KR101466127B1 - 플라즈마 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 반도체 웨이퍼에 대한 플라즈마 공정을 수행하는 공정챔버에 설치되어 플라즈마를 모니터링하기 위한 장치로서, 공정챔버에 설치되어 플라즈마에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광감지센서부와, 상기 광감지센서부로부터의 신호를 전달받아 연산처리하기 위한 신호처리부와, 플라즈마 공정의 단계별 기준데이터를 저장하기 위한 데이터저장부와, 상기 신호처리부에서 처리된 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하며, 상기 신호처리부는 미리 지정된 시간주기마다 측정된 신호의 평균값과 변화율(기울기)를 계산하여 플라즈마 공정의 단계를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 플라즈마 에칭 공정 수행 중에 수행되는 공정의 종류를 정확히 판별하여 각 공정 별 이상 여부 및 아크의 발생을 모니터링할 수 있다.

Description

플라즈마 모니터링 장치{PLASMA MONITORING APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 모니터링 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 반도체 또는 엘시디 부품에 대한 에칭 공정에서 각 공정의 종류를 정확하게 구분하여 공정의 이상 여부 또는 아크의 발생을 검출할 수 있도록 구성되는 플라즈마 모니터링 장치에 관한 발명이다.

반도체 부품 또는 엘시디 부품을 제조하기 위한 플라즈마 에칭 장치에서는 통상 알에프(RF) 전력을 이용한 플라즈마 에칭 공정이 이용된다.

특히, 웨이퍼 제조공정에서는 층간 절연막을 형성하기 위해 실리콘 산화막이 이용되며, 커패시터를 형성하기 위해서는 불순물이 도핑된 폴리실리콘이 주로 이용되며, 이러한 실리콘 산화막이나 폴리실리콘 층을 패터닝하기 위해 플라즈마를 이용한 건식 에칭공정이 주로 이용된다.

상기와 같은 건식 에칭공정으로서는 에이치디피(HDP: High Density Plasma)소스 방식을 이용하는 티시피(TCP: Transformer Coupled Plasma)식각 방법이 이에 해당된다.

상기 티시피 식각방법을 이용하는 티시피 식각장치는 챔버의 내측 하부에 웨이퍼가 탑재되며, 상기 웨이퍼의 하부와 상부에 하부전극과 상부전극이 설치되고 상기 챔버의 상부가 개방가능하도록 구성된다.

또한, 상기 챔버의 일측에는 챔버 내부로 공정가스를 주입하기 위한 공정가스주입관이 설치되고, 타측에는 알에프 제너레이터와 알에프 매칭박스가 연결되어 설치되며, 또한 상기 챔버의 하부에는 챔버의 내부를 일정 압력으로 유지시키기 위한 펌프가 설치된다.

상기와 같은 챔버 내부로 공정가스를 주입함과 동시에 알에프 전력을 발생시키면, 챔버의 내부에 플라즈마가 발생되어 웨이퍼의 상면을 에칭하게 된다.

그런데, 상기 알에프 제너레이터는 그 출력단의 임피던스가 특정의 임피던스로 고정되지만, 상기 공정챔버 내부 구성의 마모 또는 상태 변화에 따라 임피던스 변화가 발생되며, 이러한 임피던스의 변화에 따라 상기 알에프 제너레이터에서 인가되는 전력 역시 변화하게 된다.

한편, 알에프 전력을 이용한 플라즈마 에칭 장치에서는 장치 내부의 손상 또는 미세한 불순물의 존재로 인해 플라즈마 에칭공정의 안정성을 저하시키는 아크를 발생시킨다.

상기 아크는 처리되는 웨이퍼의 불량을 유발시키며, 또한 또 다른 불순물을 발생시키는 원인이 된다.

따라서, 공정챔버 내부에서 아크 또는 그 전조 현상을 정확히 감지하는 기술 개발은 매우 중요한 문제이다.

본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭 공정 수행 중에 수행되는 공정의 종류를 정확히 판별하여 각 공정 별 공정의 이상 여부 및 아크의 발생을 모니터링할 수 있는 플라즈마 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 반도체 부품에 대한 플라즈마 공정을 수행하는 공정챔버에 설치되어 플라즈마를 모니터링하기 위한 장치로서, 공정챔버에 설치되어 플라즈마에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광감지센서부와, 상기 광감지센서부로부터의 신호를 전달받아 연산처리하기 위한 신호처리부와, 플라즈마 공정의 단계별 기준데이터를 저장하기 위한 데이터저장부와, 상기 신호처리부에서 처리된 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하며, 상기 신호처리부는 미리 지정된 주파수로 측정된 신호의 평균값과 변화율(기울기)를 계산하여 플라즈마 공정의 단계를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 공정챔버에 공급되는 RF 전력값을 감지하기 위한 RF전력감지부를 추가적으로 포함한다.

또한, 상기 미리 지정된 주파수보다 긴 주기의 주파수로 상기 평균값과 변화율을 추출하여 상기 디스플레이부에 표시하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 변화율이 미리 지정된 범위를 벗어날 경우 긴 주기의 주파수로 평균값과 변화율을 추출하여 상기 디스플레이부에 표시하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 광감지센서부는 알지비센서부(RGB Sensor)이거나 포토 트랜지스터센서부(Photo-Transistor)이다.

또한, 상기 판단된 각 플라즈마 공정 단계에 따라 아크 및 공정 이상 여부를 판단하기 위한 특유의 알고리즘을 독립적으로 적용할 수 있다.

본 발명에 의해, 플라즈마 에칭 공정 수행 중에 수행되는 공정의 종류를 정확히 판별하여 각 공정 별 이상 여부 및 아크의 발생을 모니터링할 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도1 은 본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 장치의 구성 블럭도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도1 은 본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 장치의 구성 블럭도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 반도체 부품에 대한 플라즈마 공정을 수행하는 공정챔버에 설치되어 플라즈마를 모니터링하기 위한 장치로서, 공정챔버(10)에 설치되어 플라즈마에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광감지센서부(20)와, 상기 광감지센서부(20)로부터의 신호를 전달받아 연산처리하기 위한 신호처리부(30)와, 플라즈마 공정의 단계별 기준데이터를 저장하기 위한 데이터저장부(40)와, 상기 신호처리부(30)에서 처리된 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이부(50)를 포함하며, 상기 신호처리부(30)는 미리 지정된 시간주기마다 측정된 신호의 평균값과 변화율(기울기)을 계산하여 플라즈마 공정의 단계를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공정챔버(10)는 반도체 웨이퍼 또는 엘시디 기판에 대한 플라즈마 에칭 공정을 수행하기 위한 장치로서, 공정챔버(10) 내부로 공정가스가 유출입되며 웨이퍼를 안착 지지하기 위한 웨이퍼 안착부 및 챔버 내부를 일정 압력으로 조성하기 위한 펌프 등이 설치된다.

상기 공정챔버(10)에 알에프 전력을 공급하기 위해 상기 공정챔버(10)에는 도시되지 않은 알에프 전력 제너레이터 및 알에프 메칭박스가 연결 설치된다.

상기 공정챔버(10)로 알에프 전력이 공급되면서 플라즈마 에칭 공정이 수행되는데, 상기 플라즈마 에칭 공정 수행 중의 플라즈마를 상기 광감지센서부(20)를 통해 감지함으로써, 공정의 이상 여부 및 아크 또는 그 전조현상을 감지한다.

상기 광감지센서부(20)는 알지비센서부(RGB Sensor) 또는 포토 트랜지스터센서부(Photo-Transistor Sensor)로 구성되어, 상기 플라즈마에서 발생되는 광의 R, G, B 값 또는 가시광선 영역 광의 휘도를 측정한다.

또한, 상기 공정챔버(10)에 공급되는 알에프 전력의 이상 여부를 감지하기 위해, 상기 공정챔버(10)에는 알에프전력감지부(60)가 연결 설치된다.

그리하여, 상기 플라즈마의 R, G, B 값 또는 광의 휘도값과 함께 상기 공정챔버(10)에 공급되는 알에프전력값을 동시에 감지하여 공정의 이상 여부 및 아크 또는 그 전조현상을 감지하도록 구성된다.

여기서, 상기 광감지센서부(20) 및 알에프전력감지부(60)에 의해 감지되는 데이터는 예를 들어 100KHz 의 주파수로 감지되며, 감지된 데이터는 상기 데이터저장부(40)에 저장된다.

상기와 같이 100KHz 주파수로 감지 저장된 데이터 중에서 10Hz 주파수로 데이터를 추출하여 상기 디스플레이부(50)에 그래프의 형태로 표시한다.

만약, 100KHz 의 주파수로 감지된 데이터를 그대로 상기 디스플레이부(50)에 표현할 경우에는 매우 짧은 시간동안 측정된 데이터의 양 및 그 변화율이 크므로, 이러한 데이터를 그대로 상기 디스플레이부(50)에 표시하기 보다는 10Hz 의 보다 긴 주파수로 데이터를 추출하여 디스플레이부(50)에 표시하는 것이 데이터의 신뢰성 및 안정성 차원에서 바람직하다.

또한, 상기 100KHz 주파수로 감지된 데이터 대신 이로부터 추출된 10Hz 주파수 데이터를 저장함으로써, 저장되는 데이터의 양을 감소시키도록 구성될 수도 있다.

한편, 상기와 같이 100KHz 주파수로 감지된 실시간 데이터를 토대로 미리 지정된 시간 간격의 데이터 평균값과 변화율(기울기)을 계산하여 이를 기준 데이터와 비교함으로써, 현재 진행 중인 공정의 단계(종류)를 판단하도록 구성된다.

그리하여, 상기 평균값과 변화율(기울기)에 의해 진행 중인 공정의 종류를 판단하고, 그 평균값과 변화율이 미리 지정된(저장된 기준데이터)를 벗어날 경우에는 이러한 내용을 상기 디스플레이부(50)에 표시함으로써, 공정의 이상 여부 및 아크 또는 그 전조 현상을 감지할 수 있다.

이러한 판단을 위해 상기 디스플레이부(50)에는 10Hz 주파수로 추출된 데이터에 의한 그래프와 함께 각 공정별 기준이 되는 데이터를 그래프의 형태로 함께 표시할 수 있다.

여기서, 상기 각 공정별 기준이 되는 데이터에서 일정 정도 상한과 하한을 설정하여 상기 10Hz 주파수로 추출된 데이터에 따른 그래프와 함께 표시함으로써, 상기 상한과 하한에 따른 그래프로 표시되는 범위를 상기 10Hz 로 추출된 데이터에 따른 그래프가 벗어나는지의 여부를 용이하게 식별할 수 있도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기와 같이 100KHz 주파수로 감지된 실시간 데이터로부터 얻어진 평균값과 변화율에 기반하여 판단된 공정의 종류에 따라 공정별 폴리노미얼-피팅(Polynomial-Fitting) 알고리즘을 복수 개 적용하거나 또는 각 공정별 특유의 알고리즘을 적용함으로써, 공정의 이상 여부 및 아크 또는 그 전조현상을 감지하도록 구성될 수도 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 공정챔버 20: 광감지센서부
30: 신호처리부 40: 데이터저장부
50: 디스플레이부 60: RF전력감지부

Claims (7)

1. 반도체 부품에 대한 플라즈마 공정을 수행하는 공정챔버에 설치되어 플라즈마를 모니터링하기 위한 장치로서,
   공정챔버에 설치되어 플라즈마에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광감지센서부와;
   상기 공정챔버에 공급되는 RF 전력값을 감지하기 위한 RF전력감지부와;
   상기 광감지센서부 및 RF전력감지부로부터의 신호를 전달받아 연산처리하기 위한 신호처리부와;
   플라즈마 공정의 단계별 기준데이터를 저장하기 위한 데이터저장부와;
   상기 신호처리부에서 처리된 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하며,
   상기 신호처리부는 상기 광감지센서부를 통해 감지된 플라즈마의 알(R), 지(G), 비(B) 값 또는 휘도값과 함께 상기 RF전력감지부를 통해 감지된 알에프전력값을 미리 지정된 제 1 주파수로 측정하여 이로부터 평균값과 변화율을 계산하여 플라즈마 공정의 단계를 판단하고,
   상기 미리 지정된 제 1 주파수보다 작은 제 2 주파수(제 1 주파수에 의한 신호 추출 주기보다 긴 주기)로 상기 플라즈마의 알, 지, 비 값 또는 휘도값 및 알에프전력값을 추출하여 상기 디스플레이부에 표시하고 상기 데이터저장부에 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광감지센서부는 알지비센서부(RGB Sensor)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터링 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 광감지센서부는 포토 트랜지스터센서부(Photo-Transistor)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터링 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 판단된 각 플라즈마 공정 단계에 따라 아크 및 공정 이상 여부를 판단하기 위한 알고리즘을 독립적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 모니터링 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images