KR102489184B1 - 반도체 공정 시스템들에서 광 신호들의 교정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
반도체 공정 시스템들에서 광 신호들의 교정을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 개시내용은 공정 챔버와 연관된 광 신호들을 챔버-내 교정하기 위한 광학 교정 장치, 플리즈마 공정 챔버들을 위한 특성화 시스템, 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법들 및 챔버 특성기를 제공한다. 일례에서, 광학 교정 장치는: (1) 인클로저, (2) 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및 (3) 인클로저 내에 위치되어, 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 소스 광을 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은, 본 출원과 함께 공동으로 양도되고 본 명세서에 참고로 포함된, Kueny에 의해 2017년 2월 8일에 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHOD FOR IN-CHAMBER CALIBRATION OF OPTICAL SIGNALS"인 미국 예비 출원 번호 제62/456,424호, 및 Kueny에 의해 2016년 11월 14일에 출원되고 발명의 명칭이 "A SYSTEM AND METHOD FOR IN-CHAMBER CALIBRATION OF A FIBER OPTIC COUPLED SPECTROMETER"인 미국 예비 출원 번호 제62/421,862호의 이권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 광 방출 분광기 및/또는 광 반사 측정 서브시스템들을 포함하는 반도체 공정 시스템들에 대한 광학 측정들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마-기반 웨이퍼 공정 시스템으로부터의 광 방출 신호들의 검출 중에 이용되는 광학 시스템 특성들 및 구성요소들을 시뮬레이션, 모니터링, 분석 및 교정하기 위한 시스템, 방법 및 소프트웨어 프로그램 제품에 관한 것이다.
웨이퍼들로부터 집적 회로 구조들을 형성하기 위해 반도체 웨이퍼 상에 재료들을 선택적으로 제거 또는 증착하는 것은 반도체 공정 기술 분야에 잘 알려져 있다. 반도체 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 것은 통상적으로 반응성 이온 에칭 또는 원자층 에칭과 같은 몇몇 타입의 에칭 공정을 이용함으로써 달성된다. 웨이퍼 상에 재료를 증착하는 것은 화학적 및 물리적 기상 증착(CVD/PVD), 분자 빔 에피택시(MBE) 또는 원자층 증착(ALD)과 같은 공정들을 수반할 수 있다. 반도체 공정에서, 주입과 같은 다른 플라즈마-기반 또는 방출 공정들이 또한 알려져 있고 광학적으로 모니터링된다. 이러한 모든 공정들은 엄격히 통제되며 환경적으로 제어되는 공정 챔버에서 수행된다. 정확한 양의 재료가 웨이퍼의 표면 상에 증착되거나 웨이퍼 표면으로부터 제거되기 때문에, 증착 또는 제거 공정은 특정 공정의 종단점(endpoint) 또는 특성 상태를 정밀하게 결정하기 위해 지속적으로 정확하게 모니터링되어야 한다.
챔버 공정을 광학적으로 모니터링하는 것은 공정 상태, 공정 상태 조건들 또는 진행중인 공정에 대한 종단점을 결정하는데 매우 유용한 툴 중 하나이다. 예를 들어, 챔버 내부의 조건들은 챔버 내에서 방출 또는 반사된 광의 미리 결정된 파장들을 분석함으로써 소정의 알려진 방출 라인들에 대해 광학적으로 모니터링될 수 있다. 종래의 광학 모니터링 방법들은 광 방출 분광법(OES), 흡수 분광법, 반사 측정법, 간섭계 종단점(IEP: interferometric endpoint) 등을 포함한다.
OES는 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마 광 방출을 측정하고 특성화함으로써 공정 챔버 내에서 웨이퍼 공정의 상태를 모니터링하기 위해 반도체 산업에서 널리 이용된다. OES 기술들이 특정 응용 및 공정에 따라 달라질 수 있지만, 통상적으로 광 방출 강도들은 하나 이상의 미리 결정된 파장들에서 모니터링된다. 모니터링되는 공정들은 반도체 에칭, 증착, 주입, 및 막 두께 및 플라즈마/웨이퍼 방출 모니터링이 적용될 수 있는 기타 공정들을 포함한다. 또한, 웨이퍼 조건들과 무관하거나 이와 조합된 챔버 조건들이 모니터링될 수 있다. 공정에 따라, 반도체 공정 및 공정된 웨이퍼의 상태를 평가하고, 공정, 챔버 또는 다른 장비 및 심지어는 플라즈마 챔버의 내부 표면들의 조건들과 연관된 결함들을 검출하는 데 유용한 광 신호 강도들로부터 파라미터들을 유도하기 위한 다양한 알고리즘들이 이용될 수 있다.
본 발명의 목적은 반도체 공정 시스템들에서 광 신호들의 교정을 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 개시내용은 공정 챔버와 연관된 광 신호들을 챔버-내 교정하기 위한 광학 교정 장치를 제공한다. 일례에서, 광학 교정 장치는: (1) 인클로저, (2) 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및 (3) 인클로저 내에 위치되어, 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 소스 광을 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 플리즈마 공정 챔버들을 위한 특성화 시스템을 제공한다. 일례에서, 특성화 시스템은: (1) 뷰포트를 갖는 플라즈마 공정 챔버 내에 배치된 광학 교정 장치, (2) 뷰포트에 결합되어 광학 교정 장치에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치된 광 결합 시스템, 및 (3) 광 결합 시스템을 통해 광학 교정 장치에 광학적으로 결합되어, 교정 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통한 교정 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성된 분광기를 포함한다.
또 다른 양태에서, 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법이 개시된다. 일례에서, 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법은: (1) 뷰포트를 가진 플라즈마 공정 챔버 내에 광학 교정 장치를 배치하는 단계, (2) 뷰포트에 광 결합 시스템을 결합하는 단계로서, 상기 광 결합 시스템은 광학 교정 장치에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치되는, 상기 결합 단계, (3) 광 결합 시스템을 통해 광 검출기를 광학 교정 장치에 결합하는 단계, 및 (4) 교정 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통한 그 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 광 검출기를 구성하는 단계를 포함한다.
플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법의 다른 예가 제공된다. 이 예에서 상기 방법은: (1) 기준 플라즈마 공정 챔버의 제 1 기준 강도 비 및 제 1 동작 강도 비를 결정하는 단계, (2) 제 2 플라즈마 공정 챔버의 제 2 기준 강도 비 및 제 2 동작 강도 비를 결정하는 단계, 및 (3) 제 1 및 제 2 기준 강도 비들과 제 1 및 제 2 동작 강도 비들의 수학적 조합을 이용하여 기준 및 제 2 플라즈마 공정 챔버들로부터 방출된 광의 특성 비를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 챔버 특성기를 제공한다. 일례에서, 챔버 특성기는 일련의 명령들이 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 실행될 때 프로세서로 하여금: (1) 기준 플라즈마 공정 챔버의 제 1 기준 강도 비 및 제 1 동작 강도 비를 결정하고, (2) 제 2 플라즈마 공정 챔버의 제 2 기준 강도 비 및 제 2 동작 강도 비를 결정하고, (3) 제 1 및 제 2 기준 강도 비들과 제 1 및 제 2 동작 강도 비들의 수학적 조합에 기초하여 기준 및 제 2 플라즈마 챔버들로부터 방출된 광의 특성 비를 결정하도록 하는, 상기 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함한다.
이 개시내용은 이하에 간략하게 기술되는 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 다수의 플라즈마 공정 챔버들 및 분광 모니터링 장비를 갖춘 공정 시스템의 블록도.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 반도체 공정 시스템과 함께 이용되는 광학 시스템과 연관된 공통 문제점들 및 가측치들을 나타내는 일련의 플롯들.
도 3은 공정 챔버 내의 발광 프로세스의 상태를 모니터링 및/또는 제어하는데 이용되는 광 신호들을 교정 및/또는 참조하는데 유용한 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 특성화 시스템의 일 실시예의 블록도.
도 4a 및 도 4b는 공정 챔버에 배치하기에 적합한 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 광학 교정 장치의 일 실시예의 여러 도면들.
도 5는 본 개시내용의 원리들에 따라, 광학 교정 장치를 공정 챔버에 배향하고 장착하기 위한 예시적인 구성을 나타내는 도식적인 개략도.
도 6은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 분광기의 일 실시예의 블록도.
도 7은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 공정 챔버에 대한 챔버 특성기의 일 실시예의 블록도.
도 8은 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된, 광학 교정 장치를 공정 챔버에 배향, 장착 및 동작시키는 방법의 일 실시예의 흐름도.
도 9는 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된 공정 챔버들을 특성화하고 매칭하는 방법의 일 실시예의 흐름도.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 방법과 연관하여 수집되고 처리된 광 신호 데이터를 나타내는 일련의 플롯들.
도 11은 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된 미리 결정된 스펙트럼 특징들을 이용하여 공정 챔버들을 특성화하고 매칭하는 방법의 일 실시예의 흐름도.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 반도체 공정 시스템과 함께 이용되는 광학 시스템과 연관된 공통 문제점들 및 가측치들을 나타내는 일련의 플롯들.
도 3은 공정 챔버 내의 발광 프로세스의 상태를 모니터링 및/또는 제어하는데 이용되는 광 신호들을 교정 및/또는 참조하는데 유용한 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 특성화 시스템의 일 실시예의 블록도.
도 4a 및 도 4b는 공정 챔버에 배치하기에 적합한 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 광학 교정 장치의 일 실시예의 여러 도면들.
도 5는 본 개시내용의 원리들에 따라, 광학 교정 장치를 공정 챔버에 배향하고 장착하기 위한 예시적인 구성을 나타내는 도식적인 개략도.
도 6은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 분광기의 일 실시예의 블록도.
도 7은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 공정 챔버에 대한 챔버 특성기의 일 실시예의 블록도.
도 8은 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된, 광학 교정 장치를 공정 챔버에 배향, 장착 및 동작시키는 방법의 일 실시예의 흐름도.
도 9는 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된 공정 챔버들을 특성화하고 매칭하는 방법의 일 실시예의 흐름도.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 방법과 연관하여 수집되고 처리된 광 신호 데이터를 나타내는 일련의 플롯들.
도 11은 본 개시내용의 원리들에 따라 실행된 미리 결정된 스펙트럼 특징들을 이용하여 공정 챔버들을 특성화하고 매칭하는 방법의 일 실시예의 흐름도.
다음의 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시하여 도시한 첨부 도면들을 참조한다. 이러한 실시예들은 당업자가 본 명세서에 개시된 특징들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 기술되며, 다른 실시예들이 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 구조적, 절차적 및 시스템적 변화들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 다음의 설명은 제한적인 의미로 받아들이면 안된다. 설명의 명료성을 위해, 첨부된 도면들에 도시된 동일한 특징들은 동일한 참조 번호들로 표시되고 도면들의 대안적인 실시예들에서 도시된 유사한 특징들은 유사한 참조 번호들로 표시된다. 본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면들 및 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명의 명료성을 위해, 도면들에서의 특정 소자들은 축척대로 그려지지 않을 수 있음을 유념한다.
반도체 플라즈마 공정 챔버로부터 광 신호들을 모니터링하는 통상적인 방법은 어레이-기반의 광학 분광기 및 광 결합 시스템으로 구성되어 분광기 챔버 내부의 플라즈마로부터의 광을 가져오는 광학 모니터링 시스템을 이용하는 것이다. 광 스펙트럼은 종종, 통상적으로 특정 시간 간격들로 반복되는 좁은 스펙트럼 대역들의 세트에서 일련의 광 강도 측정들로서 기록된다.
분광기에 의해 기록된 스펙트럼은 플라즈마에 의해 방출되는 광의 특성들 이외의 요인들에 의해 영향을 받는다. 이러한 요인들은 분광기의 파장 및 강도 교정들 및 광 결합 시스템의 상태 및 전송 특성들을 포함한다. 챔버의 정확한 모니터링을 제공하기 위해, 모니터링 시스템은 챔버 내부의 소스 광 체적(예를 들면, 발광 플라즈마)에서부터 기록 분광기의 아날로그 또는 디지털 최종 출력까지의 전체 광 경로를 따라 교정되어야 한다. 개별 구성요소들이 독립적으로 특성화될 수 있지만, 조립 공정들 및 이용 후 변경들로 인해 전송 특성들을 변경할 수 있다.
분광기들에 의해 획득된 기록된 스펙트럼은 또한 공정 챔버들의 기하학, 청결 및 마모와 같은 특성들에 의해 영향을 받을 수 있다. 에칭, 증착, 주입, 또는 반도체 산업에서 일반적인 기타 용도들을 위해서와 같이, 플라즈마 환경에서의 조건들의 세트와 가능한 근접하게 재현(다수의 독립 챔버들에서)하는 것이 종종 바람직하다. 반도체 산업에서, 이용된 챔버에 관계없이 동일한 공정을 보장하기 위해 다수의 공정 챔버들에서 구별 불가능한("매칭") 공정들을 갖는 것이 종종 유리하다. 또한 공정 챔버를 유지 보수 또는 기타 중단들 이후 과거 어느 시점에서 전환된 특정 상태로 되돌려 놓는 것이 도움이 될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, OES는 동작 동안에 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하기 위해 이용될 수 있다. 플라즈마로부터의 광 방출은 많은 별개의 원자 및 분자 상태들로부터의 기여들을 포함한다. 이러한 방출들의 식별과 상대적 진폭은 플라즈마가 존재하는 챔버와 플라즈마의 정확한 상태를 나타내는 민감한 지표이다. 따라서, 플라즈마 챔버들로부터 광 스펙트럼의 이러한 세부 사항들을 모니터링, 기록, 분석 및 비교함으로써, 조작자 또는 자동화된 시스템 제어기는 다수의 챔버들에서 구별 불가능한 공정 단계들을 획득하는 것을 돕기 위해 챔버 또는 챔버들을 조정할 수 있다.
따라서, 본 개시내용은 플라즈마 공정 챔버에서 플라즈마로부터 방출된 광의 분석이 챔버 및 연관된 공정 챔버 제어 소자들의 동작 조건들에 관한 중요한 정보를 제공할 수 있다는 것을 인식한다. 예를 들어, 동일한 원자에서 상이한 스펙트럼 라인들로 방출되는 에너지 비의 측정은 플라즈마의 전자 온도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 스펙트럼 강도, 스펙트럼 라인 폭들 및 대역 에지 위치들과 같은 관찰된 스펙트럼의 많은 다른 특징들은 또한 플라즈마 및 챔버 상태 또는 조건들에 관한 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 챔버들에는 플라즈마를 모니터링하기 위한 광학 윈도우들 및 분광기들이 장착되는 것이 일반적이다. 그러나 스펙트럼 라인 강도들의 경우, 분광기에 의해 기록된 신호에서 해당 피크들의 비를 단순히 측정하여서는 에너지 비가 얻어질 수 없다. 광은 윈도우를 통과해야 하며 또한 분광기에 도달하는 광섬유 케이블을 포함한 집광 수단도 통과해야 한다. 이러한 항목들은 서로 다른 파장들에서 광을 상이하게 감쇠시킬 수 있다. 또한, 분광기 감도(주어진 파장에서 입사하는 광 에너지의 단위당 신호)는 통상적으로 균일하지 않으며 반드시 알려질 필요도 없다.
이러한 영향들을 보상하기 위해, 본 명세서는 공정 챔버 내에서의 이용에 적합한 표준화된 광원을 갖는 것이 유리하며, 상이한 파장 대역들에 방출된 에너지 비 또는 광대역 스펙트럼 강도들과 같은 스펙트럼 특성들이 절대적 또는 상대적 양으로 알려지거나 결정 가능하다는 것을 인식한다. 이 광원은 공정 챔버 내부에 배치될 수 있으므로, 광은 관심있는 플라즈마 방출과 분광기에 대해 실질적으로 동일한 경로를 취하게 된다. 따라서 이 광원은 플라즈마와 그것이 방출하는 광을 대신할 수 있다. 광 신호 데이터는 정제될 챔버 또는 공정과 무관하지 않은 플라즈마 발광보다는 "일정한(constant)" 표준화된 광원에 기초하여 공정 챔버들을 특성화하기 위한 표준화된 광원으로부터 얻어질 수 있다.
예로서, 광 신호 데이터는 표준화된 광원의 실제(알려진) 에너지 비 특성과 관련될 수 있는 상이한 파장 대역들에서 표준화된 광원으로부터 측정된(전송 및 기록에 의해 수정된) 신호들의 비를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 확립된 관계들은 플라즈마로부터 측정된 신호 비들을 하나 이상의 공정 챔버들 및 그들의 플라즈마 조건들에 대한 특성화를 위해 원하는 에너지 비들로 변환하는데 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 개시내용은 공정 챔버 매칭을 위해 이용될 수 있는 OES 시스템을 이용하는 공정 챔버들을 특성화하고 비교하는 방법을 제공한다. 따라서, 광 스펙트럼은 균일한 공정을 위해 공정 챔버들에서 제어 및/또는 플라즈마의 초기 구성을 위한 피드백 시스템의 일부로서 이용된다. 일 실시예에서, 개시된 방법 및 시스템은, 조작자가 상이한 스펙트럼 라인들에 대한 신호들의 비를 측정하고 그로부터의 강도 비를 계산하여 조작자 또는 시스템 제어기에 의해 에너지 레벨, 플라즈마 온도, 또는 챔버 매칭을 위한 챔버 내의 플라즈마의 다른 공정 파라미터를 조정하기 위해 이용될 수 있음으로써 공정 챔버의 동작을 특징화할 수 있게 한다. 플라즈마 조건들에 영향을 주는 일반적으로 수정된 제어 파라미터들은 가스 분압들, 가스 총 압력, 가스 유량들, RF 전력 입력 레벨 및 RF 매칭 조건들을 포함한다. 특정 경우들에, 이는 식별되고 수정될 수 있지만 플라즈마 시스템 또는 광학 시스템의 실제 구성요소일 수 있는 제어 파라미터는 아니다. 예를 들어, 광학 윈도우가 증착된 막으로 오염될 수 있거나 챔버 "샤워 헤드(showerhead)"가 사용에 의해 침식되어 관찰된 광 신호들을 변경시킬 수 있다. 시스템 및 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 라인의 다수의 챔버들에서 공정 단계들을 정렬하기 위해 이용될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 다수의 플라즈마 공정 챔버들 및 분광 모니터링 장비를 갖춘 공정 라인(100)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 도 1은 본 명세서에 개시된 바와 같은 교정 시스템 또는 방법이 다중 공정 챔버들에 걸쳐 균일한 공정 조건들을 얻거나 적어도 보조하는 데 이용될 수 있는 환경을 도시한다. 공정 라인(100)은 4개의 툴들, 즉 툴들(101, 102, 103 및 104) 및 라인 제어기(199)를 포함한다. 공정 라인(100)은 반도체 제조 공장(fab)의 에칭 공정 라인의 더 큰 부분의 서브세트 일 수 있다. 이와 같이, 라인 제어기(199)는 fab 또는 공정 라인 서버일 수 있다. 툴(101)은 다른 툴들(102, 103 및 104)을 대표하는 것으로 하기에 상세히 예시되고 논의된다. 본 명세서에 개시된 공정 챔버 매칭에 따라, 툴들(101 내지 104)의 모든 공정 챔버들이 매칭될 수 있거나 하위그룹들에서 매칭될 수 있는 각 툴의 챔버들을 선택할 수 있음을 유념해야 한다. 예를 들어, 툴(101)의 공정 챔버(112)는 툴들(102 내지 104)의 동등한 공정 챔버들에 매칭될 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 방법들은 이용될 수 있는 공정 챔버 매칭의 일례이다.
공정 라인(100)은 공정 라인(100)의 다양한 챔버들/모듈들의 매칭을 위한 제어 논리가 다수의 장치들에 위치될 수 있는 분산 제어 시스템을 도시한다. 당업자는 제어 논리가 공정 라인(100)의 다수 또는 심지어 단일 구성요소에 위치될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 반도체 공정을 위한 제어 논리의 부분들은 분광기들, 챔버 제어기들, 국부 공정 제어기들, 툴 제어기들 및 라인 제어기(199)에 걸쳐 분포될 수 있다. 챔버 매칭의 일 실시예에서, 식별, 데이터 전달, 데이터 처리 및 분석을 위해 이들 다수의 엔티티들 사이의 조정이 확립되어야 한다. 툴(101)은 다수의 공정 챔버들 - 모니터링된 공정 모듈들(110, 120, 130 및 140)로 표시된 분광기 쌍들을 포함한다. 모니터링된 공정 모듈들(110, 120, 130, 140)의 공정 챔버들은 웨이퍼를 공정하여 집적 회로들을 형성하도록 구성되며, 분광기들은 공정을 모니터링하는데 이용된다.
예를 들어, 통상의 반도체 공정 동안, 모니터링된 공정 모듈들(110, 120, 130, 140)은 OES 시스템을 이용하여 각각의 플라즈마 공정 챔버 내의 플라즈마 공정의 상태를 모니터링 및/또는 제어한다. 모니터링된 공정 모듈들(110, 120, 130, 140) 각각은 일반적으로 다양한 공정 가스들을 포함할 수 있는 부분적으로 진공된 체적 내에서 공정 플라즈마 및 웨이퍼를 둘러싸는 공정 챔버를 포함한다. 뷰포트에서의 플라즈마로부터 광이 탐지되고 광 결합 시스템을 통해 광 검출기로 안내된다. 탐지된 광은 딥 자외선(DUV: Deep Ultraviolet)에서 근적외선(NIR)(통상적으로 200nm 미만에서 1700nm 이상)까지의 파장 범위에 걸쳐 있을 수 있으며 관심있는 파장들은 그 안의 하위 범위에서 선택될 수 있다. 뷰포트는 일반적으로 광범위한 파장 전송을 지원하는 사파이어 또는 석영 재료들로 형성된다. 광 결합 시스템은 광학 필터들, 렌즈들, 미러들, 윈도우들, 조리개들, 광섬유들 등과 같은 다수 종류의 광학 소자들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
광 검출기는 일반적으로 분광기이지만 모노크로메이터 또는 포토다이오드-기반 검출기일 수도 있다. 사후 탐지 및 전기 신호들로의 변환을 위해, 광 신호들은 통상적으로 광 검출기의 서브시스템 내에서 증폭되고 디지털화되어 신호 처리기로 전달된다. 신호 처리기는 예를 들어 산업용 PC, PLC, 또는 예를 들어 특정 파장의 강도 또는 2개의 파장 대역들의 비를 나타내는 아날로그 또는 디지털 제어 값과 같은 출력을 생성하기 위해 하나 이상의 알고리즘들을 이용하는 다른 시스템일 수 있다. 알고리즘은 미리 결정된 파장들에서 방출 강도 신호들을 분석할 수 있고 공정의 상태와 관련된 경향 파라미터들을 결정할 수 있으며, 예를 들어 종단점 검출, 에칭 깊이, 플라즈마 조건들 등과 같은 그 상태에 액세스하는데 이용될 수 있다. 출력 값들은 공정 챔버들 내에서 발생하는 생산 공정을 모니터링 및/또는 수정하기 위해 공정 챔버들로 이송될 수 있다.
보다 구체적으로, 툴(101)은 결합된 분광기들로부터 모니터링 데이터를 수신하고 이에 기초하여 대응하는 공정 챔버들의 플라즈마 공정을 제어하도록 구성된 국부 공정 제어기(150)를 포함한다. 국부 공정 제어기(150)는 종단점 제어기들에 의해 통상적으로 수행되는 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. 모니터링된 처리 모듈들(110, 120, 130 및 140)은 USB, RS232 및/또는 이더넷(도시되지 않음)과 같은 종래의 통신 접속들을 통해 국부 공정 제어기(150)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 툴(101)은 다수의 국부 공정 제어기들(예를 들어, 모니터링된 공정 모듈 당 하나)을 포함할 수 있다.
국부 공정 제어기(150)는 툴 제어기(180), 라인 제어기(199) 및 분광기들(119, 129, 139 및 149)(모든 접속들이 도 1에 도시되어 있지는 않음)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 툴 제어기(180)는 툴(101)의 조작을 모니터링하고 지시한다. 라인 제어기(199)는 공정 라인(100)의 다른 장치들로부터 원격 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 라인 제어기(199)는 이더넷과 같은 통신 네트워크를 통해 국부 공정 제어기(150)에 통신 가능하게 결합된 fab 서버와 같은 서버이다. 라인 제어기(199)는 또한 툴(101)의 툴 제어기(180)에 통신 가능하게 결합된다. 종래의 접속들은 공정 라인(100)의 구성요소들간의 통신 가능한 결합을 위해 이용될 수 있다.
툴 제어기(180)는 툴(101)의 구성요소들로부터 피드백을 수신하고 피드백에 기초하여 툴(101)의 결합된 공정 챔버들의 동작을 지시한다. 다양한 실시예들에서, 툴 제어기(180)는 국부 공정 제어기(150), 라인 제어기(199) 또는 둘 모두로부터 피드백 데이터를 수신할 수 있다. 피드백 데이터는 라인 제어기(199), 국부 공정 제어기(150), 툴(101)의 챔버 제어기들 또는 분광기들 중 하나 또는 이들 장치들 중 임의의 조합에 의해 결정된 특성화 강도 비에 기초한 공정 챔버 조정일 수 있다. 도 1에서, 다양한 공정 챔버들은 공정 챔버들(112, 122, 132, 142), 대응하는 챔버 제어기들(117, 127, 137, 147)로 표시되고, 대응하는 분광기들은 분광기들(119, 129, 139 및 149)로 표시된다.
모니터링된 처리 모듈(110)을 다른 모니터링된 공정 챔버들에 대한 예로서 이용하여, 공정 챔버(112)는 공정 플라즈마에 의해 수정될 때 웨이퍼를 포함하는데 이용된다. 플라즈마로부터의 광 방출들은 공정 챔버(112) 및 연관된 공정 모듈(110)의 전체 기능과 플라즈마의 조건들뿐만 아니라 웨이퍼의 상태에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 방출들은 공정 가스들 및 웨이퍼 재료들로부터의 반응물 및 생성물 종들의 방출을 통한 에칭 상태, 및 플라즈마 온도 및 밀도 및 공정 챔버 자체의 기능적 건강과 같은 플라즈마 특성들에 관한 정보을 운반한다.
각각의 공정 챔버들(112, 122, 132, 142)은 각각 뷰포트(113, 123, 133, 143)를 포함한다. 당업자는 공정 챔버들(112, 122, 132, 142)이 동일하거나 상이한 종류의 공정 챔버 일 수 있고 본 명세서에 도시되거나 논의되지 않은 부가적인 구성요소들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 툴(101)이 본 명세서에 도시된 바와 같이 다소의 공정 챔버들 또는 모듈들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 도시된 실시예들에서, 툴 제어기(180)는 공정 챔버들(112, 122, 132, 142)의 동작 중 적어도 일부를 지시한다.
분광기들(119, 129, 139, 149) 각각은 그들의 대응하는 공정 챔버들로부터 광 신호들을 수신하여 광을 스펙트럼으로 분산시킨다. 분광기들(119, 129, 139, 149) 각각은 스펙트럼을 수신하고 스펙트럼 광을 미가공 스펙트럼 강도 데이터(그렇지 않으면 교정되지 않은 스펙트럼 데이터라고 함)로 변환하는 광 검출기를 포함한다. 표준화된 광원의 스펙트럼 출력에 대한 정보를 이용하여, 분광기는 그들 값들로 교정될 수 있다. 분광기들의 교정에 대한 세부 사항들은 예를 들어 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제8,125,633호에서 찾을 수 있다.
이하에서 이용되는 용어 "분광기(spectrometer)"는 일반적으로 적어도, 광을 스펙트럼으로 분산시키는 분광 구성요소, 분광 구성요소로부터의 스펙트럼 광을 미가공(교정되지 않은) 스펙트럼 강도 데이터로 변환하기 위한 광 검출기, 및 측정들을 수행하는 소프트웨어를 실행하고, 측정들을 교정하고, 미가공 스펙트럼 강도 데이터를 광 신호 데이터로 변환하기 위한 계산 전자 장치들, 펌웨어 및 프로세싱 용량을 포함한다. 광 신호 데이터는 광학 교정 데이터, 즉 교정 데이터로서 이용될 수 있다. 따라서, 통상적인 분광기는 적어도 하나의 광 포트, 광 결합기 또는 광을 수신하기 위한 다른 광학 구성요소, 및 하나 이상의 데이터 접속들, 포트들, 또는 데이터 및 실행 가능한 프로그램 코드를 송수신하기 위한 다른 데이터 전송 구성요소를 포함할 것이다.
분광기들(119, 129, 139, 149)의 각각은 광 결합 시스템(115, 125, 135, 145)으로서 도 1에 도시된 광 결합 시스템을 통해 각각의 공정 챔버에 광학적으로 결합된다. 광 결합 시스템들(115, 125, 135, 145)의 각각은 광섬유(117, 127, 137, 147) 및 광 결합기(116, 126, 136 및 146)를 포함한다. 광학 결합기들은 연관된 공정 챔버들의 각각의 뷰포트들에 광학적으로 결합된다. 광 결합기들(116, 126, 136, 146)은 포지셔너와 같은 광학-기계적 구성요소들 또는 렌즈들과 같은 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 결합 시스템들(115, 125, 135, 145)은 또한 모드 스크램블러(도 1에 도시되지 않음)를 포함한다. 모드 스크램블러들은 섬유 입구면의 전면에 배치된 확산기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 모드 스크램블러들은 광섬유 입구면의 전면에 배치된 미세 그리드일 수 있다. 대안적으로, 그루브들은 미국 특허 제4,676,594호에 기재된 바와 같이 섬유 내에 형성될 수 있다.
정상적인 반도체 공정이 수행되지 않는 예정된 유지 보수 동안과 같이, 모니터링된 공정 모듈들(110, 120, 130, 140)의 다운 시간 동안, 표준화된 광원은 공정 챔버들(112, 122, 132, 142) 내에 배치되어, 각각의 분광기들이 2개의 지정된 파장들에 기초한 전체 스펙트럼 전송 측정 또는 강도 비와 같은 광학 교정 데이터를 기록 및 처리하도록 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 강도 비는 동작 동안 공정 챔버들(112, 122, 132, 142)에서 이용되는 플라즈마의 대응하는 파장 범위 내에 있도록 선택된 파장들로부터의 한 쌍의 스펙트럼 라인들 사이의 통합된 피크 면적 비이다. 또한, 스펙트럼 라인 피크들의 순 면적이 계산되어 강도 비를 결정한다. 통합된 피크 면적 비는 분광기들에 의해 규정된 바와 같이 미리 결정된 파장들의 스펙트럼을 이용하여 계산될 수 있다. 강도 비는 균일한 공정을 얻기 위해 공정 챔버들의 플라즈마에서 전자 온도를 튜닝시키는 방식으로 각 공정 챔버를 제어하는데 이용될 수 있다.
도 1에서, 표준화된 광원(1)이 일례로서 공정 챔버(112) 내에 위치된 것으로 도시되어 있다. 표준화된 광원(1)은 본 명세서에 개시된 바와 같은 광학 교정 장치 일 수 있고, 분광기(119), 국부 공정 제어기(150) 및 제어와 구성을 위한 다른 시스템들과 접속될 수 있다. 표준화된 광원(1)은 챔버 특성 및 챔버 매칭을 위한 광 신호 데이터를 결정하는데 이용될 수 있다. 광 신호 데이터는 예를 들어 공정 챔버(112)에 대한 기준 강도 비를 포함할 수 있고 그 후에 공정 챔버들(122, 132 및 142)에 대한 기준 강도 비를 결정하는데 이용될 수 있다. 이 예에서, 공정 챔버(112)는 본 명세서에서 이용되는 바와 같이 기록의 기준선 또는 챔버로서 이해되는 잘 특성화된 공정 챔버인 기준 챔버이다. 그 다음, 공정 챔버들의 동작 동안 표준화된 광원(1) 없이 공정 챔버들(112, 122, 132, 142)의 각각에 대한 동작 강도 비가 유사하게 결정될 수 있다. 동일한 파장들이 기준 강도 비들 및 동작 강도 비들 모두를 결정하는데 이용된다. 표준화된 광원(1)은 각각의 챔버 및 광학 시스템 구성에 대한 광 신호들을 결정하기 위해 공정 챔버들(112, 122, 132 및 142)의 각각에 배치된다.
기준 강도 비와 동작 강도 비 사이의 분석은 측정된 챔버들/모듈들 사이의 플라즈마 및/또는 챔버 상태의 차이들을 나타내기 위해 이용될 수 있다. 특성 비는 기준 및 동작 강도 비들에 기초하여 공정 챔버들의 임의의 쌍에 대해 결정될 수 있다. 특성 비에 기초하여, 예를 들어 툴 제어기(180)는 균일한 공정을 얻기 위해 공정 챔버들을 조정할 수 있다. 강도 비들 및 특성 비를 결정하기 위한 방법의 일 실시예가 이하에 설명된다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, OES 광학 시스템 매칭과 연관된 공통 문제점들 및 가측치들을 나타내는 일련의 플롯들을 도시한다. 도 2a에서, 플롯(200)은 플라즈마 공정 동안 관찰된 광 신호 드리프트를 나타낸다. 곡선(210)은 웨이퍼의 플라즈마 공정 및/또는 플라즈마 또는 챔버의 상태와 관련된 관찰 가능한 것을 나타낼 수 있다. 관찰된 드리프트의 하나의 매우 공통적인 근본 원인은 윈도우 클라우딩(window clouding) 및/또는 광섬유 반전 현상(optical fiber solarization)이다. 이러한 드리프트는 일반적으로 파장에 좌우되며, 측정된 스펙트럼의 상이한 부분들이 다양하게 영향을 받는다.
부가적으로, 곡선(210)은 도 2b의 플롯(220)에 나타낸 바와 같이 신호 오프셋 및/또는 파장 교정 시프트로 컨볼루션될 수 있다. 대표적인 스펙트럼 곡선들(222 및 224)을 비교하면, 원인들(신호 오프셋, 교정 시프트, 라인들(225)로 표시됨) 중 하나 또는 둘다가 또한 드리프트의 관찰에 기여될 수 있음을 알 수 있다. 서로 다른/변화하는 광학 시스템 구성요소들로 인한 플라즈마 공정 관련 신호 변화들 및 신호 변화들의 컨볼루션은 특정 원인들을 모호하게 하여 공정 제어 및 챔버 매칭을 복잡하게 한다. 표준화된 광원을 이용하여 취해진 측정은 도 10과 연관하여 더 논의되는 바와 같이 특정 근본 원인들의 차별 및 식별을 도울 수 있다.
도 2c의 플롯(240)은 다수의 강한 원자 방출 라인들이 관찰될 수 있는 전형적인 아르곤 플라즈마 방출 스펙트럼을 나타낸다. 플라즈마 온도 및 다른 파라미터들은 결정된 라인 강도 비들, 알려진 아인슈타인 계수들 및 사하(Saha) 및/또는 볼츠만(Boltzmann) 수식을 이용하여 특정 스펙트럼 라인들의 비교로부터 추론될 수 있음이 잘 알려져 있다. 가스 혼합물들이 담금질 및 기타 요인들로부터 추가적인 복잡성을 더함에 따라 순수한 가스들이 이러한 결정들에 이용될 수 있다.
도 2d의 플롯(260)은 원자 및 분자 방출 라인들 모두가 관찰될 수 있는 전형적인 질소 플라즈마 방출 스펙트럼을 나타낸다. 다양한 라인들이 질소 이원자 가스의 다양한 활성화 및 이온화 상태들, 스펙트럼 라인 확대, 대역 에지 시프트 및 위치, 강도 진폭들, 회전 및 진동 상태들과 관련될 수 있다. 회전-진동 상태는 이온화 비율과 에칭/공정 특성들에 미치는 영향을 이해하는 데 유용할 수 있다. 이러한 스펙트럼 특성들 중 임의의 것이 분석, 처리, 파라미터화하여 조정 또는 매칭 파라미터들과 같은 챔버 매칭 제어에 이용될 수 있다.
그러나 라인 강도 비들 및 기타 측정 항목들을 적절하게 결정하려면 광 신호들의 상대 또는 절대 교정과 플라즈마로부터의 "실제(true)" 신호들을 수정하는 체계적인 요인들로부터의 격리가 필요하다. 뷰포트들, 광 필터들, 광섬유 케이블 시스템 및 광 검출기 시스템들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 광학 시스템 구성요소들은 각각 광 신호 변화 및 절대 및 상대 광 신호 값들 모두의 오역에 잠재적으로 기여한다. 예를 들어, 서로 다르게 오염된 뷰포트들은 양들을 다르게 함으로써 상이한 챔버들로부터의 광 신호를 균일하게 감쇠시킬 수 있고, 챔버들 사이에서 플라즈마의 상태가 상이하다는 부적절한 결론에 이를 수 있다. 유사하게, 광섬유의 반전 현상은 양들을 다르게 함으로써 광 스펙트럼의 일부들을 감쇠시킬 수 있고 공정 가스 여기 조건들이 챔버들 간에 상이하다는 부적절한 결론에 이를 수 있다. 또한, 과도 반전 현상은 임의의 한 챔버에 대해 플라즈마 조건들이 시간에 따라 드리프트한다는 부정확한 결론에 이를 수 있다.
분광기들과 같은 광 검출기들에 대해, 전체 반응은 챔버와 분광기 사이의 다양한 광학 소자들의 전송은 물론 단위마다 다를 수 있는 분광기의 감도에 의존한다. 이들 소자들을 통해 기준/교정 표준화된 광원에 의해 생성된 스펙트럼을 측정함으로써, 분광기의 출력 신호에 대한 이들 소자들의 조합된 영향은 기준 스펙트럼 또는 다른 데이터와 비교될 수 있다. 이는 시스템 응답이 더욱 정확한 값이 되게 하는데 이용될 수 있는 광 신호 레벨 보정이 결정되도록 허용한다. 챔버 내 교정을 통해 정량 측정이 중요한 응용들에서 분광기를 이용할 수 있다. 상술한 이유들 및 다른 이유들로, 챔버-내 변동 및 챔버-간 매칭을 결정하기 위해 하나 이상의 챔버들로부터의 광 신호의 전체-스펙트럼 교정을 수행하는 것이 중요하다.
도 3은 플라즈마 공정 챔버 내의 플라즈마 공정의 상태를 모니터링 및/또는 제어하기 위해 광 신호들을 교정/참조하는데 유용한 특성화 시스템(300)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 특성화 시스템(300)은 도 1의 공정 챔버들(112, 122, 132, 142) 중 하나와 같이, 뷰포트(312)를 갖는 공정 챔버(310)와 함께 이용된다. 특성화 시스템(300)은 광학 교정 장치(320), 분광기(330), 챔버 제어기(340), 광 결합 시스템(350) 및 국부 공정 제어기(360)를 포함한다.
광학 교정 장치(320)는 공정 챔버(310) 내에서의 동작 동안에 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광을 제공하도록 구성된다. 플라즈마 광에 근사하는데 있어서, 광학 교정 장치(320)로부터의 교정 광은 적어도, 유사한 파장 범위, 플라즈마에 의해 제공되고 광학 시스템에 의해 관찰되는 것과 동일한 공간 및 각도 범위를 포함하는 광 필드를 제공한다. 광학 교정 장치(320)는 공정 챔버(310) 내에 배치될 수 있도록 견고하고 휴대 가능하며 충분히 콤팩트하다. 광학 교정 장치(320)는 공정 챔버(310) 내에 배치되어 뷰포트(312)를 통해 광 결합 시스템(350)에 교정 광을 제공한다. 광학 교정 장치(320)는 적어도 광원(322), 광학 성형 소자들(324), 논리 회로(326), 인터페이스 패널(327) 및 인클로저(328)를 포함한다.
광원(322)은 인클로저(328) 내에 위치하며, 교정 광을 제공하는데 이용되는 소스 광을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 광원(322)은 소스의 일정한 재-교정/검증할 필요없이 교정 시스템의 안정성을 위해 임의의 스펙트럼 대역에서의 조사가 교정 수명 전체에 걸쳐 반복 가능하다는 특성을 갖는다. 또한, 광원(322)은 소스 광에 연속 방출 스펙트럼을 제공하여, 교정을 위한 광 신호들이 분광기(330)의 범위 내의 임의의 파장들에 대해 이용 가능하도록 할 수 있다. 도 2a 내지 도 2d의 방출들이 광범위한 파장 범위에 걸쳐 발생할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 광원(322)은: 1) 짧은 이용 수명(통상적으로 50시간의 이용 후에 재교정이 요구됨)을 가지고, 2) 워밍업 기간이 일반적으로 요구되며, 3) 특히 단파장들의 경우 높은 전력 요건들이 요구되는 단점을 갖는 석영 텅스텐 할로겐(QTH) 기술에 기초하는 전형적인 방사 교정 광원들과는 상이하다.
이러한 단점들을 고려하면, 일 실시예에서, 광원(322)은 Excelitas의 Series 1100 플래시램프 또는 대략 마이크로초 광 펄스의 광을 생성하는 다른 타입의 플래시램프와 같은 제논 플래시램프 일 수 있다. 이러한 타입의 플래시램프들은 통상적으로 100만 회 이상의 유용한 플래시 수명을 가진다. 실험에 따르면 초기 번-인(burn-in) 기간 후에 100만 플래시 정도의 에너지가 출력되어 교정 표준의 역할을 충분히 일관되게 된다. 플래시 에너지가 플래시에서 플래시로 변동할 수 있지만, 적은 수의 플래시들이 평균되어 스펙트럼 밝기를 제공할 수 있고, 이 밝기는 몇 퍼센트 정도 내까지 반복 가능하며 매우 제한된 워밍업 사이클링/플래싱으로 일련의 수만의 플래시들이 계속 유지된다. 측정에 이용되는 통상적인 플래시 수는 약 십 내지 수백 개의 범위에 있다. 플래시램프로부터 생성된 광 신호들은 광 검출기 상에서 광학적으로 분광기 내에 집적될 수 있고 디지털 형태로 변환된 후 평균될 수 있다. 제논 플래시램프는 통상적으로 발화될 때를 제외하고는 수명이 다하지 않는다. 따라서, 이러한 타입의 광원의 유효 수명은 챔버 특성화 시스템의 일부로서 이용될 때 유리하게 길 수 있다. 플래시램프는 주변의 실내 조명이 있을 때, 플래시-온 및 플래시-오프 측정들을 트리거 및 교호하고 뺌으로써 이용될 수 있다는 추가적인 장점이 있다. 이러한 교호하는 플래시-온 및 플래시-오프 측정들은 분광기(예를 들면, 분광기(330))에 의해 기록되고 분광기 내에서 또는 접속된 컴퓨터(예를 들면, 챔버 제어기(340))와 같은 일부 다른 처리 시스템 내에서 수학적으로 처리될 수 있다.
광학 성형 소자들(324)은 인클로저(328) 내에 위치되고 공정 챔버(310) 내의 동작 동안에 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 소스 광을 형성하도록 구성된다. 플라즈마 방출의 근사는 교정 광이, 공정 챔버(310) 내에 플라즈마 방출에 의해 제공되고 분광기(330)와 같은 광 검출기에 의해 관찰되는 것과 적어도 동일한 파장 범위, 공간 범위 및 각도 범위를 가질 수 있다. 광원(322), 광학 성형 소자들(324)의 조합 및 공정 챔버(310) 내의 광원(322) 또는 광학 교정 장치(320)의 배치는 플라즈마 방출의 근사를 달성하도록 협력할 수 있다. 광학 성형 소자들(324)은 확산기들, 배플들, 렌즈들, 미러들, 조리개들, 필터들 및 윈도우들, 및 소스 광을 교정 광에 형성하도록 협력하는 다른 알려진 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광학 성형 소자들(324)은 적어도 하나의 확산기 및 하나의 배플을 포함한다. 광학 성형 소자들에 의해 생성된 교정 광은 교정에 적합한 공간, 각도 및 스펙트럼 형태의 광 필드이다. 교정 광에 대한 통상적인 요건들은, 광 결합 시스템(350) 및 관심 있는 방출 파장들을 커버하는 스펙트럼 범위를 통해 광 경로의 개구 수를 채우기에 충분한 각도 범위(플라즈마가 모든 입체각들로 방출됨에 따라 광학 경로는 제한적인 것으로 간주될 수 있음)를 플라즈마 체적으로부터 분광기(330)로의 광학 경로의 임의의 물리적 조리개를 채우기에 충분한 공간 범위를 포함한다.
논리 회로(326)는 예를 들어 분광기(330), 챔버 제어기(340) 및/또는 국부 공정 제어기(360)에/로부터 전송되는 명령들 및 데이터에 따라 광원(322)의 동작을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 논리 회로(326)는 트리거 어셈블리, 데이터용 메모리, 통신 회로 및 광학 교정 장치(320)용 명령 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 회로(321) 및 액세스 가능한 메모리(323)(예를 들어, 인터페이스 패널(327)을 통해 액세스 가능)는 도 3의 논리 회로(326)에 표시된다. 메모리(323)는 교정 데이터, 교정 광 및 플라즈마 방출과 관련된 광 신호 데이터, 및 기준 스펙트럼 및 공장 측정 스펙트럼과 같은 스펙트럼 데이터와 같은 교정 및 챔버 매칭에 이용되는 데이터를 저장할 수 있다. 인터페이스 패널(327)은 논리 회로(326)와 통신 가능하게 전기적으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 발화 신호들, 타이밍 신호들 및 식별 데이터 전송(일련 번호들, 공장-제공된 교정 스펙트럼 등)을 통신하기 위해 광학 교정 장치(320)와 외부 시스템 간의 상호 작용을 위한 접속기들을 포함한다. 논리 회로(326)의 통신 회로(321)는 정보의 전달을 지시하는데 이용될 수 있다. 외부 시스템은 예를 들어, 분광기(330), 챔버 제어기(340), 국부 공정 제어기(360), 및/또는 광학 교정 장치(320)와 다른 또는 외부의 다른 계산 또는 처리 장치들을 포함한다. 분광기(330)에 의해 수집된 데이터는 공정 챔버(310)(챔버 제어기(340) 또는 다른 수단을 통해) 및 광학 교정 장치(320) 모두의 식별 정보를 조합할 수 있다. 이들 데이터는 더 큰 특성화 시스템(300)의 상태를 규정하고, 적어도 챔버 식별 정보, 분광기 식별 정보 및 교정 장치 식별 정보를 포함한다. 도 4a 및 도 4b는 공정 챔버(310)와 같은 공정 챔버에서 이용될 수 있는 광학 교정 장치의 일 실시예를 도시한다.
인클로저(328)는 광학 교정 장치(320)의 다양한 구성요소들을 포함하고 보호한다. 인클로저(328)는 또한 인터페이스 패널(327) 및 출구 포트를 통해 교정 광을 위한 개구부를 통해 광학 교정 장치(320)와의 통신을 허용할 수 있다. 인클로저(328)는 본체 및 연장 몸체를 포함할 수 있고, 광학 성형 소자들(324)의 적어도 일부가 연장 몸체 내에 위치한다. 인클로저(328)는 광학 교정 장치(320)를 보호하기 위해 금속과 같은 단단한 재료로 만들어질 수 있다. 인클로저(328)는 또한, 공정 챔버(310)의 광학 뷰포트(312)와 광 결합 시스템(350) 및 분광기(330)를 포함하는 후속 광학 소자들을 조명하기에 적합한 특정의 미리 결정된 위치들에서 공정 챔버(310) 내에 광학 교정 장치(320)를 고정하기 위한 장착 하드웨어를 포함할 수 있다. 도 5는 광학 교정 장치(400)와 같은 광학 교정 장치의 일 실시예를 공정 챔버 내에 장착하는 예를 도시한다. 도시된 구성요소들 외에도, 광학 교정 장치(320)는 미러와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 미러는 교정 광을 인클로저(328)의 출구 포트로 향하게 하는데 이용될 수 있다.
광 결합 시스템(350)은 뷰 포트(312)에 광학적으로 결합되고 광학 교정 장치(320)에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치된다. 광 결합 시스템(350)은 광 결합기(352) 및 광섬유 케이블(354)을 포함한다. 광 결합 시스템(350)은 또한 모드 스크램블러와 같은 다른 구성요소들도 포함할 수 있다.
분광기(330)는 광 결합 시스템(350)을 통해 광학 교정 장치(320)에 광학적으로 결합되고, 교정 광, 및 공정 챔버(310), 뷰포트(312) 및 광 결합 시스템(350)을 통한 교정 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성된다.
일반적으로, 광 신호 데이터는 관심있는 파장 범위에 걸쳐 기록된 하나 이상의 광 강도 스펙트럼을 포함한다. 일 실시예에서, 광 신호 데이터는 교정 광으로부터의 적어도 한 쌍의 스펙트럼 라인들에 기초한 강도 스펙트럼을 포함한다. 강도 스펙트럼은 또한 교정 광으로부터 한 쌍의 스펙트럼 라인들 사이의 통합된 피크 면적 비로 감소될 수 있다. 통합된 피크 면적 비는 교정 광의 스펙트럼을 이용하여 계산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강도 스펙트럼은 공정 챔버에 대한 기준 강도 스펙트럼이며, 분광기는 또한 플라즈마 공정 챔버(310)에 대한 동작 강도 스펙트럼을 결정하도록 구성된다.
챔버 제어기(340)는 분광기(330) 또는 국부 공정 제어기(360)로부터의 피드백에 기초하여 공정 챔버(310)를 제어하도록 구성된다. 이와 같이, 반도체 에칭 또는 증착 공정과 같은 정상 동작 동안에, 챔버 제어기(340)는 분광기(330) 또는 국부 공정 제어기(360)로부터의 피드백에 기초하여 공정 챔버(310)의 동작을 조정할 수 있다. 챔버 제어기(340)는 또한 분광기(330) 또는 국부 공정 제어기(360)에 의해 생성된 광 신호 데이터에 기초하여 공정 챔버(310)의 교정을 위해 공정 챔버(310)의 동작 및 구성 파라미터들을 조정하는데 이용될 수 있다. 동작 및 구성 파라미터들은 가스 압력, 가스 혼합, 온도, RF 전력 설정 및 예방 유지 보수 작업들의 고려사항 및/또는 구성요소 수리/교체를 포함한다. 분광기(330) 및 국부 공정 제어기(360)는 본 명세서에 기술된 광 신호 데이터의 계산 및 스펙트럼 분석의 임의의 부분을 공유할 수 있다. 국부 공정 제어기(360)는 예를 들어 예상치 못한 변동들을 결정하고 규칙들, 스크립트들 또는 인공 지능을 이용하여 주의가 필요한 차이들을 결정하고 기준 챔버에 더욱 양호하게 매칭하도록 챔버 조정들을 제안하기 위해 미가공 또는 교정된 광 신호 데이터의 자동 평가를 실행할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 플라즈마 공정 챔버에 배치하기에 적합한 광학 교정 장치(400)의 일 실시예의 다수의 뷰들을 도시한다. 광학 교정 장치(400)는 광원(450), 램프 트리거 어셈블리(460) 및 논리 회로(470)와 같은 소자들을 둘러싸는 본체(410)를 포함한다. 광원(450)은 제논 플래시램프 일 수 있다. 논리 회로(470)는 램프 전력 제어 서브-시스템들, 데이터 및 신호 처리기들, 플래시 카운터들, 및 광 신호 데이터 및 도 3의 메모리(323)와 함께 상기 논의된 것과 같은 다른 데이터를 유지하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.
광학 교정 장치(400)는 광학 부품 배플들(480 및 482) 및 확산기(484)와 같은 광학 성형 소자들을 포함한다. 광학 부품 배플(482) 및 확산기(484)와 같은 광학 성형 소자들 중 일부는 본체(410)와 접속된 광학 교정 장치(400)의 연장부(420) 내에 동봉될 수 있다. 확산기(484)는 Edmund Optics Fused Silica Ground Glass 확산기 #49237과 같은 확산 판일 수 있다. 다소의 광학 성형 소자들이 포함될 수 있으며 광학 경로를 따르는 구성요소들의 순서는 광학 교정 장치들의 상이한 실시예들의 특정 용도에 적합하도록 변경될 수 있다. 확산기(484) 및 배플들(480 및 482)은 광원(450)로부터의 소스 광의 광대역 연속 스펙트럼(예를 들어, UV의 200nm 미만부터 적외선의 1100nm 초과까지)을, 공정 챔버 내에서 동작하는 플라즈마에 근사하고 공정 챔버 내의 배향 및 배치에 덜 민감한 교정 광에 형성하도록 함께 동작한다.
광 지향 어셈블리(430)는 연장부(420)에 접속되거나 연장부(420) 내에 배치될 수 있고, 교정 광을 출구 포트(440)로 지향하도록 배치된 회전 미러(435)와 같은 추가의 광학 소자들을 둘러쌀 수 있다. 광 지향 어셈블리(430) 및 광학 성형 소자들은 예를 들면 상이한 균질화 각도들, 렌즈 시스템 등을 갖는 확산기의 이용에 의해 공정 챔버 내의 상이한 관찰 지점들 또는 위치들을 시뮬레이션하도록 구성될 수 있다.
본체(410) 및 연장부(420)는 광학 교정 장치(400)의 다양한 구성요소들을 보호하는 인클로저를 규정할 수 있다. 인클로저는 광학 교정 장치(400)를 보호하기 위해 금속과 같은 단단한 재료로 만들어질 수 있다. 인클로저는 또한, 공정 챔버의 광학 뷰포트를 조명하는데 적합한 특정의 미리 결정된 위치에서 공정 챔버 내에 광학 교정 장치(400)를 고정하기 위한 장착 하드웨어를 포함한다.
광학 교정 장치(400)는 또한, 광학 교정 장치(400)와의 제어, 전력 공급 및 상호 작용을 허용하는 특징들을 포함하는 후방 패널 어셈블리, 인터페이스 패널 (490)을 포함할 수 있다. 인터페이스 패널(490)은 전원 접속기들, 아날로그 및 디지털 신호 접속부들, 디스플레이들, 분광기 동기화를 위한 제어 접속기들, 플래시 펄스 카운터들, 연동 장치들 등과 같은 특징들을 포함할 수 있다. 텍스트 디스플레이(492)는 또한 플래시들의 수, 교정 만료 경고들, 록-아웃 조건들, 에러 메시지들 등과 같은 정보를 나타내기 위해 이용될 수 있다. 광학 교정 장치(400)에 대한 통신은 양방향일 수 있고 전송된 정보는 미가공 또는 처리된 스펙트럼 데이터 또는 다른 교정 데이터를 포함할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 광학 교정 장치(510)를 공정 챔버(520) 내로 배향시키고 장착하기 위한 구성을 나타내는 도식적 개략도(500)를 도시한다. 광학 교정 장치(510)는 웨이퍼 받침대(530)와 챔버 리드(540) 사이의 적절한 위치에서 공정 챔버(520)에 장착될 수 있다. 배향 및 위치는 광학 교정 장치(510)로부터 방출된 교정 광(550)이 공정 챔버(520)에서의 동작 동안 플라즈마로부터의 방출에 근사하고 뷰포트(560)를 통해 광 결합 시스템(570)의 구성요소들에 및 분광기(580)에 투사되도록 될 수 있다.
광학 교정 장치(510)는 광학 교정 장치(510)가 이용될 때마다 뷰포트에 대해 동일한 위치 및 각도로 배치될 수 있다. 공정 챔버(520) 내의 광학 교정 장치(510)의 위치(좌측-우측, 상측-하측 및 각도)의 변화들은 뷰포트(560) 및 광 결합 시스템(570)을 통한 분광기(580)로의 광학 경로에 진입하는 교정 광의 진폭 및 스펙트럼 밸런스에 영향을 줄 수 있다. 이 위치 변화들의 영향은 또한 집광 수단, 즉 분광기(580)에 대한 거리 및 이용된 집광 수단의 타입에 의존할 수 있다. 광학 교정 장치(510)는 광학 교정 장치(510)를 공정 챔버(520)에 정확히 위치시키고 확고하게 고정하기 위한 장착 하드웨어를 포함할 수 있다. 장착 하드웨어는 원하는 측정 정확성 및 일관성이 달성되도록 보장하기 위해 유사한 공정 챔버 내에 광학 교정 장치(510)의 일관된 배치를 제공하도록 구성될 수 있다. 분광기, 결합 광학, 뷰포트 조건들, 챔버 및 교정 광원(적어도)의 조합은 특정 챔버의 교정 상태를 규정한다. 각 챔버에 대해 교정 상태는 제작 변동으로 인해 상이한 구성요소들(동일한 타입 또는 설명임에도)을 갖는다. 구성요소들의 대체가 정확한 교정을 무효화할 수 있기 때문에 이들은 매칭 목적을 위해 챔버에서 챔버로 교정 상태를 정확하게 식별하기 위해 추적된다.
도 6은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 분광기(600)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 분광기(600)는 광학 측정들을 수행하도록 구성되며 적어도 3개의 기능적으로 분리된 구성요소들: 광을 스펙트럼으로 분산시키기 위한 광 분산 구성요소, 스펙트럼 광을 미가공 스펙트럼 강도 데이터 및 처리 능력으로 변환하기 위한 광 검출기, 미가공 스펙트럼 강도 데이터를 광 신호 데이터로 변환하기 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함한다. 분광기(600)는 광 검출기(630) 및 프로세서(640)를 포함한다. 분광기(600)는 이용자와 통신하기 위한 디스플레이와 같이, 종래의 분광기가 포함하는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다.
광 검출기(630)는 스펙트럼 광을 미가공 스펙트럼 강도 데이터로 변환하는 광학 구성요소이다. 광 검출기(630)는 도 1에 도시된 바와 같은 광 결합 시스템에 결합된 입력 포트(610)를 통해 광을 수신하도록 구성된다.
프로세서(640)는 미가공 스펙트럼 강도 데이터를 출력 포트(650)를 통해 후속 시스템 또는 조작자에게 제공될 수 있는 광 신호 데이터로 변환하도록 구성된다. 프로세서(640)는 또한 미가공 스펙트럼 강도 데이터로부터 광 신호 데이터를 결정하도록 구성된다. 광 신호 데이터는 미가공의 교정되지 않은 강도 데이터 또는 처리된 강도 데이터(또는 그 일부) 일 수 있다. 일 실시예에서, 광 신호 데이터는 미가공 스펙트럼 강도 데이터의 2개의 스펙트럼 라인들에 대한 강도 비이다. 일 실시예에서, 프로세서(640)는 선택된 파장들에 대한 파장 피크들(즉, 피크 면적들) 아래의 면적들을 비교함으로써 강도 비를 결정한다. 일부 실시예들에서, 피크 면적들은 프로세서(640)의 데이터로부터 결정된다. 선택된 스펙트럼 데이터는 기준 강도 비를 제공하기 위해 광학 교정 장치(320, 400, 510)로부터 또는 처리 강도의 비를 제공하기 위해 공정 챔버의 플라즈마로부터와 같이 광원으로부터 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(640)는 또한 선택된 파장들로부터 결정된 강도 비들에 기초하여 한 쌍의 공정 챔버들에 대한 특성 비를 결정하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 국부 공정 제어기, 툴 제어기 또는 마스터 공정 제어기와 같은 다른 공정 시스템 디바이스가 분광기(600)로부터 모니터링 데이터를 수신하고 이에 기초하여 특성 비를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 다른 장치들은 또한 분광기(600)를 통해 수신된 모니터링 데이터로부터 각각의 광 신호 데이터를 결정하도록 구성될 수 있다. 광 신호 데이터 수집, 처리 및 분석의 상세한 예들이 본 명세서의 하기에 기술된 방법들과 연관되어 기술된다. 대안적인 실시예들에서, 상술된 공정은 도 3의 국부 공정 제어기(360)에 의해서와 같이, 예를 들어 상이한 장치인, 분광기(600)의 외부에 있는 시스템, 컴퓨팅 장치, 프로세서 등에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 완료될 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 원리들에 따라 구성된 플라즈마 공정 챔버들을 위한 챔버 특성기(700)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 챔버 특성기(700)는 플라즈마 공정 챔버들 사이에서 균일한 공정을 얻는데 이용되는 챔버 조정 신호를 제공하도록 구성된다. 챔버 특성기(700)의 다양한 구성요소들의 기능은 단일 컴퓨팅 장치에 통합될 수 있거나 다수의 컴퓨팅 장치들 사이에 분산될 수 있다. 챔버 특성기(700) 또는 챔버 특성기(700)의 기능 부분들은 분광기, 국부 공정 제어기, 툴 제어기, 라인 제어기 또는 지정된 컴퓨팅 장치 내에 통합되거나, 이들의 조합으로 분산될 수 있다. 챔버 특성기(700)는 파라미터 결정기(710) 및 챔버 분석기(720)를 포함한다.
파라미터 결정기(710)는 스펙트럼 데이터를 수신하고 그로부터 매칭 파라미터들과 같은 다양한 파라미터들 및 공정 챔버들의 제어 및 매칭에 유용한 연관된 값들을 결정하도록 구성된다. 플라즈마 온도를 특성화하고 매칭하는 특정 예에서, 파라미터 결정기(710)는 공정 챔버들과 연관된 특정 스펙트럼 라인들의 강도 비들을 결정하고, 이에 기초하여 플라즈마 온도의 상태를 나타내는 특성 비를 결정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 파라미터 결정기(710)는 기준 챔버에 대한 2개의 선택된 파장들 사이의 기준 강도 비(R1L)를 계산하고 또한 기준 챔버에 대한 2개의 선택된 파장들 사이의 동작 강도 비(R1C)를 계산한다. 유사하게, 파라미터 결정기(710)는 제 2 챔버에 대한 동일한 2개의 선택된 파장들 사이의 기준 강도 비(R2L)와 제 2 챔버에 대한 동일한 2개의 선택된 파장들 사이의 동작 강도 비(R2C)를 계산한다. 파라미터 결정기(710)는 또한 강도 비들(R21 = R2C/R1C × R1L/R2L)에 기초하여 2개의 챔버들에 대한 특성 비를 결정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 파라미터 결정기(710)는 분광기(600)와 같은 분광기로부터 스펙트럼 강도 데이터를 수신하여 이들 비들을 계산한다. 상술한 예에서 특정 동작 및 기준 강도 비들이 특정 파장 영역들을 이용하여 규정되지만, 이들 비들은 또한 도 10b의 교정 곡선들(1055, 1060, 1065 및 1070)과 연관하여 논의된 바와 같은 이용 가능한 광 신호 데이터의 임의의 부분을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 특성 비는 강도 비들의 특정한 수학적 조합을 이용하며, 강도 비들 및 다른 광 신호 데이터의 다양한 부분들의 상이한 조합들이 플라즈마 온도와 상이한 챔버 매칭 매트릭의 지원으로 상이한 특성 비를 생성하도록 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
챔버 분석기(720)는 파라미터 결정기(710)로부터 수신된 특성 비에 기초하여 챔버 조정 신호를 제공하도록 구성된다. 챔버 분석기(720)는 또한 챔버 조정 신호를 결정하는데 이용되는 챔버 동작 데이터를 수신한다. 챔버 조정 신호는 제 2 챔버를 튜닝하여 특성 비 또는 다른 식별된 파라미터를 유지하여 기준 챔버와 제 2 챔버 사이의 균일한 공정을 달성하기 위해 이용된다. 챔버 분석기(720)는 매칭된 챔버들을 나타내는(이 파라미터화에 기초하여) 단일(unity)에 근사하는 특성 비와 같은 설계 결과를 달성하기 위해 중성 망, PID 제어, 또는 챔버 동작 파라미터들을 조정하는 방법을 통해 연관된 분광기 및 챔버 제어기와 협력하여 동작할 수 있다. 조정 신호는 RF 전력 설정과 같은 공정 제어 파라미터로 광범위하게 규정될 수 있거나 공정 조건들 및 매칭에 영향을 미치는 시스템 구성요소의 수리 또는 교체의 필요성을 나타낼 수 있다.
도 8은 본 개시내용에 따라 광학 교정 장치를 플라즈마 공정 챔버 내로 배향, 장착 및 동작하는 방법(800)의 일 실시예에 대한 흐름도를 도시한다. 공정 챔버는 모니터링 및 교정을 위해 광학 시스템에 결합될 수 있다. 방법(800)은 그 공정 챔버와 연관된 광학 시스템의 교정을 위한 도 1의 공정 챔버들 중 하나와 같은 단일 공정 챔버와 함께 이용될 수 있다. 또한, 방법(800)은 챔버 대 챔버 교정을 위한 도 1의 모든 공정 챔버들과 함께 이용될 수 있다. 방법(800)은 단계(805)에서 시작한다.
방법(800)은 광학 교정 장치의 임의의 예비 설정 및 구성이 수행될 수 있는 준비 단계(810)로 진행한다. 준비 작업들은 예를 들어, 램프 드리프트로 인한 변동 및/또는 단기간의 광 신호 드리프트에 대한 가능성을 줄이기 위해 플래시램프와 같은 광원을 "번인(burn-in)"하는 것을 포함할 수 있다. 다음으로, 단계(820)에서, 광학 교정 장치의 플라즈마 공정 챔버로의 배치 또는 위치가 결정된다. 배치는 공정 챔버의 뷰포트에 근접할 수 있고 광학 교정 장치로부터 방출된 광을 관찰된 플라즈마에 근사한 뷰포트에서의 공간 및 각도에 대향하도록 교정할 수 있다. 공정 챔버 내에서의 광학 교정 장치의 배치는 위치 공간 옵션들 및 장착 하드웨어에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 다음으로, 단계(830)에서, 광학 교정 장치는 플라즈마 공정 챔버 내에 설치된다. 반복적인 교정을 위해, 광학 교정 장치는 교정 및 매칭이 요구되는 다수의 공정 챔버들 상에 설치에서 설치까지 일정한 위치 및 배향으로 확고하게 장착될 수 있다. 위에서 언급했듯이 장착 하드웨어는 반복 배치에 이용될 수 있다.
단계(840)에서, 광학 시스템 구성요소들의 구성이 수행될 수 있다. 구성에는 뷰포트들, 광학 필터들, 렌즈들 및 광섬유들을 올바르게 설치, 세정 및 결합하는 것을 포함할 수 있다. 교정과 실제 이용 사이에 광학 시스템 구성요소들이 일관성있게 구성되어 있지 않으면 교정에 부정적인 영향을 주거나 오류가 있을 수 있음을 유념해야 한다. 이어서, 단계(850)에서, 분광기와 같은 광 검출기가 광학 교정 장치와 함께 이용되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 분광기는 광원의 규정된 지속 구간 또는 플래시들의 수에 대한 특정 비율들로 특정 강도 레벨들에서 광학 교정 장치의 광원을 트리거하도록 구성될 수 있다.
다수의 실시예들에서, 광학 교정 장치의 광원과 상호 작용하는 분광기는 공정 챔버로부터의 플라즈마 방출을 정상적으로 모니터링하는 동일한 분광기인 것이 유리하다. 상이한 분광기를 이용하는 것은 챔버 특성기(700)에 의해 이용된 방법을 복잡하게 할 수 있다. 또한, 분광기는 광 교정 장치로부터 광 신호 데이터, 처리 제어 정보 및 기타 정보를 조회하고, 조회들에 대한 응답을 이용하여 교정 프로세스를 지원할 수 있다. 일단 임의의 구성이 완료되면, 방법(800)은 광 신호 데이터가 수집될 수 있는 단계(860)로 진행한다. 광 신호 데이터는 광원의 특정 수의 플래시들, 예를 들면, 100에 대해 분광기에 의해 수집된 광 스펙트럼 일 수 있으며, 광원은 임의의 원하는 파장들에서 충분한 진폭의 신호들을 생성할 뿐 아니라 포화 조건들을 피하기 위해 필요한 조건들 하에서 동작된다. 광 신호 데이터의 수집은 또한 주변 광의 존재 하에서 발생할 수 있으며 이러한 조건들 하에서 광 신호 측정들은 차이 측정(플래시-온 마이너스 플래시-오프)으로 이루어질 수 있다.
단계(870)에서, 측정된 광 신호 데이터는 각각의 교정된 시스템에 대한 보정들을 결정하기 위해 기준 광 신호 데이터와 조합될 수 있다. 교정의 목표 중 하나는 측정된 강도의 광 신호 데이터를 임의의 분광기에 의해 기록된 광 신호 강도들을 스케일링/오프셋하기 위한 보정 벡터의 일부로 이용하는 것이다. 일반적으로, 광학 교정 장치와 또는 "기준 챔버(reference chamber)"와 연관된 기준 스펙트럼은 하드웨어 또는 소프트웨어 내에서 적용될 수 있는 측정 스펙트럼에 대한 기준 스펙트럼의 비를 계산하는데 이용될 수 있어서, 실시간 웨이퍼 공정 또는 챔버 매칭에 유용한 실시간 데이터의 보정을 가능하게 한다. 특정 광학 교정 장치와 연관된 공장 측정 스펙트럼은 광학 교정 장치의 이용 전에 수집되어 그 내부에 저장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 툴 제어기 또는 분광기의 프로세서는 비를 결정하도록 구성될 수 있다. 다른 컴퓨팅 장치가 또한 이용될 수 있다. 방법(800)은 단계(880)에서 종료한다.
도 9는 본 개시내용의 원리들에 따라 수행된 공정 챔버를 특성화하고 매칭하는 방법(900)의 일 실시예의 흐름도를 도시한다. 방법(900)은 예를 들어, 툴 내의 다수의 공정 챔버들, 상이한 툴 내의 대응하는 공정 챔버들, 툴 또는 다수의 툴들 내의 모든 공정 챔버들, 단일 챔버의 교정 및 필요한 용도에 따른 다른 챔버 매칭 조합들을 매칭하는데 이용될 수 있다. 방법(900)은 단계(905)에서 시작한다. 단계(910)에서, 플라즈마는 공지된 결과를 달성하기를 특별히 원하는 대로 동작하는 "기준" 챔버 일 수 있는 공정 챔버에서 발생된다. 단계(920)에서, 스펙트럼은 단계(910)의 챔버와 연관된 분광기에 의해 기록될 수 있다. 단계(930)에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 광학 교정 장치에 의해 제공되는 것과 같은 표준화된 광원이 동일한 챔버에 배치되고, 단계(940)에서 추가적인 스펙트럼이 기록된다. 단계(920)로부터의 스펙트럼은 동작 스펙트럼으로 간주될 수 있고 단계(940)로부터의 스펙트럼은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 교정 스펙트럼으로 간주될 수 있다. 단계(950)에서, 플라즈마 스펙트럼은 광원으로부터의 교정 스펙트럼을 이용하여 교정될 수 있고 교정 값들은 챔버에 대해 결정될 수 있다. 스펙트럼의 교정은 분광기에 대한 특정 광원 일련 번호와 연관된 공장에서 측정된 교정 스펙트럼과 같은 정보를 광원에/으로부터 전송함으로써 지원될 수 있다. 방법(900)은 챔버 매칭이 수행되지 않으면 이 단계에서 종결될 수 있다. 이 경우, 교정 데이터는 광원과 연관된 메모리(광학 교정 장치의 메모리와 같은), 분광기 또는 챔버 제어기와 같은 다른 위치에 저장될 수 있으며, 이 챔버에 대한 미래의 동작 스펙트럼을 교정하는데 이용될 수 있다.
단계(960)에서, 교정된 스펙트럼은 원하는 관찰 가능한 것(온도, 압력, 밀도, 에칭 속도 등)에 대한 조정 또는 매칭 파라미터들에 대해 분석될 수 있다. 단계(970)에서, 비교 가능한 챔버들의 조정/매칭 파라미터들 사이에 비교가 이루어질 수 있다. 단계(980)에서, 챔버의 동작 조건들은 결정된 조정/매칭 파라미터들의 차이들에 기초하여 수정될 수 있다. 프로세스(900)는 단계(990)로 종료한다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 개시내용의 원리들에 따른 도 9의 방법과 연관하여 수집되고 처리된 광 신호 데이터를 나타내는 일련의 플롯들을 도시한다. 도 10a의 플롯(1000)은 각각 공장-측정된 광원 스펙트럼 및 챔버 내에 배치된 광원으로부터 측정된 스펙트럼을 나타내는 2개의 스펙트럼(1010 및 1020)을 도시한다. 공장-측정된 교정 스펙트럼(1010)은 스펙트럼을 기록하는 연관된 분광기에 의해 호출하기 위해 광학 교정 장치의 내부에 저장될 수 있다. 측정된 스펙트럼(1020)은 스펙트럼(1010)과 상이하고, 차이들은 도 10b의 플롯(1050)의 비 계산 및 결과 교정 곡선(1055)에 의해 결정된다. 스펙트럼(1020)은 파장 범위의 모든 부분들에 걸친 감쇠를 나타내고, 예를 들어, 뷰포트의 오염 또는 다른 광학 구성요소에 대한 손상/마모 및 분광기 교정의 부재로 인한 것일 수 있다.
추가적인 교정 곡선들(1060, 1065, 및 1070)은 도 10b의 플롯(1050)에 도시된다. 각 교정 곡선은 전체 측정된 "시스템(system)"을 규정하는 챔버, 교정 광원, 분광기 및 간섭 광학기의 특정 조합과 연관될 수 있다. 플롯(1050)의 스펙트럼의 동일한 분광기 및 광원이 수집에 이용된 경우(또는 분광기 및/또는 광원들의 스케일링을 제거한 추가 표준화가 수용된 경우), 교정 곡선들의 차이들은 광원과 분광기 사이의 광학 시스템 구성요소들의 변화들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼(1065와 1070)을 비교할 때 전체 형상은 비슷하지만 상대 진폭은 약 20% 상이하다. 이 변화는 챔버 내의 광학 조리개가 스펙트럼(1065)과 연관된 챔버에서 제한되게 되는 것을 나타낼 수 있다. 도 10a 내지 도 10c와 연관된 논의는 교정 또는 기준 스펙트럼 데이터에 특정되며 플라즈마 공정으로부터의 동작 스펙트럼 데이터에 특정되지는 않음을 유념해야 한다. 전반적인 챔버 매칭 및 비교는 교정 또는 기준 분석과 동작 분석의 분리를 허용하는 두 가지 프로세스로 나눌 수 있다. 교정 분석은 우선 수행될 수 있으며 단일 챔버 또는 챔버들 사이에 대한 하드웨어 차이들 또는 문제들을 결정하는데 유리하게 이용될 수 있다. 실제 측정된 플라즈마 광의 동작 분석은 챔버들 사이의 동작 조건들 또는 차이들을 보다 구체적으로 결정하기 위해 후속적으로 이용될 수 있다.
차이들은 챔버 제어기, 툴 제어기, 및/또는 국부 공정 제어기와 같은 다른 접속된 컴퓨터 상에서 실행되는 자동화된 알고리즘들에 의해 그리고 수동으로 평가될 수 있다. 광 신호 데이터의 자동화된 평가는 챔버들에 걸쳐 및 작업자들 사이에 수동 조정을 수행하는 대신 추측을 없애고 편차를 최소화하기 위해 보다 일관되고 절차적인 조정들을 허용하는 것이 유리하다. 자동화된 평가는 조작자 또는 챔버 제어기에 대한 특정 조정 지침들을 제시해야 하므로 수동 또는 자동 조정들이 최적으로 수행될 수 있다.
도 11의 특정 예에서 더 논의되는 바와 같이, 도 10c의 테이블(1090)은 교정이 기록된 데이터에 적용되지 않은 경우에 발생하는 피크 비 값들의 목록을 요약한 것이다. 테이블(1090)은 챔버 컬럼 및 연관된 피크 비 컬럼을 포함한다. 챔버 컬럼은 4개의 다른 챔버들로부터의 스펙트럼을 포함하고, 피크 비 컬럼은 대응하는 피크 비들을 포함한다. 도 11은 본 개시내용의 원리들에 따라 수행된 공정 챔버들을 특성화하고 매칭하는 방법(1100)의 일 실시예의 흐름도를 도시한다. 방법(1100)은 단계(1105)에서 시작한다.
단계(1110)에서, 표준 광원이 기준 챔버에 배치된다. 표준 광원은 광학 교정 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 표준 광원은 플라즈마 광이 챔버에서 생성될 위치에 근사하도록 배치된다. 광은 기준 공정 챔버 및 임의의 집광 수단의 뷰포트 윈도우를 통해 분광기의 최적 챔버 상의 광섬유로 전달될 것이다.
단계(1120)에서, 표준 광원으로부터의 하나 이상의 스펙트럼이 분광기에 의해 기록된다. 라인 비들에 기초한 파라미터의 경우, 적어도 2개의 파장들에 대한 표준 광원으로부터의 스펙트럼이 분광기에 의해 기록된다. 파라미터 결정을 위한 처리 방법들을 결정하기 위해 단계(1130)에서 계산들이 수행될 수 있다. 특정 예에서, 분광기에 의해 기록된 바와 같은 2개의 파장들에 대한 피크들의 순 면적들이 단계(1130)에서 계산된다. 일 실시예에서, 임의의 배경 및 표준 광원 옆의 다른 광원들로부터의 광에 대한 보정들이 이루어진다.
라인들의 쌍에 대한 피크 면적들의 기준 강도 비 R1L이 단계(1140)에서 계산된다. 단계(1150)에서, 단계(1110)에서 상술한 방식으로 표준 광원이 제 2 챔버에 배치된다. 기준 강도 비 R2L은 단계(1160)에서 결정된다. R1L을 계산하기 위해 상술된 것과 동일한 프로세스가 R2L을 계산하기 위해 이용된다.
그 다음 플라즈마가 단계(1170)에서 기준 챔버에서 생성된다. 기준 챔버에 대한 플라즈마 강도 비 R1C는 상술한 바와 같이 기록된 스펙트럼의 피크들의 순 면적들에 기초하여 계산된다. 단계(1180)에서, 제 2 챔버에 대한 플라즈마 강도 비 R2C는 R1C를 결정하는데 이용된 동일한 프로세스에 따라 결정된다. 단계(1190)에서, 특성 비 R21은 기준 강도 비들 및 플라즈마 강도 비들에 기초하여 결정된다. 단계(1195)에서, 제 2 챔버는 특성 비 R21이 가능한 한 근접할 때까지 튜닝된다. 툴 제어기는 특성 비를 1로 유지하기 위해 제 2 챔버의 플라즈마의 에너지 레벨을 조정하는데 이용될 수 있다. 방법(1100)은 단계(1199)에서 종료한다.
본 개시내용은 "챔버-매칭(chamber-matching)"을 수행하고 다수의 챔버들 사이의 공지된 상대적 또는 동일한 광 방출 변화들/조건들을 관찰하는 능력이 공정 챔버들의 균일한 이용을 가능하게 하고 그 성능 차이들을 이해하는 데 이용될 수 있다는 것을 인식한다. 매칭 파라미터들이 결정되고 챔버 매칭에 이용될 수 있다.
교정은 "표준화된(standardized)" 신호들을 유발하는 다양한 방법들로 수행될 수 있다. 예를 들어, 각각이 연관된 분광기가 있는 다수의 챔버들과 함께 이용되는 단일 교정 광원의 경우, 교정은 각각의 챔버/분광기 쌍과 각각 연관된 개별 보정 벡터들을 유발할 수 있다. 이 예에서 전반적인 관찰 신호들은 챔버에 대해 규정된 표준 신호를 "참조(referenced)"할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 다수의 교정 광원들의 경우에, 각각의 광원은 수용될 광원 차이들에 관한 상대적 보정들의 결정을 허용하는 교정 데이터(파장의 스펙트럼 신호)의 미리-결정된 세트와 연관될 수 있다. 관찰되거나 보정된 신호 레벨의 연관성은 궁극적으로 NIST 추적 가능 참조 소스와 같이 규정된 "표준"과 연관될 수 있지만 필수적인 것은 아니다.
상술한 변화들 및 다른 변화들은 본 명세서의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 기술된 광학 측정 시스템 및 서브시스템들에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 특정 예들이 반도체 웨이퍼 공정 장비와 연관하여 기술되었지만, 본 명세서에 기술된 광학 측정 시스템들은 롤-투-롤(roll-to-roll) 박막 공정, 태양 전지 제조,평면 패널 디스플레이 공정, 또는 고정밀 광학 측정이 필요한 임의의 응용과 같은 다른 타입들의 공정 장비에 적응될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 특정 실시예들이 이미징 분광기(imaging spectrograph)와 같은 공통 광 분석 장치의 이용을 기술하지만; 공지된 상대 감도를 갖는 다수의 광 분석 장치들이 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 개시내용의 양태들을 기술할 때 용어 "웨이퍼(wafer)"가 본 명세서에서 이용되었지만; 석영판들, 위상 시프트 마스크들, LED 기판들 및 기타 비-반도체 공정 관련 기판들, 및 고체, 기체 및 액체 소재들을 포함하는 소재들과 같은 다른 타입들의 소재들이 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 본 개시내용 및 실제 응용의 원리들을 가장 잘 설명하고 당업자가 다양한 수정들이 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 실시예들에 대한 개시내용을 이해할 수 있도록 선택되고 기술되었다. 본 명세서에 기술된 특정 실시예들은 본 개시내용의 범위 및 의도를 벗어나지 않고 다양한 변형들 및 환경들에서 실시될 수 있으므로 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 본 개시내용은 도시된 실시예들에 제한되는 것이 아니라, 본 명세서에 기술된 원리들 및 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위에 따른다.
도면들의 흐름도 및 블록도들은 본 개시내용의 다양한 실시예들에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 아키텍처, 기능 및 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도들 내의 각 블록은 특정 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드 부분을 나타낼 수 있다. 또한, 일부 대체 구현예들에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록들은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 관련된 기능에 따라 때로는 블록들이 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도들의 각 블록 및/또는 흐름도 예시, 및 블록도들의 블록들의 조합 및/또는 흐름도 예시는 특정 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템들 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들에 의해 구현될 수 있음을 유념할 것이다.
본 명세서에서 이용되는 용어는 특정 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 본 개시내용을 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 이용된 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 문맥상 다르게 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하고자 한다. 또한, 용어들 "포함하다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 이 명세서에서 이용될 때, 명시된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자들, 구성요소들 및/이들의 그룹의 존재나 추가를 배제하지 않음을 이해할 것이다.
당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 개시내용은 방법, 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특징들 또는 적어도 일부의 특징들은 전체적으로 하드웨어 실시예, 전체적으로 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함함), 또는 본 명세서에서 모두 일반적으로 "회로(circuit)" 또는 "모듈(module)"로 지칭된 소프트웨어와 하드웨어 양태들을 조합한 실시예들의 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 특징들 또는 적어도 일부의 특징들은 매체에 구현된 컴퓨터-이용 가능한 프로그램 코드를 갖는 비-일시적 컴퓨터-이용 가능한 저장 매체상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
개시된 예들의 부분들은, 장치, 디바이스의 일부를 구체화하고 본 명세서에 기재된 방법의 단계들을 실행하는 다양한 컴퓨터-구현 동작들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 비-일시적 컴퓨터-판독 가능한 매체를 갖는 컴퓨터 저장 제품들에 관련될 수도 있다. 본 명세서에서 이용되는 비-일시적(non-transitory)은 일시적인 전파 신호들을 제외한 모든 컴퓨터 판독 가능한 매체를 지칭한다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체의 예들로는 하드 디스크들, 플로피 디스크들 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 디스크들과 같은 광학 매체; 플로피 디스크들과 같은 자기-광학 매체; 및 ROM 및 RAM 장치들과 같은 프로그램 코드를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 프로그램 코드의 예들은 컴파일러에 의해 생성되는 것과 같은 머신 코드 및 해서기를 이용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 상위 레벨 코드를 포함하는 파일들을 모두 포함한다.
상술한 장치들, 시스템들 또는 방법들의 일부는 종래의 디지털 데이터 프로세서들 또는 컴퓨터들과 같이 다양한 형태로 구현되거나 수행될 수 있으며, 컴퓨터들은 방법들의 하나 이상의 단계들을 수행하도록 일련의 소프트웨어 명령들의 실행 가능 프로그램들을 프로그래밍하거나 저장한다. 그러한 프로그램들의 소프트웨어 명령들은 알고리즘들을 나타낼 수 있으며, 예를 들면 자기 또는 광학 디스크들, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 하드 디스크들, 플래시 메모리들 및/또는 판독-전용 메모리(ROM)와 같은 비-일시적 디지털 데이터 저장 매체 상에 머신-실행 가능한 형태로 인코딩되어, 다양한 타입들의 디지털 데이터 프로세서들 또는 컴퓨터들이 상술된 방법들의 하나 이상의 단계들 또는 본 명세서에 기술된 기능들, 시스템들 또는 장치들 중 하나, 다수 또는 전부를 수행할 수 있게 한다.
본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들을 포함하는 본 개시내용의 다양한 양태들이 청구될 수 있다.
본 명세서에 개시된 양태들은 다음을 포함한다:
A. 광학 교정 장치는: (1) 인클로저, (2) 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및 (3) 인클로저 내에 위치되어, 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 소스 광을 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함한다.
B. 특성화 시스템은: (1) 뷰포트를 갖는 플라즈마 공정 챔버 내에 배치된 광학 교정 장치, (2) 뷰포트에 결합되어 광학 교정 장치에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치된 광 결합 시스템, 및 (3) 광 결합 시스템을 통해 광학 교정 장치에 광학적으로 결합되어, 교정 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통한 교정 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성된 분광기를 포함한다.
C. 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법은: (1) 뷰포트를 가진 플라즈마 공정 챔버 내에 광학 교정 장치를 배치하는 단계, (2) 뷰포트에 광 결합 시스템을 결합하는 단계로서, 상기 광 결합 시스템은 광학 교정 장치에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치되는, 상기 결합 단계, (3) 광 결합 시스템을 통해 광 검출기를 광학 교정 장치에 결합하는 단계, 및 (4) 교정 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통한 그 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 광 검출기를 구성하는 단계를 포함한다.
D. 플라즈마 공정 챔버들을 특성화하는 방법은: (1) 기준 플라즈마 공정 챔버의 제 1 기준 강도 비 및 제 1 동작 강도 비를 결정하는 단계, (2) 제 2 플라즈마 공정 챔버의 제 2 기준 강도 비 및 제 2 동작 강도 비를 결정하는 단계, 및 (3) 제 1 및 제 2 기준 강도 비들과 제 1 및 제 2 동작 강도 비들의 수학적 조합을 이용하여 기준 및 제 2 플라즈마 공정 챔버들로부터 방출된 광의 특성 비를 결정하는 단계를 포함한다.
E. 챔버 특성기는 일련의 명령들이 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 실행될 때 프로세서로 하여금: (1) 기준 플라즈마 공정 챔버의 제 1 기준 강도 비 및 제 1 동작 강도 비를 결정하고, (2) 제 2 플라즈마 공정 챔버의 제 2 기준 강도 비 및 제 2 동작 강도 비를 결정하고, (3) 제 1 및 제 2 기준 강도 비들과 제 1 및 제 2 동작 강도 비들의 수학적 조합에 기초하여 기준 및 제 2 플라즈마 공정 챔버들로부터 방출된 광의 특성 비를 결정하도록 하는, 상기 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함한다.
양태들 A, B, C, D 및 E 각각은 하나 이상의 다음과 같은 추가적인 요소들을 조합하여 가질 수 있다:
요소 1: 광학 성형 소자들은 확산기들, 배플들, 렌즈들, 미러들, 조리개들, 필터들 및 윈도우들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 요소 2: 광원은 제논 플래시램프이다. 요소 3: 광원의 동작을 제어하고 외부 시스템과 통신하도록 구성된 인클로저 내에 위치한 논리 회로. 요소 4: 교정 광은 플라즈마 방출이 제공되고 광 검출기에 의해 관찰된 것과 적어도 동일한 파장 범위, 공간 범위 및 각도 범위를 가진다. 요소 5: 광원은 플래시램프이고, 광학 교정 장치는 논리 회로 및 광원에 결합되어 플래시램프에 트리거 신호들을 제공하도록 구성된 트리거 어셈블리를 더 포함한다. 요소 6: 트리거 신호들은 교호하는 플래시-온 및 플래시-오프 신호들을 포함한다. 요소 7: 인클로저는 본체 및 연장된 몸체를 포함하고, 광학 성형 소자들의 적어도 일부는 연장 몸체 내에 위치된다. 요소 8: 동작은 반도체 웨이퍼 공정이다. 요소 9: 광 신호 데이터는 측정된 광 신호 데이터로부터의 2 이상의 스펙트럼의 일부에 기초한 강도 비를 포함한다. 요소 10: 분광기는 또한 플리즈마 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통해 플라즈마 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성된다. 요소 11: 광 결합 시스템은 섬유 광 케이블을 포함하고, 분광기는 섬유 광 케이블을 통해 교정 광을 수신하기 위한 광 포트를 포함한다. 요소 12: 광학 교정 장치는 인클로저, 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및 인클로저 내에 위치되어, 플라즈마 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 소스 광을 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함한다. 요소 13: 광학 교정 장치는 인클로저 내에 위치되어, 광원의 동작을 제어하고 외부 시스템과 통신하도록 구성되는 논리 회로를 더 포함한다. 요소 14: 광원은 플래시램프이고, 광학 교정 장치는 논리 회로 및 광원에 결합되어 플래시램프에 트리거 신호들을 제공하도록 구성된 트리거 어셈블리를 더 포함한다. 요소 15: 논리 회로는 광학 교정 장치에 대한 기준 스펙트럼을 저장하는 메모리를 더 포함한다. 요소 16: 플라즈마 광, 및 플라즈마 공정 챔버, 뷰포트 및 광 결합 시스템을 통한 플리즈마 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 광 검출기를 구성하는 단계를 더 포함한다. 요소 17: 기준 플라즈마 공정 챔버에 및 제 2 플라즈마 공정 챔버에 광학 교정 장치를 배치하는 단계; 및 기준 및 제 2 플라즈마 공정 챔버들의 각각에서 광학 교정 장치로부터의 교정 광을 생성하는 단계를 포함한다. 요소 18: 제 1 기준 강도 비를 결정하는 단계는 기준 플라즈마 공정 챔버에서 교정 광으로부터의 적어도 하나의 스펙트럼을 기록하는 단계 및 광 신호 데이터에 기초하여 매칭 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다. 요소 19: 제 1 동작 강도 비를 결정하는 단계는 기준 플라즈마 공정 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계 및 기준 플라즈마 공정 챔버에서 플라즈마로부터 방출된 광으로부터 적어도 하나의 스펙트럼을 기록하는 단계 및 광 신호 데이터에 기초하여 매칭 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다. 요소 20: 특성 비를 이용하여 제 2 플라즈마 공정 챔버를 튜닝하는 단계를 더 포함한다. 요소 21: 제 1 기준 강도 비를 결정하기 위해, 프로세서는 기준 플라즈마 공정 챔버 내의 교정 광으로부터 적어도 하나의 스펙트럼을 기록하고 매칭 파라미터를 계산하는 명령들을 실행하도록 구성된다. 요소 22: 기준 동작 강도 비를 결정하기 위해, 프로세서는 기준 플라즈마 공정 챔버 내의 플라즈마로부터 적어도 하나의 스펙트럼을 기록하고 매칭 파라미터를 계산하는 명령들을 실행하도록 구성된다. 요소 23: 프로세서는 기준 플라즈마 챔버와 제 2 플라즈마 챔버 사이의 균일한 공정을 위해 제 2 플라즈마 챔버를 튜닝하기 위해 특성 비를 이용하는 챔버 조정 신호를 제공하는 명령들을 실행하도록 구성된다.
Claims (19)
- 공정 챔버와 연관된 광 신호들의 챔버-내 교정을 위한 광학 교정 장치에 있어서:
인클로저(enclosure);
상기 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및
상기 인클로저 내에 위치되어, 상기 소스 광을, 상기 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광으로 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함하고,
상기 교정 광은, 상기 플라즈마 방출에 의해 제공되고 광 결합 시스템을 통해 플라즈마 공정 챔버에 결합되는 광 검출기에 의해 관찰되는 것과 적어도 동일한 파장 범위, 공간 범위 및 각도 범위를 가지는, 광학 교정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 성형 소자들은 확산기들, 배플들(baffles), 렌즈들, 미러들, 조리개들, 필터들 및 윈도우들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 광학 교정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원은 제논 플래시램프(xenon flashlamp)인, 광학 교정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 인클로저 내에 위치되어, 상기 광원의 동작을 제어하고 외부 시스템과 통신하도록 구성되는 논리 회로를 더 포함하는, 광학 교정 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 광원은 플래시램프이고, 상기 광학 교정 장치는 상기 논리 회로 및 상기 광원에 결합되어 상기 플래시램프에 트리거 신호들을 제공하도록 구성된 트리거 어셈블리를 더 포함하는, 광학 교정 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 트리거 신호들은 교호하는 플래시-온 및 플래시-오프 신호들(alternating flash-on and flash-off signals)을 포함하는, 광학 교정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 인클로저는 본체 및 연장된 몸체를 포함하고, 상기 광학 성형 소자들의 적어도 일부는 상기 연장 몸체 내에 위치되는, 광학 교정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 동작은 반도체 웨이퍼 공정인, 광학 교정 장치. - 플라즈마 공정 챔버들을 위한 특성화 시스템(characterization system)에 있어서:
뷰포트를 갖는 플라즈마 공정 챔버 내에 배치된 광학 교정 장치;
상기 뷰포트에 결합되어 상기 광학 교정 장치에 의해 방출된 교정 광을 수신하도록 배치된 광 결합 시스템으로서, 상기 교정 광은 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는, 상기 광 결합 시스템; 및
상기 광 결합 시스템을 통해 상기 광학 교정 장치에 광학적으로 결합되어, 상기 교정 광, 및 상기 플라즈마 공정 챔버, 상기 뷰포트 및 상기 광 결합 시스템을 통한 상기 교정 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성된 분광기(spectrometer)를 포함하고,
상기 교정 광은, 상기 플라즈마 방출에 의해 제공되고 상기 분광기에 의해 관찰되는 것과 적어도 동일한 파장 범위, 공간 범위 및 각도 범위를 가지는, 특성화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 광 신호 데이터는 상기 측정된 광 신호 데이터로부터의 2 이상의 스펙트럼의 일부에 기초한 강도 비(intensity ratio)를 포함하는, 특성화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 분광기는 또한 플라즈마 광, 및 상기 플라즈마 공정 챔버, 상기 뷰포트 및 상기 광 결합 시스템을 통해 상기 플라즈마 광의 전파와 연관된 측정된 광 신호 데이터를 생성하고 보고하도록 구성되는, 특성화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 광 결합 시스템은 섬유 광 케이블을 포함하고, 상기 분광기는 상기 섬유 광 케이블을 통해 상기 교정 광을 수신하기 위한 광 포트를 포함하는, 특성화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 광학 교정 장치는:
인클로저;
상기 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및
상기 인클로저 내에 위치되어, 상기 소스 광을, 상기 플라즈마 방출에 근사하는 상기 교정 광으로 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함하는, 특성화 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 광원은 제논 플래시램프인, 특성화 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 광학 성형 소자들은 확산기들, 배플들, 렌즈들, 미러들, 조리개들, 필터들 및 윈도우들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 특성화 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 광학 교정 장치는 상기 인클로저 내에 위치되어, 상기 광원의 동작을 제어하고 외부 시스템과 통신하도록 구성된 논리 회로를 더 포함하는, 특성화 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 광원은 플래시램프이고, 상기 광학 교정 장치는 상기 논리 회로 및 상기 광원에 결합되어 상기 플래시램프에 트리거 신호들을 제공하도록 구성된 트리거 어셈블리를 더 포함하는, 특성화 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 논리 회로는 상기 광학 교정 장치에 대한 기준 스펙트럼을 저장하는 메모리를 더 포함하는, 특성화 시스템. - 삭제
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