KR20220058510A - 반도체 프로세스 모듈을 위한 에지 링 또는 프로세스 키트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로, 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용되는 링 어셈블리에 대한 부식을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 방법은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 이용하여 프로세싱하기 전에 플라즈마 프로세싱 챔버의 기판 지지부 상에 배치된 링 어셈블리에 대한 마모를 표시하는 메트릭을 획득함으로써 시작된다. 링 어셈블리에 대한 메트릭은 센서를 이용하여 모니터링된다. 메트릭이 임계치를 초과하는지의 결정이 이루어지며, 메트릭이 임계치를 초과하는 것에 대한 응답으로 신호를 생성한다.

Description

반도체 프로세스 모듈을 위한 에지 링 또는 프로세스 키트{EDGE RING OR PROCESS KIT FOR SEMICONDUCTOR PROCESS MODULE}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링 및 링 어셈블리에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱 챔버들에서, 기판들은 증착, 식각 및 어닐링과 같은 다양한 프로세스들을 겪는다. 프로세스들 중 일부 동안, 기판은 프로세싱을 위해 정전 척(ESC)과 같은 기판 지지부 상에 위치된다. 식각 프로세스에서, 기판에 의해 커버되지 않는, 기판 지지부의 영역들의 부식을 방지하기 위해, 링이 기판 둘레에 위치될 수 있다. 링은 플라즈마를 포커싱하고 기판을 제 위치에 포지셔닝한다.
[0003] 링들은 일반적으로 석영 또는 실리콘 기반 재료로 제조되며, 식각 프로세스에서 링들이 식각 가스들 및/또는 유체들에 노출됨에 따라, 상당히 소모된다. 링들은 웨이퍼 프로세싱 동안 플라즈마에 의해 식각되고, 결국 부식되기 시작한다. 링들의 부식은, 링으로부터 제거된 충분한 재료가 기판의 에지를 따라 프로세싱 플라즈마의 프로파일을 변화시킨 후에 프로세스 드리프트(process drift)를 초래한다. 프로세스 드리프트는 궁극적으로 기판들에 대한 결함들을 초래한다. 프로세스 순응성(process conformity)을 보장하고 제조 결함들이 프로세싱 수율들에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 상당히 부식된 링들은 일반적으로 교체된다. 그러나, 링들을 교체하는 것은 제조 프로세스 장비가 셧다운될 것을 요구하는데, 이는 비용이 많이 든다. 결함들이 생성되기 전에 링들을 교체하기 위해 제조 프로세스를 셧다운시키는 것과, 링의 서비스 수명을 상당히 감소시키고 제조 수율들을 낮추는 것 사이에 절충이 존재한다.
[0004] 따라서, 당해 기술분야에서는 제조 프로세스를 모니터링하고 수율들을 확대시킬 필요가 있다.
[0005] 본 발명은 일반적으로, 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용되는 링 어셈블리에 대한 부식을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 방법은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 이용하여 프로세싱하기 전에 플라즈마 프로세싱 챔버의 기판 지지부 상에 배치된 링 어셈블리에 대한 마모를 표시하는 메트릭을 획득함으로써 시작된다. 링 어셈블리에 대한 메트릭은 센서를 이용하여 모니터링된다. 메트릭이 임계치를 초과하는지의 결정이 이루어지며, 메트릭이 임계치를 초과하는 것에 대한 응답으로 신호가 생성된다.
[0006] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0007] 도 1은 프로세스 챔버에 배치된 링 어셈블리를 갖는 예시적인 기판 지지부의 개략적 단면도이다.
[0008] 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다.
[0009] 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다.
[0010] 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다.
[0011] 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다.
[0012] 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다.
[0013] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 예상된다.
[0014] 반도체 제조를 위해 사용되는 프로세싱 챔버에서, 에지 링들은 웨이퍼/기판을 둘러싸는 프로세스 키트의 부분으로서 사용된다. 기판은 페디스털 또는 정전 척의 최상부 상에 놓이며, 페디스털 또는 정전 척은 일반적으로 에지 링의 설치를 위한 스텝 피처(step feature)를 갖는다. 에지 링은 프로세싱 챔버 내의 기판 상에서의 프로세스 성능을 제어하는 데 사용된다. 에지 링의 열화 또는 부식을 모니터링하는 것은, 프로세싱 성능이 규격으로부터 드리프트되기 전에 에지 링이 교체되는 것을 가능하게 한다. 에지 링 부식을 모니터링하는 현대의 방법들은 경험적으로 결정된다. 아래에 개시되는 실시예들은, 프로세스 드리프트가 허용가능한 임계치들을 초과하는 것을 제한하거나 방지하기 위한, 시간(RF 시간들)이 지남에 따른 에지 링 부식의 액티브 또는 인-시튜(in-situ) 모니터링을 제공한다. 이는, 반도체 제조자들이, 스케줄링된 예방적 유지보수를 정확히 구현하고 성능을 희생하지 않으면서 챔버들 내의 프로세스 키트들의 수명을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
[0015] 도 1은 프로세싱 챔버(100)에 배치된 커버 링(104)을 갖는 예시적인 기판 지지부(115)의 개략적 단면도이다. 여기서 상세하게 논의되지 않지만, 기판 지지부(115)는 통상적으로, 식각 챔버와 같은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치된다. 프로세싱 챔버(100)는 단독으로, 또는 집적 반도체 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 모듈, 또는 클러스터 툴로서 활용될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 접지(129)에 커플링되는 바디(128)를 가질 수 있다.
[0016] 프로세싱 챔버(100)의 바디(128)는 측벽들(103), 리드(lid)(184) 및 최하부 표면(109)을 가질 수 있다. 측벽들(103), 리드(184) 및 최하부 표면(109)은 내부 볼륨(116)을 정의한다. 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)은, 스로틀 밸브(도시되지 않음)를 통해 진공 펌프(134)에 커플링되는 고진공 베셀이다. 동작에서, 기판은 기판 지지부(115) 상에 위치되고, 챔버 내부는 거의 진공 환경까지 펌핑 다운된다.
[0017] 샤워헤드(120)는 리드(184) 가까이 그리고 내부 볼륨(116) 내에 배치된다. 하나 또는 그 초과의 가스들이 가스 패널(160)로부터 샤워헤드(120)를 통해 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116) 내로 유입된다. 샤워헤드(120)는 매칭 네트워크(124)를 통해 RF 전력원(132)에 커플링될 수 있다. RF 전력원(132)으로부터의 전력을 샤워헤드(120)에 인가함으로써, 샤워헤드(120)로부터의 가스는 내부 볼륨(116) 내에서 플라즈마(118)로 점화될 수 있다. 플라즈마는 프로세싱 동안 기판(144)에 피처를 식각하는 데 사용되고, 그 후에 진공 펌프(134)를 통해 프로세싱 챔버(100) 밖으로 펌핑될 수 있다.
[0018] 기판 지지부(115)는, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)으로 다양한 가스들을 공급하는 데 사용되는 샤워헤드(120) 아래에 배치된다. 기판 지지부(115)는 일반적으로, 정전 척(ESC)(102), 커버 링(104) 및 에지 링(105)을 갖는 링 어셈블리(170), ESC(102)를 전기적으로 바이어싱하기 위한 캐소드(106), 절연체 파이프(108), 페디스털 절연체(110), 및 페디스털 지지부(112)를 포함한다.
[0019] 절연체 파이프(108) 및 페디스털 절연체(110)는, 챔버 벽들 및 기판 지지부(115)를, ESC(102)에 인가되는 전기적 바이어스로부터 각각 전기 절연하는 기능을 한다. 기판 지지부(115)는 DC 전력 공급부(152)에 의해 바이어싱될 수 있다. RF 전력원(126)은 선택적으로, 매칭 네트워크(122)를 통해 기판 지지부(115)에 커플링될 수 있다.
[0020] 커버 링(104)은, 에지 링(105) 및 절연체 파이프(108) 상에 놓이는 단일 피스 링일 수 있다. 기판(144)은 기판 지지부(115) 상에 위치될 때, ESC(102) 상에 놓이고, 에지 링(105) 및 커버 링(104)에 의해 둘러싸일 것이다. 에지 링(105) 및 커버 링(104)이 또한, 플라즈마를 포커싱하기 때문에, 에지 링(105) 및 커버 링(104)은 일반적으로, 실리콘 또는 석영으로 제조되고, 프로세싱 동안 소모된다. 일 실시예에서, 커버 링(104)은 석영 재료로 형성되며, 에지 링(105)은 바디(190)를 갖는다. 바디(190)는 실리콘 함유 재료로 형성된다. 플라즈마 식각 챔버들에서, 커버 링(104) 및 에지 링(105)은 플라즈마에 의한 부식으로부터 ESC(102)를 보호할 뿐만 아니라, 프로세싱 동안 기판(144)의 에지 인근의 플라즈마의 분포를 제어한다. 커버 링(104) 및 에지 링(105)의 부식으로 인한 프로세스 드리프트를 방지하기 위해, 에지 링(105) 및/또는 프로세싱 챔버(100)는 에지 링(105)의 마모를 모니터링하기 위한 구조들을 포함한다.
[0021] 에지 링(105)에 대한 마모를 모니터링하기 위한 변형들이 개별 실시예들로서 여기에서 개시된다. 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 링 어셈블리(170)의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다. 도 2a는, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 부분을 도시한다. ESC(102)는 에지 링(105)의 제 1 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0022] 에지 링(105)의 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 플라즈마 환경에 노출되는 최상부 표면(201)을 갖는다. 에지 링(105)의 바디(190)는 최하부 표면(206)을 갖는다. 에지 링(105)의 최하부 표면(206)은 ESC(102) 상에 배치된다. 바디(190)는 추가로, 내부에 임베딩된 마모 표시자 재료(290)를 갖는다. 예컨대, 마모 표시자 재료(290)는, 바디(190)의 재료와는 상이하고 그리고 에지 링(105)이 플라즈마에 의해 마모된 것으로 검출하기에 적절한 재료의 핀(205) 또는 슬러그, 재료의 층, 또는 다른 피처일 수 있다. 마모 표시자 재료(290)는 바디(190)와는 상이한 재료로 형성되고, 검출가능한 상이한 특성들을 가질 수 있다. 예컨대, 마모 표시자 재료(290)는 바디(190)와는 상이한 반사율을 가질 수 있다.
[0023] 도 2a 내지 도 2c의 실시예에서, 마모 표시자 재료(290)는 핀(205)을 참조하여 논의될 것이다. 그러나, 마모 표시자 재료(290)가 환형 링과 같은 다른 적절한 피처일 수 있다는 것이 당업자에 의해 인지되어야 한다. 핀(205)은 에지 링(105)의 최상부 표면(201)에 가장 가까이 그러나 아래로 이격되어 배치되는 상부 표면(251)을 갖는다. 마찬가지로, 핀(205)은 에지 링(105)의 최하부 표면(206)에 가장 가까이 배치되는 하부 표면(256)을 갖는다. 핀(205)의 하부 표면(256)은, 에지 링(105)의 최하부 표면(206)이 핀(205)의 하부 표면(256)과 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 에지 링(105)의 최하부 표면(206)까지 연장될 수 있다. 대안적으로, 핀(205)의 하부 표면(256)은 에지 링(105)의 최상부 표면(201)과 최하부 표면(206) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 핀(205)은 에지 링(105)에 의해 완전히 캡슐화된다. 제 2 실시예에서, 핀(205)의 하부 표면(256)은 에지 링(105)의 최하부 표면(206)의 개구를 따라 또는 개구를 통해 액세스가능하다. 다른 실시예들에서, 마모 표시자 재료(290)는 에지 링(105)의 바디(190) 내에 배치된 재료의 환형 층일 수 있다.
[0024] 핀(205)은 기계적 또는 화학적 기법들에 의해 에지 링의 최하부 표면(206)에 위치될 수 있다. 예컨대, 홀이 에지 링(105)의 최하부 표면(206)에 형성될 수 있고, 핀(205)이 홀 내에 삽입될 수 있다. 핀(205)은 내부에 부착되거나 또는 내부에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 선택적으로, 핀(205)은, 핀(205)을 커버하기 위한 그리고 에지 링(105)의 최하부 표면(206)을 형성하기 위한 실리콘의 증착에 의해, 또는 실리콘 시트와 같은, 에지 링(105)에 대한 추가의 재료 층을 이용하여 완전히 커버(cover over)될 수 있다. 대안적으로, 핀(205)은 플라즈마 프로세싱 기법들 또는 3D 프린팅을 사용하여 에지 링(105)에 형성될 수 있다. 핀(205)은, 에지 링(105)의 최상부 표면(201)으로부터 미리 결정된 깊이로 포지셔닝되는, 에지 링(105)의 바디(190)의 재료와는 상이한 재료의 층이며, 이러한 재료의 층은 최상부 표면(201)의 부식이 발생함에 따라 노출되어 검출될 것이다. 예컨대, 핀(205) 또는 마모 표시자 재료(290)는 석영으로 형성될 수 있는 한편, 에지 링(105)은 SiC와 같은 실리콘 함유 재료로 형성된다.
[0025] 센서(230)는 에지 링(105) 위에 포지셔닝될 수 있다. 에지 링은 정렬 피처(alignment feature)를 가질 수 있다. 정렬 피처는 에지 링(105)을 센서(230)와 배향시키기 위한 키, 핀, 또는 다른 적절한 디바이스일 수 있다. 센서(230)는 샤워헤드(120)에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(230)는 샤워헤드(120)에 배치된다. 센서(230)는 에지 링(105)의 핀(205)(또는 상기 위치)에 포커싱된 시선(line of sight)(232)을 가질 수 있다. 센서(230)는 광학 또는 전기 송신 라인(231)을 통해 제어기(180)에 커플링될 수 있다. 센서(230)는 플라즈마의 부재 시에, 즉, 기판(144)의 프로세싱이 발생하지 않는 동안 동작하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 센서(230)가 챔버(100) 외측에 배치되어, 윈도우를 통해 에지 링(105)을 볼 수 있다.
[0026] 프로세싱 동안, 에지 링(105)은 플라즈마에 의해 부식된다. 도 2b는 에지 링(105)의 최상부 표면(201)을 따르는 부식(211)을 예시한다. 부식(211)은 에지 링(105)에 트로프(trough)(210)를 형성하기 시작한다. 센서(230) 및 핀(205)은, 시선(232)이 트로프(210)에 지향되도록 포지셔닝될 수 있다. 센서(230)는, 에지 링(105)의 최상부 표면(201)이 마모되고, 핀(205) 위의 에지 링(105) 재료의 양이 박화되고, 그리고 궁극적으로는 충분히 부식되어, 핀(205)이 노출됨에 따라 광학 또는 음향 신호들을 검출할 수 있다. 센서(230)는, 에지 링(105)이 부식을 겪는 동안 프로세스 균일성을 유지하기 위해 프로세스 장비에 피드백을 제공할 수 있다.
[0027] 도 2c에서, 최상부 표면(201)의 부식(211)은, 트로프(210)가 이제 핀(205)의 상부 표면(251)을 노출시키는 개구(220)가 되는 지점까지 진행되었다. 핀(205)의 상부 표면(251)이 노출됨에 따라, 센서(230)에 의해 수집된 광학/음향 신호들에 의해 메트롤로지 변화들이 검출될 수 있다. 핀(205)은 효율적 검출을 촉진하기 위해 최상부 표면(201)의 반사율과는 상이한 반사율을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세싱 동안 부식이 모니터링될 수 있고, 핀(205)에 의해 제공되는 신호는 에지 링(105)의 부식에 대한 임계치에 도달하는 것을 표시할 수 있다. 최상부 표면(201)으로부터 핀(205)의 상부 표면(251)까지의 깊이는 에지 링(105)의 허용가능한 부식과 연관된 프로세스 드리프트 데이터에 기반할 수 있다. 핀(205)에 도달하는 부식(211)의 검출 시에, 부식이 임계치를 초과한다는 것을 표시하는 신호가 생성될 수 있다. 예컨대, 신호는 제어기 또는 오퍼레이터에게 전송될 수 있고, 프로세싱 챔버(100)는 예방적 유지보수를 위해 스케줄링되고 링 어셈블리(170)가 교체될 수 있다.
[0028] 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 링 어셈블리(170)의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다. 도 3a는, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 부분을 도시한다. ESC(102)는 에지 링(105)의 제 2 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0029] 에지 링(105)의 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 플라즈마(118)에 노출되는 최상부 표면(301)을 갖는다. 에지 링(105)은 최하부 표면(306)을 갖는다. 에지 링의 최하부 표면(306)은 ESC(102) 상에 배치된다. 에지 링(105)의 바디(190)는 추가로, 내부에 임베딩된 신호 스파이크 재료(signal spike material)(310)를 갖는다. 아래에서 논의될 바와 같이, 신호 스파이크 재료(310)는, 플라즈마에 의해 부식될 때, 센서(350)에 의해 검출가능한 입자들을 내부 볼륨(116)으로 주입할 수 있다. 신호 스파이크 재료(310)는 에지 링(105)의 최상부 표면(301)에 가장 가까이 배치된 상부 표면(311)을 갖는 플러그 또는 환형 링의 형상일 수 있다. 신호 스파이크 재료(310)는 에지 링(105)의 최하부 표면(306)에 가장 가까이 배치되는 하부 표면(356)을 갖는다. 신호 스파이크 재료(310)의 하부 표면(356)은, 에지 링(105)의 최하부 표면(306)이 신호 스파이크 재료(310)의 하부 표면(356)과 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 에지 링(105)의 최하부 표면(306)까지 연장될 수 있다. 대안적으로, 신호 스파이크 재료(310)의 하부 표면(356)은 에지 링(105)의 최상부 표면(301)과 최하부 표면(306) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 스파이크 재료(310)는 에지 링(105)에 의해 완전히 캡슐화된다. 제 2 실시예에서, 신호 스파이크 재료(310)의 하부 표면(356)은 에지 링(105)의 최하부 표면(306)의 개구를 따라 또는 개구를 통해 액세스가능하다.
[0030] 신호 스파이크 재료(310)는 기계적 또는 화학적 기법들에 의해 에지 링의 최하부 표면(306)에 위치될 수 있다. 예컨대, 홀이 에지 링(105)의 최하부 표면(306)에 형성될 수 있고, 신호 스파이크 재료(310)가 홀 내에 삽입될 수 있다. 신호 스파이크 재료(310)는 내부에 부착되거나 또는 내부에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 선택적으로, 신호 스파이크 재료(310)는, 신호 스파이크 재료(310)를 커버하기 위한 그리고 에지 링(105)의 최하부 표면(306)을 형성하기 위한 실리콘의 증착에 의해, 또는 실리콘 시트와 같은, 에지 링(105)에 대한 추가의 재료 층을 이용하여 완전히 커버(cover over)될 수 있다. 대안적으로, 신호 스파이크 재료(310)는 플라즈마 프로세싱 기법들 또는 3D 프린팅을 사용하여 에지 링(105)에 형성될 수 있다. 신호 스파이크 재료(310)는, 에지 링(105)의 최상부 표면(301)으로부터 미리 결정된 깊이로 포지셔닝되는, 에지 링(105)의 바디(190)의 재료와는 상이한 재료의 층이며, 이러한 재료의 층은 최상부 표면(301)의 부식이 발생함에 따라 노출되어 검출될 것이다. 예컨대, 신호 스파이크 재료(310)는 SiO, 형광 재료, 또는 플라즈마(118)에 의해 부식될 때 광자들을 방출하는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
[0031] 센서(350)는 내부 볼륨(116) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(350)는 샤워헤드(120)에 부착된다. 다른 실시예에서, 센서는 프로세싱 챔버(100)의 바디(128)에 부착된다. 센서(350)는 챔버 환경, 즉, 내부 볼륨(116) 내의 입자들을 검출할 수 있다. 센서(350)는 플라즈마 프로세싱으로부터의 방출들, 이를테면, 에지 링(105)의 실리콘의 부식, 플라즈마(118) 내의 입자들뿐만 아니라 신호 스파이크 재료(310)를 검출할 수 있다. 센서(350)는 광학 또는 전기 송신 라인을 통해 제어기(180)에 커플링될 수 있다. 센서(230)는 플라즈마의 존재 시에, 즉, 프로세싱이 기판(144) 상에서 발생하는 동안 동작하도록 구성될 수 있다. 센서(230)는, 플라즈마 특성들의 변화들을 검출하는 분광계, 부식 후에 노출될 재료를 활성화하는 레이저, ESC에 위치되는 경우에는 커패시턴스 측정 센서, 이온-선택성 전극, 또는 다른 적절한 디바이스일 수 있다.
[0032] 프로세싱 동안, 에지 링(105)의 바디(190)는 플라즈마에 의해 부식된다. 도 3b는 에지 링(105)의 최상부 표면(301)을 따르는 부식(303)을 예시한다. 부식(303)은 바디(190)의 최상부 표면(301)에 오목부(depression)를 형성하기 시작한다. 신호 스파이크 재료(310)는 여전히 바디(190)로부터의 재료에 의해 커버되고, 따라서 플라즈마(118)와 접촉하지 않는다. 센서(350)는 신호 스파이크 재료(310)로부터의 광자들을 모니터링한다.
[0033] 도 3c에서, 최상부 표면(301)의 부식(303)은, 신호 스파이크 재료(310)가 상부 표면(311)에서 플라즈마(118)에 노출되는 지점까지 진행되었다. 플라즈마(118)는 신호 스파이크 재료(310)로부터의 입자들이 프로세싱 챔버의 내부 볼륨(116) 내로 진입하도록 야기할 수 있다. 그러한 입자들은, 기판(144) 상에서의 프로세싱 동작들을 손상시키지 않으면서 검출가능한 광자들, 이온들, 또는 다른 트레이스 재료일 수 있다. 최상부 표면(301)으로부터 신호 스파이크 재료(310)의 상부 표면(311)까지의 깊이는, 주어진 애플리케이션에 대한 프로세스 드리프트 데이터가 수용가능하지 않게 되기 전에, 에지 링(105)에 대해 허용된 허용가능한 부식의 양에 기반할 수 있다. 센서(350)에 의한 신호 스파이크 재료(310)의 검출 시에, 내부 볼륨(116)에서의 스파이크 재료(310)로부터의 입자들의 존재를 표시하기 위해 신호가 전송된다. 프로세싱 챔버(100)는 신호의 수신 시에 예방적 유지보수를 위해 스케줄링되고 링 어셈블리(170)가 교체될 수 있다.
[0034] 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 링 어셈블리(170)의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다. 도 4a는, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 부분을 도시한다. ESC(102)는 신호 스파이크 층(420)을 갖는 에지 링(105)의 제 3 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0035] 에지 링(105)의 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 플라즈마(118)에 노출되는 최상부 표면(401)을 갖는다. 바디(190)는 최하부 표면(406)을 갖는다. 바디(190)는 추가로, 기판(144)에 인접한 내측 에지(462) 및 내측 에지(462)에 대향하는 외측 에지(464)를 갖는다. 에지 링(105)의 바디(190)의 최하부 표면(406)은 ESC(102) 상에 배치된다. 바디(190)는 최상부 표면(401)을 에워싸는 제 1 층(410)을 갖는다. 제 1 층(410)은 신호 스파이크 층(420) 상에 배치된다. 신호 스파이크 층(420)의 재료 및 기능은 실질적으로, 도 3a 내지 도 3c에서 논의된 신호 스파이크 재료(310)의 것과 유사하다. 신호 스파이크 층(420)은 최하부 표면(406)을 에워쌀 수 있다. 선택적으로, 에지 링(105)의 바디(190)는 제 3 층(430)을 포함할 수 있다. 제 1 층(410)은 최상부 표면(401)으로부터 최하부 표면(406)까지 측정된 에지 링(105)의 두께의 10 퍼센트일 수 있다. 신호 스파이크 층(420)은 제 3 층(430) 상에 배치될 수 있다. 에지 링(105)의 바디(190)가 제 3 층(430)을 포함하는 실시예에서, 제 3 층(430)은 최하부 표면(406)을 에워싼다.
[0036] 신호 스파이크 층(420), 제 1 층(410) 및 선택적으로 제 3 층(430) 각각은 에지 링(105)의 내측 에지(462)로부터 외측 에지(464)로 연장된다. 신호 스파이크 층(420)은 상부 표면(421)을 갖고, 상부 표면(421) 상에는 제 1 층(410)이 배치된다. 신호 스파이크 층(420)은, 일부 실시예들에서는 ESC(102)와 접촉하거나 또는 다른 실시예들에서는 제 3 층(430)과 접촉하는 하부 표면(422)을 갖는다.
[0037] 신호 스파이크 층(420)은 소결 또는 본딩과 같은 기계적 기법들을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 신호 스파이크 층(420)은, 에지 링(105)의 바디(190)의 제 1 층(410)으로 그리고 선택적으로는 제 3 층(430)으로 신호 스파이크 층(420)을 커버하기 위해 실리콘을 증착하는 것과 같은 화학적 기법들을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 신호 스파이크 층(420)은 에지 링(105) 또는 에지 링(105)의 부분들을 3D 프린팅함으로써 형성될 수 있다. 신호 스파이크 층(420)은, 바디(190)의 최상부 표면(401)으로부터 미리 결정된 깊이로 포지셔닝되는, 에지 링(105)의 바디(190)의 재료와는 상이한 재료의 층이며, 이러한 재료의 층은 최상부 표면(401)의 부식이 발생함에 따라 노출되어 검출될 것이다. 예컨대, 신호 스파이크 층(420)은 SiO, 형광 재료, 또는 플라즈마(118)에 의해 부식될 때 광자들을 방출할 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
[0038] 센서(350)는 내부 볼륨(116) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(350)는 샤워헤드(120)에 부착된다. 다른 실시예에서, 센서는 프로세싱 챔버(100)의 바디(128)에 부착된다. 센서(350)는 실질적으로 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 위에서 설명되었으며, 프로세싱이 기판(144) 상에서 발생하는 동안, 챔버 환경, 즉, 내부 볼륨(116) 내에서의 신호 스파이크 층(420)으로부터의 입자들을 검출한다.
[0039] 프로세싱 동안, 에지 링(105)의 바디(190)는 플라즈마에 의해 부식된다. 도 4b는 에지 링(105)의 최상부 표면(401)을 따르는 부식을 예시한다. 최상부 표면(401)의 부식은 바디(190)의 최상부 표면(401)에 오목부(403)를 형성하기 시작한다. 신호 스파이크 층(420)은 결국, 제 1 층(410)의 부식에 의해 에지 링(105) 재료로부터 언커버링되고, 신호 스파이크 층(420)은 플라즈마(118)와 접촉하게 된다. 센서(350)는 신호 스파이크 층(420)으로부터의 광자들을 모니터링한다. 센서(350)에 의한 신호 스파이크 층(420)의 검출 시에, 신호가 전송된다. 신호는 메시지 또는 명령들을 포함할 수 있다. 예컨대, 메시지는, 프로세싱 챔버(100)가 예방적 유지보수를 위해 스케줄링되고 링 어셈블리(170)가 교체되어야 함을 표시할 수 있다.
[0040] 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다. 도 5a는, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 부분을 도시한다. ESC(102)는 에지 링(105)에 대한 마모를 검출하기 위한 제 4 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0041] 에지 링(105)의 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)의 플라즈마(118)에 노출되는 최상부 표면(501)을 갖는다. 바디(190)는 최하부 표면(506)을 갖는다. 에지 링(105)의 최하부 표면(506)은 ESC(102) 상에 배치된다. 바디(190)는 SiC와 같은 절연성 재료로 형성된다.
[0042] 전극(530)은 ESC(102)에 배치되고 에지 링(105) 아래에 포지셔닝될 수 있다. 전극(530)은 광학 또는 전기 송신 라인을 통해 제어기(180)에 커플링될 수 있다. 전극(530)은 이산 스텝핑 파(discrete stepping wave)들로 디지털적으로 또는 연속적 파(continuous wave)와 유사하게 동작할 수 있다. 전극(530)은, 플라즈마(118)와 커플링함으로써, 즉, 기판(144)의 프로세싱이 발생하는 동안 또는 내부 볼륨(116) 내에 플라즈마가 존재하는 다른 시간에 에지 링(105)의 저항을 측정하기 위해 동작할 수 있다.
[0043] 프로세싱 동안, 에지 링(105)의 바디(190)의 최상부 표면(501)은 플라즈마에 의해 부식된다. 도 5b는 바디(190)의 최상부 표면(501)을 따르는 부식(502)을 예시한다. 부식(502)은 바디(190)에 오목부(511)를 형성하기 시작한다. 전극(530)은 에지 링(105)의 바디(190)에 걸친 저항을 측정함으로써 에지 링(105)의 두께를 결정할 수 있다. 오목부(511)는, 도 5a에 도시된 바와 같이 어떠한 부식도 보이지 않는 에지 링(105)과 대조적으로 에지 링(105)의 저항을 감소시킨다. 에지 링(105) 또는 프로세스 파라미터들의 상태를 표시하기 위해 신호가 전송될 수 있다. 예컨대, 신호는, 예방적 유지보수 이벤트가 스케줄링되어야 할 때까지 몇 시간이 남았는지에 대한 추정치에 관한 정보를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 신호는 프로세스 파라미터들을 조정하기 위해 사용될 수 있는 부식 레이트 정보를 포함할 수 있다. 신호는 텍스트 메시지, 컴퓨터 메시지, 시각적 메시지 또는 다른 적절한 통신 기법들과 같은 메시지 또는 형태의 통지일 수 있다.
[0044] 도 5c에서, 최상부 표면(501)의 부식(502)은, 오목부(511)가 임계값(503), 즉, 최소 수용가능 저항에 도달하는 지점까지 진행되었다. 임계값(503)에서, 에지 링(105)의 바디(190)는, 임의의 추가의 부식이, 수용가능하지 않은 프로세스 드리프트를 야기할 수 있는 지점까지 부식될 것이다. 오목부(511)가 임계값(503)을 달성했다는 것을 전극(530)이 결정 시에, 신호가 전송될 수 있다. 신호는 프로세스가 중지되어야 함을 통신할 수 있고, 프로세싱 챔버(100)는 예방적 유지보수를 위해 스케줄링되고 링 어셈블리(170)가 교체될 수 있다.
[0045] 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 링 어셈블리의 영역에서의, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분에 대한 평면도들이다. 도 6a는, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 부분을 도시한다. ESC(102)는 에지 링(105)에 대한 과도한 마모를 검출하기 위한 제 5 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0046] 에지 링(105)의 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)에 노출되는 최상부 표면(601)을 갖는다. 바디(190)는 최하부 표면(606)을 갖는다. 에지 링(105)의 최하부 표면(606)은 ESC(102) 상에 배치된다. 에지 링(105)의 바디(190)는 SiC, 석영 또는 다른 적절한 재료들로 형성될 수 있다.
[0047] 센서(630)는 ESC(102)에 배치되고 에지 링(105) 아래에 포지셔닝될 수 있다. 센서(630)는 광학 또는 전기 송신 라인을 통해 제어기(180)에 커플링될 수 있다. 센서(630)는 음향 신호들을 검출하기 위한 마이크로폰일 수 있다. 대안적으로, 센서(630)는 광학 광 검출기일 수 있다. 센서(630)는 에지 링(105)의 두께를 측정하도록 동작할 수 있다. 센서(630)가 음향 신호들을 검출하기 위한 마이크로폰인 실시예들에서, 플라즈마, 즉, 플라즈마(118)가 잡음을 만들지 않는 경우, 에지 링의 정확한 측정은 추가의 필터링 없이 수행될 수 있다.
[0048] 프로세싱 동안, 에지 링(105)의 바디(190)의 최상부 표면(601)은 플라즈마에 의해 부식된다. 도 6b는 바디(190)의 최상부 표면(601)을 따르는 부식을 예시한다. 부식은 에지 링(105)의 바디(190)에 오목부(603)를 형성하기 시작한다. 센서(630)는 센서(630)로부터 최상부 표면(601)의 오목부(603)까지의 거리(632)를 결정할 수 있다. 거리(632)는 음향 신호 또는 광 검출을 사용하여 센서(630)에 의해 측정될 수 있다. 프로세스는, 센서(630)에 의해 측정된 에지 링(105)의 부식을 인식하여 챔버(100)에서 튜닝될 수 있다.
[0049] 도 6c에서, 최상부 표면(601)의 오목부(603)는, 거리(632)가 최소 임계값(633), 즉, 바디(190)의 최상부 표면(601)의 최대 수용가능 오목부(603)에 도달하는 지점까지 진행되었다. 최소 임계값(633)을 달성 시에, 에지 링(105)의 바디(190)는, 임의의 추가의 부식이, 수용가능하지 않은 프로세스 드리프트를 야기할 수 있는 지점까지 부식될 것이다. 거리(632)가 최소 임계값(633)을 달성했다는 것을 센서(630)가 결정 시에, 에지 링(105)의 컨디션을 오퍼레이터 또는 장비 제어기에 알리기 위해 신호가 전송될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 예방적 유지보수를 위해 스케줄링되고 링 어셈블리(170)가 교체될 수 있다.
[0050] 위에서 개시된 실시예들은 유리하게, 기판 결함들을 초래할 수 있는 수용가능하지 않은 프로세스 드리프트를 경험하기 전에, 프로세스 피드백을 제공하고 예방적 유지보수를 타이밍하기 위한 방법론을 제공한다. 실시예들은 교체 전에 링 어셈블리의 최대한의 사용을 보장하며, 그에 따라, 고비용의 그리고 부적절한 교체들을 감소시킨다. 부가적으로, 전극과 같은 특정 실시예들이 활용되어, 프로세스의 실시간 피드백을 제공하고 프로세스의 튜닝을 허용할 수 있다.
[0051] 전술한 사항은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 구상될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링으로서,
    최상부 표면, 최하부 표면 및 내측 직경 벽을 갖는 바디; 및
    상기 바디 내에 배치된 마모 표시자 재료를 포함하고,
    상기 마모 표시자 재료는 상기 바디의 최상부 표면 아래에 이격되고, 상기 마모 표시자 재료는 상기 바디를 구성하는 재료와는 상이한,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 표시자 재료는, 원통형 핀을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 표시자 재료는, 환형 밴드를 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 표시자 재료는, 에지 링의 바디의 반사율과는 상이한 반사율을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 표시자 재료는, 상기 마모 표시자 재료 및 상기 바디가 플라즈마에 노출될 때, 상기 바디로부터 방출되는 이온들과는 상이한 이온들을 방출하는 재료를 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 표시자 재료는 SiO이고, 그리고 상기 바디의 재료는 석영인,
    플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링.
  7. 플라즈마 프로세싱 챔버로서,
    내부 볼륨을 갖는 챔버 바디;
    상기 내부 볼륨 내에 배치된 기판 지지부;
    상기 기판 지지부 상에 배치된 링 ― 상기 링은,
    최상부 표면, 최하부 표면 및 내측 직경 벽을 갖는 석영 바디; 및
    상기 바디 내에 배치된 마모 표시자 재료를 포함하고, 상기 마모 표시자 재료는 상기 바디의 최상부 표면 아래에 이격되고, 상기 마모 표시자 재료는 SiO로 제조됨 ―; 및
    상기 링과 인터페이싱하도록 포지셔닝된 하나 또는 그 초과의 센서들을 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 센서들은 상기 마모 표시자 재료를 검출하도록 구성되고, 상기 마모 표시자 재료는, 상기 마모 표시자 재료 및 바디가 플라즈마에 노출될 때 형성되는, 상기 바디로부터 방출되는 이온들과는 상이한 이온들을 방출하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  8. 링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법으로서,
    에지 링 및 외측 링을 갖는 링 어셈블리에 대한 마모를 표시하는 메트릭을 획득하는 단계 ― 상기 에지 링은 최상부 표면을 갖는 바디를 갖고 그리고 실리콘을 함유하고, 상기 링 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 이용하여 프로세싱하기 전에 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치됨 ―;
    센서를 이용하여 상기 링 어셈블리에 대한 메트릭을 모니터링하는 단계;
    상기 메트릭이 임계치를 초과하는 것을 결정하는 단계; 및
    상기 메트릭이 상기 임계치를 초과하는 것에 대한 응답으로 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 상기 에지 링 위에 배치된 상기 센서를 이용하여, 상기 바디에서 상기 최상부 표면 아래에 임베딩된 신호 재료의 부식을 감지하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호 재료는 상기 바디의 최상부 표면을 따라 배치된 실리콘 함유 층 아래에 배치되는 층인,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 에지 링 아래에 배치된 전자기 센서를 이용하여 상기 플라즈마의 존재 시에 상기 에지 링에 걸친 저항을 측정하는 단계; 및
    측정된 저항의 값에 기반하여 프로세스 파라미터들 또는 유지보수 스케줄을 수정하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 센서를 이용하여 상기 에지 링의 최상부 표면까지의 거리를 측정하는 단계 ― 상기 센서는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치되고 그리고 상기 플라즈마에 노출되는 센서임 ―; 및
    상기 거리가 최대 임계치를 초과하는 것을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 센서를 이용하여 상기 에지 링의 최상부 표면까지의 거리를 측정하는 단계 ― 상기 센서는 상기 기판 지지부에 배치됨 ―; 및
    상기 거리가 최대 임계치를 초과하는 것을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    음향 센서를 이용하여 상기 에지 링 아래로부터 음향 신호를 획득하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    광학 센서를 이용하여 상기 에지 링 위로부터 광학 신호를 획득하는 단계를 더 포함하는,
    링 어셈블리에서 부식을 검출하는 방법.
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