KR20200003999A

KR20200003999A - 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR20200003999A
Application number: KR1020180076887A
Authority: KR
Inventors: 윤일구
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-13
Also published as: US20200013596A1; KR102082698B1

Abstract

챔버 내에 분포된 플라즈마 광에 대한 위치별 측정이 가능한 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치는 챔버와, 제1 뷰포트와, 제2 뷰포트와, 제1 선택영역 광 투과부와, 제2 선택영역 광 투과부, 및 모니터링부를 포함한다. 챔버는 플라즈마를 이용한 공정이 진행된다. 제1 뷰포트 및 제2 뷰포트는 각각 챔버에 일측 및 타측에 배치되며, 챔버 내에서 방출되는 플라즈마 광을 외부로 전달한다. 제1 선택영역 광 투과부는 제1 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부가 마련된다. 제2 선택영역 광 투과부는 제2 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부가 마련된다. 모니터링부는 제1 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 제2 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 플라즈마 광의 정보를 통해 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다.

Description

플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESS MONITORING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS COMPRISING THE SAME}

본 발명은 반도체 식각이나 증착 공정에서 사용되는 플라즈마 공정에서 플라즈마의 이상 상태를 검출하기 위한 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 또는 각종 표시장치의 기판은(이하 '기판'이라 함) 기판 상에 박막을 형성하고 부분적으로 그 박막을 식각하는 등의 기판처리공정을 반복 수행함으로써 제조할 수 있다.

이 중 박막을 형성하는 공정은 대부분 화학기상증착(CVD) 방법 또는 플라즈마-강화 화학기상증착(PECVD) 방법을 이용하여 수행되고 있다. 여기서, 플라즈마-강화 화학기상증착에 사용되는 플라즈마 장치는 통상 반응 공간을 형성하는 챔버와, 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 가스 공급부로 전원을 공급하기 위한 전원장치, 및 기판이 안착되는 척을 포함하여 형성된다.

플라즈마-강화 화학기상증착에서 플라즈마의 상태를 관찰하는 것은 균일한 두께의 박막을 형성하는데 있어 아주 중요하다. 그러나 종래의 플라즈마 공정 모니터링 장치는 대부분이 챔버 내부에 분포된 플라즈마의 전체 농도를 관찰하는 것이어서, 챔버의 특정 부위에 플라즈마 분포가 치우치게 형성되더라도 실시간으로 플라즈마의 균일도를 측정할 수 없는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 플라즈마 공정 모니터링 장치에 어레이 구조의 센서를 설치하여 챔버 내의 균일도를 측정하고 있으나, 이는 가격이 비싸고 소모품인 관계로 초기 설치비용 및 유지 비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명의 과제는 뷰 포트로부터 방출되는 플라즈마 광을 영역별로 구획하여 선택적으로 투과 및 차단하는 챔버의 서로 다른 부분에 설치되는 한 쌍의 선택영역 광 투과부를 통해 입사되는 플라즈마 광을 각각 영역별로 수광하고, 수광된 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 강도를 측정하여 챔버 내부의 플라즈마 균일도를 모니터링함으로써 균일한 두께의 기판의 제조할 수 있는 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치는 제1 선택영역 광 투과부와, 제2 선택영역 광 투과부, 및 모니터링부를 포함한다. 제1 선택영역 광 투과는 챔버에 일측에 배치된 제1 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부가 마련된다. 제2 선택영역 광 투과는 챔버에 타측에 배치된 제2 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부가 마련된다. 모니터링부는 제1 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 제2 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 플라즈마 광의 정보를 통해 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부와 제2 선택영역 광 투과부는 0°~ 180°의 각도로 배치된다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부와 제2 선택영역 광 투과부는 서로 수직 또는 수평되거나, 서로 경사지는 방향으로 배치된다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부는 챔버의 폭 방향으로 배치되는 제1 뷰포트와 나란하게 배치되며, 제2 선택영역 광 투과부는 챔버의 두께 방향으로 배치되는 제2 뷰포트와 나란하게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부는 M개의 제1 선택적 차광부를 구비하고, 제2 선택영역 광 투과부는 N개의 제2 선택적 차광부를 구비하며, 모니터링부는 M*N개의 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 수평 방향 또는 수직 방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 제1 선택적 차광부 및 제2 선택적 차광부를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택적 차광부 및 제2 선택적 차광부는 직사각형 형상으로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 투명 LCD 패널과, 스위칭부를 포함한다. 투명 LCD 패널은 적어도 하나의 영역으로 구획되어 개별적으로 전원을 공급받는 1개 이상의 단위 LCD 패널을 구비하며, 전원이 공급된 영역에만 플라즈마 광이 투과하도록 한다. 스위칭부는 투명 LCD 패널에 연결되며, 단위 LCD 패널의 각 영역에 선택적으로 전원을 공급한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 내부에 개구가 형성된 프레임과, 프레임 내에 일렬로 배치되어 개구의 일정 영역을 선택적으로 차폐하는 복수의 셔터부재를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 복수의 편광필터 세트와, 제어부를 포함한다. 편광필터 세트는 서로 중첩되도록 배치되는 적어도 2개 이상의 편광필터를 구비하고, 플라즈마 광이 선택적으로 투과하도록 형성된다. 제어부는 편광필터 세트에 구비되는 편광필터 가운데 적어도 하나의 배치각도를 제어하여 편광필터 세트로 입사되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 각각 제1 뷰포트 및 제2 뷰포트의 일면에 일체로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 플라즈마 광의 정보는 플라즈마 광이 교차되는 영역의 플라즈마 광의 강도(intensity) 또는 광량을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 모니터링부는 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 수신하고, 이를 기 설정된 범위 내에 해당하는지를 비교하여 챔버 내부에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 판단한다.

일 실시예에 따르면, 모니터링부는 광 섬유(Optical Fiber) 또는 측정 센서를 구비하여 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링한다.

일 실시예에 따르면, 모니터링부는 광 방출 분석기(OES: Optical Emission Spectroscope) 또는 카메라를 구비한다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 각각 별개의 모니터링부에 연결되거나, 하나의 모니터링부에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부에는 챔버 내부로부터 방출되는 플라즈마 광의 입사각 범위를 확장 및 집속하여 모니터링부로 제공하는 집광부가 더 설치된다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버와, 제1 뷰포트와, 제2 뷰포트와, 제1 선택영역 광 투과부와, 제2 선택영역 광 투과부, 및 모니터링부를 포함한다. 챔버는 플라즈마를 이용한 공정이 진행된다. 제1 뷰포트 및 제2 뷰포트는 각각 챔버에 일측 및 타측에 배치되며, 챔버 내에서 방출되는 플라즈마 광을 외부로 전달한다. 제1 선택영역 광 투과부는 제1 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부가 마련된다. 제2 선택영역 광 투과부는 제2 뷰포트와 마주하게 배치되며, 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부가 마련된다. 모니터링부는 제1 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 제2 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 플라즈마 광의 정보를 통해 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 선택영역 광 투과부는 상기 챔버의 폭 방향으로 배치되는 상기 제1 뷰포트와 나란하게 배치되며, 상기 제2 선택영역 광 투과부는 상기 제1 선택영역 광 투과부와 수직 방향 또는 수평 방향으로 배치되거나, 서로 경사지게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 선택영역 광 투과부는 M개의 제1 선택적 차광부를 구비하고, 상기 제2 선택영역 광 투과부는 N개의 제2 선택적 차광부를 구비하며, 상기 모니터링부는 M*N개의 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 상기 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다.

본 발명에 따르면, 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 투과 또는 차단하는 제1 선택영역 광 투과부를 X축 방향으로 배치시키고, 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 투과 또는 차단하는 제2 선택영역 광 투과부를 제1 선택영역 광 투과부와 수직의 Y축 방향 또는 제1 선택영역 광 투과부와 나란한 X축 방향으로 배치시킴으로써, 플라즈마 공정시 챔버 내에 형성되는 플라즈마의 위치별 균일도 상태를 모니터링할 수 있게 된다.

또한, 모니터링부를 통해 플라즈마의 균일도가 고르지 않은 것이 확인되면 플라즈마의 분포가 균일하게 되도록 플라즈마 공정 조건들을 제어하여 플라즈마 공정 환경을 최적화시킬 수 있으므로, 우수하고 신뢰도 높은 반도체 기판을 제조할 수 있게 된다.

또한, 종래에는 챔버 내부에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 측정하기 위하여 어레이 구조의 센서와 같은 고가의 센서를 필요로 하였으나, 본 발명에 따르면 비교적 저렴한 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부를 이용하여 각 영역에 대한 플라즈마 균일도를 측정할 수 있으므로 초기 설치 비용을 줄일 수 있게 된다.

아울러, 플라즈마의 광량을 측정하기 위한 어레이 구조의 센서의 경우 소모품인 관계로 지속적인 비용이 발생하였으나, 본 발명의 OES로 형성된 모니터링 장치의 경우 한번 설치하면 반영구적으로 사용이 가능하므로, 추가비용이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대한 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대한 측면도.
도 3은 도 1에 있어서, 뷰포트가 배치된 부분을 확대한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부를 통해 플라즈마 광이 수광되는 영역을 도시한 도면.
도 5는 챔버 내부에 형성된 플라즈마 광의 불균일시 도 1에 도시된 플라즈마 처리장를 통해 측정된 결과를 나타낸 도면.
도 6은 정상 범위 내에 배치된 균일한 플라즈마 광의 강도 및 정상 범위를 벗어난 불균일한 플라즈마 광의 강도를 나타낸 도면.
도 7 및 도 8은 도 1에 있어서, 다른 실시예에 따른 제1 선택영역 광 투과부와 제2 선택영역 광 투과부의 배치를 도시한 도면.
도 9는 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부에 대한 구성도.
도 10(a)는 선택영역 광투과부가 설치되지 않은 종래 기술에 따른 플라즈마 처리장치의 수광 영역을 도시한 도면이고, 도 10(b)는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 수광 영역을 도시한 도면.
도 11은 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부의 다양한 설치 예를 도시한 도면.
도 12 및 도 13은 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부에 대한 구동 예를 도시한 도면.
도 14 및 도 15는 도 1에 있어서, 다른 실시예에 따른 선택영역 광 투과부에 대한 구성도.
도 16은 도 15에 도시된 편광필터 세트를 발췌하여 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대한 측면도이며, 도 3은 도 1에 있어서, 뷰포트가 배치된 부분을 확대한 도면이다. 그리고, 도 4는 도 1에 도시된 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부를 통해 플라즈마 광이 수광되는 영역을 도시한 도면이고, 도 5는 챔버 내부에 형성된 플라즈마 광의 불균일시 도 1에 도시된 플라즈마 처리장를 통해 측정된 결과를 나타낸 도면이며, 도 6은 정상 범위 내에 배치된 균일한 플라즈마 광의 강도 및 정상 범위를 벗어난 불균일한 플라즈마 광의 강도를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 다수의 뷰포트(120A, 120B)가 구비된 챔버(110)에 설치되는 것으로, 제1 선택영역 광 투과부(130A)와, 제2 선택영역 광 투과부(130B), 및 모니터링부(140)를 포함한다.

제1 선택영역 광 투과부(130A)는 챔버(110)의 일측에 배치된 제1 뷰포트(120A)와 마주하게 배치되며, 제1 뷰포트(120A)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부(131A)가 마련될 수 있다.

제1 선택영역 광 투과부(130A)가 챔버의 일측, 예를 들어 X축 방향(이에 한정되지 않고 Y축 방향도 가능함)으로 배치됨에 따라, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 이와 수직방향인 Y축 방향으로 입사될 수 있다. 물론, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 수직방향이 아닌 0°~180° 범위의 어떠한 방향에서 라도 입사될 수 있다. 따라서, 제1 선택적 차광부(131A)를 통해 제1 뷰포트(120A)를 영역별로 나누어 번갈아 가며 플라즈마 광을 차단하게 되면, 챔버(110) 내의 플라즈마 광의 강도(intensity) 또는 광량을 Y축 방향 또는 기타 경사진 방향의 영역별로 측정할 수 있게 된다. 여기서, 제1 선택적 차광부(131A)의 크기는 한정되지 않으나, 최소 플라즈마 광량이 통과할 정도의 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

복수의 제1 선택적 차광부(131A)는 수평 방향 또는 수직 방향으로 나란하게 배치될 수 있고, 각각의 제1 선택적 차광부(131A)는 직사각형으로 형성될 수 있다. 또한, 서로 이웃하는 제1 선택적 차광부(131A) 사이에는 빈틈이 형성되지 않도록 하여, 플라즈마 균일도 측정의 빈틈이 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

제2 선택영역 광 투과부(130B)는 챔버(110)에 타측에 배치된 제2 뷰포트(120B)와 마주하게 배치되며, 제2 뷰포트(120B)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부(131B)가 마련될 수 있다.

본 실시예에서는 제2 뷰포트(120B)가 제1 뷰포트(120A)와 90°로 배치되는 것을 예로 들었지만, 제2 뷰포트(120B)는 제1 뷰포트(120A)로부터 0°~ 180°의 각도로 배치될 수도 있다. 일례로, 챔버(110)가 대면적인 경우 제2 뷰포트(120B)와 제1 뷰포트(120A)는 0° 또는 180°로 배치될 수도 있다. 다시 말해, 제2 뷰포트(120B)는 제1 뷰포트(120A)와 챔버(110)의 같은 면에 설치되거나, 상호 마주보게 설치될 수 있다.

제2 선택영역 광 투과부(130B)가 챔버의 타측, 예를 들어 Y축 방향으로(이에 한정되지 않고 X축 방향도 가능함) 배치됨에 따라, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 이와 수직방향인 X축 방향으로 입사될 수 있다. 물론, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 수직방향이 아닌 0°~180° 범위의 어떠한 방향에서라도 입사될 수 있고, 평향한 방향인 Y축 방향으로 입사될 수도 있다. 따라서, 제2 선택적 차광부(131B)를 통해 제2 뷰포트(120B)를 영역별로 나누어 번갈아 가며 플라즈마 광을 차단하게 되면, 챔버(110) 내의 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 X축 방향 또는 기타 경사진 방향(Y축 방향 포함)의 영역별로 측정할 수 있게 된다. 여기서, 제2 선택적 차광부(131B)의 크기는 한정되지 않으나, 최소 플라즈마 광량이 통과할 정도의 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

복수의 제2 선택적 차광부(131B)는 수평 방향 또는 수직 방향으로 나란하게 배치될 수 있고, 각각의 제2 선택적 차광부(131B)는 직사각형으로 형성될 수 있다. 또한, 서로 이웃하는 제2 선택적 차광부(131B) 사이에는 빈틈이 형성되지 않도록 하여, 플라즈마 균일도 측정의 빈틈이 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이처럼 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 통해 챔버(110) 내의 플라즈마 광을 Y축 방향의 영역별로 측정하고, 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 통해 챔버(110) 내의 플라즈마 광을 X축 방향의 영역별로 측정함에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 모니터링부(140)는 플라즈마 광의 수광시 교차되는 영역에 대한 공간 분석이 가능해지게 된다.

한편, 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 0°~ 180°의 각도로 배치될 수 있다. 여기서, 0°라 함은 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 제2 선택영역 광 투과부(130B)가 일방향으로 나란하게 배치된 상태를 의미하고, 180°라 함은 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 제2 선택영역 광 투과부(130B)가 상호 마주하게 배치된 상태를 의미한다. 이러한 배치 구조에 의해 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 제2 선택영역 광 투과부(130B)로 0°~180° 범위의 어떠한 방향에서라도 입사될 수 있게 된다.

일례로, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 수평되는 방향, 즉 서로 마주도록 180°의 각도로 배치될 수 있다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 경사지게 배치될 수도 있다.

도 9는 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부에 대한 구성도로써, 도 9를 참조하면, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 투명 LCD 패널(131)과, 스위칭부(132)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)의 구조 및 기능은 상호 동일하므로, 이하 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 기준으로 설명하기로 한다.

투명 LCD 패널(131)은 제1 뷰포트(120A)와 마주하게 배치될 수 있다. 이러한 투명 LCD 패널(131)은 적어도 하나의 영역(31a, 31b)으로 구획되어 개별적으로 전원을 공급받는 1개 이상의 단위 LCD 패널(31)을 구비하며, 전원이 공급된 영역에만 플라즈마 광이 투과하도록 형성될 수 있다.

즉, 투명 LCD 패널(131)은 전원이 인가되면 내부의 액정물질이 흩어지면서 빛을 산란시키는 작용을 이용하여 채색, 즉 명암을 조절하는 일종의 투명막을 의미한다. 본 발명에서는 흑색으로만 명암이 조절되도록 단순화한 LCD 패널을 이용하는 것이 바람직하다.

투명 LCD 패널(131)을 구성하는 단위 LCD 패널(31)의 각 영역(31a, 31b)은 전원과 개별적으로 접속되어 흑색으로 명암 조절이 가능하다. 즉, 단위 LCD 패널(31)은 제1 선택적 차광부(131A) 역할을 하는 것으로, 도면 상에는 단위 LCD 패널(31)이 2개의 영역(31a, 31b)으로 구획된 형태로 도시하였으나, 이에 한정되지는 않으며 하나 또는 그 이상으로 구획될 수 있다. 만약 단위 LCD 패널(31)이 1개의 영역을 갖는 경우에는 단위 LCD 패널(31)을 복수로 구비하여 서로 연결함으로써 투명 LCD 패널(131)을 구성할 수 있다. 여기서, 단위 LCD 패널(31)의 각 영역(31a, 31b)에 대한 크기는 한정되지 않으나, 적어도 최소 플라즈마 광량이 통과할 정도의 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

스위칭부(132)는 투명 LCD 패널(131)에 연결되며, 단위 LCD 패널(31)의 각 영역(31a, 31b)에 선택적으로 전원을 공급할 수 있다. 이에 따라 스위칭부(132)의 제어를 통해 단위 LCD 패널(31)의 각 영역(31a, 31b)은 개별적으로 명암 조절이 가능하다. 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 투명 LCD 패널(131)이 두 개의 영역(31a, 31b)으로 구획된 1개의 단위 LCD 패널(31)을 구비한 경우, 스위칭부(132)를 통해 단위 LCD 패널(31)의 좌측에 배치된 영역(31a)에만 전원을 인가하면 좌측에 배치된 영역(31a)에만 플라즈마 광이 투과될 수 있는 투명으로 명암이 조절되고, 우측에 배치된 영역(31b)은 플라즈마 광을 차단하는 흑색으로 명암이 조절되는 것이다.

따라서 제1 뷰포트(120A)를 투과한 플라즈마 광은 우측에 배치된 영역(31b)으로는 투과되지 않고, 좌측에 배치된 영역(31a)으로만 투과하게 된다. 즉, 우측에 배치된 영역(31b)을 통과하는 광량은 0%이고, 좌측에 배치된 영역(31a)을 통과하는 광량은 100%가 된다.

모니터링부(140)는 제1 선택적 차광부(131A) 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 제2 선택적 차광부(131B) 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 획득한 플라즈마 광의 정보를 통해 챔버(110) 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링한다. 여기서, 플라즈마 광의 정보는 플라즈마 광이 교차되는 영역의 플라즈마 광의 강도(intensity), 광량 등을 포함할 수 있다. 그리고, 균일도란 플라즈마 광이 교차되는 영역의 위치별 강도가 기 설정된 범위 내에 해당하는 경우를 의미한다. 즉, 모니터링부(140)를 통해 측정된 위치별 플라즈마 광의 강도가 미리 설정된 범위 내에 해당하는 경우, 챔버(110) 내에 형성된 플라즈마 광이 균일하다고 할 수 있다. 일례로, 챔버(110)의 중앙에서 방출되는 플라즈마의 균일도 범위를 95 ~ 105로 설정하였을 때, 모니터링부(140)를 통해 측정된 챔버(110) 중앙의 플라즈마 강도가 100이면, 챔버(110) 중앙에 형성된 플라즈마는 균일한 것으로 판단할 수 있다.

모니터링부(140)는 챔버(110)의 외부에 배치될 수 있으며, 광학 프로브(151)를 구비한 광학 케이블(150)을 통해 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)와 연결될 수 있다. 이러한 모니터링부(140)는 복수로 구비되어 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)에 각각 연결될 수 있으나, 본 실시예에서는 단수로 구비되어 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B) 사이에 연결된 상태로 설명하기로 한다.

구체적으로, 광학 프로브(151)는 한 쌍으로 구비되어 각각 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)에 가까이 배치될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 광학 케이블(150)은 각각의 광학 프로브(151)를 모니터링부(140)와 광학적으로 연결할 수 있다. 이에 따라 모니터링부(140)는 광학 프로브(151)와 광학 케이블(150)을 통해 전달된 플라즈마 광을 분석할 수 있게 된다. 일례로, 상기 광학 케이블(150)은 광섬유로 형성될 수 있다.

모니터링부(140)는 광 섬유(Optical Fiber)를 구비하여 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링하는 장치, 일례로 광 방출 분석기(OES: Optical Emission Spectroscopy)로 형성될 수 있다. 이러한 광 방출 분석기는 원자와 이온의 불연속적인 전자 에너지 준위를 이용한 것으로, 상대적으로 높은 에너지 상태에 있던 전자가 낮은 에너지 상태로 천이할 때 발산되는 빛을 감지하도록 형성될 수 있다. 다만, 모니터링부(140)는 광 방출 분석기(OES)에 한정되지 않으며, 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링하는 카메라를 포함하여 형성될 수도 있다.

이 밖에도, 모니터링부(140)는 내부에 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 측정하기 위한 측정 센서를 구비하여 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링할 수 있다. 이처럼 모니터링부(140)가 측정 센서를 구비한 때에는 광학 케이블(150), 즉 광섬유 없이 광학 프로브(151)에 직접 연결되어 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 투과한 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링할 수 있다.

이처럼 모니터링부(140)가 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 투과한 특정 영역의 플라즈마 광을 분석함에 따라, 챔버(110) 내 위치별 플라즈마의 이상 상태의 감지 및 플라즈마 상태의 공간적 해석이 가능해 진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 모니터링부(140)가 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 투과하여 X축 방향으로 입사되는 플라즈마 광과, 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 투과하여 Y축 방향으로 입사되는 플라즈마 광을 각각 수신함에 따라, 플라즈마 광이 교차되는 영역을 좌표로 나타낼 수 있게 되는 것이다. 물론, 제1 뷰포트(120A)와 제2 뷰포트(120B)가 서로 수직 방향이 아닌 180°로 마주보게 배치된는 경우에는, 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 제2 선택영역 광 투과부(130B)가 마주보게 배치될 수 있고, 모니터링부(140)가 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 투과하여 X축 방향으로 입사되는 플라즈마 광과, 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 투과하여 X축 방향으로 입사되는 플라즈마 광을 각각 수신함에 따라, 플라즈마 광이 교차되는 영역을 좌표로 나타낼 수도 있을 것이다.

따라서, 모니터링부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 각 좌표에 대한 플라즈마 광의 세기를 맵(map)으로 나타낼 수 있게 된다. 이때, 챔버(110) 내부에 형성된 플라즈마 광이 불균일한 경우, 모니터링부(140)는 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 수신 및 상호 비교함으로써 불균일 영역(E)을 외부로 출력할 수 있다. 그러면, 작업자는 모니터링부(140)를 통해 출력된 불균일 영역(E)의 좌표를 확인하면, 챔버(110) 내부에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 판단할 수 있게 된다.

예를 들어, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 모니터링부(140)는 위치에 따른 플라즈마 광의 세기를 수신하고, 이들을 상호 연결함으로써 그래프로 나타낼 수 있다. 이때, 그래프는 중심 부분이 볼록한 호 형태로 나타날 수 있는데, 이는 챔버(110)의 중심부에 플라즈마 광이 집중되기 때문이다. 이렇게 측정된 플라즈마 광의 그래프가 기 설정된 범위 내에 해당하게 되면, 챔버(110) 내부에서 발생하는 플라즈마 광의 균일도가 일정한 것으로 판단할 수 있다. 만약, 도 6에 도시된 바와 같이 플라즈마 광의 그래프가 호 형태로 나타나더라도 기 설정된 범위를 벗어나거나, 일부가 기 설정된 범위를 이탈하게 되면 모니터링부(140)는 챔버(110) 내부에서 발생하는 플라즈마 광이 불균일한 것으로 판단할 수 있다.

도 10(a)는 선택영역 광투과부가 설치되지 않은 종래 기술에 따른 플라즈마 처리장치의 수광 영역을 도시한 도면이고, 도 10(b)는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 수광 영역을 도시한 도면이다.

도 10(b)를 참조하면, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)에는 챔버(110) 내부로부터 방출되는 플라즈마 광의 입사각 범위를 확장 및 집속하여 모니터링부(140)로 제공하는 집광부(160)가 더 설치될 수 있다.

집광부(160)는 특수 가공된 오목렌즈(concave lens)로 형성될 수 있다. 오목 렌즈는 수평 방향으로의 곡률이 수직 방향으로의 곡률보다 큰 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 챔버(110) 내부로부터 방출되는 플라즈마 광의 입사각 범위(B)를 확장시키도록 하여 광을 집속할 수 있게 된다.

즉, 종래에는 도 10(a)에 도시된 바와 같이 모니터링부(140)의 광학 케이블(150), 일례로 광섬유를 통해 플라즈마 광의 일부분만 수집하였으나, 본 실시예에 따르면 도 10(b)에 도시된 바와 같이 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)에 집광부(160)를 더 설치하여 챔버(110) 내부의 넓은 영역의 빛을 받아들임으로써, 기판(w)의 중심부터 최외곽까지 플라즈마 상태를 고르게 분석하여 플라즈마 상태에 대한 분석 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 일례로 챔버(110) 내의 빛이 수용되는 범위, 즉 플라즈마 광에 대한 입사각의 범위를 확장하기 위해, 제1 선택영역 광 투과부(130A)와 모니터링부(140) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)와 모니터링부(140) 사이에 특수 가공된 오목렌즈를 삽입하여, 광 수용 각도를 획기적인 수준(대략 160°혹은 그 이상)으로 확장할 수 있다.

도 11은 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부의 다양한 설치 예를 도시한 도면이고, 도 12 및 도 13은 도 1에 도시된 선택영역 광 투과부에 대한 구동 예를 도시한 도면이다. 여기서, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)의 구조 및 구동 방법은 상호 동일하므로, 이하 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 기준으로 설명하기로 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제1 선택영역 광 투과부(130A)는 제1 뷰포트(120A) 보다 크게 형성되어 제1 뷰포트(120A)로부터 이격 배치되거나(도 11(a) 참조), 제1 뷰포트(120A) 보다 작게 형성되어 제1 뷰포트(120A)의 일면에 장착될 수 있다(도 11(b) 참조). 그리고, 제1 뷰포트(120A)의 크기와 동일하게 형성되어 제1 뷰포트(120A)의 일면에 장착될 수도 있다(도 11(c) 참조). 이때, 제1 선택영역 광 투과부(130A)의 중심은 제1 뷰포트(120A)의 중심과 일치하도록 배치될 수 있으며, 제1 선택영역 광 투과부(130A)가 제1 뷰포트(120A)의 일면에 장착되는 경우에는 제1 선택영역 광 투과부(130A)의 일면과 제1 뷰포트(120A)의 일면이 접촉되어 접착제나 기타 체결 도구 등을 통해 일체로 형성될 수 있다.

이러한 제1 선택영역 광 투과부(130A)는 복수의 제1 선택적 차광부(131A) 중 적어도 하나가 플라즈마 광을 투과하도록 형성될 수 있다. 일례로, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 선택적 차광부(131A)는 플라즈마 광을 일방향을 따라 순차적으로 투과시킬 수 있다. 이와 같이 플라즈마 광을 일방향을 따라 순차적으로 투과시키는 경우에는 플라즈마의 광량의 변화를 연속적으로 파악할 수 있고, 이에 따라 플라즈마의 균일도를 연속적으로 측정할 수 있게 된다.

제1 선택영역 광 투과부(130A)에 구비된 제1 선택적 차광부(131A)의 개수(n)는 도 13에 도시된 바와 같이 다양하게 구성될 수 있다. 그리고, 챔버(110) 내의 전체 영역을 측정하거나 중앙 영역만을 측정하도록 배치될 수 있다. 여기서, 챔버(110)의 중앙 영역만을 측정하는 이유는 챔버(110)의 중앙 부위에 플라즈마가 집중될 수 있기 때문이다.

일례로, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 선택영역 광 투과부(130A)가 제1 선택적 차광부(131A)를 2개 구비한 경우, 제1 선택적 차광부(131A)가 좌우 영역을 번갈아가며 플라즈마 광을 차단하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 챔버(110)의 좌측 영역과 우측 영역에 각각 형성된 플라즈마 광의 강도를 비교하여 챔버(110) 내부에 형성된 플라즈마 분포의 균일도를 판단할 수 있게 된다.

그리고, 제1 선택영역 광 투과부(130A)가 제1 선택적 차광부(131A)를 3개 구비한 경우에는, 좌측의 제1 선택적 차광부(131A)와 우측의 제1 선택적 차광부(131A)로만 플라즈마 광이 번갈아가며 투과하도록 설정되어 챔버(110)의 외곽부만 측정하도록 형성될 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 선택적 차광부(131A)가 순차적으로 플라즈마 광을 투과하도록 설정하여, 광량의 변화를 연속적으로 측정할 수도 있다. 물론, 제1 선택적 차광부(131A)가 순차적이 아닌 임의의 순서로 플라즈마 광을 투과하도록 설정하는 것도 가능하다.

그리고, 제1 선택영역 광 투과부(130A)가 제1 선택적 차광부(131A)를 4개 구비한 경우에는, 홀수 번째 제1 선택적 차광부(131A)와 짝수 번째 제1 선택적 차광부(131A)가 번갈아가며 플라즈마 광을 투과시키도록 형성될 수 있다. 물론, 제1 선택적 차광부(131A)를 4개 구비된 경우에도 좌우 영역의 외곽부로만 번갈아가며 플라즈마 광이 투과하도록 형성될 수도 있고, 순차적으로 플라즈마 광이 투과하도록 형성될 수도 있다. 아울러, 제1 선택적 차광부(131A)가 4개 구비된 경우에도 제1 선택적 차광부(131A)가 순차적이 아닌 임의의 순서로 플라즈마 광을 투과하도록 설정할 수 있다.

도 14은 도 1에 있어서, 다른 실시예에 따른 선택영역 광 투과부에 대한 구성도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 프레임(231)과, 셔터부재(232)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)의 구조 및 동작은 상호 동일하므로, 이하 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 기준으로 설명하기로 한다.

프레임(231)은 제1 뷰포트(120A)와 마주하게 배치되며, 일면에 개구(231a)가 형성될 수 있다.

셔터부재(232)는 복수로 구비되어 프레임(231) 내에 일렬로 배치되며, 개구(231a)의 일정 영역을 선택적으로 차폐할 수 있다. 즉, 셔터부재(232)는 제1 선택적 차광부(131A) 역할을 하는 것으로, 일측에는 셔터부재(232)를 회전 구동시키거나 선형 이동시키기 위한 구동 모터가 설치될 수 있다. 이에 따라, 도 14에 도시된 바와 같이 프레임(231)이 2개의 셔터부재(232a, 232b)를 구비한 경우, 구동 모터를 통해 우측에 배치된 셔터부재(232b)를 구동시키면 우측에 배치된 개구(231a)는 차폐되어 플라즈마 광이 투과되지 않고, 좌측에 배치된 개구(231a)로만 플라즈마 광이 투과하게 된다. 이러한 셔터부재(232a, 232b)의 크기는 한정되지 않으나, 최소 플라즈마 광량이 통과할 정도의 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 15는 도 1에 있어서, 다른 실시예에 따른 선택영역 광 투과부에 대한 구성도이고, 도 16은 도 15에 도시된 편광필터 세트를 발췌하여 도시한 도면이다.

도 15 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 편광필터 세트(331)와, 제어부(332)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)의 구조 및 동작은 상호 동일하므로, 이하 제1 선택영역 광 투과부(130A)를 기준으로 설명하기로 한다.

도 15 내지 도 16를 참조하면, 하나의 편광필터 세트(331a, 331b)는 각각 서로 중첩되도록 배치되는 적어도 2개 이상의 편광필터(31a, 31b)를 구비될 수 있으며, 플라즈마 광이 선택적으로 투과하도록 형성될 수 있다. 편광필터(31a, 31b)는 다양한 방향에서 출렁이면서 진동하는 빛을 특정한 방향으로 진동하는 빛만 통과시키도록 할 수 있다.

제어부(332)는 편광필터 세트(331)에 구비되는 각각의 편광필터(31a, 31b)의 각도를 제어하여 편광필터(31a, 31b)로 투과되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단할 수 있다. 구체적으로, 도 16에 도시된 바와 같이 편광필터 세트(331)가 좌측 및 우측에 2개 구비된 경우, 제어부(332)를 통해 우측에 배치된 편광필터 세트(331b)에 포함된 편광필터들(31b, 31b)이 서로 직각을 형성하도록(예를 들어, 하나는 수직편광을 통과시키고, 다른 하나는 수평편광을 통과시키도록 배치) 각각의 편광필터들(31b, 31b)의 배치각도를 제어하면 우측에 배치된 편광필터 세트(331b)로 입사되는 플라즈마 광은 차단될 수 있고, 좌측에 배치된 편광필터 세트(331a)에 포함된 편광필터(31a, 31a)들이 서로 평행하게 배치되도록(예를 들어, 둘 다 수직편광을 통과시키도록 배치하거나, 둘 다 수평편광을 통과시키도록 배치) 각각의 편광필터(31a, 31a)들의 배치각도를 제어하면 좌측에 배치된 편광필터 세트(331a)로 입사되는 플라즈마 광은 투과될 수 있다(도 16a, 13b 참조).

전술한 바와 같이, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 제1 뷰포트(120A)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 투과 또는 차단하는 제1 선택영역 광 투과부(130A)와, 2 뷰포트(120B)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 투과 또는 차단하는 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 0°~ 180°의 각도로 배치시킴으로써, 플라즈마 공정시 챔버(110) 내에 형성되는 플라즈마의 위치별 균일도 상태를 모니터링할 수 있게 된다.

또한, 모니터링부(140)를 통해 플라즈마의 균일도가 고르지 않은 것이 확인되면 플라즈마의 분포가 균일하게 되도록 플라즈마 공정 조건들을 제어하여 플라즈마 공정 환경을 최적화시킬 수 있으므로, 우수하고 신뢰도 높은 반도체 기판(w)을 제조할 수 있게 된다.

또한, 종래에는 챔버(110) 내부에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 측정하기 위하여 어레이 구조의 센서와 같은 고가의 센서를 필요로 하였으나, 본 발명에 따르면 비교적 저렴한 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)를 이용하여 각 영역에 대한 플라즈마 균일도를 측정할 수 있으므로 초기 설치 비용을 줄일 수 있게 된다.

도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)를 포함하는 플라즈마 처리장치(10)는 챔버(110)와, 제1 뷰포트(120A)와, 제2 뷰포트(120B)와, 제1 선택영역 광 투과부(130A)와, 제2 선택영역 광 투과부(130B), 및 모니터링부(140)를 포함한다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 예와 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

챔버(110)는 플라즈마를 이용한 공정이 진행되는 곳으로, 내부에는 기판(w)이 안착되는 척(111)이 설치될 수 있다. 여기서, 기판(w)은 반도체 기판, 금속 기판 또는 유리 기판 등으로 제공될 수 있으며, 기판(w) 처리의 예로는 식각 공정, 화학 기상 증착 공정, 에싱 공정, 세정 공정 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

챔버(110)의 일측에는 가스 공급관(112)을 통해 챔버(110) 내부와 연결된 가스 공급부(113)가 설치되어 있어, 챔버(110) 내로 플라즈마를 형성하기 위한 반응 가스를 공급할 수 있다. 이러한 반응 가스에는 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 비활성 가스가 사용될 수 있다.

챔버(110) 내부는 진공으로 형성될 수 있는데, 이를 위하여 챔버(110)의 일측에는 진공 유닛(114)이 연결될 수 있다. 이러한 진공 유닛(114)은 진공 펌프와, 압력을 조절하기 위한 컨트롤 밸브 등으로 이루어질 수 있다.

제1 뷰포트(view port, 120A)는 챔버(110)에 X축 방향으로 배치될 수 있으며, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광을 외부로 전달한다. 구체적으로, 제1 뷰 포트(120)는 식각 공정이나 증착 공정 등이 수행되는 챔버(110) 내부의 상태를 확인하기 위하여 투시창이 마련될 수 있다. 이에 따라, 챔버(110) 내부에 생성된 플라즈마에 의한 광이 제1 뷰포트(120A)를 통해 외부로 방출될 수 있으므로, 식각 공정이나 증착 공정 등의 수행을 위한 플라즈마가 제대로 형성되는지를 확인하거나, 공정 진행중인 기판(w)이 안정된 상태를 유지하는지를 외부에서 확인할 수 있게 된다.

제2 뷰포트(120B)는 챔버(110)에 제1 뷰포트(120A)와 수직인 Y축 방향 또는 제1 뷰포트(120B)와 나란한 X축 방향으로 배치될 수 있으며, 챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광을 외부로 전달한다. 제2 뷰포트(120B)와 제1 뷰포트(120A)의 배치는 이에 한정되지 않으며, 제2 뷰포트(120B)와 제1 뷰포트(120A)는 0°~ 180°의 각도 내에서 다양하게 배치될 수 있다. 여기서, 제2 뷰포트(120B)는 제1 뷰포트(120A)의 구조와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 선택영역 광 투과부(130A)는 챔버(110)에 형성된 제1 뷰포트(120A)와 마주하게 배치되며, 제1 뷰포트(120A)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부(131A)가 마련될 수 있다.

제2 선택영역 광 투과부(130B)는 챔버(110)에 형성된 제2 뷰포트(120B)와 마주하게 배치되며, 제2 뷰포트(120B)를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부(131B)가 마련될 수 있다.

제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 투명 LCD 패널(131)과 스위칭부(132)를 포함하여 형성될 수 있고, 프레임(231)과 셔터부재(232)를 포함하여 형성될 수도 있으며, 편광필터 세트(331)와 제어부(332)를 포함하여 형성될 수도 있다. 이러한 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)의 구성은 앞서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.

모니터링부(140)는 제1 선택적 차광부(131A) 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 제2 선택적 차광부(131B) 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 획득하며, 획득한 플라즈마 광의 강도 또는 광량이 기 설정된 범위 내에 해당하는지를 비교하여 챔버(110) 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 판단한다.

도 1 내지 도 16을 참조하여 플라즈마 공정 모니터링 장치를 포함하는 플라즈마 처리장치(10)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 챔버(110) 내의 척(111)에 기판(w)이 안착되면 진공 유닛(114)의 작동에 의해 챔버(110) 내부는 진공으로 형성된다. 이 상태에서 가스 공급부(113)에 의해 챔버(110) 내부로 반응 가스가 공급되고, 내부에 고주파 전극이 인가되면 반응 가스는 플라즈마 상태가 되어 식각 공정이나 증착 공정 등을 수행할 수 있게 된다.

이렇게 플라즈마가 형성되면 플라즈마에서 발생되는 광은 제1 뷰포트(120A) 및 제2 뷰포트(120B)를 통해 제1 선택영역 광 투과부(130A) 및 제2 선택영역 광 투과부(130B)로 전달된다. 이때, 제1 선택영역 광 투과부(130A)는 제1 선택적 차광부(131A)를 통해 X축 방향으로 여러 구획으로 나누어져 있으므로, 제1 선택적 차광부(131A)를 선택적으로 차폐시키면 챔버(110) 내의 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 Y축 방향 또는 X축 방향의 영역별로 측정할 수 있게 된다(챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 수직방향이 아닌 0°~180° 범위의 어떠한 방향에서라도 입사될 수 있음). 그리고, 제2 선택영역 광 투과부(130B)는 제2 선택적 차광부(131B)를 통해 Y축 방향으로 여러 구획으로 나누어져 있으므로, 제2 선택적 차광부(131B)를 선택적으로 차폐시키면 챔버(110) 내의 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 X축 방향 또는 Y축 방향의 영역별로 측정할 수 있게 된다(챔버(110) 내에서 방출되는 플라즈마 광은 수직방향이 아닌 0°~180° 범위의 어떠한 방향에서라도 입사될 수 있음).

따라서, 모니터링부(140)는 광학 프로브(151) 및 광학 케이블(150)을 통해 Y축 방향의 영역별 플라즈마 광의 정보와, X축 방향의 영역별 플라즈마 광의 정보를 수신할 수 있게 된다. 이처럼 모니터링부(140)를 통해 교차되는 영역을 투과한 플라즈마 광의 정보를 수신함에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 교차되는 지점을 이용하여 챔버(110) 내부의 영역별 플라즈마 강도를 측정할 수 있게 되고, 모니터링부(140)는 이러한 영역별 플라즈마 강도가 기 설정된 범위의 플라즈마 강도 내에 해당하는지를 비교함으로써 챔버(110)에 형성된 플라즈마 균일도를 확인할 수 있게 된다.

이러한 과정을 통해 영역별 플라즈마 균일도를 확인함으로써 챔버(110) 내부에 형성된 기판(w)의 증착 균일도나 식각 균일도를 확인할 수 있게 된다. 즉, 챔버(110) 내의 플라즈마 강도가 일방향으로 치우칠 경우, 치우친 부위에 배치된 기판(w)의 증착 공정이나 식각 공정이 빠르게 진행되고 나머지 부위에 배치된 기판(w)의 증착 공정이나 식각 공정은 더디게 진행되므로, 기판(w)의 두께가 균일하게 형성되지 않게 되는 것이다.

이에 따라, 모니터링부(140)를 통해 플라즈마 광의 이상 분포가 확인되면, 플라즈마 공정의 조건들을 제어함으로써 플라즈마 공정 환경을 최적화할 수 있게 된다. 이처럼 최적화된 플라즈마 공정에 기초하여 반도체 기판(w)을 제조함에 따라 우수하고 신뢰도 높은 반도체 제품을 구현할 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110.. 챔버
120A.. 제1 뷰포트
120B.. 제2 뷰포트
130A.. 제1 선택영역 광 투과부
131A.. 제1 선택적 차광부
131.. 같이 투명 LCD 패널
132.. 스위칭부
130B.. 제2 선택영역 광 투과부
131B.. 제2 선택적 차광부
140.. 모니터링부
150.. 광학 케이블
151.. 광학 프로브
160.. 집광부

Claims

챔버의 일측에 배치된 제1 뷰포트와 마주하게 배치되며, 상기 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부가 마련된 제1 선택영역 광 투과부;
상기 챔버의 타측에 배치된 제2 뷰포트와 마주하게 배치되며, 상기 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부가 마련된 제2 선택영역 광 투과부; 및
상기 제1 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 상기 제2 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 상기 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링하는 모니터링부;
를 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부와 상기 제2 선택영역 광 투과부는 0°~ 180°의 각도로 배치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부와 상기 제2 선택영역 광 투과부는 서로 수직 또는 수평되는 방향으로 배치되거나, 서로 경사지게 배치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부는 상기 챔버의 폭 방향으로 배치되는 상기 제1 뷰포트와 나란하게 배치되며,
상기 제2 선택영역 광 투과부는 상기 챔버의 두께 방향으로 배치되는 상기 제2 뷰포트와 나란하게 배치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부는 M개의 제1 선택적 차광부를 구비하고, 상기 제2 선택영역 광 투과부는 N개의 제2 선택적 차광부를 구비하며,
상기 모니터링부는 M*N개의 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 상기 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 수평 방향 또는 수직 방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 제1 선택적 차광부 및 제2 선택적 차광부를 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 선택적 차광부 및 제2 선택적 차광부는 직사각형 형상으로 형성되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는,
적어도 하나의 영역으로 구획되어 개별적으로 전원을 공급받는 1개 이상의 단위 LCD 패널을 구비하며, 전원이 공급된 영역에만 상기 플라즈마 광이 투과하도록 하는 투명 LCD 패널과,
상기 투명 LCD 패널에 연결되며, 상기 단위 LCD 패널의 각 영역에 선택적으로 전원을 공급하는 스위칭부를 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는,
내부에 개구가 형성된 프레임과,
상기 프레임 내에 일렬로 배치되어 상기 개구의 일정 영역을 선택적으로 차폐하는 복수의 셔터부재를 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는,
서로 중첩되도록 배치되는 적어도 2개 이상의 편광필터를 구비하고, 상기 플라즈마 광이 선택적으로 투과하도록 형성된 복수의 편광필터 세트와,
상기 편광필터 세트에 구비되는 편광필터 가운데 적어도 하나의 배치각도를 제어하여 상기 편광필터 세트로 입사되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 제어부를 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부는 각각 상기 제1 뷰포트 및 제2 뷰포트의 일면에 일체로 형성되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 광의 정보는 상기 플라즈마 광이 교차되는 영역의 플라즈마 광의 강도(intensity) 또는 광량을 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제12항에 있어서,
상기 모니터링부는 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 수신하고, 이를 기 설정된 범위 내에 해당하는지를 비교하여 상기 챔버 내부에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 판단하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 모니터링부는 광 섬유(Optical Fiber) 또는 측정 센서를 구비하여 상기 플라즈마 광의 강도 또는 광량을 모니터링하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 모니터링부는 광 방출 분석기(OES: Optical Emission Spectroscope) 또는 카메라를 구비하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 상기 제2 선택영역 광 투과부는 각각 별개의 모니터링부에 연결되거나, 하나의 모니터링부에 연결되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부 및 제2 선택영역 광 투과부에는 상기 챔버 내부로부터 방출되는 상기 플라즈마 광의 입사각 범위를 확장 및 집속하여 상기 모니터링부로 제공하는 집광부가 더 설치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
플라즈마를 이용한 공정이 진행되는 챔버;
각각 상기 챔버에 일측 및 타측에 배치되며, 상기 챔버 내에서 방출되는 플라즈마 광을 외부로 전달하는 제1 뷰포트 및 제2 뷰포트;
상기 제1 뷰포트와 마주하게 배치되며, 상기 제1 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제1 선택적 차광부가 마련된 제1 선택영역 광 투과부;
상기 제2 뷰포트와 마주하게 배치되며, 상기 제2 뷰포트를 통해 방출되는 플라즈마 광을 선택적으로 차단하는 복수의 제2 선택적 차광부가 마련된 제2 선택영역 광 투과부; 및
상기 제1 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광과, 상기 제2 선택적 차광부 중 적어도 하나를 투과한 플라즈마 광이 교차되는 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 상기 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링하는 모니터링부;
를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부와 상기 제2 선택영역 광 투과부는 0°~ 180°의 각도로 배치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부는 상기 챔버의 폭 방향으로 배치되는 상기 제1 뷰포트와 나란하게 배치되며,
상기 제2 선택영역 광 투과부는 상기 제1 선택영역 광 투과부와 수직 방향 또는 수평방향으로 배치되거나, 서로 경사지게 배치되는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
제18항에 있어서,
상기 제1 선택영역 광 투과부는 M개의 제1 선택적 차광부를 구비하고, 상기 제2 선택영역 광 투과부는 N개의 제2 선택적 차광부를 구비하며,
상기 모니터링부는 M*N개의 영역에 대한 플라즈마 광의 정보를 획득하며, 상기 플라즈마 광의 정보를 통해 상기 챔버 내에 형성된 플라즈마의 위치별 균일도를 모니터링하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.