KR100849423B1 - 플라즈마 모니터 장치 및 모니터 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마의 상태를 모니터하기 위한 플라즈마 모니터 장치 및 모니터 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 플라즈마 광을 필터링하기 위한 복수개의 색 필터와, 복수개의 상기 색 필터에 의해 필터링된 광의 세기를 검출하는 복수개의 포토다이오드를 포함하며, 상기 색 필터로서, 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터를 가지는 플라즈마 모니터 장치와, 그 모니터 장치에 의해 플라즈마 상태를 모니터하는 방법이 제공된다.
그에 따라, 본 발명에 의하면, 복수개의 필터를 사용하여 빛의 주파수와 세기를 동시에 모니터함으로써 플라즈마의 상태를 효율적으로 모니터할 수 있다.
플라즈마, 모니터, 색 필터, 포토다이오드
Description
도 1은 종래의 플라즈마 모니터 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치의 개념도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치의 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20 : 플라즈마 광 검출수단 11a, 11b, 11c, 21 : 색 필터
13a, 13b, 13c : 포토다이오드 15 : 연산 수단
본 발명은 플라즈마의 상태를 모니터할 수 있는 플라즈마 모니터 장치 및 모니터 방법에 관한 것이다.
반도체 장치나 평판 디스플레이(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는, 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행시키기 위해서 플라즈마가 많이 이용되고 있다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치에 있어서는, 수율 및 특성 향상을 위해서 기판의 피처리면 전체에 걸쳐서 균일하게 플라즈마 처리를 실시할 필요가 있고, 플라즈마가 안정한 상태로 발생되어야 한다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내의 처리 공간에서의 플라즈마의 상태를 정확히 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하게 되고 있다.
이러한 플라즈마 장치의 플라즈마 상태, 즉 플라즈마 내의 전자 밀도, 이온 밀도를 측정할 수 있는 장치로 탐침(probe)를 사용하는 것이 있다.
탐침을 이용한 플라즈마 특성의 측정원리는 다음과 같다. 즉, 외부에서 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 탐침을 삽입하고 외부에서 공급되는 직류전원을 가변하여 음전위에서 양전위로 전압을 변경시켜 측정한다. 이때, 음전압이 탐침 끝에 걸리게 되면 플라즈마 내의 양이온이 탐침으로 포집되어 이온에 의한 전류가 발생하게 된다. 또한, 양전압이 탐침 끝에 걸리게 되면 플라즈마내의 전자들이 탐침으로 포집되어 전자에 의한 전류가 발생하게 된다. 이때 발생한 전류를 측정하여 탐침에 가해진 전압과의 상관관계를 분석함으로써 플라즈마의 농도를 측정할 수 있다.
그런데 탐침을 이용한 종래의 플라즈마 모니터링 장치는, 챔버 내에 탐침을 삽입하여 플라즈마의 농도를 측정하기 때문에, 공정이 진행되는 동안 실시간으로 플라즈마의 농도를 측정할 수는 있지만, 노이즈 문제, 반도체 공정에서 박막물질의 증착 공정시 탐침에 증착되는 문제, 건식 식각 공정시 탐침이 식각되어 작아지는 문제점을 가지고 있기 때문에, 실제 양산공정에 적용하여 사용하기는 어렵다.
또한, 종래부터 플라즈마 프로세싱의 장치 개발이나 프로세스 개발 또는 실제 프로세스에 있어서, 프로세스 챔버 내의 플라즈마 발광을 계측하는 모니터링 기술이 이용되고 있다.
종래의 플라즈마 발광 계측법은, 프로세스 챔버의 측벽에 부착한 창을 통해서 챔버 내의 플라즈마 발광을 계측한다. 이때 창을 통해 밖으로 나온 플라즈마 광을 포토다이오드나 분광 분석수단에 의해 계측하여 빛의 세기나 원자 라디칼량 등을 측정한다.
도 1에는 이러한 종래의 플라즈마 모니터 장치를 구비한 플라즈마 장치의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치는, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실(1)을 구비하고 있다. 이 처리실(1) 내에는 피처리 기판(W)를 얹어 놓은 스테이지(3)가 설치되고, 이 스테이지(3)에는 전압이 인가된다. 도시하지는 않았지만, 처리실(1)에는 이 처리실(1) 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입관이 설치되고, 이 가스 도입관에는 처리실(1) 내에 소정 유량으로 가스를 도입하기 위한 유량 제어부가 설치된다. 또한, 처리실(1)의 외주에는 처리실(1) 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 코일이 배치되어 있다.
또한, 이 처리실(1)에는 빛이 통과할 수 있는 창이 설치되고, 창을 통해 밖으로 나온 플라즈마 광을 모니터하는 플라즈마 모니터 장치가 설치된다. 이 플라즈마 모니터 장치는 발광 검출수단(5)과 연산 수단(7)을 포함한다.
발광 검출수단(5)은 처리실(1) 내에서의 발광을 검출하기 위한 포토다이오드 나 분광 분석수단으로 이루어진다. 그리고, 이 발광 검출수단(5)에는 연산 수단(7)이 접속되어 있고, 이 연산 수단(7)에는 제어 수단(9)이 접속되어 있다. 연산 수단(7)은 발광 검출수단(5)에 의해 검출된 빛의 세기나 주파수 등을 산출한다.
연산 수단(7)에 접속된 제어 수단(9)은, 도시하지 않은 코일의 전원, 유량 제어부, 처리실(1)의 배기부, 외부 입력 수단 등에 접속되어 있다. 제어 수단(9)은, 코일의 전원 및 유량 제어부 등을 조정함으로써, 플라즈마의 상태를 적절하게 제어한다.
그러나, 종래의 플라즈마 모니터 장치는 검출수단으로서 단순히 포토다이오드나 분광 분석수단을 사용하였기 때문에, 포토다이오드를 사용하는 경우에는 빛의 세기만을 모니터할 수밖에 없다는 문제가 있었고, 분광 분석수단을 사용하는 경우에는 빛의 주파수만을 정성분석할 수밖에 없어 정량분석이 불가능하다는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 복수개의 필터를 사용하여 빛의 주파수와 세기를 동시에 모니터함으로써 플라즈마의 상태를 효율적으로 모니터할 수 있는 플라즈마 모니터 장치 및 모니터 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마의 상태를 모니터하기 위한 플라즈마 모니터 장치로서, 플라즈마 광을 필터링하기 위한 상이 한 파장을 갖는 복수개의 색 필터와, 복수개의 상기 색 필터에 의해 필터링된 광의 세기를 검출하는 복수개의 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치가 제공된다.
여기에서, 상기 색 필터는, 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터인 것이 바람직하며, 상기 색 필터로서, 적색, 녹색 및 청색과 함께 백색의 색 필터를 더 포함하고 있어도 좋다.
상기 복수개의 색 필터는 집적화된 IC칩의 형태로 제작될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 색 필터는 동일한 색의 필터가 인접되지 않도록 배열되는 것이 바람직하다.
상기 포토다이오드는 복수개의 상기 색 필터와 동일한 개수이며, 하나의 색 필터에 하나의 포토다이오드가 대응되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 플라즈마의 상태를 모니터하기 위한 플라즈마 모니터 방법으로서, 상이한 파장을 갖는 복수개의 색 필터에 의해 플라즈마 광을 필터링하는 단계와, 복수개의 포토다이오드에 의해 복수개의 상기 색 필터에 의해 필터링된 광의 세기를 검출하는 단계와, 복수개의 상기 포토다이오드에 의해 검출된 값을 연산수단에 의해 각각의 주파수 및 세기로 정량화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 방법이 제공된다.
여기에서, 상기 색 필터는, 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터인 것이 바람직하며, 상기 색 필터로서, 적색, 녹색 및 청색과 함께 백색의 색 필터를 더 포함하고 있어도 좋다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치의 개념도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치의 개념도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치는, 복수개의 필터, 즉 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터(RGB broad band color filter)(11a, 11b, 11c)와, 복수개의 포토다이오드(13a, 13b, 13c)를 포함하는 플라즈마 광 검출수단(10)에 의해 플라즈마 광을 검출한다.
여기에서, 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색 필터(11a, 11b, 11c)와, 하나의 포토다이오드(13a, 13b, 13c)는 하나의 단위 검출수단을 이룬다. 광대역 색 필터(11a, 11b, 11c)를 통과하여 각 필터에 해당하는 대역의 파장을 가지게 된 적색, 녹색 및 청색광은 포토다이오드(13a, 13b, 13c)에 의해 빛의 세기가 검출된다. 즉, 플라즈마 광이 각 색 필터(11a, 11b, 11c)를 통과하면, 적색, 녹색 및 청색 등의 각 대역에 해당하는 성분만 투과되어 포토다이오드(13a, 13b, 13c)에 도달, 각 성분의 세기가 측정된다.
검출된 각 파장에 대한 빛의 세기는 플라즈마 광 검출수단(10)에 접속되어 있는 연산수단(15)으로 보내져 각각의 주파수 및 세기로 정량화될 수 있다.
연산수단(15)에서 정량화된 각 주파수 및 세기를 이용하여 제어수단(도시생략)은, 시스템의 제어화면에 플라즈마의 상태에 대한 정보(정상 또는 점검요망, 시 스템 interlock 등의 정보)를 제공하며, 프로그래밍을 통하여 모니터 결과를 플라즈마 전원 및 가스제어부 등의 입력신호로 궤환, 플라즈마를 일정한 상태로 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터(11a, 11b, 11c)를 사용하여, 각각의 필터(11a, 11b, 11c)를 통과한 빛의 세기로부터 플라즈마 광의 주파수 및 세기를 정량화할 수 있고, 플라즈마 내로 유입되는 가스의 종류 및 조성비에 따른 특성변화를 효율적으로 감지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플라즈마 광의 주파수 및 세기를 함께 모니터할 수 있기 때문에, 특정 대역 패스 필터(band pass filter)를 사용하여 해당 활성종의 광량만을 모니터하는 경우에 비하여 주변온도에 열적인 간섭요인 등으로부터 독립적으로 플라즈마 자체의 특성을 평가할 수 있다.
또한, 본 발명은 특정 대역 패스 필터를 사용하지 않고 RGB 색 필터를 사용하기 때문에, 모니터하고자 하는 플라즈마의 활성종의 종류가 달라질 경우에도 별도의 필터로 교체할 필요가 없다.
또한, 본 발명에 따르면, 진공 및 대기압 플라즈마 모두 빛을 볼 수 있는 공간에 검출수단을 설치함으로써 공정 모니터가 가능해지며, 모니터하고 있는 해당 공정의 기준 공정을 안정적으로 진행할 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 모니터 장치를 설명한다. 제2 실시예의 플라즈마 모니터 장치는 상술한 제1 실시예의 플라즈 마 모니터 장치와 마찬가지로, 복수개의 필터, 즉 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터(RGB broad band color filter)(11a, 11b, 11c, 21)와, 복수개의 포토다이오드(13a, 13b, 13c, 22)를 포함하는 플라즈마 광 검출수단(20)에 의해 플라즈마 광을 검출한다.
다만, 제2 실시예에 있어서는, 적색, 녹색 및 청색 필터(11a, 11b, 11c)와 함께 백색, 즉 가시광 필터(21)를 부가하여 사용한다는 점에 있어서 제1 실시예와 다르다.
제2 실시예에 있어서도, 적색, 녹색, 청색 및 백색 중 하나의 색 필터(11a, 11b, 11c, 21)와, 하나의 포토다이오드(13a, 13b, 13c, 22)는 하나의 단위 검출수단을 이룬다. 광대역 색 필터(11a, 11b, 11c, 21)를 통과하여 각 필터에 해당하는 대역의 파장을 가지게 된 적색, 녹색, 청색 및 백색광은 포토다이오드(13a, 13b, 13c, 22)에 의해 빛의 세기가 검출된다. 즉, 플라즈마 광이 각 색 필터(11a, 11b, 11c, 21)를 통과하면, 적색, 녹색 및 청색 등의 각 대역에 해당하는 성분만 투과되어 포토다이오드(13a, 13b, 13c, 22)에 도달, 각 성분의 세기가 측정된다.
검출된 각 파장에 대한 빛의 세기는 플라즈마 광 검출수단(20)에 접속되어 있는 연산수단(15)으로 보내져 각각의 주파수 및 세기로 정량화될 수 있다.
연산수단(15)에서 정량화된 각 주파수 및 세기를 이용하여 제어수단(도시생략)은 시스템의 제어화면에 플라즈마의 상태에 대한 정보(정상 또는 점검요망, 시스템 interlock 등의 정보)를 제공하며, 프로그래밍을 통하여 모니터 결과를 플라즈마 전원 및 가스제어부 등의 입력신호로 궤환, 플라즈마를 일정한 상태로 제어할 수 있다.
이와 같은 제2 실시예의 플라즈마 모니터 장치에 의해서도, 상술한 제1 실시예의 플라즈마 모니터 장치로 인한 효과를 동일하게 얻을 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 모니터 장치의 플라즈마 광 검출수단은 다음과 같이 변형될 수도 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 필터(11a, 11b, 11c)를 한 조로 하거나 적색, 녹색, 청색 및 백색 필터(11a, 11b, 11c, 21)를 한 조로 하여, 복수의 조를 매트릭스 형태로 배열하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 동일한 색의 필터가 인접되지 않도록 3*3, 4*4, 6*6, 8*8 등의 정방형 매트릭스 형태로 필터를 배열할 수 있다.
이와 같이 복수 조의 필터가 배열되어 이루어진 플라즈마 광 검출수단을 사용하면, 각각의 필터에 의해 검출된 값의 평균값을 활용할 수 있어 더욱 정확한 모니터링이 가능하게 된다.
또는, 정방형 매트릭스 형태 대신에, 적색, 녹색 및 청색 필터(11a, 11b, 11c)를 한 조로 하거나 적색, 녹색, 청색 및 백색 필터(11a, 11b, 11c, 21)를 한 조로 하여, 일렬로 배치한 형태로 필터를 배열할 수도 있다.
또한, 챔버에 복수개의 창을 형성하고, 각각의 창에 플라즈마 광 검출수단을 설치함으로써 챔버 내의 전체 영역을 모니터링 할 수도 있다.
또는, 챔버구조를 가지지 않는 대기압 플라즈마의 경우에는 별도의 창을 만들 필요 없이, 전극 하부에 복수개의 모니터를 위치시켜서 동시에 전체영역의 균일 도(uniformity)를 확인하도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 복수개의 색 필터는 집적화된 IC칩의 형태로 제작될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 플라즈마 모니터 장치를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 복수개의 필터를 사용하여 빛의 주파수와 세기를 동시에 모니터함으로써 플라즈마의 상태를 효율적으로 모니터할 수 있는 플라즈마 모니터 장치가 제공된다.
Claims (9)
- 플라즈마의 상태를 모니터하기 위한 플라즈마 모니터 장치로서,플라즈마 광을 필터링하기 위한 상이한 파장을 갖는 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터를 포함하는 복수개의 색 필터와;복수개의 상기 색 필터에 의해 필터링된 각각의 광의 세기를 검출하는 포토다이오드와;상기 포토다이오드에 의해 검출된 각각의 상기 광의 세기를 각각 정량화하기 위한 연산수단; 을 포함하여,각각의 상기 광의 세기가 각각 정량화되므로 모니터하고자 하는 플라즈마의 활성종의 종류가 달라질 경우에도 상기 색 필터를 교체할 필요가 없는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,백색의 색 필터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 복수개의 색 필터는 집적화된 IC칩의 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치.
- 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,상기 복수개의 색 필터는 동일한 색의 필터가 인접되지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치.
- 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,상기 포토다이오드는 복수개의 상기 색 필터와 동일한 개수이며, 하나의 색 필터에 하나의 포토다이오드가 대응되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 장치.
- 플라즈마의 상태를 모니터하기 위한 플라즈마 모니터 방법으로서,상이한 파장을 갖는 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터에 의해 플라즈마 광을 필터링하는 단계와,포토다이오드에 의해 상기 적색, 녹색 및 청색의 광대역 색 필터에 의해 필터링된 각각의 광의 세기를 검출하는 단계와,상기 포토다이오드에 의해 검출된 값을 연산수단에 의해 각각의 주파수 및 세기로 각각 정량화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 방법.
- 삭제
- 청구항 7에 있어서,백색의 색 필터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101466127B1 (ko) | 2012-12-06 | 2014-11-28 | (주)화백엔지니어링 | 플라즈마 모니터링 장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR0129905Y1 (ko) * | 1995-05-31 | 1999-04-15 | 조백제 | 인상관로 인입 슬리브 |
| KR200144006Y1 (ko) * | 1996-12-16 | 1999-06-15 | 구자홍 | 스크류 체결장치 |
| KR200463815Y1 (ko) * | 2012-07-31 | 2012-11-26 | 유은영 | 보관주머니가 구비된 부채 |
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2006
- 2006-12-08 KR KR1020060124456A patent/KR100849423B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20080052805A (ko) | 2008-06-12 |
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