KR101533473B1 - 플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법 - Google Patents

플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101533473B1
KR101533473B1 KR1020107015355A KR20107015355A KR101533473B1 KR 101533473 B1 KR101533473 B1 KR 101533473B1 KR 1020107015355 A KR1020107015355 A KR 1020107015355A KR 20107015355 A KR20107015355 A KR 20107015355A KR 101533473 B1 KR101533473 B1 KR 101533473B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma
sensor
event
voltage signal
transient
Prior art date
Application number
KR1020107015355A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100098438A (ko
Inventor
쟝-뽈 부스
알렉세이 마라크타노프
라진더 딘드사
뤽 알바르드
세예드 자파르 자파리안-테라니
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 램 리써치 코포레이션 filed Critical 램 리써치 코포레이션
Publication of KR20100098438A publication Critical patent/KR20100098438A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101533473B1 publication Critical patent/KR101533473B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0115—Frequency selective two-port networks comprising only inductors and capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/06—Frequency selective two-port networks including resistors

Abstract

플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 플라즈마 리액터 내의 장치가 제공된다. 이 장치는 센서를 포함하는데, 이 센서는 플라즈마 리액터 내에 구현된 용량성 기반 센서이다. 이 센서는 플라즈마 한정 영역의 외부에 구현되며 센서가 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마에 노출될 때 과도 전류를 생성하도록 구성된다. 센서는 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마를 향하여 배향된 적어도 하나의 전기 절연성 층을 갖는다. 이 장치는 또한 검출 회로를 포함하는데, 이 검출 회로는 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하고 과도 전압 신호를 프로세싱하여 플라즈마 비한정 이벤트가 존재하는지 여부를 확인하기 위해 센서에 전기 접속된다.

Description

플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법{PLASMA UNCONFINEMENT SENSOR AND METHODS THEREOF}
본 발명은 플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법에 관한 것이다.
플라즈마 프로세싱 시스템이 오랫동안 기판 (이를 테면 반도체 웨이퍼) 을 프로세싱하여 집적 회로를 생성하는데 사용되어 왔다. 전자 사이클로트론 공진 (ECR) 플라즈마, 유도성 커플링 플라즈마 (ICP), 또는 용량성 커플링 플라즈마 (CCP) 와 같은 다수의 상이한 방법들을 통해 플라즈마가 생성될 수도 있다. 많은 경우에 있어서, 프로세싱 챔버 내의 특정 영역, 이를 테면 프로세싱되는 기판 바로 위의 영역 내에 플라즈마를 한정하는 것은 소정의 이점들을 제공할 수도 있다.
논의를 용이하게 하기 위해, 도 1 은 프로세싱 동안 플라즈마가 한정되는 저압 플라즈마 리액터 (100) 의 일 예를 도시한다. 예를 들어, 챔버 (102) 에 접속되는 페데스털 (pedestal; 120) 에 탑재되는 전극 (110) 상에 기판이 배치되는 상황을 고려해보자. 전극 (110) 은 페데스털 (120) 의 내부를 통하여, 무선 주파수 (RF) 전력 생성기와 같은 원격 전원 (114) 에 접속된다. 펌프 (미도시) 에 의해 낮아지게 될 수도 있는 챔버 (102) 내의 압력이 바람직한 레벨에 도달했을 때 화학물들의 혼합물일 수도 있는 프로세싱 가스 (150) 가 유입구 (104) 를 통하여 챔버 (102) 내로 도입될 수도 있다. 기판 (124) 을 프로세싱하기 위해, 전극 (110) 은 전원 (114) 으로부터의 전력을 프로세싱 가스 (150) 와 유도성 커플링하여 플라즈마 (106) 를 형성할 수도 있다. 통상, 플라즈마 (106) 는 한정 링 (108) 세트에 의해 챔버 (102) 의 원하는 영역 내에 포함된다. 기판 프로세싱 동안, 프로세싱 가스 (150) 로부터의 화학적 성분, 플라즈마 (106) 내에서의 반응에 의해 형성된 화학적 성분, 및 기판 (124) 의 프로세싱으로부터의 화학적 부산물의 혼합물을 포함할 수도 있는 플라즈마 (106) 로부터의 가스가 유출구 (126) 를 통하여 챔버 (102) 로부터 제거되기 전에 한정 링 (108) 및 비플라즈마 챔버 볼륨 (128) 을 통하여 흐를 수도 있다. 이 루트가 경로 (136) 에 의해 예시되며, 보통, 플라즈마 (106) 가 포함될 때에도 챔버 (102) 의 내부가 고도로 반응하는 가스에 노출되도록 한다.
그러나, 기판 (124) 의 프로세싱 동안, 플라즈마 (106) 는 갑자기 그리고 제어불가능하게 챔버 (102) 내의 원하는 영역 밖으로 이동할 수도 있다. 즉, 한정 링 (108) 의 외부인 챔버 (102) 의 영역에 비한정된 플라즈마 (138) 가 형성될 수도 있다. 비한정된 플라즈마 (138) 의 형성은, 그 비한정된 플라즈마 (138) 가 기판 (124) 상의 성능을 상당히 저하시키는 것, 챔버 (102) 를 손상시키는 것 및 페데스털 (120) 을 손상시키는 것 중 적어도 하나를 발생시킬 수도 있는 방식으로 프로세싱 플라즈마 (106) 의 품질을 변경시킬 수도 있기 때문에 바람직하지 않다. 예를 들어, 기판 (124) 은 에칭 또는 증착 레이트의 변경으로 인해 손상되어 질 수도 있으며/있거나 비한정된 플라즈마 (138) 에 의해 생성된 미립자 결함 또는 원소적 오염물질로 오염됨으로써 손상될 수도 있다. 프로세싱 챔버 (102) 및/또는 페데스털 (120) 은 예를 들어 비한정된 플라즈마 (138) 에의 노출 결과로서 챔버 재료의 마모 (erosion) 또는 부식 (corrosion) 에 의해 물리적으로 손상될 수도 있다. 또한, 프로세싱 챔버 (102) 의 컴포넌트는 플라즈마 전력이 챔버를 통하여 접지로 리턴되는 경로를 비한정된 플라즈마 (138) 가 변경시킬 수도 있기 때문에 전기적 손상을 경험할 수도 있다. 일 예에서, 전원 (114) 으로부터의 플라즈마 전력은 플라즈마 전력을 운반하도록 설계되지 않을 수도 있는 챔버 컴포넌트를 통하여 접지로 리턴될 수도 있다.
전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마 비한정 이벤트가 다수의 상이한 요인에 의해 야기될 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마는 그 플라즈마가 불안정해지는 경우에 비한정되게 될 수도 있다. 다른 예에서, 플라즈마 비한정 이벤트는 프로세싱 챔버 내에서 전기적 아킹이 발생하는 경우에 발생할 수도 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마는, 프로세싱 파라미터, 이를 테면, 플라즈마 전력, 플라즈마 조성물, 가스 공급 흐름, 동작 압력 등이 변동을 거듭하는 경우에 비한정되게 될 수도 있다.
또한, 플라즈마 비한정 이벤트의 발생은 산발적일 수도 있고, 예측불가능할 수도 있다. 예측불가능성의 한가지 이유는 비한정된 플라즈마가 상이한 형태를 가질 수도 있다는 것이다. 또한, 기판 프로세싱 시에 플라즈마 비한정 이벤트가 가질 수도 있는 특정 효과가 일반적으로 비한정된 플라즈마에 의해 나타나는 변하기 쉽고 예측불가능한 형태로 인해 예상될 수 없다. 예를 들어, 비한정된 플라즈마는 낮은 밀도를 가질 수도 있고 또는 높은 밀도를 가질 수도 있다. 다른 예에서, 비한정된 플라즈마에 의해 점유되는 공간이 클 수도 있고 작을 수도 있다. 또 다른 예에서, 비한정된 플라즈마는 안정된 플라즈마일 수도 있고 또는 변동이 있고, 산발적인 플라즈마일 수도 있다. 리액터 내의 비한정된 플라즈마의 위치 조차 프로세싱 동안 변경될 수도 있다.
플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는데 다양한 방법들이 이용되어 왔다. 한가지 방법은 통상 VI 프로브 또는 랭뮤어 프로브와 같이, 다수의 전극을 갖는 정전 프로브를 이용하여 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는 것을 포함한다. 일 예에서, (보통 금속으로 제조되는) 비보호 전극일 수도 있는 랭뮤어 스타일 프로브는 챔버 환경에 노출될 수도 있다. 랭뮤어 스타일 프로브는 통상적으로 그 프로브가 플라즈마에 노출될 때 직류 (DC) 가 플라즈마로부터 전극으로 흐를 수 있도록 전기적으로 바이어싱된다. 예를 들어, 랭뮤어 스타일 프로브 (122) 는 원하는 플라즈마 한정 영역의 외부인 플라즈마 환경 내에 위치된다. 전류 검출기 (148) 를 이용함으로써, 전원 (118) 을 통한 랭뮤어 스타일 프로브 (122) 상의 DC 전류 변경이 검출될 수도 있다. 또한, DC 전원 (미도시) 이 프로브를 바이어싱하는데 이용될 수도 있다.
그러나, (전극이 비보호되며 플라즈마와의 DC 전기 접촉이 존재하는) 랭뮤어 스타일 프로브의 동작 요건은 플라즈마 비한정 이벤트의 검출 시에 랭뮤어 스타일 프로브의 유용성을 제한한다. 또한, 플라즈마 비한정 이벤트의 예측불가능한 본질로 인해, 랭뮤어 스타일 프로브는 효과적이 되기 위하여 기판이 프로세싱되고 있는 동안에 계속적으로 동작중이어야 할 수도 있다. 그러나, 계속적인 이용은 플라즈마 프로세싱 동안 리액터 챔버에 통상 존재하는 화학종들의 혼합물에 랭뮤어 스타일 프로브의 비보호 전극을 노출시키는 결과를 초래할 수도 있다. 기판의 프로세싱을 위해 공급된 화학물, 프로세싱 플라즈마 내에서 생성된 새로운 화학종, 및 기판의 프로세싱 동안 형성된 화학적 부산물을 포함하는 화학종들의 혼합물은 통상적으로 랭뮤어 스타일 프로브의 적절하게 기능할 능력에 해로운 영향을 줄 수도 있는 부식성 성분과 증착 성분 양자를 포함한다. 일 예에서, 부식성 성분 (예를 들어, 염소, 불소 및 브롬 등) 은 전극을 부식시켜, 플라즈마 비한정 이벤트를 시기적절하게 및/또는 정확하게 검출하지 못하게 하는 것과 같이, 랭뮤어 스타일 프로브를 적절하게 기능하지 못하게 할 수도 있다. 또한, 부식된 전극은 프로세싱되는 기판을 간접적으로 손상시킬 수도 있는 미립자 결함 및/또는 금속 오염물질의 소스가 될 수도 있다. 다른 예에서, 혼합물의 증착 성분 (예를 들어, 무기 SiOx-기반 부산물 및 유기 CFx-기반 중합화제 (polymerizer)) 은 프로브의 전극 상에 전기 절연성 필름의 형성을 초래할 수도 있으며, 따라서, 그 필름은 요구된 플라즈마 전극 DC 접촉을 방해하여, 프로브가 플라즈마의 존재를 정확하게 및/또는 시기적절하게 감지하는 것을 막을 수도 있다. 전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 랭뮤어 스타일 프로브는 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는데 있어서 이상적이지 않을 수도 있다.
이용된 다른 방법은 프로세싱 동안 기판의 바이어스 전압의 변경을 식별하여 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는 것이다. 도 1 을 참조하면, 전원 (114) 에 의해 제공된 전력이 리액터 (100) 내의 플라즈마 (106) 와 상호작용할 때 기판 (124) 상의 바이어스 전압이 생성될 수도 있다. 통상적으로, 프로세싱 동안 기판 (124) 상의 바이어스 전압의 직접 측정을 허용하기 위해 센서 (140) 가 (예를 들어, 전극 (110) 에) 인스톨될 수도 있으며, 바이어스 전압을 임계값에 대하여 비교하기 위해 바이어스 전압 검출기 (144) 가 이용될 수도 있다. 따라서, 플라즈마 (106) 의 특성이 비한정된 플라즈마 (138) 로 인해 변경되는 경우, 바이어스 전압을 측정하는데 센서 (140) 가 이용될 수도 있고 바이어스 전압의 변경을 검출하는데 바이어스 전압 검출기 (144) 가 이용될 수도 있다.
추가적으로 또는 대안으로, 바이어스 전압의 변경은 기판 바이어스 전압과 관련되는 파라미터의 변경을 측정함으로써 간접적으로 검출될 수도 있다. 예를 들어, 기판 바이어스 전압이 비한정된 플라즈마 (138) 때문에 변경되는 경우에, 플라즈마 (106) 를 유지하기 위해 전원 (114) 에 의해 전극 (110) 으로 공급된 전력이 또한 변경될 수도 있다. 따라서, RF 전력 검출기 (142) 를 이용하여 플라즈마 (106) 에 공급된 전력을 모니터링하는 것이 플라즈마 비한정 이벤트의 검출을 허용할 수도 있다.
그러나, 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위해 바이어스 전압을 모니터링하는 유용성은 플라즈마 비한정 이벤트에 의해 야기된 바이어스 전압의 변경을 검출하는데 있어서의 어려움에 의해 제한된다. 바이어스 전압의 변경을 검출하는 것은 더 높은 주파수 생성기 (이를 테면 60MHz) 가 플라즈마를 생성하는데 이용되는 경우에 특히 어렵다. 더 높은 주파수 생성기에 의해 생성된 바이어스 전압은 작으며, 플라즈마 비한정 이벤트가 보통 더 낮은 전력 레벨에서 발생하기 때문에, DC 바이어스 신호의 변경과 플라즈마 비한정 이벤트의 구별을 검출하기가 어렵거나 불가능할 수도 있다. 따라서, 이 기술의 유용성은 플라즈마 비한정 이벤트를 신뢰가능하게 검출하기가 불가능하기 때문에 제한된다.
또 다른 종래 기술의 접근법에서는, 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는데 광센서가 이용될 수도 있다. 당업자는 플라즈마가 일반적으로 광을 방출한다는 것을 알고 있다. 따라서, 비한정된 플라즈마로부터 방출되는 광을 검출하기 위해 광센서가 이용될 수도 있다. 일 예에서, 도 1 을 참조하면, 광센서 (132) 는 (여기서 통로 (134) 로 표시되는) 모니터링이 요망되는 챔버 (102) 의 영역 내로의 가시선 (line of sight) 을 가진 투명 윈도우 (130) 에 인접하게 인스톨될 수도 있다. 따라서, 플라즈마 (106) 가 비한정된 플라즈마 (138) 가 되는 경우에, 비한정된 플라즈마 (138) 로부터의 광이 통로 (134) 에 진입할 수도 있으며 광센서 (132) 에 의해 검출되도록 윈도우 (130) 를 통과할 수도 있다. 광의 검출 시에, 광센서 (132) 는 광 신호 검출기 (146) 에 신호를 전송할 수도 있다. 그 신호가 미리 정의된 임계값을 넘는다면, 광 신호 검출기 (146) 는 비한정된 플라즈마 (138) 가 검출되었다는 것을 나타내는 경보 (alert) 를 제공할 수도 있다.
그러나, 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위해 광센서를 이용하는 것은 비한정된 플라즈마 (138) 에 의해 방출된 광이 프로세싱 플라즈마 (106) 로부터 방출된 광보다 상당히 희미하기 때문에 비한정된 플라즈마 (138) 로부터 방출된 광을 검출하는 것이 어려울 수도 있으므로 제한될 수도 있다. 또한, 챔버 (102) 의 외부의 광센서 (132) 의 위치결정은 반응 화학물이 투명 윈도우 (130) 를 덜 투명하게 할 수도 있기 때문에 투명 윈도우 (130) 를 통하여 광을 "보는 것 (seeing)" 을 어렵게 만들 수도 있다. 즉, 반응 화학물은 필름의 층이 투명 윈도우 (130) 상에 증착되도록 하여, 광센서 (132) 에 의해 검출되는 광의 양 및/또는 품질을 상당히 저하시킬 수도 있다. 더욱이, 광센서의 유용성은 프로세싱 환경에의 뷰잉 액세스 (viewing access) 를 가지는 것에 의존한다. 그러나, 모니터링되어야 할 수도 있는 모든 위치에 윈도우 및/또는 뷰잉 통로를 배치하는 것이 항상 실현가능한 것은 아닐 수도 있다.
다양한 방법이 구현되었지만, 그 방법들 각각은 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 믿을 수 있고 포괄적인 해결책을 제공하지 않는다. 일 예에서, 랭뮤어 스타일 프로브는 부식될 수 있으며, 이는 플라즈마 비한정 이벤트를 식별하는데 있어서 프로브 유효성에 부정적인 영향을 줄 수도 있다. 다른 예에서, 플라즈마 비한정 이벤트를 결정하기 위해 바이어스 전압의 변경을 식별하는 것에 의존하는 것은 DC 바이어스 신호의 변경을 플라즈마 비한정 이벤트와 구별하는 것에 의존할 수도 있다. DC 바이어스 신호의 변경과 플라즈마 비한정 이벤트를 구별하는 능력은 비한정된 플라즈마가 더 낮은 전력 레벨에서 발생중인 동안 DC 바이어스 신호가 더 높은 주파수 생성기 (이를 테면 60MHz) 에 의해 생성되고 있는 경우에 어려울 수도 있다. 또 다른 예에서, 비한정된 플라즈마로부터 방출된 광을 검출하기 위해 광센서를 이용하는 것은 뷰어블 통로의 이용가능성 및/또는 뷰어블 통로를 "언뷰어블 (unviewable)" 이 되게 할 수도 있는 장애물로 인한 광 검출의 불능에 의해 제한된다.
본 발명의 간략한 개요
본 발명은 일 실시형태에서 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 플라즈마 리액터 내의 장치에 관한 것이다. 이 장치는 센서를 포함하는데, 이 센서는 플라즈마 리액터 내에 구현된 용량성 기반 센서이다. 이 센서는 플라즈마 한정 영역의 외부에 구현되며, 센서가 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마에 노출될 때 과도 전류를 생성하도록 구성된다. 이 센서는 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마를 향하여 배향된 적어도 하나의 전기 절연성 층을 갖는다. 이 장치는 또한 검출 회로를 포함하는데, 이 검출 회로는 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하고 그 과도 전압 신호를 프로세싱하여 플라즈마 비한정 이벤트가 존재하는지 여부를 확인하기 위해 센서에 전기 접속된다.
상기 개요는 본원에 개시된 본 발명의 다수의 실시형태들 중 단지 일 실시형태에만 관한 것으로, 본원의 특허청구항에 기술되는 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 이들 및 다른 특징들은 본 발명의 상세한 설명에서 첨부 도면과 함께 이하 더 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 첨부 도면의 도에 있어서 제한이 아닌 일 예로 예시되며, 동일한 참조 번호는 동일한 엘리먼트를 지칭한다.
도 1 은 프로세싱 동안 플라즈마가 한정되는 종래 기술의 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 예를 도시하며, 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 전류 전략을 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 플라즈마 프로세싱 동안의 플라즈마 리액터의 단순 개략도를 도시한 도면이다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에서, 용량성 기반 센서의 구현을 도시한 도면이다.
도 3b 는 본 발명의 일 실시형태에서, 직사각형 용량성 기반 센서의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3c 는 본 발명의 일 실시형태에서, 2 개의 전기 절연성 외부층을 가진 센서의 단면도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b 는 플라즈마 검출 회로의 실시형태의 개략도이다.
본 발명은 이제 첨부 도면에 예시한 바와 같이 본 발명의 몇몇 바람직한 실시형태들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 다수의 특정 상세가 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 기술된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 상세의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 널리 공지된 프로세스 단계 및/또는 구조는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 상세하게 설명되고 있지 않다.
이하에는 방법 및 기술을 포함하는 다양한 실시형태가 설명된다. 또한 본 발명이 본 발명의 기술의 실시형태들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령들이 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제품들 (articles of manufacture) 을 커버할 수도 있다는 것을 명심해야 한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 예를 들어 반도체, 자기, 광 자기, 광, 또는 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하기 위한 다른 형태의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 실시형태들을 실시하기 위한 장치를 더 커버할 수도 있다. 이러한 장치는 본 발명의 실시형태들에 속하는 태스크를 수행하기 위해 전용되고/되거나 프로그램가능한 회로를 포함할 수도 있다. 이러한 장치의 예는 적절하게 프로그램될 때 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 디바이스를 포함하며 본 발명의 실시형태에 속하는 다양한 태스크에 적합한 컴퓨터/컴퓨팅 디바이스 및 전용/프로그램가능한 회로의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시형태들에 따라, 용량성 기반 센서와 같은 플라즈마 비한정 센서는 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위해 제공된다. 본 발명의 실시형태들은 플라즈마 프로세싱 환경의 특징인 부식 및 증착에 둔감한 센서를 포함한다. 본 발명의 실시형태들은 또한 검출 회로에 부착될 센서를 포함하는데, 이는 적어도 플라즈마 프로세싱 시스템 내의 비한정 이벤트의 결정을 행하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 센서는 일 실시형태에서 하나 이상의 전기 절연성 층에 의해 보호되는 도전성 기판을 포함할 수도 있다. 센서가 비한정 이벤트에 노출되는 경우에, 전기 절연성 층에 걸쳐 디벨로핑 (develop) 되는 과도 전류가 센서를 통하여 회로 변환기로 흐를 수도 있다. 회로 변환기는 일 실시형태에서 과도 전류를 과도 전압 신호로 바꾸도록 구성된다. 과도 전압 신호는 과도 전압 신호로부터 고주파 성분 (high-frequency components) 을 제거하는 것과 같이, 신호 대 잡음 특성을 향상시키기 위해 저역통과 필터 회로를 통하여 전송될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 과도 전압 신호는 공진 필터 (이를 테면, LC 필터) 세트를 통하여 전송될 수도 있는데, 이 공진 필터 세트는 적어도 추가적인 주파수를 제거하도록 구성된다. 일단 과도 전압 신호가 컨디셔닝되었다면, 그 신호는 플라즈마 비한정 이벤트의 존재를 결정하기 위해 미리 정의된 임계값과 비교될 수도 있다.
전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서가 플라즈마 프로세싱 동안 발생할 수도 있는 부식 또는 증착에 둔감하도록 구성되기 때문에, 그 센서는 플라즈마 프로세싱 동안 계속적으로 동작중일 수 있으며, 이로써 커플링되지 않은 플라즈마 이벤트 검출의 가능성 및 시기적절성을 향상시킬 수 있다. 또한, 검출 회로는 센서에 의해 감지된 과도 전류를 플라즈마 비한정 이벤트의 존재를 검출하는데 이용될 수 있는 확실하고 강건한 신호로 바꾸게 할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음에 오는 도면 및 논의를 참조하여 더 잘 이해될 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 플라즈마 프로세싱 동안의 플라즈마 리액터 (200) 의 단순 개략도를 도시한다. 플라즈마 리액터 (200) 는 전극 (210) (예를 들어, 용량성 기반 센서) 을 포함할 수도 있는데, 이 전극 (210) 은 플라즈마 비한정 이벤트의 검출이 요망되는 영역 내에 위치되도록 구성된다. 즉, 그 영역은 플라즈마 한정 영역 (214) 의 외부일 수도 있다. 일 예에서, 전극 (210) 은 전극 (210) 의 외부 표면이 비한정된 플라즈마, 이를 테면 비한정된 플라즈마 (212) 에 노출될 수 있게 하는 방식으로 탑재될 수도 있다.
플라즈마의 고유의 특성으로 인해, 플라즈마에 노출된 표면은 더 가벼운 플라즈마 성분 (예를 들어, 전자) 이 더 무거운 플라즈마 성분 (예를 들어, 분자 이온) 과 상호작용하는 속도의 차의 결과로서 전하를 디벨로핑할 수도 있다. 따라서, 전극 (210) 이 비한정된 플라즈마 (212) 에 노출되는 경우에, 전극 (210) 의 외부 표면은 차징 프로세스를 겪을 수도 있다. 전극 (210) 의 외부 표면은 비한정된 플라즈마 (212) 의 특정 특성에 의존하여 네거티브로 또는 포지티브로 차징될 수도 있다. 차징 프로세스는 통상 전극 (210) 의 외부 표면이 비한정된 플라즈마 (212) 와 평형상태에 있는 전하량을 달성할 때까지 발생하기 때문에 그 차징 프로세스는 통상 과도 프로세스이다.
일 실시형태에서, 전극 (210) 의 외부 표면의 과도 차징 프로세스가 발생중인 동안, 외부 표면 과도 전하와 정반대인 전하를 가진 과도 전하가 전극 (210) 내에서 유도될 수도 있다. 비한정된 플라즈마의 존재를 시기적절하게 식별하기 위하여, 과도 전하에 의해 유도된 과도 전류는 변환 회로 (222) 에 의해 과도 전압 신호로 변환된다. 과도 전압 신호에는 잡음이 포함될 수도 있기 때문에, 그 잡음을 제거하기 위해 저역통과 필터 (224) 가 이용될 수도 있다. 일 예에서, 저역통과 필터 (224) 는 고주파 성분 (예를 들어, 고주파 잡음) 을 제거하는데 이용될 수도 있으며, 이로써 과도 전압 신호를 향상시킬 수도 있다. 과도 전압 신호를 컨디셔닝된 신호로 변형시키기 위해, 일 실시형태에서는, 공진 LC 필터 (226) 세트가 플라즈마를 생성하기 위해 통상적으로 이용된 것과 같은 특정 주파수를 차단 (block) 하는데 이용될 수도 있다. 컨디셔닝된 신호는 그 후 임계값 검출기 (228) 로 포워딩될 수도 있으며, 그 임계값 검출기 (228) 는 컨디셔닝된 신호를 미리 정의된 임계값에 대하여 비교하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝된 신호가 미리 정의된 임계값을 넘는다면, 임계값 검출기 (228) 는 비한정된 플라즈마가 검출되었다는 것을 나타내는 경보를 생성할 수도 있으며, 이로써 적절한 액션이 취해질 수 있다 (예를 들어, 플라즈마는 턴 오프될 수도 있으며 기판의 프로세싱은 중단된다).
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에서 용량성 기반 센서의 구현을 도시한다. 도 2 에서 언급한 바와 같이, 용량성 기반 센서 (302) 는 플라즈마 리액터의 챔버 벽 (318) 상에 물리적으로 탑재될 수도 있다. 일 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 적어도 2 개의 컴포넌트, 즉, 전기 절연성 외부층 (308) 및 도전성 기판 (304) 을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 절연체 (316) 를 통해 탑재면으로부터 전기적으로 격리된다. 과도 전하가 비한정된 플라즈마로 인해 생성되는 경우에, 과도 전류가 도전 콘택 (conducting contact; 314) 을 따라 전송될 수도 있으며, 이 도전 콘택 (314) 은 전기 콘택 (306) 을 통해 도전성 기판 (304) 에 커플링된다. 과도 전하는 와이어 (310) 를 통해 검출 회로 (미도시) 로 전송될 수도 있으며, 이 와이어 (310) 는 클램프 (312) 를 통해 도전 콘택 (314) 에 고정될 수도 있다.
도전성 기판 (304) 은 다양한 재료로 제조될 수도 있다. 일 실시형태에서, 도전성 기판 (304) 은 금속 (예를 들어, Al, Cu, Ag, Au, Fe-기반 등) 또는 금속들의 화합물/합금과 같은 도전성 재료로 제조될 수도 있다. 또한, 일 실시형태에서 도전성 기판 (304) 은 예를 들어 고도로 도핑된 실리콘과 같은 반도체 재료로 제조될 수도 있다. 일 실시형태에서, 도전성 기판 (304) 은 도전성 세라믹 재료 (예를 들어, 실리콘 카바이드) 또는 도전성 세라믹들의 화합물로 제조될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 도전성 기판 (304) 은 일 실시형태에서 도전성 폴리머나 비도전성 폴리머 중 어느 하나로 제조될 수도 있다. 일 예에서, 도전성 폴리머는 도전성 "필러" 를 포함하는 유기 폴리머, 유기 폴리아닐린 기반 폴리머 및 폴리아닐린 기반 폴리머의 혼합물을 포함할 수도 있지만 이들로 제한되지는 않는다. 또 다른 실시형태에서, 도전성 기판 (304) 은 예를 들어 도전성 실리콘과 같은 도전성 무기 폴리머로 제조될 수도 있다. 전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도전성 기판 (304) 은 상기의 도전성 재료들 중 임의의 재료 또는 모든 재료의 화합물로 제조될 수도 있다.
일 실시형태에서, 전기 절연성 외부층 (308) 은 SiO2 (예를 들어, 석영 또는 유리), 세라믹 (예를 들어, Al2O3), 상업용 폴리머 (예를 들어, PTFE, 폴리이미드, 실리콘 등), 플라즈마 프로세스의 부산물인 폴리머 (예를 들어, CFx 기반 폴리머), 또는 상기의 것 중 임의의 것 또는 모두의 화합물의 형태와 같은 절기 절연성 재료로 제조될 수도 있다. 전기 절연성 외부층 (308) 은 일 실시형태에서 플라즈마 리액터 내에서 통상적으로 이용될 수도 있는 화학물들과 플라즈마의 혼합물과 양립가능할 수도 있는 전기 절연성 재료로 제조될 수도 있다. 일 예에서, 양극처리된 알루미늄은, 양극처리된 알루미늄이 기판 프로세싱에 통상적으로 이용된 화학물들에 대해 비교적 불활성이기 때문에 (도 1 에 예시한 것과 같은) 플라즈마 에칭 리액터 내에서 확인될 수도 있는 공통의 성분이다. 따라서, 플라즈마 프로세싱 동안 이용된 화학물들과 양립가능한 양극처리된 알루미늄과 같은 전기 절연성 재료로 제조된 전기 절연성 외부층 (308) 은 전기 절연성 외부층 (308) 에 의해 보호된 센서를 플라즈마 환경에 둔감하게 만들고 전기 절연성 외부층이 금속 또는 미립자 결함의 소스가 되는 것을 막을 수도 있다.
다른 실시형태에서, 전기 절연성 외부층 (308) 은 도전성 기판 (304) 으로부터 성장될 수도 있다. 일 예에서, 전기 절연성 외부층 (308) 의 특징을 나타낼 수도 있는 양극처리된 알루미늄은 알루미늄 기판으로부터 성장될 수도 있다. 다른 예에서, 전기 절연성 외부층 (308) 은 도전성 기판 (304) 상에 증착된 필름으로부터 성장될 수도 있다. 그 필름은 화학 기상 증착, 플라즈마 강화 화학 기상 증착, 스퍼터링 등을 포함하는 복수의 공통 증착 기술에 의해 증착될 수도 있다. 또 다른 예에서, 전기 절연성 외부층 (308) 은 용사 (thermal spraying), 신터링, 열처리 본딩 (thermal bonding) 등과 같은 복수의 공통 도포 기술에 의해 도전성 기판 (304) 에 도포될 수도 있다.
전기 절연성 외부층 (308) 의 두께는 절연성 재료의 타입에 의존하여 변할 수도 있다. 일 실시형태에서, 전기 절연성 외부층 (308) 의 두께는 검출 회로에서 검출가능한 측정가능 전압을 생성하기 위하여 용량성 기반 센서 (302) 가 플라즈마에 노출될 때 여전히 적절한 커패시턴스가 생성될 수 있게 하면서 도전성 기판 (304) 을 전기 절연시키기 위해 충분히 두꺼워야 한다. 일 실시형태에서, 필름의 두께는 10 내지 100마이크로미터의 범위에 이를 수도 있다.
전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도전성 기판 (304) 에 도포될 수도 있는 전기 절연성 외부층의 수는 전기 절연성 외부층 세트가 비한정된 플라즈마에 노출되는 센서 (302) 의 외부 표면 (324) 으로부터 도전성 기판 (304) 을 전기적으로 격리시키는 한은 변할 수도 있다. 예시하기 위해, 도 3c 는 본 발명의 일 실시형태에서 2 개의 전기 절연성 외부층 (320 및 322) 을 가진 용량성 기반 센서 (302) 의 단면도의 일 예를 도시한다. 일 예에서, 전기 절연성 외부층 (322) 은 용량성 기반 센서 (302) 의 제작의 일부로서 전기 절연성 외부층 (320) 상에 도포될 수도 있다. 이 예에서, 전기 절연성 외부층 (320) 은 도전성 기판 (304) 상에의 전기 절연성 외부층 (322) 의 접착을 향상시키기 위한 '중간의 글루층 (intermediate glue layer)' 이 될 수도 있다. 다른 예에서, 전기 절연성 외부층 (320) 은 전기 절연성 외부층 (322) 과 도전성 기판 (304) 중간의 열팽창 계수를 가질 수도 있다. 열팽창 계수는 용량성 기반 센서 (302) 를 열 사이클링의 효과로 인한 크랙킹 (cracking) 또는 플레이킹 (flaking) 에 더 잘 견딜 수 있게 할 수도 있다.
제 3 예에서, 전기 절연성 외부층 (322) 은 기판이 프로세싱되고 있는 동안 프로세싱 챔버에 존재하는 반응 가스에의 노출로 인해 절기 절연성 외부층 (320) 상에 형성한 증착의 층을 나타낼 수도 있다. 용량성 기반 센서 (302) 가 커패시터와 같이 동작할 수도 있기 때문에, 용량성 기반 센서 (302) 는 센서의 표면 상에의 추가적인 층의 형성에 둔감할 수도 있다. 따라서, 랭뮤어 타입 프로브와 달리, 전기 절연성 외부층의 형성은 센서의 비한정된 플라즈마를 검출하는 능력을 제거하지 않는다.
다시 도 3a 를 참조하면, 절연체 (316), 도체 콘택 (314) 및 클램프 (312) 의 특정 조합이 특정 애플리케이션을 위해 주문 제작될 수도 있으며, 또는 임의의 수의 상업용 진공 피드 스루 디바이스에 의해 대체될 수도 있다.
추가적으로, 용량성 기반 센서 (302) 는 다수의 상이한 방식으로 챔버에 탑재될 수도 있다. 일 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 도 3a 에 도시한 바와 같이 챔버 벽 (318) 에 매우 근접하게 탑재될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 챔버 벽 (318) 과 동일 평면에 있을 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 챔버 벽 (318) 으로부터 이격되어 (이를 테면 로드 또는 페데스털의 끝에) 탑재될 수도 있다.
일 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 상이한 기하학적 형상일 수도 있다. 전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 용량성 기반 센서 (302) 의 형상은 제조자의 선호도에 기초할 수도 있고 또는 탑재 위치에 의존할 수도 있다. 일 실시형태에서, 도 3b 에 도시한 바와 같이, 용량성 기반 센서 (302) 는 x 와 y 치수가 약 1 인치이고 두께 z 가 0.05" 인 직사각형 "버튼 (button)" 일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 용량성 기반 센서 (302) 는 원형 페데스털 또는 원형 챔버와 같은 환경 내의 다른 컴포넌트를 설명하기 위해 링과 같은 고리 모양 형상일 수도 있다. 보통, (전체 외부 볼륨을 점유하지 않을 수도 있는) 비한정된 플라즈마와 접촉하는 프로브의 표면적에 감도가 비례한다. 따라서, 더 큰 프로브는 더 많은 신호를 제공할 수도 있지만, 또한 더 큰 잡음을 캡쳐링할 수도 있다. 더욱이, 매우 큰 프로브는 예를 들어 RF 전류 리턴 경로를 변경시킴으로써 통상의 플라즈마 프로세스를 혼란시키는 것을 감행할 수도 있다. 따라서, 센서의 형상 및 사이즈는 상기 논의된 기준이 주어진다고 하면 제조자의 선호도에 의존할 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 일단 과도 전류가 생성되었다면, 그 과도 전류는 비한정된 플라즈마의 존재를 결정하기 위해 검출 회로로 전송될 수도 있다. 다음의 몇몇 도 (도 4a 및 도 4b) 는 검출 회로로의 과도 전류의 흐름의 예이다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에서 용량성 기반 센서와 검출 회로 양자의 일 예시적인 전기 모델을 도시한다. 박스 402 는 용량성 기반 센서에 대한 일 예시적인 회로 모델을 도시한다. 용량성 기반 센서의 외부 표면 (플라즈마에 노출되는 표면) 은 플레이트 (404) 에 의해 나타내진다. 커패시터 (406 및 408) 각각이 용량성 기반 센서의 도전성 기판 상에 존재할 수도 있는 전기 절연성 외부층을 나타낸다. 전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도전성 기판 상의 추가적인 층은 전기 모델 내의 추가적인 커패시턴스로서 도시될 수도 있다 (그 역도 또한 같다). 일 실시형태에서, 도전성 기판 상의 전기 절연성 외부층 세트의 커패시턴스는 우세한 (dominant) 커패시턴스이다. 즉, 연속물 내의 가장 작은 커패시터가 우세한 것이기 때문에, 플라즈마 증착 생성물층의 형성으로 인한 추가적인 커패시턴스가 검출기의 외부층의 커패시턴스에 비하여 클 수도 있다. 보통, 필름의 통상의 커패시턴스 값은 표면적의 제곱 센티미터 당 약 0.1nF 일 수도 있다.
박스 410, 박스 420 및 박스 430 은 검출 회로에 대한 일 예시적인 회로 모델을 도시한다. 박스 410 은 전류 대 전압 변환기 (즉, 회로 변환기) 에 대한 모델의 일 예를 도시한다. 전류 대 전압 변환기는 플라즈마에의 플레이트 (404) 의 노출로 인해 전하로부터 생성된 과도 전류를 변환하도록 구성된다. 일 예에서, 플라즈마에의 노출로 인해 커패시터 (406 및 408) 에 걸쳐 디벨로핑하는 과도 전류는 저항기 (414) 를 통해 전기적 접지 (416) 로 흘러, 과도 전류를 포인트 (412) 에서 판독될 수도 있는 과도 전압 신호로 변환할 수도 있다. 일 실시형태에서, 저항기 (414) 는 1 내지 100kohms 사이의 값을 가질 수도 있다.
포인트 (412) 에서 생성된 과도 전압 신호는 그 후 신호 대 잡음 특성을 향상시키도록 컨디셔닝될 수도 있다. 일 실시형태에서, 과도 전압 신호는 박스 420 에 도시된 예시적인 회로와 같은 저역통과 필터 회로를 통과할 수도 있다. 일 실시형태에서, 저역통과 필터 (420) 는 접지 (426) 에 접속되는 커패시터 (424) 에 접속된 저항기 (422) 를 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 엘리먼트들 (422 및 424) 의 조합은 과도 전압 신호로부터 고주파 성분고주파능한다. 일 실시형태에서, 저항기 (422) 는 100ohms 의 값을 가질 수도 있고, 커패시터 (424) 는 약 100nF 의 값을 가질 수도 있다.
과도 전압 신호의 신호 대 잡음 특성은 일 실시형태에서 박스 430 에 제시된 2 개의 예와 같이 공진 LC 필터 세트를 통하여 과도 전압 신호를 통과시킴으로써 더욱 향상될 수도 있다. 제 1 LC 필터는 커패시터 (434) 와 병렬로 인덕터 (432) 를 포함할 수도 있다. 유사하게, 제 2 LC 필터는 커패시터 (438) 와 병렬로 인덕터 (436) 를 포함할 수도 있다. 공진 LC 필터 세트를 이용하여, 과도 전압 신호는 차단 공지된 및/또는 예상된 주파수를 선택적으로 제거함으로써 향상될 수도 있다. 예를 들어, 프로세스 플라즈마가 상이한 주파수 (예를 들어, 13.56MHz 및 28MHz) 에서 동작하는 2 개의 별개의 RF 생성기에 의해 전력공급된다면, 플라즈마에 노출된 용량성 기반 센서로부터 생성되는 과도 전압 신호는 양자의 주파수를 포함할 수도 있다. 이들 주파수의 크기가 과도 전압 신호의 검출을 방해할 수도 있기 때문에, 공진 LC 필터 세트는 그 주파수들을 차단하는데 이용될 수도 있다. 일 예에서, 커패시터 (434) 와 병렬의 인덕터 (432) 는 13.56MHz 성분을 차단할 수도 있고, 커패시터 (438) 와 병렬의 인덕터 (436) 는 28MHz 성분을 차단할 수도 있다. 통상적으로, 일반적으로 이용될 수도 있는 주파수들 (예를 들어, 2.27MHz 및 60MHz) 의 타입은 차단될 수도 있는 주파수들의 타입일 수도 있다. 그러나, 공진 LC 필터 세트는 단지 앞서 언급한 주파수들을 차단하는 것으로 제한되지 않으며, 소정 범위의 주파수 (예를 들어, 500kHz 내지 200MHz) 를 차단할 수도 있다. 전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 차단될 수도 있는 주파수의 타입은 사용자의 선호도에 의존할 수도 있다.
일단 과도 전압 신호가 필터링되었다면, 컨디셔닝된 신호가 포인트 440 에서 생성될 수도 있다. 일 실시형태에서, 컨디셔닝된 신호 (즉, 공진 LC 필터 박스 430 으로부터의 출력) 는 임계값 검출기 (미도시) 로 전송될 수도 있다. 임계값 검출기는 플라즈마 비한정 이벤트가 발생했는지를 결정하기 위해 컨디셔닝된 신호를 미리 결정된 임계값과 비교할 수도 있다.
대안으로, 검출 회로는 도 4b 에 도시한 바와 같이 구현될 수도 있다. 도 4b 에 도시된 검출 회로는 추가적인 커패시터 (418) 를 제외하면 도 4a 의 검출 회로와 유사하다. 일 실시형태에서, 커패시터 (418) 는 박스 410 의 전류 대 전압 변환기 내에 구현될 수도 있다. 박스 402 내의 용량성 기반 센서가 때때로 단락 (short circuit) 을 경험할 수도 있기 때문에, 커패시터 (418) 는 검출 회로의 다운스트림 컴포넌트 (즉, 박스 420, 박스 430, 임계값 검출기 등) 에 대해 약간의 보호를 제공할 수도 있다. 일 실시형태에서, 커패시터 (418) 는 100nF 의 값을 가질 수도 있다. 일 예에서, 용량성 기반 센서의 외부층 세트가 용량성 기반 센서의 전기 절연성 특성이 위태롭게 되도록 손상되게 되면, 박스 402 내의 모델 커패시터 (406 및 408) 는 박스 410 내의 포인트 (412) 에 접속되는 검출 회로 컴포넌트와 용량성 기반 센서 (즉, 플레이트 (404)) 간의 직접 전기 접속에 의해 대체되며, 검출 회로는 또한 단락 및 손상될 수도 있다. 그러나, 커패시터 (418) 로 인해, 플라즈마와 검출 컴포넌트 간의 직접 접속이 방지되어, 검출 회로가 손상되는 것을 막을 수도 있다. 또한, 커패시터 (418) 가 단락 상황으로 인해 비한정된 플라즈마에 노출되게 되더라도, 생성된 과도 전압 신호는 단락되지 않은 센서와 연관되는 과도 전압 신호와 검출가능하게 다르다. 그 결과, 임계값 검출기는 2 가지 타입의 과도 전압 신호 간을 구별할 수 있으며, 용량성 기반 센서가 손상되었다는 결정을 행할 수도 있다.
전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시형태는 비한정된 플라즈마를 검출하기 위한 플라즈마 비한정 센서를 제공한다. 플라즈마 비한정 센서의 도전 기판을 보호하는 전기 절연성 외부층 세트를 가짐으로써, 플라즈마 비한정 센서는 플라즈마 환경으로부터 보호되며, 이로써 결정적인 센서 성분에 대한 부식 및/또는 센서의 도전 기판 상의 전기 절연성 필름의 증착으로 인한 성능 저하를 경험하지 않고 플라즈마 비한정 센서가 수행할 수 있게 한다. 전압 신호로부터 외생의 잡음을 필터링할 수 있는 검출 회로로 인해, 전압 신호는 더 높은 품질이 될 수도 있으며, 따라서 임계값 검출기에 확실한 신호를 제공할 수도 있으며, 그 확실한 신호로부터 플라즈마 비한정 이벤트가 결정될 수도 있다.
본 발명이 몇몇 바람직한 실시형태의 관점에서 설명되었지만, 변경물, 치환물 및 등가물이 존재하며, 이들은 본 발명의 범위 내에 있다. 다양한 예가 본원에 제공되지만, 이들 예는 본 발명에 대하여 제한하는 것이 아니라 예시인 것으로 의도된다.
또한, 제목 및 개요는 편의를 위해 본원에 제공되며 본원의 특허청구의 범위를 이해하는데 이용되어서는 안된다. 또한, 요약이 매우 간략화된 형태로 쓰여지게 되고 편의를 위해 본원에 제공되며, 따라서 특허청구항에서 표현되는 본 발명 전체를 해석 또는 제한하는데 이용되어서는 안된다. "세트" 란 용어가 본원에 이용되면, 이러한 용어는 0, 1 또는 2 이상의 부재를 커버하기 위해 통상 이해되는 수학적 의미를 갖도록 의도된다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치를 구현하는 많은 대안의 방식이 존재한다는 것을 알아야 한다. 따라서, 다음의 첨부된 특허청구항은 본 발명의 참된 사상 및 범위 내에 있는 이러한 변경물, 치환물 및 등가물 모두를 포함하는 것처럼 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 플라즈마 리액터 내의 장치로서,
    센서로서, 상기 센서는 상기 플라즈마 리액터 내에 구현된 용량성 기반 센서이며, 상기 센서는 플라즈마 한정 영역의 외부에 구현되며, 상기 센서는 상기 센서가 상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마에 노출될 때 과도 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 센서는 상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 상기 플라즈마를 향하여 배향된 적어도 하나의 전기 절연성 층을 갖는, 상기 센서; 및
    상기 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하고 상기 과도 전압 신호를 프로세싱하여 상기 플라즈마 비한정 이벤트가 존재하는지 여부를 확인하기 위해 상기 센서에 전기 접속되는 검출 회로를 포함하는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출 회로는 전압 변환기를 포함하며, 상기 전압 변환기는 상기 과도 전류를 상기 과도 전압 신호로 변환하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출 회로는 저역통과 필터를 더 포함하며, 상기 저역통과 필터는 상기 과도 전압 신호로부터 고주파 성분 (high-frequency components) 을 제거하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 회로는 공진 필터 세트를 더 포함하며, 상기 공진 필터 세트는 통상 프로세스 플라즈마의 생성과 연관된 주파수를 차단하여 컨디셔닝된 신호를 생성하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검출 회로는 임계값 검출기를 더 포함하며, 상기 임계값 검출기는 상기 컨디셔닝된 신호를 임계값에 대하여 비교함으로써 상기 플라즈마 비한정 이벤트가 발생한 때를 식별하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  6. 플라즈마 리액터 내에서 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마에 센서가 노출될 때 과도 전류를 생성하는 단계로서, 상기 센서는 상기 플라즈마 리액터 내에 구현된 용량성 기반 센서이며, 상기 센서는 플라즈마 한정 영역의 외부에 구현되며, 상기 센서는 상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 상기 플라즈마를 향하여 배향된 적어도 하나의 전기 절연성 층을 갖는, 상기 생성 단계;
    상기 센서에 전기 접속되는 검출 회로에 의해 상기 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 과도 전압 신호를 프로세싱하여 상기 플라즈마 비한정 이벤트가 존재하는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하는 단계는 전압 변환기에 의해 수행되며, 상기 전압 변환기는 상기 검출 회로의 일부인, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 과도 전압 신호의 프로세싱은 저역통과 필터를 통해 고주파 성분을 제거하는 것을 포함하며, 상기 저역통과 필터는 상기 검출 회로의 일부인, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 과도 전압 신호의 프로세싱은 공진 필터 세트를 이용함으로써 상기 과도 전압 신호를 컨디셔닝된 신호로 변형시키는 것을 포함하며, 상기 공진 필터 세트는 상기 검출 회로의 일부이며 통상 프로세스 플라즈마의 생성과 연관된 주파수를 차단하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 과도 전압 신호의 프로세싱은 임계값 검출기를 통해 상기 컨디셔닝된 신호를 임계값에 대하여 비교함으로써 상기 플라즈마 비한정 이벤트를 식별하는 것을 포함하며, 상기 임계값 검출기는 상기 검출 회로의 일부인, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 방법.
  11. 플라즈마 비한정 이벤트를 검출하기 위한 플라즈마 리액터 내의 장치로서,
    센서로서, 상기 센서는 상기 플라즈마 리액터 내에 구현된 용량성 기반 센서이고, 상기 센서는 플라즈마 한정 영역의 외부에 구현되며, 상기 센서는 절연체를 통해 챔버 벽으로부터 전기적으로 격리되면서 상기 플라즈마 리액터의 상기 챔버 벽 상에 탑재되며, 상기 센서는 상기 센서의 외부 표면이 상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 플라즈마에 노출될 때 과도 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 센서는 상기 플라즈마 비한정 이벤트와 연관된 상기 플라즈마를 향하여 배향된 적어도 하나의 전기 절연성 층을 갖는, 상기 센서; 및
    검출 회로를 포함하며,
    상기 검출 회로는 상기 센서에 전기 접속되며, 적어도,
    상기 과도 전류를 과도 전압 신호로 변환하도록 구성된 전압 변환기,
    상기 과도 전압 신호로부터 고주파 성분을 제거하도록 구성된 저역통과 필터,
    통상 프로세스 플라즈마의 생성과 연관된 주파수를 차단하여 컨디셔닝된 신호를 생성하도록 구성된 공진 필터 세트, 및
    상기 플라즈마 비한정 이벤트가 존재하는지 여부를 확인하도록 구성된 임계값 검출기
    를 포함하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전압 변환기는 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 센서와 다운스트림 검출 컴포넌트 간의 직접 접속을 막아, 상기 센서가 단락을 경험할 때 상기 다운스트림 검출 컴포넌트를 보호하도록 구성되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 저역통과 필터는 접지된 커패시터에 커플링된 저항기를 포함하는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공진 필터 세트 중 적어도 하나의 공진 필터는 커패시터와 병렬로 인덕터를 포함하는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 센서는 도전성 기판을 포함하며, 상기 도전성 기판은 금속, 금속들의 합금, 반도체 재료, 도전성 세라믹 재료 및 폴리머 중 적어도 하나로부터 제조되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기 절연성 층은 유리 재료, 석영 재료, 세라믹 재료, 폴리머 재료 및 양극처리된 알루미늄 중 적어도 하나로부터 제조되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 플라즈마 리액터의 상기 챔버 벽과 동일 평면에 있는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 로드 상에 탑재되며, 상기 로드는 상기 플라즈마 리액터의 상기 챔버 벽에 부착되는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 직사각형 형상인, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 고리 모양 형상을 갖는, 플라즈마 비한정 이벤트 검출 장치.
KR1020107015355A 2007-12-13 2008-12-12 플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법 KR101533473B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1362307P 2007-12-13 2007-12-13
US61/013,623 2007-12-13
PCT/US2008/086495 WO2009076568A2 (en) 2007-12-13 2008-12-12 Plasma unconfinement sensor and methods thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100098438A KR20100098438A (ko) 2010-09-06
KR101533473B1 true KR101533473B1 (ko) 2015-07-02

Family

ID=40756129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107015355A KR101533473B1 (ko) 2007-12-13 2008-12-12 플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8894804B2 (ko)
JP (1) JP5420562B2 (ko)
KR (1) KR101533473B1 (ko)
CN (1) CN101970166B (ko)
TW (1) TWI492671B (ko)
WO (1) WO2009076568A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220065597A (ko) 2020-11-13 2022-05-20 충남대학교산학협력단 일체형 전압 및 전류 센서를 구비하는 플라즈마 장치, 및 플라즈마 장치에서의 전압 및 전류 모니터링 방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9074285B2 (en) 2007-12-13 2015-07-07 Lam Research Corporation Systems for detecting unconfined-plasma events
JP5734185B2 (ja) 2008-07-07 2015-06-17 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プラズマ処理チャンバ内のプラズマ不安定性事象を検出するための構成、及び、プラズマ不安定性事象を検出する方法
KR101588482B1 (ko) * 2008-07-07 2016-01-25 램 리써치 코포레이션 플라즈마 처리 챔버에 사용하기 위한 진공 갭을 포함하는 플라즈마 대향 프로브 장치
US8901935B2 (en) * 2009-11-19 2014-12-02 Lam Research Corporation Methods and apparatus for detecting the confinement state of plasma in a plasma processing system
US9401264B2 (en) * 2013-10-01 2016-07-26 Lam Research Corporation Control of impedance of RF delivery path
US9337000B2 (en) 2013-10-01 2016-05-10 Lam Research Corporation Control of impedance of RF return path
CN103871816B (zh) * 2012-12-17 2016-06-08 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 用于匹配器的传感器及具有其的匹配器、等离子体设备
CN105044469A (zh) * 2015-04-24 2015-11-11 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种干式空心电抗器损耗检测方法及其检测装置
KR102201880B1 (ko) * 2015-08-28 2021-01-13 세메스 주식회사 필터, 그를 포함하는 정전척 및 기판 처리 장치
KR102175085B1 (ko) * 2019-08-01 2020-11-05 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US11545346B2 (en) * 2020-03-06 2023-01-03 Applied Materials, Inc. Capacitive sensing data integration for plasma chamber condition monitoring
US20210280399A1 (en) * 2020-03-06 2021-09-09 Applied Materials, Inc. Capacitive sensors and capacitive sensing locations for plasma chamber condition monitoring
KR20230143349A (ko) * 2022-04-05 2023-10-12 한국기계연구원 패치형 플라즈마 진단장치 및 이를 포함하는 플라즈마 진단모듈

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050089995A (ko) * 2002-12-31 2005-09-09 동경 엘렉트론 주식회사 재료 처리 시스템내의 플라즈마 감시방법 및 장치
KR20060061122A (ko) * 2004-12-01 2006-06-07 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4006404A (en) * 1976-01-30 1977-02-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pulsed plasma probe
US4846920A (en) * 1987-12-09 1989-07-11 International Business Machine Corporation Plasma amplified photoelectron process endpoint detection apparatus
US5861577A (en) * 1992-06-05 1999-01-19 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Seal structure for member-passing-through hole bored in metal partition member
KR0152355B1 (ko) * 1994-03-24 1998-12-01 가나이 쓰토무 플라즈마 처리장치 및 처리방법
JPH0831806A (ja) 1994-07-20 1996-02-02 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
JP3552722B2 (ja) * 1995-03-27 2004-08-11 日立電子サービス株式会社 ノイズ検知記録装置
US5907820A (en) * 1996-03-22 1999-05-25 Applied Materials, Inc. System for acquiring and analyzing a two-dimensional array of data
JPH1079372A (ja) * 1996-09-03 1998-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
GB9620151D0 (en) * 1996-09-27 1996-11-13 Surface Tech Sys Ltd Plasma processing apparatus
US6174450B1 (en) * 1997-04-16 2001-01-16 Lam Research Corporation Methods and apparatus for controlling ion energy and plasma density in a plasma processing system
JP3949268B2 (ja) * 1998-04-20 2007-07-25 日本碍子株式会社 耐食性セラミックス部材
US6242360B1 (en) * 1999-06-29 2001-06-05 Lam Research Corporation Plasma processing system apparatus, and method for delivering RF power to a plasma processing
AU2002236599A1 (en) * 2001-01-08 2002-07-16 Tokyo Electron Limited Capacity coupled rf voltage probe
WO2002075332A1 (en) * 2001-03-16 2002-09-26 Tokyo Electron Limited Impedance monitoring system and method
US7960670B2 (en) * 2005-05-03 2011-06-14 Kla-Tencor Corporation Methods of and apparatuses for measuring electrical parameters of a plasma process
JP4035418B2 (ja) * 2001-10-31 2008-01-23 株式会社本田電子技研 近接スイッチおよび物体検出装置
TWI239794B (en) * 2002-01-30 2005-09-11 Alps Electric Co Ltd Plasma processing apparatus and method
JP2003273088A (ja) * 2002-03-19 2003-09-26 Tokyo Electron Ltd プラズマリーク検出装置及び処理システム
JP3977114B2 (ja) * 2002-03-25 2007-09-19 株式会社ルネサステクノロジ プラズマ処理装置
US7199327B2 (en) * 2002-06-28 2007-04-03 Tokyo Electron Limited Method and system for arc suppression in a plasma processing system
JP2004047696A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマドーピング方法及び装置、整合回路
JP4186536B2 (ja) * 2002-07-18 2008-11-26 松下電器産業株式会社 プラズマ処理装置
US20040016402A1 (en) * 2002-07-26 2004-01-29 Walther Steven R. Methods and apparatus for monitoring plasma parameters in plasma doping systems
US20040127030A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for monitoring a material processing system
JP2004335594A (ja) 2003-05-02 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置
US7054173B2 (en) * 2003-05-07 2006-05-30 Toshiba International Corporation Circuit with DC filter having a link fuse serially connected between a pair of capacitors
US6902646B2 (en) * 2003-08-14 2005-06-07 Advanced Energy Industries, Inc. Sensor array for measuring plasma characteristics in plasma processing environments
CN1614308A (zh) * 2003-11-07 2005-05-11 中国科学院力学研究所 交流等离子体裂解废弃物成套装置
JP2005214932A (ja) * 2004-02-02 2005-08-11 Daihen Corp 信号処理装置、この信号処理装置を用いた電圧測定装置及び電流測定装置
US7292191B2 (en) * 2004-06-21 2007-11-06 Theodore Anderson Tunable plasma frequency devices
CN101048842A (zh) * 2004-10-04 2007-10-03 优利讯美国有限公司 改善等离子体蚀刻均匀性的方法和设备
EP1675444B1 (en) * 2004-12-22 2008-02-13 Commissariat A L'energie Atomique Process for determining local emissivity profile of suprathermal electrons
US20060151429A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-13 Hiroyuki Kitsunai Plasma processing method
US20060171848A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Advanced Energy Industries, Inc. Diagnostic plasma sensors for endpoint and end-of-life detection
US20060180570A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-17 Mahoney Leonard J Application of in-situ plasma measurements to performance and control of a plasma processing system
JP2006294658A (ja) 2005-04-06 2006-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置
US20060275541A1 (en) * 2005-06-07 2006-12-07 Weimer Wayne A Systems and method for fabricating substrate surfaces for SERS and apparatuses utilizing same
US7202711B2 (en) * 2005-09-07 2007-04-10 Delphi Technologies, Inc. Technique for determining a load current
US20070075036A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-05 Paul Moroz Method and apparatus for measuring plasma density in processing reactors using a short dielectric cap
US20070074812A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-05 Andrej Mitrovic Temperature control of plasma density probe
US7425863B2 (en) * 2005-12-13 2008-09-16 Broadcom Corporation Tuneable filters using operational amplifiers
KR100699775B1 (ko) 2006-01-03 2007-03-28 이호경 강관파일의 두부보강장치
US7538562B2 (en) * 2006-03-20 2009-05-26 Inficon, Inc. High performance miniature RF sensor for use in microelectronics plasma processing tools
US7722778B2 (en) 2006-06-28 2010-05-25 Lam Research Corporation Methods and apparatus for sensing unconfinement in a plasma processing chamber
US8076247B2 (en) * 2007-01-30 2011-12-13 Applied Materials, Inc. Plasma process uniformity across a wafer by controlling RF phase between opposing electrodes
US8244494B2 (en) * 2007-04-06 2012-08-14 Hypertherm, Inc. Plasma insensitive height sensing
US9074285B2 (en) * 2007-12-13 2015-07-07 Lam Research Corporation Systems for detecting unconfined-plasma events

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050089995A (ko) * 2002-12-31 2005-09-09 동경 엘렉트론 주식회사 재료 처리 시스템내의 플라즈마 감시방법 및 장치
KR20060061122A (ko) * 2004-12-01 2006-06-07 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220065597A (ko) 2020-11-13 2022-05-20 충남대학교산학협력단 일체형 전압 및 전류 센서를 구비하는 플라즈마 장치, 및 플라즈마 장치에서의 전압 및 전류 모니터링 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN101970166A (zh) 2011-02-09
JP2011507195A (ja) 2011-03-03
WO2009076568A2 (en) 2009-06-18
CN101970166B (zh) 2013-05-08
US8894804B2 (en) 2014-11-25
WO2009076568A3 (en) 2009-08-06
KR20100098438A (ko) 2010-09-06
TWI492671B (zh) 2015-07-11
TW200944062A (en) 2009-10-16
JP5420562B2 (ja) 2014-02-19
US20110128017A1 (en) 2011-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101533473B1 (ko) 플라즈마 비한정 센서 및 그의 방법
KR101496498B1 (ko) 비한정 플라즈마 이벤트를 검출하는 시스템
US7722778B2 (en) Methods and apparatus for sensing unconfinement in a plasma processing chamber
KR100676833B1 (ko) 프로세스 성능을 평가할 수 있는 플라즈마 처리장치
CN101595238B (zh) 检测等离子处理反应器的故障状况的方法和设备
KR101355728B1 (ko) 평면 이온 플럭스 프로빙 장치의 이용을 통해 유도된 파라미터를 이용한 플라즈마 처리의 제어
KR101378188B1 (ko) 플라즈마 처리 시스템에 있어서 클리닝 또는 컨디셔닝공정의 종점을 결정하기 위한 방법 및 장치
US7319316B2 (en) Apparatus for measuring a set of electrical characteristics in a plasma
KR20180022593A (ko) 반도체 프로세스 모듈을 위한 에지 링 또는 프로세스 키트
US7338578B2 (en) Step edge insert ring for etch chamber
US20200126829A1 (en) Maintenance control method of controlling maintenance of processing device and control device
JP2008288340A (ja) プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及び洗浄時期予測プログラム
JP2015032779A (ja) プラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180614

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190614

Year of fee payment: 5