KR100867632B1 - System for Measuring Density of Fine Particles Using Multi-pass Laser Light Extinction - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 광로 레이저 광감쇠(multi-pass laser light extinction)를 이용한 미세 입자의 밀도 측정 시스템에 대한 것으로서, 밀도 측정 대상인 미세 입자가 존재하는 챔버로 입사될 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저빔 발생기구; 상기 레이저빔 발생기구로부터 방사된 레이저빔을 입사광과 투과광의 세기를 별개로 측정할 수 있도록 경로를 달리하는 두 개의 레이저빔으로 분리시키기 위한 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터에서 분리된 하나의 경로의 레이저빔이 입사하여 투과광의 세기를 측정할 수 있도록 챔버 내부의 티끌 입자들을 투과하면서 다중 광로를 발생하는 다중 광로 발생기구; 상기 빔 스플리터에서 분리된 레이저빔으로부터 전기 신호를 검출하는 제1 검출기; 상기 다중 광로 발생기구에서 나온 레이저빔으로부터 전기신호를 검출하기 위한 제2 검출기; 상기 제1 및 제2 검출기에서 나온 전기 신호를 증폭하는 증폭수단; 및 인가된 전기 신호를 비교하여 두 증폭된 신호의 차이를 검출하고 이를 기초로 미세입자의 밀도를 계산하는 제어부를 구비하여 이루어진다.The present invention relates to a density measurement system of fine particles using a multi-pass laser light extinction, which is a laser beam generating mechanism for generating a laser beam to be incident into a chamber in which fine particles to be measured are present. ; A beam splitter for separating the laser beam radiated from the laser beam generating device into two laser beams that have different paths so as to separately measure the intensity of the incident light and the transmitted light; A multiple optical path generating mechanism for generating multiple optical paths while transmitting the particles of particles in the chamber so that a laser beam of one path separated from the beam splitter is incident to measure the intensity of transmitted light; A first detector for detecting an electrical signal from the laser beam separated by the beam splitter; A second detector for detecting an electrical signal from the laser beam emitted from the multiple optical path generation mechanism; Amplification means for amplifying the electrical signals from the first and second detectors; And a controller for comparing the applied electric signals to detect a difference between the two amplified signals and calculating the density of the fine particles based on the difference.
미세입자, 밀도, 증착, 반도체, 다중 광로, 램버트-비어식, 구면거울 Microparticles, Density, Deposition, Semiconductors, Multiple Light Paths, Lambert-Beered, Spherical Mirrors
Description
도 1은 본 발명에 따른 다중 광로 레이저 광감쇠법을 이용한 미세입자의 밀도 측정 시스템을 개략적으로 도시한 계통도이며,1 is a schematic diagram schematically showing a system for measuring the density of microparticles using a multiple optical path laser light attenuation method according to the present invention;
도 2는 본 발명에 사용되는 다중 광로 발생 수단을 도시한 도면이며,2 is a view showing a multiple light path generating means used in the present invention,
도 3(a),(b)는 본 발명에 따라 구현된 다중 광로를 나타내는 사진이며, 3 (a), (b) is a photograph showing a multiple light path implemented according to the present invention,
도 4는 티끌 입자를 포함하는 플라즈마에서 얻은 광감쇠 신호와 광경로 수 및 감쇠율을 나타내는 그래프도로서, (a)는 단일 광로, (b)는 9중 광로의 경우를 나타낸다.4 is a graph showing the light attenuation signal, the number of optical paths, and the attenuation rate obtained in the plasma including the particle particles, (a) shows a single optical path, and (b) shows a nine optical path.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
5:아이리스 6:핀홀 조리개 5: Iris 6: Pinhole aperture
10:레이저 발생기구 20:필터10: laser generating mechanism 20: filter
30:거울 40:빔 스플리터30: Mirror 40: Beam splitter
50:검출기 60:플라즈마 챔버50: detector 60: plasma chamber
70:제1 증폭수단 80:제2 증폭수단70: first amplifying means 80: second amplifying means
90:광변조기 100:제어부90: optical modulator 100: control unit
200:다중광로 발생기구 210, 220:구면거울200: multiple light
215:레이저빔 입구 225:레이저빔 출구215: laser beam entrance 225: laser beam exit
230:레이저빔 경로230: laser beam path
본 발명은 플라즈마를 이용하는 다양한 공정 플라즈마에서 나타나는 티끌 입자의 밀도 진단을 위한 광학 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다중 광로 레이저 광감쇠(multi-pass laser light extinction)를 이용하여 공정 플라즈마 내에서 발생하는 ㎚에서 ㎛에 이르는 다양한 크기의 입자들의 밀도를 실시간으로 진단하고 그 불량율을 최소화할 수 있는 다중 광로 레이저 광감쇠를 이용한 미세 입자의 밀도 측정 시스템에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical diagnostic system for diagnosing the density of particles present in various process plasmas using plasma, and more particularly, in a process plasma using multi-pass laser light extinction. The present invention relates to a system for measuring the density of fine particles using a multiple optical path laser light attenuation which can diagnose in real time the density of particles having various sizes ranging from nm to μm and minimize the defect rate.
현재 반도체 공정시 요구되는 외부 환경의 청정도는 class-10(1ft3당 0.5㎛의 티끌 입자 10개) 정도이다. 그러나 외부 환경의 청정도가 보장된다 하더라도 식각, 증착, 등의 여러 공정시 발생하는 수 ㎚에서 수백 ㎛에 이르는 다양한 크기의 티끌 입자들이 공정 용기 안의 청정도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 미세한 입자는 공정 중 거의 같은 크기의 선폭을 갖는 회로 상에 달라붙음으로써 회로를 손상시켜 심각한 수율 저하를 야기한다. 따라서, 공정 시에는 이러한 미세 입자의 모니터링이 필수적이다.Currently, the cleanliness of the external environment required for semiconductor processing is class-10 (10 particles of 0.5 μm per 1 ft 3 ). However, even if the cleanliness of the external environment is ensured, particles of various sizes ranging from several nm to hundreds of micrometers, which occur during various processes such as etching, deposition, etc., not only reduce the cleanliness in the process vessel, but the fine particles have almost the same size during the process. Sticking on a circuit with a line width of the circuit damages the circuit and causes a serious yield drop. Therefore, monitoring of these fine particles is essential in the process.
이와 더불어 10㎚ 이하의 미세 입자의 생성과 이를 활용한 연구도 진행되고 있다. a-Si:H 광기전체(photovoltaics)나 박막 트랜지스터 공정시 발생되는 초기 10㎚ 이하의 미세입자들을 필름에 증착시켜 필름의 광학적 특성을 변화시키거나 광학적 안정성을 부여하는 연구 결과가 보고되고 있다. 또한, 차세대 플래시 메모리 공정에서 현재 플로팅 게이트(floating gate:FG)로 쓰이는 폴리 실리콘을 대체할 물질로 10㎚ 이하의 Si 입자를 사용할 가능성이 대두되고 있다. 이러한 입자들을 제어하기 위하여 먼저 티끌 입자의 크기 및 밀도 측정이 선행되어야 한다. In addition, the production of fine particles of less than 10nm and research using them are also in progress. Research results have been reported to change the optical properties of the film or to impart optical stability by depositing the first 10nm or less of the fine particles generated during a-Si: H photovoltaics or thin film transistor process on the film. In addition, the possibility of using Si particles of 10 nm or less as a material to replace polysilicon, which is currently used as a floating gate (FG) in a next generation flash memory process, is emerging. In order to control these particles, measurement of the size and density of the particles must first be carried out.
일반적인 반도체 설비에서는, 반도체 설비의 내부로 유입될 수 있는 입자들을 차단하기 위하여 여러 종류의 필터가 사용되고 있다. 입자 진단은 베어(bare) 웨이퍼와 웨이퍼 표면 스캔 장비를 이용하여 입자들을 측정하거나 실제 생산되고 있는 웨이퍼를 샘플링하여 검사하는 방법이 사용되고 있다. 일반적으로, 입자들은 특정한 시점에 특정한 원인(챔버 벽의 스퍼터링, 폴리머의 이탈 등)으로 밀도가 급격히 증가하여 이후 지속적으로 유지되는 경향이 강하므로, 종래 방법에 의해서는 마지막 입자 검사 이후, 불량(입자들의 기준치 초과)이 발견되는 검사 시점 사이에 제조된 웨이퍼의 불량 발생은 방지할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 입자들은 결국 반도체 디바이스의 생산성을 급격히 저하시키는 주된 요인으로서 작용하게 된다. In general semiconductor equipment, various types of filters are used to block particles that may enter the semiconductor equipment. Particle diagnosis is a method of measuring particles using bare wafers and wafer surface scanning equipment or sampling and inspecting wafers that are actually produced. In general, since particles tend to increase in density at a certain point (sputtering of the chamber wall, leaving of the polymer, etc.) and tend to be maintained continuously afterwards, the conventional method has failed after the last particle inspection. There is a problem that the occurrence of defects in the manufactured wafers between the inspection time points when they are exceeded) can not be prevented. These particles eventually act as a major factor in drastically lowering the productivity of semiconductor devices.
따라서, 이와 같이 공정 후에 입자를 진단(ex-situ)하는 진단법은 한계가 있으며, 실시간으로 입자를 진단하는 진단계(in-situ)가 필요하다. 이러한 실시간 모니터링을 위해서는 광학적 진단법들이 적당하며 특히 입자의 밀도 진단에는 본 발명에서 제시하는 레이저 광감쇠법이 적당하다. 실제 이 측정법을 구현하는 데 있어서는 장치의 구성이 간단하다는 장점에 의하여 단일 광로 광감쇠법이 주로 고려되어 왔다. 입자의 밀도 측정에 있어서 가장 중요한 점은 그 측정 한계를 낮추는 것이다. 레이저 광 감쇠법의 가장 단순한 방식은 티끌 입자가 포함된 플라즈마에 레이저를 단일 광로로 입사시키는 단일 광로 방식이다. 이 장치의 제일 큰 장점은 하드웨어 구성이 비교적 간단하고 광학계의 얼라인먼트가 그리 까다롭지 않다는 것이지만, 측정 감도가 그리 높지 않아서 20~100㎚ 크기 입자의 경우, 측정 가능한 밀도 가 1010 ㎝-3 이상으로 매우 높은 편이다. 그러나, 종래의 단일 광로 광감쇠법의 경우, 광경로 수가 작아 입자 밀도 측정의 측정 한계가 좋지 않았으며, 입자 밀도의 측정 한계가 상대적으로 높아서 밀도가 적은 경우에는 별로 유용하게 사용할 수 없다.Therefore, a diagnostic method for diagnosing particles after such a process is limited, and a diagnostic system for diagnosing particles in real time is required. Optical diagnostic methods are suitable for such real-time monitoring, and the laser light attenuation method proposed in the present invention is particularly suitable for diagnosing the density of particles. In practice, the single optical path light attenuation method has been mainly considered in the implementation of this measurement due to the simple configuration of the device. The most important point in determining the density of a particle is to lower its measurement limits. The simplest method of laser light attenuation is a single optical path in which a laser is incident on a plasma containing particle particles in a single optical path. The main advantage of this device is that the hardware configuration is relatively simple and the alignment of the optical system is not very demanding, but the measurement sensitivity is not so high that for 20-100 nm particles, the density is measurable more than 10 10 cm -3 . High side. However, in the conventional single optical path light attenuation method, the measurement limit of the particle density measurement is not good because the number of optical paths is small, and the measurement limit of the particle density is relatively high, so that it cannot be usefully used when the density is small.
이에 본 발명자들은 광 경로수를 다중으로 하는 다중 광로 방식의 경우 레이저빔의 경로수에 비례하여 측정 감도가 좋아지므로 측정 관심 영역의 입자 크기와 밀도에 대해서 다중 광로 감쇠법이 요구를 만족시키는 적절한 감도를 가지도록 구현될 수 있다면, 이것은 아주 유용한 입자 진단 방법이 될 것임에 착안하게 되었다.Therefore, the present inventors have improved sensitivity in proportion to the number of paths of the laser beam in the case of the multiple optical path system in which the optical path number is multiple, so that the multiple optical path attenuation method satisfies the requirements for the particle size and density of the region of interest. It can be realized that if it can be implemented to have a very useful particle diagnostic method.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 측정 감도를 높여 측정 가능 최소 밀도를 크게 향상시키는 다중 광로 레이저 광 감쇠 방식을 적용한 티끌 입자의 밀도 측정 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been made to improve the disadvantages of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a density measurement system of the particle particle applying a multi-path laser light attenuation method to increase the measurement sensitivity to greatly increase the minimum measurable density. .
또한, 본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 챔버 내에서 티끌 입자가 발생하는 상황에 초기 플라즈마로부터 시간에 따라 티끌 입자를 모니터링하는 것이 가능한 미세입자의 밀도 측정 시스템을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a system for measuring the density of microparticles capable of monitoring the particles of particles over time from the initial plasma in a situation where particles of particles occur in the plasma chamber.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 경로 광감쇠를 이용한 미세입자의 밀도 측정 시스템은, 밀도 측정 대상인 미세 입자가 존재하는 챔버로 입사될 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저빔 발생기구;Density measurement system of the microparticles using the multi-path optical attenuation according to the present invention for achieving the above object, the laser beam generating mechanism for generating a laser beam to be incident to the chamber in which the fine particles to be measured density;
상기 레이저빔 발생기구로부터 방사된 레이저빔을 입사광과 투과광의 세기를 별개로 측정할 수 있도록 경로를 달리하는 두 개의 레이저빔으로 분리시키기 위한 빔 스플리터; A beam splitter for separating the laser beam radiated from the laser beam generating device into two laser beams that have different paths so as to separately measure the intensity of the incident light and the transmitted light;
상기 빔 스플리터에서 분리된 하나의 경로의 레이저빔이 입사하여 투과광의 세기를 측정할 수 있도록 챔버 내부의 먼지 입자들을 투과하면서 다중 광로를 발생하는 다중광로 발생기구;A multiple optical path generating mechanism generating multiple optical paths while transmitting dust particles inside the chamber so that the laser beam of one path separated from the beam splitter is incident to measure the intensity of transmitted light;
상기 빔 스플리터에서 분리된 레이저빔으로부터 전기 신호를 검출하는 제1 검출기;A first detector for detecting an electrical signal from the laser beam separated by the beam splitter;
상기 다중 광로 발생기구에서 나온 레이저빔으로부터 전기신호를 검출하기 위한 제2 검출기;A second detector for detecting an electrical signal from the laser beam emitted from the multiple optical path generation mechanism;
상기 제1 및 제2 검출기에서 나온 전기 신호를 증폭하는 증폭수단; 및Amplification means for amplifying the electrical signals from the first and second detectors; And
상기 증폭수단으로부터 인가된 전기 신호를 비교하여 두 증폭된 신호의 차이를 검출하고 이를 기초로 미세입자의 밀도를 계산하는 제어부를 구비하여 이루어진다.Comprising a control unit for comparing the electrical signal applied from the amplifying means detects the difference between the two amplified signal and calculates the density of the fine particles based on this.
본 발명의 상기 목적, 특징들 및 이점들은 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 용이하게 이해될 것이다.The above objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명에 따른 다중 경로 레이저 광감쇠를 이용한 미세입자의 밀도 측정 시스템을 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a density measurement system of microparticles using multipath laser light attenuation according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings showing preferred embodiments.
우선 그 원리를 설명하면, 레이저 광감쇠법은 매질에 입사된 빛이 매질을 통과하는 동안 빛의 세기가 어느 정도 감소되는 지를 측정하여 매질 내에 포함된 산란원(scatterer)의 밀도를 정량적으로 알아내는 방법이다. 입사광의 세기를 I0, 투과광의 세기를 I1이라고 하면, 손실된 광의 세기는 램버트-비어(Lambert-Beer) 법칙에 따라 다음과 같이 식1로 표현할 수 있다. First of all, the principle of laser light attenuation is to quantitatively determine the density of scatterers included in a medium by measuring how much the light intensity decreases while the light incident on the medium passes through the medium. It is a way. If the intensity of the incident light is I 0 and the intensity of the transmitted light is I 1 , the intensity of the lost light can be expressed by Equation 1 according to Lambert-Beer's law.
[식 1][Equation 1]
ΔI = I0 - I1 = I0 [1-exp(-nσexℓ)] ΔI = I 0 -I 1 = I 0 [1-exp (-nσ ex ℓ)]
여기서, σex는 감쇠 단면적, n은 입자밀도, ℓ은 총 광경로 길이이다. 보통 의 경우, nσexℓ은 1보다 매우 작으므로 감쇠비는 ΔI /I0 = nσexℓ로 간단히 나타낼 수 있다. σex는 입자의 크기로부터 이론적으로 구할 수 있으며, ℓ은 레이저가 지나는 총 광경로 길이로서 육안 또는 CCD 등의 검출기를 이용한 관찰을 통해 알 수 있다. 이와 같은 양을 구한 후의 입자를 투과한 레이저의 세기 감소비의 측정을 통해 입자의 밀도(n)를 구할 수 있다. Where s ex is the attenuation cross-sectional area, n is the particle density, and l is the total optical path length. Normally, nσ ex ℓ is much smaller than 1, so the damping ratio can be simply expressed as ΔI / I 0 = nσ ex ℓ. [sigma ex] can be theoretically obtained from the particle size, and [l] is the total optical path length through which the laser can pass through the naked eye or observation using a detector such as a CCD. The density (n) of the particles can be obtained by measuring the intensity reduction ratio of the laser beam passing through the particles after the amount is obtained.
단일 광로 감쇠법은 레이저가 티끌 입자들을 한 번 지나고 난 뒤에 레이저 세기의 감쇠량을 측정하는 방법이다. 단일 광로에 비해 다중 광로 감쇠법을 이용할 경우, 경로 수에 비례하여 밀도의 측정 한계를 낮출 수 있을 것, 즉, 더 낮은 입자 밀도를 측정할 수 있음을 람버트-비어(Lambert-Beer) 식으로부터 쉽게 기대할 수 있다.Single-path attenuation is a method of measuring the amount of attenuation of the laser intensity after the laser passes through the particle once. Using Lambda-Beer's equation, it is possible to reduce the limit of measurement of density in proportion to the number of paths, i.e., to measure lower particle density, compared to a single optical path. You can easily expect it.
본 발명에서 다중 광로는 두 개의 구면 거울을 이용하여 구현한다. 구면 거울은 챔버 구조에 맞게 광 경로 수를 최대로 제한하고 레이저 빔의 크기를 유지시킬 수 있도록 최적화하는 설계를 할 수 있다. In the present invention, multiple light paths are implemented using two spherical mirrors. Spherical mirrors can be designed to optimize the number of optical paths to best fit the chamber structure and maintain the size of the laser beam.
도 1은 본 발명에 따른 다중 경로 레이저 광감쇠를 이용한 미세 입자 밀도 측정 시스템을 예시한다. 1 illustrates a fine particle density measurement system using multipath laser light attenuation according to the present invention.
도 1을 참고하면, 먼저 레이저 발생기구(10)로부터 방출된 레이저 빔을 필터(20a), 거울(30a, 30b) 등과 같은 기본적인 광학 부품을 통과시키는 데, 필터(20a)는 중성농도 필터(Neutral density filter)로서, 특정한 파장 범위 내에서 각 파장에 대해 거의 같은 정도로 투과량을 감소시켜 색 균형에 영향을 주지 않도록 해주는 요소이다. 여기서 레이저는 다이오드 레이저나 HeNe 레이저 등 저전력 레이저를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 1, first, a laser beam emitted from the
다음에, 이러한 기본적인 광학 부품을 거친 레이저 빔은 빔 스플리터(빔 샘플러라고도 함)(40)에서 경로를 달리하는 두 개의 레이저빔으로 나누어진다. 이러한 빔 스플리터(40)에서 분리된 레이저 빔의 하나는 직접 광전 다이오드와 같은 검출기(50a)로 진입하며, 다른 하나의 레이저 빔은 미세입자가 발생한 플라즈마 챔버(60)를 통과하여 또 다른 검출기(50b)로 들어가도록 구성된다. 여기서 검출기(50a, 50b)로서는 광전 다이오드나 광증배관, 또는 CCD(Charge Coupled Device;전하결합소자), 등을 사용할 수 있다. The laser beam passing through this basic optical component is then divided into two laser beams that cross the path in a beam splitter (also called a beam sampler) 40. One of the laser beams separated from the
이와 같이, 직접 검출기(50a)로 진입하거나 다중 광로 구현 기구(200)를 통과한 후에 검출기(50b)로 진입한 다음에 각 검출기(50a, 50b)에서 나온 전류 신호는 모두 1차적으로 제1 증폭 수단(70)를 통과하면서 전압 신호로 변환되면서 이득이 조정되는 데, 이때 주로 사용되는 증폭 수단은 연산 증폭기(Operational Amplifier: Op-Amp)이다. As such, after directly entering the
다음에 제1 증폭수단(70)으로부터 나온 증폭된 전압 신호는 제2 증폭수단(80)에 입력되어 노이즈로부터 신호를 회복하고 원하는 신호만을 얻는 데, 이러한 제2 증폭수단으로서는 LIA(Lock-In-Amplifier)를 주로 사용한다. The amplified voltage signal from the first amplifying means 70 is then input to the second amplifying means 80 to recover the signal from noise and to obtain only the desired signal. As the second amplifying means, LIA (Lock-In-) Amplifier is mainly used.
다음에 제2 증폭 수단(80)에서 나온 증폭된 신호들은 제어부(100)에 입력되어 두 증폭된 신호의 차이를 측정하고 이로부터 미세 입자의 밀도로서 환산한다. 따라서, 제어부(100)에는 입사광 및 투과광의 세기 등에 대한 데이타로부터 미세입자의 밀도를 환산하여 검출할 수 있도록 프로그램이 내장되어 있다. Next, the amplified signals from the second amplifying means 80 are input to the
도 1에서 거울(30b)과 빔 스플리터(40) 사이 및 플라즈마 챔버(60)의 출구측의 광 경로 상에 설치되는 아이리스(Iris)(5a, 5b)는 투과되는 빔의 양을 조절하는 요소이며, 아이리스(5b)와 검출기(50b) 사이에 설치되는 핀홀 조리개(pinhole aperture) (6)는 초점이 어긋난 빔을 제한하기 위한 요소이며, 도면부호(90)은 광변조기(optical chopper)로서 빔 스플리터 후방의 빔 경로에서 분기되어 제2 증폭수단(80) 사이에 설치되는 데, LIA인 제2 증폭수단(80)의 동기화를 위한 보조 요소이다. In Fig. 1, the
다중 광로는 도 2의 개략도와 같이, 반도체 공정의 플라즈마 챔버(60)에 설치된 다중 광로 구현 기구(200)로서는 소정 거리 이격되어 배치된 한 쌍의 대면하는 오목한 구면 거울(210, 220)을 사용하여 구현한다. 구면거울(210)에는 거울 끝 부분의 구멍을 통해 레이저빔 입구(215)를 형성하며, 구면거울(220)에는 거울 끝 부분의 다른 구멍을 통해 레이저빔 출구(225)가 형성된다. 레이저빔 입구(215)를 통해 구면 거울(210)에 진입한 레이저빔은 구면 거울(220)에서 하나의 평면 상에서 수회 반사되는 과정을 반복하여 다중의 광 경로(230)를 형성한 후에 구면거울(220)에 형성된 레이저빔 출구(225)를 통해 나와 플라즈마 챔버(60)를 통과하여 검출기(50b)로 진입하게 된다.As shown in the schematic diagram of FIG. 2, the multiple optical paths are implemented using a pair of facing concave
본 실시예에서 구면 거울(210, 220)을 사용한 이유는 빔의 반사 횟수가 증가하면서 레이저 빔의 크기가 커지므로 빔 크기를 유지하기 위함이다. 구면 거울(210)의 곡률 반경이 너무 작을 경우 빔 크기는 유지되어도 레이저 빔의 반사 횟 수가 현저히 작아지므로 곡률 반경이 큰 구면 거울을 사용하여야 한다. The reason for using the
일 예로서, 반사율이 99%, 곡률 반경이 8m인 두 개의 거울을 390㎜ 만큼의 간격으로 둔 광학 시스템의 경우 레이저 빔의 크기는 그대로 유지하면서 총 광경로수를 32회로 얻을 수 있다. 구면 거울의 곡률 반경과 구면 거울 사이의 거리는 본 측정법의 활용 목적에 따라 변경이 가능하며, 도 3(a)(b)는 구현한 다중 광 경로의 예를 보여주고 있다. As an example, in an optical system having two mirrors having a reflectance of 99% and a radius of curvature of 8 m at intervals of 390 mm, the total number of optical paths can be obtained 32 times while maintaining the size of the laser beam. The distance between the radius of curvature of the spherical mirror and the spherical mirror can be changed according to the purpose of the present measurement method, Figure 3 (a) (b) shows an example of the multiple light path implemented.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 다중 광로 광감쇠를 이용한 미세입자의 밀도 측정 시스템은 다음과 같이 작동한다.Therefore, the density measurement system of the microparticles using the multiple optical path light attenuation according to the present invention configured as described above operates as follows.
즉, 도 1 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저빔 발생기구(10)로부터 방사된 예컨대, 632.8㎚의 HeNe 레이저빔은 제1 필터(20a)를 거쳐 제1 거울(30a)로 입사되고 여기에서 방향이 전환되어 제2 거울(30b)에 입사하며 반사된 레이저빔은 아이리스(5a)를 거쳐 빔 스플리터(40)로 입사한다. That is, as can be seen from FIG. 1, for example, a HeNe laser beam of 632.8 nm emitted from the
이 때, 레이저빔의 일부는 광변조기(90)로 입사하도록 분기된다.At this time, a part of the laser beam is branched to enter the
이후, 빔 스플리터(40)에서 분리된 제1 경로의 레이저빔은 제2 필터(20b)를거쳐 제1 검출기(50a)로 입사하여 입사광의 세기에서 전기적인 신호를 검출하게 되며, 이어서 연산 증폭기인 제1 증폭 수단(70)으로 입력된다.Subsequently, the laser beam of the first path separated from the
한편, 빔 스플리터(40)에서 분리된 제2 경로의 레이저빔은 본 실시예에서는 반도체 웨이퍼의 플라즈마 증착을 위한 챔버(60) 내부로 진입하여 내장된 구면거울들(210, 220)을 통과하면서 다중의 광 경로를 발생하여 투과광의 세기를 측정할 수 있도록 레이저빔의 세기가 감소되며, 이어서 아이리스(5b) 및 핀홀 조리개(6)를 거 쳐 제2 검출기(50b)로 입사되며, 여기서 투과광에 대한 세기를 나타내는 전기 신호를 검출하게 된다.On the other hand, the laser beam of the second path separated from the
다음에, 제2 검출기(50b)에서 나온 투과광의 세기를 나타내는 전기 신호는 증폭 수단(70, 80)을 거치면서 증폭되어 제어부(100)로 입력되며, 제어부(100)에서 입사광의 세기를 나타내는 전기 신호와 비교하여 그 차이를 검출하고 이를 기초로 챔버 내의 미세입자의 밀도를 측정하는 식(1)에 따른 연산 과정을 거쳐 티끌 입자의 밀도를 측정할 수 있는 것이다.Next, the electrical signal representing the intensity of the transmitted light from the
아래 표 1은 광경로 수에 따라 입자 밀도의 최소 측정 가능치를 정리한 것으로서 다중 광로의 장점이 잘 나타나 있다. 다중 광로 레이저 감쇠법을 통해 반도체 증착 또는 에칭 공정에서 밀도나 크기가 작은 미세입자들을 진단하고 그 밀도를 측정할 수 있을 것이다. Table 1 below summarizes the minimum measurable value of particle density according to the number of optical paths, and shows the advantages of multiple optical paths. Multi-path laser attenuation will enable the diagnosis and measurement of small density or small size microparticles in semiconductor deposition or etching processes.
또한, 본 발명에서 제시하는 다중 광로 광학계를 반응성 플라즈마에 적용하면, 도 4 도시와 같이 나타낼 수 있어서, (a)는 단일 광로, (b)는 9중 광로를 나타내는 데, 램버트-비어 법칙으로부터 같은 조건의 경우, 광 경로수가 증가하면 광 감쇠율은 비례하여 증가할 것을 예상할 수 있다. 도 4에서 단일 광로의 경우, 광 감쇠율은 2.4%, 9중 광로의 경우 22%로 대체로 광 경로 수에 비례하며, 단일 경로에 비교하여 10배 정도나 낮은 밀도 측정이 가능하다는 것을 알 수가 있다. In addition, when the multi-optical optical system proposed in the present invention is applied to the reactive plasma, it can be represented as shown in FIG. 4, where (a) represents a single optical path and (b) represents a nine-light optical path, the same from Lambert-Beer's law. In the case of conditions, as the number of light paths increases, the light attenuation rate can be expected to increase proportionally. In FIG. 4, the light attenuation rate is 2.4%, and in the case of the ninth light path, the light attenuation is generally proportional to the number of optical paths, and it can be seen that density measurement can be performed about 10 times lower than that of the single light path.
따라서, 광경로 수가 증가하면 광 경로수가 적은 경우 측정하기 어려운 광 감쇠 신호를 측정할 수 있으며, 이를 통해 입자 밀도가 낮은 경우에도 밀도를 용이하게 측정할 수 있다. Therefore, when the number of optical paths increases, it is possible to measure an optical attenuation signal that is difficult to measure when the number of optical paths is small, thereby making it easy to measure the density even when the particle density is low.
본 발명에서 설명하는 다중 광로 광 감쇠법은 광경로 수에 비례하여 측정 한계가 좋아져서 낮은 밀도의 측정이 가능하다. 따라서, 본 발명에서 다루는 내용을 적용하면 플라즈마 챔버 내에서 티끌 입자가 발생하는 상황에 초기 플라즈마로부터 시간에 따라 티끌 입자를 모니터링하는 것도 가능하다.In the multiple optical path light attenuation method described in the present invention, the measurement limit is improved in proportion to the number of optical paths, so that low density measurement can be performed. Therefore, applying the subject matter of the present invention, it is also possible to monitor the particle particles with time from the initial plasma in the situation where the particles are generated in the plasma chamber.
또한, 티끌 입자는 식각이나 증착 등의 공정시 발생하는 수㎚ 에서 수백 ㎛에 이르는 다양한 크기들로 구성되어 공정시 심각한 수율 저하를 야기하는 바, 반도체 산업이 생산 수율에 따라 수익성이 크게 좌우되는 현실을 고려할 때, 이러한 티끌 입자와 관련된 플라즈마 진단 기술은 갈수록 산업적 요구가 증가하리라 보며, 본 발명에서 보이는 티끌 입자의 밀도 측정 방법은 공정 중에서 발생하는 티끌 입자의 밀도를 실시간으로 진단할 수 있는 진단 시스템의 개발로서 큰 의미를 가진다.In addition, dust particles are composed of various sizes ranging from several nm to hundreds of micrometers generated during etching or deposition, causing serious yield reduction during the process, and the semiconductor industry is highly profitable depending on production yield. In consideration of this, the plasma diagnostic technology associated with such particles is expected to increase the industrial requirements, and the density measurement method of the particles shown in the present invention is a diagnostic system capable of real-time diagnosis of the density of particles generated in the process It has great meaning as development.
이와 같이, 본 발명은 단일 광로 광감쇠법의 경우에 비해, 광학계는 추가되나 비교적 간단하며, 광로가 길어지는 것에 비례하여 밀도 측정의 한계가 향상되므로 낮은 티끌 입자의 밀도 측정이 가능한 것이다.As described above, in the present invention, the optical system is added but relatively simple compared to the case of the single optical path light attenuation method, and the density measurement of the low particle is possible because the limit of density measurement is improved in proportion to the longer optical path.
상기와 같이, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러가지로 변형 제작할 수 있을 것임은 물론이다. 즉, 상기 실시예에서, 증착 공정이 실시되는 플라즈마 챔버의 예를 들어 본 발명에 따른 미세 입자의 밀도 측정 시스템 및 그에 의한 측정 방법을 설명하였으나 이러한 증착 공정 장비 외에 스퍼터링 장비나 식각 장비에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.As described above, the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Of course it is. That is, in the above embodiment, the density measurement system of the fine particles and the measurement method according to the present invention, for example, the plasma chamber in which the deposition process is performed, but the measurement method according to the present invention is applied to the sputtering equipment or the etching equipment in addition to the deposition process equipment. Of course, it can be applied.
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2006
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