KR101969422B1 - 플라즈마 공정 모니터링 장치 - Google Patents

플라즈마 공정 모니터링 장치 Download PDF

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KR101969422B1
KR101969422B1 KR1020170144240A KR20170144240A KR101969422B1 KR 101969422 B1 KR101969422 B1 KR 101969422B1 KR 1020170144240 A KR1020170144240 A KR 1020170144240A KR 20170144240 A KR20170144240 A KR 20170144240A KR 101969422 B1 KR101969422 B1 KR 101969422B1
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윤정식
김용현
송중호
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한국기초과학지원연구원
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Abstract

플라즈마 공정 모니터링 장치는, 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침으로 동작하는 유전체 창문부; 및 상기 플랜지와 상기 유전체 창문 사이에 배치되어 상기 유전체 창문의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부;를 포함한다. 상기 유전체 창문부는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체; 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극;을 포함한다.

Description

플라즈마 공정 모니터링 장치{Plasma Process Monitoring Apparatus}
본 발명은 공정 모니터링 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 플라즈마 광학 방출 스펙트럼(Plasma Optical Emission Spectrum)과 플라즈마의 특성을 동시에 측정할 수 있는 공정 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 플라즈마의 전자 온도, 전자밀도를 측정하기 위하여 랑뮈어 프르브(Langmuir probe)를 사용하였다. 상기 랑뮈어 프르브는 텅스텐과 같이 고온에서 견디는 금속에 DC 전압을 인가하여 직류 전압-전류 특성을 분석하여 전자온도와 플라즈마 밀도를 구할 수 있다. 금속을 이용하는 랑뮈어 프르브는 시간이 지남에 따라 상기 금속이 식각되거나 상기 금속 상에 오염물이 증착되어 잘못된 플라즈마 정보를 주거나 또는 상기 플라즈마에 영향을 줄 수 있다.
김진용의 "플라즈마 공정을 위한 이차원 플라즈마 분포 및 챔버 벽면에 증착된 유전막 두께 진단법 연구"에 관한 박사학위 논문은 부유 탐침법을 사용하여 증착된 유전막 두께 및 전자 온도 등의 플라즈마 특성을 측정하였다.
광방출 스펙트럼 또는 광흡수 스펙트럼은 플라즈마의 공정 이상 또는 식각 종료점 검출을 위하여 사용된다. 플라즈마 증착 또는 플라즈마 식각 공정에서 공정 챔버의 내벽은 오염될 수 있다. 오염물은 증착 또 식각 공정을 위하여 사용하는 가스, 부산물 또는 그 반응물들을 포함할 수 있다. 오염물은 광발출 스펙트럼을 투과시키는 유전체 창문을 오염시키어 시간에 따라 광 투과율을 변화시킨다. 따라서, 유전체 창문의 오염을 억제시키는 방법이 요구된다.
본 발명은 유전체 창문의 오염을 방지하면서 광학적 진단을 수행하고, 동시에 플라즈마에 대한 물리량 및 창문의 오염 정도에 대한 정보를 추출하는 방법을 제안한다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 플라즈마의 광학적 진단과 전기적 진단을 일체화하여 동시에 수행할 수 있는 공정 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 플라즈마의 광학적 진단 시 오명을 억제할 수 있는 공정 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치는, 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부; 및 상기 플랜지와 상기 유전체 창문 사이에 배치되어 상기 유전체 창문의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부;를 포함한다. 상기 유전체 창문부는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체; 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스월유동 제공부는, 사각형 단면을 가지는 토로이달 형상을 가지는 스월 유동 몸체부; 토로이달 형상을 가지고 상기 스월 유동 몸체부 내에 매설되고 외부로부터 공급되는 가스를 저장하는 버퍼부; 및 상기 버퍼부의 원주 상에 일정한 간격으로 배치되어 토출되는 가스에 방위각 성분의 속도를 제공하는 복수의 노즐부를 포함할 수 있다.
하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 전극은 투명 전도성 금속산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 창문부는 상기 패턴 전극을 덮도록 배치된 유전체층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 전극은 원형 와셔 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치는, 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 광을 투과시키는 투명한 재질의 유전체 창문부; 상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부; 및 상기 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극을 포함하는 유연성 인쇄회로 기판을 포함한다. 상기 패턴 전극은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고, 상기 부유 탐침은 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유연성 인쇄회로 기판은 외부 회로와 상기 패턴 전극을 전기적으로 연결하기 위한 전극 연장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 창문부는 중심에 돌출된 유전체 창문 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 유연성 인쇄회로 기판은 상기 유전체 창문 돌출부 상에 배치되는 제1 유연성 인쇄회로 기판과 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판과 이격되어 상기 유전체 창문의 가장 자리에 배치되는 제2 유연성 인쇄호로 기판을 포함하고, 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판은 중심에 개구부를 가지고 상기 패턴 전극을 가지고, 상기 제2 유연성 인쇄회로 기판은 상기 패턴 전극과 전기적으로 연결되고 외부 회로와 상기 패턴 전극을 전기적으로 연결하기 위한 전극 연장부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 장치는 광학 유전체 창문에 부유 탐침을 설치하여 광학 플라즈마 진단과 전기적 플라즈마 진단을 동시에 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 장치를 구비한 플라즈마 정치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 유전체 창문부의 평면도이다.
도 4는 도 2의 스월 유동 제공부의 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도들이다.
본 발명은 광학적 진단 장치와 플라즈마 특성을 검출하는 부유 탐침 장치를 통합한 장치를 제안한다.
광학적 진단 장치는 플라즈마 챔버에 장착된 유전체 창문을 투과한 플라즈마 발출 광(plasma emission light)을 광섬유 등을 통하여 가이드하여 분광기에 제공하고, 분광된 플라즈마 발광은 파장 별로 검출된다. 특정한 파장 또는 복수의 파장을 이용하여 식각 종료점 검출 등의 광학적 진단이 수행된다. 광학적 진단 장치는 플라즈마 챔버를 투과하는 흡수 스펙트럼을 분석하여 플라즈마 특성을 분석한다.
그러나, 플라즈마 챔버는 공정 가스 및 공정 부산물에 의하여 시간에 따라 오염됨에 따라, 상기 유전체 창문이 동시에 오염되어 유전체 창문을 오염을 억제하는 기술이 요구된다.
또한, 플라즈마 공정 챔버에 복수의 진단 장치를 부착하면, 유지 관리의 측면에서 불리하여, 복수의 진단 장치를 통합할 필요가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 공정 모니터링 장치는 부유 탐침과 유전체 창문을 통합하고 유전체 창문의 오염을 억제할 수 있다. 이에 따라, 하나의 진단 장치를 사용하여, 광학적 진단 및 플라즈마 특성을 동시에 또는 순차적으로 모니터링할 수 있다.
이하, 김진용의 "플라즈마 공정을 위한 이차원 플라즈마 분포 및 챔버 벽면에 증착된 유전막 두께 진단법 연구"에 관한 박사학위 논문에 개재된 부유 탐침법을 소개한다.
플라즈마의 쉬스(sheath)는 회로적으로 저항 성분과 기하학적 구조로 인한 정전 용량 성분의 병렬 조합으로 나타낼 수 있다. 플라즈마가 방전된 상황에서, AC 전압원으로부터 ω1 또는 ω2의 주파수 성분의 정현파 전압이 부유 탐침(floating probe)에 인가되었을 때, 부유 탐침의 표면에 증착된 유전체 박막의 정전 용량(Cdep)을 포함한 회로가 등가회로로 표시될 수 있다. 2개의 서로 다른 각주파수( ω1 , ω2)의 정현파 전압을 상기 부유 탐침에 인가하여, 각각의 전류의 크기와 전압-전류 위상차를 측정하면, 쉬스 저항(Rsh)와 쉬스 정전용량(Csh)의 값을 산출할 수 있다. 또한, 플라즈마의 방전 상태에 관계없이 유전체 박막에 의한 정전용량 (Cdep)의 값을 구하여 증착으로 인한 유전체막의 두께를 구할 수 있다.
또한, 고조파 분석을 통한 부유 탐침 방법은 전자 온도 및 전자 밀도를 제공할 수 있다. 고조파 섭동을 이용하는 부유 탐침 측정 방법은 플라즈마와 부유 탐침 상에 존재하는 쉬스의 비선형성을 이용한 것으로, 측정 회로를 이용하여 부유 탐침에 정현파 전압을 인가하고, 그에 따른 탐침을 통해 흐르는 전류의 고조파 성분을 추출하여 전자 온도, 전자 밀도, 또는 유전체층의 두께를 구할 수 있다.
종래의 부유 탐침은 유전체 창문에 설치되지 않고 별개의 부품으로 챔버에 설치된다. 그러나, 본 발명은 부유 탐침을 유전체 창문에 일체형으로 설치하고, 유전체 창문을 통하여 광학 방출 스펙트럼과 플라즈마 특성을 동시에 검출할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실험 조건, 물질 종류 등에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되지는 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 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 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 장치를 구비한 플라즈마 정치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 유전체 창문부의 개략적인 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는, 플라즈마 챔버(11)의 진공 포트의 플랜지(11a)에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부(120); 및 상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부(110);를 포함한다. 상기 유전체 창문부(120)는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체(121); 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버(11)의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체(11)의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극(122);을 포함한다.
상기 플라즈마 챔버(11)가 생성하는 플라즈마는 축전 결합 플라즈마, 유도 결합 플라즈마, 초고주파 플라즈마일 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(11)는 식각 공정 또는 증착 공정을 수행할 수 있다. 축전 결합 플라즈마의 경우, 상기 플라즈마 챔버(11)의 내부에는, 서로 마주보는 상부 전극(13)과 하부전극(12)이 배치될 수 있다. 상기 하부 전극(12)은 처리하고자 하는 피처리물을 지지하는 기판 홀더일 수 있다. 제1 RF 전원(14)은 상기 하부 전극(12)에 축전기(16)를 통하여 RF 전력을 제공하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 제2 RF 전원(15)은 상기 상부 전극(13)에 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(11)는 배기 펌프(19)를 통하여 배기될 수 있다. 또한, 가스 공급(17)부는 피처리물을 처리에 필요한 가스를 저장하고 벨브(18)를 통하여 상기 플라즈마 챔버(11)에 공급할 수 있다. 상기 상부 전극(13)은 가스 분배 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(11)의 내부에 생성된 플라즈마는 광을 방출하고, 상기 방출된 광은 상기 플라즈마 챔버(11)에 설치된 플랜지(11a)를 통하여 분광기(143)에서 검출될 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(11)가 공정을 진행함에 따라, 상기 플랜지에 설치된 상기 유전체 창문부(120)은 오염되어, 공정이 진행됨에 따라 상기 유전체 창문부(120)의 광투과도는 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유전체 창문부(120)의 오염을 방지하기 위하여 상기 유전체 창문부(120) 주위에 상기 스월유동 제공부(110)를 설치한다. 상기 스월 유동 제공부(110)는 상기 유전체 창문부(120)와 상기 플라즈마 챔버(11) 내부 사이에 압력 차이 및 상기 유전체 창문부(120) 상에 스월 유동을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 유전체 창문부(120)는 오염에 의한 광투과도 감소를 억제할 수 있다.
상기 스월 유동 제공부(110)는 상기 플라즈마 챔버(11)의 측면에 설치된 플랜지(11a)에 진공 실링되도록 장착될 수 있다. 상기 스월 유동 제공부(110)는, 사각형 단면을 가지는 토로이달 형상을 가지는 스월 유동 몸체부(111); 토로이달 형상을 가지고 상기 스월 유동 몸체부 내에 매설되고 외부로부터 공급되는 가스를 저장하는 버퍼부(112); 및 상기 버퍼부(112)의 원주 상에 일정한 간격으로 배치되고 상기 스월 유동 몸체부의 내반경 방향으로 토출되는 가스에 방위각 성분의 속도를 제공하는 복수의 노즐부(113)를 포함할 수 있다.
상기 스월 유동 몸체부(111)는 절연체, 또는 절연체로 코팅된 금속일 수 있다. 상기 스월 유동 몸체부(111)의 내부에는 토로이달 형상의 버퍼부(112)가 배치될 수 있다. 상기 버퍼부(112)는 외부로터 공급되는 가스를 복수의 노즐부들에 분배할 수 있다. 상기 버퍼부(112)는 외부로터 공급되는 질소, 불활성 가스, 또는 공정 가스를 제공받을 수 있다.
상기 노즐부들(113)은 방위각 성분의 유속을 제공하도록 방위각 방향 및 반경 방향을 가진 스파이럴 형상으로 될 수 있다. 상기 버퍼부와 연결되는 노즐 입구의 직경은 노즐 출구의 직경보다 클 수 있다. 상기 노즐부(113)의 직경은 노즐 출구로 진행함에 따라 점차 증가할 수 있다.
상기 노즐부들(113)을 통하여 토출된 가스는 방위각 성분의 유속을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 유전체 창문부(120)의 일면의 압력은 상기 플라즈마 챔버의 압력보다 높을 수 있다. 또한, 토출된 가스는 각운동량에 의하여 상기 스월 유동 몸체부(111)에 의하여 둘러싸인 공간에서 높은 체류시간(resident time)을 유지할 수 있다. 이러한 높은 체류 시간과 압력 차이는 상기 플라즈마 챔버에서 발생한 오염물의 확산을 억제하여 상기 유전체 창문부의 오염을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 스월 유동은 상기 유전체 창문부(120)에 흡착된 오염 입자를 제거할 수 있다.
상기 유전체 창문부(120)는 상기 스월 유동 제공부(110)의 하부면을 진공 실링하도록 배치될 수 있다. 상기 유전체 창문부(120)는 원판 형상이고, 상기 원판의 직경은 상기 스월 유동 제공부(110)의 외직경보다 작을 수 있다. 상기 유전체 창문부(120)의 일면은 상기 스월 유동 제공부의 하부면과 접촉하여 오링과 같은 실링 수단에 의하여 진공 실링을 제공할 수 있다.
상기 유전체 창문부(120)는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체(121); 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문부의 일면에 배치되고 패터닝된 패턴 전극(122);을 포함할 수 있다.
상기 유전체 창문 몸체(121)는 원판 형상이고, 투명한 재질일 수 있다. 구체적으로 상기 유전체 창문 몸체(121)는 강화 유리 또는 쿼츠일 수 있다.
상기 패턴 전극(122)은 상기 유전체 창문 몸체(121)의 일면에 패터닝될 수 있다. 상기 패턴 전극은 스크린 프린팅 또는 코팅된 후 패터닝될 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴 전극(122)은 금속, 합금, 또는 투명 도전 금속산화물일 수 있다. 상기 패턴 전극(122)이 투명 도전 금속산화물인 경우, 상기 패턴 전극(122)은 상기 유전체 창문 몸체(121)의 중심 부위를 덮도록 배치될 수 있다. 상기 투명 도전 금속산화물은 인듐주석 산화물(ITO)일 수 있다.
상기 패턴 전극(122)은 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극(122)은 원형 와셔 형상, 사각형, 원형, 또는 반원형일 수 있다. 상기 패턴 전극(122)은 부유 탐침의 전극으로 동작한다.
유전체층(123)이 상기 패턴 전극(122) 상에 배치될 수 있다. 상기 유전체층(123)의 두께는 부유 탐침의 패턴 전극(122)에 인가되는 복수의 정현파에 의하여 분석될 수 있다. 상기 유전체층(123)이 투명한 경우, 상기 유전체층(123)은 상기 패턴 전극(122) 및 상기 유전체 창문 몸체(121)의 일면을 모두 덮을 수 있다. 상기 유전체층(123)이 불투명한 경우, 상기 유전체층(123)은 상기 패턴 전극(122)만을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 유전체층(123)은 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 실리콘산화막, 실리콘질화막, 또는 알루미늄산화막일 수 있다.
상기 패턴 전극(122)은 외부 회로와 전기적 연결을 위하여 전극 연장부(122a)에 연결될 수 있다. 상기 전극 연장부(122a)는 상기 패턴 전극(122)과 동일한 물질로 동시에 패터닝될 수 있다. 상기 전극 연장부(122a)는 상기 유전체 창문 몸체(121)에서 반경 방향으로 연장될 수 있다. 상기 전극 연장부(122a)는 금속 와이어 또는 금속 스트립을 통하여 상기 신호 처리부(141)에 연결될 수 있다. 상기 패턴 전극(122)은 플라즈마에 노출될 수 있다. 상기 패턴 전극은 플라즈마에 노출되는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
덮개부(130)는 상기 유전체 창문부(120)의 타면을 덮고 상기 유전체 창문부(120)를 압박하여 진공 실링을 제공할 수 있다. 상기 덮개부(130)는 상기 스월 유동 제공부(110)와 볼트와 같은 고정 수단에 의하여 고정 결합할 수 있다. 상기 덮개부(130)는 중심에 개구부를 구비한 원형 와셔 형상일 수 있다. 상기 덮개부(130)는 절연체일 수 있다. 구체적으로, 상기 덮개부(130)는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 세라믹일 수 있다. 플라즈마 방출광은 상기 스월유동 제공부를 통과하고, 유전체 창문부의 중심 영역을 투과하고, 및 덮개부의 중심 영역을 통과하여 렌즈에 의하여 집속될 수 있다.
신호 처리부(141)는 상기 패턴 전극(122)에 교류 전압을 인가하고 전류, 전압, 위상을 측정하거나, 고조파 성분을 추출할 수 있다. 상기 신호 처리부는 전자밀도, 전자 온도, 및 유전체층의 두께 중에서 적어도 하나를 산출하도록 연산할 수 있다. 상기 신호 처리부(141)는 2개의 서로 다른 각주파수( ω1 , ω2)의 정현파 전압을 상기 패턴 전극(122)에 인가하고, 상기 패턴 전극(122)에 흐르는 전류를 감지하여 신호 처리할 수 있다.
상기 유전체 창문부(120)를 투과한 광은 렌즈부(145)에 의하여 집광되어 광섬유(144)를 통하여 분광기(143)에 전달될 수 있다. 상기 분광기(143)는 스펙트럼을 분석하고 광신호를 전기신호를 변환하여 제어부(142)에 전달할 수 있다. 상기 제어부(142)는 상기 전기 신호를 처리하여 공정 모니터링을 수행할 수 있다. 상기 제어부(142)는 상기 신호 처리부(142)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(142)는 상기 신호 처리부(141)로부터 전자 온도, 전자 밀도, 및 상기 유전체층의 두께를 제공받거나, 상기 신호 처리부(141)에 제공받은 데이터를 이용하여 디지털 연산을 수행하여 전자 온도, 전자 밀도, 및 상기 유전체층의 두께를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 유전체 창문부(220)는 상기 스월 유동 제공부(110)의 하부면을 진공 실링하도록 배치될 수 있다. 상기 유전체 창문부(220)는 원판 형상이고, 상기 원판의 직경은 상기 스월 유동 제공부(110)의 외직경보다 작을 수 있다. 상기 유전체 창문부(220)의 일면은 상기 스월 유동 제공부의 하부면과 접촉하여 오링과 같은 실링 수단에 의하여 진공 실링을 제공할 수 있다.
상기 유전체 창문부(220)는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체(221); 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문의 일면에 배치되고 패터닝된 패턴 전극(222);을 포함할 수 있다.
상기 유전체 창문 몸체(221)는 원판 형상이고, 투명한 재질일 수 있다. 구체적으로 상기 유전체 창문 몸체(221)는 강화 유리 또는 쿼츠일 수 있다.
상기 패턴 전극(222)은 상기 유전체 창문 몸체(121)의 일면에 패터닝될 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴 전극(222)은 금속, 합금, 또는 투명 도전 금속산화물일 수 있다.
상기 패턴 전극(222)은 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극(222)은 원형 와셔 형상, 사각형, 원형, 또는 반원형일 수 있다. 상기 패턴 전극(222)은 부유 탐침의 전극으로 동작한다. 상기 패턴 전극(222)이 부유 탐침으로 동작하기 위하여, 외부 회로와 상기 패턴 전극 사이에 축전기가 배치될 수 있다.
상기 패턴 전극(222)은 외부 회로와 전기적 연결을 위하여 전극 연장부(222a)에 연결될 수 있다. 상기 전극 연장부(222a)와 상기 패턴 전극(222)은 동시에 패터닝될 수 있다. 상기 전극 연장부(222a)는 상기 유전체 창문 몸체(221)에서 반경 방향으로 연장될 수 있다.
상기 유전체층(223)은 상기 패턴 전극(222)을 제외하고 상기 전극 연장부(222a)를 덥도록 배치될 수 있다. 상기 유전체층(223)은 수십 마이크로미터 이상의 충분한 두께를 가지고 원형 와셔 형태일 수 있다. 상기 유전체층(223)은 상부 평탄면을 제공하여 진공 실링을 제공할 수 있다. 상기 유전체층(223)은 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 실리콘산화막, 실리콘질화막, 또는 알루미늄산화막일 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 플라즈마 공정 모니터링 장치(300)는 플라즈마 챔버(11)의 진공 포트의 플랜지(11a)에 장착되고 플라즈마 광을 투과시키는 투명한 재질의 유전체 창문부(320); 상기 플랜지(11a)와 상기 유전체 창문부(320) 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부(110); 및 상기 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극(352)을 포함하는 유연성 인쇄회로 기판(350)을 포함한다. 상기 패턴 전극(352)은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고, 상기 부유 탐침은 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동될 수 있다.
상기 유전체 창문부(320)는 상기 스월 유동 제공부(110)의 하부면을 진공 실링하도록 배치될 수 있다. 상기 유전체 창문부(320)는 원판 형상이고, 상기 원판의 직경은 상기 스월 유동 제공부(110)의 외직경보다 작을 수 있다. 상기 유전체 창문부(320)의 일면은 상기 스월 유동 제공부의 하부면과 접촉하여 오링과 같은 실링 수단에 의하여 진공 실링을 제공할 수 있다. 상기 유전체 창문부(220)는 원판 형상이고, 투명한 재질일 수 있다. 구체적으로 상기 유전체 창문 몸체(221)는 강화 유리 또는 쿼츠일 수 있다.
상기 유연성 인쇄회로 기판(350)은 폴리이미드와 같은 유전체층(353) 사이에 매설된 상기 패턴 전극(252)을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극은 외부로 노출되도록 패터닝되거나 매설되도록 패터닝될 수 있다. 상기 패턴 전극(252)은 구리 재질일 수 있다. 상기 패턴 전극(252)은 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극(252)은 원형 와셔 형상, 사각형, 원형, 또는 반원형일 수 있다. 상기 패턴 전극(252)은 부유 탐침의 전극으로 동작한다. 유전체층(223)이 상기 패턴 전극을 덮지 않도록 배치될 수 있다. 상기 유연성 인쇄회로 기판(350)은 광투과율을 증가시키 위하여 중심에 개구부를 포함할 수 있다. 상기 개구부를 통하여 광이 통과할 수 있다.
상기 패턴 전극(352)은 외부 회로와 전기적 연결을 위하여 전극 연장부(352a)에 연결될 수 있다. 상기 전극 연장부(352a)와 상기 패턴 전극(352)은 동시에 패터닝될 수 있다. 상기 전극 연장부(352a)는 상기 유연성 인쇄회로 기판(350)에서 반경 방향으로 연장될 수 있다. 상기 전극 연장부(352a)는 외부 회로와 접속을 위한 커넥터(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 유전체층(353)은 상기 전극 연장부(222a)를 덥도록 배치될 수 있다. 상기 유전체층(353)은 수십 마이크로미터 이상의 충분한 두께를 가지고 원형 와셔 형태일 수 있다. 상기 유전체층(353)은 평면을 제공하여 진공 실링을 제공할 수 있다. 상기 유전체층(353)은 폴리이미드일 수 있다. 상기 스월 유동 제공부는 상기 노출된 인쇄회로 기판 및 노출된 유전체 창문부(320)에 스월 유동을 제공하여 오염 입자의 흡착을 억제할 수 있다. 상기 유연성 인쇄회로 기판(350)은 상기 유전체 창문부(320)의 일면에 접착제에 의하여 접착될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공정 모니터링 장치의 스월 제공부 및 유전체 창문부를 설명하는 절단 분해 사시도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 플라즈마 공정 모니터링 장치(400)는 플라즈마 챔버(11)의 진공 포트의 플랜지(11a)에 장착되고 플라즈마 광을 투과시키는 투명한 재질의 유전체 창문부(420); 상기 플랜지(11a)와 상기 유전체 창문부(420) 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부(110); 및 상기 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극(452)을 포함하는 유연성 인쇄회로 기판(450,454)을 포함한다. 상기 패턴 전극(452)은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고, 상기 부유 탐침은 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동될 수 있다.
상기 유전체 창문부(420)는 원판 형상이고, 그 중심에 돌출된 유전체 창문 돌출부(421)를 더 포함할 수 있다. 상기 유전체 창문 돌출부(421)는 원형 디스크 형상일 수 있다. 상기 유전체 창문 돌출부(421)는 제1 유연성 인쇄회로 기판(450)의 배치 평면을 상승시키어, 상기 노즐부들(113)의 배치평면과 상기 유연성 인쇄회로 기판(450,454)의 배치 평면을 실질적으로 일치시킬 수 있다.
상기 유연성 인쇄회로 기판(450,454)은 상기 유전체 창문 돌출부(421) 상에 배치되는 제1 유연성 인쇄회로 기판(450)과 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판(450)과 이격되어 상기 유전체 창문부(420)의 함몰된 가장 자리에 배치되는 제2 유연성 인쇄호로 기판(454)을 포함할 수 있다. 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판은 원형 와셔 향상이고, 상기 제2 유연성 인쇄호로 기판(454)은 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판보다 더 큰 직경을 가진 원형 와셔 형상일 수 있다. 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판은 중심에 개구부를 가지고 상기 패턴 전극을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극은 원형 와셔 형상이고, 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판 내에 매몰될 수 있다. 상기 패턴 전극(452)은 폴리이미드와 같은 유전체층(453) 사이에 매설될 수 있다.
상기 제2 유연성 인쇄회로 기판(454)은 상기 패턴 전극과 전기적으로 연결되고 외부 회로와 상기 패턴 전극을 전기적으로 연결하기 위한 전극 연장부(456)를 구비할 수 있다. 상기 전극 연장부(456)은 폴리이미드와 같은 유전체층(455) 사이에 매설될 수 있다. 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판(450)과 상기 상기 제2 유연성 인쇄회로 기판(454)은 와이어 또는 반경 방향으로 연장되는 보조 유연성 인쇄회로 기판에 의하여 연결될 수 있다. 상기 제2 유연성 인쇄회로 기판(454)은 상기 스월 유동 제공부의 일면과 접촉하여 진공 실링을 제공할 수 있다. 상기 유연성 인쇄회로 기판(450,454)은 상기 유전체 창문부(420)의 일면에 접착제에 의하여 진공 실링되면서 부착될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치를 설명하는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 플라즈마 공정 모니터링 장치(500)는, 플라즈마 챔버(11)의 진공 포트의 플랜지(11a)에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부(120); 및 상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부(110);를 포함한다. 상기 유전체 창문부(120)는, 투명한 재질의 유전체 창문 몸체(121); 및 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버(11)의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체(11)의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극(122);을 포함한다.
플라즈마는 다양한 활성종을 형성한다. 광대역 자외선 광을 플라즈마를 통과시킨 후, 흡수 스페트럼을 분석하여 활성종의 밀도가 측정될 수 있다. 이를 위하여, 유전체 창문부(120)와 보조 유전체 창문부(520)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
보조 유전체 창문부(520)는 상기 플라즈마 챔버(11)의 보조 진공 포트의 보조 플랜지(11b)에 장착되고 상기 유전체 창문부(120)를 마주보도록 배치된다. 상기 보조 유전체 창문부(520)는 상기 유전체 창문부(120)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 상기 신호 처리부(141)은 상기 보조 유전체 창문부(520)의 패턴 전극을 통하여 부유 탐침을 동작시키어 플라즈마 밀도, 전자 온도, 및 유전체층의 두께 중에서 적어도 하나를 추출할 수 있다.
보조 스월 유동 제공부(510)는 상기 보조 플랜지(11b)와 상기 보조 유전체 창문부(520) 사이에 배치되어 상기 보조 유전체 창문부(520)의 일면에 스윌 유동을 제공할 수 있다. 상기 보조 스월 유동 제공부(510)는 상기 스윌 유동 제공부(110)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 보조 덮개부는 상기 보조 유전체 창문부(520)를 압박하고 상기 보조 스월유동 제공부(510)와 결합할 수 있다. 상기 보조 스월 유동 제공부(510)는 플라즈마에 의한 오염을 억제할 수 있다.
렌즈부(145)는 상기 유전체 창문부(120)를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 보조 렌즈부(146)는 상기 보조 유전체 창문부(520)를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치될 수 있다.
광원부(147)는 상기 보조 렌즈부(146)를 통하여 자외선 영역의 광대역 광을 플라즈마에 제공할 수 있다. 광원부는 Xe 램프와 상기 Xe 램프의 출력광에서 자외선 영역을 선택하여 출력하는 파장 선택부를 포함할 수 있다. 상기 파장 선택부는 파장에 따라 공간적으로 분광시키는 프리즘일 수 있다. 상기 파장 선택부를 통과한 광대역 자외선 광(구체적으로 230nm ~ 270nm)은 거울을 통하여 상기 보조 렌즈부에 제공될 수 있다.
플라즈마 내의 CF2 활성종은 상기 광대역 자외선 광을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 분광기(143)는 상기 렌즈부(145)와 광섬유(144)를 통하여 수집된 광대역 광의 흡수 스펙트럼을 분석할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 유전체 창문부 및 보조 유전체 창문부는 패턴 전극을 포함하지 않고, 상기 패턴 전극은 별도로 제작된 유연성 인쇄회로 기판에 매설될 수 있다. 이에 따라, 유연성 인쇄회로 기판(350)은 상기 유전체 창문부 또는 보조 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극을 포함할 수 있다. 상기 패턴 전극은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
11: 플라즈마 챔버
11a: 진공 포트의 플랜지
110: 스월유동 제공부
120: 유전체 창문부
122: 패턴 전극

Claims (12)

  1. 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부; 및
    상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부;를 포함하고,
    상기 유전체 창문부는:
    투명한 재질의 유전체 창문 몸체; 및
    외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극;을 포함하고,
    상기 유전체 창문부는 상기 패턴 전극을 덮도록 배치된 유전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스월유동 제공부는:
    사각형 단면을 가지는 토로이달 형상을 가지는 스월 유동 몸체부;
    토로이달 형상을 가지고 상기 스월 유동 몸체부 내에 매설되고 외부로부터 공급되는 가스를 저장하는 버퍼부; 및
    상기 버퍼부의 원주 상에 일정한 간격으로 배치되어 토출되는 가스에 방위각 성분의 속도를 제공하는 복수의 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  3. 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부; 및
    상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부;를 포함하고,
    상기 유전체 창문부는:
    투명한 재질의 유전체 창문 몸체; 및
    외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극;을 포함하고,
    상기 패턴 전극은 투명 전도성 금속산화물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  4. 삭제
  5. 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 방출 광을 투과시키고 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되는 부유 탐침을 포함하는 유전체 창문부; 및
    상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부;를 포함하고,
    상기 유전체 창문부는:
    투명한 재질의 유전체 창문 몸체; 및
    외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고 상기 유전체 창문 몸체의 일면 상에 배치되고 상기 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극;을 포함하고,
    상기 패턴 전극은 원형 와셔 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 보조 진공 포트의 보조 플랜지에 장착되고 상기 유전체 창문부를 마주보도록 배치된 보조 유전체 창문부;
    상기 보조 플랜지와 상기 보조 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 보조 스월유동 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 유전체 창문부를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치된 렌즈부;
    상기 보조 유전체 창문부를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치된 보조 렌즈부;
    상기 보조 렌즈부를 통하여 자외선 영역의 광대역 광을 플라즈마에 제공하는 광원부; 및
    상기 렌즈부를 통하여 수집된 광대역 광의 흡수 스펙트럼을 분석하는 분광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  8. 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 광을 투과시키는 투명한 재질의 유전체 창문부;
    상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부; 및
    상기 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극을 포함하는 유연성 인쇄회로 기판을 포함하고,
    상기 패턴 전극은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고,
    상기 부유 탐침은 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되고,
    상기 유연성 인쇄회로 기판은 외부 회로와 상기 패턴 전극을 전기적으로 연결하기 위한 전극 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  9. 삭제
  10. 플라즈마 챔버의 진공 포트의 플랜지에 장착되고 플라즈마 광을 투과시키는 투명한 재질의 유전체 창문부;
    상기 플랜지와 상기 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 스월유동 제공부; 및
    상기 유전체 창문부의 일면 상에 배치되고 부유 탐침의 전극으로 동작하는 패턴 전극을 포함하는 유연성 인쇄회로 기판을 포함하고,
    상기 패턴 전극은 외부의 전기 회로와 연결되고 상기 플라즈마 챔버의 내부를 바라보도록 배치되고,
    상기 부유 탐침은 복수의 각주파수의 정현파 전압에 의하여 구동되고,
    상기 유전체 창문부는 중심에 돌출된 유전체 창문 돌출부를 더 포함하고,
    상기 유연성 인쇄회로 기판은 상기 유전체 창문 돌출부 상에 배치되는 제1 유연성 인쇄회로 기판과 상기 제1 유연성 인쇄회로 기판과 이격되어 상기 유전체 창문의 가장 자리에 배치되는 제2 유연성 인쇄호로 기판을 포함하고,
    상기 제1 유연성 인쇄회로 기판은 중심에 개구부를 가지고 상기 패턴 전극을 가지고,
    상기 제2 유연성 인쇄회로 기판은 상기 패턴 전극과 전기적으로 연결되고 외부 회로와 상기 패턴 전극을 전기적으로 연결하기 위한 전극 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 보조 진공 포트의 보조 플랜지에 장착되고 상기 유전체 창문부를 마주보도록 배치된 보조 유전체 창문부;
    상기 보조 플랜지와 상기 보조 유전체 창문부 사이에 배치되어 상기 유전체 창문부의 일면에 스윌 유동을 제공하는 보조 스월유동 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 유전체 창문부를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치된 렌즈부;
    상기 보조 유전체 창문부를 바라보고 상기 플라즈마 챔버의 외부에 배치된 보조 렌즈부;
    상기 보조 렌즈부를 통하여 자외선 영역의 광대역 광을 플라즈마에 제공하는 광원부; 및
    상기 렌즈부를 통하여 수집된 광대역 광의 흡수 스펙트럼을 분석하는 분광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
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