KR101602449B1 - 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 그러한 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치는, 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 복수의 챔버와; 복수의 챔버와 일대일로 연결된 광섬유 프로브를 통해 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브를 통해 출력하는 시분할 다중화기와; 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하는 다중입력 광방출분광기와; 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 제어장치를 구비한다.
상기한 본 발명의 실시예의 구성에 따르면, 하나의 광방출분광기에서 시분할 다중화 방식에 따라 각 챔버의 상태를 계측함으로써, 반도체 제조 공정에 사용되는 광방출분광기의 필요 수량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 비용을 절감할 수 있다.
반도체 공정, 광방출분광기, 시분할 다중화, 챔버, 모니터링, 계측

Description

반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법{Apparatus and method for monitoring chamber status in semiconductor fabrication process}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정에서 여러 챔버의 상태를 다중입력(multi-input) 광방출분광기(OES;Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 동시에 계측할 수 있는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서 실리콘 기판 위에 패턴화된 물질을 제거하기 위해 플라즈마 에칭 공정이 이용된다. 플라즈마 에칭 공정에서 패턴화된 보호층이 형성된 반도체 기판이 챔버내에 위치하면 진공 펌프가 주위 처리 압력을 조절하는 동안 이온화가 가능하고 해리되는 혼합 가스가 미리 정해진 속도로 챔버내로 유입된다. 따라서, 존재하는 일단의 가스 종의 일부가 유도적으로 또는 자기적으로 전력 전달을 통해 가열된 전자에 의해 플라즈마가 형성된다. 열전자는 주위 가스 압력의 일단을 해리시키고 노출된 표면 에칭 화학 처리에 적합한 반응종을 생성한다.
플라즈마가 형성되면, 선택된 기판 표면이 플라즈마에 의해 에칭된다. 이 처리공정은 선택된 기판 영역에 다양한 부분을 에칭하기 위하여 바람직한 일단의 반응체 및 이온의 적절한 농도를 포함한 최적의 조건을 달성하도록 조정된다. 에칭이 요구되는 기판 재료는 이산화 실리콘, 낮은 k 유전물질, 폴리 실리콘 및 질화 실리콘을 포함하고, 사이즈가 작고 집적회로의 제조 동안 사용되는 에칭 처리 공정의 수가 많음은 물론 그 공정이 복잡해짐에 따라 엄격한 처리 제어가 요구된다.
따라서, 실시간 모니터링 및 공정의 제어는 반도체 제조에 있어서 점점 중요해지고 있다. 예를 들어, 이와 같은 모니터링과 에칭 단계 또는 공정의 시기 적절한 완료에 필요한 제어 진단이 종료점 감지(endpoint detection)이다. 종료점 감지는 특정 에칭 완료의 감지 또는 에칭 전면이 에칭 정지층에 이르렀을 때를 의미하는 것으로서, 만일 에칭 처리 종료점이 잘못 감지되면 과도한 에칭으로 인한 심각한 언더컷이 발생하거나, 언더 에칭으로 인한 부위의 국부적인 에칭 완료가 발생할 수 있다. 결과적으로, 종료점을 적절하게 감지하지 못하면 에러 발생이 높고 품질이 열악한 제품을 생산하게 되므로 제조 공정동안 에칭 처리의 정확하고 정밀한 완료가 중요하다.
종료점 감지를 위해 사용되는 하나의 방법은 광방출분광기를 사용하여 시기 적절하게 미리 정해진 파장에서 방출 강도를 모니터하는 것이다.
도 1은 일반적인 반도체 제조 공정에서의 종료점 감지를 위한 챔버와 광방출분광기의 연결을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 각 챔버(1) 당 하나의 광방출분광기(5)가 연결되어 있다. 에칭 공정 진행 중에 발생되는 플라즈마의 방출은 광섬유 프로브(3)를 통해 광방출분광기(5)로 전달되며, 광방출분광기(5)는 광섬유 프로 브(3)를 통해 입력되는 플라즈마의 방출에 따른 광신호를 토대로 스펙트럼을 계측한다. 그리고, 계측된 스펙트럼 정보를 토대로 에칭 처리 종료점에 현저한 변화를 나타내는 화학종에 해당하는 파장을 확인하는 방법으로 종료점을 감지한다.
그러나, 상술한 바와 같이 일반적인 반도체 제조 공정에서 종료점 감지를 위해서는, 각 챔버의 상황 변화에 따라 광방출분광기의 캘리브레이션 조정을 수행하여야 하는 불편함이 있으며, 고가의 광방출분광기를 각 챔버당 하나씩 장착하여 사용하기 때문에 반도체 제조 공정에서 광방출분광기의 수량을 줄여 사용하는 등의 비용 절감 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정에서 다수의 챔버 상태를 다중입력 광방출분광기를 이용하여 동시에 계측하여 비용을 절감하고, 각 챔버의 상황 변화에 따라 광방출분광기의 캘리브레이션 조정을 수행할 필요가 없는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 시분할 다중화(Time Division Multiplexing) 방식을 적용하여 다수의 챔버 상태를 하나의 광방출분광기에서 동시에 계측할 수 있는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 광방출분광기에 연결된 각 챔버간의 측정 오차가 발생되지 않고, 저비용 고해상도의 계측이 가능하도록 하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 위치에서 각 챔버의 상태를 계측할 수 있는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예적 일 양상(an aspect)에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치는, 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 복수의 챔버와; 복수의 챔버와 일대일로 연결된 광섬유 프로브를 통해 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브를 통해 출력하는 시분할 다중화기와; 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하는 다중입력 광방출분광기와; 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 제어장치를 구비한다.
본 발명의 실시예에서, 다중입력 광방출분광기는, 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광시키는 격자와; 격자를 통해 각 파장별로 분광된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD 모듈과; CCD 모듈을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득하고, 획득된 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 신호처리부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제어장치는, 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하 고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 챔버는, 서로 다른 위치에 복수의 광섬유 프로브가 연결되어 있으며, 광섬유 프로브를 통해 시분할 다중화기로 플라즈마 방출에 따른 광신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예적 다른 양상(another aspect)에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치는, 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 복수의 챔버와; 복수의 챔버와 일대일로 연결된 광섬유 프로브를 통해 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브를 통해 출력하는 시분할 다중화기와; 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하는 다중입력 광방출분광기와; 다중입력 광방출분광기로부터 입력되는 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 제어장치를 구비한다.
본 발명의 실시예에서, 다중입력 광방출분광기는, 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광시키는 격자와; 격자를 통해 각 파장별로 분광된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD 모듈과; CCD 모듈을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득하고, 획득된 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하며, 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 신호처리부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 다중입력 광방출분광기는, 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 계측한 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 제어장치로 제공하여 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 챔버는, 서로 다른 위치에 복수의 광섬유 프로브가 연결되어 있으며, 광섬유 프로브를 통해 시분할 다중화기로 플라즈마 방출에 따른 광신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예적 또 다른 양상에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법은, 복수의 챔버와 하나의 다중입력 광방출분광기 사이에 연결된 시분할 다중화기는, 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브를 통해 입력받는 단계와; 시분할 다중화기는, 광섬유 프로브를 통해 복수의 챔버로부터 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하여 다중입력 광방출분광기로 출력하는 단계와; 다중입력 광방출분광기는, 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 단계와; 제어장치는, 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 단계를 가진다.
본 발명의 실시예적 또 다른 양상에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법은, 복수의 챔버와 하나의 다중입력 광방출분광기 사이에 연결된 시분할 다중화기는, 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브를 통해 입력받는 단계와; 시분할 다중화기는, 광섬유 프로브를 통해 복수의 챔버로부터 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하여 다중입력 광방출분광기로 출력하는 단계와; 다중입력 광방출분광기는, 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류한 후, 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 단계와; 제어장치는, 다중입력 광방출분광기에서 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 단계를 가진다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 하나의 다중입력 광방출분광기에서 시분할 다중화 방식에 따라 다수의 챔버로부터 광신호를 입력받아 각 챔버의 상태를 동시에 계측함으로써, 반도체 제조 공정에 사용되는 광방출분광기의 필요 수량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 비용을 절감할 수 있다.
또한, 하나의 다중입력 광방출분광기에 연결된 각 챔버간의 측정 오차가 발생되지 않음은 물론, 하나의 다중입력 광방출분광기를 사용하기 때문에 각 챔버의 상황 변화에 따라 광방출분광기의 캘리브레이션 조정을 수행할 필요가 전혀 없고, 저비용 고해상도의 계측이 가능하며, 복수의 위치에서 각 챔버상태의 계측이 용이하므로 공간적 프로파일(spatial profile) 계측을 통해 종료점 감지의 정확도 및 에칭 공정의 정밀도를 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 본 발명에 따른 구체 예를 실시할 수 있도록, 반도체 제조 공정에서 챔버상태 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 실시예가 첨부된 도면들을 참조로 설명될 것이다.
본 명세서의 전반에 걸쳐, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하의 실시예에서 많은 특정 상세들이 도면을 따라 예를 들어 설명되고 있지만, 이는 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 설명되었음을 주목(note)하여야 한다. 그렇지만, 본 발명이 이들 특정한 상세들 없이도 실시될 수 있을 것임은 본 분야의 숙련된 자들에 의해 이해될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 적용되는 광신호의 시분할 다중화를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 시분할 다중화된 광신호를 원래의 광신호로 분류하는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 챔버상태 모니터링 장치는, 복수의 챔버(10), 시분할 다중화기(30), 다중입력 광방출분광기(40), 제어장치(50) 등으로 구성된다.
복수의 챔버(10)는 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 장비로서, 에칭 공정시 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호가 광섬유 프로브(20)를 통해 시분할 다중화기(30)로 출력된다.
시분할 다중화기(30)는 광섬유 프로브(20)를 통해 각각의 챔버(10)와 일대일로 연결되어 있고, 광섬유 프로브(20)를 통해 각 챔버(10)에서 플라즈마 방출에 따른 광신호가 입력되면 이를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화한다. 그리고 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브(20)를 통해 다중입력 광방출분광기(40)로 출력한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 챔버 A, B, C에서 플라즈마 발생에 따른 광신호를 시분할 다중화 방식으로 처리할 때, 시분할 다중화기(30)는 각 챔버에서 발생된 광신호를 A-1, B-1, C-1, A-2, B-2, C-2 등의 일정한 시간 간격으로 나누어 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 다중입력 광방출분광기(30)로 출력한다.
이러한 시분할 다중화기(30)에서 수행되는 시분할 다중화 방식에서 서로 다른 광원으로 입력단을 변경하기 위해서는 기계적인 방법을 사용하게 된다. 이때, 하나의 광원에서 다른 광원으로 변경하는 사이에 빛이 없거나 광량이 일정하지 않은 짧은 순간이 필연적으로 존재하게 된다. 또한, 여러 개의 광원을 사용할수록 각 광원에서 입력받는 신호와 그 다음 신호 사이의 시간 간격은 커지게 된다. 측정 가능한 최대 광원의 수를 3개로 나타낸 도 4를 예를 들면, 각 광신호의 입력받는 간격(duration)을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광원에서 다른 광원으로 변환되는 시간을 δ라 하면, 각 광신호의 스펙트럼 정보는 2ΔT + 3δ의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하게 된다. 즉, 측정하고자 하는 광원의 수가 많을수록, 한 번 수집할 때의 광신호의 길이가 길수록 각 광원의 특성 변화에 대한 특정 속도는 느려지게 된다. 따라서 다중입력 광방출분광기(40)에서 한 번에 측정이 가능한 최대 광원의 수는 시분할 다중화기(30)의 기계적 한계 및 한 번에 취득할 광신호의 길이에 의해 한정된다.
다중입력 광방출분광기(40)는 시분할 다중화기(30)로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하며, 계측된 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 출력한다. 즉 하나의 다중입력 광방출분광기(40)를 사용하여 복수의 챔버(10)에서 플라즈마 방출에 따라 발생되는 광신호의 스펙트럼 정보를 동시에 계측할 수 있는 것이다. 이는 통상적인 광방출분광기의 처리 속도(대략 20msec)가 종료점 감지에 필요한 요구 조건(100 내지 1000msec)에 비하여 훨씬 빠르기 때문에 적용 가능한 방식이며, 반도체 제조 설비에 따라 하나 이상의 챔버를 하나의 광방출분광기에 연결하여 사용할 수 있다.
이때 상술한 다중입력 광방출분광기(40)는, 시분할 다중화기(30)로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광시키는 격자(grating, 42)와, 격자(42)를 통해 각 파장별로 분광된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 모듈(44)과, CCD 모듈(44)을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득하고, 획득된 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 출력하는 신호처리부(46)를 포함한다.
또한, 상술한 시분할 다중화기(30)와 다중입력 광방출분광기(40)는 하나의 구성 요소로 결합하여 사용할 수 있다.
제어장치(50)는 반도체 제조 공정에서 에칭 공정을 제어하는 PC로서, 다중입력 광방출분광기(40)에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 다중입력 광방출분광기(40)로부터 A-1, B-1, C-1, A-2, B-2, C-2 등의 순서로 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보가 입력되면, 제어장치(50)에서는 이를 소프트웨어적인 처리를 통해 원래의 각 챔버별 플라즈마 방출에 따른 광신호인 각 챔버 A, B, C에서 발생된 스펙트럼 정보로 분류하며, 이를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행한다. 즉 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 제어장치(50)는 다중입력 광방출분광기(40)에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 것이다.
한편, 전술한 실시예에서는 다중입력 광방출분광기(40)에서 계측된 시분할 다중화된 각 챔버(10)별 광신호에 대한 스펙트럼 정보를 제어장치(50)에서 소프트웨어적인 처리를 통해 원래의 신호로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버(10)의 종료점 감지 제어를 수행하는 것을 설명하였다. 하지만, 시분할 다중화된 각 챔버(10)의 광신호를 원래의 신호로 처리하는 것을 제어장치(50)에서의 소프트웨어적인 처리방식이 아닌 다중입력 광방출분광기(40) 자체에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
이와 같이 구성하는 경우, 다중입력 광방출분광기(40)는 시분할 다중화기(30)로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하는 기능 이외에, 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하는 기능을 수행하며, 분류된 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 출력한다. 그러면, 제어장치(50)는 다중입력 광방출분광기(40)로부터 입력되는 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행한다.
즉 다중입력 광방출분광기(40)의 신호처리부(46)는 CCD 모듈(44)을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득한 이후, 획득된 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하며, 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 제공하여 각 챔버(10)별 종료점 감지 제어를 수행하도록 하는 것이다. 이때 다중입력 광방출분광기(40)의 신호처리부(46)는, 도 4의 예와 같이 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ할 때, 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 제어장치(50)로 제공하여 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하도록 한다.
또한, 각 챔버(10)와 시분할 다중화기(30)가 하나의 광섬유 프로브(20)를 통해 일대일로 연결된 전술한 도 2의 실시예에서와는 달리, 도 5에 도시된 바와 같이 각 챔버(100)와 시분할 다중화기(300)가 하나 이상의 광섬유 프로브(200)를 통해 연결될 수도 있다. 즉 복수의 챔버(100) 각각의 서로 다른 위치에 하나 이상의 광섬유 프로브(200)가 연결되어, 하나 이상의 광섬유 프로브(200)를 통해 시분할 다중화기(300)로 각 챔버(100)의 플라즈마 방출에 따른 광신호를 전송하고, 시분할 다중화된 각 챔버(100)의 광신호를 다중입력 광방출분광기(400)로 출력할 수 있는 것이다. 이와 같이 구성하는 경우에는 하나의 위치에서 각 챔버(100)의 상태를 계 측하는 것보다 제어장치(500)에서의 종료점 감지의 정확도가 높아지며, 결과적으로 에칭 공정의 정밀도가 향상된다. 왜냐하면 하나의 위치에서 각 챔버의 상태를 계측하는 것보다 복수의 위치에서 각 챔버별 상태를 계측하게 되면, 종료점 제어를 수행할 때 공간적 프로파일 계측이 용이해지기 때문이다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태모니터링 방법의 실시예를 도 6과 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 방법의 각 실시예의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
먼저, 도 6을 참조하여 다중입력 광방출분광기(40)에서 계측된 시분할 다중화된 각 챔버(10)별 광신호에 대한 스펙트럼 정보를 제어장치(50)에서 소프트웨어적인 처리를 통해 원래의 신호로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버(10)의 종료점 감지 제어를 수행하는 방법을 설명한다.
복수의 챔버(10)와 하나의 다중입력 광방출분광기(40) 사이에 연결된 시분할 다중화기(30)는 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버(10)에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브(20)를 통해 입력받는다(S10).
복수의 챔버(10)에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브(20)를 통해 입력받은 시분할 다중화기(30)는 각 챔버(10)에서 발생된 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고(S20), 시분할 다중화된 각각의 챔버(10)에서 발생한 광신호를 다중입력 광방출분광기(40)로 출력한다(S30).
그러면 다중입력 광방출분광기(40)는 시분할 다중화기(30)로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고(S40), 계측된 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 출력한다(S50).
제어장치(50)에서는 다중입력 광방출분광기(40)에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고(S60), 분류된 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버(10)의 종료점 감지 제어를 수행한다(S70).
다음에는 도 7을 참조하여 시분할 다중화된 각 챔버(10)의 광신호를 원래의 신호로 처리하는 것을 다중입력 광방출분광기(40)에서 처리하고, 제어장치(50)에서 이를 토대로 각 챔버(10)의 종료점 감지 제어를 수행하는 방법을 설명한다.
복수의 챔버(10)와 하나의 다중입력 광방출분광기(40) 사이에 연결된 시분할 다중화기(30)는 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버(10)에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브(20)를 통해 입력받는다(S100).
복수의 챔버(10)에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브(20)를 통해 입력받은 시분할 다중화기(30)는 각 챔버(10)에서 발생된 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고(S200), 시분할 다중화된 각각의 챔버(10)에서 발생한 광신호를 다중입력 광방출분광기(40)로 출력한다(S300).
그러면 다중입력 광방출분광기(40)는 시분할 다중화기(30)로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고(S400), 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류한다(S500)
그리고 다중입력 광방출분광기(40)는 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치(50)로 출력한다(S600).
다중입력 광방출분광기(40)로부터 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 입력받은 제어장치(50)는 다중입력 광방출분광기(40)에서 분류된 각 챔버(10)별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버(10)의 종료점 감지 제어를 수행한다(S700).
상술한 바와 같이, 하나의 다중입력 광방출분광기에서 시분할 다중화된 각 챔버의 광신호에 대한 스펙트럼 정보를 동시에 계측함에 의해, 반도체 제조 공정에 사용되는 광방출분광기의 필요 수량을 줄일 수 있다. 따라서 단순한 구성으로 저비용, 고해상도의 계측이 가능하여 반도체 제조 공정의 비용을 절감할 수 있고, 하나의 다중입력 광방출분광기에 연결된 각 챔버간의 측정 오차가 없으며, 종료점 감지의 정확도 및 에칭 공정의 정밀도가 높아진다.
이상에서 기술한 본 발명에서는 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
도 1은 일반적인 반도체 제조 공정에서의 종료점 감지를 위한 챔버와 광방출분광기의 연결을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 적용되는 광신호의 시분할 다중화를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 시분할 다중화된 광신호를 원래의 광신호로 분류하는 것을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법의 일 실시예의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법의 다른 실시예의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 챔버 20 : 광섬유 프로브
30 : 시분할 다중화기 40 : 다중입력 광방출분광기
42 : 격자 44 : CCD 모듈
46 : 신호처리부 50 : 제어장치

Claims (10)

  1. 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 복수의 챔버,
    상기 복수의 챔버와 일대일로 연결된 광섬유 프로브를 통해 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브를 통해 출력하는 시분할 다중화기,
    상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하는 다중입력 광방출분광기, 그리고
    상기 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 상기 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다중입력 광방출분광기는,
    상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광시키는 격자,
    상기 격자를 통해 각 파장별로 분광된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD 모듈, 그리고
    상기 CCD 모듈을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득하고, 획득된 스펙트럼 정보를 상기 제어장치로 출력하는 신호처리부를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 챔버는,
    서로 다른 위치에 복수의 광섬유 프로브가 연결되어 있으며, 상기 광섬유 프로브를 통해 상기 시분할 다중화기로 플라즈마 방출에 따른 광신호를 전송하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  5. 반도체 웨이퍼의 에칭 공정이 수행되는 복수의 챔버,
    상기 복수의 챔버와 일대일로 연결된 광섬유 프로브를 통해 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하고, 시분할 다중화된 광신호를 하나의 광섬유 프로브를 통해 출력하는 시분할 다중화기,
    상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하는 다중입력 광방출분광기, 그리고
    상기 다중입력 광방출분광기로부터 입력되는 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 제어장치를 포함하되,
    상기 다중입력 광방출분광기는,
    각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 계측한 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 상기 제어장치로 제공하여 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하도록 하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다중입력 광방출분광기는,
    상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광시키는 격자,
    상기 격자를 통해 각 파장별로 분광된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD 모듈, 그리고
    상기 CCD 모듈을 통해 변환된 전기적 신호를 신호처리하여 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 획득하고, 획득된 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하며, 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 상기 제어장치로 출력하는 신호처리부를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 복수의 챔버는,
    서로 다른 위치에 복수의 광섬유 프로브가 연결되어 있으며, 상기 광섬유 프로브를 통해 상기 시분할 다중화기로 플라즈마 방출에 따른 광신호를 전송하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 장치.
  9. 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법에 있어서,
    복수의 챔버와 하나의 다중입력 광방출분광기 사이에 연결된 시분할 다중화기는, 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브를 통해 입력받는 단계,
    상기 시분할 다중화기는, 광섬유 프로브를 통해 복수의 챔버로부터 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하여 다중입력 광방출분광기로 출력하는 단계,
    상기 다중입력 광방출분광기는, 상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 단계, 그리고
    상기 제어장치는, 상기 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 제어장치는 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 상기 다중입력 광방출분광기에서 계측한 시분할 다중화된 광신호의 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 방법.
  10. 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링방법에 있어서,
    복수의 챔버와 하나의 다중입력 광방출분광기 사이에 연결된 시분할 다중화기는, 에칭 공정을 수행하는 복수의 챔버에서 발생되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 광섬유 프로브를 통해 입력받는 단계,
    상기 시분할 다중화기는, 광섬유 프로브를 통해 복수의 챔버로부터 입력되는 플라즈마 방출에 따른 광신호를 일정한 시간 간격으로 나누어 차례대로 다중화하여 다중입력 광방출분광기로 출력하는 단계,
    상기 다중입력 광방출분광기는, 상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 스펙트럼 정보를 계측하고, 계측된 광신호의 스펙트럼 정보를 원래의 시간 간격으로 분할하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류한 후, 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 제어장치로 출력하는 단계, 그리고
    상기 제어장치는, 상기 다중입력 광방출분광기에서 분류된 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보를 토대로 각 챔버의 종료점 감지 제어를 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 다중입력 광방출분광기는 각 광신호의 입력받는 간격을 ΔT라 하고, 어느 하나의 광신호에서 다른 광신호로 변환되는 시간을 δ라 할 때, 상기 시분할 다중화기로부터 입력되는 시분할 다중화된 광신호를 각 파장별로 분광하여 계측한 스펙트럼 정보를 {(측정 가능한 최대 광원의 수 - 1) * ΔT} + (측정 가능한 최대 광원의 수 * δ)의 시간 간격을 두고 ΔT만큼씩 수집하여 각 챔버별 광신호의 스펙트럼 정보로 분류하고, 이를 상기 제어장치로 제공하는 반도체 제조 공정에서의 챔버상태 모니터링 방법.
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KR20230046170A (ko) 2021-09-29 2023-04-05 주식회사 더블유지에스 움직임 가능한 광 선로 부재를 사용하는 스위치 모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 모니터링용 다채널 분광 시스템
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