KR20240020790A - Plasma process monitoring method and plasma process monitoring apparatus - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 플라즈마가 발생되는 챔버, 챔버 내부에 배치되는 적어도 하나의 센서, 상기 센서에 정현파 전압을 인가하는 전압 인가부, 상기 전압 인가부와 상기 챔버 사이에 배치되는 직류 차단 커패시터, 상기 센서에 흐르는 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 측정하는 측정 회로부 및 상기 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 기초로 상기 챔버 내부에 있는 유전체의 두께를 산출하는 데이터 처리부 포함할 수 있다. A plasma processing apparatus according to an embodiment includes a chamber in which plasma is generated, at least one sensor disposed inside the chamber, a voltage applicator that applies a sinusoidal voltage to the sensor, and a direct current blocking unit disposed between the voltage applicator and the chamber. A capacitor, a measurement circuit unit that measures the output current flowing through the sensor and the voltage applied to the DC blocking capacitor, and data that calculates the thickness of the dielectric inside the chamber based on the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor. It may include a processing unit.
Description
본 발명은 플라즈마 공정 모니터링 방법 및 플라즈마 공정 모니터링 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 하나의 정현파를 유전체를 인가하여 유전체의 두께를 실시간으로 측정할 수 있는 기술에 관한 발명이다. The present invention relates to a plasma process monitoring method and a plasma process monitoring device, and more specifically, to a technology that can measure the thickness of a dielectric in real time by applying a single sine wave to the dielectric.
플라즈마란 이온화된 기체로, 양이온, 음이온, 전자, 여기된 원자, 분자 및 화학적으로 매우 활성이 강한 라디칼(radical) 등으로 구성되며, 전기적 및 열적으로 보통 기체와는 매우 다른 성질을 갖기 때문에 물질의 제4상태라고도 칭한다. 이러한 플라즈마는 이온화된 기체를 포함하고 있어, 전기장 또는 자기장을 이용해 가속시키거나, 화학 반응을 일으켜 웨이퍼 혹은 기판을 세정하거나, 식각하거나 혹은 증착하는 등 반도체의 제조공정에 매우 유용하게 활용되고 있다. Plasma is an ionized gas, which is composed of positive ions, negative ions, electrons, excited atoms, molecules, and chemically very active radicals. It has electrically and thermally very different properties from ordinary gases, so it is a material It is also called the fourth state. This plasma contains ionized gas and is very useful in the semiconductor manufacturing process, such as accelerating it using an electric or magnetic field or causing a chemical reaction to clean, etch, or deposit a wafer or substrate.
최근에 반도체 제조공정에서는 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 사용하고 있으며, 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 모듈은 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitive coupled plasma)와 유도 결합형 플라즈마(ICP, inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.Recently, in the semiconductor manufacturing process, plasma generators that generate high-density plasma have been used, and there are several plasma modules for generating plasma, including capacitive coupled plasma (CCP) using radio frequency. Representative examples include inductively coupled plasma (ICP).
이러한 플라즈마 장치를 이용한 플라즈마 증착 및 식각 공정을 수행할 때, 플라즈마 챔버 내부를 모니터링하고 플라즈마 상태(플라즈마 밀도, 전자 온도 등)와 증작 된 유전체의 상태를 정확히 체크할 필요가 있다. 왜냐하면, 플라즈마가 형성되는 챔버 벽면에 증착 된 유기 또는 무기 물질(dielectric layer, 이하, 유전체이라 함)이 다시 떨어져 나와 불순물 입자가 형성되면, 제품 수율이 저하될 우려가 있고, 플라즈마를 원하지 않는 상태로 바꾸어 놓아 챔버 내부 환경이 변화 되어 재현성이 감소 될 우려도 있기 때문이다.When performing a plasma deposition and etching process using such a plasma device, it is necessary to monitor the inside of the plasma chamber and accurately check the state of the plasma (plasma density, electron temperature, etc.) and the state of the fabricated dielectric. This is because if the organic or inorganic material (dielectric layer, hereinafter referred to as dielectric) deposited on the wall of the chamber where plasma is formed comes off again and impurity particles are formed, there is a risk that product yield may decrease and the plasma may be left in an undesirable state. This is because there is a risk that reproducibility may decrease due to changes in the internal environment of the chamber.
플라즈마를 진단하는 방법으로는 랭뮤어 탐침법이 널리 사용된다. 랭뮤어 탐침법은 플라즈마 챔버 안으로 탐침을 삽입하고 전압을 인가하여 탐침에서 측정된 전류에 대한 정보로부터 전자 온도 및 플라즈마 밀도 등 각종 공정 변수를 측정한다. The Langmuir probe method is widely used to diagnose plasma. The Langmuir probe method inserts a probe into a plasma chamber and applies voltage to measure various process variables such as electron temperature and plasma density from information about the current measured by the probe.
반도체 공정 진행 후 챔버 내부 상태 및 소자의 특성을 분석하기 위해 계측(metrology)을 실시한다. 계측을 진행하면 증착 상태 및 유전체의 마모 정도를 다양한 방법으로 측정 가능하다. 유전체가 도포 된 시료에 단차를 낸 뒤 미세한 탐침을 접촉 시킨 후 표면을 긁으면서 탐침의 위치 변화를 계측하여 두께를 측정하는, 접촉식 표면 단차 측정 방법(alpha step), 유전체가 도포 된 시료를 절단하여 전자선을 주사하여 방출되는 이차 전자의 강도를 통해 두께를 측정한다 주사전자현미경(SEM) 방식, 유전체의 시료에 빛을 반사시킨 후, 반사광의 편광 상태의 변화로부터 두께를 측정하는 Ellipsometer 방식 등이 존재하나, 이러한 계측을 통한 방법들은 공정 진행 중 챔버 벽 증착막 혹은 에지 링의 두께를 직접적으로 측정하기 어렵고, 두꺼운 유전체의 계측이 힘든 단점이 존재한다. 또한, 얇은 증착막의 경우 시료 제작을 통한 간접적 방법으로 측정이 가능하기는 하나 실시간 계측이 불가능하며 시료 제작 및 분석을 하기 위해서는 전문적인 지식이 필요하며 사용자의 숙련도에 신뢰성이 결정 되는 단점들이 존재한다. After the semiconductor process is completed, metrology is performed to analyze the internal state of the chamber and the characteristics of the device. Through measurement, the state of deposition and the degree of wear of the dielectric can be measured in various ways. Contact surface step measurement method (alpha step), which measures the thickness by measuring the change in the position of the probe while scratching the surface after creating a step in the sample coated with dielectric and then touching it with a fine probe, cutting the sample coated with dielectric The scanning electron microscope (SEM) method measures thickness through the intensity of secondary electrons emitted by scanning an electron beam, and the ellipsometer method measures thickness from changes in the polarization state of the reflected light after reflecting light onto a dielectric sample. However, these measurement methods have the disadvantage that it is difficult to directly measure the thickness of the chamber wall deposition film or edge ring during the process and that it is difficult to measure thick dielectrics. In addition, in the case of thin deposited films, although measurement is possible indirectly through sample production, real-time measurement is not possible, professional knowledge is required for sample production and analysis, and there are disadvantages in that reliability is determined by the user's skill level.
따라서, 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 공정 모니터링 방법은 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 종래 기술보다 보다 효과적으로 유전체의 두께를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the plasma process monitoring device and plasma process monitoring method according to one embodiment are inventions designed to solve the problems described above, and the purpose is to provide a technology that can accurately measure the thickness of a dielectric in real time more effectively than the prior art. There is.
보다 구체적으로는, 서로 다른 주파수를 가지는 두개의 정현파 전압 또는 하나의 정현파 전압을 플라즈마 및 유전체에 인가한 후, 이에 따라 발생되는 전류의 크기, 진폭 및 직류 차단 커패시터의 전압 등을 기초로 임피던스 값을 계산하고, 계산된 임피던스 값을 기초로 유전체의 두께를 실시간으로 측정할 수 있는 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. More specifically, after applying two sinusoidal voltages or one sinusoidal voltage with different frequencies to the plasma and dielectric, the impedance value is determined based on the size and amplitude of the resulting current and the voltage of the DC blocking capacitor. The purpose is to provide a plasma process monitoring device and method that can calculate and measure the thickness of a dielectric in real time based on the calculated impedance value.
일 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 장치는 플라즈마가 발생되는 챔버 내부에 배치되는 적어도 하나의 센서, 상기 센서에 정현파 전압을 인가하는 전압 인가부, 상기 전압 인가부와 상기 챔버 사이에 배치되는 직류 차단 커패시터, 상기 센서에 흐르는 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 측정하는 측정 회로부 및 상기 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 기초로 상기 챔버 내부에 있는 유전체의 두께를 산출하는 데이터 처리부 포함할 수 있다. A plasma generation monitoring device according to an embodiment includes at least one sensor disposed inside a chamber in which plasma is generated, a voltage applicator that applies a sinusoidal voltage to the sensor, and a direct current blocking capacitor disposed between the voltage applicator and the chamber. , a measurement circuit unit that measures the output current flowing through the sensor and the voltage applied to the DC blocking capacitor, and a data processing unit that calculates the thickness of the dielectric inside the chamber based on the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor. It can be included.
상기 데이터 처리부는, 상기 유전체가 증착되어 발생되는 유전체 커패시터, 상기 플라즈마에 인접하게 발생되는 쉬스 영역의 쉬스 커패시터, 쉬스 저항 및 상기 직류 차단 커패시터로 이루어진 등가 회로 모델을 이용하여, 상기 유전체의 두께를 산출할 수 있다.The data processing unit calculates the thickness of the dielectric using an equivalent circuit model consisting of a dielectric capacitor generated by depositing the dielectric, a sheath capacitor in a sheath area generated adjacent to the plasma, a sheath resistor, and the DC blocking capacitor. can do.
상기 데이터 처리부는, 상기 전압 인가부가 하나의 정현파 전압을 인가한 경우, 상기 정현파 전압 및 상기 출력 전류와의 위상 차이에 대한 정보인 위상 정보를 기초로 상기 유전체의 두께를 측정할 수 있다. When the voltage application unit applies one sinusoidal voltage, the data processing unit may measure the thickness of the dielectric based on phase information, which is information about the phase difference between the sinusoidal voltage and the output current.
상기 데이터 처리부는, 상기 전압 인가부가 서로 다른 주파수를 가진 2개의 정현파 전압을 인가한 경우, 상기 정현파 전압에 따른 상기 출력 전류의 진폭을 기초로 상기 유전체의 두께를 측정할 수 있다.When the voltage application unit applies two sinusoidal voltages having different frequencies, the data processing unit may measure the thickness of the dielectric based on the amplitude of the output current according to the sinusoidal voltage.
상기 데이터 처리부는, 상기 위상 정보를 기초로 상기 직류 차단 커패시터 및 상기 쉬스 영역에 인가되는 전압을 계산한 후, 상기 측정 회로부에 의해 측정된 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 차감하여, 상기 쉬스 커패시터에 인가되는 전압에 대한 정보를 산출할 수 있다.The data processing unit calculates the voltage applied to the DC blocking capacitor and the sheath region based on the phase information, then subtracts the voltage applied to the DC blocking capacitor measured by the measurement circuit unit to determine the sheath capacitor. Information about the voltage applied to can be calculated.
상기 데이터 처리부는, 상기 쉬스 영역에 인가되는 전압 정보, 상기 유전체의 유전율 정보, 상기 센서의 면적 정보 및 상기 정현파 전압의 주파수 정보를 기초로 상기 유전체의 두께를 측정할 수 있다. The data processing unit may measure the thickness of the dielectric based on voltage information applied to the sheath region, dielectric constant information of the dielectric, area information of the sensor, and frequency information of the sinusoidal voltage.
일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 방법은 플라즈마가 생성되는 챔버 내부에 배치되는 적어도 하나의 센서에 정현파 전압을 인가하는 전압 인간 단계, 상기 센서에 흐르는 출력 전류 및 상기 챔버와 연결되어 있는 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 측정하는 측정 단계 및 상기 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 기초로 상기 챔버 내부에 있는 유전체의 두께를 산출하는 데이터 처리 단계를 포함할 수 있다.A plasma process monitoring method according to an embodiment includes a voltage input step of applying a sinusoidal voltage to at least one sensor disposed inside a chamber where plasma is generated, an output current flowing through the sensor, and a direct current blocking capacitor connected to the chamber. It may include a measuring step of measuring the applied voltage and a data processing step of calculating the thickness of the dielectric inside the chamber based on the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor.
일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 방법, 플라즈마 공정 모니터링 장치는 유전체의 두께를 측정함에 있어서, 전압을 측정하기 위한 센싱 저항을 사용하지 않고, 직류 차단 커패시터의 전압을 직접 측정하여 유전체의 두께를 측정하기 때문에, 측정 회로를 소형화 시켜서 반도체 공정 장비의 공간의 효율성을 도모할 수 있는 장점이 존재한다. A plasma process monitoring method and a plasma process monitoring device according to an embodiment measure the thickness of a dielectric by directly measuring the voltage of a direct current blocking capacitor without using a sensing resistor to measure the voltage. Therefore, there is an advantage in promoting space efficiency of semiconductor processing equipment by miniaturizing the measurement circuit.
또한, 본 발명의 경우 직류 차단 축전기에 인가되는 전압을 직접 측정하는 방법을 이용하여 유전체 막에 인가되는 전압을 측정하기 때문에, 유전체 막의 임피던스를 바로 측정할 수 있어 유전체의 두께를 측정하기 위한 반복 계산이 필요하지 않아 종래 기술보다 더 빠르게 실시간으로 측정이 가능한 장점이 존재한다 In addition, in the case of the present invention, since the voltage applied to the dielectric film is measured using a method of directly measuring the voltage applied to the DC blocking capacitor, the impedance of the dielectric film can be directly measured, and repetitive calculations to measure the thickness of the dielectric are performed. This has the advantage of being able to measure in real time faster than conventional technology because it does not require
또한, 본 발명에서 서로 다른 두개의 주파수의 전압을 인가하는 경우, 전류의 위상 차이가 아닌 측정된 임피던스 값을 기초로 유전체의 두께를 측정하므로 종래기술보다 보다 정밀하게 두께 측정이 가능하며, 더 나아가 kHz 대역의 주파수는 물론 MHz 대역의 주파수를 인가하여도 유전체의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 존재한다. In addition, in the present invention, when voltages of two different frequencies are applied, the thickness of the dielectric is measured based on the measured impedance value rather than the phase difference of the current, so the thickness can be measured more precisely than in the prior art. There is an advantage in that the thickness of the dielectric can be accurately measured by applying not only the kHz band frequency but also the MHz band frequency.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따라 탐침에 전압을 인가한 경우의 플라즈마와 탐침 사이를 모델링한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 측면에서 바라 보았을 때의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 공정 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 챔버 내부를 등가회로로 표시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 유전체에 인가되는 전압을 측정하는 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 직류 차단 커패시터의 크기를 고정한 상황에서 각종 변수를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 유전체 막의 축전 용량을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 유전체 막의 변화에 따라 측정한 전자 온도 및 이온 밀도를 본 발명에 따라 측정한 결과와 EEDF 시스템을 이용하여 측정한 결과를 도시한 도면이다. In order to more fully understand the drawings cited in the detailed description of the present invention, a brief description of each drawing is provided.
Figure 1 is a circuit diagram modeling the connection between plasma and the probe when voltage is applied to the probe according to the prior art.
Figure 2 is a perspective view of the plasma generating device according to an embodiment of the present invention when viewed from the side.
Figure 3 is a block diagram showing some components of a plasma process monitoring device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart showing a method for monitoring a plasma generation process according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the inside of a chamber as an equivalent circuit, according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining a calculation method for measuring the voltage applied to a dielectric, according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the results of measuring various variables in a situation where the size of the DC blocking capacitor is fixed.
Figure 8 is a diagram showing the results of measuring the capacitance of a dielectric film according to the present invention.
Figure 9 is a diagram showing the results of electron temperature and ion density measured according to the present invention and the results of measurement using the EEDF system according to changes in the dielectric film.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시 예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the attached drawings. When adding reference signs to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted. In addition, embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and may be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Additionally, the terms used in this specification are used to describe embodiments and are not intended to limit and/or limit the disclosed invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.In this specification, terms such as “comprise,” “provide,” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It does not exclude in advance the existence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함하며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. In addition, throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this refers not only to the case where it is “directly connected” but also to the case where it is “indirectly connected” with another element in between. Terms including ordinal numbers, such as “first” and “second,” used in this specification may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다. Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted.
도 1은 종래 기술에 따라 탐침에 전압을 인가한 경우의 플라즈마와 탐침 사이를 모델링한 회로도이다.Figure 1 is a circuit diagram modeling the connection between plasma and the probe when voltage is applied to the probe according to the prior art.
플라즈마 챔버 내부에 존재하는 탐침에 전압을 인가하는 경우 탐침과 플라즈마 사이에는 일반적으로 쉬스(Sheath) 영역이 발생하게 된다.When voltage is applied to a probe present inside a plasma chamber, a sheath area generally occurs between the probe and the plasma.
쉬스 영역은 준중성이 깨지는 공간을 의미하는데, 구체적으로 챔버 공간 내에서 플라즈마를 생성하는 과정에서 플라즈마가 빛을 내는 반응이 일어나지 않은 어두운 공간(Dark Space) 영역을 지칭하며, 주로 챔버 벽면 부근에서 많이 발생하게 된다. The sheath area refers to a space where quasi-neutrality is broken. Specifically, it refers to a dark space area in which no plasma light reaction has occurred during the process of generating plasma within the chamber space, and is mainly found near the chamber walls. It happens.
일반적으로 플라즈마는 원자나 분자가 양이온과 자유전자로 분리되어 있는 이온화된 기체 상태로 존재하기 때문에, 자유전자가 챔버 내부를 자유롭게 이동하면서 양이온과 결합하면서 빛을 방출한다. 그러나, 탐침 표면 또는 챔버 벽면 부근의 경우 양이온보다 먼저 벽에 도착한 자유전자로 인해 마이너스 대전되어 있어, 벽으로 접근하는 자유전자를 반발력으로 밀어내기 때문에, 탐침 표면 또는 벽면 주변은 양이온과 중성자만 주로 남아 있어, 자유전자가 양이온과 결합하지 못하는 어두운 공간인 그로우(grow) 영역이 발생하게 된다. 그리고 이러한 영역을 쉬스 영역이라고 부르며, 이는 플라즈마의 전기적 차폐를 위한 차폐층을 지칭하기도 한다. In general, plasma exists in an ionized gas state in which atoms or molecules are separated into positive ions and free electrons, so free electrons move freely inside the chamber and combine with positive ions to emit light. However, in the case of the probe surface or near the chamber wall, it is negatively charged due to free electrons that arrived at the wall before the positive ions, so free electrons approaching the wall are repelled, so only positive ions and neutrons mainly remain around the probe surface or chamber wall. Therefore, a grow region, a dark space where free electrons cannot combine with positive ions, is created. And this area is called a sheath area, which also refers to a shielding layer for electrical shielding of the plasma.
한편, 에칭공정 시 웨이퍼 표면에 블로킹 커패시터 첨가로 높은 네거티브 바이어스 쉬스를 생성하여 기판으로 입사되는 이온 에너지를 증가시킬 수 있다. 이러한 쉬스의 전압 강하는 플라즈마 전위와 전극에 걸리는 바이어스 전위의 차를 나타내는 것으로서 기판에 입사하는 이온은 상술한 쉬스 강하 전위차로 인해 에너지를 얻게 된다. 그러나 전극의 바이어스 전위가 시간에 따라 변하기 때문에 이에 해당하는 플라즈마 전위도 시간에 따라 변화하게 된다. Meanwhile, during the etching process, the ion energy incident on the substrate can be increased by creating a high negative bias sheath by adding a blocking capacitor to the wafer surface. This sheath voltage drop represents the difference between the plasma potential and the bias potential applied to the electrode, and ions incident on the substrate gain energy due to the sheath drop potential difference described above. However, because the bias potential of the electrode changes with time, the corresponding plasma potential also changes with time.
한편, 플라즈마가 형성되는 챔버 벽면에는 증착 또는 식각된 유기 또는 무기 물질 다시 떨어져 나와 불순물 입자가 형성되는 영역이 발생하게 되고, 이렇게 형성된 불순물은 유전체(dielectric material)를 형성한다.Meanwhile, on the wall of the chamber where plasma is formed, the deposited or etched organic or inorganic material comes off again, creating a region where impurity particles are formed, and the impurities formed in this way form a dielectric material.
따라서, 이러한 영역은 등가 회로로 구현할 수 있는데, 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이 인가한 주파수가 충분히 낮다면 (~kHz) 탐침의 표면에 위치한 쉬스 영역을 저항 성분으로 고려할 수 있다. 부유 전위의 탐침에 교류 전압을 인가하면, 플라즈마 쉬스에 해당 전압이 걸리며, 유전체를 하나의 축전기(Cd, capacitor)로 근사하고, 쉬스 영역을 쉬스 저항(Rs, sheath resistance)으로 근사하게 되면 도 1에 도시된 바와 같이 등가 모델 회로를 구현할 수 있기 때문에, 이를 분석하여 유전체의 두께를 측정할 수 있다. Therefore, this area can be implemented as an equivalent circuit. Specifically, as shown in FIG. 1, if the applied frequency is sufficiently low (~kHz), the sheath area located on the surface of the probe can be considered as a resistance component. When an alternating voltage is applied to the floating potential probe, the corresponding voltage is applied to the plasma sheath, and the dielectric is approximated as a capacitor (Cd, capacitor), and the sheath area is approximated as a sheath resistance (Rs, sheath resistance), as shown in Figure 1 Since an equivalent model circuit can be implemented as shown, the thickness of the dielectric can be measured by analyzing it.
그러나, 도 1과 같은 방법으로 유전체의 두께를 측정하는 경우, 플라즈마에 가해지는 인가 전력 등의 방전 조건이 변경되면 종래 회로 모델로부터 계산된 유전체의 두께와 실제 증착되어 있는 유전체의 두께 사이의 오차가 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 플라즈마 방전 조건이 변하여 플라즈마 상태가 변경되더라도 유전체 두께를 정확히 계산하여 증착 및 식각 공정에서 보다 정확히 모니터링할 수 있는 기술 개발이 절실한 실정이다.However, when measuring the thickness of the dielectric using the method shown in FIG. 1, if the discharge conditions such as the applied power applied to the plasma change, the error between the thickness of the dielectric calculated from the conventional circuit model and the thickness of the actually deposited dielectric increases. There is a problem that arises. Therefore, there is an urgent need to develop technology that can accurately calculate the dielectric thickness and monitor it more accurately during the deposition and etching process even if the plasma state changes due to changes in plasma discharge conditions.
따라서, 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 공정 모니터링 방법은 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 종래 기술보다 보다 효과적으로 유전체의 두께를 정확히 측정하면서 실시간으로 측정할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 존재한다. 이하 도면을 통해 본 발명의 구성 및 작동 원리에 대해 구체적으로 알아보도록 한다.Therefore, the plasma process monitoring device and plasma process monitoring method according to one embodiment are inventions designed to solve the problems described above, and provide a technology that can accurately measure the thickness of the dielectric in real time more effectively than the prior art. The purpose exists. Let us take a closer look at the configuration and operating principle of the present invention through the drawings below.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 측면에서 바라 보았을 때의 사시도이다. Figure 2 is a perspective view of the plasma generating device according to an embodiment of the present invention when viewed from the side.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치(1)는 챔버 내에 배치되어 플라즈마의 다양한 변수를 측정하는 탐침에 해당하는 제1센서(20A), 제2센서(20B), 제1센서(20A) 및 제1센서(20A)에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부(30), 플라즈마 발생 장치(1)의 본체 역할을 하면서 플라즈마가 생성되는 공간인 챔버(40), 플라즈마 발생 장치(100)에 전원을 공급하는 전원 모듈(50), 안테나(60)의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부(70), 챔버(40)와 전압 인가부(30)에 배치되는 직류 차단 커패시터(Cb), 직류 차단 커패시터(Cb)의 양단에 인가되는 전압 및 직류 차단 커패시터(Cb)에 흐르는 전류를 측정하는 측정 회로부(110, 도 3참조) 및 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)에 흐르는 전류를 측정하고, 측정한 결과 값들을 기초로 플라즈마의 다양한 변수를 계산하는 플라즈마 공정 모니터링 장치(100) 및 챔버(40) 내부의 전자 에너지확률함수(Electron Energy Probability Function, EEPF)를 측정하는 EEPF 시스템(200) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the plasma generating device 1 according to the present invention is disposed in a chamber and includes a first sensor 20A, a second sensor 20B, and a first sensor (20A), which are probes that measure various variables of plasma. 20A) and a voltage application unit 30 that applies a preset voltage to the first sensor 20A, a chamber 40 that serves as the main body of the plasma generator 1 and is a space where plasma is generated, and a plasma generator 100 ), a power module 50 that supplies power, an impedance matching unit 70 that matches the impedance of the antenna 60, a DC blocking capacitor (Cb) disposed in the chamber 40 and the voltage application unit 30, and a DC The measurement circuit unit 110 (see FIG. 3) that measures the voltage applied to both ends of the blocking capacitor (Cb) and the current flowing in the direct current blocking capacitor (Cb) and the current flowing in the first sensor (20A) and the second sensor (20B) A plasma process monitoring device 100 that measures and calculates various variables of plasma based on the measured results, and an EEPF system that measures the Electron Energy Probability Function (EEPF) inside the chamber 40 ( 200), etc. may be included.
도 2를 참조하면 챔버(40)는 기판 등 플라즈마 공정 처리가 필요한 피처리물이 제공되는 공간 및 플라즈마(P)가 생성되는 공간을 구비한 용기를 의미할 수 있다. 챔버(40)의 상부에는 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마를 생성하기 위한 안테나(60)가 복수 개 설치될 수 있으며, 복수 개의 안테나(60)는 임피던스 매칭부(70, matching box)와 연결될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the chamber 40 may refer to a container having a space where an object requiring plasma processing, such as a substrate, is provided, and a space where plasma P is generated. As shown in FIG. 2, a plurality of antennas 60 for generating plasma may be installed on the upper part of the chamber 40, and the plurality of antennas 60 may be connected to an impedance matching unit 70 (matching box). there is.
임피던스 매칭부(70)는 플라즈마 발생 장치(100)에 전원을 공급하는 전원 모듈(50) 및 챔버(40)와 각각 연결될 수 있으며, 챔버(40)의 하부에는 플라즈마의 발생원이 되는 소스 가스 등을 펌핑(pumping)하는 펌핑 시스템(90, pumping system)이 형성될 수 있다.The impedance matching unit 70 may be connected to the power module 50 and the chamber 40, respectively, which supply power to the plasma generating device 100, and a source gas, which is a source of plasma generation, is placed in the lower part of the chamber 40. A pumping system 90 that performs pumping may be formed.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 안테나(60)를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치는, 유도 결합 방식의 플라즈마 발생 장(ICP : Inductively Coupled Plasma)로 지칭될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치가 유도 결합 방식을 플라즈마 발생 장치로 한정되는 것은 아니고, 용량 결합 방식을 이용하여 플라즈마를 발생하는 용량 결합 방식의 플라즈마 발생 장치(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 및 방법에도 모두 적용될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 도 2에 도시되어 있는 유도 결합 방식 플라즈마 발생 장치를 기준으로 설명하도록 한다.As shown in FIG. 2, a plasma generator that generates plasma using a plurality of antennas 60 may be referred to as an inductively coupled plasma generation field (ICP). However, the plasma generating device according to the present invention is not limited to an inductively coupled plasma generating device, and is also included in a capacitively coupled plasma generating device (CCP: Capacitively Coupled Plasma) and method for generating plasma using the capacitive coupling method. All can be applied. For convenience of explanation, the description will be made based on the inductively coupled plasma generator shown in FIG. 2.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 챔버(40) 내부에서 발생되는 플라즈마의 다양한 변수를 측정할 수 있다. 본 발명에서 말하는 변수란, 플라즈마와 관련된 다양한 화학적, 물리적 특징을 의미하는 변수를 의미하며, 대표적으로 챔버(40) 내부에 생성되는 플라즈마의 밀도, 챔버 내부에 흐르는 전자의 온도 및 전자 에너지 확률 분포, 챔버 벽면에 형성되는 유전체(10)의 두께 등을 측정할 수 있다. The plasma process monitoring device 100 according to an embodiment of the present invention can measure various variables of plasma generated inside the chamber 40. The variable referred to in the present invention refers to a variable that refers to various chemical and physical characteristics related to plasma. Representative examples include the density of plasma generated inside the chamber 40, the temperature and electron energy probability distribution of electrons flowing inside the chamber, The thickness of the dielectric 10 formed on the chamber wall can be measured.
이를 위해, 챔버(40) 내부에는 복수 개의 센서가 구비될 수 있는데, 대표적인 실시예로 플라즈마에 정현파를 전달할 수 있는 제1센서(20A)와 제2센서(20B)가 구비될 수 있다. 제1센서(20A)와 제2센서(20B)는 도면에 도시된 바와 같이 챔버(40)의 일 벽면을 관통하도록 배치될 수 있다. 본 발명에서의 센서는 다른 명칭으로 프로브(probe), 탐침 등으로 지칭될 수 있으며, 본 발명의 경우 2개의 센서가 도시된 것을 기준으로 설명하지만, 챔버(40) 내부에 센서는 1개로 구성될 수 도 있다. To this end, a plurality of sensors may be provided inside the chamber 40, and a representative example may include a first sensor 20A and a second sensor 20B capable of transmitting a sinusoidal wave to plasma. The first sensor 20A and the second sensor 20B may be arranged to penetrate one wall of the chamber 40 as shown in the drawing. The sensor in the present invention may be referred to by other names such as probes, probes, etc., and in the case of the present invention, the description is based on the two sensors shown, but the inside of the chamber 40 may consist of one sensor. It is also possible.
일 예로 도면에 도시된 바와 같이, 제1센서(20A)와 제2센서(20B)가 챔버(40)를 관통하여 플라즈마에 정현파 신호를 인가하는 경우에 제1센서(20A)와 제2센서(20B)는 부유 탐침(floating probe)의 형태를 가진다고 할 수 있다. As an example, as shown in the drawing, when the first sensor 20A and the second sensor 20B pass through the chamber 40 and apply a sinusoidal signal to the plasma, the first sensor 20A and the second sensor (20B) 20B) can be said to have the form of a floating probe.
전압 인가부(30)는 전압을 생성한 후, 생성된 전압을 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)에 인가할 수 있다. 구체적으로, 전압 인가부(30)는 수십 KHz의 기본 전형파를 인가하여 쉬스(sheath)에 의한 고조파 발생을 유도한다.The voltage application unit 30 may generate a voltage and then apply the generated voltage to the first sensor 20A and the second sensor 20B. Specifically, the voltage application unit 30 applies a basic typical wave of several tens of KHz to induce the generation of harmonics by a sheath.
도 2에 도시된 바와 같이 전압 인가부(30)는 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)와 전기적으로 연결되어 있어, 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)에 사용자의 설정에 따른 미리 설정된 전압을 인가할 수 있다.As shown in FIG. 2, the voltage application unit 30 is electrically connected to the first sensor 20A and the second sensor 20B, and the user's signal is applied to the first sensor 20A and the second sensor 20B. A preset voltage can be applied according to the settings.
전압 인가부(30)가 인가하는 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)에 인가하는 전압의 형태 및 크기는 플라즈마 발생 환경에 따라 다르게 설정될 수 있으나, 교류 전압에 의해 생성되는 정현파 형태의 전압이 한 개 또는 복수 개 인가될 수 있다. 이하 설명에서는 한 개 의 주파수를 가지는 정현파가 인가되는 경우를 기준으로 설명하나, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 서로 다른 주파수(w1, w2)를 가지는 2개의 주파수 또는 서로 다른 주파수(w1, w2, w3)를 가지는 3개의 정현파 전압 등이 동시 또는 이시에 센서(20)에 인가될 수 있다. The shape and size of the voltage applied by the voltage applicator 30 to the first sensor 20A and the second sensor 20B may be set differently depending on the plasma generation environment, but in the form of a sinusoidal wave generated by alternating voltage. One or more voltages may be applied. The following description will be based on the case where a sine wave having one frequency is applied, but the embodiment of the present invention is not limited to this and may be applied to two frequencies having different frequencies (w1, w2) or different frequencies (w1, Three sinusoidal voltages having w2, w3) may be applied to the sensor 20 at the same time or at different times.
전압 인가부(30)에 의해 제1센서(20A)와 제2센서(20B)에 전압이 인가된 경우, 플라즈마와 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)의의 전위차로 인해 제1센서(20A) 및 제2센서(20B)에 전류가 흐르게 되므로, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 제1센서(20A)와 제2센서(20B)에 흐르는 전류를 측정할 수 있게 된다. 도 2에서 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)가 배치되는 위치는 이로 한정 되는 것은 아니고, 다른 실시예로 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 제1센서(20A)와 전압 인가부(30) 사이에 배치될 수 있다. When voltage is applied to the first sensor (20A) and the second sensor (20B) by the voltage application unit 30, the first sensor (20A) and the second sensor (20B) are Since current flows through the first sensor 20A and the second sensor 20B, the plasma process monitoring device 100 can measure the current flowing through the first sensor 20A and the second sensor 20B. The position where the plasma process monitoring device 100 is placed in FIG. 2 is not limited to this, and in another embodiment, the plasma process monitoring device 100 may be placed between the first sensor 20A and the voltage applicator 30. You can.
한편 도면에서는 전압 인가부(30)와 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)를 독립된 별개의 구성 요소로 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 전압 인가부(30)는 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)에 포함되는 것으로 구현될 수 도 있다. Meanwhile, in the drawing, the voltage application unit 30 and the plasma process monitoring device 100 are shown as independent and separate components, but the embodiment of the present invention is not limited thereto and the voltage application unit 30 is the plasma process monitoring device 100. ) may also be implemented as included in .
직류 차단 커패시터(Cb)는 쉬스에 의해 발생한 전류의 직류성분이 플라즈마 분석 장치(100)로 전송되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. The direct current blocking capacitor Cb may serve to prevent the direct current component of the current generated by the sheath from being transmitted to the plasma analysis device 100.
직류 차단 커패시터(Cb)의 양 단에는 직류 차단 커패시터(Cb)에 인가되는 전압을 측정하기 위한 측정회로부(110)가 배치될 수 있는데, 일 예로 도면에 도시된 바와 같이 차동증폭기(80)를 이용하여 측정하면 직류 차단 커패시터(Cb)에 인가되는 전압에 대한 정보 및 직류 차단 커패시터(Cb)에 흐르는 전류에 대한 정보를 알 수 있다. A measurement circuit unit 110 may be disposed at both ends of the DC blocking capacitor Cb to measure the voltage applied to the DC blocking capacitor Cb. For example, a differential amplifier 80 is used as shown in the drawing. When measured, information about the voltage applied to the DC blocking capacitor (Cb) and information about the current flowing through the DC blocking capacitor (Cb) can be obtained.
실험 환경 조건에 맞는 적절한 대역폭을 가지는 차동증폭기(80)가 차용되는 경우 전류의 크기를 정확하게 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 전류는 전압 Vout으로 변환되어 출력될 수 있다. 그리고 이렇게 출력된 Vout은 측정회로부(110)에 의해 성분이 분석될 수 있으며, 일 예로 FFT부(Fast Fourier Transform)가 적용할 수 있다. 만약, 복수 개의 정현파 전압이 인가되는 경 FFT부는 진동주파수 w와 2w 그리고 고조파 성분들을 주파수별로 정확하게 분리해 낼 수 있다. FFT로 구성되는 경우 FFT는 디지털로 신호를 처리하므로 잡음에도 강하다는 장점이 있다.If a differential amplifier 80 with an appropriate bandwidth suitable for the experimental environmental conditions is used, the magnitude of the current can be accurately measured, and the measured current can be converted to a voltage Vout and output. And the components of Vout output in this way can be analyzed by the measurement circuit unit 110, and for example, an FFT unit (Fast Fourier Transform) can be applied. If multiple sinusoidal voltages are applied, the FFT unit can accurately separate the vibration frequencies w and 2w and the harmonic components by frequency. When configured as an FFT, the FFT has the advantage of being resistant to noise because it processes signals digitally.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이다.Figure 3 is a block diagram showing some components of a plasma process monitoring device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면,플라즈마 공정 모니터링 장치(1)는 플라즈마 챔버(40)의 일측에 설치되는 센서(20)와, 센서(20)의 출력 전류를 측정하는 측정회로부(110)와, 교류 전압을 인가한 후, 측정된 데이터를 기초로 챔버(40) 내부에 증착된 유전체(10)의 두께를 산출하는 데이터 처리부(120)와, 출력 전류를 데이터 처리부(120)로 전달하는 인터페이스부(130)와, 데이터 처리부(120)로부터 계산된 모니터링 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the plasma process monitoring device 1 includes a sensor 20 installed on one side of the plasma chamber 40, a measurement circuit unit 110 that measures the output current of the sensor 20, and an alternating voltage. After application, a data processing unit 120 calculates the thickness of the dielectric 10 deposited inside the chamber 40 based on the measured data, and an interface unit 130 transmits the output current to the data processing unit 120. and a display unit 140 that displays monitoring information calculated from the data processing unit 120.
데이터 처리부(120, microcontroller unit)는 센서(20)로부터 출력 전류를 측정하여 처리할 수 있다. 이를 위해, 데이터 처리부(120)는, 측정회로부(110)에서 획득한 출력 전류를 입력받아 유전체(10)의 두께를 산출하는 제어부(121)와, 실제 출력 전류로부터 유전체(10)의 두께를 연산하는 연산부(122)와, 연산된 모니터링 정보를 외부 장치로 송, 수신하는 외부통신부(123)를 포함할 수 있다.The data processing unit 120 (microcontroller unit) can measure and process the output current from the sensor 20. For this purpose, the data processing unit 120 includes a control unit 121 that receives the output current obtained from the measurement circuit unit 110 and calculates the thickness of the dielectric 10, and calculates the thickness of the dielectric 10 from the actual output current. It may include an arithmetic unit 122 that transmits and receives the calculated monitoring information to an external device and an external communication unit 123 that transmits and receives the calculated monitoring information.
제어부(121)는 하나의 단일한 주파수를 가진 교류 전압을 발진시키고, 측정회로부(110)에서 출력 전류를 측정을 명령하고, 외부로 유전체(10)의 두께를 출력하거나 입력 받는 등 플라즈마 공정 모니터링 장치(1)가 수행하는 전반적인 작동을 제어할 수 있다. 제어부(121)에 인접하게 디지털-아날로그 변환기(124)가 배치될 수 있다. The control unit 121 is a plasma process monitoring device that oscillates an alternating voltage with a single frequency, commands the measurement circuit unit 110 to measure the output current, and outputs or receives the thickness of the dielectric 10 to the outside. (1) can control the overall operation performed. A digital-to-analog converter 124 may be placed adjacent to the control unit 121.
연산부(122)는 측정회로부(110)의 출력 전류를 제공받아 출력 전류의 크기와 위상차로부터 센서(20)의 유전체(10)의 두께 정보를 산출한다. 본 실시예에서는 전술한 쉬스 저항(Rsh)과, 쉬스 캐패시터(Cs) 및 이로부터 계산되는 유전체(10)의 두께를 계산할 수 있다. 또한, 외부통신부(123)는 연산된 모니터링 정보를 외부 장치 주로 컴퓨터(150) 등으로 송, 수신한다. 외부통신부(123) 는 무선 또는 유선 통신 수단일 수 있다.The calculation unit 122 receives the output current of the measurement circuit unit 110 and calculates the thickness information of the dielectric 10 of the sensor 20 from the magnitude and phase difference of the output current. In this embodiment, the sheath resistance (Rsh) described above, the sheath capacitor (Cs), and the thickness of the dielectric 10 calculated therefrom can be calculated. Additionally, the external communication unit 123 transmits and receives the calculated monitoring information to and from external devices, mainly the computer 150. The external communication unit 123 may be a wireless or wired communication means.
기존의 플라즈마 공정 모니터링 장치에는 반드시 공정 모니터링 장치에 연결된 컴퓨터 등이 필수적으로 구비되어야 함에 반해, 본 실시예에서는 공정 모니터링 장치(100) 내에 계산을 수행하고 분석하는 데이터 처리부(120)가 포함되어, 연산과 분석을 수행하는 컴퓨터가 생략될 수 있는 장점이 있다. While the existing plasma process monitoring device must necessarily be equipped with a computer connected to the process monitoring device, in this embodiment, the process monitoring device 100 includes a data processing unit 120 that performs calculations and analyzes, thereby performing calculations. There is an advantage that the computer that performs the analysis can be omitted.
한편, 데이터 처리부(120)는 단일 칩 형태로 제작되거나, 후술할 측정회로부(110)와 인터페이스부(130)를 포함하여 하나의 보드 형태인 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)로 제작될 수 있다. 따라서, 데이터 처리부(120)는 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 장치로 구현될 수 있다.Meanwhile, the data processing unit 120 may be manufactured in the form of a single chip, or may be manufactured as the plasma process monitoring device 100 in the form of a single board including the measurement circuit unit 110 and the interface unit 130, which will be described later. Accordingly, the data processing unit 120 may be a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or an instruction. It can be implemented as a device that can execute (instruction) and respond.
측정회로부(110)는, 데이터 처리부(120)와 센서(20) 사이에 배치되어 데이터 처리부(120)에서 발진된 교류 전압을 오피-앰프(111, op-amp)를 통해 증폭하여 센서(20)으로 전달하고, 센서(20)에 흐르는 출력 전류를 감지할 수 있다. 출력 전류를 측정 저항(113)과 차동 증폭기(114)를 구비한 전류측정부(112)를 거쳐 아날로그-디지털 변환기(141, ADC)로 출력한다. 한편, 본 실시예에서는 측정회로부(110)에서 출력 전류만을 측정하여 유전체(10)의 두께의 정보를 계산함을 상술하였으나, 탐침을 통전한 출력전압이 사용될 수도 있을 것이다.The measurement circuit unit 110 is disposed between the data processing unit 120 and the sensor 20 and amplifies the alternating current voltage oscillated in the data processing unit 120 through an op-amp (111) to produce the sensor 20. , and the output current flowing through the sensor 20 can be detected. The output current is output to the analog-to-digital converter (141, ADC) through a current measurement unit (112) equipped with a measurement resistor (113) and a differential amplifier (114). Meanwhile, in this embodiment, it has been described in detail that information on the thickness of the dielectric 10 is calculated by measuring only the output current from the measurement circuit unit 110, but the output voltage obtained by energizing the probe may also be used.
아날로그-디지털 변환기(141)는, 측정회로부(110)에 인접하게 마련되며, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 인터페이스부(130)를 통해 데이터 처리부(120)로 출력할 수 있다. The analog-to-digital converter 141 is provided adjacent to the measurement circuit unit 110 and can convert analog signals into digital signals and output them to the data processing unit 120 through the interface unit 130.
디스플레이부(140)는 데이터 처리부(120)로부터 계산된 모니터링 정보를 작업자에 디스플레이한다. 작업자는 디스플레이부(140)를 통해 데이터 처리부(120)로부터 산출된 유전체(10)의 두께, 구체적으로 본 실시예에서는 측정회로부(110)로부터 측정된 출력 전류와 데이터 처리부(120)를 통해 산출된 유전체(10)의 두께를 용이하게 모니터링할 수 있다.The display unit 140 displays the monitoring information calculated from the data processing unit 120 to the operator. The operator uses the thickness of the dielectric 10 calculated by the data processing unit 120 through the display unit 140, specifically, in this embodiment, the output current measured from the measurement circuit unit 110 and the thickness calculated through the data processing unit 120. The thickness of the dielectric 10 can be easily monitored.
데이터 처리부(120)와 측정회로부(110), 아날로그-디지털 변환기(141), 측정회로부(110) 및 인터페이스부(130)를 포함한 플라즈마 공정 모니터링 장치는, 챔버(40)의 일측에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.The plasma process monitoring device, including the data processing unit 120, the measurement circuit unit 110, the analog-to-digital converter 141, the measurement circuit unit 110, and the interface unit 130, is detachably installed on one side of the chamber 40. It can be.
이와 같은 구성의 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)는 종래보다 소형화를 구현할 수 있다. 즉, 종래 플라즈마 공정 모니터링 장치는 출력데이터를 계산하고 분석하기 위해 외부에 컴퓨터 등의 외부 장치와, 컴퓨터에 연결하기 위해 데이터 입출력보드(Data Acquisition Board, DAQ) 등이 별도로 구비되어야만 한다. 특히, DAQ의 크기가 커서 공정 모니터링 장치를 소형화하는데 문제가 있었다.The plasma process monitoring device 100 with this configuration can be made more compact than before. That is, a conventional plasma process monitoring device must be separately equipped with an external device such as a computer to calculate and analyze output data, and a data acquisition board (DAQ) to connect to the computer. In particular, the size of the DAQ was large, causing problems in miniaturizing the process monitoring device.
그러나 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)의 경우, 출력 전류 등의 출력 신호를 데이터 처리부(120)가 입력 받아 이를 자체적으로 연산하고 분석 처리함으로써, 컴퓨터(150)가 필수적으로 요구되지 않고, DAQ가 생략될 수 있어 소형화될 수 있다. DAQ가 생략되는 대신, 외부 장치와 연결은 외부통신부(123)를 통해 유, 무선의 통신을 통해 수행될 수 있다. 소형화된 공정 모니터링 장치(100)만으로 플라즈마의 모니터링이 가능하므로 이동이 용이하고, 설치 및 유지 관리 측면에서도 장점이 있다.However, in the case of the plasma process monitoring device 100 according to the present invention, the data processing unit 120 receives output signals such as output current and calculates and analyzes them on its own, so the computer 150 is not necessarily required. DAQ can be omitted, so it can be miniaturized. Instead of DAQ being omitted, connection with an external device can be performed through wired or wireless communication through the external communication unit 123. Since plasma can be monitored only with the miniaturized process monitoring device 100, it is easy to move and has advantages in terms of installation and maintenance.
한편, 앞선 도 1에서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따라 위상 차이를 이용하여 유전체(10)의 두께를 측정하는 방법 또한, 증착 막이 두꺼워 짐에 따라 위상차 측정에서 큰 오차가 발생해 신뢰도가 낮아지는 문제가 존재한다. Meanwhile, as previously described in FIG. 1, in the method of measuring the thickness of the dielectric 10 using phase difference according to the prior art, as the deposited film becomes thicker, a large error occurs in the phase difference measurement, lowering reliability. exists.
따라서, 일 실시예에 따른 의한 플라즈마 공정 모니터링 방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 발명으로서, 센서(20)에 단일한 주파수를 가지는 1개의 교류 전압(V(t)= cos*w*t) 또는 서로 다른 주파수를 가진 2개의 교류 전압을을 인가시킨 후, 인가한 전압에 대해 출력된 전류에 대한 정보 및 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압 정보를 이용하여 등가 회로 모델을 만들고, 이를 기초로 유전체(10)의 두께를 산출함으로써, 보다 정확하면서 실시간으로 유전체(10)의 두께를 측정할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 존재한다. 이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 방법에 대해서 설명한다. 본 발명에서의 플라즈마 공정 모니터링 방법은 전술한 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)를 사용하여 챔버(40) 내부의 플라즈마 상태를 모니터링하는 방법을 의미한다.Therefore, the plasma process monitoring method according to one embodiment is an invention designed to solve the above problem, and is provided by applying one alternating current voltage (V(t)=cos*w*t) with a single frequency to the sensor 20. ) Or, after applying two alternating current voltages with different frequencies, create an equivalent circuit model using the information about the current output for the applied voltage and the voltage information applied to the DC blocking capacitor, and based on this, the dielectric The purpose is to provide a technology that can measure the thickness of the dielectric 10 more accurately and in real time by calculating the thickness of (10). Hereinafter, a plasma process monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The plasma process monitoring method in the present invention refers to a method of monitoring the plasma state inside the chamber 40 using the above-described plasma process monitoring device 100.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 공정 모니터링 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 챔버 내부를 등가회로로 표시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 유전체에 인가되는 전압을 측정하는 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a flowchart showing a method for monitoring a plasma generation process according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the inside of a chamber as an equivalent circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flow chart of the plasma generation process monitoring method according to an embodiment of the present invention. This is a diagram to explain a calculation method for measuring the voltage applied to a dielectric, according to one embodiment.
도 4에 도시된 순서도를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 공정 모니터링 방법은, 센서(20)에 단일한 주파수를 가지는 한 개의 교류 전압을 인가하는 단계(S110)와, 센서(20)에 발생된 출력 전류 및 직류 차단 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계(S120)와, 등가회로모델 및 전류의 크기와 측정된 정보를 기초로 등가회로모델의 임피던스를 산출하는 단계(S130)와, 산출된 임피던스 값을 기초로 유전체의 두께를 산출하는 단계(S140)와, 산출된 유전체 두께에 정보를 외부로 송출하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. Referring to the flow chart shown in FIG. 4, the plasma process monitoring method according to the present invention includes applying one alternating voltage with a single frequency to the sensor 20 (S110), and A step of measuring the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor (S120), a step of calculating the impedance of the equivalent circuit model based on the equivalent circuit model, the size of the current, and the measured information (S130), and the calculated impedance It may include calculating the thickness of the dielectric based on the value (S140) and transmitting information about the calculated dielectric thickness to the outside (S150).
센서(20)에 복수 개의 교류 전압을 인가하는 단계(S110)는, 플라즈마 공정 모니터링 장치(100)의 데이터 처리부(120) 또는 전압 인가부(30)에서 교류 전압을 인가하는 단계이다. 이하 설명의 편의를 위해 데이터 처리부(120)에서 전압을 인가하는 것을 가정으로 한다.The step of applying a plurality of alternating current voltages to the sensor 20 (S110) is a step of applying alternating current voltages from the data processing unit 120 or the voltage applying unit 30 of the plasma process monitoring device 100. For convenience of explanation below, it is assumed that voltage is applied from the data processing unit 120.
데이터 처리부(120)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수 개의 교류 전압을 동시에 또는 순차적으로 센서(20)에 인가할 수 있다. 인가된 교류 전압은 측정회로부(110)의 오피-앰프(111) 및 전류측정부(112)를 거쳐 센서(20)으로 통전된다. The data processing unit 120 may apply a plurality of alternating current voltages having different frequencies to the sensor 20 simultaneously or sequentially. The applied alternating voltage is supplied to the sensor 20 through the op-amp 111 and the current measurement unit 112 of the measurement circuit unit 110.
센서(20)에 발생된 출력 전류를 측정하는 단계(S120)는, 센서(20)에 흐르는 출력 전류 및 직류 차단 커패시터에 인가된 전압을 측정회로부(110)를 통해 측정한다.In the step S120 of measuring the output current generated in the sensor 20, the output current flowing in the sensor 20 and the voltage applied to the DC blocking capacitor are measured through the measurement circuit unit 110.
측정회로부(110)에는 측정 저항(113)과 차동 증폭기(114)가 포함되어 미세 출력 전류를 증폭하고 노이즈를 제거할 수 있다. 이후 아날로그-디지털 변환기(141)로 출력하고, 디지털 신호로 변환된 출력신호를 인터페이스부(130)를 통해 데이터 처리부(120)로 전달할 수 있다.The measurement circuit unit 110 includes a measurement resistor 113 and a differential amplifier 114 to amplify a small output current and remove noise. Afterwards, it can be output to the analog-to-digital converter 141, and the output signal converted into a digital signal can be transmitted to the data processing unit 120 through the interface unit 130.
등가회로 모델 및 측정된 정보를 기초로 임피던스를 산출하는 단계(S130)는, 챔버 내멱에 설치된 금속 구조물에 대해 도 5에 도시된 바와 같이 등가회로모델을 구성하고, 이를 기초로 등가회로모델의 전체 임피던스를 산출하는 단계이다.In the step of calculating impedance based on the equivalent circuit model and the measured information (S130), an equivalent circuit model is constructed as shown in FIG. 5 for the metal structure installed inside the chamber, and the entire equivalent circuit model is based on this. This is the step of calculating impedance.
구체적으로, 챔버(40) 내벽에 설치된 센서에 단일한 정현파 전압을 인가하는 경우, 전체 등가 회로는 도 5에 도시된 바와 같이 전압 인가부(30), 직류 차단 커패시터 영역(210), 유전체 영역(220) 및 쉬스 영역(230)으로 표현될 수 있으며, 직류 차단 커패시터 영역(210)은 직류 차단 커패시터(Cb)로, 유전체 영역(220)은 유전체 커패시터(Cdep)로 표현될 수 있고, 쉬스 영역(230)은 쉬스 저항(Rsh)으로 표현될 수 있다. Specifically, when applying a single sinusoidal voltage to the sensor installed on the inner wall of the chamber 40, the entire equivalent circuit consists of the voltage application part 30, the DC blocking capacitor region 210, and the dielectric region ( 220) and a sheath region 230, the direct current blocking capacitor region 210 can be expressed as a direct current blocking capacitor (Cb), the dielectric region 220 can be expressed as a dielectric capacitor (Cdep), and the sheath region ( 230) can be expressed as sheath resistance (Rsh).
도 5와 같은 등가회로모델을 기준으로, 인가 전압 Vo을 인가한 후, 인가 전압과 이에 따른 전류의 위상 차이를 측정하면, 측정된 위상과 인가 전압을 이용하여 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 전압들 사이의 관계식을 얻을 수 있다. 그리고 인가 전압인Vo과 위상 차이인 Θ 및 직류 차단 커패시터의 양단에 걸리는 전압 Vd는 모두 측정이 가능하므로, Vd의 값을 산출할 수 있으며, Vd는 전류 및 임피던스의 관계에 따라 Vd=Ip*Xd로 표현될 수 있고, 이를 임피던스 기준으로 정리하면 아래 수학식 (1)과 같이 표현될 수 있다.Based on the equivalent circuit model as shown in FIG. 5, after applying the applied voltage Vo, measuring the phase difference between the applied voltage and the corresponding current, as shown in FIG. 6 using the measured phase and applied voltage, each The relationship between voltages can be obtained. And since the applied voltage Vo, the phase difference Θ, and the voltage Vd applied to both ends of the DC blocking capacitor can all be measured, the value of Vd can be calculated, and Vd is Vd=Ip*Xd according to the relationship between current and impedance. It can be expressed as, and if organized based on impedance, it can be expressed as equation (1) below.
(수학식 2)(Equation 2)
Xd=1/(w*Cdep)Xd=1/(w*Cdep)
그리고, 유전체 커패시터는 다시 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.And, the dielectric capacitor can be expressed again as Equation 2 below.
(수학식 2)(Equation 2)
Cdep=A/(ε*d)Cdep=A/(ε*d)
수학식 1과 2에서 ε은 증착 막의 유전율을 의미하고, A는 센서의 면적을 의미하며, w는 인가 주파수를 의미한다.In Equations 1 and 2, ε means the dielectric constant of the deposited film, A means the area of the sensor, and w means the applied frequency.
그리고 수학식 2를 기준으로 유전체의 두께를 정리하면, 최종적으로 유전체의 두께 d는 아래 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.And if the thickness of the dielectric is organized based on Equation 2, the final thickness d of the dielectric can be expressed as Equation 3 below.
(수학식 3)(Equation 3)
d= A /(Cdep*ε)d=A/(Cdep*ε)
이러한 방법으로 유전체의 두께를 계산하였으면, 계산된 결과는 외부로 출력될 수 있다.(S240)Once the thickness of the dielectric has been calculated in this way, the calculated results can be output externally (S240).
구체적으로 S240 단계는 유전체의 두께를 디스플레이부(140)를 통해 사용자에 표시하는 단계로서, 이 경우 데이터 처리부(120) 내의 외부통신부(123)를 이용하여 외부 컴퓨터(150) 등과 통신할 수 있게 된다.Specifically, step S240 is a step of displaying the thickness of the dielectric to the user through the display unit 140. In this case, communication with an external computer 150, etc. is possible using the external communication unit 123 within the data processing unit 120. .
한편, 도 4에서는 하나의 정현파 전압을 인가하는 것을 기준으로 설명하였지만, 본 발명의 경우 서로 다른 주파수를 가진 2개의 정현파 전압을 인가하는 경우도 앞서 설명한 본 발명의 원리가 적용될 수 있다. 2개의 정현파 전압을 인가하는 경우에는 한 개의 정현파 전압만을 인가하는 경우와 달리 출력되는 전류의 진폭 정보를 기초로 유전체의 두께를 측정할 수 있다. Meanwhile, in FIG. 4, the description is based on applying one sinusoidal voltage, but in the case of the present invention, the principles of the present invention described above can be applied even when two sinusoidal voltages with different frequencies are applied. When two sinusoidal voltages are applied, the thickness of the dielectric can be measured based on the amplitude information of the output current, unlike when only one sinusoidal voltage is applied.
이와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치(100) 및 플라즈마 공정 모니터링 방법에 의하면, 챔버(40)에 가해지는 방전 조건(예를 들면, 인가 전력, 가스 종류 및 유량, 내부 압력 등)이 변경되더라도, 실제 증착되어 있는 유전체의 두께에 비교적 정확하게 유전체의 두께를 산출할 수 있다. 또한, 챔버 내부에서 실제 증착 공정이 수행되는 동안 유전체가 생성되고 있는 경우에도 유전체의 두께를 실시간(real time)으로 모니터링할 수 있는 장점이 존재한다. As such, according to the plasma process monitoring device 100 and the plasma process monitoring method according to the present embodiment, the discharge conditions (e.g., applied power, gas type and flow rate, internal pressure, etc.) applied to the chamber 40 are Even if it is changed, the thickness of the dielectric can be calculated relatively accurately to the thickness of the actual deposited dielectric. Additionally, there is an advantage of being able to monitor the thickness of the dielectric in real time even when the dielectric is being created while the actual deposition process is performed inside the chamber.
또한, 증착 공정 중 또는 공정이 완료된 후 유전체의 두께를 모니터링하면서 사용자에 의해 설정된 오차 범위 밖의 데이터를 얻을 경우, 플라즈마의 상태가 어떠한지, 챔버(40) 내부에 방전 조건 대로 수행되는지, 증착 공정이 원활히 수행되는지 등의 정성적인 분석이 가능할 수 있게 된다. 실제 오차 범위 밖에 데이터를 추출하였을 때 신속히 증착 공정을 중단하고, 플라즈마 방전 조건을 변경하거나 플라즈마 증착 설비 보수를 도모할 수 있는 장점이 존재한다. In addition, when data outside the error range set by the user is obtained while monitoring the thickness of the dielectric during the deposition process or after the process is completed, it is necessary to check what the state of the plasma is, whether the discharge conditions are performed within the chamber 40, and whether the deposition process is performed smoothly. Qualitative analysis, such as whether it is being carried out, becomes possible. When data is extracted outside the actual error range, there is an advantage in being able to quickly stop the deposition process, change plasma discharge conditions, or repair plasma deposition equipment.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 실험결과를 도시한 도면으로서, 도 7은 직류 차단 커패시터의 크기를 고정한 상황에서 각종 변수를 측정한 결과를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따라 유전체 막의 축전 용량을 측정한 결과를 도시한 도면이며, 도 9는 유전체 막의 변화에 따라 측정한 전자 온도 및 이온 밀도를 본 발명에 따라 측정한 결과와 EEDF 시스템을 이용하여 측정한 결과를 도시한 도면이다. Figures 7 to 9 are diagrams showing experimental results according to the present invention. Figure 7 is a diagram showing the results of measuring various variables in a situation where the size of the direct current blocking capacitor is fixed, and Figure 8 is a diagram showing the results of measuring various variables according to the present invention. This is a diagram showing the results of measuring the capacitance of the film, and Figure 9 is a diagram showing the results of measuring the electron temperature and ion density according to the present invention according to changes in the dielectric film and the results of measuring using the EEDF system. .
구체적으로 도 7은 200 W의 교류 전압을 인가하고 20 mTorr의 압력에서 직류 차단 축전기(Cb)를 10 nF로 고정하고, 유전체 막의 축전 용량을 5nF, 10nf, 15nF 및 20 nF으로 변화시키면서 측정한 쉬스, 유전체 막, 직류 차단 축전기에 인가되는 전압들을 도시한 그래프이고, 도 8은 200 W의 교류 전압을 인가하고 20 mTorr의 압력에서 측정한 유전체 막의 축전 용량 측정 결과를 도시한 도면이며, 200 W의 교류 전압을 인가하고 20 mTorr의 가스 압력에서 유전체 막의 변화에 따라 측정한 전자 온도와 이온 밀도 결과를 EEDF로부터 측정한 결과와 비교하여 도시한 그래프이다. Specifically, Figure 7 shows the sheath measured while applying an alternating voltage of 200 W, fixing the direct current blocking capacitor (Cb) at 10 nF, and changing the capacitance of the dielectric film to 5 nF, 10 nf, 15 nF, and 20 nF at a pressure of 20 mTorr. , a graph showing the voltages applied to the dielectric film and the direct current blocking capacitor, and Figure 8 is a diagram showing the measurement results of the capacitance of the dielectric film measured at a pressure of 20 mTorr by applying an alternating voltage of 200 W. This is a graph comparing the results of electron temperature and ion density measured according to changes in the dielectric film by applying an alternating voltage and changing the dielectric film at a gas pressure of 20 mTorr, compared with the results measured from EEDF.
도면에 도시된 실험 결과를 참조하면, 본 발명의 원리가 적용되어 유전체의 두께 및 각종 변수들을 측정한 결과는 실제 결과치와 매우 유사함을 알 수 가 있다. Referring to the experimental results shown in the drawing, it can be seen that the results of measuring the thickness of the dielectric and various variables by applying the principles of the present invention are very similar to the actual results.
지금까지 도면을 통해 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 공정 모니터링 방법에 대해 알아보았다. So far, we have looked at the plasma process monitoring device and plasma process monitoring method according to an embodiment through the drawings.
장치 및 플라즈마 발생 장치는 유전체의 두께를 측정함에 있어서, 전압을 측정하기 위한 센싱 저항을 사용하지 않고, 직류 차단 커패시터의 전압을 직접 측정하여 유전체의 두께를 측정하기 때문에, 측정 회로를 소형화 시켜서 반도체 공정 장비의 공간의 효율성을 도모할 수 있는 장점이 존재한다. Since the device and plasma generator measure the thickness of the dielectric by directly measuring the voltage of the direct current blocking capacitor without using a sensing resistor to measure the voltage, the measurement circuit is miniaturized to improve the semiconductor process. There is an advantage in promoting equipment space efficiency.
또한, 본 발명의 경우 직류 차단 축전기에 인가되는 전압을 직접 측정하는 방법을 이용하여 쉬스에 인가되는 전압을 측정하기 때문에, 쉬스 전압을 바로 측정할 수 있어 유전체의 두께를 측정하기 위한 반복 계산이 필요하지 않아 종래 기술보다 더 빠르게 실시간으로 측정이 가능한 장점이 존재한다 In addition, in the case of the present invention, since the voltage applied to the sheath is measured using a method of directly measuring the voltage applied to the DC blocking capacitor, the sheath voltage can be measured directly, requiring repeated calculations to measure the thickness of the dielectric. There is an advantage of being able to measure in real time faster than conventional technology.
또한, 본 발명은 전류의 위상 차이가 아닌 측정된 임피던스 값을 기초로 유전체의 두께를 측정하므로 종래기술보다 보다 정밀하게 두께 측정이 가능하며, 더 나아가 kHz 대역의 주파수는 물론 MHz 대역의 주파수를 인가하여도 유전체의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 존재한다.In addition, since the present invention measures the thickness of the dielectric based on the measured impedance value rather than the phase difference of the current, it is possible to measure the thickness more precisely than the prior art, and furthermore, it can apply not only the frequency in the kHz band but also the frequency in the MHz band. Even so, there is an advantage of being able to accurately measure the thickness of the dielectric.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may perform an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include multiple processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. It can be embodied in . Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Methods according to embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on computer-readable media. Examples of computer-readable recording media include hard disks, floppy disks, and magnetic tapes. Magnetic media, optical media such as CD-ROM and DVD, magneto-optical media such as floptical disk, and ROM and RAM ( It includes specially configured hardware devices to store and execute program instructions, such as RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다. As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
10: 플라즈마 발생 장치
20: 센서
30: 전압 인가부
40: 챔버
70: 직류 차단 커패시터
100: 플라즈마 발생 장치
110: 측정 회로부
120: 데이터 처리부
121: 제어부
130: 인터페이스부
220: 유전체
230: 쉬스10: Plasma generator
20: sensor
30: Voltage application unit
40: chamber
70: DC blocking capacitor
100: Plasma generator
110: measurement circuit part
120: data processing unit
121: Control unit
130: Interface unit
220: dielectric
230: Sheesh
Claims (7)
상기 센서에 정현파 전압을 인가하는 전압 인가부;
상기 전압 인가부와 상기 챔버 사이에 배치되는 직류 차단 커패시터;
상기 센서에 흐르는 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 측정하는 측정 회로부; 및
상기 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 기초로 상기 챔버 내부에 있는 유전체의 두께를 산출하는 데이터 처리부;를 포함하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치. At least one sensor disposed inside the chamber where plasma is generated;
a voltage application unit that applies a sinusoidal voltage to the sensor;
a direct current blocking capacitor disposed between the voltage application unit and the chamber;
a measurement circuit unit that measures the output current flowing through the sensor and the voltage applied to the DC blocking capacitor; and
A data processor that calculates the thickness of the dielectric inside the chamber based on the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor.
Plasma process monitoring device.
상기 데이터 처리부는,
상기 유전체가 증착되어 발생되는 유전체 커패시터, 상기 플라즈마에 인접하게 발생되는 쉬스 영역의 쉬스 커패시터, 쉬스 저항 및 상기 직류 차단 커패시터로 이루어진 등가 회로 모델을 이용하여, 상기 유전체의 두께를 산출하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치. According to claim 1,
The data processing unit,
Calculating the thickness of the dielectric using an equivalent circuit model consisting of a dielectric capacitor generated by depositing the dielectric, a sheath capacitor in a sheath area generated adjacent to the plasma, a sheath resistor, and the direct current blocking capacitor,
Plasma process monitoring device.
상기 데이터 처리부는,
상기 전압 인가부가 하나의 정현파 전압을 인가한 경우, 상기 정현파 전압 및 상기 출력 전류와의 위상 차이에 대한 정보인 위상 정보를 기초로 상기 유전체의 두께를 측정하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치.According to claim 1,
The data processing unit,
When the voltage application unit applies one sinusoidal voltage, the thickness of the dielectric is measured based on phase information, which is information about the phase difference between the sinusoidal voltage and the output current.
Plasma process monitoring device.
상기 데이터 처리부는,
상기 전압 인가부가 서로 다른 주파수를 가진 2개의 정현파 전압을 인가한 경우, 상기 정현파 전압에 따른 상기 출력 전류의 진폭을 기초로 상기 유전체의 두께를 측정하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치.According to claim 1,
The data processing unit,
When the voltage application unit applies two sinusoidal voltages with different frequencies, the thickness of the dielectric is measured based on the amplitude of the output current according to the sinusoidal voltage.
Plasma process monitoring device.
상기 데이터 처리부는,
상기 위상 정보를 기초로 상기 직류 차단 커패시터 및 상기 쉬스 영역에 인가되는 전압을 계산한 후, 상기 측정 회로부에 의해 측정된 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 차감하여, 상기 쉬스 커패시터에 인가되는 전압에 대한 정보를 산출하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치.According to clause 3,
The data processing unit,
After calculating the voltage applied to the DC blocking capacitor and the sheath region based on the phase information, the voltage applied to the DC blocking capacitor measured by the measurement circuit is subtracted from the voltage applied to the sheath capacitor. Calculating information about
Plasma process monitoring device.
상기 데이터 처리부는,
상기 쉬스 영역에 인가되는 전압 정보, 상기 유전체의 유전율 정보, 상기 센서의 면적 정보 및 상기 정현파 전압의 주파수 정보를 기초로 상기 유전체의 두께를 측정하는,
플라즈마 공정 모니터링 장치.According to clause 3,
The data processing unit,
Measuring the thickness of the dielectric based on voltage information applied to the sheath region, dielectric constant information of the dielectric, area information of the sensor, and frequency information of the sinusoidal voltage,
Plasma process monitoring device.
상기 센서에 흐르는 출력 전류 및 상기 챔버와 연결되어 있는 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 측정하는 측정 단계; 및
상기 출력 전류 및 상기 직류 차단 커패시터에 인가되는 전압을 기초로 상기 챔버 내부에 있는 유전체의 두께를 산출하는 데이터 처리 단계;를 포함하는,
플라즈마 공정 모니터링 방법.
A voltage human step of applying a sinusoidal voltage to at least one sensor disposed inside a chamber where plasma is generated;
A measurement step of measuring the output current flowing through the sensor and the voltage applied to a direct current blocking capacitor connected to the chamber; and
A data processing step of calculating the thickness of the dielectric inside the chamber based on the output current and the voltage applied to the DC blocking capacitor.
Plasma process monitoring method.
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KR101652845B1 (en) | 2014-08-08 | 2016-09-01 | 인베니아 주식회사 | An plasma generating module and an plasma process apparatus comprising that |
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