KR20230000293A - 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법은 광학 거울에 의해 플라즈마 광이 반사되고 상기 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 플라즈마 광의 강도를 제어부에서 강도 비로 변환시켜 장시간 플라즈마 공정 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광학 거울에 의해 플라즈마 광 반사되고 상기 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되어 상기 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시켜 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법에 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.
예를 들어, 상기 기판처리공정 중에서 박막을 증착하는 공정은 플라즈마를 이용한 플라즈마-강화 화학기상증착(PECVD) 방법이 수행 되고 있다.
여기서, 플라즈마-강화 화학기상증착에 사용되는 플라즈마 장치는 통상 반응 공간을 형성하는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 가스 공급부로 전원을 공급하기 위한 전원장치 및 기판이 안착되는 척을 포함하여 형성된다.
또한, 플라즈마 장치는 공정 챔버 내벽에 박막이 증착 되면 파티클이 발생하는 문제가 있기 때문에 이를 방지하기 위해 실드(Shield) 또는 마스크(mask)로 차폐 되어 있다.
종래의 플라즈마 공정 모니터링 장치는 플라즈마 장치 외부로 방출되는 플라즈마 광을 모니터링 함으로서 플라즈마의 균일도를 모니터링하는 것이어서, 플라즈마 장치 내부에서 직접적으로 플라즈마의 균일도를 모니터링 할 수 없는 문제가 있었다.
이에 따라, 반도체 설비의 공정 챔버 내부 플라즈마 공정 환경을 분석하고 진단하기 위해서 광학 발광 분광기(optical emission spectrometer, OES)를 적용할 수 있다.
상기 광학 발광 분광기(OES, optical emission spectrometer, OES)는 발광하는 광을 분광하여 파장 별 광의 강도(Intensity)를 분석할 수 있다.
하지만 플라즈마 공정 중에 발생된 플라즈마를 모니터링을 하기 위하여 플라즈마 공정 진행 중에 OES 센서를 직접적으로 배치하는 경우, OES 센서 상부에 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 증착되어 장시간 플라즈마 모니터링이 불가능한 문제점이 있었다.
따라서, 공정 진행 중에 OES 센서에 증착되지 않고 플라즈마 챔버 내에 형성된 플라즈마의 균일도를 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광학 거울에 의해 플라즈마 광이 반사되고 상기 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되고 제어부에서 상기 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키는 방법을 통해 플라즈마 공정 중 플라즈마의 균일도를 검사하는 것이다.
또한, 본 발명은 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 제공한다.
상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 광학 거울;
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 상기 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서; 및
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 거울은 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질로 구성 될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 투명한 경우, 상기 광학 거울 하부에 위치하는 반사형 박막을 더 포함할 수 있다.
또한, 플라즈마 증착 소스가 Ti 와 N2 이고 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 화학반응을 하여 형성된 물질이 TiN 인 경우, 상기 광학 거울은TiN일 수 있다.
또한, 상기 OES 센서는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 제1 광학 거울;
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 제 1 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광이 입사된 후 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제 2광학 거울;
상기 제 2 광학 거울 상부에 배치되고 상기 제 2 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서; 및
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 광학 거울은 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성 될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 투명한 경우, 상기 광학 거울 하부에 위치하는 반사형 박막을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 OES 센서는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법을 제공한다.
광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법은 상술한 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법에 있어서,
플라즈마 공정 중에 발생된 플라즈마 광이 상기 광학 거울에서 반사되어 상기 광학 거울에서 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되는 플라즈마 광 측정 단계; 및
상기 제어부에서 OES 센서에 의해 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환하고, 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 동일한 경우 상기 플라즈마 공정을 정상으로 판단하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 상기 플라즈마 공정을 비정상으로 판단 하는 판정 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것이다. 상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법은 광학 거울에 의해 플라즈마 광이 반사되고 상기 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되고 제어부에서 상기 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시켜 장시간 플라즈마 공정 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 상태의 장시간 모니터링이 가능해 짐에 따라 플라즈마 공정에 의해 기판 상에 증착된 박막의 품질을 예측할 수 있고 최적의 플라즈마 공정 조건을 도출할 수 있으므로 플라즈마 공정 및 기판상에 증착된 박막의 고품질을 지속적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템의 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예1 에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예2 에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 분압비, 파워 또는 압력에 따른 강도비(Intensity ratio, α, β값)를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울 상부에 증착된 TiN 두께에 따른 파장별 반사율을 나타낸 표와 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예1 에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예2 에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 분압비, 파워 또는 압력에 따른 강도비(Intensity ratio, α, β값)를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울 상부에 증착된 TiN 두께에 따른 파장별 반사율을 나타낸 표와 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 5 를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
상기 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 광학 거울(200)에 의해 반사된 플라즈마 광의 강도를 OES 센서(100)에 의해 감지되고 상기 감지된 플라즈마 광 스펙트럼의 강도를 제어부에서 강도 비로 변환하여 플라즈마 공정을 모니터링 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예1 에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템의 개략적인 개념도이다.
본 발명의 일 실시 예는 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템은 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 광학 거울(200);
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 상기 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서(100); 및
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부(10);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 반도체 또는 디스플레이 제조 공정 중에서 플라즈마를 적용하는 공정에 모두 적용할 수 있다.
예를 들면, 플라즈마를 적용하는 “증착” 공정인 스퍼터링, PECVD, PEALD 등에서 본 발명이 적용될 수 있다.
기존의 플라즈마 공정 모니터링 방법은 상기 OES 센서에 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질의 박막이 증착되어 장시간 플라즈마 모니터링이 불가한 문제가 있었다. 따라서, 본 발명은 OES 센서에 직접적으로 플라즈마 물질이 증착되는 것을 방지하고자 광학 거울을 적용 하여 광학 거울에서 반사된 광을 OES 센서가 간접적으로 감지할 수 있는 것이 특징이다.
먼저, 상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템은 광학 거울(200)을 포함할 수 있다.
상기, 광학 거울(200)은 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사할 수 있다.
상기 광학 거울(200)이 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질인 경우 상기 광학 거울 상에 상기 물질이 증착되므로 상기 광학 거울(200)은 광 반사 기능을 할 수 없다.
따라서, 상기 광학 거울(200)은 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질로 구성 될 수 있다.
예를 들어, 반응성 스퍼터링에 의한 박막 증착(Deposition) 공정에서, 상기 광학 거울은 상기 플라즈마에 의해 기판상에 증착하려는 물질 자체로 구성 될 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 투명한 경우, 상기 광학 거울 하부에 위치하는 반사형 박막을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 반사형 박막은 알루미늄(Al), 은(Ag) 베릴륨(Be), 크로뮴(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브데넘(Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 텅스텐(W) 또는 불화 마그네슘, 이산화 규소, 오산화 탄탈럼, 황화 아연 및 이산화 티타늄에서 선택된 1종으로 구성될 수 있다.
즉, 상기 반사형 박막은 유전체 물질로 구성되는 유전체 거울(dielectric mirror) 일 수 있다.
또한, 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템은 OES 센서(100)를 포함할 수 있다.
상기 OES 센서(100)는 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 상기 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울 및 OES 센서(100)를 확인 할 수 있다.
상기 도 2 는 본 발명의 일 실시 예로써 광학 거울을 1 개 포함하는 플라즈마 공정 모니터링 시스템이다.
따라서, 도 2 를 참조하면, 상기 OES 센서(100)가 배치 될 수 있고 상기 광학 거울(200)에서 반사된 플라즈마 광이 상기 OES 센서(100)에 직접 감지 할 수 있다.
또한, 상기 OES 센서(100)는 상기 제 1 광학 거울(200) 에서 반사된 빛이 입사 될 수 있는 위치에 설치 될 수 있다.
이때, 상기 OES 센서(100)는 공정 챔버 하부에서 발생된 플라즈마 물질 로부터 증착되는 것을 회피하기 위해 상기 공정챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드(400)의 상부에 배치될 수 있다.
이때, 상기 OES 센서(100)는 발광하는 광을 분광하여 파장 별 광의 강도(Intensity)를 분석할 수 있다.
이러한 OES 센서(100)는 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.
또한, 상기 OES 센서(100)는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 OES 센서(100)는 공정 챔버 상부에 위치한 뷰포트 피드스루(feedthrough)를 통해 공정 챔버 내부로 투입할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서 상기 OES 센서(100)는 광학 거울에 의해서 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않고 플라즈마 광의 강도를 측정 할 수 있다.
또한, 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템은 제어부(10)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 제어부(10)는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정할 수 있다.
이때, 상기 광학 거울(200)을 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성하는 경우, 상기 OES 센서에 의해서 측정되는 플라즈마 광의 강도(Intensity)는 상기 광학 거울(200)에 플라즈마 상태의 물질이 증착되면OES 센서로 수광하는 광량이 감소하여 강도가 감소할 수 있다.
반면에, 상기 제어부에서 상기 OES 센서에 의해서 측정되는 플라즈마 광의 강도를 강도 비(Intensity ratio) 로 변환 한 경우, 상기 강도 비는 일정하여 광학 거울(200) 상부에 플라즈마 물질이 증착되어도 강도 비 값이 일정 할 수 있다.
또한, 상기 강도 비(Intensity ratio) 값은 발생되는 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질의 종류 또는 공정 변수(분압비, 파워, 압력)에 따라서 상이할 수 있다.
상기 강도 비 값은 플라즈마 공정이 연속적으로 진행되어서 상기 광학 거울(200)에 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 증착 되어도 일정하므로 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 비교하여 동일한 경우 정상인 공정으로 판단할 수 있고, 상기 기 설정된 기준치와 비교하여 상이한 경우 비정상인 공정으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 공정이 비정상인 공정으로 판단된 경우 공정 조건을 다시 변경한 후 다시 플라즈마 공정을 진행할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정이 정상인 공정으로 판정된 경우 후속 공정이 진행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2 에 따른 플라즈마 공정 챔버 내부에 설치된 광학 거울을 이용한 플라즈마 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 다른 일 실시 예는 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 제1 광학 거울(200);
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 제 1 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광이 입사된 후 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제 2광학 거울(300);
상기 제 2 광학 거울 상부에 배치되고 상기 제 2 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서(100);
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부(10);를 포함할 수 있다.
상기 도 3 를 참조하면, 광학 거울이 제 1광학 거울과 제 2 광학 거울 두개가 배치된 것을 확인 할 수 있다.
이때, 상기 제 1 광학 거울은 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시킬 수 있다.
이때, 상기 제 1 광학 거울(200)은 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성 될 수 있다.
상기 제 1 광학 거울(200)이 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 상이한 물질인 경우 상기 제 1 광학 거울 상에 증착되므로 상기 제 1 광학 거울 (200)은 광 반사 기능을 할 수 없으므로 상기 제 1 광학 거울(200)을 플라즈마 상태 물질과 동일한 물질로 구성 될 수 있다.
예를 들어, 반응성 스퍼터링에 의한 박막 증착(Deposition) 공정에서, 상기 제 1 광학 거울(200)은 상기 플라즈마에 의해 기판상에 증착하려는 물질 자체로 구성 될 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 물질이 TiN, Al2O3, IGZO와 같이 투명한 물질인 경우 상기 제 1 광학 거울(200) 하부에 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 도포한 반사형 박막이 위치할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 광학 거울(200)을 공정 챔버에서 발생된 플라즈마 광을 반사 할 수 있도록 공정 챔버 상부 일 영역에 배치 시키고 상기 플라즈마 상태 물질에 의한 광 반사가 저해되는 것을 방지하기 위해서 상기 제 1 광학 거울(200)은 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 물질이 투명한 물질인 경우 상기 광학 거울은 하부에 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 도포한 반사형 박막이 위치할 수 있다.
또한, 상기 제 2 광학 거울(300)은 상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 제 1 광학 거울(200)에 의해 반사된 플라즈마 광이 입사된 후 상기 플라즈마 광을 반사시킬 수 있다.
도 3 을 참조하면, 상기 실드(400)는 공정 챔버 하부에서 발생된 플라즈마 물질로부터 증착되는 것을 회피하게 위해 상기 공정챔버 내부의 상부 측벽에 부착될 수 있다.
상기 실드(400)의 상부에 제 2 광학 거울(300)이 배치될 수 있으므로 상기 제 2 광학 거울(300)은 공정 챔버 하부에서 발생된 플라즈마로부터 노출되지 않을 수 있다.
이때, 상기 제 2 광학 거울(300)은 제 1 광학 거울(200) 에서 반사된 빛이 입사 될 수 있는 위치에 설치 될 수 있다.
또한, 상기 제 2 광학 거울(300)의 상부에 상기 OES 센서(100)가 배치될 수 있고 상기 제 2 광학 거울(300)에서 반사된 빛이 입사 될 수 있는 위치에 설치 될 수 있다.
이때, 상기 OES 센서(100)는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수할 수 있다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 OES 센서(100)는 공정 챔버 상부에 위치한 뷰포트 피드스루(feedthrough)를 통해 공정 챔버 내부로 투입할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서 상기 OES 센서(100)는 제 1 광학 거울(200) 및 제 2 광학 거울(300)에 의해서 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않고 플라즈마 광의 강도(Intensity)를 측정 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(10) 에서 상기 OES 센서(100)에 의해 감지된 광의 강도(Intensity)를 강도 비(Intensity ratio)로 변환하고 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정할 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 공정이 비정상인 공정으로 판단된 경우 공정 조건을 다시 변경한 후 다시 플라즈마 공정을 진행할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정이 정상인 공정으로 판정된 경우 후속 공정이 진행될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 광학 거울을 1개를 포함할 수 있고 복수 개 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수 개 포함된 광학 거울 중에서 한가지 광학 거울은 플라즈마에 의해 증착될 물질로 구성될 수 있고 나머지 거울은 투명하지 않은 공지된 광학 거울인 경우 제한 없이 이용 될 수 있다.
즉, 상기 OES 센서를 통해서 모니터링을 하고자 하는 특정 파장의 빛을 투과하지 않은 공지된 광학 거울인 경우 제한 없이 이용 될 수 있다.
예를 들어, OES센서에서 Ar 플라즈마 광인 451nm 파장의 빛만 모니터링을 하는 경우는 451nm 파장에서 반사율이 높은 공지된 광학 거울을 이용할 수 있다.
이때, 상기 플라즈마에 의해 증착될 물질로 구성된 광학 거울은 공정 챔버 내부에서 플라즈마에 노출될 수 있는 위치에 배치될 수 있고, 나머지 광학 거울은 상기 플라즈마에 의해 노출되지 않는 위치에 배치 될 수 있다.
또한, 상기 OES 센서는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수할 수 있다.
또한, 상기 제어부(10)는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정할 수 있다.
도 4 을 참조하여 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하는 과정에 대해서 설명한다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 분압비, 파워 또는 압력에 따른 강도 비(Intensity ratio, α, β값)를 나타낸 그래프이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 강도 비(Intensity ratio) 값은 α, β 이다.
상기 도 4를 참조하면, 강도 비 α, β값은 공정 변수(질소분압비%, 파워, 압력)에 따라 값이 달라지는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 강도 비 α, β값은 파워(W)가 감소하고 압력(mTorr)이 증가하고 질소분압비(%)가 증가 할수록 증가할 수 있다.
이때, 상기와 같이 강도 비 α, β값이 반응하는 경향은 TiN과 같은 물질이 증착되는 공정 조건인 반응성 모드(Reactive mode)영역을 확인한 후 평가한 공정 윈도우 평가 결과와 일치할 수 있다.
따라서, 상기 α, β값은 TiN 반응성 스퍼터링에서 조성비에 영향을 주는 질소분압비, 파워, 압력의 공정 조건에 따라 값이 변하고 α, β값이 클수록 N/Ti 조성비 값이 증가하는 비례 관계인 것을 확인 할 수 있다.
상기 반응성 모드(Reactive mode)는 반응성 스퍼터링 공정에서 타겟 상의 표면 전체가 화합물로 덮였을 때 그 이상 유입되는 반응성 기체가 박막을 만드는데 사용되지 못하는 상태를 의미할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 거울 상부에 증착된 TiN 두께에 따른 파장별 반사율을 나타낸 표와 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 광학 거울의 재질로 TiN을 사용하면 상부에 TiN이 증착 되더라도 증착되는 TiN 두께에 따라 OES센서에 의해 측정된 질소(N2) 및 아르곤(Ar) 파장에서 반사율이 변화되는 비율의 차이가 4.7%, 3.2%, 1.5%로 크지 않은 것을 확인 할 수 있다.
따라서, 상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템은 상기 광학 거울에 플라즈마 물질이 증착되는 두께에 관계없이 연속적인 플라즈마 모니터링과 상기 모니터링을 통한 데이터 취득이 가능한 효과가 있다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법을 설명한다.
광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법에 있어서, 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법은 플라즈마 공정 중에 발생된 플라즈마 광이 상기 광학 거울에서 반사되어 상기 광학 거울에서 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되는 플라즈마 광 측정 단계(S100);
상기 제어부에서 OES 센서에 의해 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환하는 강도 비 변환 단계(S200);
상기 제어부에서 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하는 단계(S300); 및
상기 제어부에서 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 동일한 경우 상기 플라즈마 공정을 정상으로 판단하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 상기 플라즈마 공정을 비정상으로 판단 하는 판정 단계(S400,500);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 광 스펙트럼 측정 단계에서, 상기 광학 거울은 공정 중 발생되는 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 광 스펙트럼 측정 단계에서, 상기 OES 센서는 적외선, 가시광선, 자외선 영역의 파장을 흡수할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 중 상기 광학 거울에 플라즈마 물질이 증착 된 경우 상기 강도 비가 일정하게 유지될 수 있다.
상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법을 통해 장시간 플라즈마 공정 모니터링이 가능한 효과가 있다.
상기 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 적용하여 공정 데이터와 품질 데이터를 수집할 수 있고 상기 수집된 데이터들을 통해서 플라즈마 공정의 장시간 모니터링이 가능해 질 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정을 이용한 제품 생산 과정에서 최적의 공정 조건을 도출할 수 있고, 플라즈마 모니터링 중에 특이점 발생 시 즉각적으로 피드백 및 공정 제어가 가능하게 되므로 생산된 제품의 품질을 예측할 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 적용하여 생산된 제품은 지속적인 고품질의 유지가 가능하므로 불량률 저하에 따른 원가 절감 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
실시예1
먼저, 반응성 스퍼터링 공정을 모니터링 하기 위하여 상기 반응성 스퍼터링 장치의 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 광학 거울을 상기 공정 챔버 상부의 좌측 벽에 배치하였다.
또한, 상기 반응성 스퍼터링 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부 상부 우측 측벽에 부착된 실드의 상부에 OES 센서를 배치하였다.
또한, 상기 OES 센서와 연결되어 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링 하는 제어부를 상기 반응성 스퍼터링 장치 외부에 배치하였다.
실시예2
먼저, 반응성 스퍼터링 공정을 모니터링 하기 위하여 상기 반응성 스퍼터링 장치의 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 제 1 광학 거울을 상기 공정 챔버 상부의 좌측 벽에 배치하였다.
또한, 상기 반응성 스퍼터링 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부 상부 우측 측벽에 부착된 실드의 상부에 제 2 광학 거울을 배치하였다.
또한, 상기 플라즈마 공정 챔버 내부 상부 우측에 측벽 배치된 제 2 광학 거울 상부에 OES 센서를 배치하였다.
또한, 상기 OES 센서와 연결되어 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링 하는 제어부를 상기 반응성 스퍼터링 장치 외부에 배치하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 제어부
100: OES 센서
200: 제 1 광학 거울
300: 제 2 광학 거울
400: 실드
100: OES 센서
200: 제 1 광학 거울
300: 제 2 광학 거울
400: 실드
Claims (12)
- 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 광학 거울;
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 상기 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서; 및
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환시키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 거울은 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질로 구성 된 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 투명한 경우, 상기 광학 거울 하부에 위치하는 반사형 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 2항에 있어서,
플라즈마 증착 소스가 Ti 와 N2 이고 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 화학반응을 하여 형성된 물질이 TiN 인 경우, 상기 광학 거울은TiN인 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 OES 센서는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 플라즈마 발생을 위한 공정 챔버 내부에 플라즈마가 발생되는 반응 공간에 노출되도록 상기 공정 챔버 내부의 상부의 일 영역에 배치되어 상기 공정 챔버의 반응 공간에서 발생된 플라즈마 광을 반사시키는 제1 광학 거울;
상기 공정 챔버 내부에서 발생된 플라즈마로부터의 보호를 위해 상기 공정 챔버 내부의 상부 측벽에 부착된 실드의 상부에 배치되어 제 1 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광이 입사된 후 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제 2광학 거울;
상기 제 2 광학 거울 상부에 배치되고 상기 제 2 광학 거울에 의해 반사된 플라즈마 광을 감지하는OES 센서; 및
상기 OES 센서와 연결되고 상기 OES 센서에 의해 감지된 상기 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환키고 상기 변환된 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 플라즈마 공정 상태를 모니터링하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 광학 거울은 상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질과 동일한 물질로 구성 된 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질이 투명한 경우, 상기 광학 거울 하부에 위치하는 반사형 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 OES 센서는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 - 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 기 설정된 기준치와 동일한 경우 정상 공정으로 판정하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 비정상 공정으로 판정하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 - 제1항의 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법에 있어서,
플라즈마 공정 중에 발생된 플라즈마 광이 상기 광학 거울에서 반사되어 상기 광학 거울에서 반사된 플라즈마 광이 OES 센서에 의해 감지되는 플라즈마 광 측정 단계; 및
상기 제어부에서 OES 센서에 의해 감지된 플라즈마 광의 강도를 강도 비로 변환하고, 상기 강도 비를 기 설정된 기준치와 비교하여 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 동일한 경우 상기 플라즈마 공정을 정상으로 판단하고 상기 강도 비가 기 설정된 기준치와 상이한 경우 상기 플라즈마 공정을 비정상으로 판단 하는 판정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 방법.
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| KR1020210082550A KR102584930B1 (ko) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법 |
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| KR1020210082550A KR102584930B1 (ko) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 광학 거울을 이용한 플라즈마 공정 모니터링 시스템 및 모니터링 방법 |
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| KR20140103663A (ko) * | 2013-02-19 | 2014-08-27 | 우범제 | 원거리 플라즈마 발생장치의 이상 검출장치 |
| KR20190103813A (ko) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | 주성엔지니어링(주) | 플라즈마 모니터링 장치 |
| KR102117089B1 (ko) * | 2019-02-15 | 2020-05-29 | 세메스 주식회사 | 플라즈마 광 검출 장치 및 이를 구비하는 플라즈마 상태 분석 시스템 |
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Patent Citations (4)
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| KR102117089B1 (ko) * | 2019-02-15 | 2020-05-29 | 세메스 주식회사 | 플라즈마 광 검출 장치 및 이를 구비하는 플라즈마 상태 분석 시스템 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102584930B1 (ko) | 2023-10-06 |
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