KR102101174B1 - 마이크로파 플라즈마 소스 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 플라즈마 소스, 플라즈마의 여기를 위한 여기 시스템, 및 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법을 제공한다. 한 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는: (1) 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기, (2) 상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 제공하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스, (3) 상기 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동을 한정하는 플랜지, 및 (4) 상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되어 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우를 포함한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "마이크로파 플라즈마 소스"라는 제목으로 2017년 7월 10일자로 마크 에이. 멜로니에 의해 출원된 미국 가출원 일련번호 62/530,589의 이득을 주장하며, 상기 가출원은 본 출원과 함께 통상적으로 양수되고 본 명세서에 참조되어 있다.
본 출원은 일반적으로 반도체 프로세스를 모니터링하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프로세스 가스의 여기(excitation) 및 광학 신호의 관찰을 통해 프로세스들을 광학적으로 모니터링하는 것에 관한 것이다.
웨이퍼로부터 집적 회로 구조체를 형성하기 위해 반도체 웨이퍼로부터 재료를 선택적으로 제거 또는 디포지션하는 것은 반도체 프로세스 기술 분야에 잘 알려져 있다. 반도체 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 것은 반응성 이온 에칭 및 플라즈마 에칭과 같은 몇몇 유형의 에칭 프로세스를 사용함으로써 달성된다. 웨이퍼 상에 재료를 디포지션하는 것은 화학적 및 물리적 기상 증착 및 분자 빔 에피택시와 같은 프로세스들을 수반할 수 있다. 다른 제거 및 디포지션 프로세스들이 또한 공지되어있다. 이러한 프로세스들은 엄격하게 제어되며 밀봉된 프로세스 챔버에서 종종 수행된다.
정확한 양의 재료가 반도체 웨이퍼 상에 디포지션되거나 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야하기 때문에, 특정 프로세스의 정지 시간 또는 종료 점을 정확하게 결정하기 위해 지속적으로 정확하게 모니터링되어야 한다. 상기 프로세스를 광학적으로 모니터링하는 것은 진행중인 프로세스에 대한 스테이지 또는 종료 점을 결정하는 데 매우 유용한 하나의 도구가 된다. 예를 들어, 프로세스 챔버의 내부에 있는 가스는 챔버 내의 웨이퍼로부터 방출되거나 반사된 사전 결정된 광의 파장들을 스펙트럼으로 분석함으로써 임의의 공지된 방출 라인들에 대해 광학적으로 모니터링될 수 있다. 종래의 방법들은 광 방출 분광법(OES), 흡수 분광법, 반사 측정법 등을 포함한다.
반도체 플라즈마 프로세스 툴에서 광학 스펙트럼을 모니터링하는 통상적인 방법은, 어레이 기반의 광학 분광계 및 상기 챔버의 내부에 있는 플라즈마로부터의 광을 상기 분광계로 이끄는 광 결합 시스템으로 구성되는 광 모니터링 시스템을 사용하는 것이다. 광학 스펙트럼은 전형적으로 한 세트의 좁은 스펙트럼 대역들로 또는 광범위한 스펙트럼에 걸쳐 전형적으로 특정 시간 간격들로 반복하여 일련의 광 세기의 측정들로서 기록된다.
본 발명은 반도체 공정을 모니터링하는 것과 관련하여 보다 개선된 구성 및 방법을 제공한다.
한 양태에서, 본 개시는 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마의 여기(excitation) 및 그 광학 모니터링을 위한 플라즈마 소스를 제공한다. 한 실시예에서, 상기 플라즈마 소스는: (1) 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기, (2) 상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 제공하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스, (3) 상기 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동(plasma cavity)을 한정하는 플랜지(flange), 및 (4) 상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되어 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우(window)를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 플라즈마의 여기를 위한 여기 시스템을 제공한다. 한 실시예에서, 상기 여기 시스템은: (1) 플라스마 소스로서, (1A) 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기, (1B) 상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 동축 RF 공진기에 전달하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스, (1C) 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동을 한정하는 플랜지(flange), 및 (1D) 상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되어 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우를 갖는, 상기 플라스마 소스, 및 (2) 상기 RF 신호를 상기 RF 인터페이스에 제공하고 상기 RF 신호의 전력량을 제어하도록 구성된 소스 제어기를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법을 제공한다. 한 실시예에서, 상기 방법은: (1) 플라즈마 소스의 플라즈마 공동 내에서 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계, (2) 상기 점화된 플라즈마를 여기된 플라즈마(excited plasma)로 유지하는 단계, 및 (3) 프로세싱을 위해 상기 여기된 플라즈마로부터 광 신호들을 수집하는 단계를 포함한다.
본 개시는 이하에서 간단히 설명되는 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 프로세스 툴 내에서 플라즈마 프로세스의 상태를 모니터링 및/또는 제어하도록 OES를 이용하는 종래 기술의 프로세스 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 여기(excitation) 및 모니터링을 위해 플라즈마 소스를 이용하는 프로세스 시스템의 실시예의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 원리들에 따라 수행되는 여기 및 모니터링 시스템을 동작시키는 방법을 도시한다.
도 4의 (A)는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 소스의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 도시된 플라즈마 소스의 단부도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 소스의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 1은 프로세스 툴 내에서 플라즈마 프로세스의 상태를 모니터링 및/또는 제어하도록 OES를 이용하는 종래 기술의 프로세스 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 여기(excitation) 및 모니터링을 위해 플라즈마 소스를 이용하는 프로세스 시스템의 실시예의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 원리들에 따라 수행되는 여기 및 모니터링 시스템을 동작시키는 방법을 도시한다.
도 4의 (A)는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 소스의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 도시된 플라즈마 소스의 단부도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 소스의 실시예의 단면도를 도시한다.
플라즈마가 반도체 웨이퍼와 반응할 때 챔버 내의 플라즈마 광의 측정은 일부 응용에서 어려울 수 있다. 특히, 챔버 내의 프로세스 가스가 웨이퍼로부터 원격적으로 여기되고, 여기된 반응물이 웨이퍼 표면과 상호 작용하는데 상당한 시간이 요구되는 경우, 광 방출량은 매우 제한적이거나 존재하지 않게 된다. 이러한 응용들에서, 플라즈마 방출은 웨이퍼 표면에서 발생하는 반응으로부터의 방출을 포함하지 않을 수 있기 때문에, 얻어질 수 있다고 하더라도 플라즈마 광으로부터의 측정은 반도체 웨이퍼에서 프로세스의 정확한 특성을 제공하지 못한다. 유사하게, 플라즈마를 이용하지 않는 반도체 프로세스에서, 관찰하기 위한 광 방출은 명백하게 존재하지 않는다. 본 명세서의 논의들 및 예들은 플라즈마를 기초로 한 프로세스들 및 프로세스 챔버들을 참조하지만, 본 개시의 다양한 실시예들은 프로세스 가스의 여기 및 여기의 광학 모니터링이 수행될 수 있는 임의의 유형의 시스템으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야한다.
웨이퍼에 근접하거나 또는 프로세스 챔버 내의 다른 적절하거나 편리한 위치들에서의 프로세스 가스 또는 가스들(본 명세서에서 설명의 용이성을 위해 일부 다음의 설명에서 프로세스 가스라 칭함)의 여기는 종종 챔버 내에서 진행하는 반응들로부터 방출된 광범위한 스펙트럼 특징들 또는 임의의 공지된 방출 라인들의 광학 모니터링을 위한 광을 발생시키기 위해 요구된다는 것을 인지해야한다. 본 개시는 플라즈마의 여기에 대한 솔루션 및 상기 여기로부터 야기된 광 스펙트럼을 모니터링하는 솔루션을 제공한다. 본 개시는 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고 예를 들어 프로세스 챔버 내의 프로세스 가스의 여기 소스로서 전자기(EM) 필드를 제공하도록 설계된 플라즈마 소스를 제공한다.
상기 개시된 플라즈마 소스는 기존 기술의 복잡성을 줄이고 최대의 프로세스 호환성을 제공한다. 플라즈마 소스는 상기 소스의 동작 조건들과 프로세스 볼륨을 분리시킨다. 플라즈마 소스는 주로 프로세스 볼륨 외부에 있는 동축 무선 주파수 공진기를 포함하며, 기존의 디자인들과 비교하여 프로세스 가스 종류, 압력 부하 및 다른 상호 작용으로부터의 영향을 감소시킨다. 동축 RF 공진기는 투사된 EM 필드와 결합되어 프로세스 볼륨과 외부 주변 환경의 분리를 갖는 견고한 동작을 제공한다. 플라즈마 소스는 3/4 파장 또는 1/4 파장의 공진 플라즈마 소스 디바이스를 포함할 수 있다.
플라즈마 소스의 이점들 중 하나는 프로세스 공간과의 최소화된 상호 작용이다. 프로세스 공간은 프로세스 가스를 포함하는 볼륨이 된다. 예를 들어, 프로세스 공간은 프로세스 챔버 또는 배기 라인 내에 있을 수 있다. 이와 같이, 프로세스 공간은 프로세스 가스가 웨이퍼와 상호 작용하기 전에, 근접하여 또는 후에 있을 수 있다. 프로세스 공간에서 수행되는 광학 모니터링의 목적 또는 목표는 프로세스 공간의 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세스 가스가 웨이퍼와 상호 작용하기 전에 프로세스 공간이 위치된 경우, 광학 모니터링은 반응물의 적절한 분해 또는 특정 반응물의 존재에 대한 것일 수 있다. 근접한 경우, 상기 광학 모니터링은 프로세스 가스와 웨이퍼의 상호 작용으로부터 야기되는 프로세스 가스의 조성 변화에 대한 것일 수 있다. 이후의 경우, 상기 광학 모니터링은 또한 시간에 대한 보상과 함께 프로세스 가스 조성의 변화에 대한 것일 수 있다. 이러한 시간-지연된 광학 모니터링은 준안정 화합물의 상이한 상태들의 충돌을 허용한다. 전, 근접 및 후 위치의 예들은 도 2에 도시된 바와 같이 광학 인터페이스(142), 플라즈마 소스(150), 및 플라즈마 소스(150')의 위치들에 각각 대응한다. 플라즈마 소스의 많은 성분들은 프로세스 공간으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 장착 플랜지(mounting flange), 윈도우, 및 o-링(o-ring) 만이 프로세스 공간 및 연관된 프로세스 가스와 접촉될 수 있다. 이러한 분리는 상기 챔버 내에서 발생하는 공정과의 부정적인 상호 작용 및 잠재적인 오염을 감소시킨다. 상기 플라즈마 소스는 프로세스 가스들과 재료들의 극대화된 호환성과 같은 추가적인 이점들을 제공한다. 또한, 플라즈마 소스는 넓은 압력 범위에서 동작 가능하고, 다수의 프로세스 유형들에 적합하며, 프로세스 챔버들 및 포라인 동작들(foreline operations)을 포함하는 다양한 모니터링 응용들에 대해 동작 가능하다. 넓은 압력 범위의 예는 일반적인 프로세스 가스에서 약 1E-4 내지 10 Torr이 된다. 플라즈마 소스는 유익하게, 케이블 및 전자 기기를 제외하고 약 100 mm × 35 mm × 35 mm(L × W × H)의 컴팩트 형태의 팩터를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 소스는 통상의 KF40 인터페이스들에 장착하기 위해 편리하게 설계된다. 상기 플라즈마 소스는 또한 프로세스 챔버 또는 포라인과의 인터페이스 또는 이를 위한 인터페이스와 같은 다른 통상의 인터페이스 또는 독점적인 인터페이스 디자인에도 장착될 수 있다.
상기 개시된 플라즈마 소스는 감소된 클라우딩 및 신호 변화에 대해 "자체-클리닝(self-cleaning)"을 제공하는 플라즈마 습윤 윈도우(plasma wetted window) 및 용이한 예방 유지보수(PM) 사이클들을 위한 단순화된 설계를 용이하게 한다. 상기 플라즈마 소스는 상기 윈도우의 공정 측의 광학 모니터링을 가능하게 하도록 구성된다. 윈도우에서 광학 모니터링을 위해 프라즈마 소스 내에 광섬유가 배치될 수 있다. 추가의 이점은 플라즈마 소스가 낮은 전력에서 사용될 수 있고, 소형 구동 전자장치 및 다른 액세서리 품목들을 이용할 수 있다는 것이다. 플라즈마 소스는 알루미늄 또는 다른 금속들로 구성될 수 있으며, 알루미늄을 포함하는 재료들의 조합으로 구성될 수 있다.
상기 개시된 플라즈마 소스는 프로세스 챔버 내에 존재하는 가스의 광학 모니터링을 위한 다양한 이점들을 제공한다. 이러한 이점들은 프로세스 챔버, 포라인 등의 프로세스 공간과의 최소 상호 작용을 포함한다. 플라즈마 소스는 또한 프로세스 공간 내에서 프로세스 화학 재료와의 제한된 재료 상호 작용을 제공하고, 프로세스 가스 및 압력의 변화에 강건하다. 플라즈마 소스의 동축 디자인은 또한 프로세스 챔버 내의 상호 작용 위치에서의 관찰 및 광학 측정 시스템으로 획득된 광 신호의 전달을 제공할 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 프로세스 툴 또는 챔버(110) 내에서 플라즈마 프로세스의 상태를 모니터링 및/또는 제어하도록 OES를 이용하는 프로세스 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 상기 도시되고 기술되는 구성요소들은 해당 산업에서 널리 공지되며, 편의를 위해 단순화되었다. 반도체 프로세스 챔버와 같은 프로세스 챔버(110)는 일반적으로 웨이퍼(120)를 둘러싸고 있고, 다양한 프로세스 가스를 포함할 수 있는 일반적으로 부분적으로 진공화된 볼륨 내에서 플라즈마(130)를 처리할 수 있다. 프로세스 챔버(110)는, 다양한 위치들 및 방향들에서 프로세스 챔버(110)를 관찰하도록 광학 인터페이스(142)와 같은 하나 또는 다수의 광 인터페이스들을 포함할 수 있다. 광 인터페이스(142)는 뷰잉 포트(viewing port)가 될 수 있거나, 또는 렌즈, 윈도우, 애퍼처, 파이버 옵틱, 미러, 및 광 파장 필터와 같은 다수 유형들의 광학 요소들을 추가로 포함할 수 있다.
프로세스 시스템(100)에서, 프로세스 챔버(110) 내의 프로세스 가스는 통상적인 수단을 이용하여 웨이퍼(120) 근처에서 여기된다. OES 응용들에 대해, 광학 인터페이스(142)는 플라즈마(130)로부터의 광 방출을 수집하도록 배향될 수 있다. 파이버 옵틱 케이블 어셈블리(159)는 광 신호라고도 하는 임의의 수집된 광을 분광계(160)로 향하게 할 수 있다. 다수의 광 인터페이스들이 개별적으로 또는 병렬로 사용되어 OES 관련된 광 신호들을 수집할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 인터페이스(142)가 플라즈마의 대부분을 보도록 위치될 수 있으면서, 또 다른 인터페이스는 웨이퍼(120)의 표면 근처로부터 방출을 수집하도록 배치될 수 있다. 도시되지 않은 다른 인터페이스들은, 플라즈마/웨이퍼 인터페이스의 업-스트림 또는 다운-스트림에 배치된다.
일부 응용들에서, 본 명세서에 개시된 것과 같은 플라즈마 소스는 광 인터페이스(142)와 같은 광 인터페이스의 다양한 위치들에서 광 신호들을 제공하는데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 프로세스 시스템(100)은 도 2의 소스 제어기(177)와 같은 플라즈마 소스 제어기를 포함할 수 있다. 도 2에서, 광 인터페이스(142)는 프로세스 공간의 다수의 광학 모니터링 위치들의 예를 제공하기 위해 포함되며, 상기 모니터링은 본 명세서에서 기술되고 관찰되는 바와 같이 플라즈마 소스에 의해 직접 관찰되거나 또는 여기되는 상이한 광 신호들을 포함할 수 있다. 또한, 광 신호들의 관찰은 동일하거나 상이한 분광계들에 의해 수행될 수 있다.
파이버 옵틱 케이블 어셈블리(159)를 통하여 광 신호들을 수신한 후, 상기 분광계(160)는 광 신호들을 검출하여 전기 신호들로 변환한 다음, 상기 전기 신호들을 신호 프로세서(170)로 전송한다. 분광계(160)는, 상기 전기 신호들을 신호 프로세서(170)로 전송하기 전에, 상기 전기 신호들을 증폭하여 디지탈화할 수 있다. 예를 들어, 신호 프로세서(170)는 산업용 PC, PLC 또는 다른 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템일 수 있으며, 이는 하나 이상의 알고리즘들을 이용하여 프로세스 챔버(110) 내에서 관찰된 데이터로부터 수집된 광학 신호들에 대응하는 출력을 생성한다. 상기 알고리즘은 OES 알고리즘이 될 수 있으며, 이는 미리 결정된 파장(들)에서의 방출 세기 신호들을 분석하고 프로세스의 상태에 관한 경향 파라미터들(trend parameters)을 결정하며 예를 들면 종단점 검출, 에칭 깊이 등의 상태를 액세스하는 데 사용될 수 있다. 신호 프로세서(170)로부터의 출력은 예를 들어, 특정 파장의 세기 또는 2 파장 대역들의 비를 나타내는 아날로그 또는 디지털 제어 값이 될 수 있다. 출력 값들(180)은 프로세스 챔버(110) 내에서 발생하는 생성 프로세스를 모니터링 및/또는 변경하기 위해 통신 링크(185)를 통해 프로세스 챔버(110)로 전달될 수 있다. 별도의 장치 대신에, 신호 프로세서(170)가 분광계(160)와 통합될 수 있다.
도 2는 여기 및 모니터링을 위해 플라즈마 소스를 이용하는 프로세스 시스템(200)의 실시예의 블록도를 도시한다. 상기 프로세스 시스템(200)에서, 프로세스 챔버(110) 내의 프로세스 가스는 웨이퍼(120)로부터 원격적으로 여기된다(통상적인 수단이 상기 여기를 위해 사용될 수 있다). 상기 여기된 반응물이 웨이퍼(120)의 표면과 상호 작용할 때까지, 광 방출량은 매우 제한적이거나 존재하지 않는다. 이러한 응용들에서, 플라즈마(130)의 광으로부터의 측정들은 비록 얻을 수 있다고 하더라도, 반도체 웨이퍼(120)의 에칭 프로세스의 정확한 특성을 제공하지 않는데, 이는 플라즈마(130)로부터의 방출이 웨이퍼(120)의 표면 상에서 발생하는 반응으로부터의 방출을 포함하지 않을 수 있기 때문이다.
따라서, 프로세스 시스템(200)은 유익하게, 관찰을 위한 광 신호들을 제공하기 위해 도 2에서 요소(150)로 표시된 바와 같은 플라즈마 소스를 이용한다. 플라즈마 소스(150)는 프로세스 가스와의 상호 작용을 제공하는 다른 또는 심지어는 복수의 위치들에 또는 도 1의 광 인터페이스(142)에 의해 사용되는 바와 같은 웨이퍼(120) 부근의 뷰잉 포트를 통해 프로세스 챔버(110)에 위치되어 부착될 수 있다. 프로세스 가스가 플라즈마 소스(150)의 플라즈마 공동 내에 허용되도록 상기 뷰잉 포트의 윈도우는 상기 플라즈마 소스(150)가 부착될 때 제거된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 플라즈마 소스(150)는 플라즈마 소스의 윈도우에서 얻어진 수집된 광을 분광계(160)로 향하게 하는 광 케이블 어셈블리(152) 또는 그 일부인 플라즈마 소스(150) 내에 위치된 광학 요소들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 소스(요소(150'))는 광 케이블 어셈블리(152')와 함께 도 2에 도시된 바와 같이 시스템(200)의 배기 라인 상에 위치될 수 있다. 광 케이블 어셈블리들(152 및 152')은 광 케이블 어셈블리(159)와 동일한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 독립적인 RF 플라즈마 소스 및 모니터링 디바이스들을 제공하기 위해 프로세스 시스템(200)의 상이한 위치들에 둘 이상의 플라즈마 소스들이 이용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 플라즈마 소스는 획득된 광 신호들을 측정을 위해 분광계로 전달하기 위한 대응하는 분광계 입력 포트를 갖게 될 것이다.
도 1에 도시된 분광계(160) 및 신호 프로세서(170)에 추가하여, 프로세스 시스템(200)은 또한 챔버 제어기(175) 및 소스 제어기(177)를 포함한다. 상기 챔버 제어기(175)는 통신 링크(187)를 통해 신호 프로세서(170) 또는 신호 프로세서(170)를 통한 분광계(160)로부터 모니터링 데이터를 수신함으로써 프로세스 챔버(110)의 동작을 지시하고 그에 기초하여 프로세스 챔버(110)의 플라즈마 프로세스를 제어하도록 구성될 수 있다.
소스 제어기(177)는 챔버 제어기(175)와 통신하여 적어도 RF 전력 레벨 및 주파수의 플라즈마 소스 제어 파라미터들뿐만 아니라, 프로세스 설정, 가스 유형, 가스 압력 등과 같은 정보를 수신할 수 있다. 소스 제어기(177)는 또한 플라즈마 소스들(150, 150')에 RF 전력을 제공하도록 구성된다. 소스 제어기(177)는 RF 인터페이스를 통해 플라즈마 소스들(150, 150')의 동축 RF 공진기에 주파수 신호를 제공하는 RF 신호 소스가 될 수 있다. 소스 제어기(177)는 예를 들어, 2.4-2.5 GHz ISM 대역 내의 2.45 GHz의 공칭 주파수 또는 다른 주파수들을 제공할 수 있다. 일반적으로, 상기 주파수는 일정하거나 협소하게 가변적이며, 공급되는 전력의 양은 수동 또는 자동으로 제어될 수 있다. 소스 제어기(177)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 외부 명령에 대한 응답으로 또는 점화를 위해 RF 전력을 변화시킬 수 있다. 이와 같이, 소스 제어기(177)는 분광계(160) 및 신호 프로세서(170)에 결합되어 RF 신호를 플라즈마 소스들(150, 150')로 전달하기 위한 전력을 변경시킬 수 있다. 소스 제어기(177)는 또한 케이블(178, 179)을 통해 각각 플라즈마 소스들(150, 150')의 동축 RF 공진기에 공급되는 RF 신호의 중심 주파수 또는 전력의 양을 자동으로 제어하는데 사용될 수 있다. 소스 제어기(177)는 RF 신호를 제어하기 위해 필요한 로직 회로, 소프트웨어, 회로 및 소프트웨어의 조합 등을 포함할 수 있다.
소스 제어기(177)에 의해 제공되는 RF 신호의 전력 용량은 프로세스 가스가 점화되는 방식에 따라 변할 수 있다. 프로세스 가스의 점화에는 100 와트 전원이 필요할 수 있다. 그러나, 점화 후, 0.1 내지 10 와트 전원과 같은 더 작은 정도의 전원이 플라즈마를 유지하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 윈도우에 근접한 스파크 점화 장치가 초기 여기를 위해 사용될 수 있다. 그와 같이 요구되는 전원은 10 와트 전원이 될 수 있다. 전원의 용량을 감소시키는 것은 플라즈마 소스(150, 150')를 이용하는 전체 비용을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 원리들에 따라 수행된 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법(300)을 도시한다. 방법(300)은 예를 들어 프로세스 시스템(200)의 적어도 일부의 동작을 지시하는데 사용될 수 있다. 방법(300)은 본 명세서에 개시된 바와 같은 플라즈마 소스를 이용하고 단계(310)에서 시작한다.
단계(320)에서, 동작 모드가 선택된다. 상기 동작 모드는 플라즈마 소스에 대해 특정될 수 있거나 또는 프로세스 챔버의 동작 모드에 기초할 수 있다. 상기 동작 모드는 플라즈마 소스 및 프로세스 챔버 모두에 대해 동일할 수 있다. 상기 동작 모드는 가스 유형, 가스 압력, 해당 광 신호들 등에 기초할 수 있고, 일반적으로 RF 전력 레벨 및 주파수와 같은 파라미터들에 대한 값 및 이들 파라미터들의 임의의 변화들의 요구되는 타이밍을 포함한다. 상기 동작 모드는 또한 플라즈마 소스의 동축 RF 공진기에 대한 RF 전력의 연속 또는 펄스 동작을 규정할 수 있다.
단계(330)에서, 동작 파라미터들이 획득된다. 상기 동작 파라미터들은 도 2의 분광계(160) 및 신호 프로세서(170)와 같은 프로세스 툴 또는 다른 소스의 동작을 지시하는 툴 제어기로부터 또는 프로세스 엔지니어 또는 반도체 "팹(fab)" 접속 시스템으로부터 얻어질 수 있다. 단계(340)에서, 플라즈마 소스를 점화시키기 위한 하나 이상의 조건들이 설정된다. 조건들에는 높은 Q 하위-조건(sub-condition)의 설정 및 점화에 대한 특정 주파수 및 전력 레벨이 포함될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 소스의 동축 RF 공진기의 Q는 점화를 위해 EM 필드를 강화하기 위해 증가될 수 있고 점화 후에 감소될 수 있다. 상기 Q의 변경은 Q 튜너(tuner)에 의해 행해질 수 있다. 한 실시예에서, 상기 Q 튜너는 페라이트(ferrite)와 같은 가변 유전율 또는 투자율 재료를 함유하는 플라즈마 소스의 적어도 일부 주위에 배치된 전기 코일을 포함하고, 튜닝은 상기 전기 코일에 동력을 공급함으로써 수행된다. 소스 제어기와 같은 제어기는 점화 중에 상기 전기 코일에 전류를 자동으로 공급하고 점화 후 상기 전류를 조정할 수 있다. Q 조정의 다른 방법은 당 업계에 공지되어 있고 플라즈마 소스와 함께 사용될 수 있다.
단계(350)에서, RF 소스는 턴온되고 RF 전력은 원하는 EM 필드를 생성하기 위해 공진기에 인가된다. 단계(360)에서, 점화 조건들에 의해 생성된 플라즈마 소스의 윈도우 근처의 강한 EM 필드를 이용하여, 플라즈마 소스가 결합되는 프로세스 챔버 내의 프로세스 가스가 점화된다. 점화 후, 단계(370)에서 플라즈마의 안정화를 허용하는 상당량의 시간이 허용된다. 이러한 양의 시간은 약 1 초가 될 수 있으며, 챔버 내의 압력 및 가스 조건들에 의존할 수 있다. 플라즈마의 안정화는, 예를 들어 광 신호 또는 순방향/반사된 RF 전력 또는 위상의 변화를 모니터링함으로써 관찰될 수 있다. 실험적 또는 과거 데이터에 기초하여 고정된 양의 시간도 사용될 수 있다. 지정된 양의 시간 후에, 플라즈마 소스에 대한 동작 조건이 단계(375)에서 설정된다. 예를 들어, 프로세스 압력 및 가스 농도의 변화가 플라즈마 소스의 수행에 덜 영향을 미치도록 RF 공진기에 대해 낮은 Q 조건이 설정될 수 있다. RF 전력 및 주파수는 단계(380)에서 검사되고 조정된다. 압력 또는 가스 농도와 같은 프로세스 챔버 조건들에서의 변화는 일정한 여기 및 광학 측정 수행을 유지하기 위해 RF 전력 레벨, 주파수 및 공동 Q에 대한 변화들을 요구할 수 있다. 그 후, 여기 및 측정이 단계(390)에서 일어나게 된다. 이러한 동작 단계(390) 동안, 플라즈마 소스는 프로세스 챔버 내의 압력 및 프로세스 가스에서의 변화의 영향을 감소시키기 위해 낮은 Q를 갖도록 구성될 수 있다. 방법(300)은 단계(395)에서 종료한다.
도 4의 (A)는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 소스(400)의 실시예의 단면도를 도시한다. 플라즈마 소스(400)는 동축 RF 공진기(410), RF 인터페이스(420), 플랜지(flange)(430), 윈도우(440), 분리 스크린(450), 및 플라즈마 공동(460)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 동축 RF 공진기(410)의 치수는 RF 인터페이스(420)를 통해 수신된 RF 신호를 사용하여 윈도우(440)에서 EM 필드를 최대화하는 데 기초할 수 있다. 윈도우(440)에서의 EM 필드의 최대화는 윈도우의 결과적인 플라즈마 습윤(wetting) 또는 비-습윤(non-wetting)을 야기할 수 있고, 그에 따라, 증가된 윈도우 온도를 지속시킴으로써 점화된 플라즈마의 작용에 의한 윈도우의 자체-클리닝에 도움을 준다. 동축 RF 공진기(410)의 다른 치수는 해당 동작 주파수에서의 파장 특성들에 의해 규정된다. 동작 주파수들은, 필수적인 것은 아니지만, 사용 및 간섭에 대한 국제 표준화로 인해 2.4-2.5 GHz, 5.725-5.875 GHz 등과 같은 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역들 내에 있을 수 있다. 일부 3/4 파장 실시예에서, 플라즈마 소스(400)는 길이가 약 100 mm 일 수 있고, 동축 RF 공진기(410)는 길이가 약 85.75 mm 일 수 있다. 특정 길이는 실제 동작 주파수 및 RF 파의 연관된 자유-공간 파장에 의존한다. 예를 들어, 2.4-2.5 GHz ISM 대역의 경우 파장 범위는 125~120 mm이며 3/4 파장 공진기는 길이가 약 90 mm 이다. 마찬가지로, 1/4 파장 공진기는 길이가 약 30 mm 이다.
동축 RF 공진기(410)는 기계적으로 견고하고 RF 인터페이스(420)를 통해 수신된 RF 신호의 방출을 최소화하도록 설계된다. 동축 RF 공진기(410)는 내부 전극 및 외부 전극(도 4의 (A)에는 도시되지 않음)을 포함한다. RF 인터페이스(420)는 상기 내부 및 외부 전극들에 전기적으로 결합되어 RF 인터페이스(420)를 통해 동축 RF 공진기(410)의 여기를 제공한다. 동축 RF 공진기(410)는 윈도우(400)의 프로세스 측 상에서 RF 여기에 의해 생성된 강한 전자기(EM) 필드를 제공하도록 설계된다. 그와 같이, 윈도우의 프로세스 공간 측 상의 프로세스 가스 또는 플라즈마는 고온으로 유지되고 프로세스 가스로부터의 윈도우(440)의 오염은 감소된다. 따라서, 개시된 플라즈마 소스(400)는 여기하는 동안 가열된 프로세스 공간의 광학 모니터링을 위한 뷰잉 윈도우(440)를 유지하여 윈도우에 부착되어 윈도우를 손상시키는 오염물을 감소시킨다. 즉, 자체 클리닝 윈도우가 된다.
RF 인터페이스(420)는 RF 신호를 동축 RF 공진기(410)에 결합하도록 구성된다. 상기 RF 신호는 ISM 대역의 주파수 내에 있을 수 있으며 도 2의 소스 제어기(177)와 같은 소스 제어기를 통해 제공될 수 있다. 한 실시예에서, RF 신호는 2.4-2.5 GHz ISM 대역 내의 2.45 GHz의 공칭 주파수를 갖는다. RF 인터페이스(420)는 도 2의 소스 제어기(177)의 RF 전원, 및 케이블(178, 179)과 같은 RF 신호를 전달하는 케이블/소스의 임피던스를 매칭하도록 설계된다. 일부 실시예들에서, RF 인터페이스(420)는 50 ohm 유형 N 또는 SMA 커넥터가 된다.
플랜지(430)는 동축 RF 공진기(410)에 기계적으로 결합되고, 그 사이에 윈도우(440) 및 O-링(433)이 배치되며, 상기 O-링(433)은 상기 윈도우(440)와 상기 플랜지(430) 사이에 배치된다. 바람직하게는, 상기 동축 RF 공진기(410)와 상기 플랜지(430)는 제거 가능하게 함께 결합된다. 이러한 구성성분들을 용이하게 분해 및 재조립하는 능력은 윈도우(440) 및 O-링(433)의 유지관리를 가능하게 한다. 상기한 동축 RF 공진기(410)와 플랜지(430)의 제거가능한 기계적인 결합을 위해, 나사(437) 또는 다른 유형의 잠금장치들이 사용될 수 있다. 플랜지(430)의 프로세스 측은 프로세스 챔버와의 인터페이스와 같은 뷰잉을 위한 인터페이스에 연결되도록 구성된다. 플랜지(430)의 프로세스 측의 인터페이스는 통상적인 유형의 연결일 수 있다. 위에서 언급한 것처럼, 상기 연결은 KF40 스타일 커넥터를 준수할 수 있다. 플라즈마 소스와 프로세스 볼륨 사이의 디커플링에 대한 추가적인 표시로서; 플랜지(430)는 플라즈마 소스의 동작 특성에 대한 제한된 영향으로 수정될 수 있다. o-링(433)은 프로세스 가스, 압력, 및 열을 견디기 위해 산업에서 통상적으로 사용되는 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, o-링(433)은 칼레즈 퍼플루오로엘라스토머(Kalrez perflouroelastomer) o-링일 수 있다.
장착을 위해 인터페이스에 대해 적응하는 것 이외에, 플랜지(430)는 동축 RF 공진기(410) 또는 플라즈마 소스(400)의 몸체를 기계적으로 지지한다. 플랜지(430)는 또한 사용되는 경우 분리 스크린(450)을 지지할 수 있다. 상기 분리 스크린(450)은 프로세스 가스가 상기 플랜지(430)의 내경에 의해 한정된 플라즈마 공동(460)으로 들어가도록 하는 개구(openings) 또는 구멍(holes)을 포함한다. 또한, 분리 스크린(450)은 또한 윈도우(440) 근처에서 여기된 플라즈마의 이동이 부착된 프로세스 볼륨의 주요 부분들로 들어가는 것을 억제할 수 있다. 상기 분리 스크린(450)은 플라즈마 소스(400)의 일부 실시예들에서 사용되지 않는 선택적인 구성요소일 수 있다. 플라즈마 및/또는 프로세스 가스들과 접촉될 수 있는 플라즈마 공동(460)의 내부 표면들은 프로세스 가스로 인한 오염 및 손상을 줄이기 위해 지르코니아, 이트리아, 내화성 산화물(refractory oxide) 또는 다른 유사한 제품으로 코팅될 수 있다. 상기 윈도우(440)는 또한 프로세스 가스에 따른 오염에 저항하는데 사용되는 통상적인 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 윈도우(440)는 사파이어 윈도우가 될 수 있다.
프로세스 볼륨으로부터 플라즈마 소스(400)의 대부분을 분리시키는 것에 더하여, 윈도우(440)는 플라즈마 공동(460) 내의 플라즈마 볼륨의 여기에 의해 생성된 광학 스펙트럼을 보기 위한 것이다. 전술한 바와 같이, 윈도우(440)의 한 측은 프로세스 공간의 환경과 접촉하고 있고, 다른 측은 편리하게 주위 환경들에 있다. 광섬유는 플랜지(430)에 대향하는 플라즈마 소스(400)의 단부에 위치한 광섬유 액세스(470)를 통해 뷰잉 포트 내에 위치될 수 있다. 도 4의 (B)는 광섬유 액세스를 포함하는 이러한 단부의 도면을 도시한다. 광섬유는 도 1 및 도 2의 분광계(160)와 같은 분광계에 광 신호들을 제공할 수 있다.
도 5는 본 개시의 원리에 따라 구성된 플라즈마 소스(500)의 실시예의 다른 도면을 도시한다. 도 4의 플라즈마 소스(400)와 유사하게, 플라즈마 소스(500)는 동축 RF 공진기(510), RF 인터페이스(520), 플랜지(530), 윈도우(540), 분리 스크린(550), 및 플라즈마 공동(560)을 포함한다. o-링(533) 및 나사 또는 볼트(537)가 또한 도시된다. 플라즈마 소스(500)는 동축 RF 공진기(510)의 내부 전극(512) 및 외부 전극(514)을 도시하는 도 5의 일부 단면도로 도시되어있다. 뷰잉 포트(516)를 또한 확인할 수 있다. 본 실시예에서, Q 튜너 및 스파크 점화 장치(580)의 예의 구성요소들이 또한 도시된다.
동축 RF 공진기(510)는 외부 전극(514)과 상기 외부 전극(514)에 의해 둘러싸여 있고 상기 외부 전극(514)으로부터 분리된 내부 전극(512)을 포함한다. RF 인터페이스(520)는 상기 내부 전극(512) 및 상기 외부 전극(514)에 전기적으로 연결되며, RF 신호를 동축 RF 공진기(510)에 공급한다.
광섬유(599)가 광 모니터링을 위해 동축 RF 공진기(510)의 길이를 따라 연장되는 뷰잉 포트(516) 내에 도시되어있다. 뷰잉 포트(516)는 도시된 바와 같이 동축 RF 공진기(510)의 내부 전극(512)을 통과할 수 있다. 뷰잉 포트(516)는 상기 내부 전극(512) 내에서 상기 내부 전극(512)에 의해 한정된 볼륨이 될 수 있으며, 편리하게 플라즈마 볼륨에 직접적으로 대향하는 윈도우(540)의 표면에 대한 뷰잉 액세스를 가능하게 한다. 광섬유(599)는 예를 들어 프로세스 챔버 내의 진행중인 반도체 프로세스의 상태를 판정하기 위해 광 방출 신호들의 모니터링을 위한 분광계에 결합 될 수 있다.
동작 중에, 플라즈마 소스(500)는 프로세스 공간 내에서 압력 및 프로세스 가스의 변화의 영향을 감소시키기 위해 낮은 Q를 갖도록 설계된다. Q 튜너는 플라즈마 소스(500)의 Q를 제어하는데 사용될 수 있다. 동축 RF 공진기(510)의 Q는 점화를 위해 EM 필드를 강화하도록 증가 될 수 있고 점화 후에 감소될 수 있다. Q 튜너는 동축 RF 공진기(510)의 Q를 증가시키도록 사용되어 플라즈마 공동(560) 내의 플라즈마 볼륨의 점화를 위해 EM 필드를 강화시키고 점화 후에 감소될 수 있다. Q의 변경은, 예를 들어, 페라이트와 같은 가변 유전율 또는 투자율 재료를 갖는 Q 튜너의 요소(575)를 포함하는 플라즈마 소스(500)의 부분 주위에 배치된 Q 튜너의 전기 코일(573)에 동력을 공급함으로써 행해질 수 있다. 소스 제어기(177)와 같은 제어기는 점화 동안 전기 코일(573)에 전류를 자동으로 인가하고 점화 후에 전류를 조정하여 공동(Q)을 변경시킬 수 있다. 스파크 점화 장치(580)가 또한 플라즈마를 점화하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 프로세스 가스의 점화는 개시된 플라즈마 소스(500)를 사용하여 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
스파크 점화 장치(580)는 도 5의 프로세스 측과 대향하여 도시된 윈도우(540)에 인접하며, 초기 플라즈마 점화를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 15,000 볼트 스파크 점화 장치가 사용될 수 있다. 스파크 점화 장치(580)는 예를 들어 가스 점화를 위해 사용될 수 있는 AC 또는 DC 입력 전자 스파크 모듈과 같은 통상적인 스파크 점화 장치가 될 수 있다. 스파크 점화 장치(580)는 소스 제어기와 같은 제어기에 의해 수동으로 제어되거나 동작될 수 있다.
전술한 장치, 시스템 또는 방법 또는 이들의 적어도 일부는 디지털 데이터 프로세서 또는 컴퓨터와 같은 다양한 프로세서들(예를 들면, 도 2의 제어기들 및 컴퓨터들)에서 구현되거나 수행될 수 있으며, 상기 프로세서들은 프로그램되거나 또는 실행가능한 프로그램들 또는 소프트웨어 명령들의 시퀀스들을 저장하여 장치 또는 시스템의 기능들 또는 방법의 하나 이상의 단계들을 수행한다. 그러한 프로그램들의 소프트웨어 명령들은 알고리즘을 나타낼 수 있고, 예를 들면 자기 또는 광학 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 하드 디스크, 플래시 메모리 및/또는 판독 전용 메모리(ROM)와 같은 비-일시적 디지털 데이터 저장 매체 상에 기계-실행가능한 형태로 인코딩되어, 다양한 유형의 디지털 데이터 프로세서들 또는 컴퓨터들이 본 명세서에서 기술되는 시스템의 기능들 또는 전술한 방법들의 하나 이상의 단계들 중 하나, 다수 또는 모두를 수행하게 한다.
본 명세서에 개시된 특정 실시예들은 또한, 상기 장치들, 상기 시스템의 적어도 일부를 구현하거나 본 명세서에서 설명된 방법의 단계들의 적어도 일부를 수행하거나 지시하는 다양한 컴퓨터 구현 동작들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 비-일시적 컴퓨터-판독가능한 매체를 갖는 컴퓨터 저장 제품에 관련한다. 본 명세서에서 사용되는 비-일시적 매체는 일시적인 전파(propagating) 신호를 제외한 모든 컴퓨터 판독가능한 매체를 지칭한다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체의 예들은: 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 디스크와 같은 광학 매체; 플로피 디스크와 같은 자기 광학 매체; 및 특히, ROM 및 RAM 장치와 같은 프로그램 코드를 저장하고 실행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 프로그램 코드의 예들은 컴파일러에 의해 생성되는 것과 같은 머신 코드 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 상위 레벨 코드를 포함하는 파일 모두를 포함한다.
본 출원과 관련된 당업자는 설명된 실시예에 대한 다른 추가의 부가물, 삭제, 대체 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 개시의 다양한 양태들이 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법을 포함하여 청구될 수 있다. 본 명세서에 개시된 양태들은 다음을 포함한다:
A. 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마의 여기 및 그 광학적 모니터링을 위한 플라즈마 소스에 있어서: (1) 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기, (2) 상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 제공하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스, (3) 상기 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동(plasma cavity)을 한정하는 플랜지(flange), 및 (4) 상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되고 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우를 포함하는, 플라즈마 소스.
B. 플라즈마의 여기를 위한 여기 시스템에 있어서: (1) 프라즈마 소스로서, (1A) 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기, (1B) 상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 전달하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스, (1C) 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동을 한정하는 플랜지, 및 (1D) 상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되고 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우를 갖는, 상기 플라즈마 소스, 및 (2) 상기 RF 인터페이스에 상기 RF 신호를 제공하고 상기 RF 신호의 전력량을 제어하도록 구성된 소스 제어기를 포함하는, 여기 시스템.
C. 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법에 있어서: (1) 플라즈마 소스의 플라즈마 공동 내에서 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계, (2) 상기 점화된 플라즈마를 여기된 플라즈마로 유지하는 단계, 및 (3) 프로세싱을 위해 상기 여기된 플라즈마로부터 광 신호들을 수집하는 단계를 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법.
상기 양태들 A, B 및 C 각각은 다음의 추가 요소들 중 하나 이상을 조합으로 가질 수 있다:
요소 1: 상기 윈도우로부터 상기 플라즈마 공동의 대향 단부에 배치되고 상기 플라즈마 공동의 제 2 측면을 형성하는 분리 스크린을 더 포함한다. 요소 2: 상기 윈도우와 상기 플랜지 사이에 배치된 o-링(o-ring)을 더 포함한다. 요소 3: 상기 플랜지는 상기 동축 RF 공진기에 제거가능하게 결합된다. 요소 4: 상기 제 1 및 제 2 단부들 사이에서 상기 동축 RF 공진기의 길이를 따라 연장되는 뷰잉 포트(viewing port)를 더 포함한다. 요소 5: 상기 동축 RF 공진기의 제 2 단부에 위치되고 상기 뷰잉 포트와 일치하는 광섬유 액세스를 더 포함한다. 요소 6: 상기 플라즈마 공동을 한정하는 상기 플랜지의 내부 표면이 상기 플라즈마로 인한 오염 및 손상에 저항하는 제품으로 코팅된다. 요소 7: 상기 플라즈마 공동 내에서 플라즈마를 점화시키기 위한 점화 장치를 더 포함한다. 요소 8: 상기 점화 장치는 상기 플라즈마 공동 외부의 윈도우 근처에 위치된 스파크 점화 장치(spark igniter) 이다. 요소 9: 상기 플라즈마 소스의 Q를 변경하도록 구성된 Q 튜너(Q tuner)를 더 포함한다. 요소 10: 상기 Q 튜너는 상기 동축 RF 공진기에 근접한 전기 코일 및 상기 내부 및 외부 전극들 사이의 페라이트 요소(ferrite element)를 포함하며, 상기 전기 코일은 상기 페라이트 요소를 갖는 동축 RF 공진기의 일부 주위에 배치된다. 요소 11: 상기 RF 인터페이스를 통한 상기 RF 신호에 의해 상기 동축 RF 공진기의 여기가 제공되고 전자기 필드가 생성되어 상기 플라즈마의 여기를 위해 상기 플라즈마 공동으로 전달된다. 요소 12: 상기 윈도우는 자체 클리닝(self-cleaning) 된다. 요소 13: 상기 소스 제어기는 상기 플라즈마의 점화 또는 점화 후 플라즈마 유지에 기초하여 전력량을 변경한다. 요소 14: 상기 소스 제어기는 점화에 사용되는 양보다 작은 정도인 유지를 위한 전력량을 사용한다. 요소 15: 상기 소스 제어기는 자동으로 상기 전력량을 제어한다. 요소 16: 상기 소스 제어기는 상기 RF 신호의 주파수를 자동으로 제어한다. 요소 17: 상기 플라즈마 소스는 Q 튜너를 더 포함하고, 상기 소스 제어기는 상기 플라즈마를 점화하고 상기 플라즈마를 유지하기 위해 상기 Q 튜너에 공급되는 전류량을 변화시킨다. 요소 18: 상기 소스 제어기는 상기 전류량을 자동으로 제어한다. 요소 19: 상기 플라즈마는 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 비롯되고, 상기 플라즈마 소스는 상기 프로세스 챔버에 물리적으로 결합된다. 요소 20: 상기 소스 제어기는 상기 프로세스 챔버 내의 프로세스에 관한 프로세스 정보를 수신하고 상기 프로세스 정보에 기초하여 상기 전력량 및 상기 RF 신호의 주파수 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된다. 요소 21: 상기 플라즈마 소스는 광학 모니터링을 위한 광 소스이고, 상기 여기 시스템은 광학 모니터링을 위한 적어도 하나의 다른 광학 인터페이스를 포함한다. 요소 22: 프로세스 챔버에 대한 동작 모드 및 파라미터들을 수신하고, 그에 기초하여 상기 점화 및 상기 여기를 수행하는 단계를 더 포함한다. 요소 23: 상기 점화 및 상기 유지를 수행하기 위해 RF 신호의 전력 레벨 또는 주파수를 변경하는 단계를 더 포함한다. 요소 24: 상기 점화 및 상기 유지를 수행하기 위해 상기 플라즈마 공동의 Q를 변경하는 단계를 더 포함한다. 요소 25: 상기 점화는 수신된 RF 신호로부터 상기 플라즈마 소스에 의해 생성된 EM 필드에 의해 수행된다. 요소 26: 상기 플라즈마 소스는 제 1 광원이고, 상기 방법은 상기 플라즈마 소스와 다른 제 2 광원으로부터 상이한 광 신호들을 수집하는 단계를 더 포함한다. 요소 27: 상기 제 2 광원은 또 다른 플라즈마 소스이다.
Claims (30)
- 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마의 여기(excitation) 및 그 광학 모니터링을 위한 플라즈마 소스에 있어서:
제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기;
상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 제공하도록 구성된 RF 인터페이스;
상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동(plasma cavity)을 한정하는 플랜지(flange);
상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되어 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우(window)로서, 상기 동축 RF 공진기 및 상기 RF 인터페이스는 상기 플라즈마 공동 내의 상기 윈도우의 표면 근처의 플라즈마를 여기시키도록 구성된, 상기 윈도우; 및
상기 플라즈마로부터의 광 방출 신호들의 수집을 위해 상기 플라즈마 공동 내의 상기 윈도우 표면 근처의 플라즈마의 여기와 조정하도록 배치된 뷰잉 포트(viewing port)로서, 상기 뷰잉 포트는 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이의 상기 동축 RF 공진기의 길이를 따라 연장되는, 상기 뷰잉 포트를 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 윈도우로부터 상기 플라즈마 공동의 대향 단부에 배치되고 상기 플라즈마 공동의 제 2 측면을 형성하는 분리 스크린을 더 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 윈도우와 상기 플랜지 사이에 배치된 o-링(o-ring)을 더 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 플랜지는 상기 동축 RF 공진기에 제거가능하게 결합되는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 뷰잉 포트는 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이의 상기 내부 전극을 통과하여 연장되는, 플라즈마 소스. - 제 5 항에 있어서,
상기 동축 RF 공진기의 제 2 단부에 위치되고 상기 뷰잉 포트와 일치하는 광섬유 액세스를 더 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 공동을 한정하는 상기 플랜지의 내부 표면이 상기 플라즈마로 인한 오염 및 손상에 저항하는 제품으로 코팅되는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 공동 내에서 플라즈마를 점화시키기 위한 점화 장치를 더 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 8 항에 있어서,
상기 점화 장치는 상기 플라즈마 공동 외부의 윈도우 근처에 위치된 스파크 점화 장치(spark igniter)인, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스의 Q를 변경하도록 구성된 Q 튜너(Q tuner)를 더 포함하는, 플라즈마 소스. - 제 10 항에 있어서,
상기 Q 튜너는 상기 동축 RF 공진기에 근접한 전기 코일 및 상기 내부 및 외부 전극들 사이의 페라이트 요소(ferrite element)를 포함하며, 상기 전기 코일은 상기 페라이트 요소를 갖는 동축 RF 공진기의 일부 주위에 배치되는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 동축 RF 공진기의 여기는 상기 RF 인터페이스를 통한 상기 RF 신호에 의해 제공되고, 전자기 필드가 생성되어 상기 플라즈마 공동 내의 상기 윈도우 표면 근처의 상기 플라즈마의 여기 및 국소화를 위해 상기 플라즈마 공동으로 전달되는, 플라즈마 소스. - 제 1 항에 있어서,
상기 윈도우는 자체 클리닝(self-cleaning)되는, 플라즈마 소스. - 플라즈마의 여기를 위한 여기 시스템에 있어서:
플라스마 소스로서,
제 1 단부, 제 2 단부, 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 동축 무선 주파수(RF) 공진기,
상기 내부 및 외부 전극에 전기적으로 결합되고 RF 신호를 상기 동축 RF 공진기에 전달하도록 구성된 무선 주파수 인터페이스,
상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부에 배치되고 플라즈마 공동을 한정하는 플랜지,
상기 동축 RF 공진기가 상기 플라즈마로부터 분리되도록 상기 동축 RF 공진기의 제 1 단부와 상기 플랜지 사이에 배치되어 상기 플라즈마 공동의 한 측면을 형성하는 윈도우로서, 상기 동축 RF 공진기 및 상기 RF 인터페이스는 상기 플라즈마 공동 내의 상기 윈도우의 표면 근처의 플라즈마를 여기시키도록 구성된, 상기 윈도우, 및
상기 플라즈마로부터의 광 방출 신호들의 수집을 위해 상기 플라즈마 공동 내의 상기 윈도우 표면 근처의 플라즈마의 여기와 조정하도록 배치된 뷰잉 포트(viewing port)로서, 상기 뷰잉 포트는 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이의 상기 동축 RF 공진기의 길이를 따라 연장되는, 상기 뷰잉 포트를 포함하는, 상기 플라즈마 소스; 및
상기 RF 신호를 상기 RF 인터페이스에 제공하고 상기 RF 신호의 전력량을 제어하도록 구성된 소스 제어기를 포함하는, 여기 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 상기 플라즈마의 점화 또는 점화 후 플라즈마 유지에 기초하여 상기 전력량을 변경하는, 여기 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 점화에 사용되는 양보다 작은 정도인 유지를 위한 전력량을 사용하는, 여기 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 상기 전력량을 자동으로 제어하는, 여기 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 상기 RF 신호의 주파수를 자동으로 제어하는, 여기 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 Q 튜너를 더 포함하고, 상기 소스 제어기는 상기 플라즈마를 점화하고 상기 플라즈마를 유지하기 위해 상기 Q 튜너에 공급되는 전류량을 변화시키는, 여기 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 상기 전류량을 자동으로 제어하는, 여기 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 플라즈마는 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 비롯되고, 상기 플라즈마 소스는 상기 프로세스 챔버에 물리적으로 결합되는, 여기 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 소스 제어기는 상기 프로세스 챔버 내의 프로세스에 관한 프로세스 정보를 수신하고 상기 프로세스 정보에 기초하여 상기 전력량 및 상기 RF 신호의 주파수 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는, 여기 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 광학 모니터링을 위한 광 소스이고, 상기 여기 시스템은 광학 모니터링을 위한 적어도 하나의 다른 광학 인터페이스를 포함하는, 여기 시스템. - 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법에 있어서:
플라즈마 소스의 플라즈마 공동 내에서 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계로서, 상기 플라즈마 소스는 또한 뷰잉 포트, 윈도우, 동축 무선 주파수(RF) 공진기, 및 RF 인터페이스를 포함하는, 상기 플라즈마 소스의 플라즈마 공동 내에서 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계;
상기 점화된 플라즈마를 여기된 플라즈마(excited plasma)로 유지하는 단계;
상기 동축 RF 공진기 및 상기 RF 인터페이스를 이용하여, 상기 플라즈마 소스의 상기 윈도우의 표면 근처에서 상기 플라즈마 공동 내의 상기 플라즈마를 여기시키는 단계; 및
상기 뷰잉 포트의 광섬유를 이용하여, 프로세싱을 위해 상기 여기된 플라즈마로부터 광 신호들을 수집하는 단계로서, 상기 뷰잉 포트는 상기 동축 RF 공진기의 길이에 따라 연장되고 상기 수집을 위해 상기 윈도우 표면 근처의 상기 여기된 플라즈마와 조정하도록 배치되는, 상기 프로세싱을 위해 상기 여기된 플라즈마로부터 광 신호들을 수집하는 단계를 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
프로세스 챔버에 대한 동작 모드 및 파라미터들을 수신하고, 그에 기초하여 상기 점화 및 상기 여기를 수행하는 단계를 더 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 점화 및 상기 유지를 수행하기 위해 RF 신호의 전력 레벨 또는 주파수를 변경하는 단계를 더 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 점화 및 상기 유지를 수행하기 위해 상기 플라즈마 공동의 Q를 변경하는 단계를 더 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 점화는 수신된 RF 신호로부터 상기 플라즈마 소스에 의해 생성된 EM 필드에 의해 수행되는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 제 1 광원이고, 상기 방법은 상기 플라즈마 소스와 다른 제 2 광원으로부터 상이한 광 신호들을 수집하는 단계를 더 포함하는, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법. - 제 29 항에 있어서,
상기 제 2 광원은 또 다른 플라즈마 소스인, 여기 측정 시스템을 동작시키는 방법.
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