KR101305049B1 - Monitoring system of vacuum and plasma and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공플라즈마 감시시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영하여 홀로그램 영상을 생성하는 디지털 홀로그램 센서, 홀로그램 영상으로부터 챔버 내부의 입자분포를 계산하는 영상처리부 및 챔버 내부의 입자분포에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 감시진단부를 포함하여 구성되며, 본 발명에 따르면 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 쉬스 구조를 촬영한 디지털 홀로그램 영상으로부터 입자분포를 계산하거나 전류패턴을 추출하여 진공 또는 플라즈마 상태를 감시할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum plasma monitoring system and a method thereof, comprising: a digital hologram sensor for photographing inside a chamber in a vacuum state or a plasma state, and generating a hologram image; And a monitoring diagnostic unit for monitoring whether the vacuum state or the plasma state is normal based on the particle distribution of the present invention. According to the present invention, the particle distribution is calculated from a digital hologram image of the sheath structure in the vacuum state or the plasma state. Patterns can be extracted to monitor vacuum or plasma conditions.
Description
본 발명은 진공플라즈마 감시시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털 홀로그램 영상기술을 이용하여 챔버 내부의 진공플라즈마 쉬스(sheath) 구조와 그 입자분포를 측정하고 이에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있는 진공플라즈마 감시시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
플라즈마는 반도체 및 디스플레이 소자 제조를 위한 미세 박막의 증착과 식각공정에 핵심적으로 응용되는 에너지원이다. 플라즈마 제조에는 다양한 공정 및 장비변수가 관여하며, 공정변수에는 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 소스 전력, 바이어스 전력, 압력, 가스 유량 등이 있다. Plasma is a key energy source for the deposition and etching of fine thin films for semiconductor and display device manufacturing. Plasma fabrication involves a variety of process and equipment variables, which include radio frequency (RF) source power, bias power, pressure, and gas flow rate.
플라즈마의 이상(Anomaly) 상태를 탐지하지 못할 경우, 공정과 소자수율이 크게 저하되기 때문에 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단하는 시스템의 개발이 요구된다.If the abnormal state of the plasma is not detected, a process and device yield are greatly reduced, and thus, a system for determining whether the plasma state is normal is required.
플라즈마의 상태를 감시하는 센서로는 광반사분광기(Optical Emission Spectroscopy; OES), 랑뮤어 프로브(Langmuir Probe; LP), 색변이 감시시스템(Color Monitoring System; CMS), 전류-전압 프로브(I-V Probe) 등이 있다. 이 중 광반사분광기(OES)가 가장 광범위하게 응용되며, 입사되는 광의 반사 강도를 측정하여 플라즈마 상태를 판단할 수 있다. Sensors that monitor plasma status include Optical Emission Spectroscopy (OES), Langmuir Probe (LP), Color Monitoring System (CMS), and Current-Voltage Probe (IV Probe). Etc. Among them, the light reflection spectrometer (OES) is most widely applied, and the plasma state can be determined by measuring the reflection intensity of the incident light.
랑뮤어 프로브(LP)는 플라즈마의 기본 특성변수인 전자밀도, 플라즈마 전위를 측정하고, 색변이 감시시스템(CMS)은 플라즈마 색 변이를 측정하며, 전류-전압 프로브(I-V probe)는 플라즈마 전류와 전압의 변이를 측정하여 플라즈마 상태를 감시한다.The Langmuir probe (LP) measures the basic characteristics of plasma, electron density and plasma potential, the color shift monitoring system (CMS) measures plasma color shift, and the current-voltage probe (IV probe) measures plasma current and voltage. Monitor the plasma state by measuring the variation of.
진공 상태와 플라즈마 상태에서의 전자밀도는 주로 랑뮤어 프로브(LP)를 이용하여 측정하며, 플라즈마 상태의 감시를 위해 비침투식(non-intrusive) 랑뮤어 프로브(LP) 센서가 적용되고 있다. Electron densities in vacuum and plasma are mainly measured using a Langmuir probe (LP), and a non-intrusive Langmuir probe (LP) sensor is applied to monitor the plasma state.
하지만, 랑뮤어 프로브(LP) 센서는 플라즈마의 평균 전자밀도만을 측정하기 때문에 챔버 내 임의의 위치에서의 전자분포를 측정하지 못하는 한계점이 있다. However, since the Langmuir probe (LP) sensor measures only the average electron density of the plasma, there is a limitation in that the electron distribution at any position in the chamber cannot be measured.
또한, 랑뮤어 프로브(LP) 센서는 플라즈마 발생 전 진공 내 입자의 전하에 대한 정보를 제공하지 못하는 한계점을 가진다. In addition, the Langmuir probe (LP) sensor has a limitation that does not provide information about the charge of the particles in the vacuum before plasma generation.
전자밀도는 진공과 플라즈마에서 챔버의 공간적 위치에 따라 다른 분포를 가지고 있으며, 공정변수에 따라 변화한다. 모든 공정변수에 대해 또는 특정 공정변수에 대해 민감도가 높은 위치에서의 전자분포의 측정이 요구되는 실정이다. Electron density has a different distribution depending on the spatial location of the chamber in vacuum and plasma, and varies with process variables. It is necessary to measure the electron distribution at high sensitivity for all process variables or for specific process variables.
플라즈마의 상태 감시를 위한 정보는 주로 챔버의 중앙부로부터 반사되는 반사광 정보에 의존하고 있으며, 챔버 하단 쪽의 웨이퍼 근방의 정보를 이용하지 못하고 있는 실정이다. 이는 현재 이용되는 센서의 물리적 접근 한계성에 기인한다. The information for monitoring the state of the plasma mainly depends on the reflected light information reflected from the center of the chamber, and the information in the vicinity of the wafer near the lower side of the chamber is not available. This is due to the physical access limitations of the sensors currently used.
또한, 현재의 플라즈마 감시시스템은 플라즈마를 발생시킨 후의 플라즈마 상태 감시에 국한되고 있으며, 플라즈마가 발생되기 전인 진공 상태에 대한 감시기능을 수행하지 못하고 있다.In addition, the current plasma monitoring system is limited to monitoring the plasma state after generating the plasma, and does not perform the monitoring function for the vacuum state before the plasma is generated.
하지만, 웨이퍼는 플라즈마가 발생되기 전부터 챔버 내에 놓여 있기 때문에 플라즈마 공정이 시작되기 전의 진공 상태를 감시하는 것은 공정의 질(quality)을 높이기 위해 반드시 필요하다 할 것이다. 또한, 진공 상태는 이어지는 플라즈마 상태에 대해 기준 상태가 될 수 있기 때문에 플라즈마 상태 감시에 중요한 역할을 수행할 수 있다. However, since the wafer is placed in the chamber before the plasma is generated, monitoring the vacuum condition before the plasma process begins will be necessary to improve the quality of the process. In addition, the vacuum state can play an important role in the plasma state monitoring because it can be a reference state for the subsequent plasma state.
한편, 챔버 하단부에는 공정개발과 분석에 중대한 물리적 영향을 미치는 쉬스 구조가 존재한다. At the bottom of the chamber, there is a sheath structure that has a significant physical impact on process development and analysis.
쉬스(Sheath)는 벌크 플라즈마(bulk plasma) 영역에 비해 전자밀도가 상대적으로 적은 영역이며, 상대적으로 전자밀도가 높은 프리쉬스(presheath) 층에 접해있다. 쉬스와 프리쉬스의 전자밀도의 공간적 구조는 공정변수에 따라 민감하게 변하기 때문에 쉬스 구조의 변화를 이용하여 플라즈마 상태를 감시할 필요성이 요청된다. Sheath is a region having a relatively low electron density compared to a bulk plasma region, and is in contact with a presheath layer having a relatively high electron density. Since the spatial structure of the electron density of the sheath and the friece varies sensitively with process variables, it is required to monitor the plasma state by using the change of the sheath structure.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개공보 제10-2005-0027668호 '펄스 플라즈마 특성 변수 측정용 진단 시스템 및 방법' (2005.03.21)에 개시되어 있다.
Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2005-0027668 'Diagnostic System and Method for Measuring Pulsed Plasma Characteristics' (2005.03.21).
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 진공 또는 플라즈마 상태에서 챔버 내부의 쉬스 구조 및 그 입자분포를 측정하여 진공 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있도록 하는 진공플라즈마 감시시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-described problems, and provides a vacuum plasma monitoring system that can monitor the normality of the vacuum or plasma state by measuring the sheath structure and its particle distribution inside the chamber in a vacuum or plasma state. Its purpose is to.
또한, 본 발명은 플라즈마 상태와 플라즈마가 발생되기 전 진공 상태를 함께 감시하여 플라즈마 상태 감시의 정확도를 높이고 이에 따라 플라즈마 공정의 질을 향상시킬 수 있도록 하는 진공플라즈마 감시방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide a vacuum plasma monitoring method for monitoring the plasma state and the vacuum state before the plasma is generated to increase the accuracy of the plasma state monitoring and thereby improve the quality of the plasma process.
본 발명의 일 측면에 따른 진공플라즈마 감시시스템은 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영하여 홀로그램 영상을 생성하는 디지털 홀로그램 센서; 상기 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 입자분포를 계산하는 영상처리부; 및 상기 챔버 내부의 입자분포에 기초하여 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 감시진단부를 포함한다. Vacuum plasma monitoring system according to an aspect of the present invention comprises a digital hologram sensor for photographing the interior of the chamber in a vacuum or plasma state to generate a holographic image; An image processor which calculates a particle distribution in the chamber from the hologram image; And a monitoring diagnosis unit configured to monitor whether the vacuum state or the plasma state is normal based on the particle distribution in the chamber.
본 발명에서 디지털 홀로그램 센서는 상기 챔버 내부의 쉬스 구조를 촬영할 수 있다. In the present invention, the digital hologram sensor can photograph the sheath structure inside the chamber.
본 발명에서 챔버는 상기 디지털 홀로그램 센서로부터 방출되는 레이저광을 입력받거나 출력시키기 위한 적어도 하나의 창을 구비할 수 있다. In the present invention, the chamber may include at least one window for receiving or outputting laser light emitted from the digital hologram sensor.
본 발명에서 감시진단부는 상기 진공 상태의 정상 여부를 감시한 후에 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있다. In the present invention, the monitoring diagnosis unit may monitor whether the plasma state is normal after monitoring whether the vacuum state is normal.
본 발명에서 영상처리부는 상기 홀로그램 영상에 하기 제1 수학식을 적용하여 상기 홀로그램 영상에서 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 전체 입자수를 계산하는 1-D 입자 카운터를 포함할 수 있다.The image processor may include a 1-D particle counter that calculates the total number of particles included in a preset gray scale range in the hologram image by applying the following first equation to the hologram image.
………………………… (1) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (One)
여기서, GR은 미리 설정된 그레이 스케일 범위, g(i,j)는 임의의 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값, α는 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서 고유의 LSB 당 입자수.Where GR is a preset gray scale range, g (i, j) is a gray scale value at any pixel location, and α is the number of particles per LSB inherent to the CCD sensor included in the digital hologram sensor.
본 발명에서 영상처리부는 상기 홀로그램 영상에 하기 제2 수학식을 적용하여 상기 챔버 내부 영역에 포함된 전체 입자수를 계산하는 1-D 카운터를 포함할 수 있다.The image processor may include a 1-D counter for calculating the total number of particles included in the inner region of the chamber by applying the following second equation to the hologram image.
………………………… (2) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (2)
여기서, GR은 미리 설정된 그레이 스케일 범위, 는 상기 홀로그램 영상의 임의의 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값인 g(i,j)의 반전된 그레이 스케일 값, α는 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서 고유의 LSB 당 입자수.Where GR is the preset gray scale range, Is an inverted gray scale value of g (i, j), which is a gray scale value at any pixel location of the hologram image, and α is the number of particles per LSB inherent to the CCD sensor included in the digital hologram sensor.
본 발명에서 는 하기 제3 수학식에 의해 결정될 수 있다.In the present invention May be determined by the following third equation.
……………… (3) ... ... ... ... ... ... (3)
여기서, n은 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서의 각 픽셀당 비트, Ai는 임의의 픽셀 위치에서의 비트 값(즉, 그레이 스케일 값 g(i,j)), Bi는 임의의 픽셀 위치에서 Ai의 반전된 비트 값(즉, 반전된 그레이 스케일 값 ).Where n is a bit per pixel of the CCD sensor included in the digital hologram sensor, A i is a bit value at an arbitrary pixel position (ie, gray scale value g (i, j) ), B i is an arbitrary pixel Inverted bit value of A i at the position (ie inverted gray scale value) ).
본 발명에서 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 전체 입자수와 기준입자수의 차이값이 제1 허용기준치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the monitoring diagnosis unit may determine that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the total particle count and the reference particle count calculated by the image processor is within a first allowable reference value.
본 발명에서 상기 영상처리부는 상기 홀로그램 영상에 하기 제4 수학식을 적용하여 상기 홀로그램 영상에서 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 x축 또는 y축 방향으로의 입자분포를 계산하는 2-D 입자 카운터를 포함할 수 있다. In the present invention, the image processing unit applies a fourth equation to the hologram image to calculate a 2-D particle counter for calculating the particle distribution in the x-axis or y-axis direction included in a preset gray scale range in the hologram image It may include.
………………………… (4) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (4)
여기서, m과 n은 상기 홀로그램 영상의 x축과 y축 방향의 전체 픽셀수, Δx와 Δy는 x축과 y축 방향의 구간분리를 위한 변수, Ni는 x축 방향의 i번째 위치에서의 입자수, Nj는 y축 방향의 j번째 위치에서의 입자수.Here, m and n are the total number of pixels in the x- and y-axis directions of the hologram image, Δx and Δy are variables for section separation in the x- and y-axis directions, and N i is the i-th position in the x-axis direction. Number of particles, N j is the number of particles at the j-th position in the y-axis direction.
본 발명에서 영상처리부는 상기 입자분포를 이용하여 상기 쉬스 구조의 각 층간 두께를 계산할 수 있다. In the present invention, the image processor may calculate the thickness of each layer of the sheath structure using the particle distribution.
본 발명에서 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 층간 두께와 층간 기준두께의 차이값이 허용두께차 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the monitoring diagnosis unit may determine that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the interlayer thickness and the interlayer reference thickness calculated by the image processor is within an allowable thickness difference.
본 발명에서 영상처리부는 상기 입자분포에 하기 제5 수학식을 적용하여 상기 쉬스 구조의 각 층간 입자수를 계산할 수 있다. In the present invention, the image processor may calculate the number of interlayer particles of the sheath structure by applying the following fifth equation to the particle distribution.
………………………… (5) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (5)
여기서, a와 b는 감시하고자 하는 두 피크의 위치, Nj는 y축 상에서 두 피크 a,b 사이에 있는 임의의 j번째 위치에서의 입자수.Where a and b are the positions of the two peaks to be monitored and N j is the number of particles at any j th position between the two peaks a and b on the y-axis.
본 발명에서 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 층간 입자수와 층간 기준입자수의 차이값이 제2 허용기준치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the monitoring diagnosis unit may determine that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the interlayer particle count and the interlayer reference particle count calculated by the image processor is within a second acceptable reference value.
본 발명에서 영상처리부는 상기 입자분포를 z축 방향에 적용하여 3-D 입자분포를 계산하는 3-D 카운터를 포함할 수 있다. In the present invention, the image processor may include a 3-D counter for calculating the 3-D particle distribution by applying the particle distribution in the z-axis direction.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공플라즈마 감시시스템은 진공 상태 또는 플라즈마 상태인 챔버 내부를 촬영하여 홀로그램 영상 데이터를 생성하는 디지털 홀로그램 센서; 상기 홀로그램 영상 데이터를 이용하여 상기 챔버 내부의 전류패턴을 추출하는 영상처리부; 및 상기 전류패턴에 기초하여 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 감시진단부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vacuum plasma monitoring system comprising: a digital hologram sensor for photographing inside a chamber in a vacuum state or a plasma state to generate hologram image data; An image processor extracting a current pattern inside the chamber using the holographic image data; And a monitoring diagnosis unit configured to monitor whether the vacuum state or the plasma state is normal based on the current pattern.
본 발명에서 디지털 홀로그램 센서는 상기 챔버 내부의 쉬스 구조를 촬영할 수 있다. In the present invention, the digital hologram sensor can photograph the sheath structure inside the chamber.
본 발명에서 영상처리부는 상기 홀로그램 영상의 일부 또는 전부로부터 하기 제6 수학식에 따라 전류패턴을 추출할 수 있다. In the present invention, the image processing unit may extract a current pattern from a part or all of the hologram image according to the following sixth equation.
………………………… (6) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (6)
여기서, Gp는 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 픽셀의 그레이 스케일 값, n은 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서의 각 픽셀당 비트.Here, G p is a gray scale value of a pixel included in a preset gray scale range, and n is a bit per pixel of a CCD sensor included in the digital hologram sensor.
본 발명에서 감시진단부는 상기 영상처리부에서 추출된 전류패턴을 구성하는 특정 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값과 상기 픽셀 위치에서의 기준 그레이 스케일 값의 차이값이 한계허용치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, if the difference between the gray scale value at a specific pixel position and the reference gray scale value at the pixel position constituting the current pattern extracted from the image processing unit is within the limit tolerance value, the vacuum state or the plasma state is reduced. It can be judged that it is normal.
본 발명에서 감시진단부는 상기 한계허용치를 벗어나는 픽셀의 전체 픽셀에 대한 비율이 기준비율 이하이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the monitoring diagnosis unit may determine that the vacuum state or the plasma state is normal when the ratio of all pixels of the pixel that exceeds the limit allowance is equal to or less than the reference ratio.
본 발명의 일 측면에 따른 진공플라즈마 감시방법은 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 진공 상태의 챔버 내부를 촬영한 제1 홀로그램 영상을 입력받는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제1 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제1 입자분포를 계산하는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제1 입자분포에 기초하여 상기 진공 상태의 정상 여부를 판단하는 단계; 상기 진공 상태가 정상인 것으로 판단되면, 상기 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영한 제2 홀로그램 영상을 입력받는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제2 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제2 입자분포를 계산하는 단계; 및 상기 감시제어부가 상기 제2 입자분포에 기초하여 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vacuum plasma monitoring method comprising: receiving, by a monitoring controller, a first hologram image of an interior of a vacuum chamber from a digital hologram sensor; Calculating, by the monitoring controller, a first particle distribution in the chamber from the first hologram image; Determining, by the monitoring controller, whether the vacuum state is normal based on the first particle distribution; If it is determined that the vacuum state is normal, the monitoring control unit receiving a second hologram image of the inside of the chamber in the plasma state from the digital hologram sensor; Calculating, by the monitoring controller, a second particle distribution in the chamber from the second hologram image; And determining, by the monitoring controller, whether the plasma state is normal based on the second particle distribution.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공플라즈마 감시방법은 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 진공 상태의 챔버 내부를 촬영한 제1 홀로그램 영상을 입력받는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제1 홀로그램 영상으로부터 제1 전류패턴을 추출하는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제1 전류패턴에 기초하여 상기 진공 상태의 정상 여부를 판단하는 단계; 상기 진공 상태가 정상인 것으로 판단되면, 상기 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영한 제2 홀로그램 영상을 입력받는 단계; 상기 감시제어부가 상기 제2 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제2 전류패턴을 추출하는 단계; 및 상기 감시제어부가 상기 제2 전류패턴에 기초하여 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vacuum plasma monitoring method comprising: receiving, by a monitoring controller, a first hologram image of an interior of a chamber in a vacuum state from a digital hologram sensor; Extracting, by the monitoring controller, a first current pattern from the first hologram image; Determining, by the monitoring controller, whether the vacuum state is normal based on the first current pattern; If it is determined that the vacuum state is normal, the monitoring control unit receiving a second hologram image of the inside of the chamber in the plasma state from the digital hologram sensor; Extracting, by the monitoring controller, a second current pattern inside the chamber from the second hologram image; And determining, by the monitoring controller, whether the plasma state is normal based on the second current pattern.
본 발명에서 제1 홀로그램 영상 및 제2 홀로그램 영상은 상기 챔버 내부의 쉬스 구조를 촬영한 영상일 수 있다.
In the present invention, the first hologram image and the second hologram image may be images of a sheath structure inside the chamber.
본 발명에 따르면, 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영한 디지털 홀로그램 영상으로부터 챔버 내부의 입자분포를 계산하거나 전류패턴을 추출하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태를 감시할 수 있다. According to the present invention, the vacuum state or the plasma state can be monitored by calculating the particle distribution or extracting the current pattern from the digital hologram image photographing the inside of the chamber in the vacuum state or the plasma state.
특히, 본 발명에 따르면 공정조건에 따라 민감하게 변화하는 챔버 내부의 쉬스 구조 및 웨이퍼 근방의 입자분포의 변화를 감시할 수 있기 때문에, 플라즈마 상태 감시의 정확도를 높일 수 있고 이에 따라 플라즈마 공정의 질을 높일 수 있다. In particular, according to the present invention, since the sheath structure inside the chamber that is sensitively changed depending on the process conditions and the particle distribution near the wafer can be monitored, the accuracy of the plasma state monitoring can be improved, thereby improving the quality of the plasma process. It can increase.
또한, 본 발명에 따르면, 플라즈마가 발생되기 전의 진공 상태를 먼저 감시한 후에 플라즈마 상태를 감시함으로써, 진공 상태를 기준으로 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있다.
In addition, according to the present invention, by monitoring the vacuum state before the plasma is first generated and then monitoring the plasma state, it is possible to monitor whether the plasma state is normal on the basis of the vacuum state.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템에서 영상처리부를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 디지털 홀로그램 센서를 이용하여 쉬스 구조를 촬영한 예시도이다.
도 5는 도 4에서 프리쉬스 층의 일부를 확대한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 디지털 홀로그램 센서에 의해 촬영된 영상으로부터 2-D 입자분포를 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템에의 디지털 홀로그램 센서에 의해 촬영된 영상으로부터 전류패턴을 추출한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공플라즈마 감시방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다. 1 is a block diagram of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing an example of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an image processor in a vacuum plasma monitoring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram of a sheath structure using a digital hologram sensor of a vacuum plasma monitoring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the frish layer in FIG. 4.
6 is an exemplary diagram illustrating 2-D particle distribution from an image photographed by a digital hologram sensor of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view of extracting a current pattern from an image photographed by a digital hologram sensor in a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating an operation flow of a vacuum plasma monitoring method according to an embodiment of the present invention.
9 is a flow chart showing the operation flow of the vacuum plasma monitoring method according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템 및 그 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.Hereinafter, a vacuum plasma monitoring system and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 일 예를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템에서 영상처리부를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing an example of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a present invention A block diagram illustrating an image processor in a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템은 디지털 홀로그램 센서(20), 감시제어부(100) 및 출력부(50)를 포함하며, 감시제어부(100)는 영상처리부(30) 및 감시진단부(40)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention includes a
챔버(10)는 반도체 공정을 수행하기 위하여 마련되는 공간으로서, 웨이퍼가 안착되는 척(미도시)을 구비하며, 챔버(10)의 내부는 수행되는 반도체 공정에 따라 진공 상태 또는 플라즈마 상태일 수 있다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10)는 척 또는 웨이퍼 부근의 쉬스 구조 촬영을 위해 적어도 하나의 창(window)을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
구체적으로, 챔버(10)는 후술할 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 조사되는 레이저광을 입력받거나 출력시키기 위한 적어도 하나의 창을 구비할 수 있다.In detail, the
예를 들어, 디지털 홀로그램 센서(20)가 Off-axis 방식으로 홀로그램 영상을 촬영하는 경우, 챔버(10)는 레이저광을 챔버(10) 내부로 받아들이기 위한 창(12)과 챔버(10) 외부로 내보내기 위한 창(11)을 구비할 수 있다.For example, when the
반면, 디지털 홀로그램 센서(20)가 On-axis 방식으로 홀로그램 영상을 촬영하는 경우, 챔버(10)는 레이저광을 챔버(10) 내부로 받아들이고, 반사된 광을 챔버(10) 외부로 내보내기 위한 하나의 창을 구비할 수 있다.On the other hand, when the
이러한 창은 챔버(10) 내부의 척 또는 웨이퍼 부근을 촬영할 수 있는 적절한 위치에 다양한 크기로 구비될 수 있다.Such a window may be provided in various sizes at an appropriate position to photograph the chuck or the wafer in the
디지털 홀로그램 센서(20)는 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 챔버(10) 내부를 촬영하여 홀로그램 영상을 생성한다.The
이러한 디지털 홀로그램 센서(20)는 레이저광을 챔버(10) 내부로 조사하는 광원(21), 광원(21)으로부터 조사되는 레이저광의 빔 폭을 확장시키는 빔 확장기(23) 및 챔버(10) 내부의 입자에 의해 반사된 빛이 저장되는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서(25)를 포함할 수 있다.The
이때, 기준광은 빔 확장기(23)를 통해 챔버(10)에 입사되는 광을 의미하고, 물체광은 챔버(10) 내부의 입자에 의해 반사되는 광을 의미하며, 물체광에는 3차원 영상이 홀로그램 형태로 포함되어 있다.In this case, the reference light refers to light incident to the
이러한 기준광과 물체광 사이에는 간섭 패턴이 형성되며, 이는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.An interference pattern is formed between the reference light and the object light, which can be expressed by
여기서 R은 기준광, O는 물체광을 의미하며, R*와 O*는 각각 기준광과 물체광의 켤레 복소수를 의미한다.Where R is the reference light, O is the object light, and R * and O * are the complex conjugate of the reference light and the object light, respectively.
CCD 센서(25)로 전달되는 기준광과 물체광의 간섭 패턴은 2차원 홀로그램 영상으로 되어 있으며, CCD 센서(25)는 간섭 패턴을 전기 신호로 변환하여 감시제어부(100)의 영상처리부(30)로 전달한다.The interference pattern between the reference light and the object light transmitted to the
감시제어부(100)는 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 입력되는 홀로그램 영상을 이용하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태를 감시하며, 영상처리부(30) 및 감시진단부(40)를 포함한다.The
먼저, 영상처리부(30)는 영상복원기(39)를 구비하여 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 입력되는 홀로그램 영상을 복원한다.First, the
구체적으로, 영상처리부(30)의 영상복원기(39)는 CCD 센서(25)로부터 전달되는 전기 신호를 디지털 신호 처리하여 3차원 홀로그램 영상을 수치적 방법으로 복원할 수 있다. 이러한 수치적 복원 방법은 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.In detail, the
여기서 '*'는 콘볼루션(convolution) 연산자이고, hz는 깊이 방향 좌표 z에서 자유공간 임펄스 응답함수이며, Iz는 깊이 방향 좌표 z에 복원된 물체의 영상을 의미한다.Here, '*' is a convolution operator, h z is a free space impulse response function at the depth direction z , and I z is an image of an object reconstructed at the depth direction z.
전술한 수학식 2에 따른 수치적 복원은 홀로그램에 기준광을 입사시켜 물체의 3차원 영상을 복원하는 광학적 방법의 홀로그램 복원에 대응하는 수치적 연산 방법으로서, 회절 이론을 이용한 디지털 뒷 전파(back propagation)에 대응하며 프레스넬 변환(Fresnel transformation)을 이용할 수 있다. Numerical reconstruction according to Equation 2 described above is a numerical operation method corresponding to hologram reconstruction of an optical method of reconstructing a three-dimensional image of an object by injecting a reference light into the hologram, and digital back propagation using diffraction theory. Fresnel transformation can be used.
이후, 영상처리부(30)는 복원된 홀로그램 영상으로부터 챔버(10) 내부의 입자분포를 계산할 수 있고, 복원된 홀로그램 영상으로부터 전류패턴을 추출할 수 있다.Thereafter, the
이를 위해 영상처리부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내부의 입자분포를 계산하는 1-D 입자 카운터(31), 2-D 입자 카운터(33), 3-D 입자 카운터(35) 및 챔버(10) 내부의 전류패턴을 추출하는 전류패턴 추출기(37) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.To this end, the
영상처리부(30)가 1-D 입자 카운터(31), 2-D 입자 카운터(33), 3-D 입자 카운터(35)를 이용하여 챔버(10) 내부의 입자분포를 계산하는 과정과 전류패턴 추출기(37)를 이용하여 챔버(10) 내부의 전류패턴을 추출하는 구체적인 과정에 대해서는 후술한다.The
감시진단부(40)는 영상처리부(30)로부터 제공되는 챔버(10) 내부의 입자분포 또는 전류패턴에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인지 여부를 감시한다.The
이때, 감시진단부(40)는 챔버(10) 내부의 입자분포 또는 전류패턴을 정상상태의 입자분포 또는 정상상태의 전류패턴과 비교하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인지 여부를 감시할 수 있다. In this case, the
출력부(50)는 감지진단부(40)에 의해 판단된 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 출력한다. 이러한 출력부(50)는 램프(미도시) 또는 디스플레이 패널(미도시)을 구비하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 표시할 수 있다.
The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 디지털 홀로그램 센서를 이용하여 쉬스 구조를 촬영한 예시도이고, 도 5는 도 4에서 프리쉬스 층(B층)의 일부를 확대한 예시도이다. 4 is an exemplary diagram of a sheath structure using a digital hologram sensor of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of a portion of a frish sheath layer (B layer) in FIG. 4. It is also.
도 4의 (A)와 (B)는 각각 디지털 홀로그램 센서(20)를 이용하여 진공 상태 및 플라즈마 상태의 쉬스 구조를 촬영한 예시도이다. 4A and 4B are exemplary views photographing a sheath structure in a vacuum state and a plasma state using the
도 4를 참조하면, 밝은 색의 A층은 입자밀도가 낮은 쉬스 층, 어두운 색의 B층은 입자밀도가 높은 프리쉬스 층임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the bright A layer is a sheath layer having a low particle density, and the dark B layer is a preshes layer having a high particle density.
아울러, 도 4를 참조하면, 진공 상태의 쉬스 구조와 플라즈마 상태의 쉬스 구조가 유사함을 확인할 수 있고, 플라즈마 상태의 쉬스 구조가 진공 상태의 쉬스구조로부터 도출될 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 4, it can be seen that the sheath structure of the vacuum state and the sheath structure of the plasma state are similar, and that the sheath structure of the plasma state can be derived from the sheath structure of the vacuum state.
또한, 도 4와 도 5에서 어두운 색으로 표시된 검은 입자들은 전기적으로 음의 전하를 가지고 있다는 것이 이미 실험적으로 확인되었다. In addition, it has already been experimentally confirmed that black particles shown in dark colors in FIGS. 4 and 5 have an electrically negative charge.
도 5를 참조하면, 진공 또는 플라즈마 공간은 검은 입자로 채워져 있으며 이러한 검은 입자들은 서로 연결되어 원 또는 필라멘트를 형성하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 진공 또는 플라즈마에 공통적으로 적용될 수 있는 음의 전하는 전자이기 때문에 이러한 검은 입자는 전자라고 가정할 수 있다.
Referring to FIG. 5, it can be seen that the vacuum or plasma space is filled with black particles, and these black particles are connected to each other to form a circle or filament. In addition, since the negative charge that can be commonly applied to vacuum or plasma is electrons, it can be assumed that such black particles are electrons.
이하, 영상처리부(30)가 1-D 입자 카운터(31)를 이용하여 도 4와 도 5에 도시된 영상으로부터 입자수를 계산하는 과정 및 감시진단부(40)가 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 과정을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the
도 5에 도시된 영상에서 입자수(N)는 임의의 그레이 스케일 범위(GR; Gray Scale Range)에 대해서 아래의 수학식 3에 의해 픽셀(pixel) 단위로 계산될 수 있다.In the image illustrated in FIG. 5, the particle number N may be calculated in units of pixels by using Equation 3 below for an arbitrary gray scale range (GR).
여기서, GR은 미리 설정되는 임의의 그레이 스케일 범위를 의미하며, 어두운 색의 입자수를 계산하기 위해서 낮은 값의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.Here, GR means an arbitrary gray scale range which is set in advance, and it is preferable that it is set to a low value range in order to calculate the number of particles of dark color.
영상의 각 픽셀은 비트 값(그레이 스케일 값)에 따라 다른 색을 가지기 때문에, 이를 이용하여 홀로그램 영상으로부터 임의의 그레이 스케일 범위에 해당하는 입자수를 계산할 수 있다. Since each pixel of the image has a different color according to the bit value (gray scale value), the number of particles corresponding to an arbitrary gray scale range may be calculated from the hologram image.
이때, 각 픽셀에서의 LSB(Least Significant bit)는 테스트 과정을 거쳐서 결정되며, 테스트 과정은 카메라를 제조하는 회사에서 일반적으로 행해지는 방식이므로 그 자세한 설명은 생략한다.In this case, the LSB (Least Significant bit) in each pixel is determined through a test process, and the detailed description is omitted since the test process is generally performed by a company manufacturing a camera.
예를 들어, CCD 센서(25)의 각 픽셀이 8비트인 경우, 각 LSB는 178.7(~179)개의 입자를 포함할 수 있다. 만약, CCD 센서(25)의 각 픽셀이 12비트인 경우 각 LSB는 10개의 입자를 포함할 수 있다. For example, when each pixel of the
CCD 센서(25)의 각 픽셀이 8비트인 경우, 각 픽셀은 0-255의 그레이 스케일 값으로 표현될 수 있으며, 이러한 그레이 스케일 값에 전술한 178.7(~179)를 곱하면 해당 픽셀에서의 입자수를 계산할 수 있다. 즉, 각 픽셀의 입자수는 아래의 수학식 4로 계산될 수 있다.If each pixel of the
여기서 g(i,j)는 임의의 (i,j) 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값이고 α는 CCD 센서(25) 고유의 LSB당 입자수를 의미한다. 따라서, 임의의 그레이 스케일 범위에 포함되는 입자수는 아래의 수학식 5로 계산될 수 있다.Where g (i, j) is the gray scale value at any (i, j) pixel position and α represents the number of particles per LSB inherent to the
한편, CCD 센서(25)로부터 전달되는 영상에서 입자수는 그레이 스케일 값이 높을 수록 많아진다.On the other hand, the number of particles in the image transmitted from the
그러나, CCD 센서(25)에 의해 촬영된 객체 영역(즉, 챔버 내부)에서의 입자수는 이와 반대가 된다. 즉, CCD 센서(25)에서 어둡게 표시된 부분에 대응되는 객체 영역에는 많은 입자가 존재하고 있다는 것이므로 객체 영역에서의 그레이 스케일 값은 CCD 센서(25)의 그레이 스케일 값과 반전된 값을 이용하여야 한다. However, the number of particles in the object region (that is, inside the chamber) captured by the
따라서, 객체 영역에 대한 각 픽셀의 입자수는 아래의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다. Therefore, the number of particles of each pixel for the object region may be calculated as in Equation 6 below.
여기서 은 g(i,j)의 반전된 그레이 스케일 값을 의미한다. 그레이 스케일 값이 반전되었다는 의미는 아래의 수학식 7에 의해 정의될 수 있다. here Means the inverted gray scale value of g (i, j) . Meaning that the gray scale value is inverted may be defined by Equation 7 below.
즉, g의 그레이 스케일 값은 수학식 7의 (1)과 같이 정렬되고, 의 그레이 스케일 값은 수학식 7의 (2)와 같이 정렬되며, (1)과 (2)의 관계는 (3)으로 표현될 수 있다. That is, the gray scale values of g are arranged as in Equation (1), The gray scale values of are aligned as shown in Equation (2), and the relationship between (1) and (2) may be represented by (3).
여기서, n은 디지털 홀로그램 센서(20)에 포함된 CCD 센서(25)의 각 픽셀당 비트를 의미하고, Ai는 임의의 (i,j) 픽셀 위치에서의 비트 값(즉, 그레이 스케일 값)을 의미하며, 상술한 수학식 4의 g(i,j) 값을 의미한다. 마찬가지로, Bi는 임의의 (i,j) 픽셀 위치에서 Ai의 반전된 비트 값(즉, 그레이 스케일 값)을 의미하며, 상술한 수학식 6의 값을 의미한다.Here, n denotes a bit per pixel of the
예를 들어, CCD 센서(25)의 각 픽셀이 8비트인 경우, g의 그레이 스케일 값은 0에서 255까지 1 간격으로 증가하며 정렬되고, 의 그레이 스케일 값은 255에서 0까지 1 간격으로 감소하며 정렬된다.For example, if each pixel of
즉, CCD 센서(25)에서 임의의 픽셀의 입자수는 수학식 4에 의해 계산되고, 촬영된 객체 영역에 대한 임의의 픽셀의 입자수는 수학식 6과 같이 변환된 그레이 스케일 값을 이용하여 계산될 수 있다.That is, in the
한편, 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 챔버(10) 내부의 입자 정보는 CCD 센서(25)를 이용하여 촬영되는 것이 일반적이다. 하지만, CCD 센서(25) 외에 디지털 카메라나 웹 카메라 등 기타 다양한 촬영장치를 이용할 수 있으며, 이 경우에도 촬영된 영상으로부터 입자수를 계산할 수 있다. 다만, LSB당 입자수는 별도의 과정을 거쳐서 결정될 것이다.On the other hand, the particle information inside the
정리하면, 영상처리부(30)는 임의의 그레이 스케일 범위(GR)에 대해서 객체 영역에 분포하는 즉, 챔버(10) 내에 분포하는 입자수를 아래의 수학식 8을 이용하여 계산할 수 있다.In summary, the
이후, 감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산한 입자수에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단한다.Thereafter, the
이때, 감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산한 입자수를 아래의 수학식 9와 같이 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서의 기준입자수와 비교하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 확인할 수 있다. In this case, the
여기서, Nr e는 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 계산되는 기준입자수를 의미하고, Ne는 영상처리부(30)에서 계산된 입자수를 의미하며, T1n은 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있는 제1 허용기준치를 의미한다.Here, N r e denotes the reference particle count calculated in a normal vacuum state or plasma state, N e means the particle count calculated in the
또한, 제1 허용기준치(T1n)는 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 측정되는 입자수의 평균과 표준편차를 이용하여 설정될 수 있다. In addition, the first acceptance reference value T 1n may be set using an average and a standard deviation of the number of particles measured in a normal vacuum state or a plasma state.
즉, 감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산된 입자수와 정상적인 상태에서의 기준입자수를 비교하여 그 차이값이 제1 허용기준치 이내이면 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하고, 제1 허용기준치를 벗어나면 정상이 아닌 것으로 판단한다. That is, the
이어서, 감지진단부(40)는 출력부(50)를 제어하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 표시할 수 있다. Subsequently, the
한편, 수학식 9에서 Ne와 Nr e 대신에 수학식 3의 N과 Nr을 이용할 수도 있다.
Meanwhile, in Equation 9 Instead of N e and N r e , N and N r of Equation 3 may be used.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템의 디지털 홀로그램 센서에 의해 촬영된 영상으로부터 2-D 입자분포를 도시한 예시도이다.6 is an exemplary diagram illustrating 2-D particle distribution from an image photographed by a digital hologram sensor of a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
이하, 영상처리부(30)가 2-D 입자 카운터(33)를 이용하여 입자분포를 계산하는 과정 및 감시진단부(40)가 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 과정을 도 6을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a process in which the
영상처리부(30)는 디지털 홀로그램 센서(20)에 의해 촬영된 홀로그램 영상으로부터 x축 또는 y축 방향으로의 입자분포를 아래의 수학식 10을 이용하여 계산할 수 있다.The
이때, 임의의 영상의 크기는 m×n (pixels)로 표현되고, m과 n은 각각 x축과 y축 방향의 전체 픽셀 수를 의미한다. 또한, Δx와 Δy는 x축과 y축 방향의 구간분리를 위한 변수에 해당한다.In this case, the size of an arbitrary image is expressed as m × n (pixels), and m and n mean total number of pixels in the x-axis and y-axis directions, respectively. Also, Δx and Δy correspond to variables for section separation in the x- and y-axis directions.
x축 방향으로 입자수를 계산할 경우, x축상의 i번째 위치에서 입자수 계산을 위한 영상크기는 Δxi×n으로 결정되어 주어진 그레이 스케일 범위(GR)에 포함되는 입자수를 계산할 수 있으며, 이는 Ni로 표현된다. When calculating the number of particles in the x-axis direction, the image size for calculating the number of particles at the i-th position on the x-axis is determined as Δx i × n to calculate the number of particles included in a given gray scale range GR. It is represented by N i .
y축 방향의 임의의 j번째 위치에서의 입자수를 동일한 방식으로 계산할 수 있으며, 이는 Nj로 표현된다.The number of particles at any j-th position in the y-axis direction can be calculated in the same way, which is represented by N j .
이와 같이 수학식 10을 이용하면, 임의의 (i,j) 픽셀 위치에서의 2-D 입자분포를 계산할 수 있다.As such, using
도 6에는 도 4의 (A)에 도시된 진공 상태의 쉬스 구조 영상에 수학식 10을 적용하여 계산한 2-D 입자분포가 도시되어 있다. 도 6은 y축 방향으로 '0-100'의 그레이 스케일 범위(GR)에 대해서 Δy를 '1'로 고정한 상태에서 계산된 입자분포이다. 여기서, 입자수 분포 계산을 위한 그레이 스케일 범위(GR)와 Δx,Δy의 크기는 임의로 설정될 수 있다. FIG. 6 illustrates a 2-D particle distribution calculated by applying
도 6에는 각 층의 피크(peak)가 'a, b, c, d'로 표기되어 있으며, 척 또는 웨이퍼의 부근의 위치가 'e'로 표기되어 있다. 각 층의 층간 두께와 층간 입자수는 공정조건에 따라 다양하게 변화되며, 이를 플라즈마 감시에 활용할 수 있다.In FIG. 6, the peak of each layer is denoted by 'a, b, c, d', and the position near the chuck or the wafer is denoted by 'e'. The thickness of each layer and the number of particles in each layer vary according to the process conditions, which can be used for plasma monitoring.
감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산한 입자분포에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단한다.The
이때, 감시진단부(40)는 아래의 수학식 11과 같이 영상처리부(30)에서 계산한 입자분포를 이용하여 측정되는 임의의 층간 두께를 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서의 층간 기준두께와 비교하여 그 차이값이 허용두께차 이내인지 여부에 따라 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있다. In this case, the
즉, 감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산되는 층간 두께를 정상적인 상태에서의 층간 기준두께와 비교하여 그 차이값이 허용두께차 이내이면 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하고, 허용두께차를 벗어나면 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상이 아닌 것으로 판단한다. That is, the
여기서 Dr은 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 임의의 피크 간(b와 c, a와 b, a와 f 등) 층간 기준두께를 의미하고, D는 영상처리부(30)에서 계산한 입자분포를 이용하여 측정되는 임의의 피크 간 층간 두께를 의미하며, Td는 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있는 허용두께차를 의미한다.Where D r denotes an interlayer reference thickness between arbitrary peaks (b and c, a and b, a and f, etc.) in a normal vacuum state or plasma state, and D uses particle distribution calculated by the
또한, 허용두께차(Td)는 전술한 제1 허용기준치(T1n)와 마찬가지로 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 측정되는 입자수의 평균과 표준편차를 이용하여 설정될 수 있고, 공정조건과 장비특성에 따라 다양하게 조정될 수 있다. In addition, the allowable thickness difference T d may be set using the average and the standard deviation of the number of particles measured in the normal vacuum state or the plasma state, similar to the above-described first allowable reference value T 1n , and the process conditions and equipment It can be adjusted in various ways according to the characteristics.
한편, 감시진단부(40)는 아래의 수학식 12와 같이 영상처리부(30)에서 계산한 입자분포를 이용하여 측정되는 임의의 층간 입자수를 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서의 층간 기준입자수와 비교하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수도 있다. On the other hand, the monitoring
즉, 감시진단부(40)는 영상처리부(30)에서 계산되는 층간 입자수를 정상적인 상태에서의 층간 기준입자수와 비교하여 그 차이값이 제2 허용기준치 이내이면 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하고, 제2 허용기준치를 벗어나면 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상이 아닌 것으로 판단할 수 있다.That is, the
이때, 층간 입자수는 아래의 수학식 13에 의해 산출될 수 있다. In this case, the number of interlayer particles may be calculated by Equation 13 below.
여기서, Nr은 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서의 임의의 피크 간(b와 c, a와 b, a와 f 등) 층간 기준입자수를 의미하고, N은 영상처리부(30)에서 계산된 입자분포를 이용하여 측정되는 임의의 피크 간 층간 입자수를 의미하며, T2n은 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있는 제2 허용기준치를 의미한다. Here, N r means the number of interlayer reference particles between any peaks (b and c, a and b, a and f, etc.) in a normal vacuum state or plasma state, and N is a particle calculated by the
제2 허용기준치(T2n)는 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 측정되는 층간 입자수의 평균과 표준편차를 이용하여 설정될 수 있다.The second acceptance reference value T 2n may be set using an average and a standard deviation of the interlayer particle number measured in a normal vacuum state or a plasma state.
여기서 a와 b는 감시하고자 하는 두 피크의 위치이고, Nj는 y축 상에서 두 피크 a,b 사이에 있는 임의의 j번째 위치에서의 입자수를 의미한다.Where a and b are positions of two peaks to be monitored, and N j is the number of particles at any j th position between two peaks a and b on the y-axis.
한편, 도 6에는 y축 방향의 입자분포가 도시되어 있지만, x축 방향으로도 동일하게 입자분포를 계산할 수 있다. 따라서 감시진단부(40)는 x축 상의 임의의 구간에서의 입자분포를 이용하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태를 감시할 수도 있다.
Meanwhile, although the particle distribution in the y-axis direction is shown in FIG. 6, the particle distribution can be calculated similarly in the x-axis direction. Therefore, the
이어서, 영상처리부(30)가 3-D 입자 카운터(35)를 이용하여 입자분포를 계산하는 과정 및 감시진단부(40)가 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 과정을 설명한다.Next, the process of calculating the particle distribution by the
영상처리부(30)는 디지털 홀로그램 센서(20)에서 촬영된 홀로그램 영상으로부터 임의의 깊이(depth) 방향에서의 영상(x pixel × y pixel)을 프레스넬 변환기법을 적용하여 복원할 수 있으며, 복원된 영상의 입자분포를 추출할 수 있다. The
영상처리부(30)는 이러한 입자분포를 z축 방향에 적용하여 챔버(10) 내부의 3-D 입자분포를 계산할 수 있다.The
구체적으로, z축 방향은 챔버(10)의 측면(lateral) 방향이며, 따라서 영상처리부(30)는 임의의 챔버(10) 측면방향에서의 2차원 입자분포를 수집하고, 이를 전체 챔버(10) 측면방향에 적용하여 챔버(10) 내 3차원 공간에서의 입자분포를 수집할 수 있다. Specifically, the z-axis direction is the lateral direction of the
감시진단부(40)는 영상처리부(30)에 의해 계산되는 일부 또는 전체 챔버(10)의 측면 방향에서의 3-D 입자분포를 이용하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태를 감시할 수 있다. 이를 위해 앞에서 설명한 입자수를 계산하는 수학식들이 적용될 수 있을 것이다.
The
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시시스템에서 영상처리부가 홀로그램 영상으로부터 전류패턴을 추출한 예시도이다.7 is an exemplary diagram in which an image processor extracts a current pattern from a hologram image in a vacuum plasma monitoring system according to an embodiment of the present invention.
마지막으로, 영상처리부(30)가 전류패턴 추출기(37)를 이용하여 도 4와 도 5에 도시된 영상으로부터 전류패턴을 추출하는 과정 및 감시진단부(40)가 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 과정을 설명한다.Finally, the
영상처리부(30)의 전류패턴 추출기(37)는 디지털 홀로그램 센서(20)에서 촬영된 원본 홀로그램 영상 또는 영상처리부(30)에서 복원된 홀로그램 영상에서 일부 영역의 영상을 추출한다. 이때, 실시간 분석을 위해서는 분석하는 영상의 크기가 작은 것이 바람직하다.The
이후, 영상처리부(30)는 추출된 일부 영역의 영상에 아래의 수학식 14를 적용하여 전류패턴을 추출한다.Thereafter, the
여기서 Gp는 미리 설정된 그레이 스케일 범위(GR)에 포함되는 픽셀의 그레이 스케일 값을 의미하고, n은 CCD 센서(25)의 각 픽셀의 비트를 의미한다. Here, G p means a gray scale value of a pixel included in a preset gray scale range GR, and n means a bit of each pixel of the
예를 들어, CCD 센서(25)의 각 픽셀이 8비트인 경우, 설정된 그레이 스케일 범위(GR)에 포함되는 픽셀들은 '0'의 값을 가지고, 그 외의 픽셀들은 '255'의 값을 가지게 되며, 영상처리부(30)는 '0'의 값을 가지는 픽셀들을 연결하여 전류패턴을 생성할 수 있다.For example, when each pixel of the
여기서, '0'와 '255'는 각각 검은색과 흰색에 해당한다. 전류패턴은 검은색으로 나타나지만 다른 색으로 표기될 수 있음은 물론이다. 즉, 서로 다른 그레이 스케일 범위에서 서로 다른 색으로 전류패턴을 형성할 수 있다. Here, '0' and '255' correspond to black and white, respectively. Although the current pattern is shown in black, it can be expressed in other colors. That is, the current patterns may be formed in different colors in different gray scale ranges.
예를 들어, 도 7에는 도 5에 도시된 입자분포에 '80~90'의 그레이 스케일 범위를 적용하여 추출한 전류패턴이 도시되어 있다.For example, FIG. 7 illustrates a current pattern extracted by applying a gray scale range of '80 to 90 'to the particle distribution illustrated in FIG. 5.
도 7에 도시된 바와 같이, 입자들의 궤적인 전류는 다양한 루프를 형성하고 있으며, 이들은 상호 연결되어 전류 네트워크를 형성하고 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, it can be seen that the trajectory currents of the particles form various loops, which are interconnected to form a current network.
진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 경우의 전류패턴과 정상이 아닌 경우의 전류패턴은 서로 다르기 때문에, 감시진단부(40)는 아래의 수학식 15를 이용하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있다. Since the current pattern when the vacuum state or the plasma state is normal and the current pattern when the state is not normal are different, the
여기서 Gr(i,j)는 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 수집된 영상의 전류패턴을 구성하는 특정 픽셀 위치에서의 기준 그레이 스케일 값을 의미하고, G(i,j)는 전류패턴 추출기(37)에서 추출한 전류패턴을 구성하는 특정 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값을 의미한다. T는 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적인 것으로 판단할 수 있는 한계허용치를 의미하며, 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 추출되는 전류패턴의 평균과 표준편차를 이용하여 설정될 수 있다. Here, G r (i, j) denotes a reference gray scale value at a specific pixel position constituting a current pattern of an image collected in a normal vacuum state or plasma state, and G (i, j) represents a
즉, 감시진단부(40)는 Gr(i,j)와 G(i,j)의 차이가 한계허용치 이내이면, 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적인 것으로 판단하고, 한계허용치를 벗어나면 해당 위치에서의 전류 흐름이 정상적이지 않은 것이므로 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적이지 않은 것으로 판단한다. That is, the
또한, 감시진단부(40)는 한계허용치를 벗어나는 픽셀의 전체 대상 픽셀에 대한 비율이 미리 설정된 기준비율을 초과하는 경우, 진공 상태 또는 플라즈마 상태에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 감시진단부(40)는 한계허용치를 벗어나는 픽셀이 전체 대상 픽셀의 5%를 초과하는 경우, 진공 상태 또는 플라즈마 상태에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.For example, the
이때, 기준비율은 감시하는 전류패턴의 복잡성과 밀도에 따라 다양하게 조정될 수 있으며, 이러한 감시 동작에 의해 입자 단위의 플라즈마 고장 감시가 가능해진다. 또한, 그레이 스케일 값을 낮은 값으로 설정하면, 전류 궤적의 수가 상대적으로 적어져 감시 성능을 높일 수 있다.In this case, the reference ratio may be variously adjusted according to the complexity and density of the current pattern to be monitored, and by this monitoring operation, plasma failure monitoring on a particle basis becomes possible. In addition, when the gray scale value is set to a low value, the number of current trajectories is relatively small, thereby improving monitoring performance.
한편, 감시진단부(40)는 복잡한 전류패턴을 인식하는 패턴인식기법을 이용하여 이를 감시 및 진단에 활용할 수도 있다. 이러한 패턴인식기법으로는 신경망과 퍼지논리 등의 전산지능 모델이 이용될 수 있다. On the other hand, the monitoring
즉, 감시진단부(40)는 진공 또는 플라즈마 상태에서 촬영된 홀로그램 영상에 대해 전류를 구성하는 픽셀 패턴을 신경망을 이용하여 모델링하고, 개발된 모델의 성능을 아래의 수학식 16에 의해 평가하여 진공 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수 있다. That is, the
여기에서 RMSEr은 정상적인 진공 상태 또는 플라즈마 상태에서 수집된 전류패턴을 가지고 모델을 개발하였을 때의 테스트 데이터에 대한 RMSE(Root Mean-Square Error)를 의미한다. RMSE는 테스트 영상을 구성하는 전류패턴의 입력패턴에 대한 모델예측치와 입력패턴에 대한 출력치 간의 에러를 의미한다. Here, RMSE r means root mean-square error (RMSE) for test data when a model is developed using current patterns collected in a normal vacuum or plasma state. RMSE refers to an error between the model predicted value of the input pattern of the current pattern and the output value of the input pattern constituting the test image.
Te는 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적인 것으로 판단할 수 있는 허용에러치를 의미하며, 공정조건과 장비에 따라 다양하게 조정될 수 있다. T e means an allowable error that can be determined that the vacuum state or the plasma state is normal, and can be adjusted in various ways according to the process conditions and equipment.
이때, 감시진단부(40)는 RMSEr에 대한 RMSE의 차이값이 10% 이내이면 진공 또는 플라즈마 상태가 정상적인 것으로 판단할 수 있다. In this case, the
챔버의 여러 위치에서 결정되는 3-D 전류패턴의 경우, 다중 (multiple) 신경망이 적용될 수 있으며, 전술한 수학식 16이 각 모델 예측치에 적용될 수 있다. 적용결과 한계 범위를 벗어나는 공간이 진공 플라즈마 고장이 생긴 위치로 진단될 수 있다.
In the case of the 3-D current pattern determined at various positions of the chamber, multiple neural networks may be applied, and Equation 16 described above may be applied to each model prediction value. As a result of the application, the space outside the limit can be diagnosed as the location where the vacuum plasma failure occurred.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공플라즈마 감시방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다. 8 is a flowchart illustrating an operation flow of the vacuum plasma monitoring method according to an embodiment of the present invention, with reference to this will be described the specific operation of the present invention.
우선, 감시제어부(100)는 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 진공 상태의 챔버(10) 내부를 촬영한 홀로그램 영상을 입력받는다(S110).First, the
그러면, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 입력된 홀로그램 영상으로부터 입자수를 계산한다(S120).Then, the
이때, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 앞에서 설명한 바와 같이 홀로그램 영상에 1-D 입자 카운터(31), 2-D 입자 카운터(33), 3-D 입자 카운터(35) 중 적어도 하나를 적용하여 입자수를 계산할 수 있다. At this time, the
이후, 감시제어부(100)의 감시진단부(40)는 계산된 입자수를 정상적인 진공 상태에서의 기준입자수와 비교하여 그 차이값이 허용기준치 이내인지 여부를 확인한다(S130).Thereafter, the
만약, 상기의 차이값이 허용기준치 이내이면, 정상적인 진공 상태인 것이므로 감시제어부(100)는 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 플라즈마 상태의 챔버(10) 내부를 촬영한 홀로그램 영상을 입력받는다(S140).If the difference value is within the allowable reference value, since the normal vacuum state, the
이후, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 입력된 홀로그램 영상으로부터 입자수를 계산한다(S150).Thereafter, the
이때, 단계 S130과 마찬가지로 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 홀로그램 영상에 1-D 입자 카운터(31), 2-D 입자 카운터(33), 3-D 입자 카운터(35) 중 적어도 하나를 적용하여 입자수를 계산할 수 있다. At this time, as in step S130, the
감시제어부(100)의 감시진단부(40)는 계산된 입자수를 정상적인 플라즈마 상태에서의 기준입자수와 비교하여 그 차이값이 허용기준치 이내인지 여부를 확인하고(S160), 그 차이값이 허용기준치 이내이면, 정상적인 플라즈마 상태인 것이므로 감시를 종료한다.The
반면, 단계 S130과 단계 S160에서, 계산된 입자수와 기준입자수의 차이값이 허용기준치를 벗어나는 경우에는 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적이지 않은 것이므로, 감시제어부(100)는 출력부(50)를 제어하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 고장상태를 출력하여 표시한다(S170).
On the other hand, in step S130 and step S160, if the difference value between the calculated particle number and the reference particle number is outside the allowable reference value, since the vacuum state or the plasma state is not normal, the
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공플라즈마 감시방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공플라즈마 감시방법을 설명한다.9 is a flow chart illustrating an operation flow of the vacuum plasma monitoring method according to another embodiment of the present invention, with reference to this will be described a vacuum plasma monitoring method according to another embodiment of the present invention.
앞에서 설명한 실시예에서는 감시제어부(100)의 영상처리부(30)가 홀로그램 영상으로부터 입자수를 계산하고, 감시진단부(40)가 이에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 경우에 대해서 설명하였다. In the above-described embodiment, the
하지만, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)가 홀로그램 영상으로부터 전류패턴을 추출하고, 감시진단부(40)가 이에 기초하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시할 수도 있다. However, the
우선, 감시제어부(100)는 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 진공 상태의 챔버(10) 내부를 촬영한 홀로그램 영상을 입력받는다(S210).First, the
그러면, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 입력된 홀로그램 영상으로부터 전류패턴을 추출한다(S220).Then, the
이때, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 홀로그램 영상의 일부 영역을 추출하고 이진화하여 전류패턴을 추출할 수 있다. In this case, the
이후, 감시제어부(100)의 감시진단부(40)는 추출된 전류패턴의 특정 픽셀 위치의 그레이 스케일 값을 정상적인 진공 상태에서의 해당 픽셀 위치의 기준 그레이 스케일 값과 비교하여 그 차이값이 한계허용치 이내인지 여부를 확인한다(S230).Subsequently, the
만약, 상기의 차이값이 한계허용치 이내이면, 정상적인 진공 상태인 것이므로 감시제어부(100)는 디지털 홀로그램 센서(20)로부터 플라즈마 상태의 챔버(10) 내부를 촬영한 홀로그램 영상을 입력받는다(S240).If the difference value is within the limit allowable value, since the normal vacuum state, the
이후, 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 입력된 홀로그램 영상으로부터 전류패턴을 추출한다(S250).Thereafter, the
이때, 단계 S220과 마찬가지로 감시제어부(100)의 영상처리부(30)는 홀로그램 영상의 일부 영역을 추출하고 이진화하여 전류패턴을 추출할 수 있다. At this time, as in step S220, the
감시제어부(100)의 감시진단부(40)는 추출된 전류패턴의 특정 픽셀 위치의 그레이 스케일 값을 정상적인 진공 상태에서의 해당 픽셀 위치의 기준 그레이 스케일 값과 비교하여 그 차이값이 한계허용치 이내인지 여부를 확인하고(S260), 그 차이값이 한계허용치 이내이면, 정상적인 플라즈마 상태인 것이므로 감시를 종료한다.The
반면, 단계 S230과 단계 S260에서, 추출된 전류패턴의 특정 픽셀 위치의 그레이 스케일 값과 해당 픽셀 위치의 기준 그레이 스케일 값의 차이값이 한계허용치를 벗어나는 경우에는 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상적이지 않은 것이므로, 감시제어부(100)는 출력부(50)를 제어하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 고장상태를 출력하여 표시한다(S270).On the other hand, in step S230 and S260, if the difference value between the gray scale value of the specific pixel position of the extracted current pattern and the reference gray scale value of the corresponding pixel position is outside the limit tolerance, the vacuum state or the plasma state is not normal. The
한편, 본 실시예에서는 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 쉬스 구조를 촬영한 영상을 이용하여 진공 상태 또는 플라즈마 상태를 감시하는 시스템 및 방법에 대해 설명하였으나, 촬영되는 영역은 쉬스 구조에 한정되지 않으며, 기타 다른 영역에 존재하는 입자 또는 입자패턴을 촬영하고 감시하는 것도 가능할 것이다. Meanwhile, in the present embodiment, a system and method for monitoring a vacuum state or a plasma state by using an image of a sheath structure in a vacuum state or a plasma state have been described, but the region to be photographed is not limited to the sheath structure. It may be possible to photograph and monitor particles or particle patterns present in the area.
그리고, 본 실시예에서는 영상처리부(30)가 1-D 입자 카운터(31), 2-D 입자 카운터(33), 3-D 입자 카운터(35) 및 전류패턴 추출기(37)를 각각 이용하여 챔버(10) 내부의 입자분포 또는 전류패턴을 계산하는 경우를 예로 들었으나, 상기의 방법들은 다양하게 조합되어 진공 또는 플라즈마 상태 감시에 적용될 수 있을 것이다. In the present embodiment, the
또한, 본 실시예는 검은 입자가 전자인 경우를 가정하여 설명하였으나, 검은 입자가 전자가 아닌 경우에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다. In addition, the present embodiment has been described on the assumption that the black particles are electrons, but the same may be applied to the case where the black particles are not electrons.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10 : 챔버
11,12 : 창
20 : 디지털 홀로그램 센서
21 : 광원
23 : 빔 확장기
25 : CCD 센서
100 : 감시제어부
30 : 영상처리부
31 : 1-D 카운터
33 : 2-D 카운터
35 : 3-D 카운터
37 : 전류패턴 추출기
39 : 영상복원기
40 : 감시진단부
50 : 출력부10: chamber
11,12: window
20: digital hologram sensor
21: light source
23: beam expander
25: CCD sensor
100: supervisory control unit
30: image processing unit
31: 1-D counter
33: 2-D counter
35: 3-D counter
37: current pattern extractor
39: video restorer
40: monitoring diagnosis unit
50: Output section
Claims (22)
상기 디지털 홀로그램 센서에 의해 생성된 상기 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 입자분포를 계산하는 영상처리부; 및
상기 영상처리부에 의해 계산된 상기 챔버 내부의 입자분포에 기초하여 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 감시진단부를 포함하되, 상기 감시진단부는 상기 진공 상태의 정상 여부를 감시한 후에 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
A digital hologram sensor for photographing the inside of the chamber in a vacuum state or a plasma state to generate a hologram image;
An image processor which calculates a particle distribution in the chamber from the hologram image generated by the digital hologram sensor; And
And a monitoring diagnosis unit for monitoring whether the vacuum state or the plasma state is normal based on the particle distribution in the chamber calculated by the image processor, wherein the monitoring diagnosis unit monitors whether the vacuum state is normal and then the plasma. Vacuum plasma monitoring system, characterized in that for monitoring the normal state of the state.
The vacuum plasma monitoring system of claim 1, wherein the digital hologram sensor photographs a sheath structure inside the chamber.
3. The vacuum plasma monitoring system according to claim 2, wherein the chamber has at least one window for receiving or outputting laser light emitted from the digital hologram sensor.
상기 영상처리부는 상기 홀로그램 영상에 하기 제1 수학식을 적용하여 상기 홀로그램 영상에서 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 전체 입자수를 계산하는 1-D 입자 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
………………………… (1)
여기서, GR은 미리 설정된 그레이 스케일 범위, g(i,j)는 임의의 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값, α는 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서 고유의 LSB 당 입자수.
The method of claim 1,
The image processing unit may include a 1-D particle counter that calculates the total number of particles included in a preset gray scale range in the hologram image by applying the following first equation to the hologram image. .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (One)
Where GR is a preset gray scale range, g (i, j) is a gray scale value at any pixel location, and α is the number of particles per LSB inherent to the CCD sensor included in the digital hologram sensor.
………………………… (2)
여기서, GR은 미리 설정된 그레이 스케일 범위, 는 상기 홀로그램 영상의 임의의 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값인 g(i,j)의 반전된 그레이 스케일 값, α는 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서 고유의 LSB 당 입자수.
The vacuum plasma monitoring system of claim 1, wherein the image processor comprises a 1-D counter that calculates the total number of particles included in the inner region of the chamber by applying the following second equation to the hologram image. .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (2)
Where GR is the preset gray scale range, Is an inverted gray scale value of g (i, j), which is a gray scale value at any pixel location of the hologram image, and α is the number of particles per LSB inherent to the CCD sensor included in the digital hologram sensor.
………………… (3)
여기서, n은 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서의 각 픽셀당 비트, Ai는 임의의 픽셀 위치에서의 비트 값(즉, 그레이 스케일 값 g(i,j)), Bi는 임의의 픽셀 위치에서 Ai의 반전된 비트 값(즉, 반전된 그레이 스케일 값 ).
The method of claim 6, wherein The vacuum plasma monitoring system, characterized in that determined by the following equation.
... ... ... ... ... ... ... (3)
Where n is a bit per pixel of the CCD sensor included in the digital hologram sensor, A i is a bit value at an arbitrary pixel position (ie, gray scale value g (i, j) ), B i is an arbitrary pixel Inverted bit value of A i at the position (ie inverted gray scale value) ).
상기 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 전체 입자수와 기준입자수의 차이값이 제1 허용기준치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
The method according to any one of claims 5 to 7,
And the monitoring diagnosis unit determines that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the total particle count and the reference particle count calculated by the image processor is within a first allowable reference value.
상기 영상처리부는 상기 홀로그램 영상에 하기 제4 수학식을 적용하여 상기 홀로그램 영상에서 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 x축 또는 y축 방향으로의 입자분포를 계산하는 2-D 입자 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
………………………… (4)
여기서, m과 n은 상기 홀로그램 영상의 x축과 y축 방향의 전체 픽셀수, Δx와 Δy는 x축과 y축 방향의 구간분리를 위한 변수, Ni는 x축 방향의 i번째 위치에서의 입자수, Nj는 y축 방향의 j번째 위치에서의 입자수.
The method of claim 2,
The image processing unit may include a 2-D particle counter that calculates a particle distribution in the x-axis or y-axis direction included in a preset gray scale range in the hologram image by applying a fourth equation to the hologram image. Vacuum plasma monitoring system.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (4)
Here, m and n are the total number of pixels in the x- and y-axis directions of the hologram image, Δx and Δy are variables for section separation in the x- and y-axis directions, and N i is the i-th position in the x-axis direction. Number of particles, N j is the number of particles at the j-th position in the y-axis direction.
상기 영상처리부는 상기 입자분포를 이용하여 상기 쉬스 구조의 각 층간 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
The method of claim 9,
And the image processor calculates the thickness of each layer of the sheath structure using the particle distribution.
상기 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 층간 두께와 층간 기준두께의 차이값이 허용두께차 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
The method of claim 10,
And the monitoring diagnosis unit determines that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the interlayer thickness and the interlayer reference thickness calculated by the image processor is within an allowable thickness difference.
상기 영상처리부는 상기 입자분포에 하기 제5 수학식을 적용하여 상기 쉬스 구조의 각 층간 입자수를 계산하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
………………………… (5)
여기서, a와 b는 감시하고자 하는 두 피크의 위치, Nj는 y축 상에서 두 피크 a,b 사이에 있는 임의의 j번째 위치에서의 입자수.
The method of claim 9,
And the image processor calculates the number of interlayer particles of the sheath structure by applying a fifth equation to the particle distribution.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (5)
Where a and b are the positions of the two peaks to be monitored and N j is the number of particles at any j th position between the two peaks a and b on the y-axis.
상기 감시진단부는 상기 영상처리부에서 계산된 상기 층간 입자수와 층간 기준입자수의 차이값이 제2 허용기준치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
13. The method of claim 12,
And the monitoring diagnosis unit determines that the vacuum state or the plasma state is normal when the difference value between the interlayer particle number and the interlayer reference particle number calculated by the image processor is within a second acceptable reference value.
상기 영상처리부는 상기 입자분포를 z축 방향에 적용하여 3-D 입자분포를 계산하는 3-D 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
The method of claim 9,
The image processing unit is a vacuum plasma monitoring system comprising a 3-D counter for calculating the 3-D particle distribution by applying the particle distribution in the z-axis direction.
상기 디지털 홀로그램 센서에 의해 생성된 상기 홀로그램 영상 데이터를 이용하여 상기 챔버 내부의 전류패턴을 추출하는 영상처리부; 및
상기 영상처리부에 의해 추출된 상기 전류패턴에 기초하여 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 감시진단부를 포함하되, 상기 감시진단부는 상기 진공 상태의 정상 여부를 감시한 후에 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 감시하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
A digital hologram sensor for photographing the inside of the chamber in a vacuum state or a plasma state to generate hologram image data;
An image processor extracting a current pattern inside the chamber by using the hologram image data generated by the digital hologram sensor; And
And a monitoring diagnosis unit configured to monitor whether the vacuum state or the plasma state is normal based on the current pattern extracted by the image processing unit, wherein the monitoring diagnosis unit monitors whether the vacuum state is normal and then normalizes the plasma state. Vacuum plasma monitoring system, characterized in that for monitoring whether or not.
16. The vacuum plasma monitoring system according to claim 15, wherein the digital hologram sensor photographs the sheath structure inside the chamber.
상기 영상처리부는 상기 홀로그램 영상의 일부 또는 전부로부터 하기 제6 수학식에 따라 전류패턴을 추출하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
………………………… (6)
여기서, Gp는 미리 설정된 그레이 스케일 범위에 포함되는 픽셀의 그레이 스케일 값, n은 상기 디지털 홀로그램 센서에 포함된 CCD 센서의 각 픽셀당 비트.
16. The method of claim 15,
The image processing unit is a vacuum plasma monitoring system, characterized in that for extracting a current pattern from a part or all of the holographic image according to the sixth equation.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (6)
Here, Gp is a gray scale value of a pixel included in a preset gray scale range, and n is a bit per pixel of a CCD sensor included in the digital hologram sensor.
상기 감시진단부는 상기 영상처리부에서 추출된 전류패턴을 구성하는 특정 픽셀 위치에서의 그레이 스케일 값과 상기 픽셀 위치에서의 기준 그레이 스케일 값의 차이값이 한계허용치 이내이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
18. The method of claim 17,
If the difference between the gray scale value at a specific pixel position constituting the current pattern extracted by the image processor and the reference gray scale value at the pixel position is within a limit tolerance value, the monitoring diagnosis unit may be in a normal state. Vacuum plasma monitoring system, characterized in that judging.
상기 감시진단부는 상기 한계허용치를 벗어나는 픽셀의 전체 픽셀에 대한 비율이 기준비율 이하이면 상기 진공 상태 또는 플라즈마 상태가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
19. The method of claim 18,
And the monitoring diagnosis unit determines that the vacuum state or the plasma state is normal when the ratio of all pixels of the pixel that is outside the limit allowance is equal to or less than a reference ratio.
상기 감시제어부가 상기 제1 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제1 입자분포를 계산하는 단계;
상기 감시제어부가 상기 제1 입자분포에 기초하여 상기 진공 상태의 정상 여부를 판단하는 단계;
상기 진공 상태가 정상인 것으로 판단되면, 상기 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영한 제2 홀로그램 영상을 입력받는 단계;
상기 감시제어부가 상기 제2 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제2 입자분포를 계산하는 단계; 및
상기 감시제어부가 상기 제2 입자분포에 기초하여 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 진공플라즈마 감시방법.
Receiving, by the monitoring controller, a first hologram image of the inside of the chamber in a vacuum state from the digital hologram sensor;
Calculating, by the monitoring controller, a first particle distribution in the chamber from the first hologram image;
Determining, by the monitoring controller, whether the vacuum state is normal based on the first particle distribution;
If it is determined that the vacuum state is normal, the monitoring control unit receiving a second hologram image of the inside of the chamber in the plasma state from the digital hologram sensor;
Calculating, by the monitoring controller, a second particle distribution in the chamber from the second hologram image; And
And the monitoring control unit determines whether the plasma state is normal based on the second particle distribution.
상기 감시제어부가 상기 제1 홀로그램 영상으로부터 제1 전류패턴을 추출하는 단계;
상기 감시제어부가 상기 제1 전류패턴에 기초하여 상기 진공 상태의 정상 여부를 판단하는 단계;
상기 진공 상태가 정상인 것으로 판단되면, 상기 감시제어부가 디지털 홀로그램 센서로부터 플라즈마 상태의 챔버 내부를 촬영한 제2 홀로그램 영상을 입력받는 단계;
상기 감시제어부가 상기 제2 홀로그램 영상으로부터 상기 챔버 내부의 제2 전류패턴을 추출하는 단계; 및
상기 감시제어부가 상기 제2 전류패턴에 기초하여 상기 플라즈마 상태의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 진공플라즈마 감시시스템.
Receiving, by the monitoring controller, a first hologram image photographing the inside of the vacuum chamber from the digital hologram sensor;
Extracting, by the monitoring controller, a first current pattern from the first hologram image;
Determining, by the monitoring controller, whether the vacuum state is normal based on the first current pattern;
If it is determined that the vacuum state is normal, the monitoring control unit receiving a second hologram image of the inside of the chamber in the plasma state from the digital hologram sensor;
Extracting, by the monitoring controller, a second current pattern inside the chamber from the second hologram image; And
And the monitoring control unit determining whether the plasma state is normal based on the second current pattern.
상기 제1 홀로그램 영상 및 제2 홀로그램 영상은 상기 챔버 내부의 쉬스 구조를 촬영한 영상인 것을 특징으로 하는 진공플라즈마 감시시스템.
22. The method according to claim 20 or 21,
And the first hologram image and the second hologram image are images of a sheath structure inside the chamber.
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