KR20200084051A - 플라즈마 챔버 벽 상태의 실시간 모니터링을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 챔버 벽 상태의 실시간 모니터링을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20200084051A
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루크 알바레데
야시네 카보우즈
조르즈 루케
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

기판 프로세싱 시스템이 프로세싱 챔버를 포함한다. 페데스탈 및 샤워헤드가 프로세싱 챔버 내에 배열된다. SPR 섬유가 프로세싱 챔버 내에 배치된 중심 부분, 및 프로세싱 챔버 외부에 배치된 반대편 단부들을 갖는다. 광원이 SPR 섬유의 일 단부에 입력 광을 제공하고, 검출기가 SPR 섬유의 다른 단부로부터 출력 광을 수용한다. 표면 플라스몬파들 및 소멸파들이 프로세싱 챔버의 상태를 결정하기 위해 프로세싱되고 분석되는 출력 광을 구성한다.

Description

플라즈마 챔버 벽 상태의 실시간 모니터링을 위한 방법 및 장치
관련된 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 11월 28일에 출원된 미국 실용신안 출원 번호 제 15/824,061 호의 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들, 보다 구체적으로 기판 프로세싱 시스템들의 프로세싱 챔버들 내의 상태들을 모니터링하는 것, 그리고 보다 구체적으로 기판 프로세싱 시스템들의 프로세싱 챔버들 내의 상태들의 실시간 모니터링에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 기판 프로세싱 시스템들의 프로세싱 챔버들 내의 상태들의 인 시츄 (in situ) 실시간 모니터링에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시한다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들의 에칭 및/또는 다른 처리를 수행하기 위해 사용될 수도 있다. 기판이 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버 내 페데스탈 (pedestal) 상에 배열될 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭기의 에칭 동안, 하나 이상의 전구체들을 포함하는 가스 혼합물이 프로세싱 챔버 내로 도입되고, 플라즈마는 기판을 에칭하기 위해 스트라이킹된다 (struck).
프로세스들이 최적화될 수 있도록 반도체 프로세싱 챔버 내부의 상태들을 모니터링하는 것이 유용하다. 챔버 내부의 상태들은, 예를 들어 세정에 대한 필요성을 나타낼 수도 있고, 또는 챔버가 웨이퍼 제조를 위한 최적의 조건이도록 충분히 “시즈닝되었는지 (seasoned)”여부를 나타낼 수도 있다. 일 양태에서, “시즈닝”은 특정한 시간에서 챔버의 상태를 지칭할 수도 있고, 또는 챔버의 정상 상태 조건을 지칭할 수도 있다.
챔버 외부에 포지셔닝된 장치를 사용하여 챔버 상태들을 모니터링하는 것은 공지되었다. 반도체 프로세싱 챔버 내부 상태들은 많은 종류의 장비에 매우 적합하지 않다. 챔버 상태들의 관찰은 챔버의 하나 이상의 윈도우들을 통해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 챔버 내부의 상태들을 관찰하기 위해 윈도우들 중 하나에 카메라 또는 다른 센싱 디바이스를 위치시키는 것이 공지되었다.
도 1은 RF 플라즈마를 사용하여 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 챔버 (500) 의 일 예를 도시한다. 기판 프로세싱 챔버 (500) 는 기판 프로세싱 챔버 (500) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고 RF 플라즈마를 담는 프로세싱 챔버 (502) 를 포함한다. 기판 프로세싱 챔버 (500) 는 상부 전극 (504), 및 하부 전극 (507) 을 포함하는 페데스탈 (506) 을 포함한다. 에지 커플링 링 (503) 이 페데스탈 (506) 에 의해 지지되고, 기판 (508) 주위에 배열된다. 하나 이상의 액추에이터들 (actuators) (505) 이 에지 커플링 링 (503) 을 이동시키기 위해 사용될 수도 있다. 동작 동안, 기판 (508) 은 상부 전극 (504) 과 하부 전극 (507) 사이의 페데스탈 (506) 상에 배열된다.
단지 예를 들면, 상부 전극 (504) 은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드 (509) 를 포함할 수도 있다. 샤워헤드 (509) 는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 (stem) 부분을 포함할 수도 있다. 베이스 부분은 일반적으로 원통형이고, 프로세싱 챔버의 상단 표면으로부터 이격되는 위치에서 스템 부분의 반대편 단부로부터 방사상으로 외측으로 연장한다. 샤워헤드의 베이스 부분의 기판-대면 표면 또는 대면플레이트는 프로세스 가스 또는 퍼지 가스가 흐르는 복수의 홀들을 포함한다. 대안적으로, 상부 전극 (504) 은 전도성 플레이트를 포함할 수도 있고, 프로세스 가스들은 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다. 하부 전극 (507) 은 비전도성 페데스탈 내에 배열된다. 대안적으로, 페데스탈 (506) 은 하부 전극 (507) 으로서 작용하는 전도성 플레이트를 포함하는 정전 척을 포함할 수도 있다.
RF 생성 시스템 (510) 이 RF 전압을 생성하고 상부 전극 (504) 및 하부 전극 (507) 중 하나에 출력한다. 상부 전극 (504) 및 하부 전극 (507) 중 다른 하나는 DC 접지, AC 접지, 또는 플로팅 (floating) 될 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (510) 은 매칭 및 분배 네트워크 (512) 에 의해 상부 전극 (504) 또는 하부 전극 (507) 에 피딩되는 (fed) RF 전압을 생성하는 RF 전압 생성기 (511) 를 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 플라즈마는 유도적으로 또는 리모트로 생성될 수도 있다.
가스 전달 시스템 (530) 이 하나 이상의 가스 소스들 (532-1, 532-2, …, 및 532-N) (집합적으로 가스 소스들 (532)) 을 포함하고, 여기에서 N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들은 하나 이상의 전구체들 및 이들의 혼합물들을 공급한다. 가스 소스들은 또한 퍼지 가스를 공급할 수도 있다. 기화된 전구체가 또한 사용될 수도 있다. 가스 소스들 (532) 은 밸브들 (534-1, 534-2, …, 및 534-N) (집합적으로 밸브들 (534)) 및 질량 유량 제어기들 (536-1, 536-2, …, 및 536-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (536)) 에 의해 매니폴드 (manifold) (540) 에 연결된다. 매니폴드 (540) 의 출력이 프로세싱 챔버 (502) 에 피딩된다. 단지 예를 들면, 매니폴드 (540) 의 출력은 샤워헤드 (509) 에 피딩된다.
가열기 (542) 가 페데스탈 (506) 내에 배열된 가열기 코일 (미도시) 에 연결될 수도 있다. 가열기 (542) 는 페데스탈 (506) 및 기판 (508) 의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다. 밸브 (550) 및 펌프 (552) 가 프로세싱 챔버 (502) 로부터 반응물질들을 배출하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (560) 가 기판 프로세싱 챔버 (500) 의 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (560) 는 또한 에지 커플링 링 (503) 의 하나 이상의 부분들의 위치를 조정하기 위해 액추에이터 (505) 를 제어하도록 사용될 수도 있다.
로봇 (570) 및 센서 (572) 가 에지 커플링 링의 부식을 측정하도록 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 센서 (572) 는 깊이 게이지를 포함할 수도 있다. 로봇 (570) 은 부식을 측정하기 위해 에지 커플링 링과 콘택트하여 깊이 게이지를 이동시킬 수도 있다. 대안적으로, (로봇 (570) 을 갖거나 갖지 않는) 레이저 간섭계가 직접적인 콘택트 없이 부식을 측정하도록 사용될 수도 있다. 로봇 (570) 은 레이저 간섭계가 에지 커플링 링으로의 직접 가시선으로 포지셔닝될 수 있다면 생략될 수도 있다.
도 2a는 챔버의 벽에서 상태들을 검출하는 접근법의 일 예를 도시한다. 기술의 용이함을 위해, 도 1의 많은 엘리먼트들은 여기서는 생략된다. 도 2a에서, 반도체 프로세싱 챔버 (100) 는 ESC (electrostatic chuck) (115) 가 마운팅될 (mounted) 수도 있는 페데스탈 (110) 을 포함한다. 웨이퍼 또는 기판 (120) 이 ESC 상에 포지셔닝된다.
챔버의 상단부에서, 도관 (130) 이 챔버 내에 플라즈마를 분배하는 샤워헤드 (135) 로 플라즈마를 전달한다. 기판들이 프로세싱됨에 따라, 챔버의 벽들 상에서 빌드업 (buildup) 이 있을 수 있다. 검출 장치가 광원 (170) 및 카메라/검출기 (175) 를 포함한다. 광원 (170) 은 제 1 개구부 (180) 를 통해 챔버의 반대편 단부의 거울 (165) 상으로 광을 비춘다. 카메라/검출기 (175) 는 제 2 개구부 (185) 를 통해 거울 (165) 로부터 반사된 광을 픽업한다 (pick up). 제어기 (160) 가 카메라를 동작시키기 위해, 그리고 카메라/검출기로부터 출력을 수신하기 위해 카메라/검출기와 통신한다. 제어기 (160) 는 또한 광원 (170) 의 동작을 제어한다. 셔터들 (190, 195) 은 검출 장치가 동작하지 않거나, 챔버가 사용되지 않을 때 윈도우들 (180, 185) 를 커버하도록 각각 동작한다.
제어기 (160) 는 챔버 (100) 의 벽 상태들에 대한 정보를 획득하기 위해, 공지된 신호 프로세싱 알고리즘들 및/또는 다른 컴퓨터 기법들을 사용하여 카메라/검출기 (175) 로부터 데이터를 프로세싱할 수도 있다. 대안적으로, 제어기 (160) 는 이러한 목적을 위해 다른 프로세싱 장치 (기술의 용이함을 위해 여기서는 미도시) 에 획득된 데이터를 통과시킬 수도 있다.
동작 시, 챔버 벽들 상에 빌드업되는 것은 거울 (165) 상에 또한 빌드업되고, 이에 따라 광원 (170) 으로부터 카메라/검출기 (175) 로 광을 반사시키는 거울의 능력에 영향을 미친다. 제어기 (160) 는 카메라/검출기 (175) 가 거울 (165) 로부터 반사될 때 수신하는 광의 양과 광원 (170) 이 출력하는 미리 결정된 광, 및 챔버의 벽들 상에 (그리고 따라서 거울 (165) 상에) 증착되는 재료를 취하고, 거울 상에 빌드업된 양을 계산하고 추정한다.
투과된 광이 진입하고, 반사된 광이 떠나는 윈도우들 (180, 185) 상에 또한 빌드업이 있을 것이다. 근사치로서, 계산을 보다 쉽게 하기 위해, 윈도우들 상의 빌드업의 양은 거울 상의 빌드업의 양과 동일하다고 가정될 수도 있다.
도 2b는 카메라/검출기 (175) 및 윈도우 (185) 가 도 2a의 시스템의 위치들로부터 챔버의 반대편 측면 상에 포지셔닝되는, 도 2a의 셋업의 변형을 도시한다. 도 2b 접근법은 챔버 (100) 내부 거울에 대한 요구들을 제거한다. 또한, 근사치로서, 계산의 용이함을 위해, 윈도우 (185) 상의 빌드업의 양은 윈도우 (180) 상에서와 동일할 것이라고 가정될 수도 있다.
도 2a 장치 및 검출 접근법과 연관된 다양한 문제들이 있다. 도 2a 시스템에 대한 일 문제는 광원 (170) 으로부터의 광이 거울 (165) 상에 정확하게 포커싱되어, 거울 (165) 로부터 되돌아오는 것은 광원 (170) 이 제공하는 광의 신뢰할 수 있는 표시이다. 광원 (170) 은 거울 (165) 상에 정확하게 포커싱되게 하는 레이저 또는 간섭성 (coherent) 광의 다른 소스일 수도 있다. 도 2a의 임의의 몇몇의 엘리먼트들의 이동은 카메라/검출기 (175) 가 반사된 광을 적절히 수용하는 능력에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 챔버 외부의 광원 (170) 의 이동, 또는 챔버 내부의 거울 (165) 의 이동, 또는 챔버 자체의 이동은 거울 (165) 상에 광원 (170) 의 재포커싱을 요구할 수도 있다. 또한, 거울 (165) 또는 거울을 포함하는 챔버의 이동은 거울 (165) 로부터의 반사 각도가 변할 수도 있기 때문에, 카메라/검출기 (175) 의 재포지셔닝을 요구할 수도 있다. 모든 이들 가능성들의 결과로서, 광원 (170) 및/또는 카메라/검출기 (175) 의 빈번한 재배치/재포커싱이 필요할 수도 있다. 또 다른 문제는, 거울 (165) 상에 빌드업이 있는 것처럼, 윈도우들 (180, 185) 상에도 빌드업이 있을 것이고, 이에 따라 광원 (170) 이 제공할 광의 양뿐만 아니라, 카메라/검출기 (175) 가 검출할 광의 양에 영향을 미친다. 챔버 벽들 상의 (그리고 이에 따라 거울 및 윈도우들 상의) 재료의 빌드업은 균일하다고 가정될 수도 있지만, 활용되는 프로세스에 따라 그렇지 않을 수도 있다. 결과로서, 윈도우들 (180, 185) 과 거울 (165) 의 상이한 위치가 미리 결정되면, 상이한 위치들에 상이한 양들의 빌드업이 있을 수도 있고, 윈도우들 상에 빌드업의 신뢰할 수 있는 추정을 제공하는 것을 어렵게 한다.
도 2b 접근법은 거울 (165) 과 연관된 검출 및 정확도 문제들을 제거한다. 그러나, 윈도우들 (180, 185) 이 챔버의 마주보는 측면들 상에 있기 때문에, 도 2b 접근법은 챔버의 상이한 부분들에서 차등적인 양들의 빌드업의 문제가 유지된다. 또한, 반사된 투과 대신 광의 직접적인 투과를 사용함으로써, 도 2b 접근법은 광원 (170), 카메라/검출기 (175), 또는 챔버 (100) 의 이동과 연관된 포커싱 문제들을 개선한다. 그러나, 이들 포커싱 문제들은 어느 정도 지속될 것이다.
보다 직접적인 측정을 제공하기 위해, 챔버 내부에 검출 장비를 제공하기 위한 노력들이 있었다. 이 접근법이 갖는 중대한 어려움은 플라즈마가 장비에 제공하는 해가 되는 (hostile) 분위기이다.
이는 챔버 상태들의 보다 정확한 모니터링에 유용할 것이다.
기판 프로세싱 시스템이 챔버 벽을 갖는 프로세싱 챔버, 및 프로세싱을 위해 기판을 홀딩하도록 프로세싱 챔버 내에 배열된 페데스탈을 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 분배하도록 프로세싱 챔버 내에 배열된 샤워헤드를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은 챔버 벽의 상태를 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 더 포함한다. 검출기 시스템은 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 제 1 단부 및 제 2 단부, 그리고 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 SPR (Surface Plasmon Resonance) 섬유의 내측 부분을 갖는 SPR 섬유를 포함한다. 광원이 제 1 SPR 섬유의 제 1 단부에 입력 광을 제공한다. 제어기가 SPR 섬유의 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 출력 광으로서 SPR 섬유의 제 2 단부에 광을 수용하도록 구성된다. 제어기는 챔버 벽의 상태를 결정하기 위해 입력 광 및 출력 광을 분해한다.
일 양태에서, 챔버 내부 SPR 섬유의 부분 상에서, 섬유 상의 피복의 하나 이상의 부분들은 하나 이상의 개구부들을 제공하도록 제거될 수도 있다. 개구부들은 특성들이 챔버 내의 상태들을 결정하는데 사용되는 표면 플라스몬 (plasmon) 파들 및 소멸파들 모두를 제공하도록 구성된 삽입부들로 충진된다.
일 특징에서, SPR 섬유의 개구부들은 서로 충분히 가까울 수 있지만, 챔버의 상이한 부분들에서 상태들을 확인하기에 충분히 멀 수도 있다. 또 다른 특징에서, SPR 섬유의 개구부들은 챔버의 마주보는 측면들 상의 상태들을 확인하기 위해, 챔버 주위에 이격되기에 충분히 멀 수도 있다.
일 특징에서, 복수의 SPR 섬유들은 챔버의 상이한 부분들에 제공될 수도 있다. 또 다른 특징에서, SPR 섬유는 챔버 내의 SPR 섬유로부터의 출력 광과 비교하여 챔버 벽의 상태를 확인하기 위해 기준선을 결정하도록 기준 SPR 섬유로부터의 출력 광을 사용하는 제어기와 함께, 챔버의 외부에 배치된 기준으로서 사용될 수도 있다.
다른 특징들에서, 입력 광은 적절한 IR (infrared : 적외선) 대역 (band) 에서 광 투과를 제공하는, QCL (Quantum Cascade Laser) 과 같은 레이저일 수도 있다. 다른 특징들에서, 레이저는 특정한 파장까지도, 보다 좁은 파장 범위의 광 투과를 제공하는, DFB (Distributed Feedback Laser) 의 일 유형일 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템에서 챔버의 내부 벽의 상태를 측정하기 위한 방법이 챔버 내에 생성된 플라스몬파 및 소멸파를 측정하는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 이들 파들은 이 섹션에 앞서 기술된 SPR 섬유 및 연관된 장치를 사용하여 생성될 수도 있다. 발생하는 측정값들은 챔버의 벽들의 상태를 확인하기 위해 사용될 수도 있다.
본 개시의 적용가능성의 추가 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 특정한 예들은 예시의 목적들만을 위해 의도되었고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않았다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부한 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 2a는 본 개시의 일 양태에 따른, 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예, 및 챔버 내부의 상태들을 검출하기 위한 장치의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 2b는 본 개시의 일 양태에 따른, 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예, 및 챔버 내부의 상태들을 검출하기 위한 장치의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 3a는 본 개시의 일 양태에 따른, 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예, 및 챔버 내부의 상태들을 검출하기 위한 장치의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 3b는 본 개시의 일 양태에 따른, 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예, 및 챔버 내부의 상태들을 검출하기 위한 장치의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 4는 본 개시의 또 다른 양태에 따른, 페데스탈 및 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 일 예, 및 챔버 내부의 상태들을 검출하기 위한 장치의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 5는 본 개시의 일 양태에 따른, 한 개의 개구부를 갖는 SPR 섬유를 통과하는 광을 도시하는 설명도이다.
도 6은 본 개시의 일 양태에 따른, 두 개의 개구부들을 갖는 SPR 섬유를 통과하는 광을 도시하는 설명도이다.
도 7은 본 개시의 일 양태에 따른, 노출된 섬유 부분 위의 코팅 및 한 개의 개구부를 갖는 SPR 섬유를 통과하는 광을 도시하는 설명도이다.
도 8은 본 개시의 일 양태에 따른, 노출된 섬유 부분들 위의 코팅 및 두 개의 개구부들을 갖는 SPR 섬유를 통과하는 광을 도시하는 설명도이다.
도 9는 한 개의 개구부, 및 개구부를 커버하는 재료들을 갖는 SPR 섬유의 일 부분의 도면이다.
도 10은 두 개의 개구부들, 및 개구부들을 커버하는 재료들을 갖는 SPR 섬유의 일 부분의 도면이다.
도 11은 일 양태에 따른, 기판 프로세싱 챔버의 라이너 (liner) 의 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 라이너의 부분들의 확대된 도면이다.
도 13은 광 강도 대 파장의 그래프이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
이제 도 3a를 참조하면, 기판 프로세싱 챔버 내의 SPR 섬유 배치의 특징들, 및 챔버 내부 상태들에 대한 검출기로서 섬유들의 사용을 가능하게 하는 연관된 장치들이 이제 기술될 것이다. 기술 (description) 의 이 부분은 내부 챔버 조건들의 직접적인 측정을 가능하게 하는 본 개시의 특징들에 따른 검출기 및 검출 방법에 중점을 둔다. 간결성과 명확성을 위해, ESC를 포함하는 프로세싱 챔버의 다양한 엘리먼트들의 세부사항들은 본 명세서에 반복되지 않을 것이다.
도 3a에서, 도 2a 및 도 2b와 동일한 특정한 엘리먼트들이 동일한 참조 번호들을 갖는다. 도 3a는, 일 양태에서 광원, 광 검출기, 및 프로세서를 포함하는 제어기 (200) 를 갖는다. SPR 섬유 (210) 는 피드쓰루들 (340, 345) 을 통해 연장한다. 이러한 피드쓰루들은 당업자들에게 잘 공지되었고, 따라서 본 명세서에 상세히 설명되지 않을 것이다. SPR 섬유 (210) 의 일 단부는 제어기 (200) 의 광원으로부터 입력 광을 수용하고, 제어기 (200) 내의 광 검출기에 출력 광을 제공한다. 섬유 (210) 와 같은 SPR 섬유가 내부의 섬유를 노출하기 위해 외측 피복 내에 개구부 (220) 를 갖는다. 설명할 바와 같이, SPR 섬유 (210) 의 개구부 (220) 위에 배치된 재료들은 섬유의 공지된 물리적 특성 및 광학적 특성과 챔버 (100) 내부의 상태들에 섬유의 피복이 없는 (unclad) 섹션의 노출에 따라, 측정 가능한 방식으로 섬유의 입력 단부로부터 출력 단부로의 광의 통과에 영향을 미칠 것이다.
도 3a는 챔버 (100) 의 노출된 부분을 갖는 SPR 섬유 (210) 를 도시한다. 또한, 도 3a는 SPR 섬유 (210) 의 각각의 단부들을 수용하는 개별적인 피드쓰루들 (340, 345) 을 도시한다. 일 양태에서, 특정한 SPR 섬유의 단부들은 동일한 피드쓰루를 통과할 수도 있다.
본 명세서에서 보다 상세하게 기술될 삽입부 (225) 는, 챔버 (100) 내부의 상태들로부터 보호하기 위해 노출된 섬유를 커버한다. 삽입부 (225) 는 또한 공지된 광 투과 특성 및 반사 특성을 갖는다. 광이 SPR 섬유 (210) 를 통과할 때, 삽입부 (225) 는 또한 공지된 방식으로 섬유의 입력 단부로부터 출력 단부로의 광의 통과에 영향을 미칠 것이다.
동작을 위한 검출기 시스템을 준비하기 위해, 어떻게 SPR 섬유 (210) 가 챔버 (100) 내에서 광 투과 및 수신을 핸들링할 것인지에 관한 정보를 광 검출 및 프로세싱 시스템이 획득한다. 기판 프로세싱 시스템을 실행하기 전, 챔버 (100) 내의 SPR 섬유 (210) 에 대한 스펙트럼 데이터가 기준선의 식별을 허용하도록 획득된다. 기준선은 몇 가지 방법들로 식별될 수도 있다. 일 양태에서, 기준선은 먼저, 챔버 (100) 에서 SPR 섬유 (210) 의 순수하게 커버되지 않고, 피복이 없는 개구부를 사용하는 광 측정들을 함으로써, 이어서 삽입부 (225) 가 추가된 후 동일한 측정들을 함으로써 식별될 수도 있다. 또 다른 양태에서, 기준선은 삽입부 (225) 를 갖는 SPR 섬유 (210) 의 측정들만을 함으로써 식별될 수도 있다. 또 다른 양태에서, 기준선이 완전히 커버된, 피복이 없는 섬유를 통과하는 광을 측정함으로써 식별될 수도 있다.
기준선 식별을 완료한 후, 부가적인 참조 측정들이 획득될 수도 있다. 예를 들어, 기판 프로세싱 시스템은 ESC 상에 배치된 쿠폰들 (coupons) 로 실행될 수도 있다. 기판 프로세싱 시스템이 동작함에 따라, 증착 재료는 SPR 섬유 (210) 상을 포함하여, 챔버 (100) 내의 다양한 노출된 부분들 상에 축적될 것이다. 상이한 증착 재료들은 또한 이들을 고유하게 식별하는 상이한 광 스펙트럼 특성들을 갖는다. 광 측정들은 특정한 증착 재료들이 챔버 (100) 내로 도입되고 쿠폰들 상에 증착될 때 취해질 수도 있다. 증착은 SPR 섬유 (210) 상에 증착된 재료의 두께가 증가하는, 시간의 기간 동안 발생할 수도 있다. SPR 섬유 (210) 를 통해 투과된 광의 주기적이거나 지속적인 측정들이 취해지고, 증착 두께들과 상관된다. 대안적으로, 챔버 (100) 는 주기적으로 개방될 수도 있고, 두께 측정들이 직접 취해진다. 챔버 벽들 상에 증착된 재료들에 대한 두께 측정들은 또한 직접 취해질 수도 있고, SPR 섬유 (210) 의 삽입부 (225) 상에서 측정된 증착 두께들과 비교된다.
일 양태에서, 복수의 섬유들은 섬유 각각의 각각의 단부들에 대해 제공된 대응하는 피드쓰루들과 함께, 챔버 (100) 주위의 복수의 위치들에 배치될 수도 있다. 도 3b는 도 3a가 도시하는 제 1 SPR 섬유 배열로부터 챔버의 반대편 측면 상의 제 2 SPR 섬유 배열을 도시한다.
도 3b는, 일 양태에서 광원, 광 검출기, 및 프로세서를 포함하는 제어기 (200') 를 갖는다. 피드쓰루들 (340, 345) 을 통해 연장하는 SPR 섬유 (210) 에 더하여, 또 다른 SPR 섬유 (210') 가 피드쓰루들 (340', 345') 을 통해 연장한다. SPR 섬유 (210) 는 상기 논의되었고, 간결성을 위해 여기서 추가로 논의되지 않을 것이다. SPR 섬유 (210') 의 일 단부는 제어기 (200') 내의 광원으로부터 입력 광을 수용하고, 제어기 (200') 내의 광 검출기에 출력 광을 제공한다. 섬유 (210') 와 같은 SPR 섬유가 내부의 섬유를 노출시키기 위해 외측 피복에 개구부 (220') 를 갖는다. 설명될 바와 같이, SPR 섬유 (210') 의 개구부 (220') 위에 배치된 재료들은, 섬유의 공지된 물리적 특성 및 광학적 특성 및 챔버 (100) 내부의 상태들에 섬유의 피복이 없는 섹션의 노출에 따라, 측정 가능한 방식으로 섬유의 입력 단부로부터 출력 단부로의 광의 통과에 영향을 미칠 것이다.
도 3b는 챔버 (100) 내에 노출된 부분을 갖는 SPR 섬유 (210') 를 도시한다. 또한, 도 3b는 SPR 섬유 (210') 의 각각의 단부들을 수용하는 개별적인 피드쓰루들 (340', 345') 을 도시한다. 일 양태에서, 특정한 SPR 섬유의 단부들은 동일한 피드쓰루들을 통과할 수도 있다.
삽입부 (225') 는 챔버 (100) 내부의 상태들로부터 보호하기 위해, 노출된 섬유를 커버한다. 삽입부 (225') 는 또한 공지된 광 투과 특성 및 반사 특성을 갖는다. 광이 SPR 섬유 (210') 를 통과할 때, 삽입부 (225') 는 또한 공지된 방식으로 섬유의 입력 단부로부터 출력 단부로의 광의 통과에 영향을 미칠 것이다.
도 3b에 도시된 시스템의 다른 양태들은 도 3a에 도시된 시스템에 동등하게 동작한다.
도 4는 본 개시의 양태에 따라 기판 프로세싱 챔버에서 사용된 바와 같은 검출기 시스템을 도시한다. 논의의 용이함을 위해, 프로세싱 챔버의 다른 엘리먼트들은 제거되었다. 두 개의 개구부들을 갖고, 기판 프로세싱 챔버 내부에 배치된 개구부들을 갖는 섬유 부분을 갖는 SPR 섬유, 및 이러한 개구부들이 없는 챔버 외부의 기준 섬유들은, 상징적으로 도시되고, 챔버 내외부의 실제 포지셔닝을 도시하도록 의도되지 않고, 그리고 스케일대로 도시되지 않는다.
도 4를 보다 면밀하게 살펴보면, 기판 프로세싱 시스템 (300) 이 피드쓰루들 (340, 345) 을 갖는 챔버 (350) 를 갖는다. SPR 섬유 (310) 는 피드쓰루들 (340, 345) 을 통과한다. SPR 섬유 (310) 는 그 위에 배치된 삽입부들 (330, 335) 을 갖는 노출된 개구부들을 갖는다. 습득/프로세싱 장치 (390) 는 SPR 섬유 (310) 의 일 단부를 통해 광을 통과시키는, 광원 (380) 과 통신한다. 검출기 (385) 가 SPR 섬유 (310) 의 다른 단부를 통해 광을 수용하고, 검출된 광에 관한 정보를 습득/프로세싱 장치 (390) 로 전달한다.
일 양태에서, 제 2 또는 기준 SPR 섬유 (320) 가 광원 (380) 으로부터 검출기 (385) 로 광을 통과시킬 수도 있다. SPR 섬유 (310) 와 같은 동일한 코어 (core) 및 피복을 갖는 제 2 SPR 섬유 (320) 는 개구부들을 갖지 않고, 챔버 (350) 의 외부에 배치되고, 광원 (380) 으로부터 검출기 (385) 로 광을 통과시킬 때 SPR 섬유 (310) 로부터 수신된 정보에 대한 기준으로서 작용할 수도 있다. 예를 들어, 제 2 SPR 섬유 (320) 는, 챔버 (350) 의 벽들이 세정될 때 그리고/또는 기판 프로세싱 시스템 (300) 이 동작을 시작하거나 재개하기 전, SPR 섬유 (310) 를 통해 광을 프로세싱하는 것으로부터 획득된 데이터와의 비교를 위해 기준선 데이터를 제공할 수도 있다. 시스템 (300) 이 동작되고 재료가 챔버 (350) 의 벽들 상에 빌드업함에 따라, 기준선 데이터는 또한 SPR 섬유 (310) 를 통해 광을 프로세싱하는 것으로부터 획득된 후속 데이터와 비교될 수도 있다. 일 양태에서, 기준선 데이터와, SPR 섬유 (310) 로부터의 동작 전 (pre) 데이터 및/또는 동작 사이 (inter) 데이터 사이의 차이점들을 살펴보는 것에 더하여, SPR 섬유 (310) 로부터의 동작 전 데이터 및/또는 동작 사이 데이터와, SPR 섬유 (310) 로부터의 동작 중간 (mid) 데이터 사이의 차이점들을 살펴보는 것은 챔버 (350) 의 벽들의 상태에 대한 부가적인 정보를 제공할 수도 있다.
본 개시의 양태들에 따른 검출기 시스템의 부분을 형성하는 SPR 섬유를 이제 보다 면밀하게 살펴보면, 도 5 및 도 6은 SPR 섬유 (500) 의 개구부 부분들을 도시한다. 도 5는 섬유 코어를 커버하는 피복 부분 (510) 과 피복 부분 (520) 사이의 섬유 (500) 의 단일 노출된 부분 (530) 을 도시한다. 도 6은 두 개의 노출된 부분들 (530, 550) 을 도시한다. 노출된 부분 (530) 은 피복 부분 (510) 과 피복 부분 (520) 사이에 있고, 노출된 부분 (550) 은 피복 부분 (520) 과 피복 부분 (540) 사이에 있다.
도 6의 노출된 부분들 (530, 550) 은 상징적으로 도시된다. 노출된 부분들 (530, 550) 간의 간격은 기판 프로세싱 챔버의 상이한 부분들에서 재료 빌드업의 검출을 용이하게 하도록 적절하게 결정될 수도 있다. 또한, 본 개시의 일 양태에 따라, SPR 섬유 (500) 에 두 개보다 많은 노출된 부분들 (530, 550) 이 있을 수도 있다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6과 유사한 도면들을 도시하지만, 노출된 부분 (530) 위에 배치된 금속 막의 박층들을 부가적으로 도시한다. 막 부분 (560) 은 노출된 부분 (530) 을 둘러싸고 완전히 연장한다. 막 부분 (565) 은 섬유 (500) 의 노출된 부분 및 커버된 부분 모두를 도시하기 위해 노출된 부분 (530) 을 둘러싸고 부분적으로 연장한다. 막 부분들 (560, 565) 은 SPR 섬유들에 흔히 있듯이 금으로 이루어질 수도 있다. 금은 플라즈마 저항성이 아니고, 플라즈마 에칭에 노출될 때 챔버를 오염시킬 수 있다. 따라서, 도 9 및 도 10에 대해 아래에 논의될 바와 같이, 노출된 부분과 가장 가까운 막 부분들 위에 배치된 다른 재료들은 보다 플라즈마 저항성이고, 오염 문제를 방지할 것이다.
도 6과 같이, 도 8의 노출된 부분들은 상징적으로 도시된다. 노출된 부분들 (530, 550) 간의 간격은 기판 프로세싱 챔버의 상이한 부분들에서 재료 빌드업의 검출을 용이하게 하도록 적절하게 결정될 수도 있다.
도 7 및 도 8과 유사하게, 도 9 및 도 10은 각각 한 개의 개구부 및 두 개의 개구부들을 갖는 SPR 섬유들의 부분들을 도시한다. 도 6 및 도 8과 같이, 도 10의 개구부들은 이들의 분리의 정도에 관해 상징적으로 도시되고, 스케일대로 도시되지 않았다.
도 9 및 도 10에서, SPR 섬유 (600) 는 직경 D를 갖는 내부 부분 (605) 을 갖는다. 일 양태에서, 내부 부분 (605) 은 무엇보다도, 내부 부분 (605) 의 직경 D 및 굴절률에 따라 특정한 입사각까지 총 내부 반사, 또는 TIR (Total Internal Reflection) 을 제공하도록 구성된다. 도 9를 보다 면밀하게 살펴보면, 금속 층 (610) 이 노출된 내부 부분 (605) 위에 증착된다. 일 양태에서, 금속 층 (610) 은 금으로 이루어진다. 유전체 재료 (620) 가 금속 층 (610) 위에 제공되고, 유전체 센싱 층 (630) 이 유전체 재료 (620) 위에 제공된다. 층들 (610, 620, 및 630) 은 함께 도 3 및 도 4의 삽입부 (225, 330, 및 335) 에 대응한다. 도 9 및 도 10에서, 내부 부분 (605) 은 전체 원주를 둘러서 노출되지만, 이는 동작에 필수적이지 않다.
앞서 언급된 바와 같이, 금과 같은 금속은 플라즈마 에칭에 저항성이 아닐 수도 있기 때문에, 금은 챔버를 오염시킬 수 있다. 결과로서, 고 반사율, 충분한 에칭 저항성, 및 소멸파를 허용하는 광학 지표를 갖는 층 (610) (금일 수도 있는 금속 층) 위에 층을 제공할 필요가 있다. MgF2 및 BaF2와 같은 재료들이 HF, HCl, 및/또는 불소 반응성 가스들로부터 금 층을 보호하기에 적합할 수도 있다. MgF2 또는 BaF2가 사용될 때, 알루미늄이 금을 대신하여 사용될 수도 있다. 크롬 (Cr) 또한 플라즈마 저항성이고, MgF2 또는 BaF2 코팅을 하거나 하지 않고 금을 대신하여 사용될 수도 있다. 일 양태에서, 유전체 재료 (620) 는 또한 유리한 플라즈마 저항성 특성들을 가질 것이다.
일 양태에서, 층 (610) 은 금으로 이루어질 수도 있고, 100 nm 두께일 수도 있다. 도면들에서 보다 두껍거나 동일한 두께로 도시되지만, 층 (620 또는 630) 은 예를 들어, 1 내지 5 nm로, 보다 얇을 수도 있다.
일 양태에서, 도 11을 참조하여, 기판 프로세싱 챔버의 SPR 섬유 배치에 대해, 라이너 (1010) 는 복수의 개구부들 (1015) 을 갖는다. 일 양태에서, 라이너 (1010) 는 이트륨으로 이루어진다. 도 11은 라이너 (1010) 내부에 포지셔닝되는 SPR 섬유 (1030) 를 도시한다. SPR 섬유 (1030) 의 단부들은 개구부 (1015) 를 통해 라이너 (1010) 의 외부로 연장한다. 일 양태에서, 라이너 (1010) 의 외부로 연장하는 섬유 단부들은 기판 프로세싱 챔버의 에천트들 (etchants) 로부터 이들을 보호하기 위해 이트륨 튜브 (미도시) 내로 삽입된다.
일 양태에서, 높은 가스 전도도를 위해 사용될 수도 있는 개구부들 (1015) 중 하나와 정렬되는 라이너 (1010) 내부의 활성 영역 또는 센싱 영역과 함께, 대부분의 SPR 섬유 (1030) 는 라이너 (1010) 의 뒤로 진행한다. 이 방식에서, SPR 섬유 (1030) 의 길이 대부분은 직접 플라즈마로부터 보호될 수도 있다. 도 11에서, SPR 섬유들 (1030, 1030') 의 상이한 길이들이 라이너 (1010) 내에 도시된다. 직접 플라즈마로부터 섬유들 (1030, 1030') 을 보호하기 위해, 섬유들 (1030, 1030') 의 노출된 (피복이 제거된) 부분들만이 라이너 (1010) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 일 양태에서, SPR 섬유 (1030') 는 도시된 바와 같이 챔버 내에 수직이 아닌 수평으로 포지셔닝될 수도 있고, 이 경우 SPR 섬유 (1030') 는 개구부들 (1015) 중 두 개를 통해 연장될 수 있다.
도 12는 도 11과 유사하게, 개구부들 (1015) 중 하나를 통과하도록 연장하는 SPR 섬유 (1030) 와 함께, 개구부들 (1015) 의 확대도를 도시한다. 도시된 SPR 섬유 (1030) 의 부분은 라이너 (1010) 내부에 있고, 기판 프로세싱 챔버의 동작 동안 직접 플라즈마에 노출된다. 기술 및 예시의 용이함을 위해, 도 11 및 도 12는 SPR 섬유 (1030) (또는 도 11의 경우에서, SPR 섬유 (1030')) 의 피복이 없는 부분들을 도시하지 않는다.
유전체 에칭을 위한 기판 프로세싱 챔버의 경우에서, 슈라우드 (shroud) (1050) 가 라이너 (1010) 를 둘러쌀 수도 있다. 일 양태에서, 슈라우드 (1050) 는 실리콘으로 이루어진다. SPR 섬유들 (1030, 1030') 의 단부들은 슈라우드 (1050) 를 통해 연장할 수도 있다. 이 경우에서, 라이너 (1010) 내부에 있는 대신, SPR 섬유들 (1030, 1030') 은 개구부들 (1015) 중 하나와 정렬되는 SPR 섬유들 (1030, 1030') 의 노출된 (피복이 없는) 부분들과 함께, 라이너 (1010) 외부에 남을 수도 있다. 슈라우드 (1050) 뒤로 연장하는 SPR 섬유들 (1030, 1030') 의 부분들은 기판 프로세싱 챔버 내의 에천트들로부터 이들을 보호하기 위해 실리콘 튜브들 내에 삽입될 수도 있다.
SPR 섬유들의 동작의 원리들은 잘 공지되었고, 기술의 간결성을 위해 본 명세서에 반복되지 않을 것이다. 간결한 개요로서, SPR 섬유 (600) 의 동작을 보다 면밀하게 살펴보면, 금속 층 (610) 과 유전체 재료 (620) 사이의 계면 때문에 SPW (Surface Plasmon Wave) 가 계면을 따라 전파될 것이다. 일 양태에서, SPW는 p-편광 전자기파이다. (거리로 지수적으로 붕괴하기 때문에 소위) 발생하는 소멸파의 전파 상수 (및 결과 에너지) 가 SPW의 전파 상수와 같도록 파동이 금속-유전체 계면 상에 입사할 때, 광의 강한 흡수가 발생할 것이다. 발생하는 출력 신호는 특정한 파장 (공진 파장) 에서 실질적으로 딥핑 (dip) 될 것이다. 이러한 공진 조건을 표현하는 일 방법은 이하와 같다:
Figure pct00001
상기 식의 좌측의 항은 굴절률 nc의 (프리즘 또는 광섬유와 같은) 광 커플링 디바이스를 통해 각도 θ의 입사 광의 ATR (Attenuated Total Reflection) 의 결과로서 생성된 소멸파의 전파 상수 (Kinc) 이다. 우측 항은 금속 유전 상수 (εm) 의 실수부로서 εmr 및 센싱 (유전체) 층의 굴절률로서 ns를 갖는, SPW 전파 상수 (KSP) 이다.
도 3 내지 도 10 모두에서, SPR 섬유들은 스케일대로 도시되지 않았다. 특히, 섬유들의 개구부들, 및 섬유들의 직경들은 스케일대로 도시되지 않았다. 섬유를 통과한 광의 파장들, 및 섬유들의 노출된 부분들 근방의 SPW의 형성과 소멸파들의 형성은, 앞서 기술된 기준에 더하여, 섬유들의 직경들 및 개구부들의 길이들의 함수일 것이다.
다양한 종류들의 재료들은 예를 들어, 다양한 원소들의 옥사이드들 및 나이트라이드들을 포함한 플라즈마 저항성 특징들 또는 기능들을 갖는 것으로 공지된다. 모니터링되는 재료 빌드업에 따라, 그리고 이들 플라즈마 저항성 재료들의 스펙트럼 특성들을 고려하여, 일부 이러한 재료들은 다른 재료들보다 SPR 섬유에 대한 코팅으로 보다 적합할 수도 있다. 일 양태에서, 이는 모니터링되는 재료 빌드업의 유형을 고려하는 것과 관련된다. 예를 들어, 실리콘 또는 염소의 옥사이드들, 또는 탄소의 플루오라이드들은 CE (Chemical Etch) 챔버의 벽들 상에 빌드업될 수도 있다. SPR 섬유의 노출된 부분 내의 삽입부에 사용된 재료들은 재료들의 빌드업이 모니터링되는 재료의 스펙트럼으로부터 구별 가능한 투과 스펙트럼을 가져야 한다.
전술한 것을 고려하면, 지르코늄 나이트라이드 (ZrN) 는 사용될 수도 있는 일 플라즈마 저항성 재료이다. 방금 나열된 기준을 만족하는 다른 재료들이 있다.
기판 프로세싱 챔버 내의 검출기로서 SPR 섬유를 사용하는 것은 몇 가지 이점들을 제공할 수 있다. 특정한 순서 없이, 이점들은 다음을 포함한다. 구조는 보다 단순할 수 있고, 이전 측정 기법들과 같이 동일한 검출 및 프로세싱 회로와 접근법을 사용할 수 있다. 챔버 내 섬유, 그리고 특히 섬유 개구부의 위치는 챔버 내에서 수행되는 프로세스들에 영향을 미치지 않는 바람직성만을 조건으로, 보다 탄력적이다.
또한, 기판 프로세싱 챔버의 벽 둘레의 복수의 위치들의 재료 빌드업을 처리하는 대신, SPR 섬유 자체 상의 재료 빌드업만은 해결되어야 한다. 복수의 위치들의 빌드업들의 추정들은 필요하지 않다.
앞서 언급한 바와 같이, 일 양태에서 입력 광은 QCL로부터 올 수도 있고, 또 다른 양태에서 입력 광은 DFB 레이저로부터 올 수도 있다. QCL의 일 양태는 QCL이 IR 스펙트럼 내의 복수의 분자들의 시그니처 (signature) 를 커버하는 큰 대역, 예를 들어 5 내지 12 ㎛를 스캔할 수 있다는 것이다. 이 커버리지 (coverage) 는 IR 도메인에서 상대적으로 큰 대역들을 커버할 수 있는 IR 검출기들과 밀접하게 연관된다. 비교하면, DFB 레이저는 단일 분자의 검출에 주로 한정될 DFB 레이저의 사용을 의미하는 훨씬 보다 좁은 대역, 1 이하의 파수 (wavenumber) 를 처리한다.
도 13은 광 강도 대 파장의 그래프를 도시한다. 실선 직선들은 레이저 방출이 없고, 따라서 SPR 섬유 내 흡수가 없는 상태를 도시한다. 상향으로 기울어진 실선 직선들은 대역의 시작부터 대역의 끝까지 램프 (ramp) 에 대응한다. 실선 곡선 (1310) 및 점선 곡선 (1320) 은 특정한 분자들의 시그니처를 나타내는 피크들 (peaks) 또는 밸리들 (valleys) 을 도시한다. 예를 들어, 기판 프로세싱 동안, CF, CFx, SiClx, SiOx, CHx, 또는 OH (수분) 증착물들은 기판 프로세싱 챔버의 벽들 상에서 성장할 수도 있다. 실선 곡선 (1310) 은 증착물들의 특정한 양들을 나타낼 수도 있지만, 점선 곡선 (1320) 은 증착물들의 상이한 양들을 나타낼 수도 있고, 피크들 또는 밸리들의 상이한 진폭들로 이어진다. 점선들 (1330) 은 챔버 벽들 상의 증착을 유발하는 편차에 복귀가 이어지는, 벽들을 세정한 후, 보다 거의 깨끗한 챔버 벽들에 근사한 (즉, 증착물의 부재) 상태까지 추적한다.
SPR 섬유의 피복이 없는 부분들 상의 빌드업의 검출 관점에서, 기판 프로세싱 챔버에서 SPR 섬유를 통한 광의 투과의 결과로서 생성되는 데이터를 획득하고 프로세싱하도록 다양한 공지된 기법들이 사용될 수도 있다. 일 양태에서, 개별적인 측정들은 빌드업 두께를 확인하기 위해 취해지고 분석될 수도 있다. 측정들은 기판 프로세싱 챔버의 동작들 간에 취해질 수도 있다. 이들 동작들은 규칙적인 시간 인터벌들로 있을 수도 있고 없을 수도 있지만, 검출기 시스템의 효능에는 중요하지 않다. 사용되는 프로세스들 및 그들의 지속기간에 따라, 빌드업의 상이한 양들이 기판 프로세싱 시스템의 상이한 동작들로부터 발생할 수도 있다. 또 다른 양태에서, 복수의 측정들이 특정한 인터벌들로 취해질 수도 있고, 이들 측정들은 빌드업 두께, 빌드업의 레이트, 또는 기판 프로세싱 챔버의 벽들의 상태의 결정과 관련된 다른 파라미터들을 확인하기 위해 통합되었다.
상기 기술된 바와 같이, 일 양태에서, SPR 섬유의 개구부 섹션은 대략 1 cm일 수도 있다. 흡광 유효 면적을 증가시키거나 최소화하기 위해 개구부의 사이즈를 최적화하는 것 (보다 크거나 보다 작게 만드는 것) 이 가능하다. 또한, 상기 기술된 바와 같이, 다시 챔버 내에서 수행되는 프로세스들에 영향을 미치지 않는 바람직성을 조건으로, 챔버의 상이한 영역들 내에 복수의 개구부들을 제공하는 것이 가능하다. 개구부 각각에서 공지된 흡광 특성들, 및 개구부 각각 위의 코팅들의 공지된 특성들을 사용하여, 프로세스들이 수행되는 동안 챔버의 상이한 부분들 내의 상태들을 관찰하는 것이 가능하다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구에 따라 분명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 (phrase) A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, “적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C” 를 의미하도록 해석되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는, 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 후에 그들의 동작을 제어하기 위해 전자장치들에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 “제어기”로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 프로세싱 조건들 및/또는 시스템의 유형에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치들로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 으로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 “클라우드” 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 유형 및 수행될 프로세스의 유형에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산된 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, 원격으로 위치한 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (Atomic Layer Deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터 그리고 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (25)

  1. 챔버 벽을 갖는 프로세싱 챔버;
    프로세싱을 위해 기판을 홀딩하도록 상기 프로세싱 챔버 내에 배열된 페데스탈 (pedestal);
    상기 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 분배하도록 상기 프로세싱 챔버 내에 배열된 샤워헤드; 및
    상기 챔버 벽의 상태를 검출하도록 구성된 검출기 시스템으로서,
    상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 제 1 단부 및 제 2 단부, 그리고 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 1 SPR (Surface Plasmon Resonance) 섬유의 내측 부분을 갖는 상기 제 1 SPR 섬유;
    상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제 1 입력 광으로서 광을 제공하는 광원; 및
    상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 제 1 출력 광으로서 상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 1 입력 광 및 상기 제 1 출력 광을 분석하는, 상기 제어기를 포함하는, 상기 검출기 시스템을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 제 1 피드쓰루 (feedthrough) 를 더 포함하고, 상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부는 상기 제 1 피드쓰루를 통해 연장하는, 기판 프로세싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 제 2 피드쓰루를 더 포함하고, 상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부는 상기 제 1 피드쓰루를 통해 연장하고, 그리고 상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 2 단부는 상기 제 2 피드쓰루를 통해 연장하는, 기판 프로세싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 피드쓰루 및 상기 제 2 피드쓰루는 상기 프로세싱 챔버의 일 측면 상에서 서로 근접한, 기판 프로세싱 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 피드쓰루 및 상기 제 2 피드쓰루는 상기 프로세싱 챔버의 마주보는 측면들 상에 있는, 기판 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 SPR 섬유는 제 1 중심 광섬유를 둘러싸는 제 1 피복을 갖는 상기 제 1 중심 광섬유를 포함하고, 상기 제 1 피복은 제 1 개구부가 상기 프로세싱 챔버 내부에 있도록 포지셔닝된 상기 제 1 개구부를 갖고, 상기 제 1 SPR 섬유는 상기 제 1 개구부 내에,
    상기 제 1 중심 광섬유 위에 배치된 제 1 금속 막; 및
    상기 제 1 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 1 층을 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 저항성 재료는 지르코늄 및 이트륨의 나이트라이드들 및 옥사이드들로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 피복은 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 2 개구부를 갖고, 상기 제 1 SPR 섬유는 상기 제 2 개구부 내에,
    상기 제 1 중심 광섬유 위에 배치된 제 2 금속 막; 및
    상기 제 2 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 2 층을 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 제 3 피드쓰루 및 제 4 피드쓰루를 더 포함하고,
    상기 검출기 시스템은 상기 제 1 SPR 섬유로부터 상기 프로세싱 챔버의 마주보는 측면 상에, 상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 제 1 단부 및 제 2 단부, 및 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 2 SPR 섬유의 내측 부분을 갖는 제 2 SPR 섬유,
    상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제 2 입력 광으로서 광을 제공하는 상기 광원, 및
    상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 제 2 출력 광으로서 상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 상기 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 2 입력 광 및 상기 제 2 출력 광을 분석하는, 기판 프로세싱 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 SPR 섬유는 제 2 중심 광섬유를 둘러싸는 제 2 피복을 갖는 상기 제 2 중심 광섬유를 포함하고, 상기 제 2 피복은 제 3 개구부가 상기 프로세싱 챔버 내부에 있도록 포지셔닝된 상기 제 3 개구부를 갖고, 상기 제 2 SPR 섬유는 상기 제 3 개구부 내에,
    상기 제 2 중심 광섬유 위에 배치된 제 3 금속 막; 및
    상기 제 3 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 3 층을 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 피복은 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 4 개구부를 갖고, 상기 제 2 SPR 섬유는 상기 제 4 개구부 내에,
    상기 제 2 중심 광섬유 위에 배치된 제 4 금속 막; 및
    상기 제 4 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 4 층을 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기 시스템은,
    제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 기준 SPR 섬유;
    상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 기준 입력 광으로서 광을 제공하는 상기 광원; 및
    상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 기준 출력 광으로서 상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 상기 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 확인하기 위한 기준선을 결정하도록 상기 제 1 출력 광과 상기 기준 출력 광을 비교하는, 기판 프로세싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 프로세싱 챔버 벽이 세정된 후, 그리고 상기 기판 프로세싱 시스템의 후속 사용 전 상기 제 1 출력 광과 상기 기준 출력 광을 비교하는, 기판 프로세싱 시스템.
  14. 챔버 벽 및 적어도 하나의 피드쓰루를 갖는 프로세싱 챔버, 프로세싱을 위해 기판을 홀딩하도록 상기 프로세싱 챔버 내에 배열된 페데스탈, 및 상기 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 분배하도록 상기 프로세싱 챔버 내에 배열된 샤워헤드를 포함하는 기판 프로세싱 시스템에서,
    상기 챔버 벽의 상태를 검출하도록 구성된 검출기 시스템에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 제 1 단부 및 제 2 단부, 그리고 상기 프로세싱챔버 내부에 포지셔닝된 제 1 SPR 섬유의 내측 부분을 갖는 상기 제 1 SPR 섬유;
    상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제 1 입력 광으로서 광을 제공하는 광원; 및
    상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 제 1 출력 광으로서 상기 제 1 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 1 입력 광 및 상기 제 1 출력 광을 분석하는, 상기 제어기를 포함하는, 검출기 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 SPR 섬유는 제 1 중심 광섬유를 둘러싸는 제 1 피복을 갖는 상기 제 1 중심 광섬유를 포함하고, 상기 제 1 피복은 제 1 개구부가 상기 프로세싱 챔버 내부에 있도록 포지셔닝된 상기 제 1 개구부를 갖고, 상기 제 1 SPR 섬유는 상기 제 1 개구부 내에,
    상기 제 1 중심 광섬유 위에 배치된 제 1 금속 막; 및
    상기 제 1 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 1 층을 더 포함하는, 검출기 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 피복은 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 2 개구부를 갖고, 상기 제 1 SPR 섬유는 상기 제 2 개구부 내에,
    상기 제 1 중심 광섬유 위에 배치된 제 2 금속 막; 및
    상기 제 2 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 2 층을 더 포함하는, 검출기 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 SPR 섬유로부터 상기 프로세싱 챔버의 마주보는 측면 상에, 상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 제 1 단부 및 제 2 단부, 및 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 2 SPR 섬유의 내측 부분을 갖는 제 2 SPR 섬유;
    상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제 2 입력 광으로서 광을 제공하는 상기 광원; 및
    상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 제 2 출력 광으로서 상기 제 2 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 2 입력 광 및 상기 제 2 출력 광을 분석하는, 상기 제어기를 더 포함하는, 검출기 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 SPR 섬유는 제 2 중심 광섬유를 둘러싸는 제 2 피복을 갖는 상기 제 2 중심 광섬유를 포함하고, 상기 제 2 피복은 제 3 개구부가 상기 프로세싱 챔버 내부에 있도록 포지셔닝된 상기 제 3 개구부를 갖고, 상기 제 2 SPR 섬유는 상기 제 3 개구부 내에,
    상기 제 2 중심 광섬유 위에 배치된 제 3 금속 막; 및
    상기 제 3 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 3 층을 더 포함하는, 검출기 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 피복은 상기 프로세싱 챔버 내부에 포지셔닝된 제 4 개구부를 갖고, 상기 제 2 SPR 섬유는 상기 제 4 개구부 내에,
    상기 제 2 중심 광섬유 위에 배치된 제 4 금속 막; 및
    상기 제 4 금속 막 위에 배치된 플라즈마 저항성 재료의 제 4 층을 더 포함하는, 검출기 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 검출기 시스템은,
    제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고 상기 프로세싱 챔버 외부에 포지셔닝된 기준 SPR 섬유;
    상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 기준 입력 광으로서 광을 제공하는 상기 광원; 및
    상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 1 단부에 제공된 광의 양을 제어하도록, 그리고 기준 출력 광으로서 상기 기준 SPR 섬유의 상기 제 2 단부에서 광을 수용하도록 구성된 상기 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 챔버 벽의 상기 상태를 확인하기 위한 기준선을 결정하도록 상기 제 1 출력 광과 상기 기준 출력 광을 비교하는, 검출기 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 프로세싱 챔버 벽이 세정된 후, 그리고 상기 기판 프로세싱 시스템의 후속 사용 전 상기 제 1 출력 광과 상기 기준 출력 광을 비교하는, 검출기 시스템.
  22. 기판 프로세싱 시스템에서 프로세싱 챔버의 챔버 벽의 상태를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    프로세싱 챔버 내에서 제 1 표면 플라스몬 (plasmon) 파 및 제 1 소멸파를 생성하는 단계;
    제 1 측정된 데이터를 획득하기 위해 상기 제 1 표면 플라스몬파 및 상기 제 1 소멸파를 주기적으로 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 측정된 데이터에 응답하여, 상기 챔버 벽의 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 챔버 벽의 상태를 결정하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 챔버 벽의 기준선 상태에 관련한 기준선 데이터를 획득하는 단계, 및 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 1 측정된 데이터와 상기 기준선 데이터를 비교하는 단계를 더 포함하는, 챔버 벽의 상태를 결정하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내에서 제 2 표면 플라스몬파 및 제 2 소멸파를 생성하는 단계;
    제 2 측정된 데이터를 획득하기 위해 상기 제 2 표면 플라스몬파 및 상기 제 2 소멸파를 주기적으로 측정하는 단계; 및
    상기 제 2 측정된 데이터에 응답하여, 상기 챔버 벽의 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는, 챔버 벽의 상태를 결정하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 챔버 벽의 기준선 상태에 대한 기준선 데이터를 획득하는 단계, 및 상기 챔버 벽의 상기 상태를 결정하기 위해 상기 제 1 측정된 데이터 및 상기 제 2 측정된 데이터와 상기 기준선 데이터를 비교하는 단계를 더 포함하는, 챔버 벽의 상태를 결정하기 위한 방법.
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