KR20220149743A

KR20220149743A - 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 감지 데이터 통합

Info

Publication number: KR20220149743A
Application number: KR1020227034459A
Authority: KR
Inventors: 야오링 판; 패트릭 존 태; 마이클 디. 윌워스; 레너드 테데스키; 키키-쉬 엔. 샹; 미카일 브이. 타라부킨; 찰스 알. 하디; 시바산카르 나가라잔
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-11-08
Also published as: US20230103165A1; CN115176328A; WO2021178051A1; JP2023515883A; TW202403301A; US11545346B2; US20210280400A1; TW202201001A; US20230343568A2; TWI819271B

Abstract

플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 센서들 및 용량성 감지 데이터 통합이 설명된다. 일 예에서, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템은 복수의 용량성 센서들, 커패시턴스 디지털 변환기, 및 커패시턴스 디지털 변환기에 결합된 응용 프로세스 서버를 포함하며, 응용 프로세스 서버는 시스템 소프트웨어를 포함한다. 커패시턴스 디지털 변환기는 복수의 용량성 센서들에 결합된 격리 인터페이스, 격리 인터페이스에 결합된 전력 공급 장치, 격리 인터페이스에 결합된 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어, 및 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어에 결합된 주문형 집적 회로를 포함한다.

Description

플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 감지 데이터 통합

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 3월 6일자로 출원된 미국 가출원 제16/812,081호에 대한 우선권을 주장하며, 이 문헌의 전체 내용들은 이로써 인용에 의해 본원에 포함된다.

분야

본 개시내용의 실시예들은 플라즈마 챔버 상태 모니터링(plasma chamber condition monitoring)의 분야에 관한 것이고, 특히 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 감지 데이터 통합(capacitive sensing data integration)에 관한 것이다.

마이크로전자 디바이스들, 디스플레이 디바이스들, 마이크로-전자기계 시스템들(micro-electromechanical systems; MEMS) 등의 제조는 하나 이상의 프로세싱 챔버들(processing chambers)의 사용을 필요로 한다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 챔버, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버, 물리 기상 증착 챔버, 플라즈마 처리 챔버, 또는 이온 주입 챔버(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 프로세싱 챔버들이 다양한 디바이스들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 그러한 디바이스들에서 스케일링(scaling)이 보다 작은 임계 치수들로 계속해서 이행함에 따라, 균일한 프로세싱 상태들(예를 들어, 단일 기판에 걸친 균일성, 상이한 다수의 기판들 사이의 균일성, 및 설비 내의 챔버들 사이의 균일성)에 대한 요구가 대량 제조(high volume manufacturing; HVM) 환경들에서 점점 더 중요해지고 있다.

프로세싱 불균일성은 많은 상이한 원인들에서 발생한다. 하나의 그러한 원인은 챔버 자체의 상태이다. 즉, 기판이 챔버 내에서 프로세싱됨에 따라, 챔버 환경이 변화될 수 있다. 예를 들어, 에칭 프로세스에서, 에칭 부산물들은 재증착 프로세스의 결과로서 챔버의 내부면들 상에 증착될 수 있다. 챔버의 내부면들 상에의 재증착 층의 빌드업(buildup)은 프로세스 레시피(process recipe)의 후속 반복들에서 플라즈마 화학적 성질을 변경시키고, 프로세스 드리프트(process drift)를 초래할 수 있다.

프로세스 드리프트를 방지하기 위해, 프로세싱 챔버는 주기적으로 세정될 수 있다. 챔버 상태를 재설정하기 위해 인-시튜 챔버 세정(in-situ chamber clean; ICC)이 구현될 수 있다. 현재, ICC들은 주로 레시피 기반이다. 즉, 프로세싱 챔버를 세정하기 위해 설정된 레시피가 실행된다. 일부 ICC들은 프로세스 레시피의 종점 결정을 위해 발광 분광(optical emission spectrometry; OES) 시스템을 사용할 수 있다. 그러나, 프로세싱 챔버의 내부면들의 상태(예를 들어, 재증착 층의 두께, 시즈닝 층(seasoning layer)의 두께 등)를 직접 측정하는 방법은 없다.

프로세싱 챔버는 또한 프로세싱 챔버의 일부분들을 수동으로 세정하거나 프로세싱 챔버 내의 마모된 소모품들을 교체하도록 개방될 수 있다. 그러나, 프로세싱 챔버의 개방은 상당한 가동 중지 시간을 초래하며, 이는 프로세싱 챔버가 원하는 진공 압력으로 다시 펌핑되고 시즈닝될 필요가 있고, 생산 기판들이 프로세싱될 수 있기 전에 챔버가 재검증될 필요가 있기 때문이다. 프로세싱 챔버의 개방은 사전결정된 간격들로(예를 들어, 특정 수의 기판들이 프로세싱된 후에) 또는 익스커션(excursion)이 검출된 후에 일어날 수 있다. 사전결정된 간격들에 의존하면, 챔버를 너무 자주 개방하게 될 수 있다. 그에 따라, 스루풋(throughput)이 감소된다. 익스커션 검출의 경우에, 생산 기판들에 대한 손상이 이미 일어난 후에 챔버 상태의 교정이 이루어진다. 그에 따라, 수율이 감소된다.

본 개시내용의 실시예들은 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 감지 데이터 통합을 포함한다.

일 실시예에서, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템은 복수의 용량성 센서들, 커패시턴스 디지털 변환기, 및 커패시턴스 디지털 변환기에 결합된 응용 프로세스 서버(applied process server)를 포함하며, 응용 프로세스 서버는 시스템 소프트웨어를 포함한다. 커패시턴스 디지털 변환기는 복수의 용량성 센서들에 결합된 격리 인터페이스, 격리 인터페이스에 결합된 전력 공급 장치, 격리 인터페이스에 결합된 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어, 및 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어에 결합된 주문형 집적 회로를 포함한다.

다른 실시예에서, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 위한 인터커넥트(interconnect)는 용량성 센서 모듈의 커패시턴스 디지털 변환기에 결합하기 위한 제1 커넥터, 전자장치 및 외부 전력 공급 장치에 결합하기 위한 제2 커넥터, 및 제1 커넥터와 제2 커넥터 사이에서 이들에 결합된 차폐 케이블을 포함한다. 차폐 케이블은 인터커넥트를 플라즈마 챔버의 프레임에 물리적으로 연결하기 위한 차폐 금속, 차폐 금속 내에 수용된 전력 공급 라인, 차폐 금속 내에 수용된 접지 라인, 및 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들을 포함한다.

다른 실시예에서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법은 데이터를 용량성 센서 모듈로부터 데이터 서버로 스트리밍하는 단계를 포함한다. 데이터는 커패시턴스 데이터 및 온도 데이터를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 용량성 센서 모듈을 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 동기화하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2b는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 위한 인터커넥트를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 하드웨어를 도시하는 개략도이다.
도 5a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 신호 데이터 및 노이즈를 포함하는 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯이다.
도 5b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 필터링 동작 후의 도 5a의 플롯의 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯이다.
도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 데이터 프로세싱 및 피팅 후의 도 5b의 플롯의 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 커패시턴스 파라미터 정의의 플롯이다.
도 7a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 이차 피팅 및 지수 피팅과 같은 고차 회귀 피팅의 플롯이다.
도 7b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 온도 파라미터 추출/회귀 모델로부터의 예시적인 데이터의 플롯이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 용량성 센서들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 용량성 센서의 단면도를 도시하는 개략도이다.
도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 용량성 센서를 갖는 센서 모듈을 포함하는 센서 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 다양한 위치들에서의 용량성 센서 모듈의 통합을 포함하는 프로세싱 장치를 도시하는 개략도를 제공한다.
도 12a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 센서 모듈들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치의 단면도를 도시하는 개략도이다.
도 12b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 12a의 플라즈마 프로세싱 장치의 챔버 본체 조립체의 스포크들 내의 접근 튜브들의 레이아웃의 개략적인 도시이다.
도 13은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 용량성 센서 모듈들을 포함할 수 있는 프로세싱 장치의 단면 예시이다.
도 14는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 프로세싱 툴의 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시한다.

플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 센서들(capacitive sensors) 및 용량성 감지 데이터 통합이 설명된다. 하기의 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 챔버 구성들 및 용량성 센서 아키텍처들(capacitive sensor architectures)과 같은 다수의 특정 세부사항들이 기술되어 있다. 본 개시내용의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세한 챔버 사양들과 같은 잘 알려진 양상들은 상세하게 설명되지 않는다. 또한, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 실척대로 도시된 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.

하나 이상의 실시예들은 프로세스 챔버 상태들을 모니터링하기 위한 용량성 센서들 및 시스템들에 관한 것이다. 실시예들은 데이터 통합 및 프로세스 알고리즘들, 프로세스 챔버에 위치하는 전략적 센서, 센서 구조들 및 재료들, 전자장치들, 데이터 프로세싱 알고리즘들, 및 프로세스 툴과 하나 이상의 센서들의 시스템 통합에 적용 가능하거나 이를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 적어도 4개의 위치들, 즉 챔버 벽, 챔버 덮개, 서브-플로어 진공(sub-floor vacuum; SVF) 포트 내에, 그리고/또는 에지 링(edge ring)에 중 하나 이상에서의 챔버 벽 모니터링에 센서들이 사용된다. 본원에 설명된 센서 모듈(sensor module)/하우징 구조체들 및 조립체는 예를 들어 최대 400℃의 프로세스 온도와 양립할 수 있다. 특정 실시예들은 용량성 벽 센서들, 온칩 열 센서들(on-chip thermal sensors), 및/또는 세라믹 기판과 같은 기판들 상의 센서들을 포함할 수 있다.

전후 관계를 제공하기 위해, 다른 챔버 벽 모니터링 접근법들(예를 들어, 광학, 압전, RF 임피던스 등)과 비교하여, 본원에 개시된 센서들 및 센서 위치들은 ICC 최적화 또는 챔버 시즈닝뿐만 아니라, 예방적 유지보수(preventative maintenance; PM) 빈도 최소화(예를 들어, > 2x 감소)를 위한 프로세스 레시피(process recipe)의 각 동작에서 벽 증착 또는 세정과 같은 상태들과 직접적으로 관련된 커패시턴스(capacitance) 변화들(및 선택적으로 온도)의 측정을 가능하게 한다. 실시예들은 또한 생산성 및 생산 수율을 상당히 향상시키기 위해 프로세스 안정성 또는 드리프트의 예측을 가능하게 할 수 있다.

일부 실시예들은 2개의 감지 기술 구현들의 조합을 포함한다: 예를 들어, 고감도들 및 실시간 측정으로 챔버 벽 상태 모니터링을 위한 용량성 센서들 및 열 센서들. 기판상 센서들(sensors-on-substrate)을 포함하는 실시예들은 센서 모듈 소형화 및 신호 무결성의 이점들뿐만 아니라 신뢰성과 강인한(robust) 디바이스 성능을 제공하도록 구현될 수 있다. 데이터 동기화 방식들뿐만 아니라 프로세스 알고리즘이 프로세스 제어에 대한 직접적인 피드백을 가능하게 할 수 있다.

일부 실시예들에서, 본원에 설명된 챔버 내 센서들은 부산물 축적을 측정하는 것, ICC 루틴들을 최적화하는 것, 익스커션들을 식별하는 것, 및/또는 보다 빠른 PM 회복을 제공하는 것에 사용될 수 있다. 일부 실시예들은 최신의 접근법들이 온도 측정들을 수행할 수 없는 위치들에서의 온도 측정을 가능하게 한다. 본원에 설명된 실시예들의 구현은 챔버 정합, 시즈닝 절차들의 최적화, 익스커션들의 식별, 입자 생성 예측, 프로세스 성능 예측(예를 들어, 에칭 속도 및 에칭 불균일성 등), PM 예측, 링 포지션 보상에 대한 링 침식 예측, 프로세스 익스커션 예측, 벽 흡착 및 탈착 측정, 팹(fab) 익스커션 검출 및/또는 혼합 로트(lot)들에 의한 챔버 베이스라인 모니터링을 가능하게 할 수 있다.

본원에 설명된 실시예들은 센서 데이터에 대한 데이터 동기화를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본원에 설명된 데이터 동기화 접근법들은 벽 센서 데이터와 같은 센서 데이터를 사전정의된 통합 시간에 따라 프로세스 정보(예컨대, 프로세스 레시피 동작들)와 상관시키도록 구현될 수 있다. 특정의 그러한 실시예에서, 사전정의된 통합 시간은, 예를 들어 20㎳, 50㎳, 100㎳ 등의 스케일이다. 일 실시예에서, 본원에 설명된 데이터 동기화 접근법들은 벽 센서 데이터와 같은 센서 데이터를 다른 인-시튜 센서 데이터(예를 들어, 발광 분광(OES) 데이터, 압력 데이터, 가스 유동 데이터, 온도 데이터, 무선 주파수(RF) 데이터 등)와 상관시키도록 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 본원에 설명된 데이터 동기화 접근법들은 프로세스 특성화 및 프로세스 개발을 위해 벽(또는 다른 위치) 센서로부터 자동 데이터 추출을 가능하게 하도록 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 본원에 설명된 데이터 동기화 접근법들은 프로세스 제어 및 모니터링을 위한 벽 센서에 의한 새로운 계측의 확립을 가능하게 하도록 구현될 수 있다.

비교 목적들을 위해, 도 1은 종래의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(100)을 도시하는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 인터커넥트(108)에 의해 주문형 전자장치(106)에 결합된 용량성 센서(104)를 갖는 용량성 센서 모듈(102)을 포함한다. 주문형 전자장치(106)는 SD 카드와 같은 메모리 카드(110)를 포함한다. 센서 데이터는 수동 절차(114)에 의해 오프라인 개인용 컴퓨터(112)로 전달된다. 사용자 인터페이스(116)는 경로(118)에 의해 오프라인 개인용 컴퓨터(112)에 연결된다.

다시 도 1을 일반적으로 참조하면, 종래의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(100)은 제어기 조립체 당 하나의 용량성 센서만을 지원한다. 데이터는 캡처되어 이동식 매체들에 로컬로 저장된다. 프로세스 제어 서버에 대한 연결은 존재하지 않는다. 또한, 데이터는 오프라인 분석을 위해 수동으로 프로세스 제어 서버로 이동된다.

도 1과 대조적으로, 도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(200)을 도시하는 개략도이다. 도 2a를 참조하면, 시스템(200)은 대응하는 인터커넥트(208A, 208B, 208C 또는 208D)에 의해 주문형 전자장치(206)에 결합된 다수의 용량성 센서들(예를 들어, 204A, 204B, 204C 및 204D로 도시된 예시적인 4개의 센서들)을 포함한다. 주문형 전자장치(206)는 etherCAT 라인과 같은 인터커넥트(212)에 의해 서버(210)에 결합된다.

다시 도 2a를 일반적으로 참조하면, 일 실시예에서, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(200)은 제어기 조립체 당 다수의 용량성 센서들을 지원한다. 데이터는 실시간으로 캡처되어, 예를 들어 etherCAT을 통해 프로세스 서버로 전송된다. 시스템(200)은 프로세스 레시피 정보 및/또는 다른 시스템 센서들과의 커패시턴스 센서 데이터의 프로세스 레시피 동기화를 가능하게 한다. 일 실시예에서, 데이터 스트림(data stream)은 센서로부터 데이터 서버로이다. 일 실시예에서, 외부 전자장치 제어기 및 대응하는 데이터 프로세싱 유닛에 대한 인터페이스(예를 들어, etherCAT)가 있다. 일 실시예에서, 센서 데이터는 프로세스 정보와 상관된다. 일 실시예에서, 시스템(200)은 데이터 추출, 데이터 프로세싱, 및/또는 데이터 분석과 같은 동작들을 가능하게 하거나 수행할 수 있다.

시스템(200)은 또한 센서 상태를 수행 및 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 서버는 센서를 컨디셔닝(conditioning) 및 프라이밍(priming)하는 것, 센서를 초기화하는 것, 센서를 재설정하는 것, 및/또는 센서 드리프트를 능동적으로 보상하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 데이터 서버는 데이터 노이즈 제거 및 회귀, 파라미터 추출 및 데이터 모델링과 같은 데이터 프로세싱을 수행할 수 있다. 데이터 서버는 또한 프로세스 및 챔버 성능을 예측 및 모니터링하기 위해 센서를 이용한 머신 러닝(machine learning)을 위한 알고리즘에 의해 구현될 수 있다.

도 2b는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(250)을 도시하는 개략도이다.

도 2b를 참조하면, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(250)은 커패시턴스 디지털 변환기들(capacitance digital converters; CDC)을 갖는 복수의 용량성 센서들(도시된 예에서, 4개가 254A, 254B, 254C 및 254D로 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 센서들이 사용될 수 있음)을 포함한다. CDC들의 출력은 임의의 포맷(format)의 디지털 데이터 스트림, 예를 들어 I2C, SPI 또는 UART이다. 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(250)은 또한 전자장치 플러그인 모듈(electronics plugin module; EPM)(260)을 통해 커패시턴스 디지털 변환기 출력들에 결합된 응용 프로세스 서버(276)를 포함할 수 있다. 응용 프로세스 서버(276)는 시스템 소프트웨어를 포함한다. EPM(260)은 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D)의 CDC의 복수의 출력들에 결합된 격리 인터페이스(262), 격리 인터페이스(262)에 결합(266)된 전력 공급 장치(265), 격리 인터페이스(262)에 결합(270)된 필드-프로그램 가능 게이트-어레이(field-programmable gate-array; FPGA) 펌웨어(268), 및 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어(268)에 결합(274)된 주문형 집적 회로(ASIC)(272)를 포함한다.

일 실시예에서, EPM(260)의 주문형 집적 회로(272)는 etherCAT 주문형 집적 회로이다. 하나의 그러한 실시예에서, etherCAT 주문형 집적 회로는 시스템 소프트웨어의 원활한 통합(seamless integration) 및 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D) 중 다수의 용량성 센서들의 제어를 동시에 제공한다. 다른 그러한 실시예에서, etherCAT 주문형 집적 회로는 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D) 중 개별 용량성 센서들을 초기화 및 교정한다. 일 실시예에서, EPM(260)의 주문형 집적 회로(272)는 etherCAT 연결에 의해 응용 프로세스 서버(276)에 결합(278)된다.

일 실시예에서, 응용 프로세스 서버(276)는 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D)로부터의 커패시턴스 센서 데이터를 프로세스 레시피와 동기화한다. 일 실시예에서, EPM(260)의 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어(268)는 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D) 중 다수의 용량성 센서들과의 동시 통신 및 결정적 타이밍을 제공한다.

일 실시예에서, 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D) 중 개별 용량성 센서들은 도시된 바와 같이 EPM(260)의 격리 인터페이스(262)에 병렬로 연결된다. 일 실시예에서, 복수의 용량성 센서들(254A, 254B, 254C 및 254D) 중 개별 용량성 센서들은 전력 공급 라인 및 집적 회로 간 버스(I2C, SPI, UART 등)를 포함하는 인터커넥트에 의해 EPM(260)의 격리 인터페이스(262)에 각각 결합된다.

다시 도 2b를 일반적으로 참조하면, 일 실시예에서, 플라즈마 챔버 모니터링 시스템(250)의 응용 프로세스 서버는 온-웨이퍼(on-wafer) 결과들을 향상시키기 위해 커패시턴스 센서 데이터를 프로세스 레시피 및 다른 시스템 센서들과 동기화한다. 일 실시예에서, etherCAT 디바이스 정의는 원활한 시스템 소프트웨어 통합 및 다수의 용량성 센서들의 제어를 동시에 보장하도록 맞춤화된다. 일 실시예에서, ECAT ASIC의 맞춤형 펌웨어는 빠른 통합 시간, 높은 정확도 및 반복 가능한 측정들을 전달하도록 용량성 센서들을 초기화 및 교정한다. 일 실시예에서, 맞춤형 펌웨어는 피드백으로서 센서 드리프트(커패시턴스 드리프트, 온도 드리프트)를 모니터링하고 사전결정된 알고리즘으로 센서 드리프트를 보상하여 센서를 재설정할 수 있다. 일 실시예에서, 맞춤형 FPGA 펌웨어는 다수의 용량성 센서들과의 동시 통신 및 결정적 타이밍을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 전력 분배 및 격리 디자인은 용량성 센서 아날로그 측정치들의 높은 신호대 잡음비(SNR) 및 데이터 통신 강인성(robustness)을 보장한다.

다른 양상에서, 센서 모듈과 인터페이싱(interfacing)하기 위한 커넥터들이 설명된다. 그러한 커넥터들은 전력을 EPM으로부터 센서로 라우팅(routing)할 수 있다. 그러한 커넥터들은 센서와 EPM 사이에 공통 접지를 제공할 수 있다. 그러한 커넥터들은 센서로부터 EPM으로 데이터 스트림을 제공할 수 있다. 그러한 커넥터들은 센서 데이터 클로킹(sensor data clocking)을 동기화할 수 있다. 그러한 커넥터들은 하드웨어 무선 주파수(RF) 접지를 제공하는 데 사용될 수 있다.

예시적인 커넥터로서, 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 위한 인터커넥트(300)를 도시한다.

도 3을 참조하면, 인터커넥트(300)는 용량성 센서 모듈(302)의 커패시턴스 디지털 변환기에 결합하기 위한 제1 커넥터(306), EPM(310) 및 외부 전력 공급 장치(312)(예컨대, 5V DC 전력 공급 장치)에 결합하기 위한 제2 커넥터(308), 및 제1 커넥터(306)와 제2 커넥터(308) 사이에서 이들에 결합된 차폐 케이블(304)을 포함한다. 차폐 케이블(304)은, 예를 들어 위치(330)에서 플라즈마 챔버의 프레임(frame)에 인터커넥트(300)를 물리적으로 연결하기 위한 차폐 금속(328)을 포함한다. 차폐 케이블(304)은 또한 차폐 금속(328) 내에 수용된 전력 공급 라인(326A로부터 326B까지의 라인), 차폐 금속(328) 내에 수용된 접지 라인(324A로부터 324B까지의 라인), 및 차폐 금속(328) 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들(322)(2 개가 도시됨)을 포함한다.

일 실시예에서, 차폐 금속(328) 내에 수용된 전력 공급 라인(326A로부터 326B까지의 라인)은 3 내지 4 볼트의 전력 공급 라인이다. 일 실시예에서, 차폐 금속(328) 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들(322) 각각은 데이터 버스(I2C, SPI 또는 UART)이거나 이를 포함한다. 일 실시예에서, 차폐 금속(328) 내에 수용된 접지 라인(324A로부터 324B까지의 라인)은 용량성 센서 모듈(302) 및 전자장치(310)를 위한 공통 접지를 제공한다. 일 실시예에서, 차폐 금속(328) 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들(322)은 센서 데이터 클로킹을 동기화한다.

다른 양상에서, 하드웨어 구현이 설명된다. 예시적인 구현으로서, 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 플라즈마 챔버 모니터링 하드웨어(400)를 도시하는 개략도이다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 챔버 모니터링 하드웨어(400)는 센서 ASIC(402)(예컨대, 벽 센서 ASIC), 애플리케이션 인쇄 회로 기판(PCB)(404), 및 디바이스(407)를 포함하는 etherCAT 마스터(406)를 포함한다. 센서 ASIC(402)는 PCB(404) 상의 커넥터(또는 커넥터들)(408)에 결합(410/412)된다. 커넥터(또는 커넥터들)(408)는 PCB(404) 상의 전력 공급 장치(414)에 결합(416/418)된다. 전력 공급 장치(414)는 접지(422)에 결합된 전원(420)(예컨대 24V 소스)에 결합된다. PCB(404)는 격리 배리어(isolation barrier)(424)를 포함한다. 전력 공급 장치(414)는 격리 배리어(424)의 격리체(isolation)(426)에 결합(428)된다. 격리체(426)는 격리 배리어(424) 상의 하나 이상의 애플리케이션 집적 회로들(430)에 결합(432)된다. 제2 PCB(434)가 애플리케이션 PCB(404)의 격리 배리어(424)에 포함된다. 제2 PCB(434)는 etherCAT ASIC(436), FPGA(438), 및 격리체(440)를 포함한다. 격리 배리어(424)의 하나 이상의 애플리케이션 집적 회로들(430)은 제2 PCB(434)의 격리체(440)에 결합(437)된다. etherCAT ASIC(436)는 제2 PCB(434)의 격리체(440)에 결합(442)되고, FPGA(438)에 결합(444)된다. FPGA(438)는 또한 제2 PCB(434)의 격리체(440)에 결합(446)된다. 전력 공급 장치(448)가 제2 PCB(434)의 격리체(440)에 결합된다. 제2 PCB(434)는 또한 etherCAT ASIC(436)에 결합(454)된 etherCAT 커넥터들(452)을 포함한다. 제2 PCB의 etherCAT 커넥터들(452)은 etherCAT 마스터(406)에 결합되고, 또한 애플리케이션 PCB(404) 상의 추가적인 etherCAT 커넥터들(458)에 결합(460)될 수 있다. 포함하는 경우, 추가적인 etherCAT 커넥터들(458)은 도시된 바와 같이 etherCAT 마스터(406)에 결합(462)될 수 있다.

다시 도 4를 일반적으로 참조하면, 일 실시예에서, etherCAT 플러그인 모듈은 I2C 또는 직렬 주변장치 인터페이스(serial peripheral interface; SPI)를 갖는 커넥터들을 갖는 센서에 대한 인터페이스를 포함한다. 일 실시예에서, 하드웨어는 하나 이상의 센서들에 전력 공급을 제공한다. 일 실시예에서, 데이터 스트리밍 및 데이터 추출 제어를 위해 FPGA 및 ASIC이 포함된다. 일 실시예에서, 하드웨어는 센서 동작 구성 및 채널 할당을 위한 펌웨어 구현을 포함한다. 일 실시예에서, 하드웨어는 etherCAT(ECAT) 프로세스 유닛을 포함한다. 일 실시예에서, 하드웨어는 ECAT 마스터에 대한 커넥터를 포함한다. 일 실시예에서, 하드웨어는 RF 노이즈를 최소화하기 위한 접지 방식을 제공한다.

본원에 설명된 시스템 또는 하드웨어 구현을 위한 실시예에서, 기본 구성들은, (1) 다중 채널 능력들을 포함하는 채널 구성 및 재구성, (2) 각 센서가 개별적으로 작동될 수 있거나 모든 센서들이 함께 결부될 수 있고, 이것이 소프트웨어 커맨드에 따라 달라지거나 그에 의해 제어될 수 있는 것, 및/또는 (3) 온도 채널 제어(예를 들어, 외부 열 센서용), 클록(CLK) 제어(예를 들어, 이중 변환 시간) 및/또는 커패시터 변환 시간 제어를 포함하는 입력/출력 채널 재구성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본원에 설명된 소프트웨어 구현들을 위한 실시예에서, 요구사항들은, (1) 센서로부터 데이터 서버로의 데이터 스트리밍, 서버 상의 센서 데이터 수집, 프로세스 시퀀스들에 대한 상관관계, 및 제조 프로세스들과의 센서 동기화, (2) 데이터 필터링(예를 들어, 센서 데이터 필터링 및 노이즈 제거), 센서 데이터 회귀 모델링, 센서 파라미터 추출, 및 프로세스 보고 생성을 포함할 수 있는 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출, 및/또는 (3) (a) 전력 사이클을 재설정하는 것, 센서를 플러그인하는 것, 센서 초기화를 제공하는 것, 데이터를 판독하고 센서 상태를 검증하는 것, 및/또는 커패시턴스(㎊) 및 온도(도) 값들을 출력하는 것을 할 수 있는 시작 동작 모드, (b) 레시피들과 동기화하는 것, (예를 들어, 데이터 버퍼 시간을 제공하기 위해) 프로세스 레시피가 시작되기 전에 커패시턴스 및 온도 데이터를 스트리밍하는 것, 프로세스 레시피 시간과 일치하도록 타임 스탬프(time stamp)를 제공하는 것, 및/또는 툴 유휴 동안에 데이터 수집을 가능하게 하는 것을 할 수 있는 생산 모드, (c) 데이터 스트림 및 데이터 로깅을 수동으로 결정할 수 있는 엔지니어링 모드들, (d) 교정 및/또는 오프셋 보정의 실행, (e) (예를 들어, 시스템 오프셋 교정 및/또는 이득 계수 교정에 의한) 기생 커패시턴스 보상, (f) 드리프트 보상(영점 맞춤) 수행, 및/또는 (g) 데이터 스트리밍 및 저장을 통해 데이터 수집의 실행을 갖는 센서 동작 제어 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본원에 설명된 하나 이상의 실시예들에 따르면, 센서는 두 가지 유형들의 트레이스들(traces), 즉 커패시턴스 및 온도를 생성한다. 일 실시예에서, 엔지니어링 사용 사례의 경우, 커패시턴스 및 온도 모두에 대한 원시 데이터는 서버에 수정되지 않은 상태로 저장된다. 데이터 수집은 프로세싱 동안에 프로세스 시퀀스와 동기화된다. 데이터 수집은 유휴 상태 동안에 수행될 수 있다. 유휴 상태 동안의 데이터 스트림은 교정, 보상 및 재설정을 위한 용량성 센서의 베이스라인으로서 사용될 수 있다. 또한, 유휴 상태 동안의 데이터 스트림은 또한 챔버 베이스라인 상태를 모니터링할 뿐만 아니라 챔버 내의 익스커션을 검출하는 데 사용된다. 데이터는 추가로 프로세싱되고 보고된다. 일 실시예에서, 생산 사용 사례의 경우, 온도 트레이스가 저장된다. 온도 트레이스도 또한 프로세싱되고, 커패시턴스 트레이스가 프로세싱된다.

본원에 설명된 하나 이상의 실시예들에 따르면, 필터링 및 노이즈 제거와 같은 데이터 프로세싱은, (1) 수식

(j = 1, 2, 3, 4)에 기초할 수 있는 이동 평균(N~2) 계산들, 및/또는 (2) 회귀 모델링, (센서 모듈로부터의) 데이터 추출 및 필터링, 데이터 보고 생성(커패시턴스 대 시간/프로세스 동작들), 및/또는 (시간/프로세스 동작들에 대한) 온도 데이터의 사용을 포함할 수 있는 파라미터(들) 추출을 포함한다.

본원에 설명된 하나 이상의 실시예들에 따르면, 데이터 프로세싱 흐름(데이터 프로세싱 알고리즘들의 사용을 포함할 수 있음)은, (1) 플라즈마 오프(off), 플라즈마 온(on) 및 유휴 상태와 같은 상태들에 대한 데이터(커패시턴스 및 온도) 스트림 및 수집, (2) 레시피(예를 들어, 플라즈마 오프) 및/또는 노이즈 제거 프로세스들(예를 들어, 이동 평균)에 의한 데이터 필터링, (3) 회귀 모델들, 모델 피팅, 파라미터 추출 및/또는 데이터 출력 알고리즘들의 사용을 포함할 수 있는 데이터 피팅, 및/또는 (4) 프로세스 제어를 위한 프로세스 피드백을 포함할 수 있다.

다른 양상에서, 커패시턴스 센서 데이터(일부 실시예들에서 온도 데이터도 포함할 수 있음)에 대한 데이터 통합의 예시적인 구현이 예시적인 데이터 세트에 기초하여 설명된다.

도 5a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 온도(502) 및 커패시턴스(504)에 대한 신호 데이터를 포함하는 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯(500)이다. 플롯(500)의 커패시턴스 및 온도 데이터는 서버에 제공된 원시 커패시턴스 및 온도 데이터일 수 있다.

도 5b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 필터링 동작 후의 플롯(500)의 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯(520)이다. 플롯(520)의 커패시턴스 및 온도 데이터는 온도 데이터(502) 및 노이즈 제거된 커패시턴스 데이터(522)를 포함한다. 결과적인 필터링 트레이스들은 RF 전력 설정치에 기초할 수 있다.

도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 데이터 프로세싱 및 피팅 후의 플롯(520)의 커패시턴스 및 온도 데이터의 플롯(540)이다. 일 실시예에서, 개별 커패시턴스 및 온도 트레이스들은 이전에 적용 가능한 모델들을 사용하여 피팅될 수 있다. 트레이스들로부터 추출된 파라미터들을 레시피 동작과 연관시키는 것, 연관된 프로세스 레시피 동작들과 피팅 파라미터들을 기록하는 것, 및/또는 데이터 플롯들(예를 들어, 추출된 파라미터들 대 프로세스 시간 또는 동작들)을 생성하는 것에 의해 데이터가 출력될 수 있다. 프로세스 피드백 제어는 이상치(outlier) 검출, 드리프트, 에칭 속도(ER)/프로세스 제어(PC)/다른 센서 데이터 등에 대한 파라미터들을 모니터링함으로써 구현될 수 있다. 데이터는 플라즈마 프로세스 챔버의 벽 세정/오염 상태의 시각적 표시기를 제공하는 데 사용될 수 있다.

도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 커패시턴스 파라미터 정의의 플롯(600)이다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 커패시턴스 데이터는 플라즈마가 오프 상태인 경우이고, 예를 들어 플라즈마 오프 이벤트(602)로부터 플라즈마 온 이벤트(604)까지의 범위에 있는 데이터(606)이다. 606과 같은 트레이스들은 레시피 설정치들에 의해 정의된 바와 같이 플라즈마 이벤트들 사이에서 추출된다. 트레이스 데이터 프로세스들 및 파라미터들이 추출된다. 추출된 파라미터들은 이전 단계/레시피/동작과 연관될 수 있다. 일 실시예에서, 트레이스 길이 = tw-to, 여기서 xs < 트레이스 길이 < ys이다. 트레이스 길이가 xs보다 작으면, 무시된다. 트레이스 길이가 ys보다 크면, 최초 ys만을 포함하도록 절단될 수 있다.

일 실시예에서, 커패시턴스 파라미터 추출/회귀 모델들은 1차 파라미터들을 포함할 수 있다: 커패시턴스 베이스라인: Cbase; 커패시턴스 변화: ΔCi = C_inf-Cbase; 플라즈마 오프 동안의 커패시턴스 드리프트: ΔCoff = C_o-C_inf; (예를 들어, 증착/세정 양을 결정하기 위한) 플라즈마 오프 동안의 평균 커패시턴스: C_ave = mean[C_o:C_w]-Cbase이고, 여기서 ΔC, C_ave가 기록된다.

도 7a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 이차 피팅(702) 및 지수 피팅(704)과 같은 고차 회귀 피팅들의 플롯(700)이다. 회귀 프로세스는, (1) 회귀 프로세스들에 의해 피팅 파라미터들을 추출하는 것, (2) 피팅 파라미터들로부터 Co, t 및 Cinf를 추론하는 것, 및 (3) Co, t, Cinf 및 R2를 기록하는 것을 포함할 수 있다.

도 7b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 온도 파라미터 추출/회귀 모델로부터의 예시적인 데이터의 플롯(750)이다. 온도 파라미터 추출/회귀 프로세스는, (1) 상기에 정의된 커패시턴스 트레이스와 동일한 시간에 대응하는 온도 트레이스―트레이스 길이(부분들 758 및 760을 제외한 756) = tw; 트레이스 길이가 < zs이면, 무시되지만, 트레이스 길이가 zs보다 크면, 최초 zs만을 포함하도록 절단됨―를 추출하는 것, (2) 선형 모델: 온도 = M*시간＋T_o으로 피팅하는 것, 및 (3) M, To(752) 및 Tw(754)를 기록하는 것을 포함할 수 있다.

도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 용량성 센서들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.

도 8을 참조하면, 플라즈마 프로세싱 챔버(800)는 프로세싱 영역(811)을 둘러싸는 챔버 벽(802)을 포함한다. 웨이퍼 또는 기판(812)은 프로세싱 영역(811)에서 프로세싱될 수 있다. 챔버 덮개(804)는 챔버 벽(802) 위에 있고, 챔버 덮개(804)는 프로세싱 영역(811) 위에 있다. 챔버 플로어(chamber floor)(806)는 챔버 벽(802) 밑에 있고, 챔버 플로어(806)는 프로세싱 영역(811) 아래에 있다. 지지 페디스털(support pedestal)(808)은 프로세싱 영역(811)에 있다(보다 상세하게는, 프로세싱 영역(811)에서 지지면(810)을 포함할 수 있음). 지지 페디스털(808)은 챔버 덮개(804) 아래에 그리고 챔버 플로어(806) 위에 있으며, 챔버 벽(802)에 의해 둘러싸여 있다.

다시 도 8을 참조하면, 일 실시예에서, 챔버 벽(802)은 챔버 벽(802)을 관통하는 개구를 갖는다. 용량성 센서 모듈(816)은 챔버 벽(802)의 개구에 있다. 다른 실시예에서, 챔버 덮개(804)는 용량성 센서 모듈(814)을 포함한다. 다른 실시예에서, 챔버 플로어(806)는 배출 포트(evacuation port)를 포함한다. 용량성 센서 모듈(820)은 배출 포트 내에 있거나 그에 인접하여 있다. 다른 실시예에서, 지지 페디스털은 기판 지지 영역을 둘러싸는 링 구조체(ring structure)(예를 들어, 위치(818)에 있음)를 포함한다. 링 구조체는 링 구조체를 관통하는 개구를 포함한다. 용량성 센서 모듈은 링 구조체의 개구에 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버(800)는 챔버 벽(802)의 개구에 있는 용량성 센서 모듈(816), 챔버 덮개(804)에 있는 용량성 센서 모듈(814), 챔버 플로어(806)의 배출 포트(820) 내에 있거나 그에 인접한 용량성 센서 모듈, 및/또는 예를 들어 위치(818)에 있는 링 구조체의 개구에 있는 용량성 센서 모듈 중 하나 이상을 포함한다.

도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 용량성 센서의 단면도를 도시하는 개략도이다.

도 9를 참조하면, 용량성 센서 모듈(900)은 구동 전극(904) 및 감지 전극(902)을 포함한다. 구동 전극(904)과 감지 전극(902) 사이의 재료(906)의 측정된 커패시턴스(908)는 재료(906)의 조성, 두께 등이 변화하거나 달라짐에 따라 변할 수 있다. 재료(906)는 일 실시예에서 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 또는 기판 상의 증착을 위한 재료를 나타낸다. 웨이퍼 또는 기판 상에 증착되지 않은 그러한 과잉 재료(906)를 제거/배출하도록 의도될 수 있지만, 재료(906)의 일부는 프로세스 챔버에, 궁극적으로 프로세스 챔버 내의 용량성 센서 모듈(900) 상에 축적될 수 있다. 다른 실시예에서, 재료(906)는 프로세스 챔버에서 웨이퍼 또는 기판을 에칭하는 동안에 형성되는 에칭 부산물을 나타낸다. 그러한 에칭 부산물(906)이 제거/배출되도록 의도될 수 있지만, 에칭 부산물(906)의 일부는 프로세스 챔버에, 궁극적으로 프로세스 챔버 내의 용량성 센서 모듈(900) 상에 축적될 수 있다.

센서 시스템은 센서 모듈, 인터페이스 전자장치, 제어기, 및 프로세스 제어 및 데이터/프로세스 동기화를 위한 챔버 데이터 서버와의 통합을 포함할 수 있다. 일 예로서, 도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 용량성 센서를 갖는 센서 모듈을 포함하는 센서 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 10을 참조하면, 센서 시스템은 제어기(1004)에 결합된 센서 모듈(1002)을 포함하며, 제어기(1004)는 사용자 인터페이스(1006)에 결합된다. 센서 모듈(1002)은 용량성 센서(개략적으로 1010으로 도시되거나, 구조적으로 1020으로 도시됨)를 포함한다. 용량성 센서(1010)는 커패시턴스 디지털 변환기(CDC) 인터페이스 회로(1012)에 결합된다. 모듈(1002) 내부의 통신은 경로(1014A)를 따라 용량성 센서(1010)로부터 CDC 인터페이스 회로(1012)로 이루어질 수 있고, 그리고/또는 경로(1014B)를 따라 CDC 인터페이스 회로(1012)로부터 용량성 센서(1010)로 이루어질 수 있다. 모듈(1002) 외부의 통신은 CDC 인터페이스 회로(1012)와 제어기(1004) 사이의 경로들(1016A 및 1016B)을 따라 이루어질 수 있다. 제어기(1004)는 Vdd(1018)에 의해 CDC 인터페이스 회로(1012)에 결합될 수 있다.

다시 도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 센서(1020)의 단면 예시가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 센서(1020)는 기판(1022)을 포함하며, 전극들(1024)이 기판(1022) 위에 배치된다. 일 실시예에서, 전극들(1024)은 마이크로전자 프로세싱 동작들과 양립할 수 있는 전도성 재료들이거나 이를 포함한다. 예를 들어, 전극들(1024)을 위한 재료는 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 니켈, 크롬, 및 이들의 합금들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 전극들(1024)은 기판(1022)을 통한 전도성 경로들(1028)에 의해 기판(1022)의 후면 상의 패드들(pads)(1030)에 전기적으로 결합된다. 예를 들어, 전도성 경로들(1028)은 하나 이상의 비아들(vias), 트레이스들 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(1022)에 매립된 전도성 경로들(1028)은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈륨, 이들의 합금들 등(그러나 이에 제한되지 않음)과 같은 전도성 재료들을 포함한다. 일 실시예에서, 패드들(1030)은 티타늄, 니켈, 팔라듐, 구리 등(그러나 이에 제한되지 않음)과 같은 재료들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 패드들(1030)은 CDC와의 통합을 개선하기 위해 다층 스택들(multi-layer stacks)이다. 예를 들어, 패드들(1030)은 티타늄/니켈/팔라듐, 티타늄/구리/팔라듐, 또는 상호 연결 패드들에 통상적으로 사용되는 다른 재료 스택들과 같은 스택들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 기판(1022)의 상부면 및 전극들(1024)은 층(1026)(예를 들어, 배리어 층(barrier layer))에 의해 덮인다. 일 실시예에서, 위에 놓인 층(1026)은 플라즈마 종들의 공격이나 침식에 내성이 있고 확산을 제한하는 재료이다. 에칭 챔버의 특정 경우에, 사용되는 통상적인 에칭제는 불소이다. 그에 따라, 그러한 상태들에서 사용되는 층(1026)은 불소 에칭제들에 내성이 있어야 한다. 에칭에 사용되는 플라즈마 챔버의 특정 실시예에서, 층(1022)은 금속 산화물, 금속 불화물, 및 금속 옥시불화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 층(1022)은 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 이트륨 옥시불화물, 이트륨 지르코늄 옥시불화물, 이트륨 알루미늄 산화물, 또는 하프늄 산화물(그러나 이에 제한되지 않음)과 같은 재료를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 기판(1022)은 프로세싱 챔버 내의 프로세싱 상태들(예를 들어, 에칭 상태들)에 내성이 있는 적합한 기판 재료를 포함한다. 기판(1022)은 세라믹 재료, 유리, 또는 다른 절연 재료들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(1022)은 중합체 재료와 같은 가요성 기판이다. 예를 들어, 기판(1022)은 실리콘, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 플라스틱, 또는 다른 절연 재료들(그러나 이에 제한되지 않음)과 같은 재료들을 포함할 수 있다. 대량의 센서들의 제조를 허용하기 위해, 기판(1022)은 대량 제조(HVM) 프로세스들과 양립할 수 있는 재료일 수 있다. 즉, 기판(1022)은 패널 형태(panel form), 웨이퍼 형태(wafer form) 등으로 이용 가능한 재료일 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 용량성 센서 및 열 센서는 모두 하나의 센서 모듈에 통합(내장)된다. 하나의 그러한 실시예에서, 벽 센서 모듈은 용량성 센서, CDC 및 열 센서와, 용량성 센서, CDC 및 열 센서를 함께 조립하기 위한 하우징 유닛을 포함한다.

다시 도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 열 센서가 기판(1022) 상에 배치된다. 예를 들어, 열 센서는 기판(1022)의 후면 위에(즉, 전극들(1024)의 반대측 표면에) 형성될 수 있다. 열 센서는 임의의 적합한 감지 기술을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 센서는 저항 온도 검출기(resistive temperature detector; RTD)를 형성하기 위해 복수의 트레이스들을 포함할 수 있다. 그러나, 열전쌍(thermocouple; TC) 센서, 서미스터(thermistor; TR) 센서, 또는 광학 열 센서(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 다른 열 센서가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 열 센서는 기판(1022) 상에 직접 통합된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 열 센서를 포함하는 별개의 구성요소가 기판(1022)에 장착될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시예들에서, 열 센서는 센서(1020)에 부착된 CDC에 통합될 수 있다.

본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법은 데이터를 용량성 센서 모듈로부터 데이터 서버로 스트리밍하는 단계를 포함한다. 데이터는 커패시턴스 데이터 및 온도 데이터를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 용량성 센서 모듈을 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 동기화하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법은 응용 프로세스 서버에서 데이터를 수집하는 단계 이후에, 그리고 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계 이전에, 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계를 더 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 데이터 프로세싱을 수행하는 단계는 데이터를 필터링하고 데이터를 노이즈 제거하는 단계를 포함한다. 특정의 그러한 실시예에서, 데이터를 필터링하고 데이터를 노이즈 제거하는 단계는 이동 평균 접근법을 사용하는 단계를 포함한다. 다른 그러한 실시예에서, 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계는 데이터의 회귀 모델링을 포함한다.

일 실시예에서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법은 용량성 센서 모듈에 의한 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들을 모니터링하는 단계를 더 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 이 방법은 용량성 센서 모듈에 의한 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들의 모니터링에 기초하여 플라즈마 챔버에 대한 세정/오염 상태를 결정하는 단계를 더 포함한다.

벽/덮개 센서 솔루션들

하기는 예시적인 파라미터들과, 대응하는 (a) 중요성, (b) 솔루션 및 (c) 이점/용도이다.

벽 및 덮개 온도: (a) 최초 웨이퍼(들) 영향들(임계 치수(CD) 및 에칭 속도(ER)), 입자들, 열팽창 계수(CTE); (b) 센서의 후방 상의 온도계; (c) 인-시튜 온도의 정확한 측정. ICC는 벽들/덮개가 타깃 온도가 되도록 트리거될 수 있다.

챔버 상태: (a) 최초 웨이퍼(들) 영향들, 장기적인 ER/CD 드리프트, 예방적 유지보수(PM) 회복, 프로세스 단계별 안정성; (b) 증착 및 제거의 직접 검출, 탈가스 모니터링; (c) 각 웨이퍼/ICC 및 각 단계 후의 챔버 상태 모니터링, 프로세스 안정성, PM 감소, 드리프트 문제들의 식별 및 해결을 위한 보다 빠른 시간.

익스커션 검출(예를 들어, 역류(back stream)): (a) 알려지지 않은 수율 킬러들(yield killers), 프로세스 시프트(process shift); (b) 지속적인 측정, 챔버 상태의 시프트들을 검출할 수 있음; (c) 잔류 종들의 흡착 및 탈착 검출.

혼합 실행(보다 많은/보다 적은 부산물): (a) 챔버 상태에 영향을 미침; (b) 증착 및 그 제거의 직접 검출; (c) 프로세스 크로스토크(process cross-talk)를 최소화하기 위한 최적의 레시피 또는 로트 시퀀스에 대한 챔버 벽 상태들의 모니터링.

ICC 최적화: (a) 프로세스 챔버(PC)/ER/CD 안정성; (b) 증착 및 그 제거의 직접 검출; (c) 비효율적인 ICC의 검출 및 인-시튜로 최적의 ICC 레시피의 개발, 전도 에칭(예를 들어, BCl3/Cl2 기반 에칭) 프로세스들을 위한 챔버 벽/라이너(liner)의 최적 표면 보호를 위한 라이너/챔버 벽 상태들의 모니터링.

용량성 센서 솔루션들

단일 링 상의 증착: (a) 입자들; (b) 캡 센서를 단일 링 내에 설치함; (c) 쿠폰들(coupons) 없이 보다 효과적인 ICC들의 개발, 종점 주기적인 세정들.

단일 링 침식 모니터링: (a) 링 침식; (c) 링을 교체할 필요가 있는 시기 결정, 링 높이의 자동 설정 지원.

부산물에 대한 RF 모니터링: (a) 종점 검출(end point detection; EPD)을 포착하는 추가적인 방법, 입자들; (b) SFV 근처의 하부 챔버에 캡 센서를 설치함; (c) 에칭이 하나의 막을 통해 다음 막으로 펀칭하는 시기 검출, 하부 챔버에서의 부산물 결정.

부품들에 대한 마모 속도(파괴 시간): (a) MTBC에 대한 프로세스 변화들의 영향의 신속한 결정; (b) 특정 위치들에서 부품들 상에 설치되는 챔버 재료로 제조된 센서들의 개발; (c) MTBC를 계산하기 위한 부품들에 대한 영향 프로세스 변화들의 신속한 결정.

(웨이퍼들에 대한) 잔류 화학 반응 센서: (a) 대기 시간(queue time); (b) 프로세스 이후의 화학 반응들을 측정하기 위해 테스트 웨이퍼들에 센서들을 구축함; (c) 잔류 화학 반응들을 감소/제거하기 위한 대기 시간 및 프로세스 최적화에 대한 이해.

PVD/CVD/ALD 챔버 벽: (a) 챔버 벽 세정 및 시즈닝; (b) 벽 상태를 모니터링하기 위해 특정 위치 상에 센서를 설치함; (c) 챔버 벽의 인-시튜 모니터링.

사례 연구들

하기는 예시적인 문제들과, 대응하는 (a) 영향, 및 (b) 영향을 완화하거나 제거하기 위한 벽/덮개 센서 검출 솔루션들이다.

(결함 또는 다른 지연으로 인해) 일부 유휴 시간 후의 덮개/벽 온도로 인한 CD 영향: (a) 1개 내지 3개의 웨이퍼들이 폐기됨; (b) 센서들이 사양을 벗어난 온도를 자동으로 검출하고 예열 절차를 호출함.

최적화되지 않은 예열 절차: (a) 생산 시간 손실; (b) 종점 검출(EPD) 예열/시즈닝 절차.

역류 이벤트(예를 들어, 보조 펌프 고장): (a) 챔버 상태 시프트로 인한 웨이퍼 폐기; (b) 벽/덮개 상태의 변화를 자동으로 검출함.

팹 익스커션(예를 들어, 전력 결함): (a) 웨이퍼 폐기, 재인정, PM들 요구; (b) 에칭 속도(ER) 모니터링들을 실행하지 않고 어떤 챔버들이 문제들이 있는지를 결정함.

덮개 열 버짓(thermal budget)을 초과하는 레시피들: (a) 덮개들의 파괴, 웨이퍼들 폐기, PM들 요구; (b) 덮개 온도가 사양을 초과하면 챔버를 결함으로 함.

최적화되지 않은 ICC, 챔버 상태에 영향을 미치는 웨이퍼 모니터링 실행들: (a) 보다 짧은 MTBC, 연장된 시즈닝, ICC, 수율 손실; (b) 벽/덮개 상태의 검출 및 모니터링.

플라즈마 안정성: (a) 수율 손실; (b) 고속(예를 들어, 50 hz)에서의 커패시턴스의 변화들 검출.

응용 A로부터 B로의 전환: (a) 과잉/과소 시즈닝(예를 들어, 생산 시간 손실/최초 웨이퍼 영향들); (b) 챔버가 생산 준비가 된 시기의 결정.

일 실시예에서, 용량성 센서 조립체(또는 센서 조립체)는 센서 모듈 및 센서 하우징 조립체(sensor housing assembly)를 포함한다. 센서 모듈은 기판 위에 배치된 커패시터(capacitor)(예를 들어, 제1 전극 및 제2 전극)를 포함할 수 있다. 센서 모듈은 또한 커패시터로부터 출력된 커패시턴스를 후속 프로세싱을 위한 디지털 신호로 변환하기 위한 커패시턴스 디지털 변환기(CDC)를 포함할 수 있다. 센서 모듈을 프로세싱 툴과 통합하기 위해, 센서 하우징 조립체가 센서 모듈을 수용하는 데 사용될 수 있다. 센서 하우징 조립체는 센서 모듈의 커패시터가 프로세싱 환경에 노출될 수 있게 하면서 프로세싱 챔버 내에 센서 모듈을 고정하기 위한 특징부들을 포함할 수 있다. 센서 하우징 조립체는 또한 데이터가 실시간으로 캡처될 수 있게 하도록 프로세싱 툴의 챔버 벽 또는 챔버 덮개를 관통하는 포트들과 인터페이싱하기 위한 구성요소들을 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 센서 하우징 조립체는 중공 샤프트(hollow shaft) 및 캡(cap)을 포함한다. 센서 모듈은 캡에 의해 샤프트의 단부에 대해 고정될 수 있다. 캡을 관통하는 구멍은 센서 모듈의 커패시터를 노출시킨다. 중공 샤프트는 센서 모듈로부터의 인터커넥트들(예를 들어, 와이어들(wires), 핀들(pins) 등)이 프로세싱 환경으로부터 보호되고, 챔버 진공을 방해하지 않고 챔버를 빠져나가도록 진공 전기 피드스루에 공급될 수 있게 한다.

센서 모듈의 상이한 위치들은 센서 하우징 조립체의 다양한 구성요소들에 대한 수정들을 함으로써, 그리고/또는 구성요소들이 챔버 자체와 인터페이싱하는 방식을 수정함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 챔버 벽 센서의 경우에, 샤프트는 챔버 벽의 포트를 통해 연장될 수 있고, 진공 전기 피드스루는 챔버 외부에 있을 수 있다. 덮개 센서의 경우에, 샤프트는 덮개로부터 챔버 내로 연장될 수 있고, 진공 전기 피드스루는 덮개에 매립될 수 있다. 프로세스 링 센서의 경우에, 샤프트는 하부 챔버 표면으로부터 위로 연장되고, 프로세스 링에 인접한 플라즈마 스크린(plasma screen)과 교차할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 진공 전기 피드스루는 하부 챔버 표면을 관통하는 포트 내에 포지셔닝될 수 있다. 배출 영역 센서의 경우에, 샤프트는 챔버 벽을 관통하는 포트를 통해 삽입될 수 있고, 진공 전기 피드스루는 챔버 벽 외부에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 어댑터(adapter)는 임의의 치수를 갖는 포트들을 따라 기밀 시일(hermetic seal)을 제공하기 위해 센서 하우징 조립체의 일부분들 주위에 끼워맞춰질 수 있다.

일부 실시예들에서, 센서 조립체의 일부분들은 소모성 구성요소로 간주될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈은 특정 시간 기간 후에 또는 상당한 센서 드리프트가 검출된 후에 교체될 수 있다. 센서 하우징 조립체는 간단한 교체를 허용하기 위해 용이하게 분해될 수 있다. 특정 실시예에서, 샤프트는 진공 전기 피드스루에 부착된 메인 하우징에 나사결합되는 나사형 단부를 가질 수 있다. 그에 따라, 샤프트 및 샤프트에 부착된 다른 구성요소들(예를 들어, 캡 및 센서 모듈)은 새로운 샤프트를 메인 하우징에 나사결합함으로써 제거 및 교체될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전체 센서 조립체는 소모성 구성요소로 간주될 수 있고, 전체 센서 조립체는 특정 시간 기간 후에 또는 상당한 센서 드리프트가 검출된 후에 교체될 수 있다.

본원에 설명된 것들과 같은 용량성 센서 모듈들을 프로세싱 장치 내에 제공하는 것은 다양한 프로세싱 레시피들의 실행 동안, 기판들 사이의 전환들 동안, 세정 작동들(예를 들어, ICC 작동들) 동안, 챔버 검증 동안, 또는 임의의 다른 원하는 시간 동안에 챔버 상태가 모니터링될 수 있게 한다. 또한, 본원에 개시된 센서 모듈들의 아키텍처는 많은 상이한 위치들에서의 통합을 허용한다. 그러한 유연성은 프로세싱 장치의 많은 상이한 구성요소들이 동시에 모니터링될 수 있게 하여 챔버 드리프트의 원인을 결정하는 향상된 능력들을 제공한다. 예를 들어, 도 11은 다양한 위치들에서의 용량성 센서 모듈들(1111)의 통합을 포함하는 프로세싱 장치(1100)를 도시하는 개략도를 제공한다.

도시된 바와 같이, 도 11에서, 프로세싱 장치(1100)는 챔버(1142)를 포함할 수 있다. 캐소드 라이너(cathode liner)(1145)가 하부 전극(1161)을 둘러쌀 수 있다. 하부 전극(1161)에는 기판(1105)이 고정될 수 있다. 프로세스 링(1197)이 기판(1105)을 둘러쌀 수 있고, 플라즈마 스크린(1195)이 프로세스 링(1197)을 둘러쌀 수 있다. 일 실시예에서, 덮개 조립체(1110)는 챔버(1142)를 밀봉할 수 있다. 챔버(1142)는 프로세싱 영역(1102) 및 배출 영역(1104)을 포함할 수 있다. 배출 영역(1104)은 배기 포트(1196)에 근접하여 있을 수 있다.

일부 실시예들에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 챔버(1142)의 측벽을 따라 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 챔버(1142)의 벽을 통과하고 프로세싱 영역(1102)에 노출된다. 일부 실시예들에서, 덮개 센서 모듈(1111B)은 덮개 조립체(1110)와 통합되고 프로세싱 영역(1102)과 대면한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 링 센서 모듈(1111C)은 프로세스 링(1197)에 인접하게 포지셔닝된다. 예를 들어, 프로세스 링 센서 모듈(1111C)은 프로세스 링(1197)을 둘러싸는 플라즈마 스크린(1195)과 통합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 배출 영역 센서 모듈(1111D)은 배출 영역(1104)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 배출 영역 센서 모듈(1111D)은 챔버(1142)의 하부면을 통과할 수 있다. 도시된 바와 같이, 센서 모듈들(1111) 각각은 챔버(1142)를 빠져나가는 전기 리드(electrical lead)(1199)를 포함한다. 그에 따라, 센서 모듈들(1111)에 의한 실시간 모니터링이 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 챔버(1142)의 측면을 따른 위치(1120A)에 있다. 일 실시예에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역에 측방향으로 인접한 위치(1122A)에 있다. 일 실시예에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역과 덮개 조립체(1110) 사이에 수직으로 있는 위치(1124A)에 있다. 일 실시예에서, 측벽 센서 모듈(1111A)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역과 프로세싱 장치(1100)의 플로어 사이에 수직으로 있는 위치(1126A)에 있다.

일 실시예에서, 덮개 센서 모듈(1111B)은 덮개 조립체(1110)를 따른 위치(1120B)에 있다. 일 실시예에서, 덮개 센서 모듈(1111B)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역과 동축인 위치(1122B)에 있다. 일 실시예에서, 덮개 센서 모듈(1111B)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역의 수직 위에 있는 위치(1124B)에 있다. 일 실시예에서, 덮개 센서 모듈(1111B)은 하부 전극(1161)의 기판(1105) 지지 영역 외부의 영역의 수직 위에 있는 위치(1126B)에 있다.

일 실시예에서, 프로세스 링 센서 모듈(1111C)은 플라즈마 스크린(1195)의 내주부에 있다. 다른 실시예에서, 프로세스 링 센서 모듈(1111C)은 플라즈마 스크린(1195)의 외주부에 있다.

일 실시예에서, 배출 영역 센서 모듈(1111D)은 챔버(1142)의 하부면을 따른 위치(1120D)에 있다. 일 실시예에서, 배출 영역 센서 모듈(1111D)은 하부 전극(1161)의 기판 지지 영역 외부의 영역의 수직 아래에 있는 위치(1122D)에 있다. 일 실시예에서, 배출 영역 센서 모듈(1111D)은 하부 전극(1161)의 기판 지지 영역의 수직 아래에 있는 위치(1124D)에 있다.

일 실시예에서, 용량성 센서 모듈들(1111) 중 하나 이상은 열 센서를 더 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 용량성 센서 모듈은 기판 프로세싱 영역에 근접한 용량성 센서를 포함하고, 기판 프로세싱 영역으로부터 멀리 떨어진 열 센서를 포함한다. 다른 그러한 실시예에서, 용량성 센서 모듈은 기판 지지 영역에 근접한 용량성 센서를 포함하고, 기판 지지 영역으로부터 멀리 떨어진 열 센서를 포함한다.

도 12a는 일 실시예에 따른, 본원에 설명된 것들과 같은 하나 이상의 센서 모듈들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치(1200)의 단면도를 도시하는 개략도이다. 플라즈마 프로세싱 장치(1200)는 플라즈마 에칭 챔버, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버, 물리 기상 증착 챔버, 플라즈마 처리 챔버, 이온 주입 챔버, 또는 다른 적합한 진공 프로세싱 챔버일 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 장치(1200)는 일반적으로 프로세싱 영역(1202) 및 배출 영역(1204)을 집합적으로 에워싸는 챔버 덮개 조립체(1210), 챔버 본체 조립체(1240) 및 배기 조립체(1290)를 포함한다. 실제로, 프로세싱 가스들은 프로세싱 영역(1202) 내로 도입되고, RF 전력을 사용하여 플라즈마로 점화된다. 기판(1205)은 기판 지지 조립체(1260) 상에 포지셔닝되고, 프로세싱 영역(1202)에서 생성된 플라즈마에 노출되어, 에칭, 화학 기상 증착, 물리적 기상 증착, 주입, 플라즈마 어닐링, 플라즈마 처리, 저감 또는 다른 플라즈마 프로세스들과 같은 플라즈마 프로세스를 기판(1205) 상에 수행한다. 배기 조립체(1290)에 의해 프로세싱 영역(1202)에서 진공이 유지되고, 배기 조립체(1290)는 배출 영역(1204)을 통해 플라즈마 프로세스로부터의 사용된 프로세싱 가스들 및 부산물들을 제거한다.

덮개 조립체(1210)는 일반적으로 챔버 본체 조립체(1240)로부터 격리되고 그에 의해 지지된 상부 전극(1212)(또는 애노드(anode)), 및 상부 전극(1212)을 에워싸는 챔버 덮개(1214)를 포함한다. 상부 전극(1212)은 전도성 가스 유입 튜브(1226)를 통해 RF 전원(1203)에 결합된다. 전도성 가스 유입 튜브(1226)는 RF 전력 및 프로세싱 가스들 모두가 대칭적으로 제공되도록 챔버 본체 조립체(1240)의 중심축과 동축이다. 상부 전극(1212)은 열 전달 플레이트(1218)에 부착된 샤워헤드 플레이트(showerhead plate)(1216)를 포함한다. 샤워헤드 플레이트(1216), 열 전달 플레이트(1218) 및 가스 유입 튜브(1226)는 모두 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 RF 전도성 재료로 제조된다.

샤워헤드 플레이트(1216)는 프로세싱 영역(1202) 내로 프로세싱 가스들을 분배하기 위한 중앙 매니폴드(central manifold)(1220) 및 하나 이상의 외부 매니폴드들(outer manifolds)(1222)을 갖는다. 하나 이상의 외부 매니폴드들(1222)은 중앙 매니폴드(1220)를 둘러싸고 있다. 중앙 매니폴드(1220)는 가스 소스(1206)로부터 가스 유입 튜브(1226)를 통해 프로세싱 가스들을 수용하고, 외부 매니폴드(들)(1222)는 중앙 매니폴드(1220)에 수용된 가스들의 동일하거나 상이한 혼합물일 수 있는 프로세싱 가스들을 가스 소스(1206)로부터 가스 유입 튜브(들)(1227)를 통해 수용한다. 샤워헤드 플레이트(1216)의 이중 매니폴드 구성은 프로세싱 영역(1202) 내로의 가스들의 전달의 향상된 제어를 허용한다. 다중 매니폴드 샤워헤드 플레이트(1216)는 통상적인 단일 매니폴드 버전들과 대조적으로 프로세싱 결과들의 향상된 중앙 대 에지 제어를 가능하게 한다.

열 전달 유체는 유체 소스(1209)로부터 유체 유입 튜브(1230)를 통해 열 전달 플레이트(1218)로 전달된다. 유체는 열 전달 플레이트(1218)에 배치된 하나 이상의 유체 채널들(1219)을 통해 순환되고, 유체 유출 튜브(1231)를 통해 유체 소스(1209)로 복귀된다. 적합한 열 전달 유체들은 물, 수성 에틸렌 글리콜 혼합물들, 퍼플루오로폴리에테르(예를 들어, Galden® 유체), 오일계 열 전달 유체들, 또는 유사한 유체들을 포함한다.

챔버 본체 조립체(1240)는 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 프로세싱 환경들에 저항성이 있는 전도성 재료로 제조된 챔버 본체(1242)를 포함한다. 기판 지지 조립체(1260)는 챔버 본체(1242) 내에 중앙에 배치되고, 중심축(CA)에 대해 대칭적으로 프로세싱 영역(1202)에서 기판(1205)을 지지하도록 포지셔닝된다. 기판 지지 조립체(1260)는 또한 기판(1205)을 둘러싸는 프로세스 링(1297)을 지지할 수 있다. 챔버 본체(1242)는 상부 라이너 조립체(upper liner assembly)(1244)의 외부 플랜지를 지지하는 레지(ledge)를 포함한다. 상부 라이너 조립체(1244)는 알루미늄, 스테인리스강, 및/또는 이트리아(예를 들어, 이트리아 코팅된 알루미늄)와 같은 전도성의 프로세스 호환 재료로 구성될 수 있다. 실제로, 상부 라이너 조립체(1244)는 프로세싱 영역(1202) 내의 플라즈마로부터 챔버 본체(1242)의 상부 부분을 차폐하고, 주기적인 세정 및 유지보수를 허용하도록 제거 가능하다. 상부 라이너 조립체(1244)의 내부 플랜지는 상부 전극(1212)을 지지한다. 챔버 본체 조립체(1240)와 상부 전극(1212) 사이에 전기적 절연을 제공하기 위해 상부 라이너 조립체(1244)와 상부 전극(1212) 사이에 절연체(1213)가 포지셔닝된다.

상부 라이너 조립체(1244)는 내부 및 외부 플랜지들에 부착된 외벽(1247), 하부벽(1248) 및 내벽(1249)을 포함한다. 외벽(1247) 및 내벽(1249)은 실질적으로 수직인 원통형 벽들이다. 외벽(1247)은 프로세싱 영역(1202) 내의 플라즈마로부터 챔버 본체(1242)를 차폐하도록 포지셔닝되고, 내벽(1249)은 프로세싱 영역(1202) 내의 플라즈마로부터 기판 지지 조립체(1260)의 측면을 적어도 부분적으로 차폐하도록 포지셔닝된다. 하부벽(1248)은 배출 통로들(1289)이 형성되는 특정 영역들을 제외하고는 내벽(1249)과 외벽(1247)을 결합한다.

프로세싱 영역(1202)은 기판 지지 조립체(1260) 내로의/기판 지지 조립체(1260)로부터의 기판(1205)의 진입 및 제거를 허용하는, 챔버 본체(1242)에 배치된 슬릿 밸브 터널(slit valve tunnel)(1241)을 통해 접근된다. 상부 라이너 조립체(1244)에는 기판(1205)의 통과를 허용하도록 슬릿 밸브 터널(1241)과 정합되는 슬롯(slot)(1250)이 관통 배치된다. 도어 조립체(door assembly)(도시되지 않음)가 플라즈마 프로세싱 장치의 작동 동안에 슬릿 밸브 터널(1241) 및 슬롯(1250)을 폐쇄한다.

기판 지지 조립체(1260)는 일반적으로 하부 전극(1261)(또는 캐소드(cathode)) 및 중공 페디스털(hollow pedestal)(1262)을 포함하고, 그 중심은 중심축(CA)이 통과하며, 기판 지지 조립체(1260)는 중앙 영역(1256)에 배치되고 챔버 본체(1242)에 의해 지지된 중앙 지지 부재(1257)에 의해 지지된다. 중심축(CA)은 또한 중앙 지지 부재(1257)의 중심을 통과한다. 하부 전극(1261)은 중공 페디스털(1262)을 통해 라우팅된 정합 네트워크(도시되지 않음) 및 케이블(도시되지 않음)을 통해 RF 전원(1203)에 결합된다. RF 전력이 상부 전극(1212) 및 하부 전극(1261)에 공급될 때, 이들 사이에 형성된 전기장은 프로세싱 영역(1202)에 존재하는 프로세싱 가스들을 플라즈마로 점화시킨다.

중앙 지지 부재(1257)는, 예컨대 파스너들(fasteners) 및 O-링들(도시되지 않음)에 의해, 챔버 본체(1242)에 밀봉되고, 하부 전극(1261)은, 예컨대 벨로우즈(bellows)(1258)에 의해, 중앙 지지 부재(1257)에 밀봉된다. 따라서, 중앙 영역(1256)은 프로세싱 영역(1202)으로부터 밀봉되고, 대기압으로 유지될 수 있는 반면, 프로세싱 영역(1202)은 진공 상태들로 유지된다.

작동 조립체(1263)는 중앙 영역(1256) 내에 포지셔닝되고, 챔버 본체(1242) 및/또는 중앙 지지 부재(1257)에 부착된다. 작동 조립체(1263)는 챔버 본체(1242), 중앙 지지 부재(1257) 및 상부 전극(1212)에 대한 하부 전극(1261)의 수직 이동을 제공한다. 프로세싱 영역(1202) 내에서의 하부 전극(1261)의 그러한 수직 이동은 하부 전극(1261)과 상부 전극(1212) 사이에 가변 갭(variable gap)을 제공하고, 이는 이들 사이에 형성된 전기장의 증가된 제어를 허용하여, 결국 프로세싱 영역(1202)에 형성된 플라즈마의 밀도의 보다 큰 제어를 제공한다. 또한, 기판(1205)이 하부 전극(1261)에 의해 지지되기 때문에, 기판(1205)과 샤워헤드 플레이트(1216) 사이의 갭이 또한 변경될 수 있고, 결과적으로 기판(1205)에 걸친 프로세스 가스 분포의 보다 큰 제어를 야기한다.

일 실시예에서, 하부 전극(1261)은 정전 척(electrostatic chuck)이고, 따라서 내부에 배치된 하나 이상의 전극들(도시되지 않음)을 포함한다. 전압원(도시되지 않음)은 기판(1205)에 대해 하나 이상의 전극을 바이어싱(biasing)하여 프로세싱 동안에 기판(1205)을 제 포지션에 유지하기 위한 인력을 생성한다. 하나 이상의 전극들을 전압원에 결합하는 배선(cabling)은 중공 페디스털(1262)을 통해 그리고 복수의 접근 튜브들(1280) 중 하나를 통해 챔버 본체(1242) 밖으로 라우팅된다.

도 12b는 챔버 본체 조립체(1240)의 스포크들(spokes)(1291) 내의 접근 튜브들(1280)의 레이아웃의 개략적인 도시이다. 스포크들(1291) 및 접근 튜브들(1280)은 도시된 바와 같이 스포크 패턴으로 프로세싱 장치(1200)의 중심축(CA)에 대해 대칭적으로 배열된다. 도시된 실시예에서, 3개의 동일한 접근 튜브들(1280)이 챔버 본체(1242)를 통해 중앙 영역(1256) 내로 배치되어, 챔버 본체(1242)의 외부로부터 하부 전극(1261)으로의 복수의 배관(tubing) 및 배선의 공급을 용이하게 한다. 스포크들(1291) 각각은 중앙 영역(1256) 위의 프로세싱 영역(1202)을 중앙 영역(1256) 아래의 배출 영역(1204)에 유체 결합하는 배출 통로(1289)에 인접하여 있다. 접근 튜브들(1280)의 대칭 배열은 챔버 본체(1242), 특히 프로세싱 영역(1202)에서의 전기적 및 열적 대칭을 추가로 제공하여, 프로세싱 동안 프로세싱 영역(1202)에서의 훨씬 더 균일한 플라즈마 형성 및 기판(1205)의 표면에 걸친 플라즈마 밀도의 향상된 제어를 허용한다.

유사하게, 배출 통로들(1289)은 중심축(CA)에 대해 대칭적으로 상부 라이너 조립체(1244)에 포지셔닝된다. 배출 통로들(1289)은 프로세싱 영역(1202)으로부터 배출 영역(1204)을 통해 그리고 배기 포트(1296)를 통해 챔버 본체(1242) 밖으로의 가스들의 배출을 허용한다. 배기 포트(1296)는 배출 통로들(1289)을 통해 가스들이 균등하게 흡인되도록 챔버 본체 조립체(1240)의 중심축(CA)을 중심으로 중심설정된다.

다시 도 12a를 참조하면, 전도성의 메쉬 라이너(conductive mesh liner)(1295)가 상부 라이너 조립체(1244) 상에 위치된다. 메쉬 라이너(1295)는 알루미늄, 스테인리스강, 및/또는 이트리아(예를 들어, 이트리아 코팅된 알루미늄)와 같은 전도성의 프로세스 호환 재료로 구성될 수 있다. 메쉬 라이너(1295)는 관통 형성된 복수의 애퍼쳐들(apertures)(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 애퍼쳐들은 메쉬 라이너(1295)의 중심축에 대해 대칭적으로 포지셔닝되어, 배기 가스들이 애퍼쳐들을 통해 균일하게 흡인될 수 있게 할 수 있으며, 이는 결국 프로세싱 영역(1202)에서의 균일한 플라즈마 형성을 용이하게 하고 프로세싱 영역(1202)에서의 플라즈마 밀도 및 가스 유동의 보다 큰 제어를 허용한다. 일 실시예에서, 메쉬 라이너(1295)의 중심축은 챔버 본체 조립체(1240)의 중심축(CA)과 정렬된다.

메쉬 라이너(1295)는 상부 라이너 조립체(1244)에 전기적으로 결합될 수 있다. RF 플라즈마가 프로세싱 영역(1202) 내에 존재하는 경우, 접지로의 복귀 경로를 찾는 RF 전류는 메쉬 라이너(1295)의 표면을 따라 상부 라이너 조립체(1244)의 외벽(1247)으로 이동할 수 있다. 따라서, 메쉬 라이너(1295)의 환형 대칭 구성은 접지로의 대칭적인 RF 복귀를 제공하고, 상부 라이너 조립체(1244)의 임의의 기하학적 비대칭들을 바이패스시킨다.

일 실시예에서, 하나 이상의 센서 모듈들은 프로세싱 장치(1200) 전체에 걸쳐 다양한 위치들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(또는 센서 모듈의 일부)은 챔버(1242)의 측벽을 따른 위치, 배기 영역(1204) 내의 위치, 프로세스 링(1297)에 인접한 위치(예를 들어, 메쉬 라이너(1295)에 통합된 위치), 또는 덮개 조립체(1210)와 통합된 위치(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 하나 이상의 위치들에 위치될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치(1200)를 통한 다수의 위치들에서의 다양한 챔버 상태들의 검출이 결정될 수 있다. 하나 이상의 센서 모듈들에 의해 공급되는 챔버 상태들은, 예를 들어 프로세싱 레시피 파라미터들, 프로세싱 장치(1200)에 대한 세정 스케줄들, 구성요소 교체 결정들 등과 같은 하나 이상의 파라미터들을 수정하는 데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는, 예를 들어 위치(1299A)에, 챔버 벽 용량성 센서 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는, 예를 들어 위치(1299B)에, 챔버 덮개 용량성 센서 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는 배출 포트 내부에 또는 그에 인접하게, 예를 들어 위치(1299D)에, 챔버 플로어 또는 배출 포트 용량성 센서 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는, 예를 들어 위치(1299C)에, 링 구조체 용량성 센서 모듈을 포함한다.

일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는 챔버 벽 용량성 센서 모듈, 챔버 덮개 용량성 센서 모듈, 챔버 바닥 또는 배출 포트 용량성 센서 모듈, 링 구조체 용량성 센서 모듈로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2개 이상의 상이한 용량성 센서들을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세싱 장치(1200)는 챔버 벽 용량성 센서 모듈, 챔버 덮개 용량성 센서 모듈, 챔버 플로어 또는 배출 포트 용량성 센서 모듈, 링 구조체 용량성 센서 모듈로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2개 이상의 동일한 용량성 센서들을 포함한다.

일 실시예에서, 챔버 벽 용량성 센서 모듈, 챔버 덮개 용량성 센서 모듈, 챔버 플로어 또는 배출 포트 용량성 센서 모듈, 및/또는 링 구조체 용량성 센서 모듈 중 하나 이상은 열 센서를 더 포함한다. 일 실시예에서, 그러한 챔버 벽 용량성 센서 모듈, 챔버 덮개 용량성 센서 모듈, 또는 챔버 플로어 또는 배출 포트 용량성 센서 모듈은 프로세싱 영역(1202)에 근접한 용량성 센서를 포함하고, 프로세싱 영역(1202)으로부터 멀리 떨어진 열 센서를 포함한다. 일 실시예에서, 링 구조체 용량성 센서 모듈은 기판(1205) 지지 영역에 근접한 용량성 센서를 포함하고, 기판(1205) 지지 영역으로부터 멀리 떨어진 열 센서를 포함한다.

도 12a 및 도 12b의 프로세싱 장치(1200)가 본원에 개시된 것들과 같은 센서 모듈들을 포함하는 것으로부터 이익을 얻을 수 있는 툴의 특정 예를 제공하고 있지만, 실시예들은 도 12a 및 도 12b의 특정 구성에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 마이크로전자 제조 산업에서 사용되는 것들(그러나 이에 제한되지 않음)과 같은 많은 상이한 플라즈마 챔버 구성들이 또한 본원에 개시된 것들과 같은 센서 모듈들의 통합으로부터 이익을 얻을 수 있다.

예를 들어, 도 13은 일 실시예에 따른, 전술한 것들과 같은 하나 이상의 용량성 센서 모듈들을 포함할 수 있는 프로세싱 장치(1300)의 단면 예시이다. 플라즈마 프로세싱 장치(1300)는 플라즈마 에칭 챔버, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버, 물리 기상 증착 챔버, 플라즈마 처리 챔버, 이온 주입 챔버, 또는 다른 적합한 진공 프로세싱 챔버일 수 있다.

프로세싱 장치(1300)는 접지된 챔버(1342)를 포함한다. 일부 예들에서, 챔버(1342)는 또한 챔버(1342)의 내부면들을 보호하기 위한 라이너(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 챔버(1342)는 프로세싱 영역(1302) 및 배출 영역(1304)을 포함할 수 있다. 챔버(1342)는 덮개 조립체(1310)로 밀봉될 수 있다. 프로세스 가스들은 하나 이상의 가스 소스들(1306)로부터 질량 유동 제어기(1349)를 통해 덮개 조립체(1310)로 그리고 챔버(1305) 내로 공급된다. 배출 영역(1304)에 근접한 배기 포트(1396)는 챔버(1342) 내에서 원하는 압력을 유지하고 챔버(1342)에서의 프로세싱으로부터의 부산물들을 제거할 수 있다.

덮개 조립체(1310)는 일반적으로 샤워헤드 플레이트(1316) 및 열 전달 플레이트(1318)를 포함하는 상부 전극을 포함한다. 덮개 조립체(1310)는 절연 층(1313)에 의해 챔버(1342)로부터 격리된다. 상부 전극은 정합부(도시되지 않음)를 통해 소스 RF 생성기(1303)에 결합된다. 소스 RF 생성기(1303)는 예를 들어, 100 내지 180MHz의 주파수를 가질 수 있고, 특정 실시예에서는 162MHz 대역에 있다. 가스 소스(1306)로부터의 가스는 샤워헤드 플레이트(1316) 내의 매니폴드(1320) 내로 진입하고, 샤워헤드 플레이트(1316) 내로의 개구들을 통해 챔버(1342)의 프로세싱 영역(1302) 내로 빠져나간다. 일 실시예에서, 열 전달 플레이트(1318)는 열 전달 유체를 유동시키는 채널들(1319)을 포함한다. 샤워헤드 플레이트(1316) 및 열 전달 플레이트(1318)는 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 RF 전도성 재료로 제조된다. 특정 실시예들에서, 샤워헤드 플레이트(1316) 대신에(또는 그에 부가하여) 챔버(1342) 내로 프로세스 가스들을 분배하기 위해 가스 노즐 또는 다른 적합한 가스 분배 조립체가 제공된다.

프로세싱 영역(1302)은 기판(1305)이 그 위에 고정되는 하부 전극(1361)을 포함할 수 있다. 기판(1305)을 둘러싸는 프로세스 링(1397)의 부분들은 또한 하부 전극(1361)에 의해 지지될 수 있다. 기판(1305)은 챔버(1342)를 관통하는 슬릿 밸브 터널(1341)을 통해 챔버(1342) 내로 삽입(또는 챔버(1342)로부터 추출)될 수 있다. 간략화를 위해 슬릿 밸브 터널(1341)을 위한 도어가 생략되어 있다. 하부 전극(1361)은 정전 척일 수 있다. 하부 전극(1361)은 지지 부재(1357)에 의해 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 전극(1361)은 복수의 가열 구역들을 포함할 수 있고, 각각의 가열 구역은 온도 설정치로 독립적으로 제어 가능하다. 예를 들어, 하부 전극(1361)은 기판(1305)의 중심에 근접한 제1 열 구역 및 기판(1305)의 주변부에 근접한 제2 열 구역을 포함할 수 있다. 바이어스 전력 RF 생성기(1325)가 정합부(1327)를 통해 하부 전극(1361)에 결합된다. 바이어스 전력 RF 생성기(1325)는 원하는 경우 플라즈마를 활성화시키기 위해 바이어스 전력을 제공한다. 바이어스 전력 RF 생성기(1325)는 예를 들어 약 2MHz 내지 60MHz의 저주파수를 가질 수 있고, 특정 실시예에서는 13.56 MHz 대역에 있다.

일 실시예에서, 하나 이상의 센서 모듈들은 프로세싱 장치(1300) 전체에 걸쳐 다양한 위치들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(또는 센서 모듈의 일부)은 챔버(1342)의 측벽을 따른 위치(1399A), 배기 영역(1304) 근처 또는 배기 영역(1304) 내의 위치(1399D), 프로세스 링(1397)에 인접하거나 프로세스 링(1397) 내에 있는 위치(1399C), 및/또는 덮개 조립체(1310)와 통합된 위치, 예컨대 위치(1399B)(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 하나 이상의 위치들에 위치될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치(1300)를 통한 다수의 위치들에서의 다양한 챔버 상태들의 검출이 결정될 수 있다. 하나 이상의 센서 모듈들에 의해 공급되는 챔버 상태들은, 예를 들어 프로세싱 레시피 파라미터들, 프로세싱 장치(1300)에 대한 세정 스케줄들, 구성요소 교체 결정들 등과 같은 하나 이상의 파라미터들을 수정하는 데 사용될 수 있다.

이제 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른, 프로세싱 툴의 예시적인 컴퓨터 시스템(1460)의 블록도가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1460)은 프로세싱 툴에 결합되어 프로세싱 툴에서의 프로세싱을 제어한다. 컴퓨터 시스템(1460)은 본원에 개시된 것들과 같은 하나 이상의 센서 모듈들에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1460)은, 예를 들어 프로세싱 레시피 파라미터들, 프로세싱 툴에 대한 세정 스케줄들, 구성요소 교체 결정들 등과 같은 하나 이상의 파라미터들을 수정하기 위해 하나 이상의 센서 모듈들로부터의 출력들을 이용할 수 있다.

컴퓨터 시스템(1460)은 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 인트라넷(intranet), 엑스트라넷(extranet) 또는 인터넷에서 다른 기계들에 연결(예를 들어, 네트워킹)될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1460)은 클라이언트-서버 네트워크(client-server network) 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계(client machine)의 자격으로, 또는 피어-투-피어(peer-to-peer)(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 기계(peer machine)로서 작동할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1460)은 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋탑 박스(STB), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 셀룰러폰(cellular telephone), 웹 어플라이언스(web appliance), 서버, 네트워크 라우터(network router), 스위치 또는 브리지, 또는 해당 기계가 취할 동작들을 지정하는 한 세트의 명령어들을 (순차적으로 또는 다른 방식으로) 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1460)에 대해 단일 기계만이 도시되어 있지만, 용어 "기계"는 또한, 본원에 설명된 방법들 중 어느 하나 이상을 수행하는 한 세트의(또는 다중의 세트들의) 명령어들을 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 임의의 기계들의 집합을 포함하는 것으로 여겨져야 한다.

컴퓨터 시스템(1460)은, 실시예들에 따른 프로세스를 수행하도록 컴퓨터 시스템(1460)(또는 다른 전자 디바이스들)을 프로그램하는 데 사용될 수 있는 명령어들을 저장하는 비일시적인 기계 판독가능 매체를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어(1422)를 포함할 수 있다. 기계 판독가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계 판독가능(예를 들어, 컴퓨터 판독가능) 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체(예를 들어, 판독 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 자기 디스크 저장 매체들, 광학적 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들 등), 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 전송 매체(전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호들(예를 들어, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.

일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1460)은 시스템 프로세서(1402), 메인 메모리(1404)(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 예컨대 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등), 정적 메모리(1406)(예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 등), 및 이차 메모리(1418)(예를 들어, 데이터 저장 디바이스)를 포함하며, 이들은 버스(1430)를 통해 서로 통신한다.

시스템 프로세서(1402)는 마이크로시스템 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 나타낸다. 보다 상세하게는, 시스템 프로세서는 복잡 명령어 집합 컴퓨팅(CISC) 마이크로시스템 프로세서, 축소 명령어 집합 컴퓨팅(RISC) 마이크로시스템 프로세서, 초장 명령어 워드(VLIW) 마이크로시스템 프로세서, 다른 명령어 세트들을 구현하는 시스템 프로세서, 또는 명령어 세트들의 조합을 구현하는 시스템 프로세서들일 수 있다. 시스템 프로세서(1402)는 또한, 주문형 집적 회로(ASIC), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 네트워크 시스템 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수도 있다. 시스템 프로세서(1402)는 본원에 설명된 작동들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(1426)을 실행하도록 구성된다.

컴퓨터 시스템(1460)은 다른 디바이스들 또는 기계들과 통신하기 위한 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(system network interface device)(1408)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1460)은 또한, 비디오 디스플레이 유닛(1410)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 또는 음극선관(CRT)), 영숫자 입력 디바이스(alphanumeric input device)(1412)(예들 들어, 키보드), 커서 제어 디바이스(cursor control device)(1414)(예를 들어, 마우스), 및 신호 생성 디바이스(1416)(예를 들어, 스피커)를 포함할 수 있다.

이차 메모리(1418)는 본원에 설명된 방법들 또는 기능들 중 어느 하나 이상을 구체화하는 명령어들의 하나 이상의 세트들(예를 들어, 소프트웨어(1422))을 저장하는 기계 액세스 가능 저장 매체(1431)(또는 보다 구체적으로는 컴퓨터 판독가능 저장 매체)를 포함할 수 있다. 소프트웨어(1422)는 또한, 기계 판독가능 저장 매체들을 또한 구성하는 컴퓨터 시스템(1460), 메인 메모리(1404) 및 시스템 프로세서(1402)에 의해 실행되는 동안 메인 메모리(1404) 및/또는 시스템 프로세서(1402) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다. 소프트웨어(1422)는 또한 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(1408)를 통해 네트워크(1461) 상에서 송신 또는 수신될 수 있다. 일 실시예에서, 네트워크 인터페이스 디바이스(1408)는 RF 결합, 광학 결합, 음향 결합, 또는 유도 결합을 사용하여 작동할 수 있다.

기계 액세스 가능 저장 매체(1431)는 예시적인 실시예에서 단일 매체인 것으로 도시되어 있지만, 용어 "기계 판독가능 저장 매체"는 하나 이상의 세트들의 명령어들을 저장하는 단일 매체 또는 다중 매체들(예를 들어, 중앙 집중형 또는 분산형 데이터베이스, 및/또는 관련 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 여겨져야 한다. 또한, 용어 "기계 판독가능 저장 매체"는 기계에 의한 실행을 위한 한 세트의 명령어들을 저장 또는 인코딩할 수 있고 기계가 방법들 중 어느 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 여겨질 것이다. 따라서, 용어 "기계 판독가능 저장 매체"는 고체 상태 메모리들(solid-state memories), 및 광학 및 자기 매체들을 포함하는(그러나, 이에 제한되지 않음) 것으로 여겨질 것이다.

따라서, 본 개시내용의 실시예들은 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 용량성 센서들 및 용량성 감지 위치들을 포함한다.

요약서에 설명된 것을 포함하는 본 개시내용의 실시예들의 예시된 구현들의 상기 설명은 완전하거나 개시된 정확한 형태들에 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시내용의 특정 구현들 및 예들이 예시의 목적들로 본원에 설명되어 있지만, 당업자가 인식하는 바와 같이 본 개시내용의 범위 내에서 다양한 등가 변형들이 가능하다.

이러한 변형들은 상기의 상세한 설명에 비추어 본 개시내용에 대해 이루어질 수 있다. 하기의 청구범위에 사용되는 용어들은 본 명세서 및 청구범위에 설명된 특정 구현들에 대한 개시내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 개시내용의 범위는 확립된 청구 해석의 교리들에 따라 해석되어야 하는 하기의 청구범위에 의해 전적으로 결정되어야 한다.

예시적인 실시예 1: 플라즈마 챔버 모니터링 시스템은 복수의 용량성 센서들, 커패시턴스 디지털 변환기, 및 커패시턴스 디지털 변환기에 결합된 응용 프로세스 서버를 포함하며, 응용 프로세스 서버는 시스템 소프트웨어를 포함한다. 커패시턴스 디지털 변환기는 복수의 용량성 센서들에 결합된 격리 인터페이스, 격리 인터페이스에 결합된 전력 공급 장치, 격리 인터페이스에 결합된 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어, 및 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어에 결합된 주문형 집적 회로를 포함한다.

예시적인 실시예 2: 예시적인 실시예 1의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 커패시턴스 디지털 변환기의 주문형 집적 회로는 etherCAT 주문형 집적 회로이다.

예시적인 실시예 3: 예시적인 실시예 2의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, etherCAT 주문형 집적 회로는 시스템 소프트웨어의 원활한 통합 및 복수의 용량성 센서들 중 다수의 용량성 센서들의 제어를 동시에 제공한다.

예시적인 실시예 4: 예시적인 실시예 2 또는 3의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, etherCAT 주문형 집적 회로는 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들을 초기화 및 교정한다.

예시적인 실시예 5: 예시적인 실시예 1 내지 4 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 응용 프로세스 서버는 복수의 용량성 센서들로부터의 커패시턴스 센서 데이터를 프로세스 레시피와 동기화한다.

예시적인 실시예 6: 예시적인 실시예 1 내지 5 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 커패시턴스 디지털 변환기의 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어는 복수의 용량성 센서들 중 다수의 용량성 센서들과의 동시 통신 및 결정적 타이밍을 제공한다.

예시적인 실시예 7: 예시적인 실시예 1 내지 6 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들은 커패시턴스 디지털 변환기의 격리 인터페이스에 병렬로 결합된다.

예시적인 실시예 8: 예시적인 실시예 1 내지 7 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들은 집적 회로 간 버스 및 전력 공급 라인을 포함하는 인터커넥트에 의해 커패시턴스 디지털 변환기의 격리 인터페이스에 각각 결합된다.

예시적인 실시예 9: 예시적인 실시예 1 내지 8 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 센서들 중 하나 이상은 플라즈마 챔버의 챔버 벽에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 10: 예시적인 실시예 1 내지 9 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 센서들 중 하나 이상은 플라즈마 챔버의 챔버 덮개에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 11: 예시적인 실시예 1 내지 10 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 센서들 중 하나 이상은 플라즈마 챔버의 배출 영역에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 12: 예시적인 실시예 1 내지 11 중 어느 하나의 플라즈마 챔버 모니터링 시스템으로서, 복수의 센서들 중 하나 이상은 플라즈마 챔버 내의 프로세스 링에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 13: 플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 위한 인터커넥트는 용량성 센서 모듈의 커패시턴스 디지털 변환기에 결합하기 위한 제1 커넥터, 전자장치 및 외부 전력 공급 장치에 결합하기 위한 제2 커넥터, 및 제1 커넥터와 제2 커넥터 사이에서 이들에 결합된 차폐 케이블을 포함한다. 차폐 케이블은 인터커넥트를 플라즈마 챔버의 프레임에 물리적으로 연결하기 위한 차폐 금속, 차폐 금속 내에 수용된 전력 공급 라인, 차폐 금속 내에 수용된 접지 라인, 및 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들을 포함한다.

예시적인 실시예 14: 예시적인 실시예 13의 인터커넥트로서, 차폐 금속 내에 수용된 전력 공급 라인은 3 내지 4 볼트의 전력 공급 라인이다.

예시적인 실시예 15: 예시적인 실시예 13 또는 14의 인터커넥트로서, 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들 각각은 집적 회로 간 버스이거나 이를 포함한다.

예시적인 실시예 16: 예시적인 실시예 13 내지 15 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 차폐 금속 내에 수용된 접지 라인은 용량성 센서 모듈 및 전자장치에 대한 공통 접지를 제공한다.

예시적인 실시예 17: 예시적인 실시예 13 내지 16 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들은 센서 데이터 클로킹을 동기화한다.

예시적인 실시예 18: 예시적인 실시예 13 내지 17 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 용량성 센서 모듈의 센서는 플라즈마 챔버의 챔버 벽에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 19: 예시적인 실시예 13 내지 18 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 용량성 센서 모듈의 센서는 플라즈마 챔버의 챔버 덮개에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 20: 예시적인 실시예 13 내지 19 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 용량성 센서 모듈의 센서는 플라즈마 챔버의 배출 영역에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 21: 예시적인 실시예 13 내지 20 중 어느 하나의 인터커넥트로서, 용량성 센서 모듈의 센서는 플라즈마 챔버 내의 프로세스 링에 위치하기 위한 것이다.

예시적인 실시예 22: 플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법은 데이터를 용량성 센서 모듈로부터 데이터 서버로 스트리밍하는 단계를 포함한다. 이 데이터는 커패시턴스 데이터 및 온도 데이터를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 용량성 센서 모듈을 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 동기화하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예 23: 예시적인 실시예 22의 방법으로서, 데이터를 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계 이후에, 그리고 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계 이전에, 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계를 더 포함한다.

예시적인 실시예 24: 예시적인 실시예 23의 방법으로서, 데이터 프로세싱을 수행하는 단계는 데이터를 필터링하고 데이터를 노이즈 제거하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예 25: 예시적인 실시예 24의 방법으로서, 데이터를 필터링하고 데이터를 노이즈 제거하는 단계는 이동 평균 접근법을 사용하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예 26: 예시적인 실시예 23 내지 25 중 어느 하나의 방법으로서, 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계는 데이터의 회귀 모델링을 포함한다.

예시적인 실시예 27: 예시적인 실시예 22 내지 26 중 어느 하나의 방법으로서, 용량성 센서 모듈에 의한 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.

예시적인 실시예 28: 예시적인 실시예 27의 방법으로서, 용량성 센서 모듈에 의한 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들의 모니터링에 기초하여 플라즈마 챔버에 대한 세정/오염 상태를 결정하는 단계를 더 포함한다.

예시적인 실시예 29: 예시적인 실시예 22 내지 28 중 어느 하나의 방법으로서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링은 플라즈마 챔버의 챔버 벽에서 수행된다.

예시적인 실시예 30: 예시적인 실시예 22 내지 29 중 어느 하나의 방법으로서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링은 플라즈마 챔버의 챔버 덮개에서 수행된다.

예시적인 실시예 31: 예시적인 실시예 22 내지 30 중 어느 하나의 방법으로서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링은 플라즈마 챔버의 배출 영역에서 수행된다.

예시적인 실시예 32: 예시적인 실시예 22 내지 31 중 어느 하나의 방법으로서, 플라즈마 챔버 상태 모니터링은 플라즈마 챔버 내의 프로세스 링에서 수행된다.

Claims

플라즈마 챔버 모니터링 시스템(plasma chamber monitoring system)으로서,
복수의 용량성 센서들(capacitive sensors);
커패시턴스 디지털 변환기(capacitance digital converter) ― 상기 커패시턴스 디지털 변환기는,
상기 복수의 용량성 센서들에 결합된 격리 인터페이스(isolation interface);
상기 격리 인터페이스에 결합된 전력 공급 장치(power supply);
상기 격리 인터페이스에 결합된 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어(field-programmable gate-array firmware); 및
상기 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어에 결합된 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)를 포함함 ―; 및
상기 커패시턴스 디지털 변환기에 결합된 응용 프로세스 서버(applied process server)를 포함하며,
상기 응용 프로세스 서버는 시스템 소프트웨어(system software)를 포함하는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 커패시턴스 디지털 변환기의 주문형 집적 회로는 etherCAT 주문형 집적 회로인,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 etherCAT 주문형 집적 회로는 상기 시스템 소프트웨어의 원활한 통합(seamless integration) 및 상기 복수의 용량성 센서들 중 다수의 용량성 센서들의 제어를 동시에 제공하는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 etherCAT 주문형 집적 회로는 상기 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들을 초기화 및 교정하는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 응용 프로세스 서버는 상기 복수의 용량성 센서들로부터의 커패시턴스 센서 데이터를 프로세스 레시피(process recipe)와 동기화하는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 커패시턴스 디지털 변환기의 필드-프로그램 가능 게이트-어레이 펌웨어는 상기 복수의 용량성 센서들 중 다수의 용량성 센서들과의 동시 통신 및 결정적 타이밍을 제공하는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들은 상기 커패시턴스 디지털 변환기의 격리 인터페이스에 병렬로 결합되는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 용량성 센서들 중 개별 용량성 센서들은 집적 회로 간 버스(inter-integrated circuit) 및 전력 공급 라인을 포함하는 인터커넥트(interconnect)에 의해 상기 커패시턴스 디지털 변환기의 격리 인터페이스에 각각 결합되는,
플라즈마 챔버 모니터링 시스템.
플라즈마 챔버 모니터링 시스템을 위한 인터커넥트로서,
용량성 센서 모듈(capacitive sensor module)의 커패시턴스 디지털 변환기에 결합하기 위한 제1 커넥터(connector);
전자장치 및 외부 전력 공급 장치에 결합하기 위한 제2 커넥터;
상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터 사이에서 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터에 결합된 차폐 케이블(shielded cable)을 포함하며,
상기 차폐 케이블은,
상기 인터커넥트를 플라즈마 챔버(plasma chamber)의 프레임(frame)에 물리적으로 연결하기 위한 차폐 금속;
상기 차폐 금속 내에 수용된 전력 공급 라인;
상기 차폐 금속 내에 수용된 접지 라인; 및
상기 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들을 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 인터커넥트.
제9 항에 있어서,
상기 차폐 금속 내에 수용된 전력 공급 라인은 3 내지 4 볼트의 전력 공급 라인인,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 인터커넥트.
제9 항에 있어서,
상기 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들 각각은 집적 회로 간 버스이거나 상기 집적 회로 간 버스를 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 인터커넥트.
제9 항에 있어서,
상기 차폐 금속 내에 수용된 접지 라인은 상기 용량성 센서 모듈 및 상기 전자장치에 대한 공통 접지를 제공하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 인터커넥트.
제9 항에 있어서,
상기 차폐 금속 내에 수용된 하나 이상의 통신 라인들은 센서 데이터 클로킹(sensor data clocking)을 동기화하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 인터커넥트.
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법으로서,
데이터를 용량성 센서 모듈로부터 데이터 서버로 스트리밍하는 단계 ― 상기 데이터는 커패시턴스 데이터 및 온도 데이터를 포함함 ―;
상기 데이터를 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계;
상기 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계; 및
상기 용량성 센서 모듈을 상기 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 동기화하는 단계를 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제14 항에 있어서,
상기 데이터를 상기 응용 프로세스 서버에서 수집하는 단계 이후에, 그리고 상기 데이터를 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들과 상관시키는 단계 이전에, 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제15 항에 있어서,
상기 데이터 프로세싱을 수행하는 단계는 상기 데이터를 필터링하고 상기 데이터를 노이즈 제거하는 단계를 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제16 항에 있어서,
상기 데이터를 필터링하고 상기 데이터를 노이즈 제거하는 단계는 이동 평균 접근법을 사용하는 단계를 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제15 항에 있어서,
상기 데이터 프로세싱 및 파라미터 추출을 수행하는 단계는 상기 데이터의 회귀 모델링을 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제14 항에 있어서,
상기 용량성 센서 모듈에 의한 상기 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들을 모니터링하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.
제19 항에 있어서,
상기 용량성 센서 모듈에 의한 상기 하나 이상의 프로세스 레시피 동작들의 하나 이상의 파라미터들의 모니터링에 기초하여 플라즈마 챔버에 대한 세정/오염 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마 챔버 상태 모니터링을 위한 데이터를 통합하는 방법.