KR20210117348A

KR20210117348A - 반도체 프로세싱에서 이상 플라즈마 이벤트 (anomalous plasma event) 검출 및 완화

Info

Publication number: KR20210117348A
Application number: KR1020217029310A
Authority: KR
Inventors: 수닐 카푸어; 칼 프레드릭 리저; 노아 베이커; 리앙 멩; 유키노리 사키야마
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-09-28
Also published as: JP2022520797A; CN113748482A; TW202044324A; SG11202108726SA; US20220037135A1; WO2020167601A2; WO2020167601A3

Abstract

특정한 실시 예들에서, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 전기 아크 (electric arc) 의 형성을 포함할 수도 있는, 이상 플라즈마 이벤트들 (anomalous plasma events) 이 검출되고 완화될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 방법은 플라즈마에 의해 방출된 광 신호를 검출하는 단계, 광 신호를 전압 신호로 변환하는 단계, 및 조정된 전압 신호를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과한다는 결정에 응답하여, 챔버에 커플링된 RF 신호의 출력 전력이 조정될 수도 있다. 이러한 조정은 챔버 내에서 발생하는 이상 플라즈마 이벤트의 형성을 완화시킬 수도 있다.

Description

반도체 프로세싱에서 이상 플라즈마 이벤트 (ANOMALOUS PLASMA EVENT) 검출 및 완화

반도체 프로세싱은 종종 제조 챔버에서 플라즈마의 사용을 수반하고; 이러한 동작들 동안, 플라즈마를 생성하기 위해 사용된 전기적 조건들에 응답하여 이상 플라즈마 이벤트 (anomalous plasma event) 가 발생할 수 있다. 이상 플라즈마 이벤트는 예를 들어, 전기 아크 (electrical arc) 의 형성, 또는 프로세스 스테이션 내의 2 이상의 국부화된 플라즈마 영역들 사이에서 전기적 방전에 의해 생성된 다른 타입의 가시적 이벤트를 포함할 수 있다. 이상 플라즈마 이벤트는 프로세싱을 겪는 반도체 웨이퍼를 손상시킬 수도 있는 과도한 가열 및/또는 과도한 전류를 야기할 수도 있다. 일부 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트는 반도체 프로세스 스테이션에 손상을 야기할 수도 있다.

참조로서 인용

PCT 신청 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권 또는 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 인용되었다.

일 구현 예는 반도체 프로세싱 챔버에서 이상 플라즈마 이벤트 (anomalous plasma event) 를 검출하는 방법을 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예는 반도체 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마에 의해 방출된 광 신호 (optical signal) 를 검출하는 단계를 포함할 수도 있고, 플라즈마는 RF 생성기로부터의 RF 신호에 응답하여 형성된다. 방법은 또한 광 신호를 전압 신호로 변환하는 단계 및 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 전압 신호를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, RF 생성기로부터의 RF 신호의 출력 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 방법은 저역 통과 필터를 사용하여 전압 신호를 필터링함으로써 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 전압 신호를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 조정된 전압 신호와 연관된 변화들을 결정하는 단계는 조정된 전압 신호와 전압 신호의 변화들을 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 전압 신호를 조정하는 단계는 조정된 전압 신호에 오프셋을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 전압 신호를 조정하는 단계는 전압 신호의 1 차 도함수 (derivative) 를 취하는 단계를 포함할 수 있다. RF 생성기의 출력 파라미터를 조정하는 단계는 RF 생성기의 출력 전력을 제 1 전력 레벨로부터 제 2 전력 레벨로 하강시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 RF 생성기의 출력 전력을 제 1 전력 레벨로부터 제 2 전력 레벨로 하강시킨 후, RF 생성기의 출력 전력을 제 1 시간 기간 동안 제 2 전력 레벨로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 또한 유지하는 단계 후에, 제 2 시간 기간 동안 제 2 전력 레벨로부터 제 1 전력 레벨로 RF 생성기의 출력 전력을 상승시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 전력 레벨은 0이 아닌 전력 레벨일 수 있다. 대안적으로, 제 2 전력 레벨은 0일 수 있다. 방법은 반도체 프로세싱 챔버 내의 광 강도 또는 프로세스 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여, RF 전력 감소의 제 1 양을 결정하는 단계, 및 RF 생성기의 출력 전력 레벨을 제 1 양만큼 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있고, 프로세스 파라미터들은, DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, 스테이션-대-스테이션 (station-to-station) RF 전력 변동들, 주파수 튜닝 파라미터들, 압력 및 온도를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 포함할 수 있다.

하나 이상의 구현 예들에서, 반도체 프로세싱 툴이 반도체 프로세싱 챔버를 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 플라즈마를 생성하고 유지하기 위해 반도체 프로세싱 챔버에 RF 전력을 제공하도록 구성된 RF 생성기를 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 또한 반도체 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마의 발광 (luminescence) 을 나타내는 광 신호를 검출하도록 구성된 광 검출기 (photodetector) 를 포함할 수 있다. 광 검출기는 경사 변화 검출 유닛 (slope change detection unit) 을 활용하여 광 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 또한 전압 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 그리고 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 전압 신호를 조정한다. 반도체 프로세싱 툴은 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 일 구현 예에서, 결정에 응답하여, 신호로 하여금 RF 생성기에 대한 조정을 유발하도록 구성되는 RF 생성기로 전송되게 할 수 있다.

일부 구현 예들에서, 반도체 프로세싱 챔버 내의 광으로 하여금 렌즈를 통과하게 하도록 구성된 반도체 프로세싱 챔버 상의 렌즈를 더 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 또한 렌즈와 광 검출기 사이에 있는 광섬유 케이블을 포함할 수 있고 광 검출기에 도달하도록 렌즈를 통과하는 광의 적어도 일부를 전달하도록 구성될 수 있다. 반도체 프로세싱 툴의 경사 변화 검출 유닛은, 전압 신호를 조정된 전압 신호로 변환하도록 전압 신호를 필터링하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 또한 조정된 전압 신호와 전압 신호 사이의 변화들을 비교하기 위한 비교기를 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴의 비교기는 TTL (transistor-transistor logic) 신호를 RF 생성기로 전송하도록 구성된 TTL을 포함할 수 있다. RF 생성기는 경사 변화 검출 유닛으로부터 신호를 수신하는 것에 응답하여 RF 전력을 제 1 전력 레벨로부터 제 2 전력 레벨로 감소시키도록 구성될 수 있다. 경사 변화 검출 유닛은, 전압 신호를 조정된 전압 신호로 변환하기 위해 전압 신호의 미분을 취하도록 구성된 미분기를 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 또한 조정된 전압 신호의 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성된 비교기를 포함할 수 있다. 반도체 프로세싱 툴은 반도체 프로세싱 챔버와 광 검출기 사이의, 광 검출기에 도달하도록 반도체 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마에 의해 생성된 광을 송신하도록 구성된 광섬유 케이블을 더 포함할 수 있다. 광 검출기는 RF 생성기에 전기적으로 접속될 수 있고, 반도체 프로세싱 챔버로부터의 광 신호는 반도체 프로세싱 챔버로부터 RF 생성기로 피딩된다 (feed). 광 검출기 및 경사 변화 검출 유닛은 반도체 프로세싱 챔버 외부에 위치될 수 있다. 대안적으로, 광 검출기 및 경사 변화 검출 유닛은 반도체 프로세싱 챔버와 RF 생성기 사이에 위치될 수 있다. 광 검출기 및 경사 변화 검출 유닛은 반도체 프로세싱 챔버 상에 위치될 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트를 검출하는 방법은 RF 생성기로부터의 신호를 활용하여 플라즈마를 형성하는 단계 및 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 (fluctuate) 광 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 검출 방법은 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계; 및 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도가, 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들로부터 문턱 값 양 (threshold amount) 만큼 상이하다는 것을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 을 활용할 수 있다. 방법은 공칭 (nominal) 조건들 하에서 유지되는 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도들에 대응하는 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들을 포함할 수 있다. 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 플라즈마로부터의 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도에 대한 1의 표준 편차에 대응할 수 있다. 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 플라즈마로부터의 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도에 대한 2의 표준 편차들에 대응할 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도는 약 400 ㎑의 주파수에서 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 약 400 ㎑ 내지 약 4 ㎒의 주파수에서 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 하나 이상의 RF 생성기들에 의해 생성된 복수의 주파수들에서 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 장치는 멀티-스테이션 프로세싱 툴로부터 광 신호들을 수신하는 광 검출기로부터의 출력 신호들을 분석하도록 구성된 신호 프로세서를 포함할 수도 있다. 신호 프로세서는 부가적으로 반도체 제조 챔버 내에서 형성된 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호를 검출하고; 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하고; 그리고 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도가 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들로부터 문턱 값 양만큼 상이하다는 것을 결정하도록 구성될 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들은 플라즈마가 공칭 조건들 하에서 유지되는 동안 계산된 스펙트럼 밀도들에 대응할 수 있다. 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 플라즈마로부터의 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도에 대한 1의 표준 편차에 대응할 수 있다. 대안적으로, 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 플라즈마로부터의 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도에 대한 2의 표준 편차들에 대응할 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도는 약 400 ㎑의 주파수를 갖는 RF 신호가 멀티-스테이션 프로세싱 툴에 커플링되는 동안 계산될 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도는 400 ㎑ 내지 4 ㎒의 주파수에서 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 결정하도록 계산될 수 있다. 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도는 멀티-스테이션 프로세싱 툴에 커플링된 RF 신호의 주파수에서 계산될 수 있다.

본 명세서에 개시된 다양한 구현 예들은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치의 제 1 예를 도시한다.
도 2는 이상 플라즈마 이벤트를 검출할 수 있는 제 1 예시적인 경사 변화 검출 유닛을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 경사 변화 검출 유닛의 예시적인 검출 응답을 나타내는 파형들을 도시한다.
도 4는 이상 플라즈마 이벤트를 검출할 수 있는 예시적인 전기 회로의 개략도를 도시한다.
도 5는 시간의 함수로서 제조 챔버의 프로세스 스테이션에 커플링된 RF 전력을 나타내는 파형을 도시한다.
도 6a는 경사 변화 검출 유닛의 신호 출력과 함께 RF 전력 출력을 나타내는 또 다른 파형을 도시한다.
도 6b는 프로세스 스테이션 내에서 공칭 동작 조건들 하에서 광학 에너지 (optical energy) 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일들의 그룹을 도시한다.
도 6c는 이상 플라즈마 이벤트가 프로세스 스테이션 내에서 발생하는 동안 광학 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일뿐만 아니라 프로세스 스테이션 내 공칭 동작 조건들 하에서 광학 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일들의 그룹을 도시한다.
도 6d 및 도 6e는 도 1의 제 1 예시적인 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치의 대안적인 구성들을 도시한다.
도 7a는 이상 플라즈마 이벤트의 효과들을 검출하고 완화시키는 제 1 예시적인 기법에 대한 플로우 차트를 도시한다.
도 7b는 이상 플라즈마 이벤트의 효과들을 검출하고, 그리고 완화시키는 제 2 예시적인 기법에 대한 플로우 차트를 도시한다.
도 8은 개시된 실시 예들을 실시하기 위해 사용될 수도 있는 예시적인 장치의 블록도를 제공한다.
도 9는 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 10은 반도체 기판들 상에 막들을 증착하기 위한 기판 프로세싱 장치를 도시한다.
도 11은 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 구현 예를 도시한다.
도 12는 헬륨 가스에 대한 Paschen 곡선을 도시한다.

이하의 기술에서, 제시된 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 개시된 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호해 지는 것을 삼가기 위해 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시 예들이 구체적인 실시 예들과 함께 기술되었지만, 이는 개시된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.

본 명세서에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호 교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 상부의 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에서 사용된 웨이퍼 또는 기판은 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 가질 수도 있다. 이하의 상세한 기술은 본 발명이 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 발명은 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 발명의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들, 유리 패널들, 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.

많은 반도체 프로세스들은 프로세싱의 하나 이상의 양태들 동안 플라즈마를 사용한다. 플라즈마는 통상적으로 2 개의 전극들 사이의 프로세싱 챔버에서 생성되고, 일 전극은 RF (Radio Frequency) 전력 소스에 연결되고 다른 전극은 RF 접지에 연결된다. 전극에 공급된 RF 전력은 약 200 W 내지 약 3000 W의 범위일 수도 있다. 플라즈마 형성을 구동하기 위해 사용된 주파수는 고 주파수 (HF) 컴포넌트, 저 주파수 (LF), 또는 HF 컴포넌트 및 LF 컴포넌트 모두를 포함할 수도 있다. HF 주파수는 약 13.56 ㎒ 또는 약 27 ㎒일 수도 있고; LF 주파수는 약 300 내지 400 ㎑일 수도 있다. 고-주파수 또는 저-주파수 RF 전력의 다른 주파수들이 또한 사용될 수도 있지만, "고" 주파수는 일반적으로 "저" 주파수보다 몇 배 높은 크기인 신호 주파수 예를 들어, 킬로 헤르츠와 비교하여, 메가 헤르츠를 나타낸다.

플라즈마 형성 동안 발생할 수도 있는 이상 플라즈마 이벤트 (anomalous plasma event) 의 일 타입은 샤워헤드 또는 ESC (electrostatic chuck) 와 같은 기판 지지 구조체를 둘러싸는 영역들과 같은 프로세싱 챔버 내 고전압 항복 (high-voltage breakdown), "발광 (light up)", 또는 아크 발생 (arcing) 이다. 전극들로서 역할을 할 수도 있는 2 개의 구조체들이 갭에 의해 분리될 때, 아크 또는 고전압 항복이 특정한 환경들 하에서 발생할 수도 있다. 이들 상황들은 통상적으로 전극들 사이의 전압 차, 전극들 사이의 가스들의 조성, 전극들 사이의 가스들의 압력, 및 전극들 사이의 분리의 사이즈에 종속된다. 이들 인자들 간의 상호 작용은 압력, 갭 거리, 및 2 개의 가스-종속 파라미터들의 함수로서 고전압 항복 전압을 제공하는 Paschen의 법칙에 의해 특징지어질 수도 있다. 이상 플라즈마 이벤트, 예컨대 발광 또는 아크를 개시하기 위해 필요한 전압은 "항복 전압"으로 지칭될 수도 있고, 예를 들어, 두 전극들 사이의 체적을 충진하는 (fill) 가스, 이 가스의 압력, 전기 아크의 잠재적인 엔드 포인트들 사이의 거리의 함수이다. 이 관계는

로 명시되고, 여기서 "V_B"는 항복 전압이고, "p"는 압력이고, "d"는 거리이고, "a"와 "b"는 가스와 연관된 경험적으로 도출된 상수임을 나타내는 Paschen의 법칙에 의해 지시된다.

도 12 (실시 예 (1200)) 는 헬륨 가스에 대한 Paschen 곡선을 도시한다. 대수적으로 눈금이 매겨진 (graduate) 수직 축은 볼트 단위로 항복 전압 (예를 들어, 아크 또는 다른 타입의 이상 플라즈마 이벤트를 생성하는데 필요한 전압) 을 나타내는 한편, 수평 축 (또한 대수적으로 눈금이 매겨짐) 은 Torr-㎝ 단위의 거리에 곱해진 압력을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 대략 150 V의 가장 낮은, 또는 최소 항복 전압은 대략 4 Torr-㎝에서 발생하는 Paschen 곡선의 가장 낮은 지점에 있다. 이 특성은 가장 낮은 항복 전압에 도달하기 전에 반도체 프로세싱이 일어날 수 있는 2 개의 영역들―곡선의 가장 낮은 지점의 "좌측" 및 곡선의 가장 낮은 지점의 "우측"―을 생성한다. 도 12의 수직 점선은 이들 두 측면들 사이의 분할 선에 가깝다.

일부 반도체 프로세스들은 증착 시간의 감소를 야기하도록 보다 높은 RF 전력을 활용하고, 두 가지는 기판 쓰루풋을 증가시킨다. 그러나, 보다 높은 RF 전력의 사용은 프로세싱 챔버 내에서 전압 항복, 아크, 또는 다른 타입의 이상 플라즈마 이벤트의 위험을 증가시킬 수도 있다. 이러한 이벤트들은 기판들, 전극들 (예컨대 샤워헤드 또는 기판 지지 구조체), 그리고 챔버 자체에 손상을 유발할 수도 있다. 기판에 대한 용인할 수 없는 손상은 기판의 폐기를 발생시킬 수도 있고 그리고/또는 전극들에 손상을 야기할 수도 있다. 이에 더하여, 손상된 챔버는 반도체 프로세싱 챔버의 부가적인 정지 시간 (downtime) 뿐만 아니라 부가적인 비용들을 유발할 수도 있는, 전극들의 길고, 고가의, 그리고/또는 광범위한 수리들 (예를 들어, 샤워헤드 또는 페데스탈 교체) 을 필요로 할 수도 있다.

그러므로 프로세싱 챔버 내에서 아크 또는 다른 타입들의 이상 플라즈마 이벤트들을 검출하고 이어서 이러한 이벤트들을 완화시키는 것이 바람직하다. 많은 종래의 이상 플라즈마 이벤트 검출 기법들은 누락된 아크 검출 및 잘못된 아크 검출을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 일 종래의 방법은 플라즈마를 생성하기 위해 피구동된 전극으로 전달된 RF 전압을 측정하고 전압이 문턱 전압의 특정한 양에 도달하였는지 또는 접근하는지 여부를 결정하는 전압 검출 방법을 수반할 수도 있다; 그렇다면, 이러한 시스템들은 프로세싱 챔버 내에서 아크가 발생할 수도 있다고 가정한다. 문턱 값 전압의 검출에 응답하여, RF 전력은 하강되거나 완전히 차단되고 (shut off), 이는 결국 프로세싱 챔버 내의 전압을 하강시키고 이상 플라즈마 이벤트가 발생하는 것을 방지한다. 이 문턱 전압은 일반적으로 실험적 측정들을 사용하여 획득된 미리 결정된 값이다. 그러나, 이 검출 방법은 단일의 미리 결정된 전압 문턱 값으로 제한되는 것과 같은 단점들을 갖는다. 부가적으로, 이 검출 방법은 계산 집약적인 매우 빠른 전압 모니터링 속도를 필요로 할 수도 있고 이상 플라즈마 이벤트에서의 실시간 발생을 정확하게 반영하지 못할 수도 있기 때문에 구현하기 어려울 수도 있다. 이상 플라즈마 이벤트의 실시간 발생을 정확하게 반영하지 못하는 이러한 불능은 아크 이벤트 발생과 측정된 전압들 사이의 잠재적인 시간 변위 (potential time displacement) 로 인한 것일 수도 있다. 이에 더하여, 검출 방법은 잠재적으로 보다 작은 아크 이벤트들에 민감하지 않을 수도 있고, 시스템 잡음을 겪을 수도 있고, 그리고 적절한 문턱 전압을 결정하고 최적화하기 위해 많은 양의 시간 및 실험을 필요로 할 수도 있다.

문턱 전압 검출 방법은 다른 검출 한계들일 수도 있다. 예를 들어, 이러한 방법들은 일반적으로 측정된 전압이 특정한 문턱 값 이상으로 상승되었는지 여부를 검출한다. 그러나, RF 구동 신호들은 다양한 주파수들 (예를 들어, 13.56 ㎒에서 동작하는 사인파 신호와 같은 주기적인 파형) 에서 구동되는 시변 전압들을 포함하고, 플라즈마에 의해 방출된 광의 강도는 공칭 피크에 있는 RF 신호에 응답하여 플라즈마에 의해 방출된 광의 정상 강도에 기인하는 검출기 출력 신호의 유사한 주파수 컴포넌트로 오실레이팅할 수도 있고, 그 후 부가적인 광이 방출되게 하는 이상 플라즈마 이벤트는 문턱 전압이 적절하게 설정된다면 검출 가능할 수도 있다. 그러나, 이상 플라즈마 이벤트가 전압 사이클의 연속적인 피크들 사이에서 발생한다면, 특히 이상 플라즈마 이벤트에 기인하는 검출기 출력 신호의 컴포넌트가 RF 신호에 기인하는 검출기 출력 신호의 컴포넌트의 진폭보다 작은 크기를 갖는다면, 이상 플라즈마 이벤트는 검출되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 검출기 출력 신호의 측정된 전압이 2 V의 평균을 갖는 0.2 V의 피크 진폭을 갖는다고 가정하면, 전압은 피크에서 2.2 V로 상승할 수도 있고 이어서 RF 구동 신호의 적용으로 인해 바닥에서 (피크-투-피크가 0.4 V이도록) 1.8 V로 감소할 수도 있다. 검출기 출력 신호에서 0.3 V 상승을 생성하는 아크가 사이클 동안 전압이 2.2 V의 피크에 있을 때 발생한다면, 측정된 전압은 2.4 V의 문턱 값보다 높은 2.5 V일 것이다 (이 문턱 값은 실험 결과들로부터 결정될 때, 아크의 발생을 나타낼 수도 있다). 그러나, 전압이 1.8 V의 바닥에 있을 때 사이클 동안 아크가 발생하면, 측정된 전압은 2.4 V의 문턱 값보다 낮은 2.1 V (1.8 V + 0.3 V) 일 것이다. 이러한 시스템들의 문턱 값은 정상 RF 구동 신호의 인가에 의해 생성된 피크 출력 신호 크기 미만으로 설정될 수 없다. 따라서, 이 검출 방법은 교번하는 (예를 들어, 사인형) 전압 사이클의 특정한 부분들 동안 발생하는 작은-전압 이상 플라즈마 이벤트들을 검출하는데 유용하지 않을 수도 있다.

또 다른 유사한 기법은 이상 플라즈마 이벤트들을 광학적으로 (optically) 모니터링할 수도 있다. 여기서, 전술한 방법과 유사하게 전압이 측정된다. 그러나, 전압은 챔버 내 광 강도를 측정하고 그 광 강도를 나타내는 전압 신호를 생성하도록 구성된 광 검출기의 출력으로부터 획득될 수도 있다. 예를 들어, 챔버 내에 형성된 플라즈마는 플라즈마의 거동에 따라 가변하는 양의 광을 방출할 수도 있다. 따라서 광 검출기는 플라즈마에 의해 방출된 광의 강도를 나타내는 전압 출력 신호를 생성할 수도 있다. 그러나, 아크 이벤트는 대응하는 전압 상승을 생성하는 광 검출기에 의해 생성된 전압을 발생시키는 부가적인 광을 생성할 수도 있다. 이어서 이 전압은 직접 전압 모니터링을 위해 상기 논의된 방식과 유사한 방식으로 모니터링될 수도 있다. 그러나, 이 기법은, 특히 광 검출기 신호의 국부적 최소값 동안 발생한다면 검출되지 못할 수도 있는 작은 강도의 방전 이벤트들에 대해 민감하지 않은 것과 관련하여, 상기 논의된 직류 전압 모니터링과 동일한 많은 단점들에 시달린다.

이들 검출 방법들에 대한 또 다른 제한은 피크 전압과 문턱 전압 사이의 차보다 작은 이상 플라즈마 이벤트들을 검출하지 못할 수도 있다는 것이다. 예를 들어, 문턱 전압은 피크 전압, 및/또는 작은 중요하지 않은 전압 편차들 각각이 문턱 값 전압에 접근하지 않고, 결과적으로 알람 또는 다른 시정 조치를 발생시키도록 특정한 양만큼 피크 전압 이상으로 오프셋될 수도 있다. 그러나, 유해한 이상 플라즈마 이벤트들은 피크 전압과 문턱 값 사이의 오프셋보다 작은 전압에서 발생할 수도 있다. 따라서, 피크 전압과 문턱 전압 간 차보다 작은 이상 플라즈마 이벤트들은 검출되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 0.15 V의 이상 플라즈마 이벤트가 2.0 V의 피크 전압에서 발생하면, 측정된 전압은 2.2 V 문턱 값 미만일 것이고 결과적으로 검출되지 않고 완화되지 않은 채로 남는다.

이들 종래의 검출 방법들은 또한 프로세싱 챔버 내에서 발생하는 프로세싱의 파라미터 설정들에 불리하게 민감하다. 예를 들어, 프로세싱 파라미터가 변화될 때마다, (예를 들어, RF 전력, RF 주파수, 가스 종, 챔버 압력, 등) 복수의 새로운 문턱 전압들이 예를 들어, 아크가 발생하는, 전압 문턱 값에 대한 수정된 프로세싱 파라미터의 영향에 응답하여 요구될 수도 있다. 따라서, 파라미터 설정들의 수정은 부가적인 실험 및 최적화 시간을 필요로 할 수도 있고, 이는 다시 반도체 프로세싱 툴의 원치 않은 정지 시간을 발생시킬 수도 있다.

따라서, 본 개시는 반도체 프로세싱에서 이상 플라즈마 이벤트 검출을 위한 신규한 기법들 및 장치들을 포함한다. 일반적으로, 플라즈마는 광 검출기와 같은 광 검출기에 의해 검출 가능한 광을 방출할 수도 있다. 플라즈마에 의해 방출된 광은 플라즈마 파라미터들, 예컨대 화학적 종들, RF 전력 파라미터들 (전압, 등), RF 주파수 컴포넌트들 (예를 들어, 고 주파수 컴포넌트, 저 주파수 컴포넌트, 또는 모두), 등에 기초하여 다양한 주파수들로 오실레이팅하거나 변동할 수도 있다. 일부 예시적인 플라즈마 조명 오실레이션 주파수들은 대략 수십 ㎳ 당 1 사이클, 예컨대 20 ㎳ 당 약 1 사이클일 수도 있다. 대조적으로, 이상 플라즈마 이벤트의 발생은 일반적으로 플라즈마에 의해 방출된 다른 광과 관련하여 상대적으로 고속, 고 주파수, 예를 들어, 대략 수 나노초의 1 사이클로 발생한다.

이하에 논의된 기법들은 공칭 플라즈마 동작 동안 발생하는 광 에너지 변동들과 비교할 때 이상 플라즈마 이벤트 주파수 동안 발생하는 광 에너지 변동들 사이의 차를 활용한다. 이러한 차이들은 이상 플라즈마 이벤트들을 식별하도록 활용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트가 훨씬 보다 높은 주파수로 인해 광 검출기 출력 신호의 경사에 갑작스런 (예를 들어, 고 주파수) 변화를 야기할 수도 있기 때문에, 순간에 (at an instant in time) 광 검출기 신호의 경사 변화에 대한 결정이 이루어질 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 광 검출기 신호는 신호의 보다 낮은 주파수 부분들을 제거함으로써 정규화될 수도 있고, 이상 플라즈마 이벤트들을 나타낼 수도 있는 보다 높은 주파수 부분들만을 남긴다. 또 다른 구현 예들에서, 광 검출기 신호는 예를 들어, 푸리에 분석 (예를 들어, 고속 푸리에 변환) 을 겪을 수도 있고 또는 다양한 주파수 컴포넌트들의 강도의 크기를 결정하기 위해 다른 타입들의 주파수 스펙트럼 분석을 겪을 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 분석된 광 검출기 신호가 특정한 크기보다 큰 고주파수 컴포넌트들을 나타낸다면, 이들 주파수 컴포넌트들은 이상 플라즈마 이벤트를 나타낼 수도 있다. 이들 이상 플라즈마 이벤트 검출 기법들은, 특히 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트 검출 기법들이 광 신호의 변화 레이트를 고려하기 때문에, 상기 기술된 종래의 기법들과 상이할 수도 있다. 이는 단순히 검출된 신호의 크기에 의존하는 종래의 기법들과 대조적이다.

도 1은 실시 예 (100) 에 따른, 제 1 예시적인 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 실시 예 (100) 에서, 반도체 프로세싱 챔버 (102), 렌즈 (104) (특정 실시 예들에서 생략될 수도 있음), 렌즈 (004) 및 신호 프로세서 (108) 에 커플링된 광섬유 케이블 (106), 및 RF 생성기 (110) 를 포함한다. 반도체 프로세싱 챔버 (102) 는 이하에 보다 상세히 논의되지만, PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition), ALD (atomic layer deposition), ALE (atomic layer etch) 등과 같은 플라즈마를 활용하는 임의의 반도체 프로세싱에 사용될 수도 있다. RF 생성기 (110) 는 또한 이하에 보다 상세히 기술되고 LF 전력 생성기, HF 전력 생성기, 또는 모두를 포함할 수 있다. 렌즈 (104) 는 반도체 프로세싱 챔버 (102) 내의 임의의 프로세싱 스테이션 내를 포함하여 챔버 내에서 생성된 광으로 하여금 렌즈 (104) 를 통해 광섬유 케이블 (106) 을 통해 신호 프로세서 (108) 로 통과하게 하도록 반도체 프로세싱 챔버 (102) 내에 위치된다.

신호 프로세서 (108) 는 반도체 프로세싱 챔버 (102) 로부터 광 신호를 수신할 수 있고 수신된 광 신호를 전압 신호로 변환할 수 있는 광 검출기 (112) (광 다이오드를 포함할 수도 있음) 와 같은 광 검출기를 포함할 수도 있다. 광 검출기 (112) 는 다양한 파장들의 적외선, 가시광선 및/또는 자외선 광의 에너지를 전달하는 임의의 수의 광자들을 검출할 수 있는 임의의 다른 타입의 광-검출 전자 장치를 포함할 수도 있고, 예를 들어, 분광계를 포함할 수도 있다. 신호 프로세서 (108) 는 또한 광 검출기와 경사 변화 검출 유닛 (114) 사이의 점선으로 나타낸 바와 같이, 광 검출기 (112) 로부터 전압 신호를 수신하도록 구성되는 경사 변화 검출 유닛 (114) 을 포함할 수도 있다. 신호 프로세서 (108) 는 광 검출기 (112) 로부터의 전압 신호의 변화들을 결정하도록 그리고 전압 신호의 변화들이 반도체 프로세싱 챔버 (102) 내에서 발생하는 이상 플라즈마 이벤트의 발생을 나타내는지 여부를 결정하도록 더 구성될 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 경사 변화 검출 유닛 (114) 은 미가공 (raw) 신호와 필터링된 신호 사이의 고 주파수 변화들을 결정하기 위해 미가공 광 검출기 신호를 동일한 신호의 필터링된 버전과 비교할 수도 있다. 미가공 신호와 필터링된 신호 간의 비교는 이상 플라즈마 이벤트가 발생했다는 결정을 허용할 수도 있다. 일부 이러한 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트에 의해 유발된 고 주파수 컴포넌트를 갖는 신호는 고 주파수 컴포넌트를 갖지 않는 신호와 비교된다 (특히, 미가공 전압 신호에 적용된 저역 통과 필터의 사용으로 인해). 이러한 비교는 신호의 필터링된 버전과 필터링되지 않은 버전 간의 상대적인 변화들의 결정을 허용할 수도 있다.

도 2는 실시 예 (200) 에 따른, 제 1 예시적인 경사 변화 검출 유닛을 도시한다. 여기서, 광 검출기 (112) 는 점선 직사각형에 의해 둘러싸인 제 1 예시적인 경사 변화 검출 유닛 (214) 과 함께 도시된다. 광 검출기 (112) 로부터의 미가공 전압 신호 (215) 는 분할되고 일부 실시 예들에서, 버퍼 증폭기 (216), 저역 통과 필터 (218), 및 문턱 값/인에이블 신호 (222) 를 갖는 피드백 증폭기 (220) 를 포함할 수도 있는 필터로 송신된다. 이어서 이 필터링된 신호는 미가공 전압 신호 (215) 와 함께 고속 비교기 (224) 로 송신된다. 버퍼 증폭기 (216) 는 고 주파수 신호들을 필터링하는 저역 통과 필터 (218) 로부터 미가공 아날로그 데이터를 분리하도록 동작할 수도 있고, 문턱 값/인에이블 신호 (222) 는 필터링된 신호의 오프셋을 야기한다.

도 2의 실시 예에서 고속 비교기 (224) 는 미가공 광 검출기 전압 신호와 필터링된 광 검출기 전압 신호를 비교하고 신호들 사이에 변화가 있었는지 여부를 결정하도록 동작한다. 예를 들어, 주어진 순간에 2 개의 신호들 간의 차가 문턱 값 양 (threshold amount) 을 초과하는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수도 있다. 필터링된 신호와 필터링되지 않은 신호 사이의 차가 문턱 값 양보다 큰 것에 응답하여, 이는 미가공 신호에 경사 변화가 있다는 것을 나타낼 수도 있고, 따라서 이상 플라즈마 이벤트를 나타낸다. 특정한 실시 예들에서, 필터링된 신호는 상기 논의된 바와 같이, 미리 결정된 오프셋 양만큼 필터링되지 않은 신호로부터 오프셋될 수도 있고, 이는 2 개의 신호들이 서로 교차할 수도 있는 시나리오들을 방지하도록 동작할 수도 있다 (이상 플라즈마 이벤트로 인한 것 제외). 고속 비교기 (924) 는 또한 제 1 문턱 값보다 큰 필터링된 신호들과 필터링되지 않은 신호들 사이의 검출된 변화에 응답하여 출력 신호 (926) 를 제 1 전압으로부터 제 2 전압으로 변화시킬 수 있는 TTL (Transistor-Transistor Logic) 을 포함할 수도 있다.

도 3a 및 도 3b는 일 실시 예에 따른, 경사 변화 검출 유닛의 예시적인 검출 응답을 나타내는 파형들을 도시한다. 도 3a (실시 예 (300A)) 에서, 시뮬레이팅된 미가공 광 검출기 전압 신호 (305) 는 대시선으로 나타내고, 필터링된 전압 신호 및 오프셋 전압 신호 (310) 는 점선으로 나타내고, 출력 TTL 신호 (315) 는 실선으로 나타낸다. 수직 축은 볼트 (V) 로 눈금이 매겨지고 수평 축은 시간 (초 단위) 으로 눈금이 매겨진다. 도시된 바와 같이, 플라즈마의 검출된 발광은 약 0.2 V의 진폭을 갖는 사인파로서 오실레이팅한다. 도 3b의 예에서, 도 3a의 일부의 상세도가 도시된다. 여기서, 이상 플라즈마 이벤트가 발생하고 고 주파수 아크 신호가 필터링되기 때문에 필터링된 신호는 일정하게 유지된다. 그러나, 이 경우 아크에 대응할 수도 있는 이상 플라즈마 이벤트는 광 검출기 전압 신호에 대한 변화를 발생시킨다. 이 예에서, 광 검출기 출력 전압 신호에 대한 변화는 광 검출기 출력 전압 신호의 경사의 증가에 대응한다. 시뮬레이팅된 미가공 광 검출기 신호 (305) 와 필터링된 출력 신호 (310) 사이의 비교가 제 1 문턱 값 (예를 들어, 도 3b에서 약 0 V) 만큼 서로 오프셋되는 것에 응답하여, 고속 비교기는 출력 TTL 신호 (315) 로 하여금 약 0.2 V로부터 약 3.8 V로 변화되게 한다. 도 3b에 더 도시된 바와 같이 (실시 예 (300B)), 발생하는 이상 플라즈마 이벤트 (예를 들어, 아크) 에 응답하여, 시뮬레이팅된 미가공 광 검출기 전압 신호 (305) 는 다시 변화한다 (예를 들어, 경사가 감소한다). 시뮬레이팅된 미가공 광 검출기 신호 (305) 및 저역 통과된 신호 (310) 가 제 1 문턱 값보다 큰 값만큼 서로로부터 더 이상 오프셋되지 않도록, 경사가 감소하는 시뮬레이팅된 미가공 광 검출기 (305) 신호에 응답하여, 고속 비교기는 출력 TTL 신호 (315) 로 하여금 약 3.8 V로부터 약 0.2 V로 다시 변화하게 한다.

도 4는 실시 예 (400) 에 따른, 이상 플라즈마 이벤트를 검출할 수 있는 예시적인 전기 회로를 도시한다. 실시 예 (400) 의 이 회로는 도 1의 신호 프로세서 (108) 및 도 2의 제 1 예시적인 경사 변화 검출 유닛 (214) 의 양태들을 나타낼 수도 있다. 도 4의 실시 예에서, "시뮬레이팅된 광 검출기 입력"은 도 2의 광 검출기 (112) 에 의해 생성된 광 전압 신호를 나타낼 수도 있다. 부가적으로, 도 4의 "EIOC (ethernet input output controller) 로부터의 문턱 값" (V₃) 은 도 9의 시스템 제어기 (950) 에 의해 실행된 제어 프로그램의 일부로서 이더넷 입력 출력 제어기 (EIOC) 로부터 송신될 수도 있는 문턱 값/모니터 인에이블 신호 (222) 를 나타낼 수도 있다. 또한, 도 4의 "버퍼"는 도 2의 버퍼 증폭기 (216) 를 나타낼 수도 있다. 피드백 증폭기 (220) (도 4에서 "피드백 증폭기"로 도시됨) 는 EIOC (V₃) 신호로부터의 문턱 값을 도 4의 버퍼로부터의 출력 신호에 더한다 (또는 합산한다). 도 4의 버퍼로부터의 출력 신호는 도 2의 저역 통과 필터 (218) 에 대응하는 저역 통과 필터를 형성하는 R1/C1/C2의 조합을 통해 필터링된다. 도 4의 버퍼로부터의 출력 신호들은 (도 2의 비교기 (224) 에 대응하는) 도 4의 비교기를 통해 결합된 시뮬레이팅된 광 검출기 입력 (V₂) 및 사인파 입력 (V₄) 신호들과 비교된다. 결합된 시뮬레이팅된 광 검출기 입력 및 사인파 입력의 집합과 피드백 증폭기로부터의 출력 신호들의 비교에 응답하여, 도 4의 비교기는 이상 플라즈마 이벤트를 검출한다. 특정한 실시 예들에서, 피드백 증폭기로부터의 출력 신호들보다 큰, 결합된 시뮬레이팅된 광 검출기 입력 및 사인파의 집합의 크기는 이상 플라즈마 이벤트의 검출을 발생시킨다.

도 2의 경사 변화 검출 유닛의 기능은 도 4의 아날로그 전자 회로를 활용하여 구현될 수도 있지만, 일부 다른 구현 예들에서, 도 2의 기능은 디지털 방식으로, 예컨대 필드-프로그래밍 가능 게이트 어레이 (FPGA) 에 의해 구현될 수도 있다. 일부 다른 구현 예들에서, 경사 변화 검출 유닛은 광 검출기로부터의 출력 신호의 경사에 변화가 발생했는지 여부를 결정하기 위해, 광 검출기 (112) 로부터의 광 데이터 신호와 같은 미가공 광 데이터 신호의 미분을 취하도록 동작할 수도 있는 미분기를 사용할 수도 있다. 미분기로부터의 출력 신호는 입력 신호 전압의 변화 레이트 (예를 들어, 시간에 대한 미분) 에 비례할 수도 있다. 광 검출기로부터와 같이, 미가공 광 데이터 신호의 미분은 고속 비교기 (224) 와 같은 비교기의 입력 포트로 전달될 수 있다. 고속 비교기는 미가공 광 데이터 신호의 경사 사이의 차가 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 미가공 광 데이터 신호들과 문턱 값 사이의 비교를 야기할 수도 있다. 일부 예들에서, 문턱 값 감도는 오경보를 방지하기 위해 증착 동안 프로세스 변화들에 따라 조정될 수 있다. 변화가 변화 문턱 값을 초과하면, 비교기 (224) 는 제 1 전압에 대해 증가된 크기를 갖는 제 2 전압에서 TTL 신호를 다시 출력할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 경사 변화 검출 유닛은 미가공 광 전압 신호를 주파수 도메인으로 변환하기 위해 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 사용할 수도 있다. 주파수 도메인으로 표현된 신호들은, 예컨대 아크 발생 (또는 다른 이상 플라즈마 이벤트들) 과 연관된 특정한 주파수 컴포넌트들이 특정한 문턱 값 양보다 큰 강도들로 존재하는지 여부를 결정하도록 활용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트의 발생에 응답하여 예기치 않은 주파수가 검출되면 (또는 문턱 값을 초과하는 레벨에서 검출되면), 출력 신호가 생성될 수도 있다.

이상 플라즈마 이벤트의 검출에 응답하여, 예컨대 TTL 신호의 생성에 의해, 제조 챔버에 커플링된 RF 전력을 조정하는 것과 같은 다양한 응답들 및 액션들이 취해질 수도 있다. 일부 예들에서, 조정들은 RF 전력 (예를 들어, LF, HF, 또는 모두) 을 감소시키는 (또는 완전히 중단하는) 것을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, RF 전력의 크기가 0으로 감소된 후, RF 전력은 아크 (또는 제조 챔버 내의 다른 이상 플라즈마 이벤트) 로 하여금 중단되게 하기 충분한 일부 시간 기간 후에 이전 레벨로 상승될 수도 있다. RF 전력의 이러한 상승은 선형 또는 비선형 상승에 대응할 수도 있다. 일부 다른 예들에서, RF 전력의 조정은 시간 기간 동안 0이 아닌 레벨로 RF 전력 (예를 들어, LF, HF, 또는 모두) 을 감소시키는 단계, 및 이어서 원래 레벨에 대응하는 레벨로 전력을 상승시키는 것을 포함할 수도 있다.

도 5는 시간의 함수로서 챔버의 프로세스 스테이션에 커플링된 RF 전력을 나타내는 파형 (500) 을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시간 t1 RF 전력 (예를 들어, 도 1의 RF 생성기 (110) 에 의해 공급된 전력) 은 전력 레벨 P1에 대응한다. 시간 t1에서, 이상 플라즈마 이벤트의 검출에 응답하여, RF 전력은 전력 레벨 P2로 하강되고 t1로부터 시간 t2까지의 시간 기간 동안 유지된다. 시간 t2에서, RF 전력은 RF 출력 전력이 레벨 P1에 도달할 때까지 시간 t2와 시간 t3 사이에 점진적으로 증가된다 (예를 들어, 램핑된다 (ramp)). 일부 실시 예들에서, RF 전력 감소는 예를 들어 10 ％ 또는 30 ％의 감소와 같은 백분율 감소일 수도 있다. 그러나 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않고, 임의의 백분율, 예컨대 5 ％, 10 ％, 20 ％, 30 ％, 등의 RF 전력 감소를 포괄하도록 (embrace) 의도된다는 것이 이해될 것이다.

일부 구현 예들에서, 예를 들어, 대응하는 필터링되지 않은 데이터 포인트로부터 광 검출기 신호의 저역 통과 필터링된 데이터 포인트의 감산을 통해 이상 플라즈마 이벤트의 강도를 결정함으로써 검출된 이상 플라즈마 이벤트의 크기에 대한 결정이 이루어질 수도 있다. 대응하는 필터링되지 않은 데이터 포인트로부터 저역 통과 필터링된 데이터 포인트의 감산은 예를 들어, 아크 광 강도의 추정을 야기할 수도 있다. 이러한 결정 (또는 이상 플라즈마 이벤트의 강도의 일부 지표를 제공할 수도 있는 다른 결정들) 은 이러한 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트에 응답하여 RF 시스템 조정의 정도를 결정하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 검출된 이상 플라즈마 이벤트가 감소된 크기라면, 시스템은 RF 생성기(들)로 하여금 제 1 레벨에서 보다 낮은 전력 모드로 스위칭하게 할 수도 있다. 그러나 검출된 RF 이벤트의 크기가 특정한 문턱 값 크기에 도달하면, 시스템은 RF 생성기(들)로 하여금 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨에 있는 또 다른 보다 낮은 전력 모드로 스위칭하게 할 수도 있다. 이러한 시스템들에서, 복수의 전력 레벨들이 지원될 수도 있고, 지원되는 전력 레벨들은 이상 플라즈마 이벤트 강도의 상이한 문턱 값 크기에 대응할 수도 있다. 이들 예들에서, 시스템은 검출된 아크 이벤트가 속하는 아크 강도 크기들의 범위와 연관된 전력 레벨을 선택할 수도 있다.

도 6a는 실시 예 (600A) 에 따른 경사 변화 검출 유닛의 출력 신호와 함께 RF 전력을 나타내는 또 다른 파형을 도시한다. 도시된 바와 같이, RF 생성기의 RF 전력 출력은 오실레이팅하고 경사 변화 검출 유닛의 출력 신호는 상대적으로 편평한 상수 라인에 대응한다. 검출된 이상 플라즈마 이벤트에서, 경사 변화 검출 유닛의 출력 신호의 진폭은 증가하고 RF 전력 유닛은 RF 전력 출력 신호를 차단한다. 일부 예들에서, 경사 변화 검출 유닛 신호 상승과 RF 전력 출력의 조정 사이의 응답 시간은 약 2 ㎲에 대응할 수도 있다.

이상 플라즈마 이벤트들 (예를 들어, 전기 아크의 형성) 이 반도체 웨이퍼의 에지 부분 위 또는 아래에서 발생하는 일부 실시 예들에서, 아크 강도 및 프로세스 파라미터들은 RF 전력이 감소되어야 하는 양을 규정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 고 RF 전력은 보다 분산된 RF 플라즈마를 야기한다. 이에 따라, 프로세스 스테이션에 커플링된 RF 전력을 하강시키는 것은 전극들 사이의 영역으로 플라즈마를 한정하도록 동작할 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 에지 부분에서 전기 아크의 발생에 응답하여, RF 전력을 감소시키는 것은 웨이퍼 에지들 상의 플라즈마 밀도를 감소시킬 수도 있고 따라서 생성된 플라즈마를 전극들 사이의 영역으로 그리고 보다 웨이퍼의 중심을 향하여 집중시킬 수도 있다. RF 전력을 하강시키는 것은 또한 전극에서 전압을 하강시키도록 동작할 수도 있고, 이는 결국 이러한 이벤트들이 웨이퍼의 중심을 향해 (에지 부분들로부터 멀어지게) 발생하더라도, 이상 플라즈마 이벤트들 (예를 들어, 아크 발생) 의 발생을 감소시키는 것을 돕는다. 이상 플라즈마 이벤트들 및 프로세스 파라미터들의 강도는 또한 RF 전력이 하강되는 양을 규정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 아크 강도가 클수록 RF 전력이 보다 많이 감소한다. 부가적으로, 매우 저압 프로세스에 대해, 플라즈마는 (동일한 전력, 가스들, 및 다른 파라미터들에 대해) 고압 프로세스와 비교하여 분산될 수도 있다. 따라서, 이러한 경우들에서, 전력은 보다 큰 플라즈마의 한정을 야기하도록 보다 하강되어야 할 수도 있다.

상기 기술된 장치와 같은 이상 플라즈마 이벤트 검출 장비는 대안적인 구성들로 배열될 수도 있다. 보다 구체적으로, 신호 프로세서 (108) 는 상이한 위치들에 위치될 수도 있고 상이한 구성들을 포함할 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 도 1에서, 신호 프로세서는 프로세싱 챔버 내부와 상이한 위치, 예컨대 툴의 상이한 부분에 위치될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 광 신호들은 프로세싱 챔버 (102) 내의 위치로부터 신호 프로세서의 광 검출기로 예컨대 광섬유 케이블 (106) 을 통해 송신될 수도 있다.

도 6b는 일 실시 예에 따른, 프로세스 스테이션 내에서 공칭 동작 조건들 하에서 광학 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일들의 그룹 (600B) 을 도시한다. 도 6b의 수직 축은 스펙트럼 밀도의 측정 값 (예를 들어, 총 스펙트럼의 백분율) 을 나타내는 한편, 도 6b의 대수적으로 눈금이 매겨진 수평 축은 주파수를 나타낸다. 따라서, 프로파일들의 그룹 (600B) 의 프로파일은 약 400 ㎑ (즉, ± 10 ％) 및 약 13.56 ㎒ (즉, ± 10 ％) 의 주파수에 커플링된 RF 전력에 응답하여 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타낸다. 도 6b의 특정한 예에서, 광학 에너지 변동의 스펙트럼 밀도는 4 개의 샘플링 기간들에 걸쳐 도시되고, 여기서 프로파일 각각은 4 개의 샘플링 기간들 중 하나에 걸친 광학 에너지 변동의 스펙트럼 밀도를 나타낸다. 따라서, 제조 챔버로의 RF 전력 (예를 들어, 400 ㎑ 및 13.56 ㎒의 주파수를 포함함) 의 커플링에 응답하여, 플라즈마로부터의 광 신호는 400 ㎑ 기본 주파수 (± 10 ％), 뿐만 아니라 약 800 ㎑ (± 10 ％) 및 1600 ㎑ (± 10 ％) 와 같은 400 ㎑의 고조파에서 변동하거나 오실레이팅한다. 부가적으로, 플라즈마로부터의 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도는 약 100 ㎑ 내지 약 50 ㎒의 주파수들에서 적은 양만큼만 가변한다는 것이 인식될 수도 있다. 예를 들어, 약 100 ㎑의 주파수에서, 플라즈마에 의해 생성된 광 신호의 스펙트럼 밀도는 플라즈마로부터 변동하는 광 신호의 총 스펙트럼의 약 0.8 ％ 내지 약 1.2 ％ 범위일 수도 있다.

도 6c는 일 실시 예 (600C) 에 따른, 프로세스 스테이션 내 공칭 동작 조건들 하에서 광학 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일들의 그룹뿐만 아니라 이상 플라즈마 이벤트가 프로세스 스테이션 내에서 발생하는 동안 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일을 도시한다. 도 6b의 수직 축과 유사하게, 도 6c의 수직 축은 스펙트럼 밀도의 측정 값 (예를 들어, 총 광 에너지의 백분율) 을 나타내는 한편, 도 6c의 대수적으로 눈금이 매겨진 수평 축은 주파수를 나타낸다. 프로파일들의 그룹 (610) 의 프로파일은 RF 전력 (예를 들어, 400 ㎑ 및 13.56 ㎒) 의 제조 챔버로의 커플링에 응답하여 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 변동하는 플라즈마의 광학 에너지의 스펙트럼 밀도를 나타낸다. 도 6c의 특정한 예에서, 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도는 3 개의 샘플링 기간들에 걸쳐 도시되고, 각각은 프로파일들 (610) 중 하나에 대응한다. 제조 챔버로의 RF 전력의 커플링 (예를 들어, 400 ㎑ 및 13.5 ㎒) 에 응답하여, 플라즈마에 의해 생성된 광 신호는 400 ㎑ 기본 주파수에 대응하는 제 1 피크 주파수에서 변동하거나 오실레이팅할 수도 있다. 플라즈마에 의해 생성된 광 신호는 약 800 ㎑ 및 (1600 ㎑) 1.6 ㎒와 같은 고조파에서 부가적으로 변동하거나 오실레이팅할 수도 있다. 부가적으로, 프로파일들 (610) 각각의 스펙트럼 밀도는 약 100 ㎑ 내지 약 50 ㎒의 주파수들에서 단지 적은 양만큼만 가변한다는 것이 인식될 수도 있다.

그러나, 프로파일들 (610) 에 더하여, 도 6c는 제조 챔버 내에서 발생하는 이상 플라즈마 이벤트 (예를 들어, 아크) 에 응답하여 광학 에너지 변동의 스펙트럼 밀도를 나타내는 프로파일 (620) 을 부가적으로 도시한다. 따라서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 이상 플라즈마 이벤트 동안, 광학 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도는 약 600 ㎑ 내지 약 3.6 ㎒ 사이에서 눈에 띄게 증가된다. 다른 실시 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트 동안, 광학 에너지 변동의 스펙트럼 밀도는 약 400 ㎑ (± 10 ％) 내지 약 4 ㎒ (± 10 ％) 와 같은 상이한 주파수 범위들에서 눈에 띄게 상승될 수도 있다. 예를 들어, 약 1 ㎒ (1000 ㎑) 에서, 챔버 내에서 이상 플라즈마 이벤트 동안 관찰될 수도 있는 프로파일 (620) 의 스펙트럼 밀도는 약 2 ％의 값에 대응한다. 이는 약 1 ％의 값에 대응하는 프로파일 (610) 에 의해 나타낸 바와 같은 공칭 조건들 하에서 관찰된 스펙트럼 밀도와 비교될 수도 있다. 따라서, 도 6c에 도시된 바와 같이, (예를 들어, 프로파일 (620) 에 의해 입증된 바와 같은) 이상 플라즈마 이벤트는 특정한 주파수 범위들 사이의 플라즈마 변동들의 스펙트럼 밀도의 상당한 상승을 관찰함으로써 나타낼 수도 있다.

도 6c의 특정한 예에서, 이상 플라즈마 이벤트는 특정한 주파수 또는 주파수들의 범위에 걸쳐서 (예를 들어, 약 1 ％의 스펙트럼 밀도로부터 약 2 ％의 스펙트럼 밀도까지) 제조 챔버의 공칭 플라즈마 조건들과 관련하여, 특정한 주파수에서 또는 특정한 주파수들의 범위에 걸쳐, 약 100 ％의 스펙트럼 밀도의 상승을 관찰하거나 검출하는 것을 통해 나타난다. 부가적으로, 스펙트럼 밀도의 이러한 상승들은 약 400 ㎑ (± 10 ％) 내지 4 ㎒ (± 10 ％) 의 주파수들에서 관찰될 수도 있지만, 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않고 약 400 ㎑ 이하의 주파수들뿐만 아니라 약 4 ㎒ 이상의 주파수들과 같은 다른 주파수 범위들에서 관찰된 스펙트럼 밀도들 및/또는 스펙트럼 밀도 프로파일들을 포괄할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 더하여, 다른 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트들은 공칭 동작 조건들에 비해 플라즈마로부터 변동하거나 오실레이팅하는 신호의 스펙트럼 밀도의 보다 작은 상승에 의해 나타낼 수 있다. 예를 들어, 특정한 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트는 100 ％ 미만, 예컨대 75 ％, 50 ％, 등의 스펙트럼 밀도의 상승에 응답하여 식별될 수도 있고, 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않고 스펙트럼 밀도의 다른 상승들을 포괄할 수도 있다.

특정한 구현 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트는 공칭 동작 조건들 하에서 관찰된 스펙트럼 밀도들의 표준 편차들에 대한 스펙트럼 밀도의 상승에 응답하여 식별될 수도 있다. 따라서, 일 예에서, 이상 플라즈마 이벤트는 공칭 (또는 기준) 플라즈마 조건들을 나타내는, 프로파일들 (610) 과 같은, 프로파일들의 그룹에 대한 스펙트럼 밀도의 표준 편차를 먼저 계산함으로써 식별될 수도 있다. 또 다른 예에서, 이동 평균 (이동 표준 편차와 함께) 이 특정한 지속 기간에 걸쳐 계산될 수 있다. 또 다른 예에서, 표준 편차는 시간의 함수로서 사이즈가 확대되는 시간 윈도우를 사용하여 연속적으로 계산될 수도 있다. 표준 편차들, 또는 다른 통계적 측정들을 계산하기 위한 방법론들은 프로세스 스테이션에서 수행될 특정한 프로세스에 종속될 수도 있고 웨이퍼의 프로세싱 동안 변화할 수도 있다.

기준 스펙트럼 밀도를 활용하여 표준 편차를 계산하는 것에 응답하여, 이상 플라즈마 이벤트는 (예를 들어) 계산된 표준 편차 (예를 들어, 스펙트럼 밀도의 기준을 활용하는 표준 편차) 보다 큰 1의 표준 편차인 진폭을 갖는 스펙트럼 밀도 프로파일을 특징으로하는 플라즈마로부터의 변동하는 신호를 관찰하는 것에 응답하여 식별될 수도 있다. 또 다른 예에서, 이상 플라즈마 이벤트는 계산된 표준 편차 (예를 들어, 기준 스펙트럼 밀도를 활용하는 표준 편차) 보다 큰 2의 표준 편차인 진폭을 갖는 스펙트럼 밀도 프로파일을 관찰하는 것에 응답하여 식별될 수도 있다. 그러나, 개시된 구현 예들은 공칭 조건들 하에서 동작하는 플라즈마로부터 변동하는 신호의 스펙트럼 밀도 프로파일들에 대해 임의의 수의 표준 편차들만큼 상이한 이상 플라즈마 이벤트들을 나타내는 스펙트럼 밀도 프로파일들을 포괄하도록 의도된다.

도 1을 다시 간략히 참조하면, 특정한 실시 예들에서, 신호 프로세서 (108) 는 광 검출기 (112) 로부터의 미가공 출력 신호들에 대한 분석을 수행하도록 프로그래밍될 수도 있다. 이러한 실시 예들 중 하나 이상에서, 광 검출기 (112) 로부터의 출력 신호들의 분석은 프로세스 스테이션 내의 다양한 동작 조건들 하에서 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도를 결정하도록 활용될 수도 있다. 따라서, 도 6c를 참조하면, 미리 결정된 시간 기간들에 걸친 플라즈마 에너지 변동들을 나타내는 프로파일들은 플라즈마 소스의 광학 에너지 변동들의 총 스펙트럼의 분율 또는 백분율로서 다양한 주파수들에서 스펙트럼 밀도를 결정하도록 분석될 수도 있다. 일부 예들에서, 신호 프로세서 (108) 에 의해 수행된 이러한 분석은 광 검출기 (112) 로부터의 출력 신호에 대해 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 수행하는 것을 수반할 수도 있다. 하나 이상의 미리 결정된 시간 기간들에 걸쳐 광 검출기 (112) 로부터의 출력 신호들에 대한 FFT의 수행에 이어, 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도는 도 6b/도 6c와 유사한 방식으로 플롯팅될 수도 있다. 광 에너지 변동들의 스펙트럼 밀도의 분석에 응답하여, 신호 프로세서 (108) 는 이상 플라즈마 이벤트가 발생했다고 결정할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트는 광 에너지 변동들의 특정한 주파수들, 예컨대 약 400 ㎑ 내지 약 4 ㎒에서 스펙트럼 밀도의 상승을 검출하는 것에 응답하여 식별될 수도 있다. 이상 플라즈마 이벤트는 공칭 플라즈마 조건들 동안 관찰된 스펙트럼 밀도에 상대적인 문턱 값 양보다 큰 진폭을 갖는 스펙트럼 밀도를 관찰하는 것에 응답하여 식별될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 문턱 값 양은 예를 들어, 공칭 플라즈마 조건들 동안 계산된 스펙트럼 밀도들에 대해 참조된 1 또는 2의 표준 편차들에 대응할 수도 있다. 이상 플라즈마 이벤트들은 공칭 플라즈마 조건들 동안 계산된 스펙트럼 밀도들을 참조하여, 1 또는 2의 표준 편차들 이외의 진폭들을 갖는 스펙트럼 밀도를 관찰하는 것에 응답하여 식별될 수도 있고, 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않는다. 이에 더하여, 이상 플라즈마 이벤트들은 약 400 ㎑ 내지 약 4 ㎒ 이외의 주파수들에서 스펙트럼 밀도의 증가를 검출함으로써 식별될 수도 있고, 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않는다. 오히려, 구현 예들은 플라즈마의 광학 에너지의 임의의 범위의 오실레이션들 또는 변동들에 걸쳐 스펙트럼 밀도의 검출을 포괄하도록 의도된다.

도 6d 및 도 6e는 도 1의 제 1 예시적인 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치의 대안적인 구성들을 도시한다. 도 6d에서, 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치 (600D) 는 광섬유 케이블을 포함하지 않을 수도 있다. 오히려, 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치 (600D) 는 광 검출기가 프로세싱 챔버 (602A) 에서 플라즈마의 광 신호를 획득하도록 프로세싱 챔버 (602A) 에 또는 프로세싱 챔버 (602A) 상에 위치된 신호 프로세싱 유닛 (608A) 을 포함할 수도 있다. 광 검출기 (612A) 로부터의 출력 신호들은 고속 비교기 (614A) 를 활용하여 프로세싱될 수도 있다. 이어서 고속 비교기 (614A) 로부터의 출력 신호는 RF 생성기 (610A) 로 송신된다. 일부 실시 예들에서, 장치는 프로세싱 챔버 (602A) 와 광 검출기 (612A) 사이에 렌즈 (604) 를 포함할 수도 있다. 도 6e에서, 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치 (600E) 는 광섬유 케이블 (606B) 을 통해 RF 생성기 (610B) 의 일부로서 신호 프로세싱 유닛 (608B) 에 커플링된 렌즈 (604B) 를 포함한다. 이러한 예들에서, 광 검출기 (612B) 는 또한 RF 생성기 (610B) 의 컴포넌트일 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, RF 생성기 (610A) 는 부가적인 고속 비교기가 활용되지 않도록 고속 비교기 (614B) 를 포함할 수도 있다. 이상 플라즈마 이벤트 검출 장치 (600E) 의 장점은 프로세싱 챔버 (602B) 및 신호 프로세싱 유닛 (608B) 주변의 잡음이 신호 프로세싱 유닛 (608B) 에 의해 활용되고 생성된 신호들에 영향을 주지 않을 수도 있다는 것이다.

다양한 기법들이 또한 프로세싱 챔버 내에서 아크 이벤트들을 검출하고 완화시키기 위해 사용될 수도 있다. 도 7a는 실시 예 (700A) 에 따른, 이상 플라즈마 이벤트의 효과들을 검출하고 완화하는 제 1 예시적인 기법에 대한 플로우 차트를 도시한다. 기법은 701에서 시작되고 703에서 플라즈마의 변동하는 발광에 의해 생성된 광 신호가 검출된다. 상기 언급된 바와 같이, 플라즈마는 광의 다양한 파장들을 방출하고 광 센서 또는 광 검출기, 예컨대 광 검출기 (112) 는 플라즈마에 의해 방출된 광을 검출하도록 구성된다. 부가적으로, 705에서, 광 신호는 전압 신호로 변환되고 이 변환은 광 센서 또는 광 검출기에 의해 수행될 수도 있다. 707에서, 전압 신호는 조정된 전압 신호를 형성하도록 조정된다. 이 조정은 도 2에 대해 기술된 바와 같이 미가공 광 전압 신호를 필터링 및/또는 오프셋하고, 미가공 광 전압 신호의 미분을 취하거나, 미가공 광 전압 신호의 FFT 분석을 사용하는 것과 같이, 상기 기술된 임의의 기법들에 따를 수도 있다.

조정될 미가공 광 전압 신호에 응답하여, 709는 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 결정은 이들 2 개의 신호들 사이의 임의의 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 미가공 광 전압 신호와 필터링된 전압 신호 및/또는 오프셋 전압 신호 (즉, 조정된 전압 신호) 를 비교하는 것과 같은, 상기 기술된 임의의 비교들일 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 이들 2 개의 신호들 사이의 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부에 대한 결정이 이루어지고, 이는 결국 프로세싱 챔버 내에서 발생하는 아크 또는 다른 타입의 이상 플라즈마 이벤트를 나타낼 수도 있다. 이들 실시 예들 (즉, 필터링된 광 신호를 활용하는 실시 예들) 에서의 결정은 필터링된 신호 및/또는 오프셋 신호 자체의 변화들에만 기초하는 것이 아니라, 필터링된 신호 및/또는 오프셋 신호에 대한 미가공 전압 신호의 변화들에 기초한다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 아크 또는 다른 타입의 이상 플라즈마 이벤트의 발생을 나타내는 필터링된 신호에 대한 미가공 전압 신호의 변화이다. 두 신호들을 활용하는 것에 응답하여, 이 비교는 여전히 조정된 전압 신호와 연관된 결정이다. 문턱 값은 예를 들어 변화의 레이트 및 변화의 크기와 같은 다양한 파라미터들에 따라 선택될 수도 있다.

709의 일부 다른 실시 예들에서, 이상 플라즈마 이벤트가 발생한다는 결정은 미분 및/또는 FFT 방법을 활용하는 것과 같이, 문턱 값에 대해 조정된 전압 신호의 변화들에 기초할 수도 있다. 여기서, 결정은 조정된 전압 신호의 변화들에 기초할 수도 있다. 예를 들어, 미분 기법의 출력 신호는 이 조정된 전압 신호의 결정이 아크 발생을 직접적으로 나타낼 수 있도록 광 신호의 변화 레이트에 대한 직접적인 상관을 수반할 수도 있다.

711에서, 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과한다는 결정이 이루어지면, 완화 액션들이 취해질 수도 있다. 이들 완화 액션들은 상기 기술된 바와 같이, RF 전력 출력을 시간 기간 동안 보다 낮은 전력 레벨로 감소시키고 이어서 RF 전력 출력을 초기 전력 레벨로 다시 램핑함으로써 RF 생성기의 출력 파라미터들을 조정하는 것을 포함할 수도 있다.

도 7a에 도시되지 않았지만, 상기 기술된 바와 같이, 이 기법은 또한 709의 결정이 TTL 신호로 하여금 생성되고 RF 생성기로 전송되게 한다는 것을 나타내는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, RF 생성기는 TTL 신호를 수신하고 RF 생성기의 출력 전력을 감소시키는 것과 같이 RF 생성기의 하나 이상의 파라미터들에 대한 응답을 유발하도록 구성된다. 이 기법의 부가적인 양태는 또한 703 전 또는 동시에, RF 전력을 프로세싱 챔버에 커플링함으로써 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수도 있다.

도 7b는 실시 예 (700A) 에 따른, 이상 플라즈마 이벤트의 효과들을 검출하고, 완화시키는 제 2 예시적인 기법에 대한 플로우 차트를 도시한다. 이 기법은 751에서 시작되고, 752에서, RF 생성기로부터 충분한 진폭의 신호에 응답하여 플라즈마가 형성된다. 일부 실시 예들에서, RF 생성기는 예를 들어 약 400 ㎑ (± 10 ％) 및 약 13.56 ㎒ (± 10 ％) 의 신호들을 생성할 수도 있다. 개시된 구현 예들은 이러한 예들로 제한되지 않고 다양한 부가적인 주파수들을 포괄할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 754에서, 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호가 검출될 수도 있다. 검출은 광학 센서 또는 광 검출기에 의해 수행될 수도 있다. 755에서, 신호 프로세서는 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 이러한 컴퓨팅은 플라즈마가 공칭 조건들 하에서 동작하는 동안 발생할 수도 있고, 몇몇 시간 기간들에 걸쳐 발생할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 756에서, 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도가 변동하는 광 신호의 하나 이상의 이전에 계산된 스펙트럼 밀도들과 상이하다는 결정이 이루어질 수도 있다. 그러나, 특정한 다른 실시 예들에서, 756은 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도가 기준 스펙트럼 밀도와 상이하다는 결정을 수반할 수도 있다. 아마도 문턱 값 양만큼, 이전에 계산된 스펙트럼 밀도들 또는 임의의 다른 타입의 기준 스펙트럼 밀도와 상이한 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도에 응답하여, 신호 프로세서는 이상 플라즈마 이벤트가 발생했음을 나타낼 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 반도체 프로세싱 챔버는 이하에 기술된 바와 같이, 2 개 이상의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수도 있고, 스테이션 각각의 발광은 개별적으로 모니터링될 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 챔버는 4 개의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수도 있고, 이들 프로세싱 스테이션들 각각은 대응하는 프로세싱 스테이션으로부터 광 신호를 검출하도록 구성된 별도의 광 검출기를 활용할 수도 있다.

본 명세서에 기술된 장치들 및 기법들은 종래의 이상 플라즈마 이벤트 검출 기법들에 비해 수많은 이점들을 제공한다. 일부 예들에서, 이들 기술된 기법들은 광 신호가 신호에 응답할 수 있는 RF 생성기에 직접적으로 신호를 생성할 수 있는 아날로그 회로를 사용하여 프로세싱될 수도 있기 때문에 보다 빠른 검출 시간 및 완화 응답 시간을 가능하게 한다. RF 생성기와 광 신호 사이의 이러한 직접적인 연결은 빠르고 효율적인 응답 시간을 가능하게 한다. 대조적으로, 종래의 기법들은 검출된 신호가 분석될 프로세서로 전송되고 이어서 프로세서에 의해 RF 생성기로 전송되는 또 다른 신호를 요구할 수도 있다. 전기 아크들과 같은 특정한 이상 플라즈마 이벤트들이 신속하게 형성될 수 있기 때문에, 일부 종래의 기법들에 의한 지연은 웨이퍼 및/또는 다른 장비에 바람직하지 않은 손상을 야기할 수도 있다. 부가적으로, 상기 기술된 바와 같이, 이들 기술된 기법들 및 장치들은 종래의 방법들에 의해 검출될 수 없는 작은 크기의 이상 플라즈마 이벤트들을 검출할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 장치들 및 기법들은 플라즈마를 사용하는 임의의 반도체 프로세스 및 플라즈마가 생성되는 임의의 반도체 프로세싱 챔버에 적용 가능하다. 이들 프로세스들 및 장치들의 예들은 이하에 논의된다.

PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치들

일부 실시 예들에서, 웨이퍼 제조 설비는 프로세스 툴에 포함된 하나 이상의 PECVD 프로세스 스테이션들을 포함할 수도 있다. 프로세스 툴은 예를 들어 이하에 기술된 다른 피처들과 함께, 도 1, 도 6a 및 도 6b에서 상기 기술된 피처들을 포함할 수도 있다.

도 8은 개시된 실시 예들을 실시하기 위해 사용될 수도 있는 예시적인 장치의 블록도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 도 8의 리액터 (800) 는 리액터의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고, 예를 들어 접지된 히터 블록 (820) 과 함께 작동하는 샤워헤드 (814) 를 포함하는 커패시터 타입 시스템에 의해 생성된 플라즈마를 담도록 기능하는 프로세스 챔버 (824) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (806) 에 연결된 고주파수 RF 생성기 (802) 및 저주파수 RF 생성기 (804) 는 샤워헤드 (814) 에 연결된다. 매칭 네트워크 (806) 에 의해 공급된 전력 및 주파수는 예를 들어 400 내지 700 W의 총 에너지와 같은 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하기에 충분하다. 본 발명의 일 구현 예에서, HFRF 생성기 및 LFRF 생성기 모두가 증착 동안 사용될 수도 있지만, 일부 다른 구현 예들에서는 LFRF 생성기의 HFRF 생성기만 사용된다. 통상적인 프로세스에서, 고 주파수 RF 컴포넌트는 일반적으로 약 2 내지 60 ㎒; 적어도 일 실시 예에서, HF 컴포넌트는 약 13.56 ㎒이다. 저 주파수 LF 컴포넌트는 일반적으로 약 250 내지 400 ㎑이다. 일부 실시 예들에서, RF 생성기는 HFRF 생성기 및 LFRF 생성기, 그리고 일부 예들에서 매칭 네트워크를 갖는 것으로 간주될 수도 있다.

반응기 내에서, 웨이퍼 페데스탈 (818) 은 기판 (816) 을 지지한다. 페데스탈은 통상적으로 증착 및/또는 플라즈마 처리 반응들 동안 그리고 증착 및/또는 플라즈마 처리 반응들 사이에 기판을 홀딩하고 이송하기 위해 척, 포크, 또는 리프트 핀들을 포함한다. 척은 정전 척, 기계적 척, 또는 산업계에서 그리고/또는 연구에 사용할 수 있는 다양한 다른 타입들의 척일 수도 있다.

프로세스 가스들은 유입구 (812) 를 통해 도입된다. 복수의 소스 가스 라인들 (810) 은 매니폴드 (808) 에 연결된다. 가스들은 미리 혼합될 수도 있고 또는 미리 혼합되지 않을 수도 있다. 적절한 밸브 및 질량 유량 제어 메커니즘은 프로세스의 증착 및 증착-후 페이즈들 동안 올바른 가스들이 전달되는 것을 보장하도록 채용된다. 화학적 전구체(들)가 액체 형태로 전달되는 경우, 액체 플로우 제어 메커니즘들이 채용된다. 이어서 액체는 기화되고 증착 챔버에 도달하기 전에 기화 지점 이상으로 가열된 매니폴드 내에서의 이송 동안 다른 프로세스 가스들과 혼합된다.

프로세스 가스들은 유출구 (822) 를 통해 챔버 (824) 를 나간다. 진공 펌프 (826) (예를 들어, 1 또는 2 단계 기계적 건조 펌프 및/또는 터보분자 펌프) 가 통상적으로 프로세스 가스들을 인출하고, 스로틀 (throttle) 밸브 또는 펜듈럼 (pendulum) 밸브와 같은 폐루프 제어된 플로우 제한 디바이스에 의해 반응기 내에서 적절하게 저압을 유지한다.

본 발명은 멀티-스테이션 툴 또는 단일 스테이션 툴 상에서 구현될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 4-스테이션 증착 스킴 (scheme) 을 갖는 300 ㎜ Novellus Vector^TM 툴 또는 6-스테이션 증착 스킴을 갖는 200 ㎜ Sequel^TM 툴이 사용된다.

도 9는 인바운드 로드록 (902) 및 아웃바운드 로드록 (904) 을 갖는 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900) 의 실시 예의 개략도를 도시하고, 인바운드 로드록 (902) 및 아웃바운드 로드록 (904) 중 하나 또는 모두는 실시 예 (900) 에 따라, 리모트 플라즈마 소스를 활용할 수도 있다. 대기압에서 로봇 (906) 은, 카세트로부터 포드 (pod) (908) 를 통해 인바운드 로드록 (902) 으로 로딩된 웨이퍼들을 대기 포트 (910) 를 통해 이동시키도록 구성된다. 웨이퍼는 인바운드 로드록 (902) 내의 페데스탈 (912) 상에 로봇 (906) 에 의해 배치되고, 대기 포트 (910) 는 폐쇄되고, 로드록은 펌프 다운된다 (pump down). 인바운드 로드록 (902) 이 리모트 플라즈마 소스를 활용하면, 웨이퍼는 프로세싱 챔버 (914) 내로 도입되기 전에 로드록 내에서 리모트 플라즈마 처리에 노출될 수도 있다. 또한, 웨이퍼는 또한 예를 들어, 수분 및 흡착된 가스들을 제거하기 위해 인바운드 로드록 (902) 내에서 가열될 수도 있다. 다음에, 프로세싱 챔버 (914) 로의 챔버 이송 포트 (916) 가 개방되고, 또 다른 로봇 (미도시) 이 프로세싱을 위해 반응기 내에 도시된 제 1 스테이션의 페데스탈 상의 반응기 내로 웨이퍼를 배치한다. 도 9에 도시된 실시 예는 로드록들을 포함하지만, 일부 실시 예들에서, 프로세스 스테이션 내로 웨이퍼의 직접 진입이 제공될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

도시된 프로세싱 챔버 (914) 는 도 9에 도시된 실시 예에서 1 내지 4로 번호가 붙여진, 4 개의 프로세스 스테이션들을 포함한다. 스테이션 각각은 가열된 페데스탈 (스테이션 1에 대해 918로 도시됨), 및 가스 라인 유입구들을 갖는다. 일부 실시 예들에서, 프로세스 스테이션 각각이 상이한 목적들 또는 복수의 목적들을 가질 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 도시된 프로세싱 챔버 (914) 는 4 개의 스테이션들을 포함하지만, 본 개시에 따른 프로세싱 챔버는 임의의 적합한 수의 스테이션들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 프로세싱 챔버는 5 개 이상의 스테이션들을 가질 수도 있는 반면, 다른 실시 예들에서 프로세싱 챔버는 3 개 이하의 스테이션들을 가질 수도 있다.

도 9는 또한 프로세싱 챔버 (914) 내에서 웨이퍼들을 이송하기 위한 웨이퍼 핸들링 시스템 (990) 의 실시 예를 도시한다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼 핸들링 시스템 (990) 은 다양한 프로세스 스테이션들 사이 그리고/또는 프로세스 스테이션과 로드록 사이에서 웨이퍼들을 이송할 수도 있다. 임의의 적합한 웨이퍼 핸들링 시스템이 채용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 비-제한적인 예들은 웨이퍼 캐로절들 (carousels) 및 웨이퍼 핸들링 로봇들을 포함한다. 도 9는 또한 프로세스 툴 (900) 의 프로세스 조건들 및 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용된 시스템 제어기 (950) 의 실시 예를 도시한다. 시스템 제어기 (950) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 (956), 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들 (954), 및 하나 이상의 프로세서들 (952) 을 포함할 수도 있다. 프로세서 (952) 는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스텝퍼 모터 제어 보드들, 등을 포함할 수도 있다.

도 9에 도시되지 않았지만, 툴 (900) 은 상기 기술된 스테이션 각각에 대한 가스들 및 파이프, 뿐만 아니라 진공 펌프와 같은 반응기 (800) 의 임의의 피처를 포함할 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (950) 는 프로세스 툴 (900) 의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (950) 는 대용량 저장 디바이스 (954) 에 저장되고 메모리 디바이스 (956) 내로 로딩되어 프로세서 (952) 상에서 실행되는 시스템 제어 소프트웨어 (958) 를 실행한다. 시스템 제어 소프트웨어 (958) 는 타이밍, 가스의 혼합물, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 퍼지 조건들 및 타이밍, 웨이퍼 온도, RF 전력 레벨들, 주파수들, 기판 페데스탈, 척 및/또는 서셉터 (susceptor) 위치, 및 프로세스 툴 (900) 에 의해서 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (958) 는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 (subroutines) 또는 제어 객체들은 개시된 방법들에 따른 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (958) 는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 시스템 제어 소프트웨어 (958) 는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (Input/Output Control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, PECVD 프로세스 각각은 시스템 제어기 (950) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. PECVD 프로세스 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 PECVD 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, PECVD 레시피 페이즈들은 PECVD 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 그 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록, 순차적으로 배열될 수도 있다.

시스템 제어기 (950) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 (954) 및/또는 메모리 디바이스 (956) 에 저장된 다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.

기판 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 (918) 상에 기판을 로딩하고 기판과 프로세스 툴 (900) 의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들에 대한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다.

프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택 가능하게 프로세스 스테이션 내 압력을 안정화하기 위해 증착 전에 하나 이상의 프로세스 스테이션들 내로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 임의의 개시된 범위들 내에서 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램이 예를 들어, 프로세스 스테이션의 배기 시스템의 쓰로틀 밸브를 조절함으로써, 프로세스 스테이션 내 압력, 프로세스 스테이션 내로 가스 플로우, 등을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램은 임의의 개시된 압력 범위들 내에서 프로세스 스테이션의 압력을 유지하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.

히터 제어 프로그램은 기판을 가열하도록 사용되는 가열 유닛으로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 가열기 제어 프로그램은 기판으로 (헬륨과 같은) 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다. 히터 제어 프로그램은 임의의 개시된 범위들 내에서 기판의 온도를 유지하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.

플라즈마 제어 프로그램은 예를 들어 본 명세서에 개시된 임의의 RF 전력 레벨들을 사용하여, 하나 이상의 프로세스 스테이션들에서 프로세스 전극들에 인가된 RF 전력 레벨들 및 주파수들을 설정하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 플라즈마 제어 프로그램은 또한 플라즈마 노출 각각의 지속 기간을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.

시스템 제어기 (950) 는, 일부 구현 예들에서, 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 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 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 통해 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, 시스템 제어기 (950) 는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 시스템 제어기 (950) 는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동되는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.

일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (950) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들, 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (950) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들에 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, (RF 전력 레벨들, 주파수, 및 노출 시간과 같은) 플라즈마 조건들, 등을 포함한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다.

프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (950) 의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴 (900) 의 아날로그 출력 연결부 및 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비한정적인 예들은 질량 플로우 레이트 제어기들, (마노미터들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 써모커플들 (thermocouples), 등을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터 데이터로 사용될 수도 있다.

임의의 적합한 챔버가 개시된 실시 예들을 구현하도록 사용될 수도 있다. 예시적인 증착 장치들은 이로 제한되는 것은 아니지만, California, Fremont 소재의 Lam Research Corp.로부터 각각 입수 가능한 ALTUS^® 제품군, VECTOR^® 제품군, 및/또는 SPEED^® 제품군으로부터의 장치, 또는 다양한 다른 상업적으로 입수 가능한 프로세싱 시스템들을 포함한다. 2 개 이상의 스테이션들이 동일한 기능들을 수행할 수도 있다. 유사하게, 2 개 이상의 스테이션들은 상이한 기능들을 수행할 수도 있다. 스테이션 각각은 목표된 바와 같이 특정한 기능/방법을 수행하도록 설계/구성될 수 있다.

PECVD 프로세싱

많은 반도체 제조 프로세스들은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 을 사용하여 재료들을 증착한다. 통상적인 PECVD 반응에서, 기판은 기판 표면 상에 목표된 증착물을 생성하도록 반응 및/또는 분해하는 하나 이상의 휘발성 전구체들에 노출된다. PECVD 프로세스는 일반적으로 반응 챔버 내로 하나 이상의 반응물질들을 흘림으로써 시작된다. 반응물질 전달은 기판 표면을 플라즈마에 노출시키는 플라즈마가 생성될 때 계속될 수도 있고, 이는 결국 증착이 기판 표면 상에서 발생하게 한다. 이 프로세스는 목표된 막 두께에 도달할 때까지 계속되고, 그 후 플라즈마는 일반적으로 소화되고 반응물질 플로우가 종료된다. 다음에, 반응 챔버가 퍼지될 수도 있고 증착-후 단계들이 수행될 수도 있다.

상기 언급된 바와 같이, 일부 구현 예들에서, PECVD 동안 플라즈마 형성을 구동하기 위해 사용된 주파수는 저 주파수 ("LF") 컴포넌트, 고 주파수 ("HF") 컴포넌트, 또는 모두를 포함할 수도 있다. HF 주파수는 약 13.56 ㎒ 또는 약 27 ㎒일 수도 있다. 플라즈마 형성을 구동하기 위해 사용된 HF RF 전력은 약 200 내지 3,000 W일 수도 있다. 이들 전력 레벨들은 전달된 총 전력을 나타내고, 이는 멀티-스테이션 프로세싱 챔버들의 스테이션들 사이에서 분할될 수도 있다. 플라즈마는 단일 스테이션에 대해 600 W 또는 4 개의 스테이션들 각각에 대해 600 W를 발생시키는 4-스테이션 프로세싱 챔버에 대해 2,400 W와 같은, 이 범위 내의 임의의 전력일 수도 있는 제 1 전력 레벨에서 생성될 수도 있다. 플라즈마 노출의 지속 기간은 증착된 막의 목표된 두께에 종속된다. 일부 실시 예들에서, 펄싱된 PECVD 방법들이 사용될 수도 있다. 이들 방법들은 전구체 및/또는 RF 전력 레벨들을 펄싱하는 것을 수반할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, PECVD 동안 플라즈마 형성을 구동하도록 사용된 주파수는 LF 컴포넌트 및 HF 컴포넌트 모두를 포함할 수도 있다. LF 주파수는 약 300 내지 400 ㎑일 수도 있다. 플라즈마 형성을 구동하기 위해 사용된 LF RF 전력은 약 200 내지 2,500 W일 수도 있다.

원자 층 증착

일부 실시 예들에서, 일부 반도체 프로세싱은 각각 "이산적인" 막 두께를 생성하는 복수의 막 증착 사이클들을 수반한다. ALD (Atomic Layer Deposition) 가 이러한 막 증착 방법 중 하나이지만, 막의 박층들을 쌓고 (put down) 반복되는 순차적인 상황에 사용되는 모든 기법은 복수의 사이클들의 증착을 수반하는 것으로 간주될 수도 있고, 본 명세서에 개시된 방법들 및 장치들은 또한 이러한 멀티-사이클 증착 동작들에서 막 두께를 제어하기 위해 일반적으로 사용될 수도 있다.

디바이스 및 피처들 사이즈가 반도체 산업계에서 계속해서 축소됨에 따라, 그리고 또한 3D 디바이스들 구조체들 (예를 들어, Intel의 Tri-Gate 트랜지스터 아키텍처) 이 IC (integrated circuit) 설계에서 보다 일반적이 됨에 따라, 박형의 컨포멀한 (conformal) 막들 (비평면형이더라도, 아래에 놓인 구조체의 형상에 대해 균일한 두께를 갖는 재료의 막들) 을 증착하는 능력은 점점 중요해질 것이다. ALD는 ALD의 단일 사이클이 재료의 단일 박층만을 증착하고, 막 형성 화학 반응 자체 이전에 기판 표면 상에 흡착할 수도 있는 하나 이상의 막 전구체 반응물질들의 양으로 두께가 제한된다는 (즉, 흡착 제한 층 형성) 사실로 인해 박형의 컨포멀한 막들의 증착에 잘 맞는 (well-suited) 막 형성 기법이다. 복수의 "사이클들"은 나중에 목표된 두께의 막을 구축하기 위해 사용될 수도 있고, 층 각각이 박형이고 컨포멀하기 때문에 발생되는 막은 아래에 놓인 디바이스들 구조체의 형상을 실질적으로 따른다 (conform). 특정한 실시예들에서, ALD 사이클 각각은 다음의 단계들을 포함한다:

1. 제 1 전구체로 기판 표면의 노출.

2. 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지.

3. 통상적으로, 플라즈마 및/또는 제 2 전구체를 사용하여, 기판 표면의 반응의 활성화.

4. 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지.

ALD 사이클 각각의 지속 기간은 통상적으로 25 초 미만 또는 10 초 미만이다. ALD 사이클의 플라즈마 노출 단계 (또는 단계들) 는 짧은 지속 기간, 예컨대 1 초 이하의 지속 기간일 수도 있다. 짧은 지속 기간으로 인해, 플라즈마 일관성의 제어는 프로세스 균일성을 촉진할 수 있다. 플라즈마 임피던스 및 전달된 전력의 변동들은 프로세스 균일성에 영향을 줄 수도 있는 두 가지 요인들이다.

RF 전력 소스를 공유하는 복수의 프로세싱 스테이션들을 갖는 반도체 툴에서 멀티-사이클 증착 동작들에 사용된 RF 전력을 제어하기 위한 장치 및 방법들이 제공된다. RF 전력 소스를 공유하는 개별 스테이션들에 인가된 전력 및 RF 전력의 주파수가 제어된다.

도 10은 일 실시 예에 따른, 반도체 기판들 상에 막들을 증착하기 위한 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 도 10의 프로세싱 장치 (1000) 는 진공 펌프 (1018) 에 의해 진공 하에 유지될 수도 있는 내부 볼륨 내 단일 기판 홀더 (1008) 와 함께 단일 프로세싱 챔버 (1002) 를 갖는다. 또한, (예를 들어) 막 전구체들, 캐리어 가스 및/또는 퍼지 가스 및/또는 프로세스 가스, 이차 반응물질들, 등의 전달을 위해 가스 전달 시스템 (1001) 및 샤워헤드 (1006) 가 챔버에 유체적으로 커플링된다. 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 장비가 또한 도 10에 도시된다. 도 10에 개략적으로 예시된 장치는 반도체 기판들 상에서 CVD (chemical vapor deposition) 또는 ALD와 같은 막 증착 동작들을 수행하기 위한 기본적인 장비를 제공한다.

간략함을 위해, 프로세싱 장치 (1000) 는 저압 분위기를 유지하기 위한 프로세스 챔버 바디를 갖는 독립형 프로세스 스테이션으로서 도시된다. 그러나, 본 명세서에 기술된 바와 같이 복수의 프로세스 스테이션들이 공통 프로세스 툴 분위기에―예를 들어, 공통 반응 챔버 내에―포함될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 도 11은 일 실시 예에 따른, 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (1100) 의 구현 예를 도시한다. 또한, 일부 구현 예들에서, 상기 상세히 논의된 것을 포함하는, 프로세싱 장치 (1000) 의 하나 이상의 하드웨어 파라미터들이 하나 이상의 시스템 제어기들에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

프로세스 장치 (1000) 는 분배 샤워헤드 (1006) 로 프로세스 가스들을 전달하기 위해 반응물질 전달 시스템 (1001) 과 유체로 연통한다. 반응물질 전달 시스템 (1001) 은 샤워헤드 (1006) 로 전달을 위해, 프로세스 가스들을 블렌딩 (blending) 및/또는 컨디셔닝하기 (conditioning) 위한 혼합 용기 (mixing vessel) (1009) 를 포함한다. 하나 이상의 혼합 용기 유입구 밸브들 (1020) 은 프로세스 가스들의 혼합 용기 (1009) 로의 도입을 제어할 수도 있다.

일부 반응물질들이 기화 및 프로세스 챔버 (1002) 로의 후속 전달 전에 액체 형태로 저장될 수도 있다. 도 10의 구현 예는 혼합 용기 (1009) 로 공급될 액체 반응물질을 기화시키기 위한 기화 지점 (1003) 을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 기화 지점 (1003) 은 가열된 액체 주입 모듈일 수도 있다. 일부 다른 구현 예들에서, 기화 지점 (1003) 은 가열된 기화기일 수도 있다. 또 다른 구현 예들에서, 기화 지점 (1003) 은 프로세스 스테이션으로부터 제거될 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 기화 지점 (1003) 의 업스트림에 LFC (liquid flow controller) 가 기화 및 프로세싱 챔버 (1002) 로의 전달을 위해 액체의 질량 플로우를 제어하기 위해 제공될 수도 있다.

샤워헤드 (1006) 는 프로세스 스테이션에서 기판 (1012) 을 향해 프로세스 가스들 및/또는 반응물질들 (예를 들어, 막 전구체들) 을 분배하고, 이의 플로우는 샤워헤드로부터 업스트림의 하나 이상의 밸브들 (예를 들어, 밸브들 (1020)) 에 의해 제어된다. 도 10에 도시된 구현 예에서, 기판 (1012) 은 샤워헤드 (1006) 밑에 위치되고 페데스탈 (1008) 상에 놓인 것으로 도시된다. 샤워헤드 (1006) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있고, 기판 (1012) 으로 프로세스 가스들을 분배하기 위해 임의의 적합한 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다.

볼륨 (1007) 이 샤워헤드 (1006) 밑에 위치된다. 일부 구현 예들에서, 페데스탈 (1008) 은 기판 (1012) 을 볼륨 (1007) 에 노출하고 그리고/또는 볼륨 (1007) 의 체적을 가변시키도록 상승되거나 하강될 수도 있다. 선택가능하게, 페데스탈 (1008) 은 볼륨 (1007) 내에서 프로세스 압력, 반응물질 농도, 등을 조절하기 위해 증착 프로세스의 부분들 동안 하강 및/또는 상승될 수도 있다.

도 10에서, 샤워헤드 (1006) 및 페데스탈 (1008) 은 플라즈마에 전력공급하기 위해 RF 전력 공급부 (1014) 및 매칭 네트워크 (1016) 에 전기적으로 접속된다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에너지는 (예를 들어, 적절한 머신 판독가능 인스트럭션들을 갖는 시스템 제어기를 통해) 프로세스 스테이션 압력, 가스 농도, RF 소스 전력, RF 소스 주파수, 및 플라즈마 전력 펄스 타이밍 중 하나 이상을 제어함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들어, RF 전력 공급부 (1014) 및 매칭 네트워크 (1016) 는 목표된 조성의 라디칼 종을 갖는 플라즈마를 형성하도록 임의의 적합한 전력에서 동작될 수도 있다. 유사하게, RF 전력 공급부 (1014) 는 임의의 적합한 주파수의 RF 전력을 제공할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 플라즈마는 하나 이상의 플라즈마 모니터들에 의해 인시츄로 (in-situ) 모니터링될 수도 있다. 일 시나리오에서, 플라즈마 전력은 하나 이상의 전압 센서, 전류 센서 (예를 들어, VI 프로브들과 같은 부하 센서들) 에 의해 모니터링될 수도 있다. 이러한 센서들의 예들은 MKS VI-Probe-4100 및 350을 포함한다. 이러한 센서들은 전압, 전류, 및 위상차들을 측정할 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 센서들은 RF 전력 공급부에 전기적으로 접속될 수도 있고 샤워헤드에 또는 근방에 위치될 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, RF 생성기의 출력 포트에 제시된 임피던스는 플라즈마의 임피던스를 나타낼 수도 있다. 또 다른 시나리오에서, 플라즈마 밀도 및/또는 프로세스 가스 농도는 하나 이상의 OES (optical emission spectroscopy) 센서들에 의해 측정될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들은 이러한 인시츄 플라즈마 모니터들로부터의 측정값들에 기초하여 프로그램적으로 조정될 수도 있다. 예를 들어, 부하 센서는 플라즈마 전력의 프로그램적 제어를 제공하기 위해 피드백 루프에서 사용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 다른 모니터들이 플라즈마 및 다른 프로세스 특성들을 모니터링하도록 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 이러한 모니터들은 이로 제한되는 것은 아니지만, IR (infrared) 모니터들, 음향 모니터들, 및 압력 트랜스듀서들 (transducers) 을 포함할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 플라즈마는 IOC (input/output control) 시퀀싱 인스트럭션들을 통해 제어될 수도 있다. 일 예에서, 플라즈마 활성화를 위한 플라즈마 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 프로세스 레시피의 대응하는 플라즈마 활성화 레시피에 포함될 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세스 레시피들은 프로세스에 대한 모든 인스트럭션들이 그 프로세스와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 플라즈마 프로세스에 선행하는 레시피에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 레시피는 불활성 가스 (예를 들어, 헬륨) 및/또는 반응물질 가스의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 플라즈마 생성기를 전력 설정점으로 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 1 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 2, 후속 레시피는 플라즈마 생성기를 인에이블하기 위한 인스트럭션들 및 제 2 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 3 레시피는 플라즈마 생성기를 디스에이블하기 위한 인스트럭션들 및 제 3 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이들 레시피들은 본 개시의 범위 내에서 임의의 적합한 방식으로 더 세분되고 그리고/또는 반복될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

일부 증착 프로세스들에서, 플라즈마 스트라이크들 (plasma strikes) 은 대략 수 초 이상 지속 기간으로 지속된다. 본 명세서에 기술된 특정한 구현 예들에서, 훨씬보다 짧은 플라즈마 스트라이크들이 프로세싱 사이클 동안 적용될 수도 있다. 이들은 대략 50 ㎳ 미만일 수도 있고, 25 ㎳가 특정한 예이다. 이러한 짧은 RF 플라즈마 스트라이킹은 플라즈마의 신속한 안정화 및 튜닝을 필요로 한다. 플라즈마의 신속한 안정화 및 튜닝을 달성하기 위해, 플라즈마 생성기는 조악-튜닝 컴포넌트 (coarse-tuning component) 및 미세-튜닝 컴포넌트 (fine-tuning component) 를 포함하는 2-단계 튜닝 프로세스를 통해 구성될 수도 있다. 조악-튜닝 컴포넌트에서, 임피던스 매칭은 특정한 임피던스로 미리 설정될 수도 있다. 조악한 튜닝 컴포넌트는 임피던스의 크기가 예를 들어, 50 Ω의 값이도록 미리 설정될 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 조악한 튜닝 컴포넌트는 임피던스의 크기에 영향을 주는 조정들로 제한될 수도 있다. 미세-튜닝 컴포넌트에서, RF 주파수는 위상을 0의 위상 값과 같은 타깃 값에 매칭시키도록 시도하기 위해 기준 주파수로부터 플로팅하게 (float) 될 수도 있다. 통상적으로, 고 주파수 플라즈마들은 약 13.56 ㎒의 주파수에서 생성된다. 본 명세서에 개시된 다양한 구현 예들에서, 주파수는 위상을 타깃 값에 매칭시키기 위해 이 표준 값과 상이한 값으로 플로팅하게 될 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 미세-튜닝 컴포넌트는 임피던스의 위상에 영향을 주는 조정들로 제한될 수도 있다. 임피던스 매칭을 미리 결정된 임피던스로 고정하는 동안 주파수가 플로팅하게 함으로써, 플라즈마는 훨씬보다 신속하게 안정화될 수 있다. ALD 또는 ALE (atomic layer etch) 사이클들과 연관된 스트라이킹들과 같은 매우 짧은 플라즈마 스트라이킹들은 플라즈마의 신속한 안정화로부터 이익을 얻을 수도 있다.

통상적인 증착 사이클의 처음 1 내지 2 ㎳는 플라즈마의 점화를 수반한다. 플라즈마의 점화 후, RF 주파수의 미세 튜닝은 플라즈마 위상을 타깃 값에 매칭시키도록 수행된다.

상기 기술된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 스테이션들이 멀티-스테이션 기판 프로세싱 툴에 포함될 수도 있다. 도 11은 플라즈마 밸런싱 하드웨어를 활용할 수도 있는 예시적인 멀티-스테이션 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 다양한 효율들이 장비 가격 및 동작 비용들 모두에 대해 도 11에 도시된 것과 같은 멀티-스테이션 프로세싱 장치의 사용을 통해 달성될 수도 있다. 예를 들어, 단일 진공 펌프가 모든 4 개의 프로세스 스테이션들에 대해 소비된 프로세스 가스들, 등을 배기함으로써 모든 4 개의 프로세스 스테이션들에 대한 단일 고진공 분위기를 생성하도록 사용될 수도 있다. 구현 예에 따라, 프로세스 스테이션 각각은 가스 전달을 위해 고유의 전용 샤워헤드를 가질 수도 있지만, 동일한 가스 전달 시스템을 공유할 수도 있다. 유사하게, 플라즈마 생성기 장비의 특정한 엘리먼트들이 프로세스 스테이션들 (예를 들어, 전력 공급부들) 사이에 공유될 수도 있지만, 구현 예에 따라, (예를 들어, 샤워헤드들이 플라즈마-생성 전기 전위들을 인가하기 위해 사용된다면) 특정한 양태들이 프로세스 스테이션-특정일 수도 있다. 다시 한번, 이러한 효율들이 또한 반응 챔버 당 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 또는 16, 또는 보다 많은 프로세스 스테이션들과 같은 프로세싱 챔버 당 보다 많거나 보다 적은 프로세스 스테이션들을 사용함으로써 보다 큰 정도 또는 보다 적은 정도로 달성될 수도 있다는 것이 이해된다.

도 9의 기판 프로세싱 장치는 또한 ALD 프로세싱을 수행하도록 채용될 수도 있다. 여기서, 단일 기판 프로세싱 챔버 (914) 는 복수의 기판 프로세스 스테이션들을 포함하고, 각각은 그 프로세스 스테이션에서 웨이퍼 홀더 내에 홀딩된 기판 상에서 프로세싱 동작들을 수행하도록 사용될 수도 있다. 이 특정한 구현 예에서, 멀티-스테이션 기판 프로세싱 장치 (900) 는 4 개의 프로세스 스테이션들 (1, 2, 3, 및 4) 을 갖는 것으로 도시된다. 다른 유사한 멀티-스테이션 프로세싱 장치들이 구현 예, 그리고 예를 들어, 목표된 레벨의 병렬 웨이퍼 프로세싱, 사이즈/공간 제약들, 비용 제약들, 등에 따라 보다 많거나 보다 적은 프로세싱 스테이션들을 가질 수도 있다.

도 9에서, RF 전력은 RF 전력 시스템 (913) 에서 생성되고 스테이션 1 내지 스테이션 4 각각에 분배된다. RF 전력 시스템은 하나 이상의 RF 전력 소스들, 예를 들어, HFRF (high frequency) 및 LFRF (low frequency) 소스, 임피던스 매칭 모듈들, 및 필터들을 포함할 수도 있다. 특정한 구현 예에서, 전력 소스는 고 주파수 또는 저 주파수 소스만으로 제한될 수도 있다. 달리 언급되지 않는 한, 기술된 증착 프로세스들은 고 주파수 전력만을 채용한다고 가정한다. RF 전력 시스템의 분배 시스템은 반응기를 중심으로 대칭이고 고 임피던스를 갖는다. 이 대칭 및 임피던스는 스테이션 각각으로 전달될 대략 동일한 전력의 양들을 발생시킨다. 대략 5 내지 15 ％의 RF 전력의 작은 차들이 분배 시스템 컴포넌트들, 스테이션 정렬들, 온도 차들, 및 프로세스 조건들에서 발생할 수도 있다.

RF 전력의 작은 차들은 다양한 막 특성들, 예를 들어, 조성, 두께, 밀도, 교차 결합량, 화학 물질, 반응 완료, 응력, 굴절률, 유전 상수, 경도, 에칭 선택도, 안정성, 기밀성, 등에서 웨이퍼-대-웨이퍼 (wafer-to-wafer) 불균일성을 유발할 수 있다. 개별 스테이션들에서 플라즈마 전력을 미세 튜닝하고 변화하는 스테이션 조건들에 동적으로 응답하는 능력은 웨이퍼-대-웨이퍼 불균일성을 감소시킬 수도 있다. 본 방법 및 장치는 멀티-스테이션 리액터로 제한되지 않는다는 것을 주의한다; 본 명세서에 개시된 방법 및 장치는 복수의 프로세싱 영역들이 RF 전력 소스를 공유하는 다른 RF 전력 시스템들에 적용된다.

시스템 제어기 (950) 는 ALD를 수행하기 위한 프로세스 툴 (900) 및 이의 프로세스 스테이션들의 프로세스 조건들 및 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 시스템 제어기 (950) 는 증착 프로세스들을 구현하기 위한 머신 판독 가능 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 인스트럭션들은 DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, RF 전력 파라미터 변동들과 같은 스테이션-대-스테이션 변동들, 주파수 튜닝 파라미터들, 압력, 온도, 등과 같은 다양한 프로세스 파라미터들을 제어할 수도 있다. 인스트럭션들은 본 명세서에 기술된 다양한 구현 예들에 따라 막 스택들의 인시츄 증착을 동작시키도록 파라미터들을 제어할 수도 있다.

도 11은 RF 주파수 튜닝을 활용하여 RF 전력 소스를 공유하는 복수의 스테이션들을 갖는 예시적인 멀티-스테이션 플라즈마 반응기의 다양한 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다. 도시된 바와 같이, 고 주파수 RF 전력 소스일 수도 있는 RF 전력 소스 (1101) 는 분배 네트워크 (1121) 를 통해 복수의 스테이션들 (1151) 로 분배된다. HFRF는 약 2 내지 60 ㎒, 또는 약 13.56 ㎒의 주파수를 가질 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 저 주파수 RF 전력 소스는 고 주파수 RF 전력 소스에 더하여 또는 대신하여 사용될 수도 있다. 저 주파수 RF 전력 소스는 약 100 ㎑ 내지 약 1 ㎒, 또는 약 400 ㎑의 주파수를 가질 수도 있다. 특정한 상업적으로 입수 가능한 RF 전력 소스들은 RF 전력의 주파수를 튜닝하는 능력을 포함한다. 이러한 RF 전력 소스들의 예들은 Advanced Engineer의 Paramount 시리즈, MKS의 SurePower 시리즈, Comdel의 CB, CLX, 및 CDX 시리즈, 및 Huettinger의 TruPlasma 시리즈를 포함한다.

RF 전력 소스 (1101) 로부터의 전력은 고정 매칭 모듈 (1103) 을 포함할 수도 있는 임피던스 매칭 시스템을 통해 라우팅될 수도 있다. 고 주파수 RF 전력 소스 및 저 주파수 RF 전력 소스 모두를 포함하는 특정한 구현 예들에서, 고역 통과 필터 및/또는 저역 통과 필터가 또한 존재할 수도 있다. 부가적으로, 특정한 구현 예들에서, RF 전력 소스로부터의 전력은 자동 매칭 모듈을 통해 라우팅될 수도 있다. 고 주파수 RF 전력 소스에 더하여 또는 대신에, 저 주파수 RF 전력 소스를 포함하는 특정한 구현 예들에서 저 주파수 전력이 고정 또는 자동 매칭을 통해 라우팅될 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 자동 매칭 모듈이 RF 전력 주파수를 플라즈마의 부하의 설정된 임피던스에 매칭하도록 사용될 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 플라즈마의 부하의 설정된 임피던스에 RF 전력 주파수를 자동으로 매칭시키지 않는 고정 매칭 모듈이 사용될 수도 있다.

도 11에 도시된 구현 예에서, RF 전력 소스 (1101) 는 분배 네트워크 (1121) 에 연결된다. 분배 네트워크 (1121) 는 RF 전력 소스 (1101) 에 의해 생성된 RF 전력을 복수의 스테이션들 (1151) 각각으로 분배할 수도 있다. 분배 네트워크 (1121) 는 복수의 스테이션들 (1151) 각각에 대한 RF 조정기 (1123) 에 연결된다. 복수의 스테이션들 (1151) 각각에 대해, RF 조정기 (1123) 는 샤워헤드 (1153) 전에 전력 파라미터 센서 (1133) 에 연결된다. 전력 파라미터 센서 (1133) 는 이전에 개시된 임의의 타입의 센서, 예컨대 부하 센서 또는 OES 센서일 수도 있다. RF 전력 소스 (1101) 는 RF 제어기 (1143) 로부터 인스트럭션들을 획득할 수도 있고 스테이션들에 분배된 RF 전력의 주파수를 가변시킬 수도 있다. 인스트럭션들은 하나 이상의 전력 파라미터 센서들 (1133) 에 의해 검출될 때 임피던스에 따른 주파수 조정일 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 부가적인 센서는 모든 스테이션들 (1151) 에서 플라즈마들의 위상을 나타내는 최종 위상을 측정할 수도 있다. 이어서 RF 제어기 (1143) 는 부가적인 센서에 의해 측정된 최종 위상에 따라 스테이션에 분배된 RF 전력의 주파수를 가변시킬 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, RF 제어기 (1143) 는 임피던스의 위상이 0이거나 거의 0이도록 RF 전력의 주파수를 가변시키기 위한 인스트럭션들, 예를 들어, 코드를 포함할 수도 있다. 도 11에 도시된 구현 예에서, RF 제어기 (1143) 는 개별 스테이션들의 업스트림에서 RF 전력 소스 (1101) 로부터 RF 전력의 주파수를 가변시킬 수도 있다.

RF 조정기 (1123) 는 RF 제어기 (1143) 에 의해 제어된다. RF 제어기 (1143) 는 스테이션 (1151) 각각에서 센서들 (1133) 로부터의 측정에 기초하여 결정된 양만큼 개별 스테이션들에서 RF 전력을 변화시킬 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, RF 조정기들 (1123) 은 가변 커패시터들일 수도 있다. RF 제어기 (1143) 는 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시킬 수 있는 스텝퍼 모터 (미도시) 를 제어할 수도 있다. 커패시턴스를 가변하기 위한 다른 방식들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, RF 조정기들 (1123) 은 또한 개별 스위치들을 갖는 커패시터들의 뱅크 (bank of capacitors) 일 수도 있다. RF 전력은 특정한 값을 갖는 다수의 커패시터들을 활성화 (턴온) 함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들어, 커패시터들은 스테이션에 1 pF, 2 pF, 4 pF, 8 pF, 및 16 pF 션트 커패시턴스를 더하도록 선택될 수도 있다. 이 예에서, 활성 (턴온) 커패시터 및 비활성 (턴오프) 커패시터의 모든 조합들은 1 pF 분해능으로 0 pF 내지 31 pF 범위를 커버한다. 활성화할 커패시터들을 선택함으로써, 제어기는 스테이션에 대한 RF 전력을 변화시킬 수 있다. 이 디지털 제어는 특히 넓은 범위의 커패시턴스가 커버되어야 할 때 가변 커패시터를 제어하기 위해 스텝퍼 모터를 사용하는 것보다 빠를 수 있다. 가용 공간 및 필요한 제어량에 따라, 당업자는 RF 전력을 특정한 양만큼 변화시키기 위해 하나 이상의 커패시터들을 사용하여 RF 조정기를 설계할 수 있을 것이다.

다른 구현 예들에서, RF 조정기들 (1123) 은 가변 코일 인덕터들일 수도 있다. RF 제어기 (1143) 는 스테이션으로 전달된 RF 전력에 영향을 주도록 가변 코일 인덕터들을 제어할 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, RF 조정기들은 커패시터 및 인덕터들로 제한되지 않는다. 특정한 구현 예들에서, 다른 RF 조정기들 (1123) 은 RF 전력을 변화시키기 위해 상이한 메커니즘들, 예컨대 공진기 회로들 또는 저항성 회로들을 활용할 수도 있다.

센서들 (1133) 은 적어도 하나의 RF 전력 파라미터를 측정한다. 측정된 RF 전력 파라미터는 전압, 전류, 임피던스, 위상, 또는 부하 전력일 수도 있다. 상업적으로 입수 가능한 프로브들은 RF 전력 파라미터를 측정하고 측정 값을 RF 제어기 (1143) 에 제공하도록 사용될 수도 있다. 비-RF 파라미터를 측정하고 이를 RF 제어기 (1143) 에 대한 소스 신호로서 사용하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 스테이션 플라즈마 또는 기판 온도 센서들로부터의 광 방출은 스테이션 특성들을 측정하고 이들을 RF 제어기 (1143) 로 피딩할 수 있다. 광학 방출 시스템은 스테이션 플라즈마에 의해 방출된 광을 수집하기 위해 스테이션 각각의 근방에 설치될 수도 있다. 기판 온도 센서는 기판 아래에 구축된 원격 적외선 검출 시스템을 사용할 수도 있다. 센서 (1133) 는 또한 복수의 RF 전력 파라미터들을 측정할 수도 있고, 또는 복수의 센서들이 복수의 RF 전력 파라미터들을 측정하기 위해 특정한 구현 예들에서 사용될 수도 있다.

일부 구현 예들에서, RF 조정기들은 멀티-사이클 ALD 프로세스와 같은 다단계 프로세스들에 걸쳐 고정된 값 또는 값들의 범위로 설정될 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, RF 전력 파라미터(들)의 실시간 센싱 및 RF 전력의 스테이션-대-스테이션 분포의 조정에 대한 필요성이 거의 없거나 전혀 없다.

스테이션 (1151) 각각은 접지된 페데스탈 (1157) 과 함께 작동하는 샤워헤드 (1153) 를 포함한다. 공급된 전력 및 주파수는 예를 들어 스테이션 당 약 50 W 내지 약 6000 W의 범위 내에서 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하기에 충분하다. 전력 레벨들은 구현 예에 따라 가변할 수도 있다. RF 전력은 샤워헤드 (1153) 를 통해 스테이션 프로세싱 영역에 연결되고 RF 전력이 인가될 때 플라즈마를 생성하거나 유지한다. 플라즈마는 재료가 다양한 메커니즘들에 의해 기판 상에 증착되게 한다. 예를 들어, 플라즈마는 프로세스 가스로 하여금 분해되고 (break down) 기판 표면 상에서 반응하게 할 수 있다. 도시된 구현 예에서, RF 전류는 접지 (1131) 에 연결되는 페데스탈들 (1157) 에서 접지된다. 특정한 다른 구현 예들에서, RF 전류는 샤워헤드들과 같은 챔버 내 상이한 위치에서 접지될 수도 있다.

짧은 사이클 지속 기간들을 갖는 다단계 증착 프로세스들의 플라즈마 활성화 단계는 짧을 수도 있다. 플라즈마 활성화 단계의 지속 기간은 약 150 ㎳ 이하 (예를 들어, 약 50 ㎳) 일 수도 있다. 짧은 지속 기간들로 인해, 플라즈마 일관성의 제어는 프로세스 균일성에 영향을 준다. 플라즈마 밸런싱은 플라즈마 일관성을 제어하기 위해 사용될 수도 있다.

도 8 내지 도 11에 도시되지 않았지만, 이들 도면들의 임의의 툴들은 제어기 (950) 와 같은 임의의 다른 툴의 임의의 피처를 포함할 수도 있고 제어기는 반응기 (800) 에 대해 본 명세서에 기술된 임의의 인스트럭션을 실행하도록 구성될 수도 있다. 부가적으로, 도 8 내지 도 10의 실시 예들 (800, 900, 1000) 에서 각각 식별된 챔버들은 도 1의 챔버 (102) 및 도 6d 및 도 6e의 챔버들 (602A 및 602B) 로 각각 간주될 수도 있다. 부가적으로, RF 생성기들 (110, 610A, 및 610B) 은 또한 도 8 내지 도 11의 HFRF 생성기 및 LFRF 생성기 중 임의의 하나 또는 모두로 간주될 수도 있다.

본 개시의 맥락이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 청구항들 전반에서, 단어들 "포함한다 (comprise)", "포함하는 (comprising)" 등은 "포함하지만, 이로 제한되지 않는 (including, but not limited to)"의 의미로 말하는, 배타적 (exclusive) 에 반대되는, 포괄적인 (inclusive) 의미이거나 총망라하는 (exhaustive) 의미로 해석되어야 한다. 단수형 또는 복수형을 사용한 단어들은 또한 일반적으로 복수형 또는 단수형 각각을 포함한다. 부가적으로, 단어들 "본 명세서에서", "이후로", "상기", "이하" 및 유사한 취지의 단어들은 본 출원을 전체로서 참조하고 본 출원의 임의의 특정한 일부가 아니다. 2 이상의 아이템들의 리스트를 참조할 때 단어 "또는"이 사용될 때, 이 단어는 이하의 단어의 해석들: 리스트의 임의의 아이템들, 리스트의 모든 아이템들, 및 리스트의 아이템들의 임의의 조합 모두를 커버한다. 용어 "구현 예 (implementation)"는 본 명세서에 기술된 기법들 및 방법들의 구현 예들 뿐만 아니라 본 명세서에 기술된 기법들 및/또는 방법들 및/또는 구조체들을 구현하는 물리적 객체들을 참조한다. 용어 "실질적으로", "대략" 및 "약"은 표시된 양의 ± 10 ％를 포함하는 것으로 이해된다.

Claims

반도체 프로세싱 챔버에서 이상 플라즈마 이벤트 (anomalous plasma event) 를 검출하는 방법에 있어서,
반도체 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마에 의해 방출된 광 신호 (optical signal) 를 검출하는 단계로서, 상기 플라즈마는 RF 생성기로부터의 RF 신호에 응답하여 형성되는, 상기 광 신호를 검출하는 단계;
상기 광 신호를 전압 신호로 변환하는 단계;
조정된 전압 신호를 형성하기 위해 상기 전압 신호를 조정하는 단계;
상기 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 RF 생성기로부터의 상기 RF 신호의 출력 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 상기 전압 신호를 조정하는 단계는 저역 통과 필터를 사용하여 상기 전압 신호를 필터링하는 단계를 포함하고, 그리고
상기 결정하는 단계는 상기 전압 신호의 상기 변화들을 상기 조정된 전압 신호와 비교하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 상기 전압 신호를 조정하는 단계는 상기 조정된 전압 신호에 오프셋을 인가하는 단계를 더 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조정된 전압 신호를 형성하기 위해 상기 전압 신호를 조정하는 단계는 상기 전압 신호의 1 차 도함수 (derivative) 를 취하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 생성기의 상기 출력 파라미터를 조정하는 단계는 상기 RF 생성기의 출력 전력을 제 1 전력 레벨로부터 제 2 전력 레벨로 하강시키는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 RF 생성기의 상기 출력 전력을 상기 제 1 전력 레벨로부터 상기 제 2 전력 레벨로 하강시킨 후, 상기 RF 생성기의 상기 출력 전력을 제 1 시간 기간 동안 상기 제 2 전력 레벨로 유지하는 단계; 및
상기 유지하는 단계 후에, 제 2 시간 기간 동안 상기 제 2 전력 레벨로부터 상기 제 1 전력 레벨로 상기 RF 생성기의 상기 출력 전력을 상승시키는 단계를 더 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전력 레벨은 0이 아닌 전력 레벨인, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전력 레벨은 0인, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 챔버 내의 광 강도 또는 프로세스 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여, RF 전력 감소의 제 1 양을 결정하는 단계, 및
상기 RF 생성기의 출력 전력 레벨을 상기 제 1 양만큼 감소시키는 단계를 더 포함하고,
상기 프로세스 파라미터들은, DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, 스테이션-대-스테이션 (station-to-station) RF 전력 변동들, 주파수 튜닝 파라미터들, 압력 및 온도로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
반도체 프로세싱 툴에 있어서,
반도체 프로세싱 챔버;
플라즈마를 생성하고 유지하기 위해 상기 반도체 프로세싱 챔버에 RF 전력을 제공하도록 구성된 RF 생성기;
상기 반도체 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마의 발광 (luminescence) 을 나타내는 광 신호를 검출하도록 구성된 광 검출기 (photodetector) 로서, 상기 광 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성된 상기 광 검출기; 및
경사 변화 검출 유닛 (slope change detection unit) 으로서,
상기 전압 신호를 수신하고,
조정된 전압 신호를 형성하기 위해 상기 전압 신호를 조정하고,
상기 조정된 전압 신호와 연관된 변화들이 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하고, 그리고
상기 결정에 응답하여, 신호로 하여금 상기 RF 생성기에 대한 조정을 유발하도록 구성되는 상기 RF 생성기로 전송되게 하도록 구성된, 상기 경사 변화 검출 유닛을 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 챔버 내의 광으로 하여금 렌즈를 통과하게 하도록 구성된 상기 반도체 프로세싱 챔버 상의 상기 렌즈, 및
상기 렌즈와 상기 광 검출기 사이에 있고 상기 광 검출기에 도달하도록 상기 렌즈를 통과하는 상기 광의 적어도 일부를 전달하도록 구성된 광섬유 케이블을 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 경사 변화 검출 유닛은,
상기 전압 신호를 상기 조정된 전압 신호로 변환하도록 상기 전압 신호를 필터링하기 위한 필터, 및
상기 조정된 전압 신호와 상기 전압 신호 사이의 변화들을 비교하기 위한 비교기를 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 12 항에 있어서,
상기 비교기는 TTL (transistor-transistor logic) 신호를 상기 RF 생성기로 전송하도록 구성된 TTL을 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 RF 생성기는 상기 경사 변화 검출 유닛으로부터 상기 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 RF 전력을 제 1 전력 레벨로부터 제 2 전력 레벨로 감소시키도록 구성되는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 경사 변화 검출 유닛은,
상기 전압 신호를 상기 조정된 전압 신호로 변환하기 위해 상기 전압 신호의 미분을 취하도록 구성된 미분기, 및
상기 조정된 전압 신호의 상기 변화들이 상기 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성된 비교기를 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
광섬유 케이블이 상기 반도체 프로세싱 챔버와 상기 광 검출기 사이에 있고 상기 광 검출기에 도달하도록 상기 반도체 프로세싱 챔버 내에서 상기 플라즈마에 의해 생성된 광을 송신하도록 구성되는, 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 광 검출기는 상기 RF 생성기에 전기적으로 접속되고, 그리고
상기 반도체 프로세싱 챔버로부터의 상기 광 신호는 상기 반도체 프로세싱 챔버로부터 상기 RF 생성기로 피딩되는 (feed), 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 광 검출기 및 상기 경사 변화 검출 유닛은 상기 반도체 프로세싱 챔버 외부에 위치되는, 반도체 프로세싱 툴.
제 18 항에 있어서,
상기 광 검출기 및 상기 경사 변화 검출 유닛은 상기 반도체 프로세싱 챔버와 상기 RF 생성기 사이에 위치되는, 반도체 프로세싱 툴.
제 10 항에 있어서,
상기 광 검출기 및 상기 경사 변화 검출 유닛은 상기 반도체 프로세싱 챔버 상에 위치되는, 반도체 프로세싱 툴.
이상 플라즈마 이벤트를 검출하는 방법에 있어서,
RF 생성기로부터의 신호를 활용하여 플라즈마를 형성하는 단계;
상기 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 (fluctuate) 광 신호를 검출하는 단계;
상기 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계; 및
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도가, 상기 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들로부터 문턱 값 양 (threshold amount) 만큼 상이하다는 것을 결정하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 을 활용하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들은 공칭 (nominal) 조건들 하에서 유지되는 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도들에 대응하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 상기 플라즈마로부터의 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도에 대한 1의 표준 편차에 대응하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 상기 플라즈마로부터의 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도에 대한 2의 표준 편차들에 대응하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 약 400 ㎑의 주파수에서 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 약 400 ㎑ 내지 약 4 ㎒의 주파수에서 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계는 하나 이상의 RF 생성기들에 의해 생성된 복수의 주파수들에서 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 결정하는 단계를 포함하는, 이상 플라즈마 이벤트 검출 방법.
멀티-스테이션 프로세싱 툴로부터 광 신호들을 수신하는 광 검출기로부터의 출력 신호들을 분석하도록 구성된 신호 프로세서를 포함하고,
상기 신호 프로세서는 부가적으로,
반도체 제조 챔버 내에서 형성된 플라즈마에 의해 생성된 변동하는 광 신호를 검출하고;
상기 변동하는 광 신호의 스펙트럼 밀도를 계산하고; 그리고
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도가 상기 플라즈마에 의해 생성된 상기 변동하는 광 신호의 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들로부터 문턱 값 양만큼 상이하다는 것을 결정하도록 구성되는, 장치.
제 29 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 하나 이상의 기준 스펙트럼 밀도들은 상기 플라즈마가 공칭 조건들 하에서 유지되는 동안 계산된 스펙트럼 밀도들에 대응하는, 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 상기 플라즈마로부터의 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도에 대한 1의 표준 편차에 대응하는, 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 문턱 값 양은 공칭 조건들 하에서 유지되는 상기 플라즈마로부터의 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도에 대한 2의 표준 편차들에 대응하는, 장치.
제 29 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도는 약 400 ㎑의 주파수를 갖는 RF 신호가 상기 멀티-스테이션 프로세싱 툴에 커플링되는 동안 계산되는, 장치.
제 33 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도는 400 ㎑ 내지 4 ㎒의 주파수에서 상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도를 결정하도록 계산되는, 장치.
제 34 항에 있어서,
상기 변동하는 광 신호의 상기 스펙트럼 밀도는 상기 멀티-스테이션 프로세싱 툴에 커플링된 상기 RF 신호의 주파수에서 계산되는, 장치.