KR20230123998A - 질량 분석법을 사용하는 라디칼 입자 농도 모니터링 - Google Patents

질량 분석법을 사용하는 라디칼 입자 농도 모니터링 Download PDF

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KR20230123998A
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쳉롱 양
지미 리우
제임스 이. 블레싱
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엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

모니터링 시스템은 가스 내의 라디칼 입자의 양을 탐지 및 측정한다. 테스트 챔버는 가스를 전달하는 유동 채널에 결합된다. 테스트 챔버는, 테스트 챔버 및 유동 채널을 연결하는 개구를 한정하며, 개구는, 가스의 서브세트가 유동 채널로부터 테스트 챔버에 유입될 수 있도록 한다. 이온화기는 테스트 챔버 내에 위치되며, 가스의 서브세트의 라디칼 입자로부터 라디칼 이온을 생성한다. 질량 분석계는 라디칼 이온의 양을 측정함으로써, 가스 내의 라디칼 입자의 측정치를 제공한다.

Description

질량 분석법을 사용하는 라디칼 입자 농도 모니터링
관련 출원
본 출원은 2020년 12월 23일자로 출원된 미국 가출원 번호 제63/130,257호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
원격 플라즈마 소스(RPS)는 라디칼 입자의 생성을 위해 반도체 공정(processing)에 널리 사용되었다. 최근에는, 라디칼 입자는, 에칭 및 증착 공정에서 하전(charging) 또는 스퍼터링(sputtering) 손상을 방지하는 이들의 이점 때문에, 특히 20 nm 미만 공정 노드에서, 반도체 소자 제조에 널리 적용되었다. RPS 시스템은, 반도체 공정에서 구현 시에, 가스 유량, 전력, 및 압력을 포함하는 동일한 파라미터 하에서 일관되게 작동될 수 있다. 그러나, 공통 파라미터 하에서도, 라디칼 입자의 농도의 변화로 인해, 증착 속도, 에칭 속도 및 세척 효율의 성능이 작업 간에 크게 달라질 수 있다. 이러한 변화는, 유지 보수 사이클 후에 또는 연장된 작동 사이클 동안 발생할 수 있다. 결과적으로, 반도체 공정의 성능이 예측 불가능하게 될 수 있다.
예시적인 실시형태는, 테스트 챔버, 이온화기(ionizer), 및 질량 분석계(mass spectrometer)를 포함하는, 라디칼 입자를 모니터링하기 위한 시스템을 포함한다. 테스트 챔버는, 가스를 전달하도록 적응된 유동 채널에 결합되도록 구성될 수 있다. 테스트 챔버는, 테스트 챔버 및 유동 채널을 연결하는 개구(aperture)를 한정할 수 있으며, 개구는, 가스의 서브세트(subset)가 유동 채널로부터 테스트 챔버에 유입될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 이온화기는 테스트 챔버 내에 위치될 수 있으며, 가스의 서브세트의 라디칼 입자로부터 라디칼 이온을 생성하도록 구성될 수 있다. 질량 분석계는 라디칼 이온의 양을 측정하도록 구성될 수 있다.
질량 분석계는 잔류 가스 분석기(RGA)일 수 있다. 테스트 챔버는, 유동 채널에서의 가스 압력보다 더 낮은 가스 압력을 유지하도록 구성될 수 있다. 테스트 챔버 내의 가스 압력은 1e-2 Torr 미만일 수 있으며, 유동 채널 내의 가스 압력은 0.01 Torr 초과일 수 있다. 이온화기는 개구로부터 4 인치 내에 위치될 수 있다. 이온화기는, 라디칼 이온을 생성하고 비-라디칼 이온의 생성을 최소화하기 위해, 저에너지 상태로 작동되도록 구성될 수 있으며, 저에너지 상태는, 비-라디칼 이온의 생성과 관련된 에너지 상태보다 더 낮다. 이온화기는 복수의 저에너지 상태로 작동되도록 구성될 수 있으며, 각각의 복수의 저에너지 상태는 각각의 라디칼 입자에 해당한다. 이온화기는, 가스의 서브세트의 비-라디칼 입자에 기초하여 기준 신호의 획득을 가능하게 하기 위해, 고에너지 상태로 작동되도록 구성될 수 있다. 개구는 1 밀리미터 미만의 직경을 가질 수 있다. 개구는, 유동 채널 내의 가스 내에 존재하는 비율의 0.1% 초과인, 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율을 테스트 챔버로 통과시킬 수 있게 할 수 있다.
테스트 챔버의 돌출부가 유동 채널 내로 연장되어 테스트 챔버의 체적을 둘러쌀 수 있으며, 개구는 돌출부에 위치된다. 돌출부는 실질적으로 원뿔형 형상을 나타낼 수 있으며, 개구는 원뿔형 형상의 첨단(point)에 위치된다. 이온화기는, 원뿔형 형상에 의해 한정된 체적 내에서 라디칼 이온을 생성하도록 위치될 수 있다. 원뿔형 형상은, 이온화기의 정전 요소(electrostatic element)로서 구성될 수 있다. 정전 렌즈는, 질량 분석계를 향해 빔으로서 라디칼 이온을 지향시키도록 구성될 수 있다.
제어기는, 질량 분석계에 의해 측정된 라디칼 이온의 양에 기초하여, 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 제어는, 1) 주어진 시간 동안의 라디칼 입자 생성의 양, 및 2) 라디칼 입자가 생성되는 시간 기간 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제어는, 전력, 가스 유량, 가스 압력, 및 라디칼 소스의 유동 채널의 침윤 경로의 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어는, 도구 공정을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
스토퍼(stopper)가 개구를 선택적으로 밀봉하도록 구성될 수 있다. 개구를 둘러싸는 표면은 비금속일 수 있으며, 금속 표면의 것보다 더 낮은, 라디칼 입자에 대한 반응성 및 재결합 계수를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 개구를 둘러싸는 표면은 금속성일 수 있으며, 라디칼 입자와의 낮은 반응성을 나타낼 수 있다. 유동 채널은, 라디칼 소스로부터 공정 챔버로 연장되는 도관, 공정 챔버 내의 반응 구역의 하류의 영역, 또는 공정 챔버의 하류의 도관일 수 있다.
추가적인 실시형태는 라디칼 입자를 모니터링하는 방법을 포함한다. 유동 채널로부터의 가스의 서브세트는, 테스트 챔버 및 유동 채널을 연결하는 개구를 통해 테스트 챔버로 지향될 수 있다. 이온화기를 통해, 가스의 서브세트의 라디칼 입자로부터 라디칼 이온이 생성될 수 있다. 그 다음, 질량 분석계를 통해, 라디칼 이온의 양이 측정될 수 있다.
질량 분석계는 잔류 가스 분석기(RGA)일 수 있다. 테스트 챔버는, 유동 채널에서의 가스 압력보다 더 낮은 가스 압력을 유지하도록 제어될 수 있다. 테스트 챔버 내의 가스 압력은 1e-2 Torr 미만일 수 있으며, 유동 채널 내의 가스 압력은 0.01 Torr 초과일 수 있다. 이온화기는 개구로부터 4 인치 내에 위치될 수 있다. 이온화기는, 라디칼 이온을 생성하고 비-라디칼 이온의 생성을 최소화하기 위해, 저에너지 상태로 작동될 수 있으며, 저에너지 상태는, 비-라디칼 이온의 생성과 관련된 에너지 상태보다 더 낮다. 이온화기는 복수의 저에너지 상태로 작동될 수 있으며, 각각의 복수의 저에너지 상태는 각각의 라디칼 입자에 해당한다. 이온화기는, 가스의 서브세트의 비-라디칼 입자에 기초하여 기준 신호의 획득을 가능하게 하기 위해, 고에너지 상태로 작동될 수 있다. 개구는 1 밀리미터 미만의 직경을 가질 수 있다. 개구를 통해, 유동 채널 내의 가스 내에 존재하는 비율의 0.1% 초과인, 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율을 테스트 챔버로 통과시킬 수 있다.
테스트 챔버의 돌출부가 유동 채널 내로 연장되어 테스트 챔버의 체적을 둘러쌀 수 있으며, 개구는 돌출부에 위치된다. 돌출부는 실질적으로 원뿔형 형상을 나타낼 수 있으며, 개구는 원뿔형 형상의 첨단에 위치된다. 이온화기를 통해, 원뿔형 형상에 의해 한정된 체적 내에서 라디칼 이온이 생성될 수 있다. 원뿔형 형상은, 이온화기의 정전 요소로서 구성될 수 있다. 정전 렌즈를 통해, 라디칼 이온은 질량 분석계를 향해 빔으로서 지향될 수 있다.
제어기를 통해, 질량 분석계에 의해 측정된 라디칼 이온의 양에 기초하여, 라디칼 입자 소스의 작동이 제어될 수 있다. 이러한 제어는, 1) 주어진 시간 동안의 라디칼 입자 생성의 양, 및 2) 라디칼 입자가 생성되는 시간 기간 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제어는, 전력, 가스 유량, 가스 압력, 및 라디칼 소스의 유동 채널의 침윤 경로의 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어는, 도구 공정 제어를 더 포함할 수 있다.
개구는 스토퍼를 통해 선택적으로 밀봉될 수 있다. 개구를 둘러싸는 표면은 비금속일 수 있으며, 금속 표면의 것보다 더 낮은, 라디칼 입자에 대한 반응성 및 재결합 계수를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 개구를 둘러싸는 표면은 금속성일 수 있으며, 라디칼 입자와의 낮은 반응성을 나타낼 수 있다. 유동 채널은, 라디칼 소스로부터 공정 챔버로 연장되는 도관, 공정 챔버 내의 반응 구역의 하류의 영역, 또는 공정 챔버의 하류의 도관일 수 있다.
전술한 내용은 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 예시적인 실시형태에 대한 이하의 보다 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이며, 첨부된 도면에서, 유사한 참조 문자는 상이한 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부분을 지칭한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니며, 대신에 실시형태를 예시할 때 강조가 이루어진다.
도 1a 내지 도 1f는 예시적인 실시형태에서 라디칼 입자 모니터를 구현하는 반도체 공정 시스템의 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 추가적인 실시형태에서 라디칼 입자 모니터를 구현하는 반도체 공정 시스템의 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 예시적인 실시형태에서 라디칼 입자 모니터의 서브세트의 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 라디칼 입자 모니터에서 구현될 수 있는 흡입구(inlet port)의 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 바이어스 전압 또는 온도 제어를 위해 구성된 흡입구의 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 개구 스토퍼를 구현하는 예시적인 구성예를 도시한다.
도 7은 추가적인 구성예의 라디칼 입자 모니터의 서브세트의 도면이다.
도 8은 예시적인 실시형태에서 라디칼 입자 농도를 모니터링하는 공정의 흐름도이다.
예시적인 실시형태에 대한 설명이 후속된다.
잔류 가스 분석기(RGA)는, 전형적으로 진공 시스템 내의 공정 제어 및 오염 모니터링을 위해 설계된 일종의 질량 분석계이다. RGA는 다양한 이온을 생성하도록 가스의 개별 성분을 이온화함으로써 작동되며, 그 다음, 이러한 이온의 질량 대 전하 비율을 탐지 및 결정한다. 전형적인 RGA는 안정적인 화합물을 탐지하도록 설계된다. 대조적으로, 라디칼 입자는, 전형적으로 RGA의 입자 샘플러(sampler)에 도달하기 전에 반응을 겪는다. 따라서, 그러한 RGA는, 과도한 손실로 인해 상당한 수의 라디칼 입자의 존재를 탐지하지 못할 것이다.
이전의 RGA는, 극 바이어스 중간 축 전위 및 음이온 기능을 포함하는, 이온 샘플링을 위한 다양한 기술을 구현하였다. 그러나, 이러한 RGA는, 반도체 공정 챔버 내의 라디칼 탐지를 위한 솔루션, 특히 짧은 수명 및 높은 재결합률을 갖는 라디칼을 샘플링하기 위한 솔루션을 제공하지 못한다. 적외선 다이오드 레이저 흡수, 분광법, 레이저 유도 형광 분광법, 공동 광자 감쇠(cavity ring down), 및 분광법과 같은, 질량 분석계를 능가하는, 라디칼의 다양한 측정 방법이 개발되었다. 또한, 최근에는, 고밀도 진공 자외선 흡수 분광법을 사용하여, 원자 라디칼이 측정되었다.
그러나, 위의 접근법은, 극소량 라디칼을 탐지하기 위한 좋지 못한 감도, 다른 가스 종으로부터의 간섭, 공정 조건 변화로 인해 안정적인 기준치를 달성하는 데의 어려움, 그리고 시스템 내의 라디칼의 정량화 불능을 포함하는, 다양한 단점을 겪고 있다. 따라서, 이전의 접근법은, 라디칼 농도를 정확하고 신뢰 가능하게 모니터링할 수 없다. 따라서, 반도체 공정은, 공정 챔버 내에서 라디칼 농도를 실시간으로 정밀하고 정확하게 모니터링할 필요가 있다. 이러한 모니터링은, 첨단 기술 노드를 위한 라디칼 온-웨이퍼(on-wafer) 공정을 적용하는 경우, 공정 제어를 위해 특히 바람직하다.
도 1a는 예시적인 실시형태에서 라디칼 입자 모니터(120)를 구현하는 반도체 공정 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은, 예를 들어 에칭 및/또는 증착 공정에서, 반도체 웨이퍼(112)가 처리되는 공정 챔버(110)를 포함한다. 이러한 공정을 가능하게 하기 위해, 원격 플라즈마 소스(RPS), 용량성 결합 플라즈마 소스(CCP), 또는 유도성 결합 플라즈마 소스(ICP)와 같은, 라디칼 소스(115)는, 직선형, 곡선형, 또는 엘보(elbow)와 같이 각질 수 있는, 공급 채널(105)을 통해 공정 챔버(110) 내로 가스를 방출할 수 있다. 원하는 공정에 따라, 가스는, 안정적인 입자, 라디칼 입자, 및 이온(예를 들어, 플라즈마 가스)의 다수의 상이한 조성물 중 하나를 가질 수 있다. 스로틀 밸브(throttle valve)(190)가 선택적으로 개방되어, 공정 챔버(110)로부터 전방 라인(foreline)(192)으로 가스를 전달할 수 있으며, 그 다음, 가스가 시스템(100)으로부터 배출될 수 있거나 추가적인 사용을 위해 수집될 수 있다.
라디칼 입자 모니터(RPM)(120)는, 가스 내의 라디칼 입자의 존재를 모니터링하도록 작동된다. RPM(120)은, 테스트 챔버(130), 이온화기(132), 및 질량 분석계(122)를 포함할 수 있다. 테스트 챔버(130)는 공급 채널(105)과 같은 가스 유동 채널에 결합되어, 테스트 챔버(130)로의 가스의 서브세트를 수신할 수 있다. 결합 지점은, 유동 채널(105)의 직선형, 곡선형, 또는 각진 부분 상에 있을 수 있다. 테스트 챔버(130) 내에 위치된 이온화기(132)는, 테스트 챔버(130) 내에 라디칼 이온을 생성하기 위해, 가스의 서브세트의 라디칼 입자를 이온화하도록 구성될 수 있다. 질량 분석계(122)는 잔류 가스 분석기(RGA) 또는 유사한 시스템일 수 있으며, 질량 분석기(124), 제어기(126), 및 펌프(128)를 포함할 수 있다. 질량 분석기(124)는 이온화기(132)로부터 라디칼 이온을 수신할 수 있으며, 라디칼 이온에 대한 질량 필터링 및 이온 탐지를 수행하여, 라디칼 이온의 존재를 측정할 수 있다. 그 다음, 제어기(126)는, 가스의 질량 스펙트럼과 같은, 추가적인 결과를 생성하기 위해 질량 분석기(124)로부터의 측정치를 처리할 수 있으며, 결과에 기초하여, 라디칼 소스(115)의 작동 또는 시스템(100)의 다른 파라미터를 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 펌프(128)(예를 들어, 진공 또는 터보 펌프)는 질량 분석기(124) 및 테스트 챔버(130)로부터 가스를 펌핑함으로써, 챔버를 적절한 압력(예를 들어, 1e-2 torr 미만)으로 유지하여, 전방 라인(192) 또는 다른 배기관에 가스를 전달하도록 작동될 수 있다.
RGA와 같은 전형적인 질량 분석계와 대조적으로, RPM(120)은 가스 내의 라디칼 입자의 신뢰 가능한 측정을 가능하게 한다. 이러한 기능은, 아래에 제공되는 바와 같은 다양한 조합으로 구현될 수 있는, 본원에 설명된 다수의 특징에 의해 가능해질 수 있다. 특히, 테스트 챔버(130)는, 테스트 챔버(130)에 유입되는 라디칼 입자의 반응을 최소화하면서, 가스의 최적의 샘플을 포착하도록 적응될 수 있다. 또한, 이온화기(132)는, 테스트 챔버(130)에 직접 유입되는 라디칼 입자의 이온화를 최대화하도록 구성될 수 있다. 테스트 챔버(130), 이온화기(132), 및 관련 요소의 다양한 특징은 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 아래에 설명된다. 또한, 질량 분석계(122)는, 아래에 설명되는 바와 같이, 비-라디칼 입자로부터의 간섭 없이 라디칼 입자를 이온화 및 측정하기 위해, 하나 이상의 저에너지 상태로 작동될 수 있다. RPM(120)은, 예를 들어, 아래에 설명되는 바와 같이 상이한 에너지 상태로 작동됨으로써, 비-라디칼 입자의 존재 뿐만 아니라, 상이한 라디칼 입자의 존재를 탐지 및 측정하기 위해, 다수의 작동 모드를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 1b 내지 도 1d는 추가적인 실시형태에서 반도체 공정 시스템(101 내지 103)을 도시한다. 시스템(101 내지 105)은, 이들이 상이한 구성으로 라디칼 입자 모니터 및/또는 라디칼 소스를 구현할 수 있다는 점을 제외하고는, 전술한 시스템(100)의 일부 또는 모든 특징을 포함할 수 있다. 도 1b는 RPM(120)이 공정 챔버(110)의 벽에 결합되어, 공정 챔버 내의 라디칼 입자의 존재를 모니터링하도록 구성되는 시스템(101)을 도시한다. 도 1c는 RPM(120)이 스로틀 밸브(190) 위의 전방 라인(192)의 벽에 결합되는 시스템(102)을 도시하는 반면에, 도 1d는 RPM(120)이 스로틀 밸브(190) 아래의 전방 라인(192)에 결합되는 시스템(103)을 도시한다.
시스템(100 내지 103)을 통하여 전달되는 주어진 가스의 경우, RPM(120)에 의해 샘플링되는 가스는, 샘플이 수집되는 장소로 인해 상이할 수 있다. 특히, 라디칼 농도는 라디칼 소스(115)와의 거리에 따라 감소할 가능성이 있으며, 다른 입자 및 백그라운드 가스의 농도는, 가스를 제한하는 내부 표면 및 웨이퍼(112)와 상호 작용한 후에 변경될 수 있다. 이러한 이유로, RPM(120)은 샘플링 위치에 기초하여 보정될 수 있거나/보정될 수 있으며, RPM(120)에 의해 제공되는 라디칼 입자 및 다른 입자의 측정치는 샘플링 위치에 기초하여 계산될 수 있다.
도 1e 및 도 1f는 라디칼 소스(115)가 공정 챔버(110) 아래에 위치되는 시스템(104, 105)을 도시한다. 도 1e에서, 라디칼 소스(115)는 스로틀 밸브(190) 위의 전방 라인(192)에 위치되는 반면에, 도 1f에서는, 라디칼 소스(115)가 스로틀 밸브(190) 아래에 위치된다. 이러한 구성예에서, 라디칼 소스(115)는, 스로틀 밸브(190) 및/또는 전방 라인(192)을 세척하기 위해, 라디칼 입자를 방출하도록 유지 보수 사이클 동안 작동될 수 있다. 가스 내의 라디칼 입자(및 선택적으로, 비-라디칼 입자)의 존재를 모니터링하기 위해, RPM(120)은 라디칼 소스(115)로부터 하류의 전방 라인(192)에 결합될 수 있다. RPM(120)에 의해 포착된 측정치는, 유지 보수 사이클의 상태 및 경과를 결정하기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 가스 유량 및 압력, 라디칼 입자 생성, 온도, 및 유지 보수 사이클의 길이와 같은, 라디칼 소스(115)의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 추가적인 실시형태에서 반도체 공정 시스템(200 내지 202)을 도시한다. 시스템(200 내지 202)은, 이들이 전술한 바와 같은 라디칼 소스(115) 대신에(또는 이와 더불어) 용량성 결합 플라즈마 소스(CCP) 또는 유도성 결합 플라즈마 소스(ICP)와 같은 라디칼 입자 소스(116)를 구현한다는 점을 제외하고, 전술한 시스템(100)의 일부 또는 전부의 특징을 포함할 수 있다. 라디칼 입자 소스(116)는 공정 챔버(110)의 상부 체적을 차지할 수 있거나, 공정 챔버(110)에 인접하는 별도의 챔버 내에 수용될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 라디칼 입자를 샘플링하기 위한 공급 채널이 이용 가능하지 않을 수 있다. 따라서, RPM(120)은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 그 대신에 공정 챔버(110)의 벽에 결합될 수 있으며, 공정 챔버(110) 내의 라디칼 입자의 존재를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, RPM(120)은 도 2b에 도시된 바와 같이 스로틀 밸브(190) 위의 전방 라인(192)의 벽에 결합될 수 있거나, 도 2c에 도시된 바와 같이 스로틀 밸브(190) 아래의 전방 라인(192)에 결합될 수 있다.
도 3a는 RPM(120)의 일부분을 보다 상세히 도시한다. 여기서, 테스트 챔버(130)는, 개구(140)를 통해 공급 채널(105)과 가스 연통하는 것으로 도시된다. 공급 채널(105)이 도시되지만, 그 대신에 테스트 챔버(130)는, 도 1b 내지 도 1f 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110) 또는 전방 라인(192)과 같은 상이한 유동 챔버에 결합될 수 있다. 개구(140)는, 입자 탐지를 원활하게 하기 위해 테스트 챔버 내에서 낮은 가스 압력을 또한 유지하면서, 반응 없이, 허용 가능한 수의 라디칼 입자의 통과를 가능하도록 하는 크기일 수 있다. 예를 들어, 질량 분석기(124)가 RGA로서 구성되는 경우, 공급 채널이 0.01 내지 10 torr 범위의 압력을 유지함에도 불구하고, 테스트 챔버(130)는 1e-2 torr 미만의 압력을 유지하도록 요구될 수 있다. 이러한 적용예에서, 개구(140)는 1 밀리미터 미만의 직경을 가질 수 있으며, 일 실시예에서, 약 35 mm의 직경을 가질 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이 구성된 개구(140)는, 과도한 손실 없이, 질량 분석계(122)에 의한 탐지를 위해 적합한 라디칼 입자의 양을 테스트 챔버(130)로 통과시킬 수 있게 할 수 있다. 이러한 결과는, 공급 채널(105) 내의 가스 내에 존재하는 비율과 대조적으로, 테스트 챔버(130) 내의 가스 내에 존재하는 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 개구(140)는, 공급 채널(105) 내의 가스 내에 존재하는 비율의 0.1% 초과인, 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율을 테스트 챔버(130)로 통과시킬 수 있게 할 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 테스트 챔버(130) 내에 존재하는 비율은, 도 1b 내지 도 1f에 도시된 바와 같은 공정 챔버(110) 또는 전방 라인(192)과 같이, 테스트 챔버(130)가 결합되는 공급 채널(105) 또는 다른 유동 채널 내에 존재하는 비율보다 1% 이상일 수 있다.
라디칼 입자가 공급 채널(105)을 통하여 이송되는 경우, 공급 채널(105)의 벽 근처의 라디칼은 벽면과 자주 충돌할 수 있으므로, 높은 재결합률을 갖고, 라디칼 입자의 손실을 유발할 수 있다. 따라서, 벽 근처의 라디칼 입자의 밀도는 비교적 낮을 수 있으며, 라디칼 소스(115)로부터 전달되는 라디칼 입자의 실제 모집단을 나타내지 않을 수 있다. 따라서, 아래에 설명되는 바와 같이, 벽 상에 개구를 갖는 공급 채널(105)의 벽 근처의 라디칼 입자를 샘플링하는 것은, 최적의 라디칼 샘플링 효율을 갖지 않을 수 있다.
샘플러(150)의 단부에 위치된 개구(140)를 갖는 원뿔 형상의 샘플러(150)는, 샘플링된 종이 더 적은 표면 충돌을 겪을 수 있는, 라디칼 소스(115)로부터의 가스 흐름의 중심에 더 가깝게 샘플 지점을 연장한다. 이러한 샘플링 위치는, 공급 채널(105)의 벽에 있는 샘플링 위치보다 훨씬 더 높은 라디칼 밀도를 가질 수 있다. 또한, 개구(140)를 통과한 후에 테스트 챔버(130) 내로 확장되는 라디칼의 가시선 원뿔의 더 많은 부분을 차단함으로써 탐지 감도를 증가시키기 위해, 이온화기(132)는 샘플러(150)에 근접하게 위치될 수 있다(예를 들어, 4 인치 이내, 그리고 도시된 실시예에서는 0.5 인치 이내). 또한, 샘플러(150)의 원뿔형 형상은, 테스트 챔버(130)의 입구에서 더 넓은 입자 경로를 허용함으로써, 개구(140)를 통과하는 라디칼 입자와의 충돌을 최소화한다. 대안적으로, 샘플러(150)는, 반구, 원통, 각기둥, 또는 타원형 또는 계란형 형상과 같은, 다양한 상이한 형상 중 하나를 한정하는 돌출부를 형성할 수 있다. 이러한 대안에서, 돌출부는 공급 채널(105) 또는 다른 유동 채널 내로 연장될 수 있으며, 테스트 챔버(130)의 체적을 둘러쌀 수 있고, 개구(140)는 돌출부의 단부 또는 다른 표면에 위치된다. 샘플러(150)는, H, N, O, OH, NHx, CHx, 및 NO의 라디칼 입자와 같이, 측정될 주어진 라디칼 입자 세트와의 (금속 표면에 비하여) 낮은 재결합률을 나타내는, 유리, 석영, 사파이어, SiO2, Al2O3, 또는 다른 재료로 구성된 비금속 표면을 가질 수 있다. 대안적으로, 샘플러(150)는, F, Cl, NFx, 및 CFx의 라디칼 입자와 같이, 측정될 주어진 라디칼 입자 세트와의 (비금속 표면에 비하여) 낮은 반응률을 나타내는, 알루미늄 또는 스테인리스강 또는 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물, 또는 다른 재료로 구성된 금속 표면을 가질 수 있다.
위의 특징은, 테스트 챔버(130) 내의 높은 진공(예를 들어, 1e-5 torr)과 함께, 테스트 챔버(130) 내의 입자를 위한 긴 평균 자유 경로를 가능하게 할 수 있다. 따라서, 개구(140)를 통하여 이동하는 라디칼 입자의 많은 부분은 벽 또는 다른 입자와 충돌하기 전에 이온화기(132)에 도달할 것이므로, 더 높은 라디칼 이온화 가능성을 유발한다. 개구(140)를 공급 채널(105) 내로 연장하는 것, 원뿔 형상의 샘플러(150)를 통해 자유 라디칼을 위한 클리어런스(clearance)를 가능하게 하는 것, 그리고 개구(140)에 근접하게 이온화기(132)를 위치시키는 것을 포함하는, 위의 특징 중 일부 또는 전부의 조합에 따라, 이온화기(132)가 라디칼 입자로부터 더 많은 라디칼 이온을 생성할 수 있으므로, 라디칼 탐지를 위한 더 큰 감도를 질량 분석기(124)에 제공할 수 있다.
도 3b 내지 도 3f는 추가적인 실시형태에서 RPM(120)의 일부분을 도시한다. 실시형태는, 공급 채널(105)(또는 다른 유동 채널)과 테스트 챔버(130) 간의 인터페이스가 아래에 설명되는 바와 같이 구성된다는 점을 제외하고는, 도 1a 내지 도 3a를 참조하여 전술한 RPM(120)의 일부 또는 모든 특징을 포함할 수 있다. 도 3b는 테스트 챔버(130) 및 공급 채널(105)이 공통 벽을 공유하고, 개구(141)가 공급 채널 내로의 돌출 없이 공통 벽에 위치되는 구성을 도시한다. 개구(141)는, 공통 벽의 더 큰 개구부에 설치(예를 들어, 용접)되는 오리피스(orifice)를 갖는 미리 제조된 표면(예를 들어, 스테인리스강 개스킷)일 수 있다. 대안적으로, 개구(141)는 공통 벽을 통하여 천공된 단순한 오리피스일 수 있다.
도 3c 및 도 3d는 샘플러(152)의 단부에 원뿔형 형상의 각각의 개구(142)를 포함하는, 도 3a의 샘플러(150)와 유사한 샘플러(152, 153)를 갖는 구성을 도시한다. 그러나, 도 3a와는 대조적으로, 샘플러(152, 153)는, 공급 채널(105)의 벽으로부터 부분적으로(도 3c) 또는 완전히(도 3d) 함입된다. 이러한 구성은, 공급 채널(105) 또는 다른 유동 채널과의 근접성이 제한되는 적용예에서 바람직할 수 있으며, 이는 RPM(120)의 구성 요소(예를 들어, 이온화기(132) 및/또는 질량 분석계(122))가 유동 채널로부터 약간 거리를 두고 위치되어야 함을 의미한다. 그러나, 구성은, 유동 채널을 통하는 가스 흐름의 간섭을 감소시키고, 테스트 챔버(130) 내의 이온화된 라디칼 입자의 양을 증가시키도록 이온화기(132)에 더 가깝게 개구(142)를 위치시키는 것과 같은, 추가적인 이점을 가질 수도 있다.
도 3e는 공급 채널(106)이 라디칼 소스(115)로부터의 단일 흡입구 및 2개 이상의 배출구(이들 중 하나 또는 둘 모두는, 흐름이 개구(144)로부터 대칭적으로 멀어지도록, 공정 챔버(110)로 이어질 수 있음)를 포함하는 T자 형상의 구조물을 갖는다는 점을 제외하고는, 도 3a의 구성과 유사한 구성을 도시한다. 테스트 챔버(130)는 공급 채널(106)의 흡입구로부터 대향하게 위치되어 교차 배치를 형성하며, 이는 샘플러(154)의 개구(144)가 가스 흐름의 경로와 축을 중심으로 정렬됨을 의미한다. 이러한 구성의 결과로서, 라디칼 소스(115)로부터의 라디칼 입자는, 입자가 반응하거나 재결합하도록 할 수 있는 사전 벽 충돌 없이, 테스트 챔버(130)에 유입될 가능성이 더 높다.
도 3f는 추가적인 구성예의 샘플링 배치를 도시한다. 여기서, 샘플링 튜브(160)는, 도 3a 및 도 3c 내지 도 3e에 도시된 바와 같은 샘플러 대신에 구현된다. 이러한 구성은, RPM(120)의 일부 또는 전부가 샘플링될 유동 채널로부터 더 멀리 떨어져서 위치되어야 하는 경우에 바람직할 수 있다. 샘플링 튜브(160)는, 도시된 바와 같이 공급 채널(105)의 가스 흐름 내로 부분적으로 연장될 수 있으며, 테스트 챔버(130) 내로 개방되기 전에, 도관(165) 내에서 일정 거리로 연장될 수 있다. 샘플링 튜브(160)의 내부 체적을 따라 라디칼 입자의 수송을 원활하게 하기 위해, 샘플링 튜브(160)는, 측정될 라디칼 입자(들)와의 낮은 반응성 또는 재결합률을 갖는 재료로 구성(또는 코팅)될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 튜브(160)는, N 및 H 라디칼 입자와의 낮은 재결합률을 나타내는 석영 또는 사파이어의 내부 표면을 가질 수 있다. 대안적으로, 샘플링 튜브(160)는, 알루미늄, 스테인리스강, 유리, 또는 유사한 재료로 구성된 표면을 가질 수 있으며, 상이한 표면은 주어진 라디칼 입자 세트의 반응을 최소화하기 위해 최적일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 라디칼 입자 모니터에 구현될 수 있는 미리 제조된 흡입구(401 내지 403)를 도시한다. 도 1a 내지 도 3f를 참조하여 전술한 실시형태에서와 같이, 흡입구(401 내지 403)는, 테스트 챔버 내로의 유동 채널 내의 가스의 서브세트의 흐름을 제어하기 위해, 유동 채널과 테스트 챔버 사이에 위치될 수 있다. 흡입구(401)는, 이의 중심을 통하는 개구(440)를 갖는 원통형 플러그(plug)(450)를 포함한다. 개구(440)는, 전술한 다른 개구와 같이 구성되고 크기를 가질 수 있으며, 도시된 바와 같이, 플러그(450)의 일측 또는 양측에 하나 이상의 리세스를 포함할 수 있으므로, 반응 없이, 라디칼 입자의 더 많은 흐름을 가능하게 할 수 있다. 흡입구(402)는, 디스크 형상을 한정하고 이의 중심을 향해 원뿔형 형상을 갖는 샘플러(450)를 포함하며, 개구(441)는 원뿔형 형상의 단부를 차지한다. 샘플러(441)는, 전술한 다른 샘플러와 유사하게 구성될 수 있다. 흡입구(403)는, 흡입구를 통하여 연장되고(예를 들어, 흡입구(401)에서와 같은 원통형 플러그) 개구(442)에서 종결되는, 샘플링 튜브(460)를 포함한다. 샘플링 튜브(460)는, 도 3f를 참조하여 전술한 샘플링 튜브(160)의 일부 또는 모든 특징을 포함할 수 있다. 각각의 흡입구(401 내지 403)는, 스테인리스강과 같이, 가스 이송 및 진공 인가를 위해 적합한 임의의 재료로 구성될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 타겟 라디칼 입자와의 낮은 재결합률 및 반응을 갖는 재료로 구성된 하나 이상의 표면을 가질 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 바이어스 전압 및 온도 제어 특징을 위해 각각 구성된 흡입구(501, 502)를 도시한다. 도 5a에서, 흡입구(501)는, 전기 전도성이며 바이어스 전압에 결합되는 샘플러(551)를 포함한다. 바이어스 전압으로 인해, 샘플러(551)는, 특정 이온을 반발하여 이에 따라 개구(541)를 통하는 그러한 이온의 통과를 감소시키는 전하를 나타낼 수 있으므로, 인접한 테스트 챔버 내의 이온 간섭을 감소시킬 수 있다. 바이어스 전압은, 타겟팅된 이온에 따라, 양의 전압 또는 음의 전압일 수 있다. 예를 들어, 양의 바이어스 전압은, 질소 라디칼 입자의 측정을 간섭하는, 질소 이온(N+)과 같은 양의 이온을 반발할 수 있다. 대안적으로, 음의 바이어스 전압은, 불소 라디칼 입자의 측정을 간섭하는, 불소 이온(F-)과 같은 음의 이온을 반발할 수 있다.
도 5b를 다시 참조하면, 흡입구(502)는 하나 이상의 내부 도관을 갖는 샘플러(552)를 포함하며, 하나 이상의 내부 도관은, 샘플러(552)를 통하여 흐름 또는 물 또는 다른 액체를 통과시키도록 적응됨으로써, 샘플러(552)를 타겟 온도로 냉각(또는 대안적으로, 가열)한다. RPM의 작동 동안, 샘플러(552)의 표면에서의 라디칼 재결합은 샘플러(552)에 열을 전달할 수 있으므로, 이의 온도를 상승시키고, 후속 라디칼 입자와의 재결합률을 증가시킬 수 있다. 샘플러(552)를 통하여 냉각제를 지향시킴으로써, 샘플러(552)가 보다 낮은 온도로 유지될 수 있으므로, 라디칼 입자와의 이의 재결합률을 감소시킬 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 샘플러는, 샘플러(551, 552)의 바이어스 전압 및 온도 제어 특징을 조합할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 개구 스토퍼를 구현하는 예시적인 구성을 도시한다. 전술한 바와 같은 RPM이 작동 중이 아닌 경우, 특히 유동 채널 내의 가스 압력 또는 온도가 크게 상승되는 경우, 유동 채널과 테스트 챔버 사이의 개구를 밀봉함으로써, RPM을 보호하는 것이 바람직할 수 있다. 다양한 기계적 수단을 사용하여, 개구를 선택적으로 밀봉할 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 기계식 스로틀 밸브(670)가 샘플러(651)와 테스트 챔버 사이에 위치될 수 있다. 스로틀 밸브(670)가 작동되는 경우, 이는 샘플러(651)와 테스트 챔버 사이에 밀봉부를 형성할 수 있으므로, 입자가 샘플러를 통하여 테스트 챔버에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 도 6b에서, 자동 스토퍼(680)가 샘플러(652)에 대향하는 유동 채널의 함입된 챔버에 있을 수 있다. 작동 시에, 스토퍼(680)는 측방향으로 이동하여, 개구(642) 주위를 밀봉함으로써, 샘플러(652)에 대향하는 테스트 챔버로부터 유동 채널을 밀봉한다. 마지막으로, 도 6c에서는 테스트 챔버 내에 있거나 테스트 챔버에 인접하는 자동 스토퍼(680)를 도시한다. 작동 시에, 스토퍼(681)는, 샘플러(653)와의 밀봉부를 생성할 때까지 개구(643)를 향해 이동함으로써, 테스트 챔버로부터 유동 채널을 밀봉한다.
도 7은 추가적인 실시형태에서 RPM의 일부분을 도시한다. RPM은, 공급 채널(105)로부터 개구(740)를 통해 테스트 챔버(130)로 가스의 서브세트를 전환시키도록 샘플러(750) 및 공급 채널(105)에 결합된 테스트 챔버(130)를 포함하는, 도 1a 내지 도 6c를 참조하여 전술한 실시형태의 적용 가능한 일부 또는 모든 특징을 포함할 수 있다. 위의 실시형태와는 대조적으로, 이온화기(732)는 샘플러(750)에 근접하게 위치되며, 샘플러(750)에 의해 한정된 체적 내에서 라디칼 입자를 이온화하여 라디칼 이온 빔(790)을 생성하도록 구성된다. 이를 위해, 이온화기(732)는 전자 소스(733) 및 차폐물(shield)(734)을 포함할 수 있다. 단면으로 도시된 차폐물(734)은 전자 소스(733)의 2개 이상의 면을 둘러쌀 수 있으며, 전자 소스(733)로부터 개구(740) 근처의 영역으로의 샘플러(750)의 체적 내로 전자 빔을 지향시키기 위해, 전자 소스(733)와 샘플러(750) 사이에 슬릿 또는 오리피스를 포함할 수 있다.
전자 빔은 샘플러(750)의 체적 내에서 라디칼 입자를 이온화하는 역할을 하여, 이온 빔(790)을 생성하며, 이온 빔(790)은 차폐물(734)의 다른 개구부를 통하여 RPM의 질량 분석기(124)를 향해 지향된다. 이러한 구성에서, 샘플러(750)의 원뿔형 형상은 이온화기(732)의 정전 요소의 역할을 할 수 있다. 또한, 차폐물(734)은, 이온 빔(790)으로부터의 전자를 전환시키기 위해 전자 소스(733)의 다른 면을 둘러쌀 수 있다. 이온 빔(790)은 질량 분석기(124)를 향해 연장되며, 정전 렌즈(770)에 의해 질량 분석기(124)의 흡입구 내로 집속된다. 질량 분석기(124)는 이온 빔(790)의 라디칼 이온을 수신할 수 있으며, 라디칼 이온에 대한 질량 필터링 및 이온 탐지를 수행하여, 라디칼 이온의 존재를 측정할 수 있다. 그 다음, 도 1a를 참조하여 전술한 바와 같은 제어기(126)는 질량 분석기(124)로부터의 측정치를 처리하여, 가스의 질량 스펙트럼과 같은 추가적인 결과를 생성할 수 있으며, 결과에 기초하여, 각각의 반도체 공정 시스템의 도구 공정 제어 파라미터 또는 라디칼 소스의 작동을 제어하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 8은 라디칼 입자 농도를 모니터링하는 공정(800)의 흐름도이다. 공정(800)은, 전술한 RPM을 구현하는 임의의 시스템에 의해 수행될 수 있다. 도 1a 및 도 3a의 예시적인 실시형태를 참조하면, 공급 채널(105)과 같은 유동 채널을 통하여 흐르는 가스의 경우, 가스의 서브세트는 샘플러(150)를 통해 테스트 챔버(130) 내로 지향될 수 있다(805). 테스트 챔버(130) 내의 가스의 서브세트로부터, 라디칼 이온이 가스의 라디칼 입자로부터 생성될 수 있다(810). 라디칼 이온을 생성하기 위해, 이온화기(132)는, 동일한 질량의 비-라디칼 이온의 생성과 관련된 에너지 상태보다 더 낮은 저에너지 상태로 작동될 수 있다. 질량 분석기(124)는 이온 빔(790)의 라디칼 이온을 수신할 수 있으며, 라디칼 이온에 대한 질량 필터링 및 이온 탐지를 수행하여, 라디칼 이온의 존재 및 양을 측정할 수 있다(815). 상이한 라디칼 입자가 상이한 에너지 상태로 이온화될 수 있다. 예를 들어, 이온화기(132)는 24 eV로 N 라디칼을 이온화할 수 있는 반면에, 불소 라디칼은 이온화를 위해 21 eV의 상이한 에너지 상태를 필요로 한다. 따라서, 가스 내의 다수의 상이한 라디칼의 양을 측정하는 것이 바람직한 경우, 측정될 각각의 라디칼 입자에 대해 작업(810, 815)이 반복될 수 있으므로, 각각의 반복 간에 이온화기(132)의 에너지 레벨을 변경할 수 있다. 예를 들어, RPM(120)은 24 eV로 N 라디칼을 측정하기 위한 작업(810, 815)을 수행할 수 있으며, 그 다음, 이온화기의 에너지 레벨을 변경하여 작업(810, 815)을 반복함으로써, 16 eV로 H 라디칼을 측정할 수 있다. 그 다음, 공정은 다수의 추가적인 횟수로 연속적으로 반복되어, N, O, OH, F, H, Cl, NHx, CHx, 및 NxOy의 라디칼 입자의 양을 측정할 수 있다. 따라서, 이온화기(132)는 복수의 저에너지 상태로 작동될 수 있으며, 각각의 복수의 저에너지 상태는 각각의 라디칼 입자에 해당한다.
그 다음, 제어기(126)는 측정된 라디칼 양을 각각의 임계치 또는 타겟 값과 비교할 수 있다(815). 타겟이 충족되는 경우, 공정이 반복됨에 따라 모니터링이 계속될 수 있다. 그렇지 않으면, 제어기(126)는 라디칼 소스(115) 및/또는 도구 공정 제어 장치와 통신하여 작동을 변경할 수 있다(820). 예를 들어, 제어기(126)는, 라디칼 입자가 생성되는 시간 기간 및/또는 주어진 시간 동안, 라디칼 입자 생성의 양을 제어함으로써, 라디칼 소스(115) 또는 다른 라디칼 입자 소스(예를 들어, 소스(116))의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(126)는 라디칼 소스(115 또는 116)에 피드백을 전송하여, 전력, 가스 유량, 가스 압력, 및 유동 채널의 침윤 경로의 온도 중 하나 이상을 조정할 수 있다. 제어기(126)는 공정 도구에 피드백을 전송하여, 공정 파라미터를 조정할 수 있다. 라디칼 입자의 측정된 양에 응답하여 이루어지는 이러한 조정은, 라디칼 입자의 양을 적합한 레벨로 증가시킴으로써, 또는 웨이퍼(112)가 라디칼 입자에 충분히 노출되도록 보장하기 위해 공정 사이클의 시간을 연장시킴으로써, 공정 사이클의 성능을 개선할 수 있다. 조정(820) 후에, 공정(800)이 반복되어, 시스템(100) 내의 라디칼 입자의 계속 진행되는 모니터링을 제공할 수 있다.
추가적인 실시형태에서, 공정(800)은, 비-라디칼 입자(예를 들어, 백그라운드 또는 참조 가스)의 양을 측정하기 위한 "고에너지" 모드를 포함할 수 있다. 고에너지 모드를 수행하기 위해, RPM(120)은 이온화기(132)의 에너지 상태를 40 eV 또는 70 eV와 같은 보다 높은 에너지 상태로 조정할 수 있으며, 그 다음, 전술한 공정(800)과 유사한 공정을 작동할 수 있다. 그렇게 함으로써, RPM(120)은 샘플링된 가스를 구성하는 하나 이상의 비-라디칼 입자의 양을 측정할 수 있다. 예를 들어, RPM(120)은, N 라디칼 입자를 측정하기 위해 15 eV의 "저에너지 상태"로 먼저 작동될 수 있다. 이러한 에너지 레벨은, 15.6 eV의 이온화 전위를 갖는, 아르곤과 같은 특정 참조 가스를 이온화하기에는 너무 낮다. 그 다음, 이러한 스캔 후에, RPM(120)은, 아르곤 입자 및 다른 참조 가스를 이온화하기 위해 40 eV의 고에너지 상태로 전환할 수 있다. 상대적 감도에 대한 적합한 수학적 조정을 통해, 이러한 신호를 사용하여, 측정되는 라디칼 이온에 대한 RPM의 응답을 정규화하거나 보정할 수 있으므로, 정확한 측정 반복성을 보장할 수 있다.
예시적인 실시형태가 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 포함되는 실시형태의 범위를 벗어나지 않으면서, 그 안에서 형태 및 세부 사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (48)

  1. 라디칼 입자를 모니터링하기 위한 시스템으로서,
    가스를 전달하도록 적응된 유동 채널에 결합되도록 구성된 테스트 챔버로서, 상기 테스트 챔버는, 상기 테스트 챔버 및 상기 유동 채널을 연결하는 개구를 한정하고, 상기 개구는, 상기 가스의 서브세트가 상기 유동 채널로부터 상기 테스트 챔버에 유입될 수 있게 하도록 구성되는, 테스트 챔버;
    상기 테스트 챔버 내에 위치된 이온화기로서, 상기 이온화기는, 상기 가스의 상기 서브세트의 라디칼 입자로부터 라디칼 이온을 생성하도록 구성되는, 이온화기; 및
    상기 라디칼 이온의 양을 측정하도록 구성된 질량 분석계를 포함하는,
    라디칼 입자를 모니터링하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질량 분석계는 잔류 가스 분석기(RGA)인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 챔버는, 상기 유동 채널에서의 가스 압력보다 더 낮은 가스 압력을 유지하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 테스트 챔버 내의 상기 가스 압력은 1e-2 Torr 미만이며, 상기 유동 채널 내의 상기 가스 압력은 0.01 Torr 초과인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이온화기는 상기 개구로부터 4 인치 내에 위치되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이온화기는, 상기 라디칼 이온을 생성하고 비-라디칼 이온의 생성을 최소화하기 위해, 저에너지 상태로 작동되도록 구성되며,
    상기 저에너지 상태는, 상기 비-라디칼 이온의 생성과 관련된 에너지 상태보다 더 낮은, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이온화기는 복수의 저에너지 상태로 작동되도록 구성되며,
    각각의 상기 복수의 저에너지 상태는 각각의 라디칼 입자에 해당하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이온화기는, 상기 가스의 상기 서브세트의 비-라디칼 입자에 기초하여 기준 신호의 획득을 가능하게 하기 위해, 고에너지 상태로 작동되도록 구성되는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 1 밀리미터 미만의 직경을 갖는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개구는, 상기 유동 채널 내의 상기 가스 내에 존재하는 비율의 0.1% 초과인, 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율을 상기 테스트 챔버로 통과시킬 수 있게 하는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널 내로 연장되어 상기 테스트 챔버의 체적을 둘러싸는 상기 테스트 챔버의 돌출부를 더 포함하며,
    상기 개구는 상기 돌출부에 위치되는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부는 실질적으로 원뿔형 형상을 나타내며,
    상기 개구는 상기 원뿔형 형상의 첨단에 위치되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이온화기는, 상기 원뿔형 형상에 의해 한정된 체적 내에서 라디칼 이온을 생성하도록 위치되는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 원뿔형 형상은 상기 이온화기의 정전 요소로서 구성되는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 질량 분석계를 향해 빔으로서 상기 라디칼 이온을 지향시키도록 구성된 정전 렌즈를 더 포함하는, 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 질량 분석계에 의해 측정된 상기 라디칼 이온의 양에 기초하여, 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하는 단계는, 1) 주어진 시간 동안의 라디칼 입자 생성의 양, 및 2) 상기 라디칼 입자가 생성되는 시간 기간 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는, 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하는 단계는, 전력, 가스 유량, 가스 압력, 및 상기 유동 채널의 침윤 경로의 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는, 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 개구를 선택적으로 밀봉하도록 구성된 스토퍼를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 개구를 둘러싸는 표면은 비금속이며, 금속 표면의 것보다 더 낮은, 상기 라디칼 입자에 대한 반응성 및 재결합 계수를 나타내는, 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 개구를 둘러싸는 표면은 금속성이며, 상기 라디칼 입자와의 낮은 반응성을 나타내는, 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널은, 라디칼 소스로부터 공정 챔버로 연장되는 도관인, 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널은 공정 챔버 내의 반응 구역의 하류의 영역인, 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널은 공정 챔버의 하류의 도관인, 시스템.
  25. 라디칼 입자를 모니터링하는 방법으로서,
    테스트 챔버 및 유동 채널을 연결하는 개구를 통해, 상기 유동 채널로부터 상기 테스트 챔버로 가스의 서브세트를 지향시키는 단계;
    이온화기를 통해, 상기 가스의 상기 서브세트의 라디칼 입자로부터 라디칼 이온을 생성하는 단계; 및
    질량 분석계를 통해, 상기 라디칼 이온의 양을 측정하는 단계를 포함하는,
    라디칼 입자를 모니터링하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 질량 분석계는 잔류 가스 분석기(RGA)인, 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 유동 채널에서의 가스 압력보다 더 낮은 상기 테스트 챔버에서의 가스 압력을 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 테스트 챔버 내의 상기 가스 압력은 1e-2 Torr 미만이며, 상기 유동 채널 내의 상기 가스 압력은 0.01 Torr 초과인, 방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 이온화기는 상기 개구로부터 4 인치 내에 위치되는, 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 라디칼 이온을 생성하고 비-라디칼 이온의 생성을 최소화하기 위해, 저에너지 상태로 상기 이온화기를 작동하는 단계를 더 포함하며,
    상기 저에너지 상태는, 상기 비-라디칼 이온의 생성과 관련된 에너지 상태보다 더 낮은, 방법.
  31. 제25항에 있어서,
    복수의 저에너지 상태로 상기 이온화기를 작동하는 단계를 더 포함하며,
    각각의 상기 복수의 저에너지 상태는 각각의 라디칼 입자에 해당하는, 방법.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 가스의 상기 서브세트의 비-라디칼 입자에 기초하여 기준 신호의 획득을 가능하게 하기 위해, 고에너지 상태로 상기 이온화기를 작동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제25항에 있어서,
    상기 개구는 1 밀리미터 미만의 직경을 갖는, 방법.
  34. 제25항에 있어서,
    상기 개구는, 상기 유동 채널 내의 상기 가스 내에 존재하는 비율의 0.1% 초과인, 라디칼 입자 대 비-라디칼 입자의 비율을 상기 테스트 챔버로 통과시킬 수 있게 하는, 방법.
  35. 제25항에 있어서,
    상기 테스트 챔버의 돌출부가 상기 유동 채널 내로 연장되어 상기 테스트 챔버의 체적을 둘러싸며,
    상기 개구는 상기 돌출부에 위치되는, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 돌출부는 실질적으로 원뿔형 형상을 나타내며,
    상기 개구는 상기 원뿔형 형상의 첨단에 위치되는, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 원뿔형 형상에 의해 한정된 체적 내에서 라디칼 이온을 생성하도록 상기 이온화기를 작동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 원뿔형 형상은 상기 이온화기의 정전 요소로서 구성되는, 방법.
  39. 제37항에 있어서,
    정전 렌즈를 통해, 상기 질량 분석계를 향해 빔으로서 상기 라디칼 이온을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제25항에 있어서,
    상기 질량 분석계에 의해 측정된 상기 라디칼 이온의 양에 기초하여, 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하는 단계는, 1) 주어진 시간 동안의 라디칼 입자 생성의 양, 및 2) 상기 라디칼 입자가 생성되는 시간 기간 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 라디칼 입자 소스의 작동을 제어하는 단계는, 전력, 가스 유량, 가스 압력, 및 상기 유동 채널의 침윤 경로의 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  43. 제25항에 있어서,
    스토퍼를 통해 상기 개구를 선택적으로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  44. 제25항에 있어서,
    상기 개구를 둘러싸는 표면은 비금속이며, 금속 표면의 것보다 더 낮은, 상기 라디칼 입자에 대한 반응성 및 재결합 계수를 나타내는, 방법.
  45. 제25항에 있어서,
    상기 개구를 둘러싸는 표면은 금속성이며, 상기 라디칼 입자와의 낮은 반응성을 나타내는, 방법.
  46. 제25항에 있어서,
    상기 유동 채널은, 라디칼 소스로부터 공정 챔버로 연장되는 도관인, 방법.
  47. 제25항에 있어서,
    상기 유동 채널은 공정 챔버 내의 반응 구역의 하류의 영역인, 방법.
  48. 제25항에 있어서,
    상기 유동 채널은 공정 챔버의 하류의 도관인, 방법.
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