KR20130069024A - 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법이 개시된다. 전하량 모니터링 방법은 플라스마 공정 처리를 수행하는 공정 챔버 내부에 기설정된 대역의 주파수를 가진하고, 상기 가진된 주파수가 상기 공정 챔버 내부에서 반사된 반사 주파수를 측정하여 제1데이터들을 얻는 단계; 상기 가진된 주파수 대역 중 공진 주파수에 해당하는 상기 제1데이터로부터 제2데이터를 얻는 단계; 및 상기 제2데이터로부터 기판에 축적된 전하의 상대적인 변화를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 제2데이터는 상기 공진 주파수에 해당하는 제1데이터 값의 1/2에 해당하는 주파수 대역에 대한 상기 공진 주파수의 비인 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법.

Description

기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법{METHOD TO ESTIMATE ELECTRIC CHARGE ACCUMULATED ON SURFACE OF SUBSTRATE}
본 발명은 기판상에 축적된 전하량을 모니터링 하는 방법에 관한 것이다.
에칭 및 레지스트 제거를 위해 이온주입, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 다른 플라즈마 관련 공정에서 반도체 웨이퍼가 대전입자에 노출된다. 이들 공정은 반도체 웨이퍼의 표면부근, 특히 반도체 웨이퍼의 절연막 내부에 전하를 축적한다. 세정공정에 있어서, 반도체 웨이퍼와 가스 또는 액체 세정제 사이의 마찰이 반도체 웨이퍼의 표면을 전기적으로 차지엎(charge up)한다.
반도체 웨이퍼의 표면에서 과잉전하의 축적은 고전계를 생성해서 반도체 소자의 구조를 파괴하여 그 반도체 소자특성을 열화시키므로 반도체의 제조수율을 저하시킨다. 때문에, 웨이퍼 표면에 축적된 전하량의 모니터링이 요구된다.
한국등록특허 특150416호
본 발명의 실시예들은 기판 표면에 축적된 전하량을 모니터링 할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법은 플라스마 공정 처리를 수행하는 공정 챔버 내부에 기설정된 대역의 주파수를 가진하고, 상기 가진된 주파수가 상기 공정 챔버 내부에서 반사된 반사 주파수를 측정하여 제1데이터들을 얻는 단계; 상기 가진된 주파수 대역 중 공진 주파수에 해당하는 상기 제1데이터로부터 제2데이터를 얻는 단계; 및 상기 제2데이터로부터 기판에 축적된 전하의 상대적인 변화를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 제2데이터는 상기 공진 주파수에 해당하는 제1데이터 값의 1/2에 해당하는 주파수 대역에 대한 상기 공진 주파수의 비인 기판상에 축적된다.
또한, 상기 제1데이터들을 얻는 단계는 상기 공정 챔버 내부에서 플라스마 방전이 중단된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻는 제1단계; 상기 공정 챔버 내부에서 플라스마 방전이 진행되는 동안 상기 제1데이터들을 얻는 제2단계; 및 상기 공정 챔버 내부에서 플라스마의 방전과 중단이 반복되는 동안, 상기 플라스마가 방전된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻고, 플라스마 방전이 중단된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻는 제3단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 기판 표면에 축적된 전하량 모니터링을 통해 전하의 과잉 축적으로 인한 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하량 모니터링 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 Q-factor를 산출하는 과정을 나타내는 그래프이다.
도 3은 공명 피크(resonance peak)와 Q-factor의 상대적 변화에 따른 plasma like layer의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 plasma like layer를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1데이터를 얻는 과정을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하량 모니터링 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전하량 모니터링 장치(100)는 공정 처리에 제공된 기판 표면에 축적된 전하량을 모니터링한다. 전하량 모니터링 장치(100)는 공정 처리부(10)와 전하량 모니터링부(20)를 포함한다.
공정 처리부(10)는 기판(W)에 대한 공정 처리를 수행한다. 공정 처리부(10)는 플라스마를 이용하여 기판(W) 처리를 수행할 수 있다. 공정 처리부(10)는 플라스마 에칭 공정을 수행할 수 있다. 공정 처리부(10)는 공정 챔버(11), 상부 전극(12), 하부 전극(13), 그리고 전원(14)을 포함한다.
공정 챔버(11)는 내부에 공간이 형성된다. 공정 챔버(11)의 내부는 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 하부 전극(12)은 공정 챔버(11)의 내부에 위치한다. 하부 전극(12)은 기판(W)보다 큰 반경을 갖는 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 전극(12)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 하부 전극(12)은 접지될 수 있다.
하부 전극(12)의 상부에는 상부 전극(13)이 위치한다. 상부 전극(13)은 하부 전극(12)과 마주하여 위치한다. 상부 전극(13)은 전원(14)과 전기적으로 연결된다. 전원(14)에서 발생된 고주파 전력은 상부 전극(13)에 인가된다. 상부 전극(13)에 인가된 고주파 전력은 상부 전극(13)과 하부 전극(12) 사이 공간으로 공급된 공정 가스를 방전시킨다. 공정 가스는 방전되어 플라스마 상태로 변환되며, 기판(W) 처리에 제공된다. 공정 가스가 여기되는 과정, 그리고 플라스마가 기판을 처리하는 과정에서 기판(W) 표면에는 전하가 축적된다.
전하량 모니터링부(20)는 기판 표면에 축적된 전하량을 모니터링한다. 전하량 모니터링부는 안테나(21), 계측부(22), 그리고 연산부(23)를 포함한다.
안테나(21)는 그 끝단이 공정 챔버(11)의 내부에 위치한다. 안테나(21)는 공정 챔버(11)의 측벽을 통해 공정 챔버(11)의 내부에 제공될 수 있다. 이와 달리, 안테나(21)는 공정 챔버(11)의 바닥벽을 통해 공정 챔버(11)의 내부에 제공될 수 있다. 안테나(21)는 그 끝단이 고리 형상으로 구부러질 수 있다. 안테나(21)는 코일(coil) 또는 로드(rod) 형상을 가질 수 있다.
계측부(22)는 안테나(21)에 기설정된 대역의 주파수를 인가한다. 안테나(21)에 전달된 주파수는 공정 챔버(11) 내부에 인가되며, 공정 챔버(11)의 내벽과 기판(W) 표면 등에서 반사된다. 반사된 주파수는 안테나(21)를 통해 계측부(22)에 전달되며, 계측부(22)는 반사된 주파수를 계측한다.
계측부(22)는 공정 챔버(11) 내부에 인가된 인가 주파수와 공정 챔버(11)등에서 반사된 반사 주파수로부터 제1데이터를 산출한다. 실시예에 의하면, 계측부(22)는 VNA(Vector Network Analyzer)를 포함하고, 제1데이터는 S-파리미터(parameter)를 포함한다. S-파라미터는 두 개의 복합 전원의 비이다. 하나의 전원은 포트 리시버(port receiver)에서 측정되고, 다른 하나의 전원은 레퍼런스 리시버(reference receiver)에서 측정될 수 있다.
연산부(23)는 계측부(22)에서 제1데이터를 수신하며, 수신된 제1데이터를 바탕으로 제2데이터를 산출한다. 제2데이터는 Q-factor을 포함한다. Q-factor는 아래와 같은 방법에 의해 산출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 Q-factor를 산출하는 과정을 나타내는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 그래프는 계측부에서 제공된다. 그래프의 가로축은 계측부(22)에 수신된 주파수를 나타내고, 세로축은 S-파라미터를 나타낸다. 그래프에는 2개의 그래프가 도시된다. 하나의 그래프(G1)는 플라스마 발생이 오프(OFF) 되었을 때의 S-파라미터 값들이고, 다른 하나의 그래프(G2)는 플라스마 발생이 온(ON) 되었을 때의 S-파라미터 값들이 나타난다. 주파수는 특정 대역에 걸쳐 나타나므로, S-파라미터 값들은 주파수의 크기에 따라 변한다. 그래프(G1, G2)들은 대체로 공진 주파수(Resonant Frequency, F1, F2)를 기준으로 좌우가 대칭되는 형상을 가진다. 플라스마 발생이 오프(OFF) 되었을 때, 공진 주파수(F1)에서의 S-파라미터 값이 플라스마 발생이 온(ON) 되었을 때의 공진 주파수(F2)에서의 S-파라미터 값보다 크게 나타난다. 연산부(23)는 각 그래프에서 Q-factor를 산출한다. 연산부(23)가 Q-factor를 산출하는 방법은 동일하므로, 제1그래프(G1)에서 Q-factor를 산출하는 과정을 예를 들어 설명한다. 연산부(23)는 공진 주파수(F1)에서 S-파라미터 값(S1)의 1/2에 해당하는 값(S2)을 산출한다. 그리고, 연산부(23)는 제1그래프(G1)에서 S-파라미터 값(S1)의 1/2에 해당하는 값(S2)을 갖는 주파수의 대역 폭(Wd)을 산정한다. 제1그래프(G1)에는 S-파라미터 값(Sr)의 1/2에 해당하는 값(S2)을 갖는 주파수 값이 두 개(F3, F4) 나타나며, 연산부(23)는 이들 주파수의 폭(Wd=│F4-F3│)을 산출한다. Q-factor는 아래 식에 의해 계산된다.
Figure pat00001

도 3은 공명 피크(resonance peak)와 Q-factor의 상대적 변화에 따른 plasma like layer의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 그래프의 가로축은 plasma like layer의 두께를 나타내고, 세로축은 공명 주파수와 Q-factor의 상대적인 변화를 나타낸다. plasma like layer는 도 4와 같이 플라스마가 형성되는 영역(PA)과 기판(W)의 경계 영역에 형성되는 plasma layer(PL)이다. 그리고, 별 문양(★)들은 plasma like layer 두께에 대한 공명 주파수의 상대적인 변화를 나타내고, 원 문양(●)들은 plasma like layer의 두께에 대한 Q-factor의 상대적인 변화를 나타낸다. 그래프는 plasma like layer의 두께가 커질수록 공명 주파수와 Q-factor값의 상대적 변화가 커지는 것으로 이해된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축적 전하량 모니터링 방법은 서로 다른 조건에서 제1데이터들을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1데이터를 얻는 과정을 나타내는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 먼저 플라스마 방전이 오프(off)된 상태에서 제1 S-파라미터(S11 1)를 얻는다(M1). 그리고, 플라스마 방전이 온(on)된 상태에서 제2 S-파라미터(S11 2)를 얻는다(M2). 그리고, 플라스마 방전이 온(on)과 오프(off)가 반복되는 상태에서, 제3 S-파라미터(S11 3)와 제4 S-파라미터(S11 4)를 얻는다(M3). 제3 S-파라미터(S11 3)는 플라스마 방전이 오프(off) 상태에서 계측되고, 제4 S-파라미터(S11 4)는 플라스마 방전이 온(on) 상태에서 계측된다.
상술한 방법으로 얻어 진 제1 내지 제4S-파라미터(S11 1 내지 S11 4)들로부터 각각 Q-factor를 산출한다. 제1S-파라미터(S11 1)로부터 제1 Q-factor(Q1)이 산출되고, 제2S-파라미터(S11 2)로부터 제2 Q-factor(Q2)가 산출되고, 제3 S-파라미터(S11 3)로부터 제3 Q-factor(Q3)가 산출되고, 제4S-파라미터(S11 4)로부터 제4 Q-factor(Q4)가 산출된다. 아래의 식을 이용하여 플라스마 처리에 의해 기판 표면에 축적되는 전하량의 상대적인 비(α)를 알 수 있다.
Figure pat00002
α는 기판 표면에 축적되는 전하량을 추측할 수 있는 하나의 자료가 된다.
상술한 전하량 모니터링 방법은 플라스마를 이용한 다양한 공정, 예컨대 애싱 공정, 증착 공정, 그리고 세정 공정에도 적용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전하량 모니터링 장치 10: 공정 처리부
11: 공정 챔버 12, 13: 전극
14: 전원 20: 전하량 모니터링부
21: 안테나 22: 계측부
23: 연산부

Claims (2)

  1. 플라스마 공정 처리를 수행하는 공정 챔버 내부에 기설정된 대역의 주파수를 가진하고, 상기 가진된 주파수가 상기 공정 챔버 내부에서 반사된 반사 주파수를 측정하여 제1데이터들을 얻는 단계;
    상기 가진된 주파수 대역 중 공진 주파수에 해당하는 상기 제1데이터로부터 제2데이터를 얻는 단계; 및
    상기 제2데이터로부터 기판에 축적된 전하의 상대적인 변화를 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 제2데이터는
    상기 공진 주파수에 해당하는 제1데이터 값의 1/2에 해당하는 주파수 대역에 대한 상기 공진 주파수의 비인 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1데이터들을 얻는 단계는
    상기 공정 챔버 내부에서 플라스마 방전이 중단된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻는 제1단계;
    상기 공정 챔버 내부에서 플라스마 방전이 진행되는 동안 상기 제1데이터들을 얻는 제2단계; 및
    상기 공정 챔버 내부에서 플라스마의 방전과 중단이 반복되는 동안, 상기 플라스마가 방전된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻고, 플라스마 방전이 중단된 상태에서 상기 제1데이터들을 얻는 제3단계를 포함하는 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법.
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