KR102411011B1 - 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 - Google Patents
표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템은 플라즈마 필드를 생성하도록 구성된 표면파 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 표면파 플라즈마 소스에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 정보 특성을 생성하도록 구성된 광 센서를 포함할 수 있다. 부가적으로, 시스템은 광 센서에 의해 생성된 정보에 응답하여, 표면파 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하도록 구성된 센서 로직 유닛을 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
37 C.F.R § 1.78(a)(4)에 의거하여, 본 출원은 2016년 6월 30일자에 출원된 동시 계류 중인 미국 가출원 제62/356,598호의 이익 및 우선권을 주장하며, 상기 출원은 본 명세서에서 그 전체가 참조로 포함된다.
발명 분야
본 발명은 기판 프로세싱을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
표면파 플라즈마 소스는 건식 플라즈마 에칭 공정과 같은 다양한 반도체 디바이스 제조 공정에 사용된다. 반도체 기판 상에 패턴화된 비아 또는 콘택 홀 내의 물질 또는 미세 라인을 따라 물질을 제거 또는 에칭하기 위해 플라즈마 에칭 공정이 사용된다. 플라즈마 에칭 공정은 일반적으로 상부의 패턴화된 보호 층, 예를 들어, 포토 레지스트 층을 갖는 반도체 기판과 같은 웨이퍼를 프로세싱 챔버 내에 배치시키는 것을 포함한다.
일단 웨이퍼가 챔버 내에 배치되면, 프로세싱 압력을 달성하도록 진공 펌프를 조정하면서, 이온화 가능한 해리성 가스 혼합물을 미리 지정된 유속으로 챔버 내에 도입함으로써 에칭된다. 그런 다음, 가스 종의 일부가 에너지 전자와의 충돌에 의해 이온화될 때 플라즈마가 형성된다. 가열된 전자는 가스 혼합물 내의 가스 종의 일부를 해리시켜 노출된 표면 에칭 화학물(chemistry)에 적합한 반응물 종을 생성한다. 일단 플라즈마가 형성되면, 웨이퍼의 노출된 표면은 플라즈마 밀도, 평균 전자 에너지 및 다른 인자의 함수로서 변화하는 비율로 플라즈마에 의해 에칭된다.
종래에, 전술한 바와 같이, 반도체 디바이스 제조 동안 기판의 처리를 위해 가스를 플라즈마로 여기시키기 위한 다양한 기술들이 구현되었다. 특히, "평행 판" 용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 프로세싱 시스템 또는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 프로세싱 시스템이 플라즈마 여기에 일반적으로 사용되어 왔다. 다른 타입 또는 더 많은 특정 타입의 플라즈마 소스들 중에, 마이크로파 플라즈마 소스(전자 사이클로트론 공명(electron-cyclotron resonance; ECR)의 사용을 포함함), 표면파 플라즈마(surface wave plasma; SWP) 소스 및 헬리콘 플라즈마 소스가 있다.
SWP 소스의 실시예들은 보론(Voronin) 등의 2012년 12월 19일자에 출원된 "표면파 플라즈마 소스에서의 균일성 제어(Control of Uniformity in a Surface Wave Plasma Source)"라는 제목의 미국 특허 공개 번호 제2014/0028184호에 더 상세하게 설명되어 있다.
일부 버전에서, SWP 소스는 복수의 딤플(dimple) 또는 표면 불균일성을 갖는 플라즈마 분배 판을 포함할 수 있다. 플라즈마 필드가 딤플에 근접한 영역에서 형성될 수 있다. 일부 버전에서, 불균일성은 원통형 기하학적 구조, 원추형 기하학적 구조, 절두 원추형 기하학적 구조, 구형 기하학적 구조, 비구면 기하학적 구조, 직사각형 기하학적 구조, 피라미드형 기하학적 구조, 또는 임의의 형태를 갖는 딤플을 포함할 수 있다. SWP 플라즈마 분배 판의 다양한 구성들이 첸(Chen) 등의 2013년 3월 14일자에 출원된 "안정적인 표면파 플라즈마 소스(Stable Surface Wave Plasma Source)"라는 제목의 미국 특허 제8,669,705호에 설명되어 있고, 이 출원은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
SWP 소스는 일반적으로 평행 판 소스보다 더 균일한 플라즈마 필드를 생성하지만, 불안정성 또는 불균일성이 특히 낮은 전력 레벨에서 여전히 존재할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 분배 판 내의 일부 딤플에 근접한 영역에서 플라즈마 필드의 일부 불균일성이 있을 수 있지만, 모든 딤플이 그런 것은 아니다. 실제로, 일부 딤플에서의 플라즈마 생성은 다른 딤플에서의 플라즈마 생성보다 훨씬 더 효율적일 수 있으며, 이는 불균일을 야기하지만, "동작적으로 안정한" 플라즈마 분배를 초래한다. 이러한 불균일성은 전기 신호 분석(예컨대, 반사 전력, 정합 네트워크 안정성 등)에 의해 검출하기가 어려울 수 있지만, 에칭 파라미터에 악영향을 줄 수 있다.
표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템은 플라즈마 필드를 생성하도록 구성된 표면파 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 표면파 플라즈마 소스에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 정보 특성을 생성하도록 구성된 광 센서를 포함할 수 있다. 부가적으로, 시스템은 광 센서에 의해 생성된 정보에 응답하여, 표면파 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하도록 구성된 센서 로직 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱을 위한 방법은 표면파 플라즈마 소스로 플라즈마 필드를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 광 센서로 표면파 플라즈마 소스에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 정보 특성을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 방법은 센서 로직 유닛으로, 광 센서에 의해 생성된 정보에 응답하여, 표면파 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일부를 구성하고 본 명세서에 통합된 첨부 도면은 본 발명의 실시예들을 나타내고, 상기 주어진 본 발명의 일반적인 설명 및 아래에 주어진 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 반도체 프로세싱을 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 반도체 프로세싱을 위한 시스템의 일 실시예에 따른 표면파 플라즈마 소스의 일 실시예를 나타내는 분해도이다.
도 3은 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 4는 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 7a는 1700 W에서 수행되는 플라즈마 에칭 공정을 위해 공급된 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전력을 나타내는 데이터를 도시한다.
도 7b는 반사된 RF 전력을 나타내는 데이터를 도시한다.
도 7c는 1700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 1 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
도 7d는 1700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 2 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
도 8a는 700 W에서 수행되는 플라즈마 에칭 공정을 위해 공급된 RF 전력을 나타내는 데이터를 도시한다.
도 8b는 반사된 RF 전력을 나타내는 데이터를 도시한다.
도 8c는 700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 1 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
도 8d는 700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 2 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
도 1은 반도체 프로세싱을 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 반도체 프로세싱을 위한 시스템의 일 실시예에 따른 표면파 플라즈마 소스의 일 실시예를 나타내는 분해도이다.
도 3은 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 4는 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 7a는 1700 W에서 수행되는 플라즈마 에칭 공정을 위해 공급된 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전력을 나타내는 데이터를 도시한다.
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도 7c는 1700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 1 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
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도 8d는 700 W에서 수행된 에칭 공정 동안 제 2 튜너 위치를 나타내는 데이터를 도시한다.
표면파 플라즈마 소스에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 그러나, 당업자는 다양한 실시예들이 특정한 세부 사항들 중 하나 이상없이 실시되거나, 또는 다른 대체 및/또는 추가적인 방법, 물질들 또는 컴포넌트들과 함께 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 잘 공지된 구조물들, 물질들, 또는 동작들은 본 발명의 다양한 실시예들의 양태들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해서 상세하게 도시되거나 기술되지 않는다.
유사하게, 설명을 위해, 특정 번호들, 물질들, 및 구성들이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 기재되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 특정한 세부 사항없이 실시될 수 있다. 더욱이, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현으로 반드시 실척도로 도시되는 것은 아님을 이해한다. 도면들을 참조할 때, 동일한 참조 번호는 내내 동일한 부분을 지칭한다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "일 실시예" 또는 "실시예" 또는 이의 변형에 대한 참조는 실시예와 관련되어 설명된 특정한 특징, 구조물, 물질 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되지만, 이들이 모든 실시예에 존재한다고 나타내는 것이 아님을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 장소에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 구절의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 나타내는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조물, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 다양한 추가적인 층들 및/또는 구조물들이 포함될 수 있고, 및/또는 설명된 피처들은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다.
부가적으로, 하나("a" 또는 "an")는 달리 명시되지 않는 한 "하나 이상"을 의미할 수 있음을 이해해야 한다.
다양한 동작들은 본 발명을 이해하는데 가장 도움이 되는 방식으로 차례로 다수의 이산 동작들로서 설명될 것이다. 그러나, 설명의 순서가 이들 동작들이 반드시 순서에 의존하는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특히, 이러한 동작들은 제시된 순서대로 수행될 필요는 없다. 설명된 동작들은 설명된 실시예들과는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가적인 동작들이 수행될 수 있고 및/또는 설명된 동작들은 추가적인 실시예들에서 생략될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "웨이퍼"라는 용어는 물질들이 형성되는 베이스 물질 또는 구성을 의미하고 포함한다. 웨이퍼는 단일 물질, 상이한 물질들의 복수의 층들, 내부에 상이한 물질들 또는 상이한 구조물들의 영역을 갖는 층 또는 층들 등을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 물질들은 반도체, 절연체, 전도체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반도체 웨이퍼, 지지 구조물 상의 베이스 반도체 층, 금속 전극 또는 하나 이상의 층들, 구조물들 또는 영역들이 그 위에 형성된 반도체 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼는 종래의 실리콘 웨이퍼 또는 반도체 물질 층을 포함하는 다른 벌크 웨이퍼일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "벌크 웨이퍼"라는 용어는 실리콘 웨이퍼뿐만 아니라, 실리콘 온 사파이어(silicon-on-sapphire; "SOS") 기판 및 실리콘 온 글래스(silicon-on-glass; "SOG") 기판과 같은 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator; "SOI") 기판, 베이스 반도체 토대 상의 실리콘의 에피택셜 층들, 및 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물, 및 인듐 인화물과 같은 다른 반도체 또는 광전자 물질들을 의미하고 포함한다. 기판은 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 동일한 참조 번호는 여러 도면들에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 반도체 프로세싱을 위한 시스템(100)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 플라즈마 에칭을 위해 구성될 수 있다. 특히, 시스템(100)은 건식 플라즈마 에칭 시스템 또는 건식 반응성 이온 에칭(Dry Reactive Ion Etch; DRIE) 시스템일 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 플라즈마 소스(102)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 소스(102)는 표면파 플라즈마 소스일 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 소스(102)는 헬리컬 또는 유도 결합 플라즈마 소스들의 어레이일 수 있다. 이러한 실시예에서, 플라즈마 소스(102)는 소스 판(106)에 결합된 RF 피드 어셈블리(104)를 포함할 수 있다. 소스 판(106)은 플라즈마 분배 판(108)에 인접하게 배치될 수 있다.
플라즈마 소스(102)는 플라즈마 에칭 챔버(110)에 결합될 수 있다. 웨이퍼 지지체(112)가 플라즈마 에칭 챔버(110) 내에 배치될 수 있고, 프로세싱을 위해 웨이퍼(114)를 지지하도록 구성될 수 있다. 추가의 실시예에서, 플라즈마 소스(102)는 에천트 이온을 웨이퍼(114)에 퍼붓기 위해 플라즈마 에칭 챔버(110) 내에 플라즈마 필드(116)를 생성할 수 있다. 추가의 실시예에서, 플라즈마 필드(116)는 챔버, RF 전원(도시되지 않음) 및 소스 제어기(도시되지 않음) 등에 결합된 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 시스템(100)의 특정한 추가의 요소들이 본 명세서의 간략화를 위해 도시되거나 설명되지 않았지만, 당업자는 본 실시예에 따라 사용될 수 있는 몇몇 추가의 컴포넌트들을 인식할 것이다.
도 2는 반도체 프로세싱을 위한 플라즈마 소스(102)의 일 실시예를 나타내는 분해도이다. 일 실시예에서, 플라즈마 소스(102)는 미리 결정된 방사상 라인을 따라 배열된 복수의 슬롯들(202)을 갖는 소스 판(106)을 포함할 수 있다. 소스 판(106)은 플라즈마 분배 판(108)에 인접하게 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 분배 판(108)은 복수의 불균일 영역을 갖는 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 불균일 영역은 딤플(204)일 수 있다.
도 3은 플라즈마 소스(102)에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략적인 블록도이다. 일 실시예에서, 시스템(300)은 소스 판(106) 및 플라즈마 분배 판(108)을 포함하는 플라즈마 소스(102)를 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 커넥터들(304)이 하나 이상의 광 센서들(306)을 플라즈마 소스(102)에 연결할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 광 센서들(306)은 플라즈마 소스(102)에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 정보 특성을 생성하도록 구성될 수 있다. 광 센서들(306)은 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 필드(116)에 의해 방출된 광자의 파장에 대응하는 파장에서 광자를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 센서들(306)은 자외선(UV) 및/또는 극자외선(EUV) 파장에서 광 에너지를 검출하도록 구성될 수 있다.
센서 로직(308)이 광 센서들(306)에 결합될 수 있고, 광 센서(들)(306)에 의해 생성된 정보에 응답하여 플라즈마 소스(102)에 근접한 불안정 영역을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 신호 데이터는 비교기에 의해 생성되고, 도 5에 도시된 바와 같이 프로세스 툴의 프로그램 가능 로직 칩(programmable logic chip; PLC)(도시되지 않음)에 의해 더욱 분석될 수 있다. 비교된 신호들 간의 차이가 특정 문턱값 또는 설정 파라미터를 초과하면, PLC는 경고 또는 경보 상태를 표시(flag)할 수 있다. 경보 상태의 경우에, 플라즈마 소스(102)는 즉시 스위치 오프될 수 있다. 선택적으로, 센서 로직(308)으로부터의 피드백은 플라즈마 소스(102)에 공급되는 RF 전력의 파라미터를 조정하기 위해 소스 제어기(310)에 제공될 수 있다. 당업자는 소스 제어기(310)가 프로세싱 툴의 PLC에 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 플라즈마 소스(102)에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템(400)의 일 실시예를 나타내는 개략도이다. 일 실시예에서, 광 섬유(402)가 플라즈마 분배 판(108)의 표면에 형성된 딤플(204)에 근접한 영역에 배치될 수 있다. 광 섬유(402)는 플라즈마 분배 판(108)의 표면에 형성된 딤플(204)에 근접한 영역에서 생성된 플라즈마로부터 광 에너지를 수집하도록 구성될 수 있다.
딤플(204)에 근접한 영역으로부터 광 섬유(402)에 의해 수집된 광 에너지가 광 섬유(402)의 길이를 따라 전송되어 광 센서(404)에 근접하게 배치된 제 2 단부에서 방출될 수 있다. 광 센서(404)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 광 에너지를 센서 로직(308)에 의해 수신되는 신호로 변환할 수 있다. 광 센서(404)의 실시예들은 포토다이오드, 광전자 곱셈기 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유(402)는 플라즈마 분배 판(108)의 내부 축을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 섬유(402)의 제 1 단부는 딤플(204)에 근접한 광 에너지를 수집하기 위해 딤플(204)의 내부 표면에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 광 섬유(402)는 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 분배 판(108)의 몸체와 내부에서 이어져 판의 외측 에지로부터 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 추가의 실시예에서, 복수의 광 섬유들(402)이 플라즈마 분배 판(108)에 결합될 수 있으며, 각각의 광 섬유(402)는 딤플들(204) 중 하나의 딤플에 근접하게 배치된다.
예로서, 플라즈마 분배 판(108)에서 1 내지 10 개의 딤플(204)이 아무데나 있는 실시예들에서, 1 내지 10개의 광 섬유(402)가 유사하게 있을 수 있으며, 각각의 광 섬유(402)는 딤플(204) 영역을 인터페이스한다. 도시된 실시예에서, 플라즈마 분배 판(108)은 7개의 딤플(204)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 시스템(400)은 개별 광 센서(404)에 각각 결합된 7개의 광 섬유(402)를 포함할 수 있다. 추가의 실시예들이 도 5에 도시되어 있다. 대안적으로, 다른 실시예들은 11 내지 50개의 딤플 및 11 내지 50개의 광 섬유를 사용할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 플라즈마 소스(102)에서의 동작 불안정성 검출을 위한 시스템(500)의 일 실시예를 나타내는 개략도이다. 일 실시예에서, 복수의 광 센서들(404a-n)이 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 광 섬유들(402)로부터 광 에너지를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(500)은 각각의 광 센서들(404a-n)에 의해 생성된 센서 신호(506)를 증폭하도록 각각 구성된 복수의 증폭기들(502a-n)을 포함한다. 대안적으로, 단일 증폭기 회로(도시되지 않음)가 센서 신호들을 증폭할 수 있다. 비교기(504)는 광 센서들(404a-n)에 의해 생성된 센서 신호(506)를 기준 신호(reference signal)와 비교하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 비교기(504)는 복수의 수신된 센서 신호들을 서로 비교할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 센서 신호들은 각각 기준 신호와 비교될 수 있다. 비교된 신호들 간의 차이가 문턱값을 초과하면, 플라즈마 필드 이상(field anomaly)의 불안정성이 식별될 수 있다. 특정 실시예들에서, 이러한 정보는 플라즈마 소스(102)의 동적 제어를 위해 도 3에 도시된 바와 같은 소스 제어기(310)에 피드백으로서 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교기(504)는 소스 제어기(310)와 통합될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 비교기(504)는 프로세스 툴의 PLC 또는 플라즈마 소스의 다른 내장 제어기의 통합된 부분일 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 소스의 동적 제어는 센서 신호(506)를 도 3의 소스 제어기(310)에 전송하는 것을 포함한다. 센서 신호(506)는 오퍼레이터에 대한 통지 또는 플라즈마 필드의 불안정성이 존재한다는 것을 나타내는 경보일 수 있다.
도 6은 플라즈마 소스(102)에서의 동작 불안정성 검출을 위한 방법(600)의 일 실시예를 나타내는 개략적인 흐름도이다. 일 실시예에서, 방법(600)은 블록(602)에서 표면파 플라즈마 소스에 RF 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 블록(604)에서, 방법(600)은 플라즈마 소스로 플라즈마 필드를 생성하는 단계를 포함한다. 블록(606)에서, 방법(600)은 소스에 근접한 영역에서 광 에너지를 수집하는 단계를 포함한다. 블록(608)에서, 센서는 광 센서로 플라즈마 필드의 정보 특성을 생성할 수 있다. 블록(610)에서, 방법(600)은 그 정보에 응답하여 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(612)에서, 불안정성이 검출되면, 상기 방법은 센서 신호를 생성 및 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 신호는 시스템 또는 오퍼레이터에 대한 경보 또는 통신을 포함할 수 있다.
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 1700 W에서 구동되는 도 1에 도시된 바와 같은 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 안정적인 플라즈마 필드를 나타내는 프로세스 로그를 나타내는 데이터를 도시한다. 도 7a는 플라즈마 소스(102)에 공급되는 상위 RF 전력을 도시한다. 도 7b는 소스 판(106)으로부터의 상위 RF 반사 전력을 도시한다. 도 7c는 제 1 플라즈마 임피던스 정합 네트워크 튜너 위치를 도시하고, 도 7d는 제 2 튜너 위치를 도시한다. 제 1 튜너 및 제 2 튜너는 RF 임피던스 정합 회로일 수 있고, 초기 시동 후에 그래프가 수평이라는 사실은 시스템이 안정하다는 것을 나타낸다.
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 700 W에서 구동되는 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 불안정적인 플라즈마 필드를 나타내는 프로세스 로그를 나타내는 데이터를 도시한다. 유사하게, 도 8a 및 도 8b는 각각 상위 RF 전력 및 반사 전력을 도시하고, 도 8c 및 도 8d는 튜너 위치를 도시한다. 튜너 위치 그래프는 전반적인 공정 안정성을 나타내지만, 테스트 동안 몇 개의 딤플에서의 광도는 다른 것들에 비해 매우 낮다. 이러한 불일치는 데이터 단독으로 플라즈마 불안정성을 식별하는 것이 매우 어렵다는 사실을 예시하고, 본 실시예에서 설명된 바와 같이 광 센싱의 필요성을 추가로 설명한다.
추가적인 장점 및 변형이 당업자에게 용이하게 나타날 것이다. 그러므로, 광범위한 양태들의 본 발명은 특정 세부 사항, 대표적인 장치와 방법, 및 도시되고 기술된 예시적인 예로 한정되지 않는다. 따라서, 일반적인 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않고 이러한 세부 사항에서부터 출발이 이루어질 수 있다.
Claims (21)
- 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템에 있어서,
플라즈마 필드를 생성하도록 구성된 표면파 플라즈마 소스로서, 상기 표면파 플라즈마 소스는 플라즈마 분배 판을 더 포함하고, 상기 플라즈마 분배 판은 상기 플라즈마 분배 판의 표면 상에 복수의 불균일 영역들을 가지며, 상기 복수의 불균일 영역들은 상기 플라즈마 분배 판의 상기 표면 상에 형성된 딤플(dimple)들을 포함하는 것인, 상기 표면파 플라즈마 소스;
상기 딤플들 각각의 내부 표면 상에 각각 배치된 복수의 광 섬유들을 통해 수집된 광 에너지의 관련(characteristic) 정보를 생성하도록 구성된 복수의 광 센서들; 및
상기 복수의 광 센서들에 의해 생성된 상기 정보에 응답하여, 불안정 영역을 검출하도록 구성된 센서 로직 유닛
을 포함하고,
상기 센서 로직 유닛은 비교기를 포함하고, 상기 센서 로직 유닛은,
(i) 상기 광 센서들 중 어느 하나의 센서 신호와 기준 신호(reference signal) 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정, 또는
(ii) 상기 광 센서들 중 어느 하나의 임의의 센서 신호와 상기 광 센서들 중 다른 하나의 다른 센서 신호 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정에 응답하여, 불안정 신호를 생성하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 센서 로직 유닛은 증폭기를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 센서 로직 유닛은 복수의 증폭기들을 포함하고,
각각의 증폭기는 상기 복수의 광 센서들 중 하나의 광 센서에 의해 생성된 신호를 증폭시키도록 구성되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 비교기는 복수의 센서 신호들을 상기 기준 신호와 비교하도록 구성되고,
각각의 센서 신호는 상기 복수의 광 센서들 중 하나의 광 센서에 의해 생성되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
소스 제어기를 더 포함하며,
상기 소스 제어기는 상기 센서 로직 유닛으로부터 수신된 피드백에 응답하여, 상기 표면파 플라즈마 소스에 공급되는 전력의 파라미터를 제어하도록 구성되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 표면파 플라즈마 소스에 결합된 플라즈마 에칭 챔버를 더 포함하고,
상기 플라즈마 에칭 챔버는 상기 표면파 플라즈마 소스에 의해 생성된 플라즈마 필드를 그리고 상기 플라즈마 에칭 챔버 내에 배치된 웨이퍼 지지체를 포함하도록 구성되며,
상기 웨이퍼 지지체는 프로세싱을 위해 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 불안정 신호는 오퍼레이터에 대한 통지 또는 경보를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템에 있어서,
플라즈마 필드를 생성하도록 구성된 표면파 플라즈마 소스;
상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 관련 정보를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광 센서;
상기 적어도 하나의 광 센서로부터 생성된 상기 정보에 응답하여, 상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하도록 구성된 센서 로직 유닛
을 포함하고,
상기 표면파 플라즈마 소스는 플라즈마 분배 판을 더 포함하고, 상기 플라즈마 분배 판은 상기 플라즈마 분배 판의 표면 상에 복수의 불균일 영역들을 가지며,
상기 복수의 불균일 영역들은 상기 플라즈마 분배 판의 상기 표면 상에 형성된 딤플들을 포함하고,
상기 시스템은 또한, 상기 플라즈마 분배 판에 결합되되, 상기 플라즈마 분배 판의 상기 표면 상에 형성된 상기 딤플들 중 서로 다른 딤플들에 근접한 영역들에 배치된 복수의 광 섬유들을 포함하고, 상기 복수의 광 섬유들은 상기 플라즈마 분배 판의 상기 표면 상에 형성된 상기 딤플들에 근접한 영역들에서 생성된 플라즈마로부터 상기 광 에너지를 수집하도록 구성되고,
상기 광 섬유들 각각의 제1 단부는 상기 딤플들 각각의 내부 표면 상에 배치되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 센서는 상기 광 섬유들에 근접하게 배치된 감광성 다이오드를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 센서는 상기 복수의 광 섬유들 각각의 일 단부에 근접하게 배치된 복수의 광 감지 다이오드를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 광 섬유들 중 적어도 하나는 상기 플라즈마 분배 판의 내부 축을 따라 배치되는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 센서는 상기 딤플들 중 서로 다른 딤플들에 근접한 상이한 상기 영역들에서 수집된 상기 광 에너지에 대응하는 복수의 광 신호들을 생성하고, 상기 센서 로직 유닛은,
(i) 상기 복수의 센서 신호들 중 어느 하나와 기준 신호 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정, 또는
(ii) 상기 복수의 센서 신호들 중 어느 하나와 상기 복수의 센서 신호들 중 다른 하나 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정에 응답하여, 불안정 신호를 생성하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템. - 플라즈마 프로세싱을 위한 방법에 있어서,
표면파 플라즈마 소스로 플라즈마 필드를 생성하는 단계;
적어도 하나의 광 센서로 상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 영역에서 수집된 광 에너지의 관련 정보를 생성하는 단계; 및
센서 로직 유닛으로, 상기 적어도 하나의 광 센서에 의해 생성된 상기 정보에 응답하여, 상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 불안정 영역을 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 정보를 생성하는 단계는, 상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 복수의 상이한 영역들에서의 광 에너지에 관한 정보를 수집하는 단계와, 상기 복수의 상이한 영역들로부터의 상기 정보를 상기 적어도 하나의 광 센서에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광 센서는 상기 표면파 플라즈마 소스에 근접한 상기 복수의 상이한 영역들에서 수집된 상기 정보에 대응하는 센서 신호들을 생성하고,
상기 표면파 플라즈마 소스는 플라즈마 분배 판을 포함하고, 상기 플라즈마 분배 판은 복수의 불균일 영역들을 가지며, 상기 복수의 불균일 영역들을 상기 플라즈마 분배 판의 상기 표면 상에 형성된 딤플들을 포함하고, 상기 복수의 상이한 영역들에서의 상기 정보를 수집하는 단계는, 상기 딤플들 각각의 내부 표면 상에 각각 배치된 복수의 광 섬유들을 통해 정보를 수집하는 단계를 포함하고,
상기 플라즈마 프로세싱을 위한 방법은 또한,
(i) 센서 신호와 기준 신호 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정, 또는
(ii) 상기 복수의 불균일 영역들 중 임의의 영역에 대응하는 센서 신호와 상기 복수의 불균일 영역들 중 다른 영역의 다른 센서 신호 간의 차이가 문턱값을 초과한다는 결정에 응답하여, 불안정 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 불안정 신호는 오퍼레이터에 대한 통지 또는 경보를 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 광 섬유들은 상기 적어도 하나의 광 센서에 접속된 것인, 플라즈마 프로세싱을 위한 방법.
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