KR101016030B1 - 플라즈마 처리 분석 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 상태로 여기된 빛을 감지하여 플라즈마 처리 장치의 상태를 분석하는 플라즈마 처리 분석 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 분석 장치는 적어도 하나의 파장을 선택적으로 투과하는 밴드패스 필터부, 밴드패스 필터부를 투과한 빛을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부, 및 광전 변환부에 의해 변환된 전기 신호를 전달받아 연산처리하는 연산 처리부를 포함한다.

밴드패스 필터, 플라즈마 장치, 포토 다이오드

Description

플라즈마 처리 분석 장치{Apparatus for Analyzing Plasma Treatment}

본 발명은 플라즈마 처리 분석 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 상태로 여기된 빛을 감지하여 플라즈마 처리 장치의 상태를 분석하는 플라즈마 처리 분석 장치에 관한 것이다.

최근에 반도체 장비는 반도체 소자가 고집적화, 반도체 기판의 대구경화되고, 액정 디스플레이가 대면적화됨에 따라 고용량 및 고기능화를 추구하고 있다. 이에 따라 한정된 영역에서 보다 많은 소자의 집적이 필요하게 되어 반도체 장비는 원하는 패턴을 극미세화 및 고집적화시키기 위한 노력이 지속되고 있다.

플라즈마 처리 장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체 기판의 소정영역을 식각하는 건식식각기술을 많이 이용하고 있다. 이때 적용되는 플라즈마원으로는 용량결합형 플라즈마원(CCP; Capacitive Coupled Plasma), 유도결합형 플라즈마원(ICP; Induced Coupled Plasma), 마이크로파를 사용하는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마원, SWP(Surface Wave Plasma) 플라즈마원 등이 있다.

일반적으로 CCP 타입은 공정채버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로써 형성된 전기장에 의하여 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 그리고 일반적인 ICP 타입은 공정챔버 외측에 감겨진 코일에 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다.

플라즈마 처리 공정의 신뢰도를 결정하는 인자 중 하나는 플라즈마 처리 장치 내에 공급되는 플라즈마 처리가스의 양이다. 플라즈마 처리가스의 공급량이 달라지면 플라즈마에 의한 공정, 예를 들어, 식각 공정이 제대로 수행될 수 없다. 어떤 경우에는 식각이 잘 이루어지지 않거나, 다른 경우에는 과식각될 수도 있다. 또, 플라즈마 처리 가스의 공급량은 정상이라고 하더라도, 처리챔버에서 이를 누설하거나 기타 처리 장치에 다른 불량이 있다면, 공급된 처리 가스가 충분히 플라즈마로 여기되지 못하여, 비정상적인 플라즈마 처리가 이루어질 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치에 대한 모니터링이 필요하다.

본 발명은 이러한 점들에 근거해 착안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순한 구조를 가지면서도 플라즈마 처리 장치로부터 발산되는 광 신호를 통해 플라즈마 처리 장치의 상태를 분석할 수 있는 플라즈마 처리 분석 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치는 적어도 하나의 파장을 선택적으로 투과하는 밴드패스 필터부; 상기 밴드패 스 필터부를 투과한 빛을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부; 및 상기 광전 변환부에 의해 변환된 상기 전기 신호를 전달받아 연산처리하는 연산 처리부를 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 분석 장치에 의하면, 처리가스의 공급량이 정확한지, 공정챔버에 누설이 있는 것은 아닌지 등 플라즈마 처리 장치의 상태를 정확히 분석할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 분석 장치 미리 특정된 파장의 빛만을 광전 변환하여 연산하므로, 임의의 파장에 대한 빛을 광전 변환하여 연산처리하는 경우에 비해, 광전 변환 및 연산되는 신호의 양이 훨씬 줄어든다. 따라서, 연산 처리부의 데이터 용량이 줄어들게 되어, 플라즈마 처리 분석 장치가 단순화될 뿐만 아니라, 장치 소형화 및 원가 절감이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발 명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버(103)와, 공정챔버(103) 상단에 구비되는 상부 전극(102)과, 공정챔버(103) 하단에 구비되는 하부 전극(104)과, 공정챔버를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나(114)와, 상부 전극(102)에 전원을 인가하는 제1 고주파 전원부(108)를

공정챔버(103)는 가스 주입구(101)를 통하여 주입되는 처리가스를 공급받고 플라즈마 상태로 여기시키는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 공정챔버(103)는 기판(W)의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어진다. 공정챔버(103)는 공정챔버 내에서의 수행하는 공정이 있은 후에 잔유물이나 가스를 외부로 유출시키는 배출구(105)를 포함할 수 있다.

공정챔버(103)의 측벽에는 적어도 하나의 윈도우(window)(103a)가 형성되어 있다. 윈도우(103a)는 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어져, 외부로부터 공 정챔버(103) 내부를 관찰 가능하게 한다.

상부 전극(102)은 공정챔버(103) 상부에 위치하여 하부 전극(104)에 대향되게 설치된다. 몇몇 실시예에서, 상부 전극(102)은 가스 주입구(101)로부터 공급된 가스를 공정챔버(103) 내부로 분사시키기 위한 분사홀(106)들을 구비할 수 있다. 상부 전극(102)은 제1 고주파 전원부(108)와 연결되어 있다.

하부 전극(104)은 공정챔버(103)의 하부에 위치하며, 상부 전극(102)과 서로 대향하도록 설치된다. 몇몇 실시예에서, 하부 전극(104)은 공정시에 기판(W)을 장착하는 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예에서는 유전분극현상으로 발생되는 정전기력을 제어하여 기판(W)을 유전체 표면에 흡착 또는 이탈시키는 기능을 수행할 수 있다. 대안적 실시예로서, 이와 동등하게 기능을 수행하는 기계적 클램프(Mechanical Clamp)나, 진공 척(Vacuum Chuck) 등에 의해 기판을 장착 할 수도 있다. 하부 전극(104)은 제2 고주파 전원부(112)에 연결된다.

제1 고주파 전원부(108) 및 제2 고주파 전원부(112)는 각각 상부 전극(102) 및 하부 전극(104)에 고주파 전력을 공급하여, 가스 공급부(101)로부터 그 사이로 공급된 처리가스를 플라즈마 상태로 여기(excited)한다.

처리가스가 플라즈마 상태로 여기되면 특정 파장의 빛을 방출한다. 처리가스의 종류에 따라 방출되는 파장도 상이하다. 환언하면, 방출 파장으로부터 처리가스의 종류에 대한 역추적도 가능하다.

공정챔버(103) 내부에서 처리가스의 플라즈마 여기에 의해 발생한 빛은 공정챔버(103)의 측벽에 위치하는 윈도우(103a)를 통하여 외부로 방출될 수 있다. 방출 된 빛은 플라즈마 처리 분석 장치(200)에 입사되고 분석되어, 최종적으로 공정챔버(103) 내에 공급된 처리가스의 밀도, 공정챔버(103) 내/외부의 가스 누설 여부나, 공정챔버(103)의 상태 등을 파악하기 위한 데이터로 사용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 플라즈마 처리장치(100)의 윈도우(103a)로부터 방출된 빛은 윈도우(103a)에 연결 설치된 광케이블을 통해 플라즈마 처리 분석 장치(200)에 입사되어 분석될 수도 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치(200)는 밴드패스 필터부(210), 광전 변환부(220) 및 연산 처리부(230)를 포함한다.

밴드패스 필터부(210)는 적어도 하나 이상의 특정 파장을 선택적으로 투과시키는 밴드패스 필터(band pass filter)를 포함한다. 밴드패스 필터부(210)가 선택적으로 투과시키는 빛의 파장은 처리가스가 플라즈마 여기시 발생되는 빛의 파장에 대응된다. 상기 선택적으로 투과시키는 빛의 파장은 가시광선 영역 뿐만 아니라, 적외선 또는 자외선 영역일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 플라즈마 처리장치(100)가 제1 처리가스 및 제2 처리가스를 사용하여 플라즈마를 생성하며, 제1 처리가스의 플라즈마 여기에 의해 발생하는 빛의 파장을 제1 파장, 제2 처리가스의 플라즈마 여기에 의해 발생하는 빛의 파장을 제2 파장이라고 가정하면, 밴드패스 필터부(210)는 제1 파장 및 제2 파장만을 선택적으로 투과시키는 밴드패스 필터를 포함할 수 있다.

만약, 플라즈마 처리장치(100)로부터 정상적으로 제1 처리가스의 플라즈마 여기, 또는 제2 처리가스의 플라즈마 여기에 의해 제1 파장 또는 제2 파장의 빛이 발생할 경우, 밴드패스 필터부(210)는 상기 빛을 투과시켜 이를 광전 변환부(220)에 전달한다.

밴드패스 필터부(210)를 투과한 특정 파장의 빛은 광전 변환부(220)에 전달된다. 광전 변환부(220)는 전달된 광학 신호를 전기적 신호로 변환한다. 이러한 광전 변환 기능을 하는 유닛들로는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 또는 핀드 포토 다이오드 등을 들 수 있다. 광전 변환부(220)는 위에 열거된 광전 변환 기능을 하는 유닛들 중 적어도 하나 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.

광전 변환부(220)에 의해 변환된 전기적 신호는 연산 처리부(230)에 전달된다. 연산 처리부(230)는 미리 특정 공정 조건에서 정하여진 처리가스의 공급시 플라즈마 여기에 의해 방출되는 특정 파장의 빛이 광전 변환부(220)를 통해 전달되었을 때 나타날 수 있는 전기적 신호의 크기에 대한 메모리를 포함할 수 있다. 따라서, 연산 처리부(230)는 전달된 전기적 신호를 미리 기억된 메모리와 비교하여, 만약 동일하다면 플라즈마 처리장치(100)로부터 정상적인 플라즈마 처리 공정이 이루어진 것으로, 동일하지 않다면 비정상적인 플라즈마 처리 공정이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 플라즈마 처리장치(100)에서 공급된 플라즈마 처 리가스의 양이 미리 설정된 공급량보다 작거나, 공정챔버(103)의 불량 등으로 인하여 누설되면, 실제 플라즈마에 의해 방출된 빛의 양은 정상보다 작을 것이다. 이 경우, 광전 변환부(220)를 통해 연산 처리부(230)에 전달된 전기적 신호의 크기는 미리 설정된 정상치보다 작게 된다.

반대로, 플라즈마 처리장치(100)에 공급된 플라즈마 처리가스의 양이 미리 설정된 공급량보다 많으면, 실제 플라즈마에 의해 방출된 빛의 양은 정상보다 클 것이다. 이 경우, 광전 변환부(220)를 통해 연산 처리부(230)에 전달된 전기적 신호의 크기는 미리 설정된 정상치보다 크게 된다.

이처럼, 연산 처리부(230)에 전달된 전기적 신호가 미리 설정된 정상치와 동일한지 여부를 비교하면, 플라즈마 처리 공정이 정상적으로 이루어졌는지, 다시 말하면, 처리가스의 공급량이 정확한지, 공정챔버(103)에 누설이 있는 것은 아닌지 등을 파악할 수 있다.

이상에서 설명한 플라즈마 처리 분석 장치(200)는 미리 특정된 파장의 빛만을 광전 변환하여 연산하므로, 임의의 파장에 대한 빛을 광전 변환하여 연산처리하는 경우에 비해, 광전 변환 및 연산되는 신호의 양이 훨씬 줄어든다. 특히, 플라즈마 여기와는 무관한 빛이나, 분석 대상이 되지 않는 처리가스의 여기에 의해 발생한 빛과 같은 데이터 노이즈가 밴드패스 필터부(200)에서 미리 제거되기 때문에, 신호 분석 정확도가 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 연산 처리부(230)의 데이터 용량이 줄어들게 되어, 플라즈마 처리 분석 장치(200)가 단순화될 뿐만 아니라, 장치 소형화 및 원가 절감이 가능하게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치(201)는 연산 처리부(230)로부터 출력된 연산 처리 신호를 제공받아 플라즈마 처리 장치(100)에 인터록 시그널(interlock signal) 등과 같은 피드백 신호를 제공하는 피드백 신호 제공부(240)를 더 포함한다. 피드백 신호는 작업 가능 신호 및 작업 중지 신호를 포함할 수 있다. 위와 같은 피드백 신호에 따라 플라즈마 처리 장치(100)의 작업 계속 또는 정지가 적절하게 선택될 수 있다. 이러한 선택은 자동적 또는 수동적으로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치(202)는 밴드패스 필터부(210)와 광전 변환부(220)를 포함하는 제1 모듈(240) 및 연산 처리부(230)를 포함하는 제2 모듈(250)을 포함한다. 제2 모듈(250)은 PCB 기판 및 PCB 기판 상에 형성된 집적 회로를 포함하여 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서 제2 모듈(250)은 피드백 신호 제공부를 더 포함할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 분석 장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 플라즈마 처리장치 103: 공정챔버

103a: 윈도우 200: 플라즈마 처리 분석 장치

210: 밴드패스 필터부 220: 광전 변환부

230: 연산 처리부

Claims (5)

1. 처리 가스의 플라즈마 여기에 의해 발생되는 하나 이상의 파장의 빛을 선택적으로 투과하는 밴드패스 필터부;

   상기 밴드패스 필터부를 투과한 빛을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부; 및

   상기 광전 변환부에 의해 변환된 상기 전기 신호를 전달받아 상기 전기 신호를 미리 설정된 정상치와 비교하여 신호를 출력하는 연산 처리부를 포함하는 플라즈마 처리 분석 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 광전 변환부는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 또는 핀드 포토 다이오드를 포함하는 플라즈마 처리 분석 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 연산 처리부의 연산 처리 결과에 따라 상기 플라즈마 처리 장치에 피드백 신호를 제공하는 피드백 신호 제공부를 더 포함하는 플라즈마 처리 분석 장치
4. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드패스 필터부는 플라즈마 처리 장치로부터 생성된 빛에 대하여 하나 이상의 파장의 빛을 선택적으로 투과하는 플라즈마 처리 분석 장치.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 플라즈마 처리 장치로부터 생성된 빛을 상기 밴드패스 필터부에 전달하는 광케이블을 더 포함하는 플라즈마 처리 분석 장치.

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