KR101036211B1 - 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치 - Google Patents

포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치 Download PDF

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KR101036211B1
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홍상진
이상열
안종환
이준용
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(주)화백엔지니어링
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Abstract

본 발명은 플라즈마 공정 모니터링 장치에 관한 것으로서, 반도체의 식각 및 증착 공정을 수행하는 플라즈마 공정 챔버 내부의 플라즈마로부터 발생되는 빛의 순간 변화를 감지하기 위한 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부와; 상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 발생된 신호를 처리하여 상기 공정 챔버의 동작을 제어하거나 공정 상태를 외부에 표시하는 마스터 보드와; 상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 감지된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기와; 상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 분석하여 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화된 포토 트랜지스터 광데이터로 변환시키는 광량 분석부와; 상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 비교부;를 포함하며, 상기 포토 트랜지스터 모듈은, 전체 가시영역의 광감지를 수행하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 포함하면서, 공정 챔버 내의 플라즈마 가스로부터 발생되는 빛의 변화를 수용하는 포토 트랜지스터 센서와; 상기 포토 트랜지스터 센서에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭기;를 포함하고, 상기 마스터 보드는, 상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 상기 비교부에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버의 상태를 표시하는 신호를 전송하는 메인프로세서와; 상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부와; 상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부;를 포함하며, 상기 제 1 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 전체 가시영역의 데이터는 플라즈마의 이상여부를 진단하며, 상기 제 2 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터는 공정의 이디피(EDP, END DETECTION POINT) 또는 플라즈마 공정 상태의 종류를 검출하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 아크(플라즈마의 이상)의 발생 여부 및 감지된 아크가 공정 중 어떠한 시점에서 발생했는지를 파악, 분석할 수 있으며, 공정 챔버 내부의 미세한 상태 변화를 즉각적으로 감지할 수 있으며, 실시간으로 공정 챔버내의 플라즈마의 상태 이상을 감지할 수 있으며, 포토 트랜지스터 센서부를 독립적으로 구성 또는 포토 트랜지스터 센서부를 마스터 보드에 내장하여 구성함으로써, 장치 구조의 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 플라즈마 상태 이상으로 인한 웨이퍼 식각 공정 불량율을 줄일 수 있고, 보다 세밀한 공정제어가 구현되며, 다양한 형상의 어댑터를 사용함으로써 챔버 외부에 부착되는 플라즈마 모니터링 장비의 고정력과 지지력을 확보할 수 있으며, 커넥터를 사용함으로써 누광을 방지하여 보다 정확한 플라즈마 모니터링이 가능하다.
또한, 챔버의 구조 및 형상과 챔버 외부 환경 등의 공간적인 제약에 구애되지 않고 플라즈마 모니터링 장치가 설치될 수 있다.

Description

포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING PLASMA PROCESS USING PHOTO TRANSISTOR}
본 발명은 포토 트랜지스터 센서부를 독립적으로 구성하거나, 포토 트랜지스터 센서부를 마스터 보드에 일체 구성하여 장치 구조의 유연성을 확보함과 동시에 고속으로(10KHz 이상) 플라즈마의 미세한 상태변화를 실시간으로 감지할 수 있고, 플라즈마에 아크(Arc) 등의 이상이 발생했을 때 즉각적으로 외부에서 확인이 가능함으로써, 세밀한 공정제어가 가능한 플라즈마 공정 모니터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적회로의 제조공정은 세정공정, 이온 주입 공정, 사진 공정, 증착 공정, 식각공정, 화학적 기계적 연마 등의 다양한 단위공정으로 구성된다.
반도체 집적회로의 제조공정 중 플라즈마 공정 기술은 미세 반도체 집적회로를 제조하기 위한 필수적인 기술로서, 플라즈마를 이용하는 대표적인 단위공정 기술로는 건식식각 및 건식증착 등이 있다.
플라즈마 공정 중, 반도체 집적회로의 미세 선폭을 구현하기 위해서 공정 입력 파라미터의 변화가 매우 작은 범위 이내로 허용되어야 하는데, 상기 공정 입력 파라미터의 예로써 반응가스의 양, 챔버의 압력, 인가 전력의 크기 등이 있다.
한편, 상기 단위공정이 반도체 직접회로 생산 과정에서 셀 수 없을 정도로 반복하여 공정을 진행하는 경우, 장비 이상 혹은 추측할 수 없는 이유로 발생하는 오차 등으로 플라즈마 공정 조건이 설정된 변수들과 달라지는 현상이 발생할 수 있다.
건식 증착 공정의 경우, 미세한 공정 입력 파라미터의 변화가 박막의 두께 뿐만 아니라 박막의 식각 특성을 변화시킬 수 있다.
그리고, 건식 식각 공정의 경우, 미세한 공정 입력 파라미터의 변화가 에치율(etch rate), 선택비(selectivity) 뿐만 아니라 균일성(uniformity)에도 영향을 미칠 수 있다.
플라즈마를 이용한 식각 공정이 이루어질 때, 상기 공정 입력 파라미터의 불측의 변화는 미세 패턴의 선폭 및 측벽의 경사도에 영향을 주어 집적회로의 정확하고 미세한 구현을 방해할 수 있다.
공정 입력 파라미터의 미세한 변화를 검출하여 공정의 이상 유무를 판단하는 것이 플라즈마를 이용한 공정에서 중요한 부분으로 인지되고 있으며, 이를 통해, 오류공정으로 인해 발생한 불량 웨이퍼가 다음 공정으로 전달되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같은 이유로, 공정 조건 이외에 공정 진행 시 발생하는 이상 유무를 실시간으로 관측할 수 있고, 정밀하게 확인 가능한 모니터링 방법의 발명이 필요하게 된다.
여기서, 플라즈마 공정을 모니터링 하기 위한 장치가 갖추어야 할 몇가지 조건들을 생각해볼 수 있다.
1) 출력 데이터가 공정 상태를 직관적으로 파악할 수 있도록 간단해야 한다.
2) 출력 데이터의 처리에 따른 시간 지체가 적어야 한다.
3) 측정 결과를 정량적으로 분석 가능하여야 한다.
4) 센서의 설치가 실제 공정 진행에 영향을 주어 말아야 한다.
5) 작은 오류도 검출할 수 있을 정도로 센서의 민감도가 높아야 한다.
6) 공정진단 측면에서는 작업자가 진단의 결과를 쉽게 이해하고 정확하게 판단하도록 구성되어야 한다.
현재까지, 플라즈마 모니터링을 위한 장비로써, 랭뮤어 탐침(Langmuir Probe), 씨어스(SEERS, Self-excited electron spectroscopy), OES(Optical emission spectroscopy) 등이 생산되어 플라즈마 공정에 사용되어왔다.
하지만, 상기 장비들은, 센서가 챔버 내부에 삽입되어 금속 팁이 플라즈마에 노출된다는 단점이 있었거나(랭뮤어 탐침), 측정결과가 직관적으로 해석하거나 판단하기 어려운 형식으로 도출되거나(OES), 센서의 민감도가 떨어진다(씨어스)는 등의 한계성을 지니고 있어, 플라즈마의 상태를 정밀하고 신속하게 파악하기 어렵다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 상기 장비들은 공정 챔버와 일체로 형성되거나 챔버 외부의 한정된 공간에 센서부가 마련됨으로써, 관찰자가 원하는 위치에 자유롭게 센서부를 장착할 수 없다는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 마련된 것으로써, 본 발명의 목적은, 전체 가시영역의 광감지를 수행하여 플라즈마의 이상을 검출하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하여 상기 플라즈마의 이상이 어떤 공정에서 발생되었는지를 검출하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 구비함으로써, 아크(플라즈마의 이상)의 발생 여부 및 감지된 아크가 공정 중 어떠한 시점에서 발생했는지를 실시간으로 파악, 분석할 수 있는 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공정 챔버 내부의 상태를 민감하게, 그리고 즉각적으로 확인할 수 있으며, 실시간으로 공정 챔버내의 플라즈마의 상태 이상을 감지할 수 있는 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 포토 트랜지스터 센서부를 독립적으로 구성 또는 포토 트랜지스터 센서부를 마스터 보드에 내장하여 구성함으로써, 장치 구조의 유연성을 확보할 수 있는 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 상태 이상으로 인한 웨이퍼 식각 공정 불량율을 줄이고, 보다 세밀한 공정제어가 가능한 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 형상의 어댑터를 사용함으로써 챔버 외부에 부착되는 플라즈마 모니터링 장비의 고정력과 지지력을 확보하고, 커넥터를 사용함으로써 누광을 방지하여 보다 정확한 플라즈마 모니터링이 가능한 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 챔버의 구조 및 형상과 챔버 외부 환경의 공간적인 제약에 구애받지않는 플라즈마 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 반도체의 식각 및 증착 공정을 수행하는 플라즈마 공정 챔버 내부의 플라즈마로부터 발생되는 빛의 순간 변화를 감지하기 위한 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부와; 상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 발생된 신호를 처리하여 상기 공정 챔버의 동작을 제어하거나 공정 상태를 외부에 표시하는 마스터 보드와; 상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 감지된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기와; 상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 분석하여 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화된 포토 트랜지스터 광데이터로 변환시키는 광량 분석부와; 상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 비교부;를 포함하며, 상기 포토 트랜지스터 모듈은, 전체 가시영역의 광감지를 수행하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 포함하면서, 공정 챔버 내의 플라즈마 가스로부터 발생되는 빛의 변화를 수용하는 포토 트랜지스터 센서와; 상기 포토 트랜지스터 센서에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭기;를 포함하고, 상기 마스터 보드는, 상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 상기 비교부에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버의 상태를 표시하는 신호를 전송하는 메인프로세서와; 상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부와; 상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부;를 포함하며, 상기 제 1 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 전체 가시영역의 데이터는 플라즈마의 이상여부를 진단하며, 상기 제 2 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터는 공정의 이디피(EDP, END DETECTION POINT) 또는 플라즈마 공정 상태의 종류를 검출하는 플라즈마 공정 모니터링 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 모듈은, 상기 아날로그 디지털 변환기와; 상기 분석부와 상기 비교부 및 상기 마스터 보드와의 통신을 구현하는 통신 포트부를 포함하는 신호 처리부;를 포함하며, 상기 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트에 대응 설치될 수 있다.
또한, 상기 포토 트랜지스터 센서부는 통신 선로로써 상기 마스터 보드와 연결되어 상기 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드는 서로 독립적으로 설치될 수 있다.
또는, 상기 포토 트랜지스터 센서부는 상기 마스터 보드에 내장되어 일체로 구성되며, 상기 마스터 보드는 상기 아날로그 디지털 변환기와 광량 분석부와 비교부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 센서부를 포함하는 마스터 보드는 공정 챔버의 뷰포트에 대응 설치될 수 있다.
한편, 상기 포토 트랜지스터 모듈은, 상기 아날로그 디지털 변환기와; 상기 광량 분석부와 상기 비교부 및 상기 마스터 보드와의 통신을 구현하는 통신 포트부를 포함하는 신호 처리부;를 포함하며, 상기 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트와 광케이블을 통해 연결될 수 있다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 센서부는 통신 선로로써 상기 마스터 보드와 연결되어 상기 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드는 서로 독립적으로 설치될 수 있다.
또는, 상기 포토 트랜지스터센서부는 상기 마스터 보드에 내장되어 일체로 구성되며, 상기 마스터 보드는 상기 아날로그 디지털 변환기와 광량 분석부와 비교부를 포함하되, 상기 마스터 보드에 포함된 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트와 광케이블을 통해 연결될 수 있다.
한편, 상기 광량 분석부에서, 포토 트랜지스터 센서부로부터 측정된 포토 트랜지스터 신호의 크기가 수치화되고, 상기 비교부에서 상기 광량 분석부로부터 전송된 전체 가시영역의 데이터와 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터의 공정 허용 범위의 데이터가 각각 비교되며, 상기 데이터 비교시, 각 데이터 중 어느 한가지라도 공정 허용 범위에서 벗어나는 경우, 공정 챔버 내의 플라즈마가 비정상적인 상태에 이른 것으로 판단하도록 마련될 수 있다.
또는, 상기 광량 분석부에서, 포토 트랜지스터 센서부로부터 측정된 포토 트랜지스터 신호의 크기가 전체가시영역 데이터, 공정에 따른 특정 파장영역 데이터로 각각 구분하여 수치화된 다음, 이들 데이터가 광량 데이터로 변환이 되고, 상기 비교부에서 상기 광량 분석부로부터 전송된 광량 데이터와 공정 허용 범위의 광량 데이터가 각각 비교되며, 상기 데이터 비교시, 각 데이터 중 어느 한가지라도 공정 허용 범위에서 벗어나는 경우, 공정 챔버 내의 플라즈마가 비정상적인 상태에 이른 것으로 판단하도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 공정 모니터링 장치는 상기 포토 트랜지스터 센서부와 공정 챔버 뷰포트와의 접속을 위한 어댑터 및 커넥터를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 어댑터는 '┼'형으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 어댑터는 평면적인 형상상 중심부로 향할수록 상방으로 돌출되는 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 어댑터는 내부에 나사 홈이 형성되며, 상기 커넥터는 중앙에 중공부가 형성된 원기둥 형상의 나사 돌기가 형성되어, 상기 어댑터와 커넥터가 볼트 - 너트 결합방식으로 체결될 수 있다.
또는, 상기 어댑터는 내부에 끼움 홈이 형성되며, 상기 커넥터는 중앙에 중공부가 형성된 원기둥 형상의 끼움 돌기가 형성되어, 상기 어댑터와 커넥터가 끼움결합방식으로 체결될 수 있다.
여기서, 상기 커넥터는 상기 마스터 보드의 하부에 고정 설치되며, 상기 포토 트랜지스터 모듈은 상기 마스터 보드의 내부에서 상기 커넥터의 설치 위치에 대응 설치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 포토 트랜지스터의 광데이터는 10 kHz 이상 10MHz 이하의 전송속도로 전송된다.
본 발명에 의해, 전체 가시영역의 광감지를 수행하여 플라즈마의 이상을 검출하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하여 상기 플라즈마의 이상이 어떤 공정에서 발생되었는지를 검출하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 구비함으로써, 아크(플라즈마의 이상)의 발생 여부 및 감지된 아크가 공정 중 어떠한 시점에서 발생했는지를 실시간으로 파악, 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치를 통해 공정 챔버 내부의 미세한 상태 변화를 즉각적으로 감지할 수 있으며, 실시간으로 공정 챔버내의 플라즈마의 상태 이상을 감지할 수 있다.
또한, 포토 트랜지스터 센서부를 독립적으로 구성 또는 포토 트랜지스터 센서부를 마스터 보드에 내장하여 구성함으로써, 장치 구조의 유연성을 확보할 수 있다.
그리고, 이로 인해, 플라즈마 상태 이상으로인한 웨이퍼 식각 공정 불량율을 줄일 수 있고, 보다 세밀한 공정제어가 가능해진다.
또한, 다양한 형상의 어댑터를 사용함으로써 챔버 외부에 부착되는 플라즈마 모니터링 장비의 고정력과 지지력을 확보할 수 있으며, 커넥터를 사용함으로써 누광을 방지하여 보다 정확한 플라즈마 모니터링이 가능할 수 있다.
또한, 챔버의 구조 및 형상과 챔버 외부 환경 등의 공간적인 제약에 구애되지 않는 플라즈마 모니터링 장치가 설치될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 공정 시스템을 도시한 개략도이며,
도 2 는 포토 트랜지스터 센서부를 도시한 개략도이며,
도 3 은 포토 트랜지스터 센서부에 포함된 어댑터의 다양한 실시예를 도시한 개략도이며,
도 4 는 어댑터와 커넥터 및 포토 트랜지스터 모듈의 결합구조를 도시한 단면도 이며,
도 5 는 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드의 블록도이며,
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 공정 시스템을 도시한 개략도이며,
도 7 은 도 6 의 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드의 블록도이며,
도 8 은 광케이블로써 연결된 플라즈마 공정 장치의 개략도이며,
도 9 는 도 8 의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 개략도이며,
도 10 은 포토 트랜지스터 센서부를 포함하는 마스터 보드를 도시한 측단면 개략도이며,
도 11 은 공정 입력 파라미터의 변화에 따른 포토 트랜지스터 광데이터 수치를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 공정 시스템을 도시한 개략도이며, 도 2 는 포토 트랜지스터 센서부를 도시한 개략도이며, 도 3 은 포토 트랜지스터 센서부에 포함된 어댑터의 다양한 실시예를 도시한 개략도이며, 도 4 는 어댑터와 커넥터 및 포토 트랜지스터 모듈의 결합구조를 도시한 단면도이며, 도 5 는 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드의 블럭도이며, 도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 공정 시스템을 도시한 개략도이며, 도 7 은 도 6 의 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드의 블럭도이며, 도 8 은 광케이블로써 연결된 플라즈마 공정 장치의 개략도이며, 도 9 는 도 8 의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 개략도이며, 도 10 은 포토 트랜지스터 센서부를 포함하는 마스터 보드를 도시한 측단면 개략도이며, 도 11 은 공정 입력 파라미터의 변화에 따른 포토 트랜지스터 광데이터 수치를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 11 을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치는, 반도체의 식각 및 증착 공정을 수행하는 플라즈마 공정 챔버(100) 내부의 플라즈마로부터 발생되는 빛을 적색, 녹색, 청색의 색상별로 각각 측정하는 포토 트랜지스터 모듈(230)을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부(200)와; 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)로부터 발생된 신호를 처리하여 상기 공정 챔버(100)의 동작을 제어하거나 공정 상태를 외부에 표시하는 마스터 보드(300)와; 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)로부터 감지된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기(231, 310)와; 상기 아날로그 디지털 변환기(231, 310)에서 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 개별적으로 분석하여 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화된 포토 트랜지스터 광데이터로 변환시키는 광량 분석부(236, 320)와; 상기 광량 분석부(236, 320)로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 비교부(237, 330);를 포함하며, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은, 전체 가시영역의 광감지를 수행하는 제 1 포토 트랜지스터 센서(232a)와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하는 제 2 포토 트랜지스터 센서(232b)를 포함하면서, 공정 챔버 내의 플라즈마 가스로부터 발생되는 빛의 변화를 수용하는 포토 트랜지스터 센서(232)와; 상기 포토 트랜지스터 센서(232)에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭기(234);를 포함하고, 상기 마스터 보드(300)는, 상기 광량 분석부(236, 320)로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 상기 비교부(237, 330)에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버(100)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버(100)의 상태를 표시하는 신호를 내보내는 메인프로세서(340)와; 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부와(350); 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버(100) 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버(100)의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부(360);를 포함하며, 상기 제 1 포토 트랜지스터 센서(232a)로부터 측정된 전체 가시영역의 데이터는 플라즈마의 이상여부를 진단하며, 상기 제 2 포토 트랜지스터 센서(232b)로부터 측정된 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터는 공정의 이디피(EDP, END DETECTION POINT) 또는 플라즈마 공정 상태의 종류를 검출하도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 공정 챔버(100) 내부에는 반도체 웨이퍼(W)가 고정되는 스테이지(110)가 마련되어 있으며, 상기 스테이지(110)에 반도체 웨이퍼(W)가 고정되면, 가스 주입부(130)를 통해서 반응가스 및 반응가스가 주입된다.
그 후, 알에프(RF) 파워(120)에 의해서 전력이 공정 챔버 내부에 인가되면 공정 챔버 내부로 인가된 반응가스가 플라즈마 상태로 변화되어, 타 단위 공정에서 사진 및 증착 처리 과정을 거친 반도체 웨이퍼(W)에 대한 건식 식각 또는 증착 공정을 수행하게 된다.
이때, 상기 식각 또는 증착공정을 위한 플라즈마로 반응가스의 압력을 수 ~ 수백 mTorr 이하로 유지시키는 저온 - 진공 플라즈마가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 식각 또는 증착공정이 이루어지는 동안 공정 챔버(100)의 측면벽에 마련된 뷰포트(140)를 통해서 플라즈마로부터 발생된 빛을 수집할 수 있으며, 상기 수집된 빛은 포토 트랜지스터 센서부(200)에 전달되어 공정과정에 따른 플라즈마의 상태를 측정하게 된다.
여기서, 상기 뷰포트(140)는, 공정 챔버(100)의 측면벽에 마련된 개구가 빛의 투과성이 우수한 두 개의 투명한 내열내압유리창에 의해 밀폐되는 형상으로 마련되며, 상기 투명 내열내압유리창과 공정 챔버(100)사이에 내열 실리콘 등에 의해밀폐처리가 되어 공정 챔버 내부의 가스가 유출되는 것을 방지할 수 있는데, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다.
바람직하게는, 플라즈마로부터 발생된 빛을 응축시키고 빛의 강도를 증폭하기 위한 렌즈가 포함될 수 있다.
그리고, 식각과정이 진행되는 동안, 공정 챔버(100) 내부의 온도제어기(160)를 통해서 상기 스테이지(110)에 포함된 웨이퍼 척(Wafer Chuck)의 온도를 공정 과정에 맞게 유지시키게 된다.
여기서, 상기 웨이퍼 척은 상기 스테이지(110)에 웨이퍼를 안착시키고 고정시키기 위해 마련된 것으로, 플라즈마 공정시 웨이퍼와 직접 맞닿아 있기 때문에 웨이퍼의 온도와 웨이퍼 척의 온도는 밀접한 관련을 가지고 있다.
웨이퍼 및 웨이퍼 척의 온도는 플라즈마 공정시 웨이퍼의 식각률 및 공정 품질에 많은 영향을 미치므로, 웨이퍼 척은 상기 온도제어기(160)에 의해서 적절하게 온도가 제어될 필요가 있다.
식각공정이 종료되면, 공정 챔버(100)의 온도제어기(160)를 통해서 챔버 내부의 온도를 떨어뜨리고, 배기장치(150)의 진공 펌프를 통해서 챔버 내부의 반응가스 및 반응가스를 외부로 배출시켜 다음 식각 공정에 대한 대비를 하게 된다.
한편, 도 2 에서와 같이, 포토 트랜지스터 센서부(200)는 어댑터(210)와 커넥터(220)와 포토 트랜지스터 모듈(230)이 일렬로 연결된 형태로 마련된다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)의 어댑터(210)는 도 2 에 도시된 바와 같이 기본적으로 '┼'형으로 마련될 수 있으나, 다양한 형상을 가진 공정 챔버(100)와의 용이한 결합을 위하여, '○' 또는 '─'형으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 어댑터(210)가 '┼'형태로 마련됨으로써, 상하 및 좌우로부터 가해지는 충격에 견딜 수 있고, 어댑터(210)에 연결된 포토 트랜지스터 모듈(230)의 지지력을 확보할 수 있다.
도 3 은 어댑터(210)의 바람직한 실시예를 도시한 개략도로서, 도 3 에 도시된 형태와 같이, 어댑터(210)의 평면적인 형상 상 중심부로 향할수록 상방으로 완만한 경사를 가지며, 혹은 수직으로 돌출되는 형상으로 마련될 수 있으며, 이는 '○' 또는 '─'형의 어댑터(210)에도 동일하게 적용될 수 있다.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 수직 혹은 완만한 경사를 가지는 형태로 어댑터(210)의 말단부 형상이 형성됨으로써, 공정 챔버(100)의 외부 표면이 구형으로 형성된 경우나 공정 챔버(100)의 모서리에 포토 트랜지스터 모듈(230)이 설치되는 경우 등과 같이, 공정챔버(100)의 형상이나 포토 트랜지스터 모듈(230)의 설치 위치에 구애됨이 없이 용이하게 어댑터(210)를 설치할 수 있다.
또한, 도 4 에서와 같이, 상기 어댑터(210)의 중앙부에는 커넥터(220)와의 끼움결합 혹은 볼트-너트 결합방식의 체결을 위한 나사 홈(213) 또는 끼움 홈(215)이 마련될 수 있으며, 어댑터(210)의 가장자리 부근에 공정 챔버(100)와의 결합을 위한 볼트용 개구가 복수개 마련되어 있다.
한편, 상기 커넥터(220)는 중앙부에 중공부가 형성된 원기둥 형태로 마련되고, 원기둥의 포토 트랜지스터 모듈(230)쪽 말단에 포토 트랜지스터 모듈(230)의 견고한 고정 및 누광(漏光)을 방지하기 위한 판(plate)이 형성되며, 상기 판의 면적은 원기둥의 수평단면적 보다 큰 형상으로 마련될 수 있다.
그리고, 커넥터(220) 외부 표면에 나사돌기(223) 또는 끼움돌기(225)가 마련될 수 있어, 상기 어댑터(220)와의 용이한 탁부착이 가능하다.
한편, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은 본 발명의 핵심적인 구성요소로서, 공정 챔버(100) 내의 플라즈마로부터 발생된 빛을 감지하는 장치이다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은 전체 가시광선 영역(A-Signal)을 감지하는 제 1 포토 트랜지스터 센서(232a)와 특정 공정에 따라 특정 파장 영역(B-Signal)을 감지하는 제 2 포토 트랜지스터 센서(232b)를 포함하는 포토 트랜지스터 센서(232)와 상기 포토 트랜지스터 센서(232)에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭기(234)를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 포토 트랜지스터 센서(232a)로부터 측정된 전체 가시영역의 데이터는 플라즈마의 이상여부(아크의 발생)를 진단하며, 상기 제 2 포토 트랜지스터 센서(232b)로부터 측정된 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터는 공정의 이디피(EDP, END DETECTION POINT) 또는 플라즈마 공정 상태의 종류를 검출하도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 제 1, 2 포토 트랜지스터 센서(232a, 232b)의 광감지에 의해, 플라즈마 공정 상에서, 아크의 발생 여부 및 감지된 아크가 어떠한 시점에서 발생했는지를 파악할 수 있는 것이다.
또한, 상기 증폭기(234)는 상기 포토 트랜지스터 센서(232)에서 감지된 빛이 전기적인 신호로 변환되는 과정에서, 보다 정확한 광 데이터로써 변환되기 위해 일정 배수 만큼 증폭시키는 역할을 수행한다.
이때, 각 채널별 포토 트랜지스터 센서(232)의 민감도가 차이가 나므로 이를 보정하기 위해 각 채널별 센서의 증폭 배수가 달라질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술한 포토 트랜지스터 센서부(200)는 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치에서 공정 챔버(100)의 측면에 독립적으로 설치되는 구조 또는 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)가 마스터 보드(300)에 내장 설치되는 구조로 마련되어 적용될 수 있다.
먼저, 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)가 공정 챔버(100)의 측면에 독립적으로 설치되는 구조의 경우에는, 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)가 포함하는 포토 트랜지스터 모듈(230)이 상기 포토 트랜지스터 센서(232)와 증폭기(234)를 포함하며, 후술할 구성요소들을 추가적으로 포함하여 마련될 수 있다.
즉, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은 도 5 에서와 같이, 상기 증폭기(234)에서 증폭된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기(231)와; 상기 아날로그 디지털 변환기(231)에서 변환된 신호를 처리하기 위한 신호 처리부(DSP, MCU PROCESSOR)(235);를 추가적으로 포함하며, 상기 신호 처리부(235)는 상기 아날로그 디지털 변환기(231)에서 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 개별적으로 분석하여 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화된 포토 트랜지스터 광데이터로 변환시키는 광량 분석부(236)와; 상기 광량 분석부(236)로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 비교부(237)와; 상기 마스터 보드(300)와의 통신을 담당하는 통신포트부(238);로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 마스터 보드(300)는, 상기 광량 분석부(236)로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 상기 비교부(237)에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버(100)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버(100)의 상태를 표시하는 신호를 내보내는 메인프로세서(340)와; 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부(350)와; 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버(100) 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버(100)의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부(360);를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 포토 트랜지스터 센서부(200)가 마스터 보드(300)에 내장 설치되는 구조의 경우에는, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 포토 트랜지스터 센서부(200)가 상기 마스터 보드(300)에 내장되어 일체로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 마스터 보드(300)는, 포토 트랜지스터 센서부(200)로부터 발생된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기(310)와, 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 개별적으로 분석하여 현재 공정 챔버 내부의 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화시키는 광량 분석부(320)와, 상기 광량 분석부(320)로부터 전송된 신호와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 신호 값을 비교하는 비교부(330)와, 상기 광량 분석부(320)로부터 전송된 신호와 상기 비교부(330)에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버(100)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버(100)의 상태를 표시하는 신호를 내보내는 메인프로세서(340)와, 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부(350)와, 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버(100) 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버(100)의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부(360)와, 상기 비교부(330) 및 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버의 작동상태가 정상인지 혹은 오작동 중인지를 표시하는 상태 진단부(370)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 포토 트랜지스터 센서부(200)는 전술한 구성으로 마련되어 공정 챔버(100)의 외부에 설치되어 마스터 보드(300)에 연결되는 구조 또는 포토 트랜지스터 센서부(200)가 마스터 보드(300)에 내장 설치되어 일체로 구성되는 구조로 마련될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 포토 트랜지스터 센서(232)는, 전체 가시영역(A-Signal)의 광감지를 수행하는 제 1 포토 트랜지스터 센서(232a)와 특정 파장대역(B-Signal)의 광감지를 수행하는 제 2 포토 트랜지스터 센서(232b)로 구성된다.
그리고, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)에서 발생되는 포토 트랜지스터 신호는 아날로그 전기신호로써, 신호의 대역폭의 제한이 없이 생성되므로 매우 미세한 플라즈마 빛의 변화에 따라 상이한 전기신호가 생성될 수 있다.
한편, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)에 커넥터(220)와의 결합을 위한 개구가 마련되어있고, 상기 개구를 통해서 공정 챔버(100)의 뷰포트(140)와 커넥터(220)를 통과한 플라즈마의 빛이 포토 트랜지스터 센서(232)에 도달할 수 있는 형상으로 마련되어 있다.
여기서, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)의 개구는 커넥터(220)의 원기둥의 외부에 마련된 나사홈과 걸림홈이 통과할 수 있을 정도의 넓이를 가진다.
상기 포토 트랜지스터 모듈(230)이 공정 챔버(100)에 결합되는 순서는,
1. 공정 챔버(100)의 형상에 부합하는 형태의 어댑터(210)를 뷰포트(140)가 형성된 부분에 부착
2. 커넥터(220)와 포토 트랜지스터 모듈(230)의 결합
3. 상기 어댑터(210)와 커넥터(220)의 결합
와 같다.
상기 2단계에서, 포토 트랜지스터 모듈(230)과 커넥터(220)가 일체로 형성될 수도 있고, 포토 트랜지스터 모듈(230)의 개구 부분에 커넥터(220)의 판 부분의 용이한 착탈을 위한 열림구조 등이 생성될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 열림구조는 포토 트랜지스터 모듈(230)의 개구 부근의 측면에 마련되어, 포토 트랜지스터 모듈(230)의 측면을 개방한 후 커넥터(220)의 원기둥 부분이 포토 트랜지스터 모듈(230)의 개구를 통해서 포토 트랜지스터 모듈(230) 외부로 노출되도록 위치시킨 후, 열림구조를 패쇄하는 형식으로 포토 트랜지스터 모듈(230)과 커넥터(220)를 결합시킬 수 있다.
즉, 포토 트랜지스터 모듈(230)의 개구와 포토 트랜지스터 모듈(230) 내부에 위치하게 되는 커넥터(220)의 판 부분으로 인해, 포토 트랜지스터 모듈(230)과 커넥터(220)가 상호이탈되지 않는다.
그리고, 어댑터(210)와 커넥터(220)는 어댑터에 마련된 나사 홈(213) 또는 끼움 홈(215)과 커넥터(220)에 마련된 나사돌기(223) 또는 끼움돌기(225)에 의해 용이하고 견고하게 결합될 수 있으며, 두 구성요소의 결합이 완료되면 상기 커넥터(220)의 말단이 공정 챔버(100)의 뷰포트(140)의 외측창에 맞닿게 된다.
상기 뷰포트(140)의 외측창과 커넥터(220)의 말단부의 틈 사이로 누광현상이 발생되는 것을 방지하기 위해, 커넥터(220)의 말단부에 링형의 신축성이 있는 고무나 수지 등이 부착될 수 있다.
이와 같은 결합관계를 통해서, 공정 챔버(100)의 뷰포트(140)와 맞닿은 커넥터(220)를 통해서 플라즈마의 빛이 외부로 누출되지 않은 상태에서 포토 트랜지스터 모듈(230)에 전달될 수 있고, 상기 어댑터(210)와 커넥터(220)의 결합방식이 끼움결합 혹은 볼트-너트 결합방식으로 마련됨으로써 용이한 탁부착이 가능하다.
또한, 이와 같이 포토 트랜지스터 센서부(200)가 구성되면, 공정 챔버(100)에 부착되는 포토 트랜지스터 센서부(200)와 공정 챔버로부터 멀리 떨어진 마스터 보드(300) 사이의 신호 전송은 전력선 등 일반적인 케이블을 통해 이루어질 수 있어, 도선의 굽힘이나 길이의 연장 등에 있어서 제약이 없게 된다.
도 8 은 포토 트랜지스터 센서부의 다른 실시예를 도시한 개략도로써, 뷰포트(140)와 포토 트랜지스터 모듈(230)간의 상이한 결합방식을 도시하고 있다.
즉, 뷰포트(140)와 광케이블(250)을 연결시키고 누광을 방지하는 광케이블 어댑터(240)와, 상기 광케이블 어댑터(240)에서 전해진 플라즈마의 빛을 포토 트랜지스터 모듈(230)까지 전송시키는 광케이블(250)과, 상기 광케이블(250)과 포토 트랜지스터 모듈(230) 사이에 위치하여 광케이블(250)이 포토 트랜지스터 모듈(230)에 연결되도록 하며, 광케이블(250)로부터 전송된 플라즈마의 빛을 포토 트랜지스터 모듈(230)에 전달하는 광케이블 커넥터(260)가 추가적으로 포함될 수 있다.
여기서, 상기 광케이블 어댑터(240)는 공정 챔버(100)의 뷰포트(140)를 통해 외부로 발산되는 플라즈마 빛을 효과적으로 응집시켜 광케이블(250)에 전달하며, 광케이블의 말단이 상기 뷰포트(140)의 외측 창과 정확하게 연결되어 맞닿을 수 있도록 고정시킨다.
또한, 광케이블 어댑터(240)는 손상되기 쉬운 광케이블의 말단을 보호하는 역할도 하게 된다.
그리고, 광케이블 커넥터(260)는 광케이블(250)의 포토 트랜지스터 모듈 방향의 말단과 포토 트랜지스터 모듈(230)의 연결을 고정시키며, 상기 연결 고정시 외부로 빛이 유출되는 경우가 발생되지 않도록 연결부를 밀폐시키는 역할을 하게 된다.
바람직하게는, 상기 광케이블 커낵터(260)에 광케이블(250)을 통해서 전달된 플라즈마의 빛을 왜곡이 발생하지 않는 한도 내에서 증폭시킬 수 있는 렌즈 등의 구성이 추가적으로 포함될 수 있다.
이와 같은 방식으로 포토 트랜지스터센서부(200)가 마련됨으로써, 작은 공간을 차지하는 광케이블 어댑터(240)와 광케이블(250)만 공정 챔버(100)에 연결하고, 나머지 구성요소인 포토 트랜지스터 모듈(230) 등을 임의의 장소에 배치시키는 것이 가능하여, 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 효과를 누릴 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서도, 전술한 포토 트랜지스터 센서부(200)의 두가지 구조(독립적 구성 또는 마스터 보드에 내장)의 구성이 도 8 및 도 9 에서와 같이 적용될 수 있지만, 광케이블(250)로서 연결되는 구성을 제외하면 내, 외부적 구성이 전술한 바와 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 생략하였음을 밝혀둔다.
한편, 상기 마스터 보드(300)는 포토 트랜지스터 센서부(200)로부터 전송된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 데이터로 수치화 하고, 기준 데이터와 비교하여 공정 챔버(100) 내의 플라즈마의 상태가 정상상태범위에 속하는 판단하고, 그 정보를 외부에 표시하는 역할을 한다.
여기서, 상기 마스터 보드(300)는, 포토 트랜지스터 센서부(200)로부터 발생된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기(310)와, 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 개별적으로 분석하여 현재 공정 챔버 내부의 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화시키는 광량 분석부(320)와, 상기 광량 분석부(320)로부터 전송된 신호와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 신호 값을 비교하는 비교부(330)와, 상기 광량 분석부(320)로부터 전송된 신호와 상기 비교부(330)에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버(100)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버(100)의 상태를 표시하는 신호를 내보내는 메인프로세서(340)와, 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부(350)와, 상기 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버(100) 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버(100)의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부(360)와, 상기 비교부(330) 및 메인프로세서(340)로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버의 작동상태가 정상인지 혹은 오작동 중인지를 표시하는 상태 진단부(370)를 포함할 수 있다.
아날로그 디지털 변환기(310)는 실시간으로 아날로그 포토 트랜지스터 신호를 신속하게 변환하기 위해서 복수개로 마련될 수 있다.
즉, 각 포토 트랜지스터 채널별로 개별적인 아날로그 디지털 변환기(310)가 마련될 수 있고, 혹은 전체 포토 트랜지스터 신호를 복수개의 아날로그 디지털 변환기(310)가 병렬적으로 연결되어 처리하는 방식으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 아날로그 디지털 변환기(310)를 통해 포토 트랜지스터 센서부(200)에서 발생된 포토 트랜지스터 신호가 디지털 신호로 변환될 때, 각 포토 트랜지스터 채널당 0 ~ 255 사이의 광량 표현 단계를 지니는 통상적인 8bit 포토 트랜지스터 신호 체계 뿐만 아니라, 보다 확장된 10bit (0 ~ 1023), 또는 12bit (0 ~ 4095), 또는 14bit (0 ~ 8195), 또는 16bit (0 ~ 65535), 또는 20bit (0 ~ 1048575), 또는 24bit (0 ~ 16777215) 체계로 마련될 수 있으며, 이를 통해 신호의 미세한 변화를 표현할 수 있게 되나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 포토 트랜지스터의 광데이터는 10 kHz 이상 10MHz 이하의 고속 전송속도로 전송되도록 구성됨으로써, 공정 챔버 내에서 발생되는 아크를 감지할 수 있도록 구성된다.
광량 분석부(320)는 아날로그 디지털 변환기(310)로부터 전송된 디지털 포토 트랜지스터 신호를 각 채널별로 데이터를 생성한다.
즉, 아날로그 디지털 변환기(310)로부터 전송된 디지털 포토 트랜지스터 신호를 각 채널별(A-Signal, B-Signal)로 분리, 즉, 전체 가시영역과 특정 파장대역에서 측정된 신호를 분리하여 재조합하게 된다.
비교부(330)는 상기 광량 분석부(320)로부터 전송된 실시간 포토 트랜지스터 광데이터와 정상적인 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 구성요소이다.
한편, 도 10 은 포토 트랜지스터 센서부(200)가 마스터 보드(300)에 내장 설치되어 있을 경우, 커넥터 및 포토 트랜지스터 모듈의 설치 위치를 도시한 마스터 보드(300)의 측단면 개략도이다.
여기서, 상기 커넥터(220)는 상기 마스터 보드(300)의 하부에 고정 설치되며, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은 상기 마스터 보드(300)의 내부에서 상기 커넥터(220)의 설치 위치에 대응 설치될 수 있다.
또는, 광케이블(250)로써 챔버와 마스터 보드(300)가 연결될 경우에는, 상기 광케이블 커넥터(260)는 상기 마스터 보드(300)의 하부에 고정 설치되며, 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)은 상기 마스터 보드(300)의 내부에서 상기 광케이블 커넥터(260)의 설치 위치에 대응 설치될 수 있다.
이는, 포토 트랜지스터 신호가 전송되는 커넥터(220)와 연계된 조준 렌즈(233)와 상기 포토 트랜지스터 모듈(230)이 포함하는 포토 트랜지스터 센서(232)가 정면으로 마주 보도록 구성한 후, 상기 조준 렌즈(233)의 초점 거리를 조정함으로써 안정적인 센싱구조를 구현하기 위함이다.
종래에는, 광학 센서에 빛을 균일하게 전달하기 위하여 복수의 편광 유리와, 상기 편광 유리의 반사각을 조절하는 복수의 조절 나사를 통하여 빛을 전달하는 방식을 이용하였다.
그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 커넥터(220)로 전송된 포토 트랜지스터 신호를 상기 조준 렌즈(233)를 통하여 직접적으로 포토 트랜지스터 센서(232)에 전달하는 방식으로 마련됨으로써 보다 안정적이고 신뢰적인 센싱구조를 구현할 수 있다.
한편, 비교부(330)는 실시간으로 측정된 포토 트랜지스터 광데이터 수치의 A채널(전체 가시영역) 데이터와 B채널(특정 파장대역) 데이터가 공정 허용 범위 A, B 데이터와 동일한 종류별로 비교하여 판단하게 되며, 두가지 광데이터 수치 중 어느 한가지라도 정상 범위를 벗어나게 되는 경우, 현재 플라즈마 상태가 비정상인 것으로 판단하는 신호를 발생시킨다.
예를 들면, 공정 허용 범위의 A채널 데이터가 20 ~ 37, B채널 데이터가 33 ~ 50인 경우, 실시간으로 측정된 포토 트랜지스터 광데이터 값이 (21,40) 인 경우, 현재의 플라즈마 상태는 정상인 것으로 판단된다.
하지만, 실시간으로 측정된 포토 트랜지스터광데이터 값이 (19, 35) 과 같이 A채널 데이터가 공정 허용 범위를 벗어나는 경우, 현재 플라즈마의 상태가 비정상인 것으로 판단된다.
여기서, 판단의 기준이 되는 공정 허용 범위의 포토 트랜지스터 광데이터는 과거의 정상 공정 데이터 혹은 본 공정 전의 시범 공정 데이터로부터 취득된 것을 이용하게 된다.
그리고, 공정의 진행에 따라 플라즈마의 상태가 변화되므로, 각 공정 단계별 공정 허용 범위의 포토 트랜지스터 광데이터는 시간의 흐름에 따라 변화하게 되며, 이는 도 11 의 입체적인 형상이 시간에 따라 크기와 위치가 변화하는 형태로 표현될 수 있다.
메인프로세서(340)는 상기 광량 분석부(320)와 비교부(33), 그리고 공정 챔버(100)로부터 여러가지 상태 정보를 취합하여, 상황에 따른 제어신호를 발생시키는 마스터 보드(300)의 중추이다.
즉, 메인프로세서(340)는 공정 챔버의 공정 입력 파라미터 및 실제로 측정된 공정 변수(가스의 압력, 가스의 유량, 인가된 전력)와 광량 분석부(320)로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 비교부(330)로부터 전송된 플라즈마의 정상유무 판단 신호를 입력받고, 공정 입력 파라미터 및 실제 공정 변수의 수치와 포토 트랜지스터 광데이터를 후술하는 실시간 표시부(360)로 전달한다.
여기서, 메인프로세서(340)는 플라즈마의 상태가 정상상태인 경우, 플라즈마의 상태가 정상임을 표시하는 신호를 후술하는 상태 진단부(370)으로 추가적으로 전송하게 된다.
하지만, 플라즈마의 상태가 비정상인 경우, 메인프로세서(340)는 경고발생 신호를 후술하는 경고부(350)로 전달하며, 플라즈마의 상태가 비정상임을 표시하는 신호를 상태 진단부(370)로 추가적으로 전송하게 된다.
바람직하게는, 플라즈마의 상태를 정상상태로 변화시키기 위한 제어신호를 발생시켜 공정 챔버(100)로 전달하는 처리 방식이 포함될 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 공정의 불량률을 감소시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어신호에는 반응가스의 양 및 압력, 공정 처리 시간, 인가되는 전력의 강도, 공정 챔버(100)의 온도제어기의 작동 유무를 변화시키는 신호가 포함될 수 있다.
경고부(350)는 플라즈마의 상태가 비정상인 경우, 상기 메인프로세서(340)의 경고발생신호에 따라 경고사이렌 및 경고등을 점등시키는 구성요소이다.
여기서, 경고부(350)는 공정 챔버(100)의 외부나 전체 공정을 총괄하는 제어시설 및 공간에 설치되어, 사용자에게 즉각적으로 플라즈마 공정의 이상을 알리게 된다.
실시간 표시부(360)는 현재 공정 챔버(100)의 모든 정보를 표시하는 출력장치로써, 바람직하게는 LCD 터치패널, 혹은 통상적인 LCD 모니터를 통해서 구현이 가능하나, 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 실시간 표시부(360)를 통해서 외부에 표시되는 정보는 공정의 경과시간 및 진행 정도, 공정 챔버(100)의 공정 입력 파라미터 및 실제 공정변수, 플라즈마로부터 취득된 실시간 포토 트랜지스터 광데이터 및 공정 허용 범위의 포토 트랜지스터 광데이터 공간등의 정보가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상태 진단부(370)는 현재 공정 챔버(100) 내의 플라즈마 공정의 상태가 공정 허용 범위에 포함되는지 여부를 표시하는 출력장치로, 상기 실시간 표시부(360)에 포함될 수 있다.
상기 상태 진단부(370)는 특히 플라즈마의 이상 유무를 출력하는 장치로써, 시간에 따른 포토 트랜지스터 광데이터 추적에 관한 데이터를 추가적으로 표시할 수 있다.
상술한 포토 트랜지스터 센서부(200)는 반도체 플라즈마 공정 수행시, 공정 챔버(100)에 주입된 반응가스 및 반응가스로부터 플라즈마가 발생될 때, 기체 입자들이 정상상태 - 여기상태 - 기저상태로 변화될 때 방출되는 빛의 변화량을 측정하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치는, 전체 가시영역의 광감지를 수행하여 플라즈마의 이상을 검출하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하여 상기 플라즈마의 이상이 어떤 공정에서 발생되었는지를 검출하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 구비함으로써, 아크(플라즈마의 이상)의 발생 여부 및 감지된 아크가 공정 중 어떠한 시점에서 발생했는지를 실시간으로 파악, 분석할 수 있다.
또한, 공정 챔버 내부의 미세한 상태 변화를 즉각적으로 감지할 수 있으며, 실시간으로 공정 챔버내의 플라즈마의 상태 이상을 감지할 수 있으며, 포토 트랜지스터 센서부를 독립적으로 구성 또는 포토 트랜지스터센서부를 마스터 보드에 내장하여 구성함으로써, 장치 구조의 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 플라즈마 상태 이상으로 인한 웨이퍼 식각 공정 불량율을 줄일 수 있고, 보다 세밀한 공정제어가 구현되며, 다양한 형상의 어댑터를 사용함으로써 챔버 외부에 부착되는 플라즈마 모니터링 장비의 고정력과 지지력을 확보할 수 있으며, 커넥터를 사용함으로써 누광을 방지하여 보다 정확한 플라즈마 모니터링이 가능하다.
또한, 챔버의 구조 및 형상과 챔버 외부 환경 등의 공간적인 제약에 구애되지 않고 플라즈마 모니터링 장치가 설치될 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
100 : 공정 챔버 110 : 스테이지
120 : RF 파워 130 : 가스 주입부
140 : 뷰포트 150 : 배기장치
160 : 온도제어기 200 : 포토 트랜지스터 센서부
210 : 어댑터 213 : 나사 홈
215 : 끼움 홈 220 : 커넥터
223 : 나사 돌기 225 : 끼움 돌기
230 : 포토 트랜지스터 모듈 240 : 광케이블 어댑터
250 : 광케이블 260 : 광케이블 커넥터
300 : 마스터 보드 310 : 아날로그 디지털 변환기
320 : 광량 분석부 330 : 비교부
340 : 메인프로세서 350 : 경고부
360 : 실시간 표시부 370 : 상태 진단부
W : 반도체 웨이퍼

Claims (17)

  1. 반도체의 식각 및 증착 공정을 수행하는 플라즈마 공정 챔버 내부의 플라즈마로부터 발생되는 빛의 순간 변화를 감지하기 위한 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부와;
    상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 발생된 신호를 처리하여 상기 공정 챔버의 동작을 제어하거나 공정 상태를 외부에 표시하는 마스터 보드와;
    상기 포토 트랜지스터 센서부로부터 감지된 포토 트랜지스터 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기와;
    상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털 신호로 변환된 포토 트랜지스터 신호를 분석하여 플라즈마 상태를 수치적으로 정량화된 포토 트랜지스터 광데이터로 변환시키는 광량 분석부와;
    상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 정상 상태의 플라즈마로부터 취득된 포토 트랜지스터 광데이터를 비교하는 비교부;를 포함하며,
    상기 포토 트랜지스터 모듈은,
    전체 가시영역의 광감지를 수행하는 제 1 포토 트랜지스터 센서와 공정에 따른 특정 파장대역의 광감지를 수행하는 제 2 포토 트랜지스터 센서를 포함하면서, 공정 챔버 내의 플라즈마 가스로부터 발생되는 빛의 변화를 수용하는 포토 트랜지스터 센서와;
    상기 포토 트랜지스터 센서에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭기;를 포함하고,
    상기 마스터 보드는,
    상기 광량 분석부로부터 전송된 포토 트랜지스터 광데이터와 상기 비교부에서 전송된 신호를 취합하여 공정 챔버의 동작을 제어하는 제어신호를 발생시키거나 공정 챔버의 상태를 표시하는 신호를 전송하는 메인프로세서와;
    상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 경고음 또는 경고등을 발생시키는 경고부와;
    상기 메인프로세서로부터 전송된 신호에 따라 공정 챔버 내부의 공정 파라미터 관련 데이터가 화면상에 표시되어, 사용자가 즉각적으로 공정 챔버의 상태를 확인할 수 있도록 마련된 실시간 표시부;를 포함하며,
    상기 제 1 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 전체 가시영역의 데이터는 플라즈마의 이상여부를 진단하며, 상기 제 2 포토 트랜지스터 센서로부터 측정된 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터는 공정의 이디피(EDP, END DETECTION POINT) 또는 플라즈마 공정 상태의 종류를 검출하는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 모듈은,
    상기 아날로그 디지털 변환기와;
    상기 광량 분석부와 상기 비교부 및 상기 마스터 보드와의 통신을 구현하는 통신 포트부를 포함하는 신호 처리부;를 포함하며,
    상기 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트에 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 센서부는 통신 선로로써 상기 마스터 보드와 연결되어 상기 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드는 서로 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 센서부는 상기 마스터 보드에 내장되어 일체로 구성되며, 상기 마스터 보드는 상기 아날로그 디지털 변환기와 광량 분석부와 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 센서부를 포함하는 마스터 보드는 공정 챔버의 뷰포트에 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터모듈은,
    상기 아날로그 디지털 변환기와;
    상기 광량 분석부와 상기 비교부 및 상기 마스터 보드와의 통신을 구현하는 통신 포트부를 포함하는 신호 처리부;를 포함하며,
    상기 포토 트랜지스터 모듈을 포함하는 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트와 광케이블을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 센서부는 통신 선로로써 상기 마스터 보드와 연결되어, 상기 포토 트랜지스터 센서부와 마스터 보드는 서로 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터 센서부는 상기 마스터 보드에 내장되어 일체로 구성되며, 상기 마스터 보드는 상기 아날로그 디지털 변환기와 광량 분석부와 비교부를 포함하되, 상기 마스터 보드에 포함된 포토 트랜지스터 센서부는 공정 챔버의 뷰포트와 광케이블을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광량 분석부에서, 포토 트랜지스터 센서부로부터 측정된 포토 트랜지스터 신호의 크기가 수치화되고, 상기 비교부에서 상기 광량 분석부로부터 전송된 전체 가시영역의 데이터와 공정에 따른 특정 파장영역의 데이터의 공정 허용 범위의 데이터가 각각 비교되며,
    상기 데이터 비교시, 각 데이터 중 어느 한가지라도 공정 허용 범위에서 벗어나는 경우, 공정 챔버 내의 플라즈마가 비정상적인 상태에 이른 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광량 분석부에서, 포토 트랜지스터 센서부로부터 측정된 포토 트랜지스터 신호의 크기가 전체가시영역 데이터, 공정에 따른 특정 파장영역 데이터로 각각 구분하여 수치화된 다음, 이들 데이터가 광량 데이터로 변환이 되고, 상기 비교부에서 상기 광량 분석부로부터 전송된 광량 데이터와 공정 허용 범위의 광량 데이터가 각각 비교되며,
    상기 데이터 비교시, 각 데이터 중 어느 한가지라도 공정 허용 범위에서 벗어나는 경우, 공정 챔버 내의 플라즈마가 비정상적인 상태에 이른 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 공정 모니터링 장치는 상기 포토 트랜지스터 센서부와 공정 챔버 뷰포트와의 접속을 위한 어댑터 및 커넥터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 어댑터는 '┼'형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 어댑터는 평면적인 형상상 중심부로 향할수록 상방으로 돌출되는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 어댑터는 내부에 나사 홈이 형성되며, 상기 커넥터는 중앙에 중공부가 형성된 원기둥 형상의 나사 돌기가 형성되어, 상기 어댑터와 커넥터가 볼트 - 너트 결합방식으로 체결되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 어댑터는 내부에 끼움 홈이 형성되며, 상기 커넥터는 중앙에 중공부가 형성된 원기둥 형상의 끼움 돌기가 형성되어, 상기 어댑터와 커넥터가 끼움결합방식으로 체결되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 마스터 보드의 하부에 고정 설치되며, 상기 포토 트랜지스터 모듈은 상기 마스터 보드의 내부에서 상기 커넥터의 설치 위치에 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터의 광데이터는 10 kHz 이상 10MHz 이하의 전송속도로 전송되는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터를 이용한 플라즈마 공정 모니터링 장치.
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