KR20060053778A - 분광 분석기를 이용한 파장 선정을 위한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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곽희진
김홍식
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윤성준
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Abstract

본 발명은 분광 분석기를 이용한 파장 선정을 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 파장 선정 시스템은 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버와, 공정 챔버로부터 플라즈마 공정 시 방출되는 빛의 파장으로부터 플라즈마 내의 화학종의 성분을 분석, 확인하는 분광 분석기와, 공정 챔버로부터 플라즈마 공정 시 챔버 내의 가스에 포함되는 물질들의 질량을 분석하여 성분을 확인하는 질량 분석기 및, 분광 분석기 및 질량 분석기로부터 측정된 데이터를 받아서, 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선정하는 처리부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 플라즈마 공정에서 분석 대상 화학종이 방출하는 여러 개 파장들의 세기 데이터와 질량 분석기에서 확인되는 데이터를 이용하여 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선정한다.
플라즈마 공정, 분광 분석기, 질량 분석기, 파장 선정

Description

분광 분석기를 이용한 파장 선정을 위한 시스템 및 그 방법{PEAK ASSIGNMENT SYSTEM USING OPTICAL EMISSION SPECTRISCOPY AND METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 특성 분석을 위한 파장 선정 시스템을 구비하는 반도체 제조 설비의 구성을 도시한 블럭도; 그리고
도 2는 본 발명에 따른 파장 선정 시스템의 동작 수순을 나타내는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 반도체 제조 설비 102 : 공정 챔버
104 : 플라즈마 106 : 반도체 기판
108 : 분광 분석기 110 : 질량 분석기
120 : 컴퓨터 시스템 122 : 파장 선정 모듈
124 : 변환기
본 발명은 분광 분석기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 공정에서 분광 분석기(Optical Emission Spectroscopy : OES)를 이용하여 파장을 선정 (Peak Assignment)하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
Plasma에 의해 빛이 방출되는 공정 챔버의 파장 분석을 위한 데이터 수집 장치에 대한 기술입니다.
플라즈마 공정 설비는 플라즈마에 의해 빛이 방출되는 공정 챔버 내의 화학종들에 대한 거동을 분석하기 위하여 파장 분석을 위한 데이터 수집용 분광 분석기(OES : Optical Emission Spectroscopy)를 많이 사용한다. 그러나 플라즈마 상태에서 화학종들은 여러 파장의 빛을 동시에 방출하고 여러 화학종들이 방출하는 빛들은 서로 간섭 및 중첩을 일으킴으로써, 분석하고자 하는 특정 화학종의 거동을 대변할 수 있는 주요 파장을 빠르고 정확하게 지정하는 것이 현실적으로 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에 사용된 방법은 분광 분석기와 함께 평가되는 분석 장비(일반적으로 질량 분석기)의 데이터와 분광 분석기의 데이터를 사용자가 메뉴얼로 비교하여 분석하고자 하는 화학종의 거동과 가장 많이 일치하는 것으로 판단되는 파장을 선정하는 것이다.
즉, 메뉴얼로 분석하는 내용은 작업자가 직접 방출된 빛들 중에서 분석하고자 하는 화학종의 거동과 가장 일치하는 파장 선정한다. 예를 들어, 일반적인 화학 반응의 경우 반응물은 시간이 지남에 따라 그 양이 감소하는 거동의 파장을 찾아야 하는데, 그런 파장을 찾기 위하여 모든 파장의 데이터를 작업자가 직접 일일이 확인해서 시간에 따라 그 크기가 감소하는 파장을 찾아낸다.
그리고 비교하고자 하는 화학종의 거동과 가장 많이 일치하는 경우는 예를 들어, 일반적인 화학 반응에서 반응물의 경우 시간의 경과에 따라 그 양이 감소하고 생성물의 경우, 시간의 경과에 따라 증가하는 등의 특징이 있는데 플라즈마 내 반응에서도 이와 같이 예상되는 거동이 있는 경우 그 거동과 일치하는 파장을 찾는다는 것을 의미한다.
그런데 이러한 방식은 많은 시간이 소요될 뿐 아니라, 사용자가 데이터를 메뉴얼로 비교함에 따라 대량의 데이터(massive data)를 고려할 수 없어 그 정확성에도 한계를 가지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 공정에서의 분광 분석기를 이용한 평가시, 정확하고 신속한 파장 선정을 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 플라즈마 공정에서의 파장을 선정하는 시스템은, 상기 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버로부터 상기 플라즈마 공정 시 방출되는 빛의 파장으로부터 플라즈마 내의 화학종의 성분을 분석, 확인하는 분광 분석기와; 상기 공정 챔버로부터 상기 플라즈마 공정 시 챔버 내의 가스에 포함되는 물질들의 질량을 분석하여 성분을 확인하는 질량 분석기 및; 상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기로부터 측정된 데이터를 받아서, 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선정하는 처리부를 포함한다.
이 특징에 있어서, 상기 처리부는; 상기 질량 분석기로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 변환부 및; 상기 분광 분석기 및 상기 변환부로부터 출력된 데이터를 받아서, 상기 분광 분석기로부터 측정된 값과, 상기 질량 분석기로부터 측정된 값이 동일한 움직임을 보이는 파장을 선정하는 파장 선정 모듈을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버로부터 분광 분석기와 질량 분석기를 이용하여 상기 플라즈마 공정에서의 파장을 선정하는 시스템의 파장 선정 방법은, 상기 공정 챔버로부터 상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기를 통하여 데이터를 받아들이는 단계와; 상기 공정 챔버와 상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기에서 유발되는 노이즈를 제거하기 위하여 데이터 필터링하는 단계와; 상기 필터링된 데이터로부터 기울기가 일치하는 회수의 값를 생성하는 단계와; 상기 생성된 값을 이용하여, 상기 분광 분석기로부터 측정된 값과, 상기 질량 분석기로부터 측정된 값이 동일한 기울기의 변동이 일치하는지를 판별하는 단계 및; 상기 기울기의 변동이 일치하면 상기 일치되는 상기 생성된 값의 최대값을 산출하는 단계 및; 상기 최대값의 파장을 선정하는 단계를 포함한다.
이 특징에 있어서, 상기 필터링하는 단계는; 상기 노이즈를 평균 거동(moving average)를 이용하여 데이터의 변동을 완화시킨다.
따라서 본 발명에 의하면, 플라즈마 공정에서 분석 대상 화학종이 방출하는 여러 개 파장들의 세기 데이터와 질량 분석기에서 확인되는 데이터를 이용하여 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선정한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 특성 분석을 위한 파장 선정 시스템을 구비하는 반도체 제조 설비의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 상기 반도체 제조 설비(100)는 반도체 기판(106) 상에서 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버(102)와, 플라즈마 공정시 방출되는 빛으로부터 파장을 선정하기 위한 컴퓨터 시스템(120)과, 플라즈마 공정 시 방출되는 빛의 파장으로부터 플라즈마(104) 내의 화학종의 성분을 분석, 확인하는 분광 분석기(108) 및, 가스 내의 물질들의 질량을 분석하여 성분을 확인하는 질량 분석기(110) 예를 들어, 가스 반응 분석 장치(Residual Gas Analyzer)를 포함한다.
상기 컴퓨터 시스템(120)은 파장 선정을 위한 처리부(processing part)로서 예컨대, 전향적인 컴퓨터 시스템의 구성요소들(예를 들어, 중앙 처리 장치, 메모리 장치, 저장 장치 및 입출력 장치 등)을 구비하며, 플라즈마 공정에 따른 방출된 빛으로부터 공정에 대한 정보를 수집하기 위한 파장 선정 모듈(122) 및 변환기(124)를 포함한다.
상기 파장 선정 모듈(122)은 상기 분광 분석기(108)와 상기 질량 분석기(110)로부터 출력된 데이터를 받아서 파장의 특성을 계산하고, 적정 파장을 선정한다.
그리고 상기 변환기(124)는 상기 질량 분석기(110)로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하여 상기 파장 선정 모듈(122)로 제공한다.
따라서 상기 파장 선정 모듈(122)은 플라즈마 공정에서 분석 대상 화학종이 방출하는 여러 개 파장들의 세기 데이터(intensity data)와 질량 분석기(110)에서 확인되는 데이터를 이용하여 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선택한다. 즉, 분광 분석기(108)의 여러 파장들에서 측정된 값이 질량 분석기(110)에서 측정된 값과 동일한 거동을 보이는 예컨대, 증가할 때 증가하고, 감소할 때 감소하는 파장을 선택한다. 이 방식은 특정 화학종이 방출하는 여러 파장의 빛들에서 상호 간섭이 작아 화학종의 거동을 가장 잘 대변할 수 있는 주요 파장의 선택이 가능하다.
그러므로 상기 컴퓨터 시스템(120)은 분광 분석기(108)로부터 데이터가 입력 단자를 통해서 입력되고, 질량 분석기(110)로부터 입력된 아날로그 신호를 변환기를 통해 받아서 디지털 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 데이터를 파장 선정 모듈(122)로 제공한다. 이어서 상기 컴퓨터 시스템(120)은 파장 선정 모듈(122)에서 도 2에 도시된 알고리즘을 근거하여 각 파장별 카운트 값(X)을 계산하여 적정 파장을 선정한다.
그리고 도 2는 본 발명에 따른 파장 선정 시스템의 동작 수순을 나타내는 흐름도이다. 이 수순은 상기 컴퓨터 시스템(120)의 파장 선정 모듈(122)이 처리하는 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 시스템(120)의 저장 장치(미도시됨)에 구비된다.
도 2를 참조하면, 상기 컴퓨터 시스템(120)은 단계 S150에서 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버(102)로부터 분광 분석기(108) 및 질량 분석기(110)를 통하여 원 데이터(raw data : ti, OESji, Massji)가 입력되면, 단계 S152에서 공정 챔버(102)와 분광 분석기(108) 및 질량 분석기(110)에서 유발되는 노이즈(noise)를 제 거하기 위하여 데이터 필터링(filtering)을 한다. 이는 아래의 수학식 2를 이용하여 분광 및 질량 분석기(108, 110)와 공정 설비(102)에서 유발되는 노이즈를 평균 거동(moving average)를 이용하여 데이터를 필터링한다. 따라서 평균 거동을 구함으로써 데이터의 변동을 완화시킨다.
그리고 단계 S154에서 필터링된 데이터로부터 수학식 1을 이용하여 카운트 값(count value : Xji)를 생성한다.
단계 S156에서 기울기의 변동이 일치하는지를 판별한다. 기울기가 일치하면 이 수순은 단계 S158로 진행하여 카운트 값(Xji)의 최대값을 산출하고 일치하지 않으면 이 수순은 상기 단계 S150으로 진행한다.
이어서 단계 S160에서 카운트 값이 최대값일 때의 파장을 선정한다.
즉, 카운트 값(Xji)은 두 분광 및 질량 분석기(108, 110)의 출력 데이터 파라메터(Output Parameter)의 기울기 변동이 일치하는 경우, 즉 기울기의 곱이 양수인 경우 카운트 값(Xji)을 증가시키는 것을 의미한다. 즉, 카운트 값이 가장 큰 파장이 기울기 변동 일치도가 높은 파장이다. 여기서 출력 데이터 파라메터는 분광 분석기의 파장별 세기(intensity), 질량 분석기의 카운트 값 등이 포함된다.
Figure 112004053428213-PAT00001
Figure 112004053428213-PAT00002
여기서, 기울기는 일반적인 개념으로 Y의 증가량 / X의 증가량을 나타내며, i는 시간 인덱스(time index) 즉, 순차적인 데이터 중에 몇 번째인지 알려주는 인덱스이고, j는 화학종의 종류를 구분하는 인덱스이다. 따라서 OESj,i는 분광 분석기(108)의 데이터 중 j라는 화학종의 i번째 데이터를 의미한다.
또한, 식 1의 (1)은 X=1(증가)이면, 두 기울기의 곱이 0보다 크거나 같다를 나타내고, 그리고 식 1의 (2)는 기울기가 0이라는 의미는 값의 변화가 없음을 의미한다. 카운트 값(count value : X)은 두 분석기에서 나오는 데이터의 기울기가 일치한 회수를 의미하는 값이다.
그리고 함수 F는 카운트 값을 평균하여 노이즈를 줄이는 것으로, F_OES는 분 광 분석기(108)에서 출력되는 원 데이터(raw data)를 필터링한 값, 즉 OES의 출력값을 평균한 값을 의미한다.
따라서 본 발명의 컴퓨터 시스템(120)은 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버(102)로부터 분광 분석기(108)를 이용하여 플라즈마 특성 분석 시, 특정 화학종의 거동을 대변할 수 있는 파장을 정확하게 선정(Peak Assignment)하며, 이를 위한 소요 시간을 단축하기 위하여 분광 분석기(108)와 함께 평가되는 질량 분석기(110)를 이용하여 분석 대상 화학종의 거동을 대별할 수 있는 주요 파장을 확인한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 플라즈마 공정에서의 분광 분석기와 질량 분석기를 이용하여 방출되는 빛의 평가시, 파장 선정 모듈 및 알고리즘을 통하여 정확하고 신속하게 적정 파장을 선정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 플라즈마 공정에서의 파장을 선정하는 시스템에 있어서:
    상기 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버로부터 상기 플라즈마 공정 시 방출되는 빛의 파장으로부터 플라즈마 내의 화학종의 성분을 분석, 확인하는 분광 분석기와;
    상기 공정 챔버로부터 상기 플라즈마 공정 시 챔버 내의 가스에 포함되는 물질들의 질량을 분석하여 성분을 확인하는 질량 분석기 및;
    상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기로부터 측정된 데이터를 받아서, 기울기 변동의 일치도가 높은 파장을 선정하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리부는;
    상기 질량 분석기로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 변환부 및;
    상기 분광 분석기 및 상기 변환부로부터 출력된 데이터를 받아서, 상기 분광 분석기로부터 측정된 값과, 상기 질량 분석기로부터 측정된 값이 동일한 움직임을 보이는 파장을 선정하는 파장 선정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선정 시스템.
  3. 플라즈마 공정을 처리하는 공정 챔버로부터 분광 분석기와 질량 분석기를 이용하여 상기 플라즈마 공정에서의 파장을 선정하는 시스템의 파장 선정 방법에 있어서:
    상기 공정 챔버로부터 상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기를 통하여 데이터를 받아들이는 단계와;
    상기 공정 챔버와 상기 분광 분석기 및 상기 질량 분석기에서 유발되는 노이즈를 제거하기 위하여 데이터 필터링하는 단계와;
    상기 필터링된 데이터로부터 기울기가 일치하는 회수의 값를 생성하는 단계와;
    상기 생성된 값을 이용하여, 상기 분광 분석기로부터 측정된 값과, 상기 질량 분석기로부터 측정된 값이 동일한 기울기의 변동이 일치하는지를 판별하는 단계 및;
    상기 기울기의 변동이 일치하면 상기 일치되는 상기 생성된 값의 최대값을 산출하는 단계 및;
    상기 최대값의 파장을 선정하는 단계를 포함하는 파장 선정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터링하는 단계는;
    상기 노이즈를 평균 거동(moving average)를 이용하여 데이터의 변동을 완화 시키는 것을 특징으로 하는 파장 선정 방법.
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