내는 메트릭(metric)을 검출하도록 구성됨 ―; 및
상기 기판 지지 표면 상에 위치된 기판을 통과하는 상기 제 1 신호로부터 투과의 변화를 결정하도록 프로그램된 연산 디바이스;를 포함하고,
상기 연산 디바이스는 (a) 상기 제 1 신호가 펄스-오프된 경우의, 상기 기판을 통하는 투과도를 나타내는 값들을 (b) 상기 제 1 신호가 펄스-온된 경우의, 상기 기판을 통하는 투과도를 나타내는 값들에서 감산하며,
상기 연산 디바이스는 상기 기판의 온도를 결정하는,
에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신호 생성기는 광의 파장을 펄스화하도록 구성된 레이저이고, 상기 제 1 센서는 상기 광의 파장을 검출하도록 구성된, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 2 항에 있어서,
파워-온된 경우 상기 제 1 신호 생성기와 적어도 동일한 파장의 광을 방출할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들을 더 포함하고,
상기 광은 1000 ㎚ 내지 1500 ㎚ 파장의 적외선 광이며,
상기 제 1 센서는 (a) 상기 제 1 신호 생성기가 펄스-온된 경우, 상기 제 1 신호 생성기 및 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의, 그리고 (b) 상기 제 1 신호 생성기가 펄스-오프된 경우, 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의, 적외선 광의 파장을 검출하도록 위치되는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 연산 디바이스는, 상기 기판 지지 표면상에 위치된 기판을 통과한 상기 제 1 신호로부터 투과에서의 변화를 결정하도록, 프로그램, 배선, 또는 다른 방법으로 구성되고,
상기 연산 디바이스는, (a) 상기 제 1 신호가 펄스-오프된 경우의, 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의 상기 기판을 통한 적외선 광의 투과도를 나타내는 값들을 (b) 상기 제 1 신호가 펄스-온된 경우의, 상기 제 1 신호 및 상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들로부터의 상기 기판을 통한 적외선 광의 투과도를 나타내는 값들에서 감산하며,
상기 연산 디바이스는 상기 기판의 온도를 결정하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 투과도를 나타내는 값들은 정규화된 투과비(transmission ratio)들인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 투과도를 나타내는 값들은 전압 단위로 측정된 광 신호들인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들 및 상기 연산 디바이스와 결합된 폐쇄 루프 제어 시스템을 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 신호 생성기에 의해 제공되는 상기 적외선 광의 파장은 1200 ㎚인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 8 항에 있어서,
제 2 신호를 펄스화하도록 구성된 제 2 신호 생성기 ― 상기 제 2 신호 생성기는 상기 기판 지지체 어셈블리에서의 윈도우를 통하여 광학적으로 결합됨 ―; 및
상기 제 2 신호 생성기로부터 상기 제 2 신호 생성기가 결합된 상기 윈도우를 통하여 투과된 에너지를 수신하도록 위치된 제 2 센서를 더 포함하고,
상기 제 2 센서는 투과도를 나타내는 메트릭을 검출하도록 구성된, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호보다 더 짧은 파장의 적외선 광인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
로그 검출기를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호보다 더 긴 파장의 적외선 광인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하기 위한 장치. - 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법으로서:
제 1 적외선 파장에 대한 투과도의 전이점보다 더 낮은 시작 온도에서 공정 챔버 내로 기판을 제공하는 단계;
복사 에너지를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계;
상기 제 1 적외선 파장과 같은 파장을 갖는 제 1 광을 펄스화하는 단계;
상기 제 1 광이 펄스-온된 경우, 상기 기판을 통한 전체 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계;
상기 제 1 광이 펄스-오프된 경우, 상기 기판을 통한 배경 투과도를 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 및
상기 기판을 통한 상기 제 1 광으로부터 상기 제 1 적외선 파장의 투과도에 기초하여 상기 기판의 공정 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 광은 레이저인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 배경 투과도 없이 상기 레이저로부터 상기 기판을 통한 투과도를 나타내는 메트릭을 격리시키는 단계를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
(a) 상기 제 1 광이 펄스-오프된 경우의, 상기 기판을 통한 배경 투과도를 나타내는 메트릭을 (b) 상기 제 1 광이 펄스-온된 경우의, 상기 기판을 통한 전체 투과도를 나타내는 메트릭에서 감산하는 단계를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
적외선 레이저 광의 파장은 1200 ㎚이고, 상기 가열하는 단계는 하나 또는 둘 이상의 가열 램프들을 파워-온하는 단계를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 투과도의 메트릭은 정규화된 투과비 또는 전압 단위로 측정된 광 신호 중 어느 하나인, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 공정 온도를 결정하는 동안, 상기 기판을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 적외선 파장과 상이한 제 2 적외선 파장을 갖는 제 2 광을 펄스화하는 단계를 더 포함하는, 에칭 공정 동안 기판 온도를 측정하는 방법.
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