KR102616493B1 - 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 방법은, 제 1 프로브와 제 2 프로브를 페어링하고, 제 1 프로브가 신호를 발생시키고, 제 2 프로브가 신호를 발생시키고, 제 1 프로브가 제 1 프로브 및 제 2 프로브에서 발생시킨 신호들을 수신하고, 이들을 분석하여 플라즈마의 특성을 측정하며, 제 1 프로브가 발생시킨 신호와 제 2 프로브가 발생시킨 신호는 상이한 것을 특징으로 한다. 두 신호를 비교 분석함으로써, 신호의 전력을 높이지 않고서도 정확한 측정값을 얻을 수 있으므로 저전력으로 구동이 가능하다.
Description
본 발명은 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 형태의 플라즈마 공정 측정 센서를 이용한 플라즈마 측정 방법에 관한 것이다.
각종 반도체 생산 및 디스플레이 패널 생산에서 증착(deposition), 식각(etching), 애싱(ashing) 등을 수행하는데 있어서 플라즈마 공정이 널리 사용되고 있다.
플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마의 상태는 공정의 결과물에 큰 영향을 끼치므로 플라즈마의 상태를 최적의 상태로 유지시키는 것이 중요하며, 이를 위해서는 플라즈마의 상태를 정확하게 측정하는 것이 필요하다.
그러나 플라즈마 공정은 고온에서 수행되므로, 플라즈마의 상태를 정확하게 측정하는 것이 어려우며, 수집되는 데이터의 양이 광범위하여 활용할 데이터를 선택하는 것이 어렵고, 측정하는 것 자체가 플라즈마에 영향을 끼칠 수 있다.
또한, 플라즈마를 측정할 수 있는 장비가 개발됨에 따라 현장에서는 플라즈마 측정을 위해 장비를 교체해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명의 일 목적은 복수의 프로브(probe)들 중에서 2개의 프로브가 페어링(pairing)되고 페어링된 2개의 프로브를 이용하여 플라즈마에 의해 발생되는 고조파(Harmonics)를 분석하는 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 저전력 구동에 유리한 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 기존 플라즈마 공정 장비에 추가적인 설비 또는 교체를 필요로 하지 않으면서도 플라즈마를 정확하게 측정할 수 있고, 웨이퍼 형태를 가지며 웨이퍼와 유사한 두께를 갖는 플라즈마 공정 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 플라즈마의 특성을 2차원으로 분포를 측정할 수 있는 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 플라즈마에 영향을 주지 않고 플라즈마의 특성을 정확하게 측정할 수 있는 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 복수의 프로브(probe)를 이용하는 플라즈마 측정 방법은, 제 1 프로브와 제 2 프로브를 페어링 하는 단계, 상기 제 1 프로브가 신호를 발생시키는 단계, 상기 제 2 프로브가 신호를 발생시키는 단계, 상기 제 1 프로브가 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에서 발생시킨 신호들을 수신하여 플라즈마의 특성을 측정하고, 상기 제 1 프로브와 상기 제 2 프로브는 서로 인접한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 공정 측정 센서는, 하판, 상기 하판 위의 중판(ring), 상기 하판 위에 있고, 상기 중판과 중첩하지 않는 회로판, 상기 회로판 위의 제 1 프로브(probe) 및 제 2 프로브; 및 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브 위의 상판을 포함하고, 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브 사이의 상호 작용을 통해 플라즈마의 특성을 측정하고, 상기 제 1 프로브와 상기 제 2 프로브는 서로 인접한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 방법은 2개의 프로브들이 페어링 되고 페어링된 2개의 프로브들을 이용하여 플라즈마에 의해 발생되는 고조파를 분석하여 플라즈마 밀도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 방법은 저전력으로도 구동이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼 형태로서 두께 역시 기존의 웨이퍼와 유사하므로, 기존의 설비를 그대로 이용하면서 플라즈마의 특성을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 방법은, 플라즈마 공정에 있어서 플라즈마의 특성을 2차원적으로 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 방법은, 플라즈마의 특성을 측정하면서도 플라즈마에 영향을 주지 않아 플라즈마의 특성을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 풉(foup)의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 웨이퍼가 풉에서 챔버로 이송되어 공정된 후 다시 풉으로 이송되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드의 구조를 도시하고 있는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상판과 프로브가 결합되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면을 도시하고 있는 도면이다.
도 9a, 9b, 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 구조의 측면을 도시하고 있는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면이 복수의 프로브들로 구성되어 있는 것을 도시하고 있는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
도 2는 웨이퍼가 풉에서 챔버로 이송되어 공정된 후 다시 풉으로 이송되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드의 구조를 도시하고 있는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상판과 프로브가 결합되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면을 도시하고 있는 도면이다.
도 9a, 9b, 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 구조의 측면을 도시하고 있는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면이 복수의 프로브들로 구성되어 있는 것을 도시하고 있는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 통상의 기술자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 풉(100)의 일 예시를 도시한 도면이다.
풉(Front Opening Unified Pod; FOUP; 100)은 일반적으로 반도체 제조에 사용되는 장치 중 하나이다. 상세하게는 웨이퍼(110)는 반도체 제조 공정에 따라 다양한 공정 장비를 거치게 되므로, 외부 변수들을 가능한 차단하면서 보관 및 운반에 용이하도록 풉(100)에 웨이퍼(110)들을 적재한다.
웨이퍼(110)들이 풉(100)에 적재되고 나면, 웨이퍼(110)들이 올바르게 위치해 있는지 여부를 확인한다. 예를 들면, 풉(100)의 내부의 웨이퍼(110)들을 레이저로 스캔하여 풉(100)의 슬롯에 하나의 웨이퍼(110)가 적재되어 있는지, 올바른 위치에 적재되어 있는지 여부를 확인한다. 예를 들어, 레이저로 풉(100)의 내부를 스캔 할 때, 웨이퍼(110)의 두께가 1.2mm 이상으로 측정된다면 웨이퍼(110)가 하나만 적재되어야 하는 하나의 슬롯에 두 장의 웨이퍼가 적재되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 2는 웨이퍼(110)가 풉(100)에서 챔버로 이송되어 공정된 후 다시 풉(100)으로 이송되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
풉(100)이 로드 포트로 적재되고 나면, 풉(100) 도어를 오픈한다(210). 풉(100) 도어가 오픈되면, 이송 장치는 풉(100) 내부에 있는 웨이퍼(100)들 중 하나를 선택한다(220). 이후에, 이송 장치는 선택한 웨이퍼(110)를 챔버로 이송한다(230). 챔버에서는 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(110)에 식각 공정, 증착 공정 등을 수행한다(240). 공정이 완료된 웨이퍼는 다시 이송 장치를 통해 풉(100)으로 이송된다(260). 반도체들이 모두 풉(100)에 들어오면 풉(100) 도어는 클로즈된다(260).
위의 단계들 중에서, 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 공정하는 단계(240)의 결과에 따라서 웨이퍼의 성능과 수율이 달라지게 된다. 따라서 플라즈마의 상태를 정확하게 측정함으로써 공정의 결과를 정확하게 예측할 수 있게 된다.
기존에는 플라즈마의 상태를 측정하기 위해 단일 량뮤어 탐침법(Single Langmuir Probe)을 주로 사용했다. 단일 량뮤어 탐침법은 플라즈마에 작은 금속 탐칩을 삽입하여 탐침에 인가되는 전압 변화에 따른 전류 곡선을 기초로 플라즈마 변수를 측정한다. 다만, 탐침에 인가한 전압에 의해 플라즈마에 영향을 미치고, 이로 인해 플라즈마 측정에도 오차가 발생한다. 또한, 탐침에 유전물질이 증착되는 경우에도 플라즈마 측정에 오차가 발생한다. 또한, 유선으로 탐침을 연결하는 경우 챔버 내부의 탐침과 챔버 외부에 위치하고 있는 데이터 분석 장치 간의 데이터 라인이 필요하므로 실제 공정 장비에 적용하기에 어려운 부분이 있다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 고조파 섭동을 이용하여 플라즈마의 변수인 플라즈마 밀도, 이온 플럭스(flux), 전자 온도 등을 측정한다.
구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에서 센서는 플라즈마와 접하는 프로브 부분과 일정한 전압을 갖는 정현파를 발생시키고 신호를 센싱할 수 있는 측정 회로부로 나눌 수 있다. 신호를 센싱하여 측정된 신호는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 이용하여 제 1 고조파 성분과 제 2 고조파 성분으로 나눌 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 플라즈마의 측정 원리는 다음과 같다. 우선 프로브에 전류를 흘려보내고, 프로브에 흐르는 전류를 수정 Bessel 함수(Modified Bessel Function)를 이용하여 각 주파수 별로 분류한다. 그리고 기본주파수 전류 성분과 제 2 고조파 전류 성분의 비를 이용하여 전자 온도를 측정한다. 그 다음 측정한 전자 온도와 프로브에 대한 변수, 제 1 고조파 전류를 이용하여 이온 밀도를 구할 수 있다.
고조파를 이용하여 플라즈마를 분석하게 될 경우, 프로브에 정현파 전압을 인가하기 때문에 플라즈마 섭동이 적으며, 정현파의 주파수를 높일수록 프로브에 유전 물질이 증착되어도 플라즈마를 진단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼의 형태를 갖는다. 웨이퍼의 형태를 가짐으로써 기존의 반도체 장비를 교체하거나 업그레이드 할 필요 없이, 웨이퍼 공정 프로세스에 웨이퍼 형태의 센서가 섞여 들어가 있음으로써 플라즈마 공정이 수행될 때 센서는 플라즈마를 정확하게 측정할 수 있게 된다. 또한, 센서는 무선으로 작동하므로, 별도의 유선 데이터 케이블 등을 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 웨이퍼 형태의 센서에 다수의 프로브들을 구성함으로써, 플라즈마를 측정한 변수들을 2차원 공간 분포로 표현할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼의 형태를 가지며, 상판(310a), 패드(320a), 프로브(330a), 회로판(340a), 패드(350a), 및 하판(360a)으로 구성되며, 중판은 생략되어있다. 이하에서, 프로브(330a)는 센서 또는 팁으로도 지칭될 수 있다. 또한, 하판(360a)는 기판으로도 지칭될 수 있다.
상판(310a) 및 하판(360a)은 전도성 물질 또는 반도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 상판(310a) 및 하판(360a)은 플라즈마로 공정되는 제품과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상판(310a) 및 하판(360a)은 Silicon계 반도체 물질 또는 Aluminum계 도체로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 챔버 내에서 직접 플라즈마와 접하기 때문에 상판(310a) 및 하판(360a)은 플라즈마에 대한 반응성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
패드(320a, 350a)는 접착, 절연 EMI (Electro Magnetic Interference) 차폐의 역할을 하며 박형으로 제조된다.
프로브(330a)는 플라즈마를 측정하는 센서로서 직경 20 mm 이하로 구성된다. 프로브(330a)는 전도성 물질 또는 반도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 프로브(330a)는 플라즈마로 공정되는 제품과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 프로브(330a)는 Silicon계 반도체 물질 또는 Aluminum계 도체로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 챔버 내에서 직접 플라즈마와 접하기 때문에 프로브(330a)는 플라즈마에 대한 반응성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
회로판(340a)은 프로브(330a)와 전기적으로 연결된 회로를 포함한다.
도 3b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 분해도를 도시하고 있는 도면이다.
도3a에 도시된 플라즈마 공정 측정 센서와 달리, 도 3b에 도시된 플라즈마 공정 측정 센서는 하판 도어(370b)를 더 포함한다. 즉, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼의 형태를 가지며, 상판(310b), 패드(320b), 프로브(330b), 회로판(340b), 패드(350b), 하판(360b), 및 하판 도어(370b)로 구성되며, 중판은 생략되어있다.
하판 도어(370b)는 플라즈마 공정 측정 센서의 디버그(debug)를 위해 하판(360b)의 중앙 영역에 위치하며, 하판(360b)에서 하판 도어(370b)를 분리하여 플라즈마 공정 측정 센서 전체를 분해하지 않고 회로판(340b)의 회로를 확인할 수 있도록 구성된다.
상판(310b), 하판(360b), 및 하판 도어(370b)는 전도성 물질 또는 반도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 상판(310b), 하판(360b), 및 하판 도어(370b)는 플라즈마로 공정되는 제품과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상판(310b), 하판(360b), 및 하판 도어(370b)는 Silicon계 반도체 물질 또는 Aluminum계 도체로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 챔버 내에서 직접 플라즈마와 접하기 때문에 상판(310b), 하판(360b), 및 하판 도어(370b)는 플라즈마에 대한 반응성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
패드(320b, 350b)는 접착, 절연, EMI 차폐의 역할을 하며 박형으로 제조된다.
프로브(330b)는 플라즈마를 측정하는 센서로서 직경 20 mm 이하로 구성된다. 프로브(330b)는 전도성 물질 또는 반도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 프로브(330b)는 플라즈마로 공정되는 제품과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 프로브(330b)는 Silicon계 반도체 물질 또는 Aluminum계 도체로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 챔버 내에서 직접 플라즈마와 접하기 때문에 프로브(330b)는 플라즈마에 대한 반응성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
회로판(340b)은 프로브(330b)와 전기적으로 연결된 회로를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드의 구조를 도시하고 있는 도면이다.
패드는 절연, EMI 차폐, 접착의 기능을 수행하고 있으며, 접착층(410), 절연층(420), 금속층(430), 절연층(440), 및 접착층(450)을 포함한다.
패드의 상기 기능들을 실현하기 위해 패드의 절연층들(420, 440)은 다공성 구조 또는 단열 구조를 가지며, 패드의 금속층(430)은 박막 또는 Mesh 구조를 갖는다. 접착층(410) 및 절연층(420)은 하나의 층으로 결합될 수 있으며, 접착층(450) 및 절연층(440) 역시 하나의 층으로 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼 형태를 가지며, 실제 웨이퍼와 유사한 두께여야 하므로, 패드는 가능한 얇게 제작한다. 패드를 제작하기 위해 먼저 절연층을 제작하고(510), 금속층을 제작하고(520), 절연층을 제작하고(530), 마지막으로 상하부 접착층을 제작한다(540). 이하에서는, 박형의 패드를 제작하기 위한 각층의 제작 방법을 설명한다.
절연층 제작 단계(510, 530)에서는 스프레이(spray) 공정 또는 스퍼터(sputter) 공정을 통해 절연층을 제작한다. 절연층을 메탈캔 방식으로 제작하게 될 경우 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정으로 제작한 것보다 두꺼워지므로 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정으로 제작한다. 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정을 통해 제작된 절연층은 다공성 구조 또는 단열 구조를 갖는다.
금속층 제작 단계(520)에서는 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정을 통해 금속층을 제작한다. 절연층을 메탈캔 방식으로 제작하게 될 경우 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정으로 제작한 것보다 두꺼워지므로 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정으로 제작한다. 스프레이 공정 또는 스퍼터 공정을 통해 제작된 금속층은 박막 또는 Mesh 구조를 갖는다.
상하부 접착층 제작 단계(540)에서는 스프레이 공정 또는 페이스트(paste) 도포 공정을 통해 접착층을 제작한다. 다만, 접착층과 절연층은 하나의 층으로 결합될 수 있으며, 결합될 경우 별도의 접착층 제조 공정 단계는 생략 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상판과 프로브가 결합되는 과정을 도시한 플로우 차트다.
상판과 프로브는 전도성 물질 또는 반도체 물질로 구성되는데, 상판과 프로브 둘 다 전도성 물질로 구성될 때는 통전이 되어 플라즈마가 제대로 측정이 되지 않는다. 또한, 상판과 프로브가 반도체 물질로 구성되더라도 고온의 챔버에 들어가면 반도체 물질이 도체로 변하므로 역시 통전이 되어 플라즈마가 제대로 측정이 되지 않는다. 따라서 상판과 프로브를 하나의 층으로 구성하되 서로 절연시켜야 한다.
따라서 먼저 상판을 준비하고(610), 상판에 절연막 또는 산화막을 생성한다(620).
다만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서는 웨이퍼 형태를 가지며, 실제 웨이퍼와 유사한 두께이어야 하므로, 상판을 최대한 얇게 유지하면서 절연막 또는 산화막을 형성해야 한다.
실험 결과, 상판이 Silicon 계열 반도체 물질로 구성될 경우, 상판에 산화막인 경우에는 SiO2막으로, 절연막인 경우에는 SiN막 또는 Y2O3막으로 형성했을 때 크랙이 발생하지 않는 한도에서 두께를 0.5mm까지 얇게 제작할 수 있다.
실험 결과, 상판이 Aluminum 계열 도체 물질로 구성될 경우, 상판에 산화막으로 Alumina(Al2O3)막으로 형성했을 때 크랙이 발생하지 않는 한도에서 두께를 0.5mm까지 또는 더 얇게 제작할 수 있다.
상판에 절연막 또는 산화막을 생성하고(620), 그 다음에 상판에 프로브를 결합하게 되면(630) 상판과 프로브가 서로 절연되므로 프로브에서 플라즈마를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서를 제작하는 과정을 도시한 플로우 차트다.
먼저, 기판을 준비한다(710). 기판은 하판을 지칭하는 또 다른 명칭을 의미한다. 그 다음 기판 위에 회로판을 적층하고(720), 회로판 위에 프로브를 적층하고(730) 마지막으로 도 6에서 살펴본 절연된 상판을 기판 및 회로판 위에 적층하게 된다(740).
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면을 도시하고 있는 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서(800)는 위에서 보면 복수의 프로브(810)들과 프로브와 하나의 층을 이루고 있는 상판(820)으로 구성되며, 프로브(810)들의 위치나 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 9a, 9b, 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 구조의 측면을 도시하고 있는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 결합 전 각 구성요소로서, 상판(910), 프로브(920), 회로판(930), 중판(ring; 940), 및 하판(950)을 도시하고 있다.
중판(940)은 도면상 하판 위에 위치해 있지만, 상판(910) 또는 하판(950)과 일체형으로 구성될 수 있다. 또한, 중판(940)은 전도성 물질, 반도체 물질 외에 에폭시계, 실리콘계 접착제로 대체될 수 있다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 결합 전에 상판(910)에 절연막 또는 산화막이 형성하는 것을 도시하고 있다. 그 다음으로는 하판(950)에 중판(940), 회로판(930) 및 프로브(920)을 적층하고, 절연막 또는 산화막이 형성된 상판(915)을 덮는다.
도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 결합 후의 측면을 도시하고 있으며, 절연막 또는 산화막이 형성된 상판(915), 프로브(920), 회로판(930), 중판(940), 및 하판(950)을 도시하고 있다.
도 10 내지 도 14에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마의 측정 원리에 대해서 구체적으로 서술한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 측정 센서의 평면이 복수의 프로브들로 구성되어 있는 것을 도시하고 있는 도면이다.
도 10에 도시된 플라즈마 공정 측정 센서(1000)는 도 8에 도시된 플라즈마 공정 측정 센서(800)와 동일한 구조를 가지며, 복수의 프로브들은 각자 고유한 번호를 갖는다. 복수의 프로브들은 1 내지 49의 번호를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 프로브의 개수와 위치는 실시 예 또는 필요에 따라서 변경될 수 있다.
종래에는 각각의 프로브들이 독자적으로 플라즈마를 측정했으나, 본원 발명의 일 실시 예에 따르면 두 개의 프로브가 페어링되어 상호 작용함으로써 플라즈마를 측정하게 된다. 복수의 프로브들은 모두 MUX(multiplexer)에 접속되어 있으며, 플라즈마 측정시 MUX를 통해 한번에 근접한 두 개의 프로브들을 페어링(paring)하여 구동한다. 예를 들면, 1 내지 49 프로브들 중에서 1과 2 프로브, 2와 3 프로브, 3과 4 프로브, 9와 2 프로브, 10과 11 프로브 등과 같이 인접한 프로브들을 선택하여 페어링한다.
또한, 프로브들은 플라즈마를 측정하기 전에 캘리브레이션(calibration)작업을 수행한다. 프로브들을 캘리브레이션하기 위해 플라즈마를 이용할 수 있지만, 이는 비효율적이므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브들은 플라즈마 대신에 특정 임피던스를 연결하고, 임피던스의 측정값을 기초로 프로브들의 세팅 값들을 조절한다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다.
교류 전원부(1110)에서는 정현파 전압 신호를 발생시키고, 정현파 전압 신호는 신호처리부(1130)를 지나 제 1 프로브(1140)로 이동한다. 이하에서 정현파 전압 신호는 정현파 신호로 지칭될 수 있다.
GND(ground; 1120)에서는 신호 접지(signal grounding)된 신호를 발생시키고, 신호 접지된 신호는 신호처리부(1130)를 지나 제 2 프로브(1150)로 이동한다. 이하에서 신호 접지된 신호는 접지 신호로 지칭될 수 있다.
제 1 프로브(1140)는 플라즈마에 대해 정현파 신호를 발생시키고, 그에 대한 반응 신호를 측정한다. 제 2 프로브(1150)는 플라즈마에 대해 접지 신호를 발생시키고, 제 1 프로브(1140)에서 그에 대한 반응 신호를 측정한다. 제 1 프로브(1140)는 수신한 두 신호를 신호처리부(1130)로 보내고, 신호처리부(1130)에서는 수신한 두 신호를 분석하여 플라즈마의 밀도를 구한다.
종래에는 프로브 하나에서 신호를 발생시키고, 이를 다시 측정하여 신호를 분석하였다. 그러나 신호에 노이즈가 발생하는 등과 같이 측정값의 정확도가 떨어지는 경우에는 정확도를 향상시키기 위해 신호의 전압을 증폭시켜 측정하였다. 그러나 신호의 전압을 증폭시키게 되면 전력 소모가 커지게 되고, 무선 디바이스 등과 같이 전력 소비에 민감한 디바이스들에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로브 두 개를 이용하되, 제 1 프로브에서는 정현파 신호를 발생시키고, 제 2 프로브에서는 접지 신호를 발생시킨다. 따라서 정현파 신호에 대한 플라즈마 측정값 하나를 분석하는 것 보다 정현파 신호에 대한 플라즈마 측정값과 접지 신호에 대한 플라즈마 측정값을 비교분석 하면 종래와 같이 전압을 증폭시키지 않고도 정확한 분석 결과를 얻을 수 있어 전력소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 12는 도 11에 도시된 회로에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
제 1 프로브가 발생시키는 정현파 신호(1210)와 제 2 프로브가 발생시키는 접지 신호(1220)를 비교하여 분석하면, 정현파의 송출 전력을 높이지 않고 전위차를 높인 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 측정 원리를 도시하고 있는 도면이다. 도 11에 도시된 회로와 달리, 도 13에서는 신호 접지 대신에 추가적인 교류 전원부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
제 1 교류 전원부(1310)에서는 제 1 정현파 전압 신호를 발생시키고, 제 1 정현파 전압 신호는 신호처리부(1330)를 지나 제 1 프로브(1340)로 이동한다. 이하에서, 제 1 정현파 전압 신호는 제 1 정현파 신호로 지칭될 수 있다.
제 2 교류 전원부(1320)에서는 제 1 정현파 전압 신호와 위상이 180도 반전된 제 2 정현파 전압 신호를 발생시키고, 제 2 정현파 전압 신호는 신호처리부(1330)를 지나 제 2 프로브(1350)로 이동한다. 이하에서, 제 2 정현파 전압 신호는 제 2 정현파 신호로 지칭될 수 있다. 제 1 정현파 전압 신호와 제 2 정현파 전압 신호의 위상 차이는 실시 예 또는 필요에 따라 변경될 수 있다.
제 1 프로브(1340)는 플라즈마에 대해 제 1 정현파 신호를 발생시키고, 그에 대한 반응 신호를 측정한다. 제 2 프로브(1350)는 플라즈마에 대해 제 2 정현파 신호를 발생시키고, 제 1 프로브(1340)에서 그에 대한 반응 신호를 측정한다. 제 1 프로브(1340)는 수신한 두 신호를 신호처리부(1330)로 보내고, 신호처리부(1330)에서는 수신한 두 신호를 분석하여 플라즈마의 밀도를 구한다.
따라서 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 프로브 두 개를 이용하되, 제 1 프로브에서는 제 1 정현파 신호를 발생시키고, 제 2 프로브에서는 제 1 정현파 신호와 위상이 180도 반전된 제 2 정현파 신호 발생시킨다. 따라서 제 1 정현파 신호에 대한 플라즈마 측정값 하나를 분석하는 것 보다 제 1 정현파 신호에 대한 플라즈마 측정값과 제 2 정현파 신호에 대한 플라즈마 측정값을 비교분석 하면 종래와 같이 전압을 증폭시키지 않고도 정확한 분석 결과를 얻을 수 있어 전력소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 14는 도 13에 도시된 회로에 따른 프로브들이 발생시키는 신호를 그래프로 도시하고 있는 도면이다.
제 1 프로브가 발생시키는 제 1 정현파 신호(1410)와 제 2 프로브가 발생시키는 제 2 정현파 신호(1220)를 비교하여 분석하면, 정현파의 송출 전력을 높이지 않고 전위차를 높인 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에서 동작의 특정한 구조 및 세부내용이 도시되고 설명되었으나, 이들 설명은 예시적이며 다른 실시 예들 및 균등물이 본 발명의 기술사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 통상의 기술자 의해 용이하게 만들어 질 수 있음이 이해된다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위의 기술사상 및 범위 내에 있는 모든 이러한 대안 및 균등물을 포함하는 것으로 의도되어 있다.
310a: 상판
320a: 패드
330a: 프로브
340a: 회로판
350a: 패드
360a: 하판
1000: 플라즈마 공정 측정 센서
1010: 프로브
1020: 프로브
1110: 교류전원부
1120: GND
1130: 신호처리부
1140: 제 1 프로브
1150: 제 2 프로브
1210: 정현파 신호
1220: 접지 신호
1310: 제 1 교류전원부
1320: 제 2 교류전원부
1330: 신호처리부
1340: 제 1 프로브
1350: 제 2 프로브
1410: 제 1 정현파 신호
1420: 제 2 정현파 신호
320a: 패드
330a: 프로브
340a: 회로판
350a: 패드
360a: 하판
1000: 플라즈마 공정 측정 센서
1010: 프로브
1020: 프로브
1110: 교류전원부
1120: GND
1130: 신호처리부
1140: 제 1 프로브
1150: 제 2 프로브
1210: 정현파 신호
1220: 접지 신호
1310: 제 1 교류전원부
1320: 제 2 교류전원부
1330: 신호처리부
1340: 제 1 프로브
1350: 제 2 프로브
1410: 제 1 정현파 신호
1420: 제 2 정현파 신호
Claims (10)
- 복수의 프로브(probe)를 이용하는 플라즈마 측정 방법에 있어서,
제 1 프로브와 제 2 프로브를 페어링 하는 단계;
상기 제 1 프로브가 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 2 프로브가 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 1 프로브가 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에서 발생시킨 신호들을 수신하여 플라즈마의 특성을 측정하고,
상기 제 1 프로브와 상기 제 2 프로브는 서로 인접한 것을 특징으로 하는, 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 측정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 프로브가 신호를 발생 시키는 단계는,
상기 제 1 프로브가 제 1 정현파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 측정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 프로브가 신호를 발생시키는 단계는,
상기 제 2 프로브가 신호 접지(signal grounding)된 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 측정 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 프로브가 신호를 발생시키는 단계는,
상기 제 2 프로브가 제 2 정현파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 측정 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 정현파 신호의 위상과 상기 제 2 정현파 신호의 위상은 상이한 것을 특징으로 하는, 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 측정 방법. - 복수의 프로브를 이용하는 플라즈마 공정 측정 센서에 있어서,
하판;
상기 하판 위의 중판(ring);
상기 하판 위에 있고, 상기 중판과 중첩하지 않는 회로판;
상기 회로판 위의 제 1 프로브(probe) 및 제 2 프로브; 및
상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브 위의 상판을 포함하고,
상기 복수의 프로브는 MUX에 접속되고,
상기 MUX를 통해 상기 제 1 프로브와 상기 제 2 프로브가 페어링되고,
상기 제 1 프로브가 신호를 발생시키고,
상기 제 2 프로브가 신호를 발생시키고,
상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브 사이의 상호 작용을 통해 플라즈마의 특성을 측정하고,
상기 제 1 프로브와 상기 제 2 프로브는 서로 인접한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 측정 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 프로브는 정현파 신호를 발생시키고,
상기 제 2 프로브는 신호 접지된 신호를 발생시키고,
상기 제 1 프로브는 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에서 발생시킨 신호를 수신하여 플라즈마의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 측정 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 프로브는 제 1 정현파 신호를 발생시키고,
상기 제 2 프로브는 제 2 정현파 신호를 발생시키고,
상기 제 1 프로브는 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에서 발생시킨 신호를 수신하여 플라즈마의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 측정 센서. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 정현파의 위상과 상기 제 2 정현파의 위상은 상이한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 측정 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 임피던스에 연결하여 캘리브레이션(calibration)된 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 측정 센서.
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