KR101325773B1 - Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process - Google Patents

Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process Download PDF

Info

Publication number
KR101325773B1
KR101325773B1 KR1020110107382A KR20110107382A KR101325773B1 KR 101325773 B1 KR101325773 B1 KR 101325773B1 KR 1020110107382 A KR1020110107382 A KR 1020110107382A KR 20110107382 A KR20110107382 A KR 20110107382A KR 101325773 B1 KR101325773 B1 KR 101325773B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
ion
sampling point
plasma
variance
Prior art date
Application number
KR1020110107382A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130043337A (en
Inventor
정진욱
오세진
김유신
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020110107382A priority Critical patent/KR101325773B1/en
Publication of KR20130043337A publication Critical patent/KR20130043337A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101325773B1 publication Critical patent/KR101325773B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은 (a) 플라즈마 공정 챔버 외부에 구비된 프로브를 통해서 전류 신호를 획득하는 단계; (b) 획득된 상기 전류 신호를 샘플링하는 단계; (c) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 외부 신호 잡음을 제거하는 단계; (d) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 변위 전류를 제거하는 단계; (e) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 이차전자 전류를 제거하는 단계; (f) 상기 샘플링된 전류 신호에서 이온 전류를 구하는 단계; 및 (g) 상기 이온 전류를 펄스 시간에 대해 적분하여 이온 도즈량을 구하는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계는 전류의 분산을 구하여 상기 변위 전류를 제거하거나 찾을 수 있다.The plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to the present invention comprises the steps of: (a) obtaining a current signal through a probe provided outside the plasma process chamber; (b) sampling the obtained current signal; (c) removing external signal noise included in the sampled current signal; (d) removing the displacement current included in the sampled current signal; (e) removing the secondary electron current included in the sampled current signal; (f) obtaining an ion current from the sampled current signal; And (g) integrating the ion current with respect to a pulse time to obtain an ion dose amount, wherein step (d) can obtain or remove the displacement current by obtaining a dispersion of the current.

Description

플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법{ION DOSE MONITORING METHOD FOR PLASMA ION IMPLANTATION PROCESS}ION DOSE MONITORING METHOD FOR PLASMA ION IMPLANTATION PROCESS}

본 발명은 이온 도즈량 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 처리가 필요한 웨이퍼가 놓인 기판에 펄스 전압을 인가하는 반도체 이온주입 공정에서 웨이퍼로 주입되는 이온 도즈량을 비침투식 방법으로 측정하고 실시간으로 모니터링 할 수 있는 플라즈마 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion dose monitoring method, and more particularly, a non-invasive method for measuring the ion dose injected into a wafer in a semiconductor ion implantation process in which a pulse voltage is applied to a substrate on which a wafer requiring plasma treatment is placed. It relates to a method for monitoring the ion dose amount of the plasma injection process that can be monitored by.

플라즈마를 이용한 반도체 이온 주입 공정(Plasma Immersion Ion Implantation)에서 이온 도즈량(Ion DOSE)의 측정 또는 모니터링은 공정의 신뢰성을 확보하고 재현성 확보를 위해 중요하다. In plasma ion implantation process using plasma, the measurement or monitoring of ion dose is important for securing process reliability and reproducibility.

이온 도즈량을 측정하기 위한 종래 기술 중 하나는 한국공개특허 제2002-0037692호 등에 개시된 바와 같이 패러데이 컵(Faraday cup)을 이용하여 이온 도즈량을 측정하는 방법이다. 그러나, 패러데이 컵을 이용하여 이온 도즈량을 측정하는 방법은 공정 챔버 내에 웨이퍼가 놓인 기판 부근에 추가적으로 장비를 설치해야 하며, 오래 사용하는 경우 시간 경과에 따라 이온이 주입되는 구멍의 크기가 늘어나게 되어 측정 시 오차가 발생할 수 있다는 문제가 있고 공정 챔버에 이온 도즈량 측정을 위한 패러데이 컵을 직접 장착하는 점에서 침투식 방법이라는 단점이 있다.One of the related arts for measuring the amount of ion dose is a method of measuring the amount of ion dose using a Faraday cup, as disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2002-0037692. However, the method of measuring ion dose amount using Faraday cup requires additional equipment to be installed near the substrate where the wafer is placed in the process chamber. There is a problem that a time error may occur and there is a disadvantage in that it is a permeation method in that the Faraday cup for measuring the ion dose amount directly in the process chamber.

한편, 이온 도즈량을 측정하기 위한 종래 기술 중 다른 하나는 한국등록특허 제10-0631443호 등에 개시된 바와 같이 반도체 공정 챔버 외부에 보조 가변 커패시터를 장착하여 공정 챔버와의 튜닝을 통해서 변위 전류를 제거하는 방법이 있다. 이러한 방법은 공정 챔버 외부에 보조 커패시터를 장착하여 챔버 기생 커패시턴스(stray capacitance)로 인해 발생하는 변위 전류를 제거하는 방법인데, 기존 공정 챔버 외에 추가적인 보조 커패시터와 같은 추가적인 장치가 필요하다는 단점이 있다.On the other hand, one of the prior art for measuring the ion dose amount is to remove the displacement current through the tuning with the process chamber by mounting an auxiliary variable capacitor outside the semiconductor process chamber as disclosed in Korea Patent No. 10-0631443, etc. There is a way. This method is to remove the displacement current caused by the chamber parasitic capacitance (stray capacitance) by mounting the auxiliary capacitor outside the process chamber, there is a disadvantage that additional devices such as an additional auxiliary capacitor in addition to the existing process chamber.

본 발명은 추가적인 장치를 공정 챔버에 설치하지 않는 비침투식으로 이온 도즈량을 측정할 수 있는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides a method for monitoring the ion dose of a plasma ion implantation process that can measure the amount of ion dose non-invasive without installing an additional device in the process chamber.

본 발명은 공정 챔버로 인가되는 전류를 측정하고 외부 컴퓨터 프로그램에서 분석 알고리즘을 통해서 실시간으로 이온 도즈량을 측정할 수 있는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides a plasma ion implantation process ion dose monitoring method that can measure the current applied to the process chamber and the ion dose amount in real time through an analysis algorithm in an external computer program.

본 발명은 샘플링 포인트에서의 전류에 대한 분산을 비교하여 변위 전류를 제거할 수 있는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides a method for monitoring the ion dose of a plasma ion implantation process capable of removing displacement current by comparing dispersion with respect to current at a sampling point.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은, (a) 플라즈마 공정 챔버 외부에 구비된 프로브를 통해서 전류 신호를 획득하는 단계; (b) 획득된 상기 전류 신호를 샘플링하는 단계; (c) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 외부 신호 잡음을 제거하는 단계; (d) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 변위 전류를 제거하는 단계; (e) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 이차전자 전류를 제거하는 단계; (f) 상기 샘플링된 전류 신호에서 이온 전류를 구하는 단계; 및 (g) 상기 이온 전류를 펄스 시간에 대해 적분하여 이온 도즈량을 구하는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계는 전류의 분산을 구하여 상기 변위 전류를 제거하거나 찾을 수 있다.Plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, (a) obtaining a current signal through a probe provided outside the plasma process chamber; (b) sampling the obtained current signal; (c) removing external signal noise included in the sampled current signal; (d) removing the displacement current included in the sampled current signal; (e) removing the secondary electron current included in the sampled current signal; (f) obtaining an ion current from the sampled current signal; And (g) integrating the ion current with respect to a pulse time to obtain an ion dose amount, wherein step (d) can obtain or remove the displacement current by obtaining a dispersion of the current.

상기와 같이, 일정한 시간 구간에 대해서 순차적으로 전류의 분산을 구함으로써 변위 전류가 존재하는 전류 구간과 변위 전류가 존재하지 않는 전류 구간을 정확하게 구분할 수 있고, 변위 전류가 존재하지 않는 구간의 전류를 추출하여 이온 도즈량을 구할 수 있다.As described above, by sequentially obtaining the current distribution for a certain time interval, it is possible to accurately distinguish the current section in which the displacement current is present and the current section in which the displacement current does not exist, and extract the current in the section in which the displacement current does not exist. The ion dose can be obtained by

상기 (d) 단계에서는 기준값 보다 큰 분산을 가지는 전류를 변위 전류로 판단할 수 있다.In the step (d) it can be determined that the current having a dispersion larger than the reference value as the displacement current.

상기 (f) 단계에서 상기 이온 전류는, 상기 (d) 단계에서 구해진 분산이 기준값 보다 크지 않은 전류 구간에서 추출될 수 있다.In the step (f), the ion current may be extracted in a current section in which the dispersion obtained in the step (d) is not greater than a reference value.

상기 변위 전류는 상기 플라즈마 공정 챔버 내에 구비된 기판에 인가되는 바이어스 펄스 전압이 상승하거나 하강하는 때에 상기 기판으로 흐를 수 있다.The displacement current may flow to the substrate when the bias pulse voltage applied to the substrate provided in the plasma process chamber rises or falls.

상기 (d) 단계는 하나의 펄스 주기에 대한 전압 파형 또는 전류 파형을 구하는 단계; 상기 전압 파형 및 상기 전류 파형에 대해서 동일한 시간 간격을 가지는 다수개의 샘플링 포인트를 설정하는 단계; 상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계; 상기 분산과 기준값을 비교하는 단계; 및 상기 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는지 또는 이온 전류 구간에 있는지 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (d) may include obtaining a voltage waveform or a current waveform for one pulse period; Setting a plurality of sampling points having the same time interval for the voltage waveform and the current waveform; Obtaining a distribution of currents sequentially with respect to the sampling point; Comparing the variance with a reference value; And determining whether the sampling point is in a displacement current section or an ion current section.

상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계는, 다수개의 전체 샘플링 포인트에 대해서 시간 순서대로 선택된 샘플링 포인트에 대해 전류의 분산을 구할 수 있다.In the sequential calculation of the current distribution with respect to the sampling point, the current distribution may be obtained for the sampling points selected in chronological order with respect to the plurality of all sampling points.

상기 분산과 기준값을 비교하는 단계는, 선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 기준값을 초과하면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는 것으로 판단하고 분산이 기준값을 초과하지 않으면 샘플링 포인트가 이온 전류 구간에 있는 것으로 판단하거나, 선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 영 보다 크면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는 것으로 판단할 수 있다.The comparing of the variance and the reference value may include determining that the sampling point is in the displacement current section when the variance obtained for the selected sampling point exceeds the reference value, and determining that the sampling point is in the ion current section when the variance does not exceed the reference value. Alternatively, if the variance obtained for the selected sampling point is greater than zero, it may be determined that the sampling point is in the displacement current interval.

상기 분산과 기준값을 비교하는 단계는, 상기 샘플링 포인트 간의 분산을 구해 기준값을 초과하는 경우에는 데이터 값을 취득하지 않는다.In the comparing of the variance with the reference value, the variance between the sampling points is obtained and the data value is not obtained when the variance is exceeded.

상기 (d) 단계는 상기 변위 전류로 인해 발생하는 펄스 주기 신호의 처음 부분과 마지막 부분에서 증가하는 전류값을 제거하여 순수 펄스 기간 동안 발생하는 전류 신호를 측정할 수 있다.In the step (d), the current signal generated during the pure pulse period may be measured by removing the current values that increase in the first and last portions of the pulse period signal generated by the displacement current.

상기 (d) 단계는 상기 샘플링 포인트에 대해 구해진 전류의 분산으로부터 변위 전류 구간 및 이온 전류 구간을 판단하고, 이온 전류 구간에서의 데이터만 취득할 수 있다.In the step (d), the displacement current section and the ion current section may be determined from the dispersion of the current obtained for the sampling point, and only data in the ion current section may be obtained.

상기 (g) 단계는 상기 이온 전류 구간에 있는 것으로 판단된 상기 샘플링 포인트에서의 전류를 펄스 시간에 대해서 적분하여 이온 도즈량을 구할 수 있다.In the step (g), the ion dose may be obtained by integrating the current at the sampling point determined to be in the ion current section with respect to the pulse time.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은 지속적으로 이온 도즈량을 모니터링 하기 때문에 공정 진행시 비정상적인 특이점의 발생 여부를 실시간으로 감지할 수 있다.As described above, since the ion dose monitoring method of the plasma ion implantation process according to the present invention continuously monitors the ion dose, it may detect in real time whether an abnormal singular point is generated during the process.

본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은 공정 챔버 외부에 복잡한 보조 시스템을 구현하거나 공정 챔버 내부에 침투식 측정기를 설치하지 않고 비침투식으로 이온 도즈량을 측정할 수 있기 때문에 기존의 플라즈마 이온 주입 공정 시스템에 용이하게 적용할 수 있다.In the plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to the present invention, since the ion dose can be measured non-intrusively without implementing a complicated auxiliary system outside the process chamber or installing a penetrometer inside the process chamber, It can be easily applied to an ion implantation process system.

본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은 분산 비교 알고리즘을 이용하여 변위 전류가 존재하는 시간 영역을 정확하게 찾을 수 있다.In the plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to the present invention, it is possible to accurately find the time domain in which the displacement current exists by using a dispersion comparison algorithm.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링을 위한 프로그램된 화면을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에서 분산 비교법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에 의해 얻어진 전류 및 전압의 실험 데이터이다.1 is a view schematically showing a plasma ion implantation process system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a programmed screen for monitoring an ion dose amount in a plasma ion implantation process according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are flowcharts sequentially illustrating a method for monitoring an ion dose amount in a plasma ion implantation process according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a dispersion comparison method in the ion dose monitoring method of the plasma ion implantation process according to an embodiment of the present invention.
6 is experimental data of current and voltage obtained by a plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링을 위한 프로그램된 화면을 도시한 도면, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 순차적으로 도시한 순서도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에서 분산 비교법을 설명하기 위한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에 의해 얻어진 전류 및 전압의 실험 데이터이다.1 is a view schematically showing a plasma ion implantation process system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a programmed screen for monitoring the ion dose amount of the plasma ion implantation process according to an embodiment of the present invention 3 and 4 are flowcharts sequentially illustrating a method for monitoring plasma ion implantation process ion dose according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plasma ion implantation process ion dose amount according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram for explaining a dispersion comparison method in a monitoring method, and FIG. 6 is experimental data of current and voltage obtained by a plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정에 사용되는 시스템(100)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 1 schematically shows the configuration of a system 100 for use in a plasma ion implantation process in accordance with one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 시스템(100)은 공정 챔버(110) 내에서 웨이퍼(미도시)가 놓인 기판(116)에 펄스 전압(pulse voltage)을 인가하는 반도체 플라즈마 이온 주입(Plasma Source Ion Implantation ; PSII) 공정에서 웨이퍼로 주입되는 이온 도즈량(ion dose flux)을 비침투식 방법으로 실시간으로 측정하거나 모니터링 할 수 있다Referring to FIG. 1, the plasma ion implantation process system 100 according to an embodiment of the present invention applies a pulse voltage to a substrate 116 on which a wafer (not shown) is placed in the process chamber 110. In a plasma plasma ion implantation (PSII) process, ion dose flux injected into a wafer may be measured or monitored in real time using a non-invasive method.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 시스템(100)은 플라즈마 방전이 발생하는 공간을 구비한 공정 챔버(110), 공정 챔버(110) 내부에 고출력 알에프 파워(high RF power)를 인가하기 위한 안테나(114), 안테나(114)에 연결되어 인가되는 전력의 임피던스를 매칭시키는 매칭 네트워크(112)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(110)는 실린더 모양으로 형성되는 것이 바람직하고, 공정 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 펌핑 시스템(120)이 공정 챔버(110)에 연결될 수 있다. 또한, 공정 챔버(110)에는 BF3와 같은 처리 가스(process gas)를 주입하기 위한 가스 주입구(gas inlet)가 형성될 수 있다.Plasma ion implantation process system 100 according to an embodiment of the present invention is to apply a high RF power (high RF power) to the process chamber 110, the process chamber 110 having a space in which the plasma discharge occurs The antenna 114 may include a matching network 112 connected to the antenna 114 to match impedance of applied power. The process chamber 110 is preferably formed in a cylindrical shape, and a pumping system 120 for maintaining the inside of the process chamber 110 in a vacuum state may be connected to the process chamber 110. In addition, a gas inlet for injecting a process gas such as BF 3 may be formed in the process chamber 110.

공정 챔버(110)의 바닥부 쪽에는 웨이퍼가 놓이고 고출력 펄스 파워가 인가되는 기판(116)이 위치한다. 기판(116)은 공정 챔버(110)의 외부에 형성되는 바이어스 펄스 파워(Bias Pulse Power, 136)에 연결되며, 기판(116)과 바이어스 펄스 파워(136)는 파워 공급라인(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있다.At the bottom of the process chamber 110, a wafer is placed and a substrate 116 to which high output pulse power is applied is located. The substrate 116 is connected to a bias pulse power 136 formed outside the process chamber 110, and the substrate 116 and the bias pulse power 136 are connected to each other by a power supply line (not shown). Can be connected to each other.

상기 파워 공급라인에는 기판(116)에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류 프로브(132) 및 고전압을 측정하기 위한 고전압 프로브(134)가 설치될 수 있다. 전류 프로브(132)에서 측정된 전류 및 고전압 프로브(134)에서 측정된 전압은 모니터링 컴퓨터(150)의 데이터 수집부(152, DAQ; Data Acquisition)로 보내진다. 프로브(132,134)에서 측정된 전류 및 전압은 비엔씨 커넥터 블록(140, BNC connector block)를 통해서 데이터 수집부(152)로 보내진다. 데이터 수집부(152)로 보내진 전류 및 전압 데이터인 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되어 분석 프로세서(154) 및 도즈량 모니터링부(156)를 거치면서 실시간으로 이온 도즈량을 모니터링 할 수 있게 된다.The power supply line may be provided with a current probe 132 for measuring a current applied to the substrate 116 and a high voltage probe 134 for measuring a high voltage. The current measured at the current probe 132 and the voltage measured at the high voltage probe 134 are sent to a data acquisition unit 152 (DAQ) of the monitoring computer 150. The current and voltage measured by the probes 132 and 134 are sent to the data collector 152 through the BNC connector block 140. The analog signal, which is the current and voltage data sent to the data collection unit 152, is converted into a digital signal to monitor the ion dose in real time while passing through the analysis processor 154 and the dose monitoring unit 156.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 도즈량 모니터링 방법에 대해서 설명한다. 아래에서 설명되는 이온 도즈량 모니터링 방법은 상기한 모니터링 컴퓨터(150)의 분석 프로세서(154) 및 도즈량 모니터링부(156)에서 수행되는 것이라고 할 수 있다.Hereinafter, an ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The ion dose monitoring method described below may be said to be performed by the analysis processor 154 and the dose monitoring unit 156 of the monitoring computer 150 described above.

도 2에는 이온 도즈량 모니터링을 위한 프로그램 화면이 예시적으로 도시되어 있다. 바이어스 전압의 주파수(Bias Freq), 처리 가스(Process Gas), 노이즈 필터(Noise Filter)를 선택할 수 있는 메뉴가 있으며, 단위 펄스당 이온 도즈량(Dose/Pulse), 바이어스 전압(Bias Voltage)과 출력 전류(Output Current)의 크기를 보여 주는 그래프가 표시된다. 여기서, 바이어스 전압과 출력 전류의 시간당 크기를 보여주는 그래프를 참조하면, 바이어스 전압이 갑자기 증가하거나 감소할 때 출력 전류의 크기도 급격히 변함을 알 수 있다. 이와 같이, 바이어스 전압이 갑자기 하강하거나 상승하는 순간에 크기가 급격히 변하는 출력 전류를 변위 전류(Displacement current)라고 한다. 즉, 변위 전류는 바이어스 펄스 전압 신호에서 전압 신호의 상승 및 하강 시간에 의해 발생된다고 할 수 있다.2 exemplarily shows a program screen for ion dose monitoring. There is a menu to select the frequency of bias voltage, process gas, and noise filter, and dose / pulse, bias voltage and output per unit pulse. A graph showing the magnitude of the output current is displayed. Here, referring to the graph showing the hourly magnitudes of the bias voltage and the output current, it can be seen that the magnitude of the output current changes rapidly when the bias voltage suddenly increases or decreases. As such, the output current whose magnitude changes rapidly when the bias voltage suddenly drops or rises is referred to as displacement current. That is, the displacement current may be generated by the rise and fall times of the voltage signal in the bias pulse voltage signal.

이하에서는 상기한 변위 전류가 존재하는 시간 구간을 찾고 변위 전류가 제거된 이온 전류를 이용하여 이온 도즈량을 구하는 방법에 대해서 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of finding the time interval in which the displacement current exists and obtaining the ion dose using the ion current from which the displacement current is removed will be described in more detail.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은, (a) 플라즈마 공정 챔버(110) 외부에 구비된 프로브(132,134)를 통해서 전류(Itot) 신호를 획득하는 단계(1100), (b) 획득된 상기 전류 신호를 샘플링하는 단계(1200), (c) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 외부 신호 잡음(RF noise)을 제거하는 단계(1300), (d) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 변위 전류(Idis)를 제거하는 단계(1400), (e) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 이차전자 전류(Ies)를 제거하는 단계(1500), (f) 상기 샘플링된 전류 신호에서 이온 전류(Ii)를 구하는 단계(1600), 및 (g) 상기 이온 전류(Ii)를 펄스 시간에 대해 적분하여 이온 도즈량을 구하는 단계(1700)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, in the plasma ion implantation process ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention, (a) a current I tot through probes 132 and 134 provided outside the plasma process chamber 110. ) Obtaining a signal (1100), (b) sampling the obtained current signal (1200), (c) removing external signal noise (RF noise) included in the sampled current signal (1300). ), (d) removing the displacement current (I dis ) included in the sampled current signal (1400), (e) removing the secondary electron current (I es ) included in the sampled current signal ( 1500), (f) obtaining an ion current I i from the sampled current signal 1600, and (g) integrating the ion current I i with a pulse time to obtain an ion dose amount ( 1700).

여기서, 외부 신호 잡음을 제거하는 단계(1300)에서는 선형 위상을 가지며 안정성이 우수한 디지털 필터(digital filter)를 이용하여 알에프 노이즈(RF noise)를 제거할 수 있다.Here, in step 1300 of removing external signal noise, RF noise may be removed using a digital filter having a linear phase and excellent stability.

우선 공정 챔버(110)의 기판(116)과 바이어스 펄스 파워(136)를 서로 연결하는 파워 공급라인에 설치된 전류 프로브(132)를 이용하여 바이어스 직류 펄스 전압(biased DC pulse voltage)를 가하는 동안 기판(116)을 통해 흐르는 전체 전류(Itot)를 측정한다(1100). 전체 전류(Itot)는 [수학식 1]과 같이 전자 전류(Ie), 이차전자 전류(Ies), 이온 전류(Ii) 및 변위 전류(Idis)의 합과 동일하다.First, while applying a biased DC pulse voltage using a current probe 132 installed in a power supply line connecting the substrate 116 and the bias pulse power 136 of the process chamber 110 to each other, The total current I tot flowing through 116 is measured (1100). The total current I tot is equal to the sum of the electron current I e , the secondary electron current I es , the ion current I i , and the displacement current I dis , as shown in [Equation 1].

Figure 112011082083399-pat00001
Figure 112011082083399-pat00001

여기서, 전자 전류(Ie) 및 이온 전류(Ii)는 벌크 플라즈마(bulk plasma)에서 기판(116)으로 흐른다. 변위 전류(Idis)는 파워 케이블 및 웨이퍼 홀더 등과 같은 처리 과정에서의 스트레이 캐패시턴스, 기판과 벌크 플라즈마 사이의 쉬스 캐패시턴스(sheath capacitance)에 의해서 발생한다. 이차전자(secondary electron)는 이온 폭격(ion bombardment)으로 인해 기판 표면에서 방출된다. Here, the electron current I e and the ion current I i flow from the bulk plasma to the substrate 116. Displacement current I dis is generated by stray capacitance in the process of processing such as power cable and wafer holder, and sheath capacitance between the substrate and the bulk plasma. Secondary electrons are released from the substrate surface due to ion bombardment.

이온 도즈량을 구하고 모니터링 하기 위해서는 이온 전류(Ii)만 필요하므로, [수학식 2]와 같이 전체 전류(Itot)에서 전자 전류(Ie), 이차전자 전류(Ies) 및 변위 전류(Idis)를 제거함으로써 이온 전류(Ii)를 얻을 수 있다.In order to obtain an ion dose of monitoring because only the ionic current (I i), [Equation 2] and the total current (I tot) the electron current (I e), the secondary electron current (I es) and a displacement current in such ( By removing I dis ), the ion current I i can be obtained.

Figure 112011082083399-pat00002
Figure 112011082083399-pat00002

맥스웰 분포(Maxwellian Distribution)에 따라 전자 전류(Ie)는 기판으로 들어간다. 여기서, 벌크 플라즈마(bulk plasma)와 음의 전압으로 바이어스된 기판 사이의 전압 즉, 쉬스 전압(sheath voltage)이 높다고 가정하면, child-law 이론에 따라서 전자 전류(Ie)는 거의 무시할 수 있다. 즉, 전자 전류(Ie)는 영(zero)으로 근사할 수 있다. 따라서, 이온 전류(Ii)를 구함에 있어서 전자 전류(Ie)는 무시할 수 있다.According to the Maxwellian Distribution, the electron current I e enters the substrate. Here, assuming that the voltage between the bulk plasma and the negatively biased substrate, that is, the sheath voltage is high, the electron current I e can be almost ignored according to the child-law theory. That is, the electron current I e may be approximated to zero. Therefore, in calculating the ion current I i , the electron current I e can be ignored.

벌크 플라즈마와 기판 사이에 높은 음의 쉬스 전압이 바이어스 되면, 고에너지의 이온 폭격(ion bombardment)로 인한 이차전자의 방출로 인한 이차전자 전류(Ies)가 전체 전류(Itot)에 포함될 수 있다. 이차전자 전류(Ies)는 다음 [수학식 3]으로 표현될 수 있다.When a high negative sheath voltage is biased between the bulk plasma and the substrate, the secondary electron current I es due to the emission of secondary electrons due to the high energy ion bombardment may be included in the total current I tot . . The secondary electron current I es can be expressed by the following Equation 3.

Figure 112011082083399-pat00003
Figure 112011082083399-pat00003

[수학식 3]에서 γ는 이차전자 상수(coefficient)로서 바이어스된 DC 펄스 쉬스 전압(V)의 제곱근(square root)에 비례하고, Aeff는 기판의 면적이며, α는 재료 상수(material coefficient)이다. 따라서, 이차전자 전류(Ies)는 펄스 전압과 기판의 재료를 알면 구할 수 있다.In Equation 3, γ is proportional to the square root of the DC pulse sheath voltage V biased as a secondary electron constant, A eff is the area of the substrate, and α is the material coefficient. to be. Therefore, the secondary electron current I es can be obtained by knowing the pulse voltage and the material of the substrate.

상기에서 설명한 바와 같이, 최종적으로 이온 전류(Ii)를 구하기 위해서는 변위 전류(Idis)를 구할 수 있어야 한다. 변위 전류(Idis)는 쉬스 및 스트레이 캐패시턴스에 의해 발생하는 전류의 합으로서, [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.As described above, in order to finally obtain the ion current I i , the displacement current I dis should be obtained. The displacement current I dis is the sum of the currents generated by the sheath and the stray capacitance, and can be expressed by Equation 4 below.

Figure 112011082083399-pat00004
Figure 112011082083399-pat00004

변위 전류(Idis)는 플라즈마의 쉬스(sheath) 및 스트레이 캐패시턴스(stray capacitance)의 합으로서 주어질 수 있다.The displacement current I dis can be given as the sum of the sheath and stray capacitance of the plasma.

[수학식 4]에서 CS는 기판 표면에서의 쉬스 캐패시턴스(sheath capacitance)이고, Cstray는 플라즈마 처리 과정의 스트레이 캐패시턴스 또는 기생 캐패시턴스(stray capacitance)이다. 바이어스 펄스 전압(biased pulse voltage)이 시간에 따라 변하면, 쉬스 전압 및 쉬스 캐패시턴스도 변한다. 따라서, 변위 전류(Idis)는 바이어스 펄스 전압이 상승하는 시간영역(trising, rising time region) 및 하강하는 시간영역(tfalling, falling time region)에서 기판으로 흐르게 된다. In Equation 4, C S is sheath capacitance at the substrate surface, and C stray is stray capacitance or parasitic capacitance of the plasma process. As the biased pulse voltage changes over time, the sheath voltage and the sheath capacitance also change. Therefore, the displacement current I dis flows to the substrate in the time regions t rising and rising time regions where the bias pulse voltage rises and the falling time regions t falling and falling time regions.

도 5(a)에는 한 펄스 주기(one pulse period)에 대한 전압 파형이 도시되어 있고, 도 5(b)에는 동일한 펄스 주기 동안 전류 파형이 도시되어 있다. 한 펄스 주기 동안 시간 영역은 상승(rising), 펄스 유지(pulse duration), 하강(falling) 그리고 펄스 오프(pulse off)로 나눌 수 있다. 5 (a) shows a voltage waveform for one pulse period and FIG. 5 (b) shows a current waveform for the same pulse period. The time domain for one pulse period can be divided into rising, pulse duration, falling and pulse off.

도 5에 도시된 바와 같이, 펄스 전압은 처음 일정 시간 동안에는 펄스가 없다가(pulse off) 갑자기 음의 값을 가지는 펄스 전압이 걸리면서 갑자기 전압이 하강하는데 이 때 전류는 급격히 증가하게 된다(trising). 상승 시간이 경과한 후에 펄스 전압은 일정한 값을 유지하게 되는데(pulse duration) 이 때 전류도 일정한 값을 유지하게 된다. 그 다음에는 펄스 전압이 갑자기 증가하는데 이 때 전류는 갑자기 감소하게 된다(tfalling). 이 다음에는 펄스 전압은 오프상태로 된다(pulse off). As shown in FIG. 5, the pulse voltage is pulsed off for the first predetermined time, and suddenly the voltage falls while the negative voltage is suddenly applied, and the current suddenly increases (t rising ). . After the rise time elapses, the pulse voltage maintains a constant value (pulse duration) at which time the current also maintains a constant value. Then the pulse voltage suddenly increases, at which time the current suddenly decreases (t falling ). The pulse voltage is then turned off (pulse off).

도 5(a)를 참조하면, 상승 및 하강 시간 동안 펄스 전압이 갑자기 제로(pulse off)에서 마이너스 수 kV까지 변하기 때문에, 상승 및 하강 시간 동안 변위 전류(Idis)가 발생하게 된다. 여기서, 상승 및 하강 시간은 수 마이크로 초(μs) 정도 유지된다. 반면에, 펄스 전압이 일정하게 유지되는 시간(pulse duration) 동안에는 전압이 일정하게 유지되기 때문에 변위 전류(Idis)가 발생하지 않는다. 펄스 유지 시간도 수 마이크로 초(μs) 정도 유지된다. 따라서, 전류 피크(current peak)는 펄스 신호의 시작점(start point)과 종료점(finish point)에서만 나타난다. Referring to FIG. 5A, since the pulse voltage suddenly changes from zero to minus kV during the rise and fall times, the displacement current I dis is generated during the rise and fall times. Here, the rise and fall times are maintained for several microseconds (μs). On the other hand, the displacement current I dis does not occur because the voltage remains constant during the pulse duration. The pulse holding time is also maintained for several microseconds (μs). Therefore, the current peak appears only at the start point and finish point of the pulse signal.

상기 (d) 단계(1400)는 상기 변위 전류로 인해 발생하는 펄스 주기 신호의 처음 부분(start point)과 마지막 부분(finish point)에서 갑자기 증가하는 전류값을 제거하여 순수 펄스 기간 동안 발생하는 전류 신호를 측정할 수 있다.The step (1400) is a current signal generated during the pure pulse period by removing a sudden increase in the current value at the start point and the finish point of the pulse period signal generated by the displacement current Can be measured.

이와 같이, 변위 전류(Idis)는 플라즈마 공정 챔버(110) 내에 구비된 기판(116)에 인가되는 바이어스 펄스 전압이 상승하거나 하강하는 때에 기판(116)으로 흐를 수 있다.As such, the displacement current I dis may flow to the substrate 116 when the bias pulse voltage applied to the substrate 116 provided in the plasma process chamber 110 rises or falls.

[수학식 1]에서 이온 전류(Ii)만 추출하기 위해서는 변위 전류(Idis)가 존재하지 않는 시간 영역 즉 펄스 유지(pulse duration) 구간에서의 전류 값을 구해야 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법에서는 상기한 (d) 단계에서 전류의 분산(variance value)을 구함으로써 변위 전류(Idis)를 제거할 수 있다. 즉, 도 5(b)에 도시된 전류값의 분산을 구함으로써 변위 전류(Idis)가 존재하는 시간 영역과 변위 전류(Idis)가 존재하지 않는 시간 영역을 구분할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은, 일정한 시간 구간에 대해서 순차적으로 전류의 분산을 구함으로써 변위 전류(Idis)가 존재하는 전류 구간과 변위 전류(Idis)가 존재하지 않는 전류 구간을 정확하게 구분할 수 있고, 변위 전류(Idis)가 존재하지 않는 구간의 전류를 추출하여 이온 도즈량을 구할 수 있다.In order to extract only the ion current I i in Equation 1, the current value in a time domain in which the displacement current I dis does not exist, that is, in a pulse duration section, must be obtained. In the ion dose monitoring method of the plasma ion implantation process according to the exemplary embodiment of the present invention, the displacement current I dis may be removed by obtaining a dispersion value of the current in step (d). That is, by obtaining the variance of the current values shown in FIG. 5 (b), it is possible to distinguish between the time domain in which the displacement current I dis exists and the time domain in which the displacement current I dis does not exist. Plasma ion implantation process, the ion dose amount monitoring method, in sequence is present the current interval of the displacement current (I dis) displacement current (I dis) by calculating the variance of the current for a constant time interval in accordance with an embodiment of the present invention It is possible to accurately distinguish a current section in which no current exists, and obtain an ion dose amount by extracting a current in a section in which a displacement current I dis does not exist.

도 4를 참조하면, 상기 (d) 단계(1400)는 하나의 펄스 주기에 대한 전압 파형 또는 전류 파형을 구하는 단계(1410,1420), 상기 전압 파형 및 상기 전류 파형에 대해서 동일한 시간 간격을 가지는 다수개의 샘플링 포인트(sampling point)를 설정하는 단계(1430), 상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계(1440), 상기 전류의 분산과 기준값(threshold)을 비교하는 단계(1450) 및 상기 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는지 또는 이온 전류 구간에 있는지 판단하는 단계(1460,1470)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, step (d) includes obtaining a voltage waveform or a current waveform for one pulse period (1410, 1420), and having a plurality of equal time intervals for the voltage waveform and the current waveform. Setting 1 sampling points (1430), sequentially obtaining current variances for the sampling points (1440), comparing the current variances with a threshold (1450), and Steps 1460 and 1470 may determine whether the sampling point is in the displacement current section or the ion current section.

변위 전류(Idis)를 제거하는 단계(1400)는 우선 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 한 펄스 주기에 대한 전압 파형 또는 전류 파형을 구하는 단계(1410,1420)를 포함한다. 전압 및 전류 파형에 대해서 일정한 시간 간격으로 다수개의 샘플링 포인트를 설정한다. 도 5를 참조하면, 전압 파형에 대한 샘플링 포인트 시간 간격은 전류 파형에 대한 샘플링 포인트 시간 간격과 동일하다. 여기서, 분산을 구하는데 이용되는 값은 전류이다. 도 5(b)를 참조하면, 한 펄스 주기 전체에 걸쳐서 전류 파형에 일정한 시간 간격으로 다수개의 샘플링 포인트(1,2,3,...N-1,N)을 표시하거나 설정한다(1430). The step 1400 of removing the displacement current I dis includes first obtaining a voltage waveform or a current waveform for one pulse period as shown in FIGS. 5A and 5B (1410, 1420). do. Set multiple sampling points at regular time intervals for voltage and current waveforms. Referring to FIG. 5, the sampling point time interval for the voltage waveform is the same as the sampling point time interval for the current waveform. Here, the value used to find the variance is current. Referring to FIG. 5B, a plurality of sampling points (1, 2, 3, ... N-1, N) are displayed or set at a predetermined time interval on a current waveform over one pulse period (1430). .

상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계(1440)는 다수개의 전체 샘플링 포인트에 대해서 시간 순서대로 선택된 샘플링 포인트에 대해 전류의 분산을 구할 수 있다. 전류의 분산(Variance)는 [수학식 5]에 의해서 구해진다.In operation 1440, the distribution of currents may be sequentially obtained with respect to the sampling points, and the distribution of currents may be obtained with respect to the sampling points selected in chronological order for the plurality of all sampling points. Variance of the current is obtained by Equation 5.

Figure 112011082083399-pat00005
Figure 112011082083399-pat00005

[수학식 5]에서 N은 샘플링 포인트의 전체 개수이고, E는 선택된 샘플링 포인트에서의 전류 평균값이고, f(n)은 각각의 샘플링 포인트에서의 전류 값이며, Threshold는 분산의 기준값이다.In Equation 5, N is the total number of sampling points, E is the current average value at the selected sampling point, f (n) is the current value at each sampling point, and Threshold is a reference value of variance.

전류의 분산(Variance)을 구하는 방법을 예시적으로 설명한다. 먼저 1번 샘플링 포인트에 대한 분산을 구한다. 1번 샘플링 포인트에 대한 분산을 구하는 경우 선택된 샘플링 포인트는 1번 하나뿐이므로 E와 f(n)의 전류값이 동일하다. 따라서, [수학식 5]에서 분자값이 영(zero)이 되므로 분산도 영(zero)이 된다. 다음으로 1번 및 2번 샘플링 포인트에 대한 분산을 구한다. 1번과 2번 샘플링 포인트는 전류의 값이 동일하므로 E와 f(n)이 동일하고 [수학식 5]의 분자가 영이 되므로 결국 분산도 영이 된다. 다음으로 1번, 2번 및 3번 샘플링 포인트에 대한 분산을 구한다. 3번 샘플링 포인트도 1번 및 2번과 전류값이 동일하므로 분산은 영이 된다.An example of obtaining a variation of the current will be described. First, find the variance of sampling point 1. When variance is obtained for sampling point 1, since only one sampling point is selected, the current values of E and f (n) are the same. Therefore, since the molecular value becomes zero in [Equation 5], the dispersion degree becomes zero. Next, find the variances for sampling points 1 and 2. Sampling points 1 and 2 have the same current value, so E and f (n) are the same, and the numerator of Equation 5 becomes zero, so the dispersion becomes zero. Next, find the variances for sampling points 1, 2, and 3. Sampling point 3 has the same current value as 1 and 2, so the variance becomes zero.

다음에는 1번 내지 4번 샘플링 포인트에서의 분산을 구한다. 4번 샘플링 포인트는 1번 내지 3번 샘플링 포인트 보다 큰 전류값을 가진다. 따라서, E는 영 보다 큰 값을 가진다. 따라서, [수학식 5]에 의하면 분산은 영 보다 큰 값을 얻게 된다. 5번 및 6번 샘플링 포인트까지의 분산도 영 보다 큰 값을 가지게 된다. 하지만, 펄스 유지 구간에 있는 N-1, N번 째 샘플링 포인트까지의 분산은 영이 된다.Next, find the variance at sampling points 1 to 4. Sampling point 4 has a larger current value than sampling points 1-3. Thus, E has a value greater than zero. Therefore, according to Equation 5, the variance has a value greater than zero. The variances up to sampling points 5 and 6 also have values greater than zero. However, the variance to the N-1, Nth sampling points in the pulse sustaining period is zero.

이러한 분산값으로부터 상승 구간 및 하강 구간에서는 분산이 영이 아닌 값을 가지는 반면에 펄스 유지 구간에서는 분산이 영이 됨을 알 수 있다. 따라서, 분산이 영이 아닌 값을 가지는 구간에서의 전류값 또는 전류 데이터를 버림으로써 변위 전류를 제거하거나 찾을 수 있다.It can be seen from this dispersion value that the variance is non-zero in the rising and falling sections, while the variance is zero in the pulse holding section. Therefore, it is possible to remove or find the displacement current by discarding the current value or current data in the interval where the variance has a non-zero value.

또한, 일정한 기준값을 정해 놓은 경우라면, 상기 (d) 단계(1400)에서는 기준값 보다 큰 분산을 가지는 전류를 변위 전류로 판단할 수 있다. 다시 설명하면, [수학식 5]에서 구해진 분산이 기준값(threshold)을 초과하는지 판단하고(1450), 분산이 기준값을 초과하면 변위 전류 구간으로 판단하고(1470), 분산이 기준값을 초과하지 않으면 이온 전류 구간으로 판단할 수 있다(1460). 예를 들어, 기준값을 영(zero)으로 설정하는 경우, 구해진 분산값이 영을 초과하는 샘플링 포인트가 있는 시간 구간에는 변위 전류가 있다고 판단하고, 분산값이 영을 초과하지 않는 샘플링 포인트가 있는 시간 구간에는 이온 전류가 있다고 판단할 수 있다.In addition, if a predetermined reference value is determined, in step (d) 1400, a current having a dispersion larger than the reference value may be determined as the displacement current. In other words, it is determined whether the variance obtained in Equation 5 exceeds a threshold (1450), and when the variance exceeds the reference value, it is determined as a displacement current section (1470). It may be determined as a current section (1460). For example, if the reference value is set to zero, it is determined that there is a displacement current in the time interval in which the obtained dispersion value has a sampling point of which is greater than zero, and that there is a sampling point in which the dispersion value does not exceed zero. It can be determined that there is an ion current in the section.

상기 분산과 기준값을 비교하는 단계(1450)는 선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 기준값을 초과하면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간(trising, tfalling)에 있는 것으로 판단하고 분산이 기준값을 초과하지 않으면 샘플링 포인트가 이온 전류 구간(pulse duration)에 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 영에 근접한 값이면 샘플링 포인트가 이온 전류 구간(pulse duration)에 있는 것으로 판단하고 분산이 영 보다 크면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간(trising, tfalling)에 있는 것으로 판단할 수 있다.Comparing the variance with the reference value (1450), if the variance obtained for the selected sampling point exceeds the reference value, it is determined that the sampling point is in the displacement current interval (t rising , t falling ), and if the variance does not exceed the reference value, the sampling is performed. It can be determined that the point is in an ion current pulse duration. In addition, if the variance obtained for the selected sampling point is close to zero, it is determined that the sampling point is in the pulse duration. If the variance is greater than zero, the sampling point is in the displacement current interval (t rising , t falling ). It can be judged that.

이와 같이, 상기 (f) 단계(1600)에서 상기 이온 전류(Ii)는 (d) 단계(1400)에서 구해진 분산이 기준값 보다 크지 않은 전류 구간에서 추출될 수 있다.As such, in step (f) 1600, the ion current I i may be extracted in a current section in which the variance obtained in step (d) 1400 is not greater than a reference value.

상기 분산과 기준값을 비교하는 단계(1450)에서 상기 샘플링 포인트 간의 분산을 구해 기준값을 초과하는 경우에는 데이터 값을 취득하지 않는다. 선택된 샘플링 포인트 전체에 대해서 구해진 전류의 분산값이 기준값을 초과하는 경우에는 변위 전류가 존재하는 것이므로 데이터 값을 취득하지 않음으로써 변위 전류를 제거하게 된다.In the step 1450 of comparing the variance with the reference value, if the variance between the sampling points is obtained and the reference value is exceeded, the data value is not obtained. If the current dispersion value for the selected sampling point exceeds the reference value, the displacement current exists, so that the displacement current is removed by not acquiring the data value.

다시 말하면, 상기 (d) 단계(1400)는 상기 샘플링 포인트에 대해 구해진 전류의 분산으로부터 변위 전류 구간 및 이온 전류 구간을 판단하고, 변위 전류 구간에서의 데이터는 취하지 않고 이온 전류 구간에서의 데이터만 취득할 수 있다.In other words, step (d) (1400) determines the displacement current section and the ion current section from the distribution of the current obtained for the sampling point, and obtains only the data in the ion current section without taking the data in the displacement current section. can do.

이러한 과정을 거침으로써, 전체 전류(Itot)에서 전자 전류(Ie), 이차전자 전류(Ies) 및 변위 전류(Idis)를 제외함으로써 이온 전류(Ii)를 구할 수 있다. 이온 전류(Ii)는 이온 전류를 구하는 단계(1700)에서 변위 전류가 존재하지 않는 전류 구간을 찾고, 변위 전류가 존재하지 않는 구간에서의 전류값을 구함으로써 얻을 수 있다.By performing these processes, it is possible to obtain an ion current (I i) by a negative electron current (I e), the secondary electron current (I es) and a displacement current (I dis) from the total current (I tot). The ion current I i may be obtained by finding a current section in which the displacement current does not exist in step 1700 of obtaining the ion current, and obtaining a current value in the section in which the displacement current does not exist.

이온 전류(Ii)를 구한 후에 이온 전류(Ii)를 이용하여 이온 도즈량을 구하게 된다(1700). 상기 (g) 단계(1700)는 [수학식 6]과 같이 상기 이온 전류 구간(pulse duration)에 있는 것으로 판단된 상기 샘플링 포인트에서의 전류를 펄스 시간(tpulse)에 대해서 적분하여 이온 도즈량(Dose)을 구할 수 있다.After the ion current I i is obtained, the ion dose is calculated using the ion current I i (1700). In step (g), the step 1700 integrates the current at the sampling point determined to be in the ion duration as shown in [Equation 6] with respect to the pulse time t pulse to obtain an ion dose amount ( Dose) can be obtained.

Figure 112011082083399-pat00006
Figure 112011082083399-pat00006

[수학식 6]에서 Aeff는 유효 기판 면적(effective substrate area)이다. In Equation 6, A eff is an effective substrate area.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법을 위해 실험한 데이터이다. 전압이 상승하거나 하강하는 순간에 급격하게 변하는 변위 전류가 존재함을 확인할 수 있다. 또한, 전압이 유지되는 시간 구간에서는 전류도 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 일정하게 유지되는 전류를 추출하여 이온 도즈량을 구할 수 있다.6 is data tested for the ion dose monitoring method of the plasma ion implantation process according to an embodiment of the present invention. It can be seen that there is a rapidly changing displacement current as the voltage rises or falls. In addition, it can be seen that the current is kept constant in the time interval in which the voltage is maintained. Therefore, the ion dose can be obtained by extracting the current which is kept constant.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법은 반도체 제작공정에서 플라즈마 이온 주입 공정 (PSII)에서 공정 챔버 내부에 침투식 측정기를 설치하거나 공정 챔버 외부에 복잡한 보조 시스템을 구현하지 않고, 비침투식 방식으로 전류 및 전압 측정 후 분석 알고리즘 또는 프로그램을 사용하여 실시간으로 이온 도즈량을 모니터링 할 수 있다.In the plasma ion implantation process, the ion dose monitoring method according to an embodiment of the present invention does not install a penetration meter inside the process chamber or implement a complex auxiliary system outside the process chamber in a plasma ion implantation process (PSII) in a semiconductor fabrication process. Instead of measuring current and voltage in a non-invasive way, the ion dose can be monitored in real time using an analysis algorithm or program.

이와 같이, 이온 도즈량만 추출해내는 방법을 통해 실시간으로 공정 중의 이온 도즈량을 측정하며 공정 진행 중 이상 상태 또는 오류를 정확하고 용이하게 발견하여 적당한 조치를 취할 수 있다
In this way, by extracting only the ion dose amount, it is possible to measure the ion dose amount in the process in real time, and to detect the abnormal state or error during the process accurately and easily, and take appropriate measures.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100: 플라즈마 이온 주입 공정 시스템
110: 공정 챔버 112: 매칭 네트워크
114: 안테나 116: 기판
120: 펌핑 시스템 132: 전류 프로브
134: 고전압 프로브 140: 비엔씨 커넥터 블록
150: 모니터링 컴퓨터100: plasma ion implantation process system
110: process chamber 112: matching network
114: antenna 116: substrate
120: pumping system 132: current probe
134: high voltage probe 140: BC connector block
150: monitoring computer

Claims (11)

(a) 플라즈마 공정 챔버 외부에 구비된 프로브를 통해서 전류 신호를 획득하는 단계;
(b) 획득된 상기 전류 신호를 샘플링하는 단계;
(c) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 외부 신호 잡음을 제거하는 단계;
(d) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 변위 전류를 제거하는 단계;
(e) 상기 샘플링된 전류 신호에 포함된 이차전자 전류를 제거하는 단계;
(f) 상기 샘플링된 전류 신호에서 이온 전류를 구하는 단계; 및
(g) 상기 이온 전류를 펄스 시간에 대해 적분하여 이온 도즈량을 구하는 단계;를 포함하며,
상기 (d) 단계는 전류의 분산을 구하여 상기 변위 전류를 제거하거나 찾는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
(a) acquiring a current signal through a probe provided outside the plasma process chamber;
(b) sampling the obtained current signal;
(c) removing external signal noise included in the sampled current signal;
(d) removing the displacement current included in the sampled current signal;
(e) removing the secondary electron current included in the sampled current signal;
(f) obtaining an ion current from the sampled current signal; And
(g) integrating the ion current with respect to a pulse time to obtain an ion dose amount;
Step (d) is a plasma ion implantation process ion dose monitoring method, characterized in that to obtain the dispersion of current to remove or find the displacement current.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서는 기준값 보다 큰 분산을 가지는 전류를 변위 전류로 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method of claim 1,
In the step (d), the ion dose monitoring method of the plasma ion implantation process, characterized in that the current having a dispersion larger than the reference value is determined as the displacement current.
제2항에 있어서,
상기 (f) 단계에서 상기 이온 전류는, 상기 (d) 단계에서 구해진 분산이 기준값 보다 크지 않은 전류 구간에서 추출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
3. The method of claim 2,
In the method (f), the ion current is extracted in the current section in which the dispersion obtained in the step (d) is not greater than a reference value.
제3항에 있어서,
상기 변위 전류는 상기 플라즈마 공정 챔버 내에 구비된 기판에 인가되는 바이어스 펄스 전압이 상승하거나 하강하는 때에 상기 기판으로 흐르는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method of claim 3,
And the displacement current flows to the substrate when the bias pulse voltage applied to the substrate provided in the plasma processing chamber rises or falls.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
하나의 펄스 주기에 대한 전압 파형 또는 전류 파형을 구하는 단계;
상기 전압 파형 및 상기 전류 파형에 대해서 동일한 시간 간격을 가지는 다수개의 샘플링 포인트를 설정하는 단계;
상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계;
상기 분산과 기준값을 비교하는 단계; 및
상기 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는지 또는 이온 전류 구간에 있는지 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The step (d)
Obtaining a voltage waveform or a current waveform for one pulse period;
Setting a plurality of sampling points having the same time interval for the voltage waveform and the current waveform;
Obtaining a distribution of currents sequentially with respect to the sampling point;
Comparing the variance with a reference value; And
Determining whether the sampling point is in a displacement current section or an ion current section;
Plasma ion implantation process ion dose amount monitoring method comprising a.
제5항에 있어서,
상기 샘플링 포인트에 대해 순차적으로 전류의 분산을 구하는 단계는,
다수개의 전체 샘플링 포인트에 대해서 시간 순서대로 선택된 샘플링 포인트에 대해 전류의 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method of claim 5,
Obtaining the variance of the current sequentially with respect to the sampling point,
A method for monitoring the ion dose of a plasma ion implantation process, characterized in that the current distribution is obtained for a sampling point selected in chronological order for a plurality of all sampling points.
제6항에 있어서,
상기 분산과 기준값을 비교하는 단계는,
선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 기준값을 초과하면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는 것으로 판단하고 분산이 기준값을 초과하지 않으면 샘플링 포인트가 이온 전류 구간에 있는 것으로 판단하거나,
선택된 샘플링 포인트에 대해서 구해진 분산이 영 보다 크면 샘플링 포인트가 변위 전류 구간에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method according to claim 6,
Comparing the variance and the reference value,
If the variance obtained for the selected sampling point exceeds the reference value, it is determined that the sampling point is in the displacement current interval. If the variance does not exceed the reference value, the sampling point is determined to be in the ion current interval, or
And determining that the sampling point is in the displacement current section if the variance obtained for the selected sampling point is greater than zero.
제6항에 있어서,
상기 분산과 기준값을 비교하는 단계는,
상기 샘플링 포인트 간의 분산을 구해 기준값을 초과하는 경우에는 데이터 값을 취득하지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method according to claim 6,
Comparing the variance and the reference value,
And a data value is not obtained when the variance between the sampling points is obtained and the reference value is exceeded.
제5항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 변위 전류로 인해 발생하는 펄스 주기 신호의 처음 부분과 마지막 부분에서 증가하는 전류값을 제거하여 순수 펄스 기간 동안 발생하는 전류 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method of claim 5,
Step (d) is a plasma ion implantation process ion, wherein the current signal generated during the pure pulse period is measured by removing current values that increase at the first and last portions of the pulse period signal generated by the displacement current. Dose monitoring method.
제5항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 샘플링 포인트에 대해 구해진 전류의 분산으로부터 변위 전류 구간 및 이온 전류 구간을 판단하고, 이온 전류 구간에서의 데이터만 취득하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.
The method of claim 5,
Step (d) is a plasma ion implantation process ion dose monitoring method, characterized in that for determining the displacement current section and the ion current section from the distribution of the current obtained for the sampling point, and to obtain only the data in the ion current section.
제7항에 있어서,
상기 (g) 단계는 상기 이온 전류 구간에 있는 것으로 판단된 상기 샘플링 포인트에서의 전류를 펄스 시간에 대해서 적분하여 이온 도즈량을 구하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 공정 이온 도즈량 모니터링 방법.The method of claim 7, wherein
In step (g), an ion dose amount is obtained by integrating a current at the sampling point determined to be in the ion current section with respect to a pulse time to obtain an ion dose.
KR1020110107382A 2011-10-20 2011-10-20 Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process KR101325773B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110107382A KR101325773B1 (en) 2011-10-20 2011-10-20 Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110107382A KR101325773B1 (en) 2011-10-20 2011-10-20 Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130043337A KR20130043337A (en) 2013-04-30
KR101325773B1 true KR101325773B1 (en) 2013-11-04

Family

ID=48441591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110107382A KR101325773B1 (en) 2011-10-20 2011-10-20 Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101325773B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022092708A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 한일원자력(주) Device for measuring radon through pulse detection of alpha particles

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10460941B2 (en) * 2016-11-08 2019-10-29 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Plasma doping using a solid dopant source

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Applied Physics Letters, vol.91, 221505 (2007) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022092708A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 한일원자력(주) Device for measuring radon through pulse detection of alpha particles

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130043337A (en) 2013-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI411035B (en) Method for controlling plasma processing using parameters derived through the use of a planar ion flux probing arrangement
US9129779B2 (en) Processing system for detecting in-situ arcing events during substrate processing
KR101606736B1 (en) Passive capacitively-coupled electrostatic (cce) probe arrangement for detecting plasma instabilities in a plasma processing chamber
US7878145B2 (en) Monitoring plasma ion implantation systems for fault detection and process control
US20110118863A1 (en) Methods and apparatus for controlling a plasma processing system
US20100008015A1 (en) Capacitively-coupled electrostatic (cce) probe arrangement for detecting dechucking in a plasma processing chamber and methods thereof
US20160268108A1 (en) Method and apparatus for the detection of arc events during the plasma processing of a wafer, surface of substrate
JP5427888B2 (en) Capacitively coupled electrostatic (CCE) probe configuration for detecting a strike step in a plasma processing chamber, a method associated therewith, and a program storage medium storing code for performing the method
GB2493122A (en) Application of wideband sampling for arc detection with a probabilistic model for quantitatively measuring arc events
JP2011527523A5 (en) RF bias capacitively coupled electrostatic (RFB-CCE) probe configuration for characterizing a film in a plasma processing chamber, method associated therewith, and program storage medium storing code for performing the method
Sobolewski Measuring the ion current in electrical discharges using radio-frequency current and voltage measurements
KR101325773B1 (en) Ion dose monitoring method for plasma ion implantation process
JP2018151345A (en) Partial discharge detection method and partial discharge detection device
JP2019039845A (en) Partial discharge diagnosis device and partial discharge diagnosis method
KR101685087B1 (en) The noncontact plasma electric field detection device and the method for detection
CN110824310A (en) Partial discharge type judgment method and device
KR101362940B1 (en) Method and apparatus diagnosing earth system
Marathe et al. Implementation and practical experience with an automatic secondary ESD detection algorithm
KR20100106088A (en) Plasma diagnostic apparatus
Nema et al. Study of corona pulses in air-solid interface
KR20240007234A (en) Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
KR101362964B1 (en) Method and apparatus diagnosing ground impedance and surge impedance
KR20090116391A (en) Method of measuring plasma and apparatus of processing the same
CN115494355A (en) Waveform measuring method, computer-readable storage medium, and computer device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161004

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170926

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181008

Year of fee payment: 6