KR101604993B1 - 정전 용량 감지 특징을 갖는 정전 척 조립체 및 관련 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 처리하기 위한 반도체 작업편 처리 시스템이 제공된다. 관련 작동 제어 방법이 또한 제공된다. 시스템은 작업편을 수용하도록 구성된 정전 척과, 정전 척에 결합된 클램핑 전압 전원을 포함한다. 정전 척은 클램핑 전극 조립체를 갖고, 클램핑 전압 전원이 클램핑 전극 조립체에 결합된다. 클램핑 전압 전원은 클램핑 전극 조립체를 위한 DC 클램핑 전압을 발생시키도록 구성된 직류(DC) 전압 발생기, 클램핑 전극 조립체를 위한 AC 여기 신호를 발생시키도록 구성된 교류(AC) 전압 발생기, 및 클램핑 전극 조립체에 결합된 처리 구조를 포함한다. 처리 구조는 AC 여기 신호에 응답하여 얻어진 작업편 존재 신호의 속성을 분석하고, 이 속성에 기초하여 정전 척에 대한 작업편의 적절한/부적절한 위치 설정을 검증하도록 구성된다.
Description
본 명세서에 설명된 요지의 실시예는 일반적으로 작업편 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 요지의 실시예는 화학 기상 증착 시스템과 같은 반도체 작업편 처리 시스템에 의한 처리 및 취급 중에 반도체 웨이퍼와 같은 작업편의 처리 상태 조건을 검출하는 것에 관한 것이다.
정전 척이 다양한 반도체 작업편 처리 시스템에서 웨이퍼를 지지하는데 이용된다. 증착 시스템에서, 예를 들어 정전 척은 박막이 웨이퍼 상에 증착되는 동안 웨이퍼를 적소에 클램핑하는데 사용될 수 있다. 에칭 시스템에서는, 다른 예로서, 정전 척은 재료가 웨이퍼로부터 화학적으로 에칭되는 동안에 웨이퍼를 적소에 클램핑하는데 사용될 수 있다. 이들 시스템은 일반적으로 반응 챔버, 챔버로부터 가스를 제거하기 위한 진공 펌핑 시스템, 챔버에 화학 반응물을 반송하기 위한 반응물 전달 시스템, 및 처리 중에 작업편을 적소에 유지하기 위한 작업편 지지 시스템을 포함한다.
일반적인 작업편 지지 시스템은 처리 중에 작업편을 지지하는 플래튼(platen)을 이용한다. 몇몇 시스템은 또한 작업편을 적소에 유지하기 위해 정전기력을 사용하는 정전 척을 이용한다. 정전 척은 정전 척의 표면에 웨이퍼를 정전식으로 클램핑하는 클램핑 전압으로 여기되는 전극을 갖는다. 정전 척 내의 전극은 정전 전원 및 제어기에 결합된다. 정전 전원은 제어기로부터 제어 신호를 수신하고, 클램핑력으로 기판을 클램핑하도록 구성된 클램핑 전압을 생성한다.
프로세스가 시작하기 전에, 웨이퍼는 반응 챔버 내로 전달되고, 일반적으로 정전 척 상에 로딩되기 전에 웨이퍼를 지지하는 상승 핀 상에 배치된다. 상승 핀은 이어서 하강되어(그리고/또는 정전 척이 상승됨) 웨이퍼가 상승 핀보다는 정전 척의 상부면 상에 놓인다. 이 때, 클램핑 전압이 정전 척에 인가되어 프로세스의 준비시에 웨이퍼를 클램핑한다. 프로세스의 완료 후에, 클램핑 전압이 제거되어 정전 척으로부터 웨이퍼를 해제하고, 상승 핀이 결합되어 정전 척의 표면 상에 웨이퍼를 상승시킨다. 그 후에, 처리된 웨이퍼는 운반 메커니즘을 사용하여 상승 핀으로부터 제거될 수 있다.
정전 척에 대한 웨이퍼의 적절한 위치 설정은 일반적인 반도체 작업편 프로세스 전, 중 및 후에 다양한 시간에 중요하다. 예를 들어, 클램핑 전압을 인가하기 전에 웨이퍼가 정전 척 상에 적절하게 로딩되는 것을 보장하는 것이 중요하다. 다른 예로서, 웨이퍼가 특정 시간에 클램핑되는지 또는 클램핑되지 않는지 여부를 판정하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 예로서, 처리 사이클에서 더 진행되기 전에 웨이퍼가 상승 핀 상에 적절하게 위치되는 것을 보장하는 것이 중요할 수 있다.
반도체 작업편 처리 시스템에 사용하기에 적합한 정전 척 조립체 및 관련 작동 방법이 제공된다. 정전 척 조립체는 정전 척의 클램핑 전압 전원에 합체된 용량성 센서 서브시스템을 포함한다. 용량성 센서 서브시스템은 정전 척의 클램핑 전극에 여기 신호를 인가하고, 여기 신호에 응답하여 웨이퍼 상황 조건을 판정한다. 특히, 웨이퍼와 정전 척 사이의 정전 용량의 변화(정전 척의 상부면에 대한 웨이퍼의 위치의 변화에 대응함)는 여기 신호로부터 유도되는 작업편 존재 신호의 검출 가능한 속성을 생성한다. 용량성 센서 서브시스템은 정전 척에 대한 웨이퍼의 적절한 위치 설정을 검증하기 위해 프로세스 전, 중 및/또는 후에 이들 속성을 검출하고 분석한다.
상기 및 다른 양태는 작업편을 수용하도록 구성된 플래튼, 정전 척, 척에 작업편을 정전식으로 부착하기 위해 직류(DC) 클램핑 전압을 수용하도록 구성되어 있는 척용 전극 조립체, 및 전극 조립체에 결합된 용량성 센서 서브시스템을 갖는 정전 척 조립체의 실시예에서 발견될 수 있다. 용량성 센서 서브시스템은 전극 조립체를 위한 교류(AC) 여기 신호를 발생시키고, 작업편과 척 사이의 정전 용량의 변화에 의해 영향을 받는 여기 신호의 전기 특징을 분석하도록 구성된다.
상기 및 다른 양태는 반도체 작업편 처리 시스템을 제어하는 방법의 실시예에 의해 수행될 수 있고, 시스템은 처리 중에 작업편을 유지하는 정전 척을 갖는다. 이 방법은, 정전 척의 전극에 AC 여기 신호를 인가하는 단계, AC 여기 신호에 응답하여 작업편 존재 신호를 얻는 단계로서, 작업편 존재 신호는 정전 척과 작업편 사이의 정전 용량에 의해 영향을 받는 단계, 작업편 존재 신호의 속성을 식별하는 단계, 및 속성에 의해 지시된 방식으로 시스템의 작동을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 및 다른 양태는 작업편을 수용하도록 구성되고 클램핑 전극 조립체를 포함하는 정전 척, 및 클램핑 전극 조립체에 결합된 클램핑 전압 전원을 갖는 시스템의 실시예에 의해 수행될 수 있다. 클램핑 전압 전원은 클램핑 전극 조립체를 위한 DC 클램핑 전압을 발생시키도록 구성된 DC 전압 발생기, 클램핑 전극 조립체를 위한 AC 여기 신호를 발생시키도록 구성된 AC 전압 발생기, 및 클램핑 전극 조립체에 결합된 처리 구조를 포함한다. 처리 구조는 AC 여기 신호에 응답하여 얻어진 작업편 존재 신호의 속성을 분석하고, 이 속성에 기초하여 정전 척에 대한 작업편의 적절한/부적절한 위치 설정을 검증하도록 구성된다.
본 요약은 개념들의 선택을 하기 상세한 설명에서 추가로 기술되는 단순한 형태로 도입하도록 제공된다. 본 요약은 청구된 요지의 핵심 형태 또는 필수 형태를 식별하도록 의도된 것이 아니고, 또한 청구된 요지의 범주를 결정하는데 보조 사항으로서 사용되도록 의도된 것도 아니다.
본 발명의 요지의 더 완전한 이해는 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타내고 있는 이하의 도면과 함께 고려할 때 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로서 유도될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 클램핑 전압을 인가하기 전에 웨이퍼가 정전 척 상에 적절하게 로딩되는 것이 보장되고, 웨이퍼가 특정 시간에 클램핑되는지 또는 클램핑되지 않는지 여부를 판정하는 것이 가능하고, 처리 사이클에서 더 진행되기 전에 웨이퍼가 상승 핀 상에 적절하게 위치되는 것을 보장하는 것이 가능하다.
도 1은 CVD 시스템의 실시예의 개략도.
도 2는 상승 핀의 결합을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 정전 척의 평면도.
도 4는 상승 핀 상의 웨이퍼의 적절한 배치를 도시하고 있는 도 2에 도시된 정전 척의 단면도.
도 5는 웨이퍼의 적절한 로딩을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 6은 웨이퍼의 부적절한 로딩을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 7은 용량성 센서 서브시스템을 갖는 정전 척 조립체의 실시예의 개략도.
도 8은 작업편의 처리 중에 반도체 작업편 처리 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호의 그래프.
도 9는 반도체 작업편 처리 시스템을 제어하는 방법의 실시예를 도시하는 흐름도.
도 10은 자체-클램프 회복 절차 중에 반도체 작업편 처리 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호의 그래프.
도 2는 상승 핀의 결합을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 정전 척의 평면도.
도 4는 상승 핀 상의 웨이퍼의 적절한 배치를 도시하고 있는 도 2에 도시된 정전 척의 단면도.
도 5는 웨이퍼의 적절한 로딩을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 6은 웨이퍼의 부적절한 로딩을 도시하고 있는 정전 척의 실시예의 단면도.
도 7은 용량성 센서 서브시스템을 갖는 정전 척 조립체의 실시예의 개략도.
도 8은 작업편의 처리 중에 반도체 작업편 처리 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호의 그래프.
도 9는 반도체 작업편 처리 시스템을 제어하는 방법의 실시예를 도시하는 흐름도.
도 10은 자체-클램프 회복 절차 중에 반도체 작업편 처리 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호의 그래프.
이하의 상세한 설명은 단지 본질적으로 예시적인 것이고, 본 발명의 요지의 실시예 및 이러한 실시예의 용례 및 사용을 제한하도록 의도된 것은 아니다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "예시적인"은 "예, 실례 또는 예시로서 기능하는" 것을 의미한다. 예시적인 것으로서 본 명세서에 설명된 임의의 구현예는 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다. 더욱이, 상기의 기술분야, 배경기술, 발명의 내용 또는 이하의 상세한 설명에서 제시된 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 구속되도록 하는 의도는 없다.
기술 및 과학 기술은 기능적 및/또는 논리적 블록 구성 요소의 견지에서, 그리고 다양한 연산 구성 요소 또는 디바이스에 의해 수행될 수 있는 작동, 처리 작업 및 기능의 부호 표현에 대해 본 명세서에 설명될 수 있다. 이러한 작동, 작업 및 기능은 종종 컴퓨터-실행, 전산화, 소프트웨어-구현 또는 컴퓨터-구현되는 것으로서 칭해진다. 실제로, 하나 이상의 프로세서 디바이스는 시스템 메모리 내의 메모리 위치에서 데이터 비트를 표현하는 전기 신호를 조작함으로써, 뿐만 아니라 신호의 다른 처리에 의해 설명된 작동, 작업 및 기능을 수행할 수 있다. 데이터 비트가 유지되는 메모리 위치는 데이터 비트에 대응하는 특정 전기, 자기, 광학 또는 유기 특성을 갖는 물리적인 위치이다. 도면에 도시된 다양한 블록 구성 요소는 지정된 기능을 수행하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 구성 요소에 의해 실현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 시스템 또는 구성 요소의 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 다른 제어 디바이스의 제어 하에서 다양한 기능을 수행할 수 있는 다양한 집적 회로 구성 요소, 예를 들어 메모리 요소, 디지털 신호 처리 요소, 논리 요소, 룩-업 테이블(look-up table) 등을 이용할 수 있다.
이하의 설명은 함께 "접속되고" 또는 "결합된" 요소 또는 노드 또는 특징부를 칭할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 달리 표현적으로 언급되지 않으면, "접속된"은 하나의 요소/노드/특징부가 반드시 기계적으로는 아니라 다른 요소/노드/특징부에 직접 연결(또는 직접 통신)된 것을 의미한다. 마찬가지로, 달리 표현적으로 언급되지 않으면, "결합된"은 하나의 요소/노드/특징부가 반드시 기계적으로는 아니라 다른 요소/노드/특징부에 직접 또는 간접적으로 연결(또는 직접 또는 간접적으로 통신)된 것을 의미한다.
본 명세서에 사용될 때, "노드"는 소정의 신호, 논리 레벨, 전압, 데이터 패턴, 전류 또는 양이 존재하는 임의의 내부 또는 외부 기준점, 접속점, 접합부, 신호 라인, 전도성 요소 등을 의미한다. 더욱이, 2개 이상의 노드가 하나의 물리적인 요소에 의해 실현될 수 있다(2개 이상의 신호가 공통의 노드에서 수신되고 출력되더라도 멀티플렉싱되고, 변조되거나 다른 방식으로 구별될 수 있음).
게다가, 특정 용어가 또한 단지 참조를 위해 이하의 설명에서 사용될 수 있고, 따라서 한정적인 것으로 의도되는 것은 아니다. 예를 들어, "상부", "하부", "위에" 및 "아래에"와 같은 용어는 참조가 이루어지는 도면에서의 방향을 칭한다. "전방", "후방", "뒤", "측면", "외향" 및 "내향"과 같은 용어는 설명 중인 구성 요소를 설명하는 본문 및 관련 도면을 참조하여 명백하게 되는 일관적이지만 임의의 기준 프레임 내의 구성 요소의 부분의 배향 및/또는 위치를 설명한다. 이러한 용어는 상기에 구체적으로 언급된 단어, 그 파생어 및 유사한 중요성을 갖는 단어를 포함할 수 있다. 유사하게, 용어 "제 1", "제 2" 및 다른 이러한 구조체를 언급하는 수치적인 용어는 문맥에 의해 명백하게 지시되지 않으면 순서 또는 차례를 암시하는 것은 아니다.
이하에 설명되는 실시예는 정전 척을 이용하는 반도체 작업편 처리 시스템의 임의의 방식에서 가능화될 수 있다. 시스템은 화학 기상 증착(CVD), 고밀도 플라즈마 CVD(HDP-CVD), 플라즈마 보강 CVD(PECVD), 물리적 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 이온 보강 ALD(iALD), 레지스트 스트립, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 리소그래피 또는 다른 반도체 처리 시스템 중 하나일 수 있다.
도 1은 HDP-CVD 시스템(100)의 실시예의 개략도이다. 간략화를 위해, 반도체 웨이퍼 처리, CVD 프로세스, CVD 시스템 및 관련 시스템 구성 요소, 용량성 센서 및 시스템(및 시스템의 개별 작동 구성 요소)의 다른 기능적 양태에 관한 통상의 기술은 본 명세서에 상세히 설명되지 않을 수 있다. HDP-CVD 시스템(100)은 HDP-CVD 시스템(100)의 다른 구성 요소를 포위하고 프로세스 챔버(102)를 둘러싸는[프로세스 챔버(102)의 벽 상에 또는 이 벽 내에 매립된] 유도 코일(104)에 결합된 RF 전원에 의해 생성된 플라즈마를 포함하도록 기능하는 프로세스 챔버(102)를 포함한다. 프로세스 챔버(102)의 벽은 알루미늄, 알루미늄 산화물 및/또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 유도 코일(104)은 저주파수 RF 소스(106)에 의해 전력 공급된다. RF 소스(106)에 의해 공급된 전력 및 주파수는 프로세스 가스로부터 고밀도 플라즈마를 생성하는데 충분하다.
HDP-CVD 시스템(100)은 HDP-CVD 프로세스를 경험하는 반도체 웨이퍼와 같은 작업편(110)을 지지하도록 구성된 받침대(pedestal)(108)를 포함한다. 이 실시예에서, 받침대(108)는 증착 반응 중에 작업편(110)을 적소에 유지하는 정전 척(112)을 포함한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 정전 척(112)은 HDP-CVD 프로세스 전, 중 및/또는 후에 특정 작업편 상황 조건을 검출하기 위해 용량성 센서 서브시스템과 협동할 수 있다. 더욱이, 정전 척(112)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 적합하게 구성된 정전 척 조립체의 부분일 수 있다.
고주파수 RF 소스(114)는 작업편(110)을 전기식으로 바이어스하고 증착 또는 에칭 반응을 위해 작업편(110) 상에 하전된 전구체 종을 끌어당긴다. RF 소스(114)로부터 전기 에너지는 예를 들어 전극 또는 용량성 커플링을 통해 작업편(110)에 결합된다. 작업편(110)에 인가된 바이어스는 RF 바이어스일 필요는 없다는 것을 주목하라. 다른 주파수 및 DC 바이어스가 마찬가지로 사용될 수 있다.
프로세스 가스는 하나 이상의 챔버 입구(116)를 통해 도입된다. 가스는 사전 혼합되거나 사전 혼합되지 않을 수 있다. 추가의 입구가 프로세스 챔버 내의 임의의 지점에 존재할 수 있다. 프로세스 가스는 수소, 헬륨, 아르곤, 질소, 산소 또는 실란과 같은 불활성 및 반응성 가스를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프로세스 가스는 가스 공급 입구 메커니즘을 통해 도입된다. 가스 또는 가스 혼합물은 작업편(110)의 표면을 향해 가스를 안내하거나 안내하지 않을 수 있는 1차 가스 링(117)으로부터 도입될 수 있다. 이 실시예에서, 하나 이상의 링 입구(118)가 1차 가스 링(117)에 접속되어 챔버 입구(116)를 통해 프로세스 챔버(102) 내에 가스 또는 가스 혼합물을 공급한다. 프로세스 챔버(102)에 진입하는 가스에 의해 발생된 음파 전방부(sonic front)는 자체로 가스가 작업편(110)을 향한 것을 포함하는 모든 방향에서 급속하게 소산되게 할 것이다. 프로세스 가스는 하나 이상의 출구(120)를 통해 프로세스 챔버(102)를 나온다. 적어도 하나의 진공 펌프(예를 들어, 터보 분자 펌프)(122)는 일반적으로 가스를 끌어당기고 프로세스 챔버(102) 내에 적합하게 낮은 압력을 유지한다.
도 2는 상승 핀(202)의 결합을 도시하고 있는 정전 척(200)의 실시예의 개략 단면도이고, 도 3은 정전 척(200)의 평면도이다. 정전 척(200)은 CVD 시스템(100)과 같은 CVD 시스템에 합체될 수 있다. 이 실시예에서, 정전 척(200)은 삼각형 레이아웃으로 서로로부터 대략 120도 이격되어 배열된 3개의 상승 핀(202)과 협동한다(도 3 참조). 상승 핀(202)은 필요에 따라 플래튼(201) 위의 웨이퍼와 같은 작업편을 상승시키도록 적합하게 구성되고 제어된다. 특정 실시예에서, 상승 핀(202)은 세라믹 재료로부터 형성되고, 정전 척(200)에 대한 이들의 높이 위치는 호스트 반도체 작업편 처리 시스템에 의해 제어된다.
상승 핀(202)은 정전 척(200)의 플래튼(201) 상의 웨이퍼의 배치 및 제거를 수용하도록 정전 척(200)에 대해 상승되고, 여기서 플래튼(201)은 웨이퍼를 수용하도록 적합하게 구성된다. 이와 관련하여, 도 2는 상승 핀(202)의 상부 팁이 정전 척(200)의 상부면(203) 아래에 위치하는 하강된 위치에서의 상승 핀(202)을 도시한다. 도 4는 상승 핀(202) 상의 웨이퍼(204)의 적절한 배치를 도시하고 있는 정전 척(200)의 개략 단면도이다. 도 4는 상승 핀(202)의 상부 팁이 상부면(203) 위에 위치되는 상승된 위치에서의 상승 핀(202)을 도시한다. 이 상승된 위치에 있는 동안, 웨이퍼(204)는 호스트 반도체 작업편 처리 시스템의 적합하게 구성된 운반 아암에 의해 상승 핀(202)으로부터 제거될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 상승 핀 상의 웨이퍼의 "적절한" 위치는, 웨이퍼가 웨이퍼를 지지하기 위해 요구되는 적어도 최소 수의 상승 핀 상에 놓이게 되는 것을 의미한다. 도시된 실시예에서, 웨이퍼(204)의 적절한 배치는 웨이퍼(204)가 도 4에 도시된 바와 같이 모든 3개의 상승 핀(202) 상에 놓일 때 성취된다. 이러한 적절한 배치는 정전 척(200) 위의 웨이퍼(204)의 안정하고 평탄한 위치 설정을 초래한다. 대조적으로, "부적절한" 배치는 웨이퍼(204)가 하나 이상의 상승 핀(202)과 접촉하지 않는 것을 의미한다. 이러한 부적절한 배치는 웨이퍼(204)가 기울어지거나 정전 척(200) 위의 불안정한 위치에 다른 방식으로 잔류하게 할 수 있다.
도 5는 상부면(203) 상의 웨이퍼(204)의 적절한 로딩을 도시하고 있는 정전 척(200)의 단면도이다. 이 정전 척(200)의 특정 실시예는 보호 링(206)과, 보호 링(206) 및 상부면(203)에 의해 규정된 캐비티(208)를 포함한다. 보호 링(206)은 정전 척(200)의 본체에 결합된 개별 요소일 수 있고, 또는 정전 척(200)의 본체 내에 일체로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 정전 척(200) 및/또는 보호 링(206)은 세라믹 재료로부터 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보호 링(206)은 웨이퍼(204)를 수용하도록 성형되고 치수 설정된 캐비티(208)의 원주 경계를 표현한다. 본 명세서에 사용될 때, 웨이퍼의 "적절한" 로딩은 웨이퍼가 도 5에 도시된 바와 같이 캐비티(208) 내에 완전히 위치되어 있는 것을 의미한다. 실제로, 이 방식의 적절한 로딩은 정전 척(200)이 상부면(203)에 대해 웨이퍼(204)를 클램핑하도록 여기되기 전에 성취된다. 대조적으로, 웨이퍼의 "부적절한" 로딩은 웨이퍼가 캐비티(208) 내에 완전히 위치되지 않은 것을 의미한다. 이와 관련하여, 도 6은 웨이퍼(204)의 부적절한 로딩을 표현하는 일 조건을 도시하고 있는 정전 척(200)의 단면도이다. 여기서, 웨이퍼(204)의 부분은 보호 링(206) 상에 놓이고, 이는 상부면(203)에 대한 웨이퍼(204)의 기울어짐을 초래한다. 다른 예로서, 웨이퍼(204)는 경사지고 보호 링(206) 상에 완전히 놓이면[상부면(203)에 접촉하지 않고) 부적절하게 로딩된다. 정전 척(200)이 부적절한 로딩 위치에서 웨이퍼(204)로 여기되면, 웨이퍼(204) 및/또는 정전 척(200)은 손상될 수 있다. 적어도, 부적절하게 로딩된 웨이퍼(204)의 반도체 작업편 프로세스의 품질은 상당히 손상될 것이다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 반도체 작업편 처리 시스템의 실시예는 정전 척 조립체, 클램핑 전압 전원, 정전 용량 감지 기술, 및 정전 척에 대한 웨이퍼의 특정 조건, 상황 또는 위치 설정을 측정하고, 검출하고, 분석하고 그리고/또는 검증하기 위한 적합하게 구성된 처리 구조를 이용한다. 예를 들어, 시스템(특히, 관련 처리 구조)은 정전 척 상의 작업편의 적절한/부적절한 로딩을 검증하도록 적합하게 구성될 수 있다(도 2 내지 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이). 다른 예로서, 시스템(특히, 관련 처리 구조)은 복수의 상승 핀 상의 작업편의 적절한/부적절한 배치를 검증하도록 적합하게 구성될 수 있다(도 2 내지 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이). 더욱이, 시스템(특히, 관련 처리 구조)은 정전 척에 대한 작업편의 적절한/부적절한 클램핑을 검증하도록 적합하게 구성된다(이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이). 게다가, 시스템은 정상 클램핑 전압의 제거 후에 웨이퍼가 정전 척에 정전식으로 클램핑되어 유지될 때 개시될 수 있는 자체-클램프 회복 절차를 수행하도록 적합하게 구성될 수 있다. 이 자체-클램프 회복 절차는 이하에 더 상세히 설명된다.
도 7은 용량성 센서 서브시스템을 갖는 정전 척 조립체(300)의 실시예의 개략도이다. 정전 척 조립체(300)는 일반적으로 한정적인 것은 아니지만 정전 척(302) 및 정전 척(302)에 결합된 클램핑 전압 전원(304)을 포함한다. 더 구체적으로는, 정전 척(302)은 그 플래튼을 위한 클램핑 전극 조립체(306)를 포함하고, 여기서 클램핑 전극 조립체(306)는 작업편(308)(반도체 웨이퍼와 같은)을 정전 척(302)에 정전식으로 부착하기 위해 직류(DC) 클램핑 전압을 수용하도록 적합하게 구성된다. 더욱이, 클램핑 전압 전원(304)의 도시된 실시예는 용량성 센서 드라이버 및 프로세서 구조(architecture;310), 및 DC 전압 발생기(312)를 포함한다.
클램핑 전압 전원(304)은 호스트 시스템의 일체형 서브시스템으로서 실현될 수 있고, 도 7은 용이한 설명을 위한 단순화된 실시예를 도시한다. 클램핑 전압 전원(304)의 이 실시예는 포지티브 전압 출력 노드(314) 및 네거티브 전압 출력 노드(316)를 갖는다. 포지티브 전압 출력 노드(314)는 클램핑 전극 조립체(306)의 일 전극(318)에 결합되고, 네거티브 전압 출력 노드(316)는 클램핑 전극 조립체(306)의 다른 전극(320)에 결합된다. DC 전압 발생기(312)는 클램핑 전극 조립체(306)를 위한 DC 클램핑 전압을 발생시키도록 적합하게 구성되고, 여기서 DC 클램핑 전압은 포지티브 전압 출력 노드(314) 및 네거티브 전압 출력 노드(316)를 통해 인가된다. DC 전압 발생기(312)의 구현예는 조정 가능한 포지티브 DC 전압 소스(322) 및 조정 가능한 네거티브 DC 전압 소스(324)를 이용할 수 있고, 여기서 포지티브 DC 전압 소스(322)는 포지티브 전압 출력 노드(314)에서 적절한 포지티브 DC 전위를 발생시키도록 제어되고, 네거티브 DC 전압 소스(324)는 네거티브 전압 출력 노드(316)에서 적절한 네거티브 DC 전위를 발생시키도록 제어된다. 클램핑 전극 조립체(306)는 필수 정전 클램핑력을 설정하기 위해 상대 전위차에 응답한다. 특정 실시예에서, DC 전압 발생기(312)는 도 7에 도시된 바와 같이 조정 가능한 DC 오프셋 전압 소스(326)를 이용할 수 있다. 오프셋 전압 소스(326)는 포지티브 DC 전압 소스(322) 및 네거티브 DC 전압 소스(324)에 결합되고, 오프셋 전압 소스(326)는 클램핑 전극 조립체(306)를 위한 DC 오프셋 전위를 발생시키도록 구성된다.
클램핑 전압 전원(304)은 또한 출력 노드(314/316)와 DC 전압 소스(322/324) 사이에 위치된 하나 이상의 RF 필터(327)를 포함할 수 있다. RF 필터(327)는 클램핑 전압 전원(304)에 다른 방식으로 진입할 수 있는 고주파수 전압 성분을 필터링하도록 적합하게 구성된다. 일 특정 실시예에서, 예를 들어 RF 필터(327)는 13.56 MHz 및 400 kHz 주파수 성분의 감쇠의 약 40 dBv를 제공한다.
용량성 센서 드라이버 및 프로세서 구조(310)는 본 명세서에 설명된 기능 및 동작을 수행하도록 적절하게 구성되고 배열된 임의의 수의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 요소로 구현될 수 있다. 예를 들어, 구조(310)의 이 특정 실시예는 클램핑 전극 조립체(306)를 위한 AC 여기 신호를 발생시키도록 구성된 AC 전압 발생기(328)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, AC 여기 신호는 약 1 kHz의 주파수 및 약 20 볼트의 피크간 전압을 갖는다. 다른 실시예에서, 증착 및 에칭을 위한 주파수 범위는 약 300 kHz 내지 약 100 MHz일 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 약 400 kHz의 주파수가 이온 소스에 대해 사용되고, 약 13.56 MHz의 주파수가 바이어스에 대해 사용된다. 더욱이, 수반된 실제 프로세스에 따라, 전압은 약 100 Vrms 내지 약 1100 Vrms의 범위 내에 있을 수 있다.
이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 용량성 센서 서브시스템은 작업편(308)과 정전 척(302) 사이의 정전 용량의 변화를 검출하기 위해 AC 여기 신호를 이용한다. AC 전압 발생기(328)의 이 실시예는 포지티브 AC 전압 노드(330) 및 네거티브 AC 전압 노드(332)와 협동한다. 이 실시예에서, 포지티브 AC 전압 노드(330)는 클램핑 전극 조립체(306)의 전극(318)에 결합되고, 네거티브 AC 전압 노드(332)는 클램핑 전극 조립체(306)의 전극(320)에 결합된다. 따라서, AC 전압 발생기(328)는 포지티브 AC 전압 노드(330) 및 네거티브 AC 전압 노드(332)를 거쳐 클램핑 전극 조립체(306)에 AC 여기 신호를 인가한다. 특정 작동 조건하에서, AC 전압 발생기(328)는 DC 전압 발생기(312)에 의해 발생된 DC 클램핑 전압 상에 AC 여기 신호를 각인하도록 구성된다. 달리 말하면, 클램핑 전극 조립체(306)는 AC 여기 신호 및 DC 클램핑 전압을 동시에 받게 된다. 이는 AC 여기 신호가 정전 척(302)으로의 작업편(308)의 정전 클램핑 전, 중 및 후에 용량성 감지를 위해 인가될 수 있게 한다.
용량성 센서 드라이버 및 프로세서 구조(310)는 정전 척 조립체(300)를 위한 용량성 센서 서브시스템으로서 기능하도록 구성되고 제어될 수 있고, 여기서 용량성 센서 서브시스템은 적어도 AC 전압 발생기(328)와, 정전 척(302)의 플래튼과 작업편(308) 사이의 정전 용량의 변화에 의해 영향을 받는 AC 여기 신호의 전기적 특징을 분석할 수 있는 대응 처리 구조를 포함한다. 실제로, 용량성 센서 서브시스템을 지지하는데 이용되는 처리 구조는 범용 프로세서, 콘텐트 어드레스 가능 메모리, 디지털 신호 프로세서, 응용 특정 집적 회로, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이, 임의의 프로그램 가능 논리 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 구성 요소, 또는 본 명세서에 설명된 기능을 수행하도록 구성된 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 프로세서는 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 기계(state machine)로서 실현될 수 있다. 더욱이, 프로세서는 연산 디바이스의 조합, 예를 들어 디지털 신호 프로세서 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 코어와 연계하는 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다.
AC 여기 신호에 응답하여, 구조(310)는 작업편 존재 신호의 특정 속성을 얻고 분석한다. 본 명세서에 사용될 때, 작업편 존재 신호의 "속성(attribute)"은 작업편 존재 신호의 임의의 측정 가능하고 검출 가능하고 계산 가능하거나 관찰 가능한 특징, 값, 경향, 기울기, 특성, 파형, 형상 또는 패턴이다. 이러한 속성의 예는, 한정되는 것은 아니지만, 특정 전압 레벨, 국부적 또는 전체적 최소값 또는 최대값, 신호의 급격한 증가 또는 강하, 신호의 증가 또는 강하 기울기의 변화 등을 포함한다. 본 명세서에 설명된 시스템의 실시예는 특정의 관심 속성을 분석하고, 검출하고, 식별하기 위한 파형 분석, 신호 처리, 평균화 및/또는 비교 기술을 이용할 수 있다.
작업편 존재 신호의 특정의 검출된 속성에 기초하여, 구조(310)는 정전 척(302) 및/또는 상승 핀(202)에 대해 작업편(308)의 적절한 또는 부적절한 위치 설정을 검증할 수 있다. 이러한 검증은 작업편 존재 신호의 전기적 특징이 작업편(308)과 정전 척(302) 사이의 정전 용량의 변화에 의해 영향을 받기 때문에, 그리고 이러한 정전 용량이 정전 척(302)에 대한 작업편(308)의 위치 설정에 따라 변하기 때문에 가능하다. 이하에 더 설명되는 바와 같이, 구조(310)는 작업편 존재 신호의 작업편 상황 속성을 검출하고, 검출된 작업편 상황 속성에 응답하여 호스트 반도체 작업편 처리 시스템의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 작업편 상황 속성은 한정되는 것은 아니지만, 작업편(308)이 정전 척(302)의 플래튼 상에 적절하게 또는 부적절하게 로딩되었는지 여부, 작업편(308)이 플래튼에 적절하게 클램핑되었는지 클램핑되지 않았는지 여부, 작업편이 상승 핀 상에 적절하게 또는 부적절하게 놓여있는지 여부를 지시할 수 있다.
작동시에, AC 전압 발생기(328)는 클램핑 전극 조립체(306)에 인가된 AC 여기 신호를 생성한다. 1 kHz, 20 볼트 피크간 여기 신호에 의해 발생된 용량성 전류는 웨이퍼 정전 용량으로서 해석된다. 회로의 용량성 전류는 웨이퍼가 척의 표면으로부터 물리적으로 분리될 때 변화한다. 구조(310)는 작업편(308)과 정전 척(302) 사이의 정전 용량에 따라 변하는 전압 특징을 갖는 작업편 존재 신호를 모니터링한다. 일 실용적인 실시예에서, 정전 용량은 1.8 V/nF에 기초하여 0 내지 10 볼트의 스케일로 측정된다. 구조(310)의 실시예는 구조(310)의 하드웨어, 소프트웨어 및 처리 논리와 호환 가능한 전압 특징을 갖는 작업편 존재 신호를 얻기 위해 원본 감지 데이터를 처리할 수 있다(예를 들어, 번역, 인코딩 및/또는 증폭함). 작업편의 처리 전, 중 및 후의 지정된 시간에, 작업편 존재 신호는 전압 레벨과 같은 특정 속성, 특색 및/또는 특징에 대해 분석된다. 다음에, 구조(310)는 검출된 속성을 대응 임계값, 보정된 값 또는 예측된 값과 비교하여, 정전 척(302)에 대한 작업편(308)의 위치 설정(측정된 정전 용량에 의해 지시된 바와 같이)이 이 특정 시간에 적절한지의 여부를 판정하거나 검증할 수 있다. 실제로, 정전 척 조립체(300)는 처리 사이클 전체에 걸쳐 다양한 시간에 작업편 위치 검사를 수행할 수 있다.
도 8은 작업편의 처리 중에 CVD 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호(400)이다. 작업편 존재 신호(400)는 단지 하나의 가능한 센서 출력만을 표현하고, 상이한 특색, 특징, 전압 레벨 및 타이밍을 갖는 신호는 본 명세서에 설명된 바와 같이 정전 척 조립체를 구현하는 CVD 시스템에 의해 생성되어 모니터링될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 작업편 존재 신호의 특정 특징은 특정 반도체 작업편 처리 시스템, 선택된 프로세스 레시피 및 다른 실용적인 팩터에 의해 영향을 받게 될 수 있다.
용이한 설명을 위해, 도 8에 도시된 작업편 존재 신호(400)는 정상의 에러가 없는 CVD 프로세스 사이클을 표현한다. 도 8의 좌측은 웨이퍼가 정전 척 상에 로딩되기 전에 웨이퍼가 챔버 내에 존재할 때의 CVD 프로세스 사이클의 시작에 대응한다. 이 때, 웨이퍼는 도 4에 도시된 바와 같이 상승 핀 상에 위치되어야 한다. 플라즈마가 웨이퍼와 정전 척 사이의 공간에 존재한다. 플라즈마는 매우 양호한 전기 전도체로서 기능하고, 따라서 웨이퍼와 정전 척 사이의 정전 용량은 이 조건 하에서 매우 낮다. 따라서, 작업편 존재 신호(400)는 웨이퍼가 척 상에 로딩되기 전에 매우 높다(예를 들어, 약 4.0 볼트).
작업편 존재 신호(400)의 제 1 상당한 강하는 정전 척의 상부면 상의 웨이퍼의 로딩 또는 배치에 대응한다. 이는 상승 핀의 하강에 기인한다. 이 시점에, 웨이퍼는 도 5에 도시된 바와 같이 위치되어야 한다-캐비티(208) 내에 적절하게 수용되지만 보호 링(206) 상에 놓이지는 않음. 시간(t1)에 또는 그 부근에, 용량성 센서 서브시스템은 작업편 존재 신호(400)의 현재 전압 레벨을 소정의 임계 전압과 비교함으로써 정전 척 상의 웨이퍼의 적절한/부적절한 배치를 검증할 수 있다. 도 8에서, 적절하게 로딩된 웨이퍼에 대응하는 검출된 전압은 시험 기간(402) 중에 약 2.3 볼트이다. 이 예에서, 시간(t1)에서 비교를 위한 적합한 임계 전압은 약 2.0 볼트일 수 있다. 웨이퍼가 정전 척 상에 적절하게 로딩되지 않으면, 작업편과 정전 척 사이의 정전 용량은 더 높을 수 있고, 그 결과 작업편 존재 신호(400)는 시간(t1)에 2.0 볼트 미만일 것이다. 따라서, 정전 용량 센서 서브시스템이 시간(t1)에 2.0 볼트 미만을 검출하면, 웨이퍼는 정전 척 상에 적절하게 로딩되지 않은 것으로 가정할 수 있다.
시간(tC)에 또는 그 부근에, DC 클램핑 전압이 웨이퍼를 클램핑하도록 정전 척에 인가된다. 실제로, CVD 시스템은 CVD 프로세스를 위해 웨이퍼를 준비하도록 시간(t1)과 시간(tC) 사이에 가열 절차를 수행할 수 있다. 시간(tC)에서의 작업편 존재 신호(400)의 증가는 DC 클램핑 전압의 활성화에 대응한다. 이 조건(종종 "하드 클램핑"이라 칭함)은 웨이퍼가 정전 척에 대해 정전식으로 가압될 때 성취된다. DC 클램핑 전압은 웨이퍼가 정전 척에 대해 평탄화되게 한다. 따라서, 웨이퍼와 정전 척 사이의 정전 용량은 감소하고 작업편 존재 신호(400)가 증가한다. 도 8에서, 적절하게 클램핑된 웨이퍼에 대응하는 검출된 전압은 시험 기간(404) 중에 약 3.0 볼트이다. 웨이퍼가 적절하게 클램핑되었는지 여부를 확인하기 위해 이 때 감지된 전압을 검사하는 것이 바람직할 수 있다. 이 예에서, 시간(t2)에서의 비교를 위한 적합한 임계 전압은 약 2.7 볼트일 수 있다. 웨이퍼가 이 때 적절하게 클램핑되지 않으면, 작업편과 정전 척 사이의 정전 용량은 더 높을 것이고, 그 결과 작업편 존재 신호(400)는 시간(t2)에 2.7 볼트 미만일 것이다. 따라서, 정전 용량 센서 서브시스템이 시간(t2)에 약 2.7 볼트 미만을 검출하면, 웨이퍼가 정전 척에 적절하게 클램핑되지 않았다고 가정할 수 있다.
시간(tUC)에 또는 그 부근에, DC 클램핑 전압은 웨이퍼를 비클램핑하도록 정전 척으로부터 제거된다. 시간(tC)과 시간(tUC) 사이의 시간 중에, CVD 시스템은 웨이퍼 상에 CVD 프로세스를 수행한다. 또한 이 시간 동안, 웨이퍼는 CVD 프로세스 이후에 냉각 절차 및/또는 이면 헬륨 퍼지 절차를 받게 될 수 있다. 시간(tUC)에서의 작업편 존재 신호(400)의 강하는 DC 클램핑 전압 및 DC 오프셋 전압의 제거 및 이에 따라 정전 부착력의 제거에 대응한다. 따라서, 웨이퍼는 정전 척으로부터 자유로워진다. 웨이퍼는 그 원래 상태에서 완전히 편평할 필요는 없기 때문에, DC 클램핑력의 제거는 웨이퍼를 그 원래 형상으로 "탄성" 복원시킬 수 있고, 이는 웨이퍼를 정전 척 상부에서 부분적으로 "부유"하게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼와 정전 척 사이의 정전 용량은 증가하고, 작업편 존재 신호(400)는 감소한다. 도 8에서, 적절하게 비클램핑된 웨이퍼에 대응하는 검출된 전압은 시험 기간(406) 동안 약 1.7 볼트이다. 시간(t3)에 또는 그 부근에, 정전 용량 센서 서브시스템은 작업편 존재 신호(400)의 전압 레벨을 지정된 임계 전압에 비교함으로써 웨이퍼가 비클램핑된 상태에 있는지 여부를 검사할 수 있다. 이 예에서, 시간(t3)에서의 비교를 위한 적합한 임계 전압은 약 2.5 볼트일 수 있다. 웨이퍼가 비클램핑되지 않으면, 작업편과 정전 척 사이의 정전 용량은 낮아질 수 있고, 그 결과 작업편 존재 신호(400)는 시간(t3)에서 2.5 볼트를 초과할 것이다. 따라서, 정전 용량 센서 서브시스템이 시간(t3)에 2.5 볼트 초과를 검출하면, 웨이퍼가 정전 척에 여전히 적어도 부분적으로 클램핑되어 있다고 가정할 수 있다.
이 특정 예에서, 프로세스 후의 검출된 비클램핑된 전압(1.7 볼트)은 프로세스 전의 비클램핑된 전압(2.3 볼트)보다 낮다. 이는 웨이퍼가 완벽하게 편평하지 않고 웨이퍼가 클램핑될 때 평탄화될 수 있다는 사실에 기인한다. 클램핑된 웨이퍼는 처리 중에 열 응력을 경험하게 되고, 웨이퍼가 비클램핑된 후에 그 원래 상태로 복귀할 것이다. 이 전이에 기인하여, 웨이퍼가 진동하여 더 낮은 검출된 전압(1.7 볼트)을 제공하는 기간이 존재한다. 검출된 전압은 일단 진동이 정지되면 더 높은 값(2.3 볼트)으로 복귀할 것이다.
시간(TL)에 또는 이 부근에, 상승 핀은 정전 척 상에 웨이퍼를 상승시키도록 결합된다. 시간(tL)에서의 작업편 존재 신호(400)의 상승은 정전 척의 상부면 위로 웨이퍼의 상승에 대응한다. 이상적으로는, 웨이퍼는 이 때 상승 핀 상에 적절하게 놓일 것이다. 이 특정 실시예에서, 플라즈마는 작업편과 정전 척 사이의 양호한 전도체로서 기능한다. 따라서, 웨이퍼와 정전 척 사이의 정전 용량은 감소하고 작업편 존재 신호(400)는 증가한다. 도 8에서, 적절하게 상승된 웨이퍼에 대응하는 검출된 전압은 시험 기간(408) 중에 약 4.0 볼트이다. 시간(t4)에 또는 이 부근에 정전 용량 센서 서브시스템은 작업편 존재 신호(400)의 전압 레벨을 지정된 임계 전압에 비교함으로써 웨이퍼가 상승 핀 상에 적절하게 또는 부적절하게 놓여 있는지 여부를 검증할 수 있다. 이 예에서, 시간(t4)에서 비교를 위한 적합한 임계 전압은 약 3.8 볼트일 수 있다. 웨이퍼가 상승 핀 상에 적절하게 놓여 있지 않으면, 작업편과 정전 척 사이의 정전 용량이 높을 것이고, 그 결과 작업편 존재 신호(400)는 시간(t4)에서 3.8 볼트 미만일 것이다. 따라서, 정전 용량 센서 서브시스템이 시간(t4)에서 3.8 볼트 미만을 검출하면, 웨이퍼가 상승 핀 상에 적절하게 놓여 있지 않은 것으로 가정할 수 있다.
실제로, 본 명세서에 설명된 바와 같은 CVD 시스템은 다양한 임계 전압이 작업편 존재 신호 내의 예측된 경향을 정확하게 반영하는 것을 보장하도록 보정될 필요가 있을 수도 있다. 용량성 센서 서브시스템이 클램핑 전압 전원 내에 구현되면, 클램핑 전압 전원이 교체될 때마다 전압 임계치를 보정하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, 상이한 정전 척 구성에 대해 전압 임계치를 보정하는 것이 필요할 수도 있다. 따라서, 용량성 센서 서브시스템은 다수의 정전 척 유형 및/또는 다수의 프로세스 순서에 대한 다수의 보정 설정을 가질 수도 있다.
본 명세서에 설명된 용량성 감지 기술은 정전 척을 이용하는 임의의 반도체 작업편 처리 시스템의 작동을 모니터링하고 그리고/또는 제어하는데 이용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 반도체 작업편 처리 시스템을 제어하는 방법(500)의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(500)과 관련하여 수행된 다양한 작업은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다. 예시적인 목적으로, 방법(500)의 이하의 설명은 도 1 내지 도 7과 관련하여 전술된 요소를 칭할 수도 있다. 실제로, 방법(500)의 부분은 예를 들어, 정전 척, 클램핑 전원, 처리 구성 요소 등과 같은 설명된 시스템의 상이한 요소에 의해 수행될 수도 있다. 방법(500)은 임의의 수의 추가의 또는 대안의 작업을 포함할 수 있고, 도 9에 도시된 작업은 도시된 순서로 수행될 필요는 없으며, 방법(500)은 본 명세서에 상세히 설명되지 않은 추가의 기능을 갖는 더 많은 이해 가능한 절차 또는 방법에 통합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
이 예를 위해, 반도체 작업편 처리 시스템 제어 방법(500)이 AC 여기 신호를 호스트 시스템의 정전 척의 전극에 인가함으로써[작업(502)] 시작된다. 게다가, 방법(500)은 AC 여기 신호에 응답하여 적합하게 포맷된 작업편 존재 신호를 얻는다[작업(504)]. 전술된 바와 같이, 작업편 존재 신호는 작업편과 정전 척 사이의 정전 용량에 의해 영향을 받고, 작업편 존재 신호의 특정 전기적인 특징은 정전 용량의 변화에 따라 변할 것이다. 다음에, 이 방법(500)의 실시예는 특정 작업편에 대해 처리 작업을 시작한다[작업(506)]. 명백하게, 본 명세서에 설명된 정전 용량 감지 기술은 반도체 작업편 처리 시스템에 의해 수행되는 실제 프로세스 전, 중 및 후에 활성화된다.
시스템 제어 방법(500)은 시스템의 작동 중에 적절한 시간에 작업편 존재 신호를 분석할 수 있다. 특정 실시예에서, 방법(500)은 작업편 존재 신호의 특정 속성을 식별하기 위해[작업(508)] 작업편 존재 신호를 분석하고, 여기서 이러한 속성은 시스템의 작동 중에 상이한 측정 시간에 정전 척에 대한 작업편의 적절한 또는 부적절한 위치 설정을 지시한다. 도 8을 참조하여 전술된 바와 같이, 방법(500)은 작업편 존재 신호의 측정된 전압을 하나 이상의 임계 전압과 비교하고 그리고/또는 작업편 존재 신호의 측정된 전압이 특정 측정 시간 동안 적절한 범위 내에 있는지 여부를 검사할 수 있다. 이와 관련하여, 질의 작업(510)은 측정된 시간과 관련된 하나 이상의 보정된 임계 전압에 대한 감지된 전압의 비교를 표현할 수 있다. 실제로, 상이한 임계 전압은 상이한 시험 시간에 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 작업(508) 중에 식별된 속성은 정전 척 상의 작업편의 적절한/부적절한 배치, 작업편의 클램핑된/비클램핑된 상황, 복수의 상승 핀 상의 작업편의 적절한/부적절한 배치, 또는 다른 조건을 지시할 수 있다.
질의 작업(510)이 측정된 감지 전압이 이 측정 시간 동안 적절한 범위 내에 있다고 판정하면, 시스템 제어 방법(500)은 정상적으로 진행할 수 있다[작업(512)]. 다르게는, 방법(500)은 보정 작용, 작동 단계의 종료, 경고 또는 경보의 발생 등과 같은 임의의 필요한 작용을 취할 수 있다[작업(514)]. 이 실시예에서, 방법(500)은 검출된 속성 또는 속성들에 의해 지시된 방식으로 호스트 시스템의 작동을 제어한다[작업(516)]. 예를 들어, 속성이 정전 척 상의 작업편의 적절한 초기 배치를 지시하면, 작업(516)은 작업편의 정전 클램핑을 개시할 수 있다. 그러나, 속성은 정전 척 상의 작업편의 부적절한 배치를 지시하면, 작업(516)은 적절한 경고 표시, 경보 또는 메시지를 생성할 수 있다. 대안적으로 또는 축적으로, 작업(516)은 적절한 배치를 얻기 위한 시도시에 반도체 작업편 처리 시스템이 정전 척 상에 작업편의 재로딩을 개시하게 할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 작업(516)은 검출된 속성이 정전 척 상의 작업편의 부적절한 배치를 지시하면 시스템의 작동 단계를 종료할 수 있다. 다른 예로서, 작업(516)은 작업편의 클램핑된 또는 비클램핑된 상황의 지표(indicia)를 생성할 수 있다. 도 8을 참조하면, 이는 시간(t2)(일반적으로, 클램핑된 조건) 또는 시간(t3)(일반적으로, 비클램핑된 조건)에서 발생할 수 있다. 작업편의 클램핑 상황이 예측된 바와 같지 않으면, 작업(516)은 시스템이 작동 단계를 종료하게 하고, 경고를 발생시키고, 재클램핑 절차 등을 개시할 수 있게 한다. 또 다른 예로서, 작업(516)은 검출된 속성이 상승 핀 상의 작업편의 부적절한 배치를 지시하면 적절한 경고 메시지, 신호 또는 경보를 생성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 작업(516)은 적절한 배치를 얻기 위한 시도시에 반도체 작업편 처리 시스템이 상승 핀 상의 작업편의 재로딩을 개시하게 할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 작업(516)은 검출된 속성이 상승 핀 상의 작업편의 부적절한 배치를 지시하면 시스템의 작동 단계를 종료할 수 있다. 이 유형의 보정 작용은 작업편 및/또는 시스템 자체로의 손상을 방지하는데 바람직할 수 있다.
작동이 완료되면[질의 작업(518)], 시스템 제어 방법(500)이 종료되거나 다음 작업편에 대해 반복된다. 작동이 완료되지 않으면, 방법(500)은 작업(508)으로 복귀하여 다른 검출 가능한 속성에 대해 모니터링을 계속하고 전술된 바와 같이 적절한 방식으로 반도체 작업편 처리 시스템을 계속 작동시킨다.
용량성 센서 서브시스템은 본 명세서에 설명된 바와 같이 또한 반도체 프로세스 작업 중에 작업편 상에 자체-클램프 회복 절차를 수행하도록 구성되고 제어될 수 있다. 자체 클램핑은 처리 중에 웨이퍼가 정전 척으로부터 분리되는 문제 조건이다(이는 예를 들어 웨이퍼에 인가된 이면 헬륨 압력에 의해 발생될 수 있음). 이러한 웨이퍼의 분리는 플라즈마에 정전 척의 표면을 노출시키고, 이는 척의 표면 상에 이온 전하가 축적될 수 있게 한다. 클램핑 전압이 인가되는 동안 척의 표면이 플라즈마에 노출되면, 척의 표면은 이온(전하)을 수집한다. 따라서, DC 클램핑 전압이 정전 척으로부터 제거된 후에도, 척의 표면 상에 수집된 잔류 전하는 웨이퍼를 끌어당겨 척에 대한 부분 정전 클램핑을 초래한다. 이 조건은 대부분의 시스템이 일반적으로 실제로 클램핑되어 유지될 때 클램핑 전압이 제거된 후에 웨이퍼가 정전 척이 없는 것이 예측되기 때문에 문제가 될 수 있다.
도 8을 재차 참조하면, 시간(t3)에 수행된 검사는 작업편이 비클램핑되어 있는지 여부(정상 작동 조건 하에 있는지)를 검증한다. 잔류 자체-클램핑이 프로세스 중에 발생되면, 시간(t3)에 검출된 감지 전압은 비교 임계 전압보다 높을 것이다. 달리 말하면, 용량성 센서 서브시스템은 작업편이 원하는 비클램핑된 상태에 있지 않은 것을 지시할 것이다. 이 때, 특정 시스템 실시예는 더 진행되기 전에 정전 척으로부터 작업편을 해제하려고 시도할 때 자체-클램프 회복 절차를 개시할 수 있다.
이 특정 실시예에서, 자체-클램프 회복 절차는 자체-클램핑된 웨이퍼를 해제하는 "해제" 전압을 검색한다(정전 척에 인가될 때). 달리 말하면, 회복 절차는 정전 척의 표면 상에 축적된 잔류 전하를 상쇄하고 무효화하는 보상 DC 전압을 결정한다. 이는 작업편 존재 신호(전술된 바와 같이, 용량성 센서 서브시스템에 의해 얻어짐)를 동시에 모니터링하면서 정전 척에 상이한 클램핑 전압을 인가함으로써 성취된다. 상이한 DC 전압이 인가될 때, 특정 전압 또는 전압 범위가 축적된 잔류 전하에도 불구하고 정전 척으로부터 작업편을 해제할 것이다. 작업편 존재 신호의 특정 속성을 모니터링하고 검출함으로써(전술된 방식으로), 용량성 센서 서브시스템은 작업편이 비클램핑되어 비클램핑을 초래하는 대응 DC 전압을 기록하거나 저장할 때를 검출할 수 있다. 이는 반도체 작업편 처리 시스템이 적절한 DC를 정전 척에 인가함으로써 작업편을 비클램핑하게 한다. 작업편이 비클램핑된 것으로 검증된 후에, 프로세스 작업은 일상적으로 진행될 수 있고 또는 잔류 전하를 제거하도록 보정 작용을 개시하고 이어서 필요에 따라 진행될 수 있다.
도 10은 예시적인 자체-클램프 회복 절차를 도식적으로 도시한다. 도 10은 자체-클램프 회복 절차 중에 CVD 시스템의 정전 용량 센서 서브시스템으로부터 얻어진 예시적인 작업편 존재 신호(600)의 그래프이다. 도 10은 또한 자체-클램프 회복 절차 중에 정전 척에 인가된 DC 전압을 표현하는 전압 스캔 플롯(602)(이 예에서 V-형)을 포함한다. 이 예에서, 수직 스케일은 정전 척의 2개의 전극을 가로질러 인가된 DC 전압 전위를 표현한다. 설명 및 예시를 위해, 어떠한 수직 스케일도 작업편 존재 신호(600)에 대해 도시되어 있지 않다.
작업편 존재 신호(600)의 비교적 편평한 구역(604)은 잔류 자체-클램핑 전하(인가된 DC 전압과 조합됨)가 정전 척에 작업편을 클램핑하는 클램핑된 상태를 표현한다. 대조적으로, 더 낮은 작업편 존재 신호(600)의 한도는 인가된 DC 전압이 잔류 전하를 상쇄하는 비클램핑된 상태를 지시한다. 이 예에서, 용량성 센서 서브시스템은 국부적인 최소값이 2개의 국부적인 최대값에 의해 옆에 위치되는 작업편 존재 신호(600) 내의 적어도 하나의 국부적인 최소값을 검출하도록 적합하게 구성된다. 도 10은 2개의 M-형 구역(606/608) 내에서 발생하는 이들 국부적인 최소값 중 2개를 도시한다. 국부적인 최소점(610)은 제 1 비클램핑된 상태를 지시하고, 국부적인 최소점(612)은 제 2 비클램핑된 상태를 지시한다.
작업시에, 정전 척에 인가된 DC 전압은 작업편 존재 신호(600)가 국부적인 최소점(610/612)의 발생을 검출하도록 모니터링되는 동안 변경된다. 실제로, 동일한 DC 오프셋 전압이 작업편 처리를 위해 그리고 자체-클램프 회복 절차에 사용된다. 도 10의 예는 약 4000 볼트의 최대 전압으로부터 약 0 볼트의 최소 전압으로 그리고 최대값으로 재차 DC 전압을 변경시킨다. 다른 실시예는 상이한 방식으로 DC 전압 값을 스캐닝할 수 있다. 시간(t1)에서 또는 그에 인접하여, 약 3000 볼트의 인가된 DC 전압은 국부적인 최소점(610)에 대응하는 제 1 비클팸핑된 상태를 생성한다. 비교를 위해, 자체-클램핑이 발생하지 않는 정상 조건 하에서, 비클램핑된 상태는 정전 척에 인가된 DC 전압이 0 볼트 또는 거의 0 볼트일 때 얻어진다. 마찬가지로, 시간(t2)에서 또는 그 부근에, 약 3000 볼트의 인가된 DC 전압은 국부적인 최소점(612)에 대응하는 제 2 비클램핑된 상태를 생성한다. 이 잉여의 척은 필요한 것은 아니지만 적절한 자체-클램프 회복 전압이 발견되는 것을 보장하는데 바람직할 수 있다.
용량성 센서 서브시스템은 이어서 비클램핑된 조건을 생성하는 전압 또는 전압들(이 예에서는 3000 볼트)을 기록할 수 있다. 이 전압은 이어서 작업편을 해제하기 위해 정전 척에 인가된다. 자체-클램프 회복 전압은 도 8과 관련하여 전술된 방식으로 검증될 수 있는 비클램핑 조건을 생성할 것이다.
본 명세서에 설명된 요지 및 실시예는 정전 척을 이용하는 임의의 반도체 작업편 처리 반응기에 구현될 수 있다. 이러한 반응기는 상이한 증착 또는 에칭/스트립 프로세스를 수행할 수 있고, 다수의 상이한 형태를 취할 수 있다. 일반적으로, 장치는 하나 이상의 웨이퍼를 수납하고 웨이퍼 처리에 적합한 하나 이상의 반응 챔버(종종, 다수의 스테이션을 포함함)를 포함할 것이다. 하나 이상의 챔버는 규정된 위치 또는 위치들에 웨이퍼를 유지한다(이 위치에서, 회전, 진동 또는 다른 교반과 같은 움직임을 갖거나 갖지 않고). 프로세스 동안에, 각각의 웨이퍼는 정전 척 및 다른 웨이퍼 유지 장치에 의해 적소에 유지된다. 적합한 반응기의 예는 미국 캘리포니아주 산 호세 소재의 노벨러스 시스템스 인크(Novellus Systems, Inc.)로부터 모두 입수 가능한 스피드(SPEED)TM HDP-CVD 반응기, 피디엘(PDL)TM 실리콘 산화물 반응기 및 이노바(INOVA)TM PVD 반응기이다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 상기 상세한 설명에 제시되어 있지만, 광대한 수의 변형예가 존재한다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예 또는 실시예들은 임의의 방식으로 청구된 요지의 범주, 적용 가능성 또는 구성을 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 상기 상세한 설명은 설명된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 적합한 로드 맵을 당 기술 분야의 숙련자들에게 제공할 것이다. 다양한 변화는 이 특허 출원을 출원할 때 공지의 등가물 및 예측 가능한 등가물을 포함하는 청구범위에 의해 규정된 범주로부터 벗어나지 않고 요소의 기능 및 배열에 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
100: HDP-CVD 시스템 102: 프로세스 챔버
104: 유도 코일 106: RF 소스
108: 받침대 110: 작업편
112: 정전 척 114: RF 소스
116: 챔버 입구 117: 1차 가스 링
118: 링 입구 120: 출구
200: 정전 척 201: 플래튼
202: 상승 핀 203: 상부면
204: 웨이퍼 206: 보호 링
208: 캐비티 300: 정전 척 조립체
302: 정전 척 304: 클램핑 전압 전원
306: 클램핑 전극 조립체 308: 작업편
310: 프로세서 구조 312: DC 전압 발생기
314: 포지티브 전압 출력 노드 316: 네거티브 전압 출력 노드
322: 포지티브 DC 전압 소스 324: 네거티브 DC 전압 소스
326: DC 오프셋 전압 소스 328: AC 전압 발생기
330: 포지티브 AC 전압 노드 332: 네거티브 AC 전압 노드
400: 작업편 존재 신호 402, 404: 시험 기간
104: 유도 코일 106: RF 소스
108: 받침대 110: 작업편
112: 정전 척 114: RF 소스
116: 챔버 입구 117: 1차 가스 링
118: 링 입구 120: 출구
200: 정전 척 201: 플래튼
202: 상승 핀 203: 상부면
204: 웨이퍼 206: 보호 링
208: 캐비티 300: 정전 척 조립체
302: 정전 척 304: 클램핑 전압 전원
306: 클램핑 전극 조립체 308: 작업편
310: 프로세서 구조 312: DC 전압 발생기
314: 포지티브 전압 출력 노드 316: 네거티브 전압 출력 노드
322: 포지티브 DC 전압 소스 324: 네거티브 DC 전압 소스
326: DC 오프셋 전압 소스 328: AC 전압 발생기
330: 포지티브 AC 전압 노드 332: 네거티브 AC 전압 노드
400: 작업편 존재 신호 402, 404: 시험 기간
Claims (13)
- 정전 척 조립체로서,
작업편을 수용하도록 구성된 플래튼,
상기 정전 척 조립체를 위한 직류(DC) 클램핑 전압을 발생시키도록 구성된 클램핑 전압 전원,
상기 작업편을 상기 플래튼에 정전식으로 부착하기 위해 상기 DC 클램핑 전압을 수용하도록 구성된, 플래튼용 전극 조립체,
상기 전극 조립체에 결합되고, 상기 전극 조립체를 위한 교류(AC) 여기 신호를 발생시키고, 상기 작업편과 상기 플래튼 사이의 정전 용량의 변화들에 의해 영향을 받는 여기 신호의 전기적 특징들을 분석하도록 구성되는 용량성 센서 서브시스템을 포함하고,
상기 클램핑 전압 전원은 상기 용량성 센서 서브시스템을 포함하고,
상기 클램핑 전압 전원은 상기 전극 조립체를 위한 DC 오프셋 전위를 발생시키도록 구성된 조정가능한 DC 오프셋 전압 소스를 추가로 포함하고,
상기 용량성 센서 서브시스템은,
복수의 측정 시간 각각에서 상기 전기적 특징들 중 하나와 복수의 임계값 중 하나를 비교하고,
제1 측정 시간에서, 상기 전기적 특징들 중 하나와 제1 임계값 사이의 제1 비교 결과에 기초하여, 상기 작업편이 적절하게 로딩되어 있는지 여부 또는 적절하게 클램핑되어 있는지 여부를 판정하고,
제2 측정 시간에서, 상기 전기적 특징들 중 하나와 제2 임계값 사이의 제2 비교 결과에 기초하여, 상기 작업편이 제대로 클램핑되어 있는지 여부 또는 복수의 상승 핀상에 적절하게 놓이는지 여부를 판정하도록 구성되는, 정전 척 조립체. - 제 1 항에 있어서, 상기 용량성 센서 서브시스템은 상기 AC 여기 신호를 발생시키도록 구성된 AC 전압 발생기를 포함하는 정전 척 조립체.
- 제 2 항에 있어서, 상기 AC 전압 발생기는 상기 DC 클램핑 전압 상에 상기 AC 여기 신호를 각인하도록 구성되는 정전 척 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 용량성 센서 서브시스템은 상기 여기 신호의 작업편 상황 속성을 검출하도록 구성된 처리 구조를 포함하는 정전 척 조립체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 처리 구조는 검출된 상기 작업편 상황 속성에 응답하여 호스트 작업편 처리 시스템의 작동을 제어하도록 더 구성되는 정전 척 조립체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 작업편 상황 속성은 상기 작업편이 상기 플래튼 상에 적절하게 위치되는지의 여부를 표시하는 정전 척 조립체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 작업편 상황 속성은 상기 작업편이 상기 플래튼에 적절하게 클램핑되는지 여부를 표시하는 정전 척 조립체.
- 제 4 항에 있어서,
상기 정전 척 조립체는 상기 작업편을 상기 플래튼 위로 상승(lift)시키도록 구성된 상기 복수의 상승 핀들을 추가로 포함하고,
상기 작업편 상황 속성은 상기 작업편이 상기 복수의 상승 핀들 상에 적절하게 놓이는지 여부를 표시하는 정전 척 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 작업편은 반도체 웨이퍼를 포함하고,
상기 정전 척 조립체는 증착, 에칭 또는 스트립 시스템 중 하나에 합체되는 정전 척 조립체. - 삭제
- 작업편을 처리하는 반도체 작업편 처리 시스템의 제어 방법으로서, 상기 시스템이 처리 중에 상기 작업편을 유지하는 정전 척을 갖는 상기 제어 방법으로서,
상기 작업편에 작업편 처리를 실행하기 전에, 상기 정전 척의 전극들에 교류(AC) 여기 신호를 인가하는 단계,
상기 작업편에 작업편 처리를 실행하기 전에, 상기 AC 여기 신호에 응답하여 작업편 존재 신호를 얻는 단계로서, 상기 작업편 존재 신호는 상기 정전 척과 상기 작업편 사이의 정전 용량에 의해 영향을 받는, 상기 작업편 존재 신호를 얻는 단계,
상기 작업편에 작업편 처리를 실행하기 전에, 상기 작업편 존재 신호의 속성을 식별하는 단계,
상기 작업편에 작업편 처리를 실행하기 전에, 상기 속성이 상기 정전 척 상의 상기 작업편의 부적절한 배치를 표시하면, 경고 표시를 발생하는 단계, 및
그 후에, 상기 작업편에 작업편 처리를 실행하면서, 상기 정전 척에 일정한 DC 클램핑 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
상기 작업편 존재 신호를 얻는 단계는 복수의 측정 시간에 발생하고,
상기 작업편 존재 신호의 속성을 식별하는 단계는 상기 측정 시간에 상기 작업편 존재 신호의 측정된 전압을 식별하는 것을 포함하고,
상기 방법은,
상기 측정된 전압을 상기 측정 시간과 연관된 임계 전압과 비교하는 단계,
제1 측정 시간에서, 상기 속성 중 하나와 제1 임계 전압 사이의 제1 비교 결과에 기초하여, 상기 작업편이 적절하게 로딩되어 있는지 여부 또는 적절하게 클램핑되어 있는지 여부를 판정하는 단계, 및
제2 측정 시간에서, 상기 속성 중 하나와 제2 임계 전압 사이의 제2 비교 결과에 기초하여, 상기 작업편이 제대로 클램핑되어 있는지 여부 또는 복수의 상승 핀상에 적절하게 놓이는지 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 제어 방법. - 삭제
- 반도체 작업편 처리 시스템으로서,
상기 작업편을 수용하도록 구성되고, 클램핑 전극 조립체를 포함하는 정전 척, 및
상기 클램핑 전극 조립체에 결합된 클램핑 전압 전원을 포함하고,
상기 클램핑 전압 전원은,
상기 클램핑 전극 조립체를 위한 DC 클램핑 전압을 발생시키도록 구성된 직류(DC) 전압 발생기,
상기 클램핑 전극 조립체를 위한 DC 오프셋 전위를 발생시키도록 구성된 조정가능한 DC 오프셋 전압 소스,
상기 클램핑 전극 조립체를 위한 AC 여기 신호를 발생시키도록 구성된 교류(AC) 전압 발생기, 및
상기 클램핑 전극 조립체에 결합되고, 상기 AC 여기 신호에 응답하여 얻어진 작업편 존재 신호의 속성을 분석하고, 상기 속성에 기초하여, 상기 작업편 상에 작업편 처리를 실행하기 전후에, 상기 정전 척에 대한 상기 작업편의 적절한/부적절한 위치 설정을 검증하도록 구성된 처리 구조를 포함하고,
상기 클램핑 전압 전원은 상기 반도체 작업편 처리 시스템이 상기 작업편 상에 작업편 처리를 실행하는 동안, 상기 정전 척에 일정한 DC 클램핑 전압을 인가하고,
상기 처리 구조는,
복수의 측정 시간 각각에서 상기 속성 중 하나와 복수의 임계값 중 하나를 비교하고,
상기 복수의 측정 시간 중 하나에서, 상기 속성 중 하나 및 상기 복수의 측정 시간 중 하나와 연관된 상기 복수의 임계값 중 하나 사이의 비교 결과에 따라, 상기 작업편이 복수의 상승 핀상에 적절하게 놓이는지 여부를 판정하도록 구성되는, 반도체 작업편 처리 시스템.
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