CN113892164B - 等离子体光学发射光谱诊断用窗口以及等离子体装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种等离子体光学发射光谱诊断用窗口。所述等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其中，包括：外壳，在两侧具备第一腔室和第二腔室；安装开口，形成在所述第一腔室和所述第二腔室之间的所述外壳的一面，并与用于将来自等离子体腔室的等离子体光露出的开口相面对；观测窗开口，形成在所述安装开口的相反面的所述外壳的另一面，与所述安装开口形成同轴透射所述等离子体的光，并与所述光学发射光谱装置的受光部相连接；观测窗，位于所述外壳中的观测窗开口的内侧；卷绕机和复卷机，设置在所述第一腔室和所述第二腔室中的每一个；以及透明薄膜，被构成为覆盖所述外壳内所述安装开口的内侧的同时，从所述复卷机以卷对卷方式卷绕在所述卷绕机。

Description

等离子体光学发射光谱诊断用窗口以及等离子体装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，更详细而言，涉及一种为了能准确地进行等离子体诊断而接受等离子体光的等离子体光学发射光谱诊断用窗口。
背景技术
作为利用等离子体可以由半导体器件执行的工艺，可以举干蚀刻(dry etching)工艺或化学气相沉积(chemical vapor deposition)工艺等。这些工艺使用能够产生等离子体的等离子体腔室来进行工艺。于是，将半导体衬底放在等离子体腔室中的衬底支撑台后，将等离子体腔室的内部造成预定反应条件，然后产生等离子体，来进行蚀刻工艺和化学气相沉积工艺。
另外，在等离子体工艺条件下发生异常，或者构成等离子体设备的部件，如质量流量控制器(Mass Flow Controller)、射频源(Radio Frequency Source)或偏压功率(BiasPower)发生异常(Anomaly)时，等离子体状态会变，随此，沉积或蚀刻特性会发生变化。在这种情况下，导致工艺质量(Quality)和器件的可靠性降低，为了防止这种情况，需要一种严格监控半导体等离子体状态的技术。
作为监控等离子体状态的技术，有利用光学发射光谱(Optical EmissionSpectroscopy)传感器的技术。作为使用光学发射光谱传感器的等离子体工艺诊断设备，有韩国专利申请第10-2013-0090637号公报。该专利包括将从工艺腔室内发出的光传递至外部的多个视口；以及通过光缆连接于视口的多个光学发射光谱(OES)传感器。
然而，该专利中，由于多个视口直接设置在工艺腔室中，因此，存在视口容易被污染的问题，由于视口被污染，存在难以准确地进行等离子体诊断。
发明内容
因此，本发明所要解决的问题在于，提供一种防止用于接收等离子体光的观测窗被污染，并在没有等离子体光的强度降低的情况下接收等离子体光，能准确地诊断等离子体的状态的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口及等离子体装置。
根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，其中，包括：外壳，在两侧具备第一腔室和第二腔室；安装开口，形成在所述第一腔室和所述第二腔室之间的所述外壳的一面，并与用于将来自等离子体腔室的等离子体光露出的开口相面对；观测窗开口，形成在所述安装开口的相反面的所述外壳的另一面，与所述安装开口形成同轴透射所述等离子体的光，并与所述光学发射光谱装置的受光部相连接；观测窗，位于所述外壳中的观测窗开口的内侧；卷绕机和复卷机，设置在所述第一腔室和所述第二腔室中的每一个；以及透明薄膜，被构成为覆盖所述外壳内所述安装开口的内侧的同时，从所述复卷机以卷对卷方式卷绕在所述卷绕机。
在一实施例中，还可以包括用于确认被露出在所述安装开口的透明薄膜的污染度的污染度确认单元。
在一实施例中，还可以包括卷对卷驱动部，当通过所述污染度确认单元确认到的污染度为预设值以上时，驱动所述卷绕机和所述复卷机以卷对卷方式卷绕所述透明薄膜预定长度。
在一实施例中，还可以包括从所述安装开口在外侧围绕所述安装开口的同时延长的安装开口侧壁，并包括插入于所述安装开口侧壁，并具备贯通孔的安装开口块。
在一实施例中，所述贯通孔的内径可以为1至5mm。
在一实施例中，具备位于所述安装开口的两侧的张力辊(tension roller)，使得所述透明薄膜紧贴于所述安装开口的内侧面的同时以卷对卷方式被卷绕。
在一实施例中，可以包括安装在所述观测窗开口的外侧的光学发射光谱(OES)传感器的光纤连接部。
在一实施例中，所述透明薄膜可以为耐热及耐化学性薄膜。
在根据本发明一实施例的等离子体装置可以设置所述等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口。
发明效果
通过利用根据本发明的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，具有为了诊断等离子体状态，可以防止用于接收等离子体光的观测窗被污染，并在没有等离子体光的强度降低的情况下接收等离子体光，能准确地诊断等离子体的状态的优点。
附图说明
图1是示出根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口的结构的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明根据本发明的实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口。本发明可以加以各种变更，并可具有各种形态，图中示出特定实施例并在本文中做详细地说明。但是，应理解这些并不是用特定的公开形态来限定本发明，而包括本发明的思想及技术范围中所包含的所有变更、均等物乃至代替物。在说明每个附图时，对相同的构成要素标注了相同的附图标记。在附图中，结构物的尺寸比实际物体放大表示以明确本发明。
第一、第二等术语可用于说明多种构成要素，但所述构成要素不会被所述术语所限定。所述术语可以以从其他构成要素区分一个构成要素为目的而使用，例如在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以被称为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被称为第一构成要素。
本说明书中所使用的术语仅仅用于说明特定实施例，而并非限定本发明。除非在文脉上明确表示不同的含义，单数的表达包括复数的表达。在本说明书中，“包括”或“具有”等术语所要指定说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些组合的存在，而不应理解为排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。
除非另有定义，包含技术术语及科学术语在内的使用于本说明书中的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。在普遍使用的词典中所定义的术语应解释为具有与相关技术的文脉上所具有的含义一致的含义，并且，除非在本说明书中明确定义，则不应以理想性或过于公式化的含义来进行解释。
图1是示出根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口的结构的图。
参照图1，根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，包括：外壳110、安装开口111、观测窗开口112、观测窗120、卷绕机131和复卷机132、透明薄膜140、张力辊160、污染度确认单元(省略图示)及卷对卷驱动部150。
外壳110在两侧具备第一腔室113及第二腔室114。外壳110的形状没有特别限制，例如，外壳110可以具有长方体形状。
安装开口111在外壳110的一面位于第一腔室113和第二腔室114之间，安装开口与用于将来自等离子体腔室10的等离子体光露出的开口11相面对，使通过开口11露出的等离子体的光流入。
此处，所述等离子体腔室10是工艺腔室(process chamber)，为利用等离子体的半导体衬底的薄膜沉积、蚀刻等的工艺提供反应空间。向工艺腔室供应用于生成等离子体的载气和工艺气体。
观测窗开口112形成在安装开口111的相反侧的外壳110的另一面。此时，观测窗开口112与安装开口111形成同轴，从而，透射流入至安装开口111的等离子体的光。观测窗开口112与光学发射光谱(OES)装置的受光部相连接。
观测窗120位于外壳110中的观测窗开口112的内侧。观测窗120只要是可以透射等离子体光的材料均可使用，例如，观测窗120可以由石英(Quartz)材料而制成。
卷绕机131和复卷机132设置在第一腔室113和第二腔室114各自的内部。例如，复卷机132可以设置在第一腔室113中，而卷绕机131可以设置在第二腔室114中。透明薄膜140卷绕在复卷机132上，卷绕机131可拉动被卷绕在复卷机132上的透明薄膜140并将其卷绕。
透明薄膜140在外壳110内从复卷机132以卷对卷方式卷绕到卷绕机131，此时，在外壳110内覆盖安装开口111的内侧的同时以卷对卷方式进行卷绕。为此，在外壳110内包括位于安装开口111的两侧的张力辊160，所述张力辊160在与安装开口111相对的透明薄膜140的一面的里面支撑透明薄膜140，使透明薄膜140以垂直于安装开口111的方向的面形式保持被拉紧状态。所述透明薄膜140为耐热及耐化学性薄膜。例如，可以为PE、PP、PI等的高分子薄膜。
污染度确认单元(省略图示)是用于确认露出于安装开口111的透明薄膜140的污染程度的装置。污染度确认单元对透明薄膜140的污染度可以设置预定值，即透明薄膜140的污染度上限值。例如，污染度确认单元可以为视觉(Vision)检查装置。
卷对卷驱动部150用于驱动卷绕机131和复卷机132。卷对卷驱动部150可以是机械连接于复卷机132的步进电机。卷对卷驱动部150与污染度确认单元电连接，当污染度确认单元确认的透明薄膜140的污染度为污染度上限值时，驱动卷绕机131和复卷机132以卷对卷方式卷绕透明薄膜140预定长度。所述预设长度可以被设置为由所述张力辊160支撑的透明薄膜140的长度以上的长度。
另外，根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口还包括安装开口侧壁170和安装开口块180。
安装开口侧壁170从安装开口111在外侧围绕安装开口111而延伸。即，安装开口侧壁170以从外壳110的安装开口111所在的面围绕安装开口111的管形态延伸，安装开口侧壁170的端部以围绕等离子体腔室10的开口11的方式连接于等离子体腔室10。安装开口侧壁170在其末端周围形成有凸缘部171以便与等离子体腔室10连接，凸缘部171紧贴固定于等离子体腔室10的外表面，以使外壳110与等离子体腔室10相连接。
安装开口块180插入于安装开口侧壁170，并具备贯通孔181。安装开口块180的截面形状对应于安装开口侧壁170的截面形状。贯通孔181与安装开口侧壁170的长度方向平行地连通至等离子体腔室10的开口11。贯通孔181具有1至5mm的内径。例如，贯通孔181可以设置为具有4mm的直径。所述安装开口块180可以由不透明材料而形成，并且可以具有吸收性。由此，可以将水平前进的等离子体光容易引导至观测窗120的方向。
所述安装开口侧壁170和安装开口块180使从等离子体腔室10的开口11露出的等离子体光容易向观测窗120行进。即，安装开口块180可以起用于提高光的直行性的准直器的作用。由此，安装开口块180的贯通孔181提高等离子体光直接射向观测窗120的直行性并降低等离子体的导电特性(Conductance)。
当具备所述安装开口侧壁170和安装开口块180时，所述张力辊160位于贯通孔181的两侧，与贯通孔181相对的透明薄膜140的一面紧贴对应于安装开口块180。
另外，根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口还包括光纤连接部190。
光纤连接部190连接于用于诊断等离子体的光学发射光谱的光学发射光谱(OES，Optical Emission Spectroscopy)传感器的光纤，并设置成设置在观测窗开口112的外侧，紧贴于观测窗120的结构。例如，光纤连接部190可以包括环形外壳连接部191、以及从外壳连接部191延伸的光纤连接端口192。在这种情况下，外壳连接部191可以固定于外壳110的外表面以覆盖观测窗120的边缘。
下面说明根据本发明的一实施例的从等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口接收等离子体光并将其传送至光学发射光谱(OES)传感器的过程。
在等离子体腔室10内产生的等离子体的等离子体光从等离子体腔室10的开口11露出，朝与等离子体腔室10的开口11相对的安装开口块180的方向前进。
被露出的等离子体光进入安装开口块180的贯通孔181，并沿着贯通孔181朝透明薄膜140方向前进。此时，随着等离子体光经过狭窄的贯通孔181，直行性得以提高。
经过贯通孔181的等离子体光透射到透明薄膜140，透射透明薄膜140的等离子体光朝观测窗开口112方向行进。
向观测窗开口112行进的等离子体光进入观测窗开口112之后透射到观测窗120，透射观测窗120的等离子体光进入光纤连接部190的内侧。
进入光纤连接部190的等离子体光通过连接于光纤连接部190的光纤传送至光学发射光谱(OES)传感器，光学发射光谱(OES)传感器可以通过分析传送而来的等离子体光来诊断等离子体的状态。
在此过程中，污染度确认单元确认透明薄膜140的污染度。此时，当透明薄膜140的污染度为预设的污染度上限值时，将对此的信号传送至卷对卷驱动部150。
卷对卷驱动部150从污染度确认单元输入信号时，驱动卷绕机131和复卷机132向卷绕机131的方向卷绕透明薄膜140的预定长度使得对应于当前安装开口块180的贯通孔181的透明薄膜140的局部长度从贯通孔181相隔开，例如向卷绕机131的方向卷绕由张力辊150支撑的透明薄膜140的长度以上的长度。由此，从贯通孔181隔开被污染的透明薄膜140的局部长度之后，未被污染的透明薄膜140的预定长度对应于贯通孔181。
在通过透明薄膜140的卷对卷驱动来更换透明薄膜140的区间的过程中，污染度确认单元也继续测量透明薄膜140的污染度。
根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，由于在等离子体腔室10上不直接设置观测窗120，而通过外壳110提供另外的观测窗120设置空间，由此，接收等离子体光的观测窗120从等离子体腔室10隔开远距离。
此外，在外壳110的内部具备通过第一腔室113和第二腔室114被容纳，并通过卷绕机131和复卷机132以卷对卷方式卷绕的透明薄膜140，由于透明薄膜140覆盖与用于使等离子体腔室10的等离子体光露出的开口11相对应的安装开口111的内侧，由此，阻挡通过透明薄膜140从等离子体腔室10的开口11与等离子体光一起泄漏的载气和工艺气体流入外壳110的内部，由此，防止观测光120被所述气体污染。
此外，虽然透明薄膜140被等离子体腔室10的开口11露出的气体污染，但是，由于透明薄膜140具备卷对卷结构，因此，当对应于等离子体腔室10的开口11的局部区间被污染到由污染度确认单元测量的污染度上限值时，可以将未被污染的其他区间相对位于新的等离子体腔室10的开口11，从而，可以将用于透射等离子体光的透明薄膜140始终保持为干净的状态或污染度少的状态进行替换，因此，在没有透射透明薄膜140后向观测窗120行进的等离子体光的强度降低的情况下，可以被观测窗120受光，由此，可以通过等离子体光对等离子体的状态进行准确的诊断。
另外，在外壳110与等离子体腔室10的开口11之间具备安装开口侧壁170、以及设置于安装开口侧壁170，并具有与等离子体腔室10的开口11相对应的贯通孔181的安装开口块180，由此，从等离子体腔室10的开口11露出并向观测窗120行进的等离子体光穿过小直径的贯通孔181的同时其直行性得以提高，由此，等离子体光容易地从等离子体腔室10行进到位于远处的观测窗120，使得观测窗120可以无损失地接收等离子体光，从而，可以增加等离子体的状态的准确的诊断效率。
由此，若使用根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口，具有为了诊断等离子体状态，可以防止接收等离子体光的观测窗120被污染，并且可以在始终没有等离子体光的强度降低的情况下接收等离子体光，能准确地诊断等离子体的状态的优点。
另外，根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口可以用于等离子体装置中，可以实现安装有这种等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口的等离子体装置，并且，所述等离子体装置具有由根据本发明的一实施例的等离子体光学发射光谱(OES)诊断用窗口而产生的效果，可以进行半导体衬底等的等离子体处理以及等离子体状态的准确诊断。
对上述实施例的说明是本发明所属领域的普通技术人员利用或实施本发明而提供的。对所述实施例的各种变形对本发明所属领域的普通技术人员来说是明确的，在此所定义的普通原理在不脱离本发明的范围内可以适用于其他的实施例。因此，本发明并不局限于上述的实施例，应与在此所提示的原理和新特征一致的最宽范围内进行解释。

Claims (9)

1.一种等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，包括：
外壳，在两侧具备第一腔室和第二腔室；
安装开口，形成在所述第一腔室和所述第二腔室之间的所述外壳的一面，并与用于将来自等离子体腔室的等离子体光露出的开口相面对；
观测窗开口，形成在所述安装开口的相反面的所述外壳的另一面，与所述安装开口形成同轴透射所述等离子体的光，并与所述光学发射光谱装置的受光部相连接；
观测窗，位于所述外壳中的观测窗开口的内侧；
卷绕机和复卷机，所述卷绕机设置在所述第二腔室中，所述复卷机设置在所述第一腔室中；以及
透明薄膜，被构成为覆盖所述外壳内所述安装开口的内侧的同时，从所述复卷机以卷对卷方式卷绕在所述卷绕机。
2.根据权利要求1所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，还包括用于确认被露出在所述安装开口的透明薄膜的污染度的污染度确认单元。
3.根据权利要求2所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，还包括卷对卷驱动部，当通过所述污染度确认单元确认到的污染度为预设值以上时，驱动所述卷绕机和所述复卷机以卷对卷方式卷绕所述透明薄膜预定长度。
4.根据权利要求1所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，包括从所述安装开口在外侧围绕所述安装开口的同时延长的安装开口侧壁，
并包括插入于所述安装开口侧壁，并具备贯通孔的安装开口块。
5.根据权利要求4所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，所述贯通孔的内径为1至5mm。
6.根据权利要求1所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，具备位于所述安装开口的两侧的张力辊，使得所述透明薄膜紧贴于所述安装开口的内侧面的同时以卷对卷方式被卷绕。
7.根据权利要求1所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，包括安装在所述观测窗开口的外侧的光学发射光谱传感器的光纤连接部。
8.根据权利要求1所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口，其特征在于，所述透明薄膜为耐热及耐化学性薄膜。
9.一种等离子体装置，其特征在于，其中设置有权利要求1至8中任一项所述的等离子体光学发射光谱诊断用窗口。
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