KR102632552B1 - 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 - Google Patents
플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102632552B1 KR102632552B1 KR1020210097419A KR20210097419A KR102632552B1 KR 102632552 B1 KR102632552 B1 KR 102632552B1 KR 1020210097419 A KR1020210097419 A KR 1020210097419A KR 20210097419 A KR20210097419 A KR 20210097419A KR 102632552 B1 KR102632552 B1 KR 102632552B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sensor
- dielectric
- plasma
- cutoff frequency
- frequency
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 76
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims description 27
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 13
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나를 내부에 매립하는 유전체; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 상기 수신 안테나에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템에 관한 것으로서, 플라즈마 진단을 위한 안테나 전극을 활용하여 에지링과 같은 플라즈마 챔버 내의 유전체로 이루어지는 소모성 부품의 두께를 측정하여 마모에 의한 교체 주기를 예측하기 위한 것이다.
본 발명은 과학기술정보통신부 (Ministry of Science and ICT)로부터 연구 자금을 지원받는 한국연구재단 (NRF: National Research Foundation of Korea)의 소재혁신선도 프로젝트 (1711120490/2020M3H4A3106004), 한국 국가과학기술연구회 (NST: National Research Council of Science & Technology)의 2020년도 미래선도형 융합연구단사업 (1711121944/CRC-20-01-NFRI), 과학기술정보통신부 (Ministry of Science and ICT)의 한국표준과학연구원 (KRISS: Korea Research Institute of Standards and Science) 연구운영비지원 (GP2021-0009-04/21011096, GP2021-0009-05/21011097)에 의해서 지원받았다.
반도체 및 디스플레이 공정 분야에서 플라즈마 공정 챔버는 박막 증착 및 식각 공정에 사용되며 상기 플라즈마 공정 챔버 내에 반도체 기판 또는 유리 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 포함하고 있으며, 상기 기판 지지부 위에 반도체 기판 또는 유리 기판이 위치하여 플라즈마를 발생시키는 경우 상기 플라즈마가 상기 반도체 기판 또는 유리 기판 상에 균일하게 분포할 수 있도록 에지링과 같은 소모성 부품을 배치하게 된다.
상기 플라즈마 공정 챔버 내에 배치되는 상기 에지링과 같은 소모성 부품은 유전체 물질, 주로 세라믹 유전체로 형성되고 상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생되는 플라즈마의 이온 및 전자와 같은 입자와 플라즈마에 의해서 생성되는 활성종들에 의해서 부식되거나 마모되므로 적절한 시기에 이를 교체해야 한다.
그런데 반도체 및 디스플레이 공정에서 플라즈마 공정 챔버 내의 소모성 부품을 적절한 시기에 교체하지 못하게 되면 상기 반도체 및 디스플레이 공정의 수율에 악영향을 미칠 수 있고, 소모성 부품을 교체하기 위해서 상기 반도체 및 디스플레이 공정이 빈번하게 멈추게 되면 역시 막대한 비용 손실을 유발할 수 있으므로 이러한 교체를 위한 시기를 최적화하고 교체 횟수를 최소화해야 할 필요가 있다.
공개특허공보 제10-2018-0022593호는 반도체 프로세스 모듈을 위한 에지 링 또는 프로세스 키트에 관한 것으로서, 에지 링의 바디 내부에 마모 표시자 재료를 매립하고, 상기 에지 링이 마모되어 상기 마모 표시자 재료가 상기 에지 링의 외부로 노출될 때 상이한 반사율을 검출하여 상기 에지 링의 마모를 검출하고 있는데, 이러한 구성으로는 상기 마모 표시자 재료가 상기 에지 링의 외부로 노출되어야 비로소 검출이 가능할 뿐이므로 에지 링의 마모가 어느 정도 진행되고 있는지는 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2017-0022907호는 반도체 제작 장비 내의 소모서 부품의 마모 검출에 관한 것으로서, 웨이퍼를 로딩할 때 거리 센서에 의해 획득된 거리 파라미터들에 기초하여 소모성 부품에 대한 마모를 결정하고 있으므로, 소모성 부품에 대한 마모를 검출하기 위하여 챔버 내에 거리 센서를 추가적으로 구비해야 하고 웨이퍼를 로딩하는 순간에만 소모성 부품에 대한 마모를 검출할 수 있다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2016-0092940호는 반도체 제작 챔버 내 소모성 부품의 남은 수명 추정에 관한 것으로서, 에지 링의 상단 표면과 동일 평면을 갖는 캡핑 엘리먼트를 구비하고 챔버의 동작으로 에지 링과 캡핑 엘리먼트가 함께 부식될 때 이를 분석하여 에지 링의 남은 수명을 결정할 수 있으나, 소모성 부품의 남은 수명을 검출하기 위하여 챔버 내에 캡핑 엘리먼트와 광학적 연장부를 추가적으로 구비해야 하고 특정 순간에만 소모성 부품에 대한 마모를 검출할 수 있다는 문제점이 있다.
공개실용신안공보 제20-2018-0000605호는 부품 마모 표시자를 갖는 챔버 컴포넌트 및 부품 마모를 검출하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 에지 링의 컴포넌트 바디 내에 부품 마모 표시자를 배치하고 광학 센서는 플라즈마의 부재 시에 동작하여 에지 링이 마모되어 상기 부품 마모 표시자가 노출되는 것을 검출하여 에지 링의 마모를 검출하고 있으나, 상기 에지 링의 마모를 검출하기 위하여 플라즈마 챔버의 공정이 중지되어야 하고 상기 부품 마모 표시자가 상기 에지 링의 외부로 노출되어야 비로소 검출이 가능할 뿐이므로 에지 링의 마모가 어느 정도 진행되고 있는지는 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-2162826호는 평면형 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로서, 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하기 위한 초고주파 송수신 안테나를 평면형으로 형성하여 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있는 평면형 플라즈마 진단장치를 제공하기 위한 것이다.
등록특허공보 제10-2193678호는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 웨이퍼형 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로서, 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하기 위한 초고주파 송수신 안테나를 평면형으로 형성하여 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있는 평면형 플라즈마 진단 장치를 원형 부재에 매립하여 형성한 웨이퍼형 플라즈마 진단 장치를 제공하기 위한 것이다.
등록특허공보 제10-2193694호는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 정전척에 관한 것으로서, 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하기 위한 초고주파 송수신 안테나를 평면형으로 형성하여 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있는 평면형 플라즈마 진단 장치를 정전척에 매립하여 형성한 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 정전척을 제공하기 위한 것이다.
특허출원 제10-2020-0021312호는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하기 위한 초고주파 송수신 안테나를 평면형으로 형성하여 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있는 평면형 플라즈마 진단 장치를 플라즈마 공정 장치에 매립하여 형성한 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품의 수명을 검출하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 플라즈마 진단기능과 소모성 부품의 수명 측정기능을 동시에 수행하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 유전체 물질로 이루어지는 소모성 부품의 두께를 측정하여 소모성 부품의 마모를 검출하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 유전체 물질로 이루어지는 소모성 부품의 마모를 검출하고 교체시기를 예측하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체 물질이 쌓이게 되어 챔버 벽면 또는 소모성 부품의 두께를 검출하고 교체 또는 세정 시기를 예측하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나를 내부에 매립하는 유전체; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 상기 수신 안테나에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주파수 분석기를 더 포함하고, 상기 주파수 분석기는 상기 송신 안테나에 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 상기 수신 안테나에서 수신되는 마이크로웨이브의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하고 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 안테나; 상기 안테나를 내부에 매립하는 유전체; 상기 안테나는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 상기 안테나에서 상기 플라즈마에서 반사되어 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주파수 분석기를 더 포함하고, 상기 주파수 분석기는 상기 안테나에 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 상기 안테나에서 수신되는 마이크로웨이브의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서; 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서; 제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체; 제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 센서와 제 2 센서는 서로 다른 방향에서 컷오프 주파수를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서; 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서; 제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체; 제 1 센서는 상기 유전체 표면으로부터 노출되고, 제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 센서와 제 2 센서는 서로 다른 방향에서 컷오프 주파수를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 유전체는 플라즈마 챔버 내의 소모성 부품인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정시스템에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서; 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서; 제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체; 제 1 센서는 상기 유전체 표면으로부터 노출되고, 제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수의 비율을 사용하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유전체 두께 측정방법에 관한 것으로서, 제 1 센서에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계; 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되는 제 2 센서에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계; 제 1 센서에서 측정된 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정된 컷오프 주파수의 비율을 연산하는 단계; 상기 비율과 유전체의 물질 성분에 따른 상수로부터 유전체의 상기 두께(dx)를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유전체 두께 측정방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 기록되는 컴퓨터프로그램일 수 있다.
본 발명의 효과는 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품의 수명을 검출하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 플라즈마 진단기능과 소모성 부품의 수명 측정기능을 동시에 수행하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 효과는, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 유전체 물질로 이루어지는 소모성 부품의 두께를 측정하여 소모성 부품의 마모를 검출하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 효과는, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 유전체 물질로 이루어지는 소모성 부품의 마모를 검출하고 교체시기를 예측하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 효과는, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체 물질이 쌓이게 되어 챔버 벽면 또는 소모성 부품의 두께를 검출하고 교체 또는 세정 시기를 예측하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 구성도를 도시한다.
도 2는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 SiO2 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 3은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 Al2O3 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 4는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 Si 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 5는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 일실시예를 도시한다.
도 6은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 다른 일실시예를 도시한다.
도 7은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립되고 상기 유전체 상부에 유전체증착물질이 쌓이는 경우의 일실시예를 도시한다.
도 8은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 SiO2 의 두께 변화를 도시한다.
도 9는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Al2O3 의 두께 변화를 도시한다.
도 10은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Si 의 두께 변화를 도시한다.
도 11은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 의한 유전체 두께 측정방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 SiO2 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 3은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 Al2O3 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 4는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 Si 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 5는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 일실시예를 도시한다.
도 6은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 다른 일실시예를 도시한다.
도 7은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립되고 상기 유전체 상부에 유전체증착물질이 쌓이는 경우의 일실시예를 도시한다.
도 8은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 SiO2 의 두께 변화를 도시한다.
도 9는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Al2O3 의 두께 변화를 도시한다.
도 10은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Si 의 두께 변화를 도시한다.
도 11은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 의한 유전체 두께 측정방법의 흐름도를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
플라즈마의 응용 분야가 다양하게 확대됨에 따라 플라즈마 진단 기술의 중요성도 더욱 더 커지고 있다. 종래의 플라즈마를 진단하는 방법으로서 정전 탐침을 플라즈마에 삽입하여 전위를 인가하는 방식은 높은 전위가 플라즈마를 변화시킬 수 있어 플라즈마 밀도와 같은 플라즈마 변수를 정확하게 측정하기가 어렵다는 문제점이 있다.
이와 같은 정전 탐침의 문제점을 해결하기 위하여 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 진단 방법으로서 컷오프(cut-off) 프로브 방식이 개발되었는데, 컷오프(cut-off) 프로브는 전자기파를 방사하는 프로브와 전자기파를 수신하는 프로브를 구비하고 수백 MHz로부터 수십 GHz 범위의 마이크로웨이브를 사용하여 플라즈마 밀도를 측정할 수 있다.
마이크로웨이브의 주파수가 플라즈마 주파수보다 작은 경우 마이크로웨이브는 플라즈마를 통과하지 못하고, 마이크로웨이브의 주파수가 플라즈마 주파수보다 큰 경우 마이크로웨이브는 플라즈마를 통과하게 되는데, 이 지점에서의 주파수를 컷오프 주파수라고 하며, 플라즈마 밀도는 이러한 컷오프 주파수로부터 구할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 밀도를 구하기 위한 컷오프 주파수를 검출하는 평면형 플라즈마 진단 장치를 사용하여 상기 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립되는 유전체의 두께도 검출하고자 하는 것이다.
또한 본 발명은 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품이 마모되는 경우 또는 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체증착물질이 쌓이는 경우 챔버 벽면 또는 소모성 부품의 두께를 검출하여 교체 또는 세정 시기를 검출하고자 하는 것이다.
도 1은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 구성도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 송신 안테나(41), 수신 안테나(42), 상기 송신 안테나(41)와 상기 수신 안테나(42)가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(43)를 포함하고, 유전체(30) 내부에 매립되어 있다.
유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 상기 유전체(30) 내부에 매립되어 상기 유전체(30) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고, 상기 유전체(30) 표면으로부터 상부에는 플라즈마(10)가 발생하는 공간이고, 상기 플라즈마(10)와 상기 유전체(30) 사이에는 플라즈마가 형성되지 못하는 영역으로서 소정의 두께(dy)를 갖는 쉬스(20)가 형성된다.
주파수 분석기(50)는 상기 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)에 연결되어 상기 송신 안테나(41)에 전력을 공급하여 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 상기 플라즈마(10)에 인가하도록 하고, 상기 플라즈마(10)로부터 상기 수신 안테나(42)가 수신하는 상기 마이크로웨이브의 주파수를 분석한다.
상기 주파수 분석기(50)는 스펙트럼 분석기 또는 네트워크 분석기와 같은 구성으로서 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 상기 송신 안테나(41)와 상기 수신 안테나(42)에 대한 입력과 출력의 주파수 신호를 분석하게 된다.
상기 유전체(30)는 반도체 또는 디스플레이 공정의 진공챔버 내에 설치되는 소모성 부품으로써 플라즈마 증착 또는 식각 공정에서 플라즈마의 분포를 반도체기판 또는 디스플레이기판에 균일하게 집중되도록 하는 에지 링과 같은 구성이다.
이러한 에지 링과 같은 소모성 부품은 플라즈마 증착 또는 식각 공정에서 마모되어 그 두께(dx)가 얇아지게 되고 이에 따라 플라즈마의 분포가 균일하게 집중되지 못하여 공정에 악영향을 미치게 되므로, 어느 시기에는 이를 교체해 주어야 한다.
또한 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 에지 링과 같은 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체증착물질이 쌓이게 되어 챔버 벽면 또는 소모성 부품에 대한 세정이 필요할 수 있다.
이러한 교체 또는 세정을 위해서는 반도체 또는 디스플레이 공정이 중지되어야 하고 이러한 반도체 또는 디스플레이 공정이 중지되면 제조비용의 상승을 초래하므로 이러한 반도체 또는 디스플레이 공정의 중지 횟수를 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 반도체 또는 디스플레이 공정이 진행되는 동안에도 플라즈마 컷오프 주파수를 측정할 수 있는데, 상기 수신 안테나(42)에서 상기 플라즈마(10)를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 얇아짐에 따라 상기 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동한다는 점을 활용한 것이다.
즉, 상기 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동함에 따라 상기 유전체 두께(dx)가 얇아지는 것을 측정하여 소모성 부품인 상기 유전체(30)의 교체 시기를 정밀하게 예측할 수 있는 것이다.
또한 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 에지 링과 같은 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체증착물질이 쌓이게 되어 유전체 두께(dx)가 두꺼워짐에 따라 상기 컷오프 주파수가 고주파에서 저주파로 이동한다는 점을 활용할 수도 있다.
즉, 상기 컷오프 주파수가 고주파에서 저주파로 이동함에 따라 상기 유전체 두께(dx)가 두꺼워지는 것을 측정하여 상기 유전체(30)에 유전체증착물질이 쌓이게 되어 세정 시기를 정밀하게 예측할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 하나의 안테나를 사용하여 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마(10)에 인가하고 상기 플라즈마(10)로부터 상기 마이크로웨이브를 수신할 수도 있는데, 이러한 경우에는 상기 플라즈마(10)에서 반사되어 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하게 된다.
반사파의 신호비를 측정하면 투과파의 컷오프 주파수에 대해서 반사파의 컷오프 주파수는 1/√2 배로 측정된다.
또한 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하고 이러한 플라즈마 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있으므로, 본 발명은 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 진행하는 동안에 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 동시에 수행할 수 있다.
이 때, 진공챔버에 플라즈마를 발생시키기 위하여 주입되는 아르곤 (Ar) 가스의 압력은 5 mTorr이고, 플라즈마 밀도(ne)는 1.24×1010 cm-3 이며, 쉬스(20)의 두께(dy)는 0.2 mm 로 형성되었고, 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 상기 유전체(30) 내부에 매립되어 상기 유전체(30) 표면으로부터 5 mm의 두께(dx) 만큼 이격되고 진공챔버에 플라즈마가 발생되어 상기 5 mm의 두께(dx)는 점차 마모되어 얇아지는 경우에 대해서 실험을 수행했으나, 상기 5 mm의 두께(dx)가 점차 증가하는 경우도 쉽게 예측할 수 있을 것이다.
또한 상기 쉬스(20)에서의 유전율(εr)은 1이고, 소모성 부품인 유전체(30)의 성분이 이산화규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 실리콘(Si)인 경우 각각의 유전율은 3.7, 9.9, 11.9 이다.
도 2는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 SiO2 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시하고, 도 3은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 Al2O3 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시하며, 도 4는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 Si 의 두께에 따라 측정되는 컷오프 주파수를 도시한다.
도 2를 참조하면, 소모성 부품인 유전체(30)의 성분이 이산화규소(SiO2)인 경우, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 상기 유전체(30) 내부에 매립되어 상기 유전체(30) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm, 4.2 mm, 3.4 mm 2.6 mm, 1.8 mm, 1 mm, 0 mm 로 변화함에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
도 3을 참조하면, 소모성 부품인 유전체(30)의 성분이 산화 알루미늄(Al2O3)인 경우에도, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 상기 유전체(30) 내부에 매립되어 상기 유전체(30) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm, 4.2 mm, 3.4 mm 2.6 mm, 1.8 mm, 1 mm, 0 mm 로 변화함에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 역시 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
도 4를 참조하면, 소모성 부품인 유전체(30)의 성분이 실리콘(Si)인 경우에도, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서(40)는 상기 유전체(30) 내부에 매립되어 상기 유전체(30) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm, 4.2 mm, 3.4 mm 2.6 mm, 1.8 mm, 1 mm, 0 mm 로 변화함에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
즉, 상기 유전체(30)는 반도체 또는 디스플레이 공정의 진공챔버 내에 설치되는 에지 링과 같은 소모성 부품으로써 이러한 에지 링과 같은 소모성 부품은 플라즈마 증착 또는 식각 공정에서 마모되어 그 두께(dx)가 5.0 mm, 4.2 mm, 3.4 mm 2.6 mm, 1.8 mm, 1 mm, 0 mm 로 얇아지게 되고 이에 따라 플라즈마의 분포가 균일하게 집중되지 못하여 공정에 악영향을 미치게 되므로, 상기 두께(dx)가 어느 정도 얇아진 시기에는 이를 교체해 주어야 한다.
도 5는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 일실시예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치는 진공챔버 내에 플라즈마(100)를 발생시키는 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 위한 것으로서 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)를 유전체(300) 내부에 매립하고, 상기 유전체(300)는 에지 링과 같은 소모성 부품으로서 반도체 기판 또는 디스플레이 기판을 지지하는 정전척의 가장자리에 설치된다.
제 1 센서(410)는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마(100)에 인가하는 송신 안테나(411)와 상기 플라즈마로(100)부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나(412)를 구비하고, 상기 송신 안테나(411)와 상기 수신 안테나(412)가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(413)를 포함하며, 상기 유전체(300)의 옆면을 향하도록 매립되어 있다.
제 2 센서(420)는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마(100)에 인가하는 송신 안테나(421)와 상기 플라즈마로(100)부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나(422)를 구비하고, 상기 송신 안테나(421)와 상기 수신 안테나(422)가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(423)를 포함하며, 상기 유전체(300)의 상면을 향하도록 매립되어 있다.
제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고, 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 표면과 동일한 표면을 이루어 상기 송신 안테나(411)와 상기 수신 안테나(412)의 한쪽면이 노출되도록 매립되거나, 소정의 두께(da)를 가지도록 매립되어 기준값을 유지하도록 할 수 있다.
결국 제 1 센서(410)는 두께(da)를 가지도록 매립되어 기준값을 유지하는 경우 플라즈마 컷오프 주파수를 측정할 수 있고, 제 2 센서(410)는 공정이 진행되어 상기 유전체(300)의 두께(dx)가 얇아짐에 따라 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동되는 것을 측정하게 된다.
제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 서로 다른 방향에서 컷오프 주파수를 측정하도록 배치되는 것이 바람직하지만, 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 서로 동일한 방향에서 컷오프 주파수를 측정하도록 배치될 수도 있다.
또한 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 표면과 거의 동일한 표면을 이루도록 즉, 두께(da)가 0~1 mm 가 되도록 매립되어 제 1 센서(410)에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서(420)에서 측정되는 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하게 된다.
물론, 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 내에 어느 정도의 깊이 즉, 두께(da)를 가지도록 매립되더라도 제 1 센서(410)에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서(420)에서 측정되는 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것도 가능하다.
또한 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하고 이러한 플라즈마 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있으므로, 본 발명은 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 진행하는 동안에 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 동시에 수행할 수 있다.
주파수 분석기(500)는 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)에 연결되어 주파수가 가변되는 전력을 공급하여 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 상기 플라즈마(100)에 인가하도록 하고, 상기 플라즈마(100)로부터 수신되는 상기 마이크로웨이브의 주파수를 분석한다.
상기 주파수 분석기(500)는 스펙트럼 분석기 또는 네트워크 분석기와 같은 구성으로서 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)에 대한 입력과 출력의 주파수 신호를 분석하게 된다.
스위칭 회로(600)는 스위칭 동작에 의하여 상기 주파수 분석기(500)와 제 1 센서(410) 및 제 2 센서(420)를 연결하여 하나의 상기 주파수 분석기(500)를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
도 6은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립된 다른 일실시예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치는 도 5에 도시된 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서와 달리 제 1 센서(410)의 송신 안테나(411)와 수신 안테나(412)가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(413) 대신에 소모성 부품인 유전체(300)를 사용하여 송신 안테나(411)와 수신 안테나(412)를 서로 절연되도록 감싸는 구조이다.
또한 제 2 센서(420)의 송신 안테나(421)와 수신 안테나(422)가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(423) 대신에 소모성 부품인 유전체(300)를 사용하여 송신 안테나(421)와 수신 안테나(422)를 서로 절연되도록 감싸는 구조이다.
소모성 부품인 유전체(300)를 제조하면서 송신 안테나(421)와 수신 안테나(422)의 전극이 매립되도록 하여 제조 공정을 단순하게 할 수 있다.
도 7은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 유전체에 매립되고 상기 유전체 상부에 유전체증착물질이 쌓이는 경우의 일실시예를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명인 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치는 진공챔버 내에 플라즈마(100)를 발생시키는 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 위한 것으로서 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)를 유전체(300) 내부에 매립하고, 상기 유전체(300)는 에지 링과 같은 소모성 부품으로서 반도체 기판 또는 디스플레이 기판을 지지하는 정전척의 가장자리에 설치된다.
플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 에지 링과 같은 소모성 부품과 챔버 벽면 등에 유전체증착물질(310)이 쌓이게 되어 유전체 두께(dx)가 두꺼워짐에 따라 상기 컷오프 주파수가 고주파에서 저주파로 이동하게 된다.
즉, 상기 컷오프 주파수가 고주파에서 저주파로 이동함에 따라 상기 유전체 두께(dx)가 두꺼워지는 것을 측정하여 상기 유전체(300) 위에 유전체증착물질(310)이 쌓이는 경우 그 쌓인 정도에 따라 세정 시기를 정밀하게 예측할 수 있는 것이다.
도 8은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 SiO2 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 SiO2 의 두께 변화를 도시하고, 도 9는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Al2O3 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Al2O3 의 두께 변화를 도시하며, 도 10은 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서가 Si 에 매립되는 경우 측정되는 컷오프 주파수에 따라 Si 의 두께 변화를 도시한다.
도 8을 참조하면, 소모성 부품인 유전체(300)의 성분이 이산화규소(SiO2)인 경우, 본 발명의 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에 매립되어 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 표면과 동일한 표면을 이루도록 즉, 두께(dx)가 0 이 되도록 매립되고 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm 에서 점차 얇아짐에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 외부로 노출되어 플라즈마를 직접적으로 진단하여 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하고, 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에서 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하여 그 비율(α)과 상기 유전체(300)의 성분에 따른 상수를 사용하여 다음의 식에 따라 상기 두께(dx)를 측정할 수 있다.
dSiO2 = -3.12×ln((α-0.31)/1.08)
즉, 상기 유전체(300)는 반도체 또는 디스플레이 공정의 진공챔버 내에 설치되는 에지 링과 같은 소모성 부품으로써 이러한 에지 링과 같은 소모성 부품은 플라즈마 증착 또는 식각 공정에서 마모되어 그 두께(dx)가 얇아지게 되고 이에 따라 플라즈마의 분포가 균일하게 집중되지 못하여 공정에 악영향을 미치게 되므로, 상기 두께(dx)가 어느 정도 얇아진 시기에는 이를 교체해 주어야 한다.
도 9를 참조하면, 소모성 부품인 유전체(300)의 성분이 산화 알루미늄(Al2O3)인 경우, 본 발명의 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에 매립되어 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 표면과 동일한 표면을 이루도록 즉, 두께(dx)가 0 이 되도록 매립되고 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm 에서 점차 얇아짐에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 외부로 노출되어 플라즈마를 직접적으로 진단하여 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하고, 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에서 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하여 그 비율(α)과 상기 유전체(300)의 성분에 따른 상수를 사용하여 다음의 식에 따라 상기 두께(dx)를 측정할 수 있다.
dAl2O3 = -1.97×ln((α-0.24)/1.49)
도 10을 참조하면, 소모성 부품인 유전체(300)의 성분이 실리콘(Si)인 경우, 본 발명의 제 1 센서(410)와 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에 매립되어 제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 표면과 동일한 표면을 이루도록 즉, 두께(dx)가 0 이 되도록 매립되고 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 표면으로부터 소정의 두께(dx) 만큼 이격되어 있고 상기 두께(dx)가 5.0 mm 에서 점차 얇아짐에 따라 플라즈마 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하는 것을 보여주고 있다.
제 1 센서(410)는 상기 유전체(300) 외부로 노출되어 플라즈마를 직접적으로 진단하여 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하고, 제 2 센서(420)는 상기 유전체(300) 내부에서 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하여 그 비율(α)과 상기 유전체(300)의 성분에 따른 상수를 사용하여 다음의 식에 따라 상기 두께(dx)를 측정할 수 있다.
dSi = -1.66×ln((α-0.24)/1.67)
도 11은 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 의한 유전체 두께 측정방법의 흐름도를 도시한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 유전체 두께 측정방법에서는, 제 1 센서(410)에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계(S100)를 수행하여 플라즈마 컷오프 주파수를 직접적으로 측정하고, 유전체(300) 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되는 제 2 센서(420)에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계(S200)를 수행하여 소정의 두께(dx)에 따라 저주파로 이동된 컷오프 주파수를 측정하며, 제 1 센서(410)에서 측정된 컷오프 주파수와 제 2 센서(420)에서 측정된 컷오프 주파수의 비율을 연산하는 단계(S300)를 수행하여 그 비율(α)을 구하고, 상기 비율(α)과 유전체(300)의 물질 성분에 따른 상수로부터 유전체(300)의 상기 두께(dx)를 측정하는 단계(S400)를 수행하게 된다.
소모성 부품과 같은 상기 유전체(300)는 플라즈마 증착 또는 식각 공정에서 마모되어 그 두께(dx)가 얇아지게 되고 이에 따라 플라즈마의 분포가 균일하게 집중되지 못하여 공정에 악영향을 미치게 되므로, 어느 시기에는 이를 교체해 주어야 한다.
또한 플라즈마 공정이 진행되는 동안 진공챔버 내의 소모성 부품과 같은 상기 유전체(300)와 챔버 벽면 등에 유전체증착물질(310)이 쌓이게 되어 챔버 벽면 또는 소모성 부품에 대한 세정이 필요할 수 있으므로, 그 쌓인 정도에 따라 세정 시기를 정밀하게 예측할 수 있다.
또한 이와 같은 유전체 두께 측정방법의 흐름도는 컴퓨터프로그램으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다는 점에서 하나의 하드웨어 또는 개별적인 하드웨어에서 구동되는 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 또한 본 발명의 유전체 두께 측정방법은 컴퓨터프로그램으로서 저장매체에 기록되어 구현될 수도 있다.
10, 100: 플라즈마
20: 쉬스
300: 유전체
310: 유전체증착물질
40: 센서
410: 제 1 센서
420: 제 2 센서
41, 411, 421: 송신 안테나
42, 412, 422: 수신 안테나
43, 413, 423: 몸체부
50, 500: 주파수 분석기
60, 600: 스위칭 회로
20: 쉬스
300: 유전체
310: 유전체증착물질
40: 센서
410: 제 1 센서
420: 제 2 센서
41, 411, 421: 송신 안테나
42, 412, 422: 수신 안테나
43, 413, 423: 몸체부
50, 500: 주파수 분석기
60, 600: 스위칭 회로
Claims (16)
- 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 있어서,
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나;
상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나;
상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나를 내부에 매립하는 유전체;
상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고,
상기 수신 안테나에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 얇아짐에 따라 상기 컷오프 주파수가 저주파에서 고주파로 이동하고 유전체 두께(dx)가 두꺼워짐에 따라 상기 컷오프 주파수가 고주파에서 저주파로 이동함에 따라 상기 유전체의 교체 시기 또는 세정 시기를 예측하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서.
- 제 1 항에 있어서,
주파수 분석기를 더 포함하고,
상기 주파수 분석기는 상기 송신 안테나에 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 상기 수신 안테나에서 수신되는 마이크로웨이브의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서.
- 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서에 있어서,
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하고 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 안테나;
상기 안테나를 내부에 매립하는 유전체;
상기 안테나는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고,
상기 안테나에서 상기 플라즈마에서 반사되어 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서.
- 제 3 항에 있어서,
주파수 분석기를 더 포함하고,
상기 주파수 분석기는 상기 안테나에 주파수가 가변되는 전력을 공급하고 상기 안테나에서 수신되는 마이크로웨이브의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서.
- 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치에 있어서,
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서;
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서;
제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체;
제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고,
제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 제 5 항에 있어서,
제 1 센서와 제 2 센서는 서로 다른 방향에서 컷오프 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 제 6 항에 있어서,
제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치에 있어서,
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서;
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서;
제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체;
제 1 센서는 상기 유전체 표면으로부터 노출되고, 제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고,
제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 제 8 항에 있어서,
제 1 센서와 제 2 센서는 서로 다른 방향에서 컷오프 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 제 8 항에 있어서,
제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 유전체는 플라즈마 챔버 내의 소모성 부품인 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정장치.
- 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정시스템에 있어서,
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 1 센서;
주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나와 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나를 구비하는 제 2 센서;
제 1 센서와 제 2 센서를 내부에 매립하는 유전체;
제 1 센서는 상기 유전체 표면으로부터 노출되고, 제 2 센서는 상기 유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되고,
제 2 센서에서 상기 플라즈마를 투과하여 전달되는 상기 마이크로웨이브를 수신하여 컷오프 주파수를 측정하는 경우 상기 유전체 두께(dx)가 변화함에 따라 상기 컷오프 주파수가 이동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정시스템.
- 제 12 항에 있어서,
제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수를 서로 비교하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정시스템.
- 제 12 항에 있어서,
제 1 센서에서 측정되는 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정되는 컷오프 주파수의 비율을 사용하여 상기 소정의 두께(dx)를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서를 구비하는 공정시스템.
- 유전체 두께 측정방법에 있어서,
제 1 센서에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계;
유전체 표면으로부터 소정의 두께(dx)만큼 매립되는 제 2 센서에서 컷오프 주파수를 측정하는 단계;
제 1 센서에서 측정된 컷오프 주파수와 제 2 센서에서 측정된 컷오프 주파수의 비율을 연산하는 단계;
상기 비율과 유전체의 물질 성분에 따른 상수로부터 유전체의 상기 두께(dx)를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 두께 측정방법.
- 제 15 항의 유전체 두께 측정방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 기록되는 컴퓨터프로그램.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210097419A KR102632552B1 (ko) | 2021-07-23 | 2021-07-23 | 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210097419A KR102632552B1 (ko) | 2021-07-23 | 2021-07-23 | 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230015807A KR20230015807A (ko) | 2023-01-31 |
| KR102632552B1 true KR102632552B1 (ko) | 2024-02-02 |
Family
ID=85109266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210097419A KR102632552B1 (ko) | 2021-07-23 | 2021-07-23 | 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102632552B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101310766B1 (ko) * | 2012-03-21 | 2013-09-25 | 한국표준과학연구원 | 공정 모니터링 방법 및 공정 모니터링 장치 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10041868B2 (en) | 2015-01-28 | 2018-08-07 | Lam Research Corporation | Estimation of lifetime remaining for a consumable-part in a semiconductor manufacturing chamber |
| US10014198B2 (en) | 2015-08-21 | 2018-07-03 | Lam Research Corporation | Wear detection of consumable part in semiconductor manufacturing equipment |
| US10921251B2 (en) | 2016-08-22 | 2021-02-16 | Applied Materials, Inc. | Chamber component part wear indicator and a system for detecting part wear |
| US20180061696A1 (en) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | Applied Materials, Inc. | Edge ring or process kit for semiconductor process module |
| KR20200021312A (ko) | 2018-08-20 | 2020-02-28 | 강재원 | 증발원 |
| KR102193694B1 (ko) | 2019-03-21 | 2020-12-21 | 한국표준과학연구원 | 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 정전척 |
| KR102162826B1 (ko) | 2019-01-31 | 2020-10-07 | 한국표준과학연구원 | 평면형 플라즈마 진단 장치 |
| KR102193678B1 (ko) | 2019-03-21 | 2020-12-21 | 한국표준과학연구원 | 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 웨이퍼형 플라즈마 진단 장치 |
| KR102340564B1 (ko) | 2021-02-19 | 2021-12-20 | 한국표준과학연구원 | 플라즈마 이온 밀도 측정 장치와 이를 이용한 플라즈마 진단 장치 |
-
2021
- 2021-07-23 KR KR1020210097419A patent/KR102632552B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101310766B1 (ko) * | 2012-03-21 | 2013-09-25 | 한국표준과학연구원 | 공정 모니터링 방법 및 공정 모니터링 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230015807A (ko) | 2023-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10985078B2 (en) | Sensor and adjuster for a consumable | |
| US6771481B2 (en) | Plasma processing apparatus for processing semiconductor wafer using plasma | |
| JP5097632B2 (ja) | プラズマエッチング処理装置 | |
| US10720313B2 (en) | Measuring device, measurement method, and plasma processing device | |
| KR20090029740A (ko) | 플라즈마 처리 챔버 내에서 언컨파인먼트를 감지하는 방법 및 장치 | |
| WO2005098091A2 (en) | A method of plasma etch endpoint detection using a v-i probe diagnostics | |
| US20060081459A1 (en) | In-situ monitoring of target erosion | |
| KR20140096299A (ko) | 플라즈마 프로세싱 챔버 내 dc 바이어스 검출 시스템, 방법 및 장치 | |
| US11164730B2 (en) | Plasma probe device and plasma processing apparatus | |
| JP2022529764A (ja) | エッジリングエロージョンのインサイチュ監視用センサとシステム | |
| CN112449473B (zh) | 等离子体探测装置、等离子体处理装置和控制方法 | |
| KR101833762B1 (ko) | 플라즈마 공정용 챔버 내부 관리 시스템 | |
| KR102632552B1 (ko) | 플라즈마 진단기능 및 유전체 두께 측정기능을 갖는 센서, 이를 구비하는 공정장치 및 공정시스템 | |
| US20240102876A1 (en) | Mems resonator sensor substrate for plasma, temperature, stress, or deposition sensing | |
| Sobolewski | Monitoring sheath voltages and ion energies in high-density plasmas using noninvasive radio-frequency current and voltage measurements | |
| KR20190022339A (ko) | 측정 장치, 측정 방법 및 플라즈마 처리 장치 | |
| US20220181219A1 (en) | Plasma treatment apparatus, a method of monitoring a process of manufacturing a semiconductor device by using the same, and a method of manufacturing a semiconductor device including the monitoring method | |
| KR102200662B1 (ko) | 비침습형 플라즈마 공정 진단 방법 및 장치 | |
| JPH1074481A (ja) | イオンエネルギー測定方法及び装置 | |
| KR20230112818A (ko) | 플라즈마 진단 장치, 이를 구비하는 플라즈마 공정 시스템 및 공정 방법 | |
| KR102103949B1 (ko) | 비접촉식 메탈전극을 이용하는 정전용량 방식의 상태 측정 장치 | |
| US9977070B2 (en) | Method for inspecting magnetron | |
| KR102636968B1 (ko) | 플라즈마 설비 진단 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 | |
| KR102137414B1 (ko) | 정전용량 방식의 상태 측정 장치 | |
| KR20230112842A (ko) | 도핑농도 또는 결정성 측정 장치, 이를 구비하는 공정 시스템 및 측정 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |