KR20100025294A - 공정 모니터링 장치와 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정 모니터링 장치 및 공정 모니터링 방법을 제공한다. 이 장치는 플라즈마와 접촉하는 탐침 전극을 포함하는 탐침 구조체, 및 탐침 구조체에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 구동 처리부를 포함한다.
Figure P1020080084002
공정 모니터링, 랑뮈어 프르브, 펄스 동작

Description

공정 모니터링 장치와 그 방법{PROCESS MONITORING APPARATUS AND THE METHOD OF THE SAME}
본 발명은 공정 모니터링 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 플라즈마의 공정 모니터링 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 플라즈마의 전자온도, 전자밀도를 측정하기 위하여 랑뮈어 프르브(Langmuir probe)를 사용하였다. 상기 랑뮈어 프르브는 텅스텐과 같이 고온에서 견디는 금속에 DC 전압을 인가하여 직류 전압-전류 특성을 분석하여 전자온도와 플라즈마 밀도를 구할 수 있다. 금속을 이용하는 랑뮈어 프르브는 시간이 지남에 따라 상기 금속이 식각되거나 상기 금속 상에 오염물이 증착되어 잘못된 플라즈마 정보를 주거나 또는 상기 플라즈마에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 교류 주파수를 펄스형으로 제공하여 플라즈마 파라미터를 추출하는 공정 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 기술적 과제는 공정에서 교류 주파수를 펄스형으로 제공하여 플라즈마 파라미터를 추출하는 공정 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 장치는 플라즈마와 접촉하는 탐침 전극을 포함하는 탐침 구조체, 및 상기 탐침 구조체에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 구동 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동처리부는 상기 탐침전극에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하는 구동부, 상기 탐침 구조체와 상기 구동부 사이에 배치된 블로킹 축전기, 상기 탐침 구조체와 상기 블로킹 축전기 사이에 배치되어 탐침 구조체에 인가되는 전압을 측정하는 전압 감지부, 및 상기 블로킹 축전기와 상기 구동부 사이에 배치되어 상기 블로킹 축전기를 통하여 흐르는 탐침 전류를 측정하는 전류 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전류 감지부의 탐침 전류를 처리하여 고조파 성분을 추출하는 주파수 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 데이터 처리부를 더 포함하되, 상기 데이터 처리부는 상기 구동부의 교류 전압이 인가된 경우와 교류 전압이 인가되지 않은 경우의 플로팅 포텐셜의 차이를 전자온도를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 전자온도와 상기 주파수 처리부의 고조파 성분을 이용하여 이온포화전류 또는 전자밀도를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마를 감금하는 챔버, 및 상기 챔버의 내부에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터를 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탐침 구조체는 상기 챔버의 측면과 같은 면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탐침 구조체는 상기 서셉터에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 입출력 장치를 더 포함하되, 상기 입출력 장치는 상기 구동 처리부에 데이터를 제공하거나 상기 구동 처리부의 데이터를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 호스트를 더 포함하되, 상기 호스트는 상기 구동 처리부의 데이터를 처리하여 상기 플라즈마를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 방법은 탐침 구조체를 플라즈마와 접촉하도록 챔버 내부에 제공하는 단계, 상기 챔버 내부에 상기 플라즈마를 생 성하는 단계, 및 상기 탐침 구조체에 블로킹 축전기를 통하여 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공정 모니터링 파라미터를 이용하여 플라즈마를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계는 상기 교류 전압의 인가 및 제거에 따른 상기 탐침 구조체와 상기 블로킹 축전 사이의 플로팅 전위의 차이를 추출하는 단계, 상기 플로팅 전위의 차이를 이용하여 전자온도를 추출하는 단계, 상기 블로킹 축전기를 통하여 흐르는 탐침 전류의 고조파 성분을 추출하는 단계, 이온 포화 전류를 계산하는 단계, 및 전자 밀도를 계산하는 단계를 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공정 모미터링 장치는 플라즈마에 영향을 주지 않고, 실시간으로 플라즈마 파라미터를 추출할 수 있다. 상기 플라즈마 파라미터를 이용하여 공정 모니터링이 가능하다.
플라즈마를 이용하는 반도체 제조 공정, LCD(liquid crystal dispaly) 제조 공정, 태양전지 제조 공정, 자체 발광형 유기물질(OLED) 제조 공정, 물질 표면처리 등에서 공정 파라미터를 모니터링할 필요가 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예에는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 전극, 막, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 막, 층이 다른 막 또는 전극 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 전극 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.명세서에서 주파수(frequency) 와 진동수(frequency)는 혼용될 수 있다. 또한, 각주파수(angular frequency)와 주파수(frequency)가 혼용될 수 있다. 다만, 각주파수는 주파수에 2 파이의 계수 차이가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동작원리를 설명한다. 탐침 구조체는 탐침 전극을 포함하고, 상기 탐침 전극은 직접 또는 간접적으로 플라즈마와 접촉할 수 있다. 상기 탐침 구조체는 전기적으로 플로팅(floating)되도록, 상기 탐침 전극과 상기 탐침 전극에 전압을 인가하는 구동부 사이에 블로킹 축전기가 배치될 수 있다.
상기 탐침 전극에 전압(Vb(t)=V+ V0 cosωt)이 인가될 수 있다. 상기 구동부와 상기 탐침 전극 사이에 블로킹 축전기를 배치하여, 상기 탐침 전극은 플로팅(floating)될 수 있다. 상기 탐침 구조체에 흐르는 탐침 전류(ip)는 전자 전 류(electron current) 및 이온 전류(ion current)를 포함할 수 있다. 상기 탐침 전류(ip)는 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00001
여기서, 이온포화전류(iis,ion saturation current)는 이온 밀도(ion density density)와 봄 속도(Bohm speed)에 비례할 수 있다. 상기 봄 속도는 전자 온도에 의존할 수 있다. 상기 플라즈마에서 전자 밀도와 이온 밀도는 같다고 취급하며, 통상적으로 플라즈마 밀도는 전자밀도를 말한다. 전자 포화 전류(ies,electron saturation current)는 전자 밀도(ne,electron density)와 전자의 평균속도에 비례할 수 있다. 상기 탐침 전극의 전위(Vb(t))는 시간에 따라 변할 수 있다. 상기 전자 온도(Te,electron temperature)는 전자의 운동 에너지 분포함수(electron energy distribution function)에 의하여 결정될 수 있다. VP는 플라즈마 전위(plasma potential)이고, Te는 전자온도이다. e는 전자의 단위 전하량일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탐침 전극에 인가되는 전압(Vb)이 시간(t)에 기본 각주파수(ω)의 코사인(COS) 함수이면, 상기 탐침 전극의 전압은 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00002
여기서 V는 플로팅 전위(floating potential) 또는 DC 바이어스 값( DC bias value)이고, ω는 기본 각주파수( 또는 각진동수, angular frequency)이고, V0는 상기 탐침 전극의 인가 교류 전압의 진폭(amplitude)이다. 시간에 따른 상기 탐침 구조체을 통하여 흐르는 탐침 전류(ip)는 주파수 공간에서 수정 베셀 함수(Modified Bessel Function, Ik)으로 표시될 수 있다. 즉, 다음과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00003
여기서 k은 정수이고, Ik은 제 k차 수정 베셀 함수(modified Bessel function)이다. 상기 탐침 전류는 수정 베셀 함수로 전개되었으나, 고조파(harmonics)를 포함하는 다른 방법으로 전개될 수 있다. 부유 조건(floating condition)에서, 상기 탐침 전극에 흐르는 DC 성분(ip , DC)은 다음과 같은 조건을 만족할 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00004
V는 플로딩 전위(floating potential, Vf)일 수 있다. 수학식 7을 다시 정리하면, 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00005
여기서, Vf는 상기 블로킹 축전기와 상기 탐침 전극 사이의 전압을 나타내고, Vo는 인가 교류 전압의 진폭을 나타낸다. Vo에 따라, Vf는 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00006
상기 플로팅 전위의 차이(ΔVf ) 는 테일러 전개(Tayler expansion)를 이용하여 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00007
만약, V0 < Te이면, 수학식 7은 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00008
수학식 8에 의하여, 인가 교류 전압의 진폭(V0)에 따른 플로팅 전위의 차이(ΔVf)를 측정하면, 전자온도(Te)를 구할 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 전자 온도는 상기 인가 교류 전압의 진폭(V0)괴 플로팅 전위의 차이(ΔVf)의 함수로 주어질 수 있다.
수학식 2 및 3을 이용하면, 상기 탐침 전류(ip)의 제 1차 기본 각주파수 성분(ip ,1ω)은 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00009
이온포화전류(iis,ion saturation current)는 이온 밀도(ion density density)와 봄 속도(Bohm speed)에 비례할 수 있다. 또한, 봄 속도(Bohm speed,uB)는 전자온도에 의존할 수 있다. 따라서, 상기 이온 포화 전류는 상기 탐침 전류(ip)의 제1 차 각주파수 성분(ip ,1ω)의 함수로 표시될 수 있다. 또한, 상기 제0 차 및 제1 수정 베셀 함수는 전자온도 및 인가 교류 전압의 진폭(V0) 함수이므로 구할 수 있다. 예를 들어, 이온 밀도(ni)는 다음과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112008061190885-PAT00010
여기서, A는 탐칙 전극의 면적이다. 상기 이온 밀도(ni)는 상기 탐침 전류(ip)의 제1 차 각주파수 성분(ip ,1ω), 제 0 차 수정 베셀 함수(I0), 및 제1 차 수정 베셀 함수(I1)를 이용하여 구하였지만, 이에 한하지 않고, 상기 이온 밀도(ni)는 제 2 차 이상의 푸리어 계수를 이용하여 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 공정 모니터링 장치는 플라즈마와 접촉하는 탐침 전극을 포함하는 탐침 구조체(100), 및 상기 탐침 구조체(100)에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 구동 처리부(200)를 포함한다.
상기 구동 처리부(200)는 블로킹 축전기(202) 및 구동부(210)를 포함할 수 있다. 상기 블로킹 축전기(210)는 상기 탐침 구조체(100)와 상기 구동부(210) 사이에 배치될 수 있다. 상기 블로킹 축전기(210)은 상기 탐침 전극을 플로팅시킬 수 있다. 상기 구동부(210)는 상기 탐침 구조체(100)에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가할 수 있다. 상기 구동부(210)는 제1 주기(T1) 동안 기본 주파수를 가진 교류 전압을 발생할 수 있고, 상기 구동부(210)는 제2 주기(T2) 동안 교류 전압을 발생하지 않을 수 있다. 상기 구동부(210)의 펄스의 총 주기(T)는 제1 주기(T1) 및 제2 주기(T2)의 합일 수 있다. 상기 구동부(210)의 기본 주파수는 수 백 Hz 내지 수백 KHz 범위일 수 있다. 상기 구동부(210)는 기본 주파수를 가진 교류 전압을 출력신호로 출력할 수 있다.
전압 감지부(230)는 상기 탐침 구조체(100)와 상기 블로킹 축전기(202) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전압 감지부(230)는 상기 탐침 구조체(100)에 인가되는 전압을 측정할 수 있다. 상기 전압 감지부(230)는 전압 측정용 저항을 포함할 수 있다. 상기 전압 측정용 저항은 수백 킬로 오옴 이상일 수 있다. 상기 전압 감지부(230)은 상기 탐침 전극의 전압을 입력받아 출력신호를 출력할 수 있다.
전류 감지부(220)는 상기 블로킹 축전기(202)와 상기 구동부(210) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전류 감지부(220)는 상기 블로킹 축전기(202) 또는 탐침 구조체(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 상기 전류 감지부(220)는 전류 측정용 저항 또는 전류 측정용 코일을 포함할 수 있다. 상기 전류 감지부(220)는 상기 탐침 구조체(100)를 통하여 흐르는 상기 탐침 전류를 시간에 따라 측정할 수 있다. 상기 전류 감지부(220)는 상기 탐침 전류를 입력받아 출력신호를 출력할 수 있다.
상기 주파수 처리부(240)는 상기 탐침 전류의 고조파 성분을 추출하는 수단일 수 있다. 다만, 상기 탐침 전류는 인가 전압과 다른 파형을 가질 수 있다. 따라서, 상기 탐침 전류는 각각의 기본 주파수에 대하여 푸리어 시리즈로 전개될 수 있다. 푸리어 시리즈 계수는 푸리어 변환기를 통하여 추출할 수 있다. 상기 푸리어 변환기는 디지털 신호를 입력받아 이를 FFT(fast fourier transformation)하여 출력할 수 있다. 상기 푸리어 변환기는 칩의 형태일 수 있다. 상기 주파수 처리부(240)는 상기 푸리어 변환기, 필터, 및 록인 감지기(lock-in detector ) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
데이터 처리부(250)는 상기 전압 감지부(230)의 출력신호, 및 상기 주파수 처리부(240)의 출력신호, 및 상기 구동부(210)의 출력 신호를 입력받을 수 있다. 상기 데이터 처리부(250)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 데이터 처리부(250)는 디지털 신호를 처리할 수 있다. 상기 데이터 처리부(250)는 상기 구동부(210)의 교류 전압이 상기 탐침 구조체(100)에 인가된 경우와 교류 전압이 인가되지 않은 경우의 플로팅 포텐셜의 차이(ΔVf)를 이용하여 전자온도를 추출할 수 있다. 상기 데이터 처리부(250)는 상기 전자온도와 상기 주파수 처리부(240)의 고조파 성분을 이용하여 이온포화전류 또는 전자밀도를 추출할 수 있다. 상기 전자온도와 상기 이온 포화전류를 추출하는 동작원리에 서술하였으므로 생략한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 공정 모니터링 장치는 입출력 장치(502), 호스트(500), 및 플라즈마(300)를 감금하는 챔버(10)를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(502)는 상기 구동 처리부(200)에 데이터를 제공하거나 상기 구동 처리부(200)의 출력을 표시할 수 있다. 상기 호스트(500)는 상기 구동 처리부(200)의 데이터를 처리하여 상기 플라즈마를 제어할 수 있다. 상기 호스트(200)는 상기 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생 장치, 상기 챔버(10)에 유입되는 가스 유량, 및 상기 챔버(10)의 압력 등의 외부 변부를 조절할 수 있다. 상기 챔버(10)는 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버 및 공정이 진행되는 공정 챔버를 포함할 수 있다. 상기 챔버(10)는 용도에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 상기 챔버(10)는 식각 장치용 챔버, 증착 장치용 챔버, 이온 주입 장치용 챔버 등을 포함할 수 있다. 상기 챔버(10)는 상술한 용도에 한하지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 공정 모니터링 장치는 플라즈마(300)를 감금하는 챔버(10), 상기 플라즈마(300)와 접촉하는 탐침 전극(130)을 포함하는 탐침 구조체(100), 및 상기 탐침 구조체(100)에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 구동 처리부(200)를 포함할 수 있다. 상기 공정 모니터링 장치는 상기 챔버(10)의 내부에 배치되어 기판(14)을 지지하는 서셉터(16)를 포함할 수 있다. 상기 챔버(10)는 챔버 상판(12) 및 챔버 몸체(14)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(10)는 식각 공정, 증착 공정, 이온 주입 공정, 표면처리 공정 중에서 적어도 하나의 공정을 진행할 수 있다. 상기 챔버(10)는 가스 공급 라인 및 배기라인(16)을 포함할 수 있다. 상기 배기라인(16)은 진공 펌프에 연결될 수 있다. 상기 챔버(10)의 압력은 대기압 미만일 수 있으나, 이에 한하지 않고 대기압 이상일 수 있다. 상기 챔버(10)의 일면에 상기 탐침 구조체(100)가 배치될 수 있다. 상기 탐침 구조체(100)의 표면은 상기 챔버(100)의 내면과 같은 평면을 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 탐침 구조체(100)에 의한 플라즈마의 변형은 최소화될 수 있다. 유도 결합 플라즈마의 경우, 상기 챔버 상판(12)은 유전체일 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치는 상기 챔버 상판(120) 상에 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치(400)는 유도 결합 플라즈마 장치, 축전 결합 플라즈마 발생 장치, AC 플라즈마 발생 발생 장치, DC 플라자마 발생 장치, 초고주파 플라즈마 발생 장치 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치(400)는 연속 모드 또는 펄스 모드 중에서 적어도 하나를 포함하도록 동작할 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치(400)는 상기 챔버(10)의 외부 및/또는 내부에 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치(100)의 형태에 따라 상기 챔버(10)의 형태는 변형될 수 있다.
상기 세셉터(16)는 기판(14)을 지지하는 수단일 수 있다. 상기 서셉터는 DC 전압, RF 전원이 인가될 수 있다. 상기 DC 전압은 펄스 형태일 수 있다. 상기 RF 전원은 펄스 형태일 수 있다. 상기 서셉터(16)는 상기 기판(14)을 가열하는 가열 수단, 상기 기판(14)을 냉각시키는 냉각 수단을 포함할 수 있다. 상기 서셉터(16)에 상기 탐침 구조체(100)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 탐침 구조체(100)는 상기 기판(14) 주위에 입사하는 플라즈마 특성을 모니터링 할 수 있다.
상기 탐침 구조체(100)는 탐침 전극(110), 가드링(130), 및 탐침 지지대(180)를 포함할 수 있다. 상기 탐침 지지대(180)는 상기 챔버 몸체(14)를 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 탐침 전극(110)은 상기 구동처리부(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 탐침 구조체(100)는 상기 서셉내(16)에 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 구조체를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 탐침 구조체는 탐침 전극(110), 가드링(130) 및 탐침 지지대(180)를 포함할 수 있다. 상기 탐침 전극(110)은 디스크형, 구형, 반구형, 원기둥 형의 형태 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 탐침 전극(110)은 금속, 금속화합물, 반도체, 도핑된 반도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 탐침 지지대(180)는 상기 탐침 전극(110)에 교류 전압을 인가하도록 도선을 포함할 수 있다. 상기 도선의 주위에 절연체가 배치될 수 있다. 상기 가드링(130)은 상기 탐침 전극(110)과 플라즈마와 접촉하는 면적을 한정할 수 있다. 상기 가드링(130)은 절연체일 수 있다. 상기 탐침 지지대(180)는 상기 탐침 전극(110) 및 상 기 가드링(130)을 지지하는 수단일 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 방법을 설명하는 흐름도들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 공정 모니터링 방법은 탐침 구조체를 플라즈마와 접촉하도록 챔버 내부에 제공하는 단계(S200), 상기 챔버 내부에 상기 플라즈마를 생성하는 단계(S300), 및 상기 탐침 구조체에 블로킹 축전기를 통하여 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계(S400)를 포함한다. 상기 공정 모니터링 방법은 상기 공정 모니터링 파라미터를 이용하여 플라즈마를 제어하는 단계(500)를 포함할 수 있다.
상기 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계(400)는 상기 교류 전압의 인가 및 제거에 따른 상기 탐침 구조체와 상기 블로킹 축전 사이의 플로팅 전위의 차이(ΔVf)를 추출하는 단계(410)를 포함할 수 있다. 상기 교류 전압의 주파수는 수백 Hz 내지 수 백 KHz 범위일 수 있다. 상기 펄스의 주파수는 수 십 Hz 내지 수십 KHz일 수 있다. 상기 플로팅 전위의 차이(ΔVf)는 수학식 6을 통하여 구해질 수 있다. 상기 플로팅 전위의 차이(ΔVf)를 이용하여 전자온도(Te)가 추출될 수 있다(S420). 상기 블로킹 축전기를 통하여 흐르는 탐침 전류의 고조파 성분은 추출될 수 있다(S430). 상기 탐침 전류의 고조파 성분은 푸리어 변환기, 필터, 및 록인 감지기 중에서 하나를 이용하여 추출될 수 있다. 수학식 9에 따른 상기 탐침 전류의 고조파 성분을 이용하여 이온 포화 전류가 계산될 수 있다(S440). 또한, 수정 베셀 함수(Ik)는 상기 전자온도(Te) 및 상기 교류 전압의 크기(V0)에 의하여 결정될 수 있다. 전자 밀도(ne) 또는 이온 밀도(ni)는 수학식 10을 이용하여 구할 수 있다(S450). 상기 전자 밀도(ne)와 상기 전자온도(Te)를 이용하여, 상기 플라즈마를 제어할 수 있다(S500).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자온도(Te)와 종래 기술에 의한 전자온도를 비교하는 도면들이다. 도 8을 참조하면, 본 발명 및 종래 기술에 의한 방법은 거의 같은 전자온도를 나타내고 있다. 압력이 증가함에 따라, 전자 온도는 감소하는 경향을 보였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 밀도(ni)와 종래 기술에 의한 이온 밀도(ni)를 비교하는 도면들이다. 도 9을 참조하면, 본 발명 및 종래 기술에 의한 방법은 거의 같은 이온 밀도를 나타내고 있다. 압력이 증가함에 따라, 이온 온도는 증가하는 경향을 보였다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 장치를 설명하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 구조체를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 공정 모니터링 방법을 설명하는 흐름도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자온도(Te)와 종래 기술에 의한 전자온도를 비교하는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 밀도(ni)와 종래 기술에 의한 이온 밀도(ni)를 비교하는 도면들이다.

Claims (13)

  1. 플라즈마와 접촉하는 탐침 전극을 포함하는 탐침 구조체; 및
    상기 탐침 구조체에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 구동 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동처리부는
    상기 탐침전극에 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하는 구동부;
    상기 탐침 구조체와 상기 구동부 사이에 배치된 블로킹 축전기;
    상기 탐침 구조체와 상기 블로킹 축전기 사이에 배치되어 탐침 구조체에 인가되는 전압을 측정하는 전압 감지부; 및
    상기 블로킹 축전기와 상기 구동부 사이에 배치되어 상기 블로킹 축전기를 통하여 흐르는 탐침 전류를 측정하는 전류 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 감지부의 탐침 전류를 처리하여 고조파 성분을 추출하는 주파수 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    데이터 처리부를 더 포함하되,
    상기 데이터 처리부는 상기 구동부의 교류 전압이 인가된 경우와 교류 전압이 인가되지 않은 경우의 플로팅 포텐셜의 차이를 전자온도를 추출하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 상기 전자온도와 상기 주파수 처리부의 고조파 성분을 이용하여 이온포화전류 또는 전자밀도를 추출하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 감금하는 챔버;및
    상기 챔버의 내부에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탐침 구조체는 상기 챔버의 측면과 같은 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 탐침 구조체는 상기 서셉터에 배치되는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    입출력 장치를 더 포함하되,
    상기 입출력 장치는 상기 구동 처리부에 데이터를 제공하거나 상기 구동 처리부의 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    호스트를 더 포함하되,
    상기 호스트는 상기 구동 처리부의 데이터를 처리하여 상기 플라즈마를 제어하는 것을 특징으로 공정 모니터링 장치.
  11. 탐침 구조체를 플라즈마와 접촉하도록 챔버 내부에 제공하는 단계;
    상기 챔버 내부에 상기 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 탐침 구조체에 블로킹 축전기를 통하여 기본 주파수를 가진 교류 전압을 펄스 형태로 인가하여 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계를 포함하는 공 정 모니터링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 모니터링 파라미터를 이용하여 플라즈마를 제어하는 단계를 더 포함하는 공정 모니터링 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 모니터링 파라미터를 추출하는 단계는
    상기 교류 전압의 인가 및 제거에 따른 상기 탐침 구조체와 상기 블로킹 축전 사이의 플로팅 전위의 차이를 추출하는 단계;
    상기 플로팅 전위의 차이를 이용하여 전자온도를 추출하는 단계;
    상기 블로킹 축전기를 통하여 흐르는 탐침 전류의 고조파 성분을 추출하는 단계;
    이온 포화 전류를 계산하는 단계; 및
    전자 밀도를 계산하는 단계를 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 방법.
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