KR102554542B1 - 가스 배기 부산물 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
가스 배기 부산물 측정 시스템이 제공된다. 가스 챔버가 배기 출력부로부터 배기물을 수용하도록 구성된다. 광원, 광 검출기, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 광원으로부터의 광 빔이 광 검출기에 도달하기 전 복수 회 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 지향되도록 위치된다. 적어도 하나의 가열기가 적어도 하나의 광학 엘리먼트에 열을 제공한다. 복수의 퍼지 가스 노즐들이 광학 캐비티와 유체로 연통한다. 고 플로우 라인이 퍼지 가스 소스와 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통한다. 저 플로우 라인이 퍼지 가스 소스와 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통한다. 적어도 하나의 플로우 제어기가 고 플로우 및 저 플로우를 포함하는 복수의 플로우 레이트들을 관리한다.
Description
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 8월 30일자 미국 특허 출원 번호 제 15/691,405 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 반도체 디바이스들의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 반도체 디바이스들의 제조에 사용되는 에칭에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 실리콘 함유 층들이 선택적으로 에칭된다. 실리콘 함유 층들의 에칭 동안, 에칭 레이트, 에칭 CD, 에칭 프로파일, 및 웨이퍼에서 웨이퍼 또는 챔버에서 챔버로 에칭 균일성을 측정하는 것이 바람직하다. IR 흡수가 에칭 프로세스에 의해 생성된 부산물의 농도를 측정하도록 사용될 수도 있다. 에칭 부산물들, 먼지, 및 다른 오염물질들이 광학 엘리먼트들 상에 증착할 수도 있으며, IR 흡수 측정의 정확도를 감소시키고, 부산물 농도의 측정의 정확도를 감소시킨다. 부산물 농도의 측정의 정확도를 유지하는 것이 바람직하다.
본 개시의 목적에 따라 그리고 전술한 내용을 달성하기 위해, 프로세싱 챔버의 배기 펌프로부터 배기 출력부에 부착 가능한 가스 배기 부산물 측정 시스템이 제공된다. 가스 챔버가 배기 출력부로부터 배기물을 수용하도록 구성되고, 가스 챔버는 광학 캐비티를 더 포함하고, 배기물은 광학 캐비티를 통과한다. 광원, 광 검출기, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 광원으로부터의 광 빔이 광 검출기에 도달하기 전 복수 회 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 지향되도록 위치된다. 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 가열기에 의해 가열되도록, 적어도 하나의 가열기가 적어도 하나의 광학 엘리먼트에 열을 제공한다. 복수의 퍼지 가스 노즐들이 캐비티와 유체로 연통한다. 고 플로우 라인이 퍼지 가스 소스 (source) 와 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통한다. 저 플로우 라인이 퍼지 가스 소스와 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통하고, 저 플로우 라인의 적어도 일부는 고 플로우 라인과 평행하다. 적어도 하나의 플로우 제어기는 고 플로우 및 저 플로우를 포함하는 복수의 플로우 레이트들을 관리한다.
또 다른 현상에서, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법이 제공된다. 기판은 건식 프로세싱되고, 건식 프로세싱은 적어도 하나의 가스 부산물을 생성한다. 프로세싱 챔버로부터 적어도 하나의 가스 부산물은 가스 셀 내로 배기 펌프를 통해 펌핑되고, 가스 셀은 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함한다. 가스 셀 내 적어도 하나의 가스 부산물의 농도가 측정된다. 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 가열된다. 저 플로우 퍼지 가스가 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 제공된다. 펄싱된 고 플로우 퍼지 가스가 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 제공된다.
또 다른 현상에서, 프로세싱 챔버의 배기 펌프로부터 배기 출력부에 부착 가능한 가스 부산물 측정 시스템이 제공된다. 가스 챔버가 배기 출력부로부터 배기물을 수용하도록 구성되고, 광학 캐비티를 포함하고, 배기물은 광학 캐비티를 통과한다. 광원, 광 검출기, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 광원으로부터의 광 빔이 광 검출기에 도달하기 전 복수 회 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 지향되도록 위치된다. 적어도 하나의 가열기는 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 가열기에 의해 가열되도록, 적어도 하나의 광학 엘리먼트에 열을 제공한다. 퍼지 가스 소스가 6000 sccm 이하의 퍼지 가스 플로우를 제공한다. 복수의 퍼지 가스 노즐들이 광학 캐비티와 퍼지 가스 소스 사이에 유체로 연통한다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 개시의 상세한 기술 및 이하의 도면들과 함께 이하에 보다 상세하게 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 지칭하는 첨부된 도면들에서 제한이 아니며 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 제어기를 구현하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 도시하는 고 레벨 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 가스 셀의 보다 상세한 개략도이다.
도 4는 절단선 IV-IV를 따라 도 3의 제 2 퍼지 링 및 제 2 거울의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에서 사용된 퍼지 가스 시스템의 개략도이다.
도 6은 24 개의 노즐들이 있는 일 실시예와 비교한 12 개의 노즐들이 있는 상기 실시예의 테스트를 예시하는 그래프이고, 24 개의 조사 영역들이 사용된다.
도 7은 가스 셀의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 1은 일 실시예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 제어기를 구현하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 도시하는 고 레벨 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 가스 셀의 보다 상세한 개략도이다.
도 4는 절단선 IV-IV를 따라 도 3의 제 2 퍼지 링 및 제 2 거울의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에서 사용된 퍼지 가스 시스템의 개략도이다.
도 6은 24 개의 노즐들이 있는 일 실시예와 비교한 12 개의 노즐들이 있는 상기 실시예의 테스트를 예시하는 그래프이고, 24 개의 조사 영역들이 사용된다.
도 7은 가스 셀의 또 다른 실시예의 개략도이다.
본 개시는 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 일부 바람직한 실시예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
실시예가 플루오로카본 기반 화학물질들을 사용할 때 대부분의 실리콘 함유 에칭들 (나이트라이드, 옥사이드, 폴리, 및 실리콘 막들) 의 직접적인 부산물인 SiF4 또는 SiBr4, 또는 SiCl4 또는 다른 SiX4 부산물들의 절대 측정값들에 의존한다. 에칭 모델 (XSEM 이미지들에 기반한 SiF4 질량 균형 또는 XSEM 이미지들로 보정된 피처 프로파일 시뮬레이션 모델) 과 측정값을 조합함으로써, 특정한 조건들에서 엔드포인트, 깊이의 함수로서 ER, 평균 웨이퍼 선택성, 및 균일성을 예측할 수 있다. SiF4 부산물들은 정확한 예측들을 위해 ppb (parts per billion) 레벨 검출을 허용하는 양자 캐스케이드 레이저 분광법을 사용하는 IR 흡수를 사용하여 검출된다.
본 개시는 에칭 프로세스를 제어하기 위해 SiF4 IR 흡수와 커플링된 에칭 프로파일 모델링과 조합하는 방법 및 장치를 기술한다. 방법은 DRAM 셀 에칭 및 3D-NAND 홀 및 트렌치 패터닝과 같은 고 종횡비 적용예에서 방출 분광법과 같은 전통 방법들의 범위를 넘어 엔드포인트 능력의 확장을 가능하게 한다. 절대 밀도 측정 및 에칭 프로파일 방출의 조합은 런-투-런 (run-to-run) 프로세스 매칭을 달성하기 위해 사용될 수 있는 ER, 선택성, 균일성과 같은 인-시츄 (in-situ) 에칭 프로세스 파라미터들을 부가적으로 결정하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 에칭 프로세스가: 1) 프로세스/CD 제어를 위해 고 종횡비 DRAM 및 3D-NAND 에칭에 대한 엔드포인트, 2) 향후 노드들에 대한 엔드포인트 검출을 스케일링하는 방법, 3) a) 평균 웨이퍼 ER 및 깊이의 함수로서 ER (ARDE), b) 평균 웨이퍼 균일성 및 선택성, 및 c) 두 측정값들이 런-투-런 매칭 및 결함 검출에 사용될 수 있음을 인-시츄로 결정할 수 있는 모델과 조합됨, 4) 정확한 에칭 엔드포인트 및 에칭 파라미터들 추정을 위해 필요한 ppb 레벨 검출의 한계를 달성하도록 고감도 양자 캐스케이드 레이저 분광법을 사용하는 것을 결정하도록 사용될 수 있는 직접 안정 부산물을 측정함으로써 특징지어진다.
도 1은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 예를 개략적으로 예시하고, 이는 일 실시예에 따라 실리콘 함유 층을 에칭하는 프로세스를 수행하도록 사용될 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 는 그 안에 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 를 갖는 플라즈마 반응기 (102) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (108) 에 의해 튜닝된 플라즈마 전력 공급부 (106) 가 유도 커플링된 전력을 제공함으로써 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내에 플라즈마 (114) 를 생성하도록 전력 윈도우 (112) 근처에 위치된 TCP 코일 (110) 에 전력을 공급한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (110) 은 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내에서 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (110) 은 플라즈마 (114) 의 토로이달 (toroidal) 전력 분포를 발생시키도록 구성될 수도 있다. 전력 윈도우 (112) 는 TCP 코일 (110) 로부터 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 로 에너지가 전달되게 하는 동안 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 로부터 TCP 코일 (110) 을 분리하도록 제공된다. 매칭 네트워크 (118) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 가 전극 (120) 에 의해 지지되는 기판 (164) 상의 바이어스 전압을 설정하도록 전극 (120) 에 전력을 제공한다. 제어기 (124) 가 플라즈마 전력 공급부 (106), 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (130), 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 에 대해 지점들을 설정한다. 전극 (120) 은 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 에서 기판 (164) 을 지지하도록 사용된다.
플라즈마 전력 공급부 (106) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는, 예를 들어 13.56 MHz, 27 MHz, 2 MHz, 60 MHz, 200 kHz, 2.54 GHz, 400 kHz, 및 1 MHz, 또는 이들의 조합들과 같은 특정한 무선 주파수들에서 작동하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (106) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위해 전력들의 범위를 공급하도록 적절하게 크기가 정해질 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 전력 공급부 (106) 는 50 내지 5000 W의 범위 내 전력을 공급할 수도 있으며, 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는 20 내지 2000 V의 범위 내 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 4 kV 또는 5 kV까지의 바이어스에 대해 25 kW 이하의 전력이 제공된다. 또한, TCP 코일 (110) 및/또는 전극 (120) 은 단일 전력 공급부에 의해 전력공급되거나 복수의 전력 공급부들에 의해 전력공급될 수도 있는 두 개 이상의 서브 코일들 또는 서브 전극들을 포함할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 는 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (130) 을 더 포함한다. 가스 소스 (130) 는 샤워헤드 (140) 와 같은 가스 유입구를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 와 유체로 연통한다. 가스 유입구는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고, 가스를 주입하기 위해 임의의 형태를 취할 수도 있다. 그러나, 바람직하게 가스 유입구는 “튜닝 가능한” 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있고, 이는 플라즈마 프로세스 한정 챔버 (104) 의 복수의 존들 (zones) 에 가스들의 각각의 플로우의 독립적 조정을 가능하게 한다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 또한 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내에 특정한 압력을 유지하도록 역할하는 압력 제어 밸브 (142) 및 펌프 (144) 를 통해 플라즈마 프로세스 한정 챔버 (104) 로부터 제거된다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (130) 은 제어기 (124) 에 의해 제어된다. CA, Fremont 소재의 Lam Research Corp. 에 의한 Kiyo가 일 실시예를 실시하도록 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 용량성 커플링을 사용하는 CA, Fremont 소재의 Lam Research Corp. 에 의한 Flex가 일 실시예를 실시하도록 사용될 수도 있다.
이 실시예에서, 펌프 (144) 뒤에 배기 파이프 (146) 에 연결된 가스 셀 (132) 이 제공되고, 배기 가스가 안으로 흐른다. 광원 (134) 이 광원 (134) 으로부터 광 빔이 가스 셀 (132) 내로 지향되도록 가스 셀 (132) 내 윈도우에 인접하게 위치된다. 광 빔은 (통상적으로 1 m보다 큰 거리에 대해) ppb 레벨 또는 훨씬 보다 낮은 1/100의 ppt 검출을 달성하도록 복수 회 가스 셀을 통해 이동할 수 있다. 그 광은 가스 셀 내부로 이동할 때 가스에 의해 흡수된다. 광 검출기 (136) 가 광 흡수 레벨을 측정하기 위해 가스 셀 (132) 내 또 다른 윈도우에 인접하게 위치된다. 또 다른 실시예에서, 광 검출기 (136) 는 동일한 윈도우가 광 검출기 (136) 및 광원 (134) 에 대해 사용될 수도 있도록 광원 (134) 에 인접하게 배치될 수도 있다.
도 2는 실시예들에서 사용된 제어기 (124) 를 구현하기에 적합한 컴퓨터 시스템 (200) 을 도시하는 고 레벨 블록도이다. 컴퓨터 시스템은 집적 회, 인쇄 회 기판, 및 소형 휴대용 디바이스부터 대형 슈퍼 컴퓨터까지 범위의 많은 물리적 형태들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (200) 은 하나 이상의 프로세서들 (202) 을 포함하며, (그래픽들, 텍스트, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (204), 메인 메모리 (206) (예를 들어, RAM (Random Access Memory)), 저장 디바이스 (208) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (210) (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스들 (212) (예를 들어, 키보드들, 터치스크린들, 키패드들, 마우스 또는 다른 포인팅 디바이스들, 등), 및 통신 인터페이스 (214) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (214) 는 소프트웨어 및 데이터로 하여금 링크를 통해 컴퓨터 시스템 (200) 과 외부 디바이스들 사이에 전달되게 한다. 통신 인터페이스 (214) 는 또한 시스템을 모니터링하고 라이브 성능을 최적화하기 위해 시스템의 설정들을 조정하거나 변경하도록 사용될 수도 있다. 시스템은 또한 전술한 디바이스들/모듈들이 연결되는 통신 인프라스트럭처 (216) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 를 포함할 수도 있다.
통신 인터페이스 (214) 를 통해 전송된 정보는 신호들을 반송하는 통신 링크를 통해 통신 인터페이스 (214) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있고, 전선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 휴대전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스를 사용하여 하나 이상의 프로세서들 (202) 은 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 상기 기술된 방법 단계들을 수행하는 동안 네트워크로 정보를 출력할 수도 있다고 고려된다. 또한, 방법 실시예들은 프로세서들 상에서만 실행될 수도 있고, 또는 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
용어 “비일시적 컴퓨터 판독가능 매체”는 일반적으로 주 메모리, 보조 메모리, 이동식 저장장치, 및 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은 저장 디바이스들과 같은 매체를 지칭하도록 사용되고, 반송파들 또는 신호들과 같은 일시적 주제를 커버하도록 해석되지 않는다. 컴퓨터 코드의 예들은 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 기계 코드, 및 인터프리터 (interpreter) 를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 보다 고 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 반송파에 구현된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신되고, 프로세서에 의해 실행 가능한 인스트럭션들의 시퀀스를 나타낼 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 가스 셀 (132) 의 보다 상세한 개략도이다. 배기 파이프 (146) 는 펌프의 출력부로부터 연장한다. 가스 셀 (132) 은 가스 챔버 (304), 제 1 거울 (308), 및 제 2 거울 (312) 을 포함한다. 가스 챔버 (304), 제 1 거울 (308), 및 제 2 거울 (312) 은 광학 캐비티 (316) 를 규정한다. 배기 파이프 (146) 는 배기물로 하여금 가스 챔버 (304) 의 광학 캐비티 (316) 내로, 그리고 이후 출력부 포트 (320) 를 통해 광학 캐비티 (316) 밖으로 흐르게 한다. 이 실시예에서 광학 캐비티 (316) 의 내외로 배기물의 흐름은 선형 경로를 따른다. 이 실시예에서 QCL (Quantum Cascade Laser : 양자 캐스케이드 레이저) IR 광원인 광원 (134) 은 제 1 거울 (308) 의 윈도우 (328) 에 인접하게 제공된다. 출력부 광섬유 (332) 가 제 2 거울 (312) 을 통해 IR 검출기인 광 검출기 (136) 와 광학 캐비티 (316) 사이에 광학적으로 연결된다. 광은 가스 셀 내로 직접 또는 광섬유들을 통해 커플링될 수 있다. 가열기들 (336) 은 제 1 거울 (308) 및 제 2 거울 (312) 에 인접하게 배치된다. 하나 이상의 가열기들 (336) 은 열 센서들을 가질 수도 있다. 가열기들 (336) 은 제어기에 전기적으로 연결되고 제어기에 의해 제어될 수도 있고, 제어기로 온도 데이터를 제공할 수도 있다. 제 1 퍼지 링 채널 (342) 을 갖는 제 1 퍼지 링 (340) 및 제 2 퍼지 링 채널 (346) 을 갖는 제 2 퍼지 링 (344) 이 제공되고, 가스 챔버 (304) 를 둘러싼다. 제 1 퍼지 링 (340) 은 제 1 거울 (308) 에 인접하고, 제 1 퍼지 가스 입력부 (348) 를 갖는다. 제 2 퍼지 링 (344) 은 제 2 거울 (312) 에 인접하고, 제 2 퍼지 가스 입력부 (352) 를 갖는다. 제 1 퍼지 링 (340) 및 제 2 퍼지 링 (344) 은 복수의 퍼지 가스 노즐들 (356) 을 통해 가스 셀 (132) 및 광학 캐비티 (316) 와 유체로 연통한다.
도 4는 절단면 IV-IV를 따라 도 3의 제 2 퍼지 링 (344) 및 제 2 거울 (312) 의 단면도이다. 이 예에서, 12 개의 퍼지 가스 노즐들 (356) 이 제 2 퍼지 링 (344) 에 의해 제공된다. 이 예에서, 광 빔이 조사 영역들 중 하나가 출력부 광섬유 (332) 에 있는 12 개의 조사 영역들 (404) 에서 제 2 거울 (312) 로 지향되도록, 광원, 제 1 거울, 제 2 거울, 및 광 검출기가 위치된다. 이 예에서, 조사 영역들 (404) 은 제 2 거울 (312) 의 원주 둘레의 링에 있다. 12 개의 가스 노즐들 (356) 은 제 2 거울 (312) 의 다른 영역들에 대해 조사 영역들로 퍼지 가스를 선택적으로 지향시키도록 위치된다. 예를 들어, 조사 영역들 (404) 에 도달하는 퍼지 가스가 중심 영역 (408) 에 도달하는 퍼지 가스보다 높은 압력에 있도록, 제 2 거울 (312) 의 중심 영역 (408) 은 어떠한 조사 영역들도 갖지 않는다. 도 3은 광 빔 (360) 이 어떻게 조사 영역들 사이의 제 1 거울 (308) 과 제 2 거울 (312) 사이에서 복수 회 반사되는지 예시한다. 이 예에서, 반사들은 조사 영역들을 사용하여 원을 만든다.
도 5는 일 실시예에서 사용된 퍼지 가스 시스템 (504) 의 개략도이다. 퍼지 가스 시스템 (504) 은 퍼지 가스 소스 (508), 고 플로우 라인 (512), 고 플로우 라인 (512) 에 적어도 부분적으로 평행한 저 플로우 라인 (516), 및 저 플로우 및 펄싱된 고 플로우를 제공하기 위해 고 플로우 라인 (512) 과 저 플로우 라인 (516) 사이에서 플로우를 스위칭하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함한다. 이 실시예에서, 저 플로우 라인 (516) 은 저 플로우를 제공하는 저 플로우 오리피스 (orifice) (520) 를 포함한다. 고 플로우 라인 (512) 은 고 플로우 라인 밸브 (524) 및 고 플로우 오리피스 (528) 를 포함한다. 저 플로우 라인 (516) 및 고 플로우 라인 (512) 은 적어도 부분적으로 평행하고, 이후 병합되며 밸브 (532) 로 입력을 제공한다. 밸브 (532) 의 출력은 분할되고, 제 1 퍼지 가스 입력부 (348) 및 제 2 퍼지 가스 입력부 (352) 로 입력으로서 제공된다. 이 실시예에서, 고 플로우 라인 밸브 (524) 및 밸브 (532) 는 저 플로우 및 펄싱된 고 플로우를 제공하기 위해 고 플로우 라인과 저 플로우 라인 사이에서 플로우를 스위칭하기 위한 스위치로서 사용될 수도 있다. 이 예에서, 고 플로우 라인 (512) 으로의 스위칭은 퍼지 가스로 하여금 저 플로우 라인 (516) 을 통해 계속해서 흐르게 한다. 그러나, 고 플로우 라인 (512) 이 보다 높은 플로우를 갖기 때문에, 고 플로우 라인 (512) 이 우세하다. 이 예에서, 저 플로우 라인 (520) 은 300 sccm의 저 플로우를 제공하고, 고 플로우 오리피스 (528) 는 3000 sccm의 고 플로우를 제공한다. 고 플로우 라인 밸브 (524) 또는, 고 플로우 라인 밸브 (524) 및 밸브 (532) 의 조합이 펄싱된 고 플로우를 제공하기 위해 고 플로우와 저 플로우 사이에서 플로우를 스위칭하기 위한 스위치 또는 플로우 제어기를 제공하도록 사용될 수도 있다.
동작에서, 기판이 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 에서 프로세싱된다. 일례에서, 실리콘 함유 층이 실리콘 함유 부산물 가스를 생성하면서 에칭된다. 실리콘 함유 부산물 가스는 광학 캐비티 (316) 내로 펌프에 의해 배기물로서 펌핑 아웃된다. 광원 (134) 은 제 1 거울 (308) 과 제 2 거울 (312) 사이에서 조사 영역들 (404) 에서 복수 회 반사되고, 이후 광 검출기 (136) 로 지향되는 광 빔 (360) 을 광학 캐비티 (316) 내로 제공한다. 광 검출기 (136) 는 제어기 (124) 에 출력을 제공하고, 이 제어기는 런-투-런 프로세스 매칭을 달성하기 위해 사용될 수 있는 ER (Etch Rate : 에칭 레이트), 선택성, 및 균일성과 같은 에칭 프로세스 파라미터들을 결정하기 위해 출력을 사용한다. 이 예에서, 제어기 (124) 는 에칭 프로세스 파라미터들을 결정하도록 사용되는 가스 부산물의 농도를 결정하기 위해 광 검출기 (136) 로부터 입력을 사용하는 측정 제어기로서 사용된다. 이 프로세스 동안, 퍼지 가스 시스템 (504) 은 먼지, 입자들, 및 부산물이 광을 회절시키고 광학 엘리먼트들의 반사도 또는 투과 특성을 낮추기 때문에, 조사 영역들에 먼지, 입자들, 및 부산물들이 도달하는 것을 방지하기 위해 조사 영역들 (404) 로 퍼지 가스 노즐들 (356) 을 통해 N2 퍼지 가스의 낮은 플로우 분출 (jet) 을 제공한다. N2 퍼지 가스의 펄싱된 고 플로우가 조사 영역들을 더 세정하도록 제공될 수도 있다. 결정된 프로세스 파라미터들은 프로세스 레시피를 변경하기 위해 사용된다.
다양한 실시예들에서, 퍼지 가스는 N2, Ar, 및 공기일 수도 있다. N2는 N2가 저렴하기 때문에 바람직한 에칭 가스이다. 공기가 사용되면, 공기는 정화되어야 하고, 습기가 제거되어야 한다. 일부 실시예들에서, 광학 엘리먼트들은 거울을 보호하는 윈도우들일 수도 있고, 조사 영역들은 광이 지향되고 거울로 그리고 거울로부터 광이 통과하는 윈도우들 상의 지점들이다. 다양한 실시예들은 이전에 구동된 프로세스들로 인한 오염에 따라 150 sccm 내지 6000 sccm의 퍼지 가스 플로우 레이트들을 제공할 수도 있다. 본 실시예는 6000 sccm 미만의 플로우 레이트로 충분한 세정을 가능하게 한다. 보다 바람직하게 충분한 세정은 3000 sccm 미만의 플로우 레이트로 제공된다. 최대 플로우 레이트 이하의 세정을 제공함으로써, 목표된 세정을 제공하기 위해 부가적인 펌프들은 필요하지 않다. 바람직하게, 고 플로우 라인은 저 플로우 라인의 퍼지 가스의 플로우 레이트보다 고 플로우 레이트의 퍼지 가스를 제공한다. 보다 바람직하게, 고 플로우 라인은 저 플로우 라인의 퍼지 가스의 플로우 레이트의 2 배보다 큰 퍼지 가스의 플로우 레이트를 제공한다. 보다 바람직하게, 고 플로우 라인은 저 플로우 라인의 퍼지 가스의 플로우 레이트의 5 배보다 큰 퍼지 가스의 플로우 레이트를 제공한다.
퍼지 가스는 조사 영역들 (404) 에 선택적으로 지향된다. 퍼지 가스의 저 플로우는 오염물질들이 조사 영역들 (404) 상에 증착하는 것을 선택적으로 방지하도록 사용될 수도 있고, 이는 조사 영역들 (404) 의 광학적 특성들의 열화를 방지한다. 퍼지 가스의 고 플로우 펄스는 부가적인 세정을 제공하고 조사 영역들 (404) 상의 증착물을 제거하도록 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 저 플로우는 일정할 수도 있고, 고 플로우는 펄싱될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 저 플로우 및 고 플로우 모두가 펄싱될 수도 있다.
이 실시예에서, 조사 영역들의 반사도는 일관된 프로세스 엔드 콜 아웃 (end call out) 에 매우 중요하다. 조사 영역들이 입자들로 오염되면, 반사도가 감소하여 감도 감소를 유발하고, 엔드 프로세스는 감지될 수 없다. 이 실시예는 진공 파괴 없이 조사 영역들 (404) 의 세정 및 유지를 가능하게 한다.
이 실시예에서, 광원 (134) 은 IR 광원이다. 광 검출기 (136) 는 IR 광 검출기이다. 제 1 거울 (308) 및 제 2 거울 (310) 은 IR 광을 반사하는 IR 광학 엘리먼트들이다. 바람직하게, Si 함유 부산물들을 검출하기 위해 광은 IR 광이다. 다른 실시예들에서, 광원 (134) 은 가시광선 또는 UV 광을 제공하기 위한 가시광원 또는 UV 광원일 수도 있다. 광 검출기 (136) 는 가시광선 검출기 또는 UV 광 검출기일 것이다. 거울들은 가시광선 또는 UV 광을 반사할 것이다. 이 실시예에서 제 1 거울 (308) 은 제 1 광학 엘리먼트를 제공하고, 제 2 거울 (310) 은 제 2 광학 엘리먼트를 제공한다.
도 6은 24 개의 노즐들이 있는 실시예와 비교하여 12 개의 노즐들이 있는 상기 실시예의 테스트를 예시하는 그래프이고, 24 개의 조사 영역들이 사용된다. 그래프는 12 개의 노즐들에 대한 총 N2 플로우 대 거울에 도달하는 CF4 몰 (mole) 분율의 플롯인, 제 1 곡선 (604) 을 도시한다. 제 2 곡선 (608) 은 24 개의 노즐들에 대해 동일한 플롯을 도시한다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 24 개의 노즐들을 제공하는 것은 12 개의 노즐들을 제공하는 것 이상의 많은 이점을 제공하지 않는다. 결과로서, 바람직하게, 12 개의 노즐들만이 24 개의 조사 영역들에 제공된다. 실험들은 300 sccm의 N2 퍼지 가스가 요구된 품질의 거울들을 유지하기 충분하다는 것을 발견했다. 시뮬레이션은 입자 먼지를 밀어낼 (repelled) 수 있는지 확인하기 위해 무거운 가스로 CF4를 사용했다. 실험들은 조사 영역들이 거울의 다른 영역들과 비교하여 선택적으로 유지된 것을 발견했다. 거울의 특정한 영역들만 세정함으로써, 광학 품질을 유지하는 동안 가스의 플로우가 감소될 수도 있다. 도 3은 노즐로부터 퍼지 가스의 분출이 거울들의 표면과 약 60° 각도를 이루도록 퍼지 가스 노즐들 (356) 은 기울어진다는 것을 도시한다. 다양한 실시예들은 퍼지 가스 플로우가 30° 내지 80° 각도로 조사 영역들에 충돌하도록, 노즐들을 기울이는 것이 최소한의 플로우를 유지하는 동안 충분한 세정을 가능하게 한다는 것을 발견하였다.
실험들은 또한 목표된 광학 품질로 조사 영역들을 유지하도록 증착을 방지하기 위해, 90 ℃보다 높은 온도에서 거울 표면을 유지해야 한다는 것을 발견하였다. 보다 바람직하게, 가열기는 그렇지 않으면 광학 캐비티를 방해하는 어떠한 기계적 변형도 유발하지 않고 100 ℃보다 높은 온도에서 거울 표면을 유지한다. 일례에서, 가열기는 저항 히터일 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 가열기들이 상이한 온도들로 상이한 가열 존들을 가열하는 상이한 가열 존들이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 조사 영역들을 포함하는 존이 조사 영역들을 포함하지 않는 존보다 높은 온도로 가열될 수도 있다.
도 7은 또 다른 실시예의 상면도이다. 이 실시예는 실린더의 측벽을 형성하는 링 형상 거울 (704) 을 도시한다. 미도시된 가스 챔버는 실린더의 상단부 및 하단부를 형성하고, 배기 펌프 및 출력 포트에 연결된다. 광원 (134) 및 광 검출기 (136) 가 링 형상 거울 (704) 의 윈도우에 인접하게 위치된다. 이 실시예에서, 광 빔 (708) 은 광원 (134) 으로부터 광 검출기 (136) 로 가는 별 형상 패턴을 형성한다. 반사들의 수는 광의 입사각에 의해 제어되고, 광 경로는 별 다각형 형상을 가질 수도 있다.
8 개 또는 10 개 지점의 별들과 같은 다른 별 형상 경로들이 경로 길이를 증가시키도록 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 수직 경로가 나선형 경로를 생성하도록 별 경로와 함께 결합될 수도 있다.
부산물이 배기 시스템을 통과한 후 부산물의 측정은 부산물이 보다 집중될 때 보다 고압에서 측정이 수행되게 한다. 이는 플라즈마 프로세싱 챔버가 저압에서 동작될 때 이점을 제공한다. 일부 플라즈마 프로세싱 시스템들은 CA, Fremont 소재의 Lam Research에 의해 제조된 SELIS 및 Syndion과 같이 훨씬 더 고압에서 동작할 수도 있다. 이러한 보다 고압의 챔버들은 부산물 측정, 가스 퍼징, 및 프로세싱 챔버 내 광학 엘리먼트 가열을 가능하게 할 것이다.
다양한 실시예들은 DRAM 및 3D-NAND 디바이스들과 같은 메모리 디바이스들을 제공하는데 유용하다. 다양한 실시예들에서 플라즈마 프로세스는 실리콘 함유 층 또는 로우-k (low-k) 유전체 층의 에칭 프로세스이다. 다양한 실시예들에서 RF 전력은 유도적으로 커플링되거나 용량적으로 커플링될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 실리콘 옥사이드와 폴리실리콘 (OPOP) 또는 실리콘 옥사이드와 실리콘 나이트라이드 (ONON) 의 교번하는 층들이 에칭될 수도 있다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 치환들, 수정들 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 치환들, 수정들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.
Claims (20)
- 프로세싱 챔버의 배기 펌프로부터 배기 출력부에 부착 가능한 가스 배기 부산물 측정 시스템에 있어서,
배기 출력부로부터 배기물을 수용하도록 구성된 가스 챔버로서, 상기 가스 챔버는 광학 캐비티를 더 포함하고, 상기 배기물은 상기 광학 캐비티를 통과하는, 상기 가스 챔버;
적어도 하나의 광학 엘리먼트;
광원 (light source);
광 검출기로서, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트, 상기 광원, 및 상기 광 검출기는 상기 광원으로부터의 광 빔 (beam) 이 상기 광 검출기에 도달하기 전 복수 회 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 지향되도록 위치되는, 상기 광 검출기;
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 가열기에 의해 가열되도록, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트에 열을 제공하기 위한, 상기 적어도 하나의 가열기;
퍼지 가스 소스 (source);
상기 광학 캐비티와 유체로 연통하는 복수의 퍼지 가스 노즐들 (nozzles);
상기 퍼지 가스 소스와 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통하는 고 플로우 라인;
상기 퍼지 가스 소스와 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들 사이에 유체로 연통하는 저 플로우 라인으로서, 상기 저 플로우 라인의 적어도 일부는 상기 고 플로우 라인과 평행한, 상기 저 플로우 라인; 및
고 플로우 및 저 플로우를 포함하는 복수의 플로우 레이트들을 관리하기 위한 적어도 하나의 플로우 제어기를 포함하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 제 1 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 광 빔은 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 복수의 조사 영역들로 지향되고, 그리고 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들은 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 상기 복수의 조사 영역들로 퍼지 가스를 선택적으로 지향시키는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 거울을 포함하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 퍼지 가스 소스는 N2, Ar, 또는 공기 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 제공하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 제 1 광학 엘리먼트 및 제 2 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 제 1 광학 엘리먼트 및 상기 제 2 광학 엘리먼트는 이격되고, 그리고 상기 광학 캐비티는 상기 제 1 광학 엘리먼트와 상기 제 2 광학 엘리먼트 사이에 있는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 고 플로우는 펄싱되지만 상기 저 플로우는 일정한, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원은 IR 광원이고, 상기 광 검출기는 IR 검출기이며, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 IR 광학 엘리먼트인, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 제 1 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 광 빔은 상기 제 1 광학 엘리먼트의 원주 둘레에 배치된 복수의 조사 영역들로 지향되고, 그리고 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들은 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 상기 복수의 조사 영역들로 퍼지 가스를 선택적으로 지향시키는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 제 1 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 광 빔은 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 복수의 조사 영역들로 지향되고, 그리고 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들은 상기 퍼지 가스 소스로부터 퍼지 가스를 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 상기 복수의 조사 영역들로 선택적으로 지향시키고, 상기 퍼지 가스는 상기 조사 영역들을 선택적으로 세정하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 제 1 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 광 빔은 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 복수의 조사 영역들로 지향되고, 그리고 상기 복수의 퍼지 가스 노즐들은 상기 퍼지 가스 소스로부터 퍼지 가스를 상기 제 1 광학 엘리먼트 상의 상기 복수의 조사 영역들로 선택적으로 지향시키고, 상기 퍼지 가스는 상기 조사 영역들을 선택적으로 세정하고 상기 조사 영역들 상의 증착을 감소시키는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 고 플로우가 펄싱되고 상기 저 플로우가 펄싱되는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출기로부터 입력을 수신하도록 연결된 측정 제어기를 더 포함하고,
상기 측정 제어기는,
적어도 하나의 프로세서; 및
컴퓨터 판독가능 매체를 포함하고,
상기 컴퓨터 판독가능 매체는,
상기 광 검출기로부터 입력을 수신하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드; 및
상기 광 검출기로부터의 상기 입력으로부터 가스 부산물 농도를 결정하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법에 있어서,
기판을 건식 프로세싱하는 단계로서, 상기 건식 프로세싱은 적어도 하나의 가스 부산물을 생성하는, 상기 기판을 건식 프로세싱하는 단계;
프로세싱 챔버로부터 상기 적어도 하나의 가스 부산물을 배기 펌프를 통해 가스 셀 내로 펌핑하는 단계로서, 상기 가스 셀은 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함하는, 상기 적어도 하나의 가스 부산물을 펌핑하는 단계;
상기 가스 셀 내 상기 적어도 하나의 가스 부산물의 농도를 측정하는 단계;
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 가열하는 단계;
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 저 플로우 퍼지 가스를 제공하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 펄싱된 고 플로우 퍼지 가스를 제공하는 단계를 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 가스 부산물의 상기 농도를 측정하는 단계는,
상기 가스 셀 내로 광 빔을 제공하는 단계;
상기 가스 셀을 통해 상기 광 빔을 복수 회 반사시키는 단계; 및
상기 가스 셀을 통해 상기 광 빔이 복수 회 반사된 후 상기 광 빔을 측정하는 단계를 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 빔은 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트의 복수의 조사 영역들로 지향되고, 상기 저 플로우 퍼지 가스 및 상기 고 플로우 퍼지 가스는 상기 복수의 조사 영역들로 선택적으로 지향되는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 펄싱된 고 플로우 퍼지 가스를 제공하는 단계는 상기 저 플로우 퍼지 가스의 플로우 레이트의 2 배보다 큰 플로우 레이트를 제공하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 프로세싱 챔버의 배기 펌프로부터 배기 출력부에 부착 가능한 가스 배기 부산물 측정 시스템에 있어서,
배기 출력부로부터 배기물을 수용하도록 구성된 가스 챔버로서, 상기 가스 챔버는 광학 캐비티를 더 포함하고, 상기 배기물은 상기 광학 캐비티를 통과하는, 상기 가스 챔버;
적어도 하나의 광학 엘리먼트;
광원;
광 검출기로서, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트, 상기 광원, 및 상기 광 검출기는 상기 광원으로부터의 광 빔이 상기 광 검출기에 도달하기 전 복수 회 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트로 지향되도록 위치되는, 상기 광 검출기;
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 가열기에 의해 가열되도록, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트에 열을 제공하기 위한, 상기 적어도 하나의 가열기;
6000 sccm 이하의 퍼지 가스 플로우를 제공하는 퍼지 가스 소스; 및
상기 광학 캐비티와 상기 퍼지 가스 소스 사이에 유체로 연통하는 복수의 퍼지 가스 노즐들을 포함하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 퍼지 가스 소스는 3000 sccm 이하의 퍼지 가스 플로우를 제공하는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 광 빔은 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트의 복수의 조사 영역들로 지향되고, 상기 퍼지 가스 노즐들은 상기 조사 영역들로 선택적으로 지향되는, 가스 배기 부산물 측정 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 광원은 IR 광원이고, 상기 광 검출기는 IR 검출기이며, 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는 IR 광학 엘리먼트인, 가스 배기 부산물 측정 시스템.
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