KR20170040768A - 가스 분석을 위한 국소 환경의 생성 - Google Patents

가스 분석을 위한 국소 환경의 생성 Download PDF

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Abstract

챔버들, 예를 들면 반도체 프로세싱에서 사용되는 진공 챔버들에서 웨이퍼 드라잉 또는 챔버 클리닝의 종단점 검출 및 인-시튜 누출 검출을 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 국소 환경이 생성되고, SPOES 센서와 같은 센서가 누출 검출을 수행하기 위해 상기 국소 환경에 사용될 수 있다.

Description

가스 분석을 위한 국소 환경의 생성{CREATING A MINI ENVIRONMENT FOR GAS ANALYSIS}
본 출원은 진공 챔버 누출 검출을 위한 국소 환경의 생성이란 제목으로, 2015년 10월 5일에 출원된 미국 특허출원 일련번호 62/237,242의 이익과 우선권을 청구하며, 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 예를 들면 반도체 프로세싱에 사용되는 진공 챔버들과 같은 챔버들 내의 챔버 클리닝 또는 웨이퍼 드라이 에칭의 종단점(endpoint) 검출 및 인-시튜 누출 검출(in-situ leak detection)에 관한 것이다.
예를 들면 집적 회로 트랜지스터들과 같은 반도체들을 제조하는 프로세스는 매우 낮은 압력 하에서 실행되는 다수의 프로세스들을 수반한다. 이러한 압력들은통상 "진공 챔버들"이라고 하는 것 내에서 유지된다. 일반적으로, 진공 챔버는 예를 들면 크라이오(cryo) 펌프 또는 터보 펌프를 포함하는 펌핑 시스템(pumping system)에 접속된 인클로저(enclosure)다. 상기 펌핑 시스템은 기저 압력(base pressure)에 대해 예를 들면 10-8 Torr의 저압력 또는 초저압력을 유지하며, 프로세싱 동안에는 예를 들면 특정한 압력, 예를 들면 5 mTorr를 유지한다. 상기 펌핑 시스템은 상기 챔버 내에서 정해진 선택된 가스들의 농도를 선택적으로 유지할 수 있다. 챔버들을 사용하는 클러스터 툴의 예로서 APPLIED MATERIALS에 의해 제조된 ENDURA 물리 증착(PVD) 장치가 있다. 예를 들면, Cu 및 Ta(N)를 증착하기 위한 PVD 프로세스들은 예를 들면 ~5 mTorr의 높은 진공도를 요구한다. 본 개시의 전반에서, "진공"은 예를 들면 ＜20 Torr인 분위기(1 atm = 760 Torr)보다 상당히 낮은 압력들을 일컫는다.
진공 시스템의 상태는 다양한 방법들로 모니터링될 수 있다. 예를 들면, 챔버 내의 압력은 시간에 걸쳐 표시(plot)될 수 있다. 압력 증가는 상기 챔버 내의 습기 또는 다른 물질들로서, 예를 들면 상기 챔버나 프로세스 키트들의 표면을 코팅하는 탄화수소와 같은 물질로부터 가스가 방출됨으로써 초래될 수 있다. 압력 증가는 또한 상기 챔버와 외부 분위기(outside atmosphere) 사이 또는 상기 챔버와 그 펌핑 또는 다른 구성요소들 사이의 누출에 의해 초래될 수 있다. 예를 들면, 차단 밸브(cutoff valve)에서의 누출은 프로세스 가스들, 예를 들면 N2 또는 Ar를 상기 챔버로 누출시킬 수 있다.
300mm 웨이퍼는 수천 달러의 비용이 들 수 있으므로, 장애, 즉 누출의 이른 검출은 제조공장의 경제적 생존력을 상당히 개선할 수 있다. 다양한 인-시튜 챔버 누출 검출 방법들이 개발되어 왔다. 예를 들면, 잔류 가스 분석기들(RGAs)이 챔버들을 테스트하기 위해 사용되어 왔다. RGA들은 챔버들 내의 분자들에 질량 분광(mass spectroscopy)을 수행하여 그 분자들의 조성 또는 그 부분적 압력을 결정한다. 하지만, RGA 설비는 부피가 크고 값비싸며, 그 장비의 동작 수명이 너무 짧아 이를 모든 프로세스 챔버에 적용하지 못한다. 대안적으로, 산소(O2) 센서들이 누출 검출을 위해 고속 열처리(RTP) 챔버들과 같은 일부 프로세스 챔버들에 사용되어 왔다. 하지만, 산소 센서들의 감도가 너무 열악해 프로세서 챔버들이 낮은 압력에서 동작할 수 없다.
그러한 저비용, 작은 크기, 및 장시간의 안정성으로 인해, SPOES(Plasma assisted optical emission spectroscopy)가 적합하다. 하지만, 플라즈마 OES는 좁은 동작 압력 범위와 같은 여러 가지의 문제점을 안고 있다. 예를 들면, 일부 SPOES 센서들은 10 mtorr 내지 1 torr 범위의 동작 압력을 갖는데, 그러한 압력 범위는 상기 플라즈마를 유지하기에는 너무 낮다. 또한, 상기 SPOES 센서의 감도는 여러 가스들에 대해서 변화한다. 예를 들면, 상기 SPOES 센서는 산소(O2)와 비교하여 질소(N2)를 검출하는 데 있어 더 민감하다. 일부 SPOES 센서들에서, 100 mTorr 아르곤(Ar)에서 질소에 대한 검출 한계는 약 1 ppm(parts-per-million)인데 반하여, 산소에 대한 검출 한계는 100 ppm보다 크다. 또한 SPOES 센서들은 주변 가스들, 잔류 프로세스 가스들, 부생 가스들(by-product gases), 및 다른 챔버들로부터의 간섭을 받게 된다.
본 명세서에서, "챔버 측정"은 챔버 내의 압력, 여러 가스들의 부분 압력들, 또는 챔버 내 분위기의 조성을 측정하는 것을 포함할 수 있으며, 또는 누출을 테스트하거나 검출하는 것을 포함할 수 있다.
다양한 양태들에 따라, 프로세스 챔버 누출들을 검출하는 시스템들 및 방법들이 제공된다. 누출에 대한 테스트를 위해 국소 환경(mini environment)이 생성될 수 있다. SPOES 센서와 같은 센서가 누출 검출을 수행하도록 상기 국소-환경에서 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 진공 시스템이 기술된다. 진공 시스템은 프로세스 챔버 및 상기 프로세스 챔버에 결합된 포라인(foreline)을 포함한다. 센서 매니폴드(sensor manifold)가 상기 포라인에 결합되고, 보조 가스 공급라인(assistant gas supply line)이 상기 센서 매니폴드에 결합된다. 상기 센서 매니폴드에는 센서가 결합된다. 상기 포라인은 상기 프로세스 챔버로부터 상기 센서 매니폴드로 테스팅 샘플(testing sample)이 흐르도록 구성된다. 상기 보조 가스 공급라인은 보조 가스를 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하도록 구성된다. 상기 테스팅 샘플 및 상기 보조 가스는 상기 센서 매니폴드에서 국소 환경을 형성한다.
다른 실시예에서, 진공 챔버에 대한 센서 시스템이 기술된다. 상기 센서 시스템은 센서 매니폴드 및 상기 센서 매니폴드에 결합된 센서를 포함한다. 상기 센서는 상기 진공 챔버 내의 누출에 대해 테스트하도록 구성된다. 보조 가스 공급라인이 상기 센서 매니폴드에 결합된다. 상기 보조 가스 공급라인은 보조 가스를 상기 센서 매니폴드로 공급하도록 구성된다. 상기 센서 매니폴드는 증착 챔버 포라인에 결합되도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 진공 프로세스 챔버의 누출 검출 방법이 기술된다. 포라인 및 센서 시스템이 상기 진공 프로세스 챔버에 결합된다. 상기 센서 시스템은 상기 포라인에 결합된 센서 매니폴드, 상기 센서 매니폴드에 결합된 센서, 및 상기 센서 매니폴드에 결합된 보조 가스 공급라인을 포함한다. 상기 방법은, 테스팅 가스 샘플을 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하고, 국소 환경을 생성하도록 보조 가스를 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 진공 프로세스 챔버 내에 누출을 식별하기 위해, 상기 센서를 활성화하여 상기 센서로 상기 국소 환경을 테스트하는 것을 포함한다.
이러한 본 발명의 간략한 설명은 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 본 명세서에 개시된 청구 대상의 개관을 제공하고자 하는 것일 뿐이고, 청구범위를 해석하는 가이드로서 역할을 하거나 또는 본 발명의 범위를 규정 또는 제한하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 규정된다. 이러한 간략한 설명은 하기의 상세한 설명에서 더욱 자세히 기술되는 간략화된 형태의 개념들의 예시적인 선택을 도입하기 위해 제공되었다. 이러한 간략한 설명은 청구된 청구 대상의 중요한 특징들이나 필수적인 특징들을 식별하고자 의도된 것이 아니며, 청구된 청구 대상의 범위를 결정하는 데 있어 도움이 되고자 의도된 것도 또한 아니다. 청구된 청구 대상은 상기 배경에서 나타낸 어떠한 또는 모든 단점들을 해소하는 실행들에 제한되지 않는다.
본 발명의 상기한 바들과 다른 목적들, 특징들, 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들과 함께함으로써 더욱 명확하게 될 것이며, 도면들에서는 도면들에서 공통인 일치하는 특징들을 지정하도록 가능한 곳에서는 일치하는 도면 부호들이 사용되었다.
도 1은 클러스터 툴의 예를 도시한다.
도 2는 클러스터 툴의 다른 예를 도시한다.
도 3은 비-프로세싱 기간 동안 사용되는 인-시튜 누출 검출 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 프로세싱 동안 사용되는 인-시튜 누출 검출 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 예시적인 프로세스 시퀀스들을 도시한다.
도 6은 도 5에서 나타낸 웨이퍼 프로세싱 피크를 도시한다.
도 7은 센서 시스템의 예를 도시한다.
도 8은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 9는 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 10은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 11은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 12는 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 13은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 14는 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 15는 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 16은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 17은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 18은 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 19는 센서 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 20은 센서 매니폴드에서 누출 검출의 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
다음의 설명에서, 일부의 양태들은 통상적으로 소프트웨어 프로그램들로서 실행되는 것과 관련하여 기술될 것이다. 당업자들은 그러한 소프트웨어의 등가물이 또한 하드웨어, 펌웨어, 또는 마이크로-코드로 구성될 수 있다는 것을 어렵지 않게 인식할 것이다. 데이터 처리 알고리즘들 및 시스템들은 널리 공지되어 있으며, 본 기술(description)은 특히 본 명세서에서 기술되는 시스템들과 방법들의 부분을 형성하거나 또는 그들과 더욱 직접적으로 작용하는 알고리즘들과 시스템들에 대해 설명될 것이다. 본 명세서에서 구체적으로 나타내거나 기술되지는 않지만, 그러한 알고리즘들과 시스템들의 다른 양태들, 및 그에 수반되는 신호들을 생성하거나 처리하는 하드웨어 또는 소프트웨어는 당 기술분야에 공지된 시스템들, 알고리즘들, 구성요소들, 및 소자들로부터 선택된다. 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 시스템들과 방법들을 설명하면서, 어떠한 양태를 실행하는데 유용하지만 본 명세서에서는 구체적으로 나타내거나, 제시하거나, 또는 기술되지 않은 소프트웨어는 통상적인 것이며 그러한 기술분야의 통상의 기술 내에 있는 것이다.
도 1은 두 개의 부하-로크들(101), 하나의 이송 챔버(103), 및 네 개의 프로세스 챔버(105)를 갖는 클러스터 툴의 예를 도시한다. 실리콘 웨이퍼들이나 다른 기판들(이후, 본 명세서에서는 모두 "웨이퍼"라 칭함)은 부하-로크들(load-locks)을 통해 챔버들이 되는 상기 툴로 들어가고 그로부터 벗어난다. 상기 프로세스 챔버들(105) 내의 웨이퍼들 상에서 다양한 동작들이 수행된다. 웨이퍼들은 상기 이송 챔버(103) 내의 로봇 팔이나 또는 다른 액추에이터들에 의해 이들 챔버들 사이에서 이송된다. 상기 이송 챔버(103)는 예를 들면 진공 펌프인 펌프(102)에 의해 극도로 낮은 압력, 예를 들면 10-7 Torr 미만으로 유지된다. 플라즈마 보조 OES(SPOES) 센서와 같은 센서(106)가 인-시튜(in-situ) 누출 검출을 수행하기 위해 적어도 하나의 챔버에 결합된다. 한 예에서, SPOES(106)가 본 명세서에서 기술된 바와 같이 모든 프로세스 챔버들(105)을 측정하기 위해 각각의 프로세스 챔버(105)에 결합된다. 다양한 디바이스들이 상기 SPOES 센서(106)용으로 사용될 수 있다. 예를 들면, INFICON Quantus LP 100이 10 mtorr과 1 torr 사이의 압력에서 분위기들(atmospheres)을 측정할 수 있다.
장비 제어기(110)는 어떤 처리법(recipe)을 실행하도록 상기 클러스터 툴과 그 챔버들, 펌프(102), 및 가스 공급장치(104)의 동작을 제어한다. "처리법"은 웨이퍼가 특정의 챔버 내에 있을 때 실행되는 웨이퍼 이동과 동작의 시퀀스다. 처리법의 예들은 허먼(Herrmann) 등에 의한 2000년 5월 IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing(ISSN 0894-6507), vol. 13, no. 2에서 "챔버 툴 성능에 대한 프로세스 변경의 임팩트 평가"에서 주어지며, 본 명세서에 참고로 포함된다. 상기 제어기(110)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그램가능 로직 디바이스(PLD), 프로그램가능 로직 어레이(PLA), 프로그램가능 어레이 로직(PAL),필드-프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC), 또는 본 명세서에서 기술된 기능들을 수행하도록 프로그램되거나 전자적으로 연결되거나(wired) 또는 구성된 다른 컴퓨팅 또는 로직 디바이스를 포함할 수 있다. SPOES 센서 제어기와 같은 센서 제어기(도시되지 않음)가 상기 장비 제어기(110)에 연결될 수 있다. 다양한 양태들에서, 상기 장비 제어기(110) 및 상기 센서 제어기는 두 개의 논리 모듈들, 서브루틴들, 스레드(thread)들, 또는 단일 제어기의 다른 프로세스 구성요소가 된다.
상기 시스템은 메인프레임 어셈블리(부하 로크(101), 이송 챔버(103), 프로세스 챔버(105)) 및 연관된 원격 지원 장비 세트(RF 전력공급장치, 진공 펌프, 열 교환기, 컴퓨터)를 포함한다. 예를 들면, 다양한 양태들은 APPLIED MATERIALS CENTURA, LAM RESEARCH 2300, TOKYO ELECTRON TELIUS, 또는 다른 툴들로 사용될 수 있다. 프로세스 챔버들(105)은 에칭, 화학 기상 증착(CVD), 열 처리, 또는 다른 프로세스를 위해 구성될 수 있다. 가스 공급장치(104)는 펌프(102)가 동작하는 동안 원하는 분위기 구성요소들을 상기 이송 챔버(103)에 공급한다. 한 예에서, 가스 공급장치(104)는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소 가스(N2)를 공급하여 공기 대신에 저압력 아르곤 또는 N2로 상기 이송 챔버(103)가 채워진다. 툴들은 ~10 mTorr 로 펌프 다운되는 단일의 중앙 챔버 둘레에 3~4 개의 프로세스 챔버들(105)을 포함할 수 있다. 다양한 양태들에서, 웨이퍼 이송 동안, 상기 이송에 수반되는 모든 챔버들(105) 또는 상기 툴 내의 모든 챔버들(105)은 상기 챔버들 내의 분위기의 조성 및 압력을 설정하도록 가스 유동으로 펌프 다운된다. 툴의 유휴 상태 동안, 선택된 분위기를 유지하도록 가스가 상기 챔버들(105)을 통해 펌핑될 수 있다.
한 예에서, SPOES 센서들(106)이 부착된 챔버들(105)의 누출에 대해 순차적으로 체크하도록 사용될 수 있다. 누출 체크 및 다른 측정들은 웨이퍼 프로세싱 전에, 웨이퍼 프로세싱 동안, 웨이퍼 프로세싱 후에, 또는 툴이 유휴 상태나 클린 모드(clean mode)나 퍼지(purge)에 있는 동안 수행될 수 있다. 아래에서 추가로 기재될 다양한 양태들에서, 누출-체크는 국소-환경을 형성함으로써 행해지며, 그러한 환경은 테스트를 진행하는 챔버(105)에서 상기 SPOES 센서(106)의 동작에 특히 적합하다. 상기 국소 환경은 상기 챔버(105) 내의 환경의 압력 및/또는 조성을 변경함으로써 형성될 수 있다.
도 2는 클러스터 툴의 다른 예를 도시한다. 도 1에 도시된 클러스터 툴과 유사하게, 이러한 클러스터 툴은 두 개의 부하-로크들(101), 하나의 이송 챔버(103), 및 네 개의 프로세스 챔버들(105)을 갖는다. 또한, 상기 클러스터 툴은 상기 프로세스 챔버(105)와 상기 센서(106) 사이에 위치된 분리 밸브(108)를 포함한다. 상기 분리 밸브(108)는 누출 검출 테스트가 활성적으로 일어나고 있지 않을 때 상기 프로세스 챔버(105) 내의 반응 가스로부터 상기 센서(106)를 분리하기 위해 위치되며, 그에 따라 상기 센서(106)의 수명을 연장시킨다. 또한, 상기 분리 밸브(108)의 동작은 상기 센서(108)가 챔버 누출에 대해 테스트하도록 활성화되는 시간을 제어하는 데 사용될 수 있다.
한 예에서, 상기 분리 밸브(108)의 동작은 릴레이와 같은 센서 제어기(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 다른 예에서, 상기 분리 밸브(108)는 상기 프로세스 챔버로부터의 압축 가스(pneumatic gas)에 의해서와 같이, 장비 제어기(110)에 의해 제어된다. 상기 분리 밸브(108)의 동작은 상기 장비 제어기(110)와 상기 센서 제어기 사이의 통신 및/또는 통합을 필요로 한다. 한 예에서, 이러한 통신은 하드웨어 I/O 또는 SEMI 장비 통신 표준(SECS) 통신을 통하여 일어나게 될 수 있다.
도 3은 챔버들을 측정하는 방법의 예를 도시한다. 도 3에서의 블록들은 도시된 순서대로 또는 어떠한 다른 적절한 순서로 수행될 수 있다. 블록들은 생략될 수 있으며, 다양한 예들에서 블록들은 동시에 수행될 수 있다. 한 예에서, 상기 방법은 프로세싱 전에, 프로세싱 후에, 또는 프로세싱 단계들 사이에서와 같은 비-프로세싱 기간 동안 수행될 수 있다.
블록 310에서, 센서(106)가 결합된 프로세스 챔버(105)(도 1, 도2, 도 7)는 안정한 기저 압력을 얻도록 펌프 다운된다. 상기 프로세스 챔버(105)는 PVD, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), CVD 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 증착 챔버와 같은 어떠한 유형이 될 수 있다. 한 예에서, 상기 펌프(102)는 연속적으로 동작할 수 있으며, 이러한 경우에 블록 310은 상기 기저 압력으로 도달되는 동안 대기하는 것을 포함한다. 분리 밸브(108)가 상기 프로세스 챔버(105)와 상기 센서(106) 사이에 존재한다면, 보조 가스가 블록 330에서 상기 프로세스 챔버(105)로 흐르기 전에, 블록 320에서 상기 분리 밸브는 개방된다. 상기 센서(106)에 대해 적합한 가스가 상기 보조 가스로서 선택된다. 상기 보조 가스는, 상기 센서(106)의 동작에 적합한 압력이 상기 프로세스 챔버(105)에서 도달될 때까지, 상기 프로세서 챔버(105)로 흐르게 된다. 한 예에서, 상기 프로세스 챔버(105) 내에 약 100 mTorr(50~500 mT)의 압력을 생성하도록 아르곤 가스가 상기 시스템으로 흐르게 되며, 그러한 환경은 특히 상기 SPOES 센서(106)의 동작에 적합하다. 상기 국소 환경의 생성은 약 1~20 초에 걸쳐 발생한다.
블록 340에서, 상기 센서(106)의 플라즈마가 활성화되고, 블록 350에서, 상기 센서(106)는 어떠한 챔버 누출을 검출하기 위해 상기 프로세서 챔버(105) 내의 챔버 분위기를 테스트한다. 블록 360에서, 상기 센서(106)에서 플라즈마가 비활성화되고, 블록 370에서, 상기 프로세스 챔버(105)가 펌프 다운된다. 상기 시스템이 분리 밸브를 포함한다면, 블록 380에서, 상기 분리 밸브는 폐쇄된다. 누출 검출에 이어서, 상기 프로세스 챔버(105)의 정규 동작이 재개될 수 있다.
도 4는 인-시튜 누출 검출을 수행하는 다른 방법을 도시하는 흐름도다. 이러한 방법은 상기 프로세싱 가스가 상기 센서(106)의 동작에 적합할 때 웨이퍼 프로세싱 동안 사용될 수 있다. 이러한 방법은 도 1, 도 2, 및 도 7에서 도시되는 클러스터 툴들과 같은 적절한 시스템에서 사용될 수 있다.
블록 410에서, 상기 챔버 압력은 테스팅 압력이 도달될 때까지 조절된다. 예를 들면, 상기 테스팅 압력이 도달될 때까지 가스가 상기 프로세스 챔버(105)에 추가되거나 또는 그로부터 방출될 수 있다. 한 예에서, 상기 테스팅 압력은 약 500 mTorr 가 된다. 상기 프로세스 챔버(105)와 상기 센서(106) 사이에 분리 밸브가 존재한다면, 상기 분리 밸브는, 블록 420에서 상기 센서가 활성화되기 전에, 블록 415에서 개방될 것이다. 블록 430에서, 상기 프로세스 챔버(105) 내에 존재하는 어떠한 누출을 식별하도록 상기 챔버 분위기가 테스트된다. 블록 440에서, 상기 챔버 압력은 프로세싱 압력으로 돌아가고, 웨이퍼 프로세싱이 지속된다. 분리 밸브가 존재한다면, 상기 프로세스 압력으로 돌아가기 전에 상기 밸브가 폐쇄된다.
도 5는 CVD 툴과 같은 클러스터 툴의 동작 시퀀스들을 도시하는 도면이다. 상기 시퀀스는 다음의 비-프로세싱 상태들을 포함한다: 퍼지 상태(1), 유휴 상태(2), 및 클린 상태(5). 또한 상기 시퀀스는 예를 들면 증착(deposition)과 같은 다음의 프로세싱: 웨이퍼 동안(during wafer)(3) 및 웨이퍼 사이(inter-wafer)(4)의 상태들을 포함한다. 증착 프로세스를 나타내는 피크들 중 하나에 대한 확대된 모습인 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 동안(3)은 웨이퍼 프로세싱 전(A), 웨이퍼 프로세싱 동안(B), 및 웨이퍼 프로세싱 후(C)를 포함한다.
적절한 국소-환경은 상기 챔버가 이들 프로세싱 및 비-프로세싱 상태들 중 어떠한 것에 있을 때에도 생성될 수 있으며, 그에 따라 프로세싱 동안 및 비-프로세싱 기간 동안 인-시튜 누출 검출이 일어나도록 할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 방법은 상기 툴이 상기 퍼지 상태(1), 유휴 상태(2), 클린 상태(5), 및 웨이퍼 사이 상태(4)에 있을 때 사용될 수 있으며, 도 4에 도시된 방법은 상기 툴이 웨이퍼 동안 상태(3)에 있을 때 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이, 가스가 가스 공급장치(104)를 통하여 프로세스 챔버(105)로 공급될 수 있다. 가스는 포라인을 통하여 상기 프로세스 챔버(105)로부터 제거된다. SPOES 센서와 같은 센서(106)가 상기 프로세스 챔버(105)에 결합된다. 동작시, 보조 가스(AG)가 상기 프로세스 챔버(105)로 흐르게 되면 상기 센서(106)는 상기 프로세스 챔버(105) 내의 누출 검출을 수행한다. 테스팅에 이어서, 상기 보조 가스(AG)는 상기 포라인(109)을 통해 상기 챔버 밖으로 흐르게 된다.
도 8을 참조하면, 또 다른 실시예에서 상기 센서(106)는 상기 포라인(109)에 결합된다. 동작시, 보조 가스(AG)가 가스 공급라인(104)을 통하여 상기 프로세스 챔버(105)로 흐르고, 상기 포라인(109)을 통하여 상기 프로세스 챔버(105) 밖으로 흐른다. 상기 보조 가스(AG)가 상기 포라인(109)을 통해 흐름에 따라, 상기 보조 가스의 일부는 테스팅을 위해 상기 센서(106)로 빠지게 된다.
도 9 내지 도 17을 참조하면, 또 다른 실시예에서, 상기 누출 검출이 상기 프로세스 챔버 밖에서 실행될 수 있도록 상기 국소-환경이 상기 프로세스 챔버 밖의 시스템에서 생성된다. 한 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 포라인(502)이 상기 프로세스 챔버(504)로부터 가스를 제거하기 위해 상기 프로세스 챔버(504)에 결합된다. SPOES 센서(106)와 같은 센서가 센서 매니폴드(506)를 통해 상기 포라인(502)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 보조 가스 공급라인(508)이 상기 센서 매니폴드(506)에 결합된다. 가스가 상기 포라인(502)을 통해 상기 프로세스 챔버(504)를 나가게 됨에 따라, 상기 가스의 적어도 일부는 상기 센서 매니폴드(506)를 통해 상기 센서(106)로 이동하게 된다. 이러한 실시예에서, 상기 센서 매니폴드(506)는 간단한 단방향 매니폴드가 된다. 도 15 내지 도 17에 도시되는 다른 실시예에서, 센서 매니폴드(507)는 입구부(510) 및 출구부(512)를 포함한다.
도 9를 참조하면, 상기 센서 매니폴드(506)에서, 상기 SPOES 센서(106)의 동작에 특히 적합한, 국소 환경을 형성하도록 보조 가스(AG)가 보조 가스 공급라인(508)을 통하여 상기 센서 매니폴드(506)로 주입된다. 상기 국소 환경은 상기 센서 매니폴드(506) 내 환경의 압력 및/또는 조성을 변경함으로써 형성될 수 있다. 상기 보조 가스의 추가로 상기 프로세스 챔버(504) 밖에서 상기 국소 환경을 형성하여 샘플링함으로써, 화학 및 압력을 포함하는 플라즈마 센서 동작 조건들의 요건을 충족하도록 적절한 가스 화학 또는 가스 압력이 생성될 수 있다. 또한, 상기 프로세스 챔버(504)의 클린 종단점 검출이 수행될 수 있다. 또한, 상기 프로세스 챔버 밖에서 누출 검출 및 다른 가스 분석을 수행함으로써, 그러한 분석이 상기 프로세스 챔버(504)의 사이클들의 타이밍에 의해 제한되지 않으며, 언제든지 수행될 수 있다.
도 10 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 제한 오리피스들(restriction orifices)(514), 압력 제어기들(516), 펌프들(520), 및 분리 밸브들(518)과 같은 다양한 제어 소자들이 센서 매니폴드(506)에서 가스의 흐름을 제어하고 그에 따라 압력을 제어하도록 사용될 수 있다. 예를 들면 도 10에 도시된 바와 같이, 제한 오리피스(514)가 상기 센서 매니폴드(506) 내에 배치되어, 상기 포라인(502)으로부터 상기 센서 매니폴드(506)로의 가스의 이동을 제어하여 상기 포라인(502)과 상기 센서 매니폴드(506) 사이에 차별적인 압력을 생성시키고, 그에 따라 상기 센서 매니폴드(506) 내의 압력을 제어할 수 있다. 도 11에 도시된 다른 예에서는, 압력 제어기(516)가 상기 센서 매니폴드(506) 내에 배치된다. 도 12 내지 도 14에 도시된 다른 예에서는, 상기 센서 매니폴드(506)는 복수의 제어 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 12는 압력 제어기(516) 및 분리 밸브(518)를 포함하는 센서 매니폴드(506)를 도시한다. 도 13은 분리 밸브(518) 및 제한 오리피스(514)를 포함하는 센서 매니폴드(506)를 도시한다. 도 14는 분리 밸브(518), 제한 오리피스(514), 및 펌프(520)를 갖는 압력 매니폴드(506)를 도시한다. 이러한 예에서, 상기 펌프(520)는 샘플링 압력과 센서 압력 사이에 차별적인 압력을 생성하도록 사용되며, 상기 센서 압력이 상기 센서 동작 압력의 범위 내에 있게 한다.
상기 설명되고 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 센서 매니폴드(507)는 입구부(510) 및 출구부(512)를 포함할 수 있다. 상기 센서 매니폴드(507)는, 상기 입구부(510)에 위치되거나 상기 출구부(512)에 위치된, 또는 상기 입구부(510)와 상기 출구부(512) 양쪽 모두에 위치된 하나 이상의 제어 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 15에 도시된 바와 같이, 제한 오리피스(514)가 상기 출구부(512)에 위치된다. 도 16에 도시된 다른 예에서, 분리 밸브(518) 및 제한 오리피스(514)가 상기 입구부(510)에 위치되고, 제 2 분리 밸브(518)가 상기 출구부(512)에 위치된다. 도 17에 도시된 다른 예에서, 분리 밸브(518)가 상기 입구부(510)에 위치되고, 압력 제어기(516)가 상기 출구부(512)에 위치된다.
도 18 및 도 19에 도시된 다른 실시예에서, 포라인(502)이 프로세스 챔버(504)에 결합된다. 센서 매니폴드(507)는 입구부(510) 및 출구부(512)를 갖는다. 도시된 실시예들에서, 상기 센서 매니폴드(507)의 입구부(510)는 상기 프로세스 챔버(504)에 결합되고, 상기 센서 매니폴드(506)의 출구부(512)는 상기 포라인(502)에 결합된다. 보조 가스 공급라인(508)이 상기 센서(106)의 업스트림인 상기 센서 매니폴드의 입구부(510)에 결합된다. 도시된 바와 같이, 분리 밸브(518) 및 제한 오리피스(514)와 같은 다양한 제어 소자들이 상기 센서 매니폴드(507)에 결합될 수 있다. 동작시, 가스는 상기 프로세스 챔버(504)로부터 상기 센서 매니폴드(507)의 상기 입구부(510)로 흐르고, 상기 출구부(512)를 통해 상기 포라인(502)으로 흐른다. 보조 가스(AG)는 보조 가스 공급라인(508)을 통해 상기 센서 매니폴드(507)의 입구부(510)로 주입될 수 있다. 상기 센서(106)는 상기 센서 매니폴드(507)에 존재하는 가스를 테스트할 수 있다.
도 20은 도 9 내지 도 19에 도시된 시스템들 중 하나와 같은 시스템에서 센서 매니폴드를 측정하는 방법의 예를 도시한다. 도 20의 블록들은 도시된 순서대로 또는 어떠한 다른 적절한 순서로 수행될 수 있다. 블록들은 생략될 수 있으며, 다양한 예들에서 블록들은 동시에 실행될 수 있다. 한 예에서, 상기 방법은 프로세싱 전, 프로세싱 후, 또는 프로세싱 단계들 사이에서와 같이 비-프로세싱 기간 동안 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 프로세싱 기간 동안 수행될 수 있다.
제어 소자(514, 516, 518, 520)가 센서 매니폴드(506, 507)에 존재한다면, 블록 532에서 상기 제어 소자(514, 516, 518, 520)는 개방되거나 또는 활성화된다. 상기 제어 소자(514, 516, 518, 520)는, 제한 오리피스(514), 분리 밸브(518), 압력 제어기(516), 펌프(520)와 같은 임의의 적절한 유형의 제어 소자 또는 어떠한 다른 적절한 유형의 제어 소자가 될 수 있다. 블록 534에서, 샘플 가스가 상기 센서 매니폴드(506, 507)로 흐른다. 상기 샘플 가스는 상기 포라인(502)으로부터 상기 센서 매니폴드(506, 507)로 흐를 수 있으며, 상기 프로세스 챔버(504)로부터 직접 흐를 수 있다. 블록 536에서, 보조 가스(536)가 보조 가스 공급라인(508)으로부터 상기 센서 매니폴드(506, 507)로 흐르게 된다. 예로서, 상기 가스는, 상기 센서(106)의 동작을 위한 적절한 압력 및/또는 조성이 상기 센서 매니폴드(506, 507)에서 도달될 때까지 상기 센서 매니폴드(506, 507)로 흐르게 된다.
블록 538에서 플라즈마가 활성화되며, 블록 540에서 상기 센서(106)는 어떠한 챔버 누출을 검출하도록 상기 센서 매니폴드 분위기를 테스트한다. 블록 542에서, 상기 플라즈마는 비활성화되고, 상기 샘플 가스가 상기 센서 매니폴드(506, 507) 밖으로 상기 포라인(502)으로 흐를 수 있게 된다. 상기 시스템이 제어 소자(514, 516, 518, 520)를 포함한다면, 블록 544에서 상기 제어 소자는 폐쇄되거나 또는 비활성화된다.
한 실시예에서, 보조 가스에 대한 반응 가스가 검출 감도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예로서, O2를 검출하는 데 있어 플라즈마 OES는 검출 감도가 낮다. 하지만, 국소 환경에 N2의 반응 가스를 첨가하면 상기 플라즈마 OES에서 NO를 형성할 수 있으며, 이는 O2 대신에 NO를 검출하는 데 보다 더 높은 감도를 갖게 된다. 상기 보조 가스는 하나의 가스 또는 가스들의 혼합이 될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 양태들의 조합을 포함한다. "특정 양태" 등에 대한 참조는 본 발명의 적어도 하나의 양태에 존재하는 특징들을 참조하는 것이다. "하나의 양태" 또는 "특정의 양태들" 등에 대한 개별적인 참조들은 동일한 양태 또는 양태들을 반드시 참조하지는 않지만, 그렇다고 나타내거나 당업자에게 자명하지 않는 한 그러한 양태들은 상호 배타적이지 않다. "방법" 또는 "방법들" 등을 참조하는데 있어 단수 또는 복수의 사용은 제한적이지 않다. 용어 "또는"은 그렇지 않다고 명시적으로 언급하지 않는 한 본 명세서에서 비 배타적 의미로 사용된다.
본 발명은 임의의 바람직한 양태들에 대한 특정한 참조로 상세히 설명되었지만, 변경들, 조합들, 및 수정들이 본 발명의 정신과 범위 내에서 당업자에 의해 달성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 예시적인 실시예들이 임의의 수의 소자들을 참조하여 기술된 경우에, 상기 예시적인 실시예들은 상기 임의의 수의 소자들보다 적거나 많은 수를 활용하여 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자들에게서 나타날 수 있는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은, 이들이 본 청구범위의 문자 그대로의 표현과 다르지 않은 구조적 요소들을 갖거나 또는 이들이 본 청구범위의 문자 그대로의 표현과 실질적이지 않은 차이만을 갖는 등가의 구조적 요소들을 포함한다면, 본 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
101: 부하-로크
102: 펌프
103: 이송 챔버
104: 가스 공급장치
105: 프로세스 챔버
106: 센서
110: 장비 제어기

Claims (19)

  1. 진공 시스템에 있어서:
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버에 결합된 포라인(foreline);
    상기 포라인에 결합된 센서 매니폴드(sensor manifold);
    상기 센서 매니폴드에 결합된 센서; 및
    상기 센서 매니폴드에 결합된 보조 가스 공급라인을 포함하고,
    상기 포라인은 상기 프로세스 챔버로부터 상기 센서 매니폴드로 테스팅 샘플을 흐르게 하도록 구성되고, 상기 보조 가스 공급라인은 보조 가스를 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하도록 구성되며,
    상기 테스팅 샘플 및 상기 보조 가스는 상기 센서 매니폴드에서 국소 환경(mini environment)을 형성하는, 진공 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 프로세스 챔버 내의 누출에 대해 상기 국소 환경을 테스트하도록 구성되는, 진공 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 SPOES(Plasma assisted optical emission spectroscopy) 센서를 포함하는, 진공 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 매니폴드에 결합되어 상기 센서 매니폴드 내의 압력을 제어하도록 구성된 제어 소자를 더 포함하는, 진공 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 소자는 제한 오리피스(restriction orifice), 분리 밸브, 압력 제어기, 펌프, 또는 이들의 조합을 포함하는, 진공 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 매니폴드는 입구부 및 출구부를 포함하고, 상기 출구부는 상기 포라인에 결합되는, 진공 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구부는 상기 포라인에 결합되는, 진공 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구부는 상기 프로세스 챔버에 결합되는, 진공 시스템.
  9. 진공 챔버용 센서 시스템에 있어서,
    센서 매니폴드;
    상기 센서 매니폴드에 결합된 센서로서, 상기 진공 챔버 내의 누출에 대해 테스트하도록 구성되는, 상기 센서; 및
    상기 센서 매니폴드에 결합된 보조 가스 공급라인으로서, 상기 센서 매니폴드에 보조 가스를 공급하도록 구성된, 상기 보조 가스 공급라인을 포함하고,
    상기 센서 매니폴드는 증착 챔버 포라인에 결합되도록 구성되는, 센서 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 SPOES 센서를 포함하는, 센서 시스템.
  11. 진공 프로세스 챔버의 누출 검출을 위한 방법에 있어서,
    포라인 및 센서 시스템이 상기 진공 프로세스 챔버에 결합되고, 상기 센서 시스템은 상기 포라인에 결합된 센서 매니폴드, 상기 센서 매니폴드에 결합된 센서, 및 상기 센서 매니폴드에 결합된 보조 가스 공급라인을 포함하며,
    상기 방법은:
    테스팅 가스 샘플을 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하는 단계;
    국소 환경을 생성하도록 보조 가스를 상기 센서 매니폴드로 흐르게 하는 단계;
    상기 센서를 활성화하는 단계; 및
    상기 진공 프로세스 챔버 내에 누출을 식별하기 위해 상기 센서로 상기 국소 환경을 테스트하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계는 제어 소자를 활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 소자는 제한 오리피스, 분리 밸브, 압력 제어기, 펌프, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서는 SPOES 센서를 포함하는, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계는 상기 포라인으로부터 상기 센서 매니폴드로 상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 매니폴드는 상기 진공 프로세스 챔버에 결합된 입구부 및 상기 포라인에 결합된 출구부를 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계는 상기 진공 프로세스 챔버로부터 상기 입구부로 상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서 매니폴드로부터 상기 포라인으로 상기 국소 환경을 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 진공 프로세스 챔버 내의 프로세스 동안 상기 테스팅 가스 샘플을 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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