KR20240051153A - 반도체 플라즈마 공정 챔버 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위한 광센서 - Google Patents

반도체 플라즈마 공정 챔버 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위한 광센서 Download PDF

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이반 말레프
신-이 루
디미트리 클야치코
칭 링 멩
신캉 티안
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

반도체 공정 시스템은, 각각의 복수의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하도록 구성된 공정 챔버를 포함한다. 공정 챔버는, 적어도 하나의 소모성 구성 요소, 및 웨이퍼 액세스 포트를 통해 공정 챔버와 연통하고 공정 챔버에 인접하게 위치되는 기판 핸들링 모듈을 포함한다. 웨이퍼 핸들링 모듈은, 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 기판 핸들링 모듈과 공정 챔버 간에 각각의 웨이퍼를 이송하도록 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇, 및 적어도 하나의 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하도록 구성된 광센서를 포함하는 광학 진단 시스템을 포함한다. 제어기는, 공정 챔버로 하여금, 각각의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하게 하고, 광학 진단 시스템으로 하여금, 공정 챔버가 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안 광 신호를 탐지하게 하도록 구성된다.

Description

반도체 플라즈마 공정 챔버 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위한 광센서
인용에 의한 병합
본 개시물은 2021년 8월 17일자로 출원된 "반도체 플라즈마 공정 챔버 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위한 광센서"라는 명칭의 미국 가출원 번호 제63/234,139호의 이점을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 개시물은 일반적으로 반도체 공정(processing)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 광센서를 사용하는 반도체 공정 챔버 내의 소모성 부품(consumable part)의 측정에 관한 것이다.
반도체 공정 챔버는, 웨이퍼 공정 동안 공정 환경에 반복적으로 노출됨으로 인해 특성이 점진적으로 변화하는 다양한 "소모성 구성 요소(consumable component)"를 포함한다. 소모성 구성 요소의 이러한 변화는, 공정 결과가 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다는 점에서, 공정 챔버의 성능에도 영향을 줄 수 있다. 따라서, 반도체 소자 제조사는 일반적으로 소모성 구성 요소의 상태를 모니터링하여, 구성 요소의 상태가 챔버 성능을 저하시키지 않도록 보장한다. 모니터링 기술은 흔히 공정 챔버의 가혹한 환경에 직접 노출되는 탐지기 또는 센서를 사용하므로 측정의 신뢰성에 영향을 주거나, 반도체 공정 환경의 상태를 견딜 수 있는 값비싼 장치를 필요로 한다. 다른 모니터링 기술은, 소모성 구성 요소의 상태를 결정하기 위해, 또는 모니터링 시스템 자체의 신뢰성을 보장하기 위한 유지보수를 수행하기 위해, 반도체 공정의 중단을 필요로 할 수 있다. 공정 챔버의 처리량에 대한 영향을 최소화하면서, 공정 챔버의 소모성 구성 요소의 상태를 정확하게 모니터링하기 위한 비교적 저비용의 견고한 시스템 및 방법을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에칭은 반도체 제조 공정의 중요한 단계이다.
본 개시물의 양태는 소모성 부품의 광학 진단을 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 양태 1은 반도체 공정 시스템에 관한 것으로서, 반도체 공정 시스템은, 각각의 복수의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하도록 구성된 공정 챔버로서, 공정 챔버는 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 포함하는, 공정 챔버; 웨이퍼 액세스 포트(access port)를 통해 공정 챔버와 연통하고 공정 챔버에 인접하게 위치되는 기판 핸들링 모듈(handling module)로서, 웨이퍼 핸들링 모듈은, 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 기판 핸들링 모듈과 공정 챔버 간에 각각의 웨이퍼를 이송하도록 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇을 포함하는, 기판 핸들링 모듈; 적어도 하나의 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하도록 구성된 광센서를 포함하는 광학 진단 시스템; 및 공정 챔버로 하여금, 각각의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하게 하고, 광학 진단 시스템으로 하여금, 공정 챔버가 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안 광 신호를 탐지하게 하도록 구성된 제어기를 포함한다.
양태 2는 양태 1의 반도체 공정 시스템을 포함하는 것으로서, 광학 진단 시스템은, 광센서에 의해 탐지된 광 신호로부터 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하도록 구성된다.
양태 3은 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 적어도 하나의 소모성 구성 요소는, 포커스 링(focus ring), 가스 분사 샤워플레이트(gas injection showerplate), 전극, 증착 실드(deposition shield), 공정 챔버 벽, 펌핑 배플(pumping baffle), 웨이퍼 척(chuck), 및 웨이퍼 척 숄더(shoulder) 중 적어도 하나를 포함한다.
양태 4는 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 웨이퍼 액세스 포트를 통해 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 웨이퍼 핸들링 모듈의 내벽 상에 장착된다.
양태 5는 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암(arm) 운동 동안 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 웨이퍼 이송 로봇의 웨이퍼 핸들링 아암 상에 장착된다.
양태 6은 양태 5의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터(end effector) 또는 웨이퍼 플래튼(platen) 상에 장착된다.
양태 7은 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하기 위한 카메라를 더 포함한다.
양태 8은 양태 7의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하도록 구성된 구조화 조명기(structured illuminator)를 더 포함한다.
양태 9는 양태 8의 시스템을 포함하는 것으로서, 구조화 조명기는, 카메라의 가시선(line-of-view)에 대해 비스듬히 조명 빔을 전송함으로써 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 조명 패턴을 투영하도록 구성된다.
양태 10은 양태 9의 시스템을 포함하는 것으로서, 광학 시스템은, 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 조명 패턴의 획득된 영상으로부터 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하도록 구성되며, 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성은, 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 3차원 형상의 적어도 하나의 치수를 포함한다.
양태 11은 양태 10의 시스템을 포함하는 것으로서, 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 포커스 링이며, 적어도 하나의 치수는, 포커스 링의 두께, 및 포커스 링의 에지 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 포함한다.
양태 12는 양태 10의 시스템을 포함하는 것으로서, 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 가스 분사구(injection hole)의 어레이를 포함하며, 적어도 하나의 치수는, 가스 분사구 직경, 및 가스 분사구 챔퍼(chamfer)의 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 포함한다.
양태 13은 양태 9의 시스템을 포함하는 것으로서, 조명 패턴은, 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 도트(dot)의 패턴을 포함한다.
양태 14는 양태 9의 시스템을 포함하는 것으로서, 조명 패턴은, 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 적어도 하나의 라인을 포함한다.
양태 15는 양태 7의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하도록 구성된 확산 조명기(diffuse illuminator)를 더 포함한다.
양태 16은 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서를 수용하도록 구성된 인클로저(enclosure); 및 인클로저 내에서부터 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 광 액세스를 갖는 광센서를 제공하기 위한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함한다.
양태 17은 반도체 공정 시스템에 관한 것으로서, 반도체 공정 시스템은, 각각의 복수의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하도록 구성된 공정 챔버로서, 공정 챔버는 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 포함하는, 공정 챔버; 웨이퍼 액세스 포트를 통해 공정 챔버와 연통하고 공정 챔버에 인접하게 위치되는 기판 핸들링 모듈로서, 웨이퍼 핸들링 모듈은, 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 기판 핸들링 모듈과 공정 챔버 간에 각각의 웨이퍼를 이송하도록 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇을 포함하는, 기판 핸들링 모듈; 및 소모성 구성 요소의 적어도 일부분에 대한 직접 가시선(direct line of sight)을 갖도록 위치된 광센서를 포함하는 광학 진단 시스템을 포함하며, 광센서는 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하도록 구성된다.
양태 18은 양태 17의 시스템을 포함하는 것으로서, 적어도 하나의 소모성 구성 요소는, 포커스 링, 가스 분사 샤워플레이트, 전극, 증착 실드, 공정 챔버 벽, 펌핑 배플, 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 숄더 중 적어도 하나를 포함한다.
양태 19는 양태 17의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 직접 신호(sign) 라인이 제공되도록 웨이퍼 핸들링 모듈의 내벽 상에 장착된다.
양태 20은 양태 17의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암의 이송 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 직접 가시선이 제공되도록 웨이퍼 이송 로봇의 웨이퍼 핸들링 아암 상에 장착된다.
양태 21은 양태 20의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 또는 웨이퍼 플래튼 상에 장착된다.
양태 22는 양태 17의 시스템을 포함하는 것으로서, 웨이퍼 이송 로봇에 의해 이송되도록 구성된 측정 웨이퍼를 더 포함하며, 광센서는, 측정 웨이퍼의 이송 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 직접 가시선이 제공되도록 측정 웨이퍼 상에 장착된다.
양태 23은 양태 1의 시스템을 포함하는 것으로서, 광센서는, 포커스 링으로부터 제1 광 신호를 탐지하기 위한 제1 광센서, 및 가스 분사 샤워헤드로부터 제2 광 신호를 탐지하기 위한 제2 광센서를 포함한다.
양태 24는 양태 23의 시스템을 포함하는 것으로서, 제1 및 제2 광센서는 기판 핸들링 모듈의 웨이퍼 이송 아암 상에 제공된다.
이러한 요약 부분은 본 개시물 또는 청구된 발명의 모든 실시형태 및/또는 점진적으로 새로운 양태를 명시하지 않는다는 점을 유의한다. 대신에, 이러한 요약은 통상적인 기술에 비해 상이한 실시형태 및 해당 신규성 요소에 대한 예비적인 설명만을 제공한다. 본 개시물 및 실시형태의 추가적인 세부 사항 및/또는 가능한 관점에 대하여, 독자는 아래에 추가로 설명되는 바와 같은 본 개시물의 상세한 설명 부분 및 해당 도면을 참조한다.
실시예로서 제안되는 본 개시물의 다양한 실시형태가 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 이하의 도면에서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타내고, 도면으로서:
도 1은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업(setup)을 포함하는 예시적인 반도체 공정 시스템을 도시한다;
도 2는 본 개시물의 다른 실시형태에 따라, 측정 셋업을 포함하는 다른 예시적인 반도체 공정 시스템을 도시한다;
도 3은 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 관심 물체의 3D 구조물의 복원을 위한 다지점(multi-point) 구조화 조명의 일 실시예를 도시한다;
도 4는 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 포커스 링(FR)의 에지 상에 구조화 조명기를 사용하여 투영된 라인 패턴의 시뮬레이션 영상을 도시한다;
도 5a 내지 도 5d는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, FR의 에지의 예시적인 측정 영상을 도시한다;
도 6은 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 측정 셋업의 개략도를 도시한다;
도 7은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 예시적인 측정 셋업의 광학 모델을 도시한다;
도 8은 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 측정 셋업의 기계적 모델의 상세도를 도시한다;
도 9a 및 도 9b는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 예시적인 측정 셋업의 기계적 모델의 상세도를 도시한다;
도 10a 및 도 10b는 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 측정 셋업의 기계적 모델의 상세도를 도시한다;
도 11은 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 측정 셋업의 기계적 모델의 일 실시예를 도시한다;
도 12는 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 측정 셋업의 기계적 모델의 상세도를 도시한다; 그리고
도 13은 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따른 공정을 약술하는 흐름도를 도시한다.
배경기술에서 언급된 바와 같이, 공정 챔버의 처리량에 대한 영향을 최소화하면서, 공정 챔버의 소모성 구성 요소의 상태를 정확하게 모니터링하기 위한 비교적 저비용의 견고한 시스템 및 방법을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에칭은 반도체 제조 공정의 중요한 단계이다. 에칭 도구 제조사가 직면한 한 가지 문제는, 에칭 동안 웨이퍼를 둘러싸고 웨이퍼의 에지에서의 플라즈마 균일도를 개선하도록 보조하는, 포커스 링(FR)과 같은 에칭 챔버 구성 요소의 특성의 점진적인 변화이다. 그러나, 챔버 환경으로의 노출은, 시간이 지남에 따라 FR의 물리적 특성을 변화시킬 수 있으며, 에칭률 균일도와 같은 에칭 성능 파라미터를 저하시킬 수 있다. 예를 들어, FR의 물리적 두께는, 플라즈마 및 반응성 화학 물질에 노출됨으로 인해 서서히 변화될 수 있다. 원하는 챔버 성능을 유지하기 위해, FR의 위치가 주기적으로 조정될 수 있으며, 최종적으로 FR이 교체되어야 할 수 있다. 따라서, FR의 물리적 특성의 변화를 추적할 수 있고 보정 기구에 피드백을 제공할 수 있는 센서가 매우 바람직하다.
플라즈마 및 활동적인 화학 물질의 영향으로 인한 침식 또는 다른 치수 변화를 모니터링함으로써 이점을 얻을 수 있는 다른 챔버 구성 요소는, 전극 또는 가스 분사 샤워플레이트 상의 가스 분사구, 웨이퍼 척/지지체, 챔버 벽, 증착 실드, 배플 등을 포함한다. 구체적으로는, 시간이 지남에 따라 가스 분사구를 서서히 에칭함으로써, 가스 분사구의 직경의 증가 및 챔퍼의 생성을 유발할 수 있으며, 가스 분사 분배 및 공정 균일도에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
특히 능동 에칭 동안, 고온 하에서 그리고 내부에 부식성 가스가 있는 진공 상태 하에서 주 7일, 하루 24시간 동안 에칭 챔버가 작동될 것으로 예상된다. 따라서, 충족되어야 할 과제는, 진공 상태, 부식성 및 고온 환경에서 신뢰 가능하게 작동되는 센서와 함께, 기판 공정을 중단시키지 않으면서, 그리고 빈번하게 진공 상태를 중단시키고 유지보수 등을 위해 공정 챔버를 개방할 필요 없이, 센서를 사용할 수 있는 능력이다.
공정 챔버 내의 소모성 구성 요소의 물리적 특성은 광센서에 의해 모니터링될 수 있다. 소모성 구성 요소의 물리적 특성에 관한 정확한 정보를 고려하여, 챔버 제조사 또는 사용자는 소모성 구성 요소를 조정할 수 있거나, 소모성 구성 요소를 교체하는 결정을 할 수 있다. 대안적으로, 챔버 내에서 수행되는 공정은, 소모성 구성 요소의 물리적 특성의 변화의 영향을 보정하도록 변경될 수 있다.
일부 관련 기술에서, 광센서는, 공정 챔버의 챔버 포트 내에 장착된 윈도우의 사용을 통해, 공정 챔버의 내부에 대한 광 액세스를 가질 수 있다. 본 발명자들은 이러한 윈도우가 공정 챔버 내의 소모성 구성 요소와 마찬가지로 오염 및 침식에 취약할 수 있으므로, 시간이 지남에 따른 측정 정확도의 저하 또는 측정 편차를 유발할 수 있음을 인식하였다. 따라서, 시스템의 빈번한 재보정, 및 빈번한 윈도우 세척 및/또는 교체가 필요하며, 이 중 후자는 도구가 생산을 중단하고 유지보수를 위해 개방되도록 요구한다.
본 개시물은 반도체 공정 챔버 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제시한다. 본 개시물의 일 양태는, 포커스 링의 두께 및 에지 프로파일을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 실시형태는, (a) 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 공정 챔버의 웨이퍼 로딩 포트, 또는 다른 포트 또는 윈도우를 통하여 제공된 포커스 링에 액세스되는 플라즈마 공정 챔버의 외부와 같은, 다양한 위치에 광센서를 장착하는 단계; (b) 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 교환 동안 측정을 수행하기 위해 웨이퍼 이송 로봇 상에 광센서를 장착하는 단계; 및 (c) 센서, 전원, 및 측정치를 저장하기 위한 저장 장치를 포함하고, 제조 웨이퍼 대신에 플라즈마 공정 챔버 내에 배치되어 포커스 링의 상태(예를 들어, 직경, 챔퍼의 침식 등)을 모니터링하는, 특별히 설계된 웨이퍼 상에 광센서를 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시물의 일 양태는, 포커스 링을 조명하기 위해, 광센서와 결합된 확산 조명기 및/또는 구조화 조명기의 사용을 포함한다. 구조화 조명기는, 포커스 링 상에 도트 또는 라인의 패턴으로 구조화 조명을 투영할 수 있으므로, 포커스 링의 3차원(3D) 형상의 결정을 가능하게 한다. 예를 들어, 포커스 링의 침식 레벨을 나타내는, 포커스 링의 두께와 같은 관심 치수가 선택 및 결정될 수 있다. 특히 가스 분사 샤워플레이트 또는 전극이 웨이퍼에 평행하게 배치되는 경우, 전극 또는 가스 분사 샤워플레이트 내의 가스 분사구의 상태를 진단하기 위해, 웨이퍼 이송 로봇 상에 모두 장착되는 광센서 및 선택적으로 조명기와 함께 사용되는 유사한 기술이 사용될 수 있다.
본원에 설명된 센서는 플라즈마 에칭 공정 챔버 내에 적용하기 위해, 그리고 구체적으로는 포커스 링 및 가스 분사구를 진단하기 위해 사용될 수 있지만, 센서는 플라즈마 증착 챔버와 같은 다른 플라즈마 공정 챔버 내에서 사용될 수 있다. 챔버 부품이 침식, 활동적인 화학 물질, 기계적 마모 등으로 인해 치수 변화 또는 다른 변화를 겪고, 챔버 부품의 치수 변화 및 상태의 모니터링이 요구되는, 공정 챔버와 같은 비-플라즈마 반도체 공정 챔버 내에서도 센서가 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업을 갖는 예시적인 반도체 공정 시스템을 도시한다. 시스템(100)에서, 측정 셋업은, 공정 챔버(103)(예를 들어, 에칭 챔버)의 외부에 있는 웨이퍼 이송 모듈(102)의 벽 상에 장착된 카메라 센서(또는 다른 광센서)(101)를 포함한다. 웨이퍼 이송 모듈(102)은, 웨이퍼 핸들링 아암(105)을 갖는 웨이퍼 이송 로봇(104)을 포함한다. 웨이퍼 핸들링 아암(105)은 웨이퍼(106)를 로딩할 수 있으며, 공정 시스템의 웨이퍼 액세스 포트(107)를 통하여 웨이퍼(106)를 공정 챔버(103) 내의 웨이퍼 스테이지(108)로 이송할 수 있다. 웨이퍼(106)는 웨이퍼 스테이지(108) 상에 언로딩될 수 있으며, 웨이퍼 스테이지(108) 상에 놓이는 포커스 링(FR)(109)에 의해 둘러싸일 수 있다. FR(109)은, 특히 웨이퍼 주변부에서, 웨이퍼(106)의 균일한 공정을 가능하게 할 수 있다. 가스 분사 샤워플레이트(111)가 개략적으로 도시된다.
본 개시물의 양태에 따라, 반도체 공정 시스템(100)은, 통합된 기판 공정 및/또는 기판 계측 동안, 도 1에 도시된 구성 요소 중 어느 하나 또는 전부에 연결되어 이를 제어할 수 있는 제어기(110)를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(110)는 하나 이상의 추가적인 제어기/컴퓨터(도시되지 않음)에 연결될 수 있으며, 제어기(110)는 추가적인 제어기/컴퓨터로부터 셋업 및/또는 구성 정보를 획득할 수 있다. 제어기(110)는 도 1의 시스템의 요소 중 어느 하나 또는 전부를 구성하기 위해 사용될 수 있으며, 제어기(110)는 도구 구성 요소 중 어느 하나 또는 전부로부터 데이터를 수집, 제공, 처리, 저장, 및 디스플레이할 수 있다. 제어기(110)는 도구 구성 요소 중 어느 하나 또는 전부를 제어하기 위한 다수의 애플리케이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(110)는, 사용자가 하나 이상의 도구 구성 요소를 모니터링 및/또는 제어할 수 있도록 하는, 사용하기에 용이한 인터페이스를 제공할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 구성 요소를 포함할 수 있다.
제어기(110)는, 반도체 공정 시스템(100)으로부터의 출력을 모니터링할 뿐만 아니라 반도체 공정 시스템(100)과 통신하고, 입력을 활성화하며, 정보를 교환하기에 충분한 제어 전압을 생성할 수 있는 디지털 I/O 포트, 메모리, 및 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리에 저장된 프로그램은, 통합된 기판 공정을 수행하기 위한 공정 방식에 따라, 웨이퍼 이송 모듈(102) 및/또는 공정 챔버(103)의 입력을 활성화하기 위해 사용될 수 있다. 제어기(110)는, 메모리에 포함된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서에 응답하여, 본 발명의 마이크로프로세서 기반 처리 단계의 일부 또는 전부를 수행하는 범용 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있다. 이러한 명령은 하드 디스크 또는 착탈식 매체 드라이브와 같은, 다른 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 제어기 메모리로 판독될 수 있다. 또한, 메인 메모리에 포함된 명령 시퀀스를 실행하기 위한 제어기 마이크로프로세서로서, 다중-처리 배치의 하나 이상의 프로세서가 사용될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 소프트웨어 명령 대신에 또는 이와 조합하여, 하드웨어 내장 회로가 사용될 수 있다. 따라서, 실시형태는 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 임의의 특정 조합으로 제한되지 않는다.
제어기(110)는 기판 공정 시스템(100)에 대하여 로컬로 위치될 수 있거나, 이는 기판 공정 시스템(100)에 대하여 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 제어기(110)는, 직접 연결, 인트라넷, 인터넷, 및 무선 연결 중 적어도 하나를 사용하여 기판 공정 시스템(100)과 데이터를 교환할 수 있다. 제어기(110)는 예를 들어 고객 현장(즉, 소자 제조사 등)의 인트라넷에 연결될 수 있거나, 예를 들어 공급자 현장(즉, 장비 제조사)의 인트라넷에 연결될 수 있다. 추가적으로, 예를 들어, 제어기(110)는 인터넷에 연결될 수 있다. 또한, 다른 컴퓨터(즉, 제어기, 서버 등)가 예를 들어, 직접 연결, 인트라넷, 및 인터넷 중 적어도 하나를 통해 제어기(110)에 접속하여 데이터를 교환할 수 있다. 또한 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 제어기(110)는 무선 연결을 통해 반도체 공정 시스템(100)과 데이터를 교환할 수 있다.
본 개시물의 양태에 따라, 카메라 센서(101)는, 공정 챔버(103) 내의 소모성 부품의 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 소모성 부품은 FR(109)이다. 공정 챔버(103)가 개방되고 공정 챔버(103) 내에 웨이퍼가 없는 동안, FR(109)의 특성이 공정 챔버(103)의 웨이퍼 액세스 포트(107)를 통하여 측정되거나 감지될 수 있다. 일부 실시형태에서, FR(109)의 특성은, 웨이퍼가 스테이지 상에 있지만 FR(109)의 적어도 일부분의 차단되지 않은 뷰를 허용하는 동안 측정될 수 있다.
일 실시형태에서, 카메라 센서(101)는, FR(109)로부터 일정 거리(예를 들어, 400 내지 800 mm)에 고정되어 배치될 수 있다. 카메라 센서(101)의 해상도는, 웨이퍼 액세스 포트(107)의 개구부의 높이, 및 웨이퍼 액세스 포트(107)로부터 FR(109)까지의 거리(예를 들어, 약 400 mm)에 의해 한정되는, 개구수(NA)에 의해 제한된다. 웨이퍼 액세스 포트(107)의 개구부의 높이가 20 mm인 것으로 가정하면, 카메라 센서(101)의 최대 NA는 약 0.025이고, 예를 들어 400 nm 광원 파장을 갖는 카메라 센서(101)의 최대 해상도는 (파장/NA) = (0.4/0.025) = 16 ㎛이며, 이는 일반적으로 FR의 상태를 모니터링하기 위해 허용 가능하다. 일부 실시형태에서, 포커스 링 상태 모니터링의 목적을 위해, 20 ㎛ 또는 심지어 50 ㎛의 더 낮은 정확도가 사용될 수 있다.
카메라 센서(101)의 시야 내에서 FR(109)의 형상부(feature)의 상대적 변화를 분석함으로써, 측정 정확도가 개선될 수 있다. 예를 들어, 카메라 센서(101)는 단지 20 ㎛의 해상도를 가질 수 있으며, FR(109)의 선명한 경계는 20 ㎛ 폭의 블랍(blob)으로 보일 수 있다. 그러나, 카메라 센서(101)의 시야(FOV) 내의 블랍의 변화는, 당업계에 알려져 있는 영상 처리 및 피크 탐색 알고리즘을 사용함으로써, 20 ㎛ 미만의 해상도로 탐지 가능할 수 있다. 또한, 카메라 센서(101)는, 웨이퍼 액세스 포트(107)가 개방될 때마다 하나 이상의 영상을 포착할 수 있다. 다수의 영상의 통계적 평균은 측정 정확도를 개선할 수 있다.
도 1의 측정 셋업(100)의 한 가지 이점은, 웨이퍼의 에칭 공정 사이의 시간에서만 광학 영상이 획득될 수 있기 때문에, 에칭 도구의 처리량에 미치는 영향이 거의 없거나 전혀 없다는 점이다. 다른 잠재적인 이점은, 카메라 센서(101)가 가혹한 챔버 환경의 외부에 배치되기 때문에, 카메라 센서(101)가 장기간 동안 신뢰 가능한 정확도로 계속 작동될 수 있다는 점이다.
도 2는 본 개시물의 다른 실시형태에 따라, 측정 셋업을 포함하는 다른 예시적인 반도체 공정 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)에서, 측정 셋업은, 웨이퍼 이송 로봇(204)의 이동식 웨이퍼 핸들링 아암(205) 상에 장착된 카메라 센서(201)(또는 다른 광센서)를 포함한다. 웨이퍼 이송 로봇(204)은 웨이퍼 이송 모듈(202) 내에 위치되며, 웨이퍼 핸들링 아암(205)을 제어하여, 웨이퍼(206)를 로딩할 수 있고, 공정 챔버(203)의 웨이퍼 액세스 포트(207)를 통하여 공정 챔버(203) 내의 웨이퍼 스테이지(208)로 웨이퍼(206)를 이송할 수 있다. 웨이퍼(206)는 웨이퍼 스테이지(208) 상에 언로딩될 수 있으며, 웨이퍼 스테이지(208) 상에 놓이는 FR(209)에 의해 둘러싸일 수 있다. 가스 분사 샤워플레이트(211)가 개략적으로 도시된다. 본 개시물의 양태에 따라, 반도체 공정 시스템(200)은, 통합된 기판 공정 및 기판 계측 동안, 도 2에 도시된 도구 구성 요소 중 어느 하나 또는 전부에 연결되어 이를 제어할 수 있는 제어기(210)를 포함할 수 있다. 제어기(210)는 도 1에서 설명된 제어기(110)로서 구현될 수 있다.
일 실시형태에서, 카메라 센서(201)는 웨이퍼 핸들링 아암(205)의 엔드 이펙터 상에 장착될 수 있으므로, 카메라 센서(201)가 FR(209)의 영상 획득 동안 FR(209)에 근접할 수 있으며, 이는 광센서의 해상도를 15 ㎛ 미만으로 개선할 수 있다. 예를 들어, 센서(201)의 고정 해상도는 약 2 ㎛일 수 있다. 또한, 도 2의 측정 셋업은, 웨이퍼 이송 동안에만 측정이 수행될 수 있기 때문에, 에칭 도구의 처리량에 거의 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한, 카메라 센서(201)는 플라즈마 공정 동안 가혹한 챔버 환경에 노출되지 않는다.
일 실시형태에서, 카메라 센서(예를 들어, 카메라 센서(101 또는 201))는, 카메라 센서를 수용하도록 더 두껍게 제조될 수 있는 센서 웨이퍼 상에 장착될 수 있다. 일 실시형태에서, 전원 및 저장 메모리와 함께 다수의 카메라 센서가 데이터를 측정하기 위해 센서 웨이퍼 상에 장착될 수 있다. 이러한 측정 웨이퍼는, 전단 개방 통합 포드(front opening unified pod: FOUP)와 같은 표준 웨이퍼 캐리어와 함께 여전히 사용될 수 있으며, 표준 웨이퍼 이송 로봇 시스템(예를 들어, 웨이퍼 이송 로봇(104 또는 204))에 의해 처리될 수 있다. 포커스 링(예를 들어, FR(109 또는 209)), 가스 분사 샤워플레이트(예를 들어, 가스 분사 샤워플레이트(111 또는 211)) 상의 가스 분사구 등을 포함하는, 카메라 센서의 시야 내에 있는 공정 챔버(예를 들어, 공정 챔버(103 또는 203)) 내의 구조물의 영상이 획득될 수 있다. 일부 실시형태에서, 약 1초의 기간 동안 영상이 포착될 수 있으며, 센서 웨이퍼가 공정 챔버로부터 제거되는 경우, 분석을 위해 영상 데이터가 다운로드될 수 있다. 이러한 셋업에 따라, 에칭 도구 변경이 필요하지 않으며, 센서 웨이퍼는 다양한 및/또는 상이한 공정 도구 및 챔버를 통해 사용될 수 있다.
본 개시물의 양태에 따라, 용량성 센서와 같은 전자기 센서가 공정 챔버의 소모성 구성 요소 내에 장착되어 소모성 구성 요소의 물리적 특성을 측정할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, FR의 아래에 또는 근처에 링 전극이 배치될 수 있다. 링 전극은 LC 또는 RC 회로의 일부를 형성할 수 있다. 무선 주파수(RF)까지의 주파수를 갖는 교류가 링 전극에 인가될 수 있으며, 링 전극은 안테나의 역할을 하고, 인근 재료의 전기 감수율(electric susceptibility)에 감응성이다. 특히, 회로는 인근 유전체의 기하학적 구조에 매우 감응성일 수 있으며, 예를 들어, 적절한 보정 후에 FR의 높이를 측정할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 용량성 센서는, 웨이퍼가 교체되는 동안 측정을 수행할 수 있다. 따라서, 측정 시간은 1초 미만일 수 있다. 용량성 센서는 에칭 동안 비활성화될 수 있으며, FR 근처의 플라즈마 분포를 미세 조정하기 위해서도 사용될 수 있다. 용량성 센서를 사용하는 이점은, (1) 에칭 웨이퍼 처리량에 영향이 없고; (2) 에칭 작업을 방해하지 않으며; (3) FR의 에지에서 플라즈마 균일도를 미세 조정할 수 있다는 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 개시물의 양태에 따라, 소모성 구성 요소의 특성을 모니터링하기 위해, 내장형 소형 카메라, 전력 공급기, 및 메모리 저장 장치를 갖는 웨이퍼 크기의 프로브가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로브는 통상적인 웨이퍼보다 약간 더 클 수 있다. 프로브는 통상적인 FOUP 내로 맞춤화(fitted)되어야 하며, 통상적인 웨이퍼 핸들링 도구 및 방법에 의해 처리 및 이송될 수 있다. 프로브는, FR 및/또는 공정 챔버 내부의 임의의 다른 관심 물체를 향하는 단일 또는 다수의 내장형 카메라를 구비할 수 있다. 일 실시형태에서, 프로브는 통상적인 웨이퍼로서 공정 챔버 내로 로딩될 수 있다. 프로브는 척(예를 들어, 웨이퍼 스테이지(108 또는 208)) 상에 배치될 수 있거나, 시간을 절약하기 위해 웨이퍼 핸들러에 의해서만 공정 챔버 내로 이동될 수 있다. 프로브는, FR 및 챔버 내부의 임의의 다른 관심 물체의 단일 또는 다수의 영상을 포착할 수 있다. 영상은, 프로브 내에 설치된 메모리 카드 또는 내장형 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다. 영상을 포착하는 기간은, 예를 들어 1초 미만일 수 있다. 영상이 수집된 후에, 프로브는 공정 챔버로부터 제거될 수 있으며, 수집된 영상은 오프-로딩되어 분석될 수 있다. 측정을 위해 프로브를 사용하는 이점은, (i) 공정 챔버에 대한 변경이 없고; (ii) 단일 프로브를 사용하여 다수의 공정 챔버 및 소모성 구성 요소를 테스트할 수 있다는 점을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 개시물의 양태에 따라, 공정 챔버 내의 구조물의 영상 획득 동안, 본원에 설명된 임의의 카메라 센서와 같은 카메라 센서 또는 다른 광센서와 함께, 구조화 조명이 사용될 수 있다. 구조화 조명은, 구조물의 3차원(3D) 정보가 획득될 수 있도록 구조물의 깊이 감지 정보를 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 구조화 조명기는, 다수의 위치 위에 배치된 다수의 비간섭성 조명 지점을 갖거나, 공간 간섭성을 최소화하여 스페클(speckle)(즉, 선명하지 않은 영상)을 감소시키고 감도를 개선하기 위한 확장형 소스를 갖는, 레이저 다이오드 기반(LD 기반) 또는 LED 기반 라인 조명기일 수 있다.
도 3은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 관심 물체의 3D 구조물의 복원을 위한 다지점 구조화 조명의 일 실시예를 도시한다. 도 3에서, 관심 물체는 FR(301)이다. 구조화 조명기(302)는, 예를 들어 도트 어레이로 FR(301)을 조명하도록 카메라 센서(303) 근처에 장착될 수 있다. 카메라 센서(303)를 통해 상이한 도트의 영상 간의 거리를 측정함으로써, 구조화 조명기(302)로부터 도트로 조명된 물체의 부분까지의 거리에 관한 정보가 도출될 수 있다. 일부 실시형태에서, 구조화 조명기(302)를 위해, 도트 패턴 대신에 하나 또는 다수의 조명된 라인이 사용될 수 있다. 다른 조명 패턴도 사용될 수 있다.
도 4는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, FR(예를 들어, FR(301))의 에지 상에 구조화 조명기(예를 들어, 구조화 조명기(302))를 사용하여 투영된 라인 패턴(402)의 시뮬레이션 영상을 도시한다. 라인 패턴(402)은, 카메라 센서(예를 들어, 카메라 센서(303))의 시야 내의 타겟으로서 포착된다. 도시된 실시예에서, 라인 패턴(402)은, 화살표로 도시된 바와 같은 FR의 단면(401)의 형상부를 나타내며, 이는 아래에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시물의 예시적인 실시형태에 따라, 광센서에 의해 획득된 FR의 에지의 측정 영상을 도시한다. 도 5a는 FR 에지의 획득된 미가공 영상을 도시한다. 획득된 미가공 영상에서 도트의 더 밝은 수직 패턴은, FR(예를 들어, FR(301))의 에지 상에 비축(off-axis) 구조화 조명기(예를 들어, 구조화 조명기(302))를 사용하여 투영된 라인 패턴(501)을 나타낸다. 비축 구조화 조명기는 카메라 가시선에 대해 비스듬히 조명 빔을 전송하기 때문에, 라인 패턴의 부분의 수평 위치에 따라, 당업자가 센서로부터 해당 샘플 부분까지의 거리를 결정할 수 있다. 도 5b는 소프트웨어에 의해 라인 패턴(501)에 맞춤화되는 맞춤화된 라인(502)을 도시한다. 맞춤화된 라인(502)은, 두께, 챔퍼, 계단 폭(들) 등을 포함하는, FR의 깊이 정보 및 링 치수를 복원하기 위해 사용될 수 있다.
도 5c 및 도 5d는 본 발명의 실시형태에 의해 획득될 수 있는 라인 패턴(501') 및 맞춤화된 라인(502')을 보다 명확하게 나타내기 위한 도 5a 및 도 5b의 측정 영상의 예시를 도시한다. 도시된 바와 같이, 맞춤화된 라인(502')은, FR 프로파일의 표면 에지를 나타내는 지점(E1 내지 E6)에 의해 한정된 5개의 영역을 포함한다. 예를 들어, E1과 E2 사이의 세그먼트는, FR의 상부 표면 및 상부 측벽을 연결하는 상부 챔퍼를 나타낸다. E2와 E3 사이의 세그먼트는, 립(lip) 또는 숄더 상부 표면까지 연장되는 FR의 상부 측벽을 나타내고, 세그먼트 E3-E4는, FR의 상부 측벽이 립 상부 표면과 만나는 오목한 부분을 나타낸다. E4-E5는 립 상부 표면의 챔퍼를 나타내는 반면에, E5-E6는 립 측벽을 나타내며, E6는 FR의 하부에서 챔퍼를 생성한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 맞춤화된 라인(502')에 기초하여 높이 및 깊이 측정치가 계산됨으로써, FR 기하학적 구조의 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 양태에서, 소프트웨어는 미가공 카메라 영상을 수집하고, 세그먼트화된 라인 패턴(예를 들어, 501)으로부터 FR의 프로파일을 재구성하며, E1로부터의 FR의 상부 벽의 높이 또는 "상부 높이"를 계산한다. FR의 숄더 또는 립 표면이 웨이퍼에 의해 커버되어 공정 동안 보호되는 경우, FR의 상부 높이는 FR의 높이와 직접적으로 상관된다. 예를 들어, 새로운 FR은 4.02 mm의 총 높이를 가질 수 있으며, 1.45 mm의 상부 높이의 경우 2.57 mm의 립 상부 표면 높이(또는 "숄더 높이")를 가질 수 있다. 사용된 또는 "오래된" FR은 3.43 mm의 총 높이를 가질 수 있으며, 1.01 mm의 상부 높이의 경우 2.42 mm의 립 상부 표면 높이를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 립 상부 표면 높이는, 약 2 ㎛의 고정적인 정밀도로 E4로부터 측정되었다. 설명된 방법은 샘플로부터의 적어도 일부 산란에 따라 좌우된다는 점을 유의한다. 완벽하게 반사성 표면은 광을 산란시키지 않기 때문에, 한계를 해결하기 위해, 조명기로부터 직접 반사된 광만이 센서에 도달할 수 있는 방식으로, 조명기가 위치될 수 있다. 그러나, 통상적으로 모든 표면은 적어도 약하게 산란성 표면이기 때문에, 조명의 강도 및/또는 탐지기 감도 및 통합 시간을 증가시킴으로써 문제를 극복할 수도 있다.
도 6은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 시스템(600)의 개략도를 도시한다. 측정 시스템(600)에서, 카메라 센서(601) 및 구조화 조명기(602)는, 화살표로 도시된 바와 같이 이동할 수 있는 웨이퍼 핸들링 아암(603) 상에 장착된다. 카메라 센서(601) 및 구조화 조명기(602) 둘 모두는 정전 척(605)의 주변부에 위치된 FR(604)을 향한다. 카메라 센서(601) 및 구조화 조명기(602)는, 전형적으로 5 내지 50 mm 범위일 수 있는 제1 거리(D1)만큼 분리된다. 카메라 센서(602) 및 FR(604)은 제2 거리(D2)만큼 분리된다. 일 실시예에서, D2는 20 mm일 수 있지만, 전형적으로 D2는 10 내지 50 mm의 범위일 수 있다. 더 작은 거리는 기하학적 제약을 나타내며, 더 큰 거리는 광학 해상도를 감소시킨다. 센서 구성 요소가 도 6에서 웨이퍼 핸들링 아암(603)에 고정되어 있지만, 센서 구성 요소는 일부 실시형태에서 독립적으로 이동 가능할 수 있다.
도 7은 본 개시물의 다른 실시형태에 따라, 측정 시스템(700)의 광학 모델을 도시한다. 측정 시스템(700)에서, 카메라 센서(701), 라인 구조화 조명기(702), 및 확산 조명기(703)는, 웨이퍼 핸들링 아암(도 7에 도시되지 않음) 내로 패키징되어 FR(704)을 향하도록 구성된다. 구조화 조명기(702) 및 확산 조명기(703)는 FR을 조명하도록 구성된다. 카메라 센서(701)는, 카메라 프리즘(706)을 통해 FR(704)의 영상을 획득하는 전하 결합 탐지기(CCD)와 같은 이미징 센서(705)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 라인 조명기(703)의 프리즘은 약 45도의 광 입사각(AOI)을 제공하는 반면에, 카메라 프리즘(706)은 60도의 AOI를 갖는다.
도 8은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업(800)의 기계적 모델의 상세도를 도시한다. 측정 셋업(800)에서, 카메라 조립체(810), 라인 조명기 조립체(820), 확산 조명기 조립체(830), 및 열전 냉각기 조립체(840)는, 포크(fork)와 같은 웨이퍼 핸들링 아암(803) 내로 통합된다. 도시된 바와 같이, 카메라 조립체(810), 라인 조명기 조립체(820), 확산 조명기 조립체(830), 및 열전 냉각기 조립체(840)는, 웨이퍼 핸들링 아암(803)의 각각의 개구부(805) 내에 제공되어 포커스 링(802)으로부터 광 신호를 획득하도록 배치된다. FR 에지의 작은 섹터만이 도 8에 도시됨을 유의한다.
카메라 조립체(810)는, 카메라(813) 및 렌즈(815)를 조립체로서 연결하고 조립체를 웨이퍼 핸들링 아암(803)에 결합하기 위한 카메라 고정 장치(fixture)(811)를 포함한다. 라인 조명기 조립체(820)는, 광원부(823), 렌즈 홀더(825), 및 렌즈(827)를 조립체로서 연결하고 조립체를 웨이퍼 핸들링 아암(803)에 결합하기 위한 라인 조명기 고정 장치(821)를 포함한다. 확산 조명기 조립체(830)는, 광원부(833) 및 렌즈(835)를 조립체로서 연결하고 조립체를 웨이퍼 핸들링 아암(803)에 결합하기 위한 확산 조명기 고정 장치(831)를 포함한다. 열전 냉각기 조립체(840)는, 카메라 조립체(810), 라인 조명기 조립체(820), 및 확산 조명기 조립체(830) 중 하나 이상을 냉각시키기 위해 웨이퍼 핸들링 아암(803) 내에 위치된 열전 냉각기(843) 위에 제공된 커버(841)를 포함한다. 각각의 고정 장치(811, 821, 및 831) 및 커버(841)는, 웨이퍼 핸들링 아암(803)과의 각각의 조립체의 체결을 가능하게 하기 위한 파스너 개구(fastener hole)를 포함한다. 도 8의 실시예는 웨이퍼 핸들링 아암(803)에 개별적으로 결합된 카메라 조립체(810), 라인 조명기 조립체(820), 확산 조명기 조립체(830), 및 열전 냉각기 조립체(840)를 도시하지만, 이들 요소는 웨이퍼 핸들링 아암(803)과 통합된 유닛으로서 조립될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시물의 다른 실시형태에 따라, 측정 셋업(900)의 기계적 모델의 상세도를 도시한다. 측정 셋업(900)에서, 카메라 조립체, 라인 조명기 조립체, 확산 조명기 및 열전 냉각기 조립체는, 도 8과 관련하여 설명된 바와 같이 웨이퍼 핸들링 아암(903)의 일부분과 통합된다. 전력 및 신호 와이어(909)는, 측정 셋업의 카메라 및 조명 요소로의 전력 및 신호 라우팅을 위해 웨이퍼 핸들링 아암과 통합될 수 있다. 도 9a 및 도 9b의 실시형태에서, 센서 요소는 플레이트(905 및 907)에 의해 형성된 인클로저 내에 제공된다. 도 9a 및 도 9b는 측정 셋업(900)의 기계적 모델의 평면도 및 저면도를 각각 도시한다. 상부 플레이트(905)는, 카메라 조립체(숨겨짐)를 수용하기 위한 인클로저 공간(905a), 및 라인 조명기 및/또는 확산 조명기(숨겨짐)를 둘러싸기 위한 인클로저 공간(905b)을 포함한다. 하부 플레이트(907)는, 카메라 조립체를 커버하기 위한 윈도우(907a), 및 라인 조명기 및/또는 확산 조명기를 커버하기 위한 윈도우(907b)를 포함한다. 카메라 시스템(901)의 인클로저는 웨이퍼 핸들링 아암의 상부 표면 상에 있으며, 카메라 시스템(901)의 윈도우는 웨이퍼 핸들링 아암의 하부 표면 상에 있고 FR(902)을 향한다. 윈도우(907a 및 907b)는 FR(902)에 대한 광학적 가시성을 허용하며, 바람직하게는 투명하다.
본 개시물의 양태에 따라, 구조화 조명과 더불어, 물체의 영상 획득 동안 관심 물체의 3D/깊이 정보를 획득하기 위해, 다른 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법은, (i) 로봇 아암 장착식 카메라 센서(예를 들어, 카메라 센서(201))를 다수의 위치로 이동시키고, 이러한 위치로부터 획득된 관심 물체의 영상을 분석하는 단계; 및 (ii) 웨이퍼 핸들링 아암 상에 장착된 2개의 카메라 센서를 포함하는, 입체 영상을 위한 2개의 카메라 센서를 구비하고, 영상을 동시에 수집하는 단계로서, 각각의 카메라 센서는 각각의 카메라 센서의 작동 거리에 기초하여 최적화될 수 있는, 단계를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 카메라 센서(들)를 웨이퍼 핸들링 아암 상에 배치하는 것은 공간 제약을 유발할 수 있다. 공간 제약을 해결하기 위해, 카메라 센서(들)가 원격으로 장착될 수 있으며, 웨이퍼 핸들링 아암 내에 장착된 렌즈 모음 및/또는 광학계로부터 예를 들어 섬유 다발(들)을 통해 카메라 센서(들)에 영상이 전송될 수 있다.
일 실시형태에서, 카메라 센서는 예를 들어, 시간 지연 기술에 기초하는 3D 카메라 센서일 수 있다.
본 개시물의 양태에 따라, FR의 상태를 결정하는 것과 더불어, 본 개시물에서 제시된 카메라 센서, 측정 셋업, 및 측정 방법은, 전극 또는 샤워플레이트 상의 가스 분사구, 챔버 벽, 증착 실드, 웨이퍼 척 숄더 코팅, 가스 배기 배플 플레이트 등과 같은, 공정 챔버의 다른 소모성 구성 요소에 관한 정보를 수집하기 위해 사용될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업(1000)의 기계적 모델의 상세도를 도시한다. 측정 셋업(1000)에서, 카메라 센서(1001) 및 조명기(1002)는 웨이퍼 핸들링 아암(1003) 상에 장착된다. 카메라 센서(1001)는, 웨이퍼 핸들링 아암(1003) 위에 그리고 공정 챔버 내에 위치되는 가스 분사 샤워플레이트(1004)(또는 전극)의 가스 분사구 어레이의 영상을 획득하기 위해 사용된다. 도 10a 및 도 10b는 측정 셋업(1000)의 기계적 모델의 평면도 및 저면도를 각각 도시한다. 예시적인 실시형태에서, 조명기(1002)는 가스 분사 샤워플레이트(1004)의 가스 분사구 어레이를 조명하는 확산 및/또는 구조화 조명기일 수 있으며, 카메라 센서(1001)는 조명된 가스 분사구 어레이를 이미징한다. 예를 들어, 가스 분사구(1005)의 영상이 카메라 센서(1001)에 의해 획득될 수 있으며, 획득된 영상을 통해 가스 분사구(1005)의 물리적 치수와 같은 특성이 획득될 수 있다. 5개의 가스 분사구만이 도 10a에 도시되지만, 가스 분사 샤워플레이트(1004)의 가스 분사구의 수는 본 개시물에서 제한되지 않음을 유의한다. 또한, 가스 분사구(1005)의 복합 3D 측정을 가능하게 하기 위해, 구조화 조명기(1002)가 제공될 수 있다. 그러나, 가스 분사구(1005)의 직경과 같은, 단순한 측정치만이 평면 영상으로부터 요구되는 경우, 구조화 조명기가 생략될 수 있다.
본 개시물의 양태에 따라, FR 및 가스 분사구 어레이의 상태를 진단하기 위한 카메라 센서가 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 내에 내장될 수 있다. 일부 실시형태에서, 웨이퍼 핸들링 아암이 공정 챔버 내로 이동됨에 따라, 공정 챔버 내의 가스 분사구 어레이를 갖는 가스 분사 샤워플레이트 또는 전극은 웨이퍼 핸들링 아암 위에 있고, 공정 챔버 내의 FR은 웨이퍼 핸들링 아암 아래에 있다. 따라서, 웨이퍼 핸들링 아암의 상부 표면 상에 제1 카메라 센서가 장착되어 가스 분사구 어레이의 영상을 획득하기 위해 사용될 수 있으며, 웨이퍼 핸들링 아암의 하부 표면 상에 제2 카메라 센서가 장착되어 FR의 영상을 획득하기 위해 사용될 수 있다.
도 11은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업(1100)의 기계적 모델의 일 실시예를 도시한다. 측정 셋업(1100)에서, 2개의 센서 조립체(1101 및 1102)가 웨이퍼 핸들링 아암(1103) 상에 장착된다. FR(1104)은 웨이퍼 핸들링 아암(1103) 아래에 있으며, 가스 분사 샤워플레이트(1105)는 웨이퍼 핸들링 아암(1103) 위에 있다. 센서 조립체(1101)는, 웨이퍼 핸들링 아암(1103)의 상부 표면 상에 장착되어 가스 분사 샤워플레이트(1105)의 가스 분사구의 영상을 획득하기 위해 사용된다. 센서 조립체(1102)는, 웨이퍼 핸들링(1103)의 하부 표면 상에 장착되어 FR(1104)의 영상을 획득하기 위해 사용된다. 각각의 센서 조립체는 카메라 센서를 포함하며, 일 실시형태에 도시된 바와 같은 구조화 조명기 및 확산 조명기 중 적어도 하나를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 12는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 측정 셋업(1200)의 기계적 모델의 상세도를 도시한다. 측정 셋업(1200)에서, 2개의 센서 조립체(1201 및 1202)가 웨이퍼 핸들링 아암(1203) 상에 장착된다. 두 카메라 센서 모두는 보호용 인클로저로 캡슐화되며, 이미징 센서(및 일부 실시형태에서 구조화 및/또는 확산 조명기)를 위한 광 액세스를 제공하기 위한 윈도우를 구비한다. 인클로저는, 침식, 화학 침식(chemical attack) 등으로부터 보호를 제공하고 용이한 유지보수 및 센서 교체를 가능하게 하기 위해 스테인리스강 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 윈도우는 다양한 종류의 유리, 석영, 실리카 등과 같은 투명한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시형태에서, 센서(1201)는, 인클로저(1210)가 보이지만 시스템(1201)의 윈도우가 웨이퍼 핸들링 아암(1203)의 하부 표면을 향하도록, 웨이퍼 핸들링 아암(1203)의 아래에 있는 FR의 영상을 획득하기 위해 사용된다. 센서 조립체(1202)는, 윈도우(1204)가 웨이퍼 핸들링 아암(1203)의 상부 표면을 향하도록, 웨이퍼 핸들링 아암(1203)의 위에 있는 가스 분사 샤워플레이트의 가스 분사구의 영상을 획득하기 위해 사용된다.
본 개시물의 양태에 따라, 실제 웨이퍼 로딩 및 언로딩 동안 포커스 링을 진단하는 단계를 포함하는, 본 개시물에 제시된 측정 셋업을 사용하는 다양한 방식이 구상된다. 예를 들어, 웨이퍼 공정 사이에 웨이퍼 없이 웨이퍼 핸들링 아암을 작동시킴으로써 가스 분사구가 진단될 수 있다.
본 개시물에서 설명된 카메라(또는 광) 센서의 한 가지 이점은, 센서가 적어도 대부분의 측정 시간 동안 가혹한 챔버 내부 환경에 노출되지 않는 장소에 센서가 위치된다는 점이다. 또한, 센서는 웨이퍼 핸들링 아암 상에, 예를 들어 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 상에 장착되기 위해 소형화될 수 있다.
일부 실시형태에서, 챔버 구성 요소에 관한 추가적인 정보를 획득하기 위해, 카메라 센서 또는 다른 광센서와 함께 편광 필터가 사용될 수 있다. 편광 필터는, 편광, 다중-파장 조명기, 다중 스펙트럼 센서, 및 에지-명암비 강화 기술(ECET)에 관한 정보를 획득할 수 있다. ECET 방법의 실시예는, 직접적으로 반사된 광이 카메라 센서에 진입되지 않는 암시야(dark-field) 조명; 위상차; 및 차동 간섭 대비(노마스키(Nomarski) 간섭 대비) 방법을 포함한다.
도 13은 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정을 약술하는 흐름도를 도시한다. 공정(1300)은, 반도체 공정 시스템의 공정 챔버 내의 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 진단하기 위한 장치의 처리 회로에 의해 실행될 수 있다. 장치는, 전술한 반도체 공정 시스템일 수 있다. 공정(1300)은 소프트웨어 명령으로 구현될 수 있으며, 처리 회로가 소프트웨어 명령을 실행할 때, 처리 회로는 공정(1300)을 수행한다.
공정은, 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 갖는 공정 챔버와 기판 핸들링 모듈 간에 각각의 복수의 반도체 웨이퍼를 이송하는 이송 작업을 반복적으로 수행하는 단계(1310)로 시작된다. 예를 들어, 기판 핸들링 모듈은, 위의 도 1 및 도 2에서 설명된 것과 같은, 시스템 내의 웨이퍼 액세스 포트를 통하여, 처리된 웨이퍼 및 미처리 웨이퍼를 교환할 수 있다. 일부 실시형태에서, 단계(1310)는, 반도체 공정 시스템의 웨이퍼 핸들링 모듈 내의 웨이퍼 핸들링 로봇의 웨이퍼 핸들링 아암을 통해, 반도체 공정 시스템의 공정 챔버와 웨이퍼 핸들링 모듈 간에 웨이퍼를 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 웨이퍼 핸들링 모듈은 공정 챔버에 인접하게 위치된다.
단계(1320)에서, 공정 챔버는, 각각의 복수의 반도체 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하기 위해 사용된다. 일부 실시형태에서, 공정은, 공정 챔버의 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 침식시키는 플라즈마 에칭 공정이다.
단계(1330)에서, 공정 챔버가 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안, 적어도 하나의 소모성 구성 요소로부터 광 신호가 탐지된다. 전술한 바와 같은, 포커스 링, 가스 분사 샤워플레이트, 전극, 증착 실드, 공정 챔버 벽, 펌핑 배플, 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 숄더 중 적어도 하나로부터 광 신호가 탐지될 수 있다. 일부 실시형태에서, 공정 챔버가 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 경우에만, 단계(1330)가 수행된다. 예를 들어, 로봇 아암이 공정 챔버 내에서 웨이퍼를 교환하고 있는 경우와 같이, 공정 챔버의 챔버 액세스 포트가 개방된 경우에만, 단계(1330)가 수행될 수 있다.
공정(1300)은, 본원에 설명된 광센서, 측정 셋업, 또는 다른 장치 및 배치 중 어느 하나를 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 공정은, 탐지된 광 신호에 기초하여 반도체 제조 공정을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 소모성 구성 요소의 마모 상태를 보정하기 위해 적어도 하나의 공정 파라미터가 변경될 수 있다. 일부 실시형태에서, 반도체 웨이퍼에 걸친 균일한 공정을 개선하기 위해 적어도 하나의 공정 파라미터가 변경될 수 있다.
공정(1300)은, 탐지된 광 신호에 기초하여 반도체 챔버를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 탐지된 광 신호에 기초하여 포커스 링의 높이가 조정될 수 있거나, 탐지된 광 신호에 기초하여 포커스 링이 교체될 수 있다.
일부 실시형태에서, 알고리즘은 단계(1320)의 일부로서 FR의 3D 프로파일을 재구성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 축방향으로 대칭 포커스 링(FR)과 같은 특성 샘플은, (카메라 FOV 내에서) 일련의 거의 수평 에지를 특징으로 한다. 예시적인 일 실시형태에서, FR의 확산 광 및 구조화 광 영상 둘 모두가 카메라에 의해 포착된다. 확산 및 구조화 영상은 서로 독립적으로 및/또는 동시에 획득될 수 있다. FR의 확산 광 조명된 영상은, FR의 수평 에지를 탐지하여 카메라 FOV 내의 이들의 수직 좌표를 결정하기 위해 사용된다. FR의 비축 라인 조명된 영상은, 투영된 라인이 확산 광 영상으로부터 탐지된 수평 에지와 교차하는 지점을 탐색하기 위해 분석된다. 카메라에 대한 조명기 위치의 알려진 기하학적 구조 및 교차 지점의 수평 좌표에 기초하여, 카메라로부터 FR의 해당 수평 에지까지의 거리가 결정될 수 있다. 수평 에지에 관한 수직 및 깊이 정보는, FR 반경 방향 프로파일을 재구성하도록 조합되며, FR의 두께 뿐만 아니라 관심 있는 FR의 임의의 다른 관련 기하학적 파라미터도 계산된다. 공정 챔버 내의 포커스 링의 수직 위치와 같은, 공정 챔버 작동 파라미터를 조정하기 위한 임의의 다른 관심 파라미터와 함께 FR의 두께.
전술한 설명에서, 공정 시스템의 특정 형상 및 그 내부에 사용되는 다양한 구성 요소 및 공정의 설명과 같은, 구체적인 세부 사항이 상술되었다. 그러나, 본원의 기술은 이러한 구체적인 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실시될 수 있으며, 이러한 세부 사항은 설명을 위한 목적이며 제한 사항이 아님을 이해해야 한다. 본원에 개시된 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 설명되었다. 유사하게, 설명을 위한 목적으로, 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적인 수, 재료, 및 구성이 상술되었다. 그럼에도 불구하고, 실시형태는 이러한 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 갖는 구성 요소는 유사한 참조 부호로 표시되므로, 임의의 중복 설명은 생략될 수 있다.
물론, 명확성을 위해 본원에서 설명된 바와 같은 상이한 단계들의 설명의 순서가 제시되었다. 일반적으로, 이러한 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 본원의 각각의 상이한 특징, 기술, 구성 등이 본 개시물의 상이한 곳에서 설명될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 수행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 개시물은 다수의 상이한 방식으로 구현되고 고려될 수 있다.
다양한 실시형태의 이해를 돕기 위해 다양한 기술이 다수의 별개의 작업으로 설명되었다. 설명의 순서는 이들 작업이 반드시 순서에 의존하는 것임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 실제로, 이들 작업은 제시된 순서로 수행될 필요가 없다. 설명된 작업은 설명된 실시형태와 상이한 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가적인 작업이 추가적인 실시형태에서 수행될 수 있거나/수행될 수 있고, 설명된 작업이 추가적인 실시형태에서 생략될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "기판" 또는 "타겟 기판" 또는 "웨이퍼"는 일반적으로 본 개시물에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 기판은 소자, 특히 반도체 또는 다른 전자 소자의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 베이스 기판 구조물, 레티클, 또는 박막과 같이 베이스 기판 구조물 상에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조물, 하부층 또는 상부층으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조물, 그리고 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 설명은 특정 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다.
또한, 당업자는 본 개시물의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기술의 작업에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 변경은 본 개시물의 범위에 의해 커버되도록 의도된다. 따라서, 본 개시물의 실시형태의 전술한 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 개시물의 실시형태에 대한 임의의 제한 사항은 이하의 청구범위에 제시된다.

Claims (49)

  1. 반도체 공정 시스템으로서,
    각각의 복수의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하도록 구성된 공정 챔버로서, 상기 공정 챔버는 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 포함하는, 공정 챔버;
    웨이퍼 액세스 포트를 통해 상기 공정 챔버와 연통하고 상기 공정 챔버에 인접하게 위치되는 기판 핸들링 모듈로서, 상기 웨이퍼 핸들링 모듈은, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 상기 기판 핸들링 모듈과 상기 공정 챔버 간에 각각의 상기 웨이퍼를 이송하도록 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇을 포함하는, 기판 핸들링 모듈;
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하도록 구성된 광센서를 포함하는 광학 진단 시스템; 및
    상기 공정 챔버로 하여금, 각각의 웨이퍼 상에 상기 반도체 제조 공정을 수행하게 하고, 상기 광학 진단 시스템으로 하여금, 상기 공정 챔버가 상기 웨이퍼 상에 상기 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안 상기 광 신호를 탐지하게 하도록 구성된 제어기를 포함하는,
    반도체 공정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 진단 시스템은, 상기 광센서에 의해 탐지된 상기 광 신호로부터 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하도록 구성되는, 반도체 공정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는, 포커스 링, 가스 분사 샤워플레이트, 전극, 증착 실드, 공정 챔버 벽, 펌핑 배플, 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 숄더 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통해 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 상기 웨이퍼 핸들링 모듈의 내벽 상에 장착되는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암 운동 동안 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 상기 웨이퍼 이송 로봇의 웨이퍼 핸들링 아암 상에 장착되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 또는 웨이퍼 플래튼 상에 장착되는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하기 위한 카메라를 더 포함하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하도록 구성된 구조화 조명기를 더 포함하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구조화 조명기는, 상기 카메라의 가시선에 대해 비스듬히 조명 빔을 전송함으로써 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 조명 패턴을 투영하도록 구성되는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학 시스템은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 상기 조명 패턴의 획득된 영상으로부터 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하도록 구성되며,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 상기 적어도 하나의 특성은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 3차원 형상의 적어도 하나의 치수를 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 포커스 링이며,
    상기 적어도 하나의 치수는, 상기 포커스 링의 두께, 및 상기 포커스 링의 에지 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 가스 분사구의 어레이를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 치수는, 가스 분사구 직경, 및 상기 가스 분사구 챔퍼의 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 조명 패턴은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 도트의 패턴을 포함하는, 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 조명 패턴은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 적어도 하나의 라인을 포함하는, 시스템.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하도록 구성된 확산 조명기를 더 포함하는, 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광센서를 수용하도록 구성된 인클로저; 및
    상기 인클로저 내에서부터 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 광 액세스를 갖는 상기 광센서를 제공하기 위한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함하는, 시스템.
  17. 반도체 공정 시스템으로서,
    각각의 복수의 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하도록 구성된 공정 챔버로서, 상기 공정 챔버는 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 포함하는, 공정 챔버;
    웨이퍼 액세스 포트를 통해 상기 공정 챔버와 연통하고 상기 공정 챔버에 인접하게 위치되는 기판 핸들링 모듈로서, 상기 웨이퍼 핸들링 모듈은, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 상기 기판 핸들링 모듈과 상기 공정 챔버 간에 각각의 상기 웨이퍼를 이송하도록 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇을 포함하는, 기판 핸들링 모듈; 및
    상기 소모성 구성 요소의 적어도 일부분에 대한 직접 가시선을 갖도록 위치된 광센서를 포함하는 광학 진단 시스템을 포함하며,
    상기 광센서는 상기 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하도록 구성되는,
    반도체 공정 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는, 포커스 링, 가스 분사 샤워플레이트, 전극, 증착 실드, 공정 챔버 벽, 펌핑 배플, 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 숄더 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 상기 직접 신호 라인이 제공되도록 상기 웨이퍼 핸들링 모듈의 내벽 상에 장착되는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 광센서는, 웨이퍼 핸들링 아암의 이송 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 상기 직접 가시선이 제공되도록 상기 웨이퍼 이송 로봇의 상기 웨이퍼 핸들링 아암 상에 장착되는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 또는 웨이퍼 플래튼 상에 장착되는, 시스템.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 웨이퍼 이송 로봇에 의해 이송되도록 구성된 측정 웨이퍼를 더 포함하며,
    상기 광센서는, 상기 측정 웨이퍼의 이송 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 상기 직접 가시선이 제공되도록 상기 측정 웨이퍼 상에 장착되는, 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는, 포커스 링으로부터 제1 광 신호를 탐지하기 위한 제1 광센서, 및 가스 분사 샤워헤드로부터 제2 광 신호를 탐지하기 위한 제2 광센서를 포함하는, 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광센서는 상기 기판 핸들링 모듈의 웨이퍼 이송 아암 상에 제공되는, 시스템.
  25. 반도체 소자를 제조하는 방법으로서,
    웨이퍼 액세스 포트를 통하여 기판 핸들링 모듈과 공정 챔버 간에 각각의 복수의 반도체 웨이퍼를 이송하는 이송 작업을 반복적으로 수행하는 단계로서, 상기 공정 챔버는 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 포함하는, 단계;
    상기 공정 챔버를 사용하여, 각각의 상기 복수의 반도체 웨이퍼 상에 반도체 제조 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 공정 챔버가 상기 웨이퍼 상에 상기 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소로부터 광 신호를 탐지하는 단계를 포함하는,
    반도체 소자를 제조하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 광 신호로부터 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 포커스 링, 가스 분사 샤워플레이트, 전극, 증착 실드, 공정 챔버 벽, 펌핑 배플, 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 숄더 중 적어도 하나로부터 광 신호를 탐지하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 상기 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통하여 상기 공정 챔버의 외부로부터 상기 광 신호를 탐지하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는,
    상기 웨이퍼 액세스 포트가 웨이퍼 이송을 위해 개방되는 경우, 상기 웨이퍼 액세스 포트를 통해 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 상기 웨이퍼 핸들링 모듈의 내벽 상에 광센서를 제공하는 단계; 및
    상기 광센서를 사용하여 상기 광 신호를 탐지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는,
    웨이퍼 이송 동안 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소에 대한 가시성을 갖는 위치에서 상기 웨이퍼 이송 로봇의 웨이퍼 핸들링 아암 상에 광센서를 제공하는 단계; 및
    상기 광센서를 사용하여 상기 광 신호를 탐지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 광센서를 제공하는 단계는, 상기 웨이퍼 핸들링 아암의 엔드 이펙터 또는 웨이퍼 플래튼 상에 상기 광센서를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하기 위한 카메라를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하기 위한 구조화 조명기를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 구조화 조명기를 사용하는 단계는, 상기 카메라의 가시선에 대해 비스듬히 조명 빔을 전송함으로써 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 조명 패턴을 투영하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 상기 조명 패턴의 획득된 영상으로부터 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 상기 적어도 하나의 특성은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 3차원 형상의 적어도 하나의 치수를 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 포커스 링이며,
    상기 방법은, 상기 포커스 링의 두께, 및 상기 포커스 링의 에지 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소는 가스 분사구의 어레이를 포함하며,
    상기 방법은, 가스 분사구 직경, 및 상기 가스 분사구 챔퍼의 프로파일의 치수 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 조명 패턴은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 도트의 패턴을 포함하는, 방법.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 조명 패턴은, 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소 상에 투영된 적어도 하나의 라인을 포함하는, 방법.
  40. 제34항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소의 영상을 획득하는 동안, 확산 광으로 상기 적어도 하나의 소모성 구성 요소를 조명하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제34항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 상기 공정 챔버가 상기 웨이퍼 상에 상기 반도체 제조 공정을 수행하고 있지 않는 시간 동안에만 상기 광 신호를 탐지하는 단계를 포함하는, 방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 광 신호를 탐지하는 단계는, 상기 웨이퍼 액세스 포트가 개방된 경우에만 상기 광 신호를 탐지하는 단계를 포함하는, 방법.
  43. 제25항에 있어서,
    상기 탐지된 광 신호에 기초하여 상기 반도체 제조 공정을 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 반도체 제조 공정을 변경하는 단계는, 상기 소모성 구성 요소의 마모 상태를 보정하기 위한 적어도 하나의 공정 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 변경하는 단계는, 상기 웨이퍼에 걸친 균일한 공정 결과를 개선하기 위한 상기 공정 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  46. 제25항에 있어서,
    상기 탐지된 광 신호에 기초하여 상기 반도체 챔버를 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 반도체 챔버를 변경하는 단계는, 상기 탐지된 광 신호에 기초하여 포커스 링의 높이를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 반도체 챔버를 변경하는 단계는, 상기 탐지된 광 신호에 기초하여 상기 소모성 구성 요소 중 적어도 하나를 교체하는 단계를 포함하는, 방법.
  49. 반도체 공정 챔버 내의 소모성 구성 요소의 상태를 탐지하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 소모성 구성 요소 상에 입사되는 확산 광 및 구조화 광을 제공하도록 확산 광원 및 구조화 광원을 지향시키는 단계;
    상기 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 확산 광 영상, 및 상기 소모성 구성 요소의 적어도 하나의 구조화 광 영상을 획득하는 단계;
    상기 적어도 하나의 확산 광 영상을 사용하여, 상기 소모성 구성 요소의 에지를 탐지하는 단계;
    상기 적어도 하나의 구조화 광 영상을 사용하여, 상기 구조화 광이 상기 확산 광 영상으로부터 탐지된 상기 에지와 교차하는 교차 지점을 식별하는 단계;
    상기 반도체 공정 챔버 내의 상기 교차 지점의 좌표를 결정하는 단계; 및
    상기 교차 지점의 상기 좌표에 기초하여, 상기 소모성 구성 요소의 3D 프로파일을 구성하는 단계를 포함하는,
    반도체 공정 챔버 내의 소모성 구성 요소의 상태를 탐지하는 방법.
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