KR20190075152A - 제조 공정에서 입자 유도 아크 검출을 위한 조성 발광 분광법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 제조 공정 중에 수집된 스펙트럼 데이터로부터 이상 이벤트(즉, 아킹 이벤트)를 검출 및 분석하기 위한 아키텍처, 플랫폼 및 방법이 기재되어 있다.
Description
관련 출원
본 출원은 2016년 11월 18일자로 출원된 "에치 공정의 특성화를 위한 조성 발광 분광법"(참조 번호 제TEA-138US1-PRO)이란 제하의 미국 가출원 제62/424,153호에 기초하여 그 우선권을 주장한다.
에칭 공정을 포함하는 플라즈마 제조 공정은 웨이퍼 수율, 생산성, 신뢰성 및 비용에 영향을 미치는 많은 문제점을 겪을 수 있다. 이러한 문제는 플라즈마 챔버 내에서의 아크 발생(아킹)을 포함하는 데, 아킹은 입자로 인해 유도될 수 있으며, 이러한 문제를 진단하는 것은 매우 어려울 수 있다. 특히, 이러한 문제의 진단은 플라즈마 또는 프로세스 챔버를 대기에 개방하는 것을 포함할 수 있다. 일단 챔버가 대기에 개방되면, 챔버는 진공 유지되고, 퍼징되고, 다수의 웨이퍼가 장입되며, 생산 웨이퍼에 에칭 공정이 재요구된다. 이 사이클은 공구 활용 및 제조 생산성 측면에서 매우 고가일 수 있다.
상세한 설명은 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 도면에서, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다. 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 유사한 특징부 및 구성 요소를 나타내기 위해 사용된다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따라 설명된 바와 같은 용량성 결합 플라즈마(CCP) 처리 시스템의 개략적인 구성을 예시하는 단면도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따라 설명된 바와 같이 스펙트럼 및 플라즈마 모니터링을 구현하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 3은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 웨이퍼 제조 공정에 사용되는 상이한 화학종에 대한 사전-확인된 화학물질-임프린트(chemical-imprint) 식별 차트를 예시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 바와 같이 스펙트럼 데이터로부터 이상 이벤트 조성물(anomalous event composition)의 사후 평가를 예시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같이 이상 이벤트의 소스를 분석하는데 이용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 데이터이다.
도 6은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 상이한 화학종을 식별하는 화학물질-임프린트 식별을 실현하는 예시적인 프로세스를 예시한다.
도 7은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 이상 이벤트를 모니터링하고 검출하기 위한 프로세스를 예시한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따라 설명된 바와 같은 용량성 결합 플라즈마(CCP) 처리 시스템의 개략적인 구성을 예시하는 단면도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따라 설명된 바와 같이 스펙트럼 및 플라즈마 모니터링을 구현하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 3은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 웨이퍼 제조 공정에 사용되는 상이한 화학종에 대한 사전-확인된 화학물질-임프린트(chemical-imprint) 식별 차트를 예시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 바와 같이 스펙트럼 데이터로부터 이상 이벤트 조성물(anomalous event composition)의 사후 평가를 예시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같이 이상 이벤트의 소스를 분석하는데 이용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 데이터이다.
도 6은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 상이한 화학종을 식별하는 화학물질-임프린트 식별을 실현하는 예시적인 프로세스를 예시한다.
도 7은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 이상 이벤트를 모니터링하고 검출하기 위한 프로세스를 예시한다.
웨이퍼 제조 공정 중에 수집된 스펙트럼 데이터로부터 이상 이벤트(anomalous event)(즉, 아킹(arcing) 이벤트)를 검출 및 분석하기 위한 아키텍처, 플랫폼 및 방법을 여기에 설명한다. 예를 들어, 분광계는 웨이퍼 제조 공정 중에 플라즈마 챔버로부터 스펙트럼 데이터를 수집하는 데 사용된다. 이상 이벤트의 발생을 감지한 후, 수집된 스펙트럼 데이터의 사후 분석은 이상 이벤트 또는 아킹 이벤트를 일으킬 수 있는 화학종(들)을 결정하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 화학종(들)의 결정은 웨이퍼 제조 공정의 각 공정 단계에 사용되는 각각의 화학종에 대해 별개의 스펙트럼 특성(즉, 화학물질-임프린트 식별)을 초기에 확립함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 또는 실리콘 함유 물질은 할로겐-함유 화학 물질을 사용하여 수행될 수 있다. 검출 가능한 발광 분광(OES) 화학종은 실리콘의 할로겐화물 및 할로겐 화학종 자체(예, CI, F, Br)를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 실리콘 산화물의 에칭은 플루오로카본 또는 하이드로플루오로카본 가스와 같은 불소 함유 화학 물질을 사용하여 수행될 수 있다. 검출 가능한 화학종은 실리콘의 할로겐화물과 플루오로카본 또는 하이드로플루오로카본 가스의 분해로 방출되는 할로겐 화학종(F)을 포함할 수 있다. 검출 가능한 다른 부산물로는 플루오르카본 또는 하이드로플루오로카본 가스로부터의 탄소(C)와 필름 또는 가스 혼합물로부터의 산소(0)의 반응에 의해 형성된 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)가 포함될 수 있다.
스펙트럼 데이터의 사후 분석을 위해, 이상 이벤트의 (발생의) 특정 시점의 수동 결정이 구현될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 제조 공정 중의 아크 발생의 시각적 관찰은 데이터 획득 사이클에서의 특정 시점(즉, 기준점)의 수동 관찰 및 아킹 이벤트 발생시 현재 수행되고 있는 특정 공정 단계를 가능케 할 수 있다. 이 예에서, 스펙트럼 데이터의 분석 및 특히 이상 이벤트의 분석은 특정 시점 내에 획득된 스펙트럼 및/또는 특정 시점의 대응하는 처리 단계에 기초할 수 있다. 즉, 특정 시점 중에 실질적으로 높은 강도(즉, 임계값 이상)를 갖는 화학종(들)의 경우, 전술한 바와 같은 저장된 스펙트럼 특성(즉, 화학물질-임프린트 식별)이 해당 화학종(들)의 식별에 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 스펙트럼 데이터의 사후 분석과 관련하여, 플라즈마 챔버에 설치된 광 다이오드가 아킹 이벤트의 발생을 검출하는 데 사용될 수 있으며, 이 검출은 스펙트럼 데이터로부터의 이상 이빈트의 분석을 개시할 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드는 웨이퍼 제조 공정의 특정 공정 단계 중의 특정 시간 "t"에서 광도의 실질적인 스파이크와 같은 아킹 이벤트를 검출한다. 특정 시점의 수동 준수에 관한 상기 논의와 유사하게, 스펙트럼 데이터의 사후 분석은 특정 시간 "t" 및/또는 특정 시간 "t"의 대응하는 공정 단계 중에 획득되는 스펙트럼에 폿점을 맞출 수 있으며, 특정 시간 "t"은 데이터 획득 사이클의 특정 시간 "t" 이전 및/또는 이후의 수 마이크로 초를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 스펙트럼 데이터는 플라즈마 챔버로부터의 스펙트럼-분해된(spectrally-resolved) 발광 신호를 포함할 수 있다. 스펙트럼-분해된 발광 신호는 아킹 이벤트를 일으킨 화학종을 확인하는 이상 이벤트의 분석에 참조하기 위해 사전에 미리 식별되고 저장되어 사용된 발광 신호를 지시할 수 있다. 유사하게, 스펙트럼 데이터는 아킹 이벤트를 추가로 강화 또는 증가시키는 생성 입자를 포함할 수 있는 비 스펙트럼-분해된 발광 신호를 포함할 수 있으며, 이 경우, 분광계는 비 스펙트럼-분해된 발광 신호를 그 파장 범위에 걸친 개별 광도를 기초로 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 용량성 결합 플라즈마(CCP) 처리 장치 또는 플라즈마 처리 시스템(100)의 n개의 예의 개략적인 단면도를 예시한다. 방사형 라인 슬롯 안테나(RLSA) 및 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 시스템과 같은 다른 처리 시스템이 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 시스템(100)은 스펙트럼-분해된 발광 신호를 포함하는 스펙트럼 데이터의 분석을 구현할 수 있는 웨이퍼 제조 공정에 사용된다. 스펙트럼-분해된 발광 신호는 개별 화학물질-임프린트 식별을 톨해 사전에 식별된 발광 신호 또는 화학종(예, 탄소(C), 이산화탄소(CO2), 실리콘(Si) 등)을 의미한다. 이들 화학종 중 적어도 하나는 웨이퍼 제조 공정 중에 이상 이벤트(즉, 아킹 이벤트)를 야기할 수 있으며, 이로써, 이상 이벤트의 분석은 예컨대, 조절될 화학종 및/또는 수정될 공정 단계의 확인에 도움이 될 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(100)은 애싱, 에칭, 증착, 세정, 플라즈마 중합화, 플라즈마 증강식 화학적 기상 증착(PECVD), 플라즈마 증강식 원자층 증착(PEALD) 등을 포함하는 다수의 조작에 사용될 수 있다. 플라즈마 처리는 플라즈마 처리 챔버(102)로 실행될 수 있으며, 플라즈마 챔버는 알루미늄 또는 스테인레스 강과 같은 금속으로 제조된 진공 챔버일 수 있다. 플라즈마 처리 챔버(102)는 접지(들)(104)에 접지된다. 플라즈마 처리 챔버(102)는 플라즈마 생성을 위한 처리 공간(PS)(106)을 제공하는 처리 용기를 형성한다. 플라즈마 처리 챔버(102)의 내벽은 알루미나, 이트리아 또는 다른 보호제로 코팅될 수 있다. 플라즈마 처리 챔버(102)는 원통형이거나 다른 기하학적 구성을 가질 수 있다.
플라즈마 처리 챔버(102) 내의 하부 중심 영역에서, (디스크형일 수있는) 기판 홀더 또는 서셉터(susceptor)(108)는 예를 들어, 처리될 기판(W)(110)(예, 반도체 웨이퍼)이 장착될 수 있는 마우팅 테이블로서 기능할 수 있다. 기판(W)(110)은 로딩/언로딩 포트(112) 및 게이트 밸브(114)를 통해 플라즈마 처리 챔버(102) 내로 이동될 수 있다. 서셉터(108)는 상부에 기판(W)(110)을 장착하기 위한 마운팅 테이블로서 작용하는 제2 전극의 예로서 하부 전극(116)(하부 전극 조립체)의 일부를 형성한다. 구체적으로, 서셉터(108)는 절연 플레이트(120)를 통해 플라즈마 처리 챔버(102)의 실질적인 바닥 중앙에 제공되는 서셉터 서포트(118) 상에 지지된다. 서셉터 서포트(118)는 원통형일 수 있다. 서셉터(108)는 예를 들어 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 서셉터(108)는 기판(W)(110)을 유지하기 위한 정전 척(electrostatic chuck)(122)(하부 전극 조립체(116)의 일부로서)을 상부에 구비한다. 정전 척(122)은 전극(124)을 구비한다. 전극(124)은 직류(DC) 전원(126)에 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(122)은 DC 전원(126)으로부터의 직류 전압이 전극(124)에 인가될 때 발생하는 정전기력을 통해 기판(W)(110)을 흡착한다.
서셉터(108)는 정합기(matching unit)(132)를 통해 고주파 전원(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이 고주파 전원(130)(제2 전원)은 예를 들어 2 MHz~20 MHz의 범위의 고주파 전압을 출력할 수 있다. 고주파 바이어스 전력을 인가하는 것에 의해 플라즈마 처리 챔버(102)에서 발생된 플라즈마 내의 이온들이 기판(W)(110)에 끌려 부착된다. 서셉터(108)의 상면에는 정전 척(122)을 둘러싸도록 포커스 링(134)이 제공된다. 추가로, RF 또는 마이크로파 전력(미도시)이 플라즈마 처리 챔버(102)에 제공될 수 있다. 플라즈마 처리 챔버에 공급되는 RF 또는 마이크로파 전력; RF 또는 마이크로파 전력 펄스 주파수; RF 또는 마이크로파 펄스 듀티 사이클; 및 플라즈마 처리 챔버(102)에서 기판 홀더 또는 서셉터(108)에 공급되는 RF 전력은 스펙트럼 데이터의 사후 분석이 구현될 때 이상 이벤트를 제어하도록 최적화될 수 있는 파라미터일 수 있다. 사후 분석 수단에 의해 스펙트럼 데이터 및 특히 이상 이벤트는 아래에서 더 논의되는 바와 같이 발생의 특정 시점에 걸쳐 분석된다.
정전 척(122) 및 서셉터 서포트(118)의 외주 측에는 예컨대 석영으로 원통형으로 형성될 수 있는 내부 벽 부재(136)가 부착된다. 서셉터 서포트(118)는 냉각제 유로(138)를 포함한다. 냉각제 유로(138)는 플라즈마 처리 챔버(102) 외부에 설치된 냉각 유닛(미도시)과 연통한다. 냉각제 유로(138)에는 대응하는 라인을 통해 순환하는 냉각제(냉각액 또는 냉각수)가 공급된다. 따라서, 서셉터(108) 위에 장착된 기판(W)(110)의 온도를 정확하게 조절할 수 있다. 서셉터(108) 및 서 셉터 서포트(118)를 통과하는 가스 공급 라인(140)은 열전달 기체를 정전 척(122)의 상부면에 공급하도록 구성된다. 헬륨(He)과 같은 열전달 기체(배면 가스로도 알려짐)는 가스 공급 라인(140)을 통해 기판(W)(110)과 정전 척(122) 사이에 공급되어 기판(W)(110)의 가열을 지원한다.
내벽 부재(136)의 외주 및 플라즈마 처리 챔버(102)의 내부 측벽면을 따라 배출 경로(142)가 형성될 수 있다. 배출 포트(144)(또는 다수의 배출 포트)는 배출 가스의 바닥부에 제공된다. 가스 배출 유닛(146)은 가스 배출 라인(148)을 통해 각각의 배출 포트에 연결된다. 가스 배출 유닛(146)은 플라즈마 처리 챔버(102) 내의 플라즈마 처리 공간을 원하는 진공 상태로 감압하도록 구성된 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함할 수 있다. 가스 배출 유닛(146)은 플라즈마 처리 챔버(102)의 내부를 배기하여 원하는 진공도까지 내부 압력을 감압한다.
상부 전극(150)(즉, 상부 전극 조립체)은 제1 전극의 일례이며, 하부 전극(116)과 평행으로 대향되도록 하부 전극(116) 위로 수직으로 위치된다. 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PS)(106)은 하부 전극(116)과 상부 전극(150) 사이에 형성된다. 상부 전극(150)은 디스크형의 내부 상부 전극(152)을 포함하고, 외부 상부 전극(154)은 환형일 수 있고 내부 상부 전극(152)의 주변을 둘러쌀 수 있다. 내부 상부 전극(152)은 하부 전극(116) 상에 실장된 기판(W)(110) 위의 처리 공간(PS)(106) 내로 특정량의 처리 가스를 주입하기 위한 처리 가스 입구로서의 기능도 가진다.
보다 구체적으로, 내부 상부 전극(152)은 가스 주입 개구(158)를 갖는 전극 플레이트(156)(통상 원형형임)를 포함한다. 내부 상부 전극(152)은 또한 전극 플레이트(156)의 상부측을 착탈 가능하게 지지하는 전극 서포트(160)를 포함한다. 전극 서포트(160)는 (전극 플레이트(156)가 원형으로 구현될 때) 전극 플레이트(156)와 거의 동일한 직경을 갖는 디스크 형상으로 형성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 전극 플레이트(156)는 정사각형, 직사각형, 다각형 등일 수 있다. 전극 플레이트(156)는 Si, SiC, 도핑된 Si, 알루미늄 등과 같은 도체 또는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 전극 플레이트(156)는 상부 전극(150)과 일체로 형성되거나 표면 부식 이후에 소정의 판재를 교환시의 편의상 전극 서포트(160)에 의해 착탈 가능하게 지지될 수 있다. 상부 전극(150)은 전극 플레이트(156)의 온도를 제어하기 위한 냉각 플레이트 또는 냉각 기구(미도시)를 포함할 수 있다.
전극 서포트(160)는 예를 들어 알루미늄으로 형성될 수 있으며, 버퍼 챔버(162)를 포함할 수 있다. 버퍼 챔버(162)는 공정 가스를 확산시키는 데 사용되며 디스크 형상의 공간을 형성할 수 있다. 처리 가스 공급 시스템(164)으로부터의 처리 가스는 상부 전극(150)에 가스를 공급한다. 처리 가스 공급 시스템(164)은 성막, 에칭 등과 같은 특정 공정을 기판(W)(110)에 수행하기 위한 처리 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 처리 가스 공급 시스템(164)은 처리 가스 공급 경로를 형성하는 가스 공급 라인(166)과 연결된다. 가스 공급 라인(166)은 내부 상부 전극(152)의 버퍼 챔버(162)에 연결된다. 처리 가스는 버퍼 챔버(162)로부터 그 하부면의 가스 주입 개구(158)로 이동할 수 있다. 버퍼 챔버(162)로 도입되는 처리 가스의 유량은 예를 들어 질량 유량 제어기를 사용하여 조정될 수 있다. 또한, 도입된 처리 가스는 전극 플레이트(156)(샤워 헤드 전극)의 가스 주입 개구(158)로부터 처리 공간(PS)(106)으로 균일하게 배출된다. 내부 상부 전극(152)은 부분적으로 샤워 헤드 전극 조립체를 제공하는 기능을 가진다.
내부 상부 전극(152)과 외부 상부 전극(154) 사이에는 링 형상의 유전체(168)가 개재될 수있다. 링 형상을 가지며, 예를 들어 알루미나로 이루어진 차폐 부재일 수 있는 절연체(170)가 외부 상부 전극(154)과 플라즈마 처리 챔버(102)의 내주벽 사이에 기밀하게 개재되어 있다.
외부 상부 전극(154)은 급전부(174), 상부 급전 로드(176) 및 정합기(178)를 통해 고주파 전원(172)(제1 고주파 전원)과 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(172)은 13 MHz 이상의 주파수(예, 60 MHz)의 고주파 전압을 출력할 수 있거나, 30~300 MHz의 주파수를 갖는 초고주파(VHF) 전압을 출력할 수 있다. 이 전원(172)은 바이어스 전원과 비교하여 주 전원으로 지칭될 수 있다. 급전부(174)는 예를 들어 개방된 저면을 갖는 실질적으로 원통형으로 형성될 수 있다. 급전부(174)는 그 하단부에서 외부 상부 전극(154)에 연결될 수 있다. 급전부(174)는 그 상면 중앙부에서 상부 급전 로드(176)의 하단부와 전기적으로 연결된다. 상부 금전 로드(176)는 그 상단부에서 정합기(178)의 출력측에 연결된다. 정합기(178)는 고주파 전원(172)에 접속되고, 고주파 전원(172)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킬 수 있다. 그러나, 외부 상부 전극(154)은 선택적이며, 실시예는 단일 상부 전극으로 기능할 수 있음을 알아야 한다.
급전부(174)는 플라즈마 처리 챔버(102)의 직경과 실질적으로 동일한 직경의 측벽을 갖는 원통형일 수 있다. 접지 도체(180)가 플라즈마 처리 챔버(102)의 하부 단부의 측벽의 상부에 연결된다. 상부 급전 로드(176)는 접지 도체(180)의 상면 중앙부를 관통한다. 접지 도체(180)와 상부 급전 로드(176) 사이의 접촉부에는 절연 부재(182)가 개재되어 있다.
전극 서포트(160)는 그 상부면 상의 하부 급전 로드(184)와 전기적으로 연결된다. 하부 급전 로드(184)는 커넥터를 통해 상부 급전 로드(176)에 연결된다. 상부 급전 로드(176)와 하부 급전 로드(184)는 고주파 전원(172)으로부터 상부 전극(150)으로 고주파 전력을 공급하기 위한 급전 로드를 형성한다. 가변 콘덴서(186)가 하부 급전 로드(184)에 제공된다. 가변 콘덴서(186)의 정전 용량을 조정함으로써, 고주파 전원(160)으로부터 고주파 전력이 인가된 경우, 외부 상부 전극(154)의 바로 아래에 형성된 전계 강도와 고주파 전원 내부 상부 전극(172)의 바로 아래에 형성된 전계 강도의 상대 비율을 조정할 수 있다. 상부 전극(150)의 내부 상부 전극(152)은 저역 통과 필터(LPF)(188)와 전기적으로 연결되어 있다. LPF(188)는 고주파 전원(130)으로부터 접지로 저주파수를 통과시키면서 고주파 전원(172)으로부터 고주파를 차단한다. 하부 전극(120)의 일부를 형성하는 시스템의 하부의 서셉터(108)는 고역 통과 필터(HPF)(190)와 전기적으로 연결된다. HPF(190)는 고주파 전원(172)으로부터 접지로 고주파를 통과시킨다.
고주파 전원(172)으로부터 상부 전극(150)으로는 약 3 MHz 내지 150 MHz의 범위의 고주파 전력이 인가된다. 이것에 의해 상부 전극(150)과 서셉터(108) 또는 하부 전극(116) 사이에 고주파 전계가 발생한다. 처리 공간(PS)(106)으로 전달된 처리 가스는 해리되어 플라즈마로 변환될 수 있다. 고주파 전원(130)으로부터 하부 전극(116)을 형성하는 서셉터(108)로는 약 0.2 MHz 내지 20 MHz의 범위의 저주파 전력이 인가될 수 있다. 즉, 이중 주파수 시스템을 사용할 수 있다. 결국, 플라즈마 내의 이온은 서셉터(108) 쪽으로 끌어 당겨지므로, 이온의 지원에 의해 에칭의 이방성이 증가된다. 편의상 도 1은 상부 전극(150)에 전력을 공급하는 고주파 전원(172)을 나타내는 것을 알아야 한다. 대안적인 실시예에서, 고주파 전원(172)은 하부 전극(116)에 공급할 수 있다. 따라서, 주 전력(활성화 전력) 및 바이어스 전력(이온 가속 전력) 모두가 하부 전극에 공급될 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(100)의 구성 요소는 대응하는 저장 유닛(194) 및 사용자 인터페이스(196)에 차례로 연결될 수 있는 제어 유닛(192)에 연결되어 제어 유닛(192)에 의해 제어될 수 있다. 다양한 플라즈마 처리 동작이 사용자 인터페이스(196)에 의해 실행될 수 있으며, 다양한 플라즈마 처리 레시피 및 동작이 저장 유닛(194)에 저장될 수 있다. 따라서, 주어진 기판은 다양한 미세 제조 기술로 플라즈마 처리 챔버 내에서 처리될 수 있다. 작동 중에, 플라즈마 처리 장치는 처리 공간(PS)(106) 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해 상부 및 하부 전극을 사용한다. 이렇게 발생된 플라즈마는 플라즈마 에칭, 화학적 기상 증착, 유리 재료의 처리 및 박막 태양 전지, 다른 광전지 및 평판 디스플레이용 유기/무기 플레이트와 같은 대형 패널의 처리 등의 다양한 유형의 처리로 타겟 기판(기판(W)(110) 또는 처리될 임의의 재료)을 처리하는 데 사용될 수 있다.
제어 유닛(192)은 하나 이상의 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 연산 유닛 등을 포함할 수 있다. 저장 유닛(194)은 메모리를 포함할 수 있으며, 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 제어 유닛(192)에 의해 실행되는 명령을 저장하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예이다. 예를 들어, 저장 유닛(194)은 일반적으로 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리(예, RAM, ROM 등) 모두를 포함할 수 있다. 메모리는 여기서 메모리 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로 지칭될 수 있다. 메모리는 본 명세서의 구현예에서 기술된 동작 및 기능을 수행하도록 구성된 특정 기계로서 제어 유닛(190)에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드로서의 컴퓨터-판독 가능하고 프로세서-실행 가능한 프로그램 명령을 저장할 수 있다.
메모리는 하나 이상의 애플리케이션(미도시)을 더 저장할 수 있다. 애플리케이션은 사전 구성되고/설치되고 및 다운로드 가능한 애플리케이션을 포함할 수 있다. 또한, 메모리는 여기에 설명된 화학종의 화학물질-임프린트 식별을 생성하기 위해 분석되는 스펙트럼-분해된 발광 신호 또는 스펙트럼 데이터를 저장할 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(100)은 분광계(198) 및 윈도우(199)를 더 포함할 수 있다. 분광계(198)는 플라즈마 챔버로부터의 스펙트럼-분해된 발광 신호를 포함하는 스펙트럼 데이터를 수집하는 데 사용된다. 즉, 상이한 화학종 또는 화학종들이 플라즈마 챔버로부터의 스펙트럼-분해된 발광 신호로서 수집될 수 있고, 이들 화학종 중 적어도 하나는 본 명세서에서 기술된 바와 같은 이상 이벤트의 소스일 수 있다. 분광계(198)는 제어 유닛(192) 또는 다른 제어기/시스템에 연결될 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(100)은 분광계(198) 이외에 별도로 설치될 수 있는 광 다이오드(미도시) 또는 임의의 광 검출기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드는 아킹 이벤트의 발생을 검출하는 데 사용될 수 있으며, 결과적으로, 이 검출은 스펙트럼 데이터 분석을 개시하여 아킹 이벤트의 발생의 원인이 될 수 있는 화학종(들)의 화학물질-임프린트 식별을 결정한다. 광 다이오드는 제어 유닛(192) 또는 다른 제어기/시스템에 연결될 수 있다.
도 2는 스펙트럼 및 플라즈마 모니터링을 구현하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템의 개략적인 블록도를 예시한다. 일 실시예에서, 예시적인 플라즈마 처리 시스템은 아래에 추가로 논의되는 바와 같이 웨이퍼 제조 공정 중에 각각의 처리 단계에 사용되는 상이한 화학종의 스펙트럼 특성을 초기에 수동으로 정의하는 데 사용될 수 있다. 이후, 예시적인 플라즈마 처리 시스템은 실제 웨이퍼 제조 공정 중의 스펙트럼 데이터를 수집하고 아킹 이벤트의 발생의 검출을 용이하게하는 데 사용될 수 있다. 수집된 스펙트럼 데이터의 사후 분석은 아킹 이벤트의 발생의 관찰 시간에 기초할 수 있고 및/또는 발생의 관찰 시간에 대응하는 처리 단계에서 사용된 화학종(들)에 촛점을 맞출 수 있다.
예시된 바와 같이, 모니터링 시스템(202)은 플라즈마 처리 시스템(100)의 구성 요소인 분광계(198)의 일부일 수 있다. 모니터링 시스템(202)은 웨이퍼 제조 공정의 각 처리 단계마다 각 화학종의 스펙트럼 특성의 초기 사전 식별 중에 사용될 수 있다. 이후, 모니터링 시스템(202)은 본 명세서에서 설명된 비와 같은 이상 이벤트의 사후 분석에 사용되는 스펙트럼 데이터를 생성하는 데이터 획득 사이클 중에 스펙트럼을 수집하는 데 사용될 수 있다.
모니터링 시스템(202)의 구성 요소는 한정되는 것은 아니지만, 발광 분광 시스템(204), 레이저 유도 형광 시스템(206), 레이저 간섭계(208), 질량 분광계(210) 및 퓨리에 변환 적외선(FTIR) 시스템(212)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발광 분광 시스템(204)은 광량(200)으로부터의 발광 신호를 분석함으로써 스펙트럼 또는 스펙트럼 데이터를 얻는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 제조 공정의 각 처리 단계마다 각각의 화학종의 스펙트럼 특성의 초기 사전-식별과 관련하여, 발광 분광 시스템(204)은 광량(200)을 사용하여 처리 단계에 포함된 화학종(들)의 별개의 스펙트럼 특성을 확립할 수 있으며, 이 예에서, 발광 분광 시스템(204)은 레이저 유도 형광 시스템(206) 등과 같은 다른 구성 요소를 사용할 수 있다.
예를 들어, 발광 분광 시스템(204)은 광량(200)을 처리할 때 파장의 범위에 걸친 스펙트럼의 수집을 용이하게 하는 레이저 유도 형광 시스템(206)을 사용한다. 더욱이, 발광 분광 시스템(204)은 파동의 간섭 현상을 이용한 측정 방법을 위해 레이저 간섭계(208)를 사용한다. 또한, 발광 분광 시스템(204)은 질량 분광계(210)를 사용하여 데이터 획득 사이클 중에 스펙트럼의 샘플 내의 질량을 측정한다. 또한, 발광 분광 시스템(204)은 FTIR 시스템(212)을 사용하여 웨이퍼 제조 공정 중에 광량(200) 중의 가스의 흡수 또는 방출의 적외선 스펙트럼을 얻는다.
일 실시예에서, 그리고 웨이퍼 제조 공정의 각 처리 단계마다 각각의 화학종의 스펙트럼 특성의 수동 사전-식별 후에, 화학물질-임프린트 식별이 플라즈마 모니터링에 대한 추가 참조를 위해 저장 유닛(194)에 저장될 수 있다.
플라즈마 모니터링 중에. 발방 분광 시스템(204)은 실제 웨이퍼 제조 공정 중에 광량(200)으로부터의 발광 신호를 유사하게 분석함으로써 스펙트럼 데이터를 얻는 데 사용될 수 있다. 획득된 스펙트럼 데이터는 사전-식별되고 그 스펙트럼 특성이 저장 유닛(194)에 저장된 화학종을 포함할 수 있는 스펙트럼-분해된 발광 신호를 포함할 수 있다. 이상 이벤트의 발생을 검출하면, 어떤 화학종(들)이 이상 이벤트를 일으켰는 지를 결정하기 위해 얻어진 스펙트럼 데이터의 사후 분석이 수행된다.
도 3은 여기에 기재된 웨이퍼 제조 공정에 사용된 상이한 화학종에 대한 사전-식별된 화학물질-임프린트 식별 차트(300)를 예시한다. 분광계(198) 및 특히 상기 발방 분광 시스템(204)은 웨이퍼 제조 공정 상의 각 처리 단계마다 화학종(들)(302)의 수동적 또는 기계적 사전-식별을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 화학종(예, 302-2)에 대한 광도가 특정 파장(예, 304-2)에 대해 분석될 수 있다. 이 예에서, 특정 파장(302-2)에 대한 화학종(302-2)의 광도는 다른 화학종(302-4, 302-6) 등과 반대로 개별 스펙트럼 특성의 확립을 용이하게 할 수 있다. 다른 에에서, 분광계(198)는 화학종(302-2)의 광도가 고정될 수 있고, 고정된 광도는 파장의 범위에서 분석되어 그 별개의 스펙트럼 특성을 확립할 수 있다.
플라즈마 모니터링 중에 그리고 각 처리 단계마다, 모든 화학종(302)은 분광계(198)를 통해 전혀 볼 수 없다. 예를 들어, 실리콘의 산화 공정 단계에서, 실리콘(Si)(302-40)은 건식 산화 중에 상승된 온도에서 산소 가스(O2)와 반응한다. 산소 가스는 특정량의 처리 가스를 처리 공간(PS)(106) 내로 주입하기 위한 처리 가스 입구로서도 기능하는 내부 상부 전극(152)을 통해 공급될 수 있다. 이 예에서, 분광계(198)는 화학종(Si 및 O2)을 검출할 수 있지만, 다른 화학종(302)으로부터의 광도는 가시적이지 않거나 거의 가시적이지 않을 수 있다.
차트(300)를 참조하면, 상이한 파장(304)은 상이한 화학종(302)의 광도에 대응할 수 있다. 상기 예시적인 공정 단계(즉, 실리콘의 산화)에서, 분광계(198)는 213.9 nm의 파장(즉, 304-2) 내지 798.6 nm의 파장(즉, 304-n)을 스캐닝하도록 다이얼링될 수 있고, 스펙트럼 데이터는 화학종(Si 및 O2)에 대한 광도를 생성할 수 있는 반면, 나머지 화학종(302)에 대응하는 광도는 가시적이지 않거나 거의 가시적이지 않을 수 있다.
도 4는 여기서 설명된 바와 같은 스펙트럼 데이터로부터의 이상 이벤트 구성(400)의 사후 평가를 예시한다. 예시된 바와 같이, 이상 이벤트 구성(400)은 입자(402, 404), 아킹 이벤트(406), 스펙트럼 데이터(408), 아킹 이벤트(406)의 발생 시간을 나타내는 특정 시점(410), 스펙트럼 데이터(408)의 파장(412), PS(106), 웨이퍼(110) 및 화학종(302)을 포함한다.
높은 과도 신호로 이어지는 전압 및/또는 전류의 급격한 스파이크일 수 있는 아킹 이벤트(406)는 일반적으로 PS(106)로부터 발생하여 관측될 수 있으며, PS(106)는 전극들(즉, 양극 및 음극 전극) 사이의 공간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 화학종(302)으로부터의 입자(402)가 플라즈마 항복 전압(breakdown voltage)보다 큰 전계를 형성할 때, 이킹 이벤트(406)는 음극 전극으로부터 양극 전극까지 계속적으로 생성될 수 있다. 결국, 추가의 입자(404)가 생성될 수 있고, 입자(404)는 과도 신호-아킹 이벤트(406)로 이어지는 전압 및/또는 전류의 갑작스런 스파이크를 더욱 강화 또는 과장할 수 있다.
스펙트럼 데이터(408)는 아킹 이벤트(406)의 발생의 특정 순간(즉, 특정 시점(410)) 중의 스펙트럼을 포함할 수 있다. 즉, 스펙트럼 데이터(408)는 PS(106)로부터 분광계(198)에 의해 수집된 전체 스펙트럼 데이터 또는 스펙트럼의 목표 부분을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 특정 시점(410)은 아킹 이벤트(406)의 실제 발생을 수동 및 시각적으로 관찰하는 것을 기초로 할 수 있다. 예시적인 이상 이벤트 구성(400)의 경우, 아킹 이벤트(406)의 수동으로 관찰된 시각적 발생은 특정 시점(410-2 내지 410-12)에 의해 표현될 수 있다.
다른 시나리오에서, 광 다이오드는 아킹 이벤트(406)의 발생 시간을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드에 의한 검출은 임계값을 이용할 수 있고, 검출은 스펙트럼 데이터의 분석 방식, 즉, 사후 분석에 대한 참조 시점을 트리거할 수 있다. 상기 예시적인 이상 이벤트 구성(400)에서, 참조 시점은 특정 시점(410-2 내지 410-12)으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 스펙트럼 데이터의 분석은 이들 특정 시점(410-2 내지 410-12) 중에 획득된 스펙트럼에 촛점을 맞출 수 있다.
예시된 바와 같이, 아킹 이벤트(406)는 스펙트럼 데이터(408)의 약 57초(즉, 특정 시점(410-2))에서 시작하고 약 61.7초(즉, 특정 시점(410-12))에서 최대를 나타낸다.
다시 도 3을 참조하면, 분광계(198)는 파장[(304-2)(즉, 213.9 nm) 내지 (304-n)(즉, 789.6 nm)]을 스태닝하는 것에 의해 스펙트럼 데이터(408)를 수집한다. 특정 시점(410-2 내지 410-12)에 대해, 스펙트럼 데이터(408)의 파장(412)(즉, 490 nm 내지 520 nm)에 대해 화학종(302)이 거의 관찰되지 않을 수 있다. 따라서, 파장(412)(즉, 490 nm ~ 520 nm)에 대한 광도가 개별 화학물질-임프린트 식별과 관련하여 확인된다.
예를 들어, 차트(300)에 예시된 바와 같이, 파장(412)(즉, 490 nm 내지 520 nm)은 화학종[H(수소), He(헬륨), O(산소), C2(탄소 알켄) 및 CO(탄소 산화물)]을 포함할 수 있다. 스펙트럼 데이터(408)와 관련하여, 특정 시점(410-12)에 대한 화학종은 H, He, O, C2 및/또는 CO일 수 있다. 화학종의 나머지는 파장(412)에서 볼 수 없다.
일 실시예에서, 아킹 이벤트(406)(즉, 이상 이벤트)는 적어도 일종 이상의 화학종의 스펙트럼 특징을 기초로 분류될 수 있다. 또한, 아킹 이벤트의 소스 또는 표면은 플라즈마 처리 챔버에서 전개된 경우에 대해, 즉 아킹 이벤트(406)가 전극의 알루미늄 지지체, 플라즈마 처리 챔버의 알루미나 내벽, 웨이퍼(110), 전극 플레이트(156)의 도체 또는 반도체 재료 등의 표면에 영향을 미쳤는 지 여부에 대해 각각 판정되고 확인된다. 이에 따라, 확인된 스펙트럼 특징과 연관된 적어도 하나의 화학종이 플라즈마 처리 챔버로 전개된 위치를 식별하는 것도 구현될 수 있다.
다른 실시예에서, 플라즈마 전기적 특성(즉, 아킹 이벤트(406)의 전기적 특성)이 측정될 수 있고, 이 측정은 이상 이벤트 중의 플라즈마 전기적 파라미터의 거동과 연관될 수 있다. 플라즈마 전기적 파라미터는 RF 전력, 기판 홀더 RF 전력 및 플라즈마 전위의 파라미터를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 광 다이오드와 같은 전용 아크 검출기 제어기가 PS(106)로부터 수집된 스펙트럼의 스펙트럼-분해된 발광 신호를 처리하는 데 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 아크 검출기 제어기는 PS 획득된 스펙트럼-분해된 발광 신호 및 획득된 스펙트럼-분해되지 않은 발광 신호(즉, 그들의 별개의 스펙트럼 특성을 통해 식별되지 않을 수 있는 화학종) 모두를 사용하여 아킹 이벤트(406)를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 스펙트럼-분해된 발광 신호의 처리는 플라즈마 종료점 검출기 제어기에서 수행될 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같은 이상 이벤트의 소스를 분석하는 데 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 데이터(500)이다.
시각적 관찰 또는 광 다이오드 검출기의 사용을 통해 이상 이벤트의 발생을 검출한 후에, 스펙트럼 데이터(500)와 같은 스펙트럼 데이터의 일부를 분석하여 이상 이벤트를 발생시킬 수 있는 화학종(들)을 결정할 수 있다.
예시된 바와 같이, 스펙트럼 데이터(500)는 수평 x-축을 따른 측정치를 확정하는 파장(502), 수직 y-축에 대한 측정치를 확정하는 발광 신호 강도(504), 임계치(506) 및 특정 시점(410-2 내지 410-12)을 포함한다. 또한, 스펙트럼 데이터(500)는 도 4의 아킹 이벤트(406)에 의해 생성된 스펙트럼 데이터와 유사한 스펙트럼 데이터(408)를 예시한다. 또한, 스펙트럼 데이터(500)는 존재할 수 있거나 이상 이벤트의 원인일 수 있는 화학종(들)을 결정하는 데 이용될 수 있는 임계치(506)를 예시한다.
일 실시예에서, 임계치(506)는 아킹 이벤트(406)의 존재를 결정하는 데 사용될 수 있는 사전 설정치를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 특정 시점[(410-10)(즉, 59초) 및 (410-12)(즉, 61.7초)]은 아킹 이벤트(406)의 소스에 관한 스펙트럼 데이터 분석의 중심일 수 있다. 그 이유는 특정 시점(410-10 및 410-12)이 임계치(506)을 초과하기 때문이다.
특정 시점(410-10 및 410-12)(즉, 임계치(506)을 초과하는 시점)에 대응하는 파장(504)은 예시된 바와 같이 파장(515~518 nm)을 포함하도록 결정될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 파장(515~518 nm)은 헬륨(He) 및 탄소 산화물의 화학종을 포함하는 것에 대응할 수 있다. 따라서, 이상 이벤트는 적어도 화학 종(He 및 CO)에 의해 발생된 것으로 판정될 수 있다.
도 6은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 상이한 화학종을 식별하기 위한 화학물질-임프린트 식별을 확립하기 위한 프로세스(600)를 예시한다. 상이한 화학종의 사전 식별은 웨이퍼 제조 공정 중의 특정 공정 단계에 사용될 수 있는 각각의 화학종에 대해 수동으로 수행될 수 있다. 방법이 기술된 순서는 제한으로서 해석되는 것으로 의도되지 않으며 임의의 수의 설명된 방법 블록이 임의의 순서로 결합되어 방법 또는 다른 방법을 구현할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 방법으로부터 개별 블록을 제거할 수 있다. 또한, 방법은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
블록(602)에서, 웨이퍼 제조 공정을 위한 공정 단계에 사용되는 화학종의 식별이 수행된다. 초기 산화로부터 전기적 테스트까지 웨이퍼에 대해 여러 공정 단계가 수행된다. 예를 들어, 초기 산화는 열 산화 중에 산화제로서 산소 분자를 사용할 수 있다. 이 예에서, 산소 분자는 이 초기 산화 공정 단계에서 사용 된 화학종 중 하나인 것으로 확인될 수 있다.
블록(604)에서, 식별된 화학종의 스펙트럼 특성의 확정이 수행된다. 예를 들어, 산소 분자 화학종의 경우, 분광계(198)는 특정 파장 또는 파장 범위에 걸쳐 산소 분자의 별개의 광도 특성을 검출 및 획득하는 데 사용될 수 있으며, 이 예에서, 특정 파장 또는 파장 범위에 걸친 산소 분자의 개별 광도 특성은 그 화학물질-임프린트 특징을 확정할 수 있다.
도 4에서 전술한 바와 같이 상이한 화학종에 대한 사전-확인된 화학물질-임프린트 식별 차트(300)를 참조하면, 분광계(198)의 각 파장(304)의 설정은 각각의 화학종(302)에 대한 대응하는 광도 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 즉, 분광계(198)는 파장[213.9 nm(즉, 파장 304-2) 내지 789.6 nm(즉, 파장 304-n)] 중의 각각의 파장에 대해 각각의 화학종을 측정하도록 구성될 수 있다.
블록(606)에서, 식별된 화학종의 획정된 스펙트럼 특성의 저장이 수행된다. 예를 들어, 각각의 식별된 화학종의 화학물질-임프린트 특징(즉, 획정된 스펙트럼 특성)이 저장 유닛(194)에 저장될 수 있다. 이 예에서, 저장된 화학물질-임프린트 특징은 스펙트럼 데이터의 사후 분석 중에 스펙트럼-분해된 발광 신호를 식별하기 위해 참조로서 사용될 수 있다.
도 7은 플라즈마 처리 시스템에서 웨이퍼 제조 공정 중에 이상 이벤트를 모니터링하고 검출하기 위한 프로세스(700)를 예시한다. 일 실시예에서, 스펙트럼 데이터의 분석은 아킹 이벤트의 발생 후에 실시된다. 방법이 기술된 순서는 제한으로서 해석되는 것으로 의도되지 않으며 임의의 수의 설명된 방법 블록이 임의의 순서로 결합되어 방법 또는 다른 방법을 구현할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 방법으로부터 개별 블록을 제거할 수 있다. 또한, 방법은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
블록(702)에서, 웨이퍼 제조 공정 중에 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마 점화가 수행된다. 예를 들어, 점화는 웨이퍼 제조 공정에서 반응성 이온 에칭, 스퍼터링, 플라즈마 증강식 화학적 기상 증착 등의 공정 중에 플라즈마의 인위적인 생성을 포함할 수 있다. 상기 도 1을 참조하면, 점화된 플라즈마는 하부 전극(116)과 상부 전극(150) 사이에 있는 플라즈마 생성 공간(PS)(106)에 도입될 수 있다. 내부 상부 전극(152)은 기판(W)(110) 위에 있고 하부 전극(116) 상에 배치된 PS(106) 내로 특정량의 처리 가스(현재 공정 단계에서 요구되는)를 주입하기 위한 처리 가스 입구로서 기능할 수 있다.
블록(704)에서, 스펙트럼-분해된 발광 신호의 검출 및 획득이 수행된다. 예를 들어, 분광계(198)는 상기 도 2에 예시된 바와 같이 광량(200)을 수집한다. 광량(200)은 기판(W)(110) 위에 있는 PS(106)로부터 취해질 수 있다. 이 예에서, 광량(200)은 플라즈마 처리 챔버로부터의 스펙트럼-분해된 발광 신호 및 다른 발광 또는 스펙트럼을 포함할 수 있다. 다른 발광 또는 스펙트럼은 분광계(198)를 통해 식별될 비 스펙트럼-분해된 발광 신호로서 취급될 수 있다.
블록(706)에서, 스펙트럼-분해된 발광신호의 처리가 수행된다. 예를 들어, 분광계(198)는 스펙트럼 데이터의 처리를 위해 수집된 스펙트럼을 제어 유닛(192)으로 전송할 수 있으며, 제어 유닛은 하나 이상의 프로세서, 마이크로컴퓨터, 연산 유닛 등을 포함할 수 있다. 이 예에서, 처리는 임계치(506)를 초과하는 광도 신호의 식별을 포함할 수 있다. 임계치(506)를 초과하는 광도 신호의 경우, 대응하는 파장(304)은 제어 유닛(192)에 의해 활용되어 저장 유닛(194)에 저장된 화학물질-임프린트 특징을 이용하여 화학종을 식별할 수 있다.
블록(708)에서, 처리된 스펙트럼-분해된 발광 신호로부터 이상 이벤트의 특징의 판단이 수행된다. 예를 들어 이상 이벤트(즉, 아킹 이벤트)의 발생 후에, 스펙트럼 데이터를 분석하여, 아킹 이벤트 또는 플라즈마 불안정을 발생시킬 수 있는 화학종(들)의 화학물질-임프린트 특징을 판정한다. 이 예에서, 스펙트럼 데이터의 분석을 위한 수동 기준점이 구현될 수 있다.
예를 들어, 이상 이벤트는 데이터 획득 사이클의 특정 시점(410-2 내지 410-12)(즉, 기준점)에서 발생한 것으로 시각적으로 관찰되었다. 이 예에서, 스펙트럼 데이터의 분석 및 특히 화학물질-임프린트 식별의 판정은 특정 시점(410-2 내지 410-12) 내에서 획득된 스펙트럼에 기초할 수 있다. 전형적으로, 임계치(506)를 초과하는 광도를 갖는 화학종(들)은 이상 이벤트의 원인으로 간주될 수 있다.
다른 실시예에서, 광 다이오드는 이상 이벤트의 발생을 검출할 수 있으며, 이 검출은 상기 수동 참조의 구현과 유사하게 스펙트럼 데이터의 분석을 트리거할 수 있다. 즉, 기준점은 광 다이오드가 이상 이벤트의 발생을 검출한 시간에 기초한다. 기준점의 이전 및/또는 이후에 수 마이크로 초 내에 획득된 스펙트럼 데이터는 아킹 이벤트를 유발한 화학종의 화학물질-임프린트 특징을 판정하도록 분석될 수 있다.
분석된 이상 이벤트에 의해, 결함 검출 및/또는 플라즈마 처리 시스템 오퍼레이터에 대한 통지를 위해 이상 이벤트의 기록이 구현될 수 있다. 또한, 이상 이벤트와 연관된 것으로 식별된 조건에서 플라즈마 처리 시스템의 작동을 방지하도록 제어 유닛을 설정하는 것도 구현될 수 있다.
Claims (20)
- 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트(anomalous event)를 검출하는 방법에 있어서,
플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마를 점화시키는 단계;
상기 플라즈마 처리 챔버 내의 플라즈마로부터 스펙트럼-분해된(spectrally-resolved) 발광 신호 - 상기 스펙트럼-분해된 발광 신호는 이상 이벤트로부터의 발광을 포함함 - 를 검출하는 단계;
상기 스펙트럼-분해된 발광 신호를 처리하는 단계; 및
상기 처리된 스펙트럼-분해된 발광 신호로부터 상기 이상 이벤트의 특징(signature)을 검출하는 단계
를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 이상 이벤트는 아킹(arcing) 이벤트 또는 플라즈마 불안정(instability)을 포함하는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 결함 검출을 위해 또는 상기 플라즈마 처리 시스템의 오퍼레이터에게 통지하기 위해, 또는 양자 모두를 위해 상기 이상 이벤트를 기록하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 처리된 스펙트럼-분해된 발광 신호로부터 적어도 하나의 화학종의 스펙트럼 특징을 식별하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 화학종의 상기 식별된 스펙트럼 특징에 기초하여 상기 이상 이벤트를 분류하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 이상 이벤트 동안에, 상기 식별된 스펙트럼 특징과 연관된 상기 적어도 하나의 화학종이 상기 플라즈마 처리 챔버 내로 전개(evolve)된 소스(source)를 결정하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 이상 이벤트 동안에, 상기 식별된 스펙트럼 특징과 연관된 상기 적어도 하나의 화학종이 상기 플라즈마 처리 챔버 내로 전개된 표면을 식별하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 이상 이벤트 동안에, 상기 식별된 스펙트럼 특징과 연관된 상기 적어도 하나의 화학종이 상기 플라즈마 처리 챔버 내로 전개된 위치를 식별하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 플라즈마 전기적 파라미터를 측정하는 단계, 및 상기 이상 이벤트 동안의 상기 플라즈마 전기적 파라미터의 거동을 상기 이상 이벤트와 연관시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 전기적 파라미터는, 무선 주파수(radio frequency; RF) 전력, 기판 홀더 RF 전력, 및 플라즈마 전위를 포함하는 그룹으로부터 선택된 파라미터를 포함하는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 이상 이벤트와 연관된 것으로 식별된 조건에서 상기 플라즈마 처리 시스템의 작동을 방지하도록 제어기를 설정하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-분해된 발광 신호는 분광계를 사용하여 검출되는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-분해된 발광 신호를 처리하는 단계는 전용 아크 검출기 제어기에서 수행되는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 아크 검출기 제어기는, 고속의 비 스펙트럼(non-spectrally) 분해형 아크 검출기로부터 비 스펙트럼-분해된 발광 신호를 수신하도록 구성된 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 아크 검출기 제어기는, 상기 검출된 스펙트럼-분해된 발광 신호 및 상기 수신된 비 스펙트럼-분해된 발광 신호 모두를 사용하여 아킹 이벤트를 검출하도록 구성되는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-분해된 발광 신호를 처리하는 단계는 플라즈마 종료점(endpoint) 검출기 제어기에서 수행되는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 방법.
- 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 장치에 있어서,
상기 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 챔버 상에 배치되어 상기 플라즈마 처리 챔버에 대한 광학적 액세스를 제공하는 윈도우;
상기 윈도우를 통해 상기 플라즈마 처리 챔버 내부의 스펙트럼-분해된 발광 신호를 검출하는 분광계; 및
상기 이상 이벤트를 야기한 화학종을 처리하고 결정하도록 구성된 제어기
를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 장치. - 제17항에 있어서, 상기 이상 이벤트를 야기한 상기 화학종을 식별하도록 스펙트럼 데이터의 사후 분석(after-the-fact analysis)에서 사전에 미리 식별되고, 저장되며, 그리고 기준으로 사용된, 스펙트럼-분해된 발광 신호의 저장부를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 장치.
- 제18항에 있어서, 아킹 이벤트의 발생 및 상기 아킹 이벤트의 발생의 특정 시점을 검출하도록 구성된 광 다이오드 검출기를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 화학종의 결정은 그 자신의 대응하는 화학물질-임프린트(chemical-imprint) 식별에 기초하는 것인, 플라즈마 처리 시스템에서 이상 이벤트를 검출하는 장치.
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