KR20210002111A - 프로세스 레이트를 결정하기 위한 광학 캐비티를 갖는 장치 - Google Patents

프로세스 레이트를 결정하기 위한 광학 캐비티를 갖는 장치 Download PDF

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KR20210002111A
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mirror
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자가디쉬와리 만네
야시네 카보우즈
루크 알바레데
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 프로세싱 챔버가 제공된다. 기판 지지부가 프로세싱 챔버 내에 있다. 가스 유입구가 프로세스 가스를 프로세싱 챔버 내로 제공한다. 가스 소스가 프로세스 가스를 가스 유입구에 제공한다. 배기 펌프는 프로세싱 챔버로부터 가스를 펌핑한다. 파라미터 측정 시스템은 캐비티 링 다운 디바이스의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격된 캐비티 링 다운 디바이스의 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러를 포함하고, 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 캐비티 링 다운 디바이스를 포함한다. 적어도 하나의 레이저 광원은 제 1 캐비티 링 다운 미러와 광학적으로 커플링된다. 광 검출기는 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된다.

Description

프로세스 레이트를 결정하기 위한 광학 캐비티를 갖는 장치
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 5월 24일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/988,411 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 반도체 디바이스들의 제작에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 반도체 디바이스들을 제작하는데 사용된 에칭에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 실리콘 함유 층들이 선택적으로 에칭된다. 프로세싱 레이트들 또는 엔드 포인트들은 이러한 에칭 프로세스들 동안 결정될 수도 있다.
본 개시의 목적에 따라 그리고 전술한 것을 달성하기 위해, 기판을 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 프로세싱 챔버가 제공된다. 기판 지지부가 프로세싱 챔버 내에 있다. 가스 유입구는 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 제공하고, 프로세싱 챔버 내 기판을 프로세싱하기 위해 프로세스가 수행될 때, 프로세스는 가스 부산물을 제공한다. 가스 소스가 프로세스 가스를 가스 유입구에 제공한다. 배기 펌프는 프로세싱 챔버로부터 가스 부산물을 펌핑한다. 파라미터 측정 시스템은 캐비티 링 다운 디바이스의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격된 캐비티 링 다운 디바이스의 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러를 포함하고, 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 캐비티 링 다운 디바이스를 포함한다. 적어도 하나의 레이저 광원은 제 1 캐비티 링 다운 미러와 광학적으로 커플링된다. 광 검출기는 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된다.
또 다른 발현에서, 기판을 프로세싱하는 프로세스를 제어하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 파라미터 측정 시스템이 제공된다. 캐비티 링 다운 디바이스가 캐비티 링 다운 디바이스의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격된 캐비티 링 다운 디바이스의 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러를 포함한다. 적어도 하나의 광원이 제 1 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링되고, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러는 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 적어도 99.9 ％의 반사율 및 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 0.1 ％ 내지 0.01 ％의 투과율을 갖는다. 광 검출기는 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된다. 제어기가 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 측정하고 하나 이상의 프로세스 파라미터들에 기초하여 프로세스를 조정하기 위해, 플라즈마 프로세싱 챔버로부터 수신된 샘플 및 적어도 하나의 레이저 광원으로부터 그리고 제 1 캐비티 링 다운 미러와 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 반사된 광을 사용하도록 구성된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 본 개시의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 보다 상세히 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부한 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시예에서 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 제어기를 구현하기 적합한 컴퓨터 시스템을 도시하는 고 레벨 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된, 실시예의 캐비티 링 다운 디바이스의 보다 상세한 개략도이다.
도 4는 일 실시예에서 사용된 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 5는 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 사용된 에칭 반응기의 개략도이다.
도 7은 한정 슈라우드 (confinement shroud; C-shroud) 에 의해 형성된 플라즈마 볼륨의 개략적인 상면도이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 몇몇 예시적인 실시예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
프로세스 제어 (예를 들어, 엔드포인트) 에 사용된 현재 기술은 방출 스펙트럼, 반사율, 또는 RF 전압 및 전류를 사용한 플라즈마 파라미터들의 상대적인 측정값들 또는 간접 측정값들에 의존한다. 엔드포인트 제어를 위해, 광학 방출 스펙트럼은 CD (critical dimensions) 가 21 ㎚ (nanometer) 이하로 축소되고 종횡비가 30:1을 넘어 상승할 때 0이 되는 경향이 있는 신호 변화들과 함께 한계에 도달한다. RF (radio frequency) 를 사용한 인시츄 (in-situ) 에칭 레이트 (ER) 측정 값들에 대해, 전압/전류는 챔버마다 (chamber to chamber) 항상 유지되지 않는 상관관계들에 기초한다.
일 실시예는 플루오로카본 기반 화학물질들을 사용할 때 대부분의 실리콘 포함 에칭들의 직접 부산물 (나이트라이드들, 옥사이드들, 폴리, 및 실리콘 막들) 인, 실리콘 테트라플루오라이드 (SiF4) 또는 실리콘 테트라브로마이드 (SiBr4), 또는 실리콘 테트라클로라이드 (SiCl4) 또는 다른 SiX4 부산물들의 절대 측정값들에 의존한다. 측정 값을 에칭 모델 (XSEM (x-ray scanning electron microscop) 이미지들 기반 SiF4 질량 평형 또는 XSEM 이미지들로 캘리브레이팅된 (calibrated) 피처 프로파일 시뮬레이션 모델) 과 결합함으로써, 엔드포인트, 깊이의 함수로서 ER, 평균 웨이퍼 선택도, 및 특정한 조건들의 균일도를 예측할 수 있다. SiF4 부산물들은 정확한 예측들을 위해 ppt (parts per trillion) 레벨 검출을 허용하는, 캐비티 링 다운 디바이스를 사용하여 검출된다.
이 개시는 에칭 프로세스를 제어하기 위해 SiF4 IR-흡수와 커플링된 에칭 프로파일 모델링을 결합하는 일 실시예를 기술한다. 방법은 DRAM (dynamic random access memory) 셀 에칭 및 3D-NAND (three dimensional negative-and) 홀 및 트렌치 패터닝과 같은, 고 종횡비 적용예들에서, 방출 스펙트럼과 같은, 종래의 방법들의 범위를 넘어 엔드포인트 검출 능력의 확장을 허용한다. 절대 밀도 측정 값 및 에칭 프로파일 방출 모델링의 조합은 런-투-런 (run-to-run) 프로세스 매칭을 달성하기 위해 사용될 수 있는, ER, 선택도, 및 균일도와 같은 인시츄 에칭 프로세스 파라미터들을 부가적으로 결정하게 한다.
일 실시예에서, 에칭 프로세스는: 1) 프로세스/CD 제어를 위해 고 종횡비 DRAM 및 3D-NAND 에칭들에 대한 엔드포인트, 2) 미래 노드들에 대한 엔드포인트 검출을 스케일링 (scale) 하는 방법, 3) a) ARDE (aspect ratio dependent etching) 에 대한 깊이의 함수로서 평균 웨이퍼 ER 및 ER, b) 평균 웨이퍼 균일도 및 선택도를 인시츄 결정할 수 있는 모델과 결합, 및 c) 두 측정 값들이 런-투-런 매칭 및 결함 검출을 위해 사용될 수 있다, 4) 정확한 에칭 엔드포인트 및 에칭 파라미터들 추정을 위해 필요한 ppt 레벨 검출을 허용하는 캐비티 링 다운 디바이스 사용을 결정하도록 사용될 수 있는 직접 안정 부산물을 측정함으로써 특징화된다.
도 1은 일 실시예에 따른 실리콘 함유 층을 에칭하는 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수도 있는, 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 일 예를 개략적으로 예시한다. 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 은 내부에 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 를 갖는 플라즈마 반응기 (102) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (108) 에 의해 튜닝된 플라즈마 전력 공급부 (106) 가, 유도적으로 커플링된 전력을 제공함으로써 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 에서 플라즈마 (114) 를 생성하도록 전력 윈도우 (112) 근방에 위치된 TCP (transformer coupled plasma) 코일 (110) 에 전력을 공급한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (110) 은 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내에 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (110) 은 플라즈마 (114) 내에 토로이달 (toroidal) 전력 분포를 생성하도록 구성될 수도 있다. 전력 윈도우 (112) 는 에너지로 하여금 TCP 코일 (110) 로부터 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 로 통과하게 하는 동안 TCP 코일 (110) 을 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 로부터 분리하도록 제공된다. 매칭 네트워크 (118) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 가 기판 (122) 상에 바이어스 전압을 설정하도록 전극 (120) 에 전력을 제공한다. 기판 (122) 은 기판 지지부로서 또한 기능하는 전극 (120) 에 의해 지지된다. 제어기 (124) 가 플라즈마 전력 공급부 (106), 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 에 대한 동작 및/또는 프로세스 지점들을 설정한다.
플라즈마 전력 공급부 (106) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는 예를 들어, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 200 ㎑, 2.54 ㎓, 400 ㎑, 및 1 ㎒ 또는 이들의 조합들과 같은 특정한 무선 주파수들에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (106) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위해 다양한 전력들을 공급하도록 적절하게 사이징될 (sized) 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 전력 공급부 (106) 는 50 내지 5000 W 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (116) 는 20 내지 2000 V의 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 최대 4 ㎸ 또는 5 ㎸ 바이어스 전압에 대해, 25 ㎾ 이하의 전력이 제공된다. 이에 더하여, TCP 코일 (110) 및/또는 전극 (120) 은 단일 전력 공급부에 의해 전력공급될 (powered) 수도 있고 또는 복수의 전력 공급부들에 의해 전력공급될 수도 있는, 2 이상의 서브-코일들 또는 서브-전극들로 구성될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (130) 을 더 포함한다. 가스 소스 (130) 는 샤워헤드 (140) 와 같은, 가스 유입구를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 와 유체로 연통한다. 가스 유입구는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고, 가스를 주입하기 위해 임의의 형태를 취할 수도 있다. 바람직하게, 그러나, 가스 유입구는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내 복수의 존들로 가스들의 각각의 플로우의 독립적인 조정을 가능하게 하는, "튜닝 가능 (tunable)" 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 압력 제어 밸브 (142) 및 배기 펌프 (144) 를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 로부터 제거된다. 압력 제어 밸브 (142) 및 배기 펌프 (144) 는 또한 집합적으로 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내에 목표된 압력을 유지하기 위한 역할을 한다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (130) 이 제어기 (124) 에 의해 제어된다.
이 실시예에서, 캐비티 링 다운 디바이스 (cavity ring down device; CRDD) (132) 가 배기 파이프 (146) 를 통해 배기 펌프 (144) 에 연결된다. 배기 가스가 CRDD (132) 내로 흐른다. 레이저 광원 (134) 이 레이저 광원 (134) 으로부터의 레이저 빔이 CRDD (132) 내로 지향되도록, CRDD (132) 에 인접하게 위치된다. 레이저 빔은 ppt 레벨 검출 한계들이 달성되게 하도록, CRDD (132) 의 길이를 복수 회 (통상적으로 1 ㎞보다 긴 거리) 횡단할 수 있다. 레이저 빔은 CRDD (132) 내부를 이동하기 때문에 CRDD (132) 내에 존재하는 배기 가스에 의해 흡수된다. 광 검출기 (136) 가 광 흡수 레벨을 측정하기 위해 CRDD (132) 에 인접하게 위치된다.
도 2는 실시예들에 사용된 제어기 (124) 를 구현하기 적합한 컴퓨터 시스템을 도시하는 고 레벨 블록도이다. 컴퓨터 시스템은 집적 회로, 인쇄 회로 보드, 및 소형 휴대용 디바이스로부터 대형 슈퍼 컴퓨터까지 범위의 많은 물리적 형태들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (200) 은 하나 이상의 프로세서들 (202) 을 포함하고, (그래픽, 텍스트, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (204), 메인 메모리 (206) (예를 들어, RAM (Random Access Memory)), 저장 디바이스 (208) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (210) (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스들 (212) (예를 들어, 키보드들, 터치 스크린들, 키패드들, 마우스들 또는 다른 포인팅 디바이스들, 등), 및 통신 인터페이스 (214) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (214) 는 소프트웨어 및 데이터로 하여금 링크를 통해 컴퓨터 시스템 (200) 과 외부 디바이스들 사이에서 이송되게 한다. 시스템은 또한 전술한 디바이스들/모듈들이 연결되는 통신 인프라스트럭처 (216) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 를 포함할 수도 있다.
통신 인터페이스 (214) 를 통해 전달된 정보는 신호들을 반송하고, 전선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 휴대전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있는 통신 링크를 통해, 통신 인터페이스 (214) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스를 사용하여, 하나 이상의 프로세서들 (202) 이 상기 기술된 방법 단계들을 수행하는 동안 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 네트워크에 정보를 출력할 수도 있다는 것이 고려된다. 또한, 방법 실시예들은 프로세서들 상에서만 실행될 수도 있거나, 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
용어 "비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"는 일반적으로 메인 메모리, 보조 메모리, 이동식 저장장치, 및 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은 저장 디바이스들과 같은 매체를 지칭하도록 사용되고, 반송파들 또는 신호들과 같은 일시적 주제를 커버하는 것으로 해석되지 않는다. 컴퓨터 코드의 예들은 예컨대 컴파일러에 의해 생성된 머신 코드, 및 인터프리터 (interpreter) 를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 보다 고 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 반송파에 구현된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신되고, 프로세서에 의해 실행 가능한 인스트럭션들의 시퀀스를 나타내는 컴퓨터 코드일 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된, 실시예의 CRDD (132) 의 보다 상세한 개략도이다. 배기 파이프 (146) 는 배기 펌프 (144) 의 출력부로부터 연장한다. 이 예에서, 배기 파이프 (146) 는 배기 펌프 (144) 로부터 대략 45 ° 각도로 연장한다. CRDD (132) 는 배기 파이프 (146) 에 연결된다. CRDD (132) 는 CRDD (132) 의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 CRDD (132) 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 를 포함한다. 레이저 광원 (134) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 에 조사하도록 (illuminate) 위치된다. 광 검출기 (136) 는 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 로부터 광을 수용하도록 위치된다. 히터들 (322) 이 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 둘레에 배치된다. 히터들 (322) 은 열 센서들을 가질 수도 있다. 히터들 (322) 은 제어기 (124) (도 1) 에 전기적으로 연결되고 이에 의해 제어될 수도 있고 제어기 (124) 로 온도 데이터를 제공할 수도 있다. 압력을 측정하기 위한 마노미터 (manometer) (324) 가 배기 파이프 (146) 에 견뎔된다. 압력 및 온도 측정값들이 SiF4의 절대 캘리브레이션 (calibration) 측정값들을 형성하도록 사용될 수도 있다. 에칭 프론트 (etch front) 를 측정하기 위해, 터보펌프의 질소 (N2) 퍼지의 제어가 측정의 정확도를 개선하는 것을 돕는다. 100 내지 1000 sccm (standard cubic centimeter per minute) 범위의 매우 정확한 질량 유량 제어기 (mass flow controller) 의 N2의 플로우가 이러한 정확도를 제공하는 것을 돕는다. 개선된 정확도는 CRDD (132) 의 정확도를 개선한다.
일 실시예의 일 예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 약 10 ㎝의 캐비티 길이를 형성하도록 분리된다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 약 1 inch (2.54 ㎝) 의 직경을 갖는다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 각각의 곡률의 반경은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러의 배치가 거의 공초점 (near-confocal) 이도록 구성된다. 거의 공초점 배치는 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 초점 중심으로 하여금 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 초점 중심 근방이게 한다. 도 3은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 초점 중심 (316) 이 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 초점 중심 (320) 근방이라는 것을 도시한다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 는 제 1 측면 상의 제 1 표면 및 제 2 측면 상의 제 2 표면을 갖는다. 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 제 1 측면 상의 제 1 표면 및 제 2 측면 상의 제 2 표면을 갖는다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 제 1 표면 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 제 1 표면은 각각 동일한 곡률 반경 R을 갖는, 구형, 오목한 미러 형상이고, R은 초점 길이의 2배 거리일 수도 있다. 이 실시예에서, 도시된 바와 같이, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 는 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 로부터 거리 L에 위치될 것이다. 거리 L은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 제 1 표면의 곡률의 반경 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 제 1 표면의 곡률의 반경과 동일한 2 개의 초점 길이들이다. 그 결과, 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 제 1 표면에 대한 곡률의 중심은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 제 1 표면 근방이다. 이에 더하여, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 제 1 표면에 대한 곡률의 중심은 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 제 1 표면 근방이다. 이 거의 공초점 구성은 일 미러의 작은 미러 틸팅이 다른 미러의 제 1 표면 근방의 초점 중심에 여전히 남아 있기 때문에, CRDD (132) 로 하여금 오정렬에 상대적으로 덜 민감하게 한다. 히터들 (322) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 에 인접하게 위치된다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 가 히터들 (322) 에 의해 설정된 온도 범위로 가열될 때, 레이저 광원 (134) 에 의해 제공된 파장의 광의 99.90 ％ 내지 99.999 반사성이다.
거의 공초점은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 초점 중심과 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 초점 중심 사이의 거리가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 사이의 거리의 20 ％ 미만이라는 것을 의미한다. 또 다른 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 초점 중심과 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 의 초점 중심 사이의 거리가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 사이의 거리의 10 ％ 미만이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 4는 일 실시예에서 사용된 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다. 기판이 프로세싱 챔버 내에 배치된다 (단계 404). 기판은 건조 프로세싱된다 (단계 408). 건조 프로세싱 동안, 가스 부산물이 생성된다. 가스 부산물의 농도가 측정된다 (단계 412). 가스 부산물의 측정된 농도는 예를 들어, 프로세싱 레이트, 엔드포인트, 균일도, 종횡비 종속 에칭 레이트, 및 선택도를 포함하는, 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 결정하도록 사용된다 (단계 416). 챔버 설정들은 가스 부산물의 측정된 농도에 기초하여, 이에 따라 적절히 변화된다 (단계 420). 건조 프로세스가 완료되었는지 여부에 대한 결정이 이루어진다 (단계 424). 건조 프로세스가 완료되지 않았다면, 기판 (122) 의 건조 프로세싱 (단계 408) 이 계속되고 부산물의 농도가 다시 측정되고 (단계 412), 사이클을 계속한다. 건조 프로세스가 완료되었으면, 프로세스는 종료된다.
예들
예시적인 실시예의 일 예에서, 실리콘 함유 층을 갖는 기판이 프로세싱 챔버 내에 배치된다 (단계 404).
건조 프로세스가 프로세싱 챔버 내의 기판 상에서 수행되고, 건조 프로세스는 적어도 하나의 가스 부산물을 생성한다 (단계 408). 상이한 실시예들에서, 기판이 에칭되는 실리콘 웨이퍼이거나, 기판 위에 하나 이상의 실리콘 함유 층들이 에칭된다. 이 예에서, 교번하는 실리콘 옥사이드 층과 실리콘 나이트라이드 층의 스택이 에칭된다. 이러한 실리콘 옥사이드 및 실리콘 나이트라이드의 교번하는 스택은 3D 메모리 디바이스들에 사용되는, ONON으로 설계된다. 이 예에서, 적어도 8 개의 ONON의 교번하는 층들이 있다. 다른 실시예들에서, 실리콘 옥사이드 및 폴리실리콘의 교번하는 층들 (OPOP) 이 에칭될 수도 있다. ONON 스택의 에칭시, ER 및 선택도가 종횡비에 따라 감소하고, 실리콘 옥사이드의 에칭 레이트와 실리콘 나이트라이드의 에칭 레이트 사이의 차가 종횡비, 에칭 폭에 대한 에칭 깊이의 비가 상승함에 따라, 감소한다는 것을 의미한다. ONON 스택을 에칭하기 위해, 하이드로플루오로카본 (CxFyHz) 및 산소 (O2) 의 에칭 가스가 가스 소스 (130) 에 의해 제공된다. RF 전력이 에칭 가스를 스택을 에칭하고 이 예에서 SiF4인 적어도 하나의 가스 부산물을 생성하는, 에칭 플라즈마로 변환하기 위해 플라즈마 전력 공급부 (116) 에 의해 TCP 코일 (110) 에 제공된다. SiBr4 또는 SiCl4와 같은 다른 에칭 부산물들이 레이저 광원 (134) 을 부산물 각각의 흡수 대역으로 튜닝함으로써 가스 화학물질에 따라 모니터링될 수 있다.
건조 프로세스 동안, 적어도 하나의 가스 부산물의 농도가 측정된다 (단계 412). 이 실시예에서, 배기 펌프 (144) 로부터 배기 가스가 CRDD (132) 로 흐른다. 레이저 광원 (134) 이 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 의 제 2 표면 상으로 SiF4의 검출을 위해 약 10 ㎛의 파장의 레이저 광 빔을 제공한다. 레이저 광원 (134) 으로부터 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 를 통해 투과된다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 캐비티 내 광의 적어도 99.9 ％를 반사시키고 포커싱한다. 캐비티의 광은 보강 간섭으로 인해 축적된다 (builds up). 미리 결정된 시간 기간 후, 레이저 광원 (134) 은 레이저 광 빔을 방출하는 것을 중단하도록 지시된다. 캐비티 내에 존재하는 광은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 사이에서 감쇠하는 (decaying) 방식으로 반사되고 포커싱하는 것을 계속한다. 이 실시예에서, 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 광 검출기 (136) 에 의해 수용된 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％을 투과시킨다. 광 검출기 (136) 로부터의 데이터가 SiF4의 농도를 결정하기 위해 이 데이터를 사용하는 제어기 (124) 로 전송된다. 이 예에서, 광이 최초 강도의 1/e로 감쇠하는데 걸린 시간이 SiF4의 농도를 결정하기 위해 사용된다.
측정된 농도는 예를 들어, 프로세싱 레이트, 엔드포인트, 균일도, 및 선택도를 포함하는, 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 결정하도록 사용된다 (단계 416). 룩업 테이블 또는 라이브러리가 측정된 농도에 기초하여 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 결정하도록 사용될 수도 있다.
챔버 설정들은 측정된 농도에 기초하여 이에 따라 변화될 수도 있다 (단계 420). 엔드포인트가 측정된 농도를 사용하여 발견되지 않을 때 (단계 424), 에칭 프로세스가 계속되고 프로세스는 단계 412에서 다시 계속된다. 엔드포인트 (즉, 에칭 정지) 가 발견되면, 에칭 프로세스는 에칭 가스의 플로우를 중단시킴으로써 또는 플라즈마 전력 공급부 (116) 로부터 전력을 중단시킴으로써 또는 둘다에 의해 종료될 수도 있다. ER이 너무 낮다고 결정되면, 가스 또는 RF 전력과 같은 에칭 파라미터들이 ER을 상승시키기 위해 변화될 수도 있다. 불균일도가 너무 높다고 결정되면, 챔버버의 상이한 영역들 또는 ESC 존들로의 가스 피드 및/또는 온도들과 같은 파라미터들이 균일도를 개선하기 위해 변화될 수도 있다.
히터들 (322) 이 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 를 약 120 ℃의 온도로 유지하도록 사용된다. 가열은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 상의 증착을 방지하거나 감소시킨다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 상의 증착을 감소시키거나 제거하는 것은 증착에 의해 유발된 반사 간섭을 최소화한다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 는 약 120 ℃의 온도에서 목표된 반사 및/또는 투과를 제공하기 위해 온도 보상된다. 마노미터 (324) 에 의해 제공된 압력 측정 값들이 부산물의 농도 계산을 보조하도록 사용될 수도 있다.
배기 펌프 (144) 바로 뒤에 CRDD (132) 를 배치하는 것의 장점들은 배기 펌프 (144) 로부터 수용된 가스가 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내 가스보다 치밀하고, 레이턴시 또는 측정 지연 (lag) 이 최소라는 것이다. 이에 더하여, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 (308 및 312) 의 반사 표면들은, 반사 표면들이 플라즈마에 의해 열화되지 않도록, 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (104) 내 플라즈마에 노출되지 않는다. N2 가스 퍼지가 가스 콘택트 및 증착을 최소화하도록 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 를 지나 흐를 수 있다. MgF2와 같은 부가적인 코팅들이 프로세싱 동안 또는 챔버 벤팅 동안 수소 플루오라이드 (HF) 와 같은 산성 부산물들에 의해 에칭되는 것으로부터 이들을 보호하도록 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 상에 증착될 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에서 사용된 플라즈마 프로세싱 챔버 (500) 의 개략적인 예시이다. 플라즈마 프로세싱 시스템 (500) 은 내부에 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 를 갖는 플라즈마 반응기 (502) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (508) 에 의해 튜닝된 플라즈마 전력 공급부 (506) 가, 유도적으로 커플링된 전력을 제공함으로써 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 에서 플라즈마 (514) 를 생성하도록 전력 윈도우 (512) 근방에 위치된 TCP 코일 (510) 에 전력을 공급한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (510) 은 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 내에 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (510) 은 플라즈마 (514) 내에 토로이달 전력 분포를 생성하도록 구성될 수도 있다. 전력 윈도우 (512) 는 에너지로 하여금 TCP 코일 (510) 로부터 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로 통과하게 하는 동안 TCP 코일 (510) 을 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로부터 분리하도록 제공된다. 매칭 네트워크 (518) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (516) 가 전극 (520) 상에 지지되는 기판 (522) 상에 바이어스 전압을 설정하도록 전극 (520) 에 전력을 제공한다. 제어기 (524) 가 플라즈마 전력 공급부 (506), 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (516) 에 대한 동작 및/또는 프로세스 지점들을 설정한다.
플라즈마 전력 공급부 (506) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (516) 는 예를 들어, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 200 ㎑, 2.54 ㎓, 400 ㎑, 및 1 ㎒ 또는 이들의 조합들과 같은 특정한 무선 주파수들에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (506) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (516) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위해 다양한 전력들을 공급하도록 적절하게 사이징될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 전력 공급부 (506) 는 50 내지 5000 W 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (516) 는 20 내지 2000 V의 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 최대 4 ㎸ 또는 5 ㎸ 바이어스 전압에 대해, 25 ㎾ 이하의 전력이 제공된다. 이에 더하여, TCP 코일 (510) 및/또는 전극 (520) 은 단일 전력 공급부에 의해 전력공급될 수도 있고 또는 복수의 전력 공급부들에 의해 전력공급될 수도 있는, 2 이상의 서브-코일들 또는 서브-전극들로 구성될 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 시스템 (500) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (530) 을 더 포함한다. 가스 소스 (530) 는 샤워헤드 (540) 와 같은, 가스 유입구를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 와 유체로 연통한다. 가스 유입구는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고, 가스를 주입하기 위해 임의의 형태를 취할 수도 있다. 바람직하게, 그러나, 가스 유입구는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 내 복수의 존들로 가스들의 각각의 플로우의 독립적인 조정을 가능하게 하는, "튜닝 가능" 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 압력 제어 밸브 (542) 및 펌프 (544) 를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로부터 제거된다. 압력 제어 밸브 (542) 및 펌프 (544) 는 또한 집합적으로 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 내에 목표된 압력을 유지하기 위한 역할을 한다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (530) 이 제어기 (524) 에 의해 제어된다.
이 실시예에서, 밸브 (546) 에 의해 제어된 파이프가 플라즈마 (514) 로 하여금 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로부터 CRDD (532) 로 통과되게 한다. 제 1 레이저 광원 (534a) 및 제 2 레이저 광원 (534b) 이 CRDD (532) 에 인접하게 위치되어, 제 1 레이저 광원 (534a) 및 제 2 레이저 광원 (534b) 으로부터 각각의 레이저 빔들이 CRDD (532) 내로 지향된다. 레이저 빔은 ppt 레벨 검출 한계들이 달성되게 하도록, CRDD (532) 의 길이를 복수 회 (통상적으로 1 ㎞보다 긴 거리) 횡단할 수 있다. 레이저 빔은 CRDD (532) 내부를 이동하기 때문에 CRDD (532) 내에 존재하는 가스에 의해 흡수된다. 광 검출기 (536) 가 광 흡수 레벨을 측정하기 위해 CRDD (532) 에 인접하게 위치된다.
이 실시예의 동작시, 플라즈마 (514) 내 종의 농도가 플라즈마 (514) 로 하여금 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로부터 파이프 및 밸브 (546) 를 통해 CRDD (532) 내로 통과되게 하도록 밸브 (546) 를 개방함으로써 측정된다. 제 1 레이저 광원 (534a) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (미도시) 의 제 2 표면 상으로 (제 1 주파수에 대응하는) 약 600 ㎚의 제 1 파장의 제 1 레이저 광 빔을 제공한다. 제 1 레이저 광으로부터 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％가 제 1 캐비티 링 다운 미러를 통해 투과된다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (미도시) 는 캐비티 내 제 1 레이저 광의 적어도 99.9 ％를 반사시키고 포커싱한다. 캐비티의 제 1 레이저 광은 보강 간섭으로 인해 축적된다. 미리 결정된 시간 기간 후, 제 1 레이저 광원 (534a) 은 제 1 레이저 광 빔을 방출하는 것을 중단하도록 지시된다. 캐비티 내에 존재하는 제 1 레이저 광은 제 1 캐비티 링 다운 미러와 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 감쇠하는 방식으로 반사되고 포커싱하는 것을 계속한다. 이 실시예에서, 제 2 캐비티 링 다운 미러는 광 검출기 (536) 에 의해 수용된 제 1 레이저 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％을 투과시킨다. 광 검출기 (536) 로부터의 데이터가 플라즈마 (514) 내 종의 농도를 결정하기 위해 이 데이터를 사용하는 제어기 (524) 로 전송된다. 이 예에서, 제 1 레이저 광이 최초 강도의 1/e로 감쇠하는데 걸린 시간이 종의 농도를 결정하기 위해 사용된다.
제 2 레이저 광원 (534b) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (미도시) 의 제 2 표면 상으로 (제 2 주파수에 대응하는) 약 1600 ㎚의 제 2 파장의 제 2 레이저 광 빔을 제공한다. 제 2 레이저 광으로부터 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％가 제 1 캐비티 링 다운 미러를 통해 투과된다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러는 캐비티 내 제 2 레이저 광의 적어도 99.9 ％를 반사시키고 포커싱한다. 캐비티의 제 2 레이저 광은 보강 간섭으로 인해 축적된다. 미리 결정된 시간 기간 후, 제 2 레이저 광원 (534b) 은 제 2 레이저 광 빔을 방출하는 것을 중단하도록 지시된다. 캐비티 내에 존재하는 제 2 광은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (308) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (312) 사이에서 감쇠하는 방식으로 반사되고 포커싱하는 것을 계속한다. 이 실시예에서, 제 2 캐비티 링 다운 미러는 광 검출기 (536) 에 의해 수용된 제 2 레이저 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％을 투과시킨다. 광 검출기 (536) 로부터의 데이터가 플라즈마 내 종의 농도를 결정하기 위해 이 데이터를 사용하는 제어기 (524) 로 전송된다. 이 예에서, 제 2 레이저 광이 최초 강도의 1/e로 감쇠하는데 걸린 시간이 종의 농도를 결정하기 위해 사용된다. 제 2 레이저 광의 측정 값이 제 1 레이저 광에 기초하여 이전에 측정된 동일한 종의 농도를 보다 정확하게 측정하기 위해 또는 또 다른 종의 농도를 측정하기 위해 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 검출되는 일 종은 산소이고 검출된 또 다른 종은 수증기이다.
이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러는 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광에 매우 반사성인 복수 층 코팅을 갖는다. 밸브 (546) 가 개방될 때 캐비티가 플라즈마 (514) 에만 노출되기 때문에, 밸브 (546) 는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 로부터 CRDD (532) 로의 플라즈마 (514) 의 플로우를 제어하고 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러의 플라즈마 (514) 로의 노출을 제한하여, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 상의 증착을 감소시키는, 셔터로서 기능한다. 이 구성에서, CRDD (532) 는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (504) 에 상대적으로 근접하게 위치되고, CRDD (532) 는 플라즈마 (514) 내 라디칼들과 같은 수명이 짧은 종을 모니터링하도록 사용될 수 있다.
다른 실시예들에서, CRDD는 플라즈마 프로세싱 시스템의 일부에 있거나 이를 형성한다. 도 6은 이러한 실시예의 실시에 사용될 수도 있는 에칭 반응기 (600) 의 개략도이다. 에칭 반응기 (600) 는 챔버 벽 (650) 에 의해 인클로징된 (enclose) 에칭 챔버 (609) 내 가스 유입구를 제공하는 가스 분배 플레이트 (606) 및 척 (608) 을 포함한다. 에칭 챔버 (609) 내에서, 기판 (604) 이 척 (608) 의 상단부 상에 위치된다. 척 (608) 은 또한 기판 (604) 을 홀딩하기 위해 ESC 소스 (648) 로부터 바이어스를 제공할 수도 있고, 또는 기판 (604) 을 홀딩하도록 또 다른 척킹 힘을 사용할 수도 있다. 플라즈마 전력 소스 (652) 가 가스를 플라즈마로 형성하기 위해 척 (608) 의 일부일 수도 있는 전극 또는 가스 분배 플레이트 (606) 에 RF 전력을 제공한다. 가스 소스 (624) 는 가스 분배 플레이트 (606) 를 통해 에칭 챔버 (609) 에 연결된다. 이 실시예에서 C-슈라우드 (602) 인, 플라즈마 한정 슈라우드가 플라즈마 볼륨을 둘러싼다. 레이저 (634) 및 광 검출기 (636) 가 제어기 (635) 에 제어가능하게 연결된다. 제 1 광섬유 및 제 2 광섬유 (662 및 666) 는 캐비티 링 다운 디바이스 (CRDD) 와 레이저 (634) 및 광 검출기 (636), 각각 사이에 광학적으로 연결된다. 이 예에서, 플라즈마가 용량성 커플링을 사용하여 생성된다. 레이저 (634) 는 SiF4 적외선 (IR) 대역을 위한 대역보다 큰 대역을 커버할 튜닝 범위를 갖고 추가 튜닝이 CxFy 폴리머 증착과 같은 임의의 증착을 검출하도록 사용될 수 있어서 레이저 (634) 가 SiF4 피크를 모니터링하고 동시에 에칭 챔버 (609) 내 미러들 및 윈도우들 상의 다른 막 피크들 및 증착 레벨을 추적하기 위해 사용될 수 있다. SiF4 피크 및 동시에 에칭 챔버 (609) 내 미러들 및 윈도우들 상의 다른 막 피크들 및 증착 레벨의 측정은 시스템의 유지보수 및 측정 값들의 견고성을 결정하기 위해 CRDD의 상태를 추적하기 위해 사용될 수도 있다.
도 7은 C-슈라우드 (602) 에 의해 형성된 플라즈마 볼륨의 개략적인 상면도이다. 이 실시에에서, CRDD는 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 사이의 볼륨에 의해 규정되고, 에칭 챔버 (609) 의 내측 볼륨의 일부가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 사이에 있다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 는 C-슈라우드 (602) 의 일 측면 근방에 위치되고, 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 는 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 를 대면하는 C-슈라우드 (602) 의 제 2 측면 상에 위치된다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 는 제 1 측면 상의 제 1 표면 (712) 및 제 2 측면 상의 제 2 표면 (716) 을 갖는다. 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 는 제 1 측면 상의 제 1 표면 (724) 및 제 2 측면 상의 제 2 표면 (728) 을 갖는다. 이 실시예에서, 제 1 광섬유 및 제 2 광섬유 (662, 666) 각각은 레이저 광 빔으로 하여금 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 의 제 2 표면 (716) 에 조사되게 하도록 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 의 제 2 표면 (716) 으로 지향된다.
이 실시예에서, 레이저 (634) 는 (SiF4를 검출하는데 유용한) 약 10 ㎛의 파장의 레이저 광의 빔을 제 1 광섬유 (662) 상으로 제공하여, 결국 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 의 제 2 표면 (716) 으로 레이저 광을 지향시킨다. 레이저 광으로부터 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 를 통해 투과된다. 이 실시예에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 의 제 1 표면 (712) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 의 제 1 표면 (724) 은 캐비티 내 레이저 광의 적어도 99.9 ％를 반사시키고 포커싱한다. 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 의 제 2 표면 (728) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 로부터 이격되어 대면한다. 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 의 제 1 표면 (724) 은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 를 향해 대면한다. 레이저 광이 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 의 제 1 표면 (724) 과 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 의 제 1 표면 (712) 사이에 형성된 캐비티에서 앞뒤로 반사된다. 캐비티의 레이저 광은 보강 간섭으로 인해 축적된다. 미리 결정된 시간 기간 후, 레이저 광원 (634) 은 레이저 광 빔을 방출하는 것을 중단하도록 지시된다. 캐비티 내에 존재하는 광은 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 사이에서 감쇠하는 방식으로 반사되고 포커싱하는 것을 계속한다. 이 실시예에서, 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 는 광 검출기 (636) 로 투과되는, 레이저 광의 0.1 ％ 내지 0.001 ％를 투과한다. 광 검출기 (636) 로부터의 데이터는 플라즈마 내 종의 농도를 결정하기 위해 이 데이터를 사용하는 제어기 (635) 로 전송된다. 이 예에서, 레이저 광이 최초 강도의 1/e로 감쇠하는데 걸린 시간이 종의 농도를 결정하기 위해 사용된다. 이 실시에에서, CRDD는 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 사이의 볼륨에 의해 규정되고, 에칭 챔버 (609) 의 내측 볼륨의 일부가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 와 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 사이에 있다.
플라즈마 볼륨에서 검출을 수행하는 것은 측정 지연 시간을 감소시킨다. 그러나, 플라즈마 볼륨 내 가스들의 농도들은 배기부의 가스들의 농도들보다 훨씬 낮다 CRDD에 의해 제공된 증가된 경로 길이는 가스들의 농도들을 보상한다. 또한, CRDD의 품질을 유지하기 위해, 플라즈마가 제 1 캐비티 링 다운 미러 (704) 및 제 2 캐비티 링 다운 미러 (708) 를 열화시키는 것을 방지하는 것을 돕도록 히터들 및 다른 디바이스들이 사용될 수도 있다.
다양한 실시예들이 DRAM 및 3D-NAND 디바이스들과 같은 메모리 디바이스들을 제공하는데 유용하다. 다양한 실시예들에서, 플라즈마 프로세스는 실리콘 함유 층 또는 로우-k 유전체 층의 에칭 프로세스이다. 다양한 실시예들에서, RF 전력은 유도 커플링되거나 용량 커플링될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 실리콘 옥사이드 및 폴리실리콘의 교번하는 층들 (OPOP) 이 에칭될 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 캐비티 링 다운 디바이스를 사용하는 가스 측정 시스템이 제공된다. 캐비티 링 다운 디바이스는 프로세싱 챔버와 유체로 연통한다. 유체 연통은 프로세싱 챔버로부터 배기 가스 또는 프로세싱 챔버로부터 플라즈마를 수용함으로써 이루어질 수도 있고, 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 인시츄 분석할 수도 있다. 캐비티 링 다운 디바이스는 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격되고 캐비티 링 다운 디바이스를 규정하는 볼륨을 형성하는, 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러를 갖는다. 레이저 광원, 예컨대 레이저가 선택가능하게 제 1 캐비티 링 다운 미러에 커플링된다. 광학 커플링은 제 1 캐비티 링 다운 미러의 외측 표면으로 레이저 빔을 지향시키는 것일 수 있고 또는 제 1 캐비티 링 다운 미러의 외측 표면으로 레이저 광을 제공하는 광섬유에 의해 또는 다른 프로세스들에 의해 제 1 캐비티 링 다운 미러의 외측 표면에 레이저를 연결함으로써 제공될 수 있다. 광 검출기는 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된다. 광학 커플링은 광 검출기가 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러를 통해 투과된 광을 수용하는 다양한 방식들을 제공할 수도 있다. 광학 커플링은 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러의 외측 표면 근방에 광 검출기를 배치함으로써 또는 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 제 2 캐비티 링 다운 미러의 외측 표면으로부터 광을 지향시키도록 광섬유들을 사용함으로써 또는 또 다른 광학적 방법에 의해 제공될 수도 있다.
다양한 실시예들이 보다 높은 측정 정확도를 제공하는 보다 작은 가스 측정 디바이스를 제공하고, 가스 측정 디바이스는 이전의 가스 측정 디바이스들보다 저렴하다. CRDD는 CRDD가 광 빔들로 하여금 다른 측정 시스템보다 다수 회 반사되게 하기 때문에, 다른 디바이스들보다 작을 수 있다. 증가된 수의 반사들은 샘플링 경로 길이를 증가시키고, 정확도를 상승시킨다. 다른 실시예들이 상기 실시예들과 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예는 리모트 플라즈마를 측정하기 이한 제 1 CRDD 및 프로세싱 챔버 내에 위치된 제 2 CRDD를 가질 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 캐비티 링 다운 미러들의 고 반사율은 하나 이상의 파장 대역들에 걸쳐 반사성인, 고 반사 코팅들에 의헤 제공된다. 이러한 코팅들은 보강 간섭을 유발하는, 1/4 파장 층들을 사용할 수도 있다. 대안으로서, 이러한 코팅들은 반사를 증가시키기 위해 상이한 굴절율을 사용하는 다층일 수도 있다.
다른 실시예들에서, 제 1 캐비티 링 다운 미러는 곡률의 제 1 반경 R1을 가질 수도 있고 제 2 캐비티 링 다운 미러는 곡률의 제 2 반경 R2을 가질 수도 있다. 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 제 2 캐비티 링 다운 미러는 길이 L에 의해 분리된다. g1는 g1=1-L/R1로 규정된다. g2는 g2=1-L/R2로 규정된다. CRDD에 대해 안정한 광학 캐비티를 제공하기 위해, 조건 0≤g1g2≤1이 만족된다. 이러한 실시예들에서, 거의 공초점은 g1g2로 규정되고 0.64 내지 0.81 이하이다.
다른 실시예들은 물, 산소 (O2) 또는 이산화탄소 (CO2) 와 같은 다른 분자들을 검출할 수도 있다. 다른 분자들의 검출을 위해, 다른 파장들이 사용될 수도 있다. 파장들은 자외선 (UV), 가시광, 근 IR, 또는 중 IR일 수도 있다. 다른 실시예들이 플라즈마의 엔드포인트 검출, 또는 습식 세정 엔드포인트 검출, 에칭 레이트 측정, 챔버 매칭, 또는 다른 측정들을 위해 사용될 수도 있다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다.

Claims (23)

  1. 기판을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부;
    상기 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 제공하기 위한 가스 유입구로서, 상기 프로세싱 챔버 내 상기 기판을 프로세싱하기 위해 프로세스가 수행될 때, 상기 프로세스는 가스 부산물을 제공하는, 상기 가스 유입구;
    상기 가스 유입구로 상기 프로세스 가스를 제공하기 위한 가스 소스;
    상기 프로세싱 챔버로부터 상기 가스 부산물을 펌핑하기 위한 배기 펌프; 및
    파라미터 측정 시스템으로서,
    상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 캐비티 링 다운 디바이스로서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러; 및
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격된 상기 캐비티 링 다운 디바이스의 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러를 포함하는, 상기 캐비티 링 다운 디바이스;
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 레이저 광원; 및
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된 광 검출기를 포함하는 상기 파라미터 측정 시스템을 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러는 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 제 1 측면 상의 제 1 표면 및 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 제 2 측면 상의 제 2 표면을 갖고, 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 2 표면은 상기 캐비티 링 다운 디바이스 외부와 대면하고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 1 표면은 상기 캐비티 링 다운 디바이스의 내부와 대면하고, 상기 적어도 하나의 레이저 광원은 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 2 표면과 광학적으로 커플링되는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 캐비티 링 다운 미러는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러의 제 1 측면 상의 제 1 표면 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러의 제 2 측면 상의 제 2 표면을 갖고, 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 2 표면은 상기 캐비티 링 다운 디바이스 외부와 대면하고 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 1 표면은 상기 캐비티 링 다운 디바이스의 내부와 대면하고, 상기 광 검출기는 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 2 표면 또는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러의 상기 제 2 표면과 광학적으로 커플링되는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 각각은 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 적어도 99.9 ％의 반사율 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 0.1 ％ 내지 0.01 ％의 투과율을 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러를 적어도 120 ℃의 온도로 가열하기 위한 하나 이상의 히터들을 더 포함하고; 그리고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러는 적어도 120 ℃의 온도에서 동작하도록 온도 보상되는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 레이저 광원은 제 1 주파수의 제 1 광 빔 및 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 광 빔을 제공하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 상기 배기 펌프를 통해 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 가스 부산물을 수용함으로써 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파라미터 측정 시스템은 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 측정하고 상기 하나 이상의 프로세스 파라미터들에 기초하여 상기 프로세스를 조정하기 위해, 상기 가스 부산물 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원에 의해 생성되고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 반사된 광을 사용하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 상기 프로세싱 챔버로부터 플라즈마를 수용하기 위해 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고, 상기 장치는 상기 프로세싱 챔버와 상기 캐비티 링 다운 디바이스 사이에서 상기 플라즈마의 플로우를 제어하기 위한 밸브를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파라미터 측정 시스템은 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 측정하고 상기 하나 이상의 프로세스 파라미터들에 기초하여 상기 프로세스를 조정하기 위해, 상기 가스 부산물 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원에 의해 생성되고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 반사된 광을 사용하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 내부에 상기 프로세싱 챔버의 내측 볼륨의 일부가 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에 있는, 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고; 그리고 상기 내측 볼륨은 프로세스가 수행될 때 존재하는 플라즈마를 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 파라미터 측정 시스템은 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 측정하고 상기 하나 이상의 프로세스 파라미터들에 기초하여 상기 프로세스를 조정하기 위해, 상기 가스 부산물 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원에 의해 생성되고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 반사된 광을 사용하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러와 거의 공초점인, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러는 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 적어도 99.99 ％의 반사율 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 0.01 ％ 내지 0.001 ％의 투과율을 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  15. 기판을 프로세싱하는 프로세스를 제어하기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 파라미터 측정 시스템에 있어서,
    캐비티 링 다운 디바이스로서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스의 제 1 측면 상의 제 1 캐비티 링 다운 미러; 및
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러로부터 이격된 상기 캐비티 링 다운 디바이스의 제 2 측면 상의 제 2 캐비티 링 다운 미러를 포함하는, 상기 캐비티 링 다운 디바이스;
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된 적어도 하나의 레이저 광원으로서, 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 각각은 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 적어도 99.99 ％의 반사율 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 0.01 ％ 내지 0.001 ％의 투과율을 갖는, 상기 적어도 하나의 레이저 광원;
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 또는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러에 광학적으로 커플링된 광 검출기; 및
    하나 이상의 프로세스 파라미터들을 측정하고 상기 하나 이상의 프로세스 파라미터들에 기초하여 상기 프로세스를 조정하기 위해, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버로부터 수신된 샘플 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터 그리고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에서 반사된 상기 광을 사용하도록 구성된 제어기를 포함하는, 파라미터 측정 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 샘플은 상기 프로세스로부터 가스 부산물 및 상기 프로세스가 수행될 때 존재하는 플라즈마 중 적어도 하나를 포함하는, 파라미터 측정 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러를 적어도 120 ℃의 온도로 가열하기 위한 하나 이상의 히터들을 더 포함하고; 그리고 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러는 적어도 120 ℃의 온도에서 동작하도록 온도 보상되는, 파라미터 측정 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 레이저 광원은 제 1 주파수의 제 1 광 빔 및 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 광 빔을 제공하는, 파라미터 측정 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 상기 배기 펌프를 통해 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 가스 부산물을 수용함으로써 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 파라미터 측정 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 상기 프로세싱 챔버로부터 플라즈마를 수용하기 위해 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고, 상기 장치는 상기 프로세싱 챔버와 상기 캐비티 링 다운 디바이스 사이에서 상기 플라즈마의 플로우를 제어하기 위한 밸브를 더 포함하는, 파라미터 측정 시스템.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐비티 링 다운 디바이스는 내부에 상기 프로세싱 챔버의 내측 볼륨의 일부가 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러와 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 사이에 있는, 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고; 그리고 상기 내측 볼륨은 프로세스가 수행될 때 존재하는 플라즈마를 포함하는, 파라미터 측정 시스템.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 캐비티 링 다운 미러는 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러와 거의 공초점인, 파라미터 측정 시스템.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티 링 다운 미러 및 상기 제 2 캐비티 링 다운 미러 각각은 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 적어도 99.99 ％의 반사율 및 상기 적어도 하나의 레이저 광원으로부터의 광에 0.01 ％ 내지 0.001 ％의 투과율을 갖는, 파라미터 측정 시스템.
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