KR101564787B1 - 2 2 dimentional process monitoring apparatus - Google Patents

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KR101564787B1
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장성호
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Abstract

본 발명은 2차원 공정 모니터링 장치를 제공한다. 이 장치는 탐침 기판, 탐침 기판의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들, 탐침 기판을 관통하고 탐침 전극들과 연결되는 플러그들, 및 플러그들과 전기적으로 연결되고 탐침 기판의 타면에 배치된 내부 배선을 포함하고, 탐침 전극들은 플로팅되어, 탐침 전극들에 흐르는 전류는 변위 전류이다.The present invention provides a two-dimensional process monitoring apparatus. The apparatus comprises a probe substrate, a plurality of probe electrodes arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate, plugs penetrating the probe substrate and connected to the probe electrodes, and electrically connected to the plugs and disposed on the other surface of the probe substrate And the probe electrodes are floated so that the current flowing through the probe electrodes is a displacement current.

플라즈마, 탐침 전극, 2차원 탐침 전극, 플로팅 탐침 Plasma, probe electrode, two-dimensional probe electrode, floating probe

Description

2차원 공정 모니터링 장치{2 DIMENTIONAL PROCESS MONITORING APPARATUS} [0001] DIMENTIONAL PROCESS MONITORING APPARATUS [0002]

본 발명은 공정 모니터링 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 플라즈마 장치의 플라즈마에서 들어오는 교류 전류들을 측정하여 플라즈마 밀도, 전자온도, 플라즈마 전위, 및 부유 전위 등을 포함하는 플라즈마 변수 및/또는 탐침 전극의 표면 상태를 정확하게 측정할 수 있는 2차원 공정 모니터링 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a process monitoring apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus for measuring AC currents input from a plasma of a plasma apparatus and measuring a plasma parameter including a plasma density, an electron temperature, a plasma potential and a floating potential, And more particularly, to a two-dimensional process monitoring apparatus capable of accurately measuring a two-dimensional process monitoring apparatus.

반도체소자를 제조하는데 사용되는 여러 가지의 장비 중에서, 진공 상태의 밀폐된 챔버 내에 플라즈마를 형성하고 반응 가스를 주입하여 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나 웨이퍼에 형성된 박막을 에칭하는 플라즈마 장치가 널리 사용되고 있다.Among various apparatuses used for manufacturing a semiconductor device, a plasma apparatus is widely used in which a plasma is formed in a closed chamber in a vacuum state, a thin film is deposited on a wafer by injecting a reactive gas, or a thin film formed on a wafer is etched.

플라즈마 장치는, 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 경우, 웨이퍼에 형성된 불순물 영역 내의 불순물들이 더 이상 확산하지 않는 저온에서 공정을 진행할 수 있다는 점과, 대구경의 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께 균일도가 우수하다는 점과, 박막을 에칭할 경우 웨이퍼 전체에 걸쳐서 에칭 균일도(etch uniformity)가 우수하다는 점 때문에 널리 적용되고 있다.The plasma apparatus is advantageous in that when the thin film is deposited using plasma, the process can be carried out at a low temperature at which the impurities in the impurity region formed on the wafer are no longer diffused and the thickness uniformity of the thin film formed on the wafer having a large diameter is excellent Point etch and etch uniformity (etch uniformity) over the entire wafer when etched.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 플라즈마에 영향이 거의 없는 2차원 공정 모니터링 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a two-dimensional process monitoring apparatus having little influence on a plasma.

본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치는 탐침 기판, 상기 탐침 기판의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들, 상기 탐침 기판을 관통하고 상기 탐침 전극들과 연결되는 플러그들, 및 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판의 타면에 배치된 내부 배선을 포함하고, 상기 탐침 전극들은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들에 흐르는 전류는 변위 전류이다.A two-dimensional process monitoring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a probe substrate, a plurality of probe electrodes arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate, a plurality of probes extending through the probe substrate and connected to the probe electrodes, And an internal wiring electrically connected to the plugs and disposed on the other surface of the probe substrate, wherein the probe electrodes are floated, and a current flowing in the probe electrodes is a displacement current.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 배선들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판에 배치된 코넥터, 상기 코넥터와 연결되고 상기 탐침 전극들에 적어도 하나의 기본 주파수를 가진 주기적인 구동 전압을 인가하는 구동부, 상기 구동부와 상기 코넥터 사이에 배치되어 시간에 따라 상기 탐침 전극들 중에 어느 하나에 상기 구동 전압을 인가하는 아날로그 멀티플렉서, 상기 구동부와 상기 아날로그 멀티플렉서 사이에 배치되어 상기 구동부를 통하여 흐르는 교류 전류를 감지하는 감지부, 및 상기 감지부의 상기 교류 전류를 주파수 분석하여 상기 탐침 전극 상의 플라즈마 변수 또는 상기 탐침 전극의 표면 상태를 추출하는 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the connector may include a connector electrically connected to the internal wirings and disposed on the probe substrate, a connector connected to the connector and applying a periodic driving voltage having at least one fundamental frequency to the probe electrodes An analog multiplexer disposed between the driving unit and the connector for applying the driving voltage to any one of the probe electrodes according to time, an analog multiplexer disposed between the driving unit and the analog multiplexer for sensing an alternating current flowing through the driving unit, And a signal processing unit for extracting a plasma parameter on the probe electrode or a surface state of the probe electrode by frequency analysis of the AC current of the sensing unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탐침 기판을 둘러싸고 있는 차폐부를 더 포함하고, 상기 차폐부는 상기 탐침 전극들에 대응하는 관통홀들을 포함하고, 상기 탐침 전극들은 상기 관통홀들과 정렬되어 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the probe further includes a shield surrounding the probe substrate, the shield includes through holes corresponding to the probe electrodes, and the probe electrodes are arranged in alignment with the through holes .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 배선들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판에 배치된 코넥터, 상기 코넥터와 전기적으로 연결되고 진공 용기의 외부의 회로와 연결되는 외부 배선, 및 상기 외부 배선을 감싸고 도전성의 차폐용 주름관을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the connector may include a connector electrically connected to the internal wirings and disposed on the probe substrate, external wirings electrically connected to the connector and connected to external circuits of the vacuum container, And may further include a conductive shielding corrugated tube.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탐침 전극들 상에 절연보호막이 배치되고, 상기 탐침 전극들에 인가되는 구동 전압은 적어도 2개의 기본 주파수를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, an insulating protective film is disposed on the probe electrodes, and a driving voltage applied to the probe electrodes may include at least two fundamental frequencies.

본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치는 탐침 기판, 상기 탐침 기판의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들, 상기 탐침 기판을 관통하고 상기 탐침 전극들과 연결되는 플러그들, 및 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 전극들과 상기 플러그들 사이에 배치된 내부 배선을 포함하고,상기 탐침 전극들은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들에 흐르는 전류는 변위 전류이다.A two-dimensional process monitoring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a probe substrate, a plurality of probe electrodes arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate, a plurality of probes extending through the probe substrate and connected to the probe electrodes, And an internal wiring electrically connected to the plugs and disposed between the probe electrodes and the plugs, wherein the probe electrodes are floating, and a current flowing in the probe electrodes is a displacement current.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판의 타면에 배치된 연결 패드를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the connection pad may further include connection pads electrically connected to the plugs and disposed on the other surface of the probe substrate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탐침 기판은 기판 홀더에 장착되고, 상기 연결 패드는 상기 기판 홀더에 배치된 연결핀과 전기적으로 접촉하여 교류 전압을 상기 탐침 전극들에 제공할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the probe substrate is mounted on a substrate holder, and the connection pad is in electrical contact with a connection pin disposed on the substrate holder to provide an AC voltage to the probe electrodes.

본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치는 부유 탐침 전극을 이용하여 플라즈마에 영향을 거의 주지 않고, 플라즈마 변수 및/또는 탐침 전극의 표면 상태를 측정할 수 있다. 상기 2차원 공정 모니터링 장치는 기판 대신에 기판 홀더에 장착되어 플라즈마 장치의 공정 조건에 따른 결과를 모니터링할 수 있다. 또한, 공정 진행 도중에, 탐침 기판을 플라즈마 장치의 내부에 삽입하여 공정의 이상 유무를 수시로 확인할 수 있다. The two-dimensional process monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention can measure the plasma parameters and / or the surface state of the probe electrode with little influence on the plasma by using the floating probe electrode. The two-dimensional process monitoring apparatus may be mounted on a substrate holder instead of the substrate to monitor the results depending on the process conditions of the plasma apparatus. Further, during the process, the probe substrate can be inserted into the plasma apparatus to check the abnormality of the process from time to time.

통상적인 방법으로 플라즈마 변수의 2차원 분포 측정의 경우, 가장 큰 문제는 플라즈마 변수의 측정을 위해서는 강한 바이어스 전압을 탐침 전극에 인가해야 한다. 이로 인해서, 플라즈마 쉬스(sheath)의 모양이 변하게 되고, 어레이(array) 형태로 배열된 전기 탐침의 쉬스 모양의 균일도를 보장할 수 없다. 상기 탐침 전극에서 측정되는 값은 쉬스의 모양에 크게 영향을 받게 된다. 따라서 각 탐침 전극의 쉬스의 균일도가 보장받지 못하면, 상기 탐침 전극에서 측정되는 값 또한 그 정확성을 보장할 수 없다. 특히, 플라즈마 변수의 2차원 측정의 경우, 탐침 전극의 동일성이 반드시 보장되어야 한다. 그러므로, 쉬스 및 플라즈마에 많은 섭동을 주는 통상적인 바이어스 전압 인가 방법은 2차원 분포 측정에 적합하지 않다.In the case of a two-dimensional distribution measurement of a plasma parameter in a conventional manner, the greatest problem is that a strong bias voltage must be applied to the probe electrode in order to measure the plasma parameter. As a result, the shape of the plasma sheath is changed, and the uniformity of the sheath shape of the electric probe arranged in an array form can not be guaranteed. The value measured at the probe electrode is greatly affected by the shape of the sheath. Therefore, if the uniformity of the sheath of each probe electrode is not guaranteed, the measured value at the probe electrode can not guarantee the accuracy. In particular, in the case of two-dimensional measurement of plasma parameters, the identity of the probe electrodes must be guaranteed. Therefore, a conventional bias voltage applying method which gives a lot of fluctuation to the sheath and plasma is not suitable for two-dimensional distribution measurement.

플라즈마 공정에서의 플라즈마 변수의 2차원 분포 측정의 목적은 실제 공정 상태와 동일한 플라즈마 상태에서 그 분포를 측정하여 공정 개선 또는 장비 개발에 활용하기 위함이다. 따라서 플라즈마 상태에 섭동을 주어 공정 조건에 영향을 주는 기존의 측정법은 공정 플라즈마에서 활용할 수 없다.The purpose of the measurement of the two-dimensional distribution of the plasma parameters in the plasma process is to measure the distribution in the same plasma state as the actual process state and utilize it in the process improvement or equipment development. Therefore, existing measurement methods that perturb the plasma state and affect process conditions can not be utilized in process plasma.

본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링는 미세한 바이어스 전압, DC 블로킹(Blocking) 콘덴서에 의한 변위 전류만 활용함으로써 쉬스 모양 및 플라즈마 상태에 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 어레이(array) 형태로 배열된 부유 탐침의 균일성이 보장될 수 있다. 또한 공정 플라즈마에서 공정 조건에 영향을 주지 않으므로 공정 플라즈마에서 활용될 수 있다.The two-dimensional process monitoring according to an embodiment of the present invention hardly affects the sheath shape and the plasma state by utilizing only the minute bias voltage and the displacement current by the DC blocking capacitor. Thus, the uniformity of the floating probe arranged in an array form can be ensured. It can also be used in process plasma because it does not affect process conditions in process plasma.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 발명에서 각주파수와 주파수는 혼용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout the specification. In the present invention, each frequency and frequency can be mixed.

본 발명의 동작원리를 설명한다. 탐침 구조체는 탐침 전극을 포함하고, 상기 탐침 전극은 직접 플라즈마와 접촉할 수 있다. 상기 탐침 구조체는 전기적으로 플로팅(floating)되도록, 상기 탐침 전극과 상기 탐침 전극에 전압을 인가하는 구동부 사이에 플로팅 축전기가 배치될 수 있다.The operation principle of the present invention will be described. The probe structure includes a probe electrode, and the probe electrode can directly contact the plasma. A floating capacitor may be disposed between the probe electrode and a driving unit that applies a voltage to the probe electrode so that the probe structure is electrically floating.

상기 탐침 전극에 전압(V(t))을 인가하는 구동부와 상기 탐침 전극 사이에 플로팅 축전기를 배치하여 상기 탐침 전극을 플로팅시키는 경우, 상기 탐침 전극에 흐르는 탐침 전류(ip)는 전자 전류(electron current)와 이온 전류(ion current)로 구성될 수 있고 다음과 같이 표시될 수 있다. When a floating capacitor is disposed between a driver for applying a voltage V (t) to the probe electrode and a floating capacitor between the probe electrode and the probe electrode to float the probe electrode, the probe current (i p ) current and ion current, and can be expressed as:

Figure 112009063695585-pat00001
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여기서, 이온포화전류(iis,ion saturation current)는 이온 밀도(ion density density)와 봄 속도(Bohm speed)에 비례할 수 있다. 상기 봄 속도는 전자 온도에 의존할 수 있다. 상기 플라즈마에서 전자 밀도와 이온 밀도는 같다고 취급하며, 통상적으로 플라즈마 밀도는 전자밀도를 말한다. 전자 포화 전류(ies,electron saturation current)는 전자 밀도(ne,electron density)와 전자의 평균속도에 비례할 수 있다. 플라즈마 포텐셜(Vp)는 플라즈마의 전위이다. 상기 탐침 전극의 전위(V(t))는 시간에 따라 변할 수 있다. 상기 전자 온도(Te,electron temperature)는 전자의 운동 에너지 분포함수(electron energy distribution function)에 의하여 결정된다. 상기 탐침 전극의 전압(V(t))은 시간에 따라 변하고, 적어도 2개의 기본 주파수를 가지고 있을 수 있다. Here, the ion saturation current (i is , ion saturation current) may be proportional to the ion density density and the bohm speed. The spring rate may depend on the electron temperature. In the plasma, the electron density and the ion density are considered to be the same, and the plasma density generally refers to the electron density. The electron saturation current (i es ) can be proportional to the electron density (n e ) and the average electron velocity. The plasma potential (V p ) is the potential of the plasma. The potential V (t) of the probe electrode may change with time. The electron temperature (T e ) is determined by an electron energy distribution function of electrons. The voltage V (t) of the probe electrode varies with time and may have at least two fundamental frequencies.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탐침 전극에 인가되는 전압이 시간에 구동 주파수의 코사인(COS) 함수이면, 상기 탐침 전극의 전압은 다음과 같이 표시될 수 있다. If the voltage applied to the probe electrode according to an embodiment of the present invention is a cosine (COS) function of the drive frequency in time, the voltage of the probe electrode may be expressed as follows.

Figure 112009063695585-pat00002
Figure 112009063695585-pat00002

여기서 Vf는 오프셋 값(offset value) 또는 DC 바이어스 값( DC bias value)이고,

Figure 112009063695585-pat00003
는 구동 각주파수( 또는 각진동수, angular frequency)이고, v0는 상기 탐침 전극의 인가 전압의 진폭(amplitude)이다. 시간에 따른 상기 탐침 전극을 통하여 흐르는 탐침 전류는 주파수 공간에서 푸리어 변환(Fourier Transformation)으로 표시될 수 있다. 즉, 다음과 같이 주어질 수 있다. Where V f is an offset value or a DC bias value,
Figure 112009063695585-pat00003
Is the driving angular frequency (or angular frequency), and v 0 is the amplitude of the applied voltage of the probe electrode. The probe current flowing through the probe electrode with respect to time may be expressed as Fourier transform in the frequency space. That is, it can be given as follows.

Figure 112009063695585-pat00004
Figure 112009063695585-pat00004

Figure 112009063695585-pat00005
Figure 112009063695585-pat00005

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여기서 n은 정수이고, τ는 주기이고, Ip ,n은 푸리어 시리즈 계수(Fourier series coefficient)이고, In은 수정 베셀 함수(modified Bessel funxtion)이다. Where n is an integer,? Is a period, I p , n is a Fourier series coefficient, and I n is a modified Bessel funxtion.

n=0인 경우, 주파수 공간에서, DC 푸리어 시리즈 계수(Ip ,0) 다음과 같이 주어질 수 있다. 상기 탐침 전류는 푸리어 시리즈로 전개되었으나, 고조파(harmonics)를 포함하는 다른 방법으로 전개될 수 있다.If n = 0, in the frequency domain, the DC Fourier series coefficient (I p , 0 ) can be given as: The probe current is developed into a Fourier series, but can be developed in other ways including harmonics.

Figure 112009063695585-pat00007
Figure 112009063695585-pat00007

n이 영이 아닌 정수인 경우, 주파수 공간에서, 푸리어 시리즈 계수(Ip ,n)는 다음과 같이 주어질 수 있다. If n is an integer other than zero, then in the frequency space, the Fourier series coefficients (I p , n ) can be given as:

Figure 112009063695585-pat00008
Figure 112009063695585-pat00008

대칭성에 의하여, n이 양의 정수인 경우, 주파수 공간에서, 푸리어 시리즈 계수는 다음과 같이 주어질 수 있다.By symmetry, if n is a positive integer, in the frequency space, the Fourier series coefficients can be given by

Figure 112009063695585-pat00009
Figure 112009063695585-pat00009

Figure 112009063695585-pat00010
Figure 112009063695585-pat00010

부유 조건(floating condition)에서, 상기 탐침 전극에 흐르는 DC 푸리어 시리즈 계수는 다음과 같은 조건을 만족할 수 있다.In a floating condition, the DC Fourier series coefficient flowing through the probe electrode may satisfy the following condition.

Figure 112009063695585-pat00011
Figure 112009063695585-pat00011

위의 조건을 이용하고, 수정 베셀 함수를 테일러 전개(Tayler expansion)하면, 제 1차 및 제 2차 푸리어 시리즈 계수는 다음과 같이 주어질 수 있다.Using the above conditions and Tayler expansion of the modified Bessel function, the first and second order Fourier series coefficients can be given as:

Figure 112009063695585-pat00012
Figure 112009063695585-pat00012

이에 따라, 전자 온도(Te)는 제1 차 푸리어 시리즈 계수와 제 2 차 푸리어 시리즈 계수의 비에 의존할 수 있다. 따라서, 전자 온도(Te) 및 이온 포화전류(iis)는 다음과 같이 주어질 수 있다.Accordingly, the electron temperature Te may depend on the ratio of the first order Fourier series coefficient to the second order Fourier series coefficient. Therefore, the electron temperature T e and the ion saturation current i is can be given as follows.

Figure 112009063695585-pat00013
Figure 112009063695585-pat00013

이에 따라, 전자온도, 전자밀도를 구할 수 있다. 전자온도 및 전자밀도는 제1차 푸리어 계수와 제2차 푸리어 계수를 이용하여 구하였지만, 이에 한하지 않고, 제 3 차 이상의 푸리어 계수를 이용하여 구할 수 있음은 자명하다.Thus, the electron temperature and the electron density can be obtained. Although the electron temperature and the electron density are obtained by using the first order Fourier coefficient and the second order Fourier coefficient, it is obvious that it can be obtained by using the third order Fourier coefficient.

본 발명의 일 실시예에 따른 탐침 구조체가 탐침 전극을 포함하고, 상기 탐침 전극 상에 절연보호막의 표면 상태를 조사하는 방법에 대하여 설명한다.A method of examining the surface state of the insulating protective film on the probe electrode will be described with reference to the probe structure according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침 구조체와 플라즈마 사이를 등가회로로 표시한 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit between a probe structure and a plasma according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, P1은 플라즈마이고, P2는 탐침 전극을 나타낸다. 상기 플라즈마와 상기 탐침 구조체 사이에 쉬스 영역이 형성된다. 상기 쉬스 영역은 쉬스 저항(Rsh)과 쉬스 커페시턴스(Csh)의 병렬연결로 표시될 수 있다. 또한, 상기 탐침 구조체가 탐침 전극 상에 절연보호막을 포함하는 경우, 상기 절연보호막은 축전기(C0)를 형성한다. 통상의 1 MHz 이하의 주파수 영역에서 상기 쉬스 케패시턴스(Csh)에 기인한 임피던스는 상기 쉬스 저항(Rsh)에 비하여 무시할 수 있을 만큼 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마와 상기 탐침전극 사이의 등가회로는 축전기(C0)과 쉬스 저항(sheath resistance,Rsh)의 직렬연결로 표시될 수 있다. 본 발 명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 탐침 구조체와 상기 플라즈마 사이의 등가회로는 상술한 모델에 한하지 않고 다양하게 변형될 수 있다.Referring to Fig. 1, P1 is a plasma and P2 is a probe electrode. A sheath region is formed between the plasma and the probe structure. The sheath region may be represented by a parallel connection of a sheath resistor (Rsh) and a sheath capacitance (Csh). In addition, when the probe structure includes an insulating protective film on the probe electrode, the insulating protective film forms a capacitor C0. The impedance due to the sheath capacitance Csh in the normal frequency range of 1 MHz or less can be negligibly small as compared with the sheath resistance Rsh. Accordingly, an equivalent circuit between the plasma and the probe electrode may be represented by a series connection of a capacitor C0 and a sheath resistance (Rsh). According to the modified embodiment of the present invention, the equivalent circuit between the probe structure and the plasma can be variously modified without being limited to the above-described model.

상기 탐침구조체가 절연보호막을 포함하고 있는 경우, 공정이 진행되는 동안 상기 절연보호막 상에 박막이 증착되거나 또는 상기 절연보호막이 식각될 수 있다. 이 경우, 상기 탐침 전극과 플라즈마 사이의 등가 정전용량(C)을 구할 수 있다. 상기 등가 정전용량(C)은 상기 절연보호막 상의 박막의 표면 상태(유전율, 두께 등)에 의존할 수 있다. 예를 들면, 공정 챔버 내부에 배치된 탐침 구조체의 표면은 공정 가스, 공정가스의 분해물, 플라즈마, 식각 부산물, 기판 상의 식각되는 물질 등이 상기 절연보호막 상에 증착되어 상기 박막을 형성할 수 있다. 상기 박막은 유전막일 수 있다. 이 경우, 상기 탐침 전극과 플라즈마 사이의 상기 등가 정전용량(C)은 변할 수 있다. 상기 등가 정전용량(C)은 상기 절연보호막 및/또는 상기 절연보호막 상의 상기 박막에 대한 정보를 줄 수 있다. When the probe structure includes an insulating protective film, a thin film may be deposited on the insulating protective film or the insulating protective film may be etched during the process. In this case, the equivalent electrostatic capacitance C between the probe electrode and the plasma can be obtained. The equivalent electrostatic capacity C may depend on the surface state (dielectric constant, thickness, etc.) of the thin film on the insulating protective film. For example, the surface of the probe structure disposed inside the process chamber may be deposited on the insulating protective film to form the thin film by a process gas, a decomposition product of the process gas, a plasma, an etching by-product, and a material to be etched on the substrate. The thin film may be a dielectric film. In this case, the equivalent electrostatic capacitance C between the probe electrode and the plasma may be varied. The equivalent electrostatic capacity C may give information on the insulating protective film and / or the thin film on the insulating protective film.

본 발명의 다른 실시예에 따른 탐침 구조체가 탐침 전극을 포함하는 경우,상기 탐침 전극의 표면 상태를 조사하는 방법에 대하여 설명한다.A method of examining the surface state of the probe electrode when the probe structure according to another embodiment of the present invention includes the probe electrode will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침 구조체와 플라즈마 사이를 등가회로로 표시한 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit between a probe structure and a plasma according to an embodiment of the present invention.

도 2을 참조하면, P1은 플라즈마이고, P2는 탐침 전극을 나타낸다. 상기 탐침 전극과 구동단(P3) 사이에 축전기(C1)가 배치된다. 상기 플라즈마와 탐침 구조체 사이에 쉬스 영역이 형성된다. 상기 쉬스 영역은 쉬스 저항(Rsh)과 쉬스 커페시턴스(Csh)의 병렬연결로 표시될 수 있다. 통상의 1 MHz 이하의 주파수 영역에서 상 기 쉬스 케패시턴스(Csh)에 기인한 임피던스는 상기 쉬스 저항(Rsh)에 비하여 무시할 수 있을 만큼 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마와 상기 구동단 사이는 회로적으로 축전기(C1)과 쉬스 저항(sheath resistance,Rsh)의 직렬연결로 근사될 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 탐침 구조체와 상기 플라즈마 사이의 등가회로는 상술한 모델에 한하지 않고 다양하게 변형될 수 있다.Referring to FIG. 2, P1 is a plasma and P2 is a probe electrode. A capacitor (C1) is disposed between the probe electrode and the drive terminal (P3). A sheath region is formed between the plasma and the probe structure. The sheath region may be represented by a parallel connection of a sheath resistor (Rsh) and a sheath capacitance (Csh). The impedance due to the sheath capacitance Csh in the normal frequency range of 1 MHz or less can be negligibly small as compared with the sheath resistance Rsh. Thus, between the plasma and the driving stage, the circuit can be approximated by a series connection of the capacitor C1 and the sheath resistance (Rsh). According to a modified embodiment of the present invention, an equivalent circuit between the probe structure and the plasma can be variously modified without being limited to the above-described model.

공정 진행 중에 상기 탐침 전극 상에 박막이 형성되는 경우, 상기 플라즈마의 위치(P1)와 상기 구동단(P3) 사이의 등가 정전용량(C)은 상기 탐침 전극 상의 상기 박막에 대한 정보를 줄 수 있다.When a thin film is formed on the probe electrode during the process, an equivalent capacitance C between the position P1 of the plasma and the drive end P3 can give information about the thin film on the probe electrode .

상기 탐침 구조체에 적어도 2개의 기본 주파수를 가진 교류 전압이 인가된다. 이 경우, 상기 쉬스 저항(Rsh)은 근사적으로 다음과 같이 주어질 수 있다. An AC voltage having at least two fundamental frequencies is applied to the probe structure. In this case, the sheath resistance Rsh can be approximated as follows.

Figure 112009063695585-pat00014
Figure 112009063695585-pat00014

상기 탐침 전극에 제1 기본 각주파수(

Figure 112009063695585-pat00015
, first fundamental angular frequency)를 가지는 전압과 제2 기본 각주파수(
Figure 112009063695585-pat00016
, second fundamental angular frequency)를 가지는 교류 전압을 인가한다. 이때, 제1 기본 각주파수의 인가 전압의 진폭(v1 ,0)과 제2 기본 각주파수의 인가 전압의 진폭(V2 ,0)은 수 볼트의 영역일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 기본 각주파수가 동시에 상기 탐침 전극에 인가된 경우의 취급에 대하여 설명한다. 상기 탐침 구조체가 절연보호막을 포함한 경우, 상기 쉬스 저항에 인가되는 전압은 임피던스 전압 분배 이론에 의하여 계산될 수 있다. 제1 기본 각주파수로 전개한 제1 차 푸리어 시리즈 계수 및 제2 기본 각주파수로 전개한 제1차 푸리어 시리즈 계수는 식8을 참조하면 계산될 수 있다. 이에 따라, 상기 등가 정전용량(C)은 다음과 같이 계산될 수 있다.The probe electrode has a first fundamental angular frequency (
Figure 112009063695585-pat00015
, a first fundamental angular frequency and a second fundamental angular frequency
Figure 112009063695585-pat00016
, and second fundamental angular frequency. At this time, the amplitude (v 1 , 0 ) of the applied voltage of the first fundamental angular frequency and the amplitude (V 2 , 0 ) of the applied voltage of the second basic angular frequency may be several volts. For example, the handling in the case where the first and second fundamental angular frequencies are simultaneously applied to the probe electrode will be described. When the probe structure includes the insulating protective film, the voltage applied to the sheath resistance may be calculated by the impedance voltage distribution theory. The first order Fourier series coefficients developed at the first fundamental angular frequency and the first order Fourier series coefficients developed at the second fundamental angular frequency can be calculated with reference to Equation (8). Accordingly, the equivalent electrostatic capacity C can be calculated as follows.

Figure 112009063695585-pat00017
Figure 112009063695585-pat00017

상기 등가 정전용량(C)은 상기 탐침 전극과 상기 플라즈마가 대향하는 면적(A)에 비례할 수 있고, 상기 절연보호막 및 상기 박막의 유전율(ε)에 비례하고, 상기 절연보호막 및 상기 박막의 두께(d)에 반비례할 수 있다. 통상적으로, 상기 면적(A), 상기 등가 정전용량(C), 유전율(ε)를 알기 때문에 절연보호막의 두계(d)를 구할 수 있다. 즉, 상기 박막의 상태를 알 수 있다. 구체적으로, 상기 박막이 공정 중에서 생성된 경우, 상기 진공 유전율로 환산한 상기 박막의 두께를 실시간(real time)으로 알 수 있다.The equivalent capacitance C may be proportional to an area A of the probe electrode and the plasma facing each other and is proportional to a dielectric constant epsilon of the insulating protective film and the thin film, (d). Normally, since the area (A), the equivalent capacitance (C), and the dielectric constant (?) Are known, two systems (d) of the insulating protective film can be obtained. That is, the state of the thin film can be known. Specifically, when the thin film is formed in the process, the thickness of the thin film converted into the vacuum permittivity can be known in real time.

구체적으로, 상기 쉬스 저항은 다음과 같이 주어질 수 있다. Specifically, the sheath resistance can be given as follows.

Figure 112009063695585-pat00018
Figure 112009063695585-pat00018

상기 쉬스 저항(Rsh)을 측정함으로써, 상기 박막의 상태를 모니터링 할 수 있다. 상기 탐침 구조체는 플로팅되어 있는 한 다양한 구조로 변경될 수 있다. 이 러한 경우의 상술한 원리는 유사하게 적용될 수 있음은 자명하다.The state of the thin film can be monitored by measuring the sheath resistance (Rsh). The probe structure can be changed into various structures as long as the probe structure is floating. It is clear that the above-described principle of such a case can be similarly applied.

탐침구조체가 탐침 전극을 가지고 있고, 공정 중에서 도전성 물질이 상기 탐침 전극 상에 증착되어 상기 박막을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 박막은 공정 챔버의 타겟에서 스퍼터되어 증착되거나 공정가스가 상기 탐침 전극 상에서 화학반응하여 형성될 수 있다. 도전성을 가진 상기 박막은 등가 회로적으로 저항과 축전기의 병렬 연결로 취급될 수 있다. 이 경우, 상기 박막의 등가 저항과 등가 정전용량, 및 쉬스 저항을 상술한 방법과 유사하게 구할 수 있다. 상기 등가회로의 성분들을 모두 추출하기 위해서는 3개 이상의 기본 주파수가 사용될 수 있다.The probe structure has a probe electrode, and a conductive material may be deposited on the probe electrode in the process to form the thin film. Specifically, the thin film may be deposited by sputtering at the target of the process chamber or by chemical reaction of the process gas on the probe electrode. The thin film having conductivity can be handled as a parallel connection of a resistor and a capacitor in an equivalent circuit. In this case, the equivalent resistance of the thin film, the equivalent electrostatic capacity, and the sheath resistance can be obtained similarly to the above-described method. Three or more fundamental frequencies may be used to extract all of the components of the equivalent circuit.

본 발명의 일 실시예에 따른, 전자온도, 이온 포화전류 및 전자밀도를 측정하는 방법을 설명한다. 상술한 것처럼 탐침 구조체에 흐르는 탐침 전류를 푸리어 시리즈로 전개하면, 각각의 기본 주파수에 대하여 1차 푸리어 시리즈 계수는 다음과 같이 주어진다.  A method for measuring electron temperature, ion saturation current and electron density according to an embodiment of the present invention will be described. As described above, when the probe current flowing through the probe structure is expanded into a Fourier series, the first-order Fourier series coefficients are given as follows for each fundamental frequency.

Figure 112009063695585-pat00019
Figure 112009063695585-pat00019

여기서 v1,v2는 상기 절연보호막을 가진 경우에 상기 쉬스 저항에 인가되는 제1 기본 각주파수(

Figure 112009063695585-pat00020
)의 진폭 및 제2 기본 각주파수(
Figure 112009063695585-pat00021
)의 진폭이다. v1,v2는 R,C를 이용하여 구할 수 있다. 상기 제1 기본 각주파수의 제1 차 푸리어 시리즈 계수와 상기 제2 기본 각주파수의 제1차 푸리어 시리즈 계수의 비(γ)를 이용하면, 전자온도(Te)를 구할 수 있다.Where v 1 and v 2 are the first fundamental angular frequency (V 1 , V 2) applied to the sheath resistance
Figure 112009063695585-pat00020
) And the second fundamental angular frequency (
Figure 112009063695585-pat00021
). v 1 , v 2 can be obtained by using R and C. The electron temperature Te can be obtained by using the ratio of the first fundamental series angular frequency coefficient of the first fundamental angular frequency to the first fundamental series coefficient of the second fundamental angular frequency.

Figure 112009063695585-pat00022
Figure 112009063695585-pat00022

이온 포화 전류(ies)는 다음과 같이 제1 기본 각주파수의 제1차 푸리어 시리즈 계수 또는 제2 기본 각주파수의 제1차 푸리어 시리즈 계수로 표시될 수 있다.The ion saturation current i es can be expressed as a first order Fourier series coefficient of the first fundamental angular frequency or a first order Fourier series coefficient of the second fundamental angular frequency as follows:

Figure 112009063695585-pat00023
Figure 112009063695585-pat00023

이온 포화 전류(ies)는 전자온도와 이온 밀도의 함수이므로, 이온밀도 또는 전자밀도를 구할 수 있다.The ion saturation current (i es ) is a function of the electron temperature and the ion density, so ion density or electron density can be obtained.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 식 9에 설명한 바와 같이 전자온도(Te)와 전자 밀도는 각각의 기본 주파수의 제1차 푸리어 시리즈 계수 및 제2차 푸리어 시리즈 계수를 이용하여 구할 수 있다. v1,v2는 R,C에 대입하여 구할 수 있다. 구체적으로, 이미 설명한 바와 같이 전자온도와 이온포화전류는 다음과 같이 표시될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, as described in Equation 9, the electron temperature Te and the electron density can be obtained by using the first order Fourier series coefficients and the second order Fourier series coefficients of the respective fundamental frequencies have. v 1 , v 2 can be obtained by substituting for R and C. Specifically, as described above, the electron temperature and the ion saturation current can be expressed as follows.

Figure 112009063695585-pat00024
Figure 112009063695585-pat00024

여기서, v1,v2는 각각의 기본 주파수의 상기 쉬스 저항에 인가되는 진폭이고,

Figure 112009063695585-pat00025
은 제1 기본 각주파수의 제1 차 푸리어 시리즈 계수이고,
Figure 112009063695585-pat00026
는 제1 기본 각주파수의 제2 차 푸리어 시리즈 계수이다.
Figure 112009063695585-pat00027
은 제2 기본 각주파수의 제1 차 푸리어 시리즈 계수이고,
Figure 112009063695585-pat00028
는 제2 기본 각주파수의 제2 차 푸리어 시리즈 계수이다.Where v 1 and v 2 are the amplitudes applied to the sheath resistors at the respective fundamental frequencies,
Figure 112009063695585-pat00025
Is a first order Fourier series coefficient of a first fundamental angular frequency,
Figure 112009063695585-pat00026
Is the second order Fourier series coefficient of the first fundamental angular frequency.
Figure 112009063695585-pat00027
Is the first order Fourier series coefficient of the second fundamental angular frequency,
Figure 112009063695585-pat00028
Is the second order Fourier series coefficient of the second fundamental angular frequency.

이하에서 2차원적인 플라즈마 변수 및/또는 탐침 전극 상의 표면 정보를 추출하는 2차원 공정 모니터링 장치를 설명한다.Hereinafter, a two-dimensional process monitoring apparatus for extracting two-dimensional plasma parameters and / or surface information on a probe electrode will be described.

도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다. 도 4은 도 3의 평면도이다.3 and 4 are views illustrating a two-dimensional process monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 is a plan view of Fig.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 2차원 공정 모니터링 장치는 탐침 기판(120), 상기 탐침 기판(120)의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들(122), 상기 탐침 기판(120)을 관통하고 상기 탐침 전극들(122)과 연결되는 플러그들(124), 및 상기 플러그들(124)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(120)의 타면에 배치된 내부 배선(126)을 포함한다. 상기 탐침 전극들(122)은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들(122)에 흐르는 전류는 변위 전류이다.3 and 4, the two-dimensional process monitoring apparatus includes a probe substrate 120, a plurality of probe electrodes 122 arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate 120, And plugs 124 connected to the probe electrodes 122 and internal wirings 126 electrically connected to the plugs 124 and disposed on the other surface of the probe substrate 120 do. The probe electrodes 122 are floating, and the current flowing in the probe electrodes 122 is a displacement current.

진공 용기(100)는 식각 공정, 증착 공정, 이온 주입 공정, 표면처리 공정 중에서 적어도 하나의 공정을 진행할 수 있다. 상기 진공 용기(100)는 가스 유입부(미도시) 및 배기부(미도시)를 포함할 수 있다.The vacuum chamber 100 may be subjected to at least one of an etching process, a deposition process, an ion implantation process, and a surface treatment process. The vacuum container 100 may include a gas inlet (not shown) and an outlet (not shown).

상기 플라즈마 발생부(130)는 상기 탐침 기판(120)과 대향하여 이격되어 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(130)는 유도 결합 플라즈마 장치, 축전 결합 플라즈마 발생 장치, AC 플라즈마 발생 발생 장치, DC 플라자마 발생 장치, 초고주파 플라즈마 발생 장치 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(130)는 연속 모드 또는 펄스 모드 중에서 적어도 하나를 포함하도록 동작할 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부(130)는 기판 홀더(110)에 연결되어 상기 기판 홀더(110)에 의하여 플라즈마가 발생할 수 있다.The plasma generating part 130 may be spaced apart from the probe substrate 120. The plasma generator 130 may include at least one of an inductively coupled plasma generator, a capacitive coupled plasma generator, an AC plasma generator, a DC plasma generator, and a microwave plasma generator. The plasma generator 130 may operate to include at least one of a continuous mode and a pulse mode. According to a modified embodiment of the present invention, the plasma generating part 130 may be connected to the substrate holder 110 to generate plasma by the substrate holder 110.

상기 기판 홀더(110)는 기판(미도시) 또는 상기 탐침 기판(120)을 장착할 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판, 유리기판, 유전체 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 기판은 상기 탐침 기판(120)과 같은 형태일 수 있다. 상기 기판의 재질은 상기 탐침 기판(120)의 재질과 같은 것이 바람직할 수 있다. 상기 기판 홀 더(110)는 가열부(미도시) 및/또는 DC 바이어스 제공부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 기판 홀더(110)는 상기 기판을 고정하는 수단인 정전척(eletrostatic chuck) 또는 기계척을 포함할 수 있다.  The substrate holder 110 may mount a substrate (not shown) or the probe substrate 120. The substrate may be a semiconductor substrate, a glass substrate, a dielectric substrate, or a plastic substrate. The substrate may be shaped like the probe substrate 120. The material of the substrate may be the same as the material of the probe substrate 120. The substrate holder 110 may include a heating unit (not shown) and / or a DC bias supply unit (not shown). The substrate holder 110 may include an electrostatic chuck or a mechanical chuck, which is a means for fixing the substrate.

상기 탐침 기판(120)은 반도체 기판, 인쇄회로 기판, 또는 유리 기판일 수 있다. 상기 탐침 기판(120)은 원형 또는 사각형일 수 있다. The probe substrate 120 may be a semiconductor substrate, a printed circuit board, or a glass substrate. The probe substrate 120 may be circular or rectangular.

상기 탐침 전극들(122)은 동일한 형상 및 크기일 수 있다. 따라서, 상기 탐침 전극들(122) 사이의 별도의 보정 절차가 필요하지 않을 수 있다. 상기 탐침 전극들(12)은 상기 탐침 기판(120)의 일면의 표면에 배치될 수 있다. 상기 탐침 전극들(122)은 원형이 바람직할 수 있다. 상기 탐침 전극(122)의 직경은 수 센티미터(cm) 이하인 것이 바람직하다. 상기 탐침 전극들(122)은 스터링에 강한 물질인 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 탐침 전극(122)은 알루미늄으로 형성하고 표면을 산화 처리하여 절연보호막(미도시)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 탐침 전극(122)의 표면에 상기 절연 보호막이 배치될 수 있다. 상기 절연 보호막의 두께는 수십 마이트로 미터(micro meter) 이하인 것이 바람직하다.The probe electrodes 122 may have the same shape and size. Therefore, a separate calibration procedure between the probe electrodes 122 may not be necessary. The probe electrodes 12 may be disposed on a surface of one surface of the probe substrate 120. The probe electrodes 122 may be circular. The diameter of the probe electrode 122 is preferably several centimeters (cm) or less. The probe electrodes 122 may preferably be a material resistant to stuttering. According to a modified embodiment of the present invention, the probe electrode 122 may be formed of aluminum and oxidized to form an insulating protective layer (not shown). Therefore, the insulating protective film may be disposed on the surface of the probe electrode 122. The thickness of the insulating protective film is preferably several tens of micro meters or less.

플러그들(124)은 상기 탐침 전극(122)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(120)을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 플러그들(124)은 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 금속을 채워서 형성할 수 있다.The plugs 124 may be electrically connected to the probe electrodes 122 and disposed through the probe substrate 120. The plugs 124 may be formed by forming through holes and filling the through holes with a metal.

상기 내부 배선(126)은 상기 플러그들(124)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(120)의 타면의 표면에 배치될 수 있다. 상기 내부 배선(126) 및 상기 플러 그들(124)은 상기 탐침 전극들(122)과 코넥터(140)의 전기적 연결을 제공할 수 있다. 상기 배부 배선(126)은 도전성이 좋은 금속 또는 금속 화합물일 수 있다. 상기 내부 배선(126) 상에 보호막(미도시)이 형성되어, 상기 내부 배선(126)과 상기 기판 홀더(110) 사이의 전기적 접촉을 방지할 수 있다.The internal wiring 126 may be electrically connected to the plugs 124 and disposed on the surface of the other surface of the probe substrate 120. The internal wiring 126 and the plugs 124 may provide an electrical connection between the probe electrodes 122 and the connector 140. The distribution wiring 126 may be a metal or a metal compound having good conductivity. A protective film (not shown) is formed on the internal wiring 126 to prevent electrical contact between the internal wiring 126 and the substrate holder 110.

상기 탐침 전극들(122)은 직류 전류가 흐르지 않고 변위 전류가 흐를 수 있다. 이를 위하여, 상기 탐침 전극들(122)의 표면에 상기 절연보호막을 형성하거나 또는 플로팅 축전기(152)를 상기 탐침 전극들(122)과 직렬 연결될 수 있다. 상기 탐침 전극들(122)은 하나의 기본 주파수를 가진 구동 전압이 인가될 수 있다. 또는 상기 탐침 전극들(122)은 복수의 기본 주파수를 가진 구동 전압이 인가될 수 있다. 상기 복수의 기본 주파수를 가진 구동 전압이 인가될 경우, 상기 탐침 전극(122)의 표면 상태를 알 수 있다.The probe electrodes 122 do not flow a DC current but can flow a displacement current. For this purpose, the insulating protective layer may be formed on the surface of the probe electrodes 122, or a floating capacitor 152 may be connected in series with the probe electrodes 122. The probe electrodes 122 may be applied with a driving voltage having one fundamental frequency. Or the probe electrodes 122 may be applied with a driving voltage having a plurality of fundamental frequencies. When the drive voltage having the plurality of fundamental frequencies is applied, the surface state of the probe electrode 122 can be known.

상기 코넥터(140)는 상기 내부 배선들(126)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(120)에 주위에 배치될 수 있다. 상기 코넥터(140)는 상기 탐침 전극들을 외부 회로를 연결하는 수단일 수 있다. 상기 코넥터(140)는 상기 탐침 기판(140)의 일면에 배치될 수 있다. The connector 140 may be electrically connected to the internal wirings 126 and disposed around the probe substrate 120. The connector 140 may be means for connecting the probe electrodes to an external circuit. The connector 140 may be disposed on one side of the probe substrate 140.

외부 배선(146)은 상기 코넥터(140)와 전기적으로 연결되고 진공 용기(100)의 외부의 회로와 연결될 수 있다. 상기 진공 용기(100)는 진공 코넥터(144)가 배치될 수 있다. 상기 외부 배선(146)은 상기 진공 코넥터(144)와 연결될 수 있다. 차례용 주름관(142)은 상기 외부 배선(144)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 차폐용 주름관(142)은 노이즈를 제거하도록 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 차례 용 주름관(142)은 신축성과 가용성을 가질 수 있다.The external wiring 146 may be electrically connected to the connector 140 and may be connected to an external circuit of the vacuum container 100. The vacuum container 100 may be provided with a vacuum connector 144. The external wiring 146 may be connected to the vacuum connector 144. The turn tube 142 may be arranged to surround the external wiring 144. The shielding bellows pipe 142 may be formed of a conductive material to remove noise. The turn tube 142 may have elasticity and solubility.

아날로그 멀티플렉서(150)는 구동부(161)와 상기 코넥터(140) 사이에 배치되어 시간에 따라 상기 탐침 전극들(122) 중에 어느 하나에 상기 구동 전압을 인가할 수 있다. 상기 아날로그 멀티플렉서(150)는 제어부(164)에 의하여 제어되어 상기 탐침 전극(122)과 상기 구동부(161)를 순차적으로 연결할 수 있다.The analog multiplexer 150 And may be disposed between the driving unit 161 and the connector 140 to apply the driving voltage to any one of the probe electrodes 122 according to time. The analog multiplexer 150 may be controlled by the control unit 164 to sequentially connect the probe electrode 122 and the driving unit 161.

구동부(161)는 상기 아날로그 멀티플렉서(150)와 연결되고 상기 탐침 전극들에 적어도 하나의 기본 주파수를 가진 주기적인 구동 전압을 인가할 수 있다. 상기 구동부(161)는 하나의 기본 주파수를 가지는 사인파를 출력할 수 있다. 또는 상기 구동부(161)는 복수의 기본 주파수를 가지는 구동 전압을 동시에 출력할 수 있다. 상기 구동부(161)는 복수의 기본 주파수를 가지는 사인파를 순차적으로 출력할 수 있다. 상기 탐침 전극들(122) 상에 상기 절연보호막이 배치되는 경우, 상기 탐침 전극들에 인가되는 구동 전압은 적어도 2개의 기본 주파수를 출력할 수 있다.The driving unit 161 may be connected to the analog multiplexer 150 and may apply a periodic driving voltage having at least one fundamental frequency to the probe electrodes. The driving unit 161 may output a sine wave having one fundamental frequency. Alternatively, the driving unit 161 may simultaneously output driving voltages having a plurality of fundamental frequencies. The driving unit 161 may sequentially output sine waves having a plurality of fundamental frequencies. When the insulating protective film is disposed on the probe electrodes 122, the driving voltage applied to the probe electrodes may output at least two fundamental frequencies.

감지부(160)는 상기 구동부(161)와 상기 아날로그 멀티플렉서(150) 사이에 배치되어 상기 구동부(161) 또는 상기 탐침 전극(12)을 통하여 흐르는 교류 전류를 감지할 수 있다. 상기 감지부(160)는 감지 저항 및 차동 증폭기를 포함할 수 있다.The sensing unit 160 may be disposed between the driving unit 161 and the analog multiplexer 150 to sense an alternating current flowing through the driving unit 161 or the probe electrode 12. [ The sensing unit 160 may include a sense resistor and a differential amplifier.

신호 처리부(162)는 상기 감지부(160)의 상기 교류 전류를 주파수 분석하여 상기 탐침 전극(122) 상의 플라즈마 변수 및/또는 상기 탐침 전극(122)의 표면 상태를 추출할 수 있다. 상기 플라즈마 변수는 전자 밀도 또는 전자 온도를 포함할 수 있다. 상기 탐침 전극(12)의 표면 상태는 플라즈마와 상기 탐침 전극(122) 사이의 등가 저항 및/또는, 등가 정전 용량을 포함할 수 있다. 상기 신호 처리부(162) 는 주파수 분석을 위하여 FFT 기능 및 아날로기-디지털 변환기를 포함할 수 있다. The signal processor 162 may analyze the AC current of the sensing unit 160 to extract the plasma parameters on the probe electrode 122 and / or the surface state of the probe electrode 122. The plasma parameters may include electron density or electron temperature. The surface state of the probe electrode 12 may include an equivalent resistance between the plasma and the probe electrode 122 and / or an equivalent capacitance. The signal processor 162 may include an FFT function and an analog-to-digital converter for frequency analysis.

제어부(164)는 상기 아날로그 멀티플렉서(150)를 제어하고, 상기 신호 처리부(162)의 출력을 이용하여 추가적인 연산을 수행할 수 있다.The control unit 164 controls the analog multiplexer 150 and may perform additional operations using the output of the signal processing unit 162.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다. 도 3에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.5 is a view for explaining a two-dimensional process monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention. The description overlapping with that described in FIG. 3 will be omitted.

도 5를 참조하면, 상기 2차원 공정 모니터링 장치는 탐침 기판(220), 상기 탐침 기판(220)의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들(222), 상기 탐침 기판(220)을 관통하고 상기 탐침 전극들(222)과 연결되는 플러그들(224), 및 상기 플러그들(224)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 전극들(222)과 상기 플러그들(224) 사이에 배치된 내부 배선(226)을 포함한다, 상기 탐침 전극들(222)은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들(222)에 흐르는 전류는 변위 전류이다. 연결 패드(225)는 상기 플러그들(224)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(220)의 타면에 배치될 수 있다. 상기 탐침 기판(220)은 기판 홀더(110)에 장착되고, 상기 연결 패드(225)는 상기 기판 홀더(110)에 배치된 연결핀(112)과 전기적으로 접촉하여 교류 전압을 상기 탐침 전극들(222)에 제공할 수 있다.5, the two-dimensional process monitoring apparatus includes a probe substrate 220, a plurality of probe electrodes 222 arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate 220, And internal wirings (224) electrically connected to the plugs (224) and disposed between the probe electrodes (222) and the plugs (224) 226, the probe electrodes 222 are floating, and the current flowing in the probe electrodes 222 is a displacement current. The connection pad 225 may be electrically connected to the plugs 224 and disposed on the other surface of the probe substrate 220. The probe substrate 220 is mounted on the substrate holder 110 and the connection pad 225 is electrically contacted with the connection pin 112 disposed on the substrate holder 110 to apply an AC voltage to the probe electrodes 222, respectively.

상기 탐침 기판(220)은 반도체 기판 또는 유리 기판일 수 있다. 상기 탐침 기판(220)에 내부 배선 도전막이 형성되고 상기 내부 배선 도전막을 패터닝하여 상기 내부 배선(226)을 형성할 수 있다. 상기 내부 배선(226)이 형성된 상기 탐침 기판(220)에 층간 절연막을 증착할 수 있다. 이어서, 상기 층간 절연막은 평탄화될 수 있다. 상기 탐침 기판(220)에 탐침 도전막을 형성하고 패터닝하여 상기 탐침 전 극(222)을 형성할 수 있다. 이어서 상기 탐침 기판(220) 상에 탐침 절연막을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 탐침 절연막의 상부면은 평탄화되어 상기 탐침 전극(220)을 노출할 수 있다. 상기 탐침 전극(220)의 선택적으로 산화되어 상기 탐침 전극 상부에 절연 보호막(221)이 형성될 수 있다.The probe substrate 220 may be a semiconductor substrate or a glass substrate. The internal wiring conductive film is formed on the probe substrate 220 and the internal wiring conductive film 226 can be formed by patterning the internal wiring conductive film. An interlayer insulating film may be deposited on the probe substrate 220 on which the internal wiring 226 is formed. Then, the interlayer insulating film can be planarized. A probe conductive film may be formed on the probe substrate 220 and patterned to form the probe electrode 222. A probe insulating layer may be formed on the probe substrate 220. The upper surface of the probe insulating layer may be planarized to expose the probe electrode 220. An insulating protective film 221 may be formed on the probe electrode 220 by selectively oxidizing the probe electrode 220.

상기 탐침 전극(222)이 형성된 상기 탐침 기판(220)의 타면에 상기 내부 배선(226)을 노출하는 콘택 홀(contact hole)이 형성될 수 있다. 플러그(224)는 상기 콘택 홀을 채울 수 있다. 상기 플러그(224) 상에 상기 연결 패드(225)가 배치될 수 있다. 상기 연결 패드(225)는 상기 기판 홀더(110)에 배치된 상기 연결핀(112)과 접촉할 수 있다. 상기 연결핀(112)은 이동부(114)에 의하여 상기 연결 패드(225)와 탈착될 수 있다. 상기 연결핀(112)은 외부 배선(146)과 연결될 수 있다.A contact hole exposing the internal wiring 226 may be formed on the other surface of the probe substrate 220 on which the probe electrode 222 is formed. A plug 224 may fill the contact hole. The connection pad 225 may be disposed on the plug 224. The connection pad 225 may be in contact with the connection pin 112 disposed on the substrate holder 110. The connection pin 112 may be detached from the connection pad 225 by the moving part 114. The connection pin 112 may be connected to the external wiring 146.

도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다. 도 3에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.  6 is a view for explaining a two-dimensional process monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention. The description overlapping with that described in FIG. 3 will be omitted.

도 6을 참조하면, 상기 2차원 공정 모니터링 장치는 탐침 기판(120), 상기 탐침 기판(120)의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들(122), 상기 탐침 기판(120)을 관통하고 상기 탐침 전극들(122)과 연결되는 플러그들(124), 및 상기 플러그들(124)과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판(120)의 타면에 배치된 내부 배선(126)을 포함한다. 상기 탐침 전극들(122)은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들(122)에 흐르는 전류는 변위 전류이다.6, the two-dimensional process monitoring apparatus includes a probe substrate 120, a plurality of probe electrodes 122 arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate 120, And plugs 124 connected to the probe electrodes 122 and an internal wiring 126 electrically connected to the plugs 124 and disposed on the other surface of the probe substrate 120. The probe electrodes 122 are floating, and the current flowing in the probe electrodes 122 is a displacement current.

차폐부(170)는 상기 탐침 기판(120)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 차폐부(170)는 도전성 물질일 수 있다. 상기 차폐부(170)와 상기 탐침 기판(120)의 상기 내부 배선(126) 또는 상기 플러그(124)와 전기적 접촉을 제거하기 위하여 상기 탐침 기판(120)의 타면에 보호막이 배치될 수 있다. 상기 차폐부(170)는 하부 차폐 케이스(172)와 상부 차폐 케이스(174)를 포함할 수 있다. 상기 하부 차폐 케이스(172)와 상기 상부 차폐 케이스(174)는 고정핀(176)에 의하여 결합할 수 있다. 상기 상부 차폐 케이스(174)는 관통홀들(178)을 포함할 수 있다. 상기 상부 차폐 케이스(174) 및/또는 상기 하부 차례 케이스(172)는 금속으로 형성되고, 상기 상부 차폐 케이스(174) 및/또는 상기 하부 차폐 케이스(172)의 표면은 산화막 또는 절연막으로 코팅될 수 있다. 상기 산화막은 알루미늄 산화막일 수 있다. The shielding portion 170 may be disposed to surround the probe substrate 120. The shield 170 may be a conductive material. A protective film may be disposed on the other surface of the probe substrate 120 to remove an electrical contact between the shield 170 and the internal wiring 126 or the plug 124 of the probe substrate 120. The shielding portion 170 may include a lower shielding case 172 and an upper shielding case 174. The lower shielding case 172 and the upper shielding case 174 may be coupled by a fixing pin 176. The upper shield case 174 may include through holes 178. The upper shield case 174 and / or the lower turn case 172 may be formed of metal, and the surfaces of the upper shield case 174 and / or the lower shield case 172 may be coated with an oxide film or an insulating film. have. The oxide film may be an aluminum oxide film.

상기 차폐부(170)는 상기 탐침 전극들(122)에 대응하는 관통홀들(178)을 포함할 수 있다. 상기 탐침 전극들(122)은 상기 관통홀들(178)과 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 탐침 전극들(122) 상에는 절연보호막(129)이 배치될 수 있다. 상기 차폐부(170)는 외부 노이즈에 의한 상기 탐침 전극들(122) 및 상기 내부 배선(126)에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.The shield 170 may include through holes 178 corresponding to the probe electrodes 122. The probe electrodes 122 may be aligned with the through holes 178. An insulating protective layer 129 may be disposed on the probe electrodes 122. The shielding portion 170 may reduce the influence of the external noise on the probe electrodes 122 and the internal wiring 126.

코넥터(140a)는 상기 탐침 기판(120)의 타면에 배치될 수 있다. 차폐 주름관(144a)은 상기 코넥터(140a)와 고정 결합할 수 있다. 상기 차폐 주름관(144a) 내부로 외부 배선(146)이 배치될 수 있다. 상기 외부 배선(146)은 상기 코넥터(140a)와 전기적으로 연결될 수 있다.The connector 140a may be disposed on the other surface of the probe substrate 120. [ The shield bellows pipe 144a can be fixedly coupled to the connector 140a. The external wiring 146 may be disposed inside the shielding bell pipe 144a. The external wiring 146 may be electrically connected to the connector 140a.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 사용하여 측정한 플라즈마 밀도와 전자 온도를 설명하는 도면들이다.  FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating plasma density and electron temperature measured using a two-dimensional process monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 플라즈마 밀도(전자 밀도)는 2차원적으로 등고선으로 도시(contour plot)되었다. Referring to FIG. 7, the plasma density (electron density) is contour plotted two-dimensionally in contour.

도 8을 참조하면, 전자 온도는 2차원적으로 등고선으로 도시되었다. Referring to Fig. 8, the electron temperature is shown two-dimensionally as a contour line.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments. 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. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침 구조체와 플라즈마 사이를 등가회로로 표시한 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit between a probe structure and a plasma according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침 구조체와 플라즈마 사이를 등가회로로 표시한 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit between a probe structure and a plasma according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다. 3 and 4 are views illustrating a two-dimensional process monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다.5 and 6 are views illustrating a two-dimensional process monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 공정 모니터링 장치를 사용하여 측정한 플라즈마 밀도와 전자 온도를 설명하는 도면들이다. FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating plasma density and electron temperature measured using a two-dimensional process monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

Claims (8)

탐침 기판;A probe substrate; 상기 탐침 기판의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들;A plurality of probe electrodes arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate; 상기 탐침 기판을 관통하고 상기 탐침 전극들과 연결되는 플러그들; 및Plugs penetrating the probe substrate and connected to the probe electrodes; And 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판의 타면에 배치된 내부 배선을 포함하고,An internal wiring electrically connected to the plugs and disposed on the other surface of the probe substrate, 상기 탐침 전극들은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들에 흐르는 전류는 변위 전류이며, 상기 탐침 전극들 상에 절연보호막이 배치되고, 상기 탐침 전극들에 인가되는 구동 전압은 적어도 2개의 기본 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.Wherein the probe electrodes are floating so that a current flowing through the probe electrodes is a displacement current, an insulating protective film is disposed on the probe electrodes, and a drive voltage applied to the probe electrodes includes at least two fundamental frequencies A two-dimensional process monitoring device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 내부 배선들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판에 배치된 코넥터;A connector electrically connected to the internal wirings and disposed on the probe substrate; 상기 코넥터와 연결되고 상기 탐침 전극들에 적어도 하나의 기본 주파수를 가진 주기적인 구동 전압을 인가하는 구동부;A driving unit connected to the connector and applying a periodic driving voltage having at least one fundamental frequency to the probe electrodes; 상기 구동부와 상기 코넥터 사이에 배치되어 시간에 따라 상기 탐침 전극들 중에 어느 하나에 상기 구동 전압을 인가하는 아날로그 멀티플렉서;An analog multiplexer disposed between the driving unit and the connector for applying the driving voltage to one of the probe electrodes according to time; 상기 구동부와 상기 아날로그 멀티플렉서 사이에 배치되어 상기 구동부를 통하여 흐르는 교류 전류를 감지하는 감지부; 및A sensing unit disposed between the driving unit and the analog multiplexer for sensing an alternating current flowing through the driving unit; And 상기 감지부의 상기 교류 전류를 주파수 분석하여 상기 탐침 전극 상의 플라즈마 변수 또는 상기 탐침 전극의 표면 상태를 추출하는 신호 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.Further comprising a signal processing unit for performing frequency analysis of the alternating current of the sensing unit to extract a plasma parameter on the probe electrode or a surface state of the probe electrode. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탐침 기판을 둘러싸고 있는 차폐부를 더 포함하고,Further comprising a shielding portion surrounding the probe substrate, 상기 차폐부는 상기 탐침 전극들에 대응하는 관통홀들을 포함하고,Wherein the shielding portion includes through holes corresponding to the probe electrodes, 상기 탐침 전극들은 상기 관통홀들과 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.And the probe electrodes are arranged in alignment with the through holes. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 내부 배선들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판에 배치된 코넥터;A connector electrically connected to the internal wirings and disposed on the probe substrate; 상기 코넥터와 전기적으로 연결되고 진공 용기의 외부의 회로와 연결되는 외부 배선; 및An external wiring electrically connected to the connector and connected to an external circuit of the vacuum container; And 상기 외부 배선을 감싸고 도전성의 차폐용 주름관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.Further comprising a conductive shielding tube for surrounding the external wiring. 삭제delete 탐침 기판;A probe substrate; 상기 탐침 기판의 일면에 이차원적으로 배열된 복수의 탐침 전극들;A plurality of probe electrodes arranged two-dimensionally on one surface of the probe substrate; 상기 탐침 기판을 관통하고 상기 탐침 전극들과 연결되는 플러그들; 및Plugs penetrating the probe substrate and connected to the probe electrodes; And 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 전극들과 상기 플러그들 사이에 배치된 내부 배선을 포함하고,And an internal wiring electrically connected to the plugs and disposed between the probe electrodes and the plugs, 상기 탐침 전극들은 플로팅되어, 상기 탐침 전극들에 흐르는 전류는 변위 전류이며, 상기 탐침 전극들 상에 절연보호막이 배치되고, 상기 탐침 전극들에 인가되는 구동 전압은 적어도 2개의 기본 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.Wherein the probe electrodes are floating so that a current flowing through the probe electrodes is a displacement current, an insulating protective film is disposed on the probe electrodes, and a drive voltage applied to the probe electrodes includes at least two fundamental frequencies A two-dimensional process monitoring device. 제 6 항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 플러그들과 전기적으로 연결되고 상기 탐침 기판의 타면에 배치된 연결 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.And a connection pad electrically connected to the plugs and disposed on the other surface of the probe substrate. 제 7 항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 탐침 기판은 기판 홀더에 장착되고,The probe substrate is mounted on a substrate holder, 상기 연결 패드는 상기 기판 홀더에 배치된 연결핀과 전기적으로 접촉하여 교류 전압을 상기 탐침 전극들에 제공하는 것을 특징으로 하는 2차원 공정 모니터링 장치.Wherein the connection pad is in electrical contact with a connection pin disposed on the substrate holder to provide an AC voltage to the probe electrodes.
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