KR102574604B1 - Optical emission spectrometry system revised by real time temperature gap for plasma chemical vapor deposition process monitoring of semicontuctor and display - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정에서 균일한 증착막 두께와 균일한 증착막 굴절률을 제어하고 모니터링할 수 있도록, 화학증착 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자가 반영된 균일한 발광분광분석(OES ; Optical Emission Spectromtry) Intensity 측정을 위하여, OES를 통해 얻어진 spectrum의 차이가 최소화되는 특정 기준 온도로 보정된 spectrum을 찾도록 OES로 측정된 spectrum 중 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고 수치적으로 계산된 spectrum을 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)을 적용하여, 증착공정 모니터링에 필요한 증착막 두께와 증착막 굴절률의 변화에 관한 정보인 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 계산하여 제공함으로써 반도체/디스플레이 산업에 필요한 플라즈마 화학증착공정의 정밀하고 신뢰할 수 있는 균일한 양산설비를 구축할 수 있는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to monitoring a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process, and more particularly, to control and monitor a uniform deposition film thickness and a uniform deposition film refractive index in a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process. A specific criterion for minimizing the difference in the spectrum obtained through OES for the uniform OES (Optical Emission Spectromtry) intensity measurement in which the correction factor according to the temperature of the chemical vapor deposition process chamber, the change in gas concentration, etc. is reflected. In order to find a temperature-corrected spectrum, the N2 (nitrogen) gas temperature was measured in real time among the spectrum measured by OES, and the non-linear least squares method was applied to the numerically calculated spectrum, and the deposition process By calculating and providing real-time temperature information (RTI), which is information on the change in the thickness of the deposited film and the refractive index of the deposited film, required for monitoring, it provides precise, reliable and uniformity of the plasma chemical vapor deposition process required for the semiconductor / display industry. It relates to a real-time temperature deviation correction luminescence spectroscopy system dedicated to semiconductor/display plasma chemical vapor deposition process monitoring that can build mass production facilities.
Description
본 발명은 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정에서 균일한 증착막 두께와 균일한 증착막 굴절률을 제어하고 모니터링할 수 있도록, 화학증착 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자가 반영된 균일한 발광분광분석(OES ; Optical Emission Spectromtry) Intensity 측정을 위하여, OES를 통해 얻어진 spectrum의 차이가 최소화되는 특정 기준 온도로 보정된 spectrum을 찾도록 OES로 측정된 spectrum 중 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고 수치적으로 계산된 spectrum을 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)을 적용하여, 증착공정 모니터링에 필요한 증착막 두께와 증착막 굴절률의 변화에 관한 정보인 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 계산하여 제공함으로써 반도체/디스플레이 산업에 필요한 플라즈마 화학증착공정의 정밀하고 신뢰할 수 있는 균일한 양산설비를 구축할 수 있는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to monitoring a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process, and more particularly, to control and monitor a uniform deposition film thickness and a uniform deposition film refractive index in a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process. A specific criterion for minimizing the difference in the spectrum obtained through OES for the uniform OES (Optical Emission Spectromtry) intensity measurement in which the correction factor according to the temperature of the chemical vapor deposition process chamber, the change in gas concentration, etc. is reflected. In order to find a temperature-corrected spectrum, the N2 (nitrogen) gas temperature was measured in real time among the spectrum measured by OES, and the non-linear least squares method was applied to the numerically calculated spectrum, and the deposition process By calculating and providing real-time temperature information (RTI), which is information on the change in the thickness of the deposited film and the refractive index of the deposited film, required for monitoring, it provides precise, reliable and uniformity of the plasma chemical vapor deposition process required for the semiconductor / display industry. It relates to a real-time temperature deviation correction luminescence spectroscopy system dedicated to semiconductor/display plasma chemical vapor deposition process monitoring that can build mass production facilities.
일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 확산, 증착, 사진, 식각, 이온주입 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어진다. 이들 제조공정 중에서 식각, 확산, 증착 공정 등은 밀폐된 공정챔버 내에 소정의 분위기에서 공정가스를 투입함으로써 공정챔버 내의 웨이퍼 상에서 반응이 일어나도록 공정을 수행하게 된다. In general, a semiconductor device is formed by selectively and repeatedly performing processes such as diffusion, deposition, photography, etching, and ion implantation on a wafer. Among these manufacturing processes, processes such as etching, diffusion, and deposition are performed so that a reaction occurs on a wafer in a process chamber by injecting a process gas in a predetermined atmosphere into a closed process chamber.
예컨대 막을 형성하는 증착공정은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 또는 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhancemenat CVD, PECVD) 방법 등을 이용하여 수행하고 있다.For example, a deposition process for forming a film is performed using a chemical vapor deposition (CVD) method or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.
이러한 반도체 공정에서 수율을 향상시키기 위하여 공정 중에 발생하는 사고를 미리 방지하고 장비의 오동작 등을 사전에 방지하기 위해 공정의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 상태 발생시 공정을 중단시키는 등의 조치를 취하여 불량률을 낮춤으로써 공정을 최적화하는 것이 필요하다.In order to improve the yield in this semiconductor process, in order to prevent accidents that occur during the process and malfunctions of equipment in advance, the process status is monitored in real time and measures are taken such as stopping the process in case of abnormal conditions to reduce the defect rate. It is necessary to optimize the process by lowering
뿐만 아니라, 기판 상에 막을 증착시킨 이 후에 상기 증착된 막이 목표한 두께 또는 굴절율 등의 특성을 충족하는지 여부를 확인하기 위한 공정이 수행되어야 하므로 상기 증착 공정을 수행한 후, 증착된 막의 두께 또는 굴절율 등의 특성 외에도 공정챔버 내의 플라즈마 가스 농도 등의 공정조건들을 측정하는 계측설비가 필요하다.In addition, since a process for confirming whether or not the deposited film satisfies a target thickness or refractive index after depositing a film on a substrate must be performed, after performing the deposition process, the thickness or refractive index of the deposited film must be performed. In addition to such characteristics, measurement equipment for measuring process conditions such as plasma gas concentration in the process chamber is required.
그러나, 상기한 계측설비들을 사용하여 별도로 측정하는 경우에는 기판의 손실 내지 생산성 저하를 유발하며 모든 기판에 대해 검사가 불가능 하다는 문제점이 존재하는데, 이러한 계측설비들은 실시간 분석 기술의 양산 설비 적용을 위해서는 생산공정에 대한 간섭이 없어야 한다. However, in the case of measuring separately using the above measurement facilities, there is a problem that it causes loss of substrate or decrease in productivity, and it is impossible to inspect all substrates. There should be no interference with the process.
이를 위하여, 플라즈마 공정을 모니터링하는 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)가 사용되고 있는데, 이는 증착된 막의 두께 또는 굴절율 등의 특성 외에도 공정챔버 내의 플라즈마 가스 농도 등의 공정조건들을 공정 장비에 영향을 주지 않으면서 진단할 수 있는 장점이 있다.To this end, an optical emission spectroscopy that monitors the plasma process is used, which measures process conditions such as plasma gas concentration in the process chamber in addition to characteristics such as the thickness or refractive index of the deposited film without affecting the process equipment. There are advantages to diagnosis.
특히, 반도체/디스플레이 생산공정에서 OES는 Dry Cleaning 시 EPD(End Point Detecting)으로 사용되고 있고, 많은 data 관측이 가능한 OES의 특성을 활용하여 실시간 분석을 실시하며, 실시간으로 막질의 정보를 추출할 수 있다.In particular, in the semiconductor/display production process, OES is used as EPD (End Point Detecting) during dry cleaning, and real-time analysis is performed by utilizing the characteristics of OES, which can observe a lot of data, and film quality information can be extracted in real time. .
뿐만 아니라, 공정 챔버 내부의 전자 밀도, 이온 밀도 등과 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, 공정 챔버 내의 전자 밀도는 전자의 여기(excitation), 이온화(ionization), 해리(dissociation) 정도에 영향을 미친다. 따라서, 플라즈마 처리 공정을 효과적으로 수행하기 위해서, 공정 챔버 내부의 상태를 검사하고, 플라즈마 상태를 파악하는 데에 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)가 사용되고 있다.In addition, plasma characteristics such as electron density and ion density inside the process chamber affect the process rate, homogeneity, uniformity, and wafer-to-wafer repeatability of the plasma treatment process. is a factor that affects For example, electron density in a process chamber affects the degree of excitation, ionization, and dissociation of electrons. Therefore, in order to effectively perform the plasma treatment process, an optical emission spectroscopy is used to inspect the state of the inside of the process chamber and determine the plasma state.
종래, 반도체/디스플레이 생산공정에서 사용되는 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy) 사용한 플라즈마 공정 모니터링 기술들을 살펴 보면, 한국공개특허 10-2010-0078097(공개일자 2010년07월08일)에 챔버 내에 로딩된 기판 상에 막을 증착하는 단계; 상기 막의 증착 중에 상기 챔버 내에서 발생되는 광학적 방사 분광 데이터를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 광학 방사 분광 데이터로부터 상기 증착 공정 중에 기판에 증착된 막의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막의 두께 산출 방법이 공지되어 있다.Looking at conventional plasma process monitoring technologies using optical emission spectroscopy used in semiconductor/display production processes, Korean Patent Publication No. 10-2010-0078097 (published on July 8, 2010) depositing a film on a substrate; measuring optical emission spectroscopy data generated within the chamber during deposition of the film; and calculating the thickness of the film deposited on the substrate during the deposition process from the measured optical emission spectroscopy data.
또한, 한국공개특허 10-2019-0121864(공개일자 2019년10월28일)에는 기판 상에 형성되는 층의 플라즈마 보조 표면 개질(plasma-assisted surface modification)의 프로세스를 모니터링 및 제어하기 위한 방법으로서, 표면 개질 가스를 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 유동시키는 단계; 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 점화시켜 기판 상에 형성되는 층에 대한 표면 개질 프로세스를 개시하는 단계; 및 상기 층에 대한 상기 표면 개질 프로세스 동안, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 부착되는 광학 방출 분광법 시스템(optical emission spectroscopy system)으로부터 광학 방출 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함하는, 기판 상에 형성되는 층의 플라즈마 보조 표면 개질의 프로세스를 모니터링 및 제어하기 위한 방법이 공지되어 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2019-0121864 (published on October 28, 2019) discloses a method for monitoring and controlling a process of plasma-assisted surface modification of a layer formed on a substrate, flowing a surface modifying gas into a plasma processing chamber of a plasma processing system; igniting a plasma in the plasma processing chamber to initiate a surface modification process for a layer formed on a substrate; and during the surface modification process for the layer, acquiring an optical emission spectrum from an optical emission spectroscopy system attached to the plasma processing chamber. Methods for monitoring and controlling the process of reforming are known.
그러나, 상기 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy) 사용한 플라즈마 공정 모니터링 기술들은 특정 챔버 내 플라즈마 이상 상태가 발생하게 되는 경우 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 감도(Intensity)가 균일하지 않음에 따라, OES의 측정결과의 재현성이 떨어질 수 있다However, in the plasma process monitoring technologies using the optical emission spectroscopy, when an abnormal plasma state occurs in a specific chamber, the intensity of the optical emission spectroscopy is not uniform. Reproducibility of measurement results may be poor
예를들어, [도 1]에 도시한 바와 같이, [도 1]의 ① 및 ②는 동일한 조건/플라즈마공정을 수행하는 공정 챔버를 측정한 경우의 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 Intensity이다. 이러한 경우, 동일한 OES Intensity가 얻어져야 하나, ① 및 ②의 사이에 편차가 발생할 수 있다.For example, as shown in [FIG. 1], ① and ② in [FIG. 1] are the intensity of optical emission spectroscopy in the case of measuring the process chamber performing the same conditions/plasma process. In this case, the same OES Intensity should be obtained, but deviations may occur between ① and ②.
상기한 편차는 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 기기편차 또는 특정 챔버 내 플라즈마 이상 상태에 따라 발생될 수 있으므로 보다 정확한 OES Intensity의 보정이 필요하다.Since the above deviation may be caused by device deviation of an optical emission spectroscopy or an abnormal state of plasma in a specific chamber, more accurate correction of OES intensity is required.
이에 따라, 한국공개특허 10-2015-0032987(공개일자 2015년04월01일)에는 공정 챔버(Process Chamber)의 일측에 펌프를 통하여 공정 가스를 배출하는 배기관; 상기 배기관의 일측에서 분기된 인입관을 통하여 배기관을 경유하는 가스 성분을 인입하는 플라즈마 챔버, 이 배기가스를 방전시켜 플라즈마화하는 고주파(RF, Radio Frequency) 발전기, 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우, 및 상기 다수의 셀프 플라즈마 윈도우의 챔버에서 나오는 플라즈마 빛을 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광분포를 측정하는 분광기(Spectrometer)를 구비하는 다수의 셀프 플라즈마 분광기; 상기 분광기와 인터페이스되어 분산된 빛을 분석하는 제어부; 및 상기 제어부에서 분석한 데이터를 취합하여, 상기 다수의 셀프 플라즈마 발광분광기의 각각의 고주파 발전기의 출력 파워를 원격 통신으로 조절하여 각각의 셀프 플라즈마 발광분광기가 동일한 측정값을 갖도록 하는 고주파 제어기를 포함하는 셀프 플라즈마 발광분광기 간의 캘리브레이션 장치가 개발되었다.Accordingly, Korea Patent Publication No. 10-2015-0032987 (published on April 1, 2015) discloses an exhaust pipe for discharging process gas through a pump on one side of a process chamber; A plasma chamber for introducing gas components passing through the exhaust pipe through an inlet pipe branched from one side of the exhaust pipe, a radio frequency (RF) generator for discharging and converting the exhaust gas into plasma, and generating light from the plasmaized exhaust gas. A plurality of self plasma spectrometers having a window for transmitting to the spectrometer and a spectrometer for receiving the plasma light emitted from the chambers of the plurality of self plasma windows through an optical path and measuring the spectral distribution according to time and wavelength; a controller that interfaces with the spectrometer and analyzes the scattered light; And a high-frequency controller for collecting the data analyzed by the control unit and adjusting the output power of each high-frequency generator of the plurality of self plasma emission spectrometers by remote communication so that each self plasma emission spectrometer has the same measured value. A calibration device between self-plasma emission spectrometers has been developed.
또한, 한국공개특허 10-2018-0054474(공개일자 2018년05월24일)에는 공정 챔버와 연관된 광 신호들의 챔버-내 교정을 위한 광학 교정 장치에 있어서: 인클로저(enclosure); 상기 인클로저 내에 위치되어, 연속적인 스펙트럼을 갖는 소스 광을 제공하도록 구성된 광원; 및 상기 인클로저 내에 위치되어, 상기 공정 챔버 내의 동작 동안 플라즈마 방출에 근사하는 교정 광에 상기 소스광을 형성하도록 구성된 광학 성형 소자들을 포함하는, 광학 교정 장치가 공지되어 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2018-0054474 (published on May 24, 2018) discloses an optical calibration device for intra-chamber calibration of optical signals associated with a process chamber: an enclosure; a light source positioned within the enclosure and configured to provide source light having a continuous spectrum; and optical shaping elements positioned within the enclosure and configured to shape the source light into a corrective light approximating a plasma discharge during operation within the process chamber.
또한, 한국공개측허 10-2020-0016650(공개일자 2020년02월17일)에는 기준 광원; 상기 기준 광원으로부터 방출된 광이 유입되는 수광부; 상기 수광부로부터 상기 수광부로 유입된 광을 전송받고, 상기 수광부로 유입된 광을 분석하는 분석부; 및 상기 기준 광원으로부터 방출된 광을 보정하는 보정부를 포함하되, 상기 보정부는 상기 수광부로 입사되는 광의 입사각에 따라 보정 비율이 달라지도록 상기 수광부로 입사되는 광을 보정하는 광학 방출 분광 시스템이 공지되어 있다.In addition, Korean Publication Publication No. 10-2020-0016650 (published on February 17, 2020) includes a reference light source; a light receiving unit into which the light emitted from the reference light source is introduced; an analyzer configured to receive light flowing into the light receiving unit from the light receiving unit and analyze the light flowing into the light receiving unit; and a correction unit for correcting the light emitted from the reference light source, wherein the correction unit corrects the light incident on the light receiving unit so that the correction ratio varies according to the incident angle of the light incident on the light receiving unit. An optical emission spectroscopy system is known. .
또한, 한국등록특허 10-2182057(등록일자 2020년11월17일)에는 플라즈마로부터의 빛을 투과하도록 구성된 견시창; 상기 견시창으로 표준광원을 조사하는 표준광원 입사부; 상기 표준광원 입사부로부터 입사된 표준광원의 상기 견시창에 의해 반사된 빛을 수광 하는 표준광원 수광부; 상기 견시창을 통해 투과되는 상기 플라즈마의 빛을 수광 하는 플라즈마 빛 수광부; 상기 표준광원 입사부로 수광된 빛의 세기으로부터 표준광원의 반사율을 구하고 상기 반사율로부터 상기 플라즈마 빛 수광부로부터 실측값의 보정값을 산출하는, 제어부를 포함하고, 상기 표준광원 입사부 및 상기 표준광원 수광부는 플라즈마 챔버의 외부에 위치하고, 상기 표준광원 입사부는 소정의 입사 각도로 상기 견시창에 입사하도록 구성되고, 상기 표준광원 수광부는 상기 입사 각도에 대응되는 반사 각도의 반사광을 수광하도록 구성되는, 플라즈마 OES 진단 윈도우 시스템이 공지되어 있다.In addition, Korean Patent Registration No. 10-2182057 (registration date November 17, 2020) includes a viewing window configured to transmit light from plasma; a standard light source incident unit irradiating a standard light source through the viewing window; a standard light source receiving unit for receiving light reflected by the viewing window of the standard light source incident from the standard light source entering unit; a plasma light receiving unit receiving light of the plasma transmitted through the viewing window; And a control unit for obtaining a reflectance of the standard light source from the intensity of light received by the standard light source incident unit and calculating a correction value of an actual measured value from the plasma light receiving unit from the reflectance, wherein the standard light source incident unit and the standard light source receiving unit Located outside the plasma chamber, the standard light source incident part is configured to enter the viewing window at a predetermined incident angle, and the standard light source light receiver is configured to receive reflected light having a reflection angle corresponding to the incident angle. Window systems are known.
그러나, 상기 특허들에 공지된 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 Intensity 보정은 발광분광분석 스펙트럼의 고주파 제어에 의한 보정 또는 단지, 발광분광분석기(OES) 자체의 광원보정, 수광부 보정 등의 광학보정에 관한 것이므로 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자에 관하여는 전혀 고려되지 않아 실질적인 OES의 Intensity 보정은 불가능한 문제점이 있었다.However, intensity correction of optical emission spectroscopy known in the above patents is correction by high-frequency control of the emission spectroscopy spectrum or optical correction such as light source correction and light receiver correction of OES itself. Since it is related to the temperature of the process chamber, the correction factor according to the change in gas concentration was not considered at all, so there was a problem that the intensity correction of the actual OES was impossible.
다만, 한국공개특허 10-2020-0043184(공개일자 2020년04월27일)에는 온도 변화에 따른 스펙트럼의 노이즈를 제거하는 스펙트럼 처리 장치로서, 대상체의 온도를 모듈레이션하는 온도 모듈레이터와, 대상체의 온도 변화에 따른 스펙트럼을 측정하는 분광기 및 획득된 스펙트럼을 기초로 온도 변화 벡터를 추출하고, 추출된 온도 변화 벡터를 기초로 스펙트럼을 보정하는 스펙트럼 처리부를 포함하는 대상체의 온도 변화에 따른 스펙트럼 처리 장치 및 방법이 공지되어 있다.However, Korea Patent Publication No. 10-2020-0043184 (published on April 27, 2020) is a spectrum processing device that removes spectrum noise according to temperature change, a temperature modulator for modulating the temperature of an object, and a temperature change of the object An apparatus and method for processing a spectrum according to a temperature change of an object, including a spectrometer for measuring a spectrum according to the spectrum, and a spectrum processing unit for extracting a temperature change vector based on the obtained spectrum and correcting the spectrum based on the extracted temperature change vector. It is known.
그러나, 상기 온도 변화에 따른 스펙트럼 보정은, [도 2] 내지 [도 4]에 도시한 바와 같이, 온도 변화에 따른 스펙트럼의 흡광도 노이즈를 제거하기 위한 것이다.However, the spectrum correction according to the temperature change is to remove the absorbance noise of the spectrum according to the temperature change, as shown in [FIG. 2] to [FIG. 4].
즉, [도 2]는 온도 변화에 따라 스펙트럼의 흡광도 변화를 나타낸 것인 바, 온도가 258 ℃에서 320 ℃로 변화되면, 획득된 스펙트럼의 흡광도는 점차 감소하는 것을 알 수 있으므로 이로부터 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 및/또는 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD) 기법 등을 적용하여 [도 3]과 같이 온도변화벡터를 추출한 후, [도 2]의 온도별 스펙트럼 특성과 [도 3]의 온도 변화벡터(온도 변화에 따른 스펙트럼의 파장별 특성)을 반영하여, [도 4]과 같이, 온도 변화에 따른 노이즈를 제거한다.That is, [Fig. 2] shows the change in absorbance of the spectrum according to the change in temperature. When the temperature is changed from 258 ° C to 320 ° C, it can be seen that the absorbance of the obtained spectrum gradually decreases. From this, principal component analysis ( After extracting the temperature change vector as shown in [Fig. 3] by applying the Principal Component Analysis (PCA) technique and/or the Singular Value Decomposition (SVD) technique, the spectral characteristics by temperature in [Fig. 2] and [Fig. 3] by reflecting the temperature change vector (wavelength characteristics of the spectrum according to temperature change), as shown in [Fig. 4], noise caused by temperature change is removed.
이처럼, 상기와 같은 온도 변화에 따른 스펙트럼의 노이즈 제거는 보다 정확한 OES의 Intensity값을 측정하는 것은 가능하나, 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자를 고려하여 균일하게 측정될 수 있는 OES의 Intensity 보정은 여전히 불가능한 문제점이 있었다.In this way, it is possible to measure the intensity value of the OES more accurately by removing the noise of the spectrum according to the temperature change as described above, but it is possible to measure the OES uniformly by considering the correction factor according to the temperature of the process chamber, the change in the gas concentration, etc. There was still a problem in that the intensity calibration of was impossible.
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하고자 한 것으로, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정에서 균일한 증착막 두께와 균일한 증착막 굴절률을 제어하고 모니터링할 수 있도록, 화학증착 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자가 반영된 균일한 발광분광분석(OES ; Optical Emission Spectromtry) Intensity 측정을 위하여, OES를 통해 얻어진 spectrum의 차이가 최소화되는 특정 기준 온도로 보정된 spectrum을 찾도록 OES로 측정된 spectrum 중 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고 수치적으로 계산된 spectrum을 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)을 적용하여, 증착공정 모니터링에 필요한 증착막 두께와 증착막 굴절률의 변화에 관한 정보인 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 계산하여 제공함으로써 반도체/디스플레이 산업에 필요한 플라즈마 화학증착공정의 정밀하고 신뢰할 수 있는 균일한 양산설비를 구축할 수 있는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention is intended to solve the above conventional problems, so that a uniform deposition film thickness and a uniform deposition film refractive index can be controlled and monitored in a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process, Uniform Emission Spectrometry (OES; Optical Emission Spectromtry) Intensity measurement, N2 (nitrogen ) Real-time temperature information, which is information about the change in the thickness of the deposited film and the refractive index of the deposited film, required for monitoring the deposition process, by measuring the gas temperature in real time and applying the non-linear least squares method to the numerically calculated spectrum. Real-time dedicated to semiconductor/display plasma chemical vapor deposition process monitoring that can build precise, reliable and uniform mass production facilities for the plasma chemical vapor deposition process required for the semiconductor/display industry by calculating and providing real-time temperature information (RTI) The problem to be solved is to provide a temperature deviation correcting emission spectroscopy system.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정챔버 내 기판의 막 두께, 막 굴절율을 포함하는 기판 특성 또는 공정챔버 내의 플라즈마 가스 농도를 포함하는 공정챔버조건에 관한 발광분광분석(Optical Emission Spectroscopy) 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼측정부와; 상기 공정챔버 내부의 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 N2(질소) 가스 온도로부터 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)에 의하여 온도보정벡터가 반영된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 추출하는 온도보정벡터추출부와; 상기 추출된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 반영하여 상기 스펙트럼측정부에서 측정된 스펙트럼을 보정하는 보정스펙트럼추출부와; 상기 실시간 온도정보(RTI)를 사용하여 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 수치를 계산하는 실시간정보계산분석부와; 증착공정이 완료된 후 계측장비에서 측정된 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 측정값과 실시간정보계산분석값의 상관계수를 계산하기 위한 캘리브레이션부;를 포함하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템을 과제의 해결수단으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides emission spectroscopy analysis on process chamber conditions including substrate characteristics including film thickness and film refractive index of a substrate in a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process chamber or plasma gas concentration in the process chamber ( Optical Emission Spectroscopy) a spectrum measuring unit for measuring a spectrum; The N2 (nitrogen) gas temperature inside the process chamber is measured in real time, and the temperature correction vector is reflected in real time by the non-linear least squares method from the measured N2 (nitrogen) gas temperature Real-time temperature information ( a temperature correction vector extractor for extracting real-time temperature information (RTI); a correction spectrum extraction unit correcting the spectrum measured by the spectrum measurement unit by reflecting the extracted real-time temperature information (RTI); a real-time information calculation and analysis unit that calculates numerical values including film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) using the real-time temperature information (RTI); After the deposition process is completed, a calibration unit for calculating the correlation coefficient between the measured value including the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) measured by the measurement equipment and the real-time information calculation analysis value; including a semiconductor / display plasma A real-time temperature deviation correction luminescence spectroscopy system dedicated to chemical vapor deposition process monitoring is used as a solution to the problem.
상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 다음 함수알고리즘에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The non-linear least squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit is performed by the following function algorithm as a means of solving the problem.
(여기서, 는 N2(질소)가스온도에 관한 실시간 온도정보, 는 보정스펙트럼값, 는 측정 스펙트럼값, 는 스펙트럼 측정횟수이다.)(here, Is real-time temperature information on N2 (nitrogen) gas temperature, is the correction spectrum value, is the measured spectrum value, is the number of spectrum measurements.)
상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 병렬수치해석 프로그램에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The non-linear "least" squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit is performed by a parallel numerical analysis program as a solution to the problem.
상기 스펙트럼측정부는 공정챔버에 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 디텍터를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The spectrum measurement unit may include one or more light sources for irradiating light into the process chamber; and a detector for detecting scattered or reflected light.
상기 보정스펙트럼추출부는 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 및 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)기법 중 적어도 하나의 기법에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The corrected spectrum extraction unit is performed by at least one of a Principal Component Analysis (PCA) technique and a Singular Value Decomposition (SVD) technique as a means for solving the problem.
상기 보정스펙트럼추출부는 보정스펙트럼을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The corrected spectrum extraction unit includes an output unit outputting a corrected spectrum as a means for solving the problem.
상기 보정스펙트럼추출부는 보정스펙트럼을 외부 기기에 전송하는 통신부를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The corrected spectrum extraction unit includes a communication unit for transmitting the corrected spectrum to an external device as a means for solving the problem.
상기 실시간정보계산분석부는 계산된 상기 실시간 온도정보(RTI)를 사용하여 공정 챔버에서 시간 변화에 따라 변화되는 실시간 온도정보(RTI)로부터 상기 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 수치를 계산하고, 상기 캘리브레이션부에서 얻어진 비교상관계수로 보정계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The real-time information calculation and analysis unit includes the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) from real-time temperature information (RTI) that changes with time in the process chamber using the calculated real-time temperature information (RTI) As a means of solving the problem, it is performed by a program including an algorithm for calculating a numerical value and calculating a correction with a comparative correlation coefficient obtained from the calibration unit.
상기 캘리브레이션부는 증착공정이 완료된 후 계측장비에서 측정된 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 측정값과 상기 실시간정보계산분석값과의 비교상관계수를 계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The calibration unit includes an algorithm for calculating a comparison correlation coefficient between the measured value including the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) measured by the measurement equipment after the deposition process is completed and the real-time information calculation analysis value. What is performed by the program is the means of solving the task.
본 발명의 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템은, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정에서 균일한 증착막 두께와 균일한 증착막 굴절률을 제어하고 모니터링할 수 있도록, 화학증착 공정챔버의 온도, 가스농도의 변화 등에 따른 보정 인자가 반영된 균일한 발광분광분석(OES ; Optical Emission Spectromtry) Intensity 측정을 위하여, OES를 통해 얻어진 spectrum의 차이가 최소화되는 특정 기준 온도로 보정된 spectrum을 찾도록 OES로 측정된 spectrum 중 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고 수치적으로 계산된 spectrum을 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)을 적용하여, 증착공정 모니터링에 필요한 증착막 두께와 증착막 굴절률의 변화에 관한 정보인 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 계산하여 제공함으로써 반도체/디스플레이 산업에 필요한 플라즈마 화학증착공정의 정밀하고 신뢰할 수 있는 균일한 양산설비를 구축할 수 있는 우수한 효과가 있다.The real-time temperature deviation correction luminescence spectroscopy system dedicated to monitoring the semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process of the present invention can control and monitor the uniform deposition film thickness and uniform deposition film refractive index in the semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process, chemical vapor deposition process In order to measure uniform OES (Optical Emission Spectromtry) intensity with correction factors according to changes in chamber temperature and gas concentration, find a spectrum corrected to a specific reference temperature that minimizes the difference in spectrum obtained through OES. Among the spectrum measured by OES, the N2 (nitrogen) gas temperature was measured in real time and the non-linear least squares method was applied to the numerically calculated spectrum to determine the thickness of the deposited film and the deposited film required for monitoring the deposition process. By calculating and providing real-time temperature information (RTI), which is information about changes in refractive index, it is possible to build precise, reliable and uniform mass production facilities for the plasma chemical vapor deposition process required for the semiconductor / display industry. It has an excellent effect.
도 1은 종래 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 감도(Intensity) 불균일을 나타내는 도면
도 2는 종래기술의 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 감도(Intensity)의 노이즈를 제거과정을 나타내는 도면
도 3은 종래기술의 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 감도(Intensity)의 노이즈를 제거과정을 나타내는 도면
도 4는 종래기술의 발광분광분석기(Optical Emission Spectroscopy)의 감도(Intensity)의 노이즈를 제거과정을 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)에 의한 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))가 반영된 보정된 OES Intensity를 나타낸 도면
도 6은 실시간 계산된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))의 변화를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 RTI 정보를 통해서 계산된 실시간 막 두께의 변화량을 나타낸 도면
도 8은 본 발명을 통해 계산된 RTI 와 실시간 막 두께의 상관 관계를 시간축(x)의 변화에 따라 나타낸 도면1 is a diagram showing intensity non-uniformity of a conventional optical emission spectroscopy
Figure 2 is a view showing a process of removing noise of the sensitivity (Intensity) of the prior art optical emission spectroscopy (Optical Emission Spectroscopy)
Figure 3 is a view showing a process of removing noise of the sensitivity (Intensity) of the prior art optical emission spectroscopy (Optical Emission Spectroscopy)
Figure 4 is a view showing a process of removing noise of the sensitivity (Intensity) of the prior art optical emission spectroscopy (Optical Emission Spectroscopy)
5 is a diagram showing corrected OES Intensity reflecting real-time temperature information (RTI) by the non-linear least squares method of the present invention.
6 is a diagram showing changes in real-time temperature information (RTI) calculated in real time
7 is a diagram showing the amount of change in real-time film thickness calculated through RTI information of the present invention
8 is a diagram showing the correlation between the RTI calculated through the present invention and the real-time film thickness according to the change of the time axis (x)
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.Hereinafter, examples and/or drawings of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and/or drawings described herein.
우선, OES 측정 data는 다양한 정보를 포함하고 있으나, 이를 처리하여 특정한 처리 결과로 전환하는 기술과 활용하는 방법은 다양한 형태로 구성될 수 있다. First of all, OES measurement data includes a variety of information, but the technology and method of processing and converting it into a specific processing result can be configured in various forms.
Spectrum을 활용한 온도 계산 방법은 온도를 계산하기 위한 target gas, spectrum 계산 범위, data 처리 방법, 계산 알고리즘에 따라 서로 상이하며 또한 정보처리장치(ex, 컴퓨터)의 성능에 따라 얻을 수 있는 단위 시간당 계산 가능한 정보의 양이 제한되는 관계로 반도체/디스플레이와 같은 정밀 공정을 다루는데 있어 기존의 spectrum 계산 방식을 양산 공정에 적용함에 불편이 가중되고 있다. Temperature calculation methods using spectrum are different depending on the target gas, spectrum calculation range, data processing method, and calculation algorithm for calculating the temperature, and calculation per unit time that can be obtained according to the performance of the information processing device (ex, computer) Due to the limited amount of information available, it is inconvenient to apply the existing spectrum calculation method to the mass production process in dealing with precision processes such as semiconductors/displays.
이에, 정밀한 온도 계산을 위해 spectrum resolution을 증가시킬 경우, 사무용 목적으로 사용되는 보편적인 정보처리 기기를 활용한다면 1회의 spectrum 계산에 수분에서 시간 단위의 분석 프로세스 비용이 소요되는 문제점이 발생된다. Therefore, when increasing the spectrum resolution for precise temperature calculation, if a general information processing device used for office purposes is used, a problem arises in that analysis process costs in units of minutes to hours are required for one spectrum calculation.
따라서, 본 발명에서는 기존의 spectrum 계산 방식을 개선하여 측정 후 1초이내 온도 계산을 완료하여 분석 결과를 제공하도록 real-time temperature information(RTI) 기술을 확립하였다.Therefore, in the present invention, real-time temperature information (RTI) technology was established to provide analysis results by completing temperature calculation within 1 second after measurement by improving the existing spectrum calculation method.
Real-time temperature information을 제공하기 위해 본 특허에서는 측정된 spectrum 중 N2(질소) 가스 target gas로 선택하여 온도를 계산하였고, 필요에 따라 N2 가스의 0-0 혹은 1-0, 2-0의 발광밴드(emission band)를 바꾸어 계산할 수 있도록 하는 알고리즘을 개발하였다.In order to provide real-time temperature information, in this patent, the temperature was calculated by selecting N2 (nitrogen) gas as the target gas among the measured spectrum, and 0-0, 1-0, or 2-0 emission of N2 gas as needed. We developed an algorithm that allows calculation by changing the emission band.
상기 알고리즘은 질소 가스 또는 질소 도핑 방전에서의 온도를 측정하는 방법을 사용하며, 실험적으로 측정한 질소의 첫 포지티브 시스템에서 얻을 수 있는 0-0(1025~1056 nm, Band Head: 1051.0 nm), 1-0(875~896 nm, Band Head: 891.25 nm) 및 2-0(765~780 nm, Band Head: 775.3 nm) 밴드의 스펙트럼을 수치적으로 계산하여 생성한 결과와 비교하며 RTI 결과를 계산하는 방법을 사용한다.The algorithm uses a method of measuring the temperature in nitrogen gas or nitrogen doping discharge, and is the first positive system of nitrogen experimentally measured. 0-0 (1025~1056 nm, Band Head: 1051.0 nm), 1-0 (875~896 nm, Band Head: 891.25 nm) and 2-0 (765~780 nm, Band Head: 775.3 nm) ) The method of calculating the RTI result by comparing the spectrum of the band with the result generated by numerically calculating it is used.
질소의 가스 온도를 계산하는 방법은 본 특허에서 제시하는 방법과 달리, 다른 밴드의 피크 비율을 계산하는 방법 (M. Simek and S. De Benedictis, Plasma Chem. Plasma Proc. 15, 451 1995년)이나, D.M. 필립스(D.M Phillips)의 연구 논문(참조 : Journal of Physics D, 제9권, 페이지 507, 1975년)은 질소 분자의 온도상승을 순시적으로 측정하고, 여기광(exciting light)만을 질소 기체를 가열하는 가열원으로 이용하는 방법, 혹은 계산 방법과 알고리즘은 다르지만 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 온도 측정 방법 (특1992-0007850)등이 있다.Unlike the method presented in this patent, the method of calculating the gas temperature of nitrogen is different from the method of calculating the peak ratio of other bands (M. Simek and S. De Benedictis, Plasma Chem. Plasma Proc. 15, 451 1995) or , D.M. A research paper by D.M Phillips (Journal of Physics D, Vol. 9, page 507, 1975) measures the temperature rise of nitrogen molecules instantaneously and heats nitrogen gas only with exciting light. There are plasma processing devices and plasma temperature measurement methods (Patent No. 1992-0007850), although the method used as a heating source or the calculation method and algorithm are different.
하지만, 상기 방법을 사용하는 경우 적절하지 못한 분석 밴드의 선택은 RTI 계산에 오차를 발생시키거나, 반도체/디스플레이 산업의 CVD 공정과정에 사용하기에는 정확도가 떨어진다는 단점이 존재한다.However, when using the above method, there is a disadvantage that the selection of an inappropriate analysis band causes an error in RTI calculation or the accuracy is low for use in the CVD process of the semiconductor / display industry.
또한 상기 방법을 통해 RTI 값을 계산하는 방법은 측정 파장대에서 발생되는 스펙트럼을 계산하는 시간이 상당히(수분 이상) 소모되며, 공정 과정의 변화 혹은 순간적인 리크 발생에 따른 RTI값의 많은 계산 시간은 발생된 문제를 대응하기에 부적합한 단점이 있다.In addition, the method of calculating the RTI value through the above method consumes a considerable amount of time (more than several minutes) to calculate the spectrum generated in the measured wavelength range, and a lot of time to calculate the RTI value due to process change or instantaneous leakage occurs There are disadvantages that are not suitable for addressing the problem.
따라서 본 특허에서는, real-time temperature information을 실시간으로 제공하기 위해 OES장비를 통해서 얻어진 spectrum의 차이가 최소화되는 지점을 특정 온도를 기준으로 계산된 spectrum을 찾도록 Non-linear least squares method를 적용하였으며, 이때 발생되는 부하를 프로세서가 나누어 처리할 수 있도록 병렬화 하였다. Therefore, in this patent, in order to provide real-time temperature information in real time, the non-linear least squares method is applied to find the spectrum calculated based on a specific temperature at the point where the difference in the spectrum obtained through the OES equipment is minimized, The load generated at this time is parallelized so that the processor can divide and process it.
Non-linear least squares method을 사용하면, OES 측정 장비에서 사용하는 일반적인 spectrum resolution을 적용하거나 근사 온도 계산을 위해 resolution을 높이는 경우 계산 시간이 기하 급수적으로 증가하는 문제가 발생하는 관계로, 본 특허에서는 이러한 문제점을 최소화하기 위해 비용 함수 계산을 위한 예측 값을 초기값으로 활용하였으며 병렬 계산 프로세스 부하 총량을 감소시킬 수 있도록 알고리즘에 반영하여 RTI를 제공하였다.When the non-linear least squares method is used, the calculation time increases exponentially when applying the general spectrum resolution used in OES measuring equipment or increasing the resolution for approximate temperature calculation. In order to minimize the problem, the predicted value for cost function calculation was used as an initial value, and RTI was provided by reflecting it in the algorithm to reduce the total load of the parallel calculation process.
또한, 일부 계산 프로세스를 블록화하거나 동일한 연산의 반복이 최소화 되도록 알고리즘을 변경하였으며, 분산 프로세스간 원자 연산(Atomic Operation)이 발생될 수 있는 과정을 줄이고 프로세서의 로드를 감소시켜, 반도체/디스플레이 산업의 정밀한 양산 혹은 생산 설비에 사용 가능한 RTI를 제공할 수 있도록 하였다.In addition, the algorithm was changed to block some calculation processes or to minimize the repetition of the same operation, reduce the process in which atomic operations may occur between distributed processes, and reduce the load on the processor, thereby improving the precision of the semiconductor/display industry. It is possible to provide RTIs that can be used in mass production or production facilities.
이를 위하여 본 발명의 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템은, 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정챔버 내 기판의 막 두께, 막 굴절율을 포함하는 기판 특성 또는 공정챔버 내의 플라즈마 가스 농도를 포함하는 공정챔버조건에 관한 발광분광분석(Optical Emission Spectroscopy) 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼측정부와; 상기 공정챔버 내부의 N2(질소) 가스 온도를 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 N2(질소) 가스 온도로부터 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)에 의하여 온도보정벡터가 반영된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 추출하는 온도보정벡터추출부와; 상기 추출된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 반영하여 상기 스펙트럼측정부에서 측정된 스펙트럼을 보정하는 보정스펙트럼추출부와; 상기 실시간 온도정보(RTI)를 사용하여 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 수치를 계산하는 실시간정보계산분석부와; 증착공정이 완료된 후 계측장비에서 측정된 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 측정값과 실시간정보계산분석값의 상관계수를 계산하기 위한 캘리브레이션부;를 포함하여 구성된다.To this end, the real-time temperature deviation correction luminescence spectroscopy system dedicated to monitoring the semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process of the present invention, the substrate characteristics including the film thickness and film refractive index of the substrate in the semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process chamber or the plasma in the process chamber a spectrum measuring unit for measuring an optical emission spectroscopy spectrum for process chamber conditions including gas concentration; The N2 (nitrogen) gas temperature inside the process chamber is measured in real time, and the temperature correction vector is reflected in real time by the non-linear least squares method from the measured N2 (nitrogen) gas temperature Real-time temperature information ( a temperature correction vector extractor for extracting real-time temperature information (RTI); a correction spectrum extraction unit correcting the spectrum measured by the spectrum measurement unit by reflecting the extracted real-time temperature information (RTI); a real-time information calculation and analysis unit that calculates numerical values including film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) using the real-time temperature information (RTI); After the deposition process is completed, a calibration unit for calculating a correlation coefficient between the measured value including the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) measured by the measurement equipment and the real-time information calculation analysis value; is configured to include.
이때, 상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 다음 함수알고리즘에 의해 수행된다.At this time, the non-linear "least" squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit is performed by the following function algorithm.
(여기서, 는 N2(질소)가스온도에 관한 실시간 온도정보, 는 보정스펙트럼값, 는 측정 스펙트럼값, 는 스펙트럼 측정횟수이다.)(here, Is real-time temperature information on N2 (nitrogen) gas temperature, is the correction spectrum value, is the measured spectrum value, is the number of spectrum measurements.)
상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 병렬 수지해석 프로그램에 의해 수행될 수 있다.A non-linear "least" squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit may be performed by a parallel balance analysis program.
또한, 상기 스펙트럼측정부는 공정챔버에 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 디텍터를 포함하는 것은 당연하다.In addition, the spectrum measuring unit may include one or more light sources for irradiating light into the process chamber; And it is natural to include a detector for detecting scattered or reflected light.
특히, 상기 보정스펙트럼추출부는 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 및 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)기법 중 적어도 하나의 기법에 의해 수행될 수 있으며, 보정스펙트럼을 출력하는 출력부를 포함하여 구성될 수 있고, 아울러, 출력된 보정스펙트럼을 외부 기기에 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.In particular, the correction spectrum extraction unit may be performed by at least one of a principal component analysis (PCA) technique and a singular value decomposition (SVD) technique, including an output unit for outputting a correction spectrum It may be configured, and may include a communication unit that transmits the output correction spectrum to an external device.
또한, 상기 실시간정보계산분석부는 계산된 상기 실시간 온도정보(RTI)를 사용하여 공정 챔버에서 시간 변화에 따라 변화되는 실시간 온도정보(RTI)로부터 상기 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 수치를 계산하고, 상기 캘리브레이션부에서 얻어진 상관계수로 보정계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행될 수 있으며, 상기 캘리브레이션부는 증착공정이 완료된 후 계측장비에서 측정된 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 측정값과 상기 실시간정보계산분석값과의 비교상관계수를 계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행될 수 있다.In addition, the real-time information calculation and analysis unit uses the calculated real-time temperature information (RTI) to determine the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) from the real-time temperature information (RTI) that changes with time in the process chamber. It may be performed by a program including an algorithm for calculating a numerical value and calculating a correction with a correlation coefficient obtained by the calibration unit, and the calibration unit measures the film thickness and film refractive index or It may be performed by a program including an algorithm for calculating a comparison correlation coefficient between a measurement value including EPD (End Point Detection) and the real-time information calculation analysis value.
본 발명의 보정스펙트럼 출력 예시에 대하여 설명하면, [도 5]에 도시한 바와 같이, 2-0 밴드에서 100 K 초과시 측정한 스펙트럼 (b) 및 100 K 미만시 측정한 스펙트럼의 편차가 본 발명의 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method) 함수알고리즘이 반영된 보정스펙트럼 (a)로부터 상기 보정스펙트럼 (a)는 스펙트럼 (b)(c)의 편차가 보정되어 일치되는 것을 확인할 수 있다.Referring to an example of the correction spectrum output of the present invention, as shown in [Fig. From the correction spectrum (a) to which the non-linear east squares method function algorithm for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit is reflected, the correction spectrum (a) is a spectrum (b) It can be confirmed that the deviations in (c) are corrected and matched.
한편, [도 6] 내지 [도 8]을 참조하여 설명하며, 본 발명의 보정스펙트럼을 사용하여 실시간 계산된 RTI 정보는 반도체/디스플레이 양산설비에서 필요로하는 막질의 두께나 굴절률, 산포를 관리수준 이내로 유지하기 위한 정보를 도출할 수 있다. On the other hand, described with reference to [Fig. 6] to [Fig. 8], the RTI information calculated in real time using the correction spectrum of the present invention is the thickness, refractive index, and dispersion of the film required for semiconductor / display mass production facilities at the management level Information can be derived to keep it within .
[도 6]은 실시간 계산된 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))의 변화를 나타낸 도면이고, [도 7]은 RTI 정보를 통해서 계산된 실시간 막 두께의 변화량을 나타낸 도면이다.[FIG. 6] is a diagram showing changes in real-time temperature information (RTI) calculated in real time, and [FIG. 7] is a diagram showing changes in real-time film thickness calculated through RTI information.
즉, [도 6] 내지 [도 7]에 도시한 바와 같이, 상기 계산된 RTI 정보는 공정과정에 사용된 가스의 유량과 밀도와 밀접하게 연결되어 있으며, CVD 공정에서 생성되는 막질의 두께나 굴절률과 상관 관계를 갖는다. That is, as shown in [Figs. 6] to [Fig. 7], the calculated RTI information is closely related to the flow rate and density of the gas used in the process, and the thickness or refractive index of the film produced in the CVD process has a correlation with
따라서, 동일 플라즈마 에칭 공정에서 RTI 값의 구배는 웨이퍼에 불균일성을 발생시켜 반도체에 불량을 일으키는 원인이 되는 관계로, 양산 설비에 있어서 정밀한 RTI 값의 계산은 CVD공정 또는 플라즈마를 사용하는 프로세스를 이해하고 컨트롤하는 중요한 요소이다. Therefore, the gradient of the RTI value in the same plasma etching process causes non-uniformity in the wafer and causes defects in the semiconductor, so calculation of the precise RTI value in mass production equipment is necessary to understand the CVD process or the process using plasma It is an important factor to control.
이러한 상관관계는 공정과정의 환경에 따라 달라질 수 있는 관계로, 이를 보정하기 위한 방법을 필요로 하고, 이러한 정보는 공정이 완료된 후 계측장비에서 실측된 정보를 사용하여야 하며, 상관 계수를 빠르게 계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행해야 한다. Since this correlation may vary depending on the environment of the process process, a method for correcting it is required, and for this information, the information actually measured by the measuring equipment after the process is completed must be used, and the correlation coefficient can be quickly calculated. It must be performed by a program containing an algorithm for
상기 보정된 상관계수를 사용하면, 공정 챔버에서 시간 변화에 따라 변화되는 사용하여 두께와 굴절률 또는 EPD(End Point Detection) 등의 정보를 빠르게 추출할 수 있다. If the corrected correlation coefficient is used, information such as thickness and refractive index or EPD (End Point Detection) can be quickly extracted by using the time-varying changes in the process chamber.
[도 8]은 본 발명을 통해 계산된 RTI 와 실시간 막 두께의 상관 관계를 시간축(x)의 변화에 따라 나타낸 도면으로서, 본 발명을 통해 계산된 RTI값과 CVD공정에서 생성되는 막질의 두께를 시간 변화의 흐름에 따라 도식하였으며, 보정된 상관계수를 적용할 경우 반도체/디스플레이 산업의 양산설비에서 요구하는 정밀한 관리 요구 수준을 컨트롤 할 수 있게 된다. [Figure 8] is a diagram showing the correlation between the RTI calculated through the present invention and the real-time film thickness according to the change of the time axis (x), the RTI value calculated through the present invention and the thickness of the film produced in the CVD process It is plotted according to the flow of time change, and when the corrected correlation coefficient is applied, it is possible to control the level of precise management required by mass production facilities in the semiconductor / display industry.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is only illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments and / or drawings disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and / or drawings. . The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (9)
Spectral measurement to measure optical emission spectroscopy (Emission Spectroscopy) spectrum related to substrate characteristics including film thickness and refractive index of a substrate in a semiconductor/display plasma chemical vapor deposition process chamber or process chamber conditions including plasma gas concentration in the process chamber wealth; The N2 (nitrogen) gas temperature inside the process chamber is measured in real time, and the temperature correction vector is reflected in real time by the non-linear least squares method from the measured N2 (nitrogen) gas temperature. Real-time temperature information ( a temperature correction vector extractor for extracting real-time temperature information (RTI); a correction spectrum extraction unit correcting the spectrum measured by the spectrum measurement unit by reflecting the extracted real-time temperature information (RTI); a real-time information calculation and analysis unit that calculates numerical values including film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) using the real-time temperature information (RTI); After the deposition process is completed, a calibration unit for calculating a correlation coefficient between the measured value including the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) measured by the measurement equipment and the real-time information calculation analysis value; Emission spectroscopic analysis system for real-time temperature deviation correction dedicated to semiconductor/display plasma chemical vapor deposition process monitoring
상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 다음 함수알고리즘에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
(여기서, 는 N2(질소)가스온도에 관한 실시간 온도정보, 는 보정스펙트럼값, 는 측정 스펙트럼값, 는 스펙트럼 측정횟수이다.)
According to claim 1,
Non-linear least squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extraction unit is performed by the following functional algorithm: semiconductor / display plasma chemistry Emission spectroscopic analysis system for real-time temperature deviation correction dedicated to deposition process monitoring
(here, Is real-time temperature information on N2 (nitrogen) gas temperature, is the correction spectrum value, is the measured spectrum value, is the number of spectrum measurements.)
상기 온도보정벡터추출부의 실시간 온도정보(real-time temperature information(RTI))를 위한 비선형최소제곱법(Non-linear least squares method)은 병렬수치해석 프로그램에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 2,
Non-linear least squares method for real-time temperature information (RTI) of the temperature correction vector extractor is performed by a parallel numerical analysis program Semiconductor / display plasma Emission spectroscopic analysis system for real-time temperature deviation correction dedicated to chemical vapor deposition process monitoring
상기 스펙트럼측정부는 공정챔버에 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The spectrum measurement unit may include one or more light sources for irradiating light into the process chamber; And a detector for detecting scattered or reflected light. A real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to monitoring a semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process, characterized in that it comprises a detector.
상기 보정스펙트럼추출부는 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 및 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)기법 중 적어도 하나의 기법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The correction spectrum extraction unit is performed by at least one of a principal component analysis (PCA) technique and a singular value decomposition (SVD) technique. Real-time dedicated to monitoring the semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process Temperature Deviation Compensation Emission Spectroscopy System
상기 보정스펙트럼추출부는 보정스펙트럼을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The correction spectrum extraction unit comprises an output unit for outputting a correction spectrum, a real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process monitoring
상기 보정스펙트럼추출부는 보정스펙트럼을 외부 기기에 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The correction spectrum extraction unit comprises a communication unit for transmitting the correction spectrum to an external device.
상기 실시간정보계산분석부는 계산된 상기 실시간 온도정보(RTI)를 사용하여 공정 챔버에서 시간 변화에 따라 변화되는 실시간 온도정보(RTI)로부터 상기 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 수치를 계산하고, 상기 캘리브레이션부에서 얻어진 비교상관계수로 보정계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The real-time information calculation and analysis unit includes the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) from real-time temperature information (RTI) that changes with time in the process chamber using the calculated real-time temperature information (RTI) A real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process monitoring, characterized in that it is performed by a program containing an algorithm for calculating the numerical value and calculating the correction with the comparative correlation coefficient obtained from the calibration unit
상기 캘리브레이션부는 증착공정이 완료된 후 계측장비에서 측정된 막 두께와 막 굴절률 또는 EPD(End Point Detection)를 포함하는 측정값과 상기 실시간정보계산분석값과의 비교상관계수를 계산하기 위한 알고리즘이 포함된 프로그램에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체/디스플레이 플라즈마 화학증착공정 모니터링 전용 실시간 온도편차 보정 발광분광분석시스템
According to claim 1,
The calibration unit includes an algorithm for calculating a comparison correlation coefficient between the measured value including the film thickness and film refractive index or EPD (End Point Detection) measured by the measurement equipment after the deposition process is completed and the real-time information calculation analysis value. Real-time temperature deviation correction emission spectroscopic analysis system dedicated to semiconductor / display plasma chemical vapor deposition process monitoring, characterized in that performed by the program
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |