KR102019415B1 - 플라즈마 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염 발생의 가능성이 높은 기판 처리 공정에서 플라즈마의 상태를 정확하게 모니터링할 수 있는 플라즈마 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 공정 챔버 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부; 및 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재;를 포함하고, 상기 보호부재는, 상기 공정 챔버의 내부 공간에 설치되는 베이스부; 및 상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질이 상기 베이스부의 일면 상에 증착되어 제공되는 반사층;을 포함한다.

Description

플라즈마 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING PLASMA}
본 발명은 플라즈마 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 처리 공정에서 플라즈마의 상태를 모니터링하기 위한 플라즈마 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 및 평판 표시 소자의 제조 공정이 점차 미세화되고 고도화됨에 따라, 식각 공정 및 화학 기상 증착 공정 등을 수행하기 위한 장비로서, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용되고 있다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 스테이지 혹은 전극에 고주파 에너지를 인가하여 처리 챔버 내에 전기장 또는 자기장을 형성하고, 전자기장에 의해 플라즈마를 발생하여 기판을 처리한다.
처리 챔버 내부의 전자 밀도, 이온 밀도와 같은 플라즈마 특성은 플라즈마 처리 공정의 처리율(process rate), 균질성(homogeneity), 균일성(uniformity) 및 웨이퍼 대 웨이퍼 반복성(wafer-to-wafer repeatability)에 영향을 미치는 요인이다. 예를 들어, 처리 챔버 내의 전자 밀도는 전자의 여기(excitation), 이온화(ionization), 해리(dissociation) 정도에 영향을 미친다. 따라서, 플라즈마 기판 처리 공정을 효과적으로 수행하기 위해서, 플라즈마의 상태를 파악하는 것이 중요하다.
플라즈마의 상태를 모니터링하기 위하여는 일반적으로 광학 방출 분광기(OES: Optical Emission Spectroscopy)가 사용되고 있다. 이와 같은 광학 방출 분광기는 설치, 분해, 이동 및 운용이 용이하고 저렴한 가격 등 많은 장점이 있으나, 오염에는 매우 취약한 단점이 있다.
특히, 광학 방출 분광기는 증착 공정을 수행하는 증착 챔버에서는 그 사용이 극히 제한되는데, 그 이유는 증착 물질에 따른 오염 때문이다. 즉, 광학 방출 분광기로 광 신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블이 직접 증착 챔버 내부를 향하여 연결되는 경우 증착 공정에서 발생하는 부산물로 인하여 광섬유 케이블의 수신단이 오염된다. 또한, 이를 방지하기 위하여 광섬유 케이블을 증착 챔버의 뷰 포트(View Port) 등에 연결하는 경우에도 뷰 포트에 부착되는 부산물로 인하여 뷰 포트의 투과율이 저하되어, 광섬유 케이블로 입사되는 광은 시간이 지남에 따라 급속도로 감소하게 된다. 따라서, 정확한 측정 값을 얻는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 정상 상태의 경우에도 이상 상태인 것으로 잘못 판단되는 문제점이 있었다.
KR 10-2003-0050098 A
본 발명은 오염 발생의 가능성이 높은 기판 처리 공정에서 플라즈마의 상태를 정확하게 모니터링할 수 있는 플라즈마 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 공정 챔버 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부; 및 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재;를 포함하고, 상기 보호부재는, 상기 공정 챔버의 내부 공간에 설치되는 베이스부; 및 상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질이 상기 베이스부의 일면 상에 증착되어 제공되는 반사층;을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 공정 챔버 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부; 및 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재;를 포함하고, 상기 광 신호 검출부는 상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질에 의하여 오염되는 것을 방지하기 위하여 상기 보호부재로부터 소정 간격의 보호거리 만큼 이격되어 배치된다.
상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질은 금속을 포함할 수 있다.
상기 베이스부의 일면은 경면 가공되어 형성될 수 있다.
상기 베이스부의 타면 상에 제공되는 반사 방지층;을 더 포함할 수 있다.
상기 광 신호 검출부가 일측에 연결되고, 상기 광 신호 검출부로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 상기 보호부재를 향하여 연장되는 하우징부;를 더 포함하고, 상기 보호부재는 상기 하우징부의 타측에 수용되고, 상기 하우징부는 상기 보호부재의 반사면을 상기 공정 챔버의 내부 공간을 향하여 노출시키는 개구부를 가질 수 있다.
상기 하우징부의 내부에 수용되어, 상기 보호부재로부터 수신되는 광 신호의 수신 방향을 전환하는 적어도 하나의 미러;를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징부는 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 단면이 소정의 너비를 가지는 통형의 형상으로 형성되고, 상기 하우징부는 상기 광 신호 검출부로부터 상기 보호부재를 향하여 상기 너비의 2배 내지 4배의 길이로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 하우징부의 내부에는 상기 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 복수 개의 차단부가 형성되고, 상기 차단부의 중심부에는 상기 광 신호의 수신 경로를 따라 관통공이 형성될 수 있다.
상기 차단부는 중심부로 갈수록 상기 보호부재와의 거리가 감소하도록 경사지게 형성될 수 있다.
상기 광 신호 검출부는 상기 공정 챔버의 측벽에 제공되는 뷰 포트를 사이에 두고 상기 하우징부에 연결될 수 있다.
상기 공정 챔버는 플라즈마를 이용하여 기판에 금속을 포함하는 물질을 증착하기 위한 스퍼터링 챔버 또는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 챔버를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치에 의하면, 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환하여 광 신호 검출부에 입력시킴으로써 광 신호 검출부의 설치 자유도를 증가시킬 수 있고, 이에 의하여 공정 부산물에 의하여 광 신호 검출부가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기판의 처리 공정에서 발생하는 공정 부산물이 베이스부 상에 증착되어 보호부재를 형성함으로써 공정 챔버의 내부 공간을 향하여 노출되는 보호부재에 공정 부산물이 증착되는 경우에도 플라즈마의 상태를 모니터링하기 위한 유효한 광 신호를 수신할 수 있다.
뿐만 아니라, 보호부재를 내부에 수용하여 광 신호 검출기가 연결되는 하우징부를 공정 챔버의 측벽에 설치하여 플라즈마 모니터링 장치를 구성함으로써 공정 챔버 내부의 구조물과의 간섭을 최소화할 수 있으며, 하우징부의 내부로 공정 부산물이 유입되는 것을 효과적으로 차단하여 광 신호 검출기로부터 신뢰성 있는 데이터를 획득하고, 플라즈마의 상태를 정확하게 분석할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마 모니터링 장치가 설치되는 모습을 나타내는 도면.
도 2는 베이스부에 공정 부산물이 증착되어 반사층이 형성되는 모습을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보호부재의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 플라즈마 모니터링 장치가 설치되는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마 모니터링 장치가 설치되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 베이스부에 공정 부산물이 증착되어 반사층이 형성되는 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보호부재의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부(110); 및 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부(110)로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재(120);를 포함한다.
공정 챔버(10)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하기 위한 반응 공간을 제공한다. 도시되지는 않았으나, 공정 챔버(10)는 챔버 몸체와 챔버 리드를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 챔버 몸체는 상측이 개방된 통 형상으로 제작되고, 챔버 리드는 상기 챔버 몸체를 덮는 대략 판 형상으로 제작될 수 있으며, 챔버 몸체와 챔버 리드는 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 공정 챔버(10)는 진공을 유지할 수 있도록 밀폐 구조로 제공될 수 있으며, 중공의 육면체 또는 원기둥의 형태를 가지거나, 그 밖의 형태를 가질 수 있다.
이러한 공정 챔버(10)는 플라즈마를 이용하여 기판에 금속을 포함하는 물질을 증착하기 위한 스퍼터링 챔버 또는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 챔버를 포함할 수 있다.
스테이지(20)는 공정 챔버(10)의 내측 하부에 마련되어 기판을 지지한다. 스테이지(20)는 평판의 형태를 가질 수 있으며, 정전기력으로 기판을 고정하는 정전척을 구비할 수도 있다.
RF 전원부(30)는 공정 챔버(10) 내에 고주파 에너지를 인가하여 스테이지(20)와 상부 전극(35)의 전위차에 따라 스테이지(20)와 상부 전극(35) 사이에서 전기장을 형성하고, 이로 인하여 공정 챔버(10) 내에 플라즈마(P)가 형성될 수 있다. 기판(S) 상에 형성되는 플라즈마(P)의 밀도는 스테이지(20)와 상부 전극(35) 간의 전위차에 따라 변화할 수 있으며, RF 전원부(30)의 고주파를 제어하여 공정 챔버(10) 내의 플라즈마(P) 상태를 조절할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 공정 챔버(10) 내부에 위치한 상부 전극(35)과 하부 전극 사이에서 플라즈마가 발생되는 모습만을 도시하였으나, 이러한 구조 이외에도 다양한 CCP(capacitive coupled plasma) 설비, ICP(inductive coupled plasma) 설비, 마이크로파 플라즈마(microwave plasma) 설비 등 공정 챔버(10)의 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 다양한 플라즈마 설비가 부가될 수 있음은 물론이다.
광 신호 검출부(110)는 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출한다. 이를 위하여, 광 신호 검출부(110)는 일단으로부터 입력되는 광 신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블(112); 및 상기 광섬유 케이블(112)의 타단에 연결되어, 전송된 광 신호를 분석하기 위한 분광기(114);를 포함할 수 있다.
광섬유 케이블(112)은 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 수신하여 수신된 광 신호를 분광기(114)로 전송하며, 내측에 배치되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어진다. 따라서, 광섬유 케이블(112)의 일단으로 입력되는 광 신호는 코어와 클래드 사이의 경계에서 전반사를 되풀이하면서 코어 안에 갇힌 형태로 감쇠되지 않고 진행하게 된다.
분광기(114)는 광섬유 케이블(112)로부터 전송된 광 신호를 분석하여 공정 챔버(10) 내의 플라즈마의 상태를 모니터링한다. 여기서, 분광기(114)는 광학 방출 분광기(114)(OES: Optical Emission Spectroscopy)를 포함할 수 있으며, 광학 방출 분광기(114)는 전송된 광 신호의 스펙트럼을 분석하여 파장에 따른 광량을 측정하고, 플라즈마의 종에 대한 정보, 에너지 정보 등을 모니터링하게 된다.
보호부재(120)는 공정 챔버 내(10)에서 생성되는 부산물에 의하여 광 신호 검출부(110)가 오염되지 않도록 보호하기 위한 구성으로, 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 전술한 광 신호 검출부(110)로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환한다. 즉, 보호부재(120)는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 일 방향으로 수신하고, 수신된 광 신호를 일 방향과 상이한 타 방향으로 반사하여 반사된 광 신호가 광 신호 검출부(110)에 포함되는 광섬유 케이블(112)로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 반사체의 역할을 한다.
플라즈마의 상태를 모니터링하기 위한 광 신호 검출부(110)는 일반적으로 광섬유 케이블(112)이 공정 챔버(10)의 내부 공간에서 생성되는 플라즈마를 향하도록 공정 챔버(10)의 내부 공간으로 노출되도록 설치되거나, 공정 챔버(10)의 측벽에 형성되는 뷰 포트에 연결하여 사용하게 된다. 그러나, 이 경우 기판의 처리 과정에서 공정 챔버(10)에서 발생하는 공정 부산물이 광섬유 케이블(112)의 수신단에 증착되거나, 뷰 포트에 증착되어 광 신호의 정확한 측정 값을 얻는 것이 불가능한 문제점이 있었다.
반면, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 보호부재(120)에 의하여 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환하여 광 신호 검출부(110)에 입력시킴으로써, 광 신호 검출부(110)가 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 배치될 필요가 없다. 즉, 보호부재(120)에 의하여 광섬유 케이블(112) 또는 뷰 포트는 공정 챔버(10) 내에서 그 위치가 자유롭게 결정될 수 있으며, 공정 부산물의 증착을 최소화시킬 수 있는 위치에 광섬유 케이블(112) 또는 뷰 포트를 설치함으로써 광섬유 케이블(112)의 수신단 또는 뷰 포트에 공정 부산물이 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
여기서, 보호부재(120)는 공정 챔버(10)의 내부 공간에 설치되는 베이스부(122); 및 상기 베이스부(122)의 일면 상에 제공되는 반사층(124);을 포함할 수 있다. 또한, 여기서 반사층(124)은 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 물질이 상기 베이스부(122) 상에 증착되어 형성될 수 있다.
베이스부(122)는 공정 챔버(10)의 내부 공간에 설치되며, 공정 챔버(10)의 내부 공간에 설치되는 하우징부(130) 내에 소정 각도로 배치되어 고정 설치되는 것으로 공정 챔버(10)의 내부 공간에 설치될 수도 있다. 베이스부(122)가 고정 설치되는 하우징부(130)와 관련하여는 후술하기로 한다.
베이스부(122)는 서로 반대측인 일면 및 타면을 가지는 플레이트의 형상을 가질 수 있으며, 베이스부(122)의 일면은 상기 일면 상에 반사층(124)이 형성되기 위하여 경면 가공되어 형성될 수 있다. 이를 위하여, 베이스부(122)는 경면 가공이 가능한 다양한 재질, 예를 들어, 세라믹, 사파이어, 금속 등으로 형성될 수 있으며, 가격 면에서 유리하며, 공정 챔버(10)의 클리닝 과정에서 손상 우려가 낮은 유리 재질로 형성될 수 있다.
베이스부(122)의 일면 상에는 반사층(124)이 형성되고, 상기 반사층(124)은 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 물질이 베이스부(122) 상에 증착되어 형성된다. 여기서, 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 물질은 기판의 처리 공정에서 발생하는 공정 부산물을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 보호부재(120)에 의하여 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환하여 광 신호 검출부(110)에 입력시키되, 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출되는 보호부재(120)를 구성함에 있어서, 공정 챔버(10)에서 발생하는 공정 부산물을 반사층(124)으로 이용한다.
즉, 광학 부재를 통하여 입사되는 광 신호의 광량은 상기 광학 부재로부터 반사되는 광 신호의 광량과 상기 광학 부재에 의하여 흡수되는 광 신호의 광량과 같으므로, 광학 부재를 통하여 입사되는 광 신호의 광량이 감소한다면, 광학 부재로부터 반사되는 광 신호와 광학 부재로부터 흡수되는 광 신호가 증가한다. 특히, 플라즈마를 이용하여 기판에 금속을 증착하기 위한 스퍼터링 공정 또는 기판에 금속 산화물을 증착하기 위한 유기 금속 화학 기상 증착 공정에서는 광학 부재를 통하여 입사되는 광 신호는 초기의 광 신호에 비해 그 광량이 수 초 내에 50% 미만으로 감소하는 반면, 반사되는 광 신호의 광량은 급속하게 증가한다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 상기의 원리를 이용하여 일면이 공정 부산물이 증착되기 위한 증착 면을 제공하는 베이스부(122)와 상기 베이스부(122) 상에 공정 부산물이 증착되어 형성되는 반사층(124)을 이용하여 보호부재(120)를 구성한다. 여기서, 공정 부산물은 베이스부(122)에 증착되어 광 신호를 효과적으로 반사시키기 위하여 금속 또는 금속 산화물 등의 금속을 포함하는 물질로 이루어짐이 바람직하며, 이에 따라 공정 챔버(10)는 금속을 포함하는 물질을 증착시키기 위한 스퍼터링 챔버 또는 유기 금속 화학 기상 증착 챔버를 포함할 수 있다.
또한, 베이스부(122)는 전술한 바와 같이 유리 재질로 형성될 수 있으나, 이 경우 베이스부(122) 상에 공정 부산물에 의하여 반사층(124)이 형성되기 전까지는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환하는 기능을 수행할 수 없으므로, 일면이 경면 가공된 금속 재질로 베이스부(122)를 형성하여, 공정 부산물에 의하여 반사층(124)이 형성되기 전에도 베이스부(122)에 의하여 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환할 수 있게 된다.
한편, 보호부재(120)는 베이스부(122)의 타면 상에 제공되는 반사 방지층(126)을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 반사 방지층(126)은 베이스부(122)의 타면에서 반사가 이루어지지 않도록 하기 위한 구성으로써, 베이스부(122)의 타면에 반사 방지 도료를 코팅하여 반사 방지층(126)을 형성할 수 있으며, 이와 같은 반사 방지층(126)에 의하여 반사층(124)을 투과한 광 신호가 베이스부(122)의 타면에서 반사되어 반사층(124)으로부터 반사되는 광 신호와 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에서 광 신호 검출부(110)와 보호부재(120)는 공정 챔버(10) 내에서 별도의 위치에 설치될 수 있다. 즉, 보호부재(120)는 베이스부(122)의 일면이 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출되도록 공정 챔버(10)에 설치되고, 베이스부(122)의 일면 상에는 공정 부산물이 증착되어 반사층(124)이 형성된다. 또한, 광 신호 검출부(110)는 반드시 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출될 필요는 없으며, 공정 부산물의 증착을 최소화시킬 수 있는 위치에 설치되는 것으로 구성될 수 있다.
또한, 광 신호 검출부(110)로 공정 부산물이 증착되는 것을 최소화하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 광 신호 검출부(110)로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 보호부재(120)를 향하여 연장되는 하우징부(130)를 더 포함할 수 있다.
즉, 고진공(high vacuum)을 이용하는 증착 공정에서 공정 부산물을 형성하는 입자는 일반적으로 수 cm의 평균 자유 행로를 가지기 때문에 광 신호 검출부(110)를 공정 챔버(10)에 설치함에 있어서 공정 부산물의 증착을 최소화하기 위한 위치의 선택은 쉽지 않으나, 광 신호 검출부(110)는 공정 압력, 공정 온도 등에 따라 가질 수 있는 평균 자유 행로(λ)보다 크거나 같은 소정 거리만큼 보호부재(120)로부터 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 평균 자유 행로(λ)는 하기의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018021001670-pat00001
(여기서, λ는 평균 자유 행로, k는 볼쯔만 상수, T는 입자가 가지는 평균 에너지를 나타내는 공정 온도, π는 원주율, r은 충돌 반지름, P는 공정 압력을 나타낸다.)
상기의 평균 자유 행로(λ)를 고려하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는, 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부(110); 및 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부(110)로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재(120);를 포함하고, 상기 광 신호 검출부(110)는 상기 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 물질에 의하여 오염되는 것을 방지하기 위하여 상기 보호부재(120)로부터 소정 간격의 보호거리 만큼 이격되어 배치될 수 있다.
여기서, 광 신호 검출부(110)를 보호하기 위하여 광 신호 검출부(110)가 보호부재(120)로부터 이격되는 거리인 보호거리는 5mm 내지 100mm의 범위의 거리를 가질 수 있으며, 바람직하게는 30mm 내지 70mm의 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치에서는 광 신호 검출부(110), 즉 광섬유 케이블(112)의 수신단을 하우징부(130)와 결합하고, 하우징부(130)는 상기 광섬유 케이블(112)이 결합된 일측으로부터 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 보호부재(120)를 향하여 연장되도록 형성하여 하우징부(130)의 내부로 공정 부산물이 인입되어 광섬유 케이블(112)의 수신단을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 하우징부(130)는 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 단면이 소정의 너비(W)를 가지는 통형의 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 하우징부(130)는 일측에 광섬유 케이블(112)이 결합되고, 일측으로부터 보호부재(120)를 향하여 원통 또는 사각통의 형상으로 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 공정 부산물을 형성하는 입자는 일반적으로 수 cm의 평균 자유 행로를 가지기 때문에 하우징부(130)는 공정 부산물이 내부로 인입되는 것을 방지하기 위한 구조로 설계되어야 한다. 따라서, 하우징부(130)의 단면이 소정의 너비(W)를 가지는 통형의 형상으로 형성되는 경우, 하우징부(130)가 보호부재(120)를 향하여 연장되는 길이는 상기 너비(W)의 2배 내지 4배의 길이(2W~4W)를 가지도록 형성할 수 있다. 여기서, 하우징부(130)가 상기 너비(W)의 2배 미만의 길이를 가지는 경우 공정 부산물을 형성하는 입자가 하우징부(130) 내부로 인입되어 광 신호 검출부(110) 상에 증착될 수 있으며, 하우징부(130)가 상기 너비(W)의 4배를 초과하는 길이를 가지는 경우 광 신호 검출부(110)가 연결되는 위치의 반대측인 하우징부(130)의 타측에 보호부재(120)가 설치되는 경우에도 광 신호 검출부(110)로 수신되는 광 신호의 광량이 충분하지 못하게 되는 바, 하우징부(130)는 보호부재(120)를 향하여 연장되는 길이가 하우징부(130)의 너비(W)의 2배 내지 4배의 길이(2W~4W)를 가지도록 형성함이 좋다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 광 신호 검출부(110)와 보호부재(120)가 하우징부(130)에 각각 설치되고, 하우징부(130)가 공정 챔버(10)에 설치되는 것으로 구성될 수도 있다. 이를 위하여, 보호부재(120)는 전술한 하우징부(130)의 타측에 수용될 수 있으며, 하우징부(130)는 보호부재(120)의 반사면을 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출시키는 개구부(132)를 가질 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 광 신호 검출부(110)는 전술한 바와 같이 하우징부(130)의 일측, 즉 하우징부(130)의 하측에 설치된다. 또한, 하우징부(130)는 광 신호 검출부(110)로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 보호부재(120)를 향하여 상방으로 연장되되, 하우징부(130)의 타측, 즉 하우징부(130)의 상측에는 보호부재(120)가 수용된다. 여기서, 하우징부(130)의 상측 일면에는 보호부재(120)의 반사면이 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출되도록 개구부(132)가 형성된다. 개구부(132)의 너비는 광섬유 케이블(112)의 너비보다 크거나 같은 폭을 가짐이 바람직하며, 이와 같이 하우징부(130)에 보호부재(120)의 반사면을 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출시키는 개구부(132)를 형성함으로써 공정 부산물이 증착되기 전의 베이스부(122)는 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출되게 되고, 노출된 베이스부(122)의 일면에는 공정 부산물이 증착되어 반사층(124)이 형성된다. 또한, 보호부재(120)는 하우징부(130)의 내부에 대략 45°, 예를 들어 40° 내지 50°의 각도로 설치되어 플라즈마로부터 발생되어 보호부재(120)로 입사되는 광 신호의 수신 방향을 대략 90°의 각도로 전환하여 광 신호 검출부(110)로 반사하게 된다. 이와 같이 보호부재(120)에 의하여 반사된 광 신호는 하우징부(130)의 하측에 설치된 광 신호 검출부(110)로 입력되고, 광 신호 검출부(110)의 수신단은 하우징부(130)에 의하여 둘러싸여 공정 부산물에 의하여 오염되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 하우징부(130)의 내부에는 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 복수 개의 차단부(136)가 형성될 수 있다. 여기서, 차단부(136)의 중심부에는 보호부재(120)로부터 광 신호 검출부(110)로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 따라 관통공이 형성된다. 이와 같은 차단부(136)는 공정 부산물이 개구부(132)로부터 광 신호 검출부(110)의 수신단까지 직선 방향으로 들어오지 못하게 차단하는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 차단부(136)는 중심부로 갈수록 보호부재(120)와의 거리가 감소하도록 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 차단부(136)는 중심부가 보호부재(120)를 향하도록 가장자리부에서 중심부로 갈수록 경사진 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 차단부(136)를 경사지게 형성함으로써, 보호부재(120)에 의하여 광 신호의 수신 방향이 대략 90°의 각도로 전환되도록 개구부(132)와 광 신호 검출부(110)가 배치되는 경우에도 공정 부산물이 개구부(132)로부터 광 신호 검출부(110)의 수신단으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
상기와 같은 구조를 가지는 하우징부(130)는 공정 챔버(10)의 측벽에 설치될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 광 신호 검출부(110)가 일측에 연결되고, 광 신호 검출부(110)로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 연장되어 타측에 보호부재(120)를 수용하는 하우징부(130)는 공정 챔버(10)의 측벽에 설치될 수 있다. 이는 공정 챔버(10) 내의 다른 구조물과의 간섭을 최소화하고, 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 인접한 위치에서 수신하기 위한 것이다. 이때, 분광기(114)는 공정 챔버(10)의 외부에 설치되고, 공정 챔버(10)의 내부 공간으로부터 외부로 연장되는 광섬유 케이블(112)에 의하여 하우징부(130)의 일측에 연결될 수 있다. 이 경우, 광섬유 케이블(112)은 공정 챔버(10) 하단의 플랜지 포트를 통하여 외부로 연장될 수 있음은 물론이다.
또한, 플라즈마 모니터링 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 공정 챔버(10)에 설치될 수도 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치는 전술한 구성 외에 하우징부(130)의 내부에 수용되어, 상기 보호부재(120)로부터 수신되는 광 신호의 수신 방향을 전환하는 적어도 하나의 미러를 더 포함하여, 광 신호 검출부(110)가 공정 챔버(10)의 측벽에 제공되는 뷰 포트(15)를 사이에 두고 하우징부(130)에 연결되도록 구성할 수 있다.
여기서, 공정 챔버(10) 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호는 보호부재(120)에 의하여 1차로 수신 방향이 전환된다. 또한, 하우징부(130)의 내부에 수용되는 미러는 보호부재(120)로부터 수신되는 광 신호를 2차로 방향 전환하여 공정 챔버(10)의 측벽에 제공되는 뷰 포트(15)로 입사시킨다. 이때, 광섬유 케이블(112)은 뷰 포트(15)에 연결되어 뷰 포트(15)를 투과하여 입사되는 광 신호를 분광기(114)로 전송하게 된다.
또한, 도시되지는 않았으나 하우징부(130)는 공정 챔버(10)의 측벽에 삽입되어 형성할 수도 있다. 즉, 하우징부(130)가 공정 챔버(10)의 측벽에 매립되어 공정 챔버(10)의 반응 공간을 향하여 보호부재(120)가 배치되고, 보호부재(120)로부터 반사되는 광 신호는 공정 챔버(10)의 측벽 내 또는 공정 챔버(10)의 외부에 배치되는 광섬유 케이블(112)로 입력되는 것으로 구성할 수 있으며, 공정 챔버(10)의 측벽이 직접 하우징부(130)를 형성할 수도 있음은 몰론이다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 모니터링 장치에 의하면, 플라즈마로부터 발생되는 광 신호의 수신 방향을 전환하여 광 신호 검출부(110)에 입력시킴으로써 광 신호 검출부(110)의 설치 자유도를 증가시킬 수 있고, 이에 의하여 공정 부산물에 의하여 광 신호 검출부(110)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기판의 처리 공정에서 발생하는 공정 부산물이 베이스부(122) 상에 증착되어 보호부재(120)를 형성함으로써 공정 챔버(10)의 내부 공간을 향하여 노출되는 보호부재(120)에 공정 부산물이 증착되는 경우에도 플라즈마의 상태를 모니터링하기 위한 유효한 광 신호를 수신할 수 있다.
뿐만 아니라, 보호부재(120)를 내부에 수용하여 광 신호 검출기가 연결되는 하우징부(130)를 공정 챔버(10)의 측벽에 설치하여 플라즈마 모니터링 장치를 구성함으로써 공정 챔버(10) 내부의 구조물과의 간섭을 최소화할 수 있으며, 하우징부(130)의 내부로 공정 부산물이 유입되는 것을 효과적으로 차단하여 광 신호 검출기로부터 신뢰성 있는 데이터를 획득하고, 플라즈마의 상태를 정확하게 분석할 수 있게 된다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 공정 챔버 15: 뷰 포트
20: 스테이지 30: RF 전원부
35: 상부 전극 110: 광 신호 검출부
112: 광섬유 케이블 114: 분광기
120: 보호부재 122: 베이스부
124: 반사층 126: 반사 방지층
130: 하우징부 132: 개구부
136: 차단부

Claims (12)

  1. 공정 챔버 내에서 생성되는 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 검출하기 위한 광 신호 검출부; 및
    상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호가 상기 광 신호 검출부로 입력되도록 광 신호의 수신 방향을 전환하는 보호부재;를 포함하고,
    상기 보호부재는,
    일면이 상기 공정 챔버의 내부 공간을 향하여 노출되도록 상기 공정 챔버의 내부 공간에 설치되는 베이스부; 및
    상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질이 상기 베이스부의 일면 상에 증착되어 제공되는 반사층;을 포함하고,
    상기 반사층은 상기 플라즈마로부터 발생되는 광 신호를 반사시켜 상기 광 신호 검출부로 입력시키는 플라즈마 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정 챔버 내에서 생성되는 물질은 금속을 포함하는 플라즈마 모니터링 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스부의 일면은 경면 가공되어 형성되는 플라즈마 모니터링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스부의 타면 상에 제공되는 반사 방지층;을 더 포함하는 플라즈마 모니터링 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 신호 검출부가 일측에 연결되고, 상기 광 신호 검출부로 입력되는 광 신호의 수신 경로를 둘러싸도록 상기 보호부재를 향하여 연장되는 하우징부;를 더 포함하고,
    상기 보호부재는 상기 하우징부의 타측에 수용되고,
    상기 하우징부는 상기 보호부재의 반사면을 상기 공정 챔버의 내부 공간을 향하여 노출시키는 개구부를 가지는 플라즈마 모니터링 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징부의 내부에 수용되어, 상기 보호부재로부터 수신되는 광 신호의 수신 방향을 전환하는 적어도 하나의 미러;를 더 포함하는 플라즈마 모니터링 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징부는 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 단면이 소정의 너비를 가지는 통형의 형상으로 형성되고,
    상기 하우징부는 상기 광 신호 검출부로부터 상기 보호부재를 향하여 상기 너비의 2배 내지 4배의 길이로 연장되어 형성되는 플라즈마 모니터링 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징부의 내부에는 상기 광 신호의 수신 경로를 횡단하는 복수 개의 차단부가 형성되고,
    상기 차단부의 중심부에는 상기 광 신호의 수신 경로를 따라 관통공이 형성되는 플라즈마 모니터링 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차단부는 중심부로 갈수록 상기 보호부재와의 거리가 감소하도록 경사지게 형성되는 플라즈마 모니터링 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 광 신호 검출부는 상기 공정 챔버의 측벽에 제공되는 뷰 포트를 사이에 두고 상기 하우징부에 연결되는 플라즈마 모니터링 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정 챔버는 플라즈마를 이용하여 기판에 금속을 포함하는 물질을 증착하기 위한 스퍼터링 챔버 또는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 챔버를 포함하는 플라즈마 모니터링 장치.
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