KR20240070112A - 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 - Google Patents
수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240070112A KR20240070112A KR1020220151527A KR20220151527A KR20240070112A KR 20240070112 A KR20240070112 A KR 20240070112A KR 1020220151527 A KR1020220151527 A KR 1020220151527A KR 20220151527 A KR20220151527 A KR 20220151527A KR 20240070112 A KR20240070112 A KR 20240070112A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma
- oes
- light
- process monitoring
- oes sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 77
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 37
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 36
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 29
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
-
- 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
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32458—Vessel
- H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/332—Coating
- H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예는 발명은 플라즈마 증착을 수행하는 플라즈마 공정 중 플라즈마에 대한 실시간 및 장시간 모니터링을 수행할 수 있도록 하고, 플라즈마 공정 모니터링 장치의 수광부에 플라즈마 물질이 증착되는 것을 회피할 수 있도록, 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110); 및 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 OES 센서 모듈(광학 발광 분광기 센서 모듈, optical emission spectrometer sensor module) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 플라즈마 증착을 수행하는 플라즈마 공정 중 플라즈마에 대한 실시간 및 장시간 모니터링을 수행할 수 있도록 하고, 플라즈마 공정 모니터링 장치의 수광부에 플라즈마 물질이 증착되는 것을 회피하는 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 각종 표시 장치의 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 수행되고 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 증착되면 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 모니터링함으로써 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 적용하였다.
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 모니터링하기 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, 플라즈마 공정 진행 중에 OES 센서에 증착되지 않고 플라즈마 챔버 내에 형성된 플라즈마의 균일도를 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는. OES 센서의 수광부에 플라즈마 물질이 증착되는 것을 방지하며, 실시간 및 장시간 플라즈마 모니터링을 가능하게 하는 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
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 실시예는, 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110); 및 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈을 제공한다.
상술한 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명의 다른 실시예는, 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110) 및 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하는 OES 센서 모듈(100); 상기 OES 센서 모듈(100)로부터 상기 플라즈마 광을 수신한 후 스펙트럼별로 분할하는 스펙트럼분할부(200); 상기 스펙트럼분할부(200)에서 분할된 스펙트럼들을 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 스펙트럼수광부(300); 및 상기 스펙트럼수광부(300)에서 출력된 스펙트럼 별 전기 신호를 수신하여 플라즈마 광을 분석하는 것에 의해 플라즈마 상태 모니터링 정보를 생성하여 출력하는 스펙트럼 분석부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링 장치를 제공한다.
상기 플라즈마 증착 방지부(120)는, 상기 플라즈마 광 투과창(123)의 상기 수광부(115)와 대향하는 면의 타면에 장착되어 플라즈마 물질의 유입을 차단하고 플라즈마 광만을 투과하도록 하는 관 형상의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는, 상기 OES 수광부(115) 측의 내경(1211)이 공정 챔버 내부 측의 내경(1213)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 증착 방지부(120)는, 플라즈마 물질의 이동은 차단하고 플라즈마 광만을 투과하는 복수의 플라즈마 광 투과홀(125)이 형성되어 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115)의 전면에 위치되는 플라즈마 광 투과창(123)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 광 투과홀(125)은, 직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가질 수 있다.
상기 플라즈마 광 투과창(123)은, 교체 가능하게 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)에 장착되도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 플라즈마 공정 모니터링을 위한 수광부 증착 회피 기능을 가지는 OES 센서 모듈(100) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는, 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 구비하는 것에 의해 플라즈마 물질이 증착되는 것을 방지하여 플라즈마 공정 모니터링을 실시간으로 장시간 지속적으로 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시에의 수광부 증착 회피 기능을 가지는 OES 센서 모듈(100) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는, 플라즈마 증착 방지부(120)를 용이하게 교체할 수 있도록 하는 것에 의해, 증착된 플라즈마 물질의 제거를 현저히 용이하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시에의 본 발명의 일 실시에의 수광부 증착 회피 기능을 가지는 OES 센서 모듈(100) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는, 상기 플라즈마 공정 상태의 장시간 모니터링이 가능해 짐에 따라 플라즈마 공정 데이터, 품질데이터와 학습(머신러닝, 딥러닝)을 통해 품질 예측, 최적 공정 조건 도출을 가능하게 한다. 또한, 플라즈마 모니터링 간 특이점 발생 시 즉각적으로 피드백 공정 제어가 가능하게 되어, 지속적인 박막 고품질 유지가 가능하므로 수용 기업의 불량률 저항에 따른 원가 절감 및 생산성 향상에 기여한다.
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 플라즈마 장치(1)에 본 발명의 일 실시예의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)의 OES 센서 모듈(100)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 증착 방지부(120)에 구비되는 투과창(123)의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 광 투과창(123)의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 사시도이다.
도 6은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 OES 센서 측 내경(1211)(A)과 공정 챔버 내부 측 내경(1213)(B)의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 OES 센서(110)와 결합시키는 방식의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 OES 센서 모듈의 적용 전과 적용 후의 OES 센서(110)로 유입되는 플라즈마 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 750.3 nm 파장에서 추출하고 12 번째 기판(12th Glass)까지 진행한 Ar 플라즈마 광 세기 측정 유지율 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)의 OES 센서 모듈(100)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 증착 방지부(120)에 구비되는 투과창(123)의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 광 투과창(123)의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 사시도이다.
도 6은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 OES 센서 측 내경(1211)(A)과 공정 챔버 내부 측 내경(1213)(B)의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 OES 센서(110)와 결합시키는 방식의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 OES 센서 모듈의 적용 전과 적용 후의 OES 센서(110)로 유입되는 플라즈마 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 750.3 nm 파장에서 추출하고 12 번째 기판(12th Glass)까지 진행한 Ar 플라즈마 광 세기 측정 유지율 결과를 나타내는 그래프이다.
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 명세서 상에 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.
본 발명의 일 실시예의 설명에서 상기 플라즈마 공정은 플라즈마를 적용하는 “증착” 공정인 스퍼터링, PECVD, PEALD 공정 등일 수 있다.
도 1은 플라즈마 장치(1)에 본 발명의 일 실시예의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
상기 플라즈마 장치(1)는 공정 챔버(2)의 내부에 타겟(3)을 포함하여 구성되어, 타겟(3)에 전원을 공급하여 플라즈마(4)을 생성하고, 생성된 플라즈마를 전극을 이용하여 기판(5)으로 이송시키는 것에 의해 기판에 대한 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 스퍼터링, PECVD, PEALD 증착 등을 수행하는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 OES 센서 모듈(110) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는, OES 센서(110)의 OES 수광부(115)에 플라즈마 물질이 증착되는 것을 방지하며, 실시간 및 장시간 플라즈마 모니터링을 가능하게 하고, 증착된 플라즈마를 용이하게 제거할 수 있도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는, OES 센서 모듈(100), 스펙트럼분할부(200), 스렉트럼수광부(300) 및 스펙트럼 분석부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)의 OES 센서 모듈(100)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 2와 같이, 상기 OES 센서 모듈(100)은 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110) 및 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 OES 수광부(115)는 적외선, 자외선 또는 가시광선 영역 파장의 플라즈마 광 스펙트럼을 흡수할 수 있도록 구성되는 광섬유(1151)의 말단부일 수 있다.
도 2와 같이, 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는, 상기 OES 수광부(115)와 대향하는 면에 장착되어 플라즈마 물질의 유입을 차단하고 플라즈마 광만을 투과하도록 하는 관 형상의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 길이가 30mm 이고 직경이 2mm로서 종횡비가 15인 것으로 도시하였다. 그러나 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121) 또한, 종횡비가 5 이상, 바람직하게는 10 이상 50 이하일 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 공정 챔버 내부의 내경(1213, 도 6 참조)보다, OES 센서부 측 내경(1211, 도 6 참조)이 더 크도록 형성될 수 있다.
상기 구성의 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 상기 OES 센서(110)와 OES 수광부(115) 측과 나사 결합부(124)에 의한 커플러(117)에 의한 결합 또는 억지끼움 방식 등으로 결합될 수 있다.
상기 플라즈마 증착 방지부(120)는 플라즈마 물질의 이동은 차단하고 플라즈마 광만을 투과하는 복수의 플라즈마 광 투과홀(125)이 형성되어 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115)의 전면에 위치되는 플라즈마 광 투과창(123)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 광 투과창(123)은 유리, 고 내열성의 투명, 반투명 또는 불투명 슈퍼엔지니어링 플라스틱 등의 재질로 제작될 수 있다.
도 3은 도 2의 플라즈마 증착 방지부(120)에 구비되는 투과창(123)의 부분 단면도이다.
상기 플라즈마 광 투과홀(125)은, 직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예의 경우, 상기 플라즈마 광 투과홀(125)은 직경이 15 내지 75 ㎛ 이고, 길이는 플라즈마 광 투과창(123)의 두께로서 3 내지 15 mm로 종횡비가 5 이상, 바람직하게는 10 이상으로 구성되는 것을 실시예로 도시하였다. 그러나 상기 플라즈마 광 투과홀(125)의 직경 및 길이는 상기한 수치 범위를 제한되지 않고 종횡비가 5 이상, 바람직하게는 10 이상으로 되는 모든 수치 범위에 적용될 수 있다.
상기 플라즈마 광 투과홀(125)은 레이저 유도 에칭인 LIDE(Laser Induced Deep Etching) 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 광 투과창(123)은 교체 가능하게 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)에 장착되도록 구성될 수 있다. 즉, 커플러(117), 장착 홈을 구비한 억지 끼움 방식 등에 의해 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 탈장착 하게 결합될 수 있다. 이와 달리, 하기에 설명될 플라즈마 증착 방지부(120)가 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측의 면과 결합되도록 상기 플라즈마 증착 방지부(120) 또는 상기 OES 센서(110)에 구비되는 커플러(117) 또는 OES 센서(110) 측에 형성되는 홈 등에 의해 탈장착 가능하게 고정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 광 투과창(123)의 평면도이다.
도 4와 같이 상기 플라즈마 광 투과창(123)은 플라즈마 광 투과홀(125)이 인접 배치되도록 높은 밀도로 형성될 수도 있다.
도 3 및 도 4에서 상기 플라즈마 광 투과창(123)의 사각 판 형으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 상기 플라즈마 광 투과창(123)은 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측 단면 형상에 따라, 원판형 또는 다각판형 등으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
상술한 구성에서 상기 플라즈마 광 투과홀(125) 및 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 종횡비는 5 내지 50일 수 있다.
상술한 구성에서 상기 플라즈마 광 투과홀(125) 및 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 종횡비가 5 미만으로 되면, 유입되는 플라즈마 물질을 유효하게 차단하지 못할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 광 투과홀(125) 및 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 종횡비가 50을 초과하는 경우 유입되는 플라즈마 광의 양이 플라즈마 모니터링을 수행하지 못할 정도로 적을 수 있다.
상기 플라즈마 물질 차단 관부(121) 또한, 커플러(117) 또는 억지 끼움 홈 등을 구비하여 교체 가능하게 상기 플라즈마 광 투과창(123) 또는 상기 OES 센서(1100와 결합되도록 구성될 수 있다.
상술한 구성의 가지는 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는 도 2와 같이, 공정 챔버(2)에 형성되는 플라즈마 모니터링 창(8)에 진공을 유지하도록 긴밀히 결합되어, 플라즈마 모니터링을 수행할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 사시도이고. 도 6은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 OES 센서 측 내경(1211)(A)과 공정 챔버 내부 측 내경(1213)(B)의 실시예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 5의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 OES 센서(110)와 결합시키는 방식의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7과 와 같이, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 OES 센서부 측 내경(1211)(도 6의 (a))이 공정 챔버 내부 측 내경(1213)(도 6의 (b))보다 더 크게 형성될 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 물질의 유입은 차단하고, 플라즈마 광만은 유입시키는 효율을 향상시킨다.
상술한 구성의 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 도 7의 (a)와 같이 OES 수광부(115)가 플라즈마 물질 차단 관부(121)의 OES 수광부 측 내경(1211)으로 삽입되는 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다.
이와 다리, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는 도 7의 (b)와 같이, OES 수광부(115) 측의 단부에 수나사부(1215)가 돌출 형성되어 내측에 암사나부가 형성되는 커플러(117)와 나사 결합될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 OES 센서 모듈의 적용 전과 적용 후의 OES 센서(110)로 유입되는 플라즈마 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 OES 센서 모듈이 적용되는 경우, 적용되지 않은 경우의 첫 번째 기판에서 다섯 번째 기판까지의 OES 센서 모듈로 입사되는 Ar플라즈마 광 입사량의 측정값 유지율을 비교한 결과를 표1에 나타내었다.
| Ar 플라즈마 광 세기 | 적용 전 | 적용 후 | ||||
| 1st | 5th | 광 세기 측정 유지율(%) | 1st | 5th | 광 세기 측정 유지율(%) | |
| 최대기준 | 7543 | 3762 | 49.87 | 64912 | 64912 | 100.00 |
| 평균기준 | 3599 | 2608 | 72.46 | 56351 | 54943 | 97.50 |
| 8초 기준 | 5022 | 2830 | 56.35 | 64852 | 64789 | 99.90 |
첫 번째 기판(Glass)과 마지막(5th) 기판(Glass)까지 모두 동일한 공정 조건으로 진행하였으며, Ar 플라즈마 기준 광 세기 측정 유지율((마지막 진행 기판의 플라즈마 광 세기/첫 번째 기판의 플라즈마 광 세기) * 100(%))을 계산한다.
상기 표 1에서 플라즈마 광 세기 측정 유지율은 OES 시계열 데이터에서 최대값(Max), 평균(Average) 또는 특정 시각 기준에서 추출하여 비교해본 결과 적용 전후 확연히 플라즈마 광 세기 측정 유지율이 개선됨을 알 수 있었다.
도 8에서 OH 플라즈마 광 세기는 기판(Glass)의 증착 진행 매수에 따라 수분(H2O) 배출(Outgassing)을 모니터링을 하기 위한 것이다.
도 8및 표 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 OES 센서 모듈이 적용되는 경우, 적용되지 않은 경우에 비해, 본 발명의 OES 센서 모듈을 적용한 경우에 있어서 첫 번째 기판(1st Glass) 기판에 비해 다섯 번째 기판(5th Glass)에서 수분에 의한 OH 플라즈마 광의 영향(OH intensity)은 감소되었으나, OES 수광부(115)로 유입되는 Ar에 의한 플라즈마 광은 시간이 경과됨에도 불구하고 광의 세기가 거의 감소됨이 없이 입사되는 것을 확인할 수 있었다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시예의 OES 센서 모듈은 플라즈마 모니터링을 장시간 지속적으로 수행할 수 있도록 하는 것을 확인하였다.
| Ar 플라즈마 광 세기(750.3nm) | 1st | 5th | 6th | 12th |
| 증착 시간 | 10.7 kWh | 34.7 kWh | 40.7 kWh | 76.7 kWh |
| 최대기준 | 51764 | 50248 | 49917 | 47484 |
| 광 세기 측정 유지율(%) | 97.07 | 96.43 | 91.73 | |
| 평균기준 | 22541 | 23537 | 22933 | 21938 |
| 광 세기 측정 유지율(%) | 104.42 | 101.74 | 97.32 | |
| 36초 기준 | 49170 | 44657 | 44861 | 47484 |
| 광 세기 측정 유지율(%) | 90.82 | 91.24 | 96.57 |
도 9 및 표 2는 750.3 nm 파장에서 추출하고 12 번째 기판(12th Glass)까지 진행한 Ar 플라즈마 광 세기 측정 유지율 결과를 나타낸다. 표1과 동일하게 최대값 기준, 평균 기준, 특정 시각 기준으로 비교하였고 플라즈마 광 세기 측정 유지율 90% 이상 수준을 보였다. 표의 증착 시간(Sputtering time)은 Power (kW) * time (h)으로 예를 들어 1 kW로 10시간 스퍼터링을 하면 10 kWh이다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
상기 스펙트럼분할부(200)는 상기 OES 센서(110)로부터 상기 플라즈마 광을 수신한 후 스펙트럼별로 분할하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 스펙트럼분할부(200)는 광분할을 위한 프리즘 등의 광분할 기구를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스렉트럼수광부(300)는 상기 스펙트럼분할부(200)에서 분할된 스펙트럼들을 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 스펙트럼수광부(300)는 파장별 광 신호를 전기 신호로 변환하는 하나 이상의 포토디텍터를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스펙트럼 분석부(400)는 상기 스펙트럼수광부(300)에서 출력된 스펙트럼 별 전기 신호를 수신하여 플라즈마 광을 분석하는 것에 의해 플라즈마 상태 모니터링 정보를 생성하여 디스플레이 장치나 프린트 장치 등의 다양한 표시 또는 출력 장치로 출력하도록 구성될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 OES 센서 모듈(100) 및 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는 OES 센서(110)의 OES 수광부(115)에 플라즈마 물질이 증착되는 것을 최소화시킨다. 또한. 플라즈마 물질 차단 관부(121)와 플라즈마 광 투과창(123)을 교체 가능하게 구성하는 것에 의해, 일어나더라도 메인터넌스 진행 시 새로운 파츠로 교체되어 광학 센서로 들어오는 광량 손실을 최소화하여 장시간 연속적으로 OES 플라즈마 모니터링을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 실시예의 플라즈마 공정 모니터링 장치(10)는 플라즈마 광을 상기 OES 센서(110)로 반사시켜 공급하는 광학 거울(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 광학 거울은 플라즈마 공정 중 발생되는 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 형성된 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반응성 스퍼터링에 의한 박막 증착(Deposition) 공정에서, 상기 광학 거울은 상기 플라즈마에 의해 기판상에 증착하려는 물질 자체로 구성될 수 있다.
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.
1: 플라즈마 장치
2: 공정 챔버
3: 타겟
4: 플라즈마
5: 기판
8: 플라즈마 모니터링 창
10: 플라즈마 공정 모니터링 장치
100: OES 센서 모듈
110: OES 센서
115: OES 수광부
1151: 광섬유
117: 커플러
120: 플라즈마 증착 방지부
121: 플라즈마 물질 차단 관부
1211: OES 수광부 측 내경
1213: 공정 챔버 내부 측 내경
1215: 수나사부
123: 플라즈마 광 투과창
124: 나사 결합부
125: 플라즈마 광 투과홀
200: 스펙트럼분할부
300: 스펙트럼수광부
400: 스펙트럼 분석부
2: 공정 챔버
3: 타겟
4: 플라즈마
5: 기판
8: 플라즈마 모니터링 창
10: 플라즈마 공정 모니터링 장치
100: OES 센서 모듈
110: OES 센서
115: OES 수광부
1151: 광섬유
117: 커플러
120: 플라즈마 증착 방지부
121: 플라즈마 물질 차단 관부
1211: OES 수광부 측 내경
1213: 공정 챔버 내부 측 내경
1215: 수나사부
123: 플라즈마 광 투과창
124: 나사 결합부
125: 플라즈마 광 투과홀
200: 스펙트럼분할부
300: 스펙트럼수광부
400: 스펙트럼 분석부
Claims (16)
- 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110); 및
상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는,
상기 플라즈마 광 투과창(123)의 상기 수광부(115)와 대향하는 면의 타면에 장착되어 플라즈마 물질의 유입을 차단하고 플라즈마 광만을 투과하도록 하는 관 형상의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
상기 OES 수광부(115) 측의 내경(1211)이 공정 챔버 내부 측의 내경(1213)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
교체 가능하게 상기 OES 센서(110)와 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는,
플라즈마 물질의 이동은 차단하고 플라즈마 광만을 투과하는 복수의 플라즈마 광 투과홀(125)이 형성되어 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115)의 전면에 위치되는 플라즈마 광 투과창(123)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 광 투과홀(125)은,
직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 광 투과창(123)은,
교체 가능하게 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)에 장착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링용 OES 센서 모듈. - 광섬유(1151)를 고정하여 플라즈마 광을 수광하여 전송하는 OES 센서(110) 및 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115) 측에 장착되어 플라즈마 물질 이동을 방해하는 종횡비를 가지는 플라즈마 경로를 형성함으로써 상기 OES 수광부(115)에 플라즈마가 증착되는 것을 방지하는 플라즈마 증착 방지부(120)를 포함하는 OES 센서 모듈(100);
상기 OES 센서 모듈(100)로부터 상기 플라즈마 광을 수신한 후 스펙트럼별로 분할하는 스펙트럼분할부(200);
상기 스펙트럼분할부(200)에서 분할된 스펙트럼들을 수신하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 스펙트럼수광부(300); 및
상기 스펙트럼수광부(300)에서 출력된 스펙트럼 별 전기 신호를 수신하여 플라즈마 광을 분석하는 것에 의해 플라즈마 상태 모니터링 정보를 생성하여 출력하는 스펙트럼 분석부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는,
상기 플라즈마 광 투과창(123)의 상기 수광부(115)와 대향하는 면의 타면에 장착되어 플라즈마 물질의 유입을 차단하고 플라즈마 광만을 투과하도록 하는 관 형상의 플라즈마 물질 차단 관부(121)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
상기 OES 수광부(115) 측의 내경(1211)이 공정 챔버 내부 측의 내경(1213)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)는,
교체 가능하게 상기 OES 센서(110)와 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 증착 방지부(120)는,
플라즈마 물질의 이동은 차단하고 플라즈마 광만을 투과하는 복수의 플라즈마 광 투과홀(125)이 형성되어 상기 OES 센서(110)의 OES 수광부(115)의 전면에 위치되는 플라즈마 광 투과창(123)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제14항에 있어서, 상기 플라즈마 광 투과홀(125)은,
직경에 대한 길이의 비가 5 이상의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치. - 제14항에 있어서, 상기 플라즈마 광 투과창(123)은,
교체 가능하게 상기 플라즈마 물질 차단 관부(121)에 장착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 플라즈마 공정 모니터링 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220151527A KR20240070112A (ko) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220151527A KR20240070112A (ko) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240070112A true KR20240070112A (ko) | 2024-05-21 |
Family
ID=91320480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220151527A KR20240070112A (ko) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240070112A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100048521A (ko) | 2008-10-31 | 2010-05-11 | (주)화백엔지니어링 | 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 공정 모니터링방법 |
-
2022
- 2022-11-14 KR KR1020220151527A patent/KR20240070112A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100048521A (ko) | 2008-10-31 | 2010-05-11 | (주)화백엔지니어링 | 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 공정 모니터링방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101960826B1 (ko) | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법 | |
| US6366346B1 (en) | Method and apparatus for optical detection of effluent composition | |
| US7833381B2 (en) | Optical emission interferometry for PECVD using a gas injection hole | |
| KR0152355B1 (ko) | 플라즈마 처리장치 및 처리방법 | |
| JP2018091836A (ja) | 半導体処理システム内の光信号の校正のためのシステムおよび方法 | |
| KR200456733Y1 (ko) | 센서챔버의 가스배출장치 | |
| KR20070038101A (ko) | Ｅｕｖ 광원의 내부 구성품에 플라즈마 발생 파편의 영향을감소시키기 위한 시스템 및 방법 | |
| US11862442B2 (en) | Plasma process monitoring device and plasma processing apparatus including the same | |
| KR101169764B1 (ko) | 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템 | |
| KR102025873B1 (ko) | 공정 모니터링을 위한 플라즈마 분석 장치 및 방법 | |
| WO2000075973A1 (fr) | Dispositif de traitement plasmique, element fenetre pour ce dispositif de traitement et electrode en plaque pour ce dispositif | |
| KR100819313B1 (ko) | 기판 처리 장치, 퇴적물 모니터 장치 및 퇴적물 모니터방법 | |
| KR20240070112A (ko) | 수광부 증착 회피 기능을 가지는 플라즈마 공정 모니터링용 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 | |
| KR101410296B1 (ko) | 반도체 공정용 윈도우 오염 지연 장치 | |
| JP5081497B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| KR102160211B1 (ko) | Oes 장치를 포함하는 플라즈마 장치 및 전극 | |
| EP0060625B1 (en) | Plasma deposition of amorphous materials | |
| KR102508505B1 (ko) | 플라즈마 모니터링 장치 및 플라즈마 처리 시스템 | |
| EP0060651B1 (en) | Apparatus including improved cathode for continuous deposition of amorphous material | |
| EP0061237B1 (en) | Optical methods for controlling layer thickness | |
| EP0060626A2 (en) | Isolation valve | |
| JPH10242120A (ja) | プラズマエッチング方法およびその装置 | |
| JP2007129020A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR20240062506A (ko) | 플라즈마 공정 모니터링을 위한 oes 센서 모듈 및 플라즈마 공정 모니터링 장치 | |
| JP2017106106A (ja) | スパッタ装置、膜の製造方法及び電子デバイスの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |