WO2014030919A1 - Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath - Google Patents

Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath Download PDF

Info

Publication number
WO2014030919A1
WO2014030919A1 PCT/KR2013/007486 KR2013007486W WO2014030919A1 WO 2014030919 A1 WO2014030919 A1 WO 2014030919A1 KR 2013007486 W KR2013007486 W KR 2013007486W WO 2014030919 A1 WO2014030919 A1 WO 2014030919A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distribution
particle number
gray scale
sheath
ion
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/007486
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김병환
Original Assignee
세종대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종대학교 산학협력단 filed Critical 세종대학교 산학협력단
Publication of WO2014030919A1 publication Critical patent/WO2014030919A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/1012Calibrating particle analysers; References therefor
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0012Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
    • H05H1/0037Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath, and more particularly, to a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath capable of monitoring the distribution of ions in a sheath region occurring in a plasma state. It is about.
  • a sheath region in a plasma refers to a thin layer of non-emitting region that appears to surround the plasma around the plasma.
  • the distribution of ion energy in the sheath region indicates the distribution of the energy of the ions and their number.
  • the ion energy distribution function IEDF
  • IEDF ion energy distribution function
  • a uniform IEDF is required.
  • an abnormal occurrence of ion energy during the etching process damages a thin film or an etching pattern to be manufactured, and thus, a system for measuring the IEDF in real time is required. .
  • the IEDF measurement is performed by using an Electron Spectrum Analyzer (ESA) method or a non-contact ion energy distribution measurement method.
  • ESA Electron Spectrum Analyzer
  • the non-contact ion energy distribution measurement method combines a physical plasma model with electrical real-time data measured using an IV probe to provide an IEDF, which is different from the actual distribution due to the assumptions inherent in the physical sheath model. Can be calculated.
  • Background art regarding the plasma processing apparatus using the IEDF measurement has been disclosed in Korea Patent Publication No. 2011-0116955.
  • the electron energy distribution function (EEDF) is required for the analysis of dissociation and ionization of gases.
  • EEDF electron energy distribution function
  • the present invention provides a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath capable of real-time monitoring of distribution of ions in the sheath region using gray scale values of pixels constituting the sheath region in the captured image of particles present in the plasma chamber.
  • the purpose is to.
  • the present invention includes receiving a first captured image of particles in a plasma chamber in a vacuum state, and second particles for particles present in the plasma chamber in a state where gas is injected into the plasma chamber and power is applied thereto.
  • Receiving a captured image using a gray scale value of pixels constituting each sheath region in the first captured image and the second captured image, and distributing a first particle number according to the gray scale value; Acquiring a second particle number distribution, respectively, subtracting the first particle number distribution with respect to a second particle number distribution according to the gray scale value, and obtaining a corrected second particle number distribution; and Providing an ion distribution monitoring method in a plasma sheath comprising monitoring an ion distribution for the sheath region using a second particle number distribution The.
  • an offset may be added to the subtracted particle number result.
  • the distribution of ions of the sheath region may be monitored using the number of particles within an arbitrary gray scale range.
  • the arbitrary gray scale range may be defined by the following equation.
  • T1 represents values corresponding to 17 to 23% and 55 to 60% of the maximum gray scale values for the captured image.
  • the monitoring of the ion distribution of the sheath region may include monitoring the ion distribution of the sheath region by using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number is positive in the corrected second particle number distribution. can do.
  • the first and second captured images may be two-dimensional images reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber.
  • the present invention comprises the steps of receiving a captured image of the particles present in the plasma chamber in the state that the gas is injected into the plasma chamber and the power is applied, and the pixels constituting the sheath region in the captured image Obtaining a particle number distribution according to the gray scale value using a gray scale value, and monitoring ion distribution for the sheath region using the particle number distribution according to the gray scale value It provides a method for monitoring ion distribution in the interior.
  • the present invention provides a first imaging image of the particles in the plasma chamber in a vacuum state, and a second imaging image of the particles present in the plasma chamber in a state where gas is injected into the plasma chamber and power is applied.
  • a first particle number distribution and a first particle number distribution according to the gray scale value by using an image input unit respectively input and a gray scale value of pixels constituting the respective sheath areas in the first and second captured images A particle number distribution acquiring unit for acquiring each particle number distribution, and a particle number distribution for acquiring a corrected second particle number distribution by subtracting the first particle number distribution from a second particle number distribution according to the gray scale value
  • a correction unit, and an ion distribution monitoring unit configured to monitor ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution. It provides an ion distribution monitoring device in a sheath.
  • the particle number distribution corrector may add an offset to the subtracted particle number result.
  • the ion distribution monitoring unit may monitor the distribution of ions in the sheath region using the number of particles within an arbitrary gray scale range.
  • the ion distribution monitoring unit may monitor the ion distribution of the sheath region using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number has a positive value among the corrected second particle number distribution.
  • the image input unit for receiving a captured image of the particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and the power is applied, and a sheath region in the captured image
  • a particle number distribution obtaining unit for obtaining a particle number distribution according to the gray scale value using the gray scale value of the pixels, and an ion distribution for the sheath region using the particle number distribution according to the gray scale value
  • An ion distribution monitoring apparatus in a plasma sheath including an ion distribution monitoring unit is provided.
  • the distribution of ions in the sheath region can be easily monitored in real time using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region in the captured image of the particles present in the plasma chamber. There is an advantage to that.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an ion distribution monitoring apparatus in a plasma sheath according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates an example of an image acquired through step S320 of FIG. 3.
  • FIG. 5 shows an example of the second particle number distribution obtained by step S330 of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a graph illustrating the number of pixels having a specific gray scale value for each pixel layer of FIG. 4.
  • FIG. 7 illustrates the number of pixels for each gray scale in the sheath region of the captured image of FIG. 4.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a partial section after adding an offset to FIG. 10.
  • FIG. 12 illustrates energy distribution in an upper space except for the sheath region of FIG. 4.
  • FIG. 14 is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution shown in FIG. 13.
  • Figure 1 is a schematic structural diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 (a) is a conventional In-Line optical system composed of a laser (Laser), a beam expander, a CCD sensor. Two windows (window 1, window 2) are required for the plasma equipment, ie the plasma chamber. The wafer is placed on the chuck and a thin film to be deposited or etched is disposed.
  • the light emitted by the laser extends from the beam expander to illuminate the top, including the chuck. At this time, information of the material particles that absorb, reflect, or transmit the laser light is stored in the CCD sensor.
  • the sheath space is a space where the number of electrons is smaller than the number of ionized water, which is generated near the chuck.
  • Figure 1 (b) is a modification of the existing On-Axis optical system is a structure without a reflector at the top of the beam splitter.
  • 1 (b) is composed of a laser, a beam splitter, a beam expander, and a CCD sensor.
  • One window (window 1) is required for the plasma chamber.
  • the light emitted by the laser is split into light in the horizontal and vertical directions in the beam splitter.
  • the split horizontal light passes through window 1 to illuminate the top of the chuck and then reflect back from the opposite wall of the chamber.
  • the light reflected from the wall reacts with the etching material and the plasma particles, and the distribution of the reacted particles is stored in the CCD sensor.
  • various filters ex, spatial filters
  • the resolution of the particles may be improved.
  • the particle number distribution may be obtained in an arbitrary space in the horizontal (or vertical) direction of the chamber.
  • the algorithm used for spatial decomposition of the particle number distribution uses Fresnel zone transformation.
  • the CCD image obtained using FIG. 1 is composed of the X and Y axes, which are originally two-dimensional planes, but the object can be distinguished from the three-dimensional space by moving the two-dimensional planes to the Z axis through reconstruction.
  • This reconstruction technique is a known general method and is applied to the calculation of electron or ion distribution in the plasma space. Refer to Equation 1 for the recovery equation.
  • Equation 2 represents the phase
  • Equation 3 represents the magnitude, thereby allowing reimaging.
  • Equation 1 can be adjusted to restore the two-dimensional 2D particle distribution in any space in the plasma chamber through Equation 3.
  • Equation 3 is obtained using image information of the real part and the imaginary part.
  • the image information of the real part is similar to the image reconstructed by Equation 3, and thus may be used as a substitute for the reconstructed image.
  • an EEDF Electro energy distribution function
  • an IEDF Ion energy distribution function
  • the apparatus 100 includes an image input unit 110, a particle number distribution obtaining unit 120, a particle number distribution correcting unit 130, and an ion distribution monitoring unit 140.
  • the image input unit 110 receives a first captured image of particles in the plasma chamber in a vacuum state. In addition, the image input unit 110 receives a second captured image of particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and power is applied, that is, in a plasma state.
  • the first and second captured images may correspond to two-dimensional images reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber. This can be done using the method of Equations 1 to 3 above.
  • the particle number distribution obtaining unit 120 uses the gray scale values of pixels constituting the respective sheath areas in the first and second captured images, to determine the first particle number according to the gray scale values. Distribution and second particle number distribution are obtained, respectively.
  • the particle number distribution correcting unit 130 obtains a corrected second particle number distribution by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution according to the gray scale value. This is to ensure that the particle number does not include the laser particles and the negative background energy that reacts with them.
  • the particle number distribution correction unit 130 adds an offset to the subtracted particle number result. This is to prevent negative particle numbers from occurring in the second particle number distribution.
  • the ion distribution monitoring unit 140 monitors the ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution. When the adjusted second particle number distribution is within a preset reference distribution range, it may be determined that the plasma is normal.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using FIG. 2.
  • a method of monitoring ion distribution in the sheath space will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the image input unit 110 receives a first captured image of particles in a plasma chamber in a vacuum state (S310).
  • a vacuum state since it does not correspond to a plasma generation state, a plasma particle is not contained in a component particle.
  • the image input unit 110 receives a second captured image of particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and power is applied, that is, in a plasma state (S320).
  • a plasma state the constituent particles in the chamber contain plasma particles.
  • FIG. 4 illustrates an example of an image acquired through step S320 of FIG. 3.
  • the portion indicated by the arrow in FIG. 4 corresponds to the sheath region located closest to the wafer.
  • the sheath region is divided into an upper layer portion (part of which ions are mainly present) expressed in white color and a lower layer part (part in which electron particles are mainly present) represented by black color.
  • the particle number distribution obtaining unit 120 uses the gray scale values of the pixels constituting the sheath area in the first and second captured images, and according to the gray scale value, to obtain the particle size distribution obtaining unit 120.
  • One particle number distribution and a second particle number distribution are obtained, respectively (S330).
  • the first particle number distribution according to the gray scale value may be obtained by using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region of the first captured image photographed in the vacuum state.
  • the second particle number distribution according to the gray scale value is obtained by using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region of the second captured image photographed in the plasma state.
  • FIG. 5 illustrates an EEDF for the captured image of FIG. 4.
  • the horizontal axis represents a gray scale value and represents an energy state of electrons, which is used to classify states of ion energy into anions and cations.
  • the vertical axis is the number of pixels for each gray scale. The number of pixels here corresponds to the number of particles.
  • the gray scale value of the pixel since the gray scale value of the pixel is used as 8 bits, the gray scale value has a value between 0 and 255.
  • FIG. 5 shows data of a gray scale range of 1 to 222.
  • FIG. 6 is a graph illustrating the number of pixels having a specific gray scale value for each pixel layer of FIG. 4.
  • the present invention is not necessarily limited thereto. That is, by applying the same to the particles included in the arbitrary gray scale range, the number of particles corresponding to the arbitrary gray scale range may be expressed for each pixel layer in the image.
  • This portion corresponds to the upper layer portion expressed in bright colors in the sheath region of FIG. 4 and is a space in which positive ions are distributed.
  • FIG. 7 illustrates the number of pixels for each gray scale in the sheath region of the captured image of FIG. 4. 7 corresponds to the result of the second particle number distribution according to the step S330 corresponds to the IEDF distribution.
  • Each gray scale on the horizontal axis represents a specific energy state, with smaller gray scale values representing higher energy states.
  • E h corresponds to the high ion energy
  • E 1 corresponds to the low ion energy portion.
  • FIG. 8 illustrates a conventional commercialized IEDF function.
  • A) of FIG. 8 is based on a system combining an I-V probe and a physical model, and (b) is calculated using a mass spectrometer.
  • the IEDF function of FIG. 8 is similar to the result of FIG. 7 according to the present embodiment. However, the result of FIG. 7 does not have a clear presence of a peak corresponding to low energy. In order to correct this, the present embodiment uses the following step S340.
  • the particle number distribution correcting unit 130 obtains the second particle number distribution corrected by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution according to the gray scale value obtained in operation S330 (S340). ). This is to ensure that the particle number does not include the laser particles and the negative background energy that reacts with them.
  • FIG. 9 shows the first particle number distribution (graph A) obtained in a vacuum state and the second particle number distribution (graph B; corresponding to FIG. 7) obtained in a plasma state.
  • the embodiment of the present invention is not necessarily limited to monitoring the ion energy distribution from the corrected result of subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution. That is, the second particle number distribution itself can be used for monitoring the ion energy distribution without the above correction.
  • FIG. 10 shows the result of subtracting graph A (first particle number distribution) from graph B (second particle number distribution) of FIG. 9. After subtraction as shown in FIG. 10, it can be seen that a section in which the number of pixels (number of particles) becomes negative occurs.
  • the particle number becomes a positive value from the grayscale value 61, and the particle number distribution that becomes this positive value represents a distribution of actual ion energy due to plasma generation.
  • the particle number distribution correcting unit 130 corrects the graph by adding an offset to the subtracted particle number result so that the negative particle number does not occur in the second particle number distribution in step S340.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a partial section after adding an offset to FIG. 10.
  • the corrected results show that the two peak points, including the high energy section and the low energy section, are clearly visible, which is very similar to the conventional commercialized IDEF function.
  • the overall appearance of FIG. 11 is more similar to that of FIG. 8B using a mass spectrometer. This embodiment demonstrates its effectiveness because it exhibits similar characteristics to the IEDF provided by the existing measurement system.
  • the particle number distribution pattern form of FIG. 11 or particle number variation information for each gray scale can be applied to plasma monitoring. That is, based on the result of FIG. 11, the ion distribution monitoring unit 140 may monitor the ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution (S350).
  • the ion may have a meaning encompassing a cation and an anion.
  • the ion distribution monitoring for the sheath region may monitor the ion distribution for the sheath region using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number has a positive value among the second particle number distribution corrected as shown in FIG. 10. Can be.
  • the distribution of ions in the sheath region may be monitored using the number of particles within an arbitrary gray scale range as illustrated in FIG. 11.
  • the arbitrary gray scale range is T1 ⁇ any grail scale ⁇ T2.
  • 57 and 145 used in FIG. 11 correspond to approximately 22.4% and 56.9% of 255.
  • step S350 when the corrected second particle number distribution is greatly out of a preset reference pattern (reference distribution range), or when the particle number value is out of the reference range in a specific gray scale or in a specific gray scale range, a failure in the plasma may be caused. ) Can be judged to have occurred.
  • the reference range of the reference pattern or the number of particles is obtained from the EEDF or IEDF results previously collected for the normal plasma.
  • FIG. 12 illustrates energy distribution in an upper space except for the sheath region of FIG. 4.
  • the energy distribution is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution in a vacuum state from the second particle number distribution in a plasma state.
  • the grayscale value is 115
  • a positive particle number is generated, and a distribution composed of positive particle numbers, that is, an ion energy distribution in which an upper end distribution is changed by plasma generation.
  • the present invention provides ion energy distribution at any location in the sheath. 13 shows particle distribution in the center of the chamber obtained by applying the equations (1) to (3). The particle number was calculated in the same space as applied in FIG. Of course, the second particle number distribution obtained in the plasma state of FIG. 13 may be used as the ion energy distribution without correction.
  • FIG. 14 is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution shown in FIG. 13. The result is a positive particle count starting from gray scale 46.
  • the distribution showing a positive particle number represents the actual ion energy distribution of the plasma and can be used as the ion energy distribution without correction.
  • the present invention makes it possible to calculate the energy distribution at any position of the sheath and other regions in the chamber, thus enabling the calculation of the distribution of three-dimensional energy.
  • the distribution of ions in the sheath region may be monitored in real time using gray scale values of pixels constituting the sheath region in the captured image of the particles present in the plasma chamber.
  • the plasma is mainly composed of electrons and ions
  • the EEDF which is an electron distribution is obtained in the plasma space excluding the sheath
  • the IEDF which is an ion distribution in the sheath region.
  • the present invention as described above is applicable to various process control such as thin film etching, deposition.
  • process control such as thin film etching, deposition.
  • application examples of the thin film etching process control are as follows.
  • the ion energy should be reduced to reduce damage to the thin film.
  • a process recipe for reducing damage by plasma may be developed in advance before etching proceeds.
  • etch rate and etch profile can be controlled by controlling the number of particles and energy at specific times. That is, since the three-dimensional ion and electron energy can be monitored for the entire wafer area, it can be applied to control various etching process characteristics (etch rate, etching profile, uniformity between etching rate and etching profile).
  • thin film deposition process control is as follows. If the number and energy distribution of electrons or ions are different during thin film deposition, thin films of various characteristics can be deposited. In other words, while monitoring the IEDF during thin film deposition, other process recipes developed at specific times can be applied to improve thin film properties. The variation of the ion energy distribution after applying the process recipe can be confirmed through the IEDF or EEDF results according to the present embodiment. It is possible to monitor three-dimensional ions and electron energy for the entire wafer area, and can be applied to control the deposition process characteristics (deposition rate, surface roughness, uniformity between deposition rate and surface roughness).
  • EEDF or IEDF is measured in real time using the method of the present invention as shown in FIG.
  • the recipe currently being applied is replaced with a process recipe prepared in advance to improve the thin film properties.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath. The method comprises the steps of: taking, as an input, a first captured image of particles in a plasma chamber in a vacuum state; taking, as an input, a second captured image of the particles in the plasma chamber when gas has been injected into the plasma chamber and power is supplied to the plasma chamber; acquiring a first particle distribution and a second particle distribution using the grayscale values of the pixels constituting each sheath region in the first and second captured images; acquiring a corrected second particle distribution by subtracting the first particle distribution from the second particle distribution based on the grayscale values; and monitoring the ion distribution for the sheath region using the corrected second particle distribution. According to the present invention, the ion distribution in the sheath region can be easily monitored on a real-time basis using the grayscale values of the pixels constituting the sheath region in the captured images of the particles in the chamber.

Description

플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법 및 장치Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath
본 발명은 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 상태에서 발생하는 쉬스(sheath) 영역에서의 이온의 분포를 감시할 수 있는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath, and more particularly, to a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath capable of monitoring the distribution of ions in a sheath region occurring in a plasma state. It is about.
플라즈마에서 쉬스(sheath) 영역이란 플라즈마 주위에서 플라즈마를 감싸고 있는 것과 같이 보이는 얇은 층의 발광하지 않는 영역을 의미한다. 쉬스 영역 내의 이온 에너지의 분포는 이온들의 에너지와 그 수의 분포를 나타낸다. 일반적으로 이온 에너지 분포 함수(Ion energy distribution function;IEDF)는 박막의 식각 또는 증착 공정의 분석, 감시 및 최적화를 위해 요구된다. 균일한 박막과 식각 패턴을 얻기 위해서는 균일한 IEDF가 요구되는데, 특히 식각 공정 중에 이온 에너지의 이상 발생은 제조되는 박막 또는 식각 패턴에 손상을 주게 되므로 IEDF를 실시간 측정할 수 있는 시스템의 개발이 요구된다.A sheath region in a plasma refers to a thin layer of non-emitting region that appears to surround the plasma around the plasma. The distribution of ion energy in the sheath region indicates the distribution of the energy of the ions and their number. In general, the ion energy distribution function (IEDF) is required for the analysis, monitoring and optimization of thin film etching or deposition processes. In order to obtain a uniform thin film and an etching pattern, a uniform IEDF is required. In particular, an abnormal occurrence of ion energy during the etching process damages a thin film or an etching pattern to be manufactured, and thus, a system for measuring the IEDF in real time is required. .
기존에 IEDF 측정은 ESA(Electron Spectrum Analyzer)법 또는 비접촉식 이온에너지 분포측정법 등이 이용된다. 여기서, ESA 방식은 이온에너지 분포를 실시간으로 제공하지 못한다. 그리고, 비접촉식 이온에너지 분포측정법은 I-V probe를 이용해 측정한 전기적인 실시간 데이터에 물리적인 플라즈마 모델을 결합하여 IEDF를 제공하는데, 이는 물리적 쉬스 모델에 내재한 가정(assumptions)들로 인해 실제 분포와 다른 분포를 계산할 수 있다. 이러한 IEDF 측정을 이용한 플라즈마 처리장치에 관한 배경기술은 한국공개특허 제2011-0116955호에 개시된 바 있다.Conventionally, the IEDF measurement is performed by using an Electron Spectrum Analyzer (ESA) method or a non-contact ion energy distribution measurement method. Here, the ESA method does not provide an ion energy distribution in real time. In addition, the non-contact ion energy distribution measurement method combines a physical plasma model with electrical real-time data measured using an IV probe to provide an IEDF, which is different from the actual distribution due to the assumptions inherent in the physical sheath model. Can be calculated. Background art regarding the plasma processing apparatus using the IEDF measurement has been disclosed in Korea Patent Publication No. 2011-0116955.
상수한 이온 에너지 분포함수와는 달리 전자 에너지 분포함수(Electron energy distribution function;EEDF)는 가스의 해리(dissociation)와 이온화(ionization)의 분석에 요구된다. 그런데 현재까지는 EEDF를 실시간 측정할 수 있는 장치가 없으며 3차원 플라즈마 공간에서 전자 에너지 분포를 측정할 수 있는 방법 또한 현존하지 않는다.Unlike the constant ion energy distribution function, the electron energy distribution function (EEDF) is required for the analysis of dissociation and ionization of gases. However, until now, there is no device capable of measuring EEDF in real time, and there is no method to measure electron energy distribution in three-dimensional plasma space.
본 발명은, 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들의 촬상 영상에서 쉬스 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여 쉬스 영역 내의 이온의 분포를 실시간 감시할 수 있는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention provides a method and apparatus for monitoring ion distribution in a plasma sheath capable of real-time monitoring of distribution of ions in the sheath region using gray scale values of pixels constituting the sheath region in the captured image of particles present in the plasma chamber. The purpose is to.
본 발명은, 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는 단계와, 상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 입력받는 단계와, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 단계와, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감하여 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 단계, 및 상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법을 제공한다.The present invention includes receiving a first captured image of particles in a plasma chamber in a vacuum state, and second particles for particles present in the plasma chamber in a state where gas is injected into the plasma chamber and power is applied thereto. Receiving a captured image, using a gray scale value of pixels constituting each sheath region in the first captured image and the second captured image, and distributing a first particle number according to the gray scale value; Acquiring a second particle number distribution, respectively, subtracting the first particle number distribution with respect to a second particle number distribution according to the gray scale value, and obtaining a corrected second particle number distribution; and Providing an ion distribution monitoring method in a plasma sheath comprising monitoring an ion distribution for the sheath region using a second particle number distribution The.
여기서, 상기 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 단계는, 상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가할 수 있다.In the obtaining of the corrected second particle number distribution, an offset may be added to the subtracted particle number result.
또한, 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계는, 임의의 그레이 스케일 범위 내의 입자수를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온의 분포를 감시할 수 있다.In the monitoring of the ion distribution of the sheath region, the distribution of ions of the sheath region may be monitored using the number of particles within an arbitrary gray scale range.
그리고, 상기 임의의 그레이 스케일 범위는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.The arbitrary gray scale range may be defined by the following equation.
T1 ≤ 임의의 그레일 스케일 ≤ T2T1 ≤ any grail scale ≤ T2
여기서, T1은 상기 촬상 영상에 대한 최대 그레이 스케일 값의 17~23% 및 55~60%에 해당되는 값을 나타낸다.Here, T1 represents values corresponding to 17 to 23% and 55 to 60% of the maximum gray scale values for the captured image.
또한, 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계는, 상기 보정된 제2 입자수 분포 중에서 입자수가 양의 값을 갖는 그레이 스케일 범위 내의 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시할 수 있다.The monitoring of the ion distribution of the sheath region may include monitoring the ion distribution of the sheath region by using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number is positive in the corrected second particle number distribution. can do.
또한, 상기 제1 및 제2 촬상 영상은, 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 쉬스 영역을 포함하는 임의 공간에서 복원된 2차원 영상일 수 있다.The first and second captured images may be two-dimensional images reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber.
그리고, 본 발명은 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 촬상 영상을 입력받는 단계와, 상기 촬상 영상에서 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 획득하는 단계, 및 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of receiving a captured image of the particles present in the plasma chamber in the state that the gas is injected into the plasma chamber and the power is applied, and the pixels constituting the sheath region in the captured image Obtaining a particle number distribution according to the gray scale value using a gray scale value, and monitoring ion distribution for the sheath region using the particle number distribution according to the gray scale value It provides a method for monitoring ion distribution in the interior.
그리고, 본 발명은 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상과, 상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 각각 입력받는 영상 입력부와, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 입자수 분포 획득부와, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감하여 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 입자수 분포 보정부, 및 상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 이온 분포 감시부를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a first imaging image of the particles in the plasma chamber in a vacuum state, and a second imaging image of the particles present in the plasma chamber in a state where gas is injected into the plasma chamber and power is applied. A first particle number distribution and a first particle number distribution according to the gray scale value by using an image input unit respectively input and a gray scale value of pixels constituting the respective sheath areas in the first and second captured images A particle number distribution acquiring unit for acquiring each particle number distribution, and a particle number distribution for acquiring a corrected second particle number distribution by subtracting the first particle number distribution from a second particle number distribution according to the gray scale value And a correction unit, and an ion distribution monitoring unit configured to monitor ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution. It provides an ion distribution monitoring device in a sheath.
여기서, 상기 입자수 분포 보정부는, 상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가할 수 있다.Here, the particle number distribution corrector may add an offset to the subtracted particle number result.
또한, 상기 이온 분포 감시부는, 임의의 그레이 스케일 범위 내의 입자수를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온의 분포를 감시할 수 있다.The ion distribution monitoring unit may monitor the distribution of ions in the sheath region using the number of particles within an arbitrary gray scale range.
또한, 상기 이온 분포 감시부는, 상기 보정된 제2 입자수 분포 중에서 입자수가 양의 값을 갖는 그레이 스케일 범위 내의 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시할 수 있다. The ion distribution monitoring unit may monitor the ion distribution of the sheath region using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number has a positive value among the corrected second particle number distribution.
그리고, 본 발명은, 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 촬상 영상을 입력받는 영상 입력부와, 상기 촬상 영상에서 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 획득하는 입자수 분포 획득부, 및 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 이온 분포 감시부를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치를 제공한다.In addition, the present invention, the image input unit for receiving a captured image of the particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and the power is applied, and a sheath region in the captured image A particle number distribution obtaining unit for obtaining a particle number distribution according to the gray scale value using the gray scale value of the pixels, and an ion distribution for the sheath region using the particle number distribution according to the gray scale value An ion distribution monitoring apparatus in a plasma sheath including an ion distribution monitoring unit is provided.
본 발명에 따른 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법에 따르면, 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들의 촬상 영상에서 쉬스 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여 쉬스 영역 내의 이온의 분포를 실시간으로 손쉽게 감시할 수 있는 이점이 있다.According to the ion distribution monitoring method in the plasma sheath according to the present invention, the distribution of ions in the sheath region can be easily monitored in real time using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region in the captured image of the particles present in the plasma chamber. There is an advantage to that.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 광학 현미경의 개략 구성도이다.1 is a schematic structural diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an ion distribution monitoring apparatus in a plasma sheath according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2를 이용한 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법의 흐름도이다. 3 is a flowchart of a method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using FIG. 2.
도 4는 도 3의 S320 단계를 통해 획득한 영상의 예를 나타낸다.4 illustrates an example of an image acquired through step S320 of FIG. 3.
도 5는 도 3의 S330 단계에 의해 획득된 제2 입자수 분포의 예를 나타낸다.FIG. 5 shows an example of the second particle number distribution obtained by step S330 of FIG. 3.
도 6은 도 4의 각 픽셀층 별로 특정 그레이 스케일 값을 갖는 픽셀의 개수를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating the number of pixels having a specific gray scale value for each pixel layer of FIG. 4.
도 7은 도 4의 촬상 영상 중에서 쉬스 영역에서의 그레이 스케일별 픽셀수를 나타낸다.FIG. 7 illustrates the number of pixels for each gray scale in the sheath region of the captured image of FIG. 4.
도 8은 기존의 상용화된 IEDF 함수를 나타낸다.8 illustrates a conventional commercialized IEDF function.
도 9 및 도 10은 도 3의 S340 단계를 설명하는 도면이다.9 and 10 illustrate the step S340 of FIG. 3.
도 11은 도 10에 오프셋을 부가한 이후의 일부 구간을 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a partial section after adding an offset to FIG. 10.
도 12는 도 4의 쉬스영역을 제외한 상단부 공간에서의 에너지 분포를 나타낸다.FIG. 12 illustrates energy distribution in an upper space except for the sheath region of FIG. 4.
도 13은 수학식 1 내지 3을 적용하여 얻어진 챔버 중앙에서의 입자 분포를 나타낸다.13 shows particle distribution in the center of the chamber obtained by applying the equations (1) to (3).
도 14는 도 13에 도시된 제2 입자수 분포에서 제1 입자수 분포를 차감한 분포이다.FIG. 14 is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution shown in FIG. 13.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 광학 현미경의 개략 구성도이다. 도 1의 (a)는 기존의 In-Line 광학 시스템으로서 레이저(Laser), 빔 확장기, CCD 센서로 구성된다. 플라즈마 장비 즉, 플라즈마 챔버에는 두 개의 윈도우(창 1, 창 2)가 요구된다. 척 위에는 웨이퍼가 놓여지며 증착 또는 식각 대상 박막이 배치된다. 1 is a schematic structural diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention. Figure 1 (a) is a conventional In-Line optical system composed of a laser (Laser), a beam expander, a CCD sensor. Two windows (window 1, window 2) are required for the plasma equipment, ie the plasma chamber. The wafer is placed on the chuck and a thin film to be deposited or etched is disposed.
레이저에서 발사된 빛은 빔 확장기에서 확장되어 척을 포함한 상단부를 비춘다. 이때, 레이저 빛을 흡수, 반사, 또는 투과하는 물질 입자의 정보가 CCD 센서에 저장된다. 일반적으로 쉬스 공간은 전자수가 이온수보다 적은 공간으로서 척 근방에서 발생한다.The light emitted by the laser extends from the beam expander to illuminate the top, including the chuck. At this time, information of the material particles that absorb, reflect, or transmit the laser light is stored in the CCD sensor. In general, the sheath space is a space where the number of electrons is smaller than the number of ionized water, which is generated near the chuck.
도 1의 (b)는 기존의 On-Axis 광학 시스템의 변형예로서 빔 분할기의 상단부에 반사판이 없는 구조이다. 이러한 도 1의 (b)는 레이저, 빔 분할기, 빔 확장기, CCD 센서로 구성된다. 플라즈마 챔버에는 하나의 윈도우(창 1)가 요구된다.Figure 1 (b) is a modification of the existing On-Axis optical system is a structure without a reflector at the top of the beam splitter. 1 (b) is composed of a laser, a beam splitter, a beam expander, and a CCD sensor. One window (window 1) is required for the plasma chamber.
레이저에 발사된 빛은 빔 분할기에서 수평 및 수직 방향의 빛으로 분할된다. 분할된 수평 방향의 빛은 창 1을 통과하여 척의 상단부를 비춘 다음 챔버의 반대편 벽에서 다시 반사된다. 또한, 벽에서 반사된 빛은 식각 물질 및 플라즈마 입자와 반응하게 되며 그 반응된 입자의 분포가 CCD 센서에 저장된다. 이러한 도 1의 (a), (b) 모두의 경우 CCD 센서의 전단에 각종 필터(ex, spatial filter)가 설치되면 입자의 해상도를 증진시킬 수 있다.The light emitted by the laser is split into light in the horizontal and vertical directions in the beam splitter. The split horizontal light passes through window 1 to illuminate the top of the chuck and then reflect back from the opposite wall of the chamber. In addition, the light reflected from the wall reacts with the etching material and the plasma particles, and the distribution of the reacted particles is stored in the CCD sensor. In the case of both (a) and (b) of FIG. 1, when various filters (ex, spatial filters) are installed at the front end of the CCD sensor, the resolution of the particles may be improved.
도 1을 통해 촬영한 영상을 이용한다면 챔버의 가로(또는 세로) 방향으로의 임의의 공간에서 입자수 분포를 구할 수 있다. 입자수 분포의 공간 분해를 위해 이용되는 알고리즘은 프레넬 존 변환(Fresnel zone transformation)이 이용된다.If the image taken through FIG. 1 is used, the particle number distribution may be obtained in an arbitrary space in the horizontal (or vertical) direction of the chamber. The algorithm used for spatial decomposition of the particle number distribution uses Fresnel zone transformation.
도 1을 이용하여 얻어지는 CCD 이미지는 본래 2차원 평면인 X, Y 축으로 이루어져 있지만 복원을 통하여 2차원 평면을 Z축으로 이동시켜 3차원의 공간에서 대상물을 구분할 수 있다. 이 복원 기술은 공지된 일반적인 방법으로서 플라즈마 공간 내의 전자나 이온 분포를 계산하는 데에 응용된다. 복원 식은 수학식 1을 참조한다.The CCD image obtained using FIG. 1 is composed of the X and Y axes, which are originally two-dimensional planes, but the object can be distinguished from the three-dimensional space by moving the two-dimensional planes to the Z axis through reconstruction. This reconstruction technique is a known general method and is applied to the calculation of electron or ion distribution in the plasma space. Refer to Equation 1 for the recovery equation.
수학식 1
Figure PCTKR2013007486-appb-M000001
Equation 1
Figure PCTKR2013007486-appb-M000001
여기서, u(x,y)는 입력 이미지이고, d는 object가 떨어진 거리이다. 예를 들어 d 값은 CCD 센서와 챔버 내의 임의 지점 사이의 거리를 의미할 수 있다. kx, ky 는 프레넬 존 패턴(Fresnel zone pattern)을 만들기 위한 특이 함수이다. h(r,c)는 실수부와 허수부로 나뉜다. 수학식 2는 위상, 수학식 3은 크기를 나타내는 것으로서 이를 통해 다시 이미지화할 수 있게 된다.Where u (x, y) is the input image and d is the distance the object is apart. For example, the d value may refer to the distance between the CCD sensor and any point in the chamber. kx, ky are singular functions for creating Fresnel zone patterns. h (r, c) is divided into a real part and an imaginary part. Equation 2 represents the phase, and Equation 3 represents the magnitude, thereby allowing reimaging.
수학식 2
Figure PCTKR2013007486-appb-M000002
Equation 2
Figure PCTKR2013007486-appb-M000002
수학식 3
Figure PCTKR2013007486-appb-M000003
Equation 3
Figure PCTKR2013007486-appb-M000003
수학식 1의 d를 조절하여 플라즈마 챔버 내의 임의의 공간에서의 2차원 2D 입자 분포를 수학식 3을 통해 복원할 수 있다. 수학식 3은 실수부와 허수부의 영상 정보를 이용하여 얻어진 것이다. 실수부의 영상 정보는 수학식 3으로 복원된 영상과 비슷하며, 따라서 복원된 영상을 대체하여 사용할 수 있다. Equation 1 can be adjusted to restore the two-dimensional 2D particle distribution in any space in the plasma chamber through Equation 3. Equation 3 is obtained using image information of the real part and the imaginary part. The image information of the real part is similar to the image reconstructed by Equation 3, and thus may be used as a substitute for the reconstructed image.
여기서, 플라즈마 챔버의 가로(또는 세로) 방향의 전체 거리에 대해 2D 입자 분포를 구한 다음 이를 결합하면 3차원의 3D 입자 분포를 구하는 것도 가능하다. 즉, 2D 복원 영상에서 플라즈마 임의의 위치에서 EEDF(Electron energy distribution function; 전자 에너지 분포 함수)를 구할 수 있고, 웨이퍼와 근접한 쉬스 영역에서 IEDF(Ion energy distribution function; 이온 에너지 분포 함수)를 구할 수 있다. 또한, 각각의 위치에서 구한 EEDF(또는 IEDF)를 상호 결합하면 3D 형태의 EEDF(또는 IEDF)를 구할 수 있다. Here, it is also possible to obtain a three-dimensional 3D particle distribution by calculating the 2D particle distribution with respect to the total distance in the horizontal (or longitudinal) direction of the plasma chamber and then combining them. That is, an EEDF (Electron energy distribution function) can be obtained at any position of the plasma in the 2D reconstructed image, and an IEDF (Ion energy distribution function) can be obtained in the sheath region adjacent to the wafer. . In addition, by combining the EEDF (or IEDF) obtained at each position, it is possible to obtain a 3D EEDF (or IEDF).
이하에서는 상기 광학 현미경을 통해 촬상된 영상을 이용한 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포를 모니터링하는 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using an image captured by the optical microscope will be described in detail.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치의 구성도이다. 상기 장치(100)는 영상 입력부(110), 입자수 분포 획득부(120), 입자수 분포 보정부(130), 이온 분포 감시부(140)를 포함한다.2 is a block diagram of an ion distribution monitoring apparatus in a plasma sheath according to an embodiment of the present invention. The apparatus 100 includes an image input unit 110, a particle number distribution obtaining unit 120, a particle number distribution correcting unit 130, and an ion distribution monitoring unit 140.
상기 영상 입력부(110)는 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는다. 또한, 영상 입력부(110)는 상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태 즉 플라즈마 상태에서, 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 입력받는다.The image input unit 110 receives a first captured image of particles in the plasma chamber in a vacuum state. In addition, the image input unit 110 receives a second captured image of particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and power is applied, that is, in a plasma state.
여기서, 상기 제1 및 제2 촬상 영상은, 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 쉬스 영역을 포함하는 임의 공간에서 복원된 2차원 영상에 해당될 수 있다. 이는 앞서 수학식 1 내지 수학식 3의 방법을 이용하면 된다.The first and second captured images may correspond to two-dimensional images reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber. This can be done using the method of Equations 1 to 3 above.
상기 입자수 분포 획득부(120)는 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득한다.The particle number distribution obtaining unit 120 uses the gray scale values of pixels constituting the respective sheath areas in the first and second captured images, to determine the first particle number according to the gray scale values. Distribution and second particle number distribution are obtained, respectively.
상기 입자수 분포 보정부(130)는 상기 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감하여, 보정된 제2 입자수 분포를 획득한다. 이는 레이저 입자와 이와 반응하는 음의 바탕(background) 에너지가 입자수에 포함되지 않도록 하기 위한 것이다. 여기서, 입자수 분포 보정부(130)는 상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가하도록 한다. 이는 상기 제2 입자수 분포에 음의 입자수가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.The particle number distribution correcting unit 130 obtains a corrected second particle number distribution by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution according to the gray scale value. This is to ensure that the particle number does not include the laser particles and the negative background energy that reacts with them. Here, the particle number distribution correction unit 130 adds an offset to the subtracted particle number result. This is to prevent negative particle numbers from occurring in the second particle number distribution.
상기 이온 분포 감시부(140)는 상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시한다. 보정된 제2 입자수 분포가 기 설정된 기준 분포 범위 내에 있을 경우 플라즈마가 정상인 것으로 판단할 수 있다.The ion distribution monitoring unit 140 monitors the ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution. When the adjusted second particle number distribution is within a preset reference distribution range, it may be determined that the plasma is normal.
도 3은 도 2를 이용한 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조로 하여 쉬스 공간 내의 이온 분포를 모니터링 하는 방법을 상세히 설명한다.3 is a flowchart of a method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using FIG. 2. Hereinafter, a method of monitoring ion distribution in the sheath space will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
먼저, 상기 영상 입력부(110)에서는 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는다(S310). 진공 상태의 경우, 플라즈마 발생 상태에 해당되지 않으므로 구성 입자에 플라즈마 입자는 포함되지 않는다.First, the image input unit 110 receives a first captured image of particles in a plasma chamber in a vacuum state (S310). In the case of a vacuum state, since it does not correspond to a plasma generation state, a plasma particle is not contained in a component particle.
그리고, 상기 영상 입력부(110)에서는 상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태 즉, 플라즈마 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 입력받는다(S320). 이러한 플라즈마 상태의 경우, 챔버 내의 구성 입자로 플라즈마 입자들을 포함하고 있다.In addition, the image input unit 110 receives a second captured image of particles present in the plasma chamber in a state in which gas is injected into the plasma chamber and power is applied, that is, in a plasma state (S320). In such a plasma state, the constituent particles in the chamber contain plasma particles.
도 4는 도 3의 S320 단계를 통해 획득한 영상의 예를 나타낸다. 도 4에서 화살표가 가리키는 부분은 웨이퍼의 최근방에 위치한 쉬스 영역에 해당된다. 이러한 쉬스 영역은 하얀 색상으로 표현되는 상층부(이온 입자가 주로 존재하는 부분)와, 검은 색상으로 표현되는 하층부(전자 입자가 주로 존재하는 부분)로 나뉜다. 4 illustrates an example of an image acquired through step S320 of FIG. 3. The portion indicated by the arrow in FIG. 4 corresponds to the sheath region located closest to the wafer. The sheath region is divided into an upper layer portion (part of which ions are mainly present) expressed in white color and a lower layer part (part in which electron particles are mainly present) represented by black color.
도 4의 촬상 영상에서 최상단 픽셀층 부분은 y=1, 최하단 픽셀층 부분은 y=2000 지점에 해당된다. 그리고 영상의 가로 방향에 해당되는 x=1~1000 범위를 갖는다. 즉, 촬상 영상은 1000(가로)×2000(세로) 픽셀의 크기를 갖는다. 본 실시예의 경우, 도 4의 쉬스 영역 중 상층부 영역은 y=1500~1600 영역에 해당되고, 하층부 영역은 y=1600~1739 영역에 해당된다.In the captured image of FIG. 4, the top pixel layer portion corresponds to y = 1 and the bottom pixel layer portion corresponds to y = 2000. The range of x = 1 to 1000 corresponds to the horizontal direction of the image. That is, the captured image has a size of 1000 (width) x 2000 (length) pixels. In the present embodiment, the upper region of the sheath region of FIG. 4 corresponds to the y = 1500 to 1600 region, and the lower region corresponds to the y = 1600 to 1739 region.
이후, 상기 입자수 분포 획득부(120)에서는 앞서 얻어진 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득한다(S330).Subsequently, the particle number distribution obtaining unit 120 uses the gray scale values of the pixels constituting the sheath area in the first and second captured images, and according to the gray scale value, to obtain the particle size distribution obtaining unit 120. One particle number distribution and a second particle number distribution are obtained, respectively (S330).
즉, S330 단계는, 진공 상태에서 촬영된 제1 촬상 영상 중에서 쉬스 영역 부분을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포를 획득한다. 또한, 플라즈마 상태에서 촬영된 제2 촬상 영상 중에서 쉬스 영역 부분을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포를 획득한다. That is, in operation S330, the first particle number distribution according to the gray scale value may be obtained by using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region of the first captured image photographed in the vacuum state. Also, the second particle number distribution according to the gray scale value is obtained by using the gray scale values of the pixels constituting the sheath region of the second captured image photographed in the plasma state.
촬상 영상 중에서 쉬스 영역에 대한 입자수 분포를 설명하기 이전에 전체 영상에 대한 그레이 스케일별 픽셀의 수를 분석한 결과를 설명하면 다음과 같다. 도 5는 도 4의 촬상 영상에 대한 EEDF를 나타낸다. Before describing the particle number distribution of the sheath region in the captured image, the result of analyzing the number of pixels for each gray scale of the entire image will be described. FIG. 5 illustrates an EEDF for the captured image of FIG. 4.
도 5에서 가로 축은 그레이 스케일 값이며 전자의 에너지 상태를 나타내며, 이는 이온에너지의 상태를 음이온과 양이온으로 구분하는 데에 이용된다. 세로 축은 각각의 그레이 스케일별 픽셀수이다. 여기서 픽셀수는 곧 입자수에 대응한다. 본 실시예의 경우 픽셀의 그레이 스케일 값을 8 비트로 사용하므로 그레이 스케일 값은 0~255 사이의 값을 가진다. 참고로 도 5에서는 1~222의 그레이 스케일 범위의 데이터를 도시하고 있다.In FIG. 5, the horizontal axis represents a gray scale value and represents an energy state of electrons, which is used to classify states of ion energy into anions and cations. The vertical axis is the number of pixels for each gray scale. The number of pixels here corresponds to the number of particles. In the present embodiment, since the gray scale value of the pixel is used as 8 bits, the gray scale value has a value between 0 and 255. For reference, FIG. 5 shows data of a gray scale range of 1 to 222. FIG.
이러한 도 5는 도 4의 전체 영상 중에서 y=1~1739 범위 영역에 대하여, 각각의 그레이 스케일 값에 해당하는 픽셀의 개수를 산출하여 분포 함수로 도시한 것이다. 그 결과 y=1~1739 범위의 영상을 구성하는 픽셀들 중에서, 그레이 스케일 값 g=67에 해당되는 픽셀의 총개수는 약 10000개, g=122에 해당되는 픽셀의 총개수는 약 50000 개이다.FIG. 5 illustrates a distribution function of calculating the number of pixels corresponding to each gray scale value in the y = 1 to 1739 range region of the entire image of FIG. 4. As a result, among the pixels constituting the image ranging from y = 1 to 1739, the total number of pixels corresponding to the gray scale value g = 67 is about 10,000 and the total number of pixels corresponding to g = 122 is about 50000.
도 6은 도 4의 각 픽셀층 별로 특정 그레이 스케일 값을 갖는 픽셀의 개수를 나타낸 그래프이다. 도 6의 가로 축은 도 4의 픽셀층 단위로서 1~ 2000 범위를 가지며, 세로 축은 각 픽셀층 별로 g=103의 값을 갖는 픽셀의 개수를 의미한다. 즉, 이러한 도 6은 그레이 스케일 값 g=103인 입자에 대한 플라즈마 공간에서의 축방향으로의 입자수 변화를 나타낸다. 본 실시예의 경우 특정 gray scale 값을 만족하는 입자수 결과를 나타낸 것이나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 임의의 gray scale 범위에 포함되는 입자들에 대해 이를 확대 적용하면, 영상 내의 각 픽셀층 별로 임의의 그레이 스케일 범위에 해당되는 입자수 변화를 표현할 수 있다.FIG. 6 is a graph illustrating the number of pixels having a specific gray scale value for each pixel layer of FIG. 4. The horizontal axis of FIG. 6 has a range from 1 to 2000 as the pixel layer unit of FIG. 4, and the vertical axis represents the number of pixels having a value of g = 103 for each pixel layer. That is, FIG. 6 shows a change in the number of particles in the axial direction in the plasma space for particles having a gray scale value g = 103. In the case of the present embodiment is shown a number of particles satisfying a specific gray scale value, but the present invention is not necessarily limited thereto. That is, by applying the same to the particles included in the arbitrary gray scale range, the number of particles corresponding to the arbitrary gray scale range may be expressed for each pixel layer in the image.
이러한 도 6에서 y=1500~1600 범위의 픽셀층 부분의 경우, g=103에 해당되는 픽셀수가 급감하고 있다. 이 부분은 도 4의 쉬스 영역 중에서 밝은 색상으로 표현된 상층부에 대응되고 양의 이온들이 분포된 공간이다. 또한, 도 6에서 y=1600~1742 범위의 픽셀층 부분의 경우 도 4의 쉬스 영역 중에서 검은 색상으로 표현된 하층부에 대응되고 음의 이온들이 분포된 공간이다.In the case of the pixel layer portion in the range of y = 1500 to 1600 in FIG. 6, the number of pixels corresponding to g = 103 decreases sharply. This portion corresponds to the upper layer portion expressed in bright colors in the sheath region of FIG. 4 and is a space in which positive ions are distributed. In addition, in FIG. 6, the pixel layer portion having a range of y = 1600 to 1742 is a space in which negative ions are distributed and correspond to the lower layer portion represented by black color in the sheath region of FIG. 4.
도 7은 도 4의 촬상 영상 중에서 쉬스 영역에서의 그레이 스케일별 픽셀수를 나타낸다. 이러한 도 7은 상기 S330 단계에 따른 제2 입자수 분포 결과에 해당하는 것으로서 IEDF 분포에 해당된다. 가로 축의 각 그레이 스케일은 특정 에너지 상태를 나타내며 작은 그레이 스케일 값일수록 고에너지 상태를 나타낸다.FIG. 7 illustrates the number of pixels for each gray scale in the sheath region of the captured image of FIG. 4. 7 corresponds to the result of the second particle number distribution according to the step S330 corresponds to the IEDF distribution. Each gray scale on the horizontal axis represents a specific energy state, with smaller gray scale values representing higher energy states.
구체적으로, 도 7의 예는 픽셀층 y=1531~1742 범위에 해당되는 쉬스 영역에서의 그레이 스케일 값에 따른 픽셀의 개수를 나타낸다. y=1531~1742 범위의 쉬스 영역 내에서 g=65의 값을 갖는 픽셀들의 총 개수는 약 9000개이고, g=121의 값을 갖는 픽셀들의 총 개수는 약 5000개임을 알 수 있다. 여기서, Eh는 고이온 에너지, El은 저이온 에너지 부분에 해당된다. 픽셀수가 많은 것은 입자수 즉, 전자 질량(electron mass)이 많다는 것을 의미한다. E=mc2 식에 의하면 E는 m에 비례하므로 픽셀수가 가장 큰 부분은 고이온 에너지 부분에 해당된다. 이러한 고이온 에너지 부분은 그레이 스케일 값 g=65 부근으로서 쉬스 영역 중에서는 하층부 근방에 해당된다. 저이온 에너지 부분은 g=121 부근으로서 쉬스 영역 중에서는 상층부 근방에 해당된다.Specifically, the example of FIG. 7 illustrates the number of pixels according to the gray scale value in the sheath region corresponding to the pixel layer y = 1531 to 1742. It can be seen that the total number of pixels having a value of g = 65 in the sheath region in the range of y = 1531 to 1742 is about 9000, and the total number of pixels having a value of g = 121 is about 5000. Where E h corresponds to the high ion energy and E 1 corresponds to the low ion energy portion. A large number of pixels means a large number of particles, that is, an electron mass. According to E = mc 2 , E is proportional to m, so the largest pixel number corresponds to the high ion energy. This high ion energy portion is near the gray scale value g = 65 and corresponds to the vicinity of the lower layer in the sheath region. The low ion energy portion is near g = 121 and corresponds to the vicinity of the upper layer in the sheath region.
도 8은 기존의 상용화된 IEDF 함수를 나타낸다. 도 8의 (a)는 I-V Probe와 물리적 모델을 결합한 시스템에 의한 것이고, (b)는 매스 스펙트로미터(Mass spectrometer)를 이용하여 계산한 것이다. 이러한 도 8의 IEDF 함수는 본 실시예에 따른 도 7의 결과와 유사하다, 그런데, 도 7의 결과는 도 8과 비교하여 저에너지에 해당하는 피크의 존재가 선명하지 않다. 이를 보정하기 위하여 본 실시예에서는 아래의 S340 단계를 이용한다. 8 illustrates a conventional commercialized IEDF function. (A) of FIG. 8 is based on a system combining an I-V probe and a physical model, and (b) is calculated using a mass spectrometer. The IEDF function of FIG. 8 is similar to the result of FIG. 7 according to the present embodiment. However, the result of FIG. 7 does not have a clear presence of a peak corresponding to low energy. In order to correct this, the present embodiment uses the following step S340.
즉, 입자수 분포 보정부(130)에서는 앞서 S330 단계에서 구한 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감함에 따라 보정된 제2 입자수 분포를 획득한다(S340). 이는 레이저 입자와 이와 반응하는 음의 바탕(background) 에너지가 입자수에 포함되지 않도록 하기 위한 것이다.That is, the particle number distribution correcting unit 130 obtains the second particle number distribution corrected by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution according to the gray scale value obtained in operation S330 (S340). ). This is to ensure that the particle number does not include the laser particles and the negative background energy that reacts with them.
도 9 및 도 10은 도 3의 S340 단계를 설명하는 도면이다. 도 9는 진공 상태에서 구한 제1 입자수 분포(그래프 A)와, 플라즈마 상태에서 구한 제2 입자수 분포(그래프 B; 도 7에 대응)를 함께 도시하고 있다. 입자수는 도 4의 영상에서 화살표에 해당하는 공간, 즉 y축방향의 픽셀 위치로서 Y=1531~1742 범위에 포함된 쉬스 영역에서의 입자를 대상으로 계산하였다.9 and 10 illustrate the step S340 of FIG. 3. FIG. 9 shows the first particle number distribution (graph A) obtained in a vacuum state and the second particle number distribution (graph B; corresponding to FIG. 7) obtained in a plasma state. The particle number was calculated for the particles in the sheath region included in the range Y = 1531 ~ 1742 as the pixel position in the y-axis direction, the space corresponding to the arrow in the image of FIG.
여기서, 그래프 A는 물론 도 7과 동일한 원리도 획득된다. 물론, 본 발명의 실시예는 반드시 제2 입자수 분포에 제1 입자수 분포를 차감한 보정된 결과로부터 이온 에너지 분포를 감시하는 것으로 한정되지 않는다. 즉, 상기와 같은 보정 없이, 제2 입자수 분포 자체를 이온 에너지 분포의 감시에 이용할 수도 있다.Here, the same principle as in Fig. 7 is obtained as well as graph A. Of course, the embodiment of the present invention is not necessarily limited to monitoring the ion energy distribution from the corrected result of subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution. That is, the second particle number distribution itself can be used for monitoring the ion energy distribution without the above correction.
도 10은 도 9의 그래프 B(제2 입자수 분포)에 그래프 A(제1 입자수 분포)를 차감한 결과를 나타낸다. 도 10과 같이 차감 이후에는 픽셀수(입자수)가 마이너스가 되는 구간이 발생함을 알 수 있다. 도 10에서 그레이스케일 값 61에서부터 입자수가 양의 값이 되며, 이 양의 값이 되는 입자수 분포가 플라즈마 발생으로 인한 실제 이온 에너지의 분포를 나타낸다. 이에 따라, 입자수 분포 보정부(130)에서는 상기 S340 단계 시에 제2 입자수 분포에 음의 입자수가 발생하지 않도록, 상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가하여 그래프를 보정하도록 한다.FIG. 10 shows the result of subtracting graph A (first particle number distribution) from graph B (second particle number distribution) of FIG. 9. After subtraction as shown in FIG. 10, it can be seen that a section in which the number of pixels (number of particles) becomes negative occurs. In FIG. 10, the particle number becomes a positive value from the grayscale value 61, and the particle number distribution that becomes this positive value represents a distribution of actual ion energy due to plasma generation. Accordingly, the particle number distribution correcting unit 130 corrects the graph by adding an offset to the subtracted particle number result so that the negative particle number does not occur in the second particle number distribution in step S340.
도 11은 도 10에 오프셋을 부가한 이후의 일부 구간을 도시한 도면이다. 이렇게 보정된 결과를 보면 고에너지 구간 및 저에너지 구간을 포함하는 두 개의 피크 지점이 또렷이 나타난 것을 알 수 있으며 기존의 상용화된 IDEF 함수와 매우 흡사한 형태임을 확인할 수 있다. 이러한 도 11의 전체 모습은 매스 스펙트로미터를 이용한 도 8의 (b)와 더욱 유사하다. 이러한 본 실시예는 기존의 측정 시스템이 제공하는 IEDF와 유사한 특성을 나타내므로 그 유효성이 입증된다.FIG. 11 is a diagram illustrating a partial section after adding an offset to FIG. 10. The corrected results show that the two peak points, including the high energy section and the low energy section, are clearly visible, which is very similar to the conventional commercialized IDEF function. The overall appearance of FIG. 11 is more similar to that of FIG. 8B using a mass spectrometer. This embodiment demonstrates its effectiveness because it exhibits similar characteristics to the IEDF provided by the existing measurement system.
이러한 도 11의 입자수 분포 패턴 형태 혹은 그레이 스케일 별 입자수 변이 정보는 플라즈마 감시에 응용할 수 있다. 즉, 도 11의 결과를 바탕으로, 상기 이온 분포 감시부(140)에서는 상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시할 수 있다(S350). 여기서, 이온이란 양이온, 음이온을 포괄하는 의미를 가질 수 있다. The particle number distribution pattern form of FIG. 11 or particle number variation information for each gray scale can be applied to plasma monitoring. That is, based on the result of FIG. 11, the ion distribution monitoring unit 140 may monitor the ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution (S350). Here, the ion may have a meaning encompassing a cation and an anion.
상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포 감시는, 도 10과 같이 보정된 제2 입자수 분포 중에서, 입자수가 양의 값을 갖는 그레이 스케일 범위 내의 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시할 수 있다.The ion distribution monitoring for the sheath region may monitor the ion distribution for the sheath region using a particle number distribution within a gray scale range in which the particle number has a positive value among the second particle number distribution corrected as shown in FIG. 10. Can be.
또한, 상기 S350 단계에서는 도 11과 같이 임의의 그레이 스케일 범위 내의 입자수를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온의 분포를 감시할 수 있다. 여기서, 상기 임의의 그레이 스케일 범위는, T1 ≤ 임의의 그레일 스케일 ≤ T2이다. 여기서, T1은 상기 촬상 영상에 대한 최대 그레이 스케일 값(ex, Gmax=255)의 17~23% 및 55~60%에 해당된다. 도 11에 사용된 57과 145는 255의 대략 22.4% 및 56.9%에 해당된다.In operation S350, the distribution of ions in the sheath region may be monitored using the number of particles within an arbitrary gray scale range as illustrated in FIG. 11. Here, the arbitrary gray scale range is T1 ≤ any grail scale ≤ T2. Here, T1 corresponds to 17 to 23% and 55 to 60% of the maximum gray scale value (ex, G max = 255) for the captured image. 57 and 145 used in FIG. 11 correspond to approximately 22.4% and 56.9% of 255.
이러한 S350 단계는 상기 보정된 제2 입자수 분포가 기 설정된 기준 패턴(기준 분포 범위)에 크게 벗어나거나, 특정 그레이 스케일 또는 특정 그레이 스케일 범위에서 입자수 값이 기준 범위를 벗어나는 경우 플라즈마에 고장(불량)이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기준 패턴이나 입자수의 기준 범위는 정상 플라즈마에 대해 미리 수집된 EEDF 또는 IEDF 결과로부터 얻어진다.In step S350, when the corrected second particle number distribution is greatly out of a preset reference pattern (reference distribution range), or when the particle number value is out of the reference range in a specific gray scale or in a specific gray scale range, a failure in the plasma may be caused. ) Can be judged to have occurred. Here, the reference range of the reference pattern or the number of particles is obtained from the EEDF or IEDF results previously collected for the normal plasma.
이상과 같은 본 발명은 쉬스 이외의 플라즈마 공간에서의 이온에너지 분포에의 측정에도 용이하게 적용할 수 있다. 도 12는 도 4의 쉬스영역을 제외한 상단부 공간에서의 에너지 분포를 나타낸다. 이 에너지 분포는 플라즈마 상태에서의 제 2입자수 분포에서 진공상태에서의 제1 입자수 분포를 차감한 분포이다. 도 12에서 그레이스케일 값이 115일 때 양의 입자수가 발생하며, 양의 입자수로 구성된 분포, 즉 상단부 분포가 플라즈마 발생으로 변화된 이온에너지 분포를 나타낸다.The present invention as described above can be easily applied to the measurement of the ion energy distribution in the plasma space other than the sheath. FIG. 12 illustrates energy distribution in an upper space except for the sheath region of FIG. 4. The energy distribution is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution in a vacuum state from the second particle number distribution in a plasma state. In FIG. 12, when the grayscale value is 115, a positive particle number is generated, and a distribution composed of positive particle numbers, that is, an ion energy distribution in which an upper end distribution is changed by plasma generation.
본 발명은 쉬스 내 임의의 위치에서의 이온에너지 분포를 제공한다. 도 13은 수학식 1 내지 3을 적용하여 얻어진 챔버 중앙에서의 입자 분포를 나타낸다. 입자수는 도 9에서 적용했던 동일한 공간에서 계산하였다. 물론, 도 13의 플라즈마 상태에서 구한 제2 입자수 분포는 보정 없이 이온에너지 분포로 이용할 수 있다.The present invention provides ion energy distribution at any location in the sheath. 13 shows particle distribution in the center of the chamber obtained by applying the equations (1) to (3). The particle number was calculated in the same space as applied in FIG. Of course, the second particle number distribution obtained in the plasma state of FIG. 13 may be used as the ion energy distribution without correction.
도 14는 도 13에 도시된 제2 입자수 분포에서 제1 입자수 분포를 차감한 분포이다. 그 결과 그레이 스케일 46에서부터 양의 입자수를 보이고 있다. 양의 입자수를 보이는 분포가 실제 플라즈마의 이온 에너지 분포를 나타내며, 보정없이 이온에너지 분포로 이용할 수 있다. 상기의 예와 같이 본 발명은 챔버 내의 쉬스 및 다른 영역의 임의의 위치에서의 에너지 분포를 계산할 수 있게 하며, 따라서 삼차원 에너지의 분포의 계산을 가능하게 한다.FIG. 14 is a distribution obtained by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution shown in FIG. 13. The result is a positive particle count starting from gray scale 46. The distribution showing a positive particle number represents the actual ion energy distribution of the plasma and can be used as the ion energy distribution without correction. As in the above example, the present invention makes it possible to calculate the energy distribution at any position of the sheath and other regions in the chamber, thus enabling the calculation of the distribution of three-dimensional energy.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들의 촬상 영상에서 쉬스 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여 쉬스 영역 내의 이온의 분포를 실시간 감시할 수 있는 이점이 있다. 여기서, 플라즈마는 주로 전자와 이온으로 구성되므로 쉬스를 제외한 플라즈마 공간에서는 전자 분포인 EEDF를 획득하고, 쉬스 영역에서는 이온 분포인 IEDF를 획득하면 된다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the distribution of ions in the sheath region may be monitored in real time using gray scale values of pixels constituting the sheath region in the captured image of the particles present in the plasma chamber. Here, since the plasma is mainly composed of electrons and ions, the EEDF which is an electron distribution is obtained in the plasma space excluding the sheath, and the IEDF which is an ion distribution in the sheath region.
이상과 같은 본 발명은 박막 식각, 증착 등의 다양한 공정 제어에 응용에 가능하다. 먼저, 박막 식각 공정 제어의 적용 예는 다음과 같다. The present invention as described above is applicable to various process control such as thin film etching, deposition. First, application examples of the thin film etching process control are as follows.
일반적으로 식각 종말점 근방에서는 박막에의 손상을 줄이기 위해 이온 에너지를 줄여야 한다. 본 실시예에 따른 방법을 이용하여 이온 에너지의 분포를 감시하면서, 식각 종말점에 도달하기 이전에 이온에너지가 줄어드는 공정 레시피로 교체한다면 박막의 손상을 줄일 수 있다. 여기서, 플라즈마에 의한 손상을 줄이는 공정 레시피는 식각 진행 전에 미리 개발해 두면 된다. 식각 손상 이외에도 특정 시간대에서의 입자수와 에너지를 조절하여 식각률과 식각 프로파일을 제어할 수 있다. 즉, 웨이퍼 전체 영역에 대해서도 3차원 이온 및 전자 에너지의 감시가 가능하므로 다양한 식각 공정 특성(식각률, 식각 프로파일, 식각률과 식각 프로파일 간의 균일도)의 제어에 응용할 수 있다.In general, near the etch endpoint, the ion energy should be reduced to reduce damage to the thin film. While monitoring the distribution of ionic energy using the method according to the present embodiment, it is possible to reduce the damage of the thin film by replacing with a process recipe in which the ionic energy is reduced before reaching the etching end point. Here, a process recipe for reducing damage by plasma may be developed in advance before etching proceeds. In addition to etching damage, etch rate and etch profile can be controlled by controlling the number of particles and energy at specific times. That is, since the three-dimensional ion and electron energy can be monitored for the entire wafer area, it can be applied to control various etching process characteristics (etch rate, etching profile, uniformity between etching rate and etching profile).
박막 증착 공정 제어의 적용 예는 다음과 같다. 박막 증착 중에 전자나 이온의 개수 및 에너지 분포를 다르게 한다면 다양한 특성의 박막을 증착할 수 있다. 즉 박막 증착 중에 IEDF를 감시하는 동안 특정 시간대에 기 개발된 다른 공정 레시피를 적용하여 박막의 특성을 향상시킬 수 있다. 공정 레시피를 적용한 이후의 이온 에너지 분포의 변이는 본 실시예에 따른 IEDF 또는 EEDF 결과를 통해 확인할 수 있다. 웨이퍼 전체 영역에 대해서도 삼차원 이온과 전자 에너지의 감시가 가능하며, 증착 공정 특성(증착률, 표면 거칠기, 증착률과 표면거칠기 간의 균일도 등)의 제어에 응용할 수 있다.Application examples of the thin film deposition process control are as follows. If the number and energy distribution of electrons or ions are different during thin film deposition, thin films of various characteristics can be deposited. In other words, while monitoring the IEDF during thin film deposition, other process recipes developed at specific times can be applied to improve thin film properties. The variation of the ion energy distribution after applying the process recipe can be confirmed through the IEDF or EEDF results according to the present embodiment. It is possible to monitor three-dimensional ions and electron energy for the entire wafer area, and can be applied to control the deposition process characteristics (deposition rate, surface roughness, uniformity between deposition rate and surface roughness).
박막의 공정 제어를 위한 순서도는 다음과 같다. 우선, 도 3과 같은 본 발명의 방법을 이용하여 실시간으로 EEDF나 IEDF를 측정한다. 식각 종말점에 이르기 전에 현재 적용 중인 레시피를 박막 특성 향상을 위해 사전에 준비한 공정 레시피로 교체한다. 교체 후 EEDF나 IEDF를 확인하여 레시피의 교체가 성공적으로 되었는지의 여부를 확인한다. 즉 교체 후에 수집된 IEDF와 EEDF는 사전에 확인된 분포와의 일치 여부를 판단하는 데에 응용할 수 있다.Flow chart for process control of the thin film is as follows. First, EEDF or IEDF is measured in real time using the method of the present invention as shown in FIG. Before reaching the etching end point, the recipe currently being applied is replaced with a process recipe prepared in advance to improve the thin film properties. After replacement, check the EEDF or IEDF to see if the recipe has been successfully replaced. That is, the IEDF and EEDF collected after the replacement can be applied to determine whether the distribution matches with the previously identified distribution.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (14)

  1. 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는 단계;Receiving a first captured image of the particles in the plasma chamber in a vacuum state;
    상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 입력받는 단계;Receiving a second captured image of particles present in the plasma chamber while a gas is injected into the plasma chamber and power is applied;
    상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 단계;Obtaining the first particle number distribution and the second particle number distribution according to the gray scale value, respectively, using the gray scale values of the pixels constituting the respective sheath regions in the first captured image and the second captured image Doing;
    상기 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감하여 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 단계; 및Obtaining a corrected second particle number distribution by subtracting the first particle number distribution from a second particle number distribution according to the gray scale value; And
    상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.Monitoring ion distribution for the sheath region using the corrected second particle number distribution.
  2. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 단계는,Acquiring the corrected second particle number distribution,
    상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.Ion distribution monitoring method in the plasma sheath adding an offset to the subtracted particle number result.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2,
    상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계는,Monitoring the ion distribution for the sheath region,
    임의의 그레이 스케일 범위 내의 입자수를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온의 분포를 감시하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.A method for monitoring ion distribution in a plasma sheath using a number of particles within an arbitrary gray scale range to monitor the distribution of ions in the sheath region.
  4. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3,
    상기 임의의 그레이 스케일 범위는 아래의 수학식으로 정의되는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법:The arbitrary gray scale range is ion distribution monitoring method in the plasma sheath defined by the following equation:
    T1 ≤ 임의의 그레일 스케일 범위 ≤ T2T1 ≤ any grail scale range ≤ T2
    여기서, T1은 상기 촬상 영상에 대한 최대 그레이 스케일 값의 17~23% 및 55~60%에 해당되는 값을 나타낸다.Here, T1 represents values corresponding to 17 to 23% and 55 to 60% of the maximum gray scale values for the captured image.
  5. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계는,Monitoring the ion distribution for the sheath region,
    상기 보정된 제2 입자수 분포 중에서 입자수가 양의 값을 갖는 그레이 스케일 범위 내의 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.And monitoring the ion distribution in the sheath region by using the particle number distribution in the gray scale range in which the particle number is positive among the corrected second particle number distribution.
  6. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 제1 및 제2 촬상 영상은,The first and second captured images,
    상기 플라즈마 챔버 내의 상기 쉬스 영역을 포함하는 임의 공간에서 복원된 2차원 영상인 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.And a two-dimensional image reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber.
  7. 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 촬상 영상을 입력받는 단계;Receiving a captured image of particles present in the plasma chamber while a gas is injected into the plasma chamber and power is applied;
    상기 촬상 영상에서 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 획득하는 단계; 및Obtaining a particle number distribution according to the gray scale value by using gray scale values of pixels constituting a sheath region in the captured image; And
    상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 단계를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 방법.Monitoring the ion distribution for the sheath region using the particle number distribution according to the gray scale value.
  8. 진공 상태에서 플라즈마 챔버 내의 입자들에 대한 제1 촬상 영상과, 상기 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 제2 촬상 영상을 각각 입력받는 영상 입력부;An image input unit configured to receive a first captured image of particles in the plasma chamber in a vacuum state and a second captured image of particles in the plasma chamber in a state where gas is injected into the plasma chamber and power is applied thereto; ;
    상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상에서 각각의 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 입자수 분포 획득부;Obtaining the first particle number distribution and the second particle number distribution according to the gray scale value, respectively, using the gray scale values of the pixels constituting the respective sheath regions in the first captured image and the second captured image A particle number distribution obtaining unit;
    상기 그레이 스케일 값에 따른 제2 입자수 분포에 대해 상기 제1 입자수 분포를 차감하여 보정된 제2 입자수 분포를 획득하는 입자수 분포 보정부; 및A particle number distribution correction unit for obtaining a second particle number distribution corrected by subtracting the first particle number distribution from a second particle number distribution according to the gray scale value; And
    상기 보정된 제2 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 이온 분포 감시부를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.And an ion distribution monitoring unit configured to monitor an ion distribution of the sheath region using the corrected second particle number distribution.
  9. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 입자수 분포 보정부는,The particle number distribution correction unit,
    상기 차감된 입자수 결과에 오프셋을 부가하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.And an ion distribution monitoring device in the plasma sheath adding an offset to the subtracted particle number result.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,The method according to claim 8 or 9,
    상기 이온 분포 감시부는,The ion distribution monitoring unit,
    임의의 그레이 스케일 범위 내의 입자수를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온의 분포를 감시하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.An ion distribution monitoring device in a plasma sheath for monitoring the distribution of ions in the sheath region using the number of particles within an arbitrary gray scale range.
  11. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10,
    상기 임의의 그레이 스케일 범위는 아래의 수학식으로 정의되는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치:The arbitrary gray scale range is ion distribution monitoring device in the plasma sheath defined by the following equation:
    T1 ≤ 임의의 그레일 스케일 ≤ T2T1 ≤ any grail scale ≤ T2
    여기서, T1은 상기 촬상 영상에 대한 최대 그레이 스케일 값의 17~23% 및 55~60%에 해당되는 값을 나타낸다.Here, T1 represents values corresponding to 17 to 23% and 55 to 60% of the maximum gray scale values for the captured image.
  12. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 이온 분포 감시부는,The ion distribution monitoring unit,
    상기 보정된 제2 입자수 분포 중에서 입자수가 양의 값을 갖는 그레이 스케일 범위 내의 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.And an ion distribution monitoring device in the plasma sheath using the particle number distribution within the gray scale range in which the particle number has a positive value among the corrected second particle number distribution.
  13. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 제1 및 제2 촬상 영상은,The first and second captured images,
    상기 플라즈마 챔버 내의 상기 쉬스 영역을 포함하는 임의 공간에서 복원된 2차원 영상인 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.And an ion distribution monitoring device in the plasma sheath which is a two-dimensional image reconstructed in an arbitrary space including the sheath region in the plasma chamber.
  14. 플라즈마 챔버 내에 가스가 주입되고 파워가 인가된 상태에서 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 입자들에 대한 촬상 영상을 입력받는 영상 입력부;An image input unit configured to receive a captured image of particles present in the plasma chamber while a gas is injected into the plasma chamber and power is applied;
    상기 촬상 영상에서 쉬스(sheath) 영역을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 획득하는 입자수 분포 획득부; 및A particle number distribution obtaining unit obtaining a particle number distribution according to the gray scale value by using gray scale values of pixels constituting a sheath region in the captured image; And
    상기 그레이 스케일 값에 따른 입자수 분포를 이용하여 상기 쉬스 영역에 대한 이온 분포를 감시하는 이온 분포 감시부를 포함하는 플라즈마 쉬스 내의 이온 분포 모니터링 장치.And an ion distribution monitor configured to monitor ion distribution in the sheath region by using the particle number distribution according to the gray scale value.
PCT/KR2013/007486 2012-08-22 2013-08-21 Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath WO2014030919A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0091777 2012-08-22
KR1020120091777A KR101398578B1 (en) 2012-08-22 2012-08-22 Method for monitoring ion distribution in plasma sheath and apparatus for thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014030919A1 true WO2014030919A1 (en) 2014-02-27

Family

ID=50150163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/007486 WO2014030919A1 (en) 2012-08-22 2013-08-21 Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101398578B1 (en)
WO (1) WO2014030919A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113029493A (en) * 2021-03-10 2021-06-25 北京环境特性研究所 Method for measuring Doppler effect of plasma sheath of simulated target reentry section in wind tunnel

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101694000B1 (en) * 2015-05-29 2017-01-09 세종대학교산학협력단 Method for monitoring window of plasma chamber and apparatus thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000034804A (en) * 1998-03-04 2000-06-26 가나이 쓰도무 Semiconductor manufacturing methods, plasma processing methods and plasma processing apparatuses
KR20040093017A (en) * 2003-04-24 2004-11-04 동경 엘렉트론 주식회사 Method and apparatus for measuring electron density of plasma and plasma processing apparatus
KR20060105131A (en) * 2005-04-01 2006-10-11 주식회사 에이디피엔지니어링 Plasma processing apparatus
KR100860473B1 (en) * 2007-04-18 2008-09-26 에스엔유 프리시젼 주식회사 Plasma monitoring device
KR101151588B1 (en) * 2010-12-22 2012-05-31 세종대학교산학협력단 Digital hologram sensor system for photographing plasma particles

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070019297A (en) * 2005-08-12 2007-02-15 주성엔지니어링(주) Noninvasive system of measuring ion energy distribution for plasma apparatus and method of measuring ion energy distribution using the same
JP4833890B2 (en) * 2007-03-12 2011-12-07 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing apparatus and plasma distribution correction method
US20100159120A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Plasma ion process uniformity monitor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000034804A (en) * 1998-03-04 2000-06-26 가나이 쓰도무 Semiconductor manufacturing methods, plasma processing methods and plasma processing apparatuses
KR20040093017A (en) * 2003-04-24 2004-11-04 동경 엘렉트론 주식회사 Method and apparatus for measuring electron density of plasma and plasma processing apparatus
KR20060105131A (en) * 2005-04-01 2006-10-11 주식회사 에이디피엔지니어링 Plasma processing apparatus
KR100860473B1 (en) * 2007-04-18 2008-09-26 에스엔유 프리시젼 주식회사 Plasma monitoring device
KR101151588B1 (en) * 2010-12-22 2012-05-31 세종대학교산학협력단 Digital hologram sensor system for photographing plasma particles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113029493A (en) * 2021-03-10 2021-06-25 北京环境特性研究所 Method for measuring Doppler effect of plasma sheath of simulated target reentry section in wind tunnel

Also Published As

Publication number Publication date
KR101398578B1 (en) 2014-05-23
KR20140026675A (en) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017188732A1 (en) Three-dimensional scanning device using structured light
WO2009125988A2 (en) Fast multi-view three-dimensinonal image synthesis apparatus and method
CN102479321A (en) Automatic identification system and method of difference image
WO2014030919A1 (en) Method and apparatus for monitoring ion distribution in plasma sheath
US10665424B2 (en) Pattern measuring method and pattern measuring apparatus
CN110617772A (en) Non-contact type line diameter measuring device and method
WO2014038827A1 (en) Apparatus for imaging plasma particles and method for detecting etching end point using same
WO2014193021A1 (en) Method and system for processing medical images
WO2012086997A2 (en) Plasma particle photographing apparatus
CN109709460A (en) A kind of blind type ultraviolet imagery system Photoncounting methods
WO2014069962A1 (en) Method and device for measuring surface roughness of deposited thin film
WO2014051309A1 (en) Stereo matching apparatus using image property
US8822920B2 (en) Charged particle beam apparatus
CN115661154A (en) System and method for identifying contact state of collector ring carbon brush of generator through machine vision
WO2014209043A1 (en) Image acquiring method and image acquiring apparatus using same
CN113744197A (en) Cable fault detection method based on red and ultraviolet composite imaging
WO2017007047A1 (en) Spatial depth non-uniformity compensation method and device using jittered comparison
WO2013176496A1 (en) Method and apparatus for measuring physical properties of deposited thin film
JP2011205172A (en) Method and device for associating object coordinates in photographed image
KR101793091B1 (en) Method and apparatus for detecting defective pixels
WO2023068631A1 (en) System and method for generating tem sadp image with high distinguishability
KR101398579B1 (en) Apparatus for monitoring plasma particles and method thereof
KR20140031658A (en) Monitoring apparatus of combustion chamber and the method thereof
CN110751686B (en) Method and device for measuring eccentric angle of ion beam current of Hall ion source
WO2022220422A1 (en) Cell-to-cell comparison method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13830749

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13830749

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1