KR20080059619A - 챔버 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

챔버 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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제프리 더블유 노이너
제프리 에프 로더
스티븐 엠 빌로드
브라이언 씨 핸드릭스
필립 에스 에이치 첸
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어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드
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Abstract

세정 유체를 세정을 실시할 구조체와 접촉시키는 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 세정 공정은 세정 유체를 세정할 구조체에 접촉시키고 이 구조체의 세정 정도에 대응하는 감지 가능한 열에너지 특징을 갖는 세정 배출물을 생성하는 단계와, 세정 배출물의 감지 가능한 열에너지 특징을 나타내는 반응이 생기도록 세정 배출물과 상호 작용하는 물체를 세정 배출물 내에 배치하는 단계와, 세정을 완료할 때를 결정하기 위해 상기 반응을 모니터링하는 단계를 포함한다. 효율적인 재현 가능한 방법으로 종료점 조건을 결정하는 데 유용한 종료점 모니터 센서 요소뿐만 아니라 종료점 알고리즘과 종료점 모니터링도 개시되어 있다.

Description

챔버 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINATION OF ENDPOINT OF CHAMBER CLEANING PROCESS}
본 발명은 유체를 이 유체로 처리할 구조체와 접촉시키는 공정, 예컨대 반도체 공정 툴 챔버로부터 침착물의 제거를 위한 세정 공정의 종료점을 결정하는 것에 관한 것이다.
반도체 및 평판 디스플레이 산업은 박막 증착 공정이 실행되는 챔버의 벽면 등과 같은 공정 툴(process tool)의 표면으로부터 침착된 물질의 제거를 위해 가스상 세정(gas-phase cleaning)을 이용한다.
이러한 가스상 세정 공정에 있어서, 세정 절차의 종료점- 세정이 충분한 정도로 일어난 시점 -에서 세정 공정을 종료하기 위해 그러한 종료점을 결정하고, 이에 따라 요구되는 세정제의 양과, 세정에 필요한 공정 툴의 휴지기(down time)와, 세정과 관련한 유지 비용과, 세정 배출물 내의 독성 물질 혹은 그 밖의 유해한 물질을 줄이기 위해 세정 배출물 처리의 필요로 인한 환경적인 영향을 최소화시키는 것이 매우 바람직할 수 있다.
반도체 제조에 사용되는 많은 증착 기술들 중에 박막 물질의 화학적 기상 증착(CVD)이 널리 사용된다.
CVD는 선택된 금속(예컨대, 텅스텐, 바륨, 티탄, 알루미늄, 구리 등)과 중간층 유전체(예컨대, SiO2)를 증착시키기 위해 통상적으로 사용된다. 증착은 대개 사실상 비선택적이며, 이에 따라 챔버 내부뿐만 아니라 실리콘 웨이퍼 표면 상에서 발생한다. 챔버 내부의 침착물은 제거되지 않을 경우 시간이 경과할수록 축적될 것이며, 궁극적으로 미립자 형태로 웨이퍼 표면 상에 벗겨져 떨어지게 되고, 이는 웨이퍼에 결함을 줄 수도 있고 심지어 웨이퍼를 의도한 목적으로 사용할 수 없게 할 수도 있다.
이러한 미립자 오염 문제는, 실리콘 웨이퍼가 통상적으로 제조 라이프 사이클 동안 CVD 챔버를 여러 번 통과한다는 사실에 의해 악화된다. 따라서, 낮은 웨이퍼 불량률, 적절한 공정 신뢰성 및 반복성을 유지하기 위해 빈번한 챔버 세정이 필수적이다. 몇몇 중요한 용례에서는, 각각의 증착 사이클 직후에 챔버 세정을 수행하는 것이 더 필요할 수 있다. 툴 처리량(tool throughput)에 미치는 영향을 완화시키기 위해, 세정 사이클의 지속 시간을 짧게 유지하고 후속하는 증착을 위해 반복 가능한 세정 상태로 챔버를 유지하는 것이 필수적이다.
종래의 세정법에 있어서, 공정 챔버 내부로부터의 침착물 제거는, 침착물을 세정하고 휘발성 부산물을 형성하는 플라즈마로부터 발생된 반응 가스 종(예컨대, 불소 라디칼)에 챔버 내부를 노출시킴으로써 통상적으로 수행된다. 휘발성 부산물은 공정 배출물로서 챔버 밖으로 펌핑된다.
챔버 세정의 조기 이행은 원위치(in situ)에서 발생하는 플라즈마를 사용한 다. 이러한 이행 방식은 원위치 플라즈마 발생을 용이하게 이용 가능한 플라즈마 화학적 기상 증착(PECVD) 툴의 경우에 특히 선호되고 있다.
그럼에도 불구하고 원위치 플라즈마 발생 기술은 여러 고유한 문제점을 안고 있다. 이러한 PECVD 툴에 사용된 종래의 평행한 플레이트 무선 주파수 플라즈마는 챔버 세정을 위해 최적으로 구성되어 있지 않다. 이러한 세정 공정은 낮은 분해 효율을 나타내는 과불화탄소(PFC) 급송 가스를 사용하여, 높은 PFC 방출과 관련된 높은 감축 비용을 초래한다. 플라즈마 공급원 가스의 불량한 이용은 또한 세정 시간을 과도하게 연장하고, 이는 많은 경우에 증착 공정 기간을 초과하게 된다. 플라즈마와 직접 접촉하는 챔버 내부의 구성품들은 시간의 경과에 따라 강력한 이온 충격에 의해 손상되는 한편, 플라즈마로부터 차폐된 구성품들은 항시 적절하게 세정되지 않는다.
이러한 결함의 결과로, 대안적인 방식(원격 플라즈마 발생)이 해당 산업 분야에서 채용되는 것이 증가되어 왔다. 이러한 대안적인 방식은 챔버 세정 용도를 위한 반응성 종을 발생하도록 특별히 설계된 전용 플라즈마 공급원을 채용한다. 플라즈마 공급원은 세정될 챔버에 대해 비원위치(ex situ)에 위치 설정되며, 반응성 세정 종은 이송 관을 통해 하류측에 있는 챔버로 채널 운반된다. 그 결과, 세정 공정은 사실상 전적으로 화학적이며, 강력한 이온 충돌은 실질적으로 존재하지 않는다. 급송 가스로서 불화탄소 대신 삼불화질소(NF3)를 사용하는 경우, 분해는 거의 완벽하며, 이에 따라 실질적으로 이용 효율이 더 높아지고, 세정 시간은 단축 되며, 배출물의 배출은 최소로 된다. 이러한 현저한 장점으로 인해, 다양한 박막 물질을 에칭 혹은 세정하는 첨단 반도체 제조 공정에서는 NF3 급송 가스를 이용하는 원격 플라즈마를 채택하고 있다.
또한, 원격 플라즈마 발생 세정 시스템의 채용이 점진적으로 증가하는 것으로 인해, 상업적으로 실시할 수 있는 챔버 세정을 종료하는 대안책의 개발이 요구된다. 원위치 플라즈마 세정을 위한 기존의 해결책[예컨대, OES(Optical Emission Spectroscopy; 발광 분광법)와 임피던스 튜닝]은 일반적으로 플라즈마 특성 변화를 모니터링하기 위해 계획되었다. 이러한 해결책들은 원격 플라즈마 세정에 용이하게 적용할 수 없다. 원격 플라즈마 세정을 위한 기존의 해결책들은 종종 화학적 검지 기법(chemical identification technique)에 의해 플라즈마 배출물의 변화를 검사하는데, 그 이유는 플라즈마 배출물의 화학 조성이 시간의 경과에 따라 변하기 때문이며, 에칭 부산물(예컨대, SiF4)은 세정 사이클의 초기에 플라즈마 배출물에 우세하게 존재하며, 챔버 침착물이 점진적으로 제거됨에 따라 미반응된 에칭제 종(예컨대, F 혹은 F2)으로 점차 변한다. 이러한 화학적 검지 기법은 상업적인 반도체 제조 공정에 대한 용례에 있어서 실용적인 것으로 입증되지 않았다.
따라서, 해당 분야에서는 원격 플라즈마 세정의 종료점을 결정하기 위한 시스템과 기술 개발을 지속적으로 추구해왔다.
본 발명은 유체를 이 유체로 처리할 구조체와 접촉시키는 공정, 예컨대 반도체 공정 툴 챔버로부터 침착물의 제거를 위한 세정 공정의 종료점을 결정하는 것에 관한 것이다.
일양태에서, 본 발명은 세정 공정의 반응적인 종료를 위해 세정 유체가 세정할 구조체와 접촉하여 세정 배출물을 생성하게 되는 세정 공정의 종료점을 결정하도록 되어 있는 종료점 모니터에 관한 것으로, 이러한 종료점 모니터는 아래의 모니터링 조립체들 중 적어도 하나를 포함한다. 즉,
(a) 세정 배출물 내에 배치되도록 된 항온 탐침기와, 항온 탐침기에 작동 가능하게 결합되고 항온 탐침기를 예정된 온도 레벨로 유지하는 양으로 항온 온도 탐침기에 전력을 가변적으로 공급하도록 된 전력 공급원으로, 이러한 전력 공급원은, 세정 배출물 내의 항온 탐침기에 공급된 가변 전력을 표시하는 모니터링 신호를 제공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점에 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 전력 공급원을 포함하는 종료점 모니터링 조립체;
(b) 세정 배출물 내에 배치되고 세정 배출물에 의해 열적으로 작동되어 방사선을 방출하도록 된 방사선 방출 타켓과, 상기 타겟으로부터 방출된 방사선이 투과하도록 구성된 윈도우와, 윈도우를 투과한 방출된 방사선을 수용하도록 구성된 방사선 모니터를 포함하며, 이러한 방사선 모니터는 타겟에 의해 방출된 방사선을 표시하는 모니터링 신호를 제공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점이 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 종료점 모니터링 조립체.
다른 양태에서, 본 발명은 세정 공정에 관한 것으로, 이 세정 공정은 세정 유체를 세정할 구조체에 접촉시키고 이 구조체의 세정 정도에 대응하는 감지 가능한 열에너지 특징을 갖는 세정 배출물을 생성하는 단계와, 세정 배출물의 감지 가능한 열에너지 특징을 나타내는 반응이 생기도록 세정 배출물과 상호 작용하는 물체를 세정 배출물 내에 배치하는 단계, 그리고 세정이 완료될 때를 결정하기 위해 상기 반응을 모니터링하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 고상 구성을 갖고, 종료 공정과 항온 레벨에서의 작업 동안 유체에 침지되도록 된 열량 탐침기로서, 이 탐침기가 침지되는 유체가 지닌 시변 열플럭스에 반응하여 상기 항온 레벨을 유지하도록 전원으로부터 전력이 시변량으로 인출되는 것인 열량 탐침기에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 전술한 바와 같은 종료점 모니터를 포함하는 반도체 제조 설비에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 세정 유체를 이용하고 열적 특징이 세정 공정의 완료 정도에 대응하는 세정 배출물을 생성하는 세정 공정을 실시하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 배출물의 열적 특징의 함수인 세정 공정 변수의 변화를 모니터링하는 단계와, 세정 공정의 완료를 표시하는 세정 공정 변수의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 세정할 구조체와 접촉하여 세정 배출물을 산출하는 세정 종을 생성하는 플라즈마 발생 세정 공정의 종료점을 결정하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 배출물과 접촉하는 모니터링 본체의 상호 작용의 변화에 의해 종료점을 결정하기 위해 그 상호 작용을 열량적으로 모니터링하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 세정 매체가 세정할 표면 혹은 구조체와 접촉하고 배출물을 생성하게 되는 세정 공정의 종료점을 결정하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 공정의 종료점을 결정하기 위해 세정의 경과를 나타내는 배출물의 에너지 특징(energetic characteristic)을 모니터링하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로, 이 기판은 이러한 처리의 경과를 나타내는 반응을 나타내며, 이러한 방법은 상기 반응을 모니터링하는 단계와, 상기 반응이 기판 처리의 완료를 나타낼 때 상기 처리를 반응적으로 종료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 고온계(pyrometer), 방사선이 통과하여 고온계로 전달될 수 있는 윈도우, 이 윈도우를 윈도우에 응축된 침착물이 없는 상태로 유지하도록 된 안티 포깅(anti-fogging) 유닛을 포함하는 모니터링 조립체에 관한 것이며, 상기 안티 포깅 유닛은 아래의 요소들 중 적어도 하나를 포함한다. 즉,
(a) 윈도우를 저항으로 가열하도록 된 저항 요소;
(b) 윈도우 상에 가열된 가스를 충돌시키도록 구성된 가열 가스의 공급원;
(c) 윈도우를 가온시키도록 된 히터를 통합하고, 윈도우를 통한 상기 방사선의 전달을 허용하는 구멍이 구비되어 있는, 윈도우 주위의 밀폐체.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 탄화규소 원통체 내의 비정질 탄소 필라멘트를 포함하는 종료점 모니터 센서 요소에 관한 것으로, 상기 탄화규소 원통체는 전력 공급 회로와 접촉하도록 된 단부와 절연 구조에 의해 상기 단부와의 전기 도전으로부터 절연된 주요 종방향 시스부(sheath portion)를 포함하는 니켈 시스에 싸여 있다.
또 다른 양태에 따른 발명은 탄화규소 원통체 내의 비정질 탄소 필라멘트를 포함하는 종료점 모니터 센서 요소에 관한 것으로, 상기 탄화규소 원통체의 단부에는 니켈 접촉부가 커플링되고, 탄화규소 원통체는 상기 단부 중간의 주요 종방향 길이를 따라 절연 시스에 싸여 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 세정을 필요로 하는 챔버와, 종료점 모니터 센서 요소를 구비한 종료점 모니터를 포함하는 공정 설비에 관한 것이다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 챔버로부터 침착물을 제거하고 챔버로부터 세정 매체 배출물을 방출하기 위해 공정 챔버를 통과하는 세정 매체의 유동을 포함하는 세정 공정을 실시하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 공정 동안 시간의 함수인 전력을 모니터링하는 단계와, 트레이스에서 시간 전이의 함수인 모니터링된 전력이 평탄대역(plateau) 특징을 형성할 때 일어나는 것과 같은 세정 공정의 종료점을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태는 공정 챔버로부터 침착물을 제거하고 공정 챔버로부터 세정 매체 배출물을 방출하기 위해 공정 챔버를 통과하는 세정 매체의 유동을 포함하는 세정 공정을 실시하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 세정 공정 동안 시간의 함수인 전력을 모니터링하여 실제 신호와 노이즈 성분을 포함한 대응하는 신호를 생성하는 단계와, 노이즈 성분의 크기가 실제 신호의 일시적인 변화와 적어도 동일할 때 발생하는 것과 같은 세정 공정의 종료점을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 세정을 필요로 하는 챔버와 전술한 방법들 중 한가지 방법에 의한 세정을 모니터링하도록 된 종료점 모니터를 포함하는 공정 설비에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시예들은 아래의 상세 내용과 첨부된 청구의 범위로부터 보다 완전히 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 공정 툴에서 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 시스템을 채용한 반도체 제조 설비의 개략도이다.
도 2는 플라즈마 시험 매니폴드의 개략도이다.
도 3은 Applied Materials P5000 CVD 툴에서 행한 복수 회의 실험적인 질화물 증착-세정 사이클 중에 임피던스 튜닝 블레이드 위치와 열량 탐침기 전력의 일시적인 전개를 보여주는, 시간(단위: 분)의 함수인 전력(단위: mW) 및 이에 대응하는 블레이드 위치 그래프이다.
도 4는 Applied Materials P5000 CVD 툴에서 행한 TEOS 산화물 증착-세정 사이클의 25개의 웨이퍼 카세트 작동에 걸친 열량 탐침기 전력의 일시적인 전개를 각 세정 사이클의 종료시의 전력 판독치와 함께 보여주는, 시간(단위: 분)의 함수인 전력(단위: mW)과 각각의 세정 사이클의 종료("@EOC")시의 전력 판독치의 그래프이다.
도 5는 AKT 15K CVD 툴에서 행한 산화물 증착-세정 사이클 중에 비분산 적외선(NDIR) 신호, 열량 탐침기 전력 및 챔버 압력의 일시적인 전개를 보여주는, 모두 시간(단위: 분)의 함수인 탐침기 전력(단위: mW), 비분산 적외선(NDIR) 신호(임의의 단위), 및 압력(단위: mtorr)의 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시된 것과 유사한 개량형 플라즈마 시험 매니폴드의 개략도이다.
도 7은 니켈 타겟의 배치를 도시한, 도 6의 시험 매니폴드의 일부의 확대도이다.
도 8은 3회의 플라즈마 세정 사이클 동안에 시간의 함수인 불소 및 삼불화질소에 대한 잔류 가스 분석기 압력(단위: Torr×10-9)의 그래프와 T형(내부) 및 K형(적외선 외부)에 대한 열전대 판독치의 그래프(음영 영역은 플라즈마 발생기가 세정을 위해 작동하였던 기간을 나타냄)이다.
도 9는 도 2의 플라즈마 시험 매니폴드의 온도 모니터링 지점을 보여주기 위해 라벨을 붙인 플라즈마 시험 매니폴드의 개략도이다.
도 10은 연속한 삼불화질소 펄스 동안, 시간의 함수인, 3개의 온도 모니터링 장치, 즉 고온계(단위: mV), Lorex KF25 열전대(단위: Ω), 비피복 T형 열전대(단위: mV)의 출력을 보여주는 그래프이다.
도 11은 제1 NF3 펄스 동안, 도 10의 그래프의 중첩된 트레이스를 보여주는 그래프이다.
도 12는 Ni 피복 필라멘트의 니켈 코팅이 전기적으로 절연되어 있는, 본 발명의 일실시예에 따른 종료점 모니터 센서 요소의 개략적인 사시도이다.
도 13은 Ni 피복 필라멘트의 니켈 코팅이 전기적으로 절연되어 있는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 종료점 모니터 센서 요소의 개략적인 사시도이다.
도 14는 테플론으로 피복된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 A), 불연속 니켈 도금 탄화규소 필라멘트(곡선 D), 5시간 동안 0.125mA의 전류로 도금된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 B), 5시간 동안 0.25mA의 전류로 도금된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 E)의 반응을 나타내는, 시간(단위: 분)의 함수인 저항(단위: Ω)의 그래프이며, 여기서 곡선 C는 플라즈마 온/오프 사이클을 나타낸다.
도 15는 테플론®으로 피복된 요소와 불연속 요소가 최저 dR/R 값을 갖는 것을 보여주는, 시간(단위: 분)의 함수인 dR/R에 대응하는 신호 반응의 그래프이다.
도 16은 시간(단위: 분)의 함수인, 신호에 해당하는 절대값 델타 R(dR)(단위: Ω)에 대응하는 그래프이다.
도 17은 트레이스로 식별된 3개의 영역 즉, 영역 Ⅰ(과도기 시작 표시), 영역 Ⅱ(세정 표시), 영역 Ⅲ(종료 이후 표시)을 보여주는 공정 챔버 세정에 대한 샘플 반응 트레이스이다.
도 18은 2개의 SiN 증착 두께에 해당하는 SiN 공정 트레이스의 그래프이다.
본 발명은 구조체의 세정을 실행하기 위해 세정 유체가 그 구조체와 접촉하는 세정 공정의 종료점 결정에 관한 것이다.
비록 본 명세서에서는 주로 반도체 제조 용례에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 시스템 및 방법은 평판 디스플레이의 제조에도 마찬가지로 용이하게 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 반도체 및 반도체 제조에 관한 설명은 평판 디스플레이와 평판 디스플레이의 제조를 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 일양태는 세정 배출물은 감지 가능한 열에너지 특징을 지니며, 이러한 배출물을 생성하도록 세정 매체가 접촉하였던 구조체의 세정과 이러한 열에너지 특징 사이에는 상호 관계가 성립될 수 있다는 원리에 기초를 두고 있다. 보다 구체적으로 말하면, 이러한 양태에 따른 본 발명은 세정할 구조체, 예컨대 화학적 기상 증착용 공정 챔버의 상태를 추정하기 위해 배출물과 스트림 내의 물체(즉, 배출물 스트림 내에 배치되어 있는 물체) 사이의 에너지 교환을 측정하는 접근법을 반영한다.
본 발명은 세정 공정의 반응적인 종료를 위해 세정 유체가 세정할 구조체와 접촉하여 세정 배출물을 생성하는 세정 공정의 종료점을 결정하도록 되어 있는 종료점 모니터를 제공하며, 이러한 종료점 모니터는 아래의 모니터링 조립체들 중 적어도 하나를 포함한다. 즉,
(a) 세정 배출물 내에 배치되도록 된 항온 탐침기와, 항온 탐침기에 작동 가능하게 결합되고 항온 탐침기를 예정된 온도 레벨로 유지하는 양으로 항온 온도 탐침기에 전력을 가변적으로 공급하도록 된 전력 공급원으로, 이러한 전력 공급원은, 세정 배출물 내의 항온 탐침기에 공급된 가변 전력을 표시하는 모니터링 신호를 제 공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점에 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 전력 공급원을 포함하는 종료점 모니터링 조립체;
(b) 세정 배출물 내에 배치되고 세정 배출물에 의해 열적으로 작동되어 방사선을 방출하도록 된 방사선 방출 타켓과, 상기 타겟으로부터 방출된 방사선이 투과하도록 구성된 윈도우와, 윈도우를 투과한 방출된 방사선을 수용하도록 구성된 방사선 모니터를 포함하며, 이러한 방사선 모니터는 타겟에 의해 방출된 방사선을 표시하는 모니터링 신호를 제공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점이 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 종료점 모니터링 조립체.
본 발명의 일실시예는 상기 종료점 모니터링 조립체 (a)를 포함하는 종료점 모니터를 제공하며, 이에 따라 이러한 모니터링 신호를 수신하고 종료점에 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하기 위한 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 중앙 처리 장치는 세정 유체가 통과하여 세정 공정으로 흐르게 되는 유량 조절 밸브를 폐쇄하기 위해 유량 조절 밸브에 이러한 출력을 전달하도록 작동 가능하게 되어 있을 수 있다. 상기 출력은 밸브 액추에이터를 매개로 유량 제어 밸브로 전달될 수 있다.
그러한 종료점 모니터는 반도체 제조 설비, 예컨대 세정 유체가 불소종을 함유하는 삼불화질소로부터 생성된 세정 종 등의 플라즈마 발생 세정 종을 포함하는 설비 내에 배치될 수 있다. 세정할 구조체는 화학적 기상 증착 챔버 등의 반도체 제조 공정 툴을 포함할 수 있다.
본 발명의 종료점 모니터는 상기 종료점 모니터링 조립체 (b)를 대안적으로 혹은 추가적으로 포함할 수 있다. 그러한 종료점 모니터는 모니터링 신호를 수신하고 종료점에 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하기 위한 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 중앙 처리 장치는 세정 유체가 통과하여 세정 공정으로 흐르게 되는 유량 조절 밸브를 폐쇄하기 위해, 예컨대 밸브 액추에이터를 매개로 유량 제어 밸브로 출력을 전달하는 것에 의해 유량 제어 밸브로 출력을 전달하도록 작동 가능하게 되어 있을 수 있다.
그러한 종료점 모니터는 반도체 제조 설비, 예컨대 세정 유체가 불화질소로부터 생성된 플라즈마 발생 세정 종을 포함하고 불소 종을 함유하는 설비 내에 배치될 수 있다. 이러한 제조 설비에서 세정할 구조체는 화학적 기상 증착 챔버 등의 반도체 제조 공정 툴일 수 있다.
방사선 모니터는 임의의 적절한 형태일 수 있으며, 고온계, 예컨대 25℃ 내지 200℃의 작동 온도 범위를 갖는 적외선 고온계를 포함할 수 있다(이러한 온도 범위는 방사선을 생성하는 물체의 표면 온도를 일컬으며, 적외선 고온계는 그러한 온도 범위의 표면 온도를 갖는 물체에 의해 생성된 적외선 방사선에 반응하는 데 주목해야 함). 고온계와 관련된 윈도우는 사파이어 및 Ⅱ족 불화금속(예컨대, 불화바륨, 불화칼슘 및 불화마그네슘) 중에서 선택된 물질과 같은 다른 적절한 물질 을 사용하여 형성될 수 있다.
타겟은 금속, 폴리머 물질, 합금 및 이들의 조합 및 복합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질 등의 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다. 일실시예에서, 타겟은 니켈, 구리, 알루미늄 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 형성된다.
본 발명의 광범위한 실시에 있어서, 세정될 구조체는 임의의 적절한 타입일 수 있으며, 일실시예에서는 반도체 제조 공정 챔버, 예컨대 화학적 기상 증착 챔버와 같은 밀폐체를 포함한다.
본 발명의 종료점 모니터는 반도체 제조 설비에서, 반도체 제품의 화학적 기상 증착 처리를 위해 처리 가스의 공급원과 커플링되어 있는 화학적 기상 증착 챔버 내에 배치될 수 있으며, 화학적 기상 증착 챔버는 세정 공정을 위한 세정 유체의 공급원에 커플링되어 있다. 그러한 실시에 있어서, 전술한 중앙 처리 장치는 화학적 기상 증착 처리와 세정 공정이 교호(交互)하는 순서로 실시되는 사이클을 수행하도록 되어 있을 수 있다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 세정 유체를 세정할 구조체에 접촉시키고 그 구조체의 세정 정도에 대응하는 감지 가능한 열에너지 특징을 갖는 세정 배출물을 생성하는 단계와, 세정 배출물의 감지 가능한 열에너지 특징을 나타내는 반응이 생기도록 세정 배출물과 상호 작용하는 물체를 세정 배출물 내에 배치하는 단계와, 세정이 완료될 때를 결정하기 위해 상기 반응을 모니터링하는 단계를 포함한다.
그러한 공정에서의 반응은 물체의 방사율(emissivity)을 포함할 수 있고 및/ 또는 상기 물체는 예정된 온도 레벨을 유지하는 데 필요한 양만큼 전원으로부터 전력을 인출하도록 된 항온 탐침기로 구성될 수 있으며, 상기 반응은 전원으로부터 인출한 전력의 변화를 포함한다.
이러한 세정 공정의 실시에 있어서, 세정 유체를 세정할 구조체에 접촉시키는 단계는, 예컨대 세정 유체의 공급원으로부터 세정할 구조체로의 세정 유체의 흐름을 종료시킴으로써 세정이 소망하는 정도까지 완료된 것을 결정하자마자 종료될 수 있다.
세정 유체는 불화질소로부터 생성된 것과 같은 플라즈마 발생 세정 종을 포함할 수 있으며, 이에 의해 세정 유체는 불소 종을 함유한다. 본 명세서에는 플라즈마 발생 세정 종을 사용하여 실시되는 세정 공정의 배출물에 관하여 설명되어 있지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않고 일반적으로 세정 매체가 플라즈마의 사용에 의해 생성되는지의 여부에 관계없이 세정 공정을 포함하고 그리고 이러한 세정 공정으로 확장되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서의 설명은 주로 세정 종을 생성하기 위한 플라즈마 발생용 공급원 물질 또는 세정 매체로서 삼불화질소를 사용하는 것에 관한 것이지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않고, 오히려 다른 과불소탄소 세정제를 사용하는 것과 같은 다른 세정 매체의 사용으로 확장되고, 이것을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
추가적으로, 이하의 설명은 주로 침착물이 기상 증착 유닛 공정인 사전 처리에서 나온 물질로 형성되는 것인 공정 챔버 등의 구조체를 세정하는 것에 관한 것 이지만, 본 발명은 이러한 이용성으로 제한되는 것이 아니라, 상기 세정은 임의의 공급원 혹은 사전 처리로부터 얻은 표면 또는 제품 상의 임의의 종류의 침착물 혹은 오염물 제거에 관한 것이라는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 마이크로일렉트로닉 디바이스(microelectronic device)의 제조에 대해서는, 본 발명의 세정 방법과 장치는 물리적 기상 증착(PVD), 스퍼터링, 전해 석출, 화학적 기상 증착, 이온 주입, 플라즈마 보조 증착 등의 수행에 후속하는 세정 공정을 위해 이용할 수 있다.
세정 공정은 화학적 기상 증착 처리와 세정 공정이 교호하는 순서로 실시되는 사이클을 수행하도록 중앙 처리 장치의 사용을 포함할 수 있다.
특정한 실시예에서, 본 발명은 고상 구성을 갖고, 종료 작업과 항온 레벨에서의 작업 동안 유체에 침지되도록 된 열량 탐침기로서, 이 탐침기가 침지되는 유체가 지닌 시변 열플럭스에 반응하여 상기 항온 레벨을 유지하도록 전원으로부터 전력이 시변량으로 인출되는 것인 열량 탐침기에 관한 것이다. 그러한 열량 탐침기는 불소에의 노출에 대해 저항성이 있는 종류의 물질로 제조되는 것이 유리하다.
본 발명의 세정 공정을 채용하는 반도체 제조 설비는 공정 유체의 공급 장치로부터 공정 유체가 공급되는 공정 장비를 더 포함한다. 공정 유체의 공급은 탈착 조건 하에서의 분배를 위해 공정 유체를 흡착하는 물리적 흡착 물질을 포함하는 유형이거나 또는 그 대안으로 내부적으로 배치된 가스압 조절기를 내부에 포함하는 유형의 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.
반도체 제조 설비는 세정 배출물 및/또는 활성 처리 배출물의 처리를 위한 배출물 감소 유닛에 배출물 연통 상태로 배치될 수 있다.
또 다른 양태에서, 세정 유체를 이용하고 열적 특징이 세정 공정의 완료 정도에 대응하는 세정 배출물을 생성하는 세정 공정을 실시하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 배출물의 열적 특징의 함수인 세정 공정 변수의 변화를 모니터링하는 단계와, 세정 공정의 완료를 표시하는 세정 공정 변수의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 단계를 포함한다.
세정 공정은, 예컨대 침착물이 이전 사용 중에 누적되어 있었던 챔버를 세정하기 위해 수행될 수 있다. 세정 공정은 세정 종의 원위치 플라즈마 발생 혹은 그 대안으로 세정 종의 원격 플라즈마 발생을 포함할 수 있다.
그 대안으로, 세정 매체는 임의의 적절한 유형의 것일 수도 있고, 단상의 특징 혹은 다상의 특징이 있을 수도 있다. 일실시예에서, 세정 매체는 고상, 액상, 기상의 공급원 물질로부터 적어도 부분적으로 생성되는 세정 유체를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 세정할 구조체와 접촉하여 세정 배출물을 산출하도록 세정 종을 생성하는 플라즈마 발생 세정 공정의 종료점을 결정하는 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 세정 배출물과 접촉하는 모니터링 본체의 상호 작용의 변화에 의해 종료점을 결정하기 위해 그 상호 작용을 열량적으로 모니터링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 명세서에서 설명한 방법 혹은 장치를 사용하여 마이크로일렉트로닉 디바이스를 제조하고, 선택적으로 마이크로일렉트로닉 디바이스를 제품에 통합하는 방법에 관한 것이다. 일실시예는 본 명세서에서 설명한 방법을 사용하여 반도체 툴을 세정하는 단계와, 마이크로일렉트로닉 디바이스를 제조 하기 위해 반도체 툴을 사용하는 단계를 포함하는 마이크로일렉트로닉 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. "마이크로일렉트로닉 디바이스"라는 용어는 마이크로일렉트로닉, 집적 회로, 혹은 컴퓨터 칩 용도로 사용하기 위해 제조된 반도체 기판, 평판 디스플레이, 초소형 전자 정밀 기계(MicroElectroMechanocal System; MEMS)에 해당한다. "마이크로일렉트로닉 디바이스"라는 용어는 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도는 없으며, 궁극적으로 마이크로일렉트로닉 디바이스 혹은 마이크로일렉트로닉 조립체가 될 임의의 기판을 포함하는 것으로 이해해야 한다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 명세서에서 설명한 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 개량 마이크로일렉트로닉 디바이스 및 이 마이크로일렉트로닉 디바이스를 통합한 제품에 관한 것이다.
스트림 내 물체(in-stream object)가 세정 공정의 경과, 단계, 종료점 혹은 종료점으로의 접근을 표시하는 신호 발생을 위해 채용되는 경우, 그러한 신호는 유선 혹은 무선 전송 혹은 다른 방식에 의해 공정 모니터링 유닛 등의 신호 처리 유닛에 직접 중계될 수 있고, 또 그러한 신호는 무선 주파수 인식(RFID) 장치 등과 같은 중간 저장 사이즈의 전송 요소로 중계될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
따라서, 본 발명은 세정 매체가 세정할 표면 혹은 구조체와 접촉하고 배출물을 생성하는 세정 공정의 종료점을 결정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 세정 공정의 종료점을 결정하기 위해 세정의 경과를 나타내는 배출물의 에너지 특징을 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 에너지 특징은 배출물에 의한 스트림 내 물체의 가열, 배출물의 열적 상태, 혹은 방사율, (스트림 내 물체의 확산율이 조절되거나 몇몇 방식으로 배출물의 특징 혹은 조성에 의해 변하는 것과 같은) 확산 특징 등의 배출물에 의해 조정된 특징일 수 있다.
본 발명은 또한 웨이퍼 에칭 혹은 기판과 관련한 다른 공정에서 고온 측정(pyrometric) 혹은 다른 모니터링을 이용하는 용례에 관한 것으로, 상기 기판은 고온 측정 장치 혹은 다른 모니터링 장치에 의해 모니터링되는 스트림 내 물체이며, 모니터링 유닛은 세정 공정의 종료점을 결정하는 데 채택되었던 방식과 유사한 방식으로 활성 처리의 종료점을 결정하기 위해 채용된다. 따라서, 처리 혹은 프로세싱 작업의 과정이 모니터링될 수 있고, 모니터링 신호가 처리 혹은 프로세싱 작업의 종료를 위해 채용되는 임의의 용례가 본 발명의 광의의 범주 내에서 실시될 수 있다.
전술한 고온 측정 모니터링과 관련하여 이용되는 것과 같은 광학 관찰 윈도우의 사용에 있어서, 시간 경과에 따른 증착 물질의 응축과, 종종 "윈도우 포그 생성(window fogging)"으로서 언급되는 상태로 인해 광학 관찰 윈도우 상에 침착물이 형성될 수 있다.
IR 측정에서 임의의 드리프트(drift)를 피하기 위해, 침착물이 없는 윈도우가 바람직하다. 기상 반응물과 윈도우의 접촉을 억제함으로써 윈도우 포그 생성을 줄이기 위해 내부 가스 퍼지를 이용할 수 있다. 그러나 불완전한 퍼지로 인해 실제로 포그 생성은 여전히 일어날 수 있다. 대안책은, 응축을 방지하면서 분해를 방지하기에 충분히 낮은 온도로 윈도우를 가열하는 것을 포함한다. 이는 (예컨대, 얇은 스트립/와이어/스트립을 사용하여) IR 투과를 허용하는 방식으로 윈도우에 부착된 전기 저항 가열 요소에 의해 혹은 IR을 흡수하지 않는 고온 가스로 윈도우를 외부에서 가열함으로써 수행될 수 있다. 이상적으로, 고온계의 파장은 저항 요소의 파장과 다른 스펙트럼 주파수로 조정된다. 윈도우 포그 생성을 방지하기 위한 추가의 접근법은 윈도우를 가온시키기 위한 가열 장치(예컨대, 밴드형 히터)와, 고온계 빔이 광학 경로를 통해 타겟으로의 통과를 허용하는 구멍을 구비하는, 윈도우 주위의 밀폐체를 제공하는 것을 포함한다.
이제, 고유한 특징, 양태 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 충분히 설명하겠다.
일실시예에 따른 본 발명은 이하에서 보다 충분히 설명하겠지만 광학 윈도우를 통해 스트림 내 물체의 표면 온도를 측정하기 위해 비원위치 적외선 고온 측정법을 이용한다.
적외선 고온계의 감도 제한을 최소화시키기 위해, 스트림 내 물체의 위치 및 형상 인자는 적절한 정확성과 신뢰성을 제공하도록 선택된다. 스트림 내 물체는 소형 열 질량이고, 배출물 가스 도관 혹은 물체가 내부에 배치되는 유동 회로의 다른 구성품 등과 같은 대형 열 질량 구조체로부터 단열되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예에서, 스트림 내 물체는 배출물 배출 도관의 벽면으로부터 단열되어 있는 금속 망상 부재이거나 이 금속 망상 부재를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서 그러한 종료점 모니터링 시스템에 사용된 고온계는 실온(예컨대, 25℃) 내지 200℃ 온도의 작동 온도 범위를 지닌 적외선 고온계가다. 이러한 온도 범위에서 방사선 곡선의 피크는 6 내지 10㎛에 이르며, 고온계는 이러한 스펙트럼 범위의 적어도 일부에 걸쳐 높은 스펙트럼 반응을 제공하도록 되어 있다.
이러한 종료점 모니터링 시스템의 고온계는 배출물 배출 도관의 벽에 형성된 개구에 장착된 중간 개재 윈도우, 예컨대 배출물 배출 도관의 윈도우를 통해 스트림 내 물체에 대해 감지 관계로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 윈도우는 윈도우와 접촉하게 되는 배출물 스트림 내의 세정 종에 의한 에칭과 분해에 대한 내에칭성이 있는 것이 바람직하며, 선택된 스펙트럼 작동 범위에 있는 높은 적외선 투과율을 특징으로 한다.
일실시예에 있어서, 윈도우 물질은 할로겐 에칭제에 의한 에칭에 저항성이 있는 사파이어이며, 원적외선으로 확대되는 방사선 투과율을 갖는다.
일반적으로, 적외선 투과 윈도우는, 예컨대 불화바륨, 불화칼슘 혹은 불화마그네슘 등의 Ⅱ족 불화금속을 포함하는 임의의 적절한 IR-투과성 물질로 형성될 수 있다.
방사선 모니터와 세정 유체 사이의 중간 투과 요소로서 윈도우를 사용하는 것에 대한 대안으로서, 배출물 내의 방사성 물체에서 나온 방사선을 방사선 모니터에 전달하기 위해 방사선 전달 광섬유를 사용할 수 있다. 그러한 광섬유는, 예컨대 할로겐화물 성분이 불소, 염소, 브롬, 요오드일 수 있는 은 할로겐화물과 같은 임의의 적절한 구성 물질로 형성될 수 있다.
적외선 고온계에 의해 열 방사율이 감지되는 스트림 내 물체는 배출물 스트 림 내에 존재하는 에칭제 종에 의한 공격에 저항성이 있고 높은 방사율 표면을 제공하는 적절한 물질로 형성된다. 본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 스트림 내 물체는 세정 공정에서 나온 배출물에 노출시 적절한 투과율과 내식성을 지닌 금속(예컨대, 니켈, 구리, 알루미늄), 고온의 폴리머 물질(예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌) 혹은 합금, 구성 물질의 조합 및 복합물로 형성된다.
원격 플라즈마 발생 시스템뿐만 아니라 원위치 플라즈마 세정에 채택될 수 있는 일실시예에 있어서, 본 발명의 모니터링 시스템은 종료점 작동 중에 플라즈마 배출물에 침지되도록 된 모든 고체 상태의 구성을 지닌 열량 탐침기를 사용한다. 항온에서 작동할 때, 탐침기 전력은 배출물에 의해 운반된 열 플럭스와 밀접한 관련이 있으며, 세정 중인 상류 챔버의 컨디셔닝과 상호 관련이 있다. 탐침기의 하류 위치에 의해, 탐침기 작동은 플라즈마 공급 방법(원위치 작동 혹은 그 대안으로 원격 플라즈마 발생)에 의해 좌우되지 않는다.
이러한 종료점 모니터링 시스템은 원위치 플라즈마 발생 챔버와 원격 플라즈마 발생 챔버 양자에 있어서 반도제 제조 툴의 세정에서 성공적인 것으로 증명되었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 반도체 공정 툴에서 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 시스템을 채용한 반도체 제조 설비(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1의 반도체 제조 설비는 화학적 기상 증착 챔버(12)를 포함하며, 이 챔버는 챔버의 내측 벽면(14)에 의해 경계가 정해진 내부 용적(16)을 형성한다. 챔버 는 챔버 내부 용적(16)으로의 유체 유동용 유입구(20)와, 증착 챔버의 내부 용적(16)으로부터의 유체 방출용 유출 통로(22)를 포함한다.
챔버(12)의 내부 용적(16)에는, 증착 조건 하에서 웨이퍼 표면 상의 금속의 증착 또는 다른 물질 층의 형성을 위해 전구체 증기와 접촉하게 수용되도록 웨이퍼가 그 위에 장착되는 웨이퍼 척(18)이 배치되어 있다.
기상 증착 챔버(12)의 유입구(20)에는 한쌍의 유체 급송 라인이 커플링되어 있다. 내부에 유동 제어 밸브(54)를 구비하는 제1 급송 라인(52)은, 예컨대 텅스텐, 티탄 혹은 다른 금속 증착 종을 위한 유기금속 시약 공급원 등의 증착 공정용 전구체의 공급원(50)에 커플링된다.
상기 공급원(50)은 분배될 유체가 그 위에 흡착되는 물리적 흡착 물질로부터 흡착된 유체의 탈착을 실시하는 분배 조건하에서 상기 물리적 흡착 물질을 포함하는 타입과 같은 임의의 적절한 타입의 저장 및 분배 용기를 포함하거나, 그 대안으로 ATMI, Inc.(코네티컷주 댄버리 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 상표명 SDS, SAGE 및 VAC와 같은 가스압 조절기가 내부에 설치되어 있는 용기를 포함할 수 있다. 본 발명의 광의의 실시에 잠재적으로 유용한 각종 타입의 유체 공급 용기는 미국 특허 제5,518,528호, 미국 특허 제5,704,965호, 미국 특허 제5,704,967호, 미국 특허 제5,935,305호, 미국 특허 제6,406,519호, 미국 특허 제6,204,180호, 미국 특허 제5,837,027호, 미국 특허 제6,743,278호, 미국 특허 제6,089,027호, 미국 특허 제6,101,816호, 미국 특허 제6,343,476호, 미국 특허 제6,660,063호, 미국 특허 제6,592,653호, 미국 특허 제6,132,492호, 미국 특허 제5,851,270호, 미국 특허 제 5,916,245호, 미국 특허 제5,761,910호, 미국 특허 제6,083,298호, 미국 특허 제6,592,653호, 미국 특허 제5,707,424호에 보다 충분히 설명되어 있으며, 이들 특허의 개시 내용은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 양호한 용기는 SDS®와 VAC® 이송 용기(미국 코네티컷주 댄버리 소재의 ATMI, Inc.)를 포함한다.
다양한 용례에서 전술한 물리적 흡착 물질은 고상의 물리적 흡착 물질일 수 있지만, 다른 타입의 흡착제 매체를 포함하는 용기를 채용하여, 흡착제 매체로부터 유체를 후속 분리하도록 유체를 저장할 수 있다. 이러한 양태에 있어서, 흡착제 매체는 용매, 액체, 반고체, 혹은 저장 매체로서의 능력을 지닌 다른 물질을 포함할 수 있다.
예컨대, 유체 저장 매체는 제1 단계에서의 유체의 반응적 흡수와 제2 단계에서의 이전에 흡수한 유체의 반응적 분리를 가능케 하는, 예컨대 이온 액체 매체와 같은 가역 반응 액체 매체일 수 있으며, 제1 및 제2 단계는 서로에 대한 가역 반응이며, 가역 반응법으로 정의된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 용기는, 예컨대 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 공개 제20040206241호에 개시된 바와 같은 액체 흡착제를 사용한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 용기는 미국 특허 제6,921,062호, 미국 가특허 출원 번호 제60/662,515호, 혹은 미국 공개 제20050039794호에 개시된 것과 같은 고체 이송 용기(예컨대, 미국 코네티컷주 댄버리 소재의 ATMI, Inc.로부터 상업적으로 입수할 수 있는 상표명 ProEVapTM와 같은 타입의 용기)이며, 이들 특허 모두 의 개시 내용은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
공급원(50)은 또한 운반 가스와 활성 전구체 종을 포함하는 전구체 스트림을 제공하기 위해 하나 이상의 운반 가스 공급 장치를 포함할 수 있다. 추가적으로, 공급원(50)은 히터 혹은 증발기 장치, 적절한 유동 회로, 유량 제어 밸브, 질량 유량 컨트롤러, 제한된 유량 오리피스 요소, 매니폴딩, 공정 모니터링 장치 등을 포함할 수 있다.
제2 급송 라인(66)은 화학적 기상 증착 챔버(12)의 유입구(20)에 연결되어 있고, 그 내부에 유동 제어 밸브(68)를 포함한다. 제2 유체 급송 라인(66)은 플라즈마 발생기 유닛(64)에 결합되어 있다. 이어서, 플라즈마 발생기 유닛(64)은 또한 급송 라인(62)에 의해 세정 가스 공급원(60)에 연결된다.
급송 라인(52)의 유동 제어 밸브(54)는 밸브 액추에이터 유닛(56)에 작동 가능하게 커플링되어 있고, 밸브 액추에이터 유닛(56)은 신호 전송 라인(58)에 의해 CPU(32)에 결합되어 있다. CPU(32)는 임의의 적절한 타입일 수 있고, 반도체 제조 설비(10)의 모니터링 및 제어에 적절하고 이를 위해 구성된 프로그래밍 가능한 범용 컴퓨터, 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능한 논리 유닛, 혹은 다른 컴퓨터 모듈을 포함할 수 있다.
마찬가지 방식으로, 급송 라인(66)의 유량 제어 밸브(68)는 밸브 액추에이터 유닛(70)에 작동 가능하게 커플링되어 있다. 밸브 액추에이터 유닛(70)은 또한 신호 전송 라인(72)에 의해 CPU(32)에 결합되어 있다.
유출 통로(22)에는, 세정 조건 동안 열량 탐침 요소(24)의 항온을 유지하도 록 되어 있는 전력 제어 모듈(28)에 전기 신호 전송 라인(26)에 의해 연결되어 있는 스트림 내 본체인 열량 탐침 요소(24)가 배치되어 있다. 전력 제어 모듈(28)은 전기 신호 전송 라인(32)에 의해 CPU(32)에 결합되어 있다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 유출 통로(22)는 그 벽면에 개구가 구비되어 있고, 그 개구에는 적외선 투과 윈도우(36)가 배치되어 있다. 적외선 투과 윈도우(36)는 고온계(38)에 대해 적외선 투과 관계로 배열되어 있다. 고온계(38)는 신호 전송 라인(40)에 의해 CPU(32)에 커플링되어 있다.
배출물 방출 라인(44)은 그 일단부가 증착 챔버(12)의 유출 통로(22)에 결합되어 있고, 타단부는 배출물 처리 장치(46)에 커플링되어 있다. 배출물 처리 장치(46)는, 예컨대 배기 라인(48)에 있는 배출물 처리 장치(46)로부터 방출되는 최종 정화 배출물을 산출하기 위해 배출물 처리에 적합한 배출물 처리 스크러버, 산화 혹은 연소 장치, 화학 반응 용기 및/또는 임의의 다른 배출물 저감 장치를 포함한 임의의 적절한 타입일 수 있다.
작동 중에, 반도체 제조 설비(10)는 챔버(12)에서 화학적 기상 증착을 행하도록 구성되어 있다. 증착 공정 동안, 라인(52)의 공급원(50)으로부터 화학적 기상 증착 챔버(12)로 전구체 유체가 흐르도록, 라인(66)의 밸브(68)는 폐쇄되고 라인(52)의 밸브(54)는 개방된다. 그러한 증착 동안, 웨이퍼(도시 생략)는 화학적 기상 증착 조건하에서 웨이퍼 표면 상에 전구체 증기로부터의 소망하는 종을 증착하도록 전구체 증기와 접촉하도록 척(18) 상에 배치되어 있다. 그러한 목적을 위해, 척(18) 상의 웨이퍼는, 예컨대 특정 용례에서 필요하거나 소망하는 바와 같이 전기 저항 가열, 적외선 방사 가열 등으로 가열될 수 있다.
화학적 기상 증착을 위해 웨이퍼와 접촉한 이후에, 증착 종이 고갈된 배출물 증기는 유출 통로(22)에서 챔버(12)로부터 방출되어 라인(44)을 따라 배출물 처리 장치(46)로 흐르며, 상기 배출물 처리 장치에서는 독성이 있거나 유해하거나 혹은 바람직하게 재생된 종들이 배출물 처리 장치(46)로부터 통기 라인(48)으로 방출되는 정화된 배출물을 생성하기 위해 제거된다.
이러한 화학적 기상 증착 공정은 반도체 소자 구조가 제조되기에 적절한 예정된 시간 동안 지속된다. CPU(32)는 적절한 센서, 기계류 등의 배치에 의해 화학적 기상 증착 공정을 모니터링하기에 적합하고 이를 위해 구성될 수 있으며, CPU는 밸브 액추에이터(56)에 의해 화학적 기상 증착 챔버에 도달하는 라인(52) 내의 전구체 스트림의 유량을 조절하기 위해 시스템 내에서 작동 가능하게 되어 있을 수 있다. 따라서, 밸브 액추에이터(56)는 화학적 기상 증착 챔버(12)의 내부 용적(16)으로 활성 전구체 물질 종의 소망하는 정도의 유량을 제공하도록 선택적으로 개폐될 수 있다. 추가적으로, CPU(32)는 운반 가스와 전구체의 혼합에 대하여 전구체 혹은 공급원(50)을 제어하여 화학적 기상 증착 챔버에 도달한 급송 가스 혼합물 내의 전구체 종의 예정된 농도를 제공하도록 작동 가능하게 구성될 수 있다.
다른 변형예로서, CPU(32)는 반도제 제조 설비(10)에 있는 다른 다양한 툴, 재료 및 공정의 모니터링 및/또는 제어에 적합할 수 있다.
화학적 기상 증착 공정을 완료한 후, 화학적 기상 증착 챔버(12)로의 전구체 흐름은 CPU(32)의 제어하에서 밸브 액추에이터(56)의 적절한 작동에 의한 라인(52) 에 있는 밸브(54)의 폐쇄에 의해 종료된다.
이와 동시에, 라인(66)의 밸브(68)는 개방되고, 공급원(60)에서 나온 세정 가스는 라인(62)을 따라 플라즈마 발생기(64)로 유동하여 세정 종을 포함하는 플라즈마를 발생한다. 예컨대, 상기 공급원(60)은 삼불화질소를 플라즈마 발생기(64)로 공급할 수 있으며, 이에 의해 활성 불소 라디칼과 불소 종이 발생하여 화학적 기상 증착 챔버(12)의 내측 벽면(14)으로부터 침착물의 세정을 수행한다. 내측 벽면(14) 상의 침착물의 특징에 따라, 단일 세정 가스를 채용할 수도 있고, 그 대안으로 상이한 세정 가스 혼합물을 플라즈마 발생기(64)로 통과시켜, 사전 화학적 기상 증착 동안 내측 벽면(14) 상에 축적된 침착물을 그 벽면으로부터의 제거하는 데 효과적인 활성 세정 종을 발생시킬 수도 있다.
활성 세정 종은 화학적 기상 증착 챔버(12)의 내부 용적(16)을 통과하여 그 챔버 내의 벽면(14)으로부터 침착물을 세정하기 위해, 플라즈마 발생기로부터 라인(66)을 따라 화학적 기상 증착 챔버(12)의 유입구(20)로 유동한다.
세정 공정으로부터 나온 배출물은 배출 통로(22)로 유동하며, 이 배출 통로로부터 라인(44)을 따라 배출물 처리 장치(46)로 유동하여 정화되며, 이렇게 정화된 배출물은 통기 라인(48)으로부터 배출된다. 세정 배출물의 처리는 화학적 기상 증착 배출물로부터 유해한 종의 감소를 위해 채용한 배출물 처리 장치 이외의 다른 배출물 처리 유닛에서 수행될 수 있으며, 그러한 목적을 위해 라인(44)은, 각각의 CVD 배출물과 세정 배출물을 상이한 배출물 감소 유닛으로 통과시킬 수 있는 매니폴드와 폐쇄형 가스 유동 연통 상태로 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
유출 통로(22)로 유동하는 원격 플라즈마 발생 세정 배출물은 열량 탐침기(24)와 접촉한다. 이 탐침 요소(24)는 항온을 유지하기 위해 전기 전송 라인(26)에 의해 탐침기에 커플링된 전원(28)에 의해 전력이 공급된다. 따라서, 세정 배출물이 탐침기(24)와 접촉할 때, 그 배출물은 세정 공정의 경과, CVD 챔버(12)의 내측 벽면(14) 상에서의 침착물과의 세정 종의 화학 반응, 챔버(12)의 온도 등에 의해 결정되는 열적 특징을 가질 것이다. 동적으로 변하는 세정 배출물의 열적 특징으로 인해, 탐침 요소(24)를 항온으로 유지하는 데 필요한 전력은 이에 대응하여 변할 것이다. 탐침 요소(24)에 의해 인출된 전력의 이러한 변화는 신호 전송 라인(30)에 있는 CPU(32)와 교신하는 전원(28)으로부터의 전력 인출 신호에 의해 모니터링된다.
CPU에 의해 수신된 전력 신호는 세정의 종료점 혹은 소망하는 완료 상태를 표시하는 변화를 결정하기 위해 모니터링된다. CPU에 의해 감지되는 그러한 종료점에서, CPU는 라인(66)에 있는 유량 제어 밸브(68)를 폐쇄하도록 신호를 전송 라인(72)에서 밸브 액추에이터(70)로 반응적으로 전송하며, 이것에 의해 세정 공정이 종료된다.
상기 탐침기(24)에 의해 제공된 열량 측정 모니터링 능력에 추가하여, 반도체 제조 설비(10)는 다른 모니터링 시스템과 챔버 세정 공정의 종료점을 결정하기 위한 능력, 예컨대 열량 탐침기에 의해 제공된 종료점 결정에 대한 백업 혹은 보충 능력을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 종료점 모니터링을 위한 보충 능력은, CPU 혹은 다른 신호 처리 장치에 의한 처리를 위해 추가된 혹은 평균을 낸 신호를 제공 하여 전체 종료점 검출 시스템의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위해 채용할 수 있다.
다른 변형예로서, 추가적인 종료점 모니터링 능력은, 탐침기(24)가 세정 공정 종료의 주요 제어를 제공하는 통합 모니터링 및 제어 시스템의 일부로서 복수의 활성 성분들을 포함하는 세정 배출물 내의 특정한 종을 모니터링하기 위해 채용할 수 있지만, 다른 종들은, 예컨대 챔버 내벽면으로부터 침착된 특정한 종의 제거를 위해 각각 의도된, 상이한 세정제의 연속한 주입이 존재하는 경우와 같은 보조 수단에 의해 모니터링된다.
도 1의 설비에서, 그러한 보조 종료점 모니터링은 탐침기(24)에 의해 방출되고 윈도우(36)를 통해 전달되는 적외선을 모니터링하는 고온계(38)에 의해 제공된다. 이 고온계(38)는 신호 전송 라인(42)을 따라 CPU(32)로 전송되는 제어 신호를 반응적으로 발생한다.
다른 양태에 있어서, 도 1의 설비는 고온계(38)로 단지 세정 공정만을 고온 측정 모니터링하도록 작동될 수 있다. 그러한 양태에서, 신호 전송 라인(40)의 고온계(38)에 의해 전송된 모니터링 신호는 세정 공정의 종료점을 표시하는 전이를 겪게 되고, 이러한 전이는 CPU(32)에 의해 검출된다. 그 다음, CPU는 세정 유체 급송 라인(66)의 밸브(68)를 폐쇄시켜 플라즈마 발생기로의 세정 유체의 흐름 및/또는 플라즈마 발생기의 작동을 반응적으로 종료한다.
열량 탐침기와 열량 탐침기의 작동을 더 상세하게 고려하면, 항온 열량 탐침기는 챔버 세정 공정 동안 플라즈마 배출물 내에 침지되고, 이러한 챔버 내에서의 세정의 경과를 나타내는 플라즈마 배출물과의 시간 의존성 열교환을 겪게 된다. 항온 열량 탐침기와 유동 유체 사이의 열교환은 탐침기의 표면 상에서의 발열 반응(예컨대, 발열 반응은 라디칼의 재결합을 수행)으로부터의 잠재적인 추가의 역할을 지닌 대류성 열전달을 주로 포함한다. 탐침기의 열전달 거동과 후속하는 항온을 유지하기 위해 필요한 전력 인출에서의 변화로 인해 상기 탐침기는 세정 부산물을 포함하는 배출물과 세정 유체 자체를 포함하는 배출물 간의 열대류의 차이를 검출하도록 채택된다. 그 결과, 부산물이 농후한 배출물 스트림에서 부산물이 희박한 배출물 스트림으로의 전이가 감지되고, 이 전이가 세정 공정을 종료하기 위해 이용된다.
세정 배출물 온도는 세정 공정 동안 발생하는 발열 에칭 반응에 의해 부여된 엔탈피로 인해 침착물 제거 동안 통상적으로 더 높다. 열량 탐침기는 세정 공정의 종료점을 신뢰성 있고 재현 가능한 방식으로 검출할 수 있도록 챔버 세정 동안 배출물 조성 전이와 관련된 전술한 집합적인 변화(탐침기 표면 상의 발열 반응, 열전도도와 동점도의 변화와 관련한 대류 열 컨트라스트(convective heat contrast), 배출물 온도 변화)를 검출한다.
본 발명의 특징 및 장점은 본 발명의 특징과 범주에 관하여 특징을 예시하는 것으로 의도되고 제한적으로 해석되지 않는 이하의 예들에 의해 보다 충분히 설명될 것이다.
예 Ⅰ
열량 탐침기를 공칭 두께가 3㎛인 니켈 피복재로 피복된 전기 절연 섬유로 구성하였다. 불소 플라즈마 환경에 대한 노출에 적합하게 불소 내(耐)에칭성을 위해 니켈을 선택하였다. 항온 작동을 얻기 위해, 탐침기 저항을 예정된 설정점으로 유지하도록 피드백 제어법에 따라 탐침기 전력을 조절하였다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 우선 플라즈마 시험 매니폴드(100)에서 반응 특징을 시험하였다. 시험 매니폴드는 매니폴드 도관(102)의 상류측 단부에 플라즈마 발생기(101)를, 그리고 도관의 반대편 단부에 잔류 가스 분석기(104)를 포함한다. 매니폴드 도관(102)은 하류측 부분이 배기 도관(106)에 커플링되어 있고, 배기 도관은 또한 스로틀 밸브(110)를 포함하고 주요 진공 펌프(108)에 연결되어 있다. 매니폴드 도관(102)은 탐침기(114)의 하류측에 있는 압력계(112)를 포함한다.
플라즈마 발생기(101)는 ASTRON AX7650 원자 불소 발생기로 하였다. 매니폴드를 통해 유동하는 공정 가스 유량을 제어하는 질량 유량 제어기(도 2에는 도시 생략)를 사용하였다. 플라즈마 발생기(101)에 결합된 매니폴드 도관(102)을 6061-T6 알루미늄으로 형성하였다. 시험품 로딩과 기계류 설치를 위해 복수 개의 KF25 및 KF40 포트들을 매니폴드 도관(102)을 따라 설치하였다. 샘플의 배치와 광학적 진단 기계류의 시각적 조사를 용이하게 하기 위해 사파이어 윈도우를 하나의 포트에 설치하였다. 텅스텐 시험품의 적외선 고온 측정을 행하고 실리콘에 대한 집적 적외선 화학 발광을 측정하기 위해, 2 내지 20㎛ 범위의 스펙트럼 반응을 이용하고 사파이어 윈도우를 통해 샘플 표면을 목표로 정하는 적외선 열전대를 사용하였다.
압력 판독을 위해 용량형 압력계(112)를 사용하였고, 매니폴드 도관(102) 내 의 압력을 제어하기 위해 스로틀 밸브(110)를 사용하였다. 화학 종의 일시적인 방출을 모니터링하기 위해, 잔류 가스 분석기(RGA)(104)로서 RGA300 잔류 가스 분석기(캘리포니아주 팔로알토 소재의 Stanford Research systems에서 제조)를 사용하였다.
원위치 세정 공정을 가동하는 Applied Materials Precision 5000 PECVD 시스템(캘리포니아주 터스틴 소재의 Applied Materials, Inc.에서 제조) 상에서의 작동과, 원격 및 원위치 세정 공정 양자를 가동하는 AKT 15K PECVD 시스템 상에서의 작동을 포함하는 탐침기 작동을 제조 툴 상에서 행하였다.
소형 시험품으로 탐침기 작동을 평가하기 위해 도 2에 도시된 시험 매니폴드(100) 상에서 실험을 행하였으며, 각 경우에 시험품 상에 초점을 맞추도록 적외선 열전대를 위치 설정하였다.
텅스텐 CVD 침착물의 원격 플라즈마 세정을 대표하는 공정을 설명하기 위해 텅스텐 시험품을 매니폴드 도관(102) 내에 배치하여 삼불화질소 플라즈마로부터 유도된 세정 스트림에 노출시켰다.
Si를 주성분으로 한 물질의 침착물의 원격 플라즈마 세정을 대표하는 공정과 SiO2/Si 이종 접합을 통한 에칭을 검출하는 능력을 설명하기 위해, 매니폴드 도관(102) 내에 배치된 SiO2/Si 시험품으로 매니폴드(100)를 또한 작동시켰다.
제조 세팅에서의 열량 탐침기의 작동을 설명하기 위해, 2개의 명료하게 상이한 PECVD 툴 각각에 열량 탐침기를 설치하였다. 첫번째 툴은 실험용의 질소화물 및 TEOS 산화물 증착과 원위치 플라즈마 세정 공정을 가동하는 Applied Materials Precision 5000 PECVD 시스템으로 하였다. 두번째 툴은 산화물 증착과 원격 플라즈마 세정 공정을 가동하는 AKT 15K PECVD 시스템으로 하였다. 각각의 경우, 열량 탐침기를 챔버 격리 밸브와 스로틀 밸브 사이에 설치하였다.
질화규소 침착물의 원위치 세정을 평가하기 위해, 복수 회의 실험용 질화규소 증착을 Precision 5000 시스템 상에서 수행하였다. 증착 시간은 2분으로 고정하였지만 각 증착마다 기타의 증착 설정값을 달리하였다. 세정 시간을 제외하고는 공정 파라메터가 고정된 원위치 세정 사이클을 각각의 증착에 후속하여 행하였다. 모두 고유한 종료점 특징을 보여주는 무선 주파수(RF) 임피던스 튜닝과 열량 탐침기 판독 이후에 툴 조작자에 의해 세정 공정을 수동으로 종료시켰으며, 몇몇 경우, 챔버 상태가 확인된 종료점을 더 초과하여 진행하였는지의 여부를 결정하기 위해 의도적으로 연장한 주기 동안 공정을 지속하였다.
RF 임피던스 튜닝(하중 블레이드와 동조 블레이드의 위치에 의해 표시) 및 열량 탐침기 전력 트레이스가 도 3에 도시되었다. 비활성화된 영역(grayed-out area)은 세정 사이클을 표시한다. 유전성 침착물이 전도성이 있는 챔버 내부로부터 거의 제거될 때, 양 블레이드의 위치는 플라즈마 임피던스의 급속한 변화를 수용하기 위해 갑자기 이동하였다. 열량 탐침기 전력은 또한 배출물에 대한 열대류 손실에서의 급속한 변화에 반응하여 갑작스러운 감소를 나타내었다. 각 증착 조건이 상이하였기 때문에 각각의 세정 트레이스는 독특하였지만, 임피던스 튜닝과 열량 탐침 전력 인출 사이의 상호 관계는 모든 증착-세정 사이클에서 양호하게 확립 된 상태로 남았다.
다음에, 25개의 웨이퍼 카세트에 걸쳐 공칭적으로 동일한 증착-세정 사이클을 수행함으로써 반복 시험을 실시하여 산화규소 침적물의 원위치 세정을 행하였다. 목표 물질은 TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate) 산화물로 하였다. 증착 시간을 60초로 고정하였다. 각각의 증착에 후속하여 110초의 원위치 세정 사이클을 행하였다. 이전의 실험을 통한 경험에 의하면 110초는 세정 사이클 이후 챔버가 깨끗한 상태로 복귀된 것을 보장하기에 충분히 길었고, 이에 따라 챔버는 반복 시험을 지원하기 위해 의도적으로 과도하게 세정되었다. 그 결과는 도 4에 나타낸다.
도 4에 도시된 14번째 및 15번째 증착-세정 사이클 간의 시간 간격은 Precision 5000의 관례이다. 전력 추출은 피드백 제어에서의 임시적인 슬립과 관련한 결과이며, 세정 사이클이 종료한 이후에 발생하였다. 고유한 종료점 특징은 각 세정 사이클에서 명백하였지만, 신호 트레이스는 항시 서로 공통점이 있는 것은 아니다. 세정 공정 동안 트레이스의 거동에 관하여, 세정 종료(EOC)시의 탐침기 전력은 세정 종료시의 챔버 청결도의 표지(標識)로서 선택될 수 있으며, 따라서 탐침기 전력은 통계적 공정 제어를 위한 입력 파라메터로서 사용될 수 있다.
AKT 15K 시스템 상에서 산화규소 침착물의 조합된 세정에 대한 추가의 시험을 행하였다. 목표 물질은 SiH4 실란 화학 물질을 주성분으로 한 산화물로 하였다. 증착에 후속하여 원격 플라즈마에 의해 공급된 불소 라디칼로 세정 사이클을 행하였다. 원위치 플라즈마를 또한 세정 사이클 전반에 걸쳐 유지하였다. 전체 세정 사이클 동안 스로틀 밸브를 완전히 개방하였고, 챔버 세정이 진행함에 따라 챔버 압력을 변경하였다. 세정 사이클 시간을 15분으로 고정시켰다.
SiF4 검출을 위한 비분산 적외선(NDIR) 센서를 비교 연구를 위해 열량 탐침기와 함께 공동 설치하였다. NDIR 검출을 용이하게 하기 위해, 배출물의 분리된 스트림이 주요 배출 라인으로부터 센서 셀의 전방을 지나, 이어서 배기 라인으로 복귀하도록 경로를 정하였다. 분리 밸브는 증착 사이클 동안 센서 셀을 반응 화학 물질로부터 보호하였다. 그 결과는 도 5에 나타낸다.
고유한 종료점 특징(차트 내에 화살표로 표시)은 실험적으로 확인되었기 때문에, 압력 프로파일은 데이터 해석을 보조하기 위해 도 5에 포함된다.
NDIR 신호 강도로 표시되는 바와 같은 배출물 내의 SiF4 존재도(abundance)는 세정 공정의 개시 직후에 상승하며, 후속하여 명백한 종료점을 지나면 평탄대역으로 떨어진다. 열량 탐침기 전력은 초기에 안정 주기를 나타내었으며, 이는 NDIR 분리 밸브의 개방에 의해 야기된 난류에 의한 것이었다. 열량 탐침기 전력은 후속하여 평탄대역으로 상승하게 되는데, 이 평탄대역은 고유한 종료점 특징을 포함한 압력 프로파일을 밀접하게 따르고 압력 프로파일을 넘는 것으로 나타났다. 압력 프로파일에 의해 나타낸 종료점과 매우 근접한 열량 탐침기에 의해 결정된 종료점과, NDIR 센서에 의해 결정된 종료점 간의 시간차는 대략 1분이었다.
따라서, 전술한 결과는 플라즈마 배출물의 열적 특징 전이에 대응하는 플라즈마 세정 공정의 종료점 감지하기 위해 배출물에 의해 수반된 열 플럭스를 측정하 도록 플라즈마 배출물 내에 침지되는 열량 탐지기를 제공하는 본 발명의 유용성을 입증하였다. W와 SiO2/Si 시험품의 에칭 거동은 시험 매니폴드를 이용하여 평가하였고, 질화규소 및 산화규소의 챔버 세정은 제조 툴을 이용하여 평가하였으며, 원위치 세정 공정과 원격 챔버 세정 공정 양자에서 성공적인 종료점을 증명하였다.
예 Ⅱ
광학 윈도우를 통해 비원위치 플라즈마 배출물 온도의 측정치를 평가할 목적으로 도 2에 도시된 불소 플라즈마 시험 매니폴드를 도 6에 도시된 구조로 개조하였다.
개조된 매니폴드(210)는, 제1 단부에 플라즈마 발생기(212)가 커플링되고 제2 단부에는 잔류 가스 분석기(228)가 커플링되어 있는 주요 도관(214)을 포함하였다. 주요 도관(214)은 하류 부분에 진공 라인(226)이 커플링되었다. 진공 라인(226)은 또한 주요 진공 펌프(230)에 연결되었고 스로틀 밸브(234)를 포함하였다. 주요 도관(214)을 통한 플라즈마 배출물의 흐름과 진공 라인(226)을 통한 플라즈마 배출물의 흐름은 각각 화살표 A 와 B로 표시되어 있다.
사파이어 윈도우에 적합한 파장으로 작동하는 적외선 온도 센서(Omega Engineering Model No. OS37-CF)는 K형 열전대 신호와 동등한 출력을 제공하도록 사파이어 윈도우(220)에 대한 감지 관계로 장착되었다. 도 6에 도시된 바와 같이 불소 플라즈마 시험 매니폴드 상에 T형 열전대(222)를 설치하였고, 압력 모니터링을 위해 주요 도관(214)의 동일한 구역에 압력계(224)를 설치하였다.
적외선 온도 센서(218)는 높은 방사율을 지닌 표면(비금속 혹은 피복된 금속)을 측정할 때 최상으로 작동한다. 초기에, 시험 매니폴드의 내벽의 온도를 측정하기 위해 노력하였지만, NF3 플라즈마로는 온도 변화가 관찰되지 않았다. 다음에, 매우 치밀한 망상 니켈 스크린 물질의 소형의 박편(薄片)을 IR 센서로 측정하기에 충분히 큰 온도 변화를 이루기 위해 NF3 플라즈마에 의해 가열되는 타겟으로서 역할을 하도록, 가스 스트림 내에서 사파이어 윈도우(220)의 약 2 내지 3인치 아래에 삽입하엿다. 니켈 타겟(232)의 배치는 도 7에 도시되어 있다. 시험 매니폴드(210)는 또한 NF3 질량 유량 컨트롤러를 특징으로 한다(도 6 혹은 도 7에는 도시 생략).
증착을 위한 60초, 세정을 위한 180초의 타이밍으로 3회의 증착/세정 사이클을 시뮬레이트하도록 시험 매니폴드(210)를 프로그래밍하였다. 각 세정 사이클의 중도에, F2 농도 상승을 강제하여 종료점 세정 상태를 시뮬레이트하도록 NF3 플라즈마를 증가시켰다. 매니폴드(210) 상에 설치된 NF3 질량 유량 컨트롤러는 5리터 컨트롤러로 하였고, 데이터의 플롯(plot)에 반영되어 있는 바와 같이 NF3을 초기에 작동시킬 때마다 오버슈트(overshoot)를 나타내었다.
니켈 타겟에서의 온도 상승을 검출하는 적외선 온도 검출은 성공적인 것임을 증명하였다. 온도 상승은 원위치 T형 열전대(222)에 비해 약간의 시간 지체를 나타내었고, 이는 질량이 큰 니켈 타겟과 관련한 열적 시간 상수로 인한 것이었다. 시험 결과는 도 8에 나타낸다.
예 Ⅲ
예 Ⅲ에서는 NF3 에칭 동안 SiO2/Si 시험품 상에서 적외선 고온 측정을 평가하기 위해 온도 모니터링 사이트가 도 9에서 확인되는 바와 같이 제공되어 있는 도 2의 시험 매니폴드를 이용하였다. 도 9의 모든 부품과 구성 요소들에는 도 2의 모든 부품과 구성 요소들과 동일한 도면 부호가 병기되어 있다.
운반용 관에 배치하였을 때 KF40 사파이어 윈도우의 시야를 거의 완전히 차지하는 정사각형 SiO2/Si 시험품을 사용하였다. SiO2 층의 두께는 2㎛로 하였다. 광각(30°) 적외선 고온계(218), 즉 K형 열전대와 유사한 전압 출력을 나타내는 오메가 OS37-CF-K를 사파이어 윈도우(220) 상에 배치하였고, SiO2/Si 시험품을 직접 보았다. 비보정 전압 출력을 기록하였고, K형 열전대 정보를 지닌 DMM을 온도 판독을 위해 모니터링하였다. KF25[(Lorex KF25)은 필라멘트에 기초로 한 종료점 모니터(미국 코네티컷주 댄버리 소재의 ATMI, Inc.에서 제조)]와, T형 열전대가 도 9에서 확인되는 바와 같이 SiO2/Si 시험품의 하류에 배치되어 있는 상태의 열 모니터링 탐침기 위치를 이용하였다.
<1> 고온계(및 시험품);
<2> Lorex KF25;
<3> T형 열전대.
아르곤이 1000sccm로 일정한 배경에서 4개의 NF3 펄스를 포함하는 4단계 공정으로 시험 매니폴드를 작동시켰다. 4개의 높은 NF3 유량, 800sccm, 200sccm, 600sccm, 400sccm 유동을 사용하였다.
종료점 모니터링 기준으로 Lorex KF25 열전대를 사용하였다. 3개의 장치 <1>, <2>, <3>으로부터의 데이터 트레이스는, 연속한 삼불화질소 펄스 동안 시간의 함수인, 3개의 온도 모니터링 장치, 즉 고온계(단위: mV), Lorex KF25 열전대(단위: Ω), 비피복 T형 열전대(단위: mV)의 출력을 보여주는 그래프가 도 10에 도시되어 있다. 적외선 고온계의 출력은 그래프에서 점선으로 도시되어 있고, 상기 장치의 상한 범위, 즉 54.886mV의 EFM에 해당하는 1370℃(K형 열전대 한계)를 반영한다.
도 11은 제1 NF3 펄스 동안 도 10의 그래프의 중첩된 트레이스를 보여주는 그래프이다. 첫번째의 평탄대역(약 570℃)은 SiO2층으로부터 SiO2의 제거에 대응하였다. 이어서, 실리콘 표면을 노출시켰을 때, 표면 온도는 이에 대응하여 증가하였다. 이러한 실리콘 표면 노출 현상은 800sccm NF3 펄스에 대한 출력 레벨이, 펄스의 종료를 향한 급속한 증가를 제외하고는 낮은 NF3 유량의 후속한 펄스보다 더 낮은 이유를 분명하게 해준다.
이제 배출물 스트림 내에 침지된 요소의 열평형을 고려하면, 다음과 같은 열평형 방정식을 적용할 수 있다. 즉,
<줄열> + <발열 반응> + <접촉부에 대한 열전달> + <배출물에 대한 열전달> + <방사선> = 0
NF3 세정의 경우, 불소 라디칼의 발열 재결합을 포함하는 발열 반응으로부터의 기여도는 반응 속도와 불소 라디칼의 존재도에 따라 좌우된다. 접촉부에 대한 열전달은 미미하며 침지된 요소와 대기 사이의 온도 차에 비례한다. 배출물에 대한 열전달은 열대류에 의해 지배된다. 방사선은 또한 관심 대상의 요소의 온도 내에서 미미하다. 이들을 간략화하면 열평형 방정식은 다음과 같이 된다.
[수학식 1]
Figure 112008031392730-PCT00001
여기서 r은 반응이며, k와 h는 각각 열전도도와 배출물의 대류성 열전달 계수이다. 모든 항들은 열전대와 가열된 필라멘트 사이에서 상이한 값을 갖지만, 상대적인 차이는 필라멘트는 자체 가열하지만 열전대는 그렇지 않다는 것이다.
이제 T형 열전대 반응을 고려하면, SiO2/Si 전이시에 열전대 온도가 감소하는 것에 주목해야 한다. 비록 이것은 고온 시험품 표면은 배출물로 열을 방출하고 이에 따라 배출물 온도를 상승시킨다는 예상에 기초하는 직관에 반하는 거동으로 보이지만, 이때의 배출물은 SiF4(낮은 열전도도의 가스) 내에서 더 풍부하게 된다는 것을 유의해야 한다.
수학적으로,
[수학식 2]
Figure 112008031392730-PCT00002
이러한 방정식의 평형을 맞추기 위한 유일한 해법은 감소한 [F]를 획득하는 데 있으며, 이는 산화물의 에칭 속도에 비해 실리콘의 더 빠른 에칭 속도와 일치한다.
이제 적외선 고온 측정 종료점 모니터링을 위한 열평형 방정식을 고려하면,
[수학식 3]
Figure 112008031392730-PCT00003
이러한 평형은 줄열이 감소한 발열 반응을 보상하는 것 이상일 때 유지된다.
시험품 표면 온도는 실리콘이 에칭되고 있을 때 매우 높고 산화물이 에칭되고 있을 때 덜 높다(~570℃)는 것이 전술한 설명으로부터 명백해질 것이다. 적외선 고온계와 열전대 양자는 산화물이 완전히 에칭되었고 아래 놓여 있는 실리콘 표면이 노출되었을 때의 신호 전이를 나타내었다.
본 발명의 또 다른 양태는 Ni 피복 SiC 필라멘트를 포함하는 종료점 모니터 센서 요소에 관한 것이다. 이러한 센서 요소와 관련이 있는 작동상의 문제점들 중 하나는 센서 요소의 전기 저항이 작고 이러한 특징은 시스템 기계류에 대한 중요한 요건을 부과하는 데 있다. 작은 전기 저항은 Ni 금속을 통한 전기 도전에 기인한다. 본 발명은 Ni 코팅이 전기 도전성 경로로부터 제거되는 종료점 모니터링 센서를 제공함으로써 이러한 문제점을 해소하였다.
도 12는 Ni 피복 필라멘트의 니켈 코팅이 전기적으로 절연되어 있는, 본 발명의 일실시예에 따른 종료점 모니터 센서 요소(300)의 개략적인 사시도이다. 이러한 센서 요소는 도전성 촉매를 전기 도전으로부터 격리시키기 위해 Ni 촉매를 국부적으로 제거할 수 있다는 것을 예시한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 종료점 모니터 센서 요소(300)는 탄화규소(SiC) 원통체(304) 내의 비정질 탄소 모노필라멘트(302)를 포함한다. 원통체(304)는 주요 종방향 시스부와 제1 단부(308)와 제2 단부(310) 각각을 포함하는 니켈 시스(306)에 싸여 있다.
시스(306)는 이 시스의 제1 및 제 2 단부에 근접하여 불연속적이며, 이에 따라 제1 및 제2 원주 방향 연장 홈부 각각을 형성한다. 제1 단부(308)에 인접한 제1 홈부는 제1 환상 절연체 부재(312)를 포함하며, 제2 단부(310)에 인접한 제2 홈부는 제2 환상 절연체 부재(314)를 포함한다.
홈부와 이 홈부 내에 배치된 환상 절연체 부재는 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
하나의 접근법에서, 환상 절연체 부재는 예성형될 수 있고, SiC 원통체의 주요 길이 부분 상에 그리고 단부 상에 니켈을 과도하게 피복하기 이전에 탄화규소 원통체 상의 위치로 활주된다.
다른 접근법에서, 니켈을 탄화규소 원통체(304)의 전체 길이에 걸쳐, 그리고 그러한 원통체의 단부를 넘어 증착시키고, 이에 후속하여 니켈을 제1 및 제2 원주 방향으로 연장하는 홈부를 형성하도록 마스킹하고 선택적으로 에칭한다. 홈부 형성에 후속하여, 이들 홈부는 도 12에 도시된 바와 같은 구조를 형성하도록 절연체 물질로 충전된다.
종료점 센서 조립체의 부품으로서 설치될 때의 종료점 모니터 센서 요소(300)의 작동에 있어서, 신호 변환은 [(저항)×(온도 계수)] 곱의 값(용이한 참조를 위해 RTC 파라메터로 칭함)을 갖는, 즉 대응하는 Ni 피복 탄화규소 필라멘트의 RTC 파라메터보다 10배 더 큰 정도의 비결정의 탄소 모노필라멘트(302)에 의해 실행된다.
도 12에 도시된 구조에 의하면, 니켈 시스의 주요 종방향의 시스부는 절연체 부재(312, 314)에 의해 전기적으로 절연된다. 제1 단부(308)와 제2 단부(310)의 니켈 코팅은 센서 요소의 도체구(conducting core)와의 전기 접촉부를 형성하기 위해 사용된다. 절연은, 예컨대 절연체 물질, 양호하게는 내불소성 특징이 있는 절연 매체로 충전될 홈부를 형성하도록 Ni의 선택적인 코팅 혹은 SiC 원통체(304) 상의 블랭킷(blanket) Ni 코팅의 레이저 제거에 의해 얻을 수 있다.
절연체 물질은, 예컨대 유리, 세라믹, 혹은 폴리머 절연 매체와 같은 임의의 적절한 타입일 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 절연체 물질은, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불화탄소 폴리머를 포함한다.
도 13은 Ni 피복 필라멘트의 니켈 코팅이 전기적으로 절연되어 있는, 본 발 명의 다른 실시예에 따른 종료점 모니터 센서 요소(320)의 개략적인 사시도이다. 도 13에는 도체구 상의 절연 "촉매"의 사용이 도시되어 있고, 단부에서의 Ni 코팅은 도체구와 전기 접촉한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 종료점 모니터 센서 요소(320)는 탄화규소(SiC) 원통체(324) 내의 비정질 탄소 모노필라멘트(322)를 포함한다. 원통체(324)는 니켈 시스(326)에 싸여 있다. 시스(326)는 도 12의 실시예와 관련하여 설명한 절연체와 동일한 타입일 수 있는 절연체 물질로 형성되어 있다.
센서 요소의 시스부는 각각의 단부(328, 330)의 직경과 동일하게 연장하는 직경을 지니며, 이들 단부 각각은 니켈 혹은 다른 적절한 도전성 물질로 형성되어 있다. 도 13의 센서 요소의 시스부는 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 완전히 불화된 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다.
챔버 세정을 위해 사용되는 압력/유량 조건에 있어서, 불소 재결합은 알루미늄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 니켈의 구성 물질 중에 유동 채널 구성 물질에 따라 좌우되는 것으로 보이지 않는다. 실제로, 알루미늄, 구리 및 니켈 필라멘트의 신호 강도는 주로 이들의 대응하는 저항률과, 촉매 기능이 이들 세 가지 금속 사이에서 비교 가능한 것을 나타내는 저항률의 온도 계수에 기인할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 Ni를 폴리테트라플루오로에틸렌, 혹은 다른 완전히 불화된 폴리머 등의 절연 내불소성 물질로 대체할 수 있다는 것을 시사한다. 추가적으로, 비정질 탄소 필라멘트보다 저항성이 더 높은 상이한 코어 물질을 사용할 수 있다.
도 14는 테플론으로 피복된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 A), 불연속 니켈 도금 탄화규소 필라멘트(곡선 D), 5시간 동안 0.125mA의 전류로 도금된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 B), 5시간 동안 0.25mA의 전류에서 도금된 니켈 도금 SiC 필라멘트(곡선 E)의 반응을 보여주는, 시간(단위: 분)의 함수인 저항(단위: Ω)의 그래프이고, 이 그래프에서 곡선 C는 플라즈마 온/오프 사이클을 나타낸다. 시험 조건은 일정한 전류 모드에서 4개의 필라멘트 모두를 동시에 시험하는 것을 포함한다. 공정 조건은 아르곤 800sccm(분당 표준 세제곱센티미터)와 삼불화질소 400sccm의 유량을 갖는 5torr의 압력을 포함하였고, 종료점 혹은 불소 상승을 시뮬레이트하기 위해 네 번 온오프함으로써 상기 공정을 조작하였다.
테플론 피복 샘플과 불연속적으로 피복된 필라멘트는 정반대의 반응을 갖는 다는 것으로 관찰되었다. 저항(R)은 불소의 주입에 따라 감소하였다.
도 15는 테플론®으로 피복된 요소와 불연속 요소가 최저 dR/R 값을 갖는 것을 보여주는, 시간(단위: 분)의 함수인 dR/R에 대응하는 신호 반응의 해당 그래프이다.
도 16은 시간(단위: 분)의 함수인 신호로서의 절대값 델타 R(dR)(단위: Ω)의 해당 그래프이다. 도 16은 테플론®으로 피복된 요소와 불연속 요소가 최고 신호 강도를 갖는 것을 보여준다.
따라서, 본 발명은 탄화규소 원통체 내의 비정질 탄소 모노필라멘트를 포함하는 종료점 모니터 센서 요소에 관한 것으로, 원통체는 전력 공급 회로와 접촉하도록 된 단부와 절연 구조에 의해 상기 단부와의 전기 도전으로부터 절연된 주요 종방향 시스부를 포함하는 니켈 시스에 싸여 있다.
절연 구조는 임의의 적절한 타입일 수 있다. 일실시예에서, 절연 구조는 단부와 주요 종방향 시스부 사이에 개재된 환상 절연 링을 포함한다. 환상 절연 링은, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 폴리머와 같은 적절한 절연재로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 탄화규소 원통체 내의 비정질 탄소 모노필라멘트를 포함하는 종료점 모니터 센서 요소에 관한 것으로, 원통체는 단부에 니켈 접촉부가 결합되어 있고, 원통체는 단부 중간의 주요 종방향 길이를 따라 탄화규소 원통체가 절연 시스에 내장되어 있다. 절연 시스는 마찬가지로, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 폴리머와 같은 적절한 절연재로 형성될 수 있다. 양호한 실시예의 절연 시스는 니켈 접촉부의 직경과 동일하게 연장하는 직경을 갖는다.
전술한 종료점 모니터 센서 요소들은 폭넓은 다양한 타입의 종료점 모니터에 통합될 수 있다.
본 발명은 또한 세정을 필요로 하는 챔버 및 세정을 모니터링하기 위해 채용된 전술한 타입의 종료점 모니터를 포함하는 공정 설비와, 전술한 특징을 지닌 종료점 모니터의 사용을 포함한 공정 챔버 세정을 모니터링하는 방법, 그리고 세정을 필요로 하는 챔버 및 전술한 종료점 모니터 센서 요소를 포함하는 종료점 모니터를 포함하는 공정 설비에 관한 것이다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 챔버로부터 침착물을 제거하고 챔버로부터 세정 매체 배출물을 방출하기 위해 공정 챔버를 통과하는 세정 매체의 유동 을 포함하는 세정 공정을 행하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 세정 공정 동안 시간의 함수인 전력을 모니터링하는 단계와, 트레이스에서 시간 전이의 함수인 모니터링된 전력이 평탄대역 특징을 형성할 때 일어나는 것과 같은 세정 공정의 종료점을 결정하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서의 이러한 방법은 종료점 결정시 세정 공정을 종료하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 공정 챔버로부터 침착물을 제거하고 챔버로부터 세정 매체 배출물을 방출하기 위해 공정 챔버를 통과하는 세정 매체의 유동을 포함하는 세정 공정을 행하는 방법을 제공하며, 이 방법은 세정 공정 동안 시간의 함수인 전력을 모니터링하여 실제 신호와 노이즈 성분을 포함한 대응하는 신호를 발생하는 단계와, 노이즈 성분의 크기가 실제 신호의 일시적인 변화와 적어도 동일할 때 발생하는 것과 같은 세정 공정의 종료점을 결정하는 단계를 포함한다.
전술한 방법론에서 결정 작업은 복수의 이전 신호 샘플링을 위한 신호값들의 중간값과 현재 신호값 사이의 차이를 결정하는 단계 및/또는 중간값 필터 차이 함수와 신뢰 수준 카운터(confidence level couter) 함수의 계산을 포함하는 신호 처리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 세정을 필요로 하는 챔버와 전술한 방법들 중 한 방법에 의한 세정을 모니터링하도록 된 종료점 모니터를 포함하는 공정 설비에 관한 것이다. 공정 챔버는, 예컨대 화학적 기상 증착 챔버 등의 반도체 제조 툴의 챔버 등의 임의의 적절한 타입일 수 있다.
공정 설비는, 예컨대 챔버의 세정을 위한 세정 종을 형성하도록 원격 플라즈 마 발생을 위해 구성된 플라즈마 세정용 플라즈마 발생기를 더 포함할 수 있기 때문에 공정 챔버는 내부에서 실행되는 증착 공정으로 인한 침착물이 세정된다.
세정 매체는 임의의 적절한 타입, 예컨대 NF3 플라즈마, 이온 종을 함유하는 세정 매체, 불소 종을 포함하는 세정 매체일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 챔버의 세정 종결을 결정하기 위한 종료 알고리즘 및 기술에 관한 것이다. 각각의 툴과 공정은 이러한 노력에 활용될 수 있는 특정의 공정 조건 세트 하에서의 독특한 반응 트레이스를 갖는다.
본 발명의 이러한 양태는 수학을 기초로 한 것과는 정반대로 간단한 물리학을 기초로 한 상이한 시나리오를 목표로 하는 알고리즘과 선택자 알고리즘의 툴 박스를 이용한다. 본 발명의 일실시예를 예시하는 영역 트레이스 특징 접근법(regional trace characteristic approach)을 설명하면 다음과 같다.
이어지는 설명에서는, 어떤 특성을 지닌 반응 트레이스를 위한 보편화된 △max 알고리즘에 상보적인 알고리즘이 전개된다. 설명을 용이하게 하기 위해, 샘플 반응 트레이스가 도 17에 도시되어 있다. 3개의 영역은 트레이스와 동일한데, 즉 영역Ⅰ은 출발 과도기이고, 영역 Ⅱ는 세정 표시이고, 영역 Ⅲ은 종료 이후 표시이다. 이러한 영역 표시들은 보편적으로 적용될 수 있다. 영역 Ⅱ는 세정 챔버가 이미 세정되어 있을 경우 생략될 수 있고, 영역 Ⅲ은 챔버가 충분히 세정되지 않을 경우 생략될 수 있다.
영역 Ⅰ은 관련 툴 혹은 공정과 무관하게 전력의 증가를 거의 항시 포함한 다. 그러한 거동은 기본 진공 조건(세정용 챔버를 세정하기 위한)으로부터 실제 챔버 세정까지의 출발 과도기 동안 가스 흐름과 압력의 증가로 인해 일어나며, 이에 따라 배출물에 대한 열 손실이 증대되고, 이에 대응하여 추가적인 줄열의 필요성을 표시하게 된다. 이와 마찬가지로, 상승 경향은 거의 보편적이고 세정 공정에 대해 정보를 거의 포함하지 않는다. 상기 △max 알고리즘은 영역 Ⅰ이 전체 세정 트레이스의 피크에서 종료되고, 이에 대응하여 영역 Ⅰ을 우회하여 영역Ⅱ 반응 패턴을 얻는 것으로 가정한다.
영역 Ⅱ 트레이스는 침착물 제거 동안 공정 챔버의 컨디셔닝에 대응하며, 이에 따라 주어진 툴 혹은 공정마다 고유하다. 트레이스 거동은 선험적으로 공지되어 있지 않지만, 트레이스 특징과 툴 혹은 공정 사이의 명백한 상호 관계가 종종 관찰된다. 특정 예로서, AKT, Inc.(캘리포니아주 산타클라라 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 모든 AKT 4300 플라즈마 향상 화학적 기상 증착 툴 상에서 실리콘, 산화물, 질화물 세정 공정을 위한 트레이스는 독특한 특징을 갖는다. 이러한 특징은 부산물의 열전도도와 에칭 반응의 엔탈피를 반영한다.
영역 Ⅲ 트레이스는 세정 챔버를 세정하는 것에 대응하며, 이에 따라 이상적으로 침착 물질의 본질에 좌우되지 않는다. 영역 Ⅲ 트레이스 여전히 툴 구성과 공정의 세부 사항에 따라 좌우되지만, 일반적으로 경사진 평탄대역을 형성하는 것으로 가정한다.
영역 Ⅱ와 △max 알고리즘을 보다 상세히 고려하면, 보편화된 △max 알고리즘은 영역 Ⅱ에서의 어떤 특징을 가정하며, 이 특징이 사라진 시점, 즉 종료점을 식별하는 것에 대한 종결 문제를 저감한다. 챔버 컨디셔닝으로 변환될 때, 특징은 챔버 컨디셔닝이 (상당한 정도로) 공간적이고 (챔버 내부 주위와 침착물 두께에 걸쳐) 일시적으로 균질하다는 것을 가정한다. 장치 물리학과 결부시키면, 이러한 가정은 표 1에 나타낸 아래의 4개의 가능성, 즉 ①상승, ②하강, ③하강->상승, ④상승->하강 중 하나로 트레이스 외형을 한정한다. 마지막 두 가지 시나리오 ③ 및 ④에 있어서, 종료점은 출발점보다 높거나 낮을 수 있으며, 그것은 분류화(categorization)를 규정하는 트렌딩 특징(trending trait)이다.
[표 1]
트레이스 외형
Figure 112008031392730-PCT00004
Figure 112008031392730-PCT00005
공간적이거나 혹은 일시적인 이질성은 기본 트레이스에 중첩되는 진동 혹은 "리플(ripple)"로 나타나는 경향이 있다. 도 17의 샘플 트레이스는 a-Si:H/SiN 이중층 침착물 제거 공정, 즉 이중층의 에칭과 일치하며, 공간적인 이질성은 배출물 온도와 조성에 일시적인 이질성을 유발하고 영역 Ⅱ에 리플을 초래한다.
영역 Ⅲ을 고려하면, 알고리즘 접근법은, 영역 Ⅲ 트레이스는 시간에 대해 저속인 함수이며, 다시 말해서 평탄대역 특징이 있는 반면, 영역 Ⅱ 트레이스는 그렇지 않다는 가정을 전제할 수 있다. 따라서, 이러한 저속의 시작은 종료점을 표시한다. 이러한 접근법은 종료점 문제를 트레이스가 평탄대역과 유사하게 시작되는 종료점을 식별하는 데 관한 종결 문제를 저감하고, 이 종결 문제를 평탄대역의 알고리즘 정의에 대한 문제로 한정한다. 그러한 목적을 위해 채용할 수 있는 그러한 정의에 대해 유효하고 적용 가능한 다수의 접근법이 존재한다. 도함수를 기초로 한 알고리즘은 개념적으로 간단하지만, 노이즈가 존재한다는 단점이 있다. 그러한 노이즈 현상은, 시간에 대해 저속인 함수를 노이즈 크기가 실제 신호의 일시적인 변화에 필적하거나 그보다 더 크게 되는 함수로 대략적으로 정의함으로써 유리해질 수 있다. 중간값 필터는 아래의 차이 함수를 정의함으로써 전술한 목적을 위해 사용할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112008031392730-PCT00006
여기서 Median은 중간값 함수이다. 트레이스가 급속하게 변할 때, 신호 변화가 노이즈에 비해 크기 때문에 마지막 여러 판독치의 중간값과 현재 판독치의 값 사이의 차이는 통상적으로 크다. 역으로, 노이즈는 통계상의 현상이기 때문에, 함수가 저속일 때 전술한 차이는 작을 가능성이 높다. 신뢰 수준은 아래의 카운터 함수에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112008031392730-PCT00007
이러한 함수는 귀납법으로 정의되고 0 또는 양수이다. 작은 N[n] 값은 함수가 일시적으로 고속 함수이다는 것을 표시하는 반면에, 큰 N[n] 값은 함수가 적시에 저속으로 변하고 있다는 높은 신뢰를 제공한다. 이러한 "크기"는 종래의 한계값 트리거에 의해 검출될 수 있으며, 한계값은 설치 절차의 일부로서 "트레이닝(training)"을 통해 결정될 수 있다.
본 명세서에는 트레이스 특성이 예시적으로 설명되어 있으며, 아래의 파라메터 값들은 스팬=2, 노이즈=1μW로 선택된다. 스팬은 신호 평균(signal averaging)을 피하기 위해 짝수인 것이 바람직하며, 2가 가장 낮은 짝수이기 때문에 2를 선택한다. 큰 스팬은 신뢰를 이루지만 종료점 호출을 지연시킨다. 노이즈 크기는 현실적이야 하는데, 다시 말해서 실험적으로 관찰된 것을 반영하도록 선택되어야 한다. 분해능 한계 미만의 임의의 노이즈는 실험적으로 관찰될 수 없기 때문에 의미 있는 최저 노이즈 값은 공칭 데이터 분해능이 있다. 현재의 데이터 설정에 사용하기 위해 1μW의 분해능 한계가 선택된다.
이하에서는 a-Si:H/SiN 공정에 있어서의 예시적인 툴 세정 데이터에 대한 이 영역 Ⅲ 알고리즘의 적용을 3개의 데이터 세트 15k_1, 15k_2, 15k_3이 누적되어 있는 AKT 15k 툴에 대해 설명할 것이다. 산화 침착물(결점이 있음)이 있다는 점만 제외하고는, 모든 성공적인 공정들은 규소/질화규소 침착물의 원격 NF3 세정이었다.
첫 번째 데이터 세트 사이클(15k_1.txt: 사이클 1 내지 4)은 Fly=Active에서의 설정점을 포함하였고, 샘플 속도를 ~40Hz로 하였다. 첫번째 세정을 이미 세정 챔버에서 행하였고, 종료점 모니터는 불안정한 진동을 시작하였고, 이는 그 다음 PID 제어에 의해 안정되었다. 세정 사이클을 200초로 하였다. 증착은 60초의 비정질 Si 증착과 그 다음 60초의 SiN 증착을 포함하였다.
이러한 시나리오는 영역 Ⅲ 알고리즘에 의해 수용되었다. 데이터 설정에 있어서, PID 진동은 영역 Ⅲ의 마지막 부분 트레이스에 비해 일시적으로 빨랐다. a-Si:H/SiN 이중층의 공간적인 이질성은 영역 Ⅱ에서 약간 일시적으로 빠른 특성을 도입하였고, 이는 영역 Ⅲ 알고리즘을 적용하는 것이 바람직함을 표시하였다. 이후 3회의 사이클의 종료점 시간들은 일반적으로 일치하였다. 그 결과는 아래 표 2에 나타낸다.
[표 2]
사이클 1 2 3 4
세정 시간(초) 192 203 203 202
종료점(초) 84 60 65 62
두번째 데이터 세트 사이클(15k_2.txt: 사이클 5)은 이러한 사이클 동안 약 8 내지 10초 늦게 시작 명령을 발하는 것을 포함하였다. 그 결과, 선택된 설정점은 상이하였고, 세정의 시작에 근접한 신호에 더 작은 진동이 존재하였으며, 전체 전력은 더 낮았다. 정지 명령은 또한 나중에 발하였고, 세정 종료시에 과도 현상 이 생기게 한다. 세정 시간은 시작과 정지 명령에 의해 결정되기 때문에, 늦은 시작과 늦은 정지로 인해 명백한 세정 시간이 거의 변하지 않게 되었다. 명백한 종료점 시간이 늦은 시작에 의해 영향을 받았다는 것을 고려하면, 이 사이클과 그 이전의 사이클들 사이의 30초의 차이는 영역 Ⅱ가 조기에 평탄대역을 지녔기 때문에 이미 명백한 종료점을 호출하는 알고리즘을 초래하였다. 이전 사이클 1 내지 4를 포함하는 결과를 아래의 표 3에서 표로 나타낸다.
[표 3]
사이클 1 2 3 4 5
세정 시간(초) 192 203 203 202 196
종료점(초) 84 60 65 62 33
세 번째 데이터 세트 사이클(15k_3.txt: 사이클 6 내지 12)은 이전 사이클에 사용한 것보다 더 두꺼운 증착을 일으키도록 의도된 처리를 포함하였다. 세정 주기는 260초의 지속 시간으로 연장되었고, a-Si 증착의 지속 기간은 60초였으며, SiN 증착의 지속 시간은 120초였다. 주어진 레시피 중 각각의 세정은 이전의 침착물을 세정하는 것을 포함하였기 때문에, 세정 사이클 6은 거의 깨끗한 챔버를 세정하는 것을 포함하였다. 세정 사이클 7과 8은 더 두꺼운 침착물을 세정하는 것을 포함하였다. 레시피 사이클 8 및 9는 공칭적으로 사이클 2, 3, 4와 동일하였다. 레시피 사이클 10, 11, 12는 세정 시간을 140초로 단축하는 것을 포함하였고, 증착 기간은 동일하게 유지하였다.
두꺼운 침착물을 포함하는 2개의 사이클, 즉 사이클 7과 8은 더 높은 신뢰 한계값(이전에 사용한 15 대신 50)을 필요로 하였다. 두꺼운 SiN 침착물은 신뢰와 적기 사이의 상충 작용으로 더 긴 기간의 공간적 균질성을 도입하였고, 이는 정확한 종료점을 호출하기 위해 높은 한계값에 의해 무시되었다.
적절한 사이클 한계값을 사용한 결과를 아래의 표 4에서 표로 나타낸다.
[표 4]
사이클 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
세정 시간(초) 192 203 203 202 196 270 267 204 206 146 146 145
종료점 (초) 84 60 65 62 33 46 88 80 41 40 42 44
사이클 2 내지 4 및 사이클 9 내지 12는 종료점 모니터가 공칭적으로 동일한 증착 및 세정 공정을 겪더라도 서로 공통점이 없다. 알고리즘은 기재한 바와 같은 종료점을 확인하였지만, 사이클 2 내지 4는 영역 Ⅱ에서 어떠한 평탄대역도 갖지 않았던 데 반하여 후자의 사이클은 모두 이러한 평탄대역을 가졌다.
12개의 트레이스 데이터 세트의 경우, 전력 트레이스는 공칭적으로 동일한 세정 공정에 대해 5mW 내지 12mW 이상의 범위에 속하였다. 저항 제어 설정점은 시작 과도기 동안 선택되었고, 이에 따라 설정점 값은 사이클마다 반복 불가능하다. 낮은 설정점 값에서, 종료점 모니터 반응은 라디칼 재결합의 존재를 반영하는 경향이 있었다. 설정점 값이 높았을 때, 종료점 모니터 반응은 배출물의 열전도도와 보다 양호한 상호 관계가 있었다. 따라서 트레이스 특징은 선택된 설정점에 좌우된다. 종료점 알고리즘의 이용성이 트레이스 특징과 밀접한 관련이 있기 때문에, 선택한 알고리즘이 모든 트레이스에 대해 작동하도록 고정 설정점을 선택하는 것이 바람직하다.
AKT 4300 툴(미국 캘리포니아주 산타클라라 소재의 AKT, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능함)을 사용하여 SiN 증착을 포함하는 추가의 예로서, 2개의 SiN 침착물 두께에 대응하는 2개의 대표적인 AKT 4300 SiN 공정 트레이스의 영역 명칭은 도 18에 도시되어 있으며, 이 도면에서 굵은 실선은 제1 트레이스(트레이스 A)를 나타내고 가는 실선은 제2 트레이스(트레이스 B)를 나타내며, 관련된 트레이스에 대한 각각의 영역 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에는 적절한 트레이스 명칭(A, B)이 첨자로 기재되어 있다. 영역 Ⅰ과 영역 Ⅱ 사이의 크로스오버는 국부적인 최대값으로 확인된다. 영역 Ⅱ과 영역 Ⅲ 사이의 크로스오버는 덜 명확하지만, 2개의 트레이스의 특징을 비교함으로써 확인될 수 있다. 확장된 영역 Ⅱ 평탄대역으로 인해 영역 Ⅲ 알고리즘의 적용은 실패한다.
AKT 4300 툴을 사용하여 10 사이클의 SIN 공정 및 세정을 행하였다. 사이클 1 내지 8에 대한 표준 레시피는 300초의 SiN 증착과 240초의 NF3 세정이었다. 사이클 9는 360초 증착과 300초 세정을 포함하였다. 단지 세정에 대해서만 데이터를 기록하였다. 사이클 5에서의 세정에 있어서, 마이크로파 플라즈마 발생기는 작동 불량이었고, 세정 공정은 중단되었으며, 결과적으로 사이클 6에서의 세정은 부분 세정이었다. 맞춤형 △(△max) 알고리즘을 적용하였다. 그 결과를 아래의 표 5에서 표로 나타낸다.
[표 5]
사이클 1 2 3 4 5 6 7 8 9
세정 시간(초) 250 254 235 250 223 157 255 252 311
종료점 (초) 122 121 118 116 122 129 127 147
AKT 4300 툴을 사용하여 13개의 사이클의 SIN 공정 및 세정을 행하였다. 그 공정은 (a) 높은 아이들 전류(idle current)(~80mA)가 설정되어 있는 3개의 세정 사이클(사이클 1 내지 3), (b) 중간 아이들 전류(~40mA)가 설정되어 있는 3개의 세정 사이클(사이클 4 내지 6), (c) 낮은 아이들 전류(~20mA)가 설정되어 있는 1개의 세정 사이클(사이클 7), (d) 아이들 전류가 ~40mA이고 10초의 출발 지연이 있는 1개의 세정 사이클(사이클 8), (e) 아이들 전류가 30mA이고 10초의 출발 지연이 있는 2개의 세정 사이클(사이클 9 내지 10), (f) 3.45Ω 고정 설정점을 지닌 1개의 사이클(사이클 11), (g) 3.3Ω 고정 설정점과 출발 지연=0, 마이크로파 플라즈마 점화 이전에 개시, 마이크로파 플라즈마 점화는 종료점 모니터를 냉각시켜 전력 증가를 초래하는 1개의 사이클(사이클 12), (h) 3.2Ω 고정 설정점과 출발 지연=0, 마이크로파 플라즈마 점화 이전에 개시, 마이크로파 점화는 종료점 모니터를 냉각시켜 전력 증가를 초래하는 1개의 사이클(사이클 13)을 포함한다.
낮은 저항 설정점을 지닌 트레이스는 영역 Ⅱ 알고리즘에 의해 보다 양호하게 처리되고, 높은 저항 설정점을 지닌 트레이스는 영역 Ⅲ 알고리즘에 의해 보다 양호하게 처리되는 것이 밝혀졌다. 2가지 기여 요인(라디칼 재결합 대 배출물 조성)들 중 영향을 더 미치는 요인과 관련이 있는 선호도가 나타난다. 종료점 Ⅲ의 결과는 설정점 값의 광범위한 변화에도 불구하고 대개 일관성이 있었다. 따라서 낮은 설정점은 통상적으로 낮은 종료점 모니터 전력과 상호 연관이 있고, 종료점 모니터는 라디칼 재결합에서 나온 엔탈피에 민감하였다. 높은 설정점은 통상적으로 높은 종료점 모니터 전력과 상호 연관이 있고, 종료점 모니터는 배출물로의 열 손실에 민감하였다. 13개의 사이클 공정을 위한 데이터는 아래의 표 6에 수록되어 있다.
[표 6]
사이클 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
세정 시간(초) 183 139 183 124 124 125 105 332 96 96 108 137 123
종료점Ⅱ(초) 57 78 76
종료점Ⅲ(초) 97 87 85 87 83 86 82 81 99 102
전술한 결과는 신뢰성 있는 신호 처리를 얻기 위해 고도의 데이터 무결성과 일관성이 필요하다는 것을 입증한다. 전기 접촉부에 대한 열 손실 가정이 일정하도록, 배기 라인을 항온으로 유지하는 것과, 전기 접촉부의 온도 제어에 의해, 예컨대 접촉부에 조절된 열 입력의 인가에 의해 그것을 보상하는 것이 필요하다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 명세서에 언급한 바와 같은 임의의 종료점 모니터, 열량 탐침기, 모니터링 조립체, 및/또는 종료점 모니터 센서 요소를 이용하여 제조 공정에서 공정 효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 제조 공정은 반도체 제조 공정을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 이 제조 방법은 본 명세서에 언급한 바와 같은 임의의 종료점 모니터, 열량 탐침기, 모니터링 조립체, 및/또는 종료점 모니터 센서 요소를 이용하여 공정 유체 스트림을 모니터링하는 단계를 포함한다. 이러한 제품은 반도체를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태는 본 명세서에서 세정 단계와 반도체 제조에 유리하게 사용되는 다른 단계를 참조하여 본 명세서에서는 설명되었지만, 본 발명은 공정 설비의 보편화된 모니터링에도 동등하게 적용될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 특정의 양태, 특징 및 예시적인 실시예를 참조하여 설명되어 있지만, 본 발명의 효용은 이에 한정되지 않고 본 명세서의 개시 내용을 기초하여 본 발명의 분야에 종사하는 당업자들에게 그 자체로 시사되는 바와 같이 수많은 다른 변경, 수정 및 변형예로 확장되고 이들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이하에서 청구되는 바와 같은 본 발명은 본 발명의 사상과 범위 내의 그러한 모든 변경, 수정 및 변형예를 포함하는 것으로 폭넓게 구성되고 해석되도록 의도된다.

Claims (1)

  1. 세정 공정의 반응적인 종료를 위해 세정 유체가 세정할 구조체와 접촉하여 세정 배출물을 생성하게 되는 세정 공정의 종료점을 결정하도록 되어 있는 종료점 모니터로서, 이 종료점 모니터는
    (a) 세정 배출물 내에 배치되도록 된 항온 탐침기와, 항온 탐침기에 작동 가능하게 결합되고 항온 탐침기를 예정된 온도 레벨로 유지하는 양으로 항온 온도 탐침기에 전력을 가변적으로 공급하도록 된 전력 공급원으로, 이 전력 공급원은, 세정 배출물 내의 항온 탐침기에 공급된 가변 전력을 표시하는 모니터링 신호를 제공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점에 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 전력 공급원을 포함하는 종료점 모니터링 조립체와,
    (b) 세정 배출물 내에 배치되고 세정 배출물에 의해 열적으로 작동되어 방사선을 방출하도록 된 방사선 방출 타켓과, 상기 타겟으로부터 방출된 방사선이 투과하도록 구성된 윈도우와, 윈도우를 투과한 방출된 방사선을 수용하도록 구성된 방사선 모니터를 포함하며, 이 방사선 모니터는 타겟에 의해 방출된 방사선을 표시하는 모니터링 신호를 제공하여, 이 모니터링 신호를 수신하고 종료점이 도달했다는 것을 표시하는 모니터링 신호의 변화에 반응하여 세정 공정을 종료하는 출력을 생성하도록 구성된 중앙 처리 장치로 전송하는 것인 종료점 모니터링 조립체
    중 적어도 하나를 포함하는 것인 종료점 모니터.
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