KR20120127350A - 플라즈마 모니터링 시스템 - Google Patents

플라즈마 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20120127350A
KR20120127350A KR1020120095061A KR20120095061A KR20120127350A KR 20120127350 A KR20120127350 A KR 20120127350A KR 1020120095061 A KR1020120095061 A KR 1020120095061A KR 20120095061 A KR20120095061 A KR 20120095061A KR 20120127350 A KR20120127350 A KR 20120127350A
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KR1020120095061A
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이순종
우봉주
정재훈
김학권
강지호
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(주)쎄미시스코
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32944—Arc detection

Abstract

식각 공정 등의 종료점과 챔버 내에서 발생하는 아크를 검출하는 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 챔버에 결합된 적어도 하나의 집광부, 아크 감지 센서 및 상기 집광부와 상기 아크 감지 센서를 연결하는 광섬유를 포함한다. 여기서, 상기 집광부는 상기 챔버 내에서 발생하는 아크에 따른 아크 광을 집광시키고, 상기 집광된 광은 상기 광섬유를 통하여 상기 아크 감지 센서로 제공되며, 상기 아크 감지 센서는 상기 제공된 광을 감지하여 전기 신호로 출력한다.

Description

플라즈마 모니터링 시스템{SYSTEM FOR MONITORING PLASMA}
본 발명은 플라즈마 모니터링 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 식각 공정 등의 종료점과 챔버 내에서 발생하는 아크를 검출하는 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 등에서는 챔버 내부를 플라즈마 분위기로 형성한 후 식각 공정, 증착 공정 등 다양한 공정을 수행한다.
챔버 내에서 공정이 수행되는 동안 상기 챔버 내의 조건이 수행 공정에 따라 달라질 수 있으며, 이 과정에서 조건 변화로 인하여 아크가 발생될 수 있다. 이러한 아크는 상기 챔버 내에서 제조되는 제품, 예를 들어 웨이퍼 또는 상기 챔버의 부품에 손상을 야기할 수 있다.
따라서, 상기 챔버 내에서 발생하는 아크를 신속하면서도 정확하게 검출할 수 있는 시스템이 요구되나, 현재 챔버 내에서 발생한 아크를 검출할 수 있는 방법이 없다.
본 발명은 챔버 내에서 발생하는 아크를 신속하면서도 정확하게 검출할 수 있는 플라즈마 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템은 챔버에 결합된 적어도 하나의 집광부; 아크 감지 센서; 및 상기 집광부와 상기 아크 감지 센서를 연결하는 광섬유를 포함한다. 여기서, 상기 집광부는 상기 챔버 내에서 발생하는 아크에 따른 아크 광을 집광시키고, 상기 집광된 광은 상기 광섬유를 통하여 상기 아크 감지 센서로 제공되며, 상기 아크 감지 센서는 상기 제공된 광을 감지하여 전기 신호로 출력한다.
본 발명에 따른 플라즈마 모니터링 시스템은 분광기, 아크 감지 센서 및 검출/제어 모듈을 이용하여 식각 공정 등의 종료점 및 챔버 내에서 발생하는 아크를 신속하게 검출할 수 있다.
또한, 챔버의 뷰포트에 아크 감지 센서와 연결되는 광섬유를 결합시키므로, 챔버에 특별한 변형을 가하지 않고도 아크 감지 센서를 챔버와 연결시킬 수 있다.
게다가, 플라즈마 모니터링 시스템은 식각 공정 등의 종료점 검출뿐만 아니라 아크를 검출할 수 있으므로, 플라즈마 공정의 공정 상태 및 이상 유무 등을 정확하게 검출할 수 있다.
더욱이, 플라즈마 모니터링 시스템은 가시광선, 자외선, 적외선을 선택하여 감지할 수 있으므로, 환경에 따라 다양한 방법으로 아크를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출/제어 모듈을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 뷰포트 연결 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
본 실시예의 플라즈마 모니터링 시스템은 식각 챔버, CVD 챔버 등과 같은 다양한 챔버(100)에서 플라즈마 공정의 공정 상태 및 이상 유무를 판단하기 위하여 종료점(End Point) 및 아크(Arc)를 검출하는 시스템이다. 이하, 상기 플라즈마 모니터링 시스템이 종료점 및 아크를 검출하므로, 종료점/아크 검출 시스템으로 언급하겠다.
플라즈마는 플라즈마 공급 통로(102)를 통하여 챔버(100) 내로 주입되고, 예를 들어 웨이퍼(106)가 홀더(104) 위에 놓인 상태로 상기 플라즈마를 이용하여 식각 공정, 증착 공정 등이 이루어진다.
이러한 공정이 수행되는 동안 수행되는 공정에 따라 챔버(100)의 조건은 달라질 수 있으며, 이러한 조건 변화는 챔버(100) 내에 아크를 야기시킬 수 있다. 물론, 아크는 다른 원인에 의해서도 발생될 수 있다. 챔버(100) 내에서 발생한 아크는 제조되는 제품(웨이퍼 등) 또는 챔버 부품에 손상을 야기할 수 있으며, 따라서 이러한 아크를 신속하면서도 정확하게 검출하는 것이 중요하다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 광섬유들(122 및 124), 분광기(Optical Emission Spectroscopy, 108, OES), 아크 감지 센서(110) 및 검출/제어 모듈(112)을 포함한다.
분광기(108)는 종료점 검출을 위해 식각 공정 등의 진행에 따른 플라즈마의 상태를 확인하기 위하여 사용되며, 챔버(100)의 뷰포트(View Port, 120)에 제 1 광섬유(122)를 통하여 연결된다. 여기서, 뷰포트(120)는 챔버(100)의 측면벽에 마련된 개구가 빛의 투과성이 우수한 두 개의 투명한 내열내압유리창에 의해 밀폐되는 형상으로 마련될 수 있으나, 이로 한정되지는 않는다.
챔버(100) 내에서 예를 들어 식각 공정이 진행하면 식각 재질은 상기 플라즈마와 반응하며, 상기 반응 과정에서 광이 방출된다. 여기서, 상기 방출되는 광은 반응 후의 부산물(By-product)에 따라 다양한 파장을 가질 수 있으며, 분광기(108)는 예를 들어 다중광학계(Charge Coupled Device, CCD)를 이용하여 상기 방출된 광의 스펙트럼을 분석하고, 분석 결과를 OES 데이터로서 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분광기(108)는 플라즈마 공정 동안 계속적으로 동작하지는 않으며, 예를 들어 1㎳ 단위로 100㎲만 광을 분석할 수 있다. 나머지 900㎲는 검출/제어 모듈(112)에서 종료점 검출을 위한 신호 처리로 사용될 수 있다.
아크 감지 센서(110)는 제 2 광섬유(124)를 통하여 뷰포트(120)와 연결되며, 아크로 인한 아크 광을 감지한다. 구체적으로는, 챔버(100) 내에서 다양한 원인에 의해 아크가 발생하면 아크 광이 제 2 광섬유(124)를 통하여 아크 감지 센서(110)로 입력되고, 아크 감지 센서(110)는 감지 결과를 전기 신호로 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아크 감지 센서(110)는 포토 다이오드(Photo Diode), RGB 센서 등일 수 있으며, 실시간으로 동작한다.
아크로 인한 아크 광은 자외선, 가시광선, 적외선을 모두 포함하나, 주로 210㎚ 내지 230㎚의 파장 대역 또는 320㎚ 내지 330㎚의 파장 대역의 강도가 높다. 따라서, 210㎚ 내지 230㎚의 파장 대역 또는 320㎚ 내지 330㎚의 파장 대역의 광을 감지하여 분석하는 데 활용하는 것이 효율적이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자외선 통과 필터를 챔버(100)와 결합시켜 설치하고, 상기 자외선 통과 필터를 통과한 광이 아크 감지 센서(110)로 제공될 수도 있다. 구체적으로는, 아크로 인한 아크 광이 상기 자외선 통과 필터를 통과하면, 예를 들어 210㎚ 내지 230㎚의 파장 대역 또는 320㎚ 내지 330㎚의 파장 대역의 자외선만이 필터링될 수 있다. 이어서, 상기 자외선 통과 필터를 통과한 자외선이 광섬유(124)를 통하여 아크 감지 센서(110)로 전달될 수 있다. 아크 감지 센서(110)는 전달된 자외선을 감지하여 전기 신호로서 출력한다.
분광기(108)와 아크 감지 센서(110)는 검출/제어 모듈(112)과 예를 들어 각기 신호 케이블을 통하여 연결될 수 있다.
검출/제어 모듈(112)은 분광기(108)로부터 제공된 OES 데이터를 분석하여 종료점을 검출하고, 아크 감지 센서(110)로부터 출력된 전기 신호를 분석하여 아크 발생 여부, 아크 세기 등을 검출한다.
종료점 검출 과정을 살펴보면, OES 데이터는 예를 들어 식각 종료가 일어나지 전의 파장 상태와 식각이 종료된 후의 파장 상태로 구분되며, 식각 종료 지점에서 파장의 변화가 발생한다. 따라서, 검출/제어 모듈(112)은 파장이 변화되는 지점을 감지하여 식각 공정 등의 종료점을 검출한다. 여기서, 검출/제어 모듈(112)은 은닉 마코브 모델(Hidden Markov Model) 등과 같은 다양한 모델을 적용하여 상기 종료점을 검출할 수 있다.
아크 검출 과정을 살펴보면, 예를 들어 포토 다이오드를 아크 감지 센서(110)로 사용하면 아크 광의 세기에 따라 아크 감지 센서(110)로부터 출력되는 전기 신호의 세기가 달라진다. 따라서, 검출/제어 모듈(112)은 아크 감지 센서(110)로부터 전송된 전기 신호의 세기가 기준값 이상이면 아크 발생으로 판단하고, 아크 세기를 측정할 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 하나의 검출/제어 모듈(112)에서 종료점 및 아크를 검출하며, 종료점 검출을 위한 분광기(108)와 아크 검출을 위한 아크 감지 센서(110)를 독립적으로 챔버(100)에 연결시킨다. 특히, 분광기(108)와 아크 감지 센서(110)는 광섬유들(122 및 124)을 통하여 챔버(100)의 뷰포트(120)로 연결된다. 실제적으로는, 뷰포트(120) 중 하나에는 분광기(108)와의 연결을 위한 광섬유(122)를 체결시키고, 다른 하나에는 아크 감지 센서(110)와의 연결을 위한 광섬유(124)를 체결시킬 수 있다.
위에서는 하나의 검출/제어 모듈(112)이 종료점 및 아크를 동시에 검출하였으나, 종료점 및 아크를 검출하는 검출/제어 모듈이 각기 존재할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 분광기(202), 아크 감지 센서(204), 검출/제어 모듈(206), 집광부(210) 및 광섬유들(220 및 222)을 포함한다.
분광기(202)는 챔버(200)의 뷰포트(208)와 결합하고, 광 감지에 따른 OES 데이터를 검출/제어 모듈(206)로 제공한다.
집광부(210)는 챔버(200)의 외측면에 설치되고, 챔버(200) 내에서 발생하는 광, 특히 아크 광을 집광시키는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 집광부(210)는 집광 렌즈일 수 있다.
아크 감지 센서(204)는 광섬유(222)를 통하여 집광부(210)에 연결되며, 집광부(210)에 의해 집광된 광을 감지하여 전기 신호를 검출/제어 모듈(206)로 출력시킨다.
검출/제어 모듈(206)은 분광기(202)로부터 제공된 OES 데이터를 분석하여 종료점을 검출하고, 아크 감지 센서(204)로부터 제공된 전기 신호를 분석하여 아크를 검출한다.
정리하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 집광부(210)를 이용하여 광을 집광시킨 후 아크를 감지할 수 있다.
위에서는 집광부(210)가 뷰포트(208)와 분리되어 설치되었으나, 집광부(210)가 뷰포트(208) 상에 설치될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 집광부(210)의 전단에 자외선 통과 필터가 설치되고, 상기 자외선 통과 필터를 통과한 자외선이 집광부(210)에 의해 집광될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 집광부(302), 분광기(304), 아크 감지 센서(306), 검출/제어 모듈(308) 및 광섬유(310)를 포함한다.
분광기(304)와 아크 감지 센서(306)는 하나의 광섬유(310)를 통하여 집광부(302)에 연결될 수 있다. 즉, 광섬유(310)의 일단은 집광부(302)에 연결되며, 타단은 분기되어 분광기(304)와 아크 감지 센서(306)에 연결될 수 있다.
분광기(304)와 아크 감지 센서(306)는 독립적으로 검출/제어 모듈(308)에 연결된다.
검출/제어 모듈(308)은 분광기(304)로부터 제공된 OES 데이터를 분석하여 종료점을 검출하고, 아크 감지 센서(306)로부터 제공된 전기 신호를 분석하여 아크를 검출한다.
정리하면, 분광기(304)와 아크 감지 센서(306)는 광섬유(310)를 통하여 전달된 광을 각기 감지한다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이다. 다만, 종료점 검출을 위한 분광기의 구조는 도시하지 않았다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 복수의 집광부들(402, 404, 406 및 408), 아크 감지 센서(410) 및 검출/제어 모듈(412)을 포함한다.
집광부들(402, 404, 406 및 408)은 챔버(400)의 다양한 위치들에 설치되고, 하나의 아크 감지 센서(410)에 연결된다. 결과적으로, 챔버(400) 내에서 아크 발생 위치가 어디든지 아크 광이 집광부들(402, 404, 406 및 408)을 통하여 아크 감지 센서(410)에 의해 정확히 감지될 수 있다.
검출/제어 모듈(412)은 분광기로부터 제공된 OES 데이터를 분석하여 종료점을 검출하고, 아크 감지 센서(410)로부터 제공된 전기 신호를 분석하여 아크를 검출한다.
정리하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 챔버(400)의 곳곳에 집광부들(402, 404, 406 및 408)을 설치하여 아크를 검출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 집광부들(402, 404, 406 및 408) 중 적어도 하나에 연결된 광섬유는 도 3에 도시된 바와 같이 분기된 형태로 구현될 수 있다. 즉, 특정 집광부와 연결된 광섬유 중 일부는 아크 감지 센서(410)로 연결되고 나머지는 분광기로 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출/제어 모듈을 도시한 블록도이다. 다만, 상기 검출/제어 모듈은 설명의 편의를 위하여 도 3의 종료점/아크 검출 시스템에 사용되는 모듈(308)로 가정하겠다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 검출/제어 모듈(308)은 분석부(510), 종료점 검출부(512), 증폭부(520), A/D 변환부(522) 및 아크 검출부(524)를 포함한다.
분석부(510)는 분광기(304)로부터 전송된 OES 데이터를 분석한다.
종료점 검출부(512)는 은닉 마코브 모델 등을 통하여 파장 변화를 감지하여 식각 공정 등의 종료점을 검출한다.
증폭부(520)는 아크 감지 센서(306)로부터 출력된 전기 신호를 증폭하는 역할을 수행한다.
A/D 변환부(522)는 증폭된 전기 신호를 디지털 값으로 변환한다.
아크 검출부(524)는 A/D 변환부(522)로부터 출력된 디지털 값을 분석하여 아크 발생 여부 및 세기 등을 검출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 종료점/아크 검출 시스템은 아크 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
아크 제어부(500)는 상태 진단부(530) 및 시스템 제어부(532)를 포함할 수 있다.
상태 진단부(530)는 아크 검출 결과를 통하여 챔버의 상태를 진단한다.
시스템 제어부(532)는 상태 진단부(530)의 진단 결과에 따라 시스템의 동작을 제어한다. 예를 들어, 챔버에서 수행되는 공정 상태가 정상적이지 않다고 진단되는 경우, 시스템 제어부(532)는 시스템 전원을 오프시키도록 제어할 수도 있다.
*도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 종료점/아크 검출 시스템을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 뷰포트 연결 구조를 도시한 도면이다. 다만, 종료점 검출을 위한 분광기의 구조는 도시하지 않았다.
도 6 및 도 7(A)를 참조하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 아크 감지 센서(602), 검출/제어 모듈(604) 및 가시광 변환부(612)를 포함한다.
챔버(600)에는 뷰포트(620)가 결합되어 있으며, 뷰포트(620)에는 홀 또는 요부(620)가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 뷰포트(620)의 홀 또는 요부(620)에 도 7(B)에 도시된 바와 같이 가시광 변환부(612)가 삽입된다. 도 7에 도시하지는 않았지만, 뷰포트(620)의 홀 또는 요부(620)의 주변 부근에 커넥터가 형성되고, 광섬유(606)가 상기 커넥터에 연결될 수 있다.
가시광 변환부(612)는 아크광 중 자외선 또는 적외선을 가시광선으로 변환시켜주는 역할을 수행한다. 즉, 가시광 변환부(612)로부터 가시광선이 출력된다.
가시광 변환부(612)로부터 출력된 가시광선은 아크 감지 센서(602)에 의해 감지되고, 검출/제어 모듈(604)은 아크 감지 센서(410)로부터 제공된 전기 신호를 분석하여 아크를 검출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가시광 변환부(612)가 아크광 중 자외선 또는 적외선을 가시광선으로 변환시키므로, 아크광의 가시광선은 가시광 변환부(612)를 투과하게 된다. 결과적으로, 자외선 또는 적외선이 변환된 가시광선과 투과된 가시광선이 광섬유(606)를 통하여 아크 감지 센서(602)로 전달된다. 물론, 가시광 변환부(612)는 아크광 중 가시광선은 투과되지 않도록 구현될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가시광 변환부(612)의 전단에 자외선 통과 필터가 배열될 수도 있다. 결과적으로, 상기 자외선 통과 필터에 의해 아크광 중 자외선만이 통과하고, 상기 통과한 자외선이 가시광 변환부(612)에 의해 가시광으로 변환되며, 그런 후 변환된 가시광선이 광섬유(606)를 통하여 아크 감지 센서(602)로 전달될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 집광기의 내측에 가시광 변환부가 설치되고, 집광기의 출력이 광섬유(606)에 연결될 수도 있다.
정리하면, 본 실시예의 종료점/아크 검출 시스템은 아크광 중 자외선 또는 적외선을 가시광선으로 변환한 후 아크를 검출한다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 챔버 102 : 플라즈마 공급 통로
104 : 홀더 106 : 웨이퍼
108 : 분광기 110 : 아크 감지 센서
112 : 검출/제어 모듈 120 : 뷰포트
122, 124 : 광섬유 200 : 챔버
202 : 분광기 204 : 아크 감지 센서
206 : 검출/제어 모듈 208 : 뷰포트
210 : 집광부 220, 222 : 광섬유
300 : 챔버 302 : 집광부
304 : 분광기 306 : 아크 감지 센서
308 : 검출/제어 모듈 400 : 챔버
402, 404, 406, 408 : 집광부 410 : 아크 감지 센서
412 : 검출/제어 모듈 500 : 아크 제어부
510 : 분석부 512 : 종료점 검출부
520 : 증폭부 522 : A/D 변환부
524 : 아크 검출부 530 : 상태 진단부
532 : 시스템 제어부 600 : 챔버
602 : 아크 감지 센서 604 : 검출/제어 모듈
610 : 뷰포트 612 : 가시광 변환부
620 : 홀 또는 홈

Claims (3)

  1. 챔버에 결합된 적어도 하나의 집광부;
    아크 감지 센서; 및
    상기 집광부와 상기 아크 감지 센서를 연결하는 광섬유를 포함하되,
    상기 집광부는 상기 챔버 내에서 발생하는 아크에 따른 아크 광을 집광시키고, 상기 집광된 광은 상기 광섬유를 통하여 상기 아크 감지 센서로 제공되며, 상기 아크 감지 센서는 상기 제공된 광을 감지하여 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 종료점/아크 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종료점/아크 검출 시스템은,
    상기 챔버의 뷰포트와 연결된 분광기;
    상기 아크 감지 센서 및 상기 분광기와 연결된 검출/제어 모듈을 더 포함하되,
    상기 검출/제어 모듈은 상기 분광기로부터 제공된 OES 데이터를 분석하여 종료점을 검출하고 상기 아크 감지 센서로부터 제공된 아크 감지 결과를 분석하여 상기 챔버 내에서 발생하는 아크를 검출하며, 상기 아크 감지 센서는 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 종료점/아크 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광섬유는 상기 집광부로부터 출력되어 상기 아크 감지 센서 및 상기 분광기로 분기되어 연결되는 것을 특징으로 하는 종료점/아크 검출 시스템.
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