KR20120059561A - 웨이퍼, 기판 표면의 플라즈마 가공 공정 중 아크 현상 감지방법 및 감지장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼, 기판 표면에서 수행되는 플라즈마 공정으로부터 적어도 하나 이상의 공정변수를 모니터링하고 플라즈마 장치 챔버 내부에서 발생하는 아크 현상을 측정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 플라즈마 공정 간 플라즈마 시스(sheath)로부터 생성된 변조된 광선을 감지하는 단계; RF 전송선으로부터 RF 전압 및 전류 신호를 샘플링하는 단계; 적어도 하나 이상의 모니터 통계데이타를 생성하기 위하여 감지된 변조된 광선 및 RF 신호를 처리하는 단계; 및 웨이퍼 가공 간 아크 현상의 발생을 결정하기 위하여 모니터 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것인, 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 플라즈마 가공 공정에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 웨이퍼(wafer), 기판 표면의 플라즈마 가공 공정 중 아크 현상(arc events)을 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 생산에 있어 두가지 주요 공정은 반도체를 에칭(ETCH)하는 것과 기판상에 물질을 증착시키는 것이다. 물리적 증착(Physical Vapour Deposition, PVD), 화학적 증착(Chemical Vapour Deposition, CVD), 플라즈마 강화 화학적 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD) 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 과 같은 여러가지 다른 방법에 의하여 물질을 증착시킬 수 있다. 평판 패널 디스플레이(panel display) 및 광기전 태양전지 등을 제조하는데 유사한 기술이 사용된다.
본 발명은 집적회로(Integrated Circuit, IC), 광자장치, 또는 태양전지의 제조 과정에서 전형적으로 사용되는 다양한 에칭 및 증착 공정에 적용될 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은 가공 중인 웨이퍼 또는 기판 부근에서 무선주파수(radio frequency, RF)기반 플라즈마 방전을 수반하는 공정에 적합하고, ETCH, PVD, CVD, 및 PECVD 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 박막 트랜지스터 LCD 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFTLCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 및 발광고분자(Light Emitting Polymer, LEP) 또는 유기전자발광체(Organic Electro Luminescence, OEL)로도 알려진 유기발광 다이오드(OLED)의 제조에 수반되는 플라즈마 공정에 적용될 수 있다.
다양한 에칭 장치들이 반도체 산업에 사용되고 있다. 일반적으로 사용되는 두가지 장치 또는 반응기로서 축전기결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma, CCP) 반응기 및 변성기결합 플라즈마(Transformer Coupled Plasma, TCP) 반응기가 있다.
에칭 공정의 원리는 도 1 내지 도 3 에 개시되었다. 도 1은 일반적인 CCP 가공장치의 단면도를 나타낸다. 진공 챔버(chamber)는 하부전극(2), 상부전극(7)를 포함하고, 웨이퍼 또는 기판(3)이 상기 하부전극 상에 배치된다. 또한, 기체 유입구(8) 및 배출관(9)이 제공된다. 또한 상기 챔버는 하부전극 RF 전력공급장치(1)을 포함한다.
도 2는 일반적인 TCP 가공장치의 단면도를 나타낸다. 이 장치는 상기 CCP 가공장치와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함하지만, 상부전극을 포함하지 않는다. 또한, 상기 TCP 가공장치는 제 2 RF 전력공급장치(12), 안테나(13), 및 유전체 창(6)을 포함한다. 상기 RF 전력공급장치 (1)과 (2) 및 전력이 공급된 전극/안테나 사이에 연결 네트워크(개시되지 않음)를 배치하는 것이 일반적이다. 상기 네트워크의 목적은 상기 전력공급장치의 임피던스를 상기 전극/안테나의 임피던스와 일치시키는 것으로서, 임피던스(impedence) 값은 일반적으로 50Ω 이다.
상기 장치들의 일반적인 구동은 도 3에 CCP 장치와 관련하여 개시되었다. 웨이퍼 또는 기판(3)을 하부전극(2) 상에 배치하고, 일정한 양의 에너지를 상기 전극(2)으로 공급하는 상기 RF 전력공급장치(1)에 의하여 플라즈마를 발생시킨다. 제어된 공급 기체의 흐름(8)이 개시되고, 일정한 처리량으로 챔버 내부로 유입된다.
에칭 공정은 스퍼터링(sputtering), 화학적 에칭 또는 반응이온 에칭에 의하여 웨이퍼(3)로부터 물질을 제거하는 것이다. 제거된 물질은 플라즈마 방전으로 휘발된다. 이러한 휘발성 물질을 에칭 부산물(4)이라고 하고, 공급 기체(8)와 함께 플라즈마 방전에 기여한다. 에칭 부산물(4) 및 기체(8)는 배출관(9)을 통해 방출된다. TCP 장치의 에칭 공정도 유사한 형태로 구동된다.
상기 웨이퍼는 제조 도중에 수차례에 걸쳐 플라즈마에 의하여 가공된다. 웨이퍼를 가공하는 과정에서 플라즈마 아크가 종종 발생하는 것으로 알려져왔다. 이러한 아크 현상은 에칭 또는 증착 단계에서 발생하고, RF의 디자인, 구동 변수, 벽 및 실드(shield)의 조건, 및 가공 장치의 수명과 관련이 있다.
상기 아크 현상은 상기 챔버 벽 및/또는 전극과 상기 웨이퍼 표면 사이의 일시적인 전류의 흐름으로 구성되거나, 상기 가공 챔버 내부의 다른 구성요소 사이에서 발생할 수도 있다. 이러한 아크 현상은 가공 중인 기판을 손상시키거나, 상기 플라즈마 챔버에서 중요한 내부 구성요소를 손상시킬 수 있다는 문제가 있다. 아크 현상에 의하여 나타날 수 있는 결과는 다양하다. 예를 들어, 상기 챔버 벽으로부터 물질을 스퍼터링하여 입자를 만들 수 있다. 상기 입자는 상기 웨이퍼 표면에 부착되어 결함을 유발하거나 가공 중인 웨이퍼를 직접적으로 손상시킬 수 있다.
아크는 플라즈마 가공 장치 내부 표면에 축적된 전하의 결과물이다. 상기 표면은 플라즈마 웨이퍼, 챔버 벽 또는 전극일 수 있다. 표면은 전도성이거나 절연성일 수 있고, 일반적으로 절연성 유전물질로 덮인다. 절연성 유전물질은 웨이퍼의 가공 공정으로부터의 생산물 또는 부산물이고 결과적으로 절연성 유전체 층을 형성한다. 축적된 전하는 플라즈마, 절연층, 및 벽 표면을 통한 전위차를 유발한다. 전위 수준이 벽 또는 층의 파괴강도를 초과하면, 애벌란시(avalanche) 효과와 함께 전하차를 보상하기 위하여 표면으로의 전자의 흐름을 형성한다. 따라서, 양전하(이온)이 과잉됨에도 불구하고 플라즈마의 전자 수는 고갈된다. 전자 밀도 고갈은 완화기(즉, 플라즈마가 정상상태로 돌아가는데 걸리는 시간)가 이온이동성 시간 스케일(scale) 및 일반적으로 마이크로(micro)-초 단위를 가지는 표면 재충전속도에 의하여 지배되는 동안 나노(nano)-초 시간 스케일로 발생한다(전자 플라즈마 주파수로도 알려짐).
따라서, 가공 플라즈마 방전의 일반적인 플라즈마 변수에 있어서, 아크는 마이크로-초 시간 스케일에서 플라즈마 완화 이후에 발생하는 나노-초 시간 스케일에서의 플라즈마 상태의 동요이다. 또한, 다양한 아크 현상이 발생할 수 있다. 하나의 현상은 두번째 현상 등으로 이어질 수 있고, 밀리-초로 시간 스케일로 시간 스케일이 커짐과 함께 그 이상의 동요를 유발할 수 있다.
실시간으로 아크 현상을 관찰하고 감지할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 아크 현상이 감지되면, 필요한 경우 예방정비(preventive maintenance, PM)를 위하여 가공 장치를 생산라인에서 제외시킬 수 있다. 아크 현상의 감지는 추가적인 웨이퍼 조각을 방지하기 위하여 수행된다. 따라서, 재료비 절감 및 제조 중인 전자기기의 추가적인 손상 방지라는 효과를 얻을 수 있다.
아크 현상 조사 목적의 연구는 정전식 탐침(랑뮈에(Langmuir) 탐침으로도 알려짐)과 같은 침투 IS 기술과 함께 및/또는 플라즈마 포텐셜(potential) 또는 전자 밀도와 같은 플라즈마 상태의 변화를 발견하기 위하여 가공 챔버 내부에 추가적인 전극을 배치함으로써 수행될 수 있다. 다만, 이러한 접근은 제조 환경에 비추어 현실적이지 않다.
플라즈마 아크의 순간적 특성을 고려할 때, 일반적인 OES 분광기 및 단색화장치(일반적으로 10Hz 데이타 생산 속도로 100ms의 통합시간을 가짐)와 같은 장시간(아크 시간 스케일에 비하여)통합 센서는 마이크로-아크 현상에 의하여 발생되는 플라즈마 섬광의 변동을 발견할 수 없다.
미국 특허번호 US6332961B1, US6736944B2 및 US2008/019784A1 에서 개시된 바와 같이 RF 전력공급장치로부터 플라즈마 근원까지 이어지는 RF 전력 전송선을 관찰함으로써 아크 현상을 감지할 수 있다. 이러한 접근의 원리는 플라즈마 임피던스는 아크 현상 동안 변할 것이므로, 구동 주파수 및/또는 고조파의 순방향 전력, 전압 및/또는 전류의 반사율이 아크 현상 동안 변동될 수 있다는 관찰에 기초한다. 다만, 이러한 임피던스의 변화는 가공 장치 RF 연결 네트워크 시스템에 의하여 감지될 수 없을 정도로 빠르게 일어난다. 그럼에도 불구하고, RF 전력 전송선에서 RF 전압/전류의 빠른 관찰 및 처리는 아크 현상의 발생을 드러낼 것이다.
상기 광 비침투성에 기초한 아크 감지 기술은 미국 특허 US2008/019784A1 에서 개시된 반면, 미국 특허 US6332961B1 은 처리 플라즈마 방전으로부터 섬광으로 나타나는 고강도 아크 현상 관찰 가능성을 논한다.
본 발명은 무선 주파수(radio frequency) 전력원에 의해 공급되는 플라즈마 챔버 내에서 수행되고 있는 표면의 플라즈마 가공 도중에 발생하는 아크 현상(arc event)을 감지하기 위한 방법으로, 상기 가공 도중에 상기 플라즈마로부터 생성되고 있는 광(light)을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 광을 가공해서 아크 현상이 언제 발생하는지 결정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
상기 가공 도중에 상기 플라즈마로부터 광을 검출함으로써, 본 발명은 매우 정확하게 아크 현상(arc event)을 감지하는데, 상기 광이 시스(sheath)와 웨이퍼(wafer)를 통한 상기 무선 주파수(RF)의 흐름과 매우 강하게 연관되어 있기 때문이다.
바람직하게는, 상기 플라즈마로부터 생성되고 있는 광을 검출하는 단계는 상기 플라즈마 시스(plasma sheath)로부터 방출되고 있는 변조광(modulated light) 및 상기 플라즈마 시스에 근접한 플라즈마의 부피를 검출하는 것을 포함한다.
상기 방법은 :
상기 플라즈마 가공의 추가적인 공정 변수를 검출하는 단계 ; 상기 검출된 변조광(modulated light)과 상기 추가적인 공정 변수를 가공해서, 아크 현상(arc event)이 언제 발생하는지 결정하는 단계를 더욱 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 추가적인 공정 변수는 상기 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 포함한다.
아크 현상(arc event)은 플라즈마 가공 도중에 상기 라디오 주파수 신호의 변화를 관찰하는 것에 의해 감지될 수도 있으므로, 추가적인 공정 변수로서 상기 라디오 주파수 신호를 사용하는 것은 아크 현상(arc event)을 감지하는 추가적인 수단(means)을 제공한다.
상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 가공하는 단계는:
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형(digital optical waveform)으로 전환하고, 상기 검출된 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형(digital radio frequency waveform)으로 변환하는 단계;
상기 디지털 광학 파형 및 상기 디지털 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하는 단계;
상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공해서, 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하는 단계;
하나 이상의 신호에 대한 상기 생성된 크기 또는 상대적 위상 데이터를, 미리선택된 공정 모니터 통계데이터에 상응하는 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 추출하는 단계; 및
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터 중 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는지 여부를 검출하는 단계를 포함하되, 상기 검출은 아크 현상의 발생을 의미한다.
상기 전환된 광학 및 무선 주파수를 가공해서, 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하는 단계는:
상기 광학 및 무선 주파수 파형에 대해서 상기 전환된 파형의 각 주파수에 대응하는 실수와 허수의 곱에 대한 합의 제곱근을 계산해서, 상기 크기 데이터를 측정하는 단계; 및 상기 변환된 광학 파형의 위상과 변환된 무선 주파수 파형의 위상 사이의 차이를 계산해서, 상기 상대적 위상 데이터를 측정하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 방법은 상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형을 변환하고 상기 검출된 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형으로 전환하는 단계 이전에, 상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 광학 및 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하는 단계는 수치 가공 기술(numerical processing technique)에 의해 수행될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 수치 가공 기술은 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)을 포함한다.
상기 방법은 상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터의 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는 것으로 검출되는 경우, 검출지표(indicator)를 생성하는 단계를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 검출지표는 시각적 또는 청각적 검출지표 또는 플라즈마 가공의 종결을 위한 제어 신호일 수 있다.
상기 무선 주파수 신호는 상기 무선 주파수 전력원을 상기 플라즈마 챔버로 연결하는 전송선을 통과하는 전류 및 전압에 비례하거나 전류 및 전압을 나타내는 수도 있다.
상기 방법은 상기 플라즈마로부터 생성된 광을 특정 파장으로 필터링하는 단계를 더욱 포함할 수도 있는데, 상기 검출 단계는 상기 필터링된 광만을 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터는 상기 플라즈마 챔버 내의 복수의 웨이퍼에 대한 테스트 웨이퍼 분석을 수행하는 것이 의해 측정될 수도 있다.
상기 테스트 웨이퍼 분석은: 각각의 테스트 웨이퍼에 대하여,
플라즈마 가공 동안 테스트 웨이프의 플라즈마로부터 발생되는 광을 검출하고 상기 가공된 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 광의 선택 주파수를 디지털 광학 파형으로 변환하고, 그리고 상기 검출된 무선 주파수 신호의 선택 주파수를 디지털 무선 주파수 파형으로 변환하는 단계를 포함하고; 그리고 상기 각 테스트 웨이퍼의 복수의 광학 파형으로부터 각 주파수에 대한 시간에 따른 평균 광학 파형 및 각 테스트 웨이퍼의 복수의 디지털 무선 주파수 파형으로부터 각 주파수에 대한 시간에 따른 평균 무선 주파수를 계산하는 단계; 상기 복수의 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 계산된 평균 파형 중 가장 큰 편차를 나타내는 하나 이상의 신호를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 하나 이상의 신호에 수학 함수를 적용하는 것에 의하여 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터를 생성하는 단계를 더욱 포함할 수도 있다.
하나의 실시예에서, 공정 모니터 통계데이터는 무선 주파수 구동 주파수의 광학 크기에 해당하는 것을 선택한다.
이와 달리, 상기 공정 모니터 통계데이터는 무선 주파수 구동 주파수의 제2 고조파의 상대적 위상에 해당하는 것을 선택한다.
상기 방법은:
상기 선택된 공정 모니터 통계데이터의 평균을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 평균 공정 모니터 통계데이터에서 상위 10%에 상응하는 수치의 시점을 상한으로서 설정하고, 그리고 상기 계산된 평균 공정 모니터 통계데이터에서 하위 10%에 상응하는 수치의 시점을 하한으로 설정하는 단계를 더욱 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 상한 및 하한은 동적으로 업데이트 가능하다.
상기 하나 이상의 미리정의된 공정 모니터 통계데이터는 사용자가 미리 정의하는 수도 있다.
본 발명은 무선 주파수(radio frequency) 전력원이 공급되는 플라즈마 챔버 내에서 수행될, 표면의 플라즈마 가공 동안 발생하는 아크 현상(arc event)의 검출 장치를 제공한다, 상기 장치는:
상기 가공 동안 플라즈마로부터 발생되는 광(light)을 검출하기 위한 수단; 및 상기 검출된 광을 가공해서, 아크 현상의 발생 여부를 측정하기 위한 수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 플라즈마로부터 발생되는 광을 검출하기 위한 수단은 플라즈마 시스(plasma sheath)로부터 방출되는 변조광(modulated light) 및 플라즈마 시스 근처에 있는 플라즈마의 부피를 검출하기 위한 수단을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 장치는:
상기 플라즈마 가공의 추가적인 공정 변수(process parameter)를 검출하기 위한 수단; 및 아크 현상의 발생 여부를 측정하기 위하여, 상기 검출된 변조광 및 추가적인 공정 변수를 가공하기 위한 수단을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 추가적인 공정 변수는 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 포함할 수도 있다.
상기 검출된 변조광 및 무선 주파수 신호를 가공하기 위한 수단은:
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형(digital optical waveform) 전환하고 상기 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형(digital radio frequency waveform)으로 변환하기 위한 수단;
상기 디지털 광학 파형 및 상기 디지털 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하기 위한 수단;
크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하기 위하여, 상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공하기 위한 수단;
하나 이상의 신호에 대한 상기 발생된 크기 또는 상대적 위상 데이터를 미리선택된 공정 모니터 통계데이터에 상응하는 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 추출하기 위한 수단; 및
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터에 의한 하나 이상의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는지 여부를 검출하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 상기 검출은 아크 현상을 의미한다.
상기 크기 및 상대적 위상 데이터를 발생하기 위하여 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 전환하기 위한 수단은:
각각의 광학 및 무선 주파수 파형에 대한 크기 데이터를 측정하기 위하여, 상기 전환된 파형의 각 주파수에 대응하는 실수와 허수의 곱에 대한 합의 제곱근을 계산하기 위한 수단; 및 상대적 위상 데이터를 측정하기 위하여, 상기 변환된 광학 파형의 위상과 변환된 무선 주파수 파형의 위상 사이의 차이를 계산하기 위한 수단을 포함할 수도 있다.
상기 장치는 상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형을 변환하고 검출된 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형으로 전환하기 위한 수단 이전에 상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 증폭하기 위한 수단을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 장치는 하나 이상의 공정 모니터 통계학에 의한 하나 이상의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는 경우, 검출지표(indicator)를 발생시키는 수단을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 장치는 상기 플라즈마로부터 발생된 광을 특정 파장으로 필터링하기 위한 수단을 더욱 포함하고, 상기 검출 수단은 필터링된 광만을 검출하기 위한 수단을 더욱 포함할 수도 있다.
본 발명의 내용은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 발명의 일례로서 개시된 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 CCP 가공 장치의 단면도이다;
도 2는 일반적인 TCP 가공 장치의 단면도이다;
도 3은 에칭 부산물을 구체적으로 나타낸 도 1의 CCP 가공 장치의 단면도이다;
도 4는 아크 감지 과정의 모식도이다;
도 5는 광학 센서 발견 과정의 모식도이다;
도 6은 데이타 습득 및 처리 과정의 모식도이다;
도 7은 아크 감지 과정의 흐름도이다;
도 8은 데이타 처리 과정의 흐름도이다;
도 9는 샘플 파형의 도표이다;
도 10은 도 9의 샘플 파형의 FFT 크기를 나타낸 도표이다;
도 11은 공정 모니터 통계데이터 및 공정 모니터 한도를 나타낸 도표이다;
도 12는 아크 현상을 구체적으로 나타낸 공정 모니터 통계데이터 및 공정 모니터 한도를 나타낸 도표이다;
도 13은 모니터 통계데이터 및 모니터 한도의 생성을 구체적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1은 일반적인 CCP 가공 장치의 단면도이다;
도 2는 일반적인 TCP 가공 장치의 단면도이다;
도 3은 에칭 부산물을 구체적으로 나타낸 도 1의 CCP 가공 장치의 단면도이다;
도 4는 아크 감지 과정의 모식도이다;
도 5는 광학 센서 발견 과정의 모식도이다;
도 6은 데이타 습득 및 처리 과정의 모식도이다;
도 7은 아크 감지 과정의 흐름도이다;
도 8은 데이타 처리 과정의 흐름도이다;
도 9는 샘플 파형의 도표이다;
도 10은 도 9의 샘플 파형의 FFT 크기를 나타낸 도표이다;
도 11은 공정 모니터 통계데이터 및 공정 모니터 한도를 나타낸 도표이다;
도 12는 아크 현상을 구체적으로 나타낸 공정 모니터 통계데이터 및 공정 모니터 한도를 나타낸 도표이다;
도 13은 모니터 통계데이터 및 모니터 한도의 생성을 구체적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 원리를 이해하기 위하여, 플라즈마 가공 공정 도중에 발생하는 전자 반응을 알아보아야 한다. 플라즈마 장치에서 발견되는 것처럼 RF 구동 플라즈마 방전은 RF 전원을 희박 기체 혼합물로 연결시킴으로써 플라즈마 섬광을 지속시킨다. 큰 전압이 가해지면 전자가 가속되고, 이는 RF 전자 가열이라고 알려져 있다. 활동적인 전자는 기체 혼합물을 구성하는 중성 원자 및/또는 분자들과 전자 충돌 이온화를 통하여 이온화 공정을 개시시킨다. 이러한 자극은 전자 밀도에 직접적으로 비례한다. 플라즈마 방전은 몇몇 RF 순환을 거친 후에 정상상태에 도달하고 RF 시스를 발달시킨다. 시스는 RF 구동 전극 및 플라즈마 사이의 부분이다.
시스(sheath)는 외부의 RF 전력공급장치에 의하여 유도된 변화하는 RF 전기장이 매우 집중되어 있는 부분이다. 변화하는 RF 전기장은 시스를 통하여 현저한 전자의 흐름을 유발한다. 원자 및 분자의 자극은 플라즈마 내부에서 시간에 무관하고, 전자 밀도는 시간에 관계없이 일정하다. 반대로, 시스 부분의 전자 수는 RF 구동 전압에 따른 전자 흐름과 함께 시간에 의존한다. 시간에 따라 변하는 전자수는 RF 순환의 반주기 동안 사라지고 나머지 반주기 동안 생성된다.
플라즈마 섬광은 활성화된 중성입자들의 광학적 비활성화에 기인한다. 시스 부분에서 시간에 따라 변하는 전자 수는 주기적인 광학 활성을 유발한다. 시스 부분의 중성 입자들 중 일부는 RF 순환의 반주기 동안 전자 충돌에 의하여 활성화되는 반면에, 시스 부분에 존재하는 전자는, 전자가 사라지면 나머지 반주기 동안 더이상 활성화되지 않는다. 활성화 상태에서의 발광선 수명에 따라 시스 부분에 근접한 플라즈마는 구동 RF 주파수에 의하여 변조되는 빛을 방출한다. 여기에서 주의할 것은 RF 변조 광선을 생성하기 위하여 발광선 수명은 RF 순환 주기보다 짧지 않으면 안된다는 것이다. 상기 조건을 만족시키는 파장의 선택만이 변조된 발광에 영향을 미칠 수 있다. 전자밀도 변화는 주로 시스 부분에 국한되기 때문에 대부분의 RF 변조 플라즈마 광선은 플라즈마 시스에서 생성된다는 것을 알 수 있다.
변조광의 진폭은 장치 및 플라즈마 상태와 관련있다. 이것은, 기체압력; 공급기체; 부산물; 탈기체 벽; 전자, 밀도, 에너지 및 공간분포; 이온밀도 에너지 및 공간분포, 챔버 구조; RF 근원 형태; RF 구동 주파수 또는 주파수 및 전력 수준을 포함한다.
아크 현상은 전체 플라즈마를 통하여 플라즈마 전자 밀도에 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 전자밀도 변화의 효과는 플라즈마 광선의 하나 또는 그 이상의 고조파 신호의 크기와 같은 플라즈마 시스에서의 변조광을 관찰함으로써 직접적으로 관찰될 수 있다. 따라서, 아크 현상에 의하여 유발되는 플라즈마 정상상태의 붕괴를 직접적으로 측정할 수 있다.
시스 부분에 근접한 아크 현상은 시스의 전기 및 공간 역학에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 아크 현상은 변조된 전자의 즉각적인 에너지 변화로서 나타나고, 결국 변조된 발광선으로 나타날 것이다.
본 발명은 RF 플라즈마 시스으로부터 RF 변조된 발광선을 관찰하는 것을 포함하는 웨이퍼 가공 공정 간 아크 현상의 감지방법을 제공한다.
단주파수 에칭 장치에서, 변조광은 구동 RF 및 고조파에 일치할 것으로 기대된다. 이중 주파수 시스템에서는 RF 및 그것의 고조파에서와 마찬가지로 두 구동 주파수의 혼합된 결과물로부터 변조광을 발견할 수 있을 것이다.
변조광을 관찰함으로써, 변조광은 시스과 웨이퍼를 통과하는 RF 전류와 크게 관련이 있다는 사실에 근거하여 본 발명은 마이크로-아크 현상의 발생에 보다 민감한 기술을 제공한다. 아크 현상에 의한 상기 전류의 동요는 플라즈마로부터 변조광을 관찰함으로써 명백하게 감지될 수 있다.
또한, 아크 현상이 일어나는 동안 플라즈마 임피던스의 변화를 관찰함으로써 아크 현상이 감지될 수 있다. 아크 현상은 전류, 전압 및 전력과 같은 전송선을 통하는 전기적 변수의 변화로 관찰된다. 일반적인 RF 플라즈마 장치는 플라즈마 방전으로 전달되는 출력 전력을 최대로 하기 위한 RF 전력공급장치와 플라즈마 챔버 사이의 연결 네트워크를 포함한다. 전송선을 통하는 RF 전압 및 전류는 전송선 상에서 연결 네트워크 앞 또는 뒤에 전기적 RF 측정장치를 두어 측정될 수 있다.
본 발명의 관찰 변수는 변조광의 구동력 및/또는 고조파 주파수의 크기 뿐만 아니라 선택적으로 하나 또는 그 이상의 하기 공정 변수를 포함할 수 있다: RF 선상에서 상응하는 신호 및/또는 고조파에 대하여 변조광의 구동력 및/또는 고조파 주파수의 상, 구동력을 발생시키기 위한 전압 및/또는 전류의 크기 및 RF 전송선으로부터의 고조파 주파수.
감지는 웨이퍼를 가공하는 동안 플라즈마로부터 방출되는 시간 의존 방사선과 플라즈마 방전을 구동하고 지속시키는 RF 전압 및 전류에 민감한 센서(sensor)들의 조합으로 수행된다. 포토-멀티플라이어(photo-multiplier) 또는 포토-다이오드(photo-diode)와 같은 센서는 변조광을 아날로그 신호로 전환하고 나아가 분석을 위하여 디지털화할 수 있다. 플라즈마 시스의 다이오드와 유사한 특성에 의하여 시스에서의 전자수 변화는 비정현파 형태를 나타내므로 그러한 파형에서는 고조파가 풍부하다는 것을 알 수 있다.
아크 현상이 발생하기 전, 플라즈마 상태는 순간적으로 변할 수 있다. 이러한 불안정성은 센서에 의하여 측정되는 변조된 발광에서 관찰될 수 있고 아크 현상의 예측변수가 될 수 있다. 이 경우, 사용자는 가공 중인 생산물 또는 가공 장치의 상태를 보전하기 위하여 아크 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 회피 조치를 취하고자 할 것이다. 예를 들어, 가공 장치의 폐쇄 루프(loop) 제어 방식에서 플라즈마의 구동방식은 압력 또는 전력 등을 조절함으로써 변화할 수 있다.
센서에 의하여 수집된 데이타는 가공중인 웨이퍼의 관찰을 위한 하나 또는 그 이상의 통계데이터를 생성하는데 사용된다. 통계데이터는 웨이퍼가 가공되는 동안 아크 현상의 발생을 결정하는데 사용된다. 통계데이터는 하나 또는 그 이상의 원초신호의 수학적 조합으로부터 도출된 신호를 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원초 데이타 신호의 가공은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transfrom, FFT) 알고리즘(algorithm)을 포함한다. 다만, 신호의 가공은 어떠한 적절한 방법에 의하여도 수행될 수 있고, 특정 수학적 방법에만 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다.
아크 현상은 웨이퍼를 가공하는 동안 관찰된 변수들에 상한 및 하한을 설정함으로써 감지될 수 있다. 관찰 신호가 설정 한도를 초과하거나 설정 한도 아래로 떨어지는 경우, 현저한 신호 편차를 나타내기 위하여 경보장치가 활성화될 수 있다. 관찰 신호는 아크 현상에서의 나노-초 시간 스케일로 빠른 초기 변동을 나타낼 수 있다. 변수 신호의 변동속도는 변수 신호 변동의 시간에 대한 미분값으로 구해질 수 있다. 미리 설정한 한도를 넘어서는 가파른 변화와 편차는 아크 현상의 발생을 나타낸다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 웨이퍼를 가공하는 동안 아크 현상의 발생을 결정하는데 사용되는 하나 또는 그 이상의 모니터링 통계데이터를 생산하기 위한 변조된 플라즈마 광선 감지 센서의 용도를 포함한다. 이는 전적으로 비침투적인 실시예이다.
본 발명은 다른 공정 변수를 감지하는 센서와 함께 변조된 플라즈마 섬광 감지 센서를 사용함으로써 아크 현상을 감지하는 것을 택일적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이는 웨이퍼를 가공하는 동안 아크 현상의 발생을 결정하기 위한 하나 또는 그 이상의 통계데이터를 생산하는 RF 전압 및 전류 센서와 변조된 플라즈마 섬광 감지 센서를 사용함으로써 수행된다. 상기 실시예는 RF 전압 및 전류 신호를 수집하기 위하여 RF 공급장치, 연결 네트워크 및 가공 장치 챔버 사이에서 RF 전송선의 약간의 침투를 요구한다.
본 발명의 상세한 설명은 상기 두번째 실시예에 기초하고 있다. 다만, 상기 실시예는 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 발명의 보호 범위가 상기
실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 구성요소의 일 구현예에 대한 블록 다이어그램을 나타낸다. RF 전력원(41)은 전송선을 거쳐 공정 툴의 플라즈마 챔버에 연결된다. RF 샘플링 센서 픽업(pickup)은 플라즈마 챔버(43)와 RF 전력 공급원(41) 사이에 있는 RF 전송선에 위치하여, 전송선 내의 RF 신호를 검출한다. 이 구현예에서, 상기 전송선은 (절연 물질 및 전기 쉴드에 의해 둘러싸인 중심 컨덕터를 포함하는) 동축형(co-axial) 케이블인 반면, RF 샘플링 센서 픽업(42)은 RF 전력 공급원(41)과 플라즈마 챔버 사이를 연결하기 위하여 RF 컨넥터를 갖는 금속 성분이다. 광학 센서 픽업(44)은 플라즈마 챔버에 전달되어, 플라즈마로부터의 광학적 방출을 검출한다. 이것은 플라즈마 시스로부터 방출되는 변조광 및 플라즈마 시스 근처에 있는 부피의 검출을 포함한다.
그 다음, 광학 센서 픽업(44) 및 RF 센서 픽업(42)으로부터의 출력 신호는 그 다음 데이터 획득수단 및 가공 수단(45)에 전달된다. 상기 구현예에서, 광학 센서는 센서를 가공 수단(45)에 연결하는 컨덕터를 사용하는 것에 의해 데이터 획득수단 및 가공 수단에 연결되는 반면, RF 센서 픽업(42)은 쉴드 케이블을 통해 상기 수단에 연결된다. 상기 데이터 획득수단 및 가공 수단(45)은 또한 퍼스널 컴퓨터 (46)에 연결된다.
도 5는 상기 광학 센서 픽업(44)의 상세도를 나타낸다. 상기 용어 광학 센서 "픽업"의 경우, 본 발명자들은 광학적 입력신호에 민감하고 상기 광학적 입력신호에 비례하거나 상기 광학적 입력신호를 나타내는, 전기적 출력신호를 생성하는 센서를 의미한다. 그것은 두개의 구성요소, 즉 포토-센서(52) 및 플라즈마와 포토-센서(52) 사이에 위치하는 광학적 필터(51)를 포함한다. 상기 광학적 필터(51)는 센서의 입력 광의 넓이를 특정 파장에서 중심을 나노 미터 밴드까지 좁히는 효과를 가진다. 이것은 광이 플라즈마 내의 특정 종류로부터 선택될 수 있도록 함으로써, 원하지 않는 파장의 밴드가 제거될 수 있도록 한다.
상기 센서(52)는 포토-다이오드 또는 포토-멀티플라이어 튜브와 같은 어느 적합한 형태를 가질 수 있다. 그러나, 플라즈마 광 변조를 성공적으로 검출하기 위하여, 상기 광(52)은 빠른 반응 시간을 가져야 한다. 상기 포토-센서(52)는 수신하는 광학적 신호를 전기적 신호로 변환한다.
각 필터가 특정 광학적 파장 밴드를 검출하기에 적합한, 다양한 광학적 필터에 맞는 하나 이상의 광학적 센서 픽업이 사용될 수 있을 것으로 이해될 것이다. 다중 광학적 채널은 또한 광학적 채널 견지에서 다양한 목적 구성요소(들)을 연결하는 것에 의해, 가공 채널 내의 다른 구성요소들과 관련된 아크 현상을 검출하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 RF 센서 픽업(42)은 메인 RF 전송선의 변형부를 형성하고, 작은 루프 안테나 및 그것의 중심부 컨덕터 근처에 있는 작은 전극을 포함한다. 이 설계는 안테나 및 전극이 전송선에서 발생하는 교란을 최소화시킨다. 전압 신호는 중심 컨덕터를 통해 흐르는 전류에 의해 안테나에서 유도되고, 그 다음 전압 신호는 상기 중심 컨덕터 상의 전압으로부터 전극에 연결된다. 생성된 전기 신호는 메인 전송선의 중심 컨덕터를 통과하는 전류 및 전압에 비례하거나 전류 및 전압을 나타낸다.
광학적 및 RF 센서 픽업의 출력부로부터 나오는 전기적 신호는 그 다음 데이터 획득수단 및 가공 블록을 통과하기 전에 증폭되기 위하여, 신호 컨디셔닝 장치(53)에 입력된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 컨디셔닝은 트랜스-임페던스 증폭기(TIA) 및 프로그래머빌 다양한 이득 전력 증폭기(VGA)에 의해 수행된다. 상기 트랜스-임페던스 증폭기는 센서로부터의 신호를 전압 신호로 변환하는 한편, 전력 증폭기는 이러한 전압 신호들을 증폭시킨다.
도 6은 도 4의 RF 및 광학적 데이터 획득수단 및 가공 블록(45)의 메인 구성요소들을 나타낸다. 복수의 디지타이저(digitiser) 수단들(63 및 64)이 컨티셔닝된 RF(61) 및 광학적(62) 신호를 수신하기에 적합하다. 본 발명의 일 구현예에서, 디지털화기는 아나로그 디지털 컨버터(ADC)에 의해 수행되고, 이 경우 광학적 및 RF 파형은 각각의 ADC에 의해 동시에 디지털화된다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, ADC는 30 MHz 까지의 주파수에서 수행된다. 상기 프로세서(65)는 디지털 신호를 퍼스널 컴퓨터(46)에 의해 아크 현상을 검출할 수 있는 형태로 가공하기 위하여 제공되는바, 이하에서 이를 더욱 상세히 서술하도록 한다. 상기 프로세서(65)는 Application Specific Integrated Circuit (ASIC) 마이크로컨트롤러 또는 Field Programmable Gate Array (FPGA)와 같은 어느 적합한 프로세싱 장치일 수도 있다.
컴퓨터(46)는 출력 신호를 더욱 가공하는 것에 의해 아크 현상 및 상기 아크 현상이 발생할 때 하나 이상의 검출지표(indicator)를 발생시키기 위하여 제공된다. 통신 장치(66)은 가공 수단(65) 및 퍼스널 컴퓨터(46) 사이에 링크를 제공한다. 바람직한 구현예에서, 이 장치는 마이크로-컨트롤러를 포함하고 상기 컴퓨터와 프로세서 사이의 통신을 조작하는, USB 모듈을 의미한다. 그러나, 상기 통신 장치는 예를 들면, 시리얼 또는 Ethernet 모듈과 같은 어느 적합한 장치일 수 있다.
RF 및 광학적 데이터 획득수단 및 가공 블록(45) 및 상기 컴퓨터(46)은 각각의 구성요소로서 사용될 수도 있는 반면, 이러한 구성요소들은 통합된 프로세싱 시스템으로 동시에 제공될 수도 있다.
도 5은 본 발명의 일 구현예에서 메인 단계의 공정 흐름을 상세히 설명한다. 단계 71에서, 플라즈마 변조광 및 RF 신호는 각각의 광학적 및 RF 센서에 의해 웨이퍼의 플라즈마 가공 동안 캡쳐된다. 그 다음, 상기 캡쳐된 신호들은 샘플링된다(단계 72). 이러한 두 단계들은 플라즈마 시스로부터 방출된 변조광을 동시에 검출하는 광학적 센서 픽업(44)에 의해 달성되는 반면, 상기 RF 센서 픽업(42)은 전력 공급원 및 플라즈마 챔버 사이의 전송선을 통과하는 전압 및 전류 신호를 동시에 샘플링한다. 플라즈마 광은 하나 이상의 광학적 필터에 의해 특정 광학적 파장 밴드의 광만이 검출될 수 있도록, 추가적으로 필터링될 수도 있다. 단계 73에서, 검출된 변조 플라즈마 광 및 RF 신호는 프로세서(45)에 의해 실시간 프로세싱된 후, 퍼스널 컴퓨터(46)에 입력되는 것에 의해 플라즈마 가공를 진행하기 위하여 하나 이상의 모니터 통계데이터(monitor statistics)를 생성한다. 상기 생성된 통계데이터는 퍼스널 컴퓨터(46)에서 아크 검출 알고리즘에 의해 더욱 가공되고, 하나 이상의 아크 현상이 웨이퍼의 플라즈마 가공 동안 발생했는지 여부를 검출한다(단계 74). 그 다음, 상기 알고리즘이 양(positive)의 아크 검출 출력이 되돌아올 경우, 검출지표는 발생한다.
도 8은 본 발명의 신호 가공 및 통계데이터 발생 단계의 공정 흐름을 더욱 자세히 나타낸다. 디지털화된 광학적 RF 파형 신호들이 가공 장치(단계 81 및 82)에 입력되면, 그 다음 프로세서(6)는 광학적 및 RF 파형 상의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행한다(단계 83). 상기 FFT는 디지털 신호를 주파수 도메인으로 전환한다. FFT를 수행함으로써, 주여진 파형의 주파수 성분들은 주파수 콘텐츠를 분석하고, 그것을 강도 주파수 데이터 형태로 나타내는 것에 의해 확인될 수 있다. 상기 생성된 각각의 FFT의 실수 및 허수 성분들은 그 다음 각각의 파형 및 광학적 파형과 전기적 파형 FFT 사이의 상대적 위상을 위한 크기 FFT를 생성하기 위해 더욱 가공된다(단계 84).
상대적 위상 FFT는 광학적과 RF 신호 파형 간의 차이로 계산된다. 각각의 파형의 위상은 샘플링 디지터라이저의 위상에 상대적이다. 참조 위상은 각각의 위상 및 RF 신호 ADC 가 동시에 클럭되기 때문에, 각 파형에서 동일할 것으로 이해될 것이다. 따라서, FFT 위상 사이의 샘플 차이로도 상대적 위상 FFT를 계산하기에 충분하다.
각 파형을 위한 크기 FFT는 FFT의 각 주파수에 상응하는 실수와 허수의 제곱에 대한 합의 제곱근으로 계산된다. 도 9는 시간 도메인에서의 샘플 RF 파형을 나타낸다. 이 샘플 RF 파형에 상응하는 크기 FFT를 도 10에 나타내었다.
그 다음, 상기 계산된 FFT 크기 및 위상은 프로세서로부터 퍼스널 컴퓨터까지 출력된다(단계 85). 단계 86에서, 상기 PC는 FF를 해독하고 그것들을 추가 가공하는 것에 의해 웨이퍼의 플라즈마 프로세서의 모니터링 및 아크 현상의 검출을 위한 하나 이상의 통계데이터를 생성시킨다. 이것은 프로세서 모니터 통계데이터를 사용하기 위하여 미리 선택되는 하나 이상의 신호들을 수신된 FFT 신호들로부터 추출하는 컴퓨터에 의해 수행된다. 일반적으로, 프로세서 단계의 가장 정확한 평가, 즉 아크 현상이 발생될 때, 프로세싱 플라즈마의 안정성를 제공하기 위해 측정된 이러한 신호들은 프로세서 모니터 통계데이터에 의해 선택된다. 프로세서 모니터 통계데이터의 선택은 캡쳐되고 분석되는 웨이퍼 데이터의 연속 생성 이후에 수행되며, 이하에서는 이를 더욱 상세히 설명할 것이다.
공정 모니터 통계데이터는 FFT의 출력값들의 어느 조합일 수 있다. Multi-Vahate Analysis (MVA) 및 Principal Component Analysis (PCA)와 같은 다양한 통계적 프로세싱 기술이 본 발명에 사용될 수도 있다. 본 발명의 일 구현예에서, RF 구동 주파수의 광학적 FFT 크기가 모니터 통계데이터로서 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예는 모니터 신호로서 RF 구동 주파수의 제2 고조파의 상대적 위상 수치를 사용한다.
본 발명의 상기 구현예에서, 아크 현상이 발생했는지 여부를 측정하기 위하여, 하나 이상의 모니터 통계데이터는 우선 상한 및 하한치가 설정되어야 하는바, 이를 도 11에 예시하였다. 이 구현예에서, 상한(111) 및 하한(113)치는 통상적인 통계데이터 시간 신호의 +/- 10%로 설정될 수도 있다. 그 다음, 아크 현상은 상기 모니터 통계데이터(112)가 이러한 미리-정의된 한계치의 범위를 벗어나는 경우 검출된 것으로 간주된다. 하나 이상의 모니터 통계데이터가 사용되는 경우, 그것들은 하나 이상의 통계데이터가 한계치를 벗어날 때 "링"을 울리는 벨을 설정하여 관찰될 수 있으며, 그 다음 아크 현상은 발생된 것으로 간주된다.
상한 및 하한치는 아크 현상이 검출되지 않는 경우, 웨이퍼로부터 모니터 통계데이터를 기초로, 웨이퍼 대 웨이퍼 및 로트(lot) 때 로트의 값을 동적으로 업데이트할 수도 있다. 이 경우, 상기 아크 검출 알고리즘은 툴 예방 정비(PM) 서비스 사이의 툴 드리프트 및 노화를 보상할 수도 있다.
도 12는 공정 모니터 통계데이터의 상한 및 하한이 설정되는 경우 아크 검출 공정을 예시한다. 모니터 통계데이터(122)는 그것의 결정된 상한(121) 및 하한(123)치를 함께 플롯팅한다. 예를 들면, 그것은 모니터 통계데이터가 작동(124)의 일반적 상태로부터 빠른 신호 변환을 나타낼 수 있다. 이러한 빠른 변환 또는 전송은 아크 현상으로 확인된다. 모니터 통계데이터가 이러한 제한치를 벗어났음이 확인될 때, 검출지표가 생성된다.
검출지표를 위한 어느 적합한 수단이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 컴퓨터에 의해 발생된 검출지표는 시각적 또는 청각적 검출지표를 나타낸다. 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 검출지표는 공정이 종료되도록 플라즈마 가공 툴을 위한 제어 신호를 나타낸다. 상기 공정은 아크 현상이 검출되는 시간을 로그로 프로그램화하는 대신, 아크 검출 알고리즘을 사용하여 진행되도록 설정될 수 있다.
상기 프로세서는 또한 아크 현상이 검출되는 경우 웨이퍼의 가공 동안 아크 현상의 검출에 요구되는 최종 사용자에 따라, 여러 선택적인 과제를 수행할 수 있다.
다른 다수의 프로세싱 기술이 아크 검출 구현예를 위하여 푸리에 분석(FFT) 대신에 사용될 수 있다.
아크 검출에 사용하기에 가장 적합한 공정 모니터 통계데이터를 측정하기 위하여, 주어진 수의 로트 내에서 많은 웨이퍼가 실제 아크 검출이 특정 웨이퍼를 위해 수행되고 모여진 데이터가 기록되는 경우 사용된 동일한 광학적 및 RF 센서를 사용하는 플라즈마 프로세싱 툴에서 테스트된다. 많은 수의 웨이퍼를 가공하는 것이 바람직하다. 이 목적은 우선, 공정 및 공정 드리프트의 반복가능성이 측정될 수 있도록 데이터 설정 기록을 생성하고, 그 다음 하나 이상의 아크 현상이 캡쳐될 수 있도록 하며 그리고 어느 특정한 가시적인 신호를 증가시키기 위한 것이다. 그 다음 실시간 모니터 통계데이터를 공정 드리프트 및 아크 현상을 측정하기 위한 샘플 설정과 비교하기 위하여, 모니터 통계데이터의 아크 현상이 없는 샘플을 만들기 위해 안정한 공정 통계데이터의 많은 데이터 설정 기록이 요구된다.
상기 공정 드리프트는 신호 세기 및/또는 모양을 전체적으로 변화시키는 것을 포함할 수도 있다. 이것은 예방 정비(PM) 사이클 - 상기 툴을 연속적으로 사용하는 것임 - 을 통한, 예를 들면 챔버 벽 및 뷰-포트상에 발생되는 물질 분해가 플라즈마 챔버 임페던스 (광학적 및 RF 신호에 영향을 미침) 및 뷰-포트 클라우딩(광학적 크기에 영향을 미침)과 같은, 플라즈마 챔버의 노화로 인해 통상적인 플라즈마 프로세서 반응이다.
도 13은 공정 모니터 통계데이터, 상기 통계데이터의 상한 및 하한의 측정에 포함되는 통상적인 단계를 예시한다. 단계 131에서, 상기 광학적 및 RF 센서는 상기한 방법으로 RF 신호 및 광학적 신호를 검출한다. 이러한 신호들은 구동 주파수 및/또는 프로세싱 툴의 고조파에 상응하도록 증폭된 후 고속 푸리에 변환에 의해 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 변환된다. 이것은 많은 웨이퍼 및 로트가 기록될 수 있는 데이터까지 수행된다(단계 131). 단계 132에서, 측정은 어느 아크 현상이 선택된 주파수에서 데이터 기록으로 캡쳐됐는지 여부로 수행된다. 본 발명의 구현예에서, 이것은 플롯팅되고 모든 캡쳐된 웨이퍼와 비교되는 광학적 센서의 구동 주파수 시간 신호로부터의 데이터에 의해 달성된다. 평균 시간 신호 파형 또는 커브는 아크 현상이 발생하지 않을 때의 모든 구동 주파수 시간 신호 파형으로 계산되고, 각각의 파형은 평균과 비교된다. 평균 파형으로부터 특정 신호에서 관찰된 어느 빠른 편차는 아크 현상으로 표시될 수 있다. 또한, 아크 현상 또는 현상들은 검출을 위한 웨이퍼 표면 스캔을 수행하는 것에 의해 확인될 수 있다. 상기 표시된 웨이퍼가 보통 이상으로 관찰되는 경우, 기록된 데이터와 웨이퍼 표면 상태와의 상관관계가 확인된다.
아크 현상이 데이터 기록 동안 캡쳐되는 경우(단계 133), 다음 단계는 플라즈마 가공을 관찰하기 위하여 확실한 통계데이터를 생성하기 위하여 사용되는 최선의 조합을 아크 현상을 나타내는 파형으로부터 측정하기 위한 것이다(단계 134).
본 발명의 일 구현예에서, 공정 모니터링의 경우, 구동 주파수 및 그것의 제2 고조파에 대한 광학적 신호는 아크 현상의 발생을 위하여, 하나는 양성인 반명 두번째는 음성인, 상반되는 신호 변화를 나타낼 수 있다. 따라서, 수학적 함수기 이러한 신호에 적용될 수 있으며, 상기 결과는 공정 모니터 통계데이터로 사용될 수 있다. 이 경우, 이러한 두개의 신호들 사이의 차이는 각각의 신호 보다는 아크 현상이 더 민감한 통계데이터를 생성하는 우수한 조합을 만들 수 있다. 그러나, 광학적 및 RF 센서에 의한 다수의 출력 신호 중 선형 또는 비-선형 조합에 의해 생성되는 통계데이터의 다른 적합한 선택이 동일하게 사용될 수 있다.
아크 현상이 데이터 기록 동안 캡쳐되지 않는 경우, 가장 적합한 공정 모니터 통계데이터가 최종 사용자의 최선의 판단 및 경험을 기초로 만들어질 수 있다 (단계 135). 사용자가 신호를 선택하는 경우 아크 현상의 발생에 민감한 가장 큰 가능성에 대한 평가를 기초로 하여야 한다. 추가 공정 모니터링의 경우, 아크 현상이 발생할 수도 있다. 모니터링 통계데이터는 또한 아크 검출 알코리즘을 개선하기 위하여, 상기 논의된 바와 같이 업데이트될 수도 있다.
단계 136은 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터로 상한 및 하한을 측정하는 것으로 이루어진다. 샘플 공정 모니터 통계데이터는 프로세싱 데이터를 기록하는 것에 의해 측정된다. 본 발명의 일 구현예에서, 공정 모니터 통계데이터의 평균인, 샘플은 마지막으로 캡쳐된 웨이퍼 로트에 상응하는 데이터로부터 계산된다. 이 경우, 상기 모니터 통계데이터는 마지막 웨이퍼 로트 이상의 통계데이터를 평균화하는 것에 의해, 동적으로 업데이트될 수 있다. 모니터 통계데이터의 상한 및 하한치는 그 다음 시간 함수로서 통계데이터 평균 파형 이상 및 이하의 범위 값으로 설정될 수 있다. 도 11은 한계치를 예시한다. 112가 로트 평균 모니터 통계로부터 커브로서 사용되는 경우, 상한 하한 커브(111 및 113)는 상응하는 시간에서 통계데이터 값의 주어진 백분률에 의해 시간내 각 포인트에서 통계 커브 보다 크거나 작은 값으로 설정된다.
하기의 도면을 참조로 설명되는 본 발명의 구현예들은 컴퓨터 장치 및/또는 컴퓨터 장치 내에서 수행되는 공정을 포함한다. 그러나, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 특히 본 발명을 실제 제공하기에 적합한 케리어에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 확장된다. 상기 프로그램은 본 발명의 방법에서 사용되기에 적합한 어느 형태로서, 소스 코드, 객체 코드, 서크와 객체 코드 사이의 코드 형태일 수도 있다. 상기 케리어는 예를 들면, ROM, 예를 들면 CD ROM과 같은 저장 매체, 또는 플로피 디스크 또는 하드 디스크와 같은 마그네틱 기록 매체를 포함할 수도 있다. 상기 케리어는 전기적 또는 광학적 케이블를 통해 또는 무선 또는 다른 수단에 의해 전송될 수도 있는, 전기적 또는 광학적 신호일 수도 있다.
본 발명은 전술한 구현예에 제한되지 않으며 다양하게 설계되거나 설명될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하다/포함하는" 및 용어 "가지는/포함하는"은 언급된 정수, 단계 또는 구성성분들을 구체화하기 위하여 설명될 뿐이며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성성분들 또는 그것들의 군에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술된 각각의 구현예들은, 본 발명의 특정 특징을 명확하기 위하여 단일 구현예를 조합하여 제공될 수도 있다. 반대로 단일 구현예로서 간략하게 기술된, 본 발명의 다양한 특징들은 분리되거나 또는 적합하기 조합되어 제공될 수도 있다.
Claims (29)
- 무선 주파수(radio frequency) 전력원이 공급되는 플라즈마 챔버 내에서 수행되는, 표면의 플라즈마 가공 도중에 발생하는 아크 현상(arc event)의 검출 방법으로, 상기 방법은:
상기 가공 동안 상기 플라즈마로부터 생성되는 광(light)을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 광을 가공해서, 아크 현상의 발생 여부를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계는 플라즈마 시스(plasma sheath)로부터 방출되는 변조광(modulated light) 및 상기 플라즈마 시스에 근접한 플라즈마의 부피를 검출하는 것을 포함하는 것인, 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 플라즈마 가공의 추가적인 공정 변수(process parameter)를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 변조광 및 추가적인 공정 변수를 가공해서, 아크 현상의 발생 여부를 측정하는 단계를 더욱 포함하는 것인, 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 추가적인 공정 변수는 상기 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 포함하는 것인, 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 가공하는 단계는:
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형(digital optical waveform) 전환하고, 상기 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형(digital radio frequency waveform)으로 변환하는 단계;
상기 디지털 광학 파형 및 상기 디지털 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하는 단계;
상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공해서, 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하는 단계;
하나 이상의 신호에 대한 상기 생성된 크기 또는 상대적 위상 데이터를, 미리선택된 공정 모니터 통계데이터에 상응하는 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 추출하는 단계; 및
하나 이상의 공정 모니터 통계데이터 중 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는지를 검출하는 단계를 포함하되, 상기 검출은 아크 현상의 발생을 의미하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공해서, 상기 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하는 단계는:
각각의 광학 및 무선 주파수 파형에 대한 크기 데이터에 대하여, 상기 전환된 파형의 각 주파수에 대응하는 실수와 허수의 곱에 대한 합의 제곱근을 계산하는 단계; 및
상기 변환된 광학 파형의 위상과 변환된 무선 주파수 파형의 위상 사이의 차이를 계산해서, 상대적 위상 데이터를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형을 변환하고, 상기 검출된 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형으로 전환하는 단계 이전에, 상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계를 더욱 포함하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 광학 및 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하는 단계는 수치 가공 기술(numerical processing technique)에 의해 수행되는 것인, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 수치 가공 기술은 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)을 포함하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터 중 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는 경우, 검출지표(indicator)를 생성하는 단계를 더욱 포함하는 것인, 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 검출지표는 시각적 또는 청각적 검출지표 또는 플라즈마 가공의 종결을 위한 제어 신호인 것인, 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 무선 주파수 신호는 상기 무선 주파수 전력원을 상기 플라즈마 챔버로 연결하는 전송선을 통과하는 전류 및 전압에 비례하거나 전류 및 전압을 나타내는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마로부터 생성된 광을 특정 파장으로 필터링하는 단계를 더욱 포함하되, 상기 검출 단계는 상기 필터링된 광만을 검출하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터는 상기 플라즈마 챔버 내의 복수의 웨이퍼에 대한 테스트 웨이퍼 분석을 수행하는 것에 의해 측정되는 것인, 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 테스트 웨이퍼 분석은: 각각의 테스트 웨이퍼에 대하여,
플라즈마 가공 도중에 상기 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하고, 상기 가공의 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 검출하는 단계;
상기 검출된 광의 선택 주파수를 디지털 광학 파형으로 변환하고, 상기 검출된 무선 주파수 신호의 선택 주파수를 디지털 무선 주파수 파형으로 변환하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 각 테스트 웨이퍼의 복수의 광학 파형으로부터 각 주파수에 대한 시간에 따른 평균 광학 파형 및 각 테스트 웨이퍼의 복수의 디지털 무선 주파수 파형으로부터 각 주파수에 대한 시간에 따른 평균 무선 주파수를 계산하는 단계;
상기 복수의 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 계산된 평균 파형 중 가장 큰 편차를 나타내는 하나 이상의 신호를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 하나 이상의 신호에 수학 함수를 적용하는 것에 의하여 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터를 생성하는 단계를 더욱 포함하는 것인, 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 공정 모니터 통계데이터는 무선 주파수 구동 주파수의 광학 크기에 해당하는 것을 선택하는 것인, 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 공정 모니터 통계데이터은 무선 주파수 구동 주파수의 제2 고조파의 상대적 위상에 해당하는 것을 선택하는 것인, 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 선택된 공정 모니터 통계데이터의 평균을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 평균 공정 모니터 통계데이터에서 상위 10%에 상응하는 수치의 시점을 상한으로서 설정하고, 그리고 상기 계산된 평균 공정 모니터 통계데이터에서 하위 10%에 상응하는 수치의 시점을 하한으로 설정하는 단계를 더욱 포함하는 것인, 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 상한 및 하한은 동적으로 업데이트 가능한 것인, 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 정의된 공정 모니터 통계데이터는 사용자가 미리 정의하는 것인, 방법.
- 무선 주파수(radio frequency) 전력원이 공급되는 플라즈마 챔버 내에서 수행되는, 표면의 플라즈마 가공 도중 발생하는 아크 현상(arc event)의 검출 장치로, 상기 장치는:
상기 가공 도중에 플라즈마로부터 생성되는 광(light)을 검출하기 위한 장치; 및
상기 검출된 광을 가공해서, 아크 현상의 발생 여부를 측정하기 위한 장치를 포함하는 것인, 장치.
- 제21항에 있어서,
상기 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하기 위한 장치는 플라즈마 시스(plasma sheath)로부터 방출되는 변조광(modulated light) 및 상기 플라즈마 시스에 근접한 플라즈마의 부피를 검출하기 위한 장치를 더욱 포함하는 것인, 장치.
- 제22항에 있어서,
상기 플라즈마 가공의 추가적인 공정 변수(process parameter)를 검출하기 위한 장치; 및
상기 검출된 변조광 및 추가적인 공정 변수를 가공해서, 아크 현상의 발생 여부를 측정하기 위한 장치를 더욱 포함하는 것인, 장치.
- 제23항에 있어서,
상기 추가적인 공정 변수는 상기 무선 주파수 전력원과 관련된 무선 주파수 신호를 포함하는 것인, 장치.
- 제24항에 있어서,
상기 검출된 변조광 및 무선 주파수 신호를 가공하기 위한 장치는:
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형(digital optical waveform) 전환하고, 상기 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형(digital radio frequency waveform)으로 변환하기 위한 장치;
상기 디지털 광학 파형 및 상기 디지털 무선 주파수 파형을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 전환하기 위한 장치;
상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공해서, 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하기 위한 장치;
하나 이상의 신호에 대한 상기 생성된 크기 또는 상대적 위상 데이터를 미리선택된 공정 모니터 통계데이터에 상응하는 광학 및 무선 주파수 파형으로부터 추출하기 위한 장치; 및
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터 중 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는지를 검출하기 위한 장치를 포함하되, 상기 검출은 아크 현상을 의미하는 것인, 장치.
- 제25항에 있어서,
상기 전환된 광학 및 무선 주파수 파형을 가공해서, 상기 크기 및 상대적 위상 데이터를 생성하기 위한 장치는:
각각의 광학 및 무선 주파수 파형에 대한 크기 데이터에 대하여, 상기 전환된 파형의 각 주파수에 대응하는 실수와 허수의 곱에 대한 합의 제곱근을 계산하기 위한 장치; 및
상기 변환된 광학 파형의 위상과 변환된 무선 주파수 파형의 위상 사이의 차이를 계산해서, 상대적 위상 데이터를 측정하기 위한 장치를 포함하는 것인, 장치.
- 제25항에 있어서,
상기 검출된 변조광을 디지털 광학 파형을 변환하고 검출된 무선 주파수 신호를 디지털 무선 주파수 파형으로 전환하기 위한 장치 이전에, 상기 검출된 변조광 및 상기 무선 주파수 신호를 증폭하기 위한 장치를 더욱 포함하는 것인, 장치.
- 제25항에 있어서,
상기 하나 이상의 공정 모니터 통계데이터 중 적어도 하나의 수치가 소정의 상한 및 하한을 벗어나는 경우, 검출지표(indicator)를 생성시키는 장치를 더욱 포함하는 것인, 장치.
- 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마로부터 생성된 광을 특정 파장으로 필터링하기 위한 장치를 더욱 포함하되, 상기 검출 장치는 상기 필터링된 광만을 검출하기 위한 장치를 포함하는 것인, 장치.
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