KR20140103663A - 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치에 관한 것으로, 그 주된 목적은 실시간으로 플라즈마 상태를 감시할 수 있도록 하여 플라즈마 발생장치의고장발생 원인을 미연에 차단하여 플라즈마 발생장치의 수명을 연장하는 것이다.
이러한 목적으로 이루어진 본 발명은;
플라즈마 발생장치의 가스유입구에 대향하는 타측에 구비된 이송부와 연결되며, 상기 플라즈마 발생장치에서 발생한 확산된 플라즈마를 사용하여 내부에 구비된 웨이퍼에 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 진행하는 공정챔버로 이루어진 원거리 플라즈마 발생장치에 관한 것으로,
상기 원거리 플라즈마 발생장치는, 상기 이송부 일측의 투시창에 구비되는 광출력장치와, 상기 광출력장치의 타단에 구비되어 상기 이송부를 통과하는 플라즈마 스펙트럼을 분광하여 투과율을 측정하는 광측정장치와, 상기 광측정장치에서 측정된 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 플라즈마의 상태를 점검할 수 있도록, 플라즈마의 특정 파장의 강도 측정 알고리즘이 구성된 컨트롤러로 이루어진다.
이에 따라, 실시간으로 플라즈마 상태를 감시할 수 있도록 하여 원거리 플라즈마 발생장치의 고장발생원인을 미연에 차단하여 플라즈마 발생장치의 수명을 연장하는 이점이 있다.

Description

원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치{A RESIDUAL GAS ANALIZER OF THE PLASMA PROCESS CHAMBER }

본 발명은 원거리 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원거리 플라즈마 발생장치의 일측에 구비된 검출장치에 의해 플라즈마에서 발생하는 특정 파장의 이상 변화를 감지하고, 이 이상변화를 적정한 수준이 유지될 수 있도록 가스의 양과 가스의 투입시간등을 조절하여 최적의 상태를 유지할 수 있도록 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원거리 플라즈마 발생장치(Remote Plasma Source)(10)(이하, “발생장치”라 칭한다)는 도 1에 도시한 바와 같이, 일측에 공정가스가 공급될 수 있도록 가스유입구(11)가 구비되고, 타측의 이송부(15)를 통해서, 웨이퍼(Wafer)(1)가 구비된 공정챔버(20)로 확산된 플라즈마를 사용할 수 있도록 하는 장치이다.

이와 같이, 공정챔버(20)에서 멀리 떨어진 발생장치(10)를 사용하려는 목적은 대부분 플라즈마의 이온이나 전자등의 특성을 절감하고, 상대적으로 라디컬(Radical)등을 적극적으로 활용하고자 하는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 발생장치(10)는 발전(Power Generation) 이후 해리(解離) 반응에 의해 발생하는 라디컬의 양을 직접적으로 검출하는 방법이 거의 없으므로, 실제적으로 필요한 라디칼의 양, 다시 말해서, 정해진 시간 또는 출력값에 비해 유입되는 가스의 양을 초과하여 사용하고 있으므로, 불필요한 가스의 사용량만 증대되며 고장이 다발하는 치명적인 문제가 있었다.

또한, 상기한 종래의 발생장치(10)는, 플라즈마 내부에서 생성되는 라디칼을 측정하는 장치가 별도로 구비되지 않음으로서, 공정 진행 중 공정챔버(20)를 24시간 연속으로 사용하는 과정에서 초기 가동때 와는 다른 저하된 라디칼 생성 결과에 따라 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 공급되는 가스가 공정챔버(20) 벽면에 증착 또는 식각되는 내부의 변화에 의해 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정 진행중 이상 발생 검출이 불가능하여 웨이퍼 불량이 다발하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발전(Power Generation) 후, 발생하는 라디칼 량의 저하 및 장치에서의 플라즈마 이상을 실시간으로 검출하여 공정결함을 미연에 방지하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이, 실시간으로 플라즈마 상태를 감시할 수 있도록 하여 플라즈마 발생장치의 고장발생원인을 미연에 차단함과 동시에 플라즈마 발생장치의 수명을 연장하는데 있다.

또한, 발전 후, 플라즈마의 상태에 따라 공정의 공급량 및 파워의 세기를 조절함으로써, 반응 가스에 의한 라디칼 량의 정밀제어가 가능하도록 하여 생산성을 향상시키는데 있다.

이러한 목적으로 이루어진 본 발명은;

가스가 유입될 수 있도록 가스유입구가 구비된 플라즈마 발생장치와, 상기 플라즈마 발생장치의 가스유입구에 대향하는 타측에 구비된 이송부와, 상기 이송부와 연결되며, 상기 플라즈마 발생장치에서 발생한 확산된 플라즈마를 사용하여 내부에 구비된 웨이퍼에 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 진행하는 공정챔버로 이루어진 원거리 플라즈마 발생장치에 관한 것으로,

상기 원거리 플라즈마 발생장치는,

상기 이송부 일측의 투시창에 구비되는 수광장치와;

상기 광출력장치의 타단에 구비되어 상기 이송부를 통과하는 플라즈마 스펙트럼을 수광하고, 그 수광된 스펙트럼을 분광하여 투과율과 흡수율을 측정하는 광측정장치와;

상기 광측정장치에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 플라즈마의 상태를 점검할 수 있도록, 플라즈마의 특정 파장의 강도 측정 알고리즘이 구성된 컨트롤러로 이루어진 이상 검출장치를 포함한다.

또한, 상기 광출력장치는,

상기 이송부의 투시창에 일단이 연결된 수광부와, 상기 수광부의 대향하는 타단은 상기 광출력장치에 연결되는 발광부로 이루어진 번들 파이버인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광측정장치는,

상기 광출력장치의 발광부에 근접설치된 슬릿과, 상기 슬릿을 투과한 빛을 반사시키는 거울과, 상기 거울을 통해 반사된 빛을 굴절시켜 스펙트럼을 발생시키는 격자체와, 상기 격자체를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상을 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이상검출장치는,

상기 컨트롤러에 입력된 이상검출 데이터에 의해 작동하는 보상장치를 더 포함한다.

또한, 상기 이상검출장치는,

상기 컨트롤러에 입력된 이상검출 데이터에 의해 작동하는 경보장치를 더 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 발전(Power Generation) 후, 발생하는 라디칼 량의 저하 및 장치에서의 플라즈마 이상을 실시간으로 검출하여 공정 결함을 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한, 실시간으로 플라즈마 상태를 감시하여 플라즈마 발생장치의 고장발생 원인을 미연에 차단함으로서, 플라즈마 발생장치의 수명을 연장하는 효과가 있다.

또한, 발전 후, 반응 가스에 의한 라디칼 량의 정밀제어가 가능하도록 공정 가스 및 파워를 조절하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 이상 변화가 감지되어 가스의 공급량 및 파워의 세기를 조절했음에도 부룩하고 플라즈마 파장의 이상변화가 정상으로 돌아오지 않으면 경보를 울리며 원거리 플라즈마 발생장치의 동작을 멈춤으로서, 작업자가 신속한 동작으로 보수할 수 있도록 함으로서, 유지보수가 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래 원거리 플라즈마 발생장치를 모식적으로 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치를 보인 도면이고,
도 3은 광측정장치의 구성을 모식적으로 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 원거리 플라즈마 발생장치의 작용을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 5는 본 발명에 따른 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치를 통해 나타난 이상결과에 대한 그래프이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 원거리 플라즈마 발생장치(10)(Remote Plasma Source)(이하, “발생장치”라 칭한다)의 이상 검출장치(100)(이하, "검출장치"라 칭한다)는 원거리 플라즈마 발생장치(10)와 공정챔버(20) 사이에 구비된 이송부(15)에 일단이 구비되는 광출력장치(110)와 광측정장치(120)와 컨트롤러(130)와 보상장치(140)와 경보장치(150)로 이루어진다.

광출력장치(110)는 다수의 광파이버를 하나로 묶어서 그 외부에 피복을 입힌 번들 파이버로서, 일단이 수광부(110a), 타단이 발광부(110b)로 이루어진다.

즉, 상기한 이송부(15)에 마련된 투시창(15a)에 연결된 부분 일단이 수광부(110a)이고, 후술하는 광측정장치(130)에 연결된 타단이 발광부(110b)이다.

이와 같은, 광출력장치(110)의 발광부(110b)는 광측정장치(120)와 연결된다.

광측정장치(120)는 육면체형상으로 이루어진 케이스(120a)내에 구비된 발광구(121)와 미러(123)와 격자체(125)와 CCD센서(127)로 이루어진다.

발광구(121)는 슬릿형태로 이루어져 상기한 광측정장치(110)의 발광부(110b)에 근접설치되며, 이송부(15)를 통과하는 플라즈마의 빛이 광출력장치(110)의 발광부(110a)를 통해 전달된다

이 발광구(121)를 통과한 빛은 미러(123)를 통해 반사되고, 이 반사된 특정 파장의 빛은 격자체(125)를 통해 굴절되며 스펙트럼(Spectrum)이 형성된다.

이 격자체(125)를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 스펙트럼은 CCD센서(127)를 통해 전기적 신호로 변환된다.

이와 같은 변환은, 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상인 광전효과를 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 것이다.

이와 같은 역할을 하는 CCD센서(127)는 메모리 소자의 일종으로서, 다수의 미세한 콘덴서와 스위치의 연결로 이루어져 축적된 전하를 차례로 전송하는 기능을 갖고 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 광측정장치(120)는 특정파장의 빛, 다시 말해서, 상기한 발생장치(10)에서 발생한 플라즈마로 부터 발생되는 빛의 스펙트럼을 수광하여 분석한 결과를 컨트롤러(130)에 전달한다.

컨트롤러(130)는 상기한 광측정장치(120)에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 현재 플라즈마 상태를 파악하여 얻어진 데이터를 도시하지 않은 모니터에 그래프로 표시할 수 있도록 프로그램되며, 이 그래프를 통해 상기한 발생장치(10)의 이상 여부를 알 수 있다.

다시 말해서, 도 5에 도시한 바와 같은 그래프를 통해, 발생장치(10) 내에 투입된 가스가 오버되었는지 또는 RF 파워 공급에 이상이 생겼는지를 알 수 있으며, 이럴 경우, 경보 장치(150)에 의해 공정 챔버(20)에 경고/오류 메세지를 보낸다.

보상장치(140)는 상기한 광측정장치(120)와 컨트롤러(130)를 통해 사용자가 설정한 라디칼 양이 공급되고 있는지를 모니터링하고, 이 모니터링하는 광신호에 라디칼 생성율에 저하가 감지되거나, 공정 가스 또는 RF 파워가 그 이상 또는 이하로 공급되고 있다고 판단되면, 상기한 발생장치(10)의 초기 공정 라디칼 생성율과 같도록 보상하기 위해서, 가스의 양 또는 RF 파워등을 조절할 수 있도록 신호를 보내는 장치이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 보상장치(140)는 도 5에 도시한 플라즈마 상태를 나타내는 그래프를 통해 발생장치(10)에 가스의 양이 부족하면, 컨트롤러(130) 신호에 의해 가스를 보충하고, 지나치게 오버될 경우, 가스의 양을 조절하여 최적 상태의 플라즈마를 생성하도록 하는 것이다

또한, 본 발명에 따른 검출장치(100)는 경보장치(150)를 더 포함한다.

경보장치(150)는 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 검출장치(100)의 공정진행중 상기한 컨트롤러(130)에 입력된 프로그램의 범위를 벗어 나면 발생장치(10)의 동작을 멈추며 경보음 또는 경광등을 작동하여 작업자에게 알리는 것이다.

이와 같은 경보장치(150)는 도 5에 도시한 바와 같은 그래프를 통해서도, 발생장치(10) 내에 투입된 가스가 오버되었는지 또는 RF 파워 공급에 이상이 생겼을 때도 공정 챔버(20)에 경고 또는 오류 메세지를 전송한다.

계속해서, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 이상 검출장치(100)의 작용 효과를 설명한다.

우선, 발생장치(10)에서 가해진 자기장에 질소가스등의 가스가 반응하여 생성된 플라즈마는 이송부(15)를 통과하며 공정챔버(20)에서 식각 또는 증착등의 공정을 진행한다.

이 때, 이 이송부(15)를 통과하는 플라즈마 빛은 투시창(15a)을 통해 광출력장치(110)의 수광부(110a)로 전달된다.

이 플라즈마는 빛은 광출력장치(110)의 발광부(110b)를 통해 광측정장치(120)에 전달되며, 표준 스펙트럼을 측정한다(S100).

또한, 광측정장치(120)는 상기한 스펙트럼 데이터를 컨트롤러(130)로 송신하고, 컨트롤러(130)에서는 실시간 모니터링 파장을 선택(S200)하여, 설정된 명령에 따라 오류판단범위 및 경고명령을 설정하고(S300), 실시간으로 분광데이터를 수집한다(S400).

이 컨트롤러(130)에서는 상기한 공정에서 실시간으로 수집된 분광데이터가 정상범위에 있는가?(S500)를 판단하며, 정상범위에 있으면 입력된 프로그램에 따라, 동일한 검출동작을 반복하고, 입력된 프로그램의 범위에서 벗어날 경우, 예를 들어, 발생장치(10) 내에서 라디칼 량의 저하가 발생하여 플라즈마의 스펙트럼이 정상범위를 벗어나면, 1차적으로 보상장치(140)에 의해 가스 및 파워를 조절(S600)하여 플라즈마의 스펙트럼 실시간으로 수집된 분광 데이터가 정상범위에 있는가?(S700)를 다시 한번 판단한다.

상기한 바와 같이, 보상장치(140)에 의해 보상작업이 이루어졌음에도 플라즈마의 스펙트럼이 정상범위로 돌아오지 않으면, 본 발명에 따른 검출장치(100)의 경보장치(150)가 경보음(S800)을 작동하며 발생장치(10)는 동작이 종료된다.

다시 말해서 도 5에 도시한 그래프는 각각의 공정챔버(20) 내에 구비된 반도체 웨이퍼(1)의 처리공정에 있어서, 발생장치(10)의 상태를 모니터링 할 수 있는 파장을 선택하여 연속적인 그래프로 나타낸 것으로서, 도시한 바와 같이 일반적인 정상 프로세스 상태에서는 사용자가 설정한 범위에서 광신호가 모니터링 되지만, 플라즈마 상태에 이상이 감지될 경우 설정범위(Base Line표시부위)를 벗어나게 되면 본 발명에 따른 검출장치(100)의 경보장치(150)는 경보음이 작동하며 발생장치(10)의 동작을 멈춘다.

이와 같이 경보장치(150)에 의해 경보음이 작동하면 발생장치(10)의 동작이 종료 되면, 주변의 작업자는 신속하게 보수할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 검출장치(100)에 의해 원거리 플라즈마 발생장치(10)의 발전(Power Generation) 이후, 해리(解離)반응에 의해 발생하는 라디칼 양(Radical Dissociation)저하 및 장치에서의 플라즈마 이상을 실시간으로 검출하여 플라즈마 발생장치에 공급되는 가스의 양과 시간을 적절하게 조절할 수 있도록 함으로서, 고장원인을 방지하여 원거리 플라즈마 발생장치의 수명을 연장하였다.

또한, 이상이 검출되면 바로 동작을 멈추도록 함으로서, 불필요한 플라즈마 가스의 소모와 발생장치의 불필요한 작동이 이루어지지 않도록 하였다.

또한, 이상이 검출되어 발생장치가 작동을 멈추면 경보가 울려 주변의 작업자가 빠른 시간내에 보수가 가능하도록 함으로서 생산성을 향상시켰다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자 라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

10 : 원거리 플라즈마 발생장치 15 : 이송부
15a : 투시창 20 : 공정챔버
100 : 이상 검출장치 110 : 광출력장치
120 : 광측정장치 130 : 컨트롤러
140 : 보상장치 150 : 경보장치

Claims (5)

1. 가스가 유입될 수 있도록 가스유입구가 구비된 플라즈마 발생장치와, 상기 플라즈마 발생장치의 가스유입구에 대향하는 타측에 구비된 이송부와, 상기 이송부와 연결되며, 상기 플라즈마 발생장치에서 발생한 확산된 플라즈마를 사용하여 내부에 구비된 웨이퍼에 식각, 확산, 화학기상 증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 진행하는 공정챔버로 이루어진 원거리 플라즈마 발생장치에 있어서,
   상기 원거리 플라즈마 발생장치는,
   상기 이송부 일측의 투시창에 구비되는 광출력장치와;
   상기 광출력장치의 타단에 구비되어 상기 이송부를 통과하는 플라즈마 스펙트럼을 수광하고, 그 수광된 스펙트럼을 분광하여 투과율과 흡수율을 측정하는 광측정장치와;
   상기 광측정장치에서 측정된 흡수율과 투과율 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 플라즈마의 상태를 점검할 수 있도록, 플라즈마의 특정 파장의 강도 측정 알고리즘이 구성된 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광출력장치는,
   상기 이송부의 투시창에 일단이 연결된 수광부와, 상기 수광부의 대향하는 타단은 상기 광출력장치에 연결되는 발광부로 이루어진 번들 파이버인 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 광측정장치는,
   상기 광출력장치의 발광부에 근접설치된 슬릿과, 상기 슬릿을 투과한 빛을 반사시키는 거울과, 상기 거울을 통해 반사된 빛을 굴절시켜 스펙트럼을 발생시키는 격자체와, 상기 격자체를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상을 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 이상검출장치는,
   상기 컨트롤러에 입력된 이상검출 데이터에 의해 작동하는 보상장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 이상검출장치는,
   상기 컨트롤러에 입력된 이상검출 데이터에 의해 작동하는 경보장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치.
   
   
   

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