KR101453819B1

KR101453819B1 - A plasma process chamber

Info

Publication number: KR101453819B1
Application number: KR1020130010166A
Authority: KR
Inventors: 우범제; 김고은; 윤석문; 박노영
Original assignee: 우범제
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-10-23
Also published as: KR20140097746A

Abstract

본 발명은 플라즈마 공정챔버에 관한 것으로, 그 주된 목적은 플라즈마 공정챔버에서 웨이퍼의 식각공정이 진행되는 동안에도 웨이퍼의 두께측정이 가능하도록 하는 것이다.
이러한 목적으로 이루어진 본 발명에 따른 플라즈마 공정챔버는, 웨이퍼 두께를 측정하기 위해 필요한 광(光)을 출력하는 광출력장치와;
상기 광출력장치에서 출력되는 광을 반사시켜 상기 플라즈마 공정챔버 내부에 구비된 웨이퍼에 입사(入射)시키고, 그 입사된 광을 다시 반사시키는 반사체와;
상기 집광렌즈에서 반사된 광을 수광하고, 이 수광된 광을 분광하여 투과율과 흡수율을 측정하는 광측정장치와;
상기 광측정장치에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 웨이퍼의 두께를 측정할 수 있도록 웨이퍼 두께 측정의 알고리즘이 구성된 컨트롤러로 이루어진 웨이퍼 두께측정장치를 포함하고,
상기 케이스에 형성된 투광구 내부에서 상, 하 방향으로 슬라이딩 할 수 있도록 원통형으로 형성된 슬라이더와, 상기 슬라이더의 상단에 구비된 오목렌즈로 이루어진 위치조절수단을 더 포함한다.
이에 따라, 플라즈마 공정챔버에서 웨이퍼의 식각공정이 진행되는 동안에도 웨이퍼의 두께측정이 가능함에 따라 웨이퍼의 종말점 검출이 용이하고, 공정이 진행되는 동안 플라즈마 상태를 모니터링할 수 있으므로, 웨이퍼의 불량원인을 원천적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a plasma processing chamber, and its main purpose is to enable thickness measurement of the wafer during the etching process of the wafer in a plasma processing chamber.
The plasma processing chamber according to the present invention for this purpose comprises: an optical output device for outputting light necessary for measuring wafer thickness;
A reflector for reflecting the light output from the optical output device and making incident on the wafer provided in the plasma processing chamber and reflecting the incident light again;
An optical measuring device for receiving the light reflected by the condensing lens, for measuring the transmittance and the absorption rate by splitting the received light;
And a wafer thickness measuring device including a controller configured to analyze an absorption rate and transmittance data measured by the optical measuring device and to configure a wafer thickness measuring algorithm so that the thickness of the wafer can be measured in real time,
A slider formed in a cylindrical shape so as to be slidable in an upward and downward direction within a transmission port formed in the case, and a position adjusting means including a concave lens provided at an upper end of the slider.
Accordingly, since the thickness of the wafer can be measured even during the etching process of the wafer in the plasma processing chamber, the end point of the wafer can be easily detected, and the plasma state can be monitored during the process. There is an advantage that it can be eliminated at the source.

Description

[0001] A PLASMA PROCESS CHAMBER [0002]

본 발명은 플라즈마 공정챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 공정챔버 내에 구비된 웨이퍼에 시행되는 사진, 식각, 확산, 증착 등의 공정진행 중 실시간으로 웨이퍼 두께측정과 플라즈마 공정을 모니터링 할 수 있는 플라즈마 공정챔버에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing chamber, and more particularly, to a plasma processing chamber, a plasma processing method, and a plasma processing method, To a process chamber.

일반적으로, 공정챔버 내에 구비되는 웨이퍼에 시행하는 사진, 식각(Etching), 확산, 증착등의 공정을 시행하고, 각 공정별로 웨이퍼두께를 측정하는 기술에 대해서는 여러가지가 알려져 오고 있다.In general, various techniques have been known for measuring wafer thickness for each process by performing processes such as photographing, etching, diffusion, and deposition on wafers provided in the process chamber.

예를 들면, 식각(Etching)공정이 그 대표적인 공정인데, 이 공정은 특정 박막을 식각(Etching)하면서 발생하는 부산물이나 식각에 관여하는 플라즈마의 광방출분석(OES : Optical Emission Spectroscopy)신호를 검출하여 특정박막이 다 드러나고 새로운 박막의 플라즈마 신호가 달라지는 것을 검출하여 식각 종말점을 검출하는 방식을 취하는 방식이다.For example, the etching process is a typical process. In this process, OES (Optical Emission Spectroscopy) signals of a plasma involved in etching or by-products generated when a specific thin film is etched are detected A method of detecting the etch end point by detecting that the specific thin film is exposed and the plasma signal of the new thin film is changed.

즉, 종래의 웨이퍼 두께 측정기술은 모든 공정이 종료(식각 또는 증착)된 후, 웨이퍼를 공정챔버에서 꺼내서 별도의 측정 장비에서 레이져나 할로겐 혹은 제논램프의 빛을 기판에 입사시켜 원래의 빛과 반사되어 나오는 빛을 검출함으로써, 웨이퍼의 두께를 측정하였다.In other words, the conventional wafer thickness measurement technique is a process in which after all the processes are completed (etching or vapor deposition), the wafer is taken out of the process chamber and the light of the laser, halogen or xenon lamp is incident on the substrate in a separate measuring equipment, And the thickness of the wafer was measured.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 기술은 웨이퍼상에 형성되는 식각 깊이를 실시간으로 측정하지 못함으로서, 공정도중 웨이퍼의 두께를 실시간으로 확인할 수 없는 문제가 있었다.However, the above-described conventional techniques fail to measure the etching depth formed on the wafer in real time, and thus the thickness of the wafer in the process can not be confirmed in real time.

또한, 공정챔버에서 공정이 종료된 웨이퍼를 꺼내서 측정하고 소망하는 두께 형성이 되지 않을 때, 재 가공하는 과정에서 생산성이 현저히 저하되는 문제가 있었다. In addition, there is a problem that the productivity is significantly lowered in the process of re-processing when the desired thickness is not formed by taking out the wafer after the process is completed in the process chamber.

또한, 상기한 공정완료 후, 챔버에서 꺼내서 두께를 측정하고 다시 챔버로 투입하여 재가공하는 과정에서 웨이퍼의 오염이 다발하는 문제가 있었다.Further, after completion of the above-described process, there is a problem that contamination of wafers occurs frequently in the process of removing the wafer from the chamber, measuring the thickness thereof, and putting the wafer into the chamber again for rework.

한편, 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 웨이퍼 두께를 실시간으로 측정할 수 있는 기술이 개시되었다.On the other hand, in order to solve the above problems, a technique capable of measuring wafer thickness in real time has been disclosed.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 첫번째 레이져 빔(1)은 식각하고자 하는 박막층(SI)에 입사시키고, 두번째 레이져 빔(2)은 PR층에 입사시켜, 상기 박막층(Si)과 PR층에 반사되는 두 빛(3)(4)의 위상차를 이용하여 식각 깊이를 측정하였다.1, the first laser beam 1 is incident on the thin film layer SI to be etched, the second laser beam 2 is incident on the PR layer, and the thin film layer Si and the PR The etch depth was measured using the phase difference between the two lights (3) and (4) reflected on the layer.

그러나, 실제 식각(Etching)공정시 PR층도 미세하게 식각이 진행되어 정확한 식각 깊이를 측정하지 못하는 문제가 있었다.However, in the actual etching process, the PR layer is also etched finely, so that the accurate etch depth can not be measured.

또한, 상기한 바와 같이 PR층까지 식각이 진행됨으로서, 웨이퍼의 불량이 다발하는 문제가 있었다.In addition, as described above, since the etching progresses to the PR layer, there is a problem that defects occur in the wafer.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제10-0838658호(2008년06월10일자 등록)(0001) Korean Patent Registration No. 10-0838658 (registered on June 10, 2008)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 공정챔버의 공정 진행중에도 웨이퍼 두께를 측정할 수 있도록 하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to make it possible to measure wafer thickness even during the process of a plasma processing chamber.

또한, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 공정챔버의 플라즈마 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하여, 플라즈마 공정챔버의 공정진행시 플라즈마 상태를 최적의 상태로 유지할 수 있도록 하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of monitoring a plasma state of a plasma processing chamber in real time, thereby maintaining an optimal plasma state in a plasma processing chamber.

이러한 목적으로 이루어진 본 발명은;The present invention made for this purpose comprises:

웨이퍼 상에 패턴이 형성되도록 사진, 식각 또는 확산, 증착공정을 진행하는 플라즈마 공정챔버에 관한 것으로, A plasma processing chamber for conducting a photolithographic, etching, or diffusion, deposition process to form a pattern on a wafer,

상기 플라즈마 공정챔버는,The plasma processing chamber includes:

내부에 구비된 웨이퍼 두께를 측정하기 위해 필요한 빛(光)을 출력하는 광출력장치와;An optical output device for outputting light necessary for measuring the wafer thickness provided inside;

상기 광출력장치에서 출력되는 빛을 반사시켜 상기 플라즈마 공정챔버 내부에 구비된 웨이퍼에 입사(入射)시키고, 그 입사된 빛을 다시 반사시킬 수 있도록 수직방향으로 투광구를 갖춘 케이스 상부에 45도 각도로 구비된 반사체와;The optical output device reflects the light output from the optical output device and enters a wafer provided in the plasma processing chamber. The incident angle of the incident light is 45 degrees. A reflector provided with:

상기 반사체에서 반사된 빛을 수광하고, 이 수광된 빛을 분광하여 투과율과 흡수율을 측정하는 광측정장치와;An optical measuring device for receiving light reflected from the reflector, for measuring the transmittance and the absorptance by spectroscopically receiving the light;

상기 광측정장치에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 웨이퍼의 두께를 측정할 수 있도록 웨이퍼 두께 측정의 알고리즘이 구성된 컨트롤러로 이루어진 실시간 공정진단 장치를 포함한다.
And a real-time process diagnostic apparatus comprising a controller configured to analyze an absorption rate and transmittance data measured by the optical measurement apparatus and to configure a wafer thickness measurement algorithm so that the thickness of the wafer can be measured in real time.

또한, 상기 두께측정장치는,The thickness measuring apparatus may further include:

상기 반사체의 하측에 구비되어 상기 광출력장치에서의 광량을 조절하거나, 상기 웨이퍼에 조사되는 빔 Spot크기를 조절하는 광량조절장치를 더 포함한다.
And a light amount adjusting device provided below the reflector to adjust a light amount in the optical output device or adjust a beam spot size irradiated on the wafer.

또한, 상기 광량조절장치는, The light amount adjusting device may further comprise:

상기 반사체의 케이스 중간부분에 구비된 볼록렌즈와;A convex lens provided at an intermediate portion of the case of the reflector;

상기 볼록렌즈와의 거리를 조절하는 위치조절수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
And a position adjusting means for adjusting a distance to the convex lens.

또한, 상기 위치조절수단은,In addition,

상기 케이스에 형성된 투광구 내부에서 상, 하 방향으로 슬라이딩 할 수 있도록 원통형으로 형성된 슬라이더와, 상기 슬라이더의 상단에 구비된 오목렌즈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
A slider formed in a cylindrical shape so as to be slidable in an upward and downward direction within a transmission port formed in the case, and a concave lens provided at an upper end of the slider.

또한, 상기 광출력장치와 반사체는 제 1광파이버번들로 연결되고, 반사체와 광측정장치는 제 2광파이버 번들로 연결된다.
The optical output device and the reflector are connected to a first optical fiber bundle, and the reflector and the optical measuring device are connected to a second optical fiber bundle.

또한, 상기 광출력장치는, 백색광원램프인 것을 특징으로 한다.
Further, the optical output device is a white light source lamp.

또한, 상기 반사체는, In addition,

상기 광출력장치에서 보내지거나 상기 웨이퍼를 통해 반사된 광을 반사시킬 수 있도록 수직선상에서 45도 각도로 구비되는 거울인 것을 특징으로 한다.
And is a mirror provided at an angle of 45 degrees on a vertical line so as to reflect light reflected from the wafer or transmitted from the optical output device.

또한, 상기 플라즈마 공정챔버는, The plasma processing chamber may further include:

측방에 구비된 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 수집된 광을 분광하여 투과율과 흡수율을 측정한 데이터를 상기 컨트롤러로 전송하도록 상기 광측정장치와 제 3광파이버번들로 연결된 감시장치를 더 포함한다.
And a monitoring device connected to the optical measuring device and the third optical fiber bundle so as to transmit the measured data of the transmittance and the absorption rate to the controller by spectroscopically measuring the light collected by the condensing lens.

또한, 상기 광측정장치는, The optical measuring apparatus may further comprise:

상기 제 2, 3광파이버번들의 발광단에 근접설치된 슬릿과, 상기 슬릿을 투과한 빛을 반사시키는 거울과, 상기 거울을 통해 반사된 빛을 굴절시켜 스펙트럼을 발생시키는 격자체와, 상기 격자체를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상을 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD센서로 이루어진다.
A slit provided close to the light emitting end of the second and third optical fiber bundles, a mirror for reflecting the light transmitted through the slit, a grid for generating a spectrum by refracting the light reflected through the mirror, And a CCD sensor that converts a signal input to the light into an electric signal by using a phenomenon in which photoelectrons inside the conductor are emitted when light having a frequency exceeding a predetermined frequency is refracted.

또한, 상기 거울은, In addition,

금속 또는 유리 또는 합성수지중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Metal, glass, or synthetic resin.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마 공정챔버 내에서의 공정 진행중에도 웨이퍼 두께를 측정할 수 있도록 함으로서, 웨이퍼의 식각 종말점을 검출할 수 있으므로 생산성이 향상되었으며, 불량율을 최소화하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the thickness of the wafer can be measured even during the process in the plasma processing chamber, so that the etch end point of the wafer can be detected, so that the productivity is improved and the defect rate is minimized.

또한, 플라즈마 공정챔버 내부의 플라즈마 상태를 실시간으로 모니터링함으로서 플라즈마 공정챔버 내에서 진행되는 공정의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.Also, by monitoring the plasma state inside the plasma processing chamber in real time, it is possible to improve the productivity of the process in the plasma processing chamber.

또한, 하나의 광측정장치에 의해 웨이퍼의 두께측정과 플라즈마의 실시간 모니터링을 병행하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, there is an effect of improving the productivity by simultaneously measuring the thickness of the wafer and real-time monitoring of the plasma by one optical measuring device.

도 1은 종래 반도체 제조공정에서 박막이 식각되는 웨이퍼를 모식적으로 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 두께측정장치와 감시장치를 갖춘 플라즈마 공정챔버를 보인 도면이고,
도 3은 도 2 "A"부분을 부분적으로 확대하여 보인 상세도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 광측정장치의 구성을 모식적으로 보인 사시도이고,
도 5는 도 3 “B”선을 확대하여 광량조절장치의 구성을 보인 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 두께측정장치의 작용을 보인 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 감시장치의 작용을 보인 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a wafer on which a thin film is etched in a conventional semiconductor manufacturing process,
2 is a view showing a plasma processing chamber equipped with a thickness measuring apparatus and a monitoring apparatus according to the present invention,
Fig. 3 is a detailed view partially enlarging the portion of Fig. 2 "A"
4 is a perspective view schematically showing a configuration of a light measuring apparatus according to the present invention,
Fig. 5 is a diagram showing the configuration of the light amount adjusting apparatus by enlarging the line "B" in Fig. 3,
6 is a view showing the operation of the thickness measuring apparatus according to the present invention,
7 is a diagram showing the operation of the monitoring apparatus according to the present invention.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명은 플라즈마 공정챔버(10)(이하, "공정챔버"라 칭한다)에 구비된 웨이퍼 두께측정장치(100)를 포함한다.2 to 5, the present invention includes a wafer thickness measuring apparatus 100 provided in a plasma processing chamber 10 (hereinafter referred to as a "processing chamber").

웨이퍼 두께측정장치(100)(이하, "측정장치"라 칭한다)는, 광출력장치(110)와 반사체(130)와 광측정장치(150)와 컨트롤러(170)로 이루어진다.The wafer thickness measuring apparatus 100 (hereinafter referred to as a "measuring apparatus") comprises an optical output apparatus 110, a reflector 130, a light measuring apparatus 150 and a controller 170.

광출력장치(110)는 백색 광원램프로서, 후술하는 작용에서 웨이퍼(1)의 두께를 보다 정확하게 측정하기 위해서 구비된다. The optical output device 110 is a white light source lamp, and is provided to more accurately measure the thickness of the wafer 1 in a later-described operation.

다시 말해서, 상기한 백색광원램프는 자외영역에서 가시영역을 거쳐 적외영역에 걸치는 연속스펙트럼으로 이루어지며, 특히 자외영역에서 가시영역에 이르는 빛은 자연광에 가깝기 때문에 후술하는 작용에서 웨이퍼의 두께측정을 하는데 있어서, 측정부위를 정확하게 조사(照射)할 수 있다.In other words, the above-described white light source lamp has a continuous spectrum extending from the ultraviolet region to the infrared region through the visible region. In particular, since the light reaching the visible region from the ultraviolet region is close to natural light, So that the measurement site can be accurately irradiated.

이 광출력장치(110)는 제 1광파이버 번들(111)을 통해 후술하는 케이스(135)의 내부에 구비된 반사체(130)에 빛을 조사한다.The optical output apparatus 110 irradiates light to the reflector 130 provided inside the case 135 through a first optical fiber bundle 111.

반사체(130)는 유리 또는 금속 또는 합성수지재로 이루어진 거울로서, 도시한 바와 같이, 밀폐된 케이스(135)의 상측에 45도 각도로 구비된다.The reflector 130 is a mirror made of glass or metal or synthetic resin, and is provided at an angle of 45 degrees above the sealed case 135 as shown in the figure.

케이스(135)는 공정챔버(10)의 상측중심에 구비된 투시창(11)에 하단이 결합되고, 상기한 반사체(130)의 일측 수평방향으로 제 1, 2광 파이버 번들(111)(113)이 하나로 결합된 단부를 고정할 수 있도록 고정공(135a)이 구비된다.The case 135 has a lower end coupled to a transparent window 11 provided at the center of the upper side of the process chamber 10 and has first and second optical fiber bundles 111 and 113 in a horizontal direction of the reflector 130, And a fixing hole 135a is provided so as to fix the end coupled thereto.

또한, 도시한 방향을 기준하여 단면상 수직방향으로 투광구(135b)가 형성되어 후술하는 작용에서 상기한 반사체(130)를 중심으로 빛이 통과한다.In addition, the light transmitting port 135b is formed in the vertical direction on the basis of the direction shown in the drawing, so that the light passes through the reflector 130 as described below.

도시한 바와 같이, 상기한 고정공(135a)에 구비된 제 1광파이버번들(111)의 일단이 발광단(發光端)이고, 제 2광파이버번들(113)은 수광단(受光端)이며, 후술하는 광측정장치(150)에 연결되는 제 2, 3광파이버번들(113)의 타단이 발광단이 된다.As shown in the figure, one end of the first optical fiber bundle 111 provided in the fixing hole 135a is a light emitting end, the second optical fiber bundle 113 is a light receiving end, The other end of the second and third optical fiber bundles 113 connected to the optical measuring device 150 is a light emitting end.

제 2광파이버번들(113)은 도 3에 도시한 바를 기준하여, 수직방향으로 다수 구비됨으로서 후술하는 광측정장치(150)에 구비된 CCD센서(157)에 도시한 바와 같이, 수직방향으로 다수의 분할된 스펙트럼을 전달한다.The second optical fiber bundles 113 are provided in a plurality of vertical directions with reference to FIG. 3, and as shown in a CCD sensor 157 provided in a light measuring apparatus 150 to be described later, It carries the divided spectrum.

이와 같은, 제 2광파이버번들(113)의 단부와 광측정장치(150)가 연결된다.The end of the second optical fiber bundle 113 and the optical measuring device 150 are connected to each other.

광측정장치(150)는 도 4에 도시한 바와 같이, 육면체형상으로 이루어진 케이스(미도시)내에 슬릿(151)과 거울(153)과 격자체(155)와 CCD센서(157)로 이루어진다.4, the optical measuring apparatus 150 includes a slit 151, a mirror 153, a grid 152, and a CCD sensor 157 in a case (not shown) having a hexahedron shape.

슬릿(151)은 상기한 제 2, 3광파이버번들(113)(220)의 발광단에 근접설치되어 상기한 다수의 제 2, 3광파이버번들(113)(220)로부터 발광되는 빛을 좁은 틈새로 투과시킴으로서 빛을 간섭시켜서 이 간섭된 빛의 간섭무늬 간격으로부터 파장이 형성된다.The slit 151 is provided close to the light emitting end of the second and third optical fiber bundles 113 and 220 to divide the light emitted from the plurality of second and third optical fiber bundles 113 and 220 into a narrow gap By transmitting the light, the light is interfered and a wavelength is formed from the interfering pattern interval of the interfered light.

이와 같은 빛은 거울을 통해 반사되고, 이 반사된 특정 파장의 빛은 격자체(155)를 통해 굴절되며 스펙트럼(Spectrum)이 형성된다.Such light is reflected through the mirror, and the reflected light of a specific wavelength is refracted through the grid 152 to form a spectrum.

상기한 격자체(155)를 통해 굴절된 일정 주파수의 이상의 스펙트럼은 본 발명에 따른 CCD센서(157)를 통해 전기적 신호로 변환된다.The spectrum above the certain frequency refracted through the grid 152 is converted into an electrical signal through the CCD sensor 157 according to the present invention.

이 원리는 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상인 광전효과를 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 것이다.The principle is to convert a signal coming into the light into an electric signal by using a photoelectric effect, which is a phenomenon in which photoelectrons inside the conductor are emitted when light having a refractive frequency exceeding a certain frequency is incident.

이와 같은 역할을 하는 CCD센서(157)는 메모리 소자의 일종으로서, 다수의 미세한 콘덴서와 스위치의 연결로 이루어져 축적된 전하를 차례로 전송하는 기능을 갖고 있는데, 도시한 바와 같이, 제 2광파이버번들(113)이 조사되는 부분(상측)과 제 3광파이버번들(220)이 조사되는 부분(하측)이 각각 다른 방향으로 데이터가 리딩되므로, 후술하는 컨트롤러(170)를 통해 표시되는 데이터가 각각 다르다.The CCD sensor 157 having such a function is a kind of memory device and has a function of sequentially connecting the accumulated charges formed by connection of a plurality of fine capacitors and switches. As shown in the figure, the second optical fiber bundle 113 And the portion irradiated with the third optical fiber bundle 220 (lower side) are read in different directions, respectively, so that the data displayed through the controller 170 described later are different from each other.

상기한 광측정장치(150)는 특정파장의 빛, 다시 말해서, 공정챔버(10)내의 플라즈마로부터 발생되는 빛의 스펙트럼을 수광하여 분석한 결과를 후술하는 컨트롤러(170)에 전달하여 진행중인 공정을 도시하지 않은 그래프를 통해 출력하여 실시간으로 공정을 진단할 수 있다.The optical measuring apparatus 150 receives the spectrum of light having a specific wavelength, that is, the spectrum of light generated from the plasma in the process chamber 10, and transmits the analysis result to the controller 170, which will be described later, It is possible to diagnose the process in real time by outputting it through the graph.

컨트롤러(170)는 상기한 광측정장치(150)에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 웨이퍼의 두께를 측정할 수 있도록 웨이퍼 두께 측정의 알고리즘이 구성되고, 그 얻어진 데이터를 그래프로 표시할 수 있도록 프로그램되어 있다.The controller 170 analyzes the absorption rate and transmittance data measured by the optical measuring device 150 and forms an algorithm for wafer thickness measurement so that the thickness of the wafer can be measured in real time, As shown in FIG.

따라서, 웨이퍼(1)의 두께를 계산하거나 플라즈마 빛의 다양한 스펙트럼으로 가스의 농도 및 종류를 분석하여 도시하지 않은 모니터를 통해 그래프로 표시하기 때문에 실시간으로 모니터링할 수 있다.Therefore, the thickness of the wafer 1 can be calculated or the concentration and kind of the gas can be analyzed by various spectra of the plasma light, and it can be monitored in real time because it is displayed in a graph through a monitor not shown.

한편, 상술한 두께측정장치(100)는, 광량조절장치(140)를 더 포함한다.On the other hand, the thickness measuring apparatus 100 described above further includes a light amount adjusting device 140.

도 5에 도시한 바와 같이, 광량조절장치(140)는, 상술한 케이스(135)의 투광구(135b)에 구비되는 것으로, 볼록렌즈(141)와 위치조절수단(143)으로 이루어진다.5, the light amount adjusting device 140 is provided in the light transmitting opening 135b of the case 135 and comprises a convex lens 141 and a position adjusting means 143. [

볼록렌즈(141)는 케이스(135)의 투광구(135b) 하측 중간부분에 고정되며, 도시한 방향 기준하여 이 볼록렌즈(141)의 하측으로 위치조절장치(143)가 구비된다.The convex lens 141 is fixed to an intermediate portion of the lower side of the transmission port 135b of the case 135 and the position adjusting device 143 is provided below the convex lens 141 on the basis of the illustrated direction.

위치조절장치(143)는 슬라이더(143a)와 오목렌즈(143b)로 이루어진다.The position adjusting device 143 includes a slider 143a and a concave lens 143b.

슬라이더(143a)는 원통형으로 이루어지며, 상기한 케이스(135)의 투광구(135b)를 따라 상, 하로 슬라이딩한다.The slider 143a has a cylindrical shape and slides up and down along the transmission port 135b of the case 135 described above.

이 슬라이더(143a)의 상단에 오목렌즈(143b)가 구비되는데, 상기한 볼록렌즈(141)와 오목렌즈(143b)의 작용에 의해 상기한 반사체(130)에 반사되는 광출력장치(110)에서의 백색광원 비임 초점(Beam Spot)의 크기를 조절할 수 있으므로, 광량도 용이하게 조절할 수 있다.A concave lens 143b is provided at the upper end of the slider 143a. The optical output device 110, which is reflected by the reflector 130 by the action of the convex lens 141 and the concave lens 143b, The size of the beam spot of the white light source can be adjusted, so that the amount of light can be easily adjusted.

또한, 본 발명에 따른 두께측정장치(100)는 감지장치(200)를 더 포함한다.In addition, the thickness measuring apparatus 100 according to the present invention further includes a sensing device 200.

도시한 바와 같이, 감지장치(200)는 집광렌즈(210)와 제 3광파이버번들(220)로 이루어진다.As shown in the figure, the sensing device 200 includes a condenser lens 210 and a third optical fiber bundle 220.

집광렌즈(210)는 공정챔버(10) 내의 플라즈마 빛을 수광할 수 있도록 측방에 구비된 투시창(13)에 설치되며, 그 일측에는 수광된 빛을 전달할 수 있도록 제 3광파이버 번들(220)의 수광단(受光端)이 연결되며, 발광단(發光端)인 타단은 도 4에 도시한 바와 같이, 상술한 광측정장치(150)의 슬릿(151)에 근접하여 설치된다. The condenser lens 210 is installed in a side window 13 for receiving the plasma light in the process chamber 10 and receives light of the third optical fiber bundle 220 And the other end which is a light emitting end is installed close to the slit 151 of the above-described optical measuring device 150, as shown in FIG.

또한, 이 제 3광파이버번들(220)은 상기한 제 2광파이버번들(113)과 마찬가지로 수직방향으로 다수의 광파이버가 배열됨으로서 수직방향으로 분할된 빛을 광측정장치(150)에 전달한다.Like the second optical fiber bundle 113, the third optical fiber bundle 220 includes a plurality of optical fibers arranged in a vertical direction, and transmits the vertically divided light to the optical measuring device 150.

따라서, 한 두께측정장치(100)의 구성인 제 2광파이버번들(113)과 동시에 제 3광파이버번들(220)을 통해 플라즈마 공정챔버(10)의 플라즈마 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.Therefore, the plasma state of the plasma processing chamber 10 can be monitored in real time through the third optical fiber bundle 220 simultaneously with the second optical fiber bundle 113, which is a constitution of the thickness measuring apparatus 100.

계속 해서, 도 6과 도 7에 도시한 바를 참조로 하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 두께측정장치(100)와 감시장치(200)의 작용, 효과를 설명한다.Next, the operation and effect of the wafer thickness measuring apparatus 100 and the monitoring apparatus 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.

도 6에 도시한 것은 웨이퍼 두께측정장치(100)의 작용을 보인 도면으로서, 공정챔버(10) 내부에 구비된 웨이퍼(1)의 식각(Etching)공정 중 두께를 측정하는 방법에 대해 설명한다.(플라즈마 공정챔버(10)에서는 상기한 식각공정 이외에 다수의 공정을 수행하지만, 식각 공정을 예를 들어 설명한다)6 shows the operation of the wafer thickness measuring apparatus 100. The method of measuring the thickness of the wafer 1 during the etching process of the wafer 1 provided in the process chamber 10 will be described. (In the plasma processing chamber 10, a plurality of processes other than the above-described etching process are performed, but an etching process will be described as an example)

우선, 광출력장치(110)에서 발광하는 빛은 제 1광파이버 번들(111)을 통해 공정챔버(10)의 상측중심에 구비된 반사체(130)를 통해 직각방향으로 반사된다.First, the light emitted from the optical output device 110 is reflected through the first optical fiber bundle 111 in a direction perpendicular to the reflector 130 provided at the center of the upper side of the process chamber 10.

이 반사된 빛은 공정챔버(10) 내부에 구비된 웨이퍼(1)에 입사되며, 이 빛은 다시 웨이퍼(1)에 반사된다.The reflected light is incident on the wafer 1 provided in the process chamber 10, and the reflected light is reflected on the wafer 1 again.

이 반사된 빛은 상기한 반사체(130)로 다시 전달되며, 제 2광파이버 번들(113)을 통해 광측정장치(150)에 전달된다.The reflected light is transmitted back to the reflector 130 and transmitted to the optical measuring device 150 through the second optical fiber bundle 113.

이와 같이, 광측정장치(150)는 도시하지 않은 센서에서 상기한 과정을 거쳐 전달된 특정파장의 광에너지를 분할하며, 이 분할된 광에너지는 센서를 거쳐 전기신호로 전환되어 컨트롤러(170)에 상기 파장에 대한 광량 정보를 제공한다.As described above, the optical measuring device 150 divides the light energy of a specific wavelength transmitted through the above-described process by a sensor (not shown), and the divided light energy is transmitted through the sensor And supplies the controller 170 with light amount information on the wavelength.

이와 같이, 제공된 광량정보를 컨트롤러(170)에 프로그램된 알고리즘에 내장된 물질의 투과율과 흡수율을 바탕으로 분석하고, 이 분석된 데이터를 도시하지 않은 모니터를 통해 그래프로 표시한다. In this way, the provided light amount information is analyzed on the basis of the transmittance and absorptivity of the material embedded in the algorithm programmed into the controller 170, and the analyzed data is displayed in a graph through a monitor (not shown).

즉, 상술한 광출력장치(110)는 200~850nm까지 빛의 파장을 갖춘 백색광원으로서 식각공정에서 식각되는 부분을 명확하게 조사(照射)하며, 반사된 반사광 스펙트럼을 유형에 적합하도록 컨트롤러(170)에 입력된 프로그램을 통해서 실시간으로 두께를 계산하고, 이와 같은 두께측정 결과는 도시하지 않은 모니터(미도시)를 통해 그래프로 표시한다.That is, the above-described optical output device 110 clearly irradiates a portion to be etched in the etching process as a white light source having a wavelength of light ranging from 200 to 850 nm, and controls the reflected light spectrum to be suitable for the type ), And the thickness measurement result is displayed in a graph through a monitor (not shown).

또한, 컨트롤러(170)는 상기한 바와 같은 두께측정과정에서 사용자가 소망하는 두께에 도달하면 종말점이 검출되고, 이 검출된 종말점에 따라 해당 공정은 자동으로 종료되고, 다음 공정을 진행할 수 있도록 프로그램이 입력되어 있으므로, 각 공정별 공정전환이 용이하다.In addition, the controller 170 detects an end point when the user reaches a desired thickness in the thickness measurement process described above, and the process is automatically terminated according to the detected end point, and a program Therefore, it is easy to switch processes for each process.

계속해서, 도 7을 참조로 하여 상기한 두께측정장치(100)와 감지장치(200)를 이용해서 실시간으로 플라즈마 공정챔버(10)를 모니터링 하는 방법을 설명한다.Next, a method of monitoring the plasma processing chamber 10 in real time using the thickness measuring apparatus 100 and the sensing apparatus 200 will be described with reference to FIG.

우선, 상기한 두께측정장치(100)의 반사체(130)와 측면에 구비된 집광렌즈(210)는 각각의 투시창(11)(13)을 통해 플라즈마 빛을 수광하고, 이 수광된 빛은 각각의 제 2, 3광파이버번들(113)(220)을 통해, 광측정장치(150)에 구비된 슬릿(151)의상, 하 방향으로 각각 다른 파장의 빛을 조사한다.The reflector 130 of the thickness measuring apparatus 100 and the condenser lens 210 provided on the side of the thickness measuring apparatus 100 receive the plasma light through the respective windows 11 and 13, The first and second optical fiber bundles 113 and 220 irradiate light of different wavelengths in the upward and downward direction of the slit 151 provided in the optical measuring device 150. [

이 빛은 상기한 거울(153)을 통해 반사되고, 이 반사된 특정 파장의 빛은 격자체(155)를 통해 굴절되며 스펙트럼(Spectrum)이 형성된다.The light is reflected through the mirror 153, and the reflected light of a specific wavelength is refracted through the grid 152 to form a spectrum.

상기한 격자체(155)를 통해 굴절된 스펙트럼은 본 발명에 따른 CCD센서(157)를 통해 전기적 신호로 변환되어 컨트롤러(170)에 전달하여 진행중인 공정을 도시하지 않은 그래프를 통해 출력하여 실시간으로 공정을 진단할 수 있다.The spectrum refracted through the grid 152 is converted into an electrical signal through the CCD sensor 157 according to the present invention and transmitted to the controller 170 to output an ongoing process through a graph Can be diagnosed.

이와 같은, 컨트롤러(170)는 상기한 광측정장치(150)에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이 분석된 데이터는 컨트롤러(170)를 통해 두께측정장치(100)를 통해 측정된 파장과 감시장치(200)를 통해 측정된 파장의 변화가 그래프(미도시)의 x축에 표시되는 시간에 따라 y축에 표시되는 빛의 밝기가 표시됨으로서, 시간이 변화함에 따라 반사광의 밝기(Intensity: y축 값)가 보광, 상쇄 간섭 효과에 의해서 값의 높낮이가 변화하게 된다. The controller 170 analyzes absorption rate and transmittance data measured by the optical measuring apparatus 150 and transmits the analyzed data through the controller 170 to the wavelength measured through the thickness measuring apparatus 100 The brightness of the light displayed on the y-axis is displayed according to the time displayed on the x-axis of the graph (not shown), and the brightness of the reflected light (intensity) y axis value) is changed by the complementary effect of complementary and destructive interference.

이 값의 변화는 사인파 곡선과 같은 형태로 나타나고, 이 곡선을 분석함으로써, 상술한 바와 같이 스펙트럼 유형에 적합하도록 컨트롤러(170)에 입력된 프로그램과는 또 다른 방식으로 실시간 두께가 측정 가능할 뿐만 아니라, 시간변화에 따른 플라즈마의 강도(Intensity) 변화 지점을 감지하여 종료점 검출도 가능하다The change of this value appears in the form of a sinusoidal curve. By analyzing this curve, not only the real time thickness can be measured in a manner different from the program inputted to the controller 170 so as to be suitable for the spectrum type as described above, It is also possible to detect the end point by detecting the intensity change point of the plasma according to the time change

한편, 본 발명에 따른 두께측정장치(100)는 실시간으로 두께측정을 할 때에는 광출력장치(110가 작동하지만, 도 7에 도시한 바와 같이, 실시간으로 모니터링할 때에는 작동하지 않는다.Meanwhile, when measuring thickness in real time, the thickness measuring apparatus 100 according to the present invention does not operate when the optical output apparatus 110 is operated in real time, as shown in FIG.

또한, 두께측정장치(100)를 통해 두께측정ㅇㄹ 한느 동안에 감시장치(200)를 통해 실시간 모니터링도 동시에 병행할 수 있다.Also, real time monitoring can be performed simultaneously through the thickness measuring device 100 through the thickness measuring device 100 through the monitoring device 200.

또한, 상술한 플라즈마 공정의 경우, 장시간 공정이 진행되는 과정에서 식각 또는 증착시 발생하는 공정가스에 의해 투시창(11)(13)(Viewport)이 불투명해지며 반사광 밝기(Intensity)의 감소가 초래되는 결과를 가져온다.Further, in the case of the above-described plasma process, the viewing window 11 (Viewport) 13 becomes opaque due to the process gas generated during etching or vapor deposition in the course of the long time process, and the intensity of the reflected light is decreased The results are retrieved.

이럴 경우, 광출력장치(110)의 광량을 높임으로서 종전과 같은 반사광을 확보할 수 있다.In this case, the amount of light of the optical output device 110 is increased, and the reflected light as before can be secured.

이와 같이, 광량을 높이는 것은 상술한 광량조절장치(140)의 구성중 오목렌즈(143b)가 구비된 슬라이더(143)를 상, 하 방향으로 조절함으로서 가능하다.The light amount can be increased by adjusting the slider 143 provided with the concave lens 143b in the upward and downward directions in the structure of the light amount adjusting apparatus 140 described above.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1광파이버번들(111)과 반사체(130)를 통해 웨이퍼(1)에 조사되는 광량의 조절 및 웨이퍼(1)에 조사되는 비임 초점 사이즈 조절은 상술한 슬라이더(143)을 통해 사용자가 용이하게 조절할 수 있다.That is, as shown in FIG. 4, the first optical fiber bundle 111 and the reflector 130 Adjustment of the amount of light irradiated to the wafer 1 and adjustment of the beam focus size to be irradiated to the wafer 1 can be easily controlled by the user through the slider 143 described above.

상기한 작용에서는 두께측정장치(100)에 의해 공정이 진행되는 웨이퍼(1)의 두께를 측정하고, 이와 별개로 백색광원램프로 이루어진 광출력장치(110)를 작동하지 않고 끈 상태에서 각 제 2, 3광파이어번들(113)(220)을 통해 각 광측정장치(150)로 전달되는 플라즈마 빛의 스펙트럼을 분석하는 실시간 모니터링이 가능하다.In the above operation, the thickness of the wafer 1 to be processed by the thickness measuring apparatus 100 is measured, and the optical output device 110 composed of the white light source lamp is separately operated, Real-time monitoring of spectrum of plasma light transmitted to each optical measuring device 150 through three optical fiber bundles 113 and 220 is possible.

또한, 두께측정장치(100)와 감지장치(200)를 동시에 구동함으로서, 실시간으로 웨이퍼(1)의 두께측정과 모니터링이 동시에 가능하다. In addition, by simultaneously driving the thickness measuring apparatus 100 and the sensing apparatus 200, it is possible to simultaneously measure and monitor the thickness of the wafer 1 in real time.

이와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 두께측정장치(100)와 감시장치(200)와 연결된 컨트롤러(170)에 의하면 공정챔버(10)의 공정 진행중에도 웨이퍼(1)의 두께를 측정할 수 있도록 하며, 사용자가 소망하는 두께에 도달하면 종말점이 검출되고, 이 검출된 종말점에 따라 해당 공정은 자동으로 종료된다.As described above, according to the wafer thickness measuring apparatus 100 and the controller 170 connected to the monitoring apparatus 200 according to the present invention, the thickness of the wafer 1 can be measured even during the process of the process chamber 10, When the user reaches a desired thickness, the end point is detected, and the process is automatically terminated according to the detected end point.

이에 따라, 다음 공정을 진행할 수 있도록 프로그램이 입력되어 있으므로, 각 공정별 공정전환이 용이하다.Accordingly, since the program is inputted so that the next process can be performed, it is easy to change the process for each process.

또한, 공정챔버 내의 플라즈마 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있으므로, 생산성이 향상되며, 불량원인을 원천적으로 제거하였다.In addition, since the plasma state in the process chamber can be monitored in real time, the productivity is improved, and the cause of the defect is originally eliminated.

나아가, 웨이퍼 두께측정장치(100)에 의해 직접적으로 웨이퍼의 두께를 실시간으로 측정할 수 있으므로, 간접적으로 플라즈마 광원을 모니터링하여 종말점을 판단하는 종래의 검출 장치보다 정확성을 높였다. Furthermore, since the thickness of the wafer can be directly measured by the wafer thickness measuring apparatus 100 in real time, the accuracy of the wafer detecting apparatus 100 is higher than that of the conventional detecting apparatus for indirectly determining the end point by monitoring the plasma light source.

더 나아가, 두께 측정에 의한 종말점 검출뿐만아니라, 상부와 측면의 투광부를 통해 챔버 내부의 플라즈마 모니터링을 동시에 시행하여, 플라즈마 내부의 케미컬 반응 분석 및 이를 이용한 공정 진단이 가능하다. Furthermore, plasma monitoring inside the chamber is simultaneously performed through not only the end point detection by the thickness measurement but also the upper and the side light transmitting portions, and the chemical reaction analysis inside the plasma and the process diagnosis using the same can be performed.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자 라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.It is to be understood that the present invention is not limited to the specific exemplary embodiments described above and that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. And such modified embodiments are within the scope of the claims of the present invention.

10 : 플라즈마 공정챔버
100 : 웨이퍼 두께측정장치 110 : 광출력장치
130 : 반사체 140 : 광량조절장치
141 : 볼록렌즈 143 : 위치조절장치
150 : 광측정장치 170 : 컨트롤러
200 : 감시장치 210 : 집광렌즈
230 : 광측정장치10: Plasma processing chamber
100: wafer thickness measuring device 110: optical output device
130: reflector 140: light amount adjusting device
141: convex lens 143: position adjusting device
150: optical measuring device 170: controller
200: monitor device 210: condenser lens
230: Optical measuring device

Claims

In a plasma processing chamber in which a photolithography, etching or diffusion, deposition process is performed to form a pattern on a wafer,
The plasma processing chamber includes:
An optical output device for outputting light necessary for measuring the wafer thickness provided inside;
The optical output device reflects the light output from the optical output device and enters a wafer provided in the plasma processing chamber. The incident angle of the incident light is 45 degrees. A reflector provided with:
An optical measuring device for receiving light reflected from the reflector, for measuring the transmittance and the absorptance by spectroscopically receiving the light;
And a wafer thickness measuring device including a controller configured to analyze an absorption rate and transmittance data measured by the optical measuring device and to configure a wafer thickness measuring algorithm so that the thickness of the wafer can be measured in real time,
Further comprising: a slider formed in a cylindrical shape so as to be slidable in an upward and downward direction within a light transmission hole formed in the case; and a position adjusting means including a concave lens provided at an upper end of the slider.

The method according to claim 1,
Wherein the thickness measuring device comprises:
Further comprising a light amount adjusting device provided below the reflector to adjust an amount of light in the optical output device or adjust a beam spot size irradiated on the wafer.

3. The method of claim 2,
The light amount adjusting device includes:
A convex lens provided at an intermediate portion of the case of the reflector;
And a position adjusting means for adjusting a distance between the convex lens and the convex lens.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the optical output device and the reflector are connected to a first optical fiber bundle and the reflector and the optical measuring device are connected to a second optical fiber bundle.

The method according to claim 1,
The optical output device includes:
Wherein the plasma processing chamber is a white light source lamp.

The method according to claim 1,
The reflector
Wherein the mirror is a mirror disposed at an angle of 45 degrees on a vertical line so as to reflect light reflected from the wafer or transmitted from the optical output device.

The method according to claim 1,
The plasma processing chamber includes:
And a monitoring device connected to the optical measuring device and the third optical fiber bundle so as to transmit data obtained by measuring the light transmittance and the absorption rate of the light collected by the condensing lens to the controller And a plasma processing chamber.

The method according to claim 1,
The optical measuring apparatus includes:
A slit provided close to the light emitting end of the second and third optical fiber bundles, a mirror for reflecting the light transmitted through the slit, a grid for generating a spectrum by refracting the light reflected through the mirror, And a CCD sensor for converting a signal received by the light into an electric signal by using a phenomenon that photoelectrons inside the conductor are emitted when light having a frequency exceeding a predetermined frequency refracted is incident on the plasma processing chamber.

8. The method of claim 7,
Wherein the mirror is made of one of metal, glass, and synthetic resin.