WO2022119010A1 - 플라즈마 공정의 모니터링 장치 및 방법, 및 이 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 공정의 모니터링 장치 및 방법, 및 이 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법 Download PDF

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plasma
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김성열
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for monitoring a plasma process, and a substrate processing method using the monitoring method. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for monitoring the distribution of plasma density in a semiconductor process using plasma, and a substrate processing method using the monitoring method.
  • a plasma apparatus may use plasma to form a film on a substrate or etch a film on the substrate.
  • a film of a uniform thickness on a substrate or to etch a film on a substrate to a uniform thickness it is required to impart a uniform density to the plasma. Accordingly, in a semiconductor process using plasma, the density of plasma can be monitored.
  • a measuring instrument such as a sensor for measuring the density of plasma may include a conductive material.
  • a measuring device made of a conductive material may act as noise that inhibits uniform distribution of plasma in the plasma chamber. For this reason, it may not be possible to accurately measure the distribution of plasma density.
  • the present invention provides an apparatus and method for monitoring a plasma process capable of accurately measuring the distribution of plasma density.
  • the present invention also provides a substrate processing method using the monitoring method described above.
  • An apparatus for monitoring a plasma process may include an electro-optical (EO) sensor module and an optical guide.
  • the EO sensor module may be disposed inside a plasma chamber in which a semiconductor process for processing a substrate by forming plasma is performed.
  • the EO sensor module may include a non-conductive material having an optical refractive index that is changed by an electric field formed inside the plasma chamber.
  • the optical guide may form at least one internal path of light having an optical property changed by the changed refractive index between the EO sensor and the plasma chamber.
  • a plasma process monitoring apparatus may include an optical probing module, an optical guide, a signal processing module, and a control module.
  • the optical probing module includes an electro-optical (EO) sensor module made of a non-conductive material having an optical refractive index that is changed by an electric field formed inside a plasma chamber in which a semiconductor process for processing a substrate by forming plasma is performed. It is possible to irradiate light to the internal device of the plasma chamber.
  • the optical probing module may detect the light reflected from an internal device of the plasma chamber.
  • the optical guide may form at least one external path of the light between the optical probing module and the plasma chamber.
  • the signal processing module may convert an optical signal output from the optical probing module into an electrical signal.
  • the control module may measure a change in the optical property of the light due to the changed refractive index of the light from the electrical signal.
  • a plasma process monitoring apparatus may include an EO sensor module, an internal optical guide, an optical probing module, an optical guide, a signal processing module, and a control module.
  • the EO sensor module may be disposed inside a plasma chamber in which a semiconductor process for processing a substrate by forming plasma is performed.
  • the EO sensor module may include a non-conductive material having an optical refractive index that is changed by an electric field formed inside the plasma chamber.
  • the internal optical guide may form at least one internal path of light having an optical characteristic changed by the changed refractive index between the EO sensor and the plasma chamber.
  • the optical probing module may irradiate the light to the EO sensor module through the internal optical guide.
  • the optical probing module may detect the light reflected from the EO sensor module.
  • the optical guide may form at least one path of the light between the optical probing module and the plasma chamber.
  • the signal processing module may convert an optical signal output from the optical probing module into an electrical signal.
  • the control module may measure a change in the optical property of the light due to the changed refractive index of the light from the electrical signal.
  • a semiconductor process using plasma can be performed inside a plasma chamber.
  • An electric field formed inside the plasma chamber may be applied to an EO sensor made of a non-conductive material disposed inside the plasma chamber to change a refractive index of the EO sensor.
  • Light may be incident on the EO sensor.
  • the light incident to the EO sensor may be reflected.
  • the reflected light may be detected.
  • a change in optical characteristics of the reflected light may be measured.
  • plasma may be formed in the plasma chamber into which the semiconductor substrate is loaded.
  • the plasma may be applied to the semiconductor substrate to treat the semiconductor substrate.
  • An electric field formed inside the plasma chamber may be applied to an EO sensor made of a non-conductive material disposed inside the plasma chamber to change a refractive index of the EO sensor.
  • Light may be incident on the EO sensor.
  • the light may be reflected from the EO sensor.
  • a change in the optical property of the light due to the changed refractive index may be measured.
  • the EO sensor module may include a non-conductive material whose refractive index is changed by an electric field formed inside the plasma chamber.
  • the optical properties of the light may be changed by the changed refractive index. Since the changed optical property of light is due to the electric field formed inside the plasma chamber, it is possible to accurately monitor the distribution of plasma density through the change in the optical property of light.
  • the EO sensor module which is a non-conductive material, may not act as a noise in the plasma. As a result, it is possible to more accurately monitor the distribution of plasma density using such an EO sensor module.
  • batch monitoring of the plasma devices may also be possible by installing the monitoring device to the plurality of plasma devices.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied.
  • FIG. 5 is a view taken along the line A-A' of FIG. 4 ;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view illustrating a portion B of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a graph illustrating an electric field applied to a measured edge ring.
  • FIG. 10 is a graph illustrating an electric field change in an edge region of a plasma chamber according to an etching thickness of an edge ring.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a portion D of FIG. 11 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line E-E' of FIG. 11 .
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of a portion F of FIG. 14 .
  • 16 is a cross-sectional view taken along line G-G' of FIG. 14 .
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of a portion H of FIG. 17 .
  • 19 is a cross-sectional view taken along line I-I' of FIG. 17 .
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a plasma apparatus to which the monitoring apparatus of FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • 26A and 26B are flowcharts sequentially illustrating a substrate processing method according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a flowchart sequentially illustrating a substrate processing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to an embodiment of the present invention. 1 , a solid line indicates a path of an optical signal, and a dotted line indicates a path of an electrical signal.
  • a monitoring apparatus 100 of a plasma process includes an internal apparatus 200 and an optical measuring module of a plasma chamber. measurement module 300 .
  • the plasma process monitored by the monitoring device 100 of the present embodiment includes a process of forming a film on a semiconductor substrate, a process of etching a film on the semiconductor substrate, a process of ashing a photoresist film on the semiconductor substrate, etc. It may include all semiconductor processes for processing a substrate using plasma in a plasma chamber containing
  • the plasma etching process may include a dry etch process for forming structures, such as deep holes or deep trenches, having a high aspect ratio in a film.
  • the high aspect ratio contact (HARC) process may be a process of penetrating a hole in the insulating layer to form an electrical path in the insulating layer between the conductive layers.
  • the HARC process may include an etching process using plasma.
  • the HARC process requiring a high aspect ratio may be greatly affected by the tilt in the etching direction due to the plasma density difference generated inside the plasma chamber. Specifically, the density imbalance of the plasma changes the ion acceleration direction in the plasma from a vertical direction to a diagonal direction in the plasma chamber, so that it may not be possible to accurately form a hole having a high aspect ratio. Accordingly, there may be a need for an apparatus for accurately monitoring the distribution of plasma density within a plasma chamber.
  • the internal device 200 of the plasma chamber includes an electro-optical (EO) sensor module 210 , an internal optical guide 220 , a cooler 230 , and an internal optical connector. connector) 240 .
  • EO electro-optical
  • the EO sensor module 210 may be disposed inside the plasma chamber.
  • the EO sensor module 210 may be disposed adjacent to a space in which plasma is formed inside the plasma chamber.
  • the EO sensor module 210 may include a non-conductive material. If a sensor of a conductive material is disposed in the plasma chamber in which plasma is formed adjacent to the plasma formation space, the sensor of the conductive material causes electrical arcing or distorts the plasma, thereby inhibiting the uniform distribution of plasma. It may act as noise. However, since the EO sensor module 210 made of the non-conductive material of this embodiment does not cause electrical arcing or distort the plasma, the EO sensor module 210 of the non-conductive material acts as a noise that inhibits the uniform distribution of plasma. may not
  • the EO sensor module 210 may have a very small size. Accordingly, the plurality of EO sensor modules 210 may be disposed in the plasma chamber. By dividing the inside of the plasma chamber into a plurality of plasma spaces, monitoring of the plurality of plasma spaces may be performed independently.
  • the EO sensor module 210 may include an EO sensor 212 and a reflector 214 . Since the EO sensor 212 and the reflector 214 are disposed inside the plasma chamber, in order to prevent the EO sensor 212 and the reflector 214 from acting as plasma noise, the EO sensor 212 and the reflector 214 are used.
  • the silver may include a non-conductive material.
  • the EO sensor 212 may be disposed in a structure made of an insulating material inside the plasma device.
  • the EO sensor module 210 may be embedded in a structure made of an insulating material.
  • the non-conductive material of the EO sensor 212 may have an optical refractive index that is changed by an electric field formed inside the plasma chamber.
  • the EO sensor 212 may include EO crystals.
  • the EO crystal may include a non-conductive material having nonlinear optical properties, such as LiTaO 3 , LiNbO 3 , ZnTe, and the like.
  • the EO crystals are not limited to the above materials and may include various other non-conductive materials.
  • the refractive index of light may change linearly according to the strength of the electric field. This electro-optical effect is called the Pockels effect. Since the change in the optical refractive index of the EO sensor 212 is due to the electric field of the plasma, the change in the optical refractive index of the EO sensor 212 may represent the density of the plasma.
  • the reflector 214 may reflect light incident into the EO sensor 212 . Since light is incident into the EO sensor 212 through the first surface of the EO sensor 212 , the reflector 214 may be disposed on the second surface of the EO sensor 212 opposite to the first surface. Accordingly, light incident through the first surface of the EO sensor 212 may be reflected toward the first surface of the EO sensor 212 by the reflector 214 disposed on the second surface of the EO sensor 212 . . Since the reflector 214 is also disposed inside the plasma chamber, the reflector 214 may include a non-conductive material.
  • the inner optical guide 220 may be connected to the EO sensor 212 .
  • the inner optical guide 220 may form an inner path of light inside the plasma chamber. Accordingly, light may be incident on the EO sensor 212 from the outside of the plasma chamber through the inner optical guide 220 . In addition, light reflected from the reflection plate 214 may be transmitted to the outside of the plasma chamber through the inner optical guide 220 . Since the inner optical guide 220 is also disposed inside the plasma chamber, the inner optical guide 220 may include a non-conductive material. In this embodiment, the inner optical guide 220 may include an optical fiber. However, the inner optical guide 220 may include other optical elements other than optical fibers that can form a path of light.
  • the cooler 230 may cool the inner optical guide 220 .
  • the cooler 230 may provide coolant to the inner optical guide 220 .
  • the cooler 230 may have a structure surrounding the inner optical guide 220 .
  • the coolant may be provided through a cooling passage formed in the cooler 230 to cool the inner optical guide 220 .
  • the cooling method of the cooler 230 may not be limited to a specific method.
  • the cooler 230 may be disposed outside the plasma chamber. In this case, the cooler 230 may provide a coolant to the inner optical guide 220 through a cooling passage formed inside the plasma chamber.
  • the internal optical connector 240 may be installed on the inner wall of the plasma chamber.
  • the inner optical guide 220 may be connected to the inner optical connector 240 .
  • the optical measurement module 300 may be selectively connected to the internal optical connector 240 .
  • the optical measurement module 300 may be disposed outside the plasma chamber.
  • the optical measurement module 300 may inject light into the EO sensor module 210 .
  • the refractive index of the light of the EO sensor 212 may be changed. Accordingly, the optical characteristics of the light incident to the EO sensor module 210 may be changed.
  • the optical measurement module 300 may detect light reflected from the EO sensor module 210 .
  • the optical measurement module 300 may measure a change in optical characteristics of the detected light.
  • the optical measurement module 300 may be disposed in the non-vacuum region NR inside the plasma chamber. Specifically, the optical measurement module 300 may be disposed on the inner surface or the bottom surface of the plasma chamber.
  • the optical measurement module 300 includes an optical probing module 310, an external optical guide 320, a signal processing module 330, an external optical connector 340, It may include a control module 350 and a power source 360 .
  • the optical probing module 310 may inject light into the EO sensor 212 of the EO sensor module 210 . Also, the optical probing module 310 may detect light reflected from the reflector 214 .
  • the optical probing module 310 may include a light source 312 , a detector 316 , a polarization controller 318 , and a circulator 314 .
  • the light source 312 may generate light.
  • the light source 312 may include a laser light source, an LED, or the like, but may not be limited to a specific light source.
  • the detector 316 may detect light reflected from the EO sensor module 210 . As described above, since the optical refractive index of the EO sensor 212 is changed by the electric field formed inside the plasma chamber, the light reflected from the EO sensor 212 reflects the optical characteristics changed by the changed optical refractive index of the EO sensor 212. can have Accordingly, the light detected by the detector 316 may have information about the density of the plasma.
  • the polarization controller 318 may control the polarization characteristics of the light incident to the EO sensor module 210 , that is, the incident light and the light reflected from the EO sensor module 210 , that is, the reflected light.
  • the polarization controller 318 may be disposed between the light source 312 and the internal device 200 of the plasma chamber. In the present embodiment, the polarization controller 318 is illustrated as being disposed between the branch 314 and the internal device 200 of the plasma chamber, but the position of the polarization controller 318 may not be limited to a specific position.
  • the branch 314 may be disposed between the light source 312 and the polarization controller 318 .
  • the branching unit 314 may branch the light incident to the EO sensor module 210 and the light reflected from the EO sensor module 210 within the external optical guide 320 .
  • the branch unit 314 may transmit the branched light to the detection unit 316 .
  • the external optical guide 320 may connect the optical probing module 310 to the internal device 200 of the plasma chamber.
  • the external optical guide 320 may form an external path of light outside the plasma chamber.
  • the external optical guide 320 may connect the polarization controller 318 of the optical probing module 310 to the internal device 200 of the plasma chamber. That is, the external optical guide 320 may be connected to the internal optical guide 220 of the internal device 200 of the plasma chamber.
  • the external optical guide 320 may include an optical fiber.
  • the external optical guide 320 may include other optical elements capable of forming a path of light in addition to the optical fiber.
  • the external optical connector 340 may be installed on the outer wall of the plasma chamber.
  • the external optical guide 320 may be connected to the external optical connector 340 .
  • the external optical connector 340 may be selectively connected to the internal optical connector 240 .
  • the optical measurement module 300 may be selectively connected to the internal device 200 of the plasma chamber according to the connection between the internal optical connector 240 and the external optical connector 340 .
  • the internal optical connector 240 and the external optical connector 340 may have a single optical connector form that is not separated and integrated.
  • the light incident to the EO sensor module 210 and the light reflected from the EO sensor module 210 may be transmitted through one internal optical guide 220 and one external optical guide 320 . .
  • the signal processing module 330 may receive information on the light detected by the detector 316 .
  • the signal processing module 330 may convert the optical signal of the light detected by the detector 316 into an electrical signal.
  • the signal processing module 330 may include a filter 332 and an amplifier 334 .
  • the filter 332 may remove noise from the detected light.
  • the amplifier 334 may amplify light from which noise has been removed.
  • the control module 350 may receive the electrical signal converted by the signal processing module 330 .
  • the control module 350 may receive a polarization characteristic of the light controlled by the polarization controller 318 .
  • the polarization characteristic of the light controlled by the polarization controller 318 may be converted into an electrical signal and transmitted to the control module 350 .
  • the control module 350 may measure a change in optical characteristics of light detected from the received electrical signal.
  • the change in the optical property of the light measured by the control module 350 may represent the density of plasma in a region within the plasma chamber in which the EO sensor module 210 is disposed.
  • changes in optical properties of lights measured by the control module 350 may represent distribution of plasma density.
  • control module 350 may store data such as an electrical signal of the detected light.
  • the control module 350 is performed by plasma devices using data provided from the EO sensor modules 210 installed in the plasma chamber. A control function to reduce dispersion between plasma processes may also be performed.
  • the operations of the internal apparatus 200 of the plasma chamber and the optical measurement module 300 may be performed in real time during the plasma process. That is, the monitoring apparatus 100 of the present embodiment may perform the above-described monitoring process in real time while the plasma process is being performed.
  • the power source 360 may supply power to the optical probing module 310 , the signal processing module 330 , and the control module 350 .
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to another embodiment of the present invention.
  • the monitoring apparatus 100a may include substantially the same components as those of the monitoring apparatus 100 illustrated in FIG. 1 , except that it further includes an auxiliary reflector. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor module 210a may further include an auxiliary reflector 216 .
  • the auxiliary reflector 216 may be disposed on the first surface of the EO sensor 212 to which light is incident. Accordingly, the auxiliary reflection plate 216 and the reflection plate 214 may be disposed to face each other along the incident direction of the light.
  • the auxiliary reflector 216 may reflect the light reflected from the reflector 214 back toward the reflector 214 . Accordingly, light may reciprocate between the reflecting plate 214 and the auxiliary reflecting plate 216 a plurality of times. However, since light must be finally transmitted to the internal optical guide 220 through the auxiliary reflection plate 216 , the reflectance of the auxiliary reflection plate 216 may be lower than that of the reflection plate 214 .
  • the light that finally passed through the auxiliary reflector 216 may have more accurate optical properties changed by the changed refractive index of the EO sensor 212 .
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a plasma process according to another embodiment of the present invention.
  • the monitoring apparatus 100b may include substantially the same components as those of the monitoring apparatus 100 illustrated in FIG. 1 except for the optical guide. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the inner optical guide may include a first inner optical guide 222 and a second inner optical guide 224 .
  • the first internal optical guide 222 may form an internal incident path of light.
  • the second internal optical guide 224 may form an internal reflection path of light.
  • the external optical guide may include a first external optical guide 322 and a second external optical guide 324 .
  • the first external optical guide 322 may form an external incident path of light.
  • the second external optical guide 324 may form an external reflection path of light.
  • the first outer optical guide 322 may be connected to the first inner optical guide 222 .
  • the first external optical guide 322 and the first internal optical guide 222 may be selectively connected via the first internal and external optical connectors 242 and 342 .
  • the second outer optical guide 324 may be connected to the second inner optical guide 224 .
  • the second external optical guide 324 and the second internal optical guide 224 may be selectively connected via the second internal and external optical connectors 244 and 344 .
  • the light generated from the light source 312 may be incident on the EO sensor 212 through the first external optical guide 322 and the first internal optical guide 222 .
  • the light reflected from the reflector 214 may be transmitted to the polarization controller 318 through the second inner optical guide 224 and the second outer optical guide 324 .
  • the incident light is transmitted through the first external optical guide 322 and the first internal optical guide 222
  • the reflected light is transmitted through the second internal optical guide 224 and the second external optical guide 324 .
  • the monitoring apparatus 100b of the present embodiment may not include a branching unit.
  • the monitoring apparatuses 100 , 100a , and 100b illustrated in FIGS. 1 to 3 are exemplified as including an optical connector.
  • the monitoring devices 100 , 100a , and 100b may not include an optical connector.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied
  • FIG. 5 is a view taken along the line A-A' of FIG. 4 .
  • the plasma apparatus may include a capacitively coupled plasma (CCP) apparatus 500 .
  • the CCP apparatus 500 may apply radio frequency (RF) power to opposite electrodes to generate plasma from the process gas using an RF electric field formed between the electrodes.
  • the CCP apparatus 500 may include all semiconductor manufacturing apparatuses that process a substrate using plasma in a plasma chamber including a deposition apparatus, an etching apparatus, an ashing apparatus, and the like. have.
  • the CCP device 500 includes a plasma chamber 510 , a showerhead 550 , an electrostatic chuck (ESC) 520 , lift pins 530 , and an edge ring. 560 and the monitoring device 100 may be included.
  • ESC electrostatic chuck
  • the monitoring device 100 may include the components shown in FIG. 1 . Accordingly, a repeated description of the monitoring device 100 may be omitted.
  • the plasma apparatus 500 may include the monitoring apparatus 100a illustrated in FIG. 2 or the monitoring apparatus 100b illustrated in FIG. 3 .
  • the plasma chamber 510 may have an internal space accommodating the semiconductor substrate.
  • the plasma chamber 510 may have a vacuum region VR that defines a space in which plasma is formed, and a non-vacuum region NR that surrounds the non-vacuum region VR.
  • a side surface of the vacuum region VR may be defined by a vacuum wall 512 extending downward from an upper surface of the plasma chamber 510 .
  • the non-vacuum region NR may be a region remaining in the plasma chamber 510 excluding the vacuum region VR.
  • the non-vacuum region NR may include a region made of a dielectric material disposed inside the plasma chamber 510 , an empty space inside the plasma chamber 510 positioned under the electrostatic chuck 520 , and the like. have.
  • the showerhead 550 may be disposed in an upper space within the plasma chamber 510 .
  • the showerhead 550 may have a plurality of injection holes for injecting a process gas into the plasma chamber 510 .
  • the RF power source 570 is connected to the showerhead 550 , and the showerhead 550 may function as an upper electrode.
  • the electrostatic chuck 520 may be disposed in a lower space inside the plasma chamber 510 .
  • the RF power source 540 is connected to the electrostatic chuck 520 , and the electrostatic chuck 520 may function as a lower electrode.
  • a matcher 542 may be disposed between the RF power source 540 and the electrostatic chuck 520 .
  • a plurality of lift holes 522 may be formed through the electrostatic chuck 520 in a vertical direction. 4 , the electric field formed inside the plasma chamber 510 may be applied from the showerhead 550 toward the upper surface of the electrostatic chuck 520 .
  • the lift pins 530 may be movably inserted into the lift holes 522 of the electrostatic chuck 520 .
  • the lift pins 530 may be lowered while supporting the semiconductor substrate to be placed on the upper surface of the electrostatic chuck 520 .
  • the lift pins 530 may be raised while supporting the semiconductor substrate on which the plasma process has been completed.
  • the edge ring 560 may be disposed on the upper edge of the electrostatic chuck 520 to surround the semiconductor substrate.
  • the edge ring 560 may protect the outer peripheral surface of the substrate from plasma.
  • the edge ring 560 may also focus the plasma to the upper surface of the substrate.
  • the edge ring 560 may be partially etched by plasma.
  • An insulator 562 may be disposed under the edge ring 560 .
  • the insulator 562 may have a shape surrounding the edges of the side surface and the lower surface of the electrostatic chuck 520 . Also, the upper surface of the insulator 562 may abut the lower surface of the edge ring 560 .
  • a quartz ring 564 may be disposed between the insulator 562 and the inner surface of the plasma chamber 510 .
  • the quartz ring 564 may have a portion that enters between the edge ring 560 and the inner surface of the plasma chamber 510 .
  • the EO sensor module 210 may be disposed in the vacuum region VR of the plasma chamber 510 .
  • the EO sensor module 210 may enter the vacuum region VR of the plasma chamber 510 through a viewport 514 installed on a vacuum wall 512 .
  • a plurality of EO sensor modules 210 may be disposed at the same distance along the inner surface of the vacuum wall 512 .
  • the electric field formed in the plasma chamber 510 may be directly applied to the EO sensor module 210 .
  • the EO sensor module 210 is disposed in the vacuum region VR corresponding to the plasma formation space, as described above, since the EO sensor module 210 contains a non-conductive material, the EO sensor module 210 ) may not act as a noise that causes an electric arc or distorts the plasma.
  • the optical refractive index of the EO sensor 212 may be changed by an electric field formed inside the plasma chamber 510 .
  • the optical characteristic of the light may be changed by the changed refractive index of the EO sensor 212 .
  • Light having the changed optical properties may be reflected from the reflector 214 .
  • a polarization controller 318 may control the polarization characteristics of the light.
  • the branching unit 314 may branch incident light and reflected light.
  • the detection unit 316 may detect the light branched by the branching unit 314 . Since the light detected by the detector 316 has changed optical characteristics, the light may include information on the density of plasma.
  • the signal processing module 330 may convert an optical signal of the detected light into an electrical signal. Also, the filter 332 may remove noise from the detected light. The amplifier 334 may amplify light from which noise has been removed.
  • the control module 350 may receive electrical information of the light converted by the signal processing module 330 .
  • the control module 350 may measure a change in optical characteristics of light detected from the received electrical signal.
  • the control module 350 may measure the change in the optical properties of light in real time while the plasma process is being performed. That is, the control module 350 may monitor plasma in real time during the plasma process.
  • the change in the optical properties of light measured by the control module 350 may represent the density of plasma in the vacuum region VR in which the EO sensor module 210 is disposed.
  • changes in characteristics of the reflected lights measured by the control module 350 may represent the density of plasma for each region in the vacuum region VR in which the plurality of EO sensor modules 210 are disposed. Therefore, the distribution of the plasma density in the plasma chamber 510 can be predicted from the changes in the optical properties of the measured lights.
  • the correlation between the change in the optical property of light and the plasma density may be obtained through modeling of the change in the intensity of the electric field according to the density of the plasma, the change in the optical refractive index of the EO sensor 212, and the change in the optical property of the light.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a part B of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a C-C of FIG. ' This is a cross-sectional view along the line.
  • the CCP device 500a may include substantially the same components as those of the CCP device 500 illustrated in FIG. 4 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor module 210 may be disposed in the non-vacuum region NR of the plasma chamber 510 .
  • the EO sensor module 210 may be disposed in a region made of a dielectric located in the non-vacuum region NR.
  • the EO sensor module 210 may be disposed inside the edge ring 560 .
  • the EO sensor module 210 may be formed of a plurality of arranged at the same interval inside the edge ring (560).
  • the electric field formed inside the plasma chamber 510 applied to the edge ring 560 may change the optical refractive indices of the EO sensors 212 disposed inside the edge ring 560 .
  • the optical properties of the lights incident to the EO sensor modules 210 may be changed by the changed optical refractive indices. Accordingly, the characteristic changes of the reflected lights measured by the control module 350 are plasma density and plasma density distribution in regions adjacent to portions of the edge ring 560 in which the plurality of EO sensor modules 210 are disposed. can represent
  • FIG. 9 is a graph illustrating an electric field applied to an edge ring
  • FIG. 10 is a graph illustrating an electric field change in an edge region of a plasma chamber according to an etch thickness of the edge ring.
  • the horizontal axis represents power
  • the right vertical axis represents the strength of the electric field
  • the left vertical axis represents the output value of the EO sensor.
  • the strength of the electric field formed inside the plasma chamber increases as the power applied to the plasma chamber increases.
  • the output value of the EO sensor 212 also increases as the strength of the electric field increases.
  • the horizontal axis represents the etched thickness of the edge ring
  • the vertical axis represents the electric field change.
  • the EO sensor module 210 of the present embodiment can measure the electric field of the plasma, and the distribution of plasma density can be obtained by using the EO sensor module 210 .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of the D part of FIG. 11, and
  • FIG. 13 is E-E of FIG. ' This is a cross-sectional view along the line.
  • the CCP device 500b may include substantially the same components as those of the CCP device 500 illustrated in FIG. 4 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the CCP device 500b of this embodiment may further include an Electron Beam Induced Current (EBIC) ring 566 .
  • the EBIC ring 566 may be disposed inside the insulator 562 .
  • the EBIC ring 566 may have a function of inducing an electric field to the edge ring 560 to increase the plasma density over the edge of the semiconductor substrate. Accordingly, RF power may be connected to the EBIC ring 566 . Accordingly, the electric field formed in the plasma chamber 510 may be applied from the showerhead 550 toward the upper surface of the electrostatic chuck 520 as well as from the showerhead 550 to the side surface of the electrostatic chuck 520 .
  • the EO sensor module 210 may be disposed between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 . Specifically, the EO sensor module 210 may be disposed in an insulator 562 positioned between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 . In addition, the EO sensor module 210 may be formed of a plurality of insulators 562 positioned between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 with the same spacing therebetween.
  • An electric field formed inside the plasma chamber 510 applied to the insulator 562 positioned between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 changes the optical refractive indices of the EO sensors 212 disposed inside the insulator 562 . can do it
  • the optical properties of the lights incident to the EO sensors 212 may be changed by the changed optical refractive indices. Accordingly, the characteristic changes of the reflected lights measured by the control module 350 are the portions of the insulator 562 positioned between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 in which the plurality of EO sensor modules 210 are disposed. It can represent the density of plasma and the distribution of plasma density in adjacent regions.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of the F portion of FIG. 14, and
  • FIG. ' This is a cross-sectional view along the line.
  • the CCP device 500c may include substantially the same components as those of the CCP device 500 illustrated in FIG. 4 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor module 210 may be disposed in at least one sensing hole 524 formed through the electrostatic chuck 520 .
  • the sensing hole 524 may be formed by a process of forming lift holes 522 in the electrostatic chuck 520 into which the lift pins 530 are movably inserted.
  • the sensing holes 524 may be formed in plurality along the circumference of the electrostatic chuck 520 at equal intervals. Additionally, the sensing hole 524 may be formed in the central portion of the electrostatic chuck 520 . Accordingly, a plurality of EO sensor modules 210 may be disposed in a plurality of sensing holes 524 .
  • the electric field formed inside the plasma chamber 510 applied to the electrostatic chuck 520 may change the refractive indices of the EO sensors 212 disposed in the sensing holes 524 of the electrostatic chuck 520 .
  • the optical properties of the lights incident to the EO sensors 212 may be changed by the changed optical refractive indices. Accordingly, the characteristic changes of the reflected lights measured by the control module 350 are plasma density and distribution of plasma density in regions adjacent to the sensing hole 524 regions in which the plurality of EO sensor modules 210 are disposed. can represent
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a CCP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the H portion of FIG. 17,
  • FIG. 19 is II-I of FIG. ' This is a cross-sectional view along the line.
  • the CCP device 500d may include substantially the same components as those of the CCP device 500 illustrated in FIG. 4 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor modules 210 may be disposed in lift pins 530 moving in lift holes 522 formed through the electrostatic chuck 520 . That is, the EO sensor modules 210 are embedded in the lift pins 530 to move together with the lift pins 530 .
  • the electric field formed inside the plasma chamber 510 applied by the electrostatic chuck 520 may change the optical refractive indices of the EO sensors 212 disposed in the lift pins 530 .
  • the optical properties of the lights incident to the EO sensors 212 may be changed by the changed optical refractive indices. Accordingly, the characteristic changes of the reflected lights measured by the control module 350 are plasma density and distribution of plasma density in regions adjacent to the lift pins 530 in which the plurality of EO sensor modules 210 are disposed. can represent
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the plasma apparatus may include an inductively coupled plasma (ICP) apparatus 1000 .
  • the ICP apparatus 1000 may generate plasma from the process gas using a magnetic field induced by the coiled antenna 1070 .
  • RF power applied to the coiled antenna 1070 may be transmitted to the process gas through the dielectric window 1050 .
  • the ICP apparatus 1000 may include all semiconductor manufacturing apparatuses that process a substrate using plasma in a plasma chamber including a deposition apparatus, an etching apparatus, an ashing apparatus, and the like.
  • the ICP apparatus 1000 includes a plasma chamber 1010 , an antenna 1070 , a dielectric window 1050 , an electrostatic chuck 1020 , lift pins 1030 , and an edge ring 1060 . and a monitoring device 100 .
  • the monitoring device 100 may include the components shown in FIG. 1 . Accordingly, a repeated description of the monitoring device 100 may be omitted.
  • the plasma apparatus 1000 may include the monitoring apparatus 100a illustrated in FIG. 2 or the monitoring apparatus 100b illustrated in FIG. 3 .
  • the plasma chamber 1010 may have an internal space accommodating the semiconductor substrate.
  • the plasma chamber 1010 may have a vacuum region VR defining a space in which plasma is formed, and a non-vacuum region NR surrounding the vacuum region VR.
  • a side surface of the vacuum region VR may be defined by a vacuum wall 1012 extending downward from an upper surface of the plasma chamber 1010 .
  • the antenna 1070 may be disposed on the upper surface of the plasma chamber 1010 .
  • An RF power source 1080 may be electrically connected to the antenna 1070 .
  • Plasma may be generated by applying a magnetic field induced by the antenna 1070 to the process gas injected into the plasma chamber 1010 .
  • the dielectric window 1050 may be disposed under the antenna 1070 .
  • the dielectric window 1050 may include a dielectric material.
  • the dielectric window 1050 may have a function of transferring the RF power supplied to the antenna 1070 into the plasma chamber 1010 .
  • the dielectric window 1050 may have a function of injecting a process gas into the plasma chamber 1010 .
  • the electrostatic chuck 1020 may be disposed in a lower space inside the plasma chamber 1010 .
  • the RF power supply 1040 may be connected to the electrostatic chuck 1020 .
  • a matcher 1042 may be disposed between the RF power source 1040 and the electrostatic chuck 1020 .
  • a plurality of lift holes 1022 may be formed through the electrostatic chuck 1020 in a vertical direction.
  • the lift pins 1030 may be movably inserted into the lift holes 1022 of the electrostatic chuck 1020 .
  • the lift pins 1030 may be lowered while supporting the semiconductor substrate to be placed on the upper surface of the electrostatic chuck 1020 .
  • the lift pins 1030 may be raised while supporting the semiconductor substrate on which the plasma process has been completed.
  • the edge ring 1060 may be disposed on an upper edge of the electrostatic chuck 1020 to surround the semiconductor substrate.
  • the edge ring 1060 may protect the outer peripheral surface of the substrate from plasma.
  • the edge ring 1060 may also focus the plasma to the upper surface of the substrate.
  • An insulator 1062 may be disposed under the edge ring 1060 .
  • the insulator 1062 may have a shape surrounding the edges of the side surface and the lower surface of the electrostatic chuck 1020 .
  • the upper surface of the insulator 1062 may abut the lower surface of the edge ring 1060 .
  • a quartz ring 1064 may be disposed between the insulator 1062 and the inner surface of the plasma chamber 1010 .
  • the quartz ring 1064 may have a portion that enters between the edge ring 1060 and the inner surface of the plasma chamber 1010 .
  • the EO sensor module 210 may be disposed in the vacuum region VR of the plasma chamber 1010 .
  • the EO sensor module 210 may enter the vacuum region VR of the plasma chamber 1010 through the viewport 1014 installed on the vacuum wall 1012 .
  • FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the ICP apparatus 1000a may include substantially the same components as those of the ICP apparatus 1000 illustrated in FIG. 20 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor module 210 may be disposed inside the edge ring 1060 .
  • the EO sensor module 210 may be formed of a plurality of arranged at the same interval inside the edge ring (1060).
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the ICP apparatus 1000b may include substantially the same components as those of the ICP apparatus 1000 illustrated in FIG. 20 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the ICP apparatus 1000b of the present embodiment may further include an Electron Beam Induced Current (EBIC) ring 1066 .
  • the EBIC ring 1066 may be disposed inside the insulator 262 .
  • An RF power supply may be connected to the EBIC ring 1066 .
  • the EO sensor module 210 may be disposed in an insulator 1062 located between the EBIC ring 1066 and the electrostatic chuck 1020 .
  • the EO sensor module 210 may be formed of a plurality of EO sensor modules 210 disposed at the same distance inside the insulator 1062 positioned between the EBIC ring 1066 and the electrostatic chuck 1020 .
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the ICP apparatus 1000c may include substantially the same components as those of the ICP apparatus 1000 illustrated in FIG. 20 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor module 210 may be disposed in at least one sensing hole 1024 formed through the electrostatic chuck 1020 .
  • a plurality of sensing holes 1024 may be disposed at equal intervals along a circumferential line of the electrostatic chuck 1020 . Additionally, the sensing hole 1024 may be formed in the central portion of the electrostatic chuck 1020 . Accordingly, a plurality of EO sensor modules 210 may be disposed in a plurality of sensing holes 1024 .
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing an ICP device to which the monitoring device shown in FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the ICP apparatus 1000d may include substantially the same components as those of the ICP apparatus 1000 illustrated in FIG. 20 except for the position of the EO sensor module. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components may be omitted.
  • the EO sensor modules 210 may be disposed in lift pins 1030 moving in lift holes 1022 formed through the electrostatic chuck 1020 . That is, the EO sensor modules 210 are embedded in the lift pins 1030 to move together with the lifting pins.
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a plasma apparatus to which the monitoring apparatus of FIG. 1 is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the monitoring apparatus 100 illustrated in FIG. 1 may be disposed in each of the plurality of plasma apparatuses 500 - 1 to 500 - n .
  • Plasma processes performed by the plasma apparatuses 500 - 1 to 500 -n may be individually monitored by the monitoring apparatus 100 .
  • Monitoring information on the plasma process performed by the plasma apparatuses 500 - 1 to 500 -n may be stored in the control modules 350 of each monitoring apparatus 100 .
  • Information stored in the control modules 350 may be input to the main controller 400 .
  • the main controller 400 may perform a control operation to reduce differences in plasma processes performed by each of the plasma apparatuses 500 - 1 to 500 -n based on the stored monitoring information.
  • semiconductor devices manufactured through a plasma process to which the monitoring method and apparatus according to the present embodiments are applied may also fall within the scope of the present invention.
  • 26A and 26B are flowcharts sequentially illustrating a substrate processing method according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the EO sensor modules 210 may be disposed inside the plasma chamber 510 .
  • the EO sensors are located inside the vacuum space VR shown in FIG. 4 , inside the edge ring 560 shown in FIG. 6 , and between the EBIC ring 566 and the electrostatic chuck 520 shown in FIG. 11 . It may be disposed inside the insulator 562 located in , the inside of the sensing hole 524 shown in FIG. 14 , the inside of the lift pins 530 moving in the lift holes 522 shown in FIG. 17 , and the like.
  • step ST1505 the light source 312 may generate light. Light may be incident on the polarization controller 318 through the branch 314 .
  • the polarization controller 318 may control the polarization characteristics of the light.
  • step ST1515 light may be incident on the EO sensor 212 through the single outer optical guide 320 and the single inner optical guide 220 .
  • the semiconductor substrate may be loaded into the plasma chamber 510 .
  • the semiconductor substrate may be placed on the upper surface of the electrostatic chuck 520 .
  • a process gas may be introduced into the plasma chamber 510 to generate plasma in the plasma chamber 510 .
  • the process gas may be changed according to the plasma process. That is, when the plasma process includes a deposition process, an etching process, an ashing process, etc., the type of the process gas may be changed according to the process.
  • plasma may be applied to the semiconductor substrate to process the semiconductor substrate.
  • the plasma process is a deposition process
  • a film may be formed on the upper surface of the semiconductor substrate by plasma.
  • the plasma process is an etching process
  • a layer on the semiconductor substrate may be etched by plasma.
  • the plasma process is an ashing process
  • the photoresist film on the semiconductor substrate may be ashed.
  • the EO sensors 212 may detect an electric field formed inside the plasma chamber 510 . That is, the electric field formed inside the plasma chamber 510 may be applied to the EO sensors 212 .
  • step ST1540 the optical refractive index of each of the EO sensors 212 may be changed by the electric field formed inside the plasma chamber 510 .
  • step ST1545 the optical characteristic of the incident light incident on each of the EO sensors 212 may be changed by the changed refractive index of the EO sensor 212 .
  • step ST1550 incident light may be reflected from the reflecting plate 214 to form reflected light.
  • the reflected light may be passed to the polarization controller 318 through a single inner optical guide 220 and a single outer optical guide 320 .
  • the cooler 230 may continuously cool the inner and outer optical guides 220 and 320 .
  • the polarization controller 318 may control the polarization characteristics of the reflected light.
  • the detection unit 316 may detect the reflected light.
  • the detected reflected light may be transmitted to the signal processing module 330 .
  • the signal processing module 330 may convert the transmitted optical signal of the reflected light into an electrical signal.
  • the filter 332 of the signal processing module 330 may remove noise from the electrical signal.
  • the amplifier 334 of the signal processing module 330 may amplify the noise-removed electrical signal.
  • the amplified electrical signal may be transmitted to the control module 350 .
  • the control module 350 may receive the electrical signal converted by the signal processing module 330 .
  • the control module 350 may receive a polarization characteristic of the light controlled by the polarization controller 318 .
  • the control module 350 may measure a change in optical characteristics of light detected from the received electrical signal.
  • the change in the optical property of the light measured by the control module 350 may represent the density of plasma in the region in the plasma chamber 510 in which the EO sensor 212 is disposed.
  • changes in optical properties of lights measured by the control module 350 may represent distribution of plasma density.
  • control module 350 may store data such as an electrical signal of the detected light.
  • the control module 350 may also perform a control function to reduce the dispersion of plasma processes performed by the plasma apparatuses using data provided from the EO sensors 212 installed in the plasma chamber 510 .
  • the operations of the EO sensor module 210 and the optical measurement module 300 may be performed in real time during a plasma process. That is, the monitoring apparatus 100 of the present embodiment may perform the above-described monitoring process in real time while the plasma process is being performed.
  • the main controller 400 may receive information stored in each control module 350 .
  • the main controller 400 may perform a control operation to reduce a difference between semiconductor processes performed inside the plasma chambers 510 , for example, a difference between plasma processes, based on the stored monitoring information. That is, the main controller 400 may perform a control operation to reduce the difference in semiconductor processes performed inside the plasma chambers 510 based on the optical characteristic changes measured in each of the plasma chambers 510 .
  • FIG. 27 is a flowchart sequentially illustrating a substrate processing method according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate processing method according to the present embodiment may include processes substantially the same as those described with reference to FIGS. 26A and 26B except for an incident path and a reflection path of light. Accordingly, repeated descriptions of the same processes may be omitted.
  • Steps ST1500 to ST1510 described with reference to FIG. 26A may be sequentially performed.
  • step ST1517 light may be incident on the EO sensor 212 through the first external optical guide 322 and the first internal optical guide 222 .
  • steps ST1520 to ST1545 described with reference to FIG. 26A may be sequentially performed.
  • incident light may be reflected from the reflective plate 214 to form reflected light.
  • the reflected light may be transmitted to the polarization controller 318 through the second inner optical guide 224 and the second outer optical guide 324 .
  • steps ST1555 to ST1580 described with reference to FIGS. 26A and 26B may be performed.
  • the substrate processing method of the present embodiment may not include a process of splitting light into incident light and reflected light using the branching unit 314 .
  • the EO sensor module may include a non-conductive material whose refractive index is changed by an electric field formed inside the plasma chamber.
  • the optical properties of the light may be changed by the changed refractive index. Since the changed optical property of light is due to the electric field formed inside the plasma chamber, it is possible to accurately monitor the distribution of plasma density through the change in the optical property of light.
  • the EO sensor module which is a non-conductive material, may not act as a noise in the plasma. As a result, it is possible to more accurately monitor the distribution of plasma density using such an EO sensor module.
  • optical guide (220; inner optical guide, 222; first inner optical guide, 224; second inner optical guide, 320; outer optical guide, 322; first outer optical guide, 324; second outer optical guide)
  • first optical guide 222 (first inner optical guide, 322; first outer optical guide)
  • second optical guide (224; second inner optical guide, 324; second outer optical guide)
  • control module 360 power source

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Abstract

플라즈마 공정의 모니터링 장치는 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈 및 광학 가이드를 포함할 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 광학 가이드는 상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에서 상기 변화된 광 굴절률에 의해 변화되는 광 특성을 갖는 광의 적어도 하나의 내부 경로를 형성할 수 있다.

Description

플라즈마 공정의 모니터링 장치 및 방법, 및 이 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법
본 발명은 플라즈마 공정의 모니터링 장치 및 방법, 및 이 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플라즈마를 이용한 반도체 공정에서 플라즈마 밀도의 산포를 모니터링하는 장치 및 방법, 이러한 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 장치는 플라즈마를 이용해서 기판 상에 막을 형성하거나 또는 기판 상의 막을 식각할 수 있다. 기판 상에 균일한 두께의 막을 형성하기 위해서 또는 기판 상의 막을 균일한 두께로 식각하기 위해서, 플라즈마에 균일한 밀도를 부여할 것이 요구되고 있다. 따라서, 플라즈마를 이용한 반도체 공정에서, 플라즈마의 밀도를 모니터링할 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 플라즈마의 밀도를 측정하기 위한 센서와 같은 측정 기구는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 도전성 물질로 이루어진 측정 기구는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마의 균일한 산포를 저해하는 노이즈로 작용할 수 있다. 이로 인하여, 플라즈마 밀도의 산포를 정확하게 측정할 수가 없을 수 있다.
본 발명은 플라즈마 밀도의 산포를 정확하게 측정할 수 있는 플라즈마 공정의 모니터링 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 모니터링 방법을 이용한 기판 처리 방법도 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치는 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈 및 광학 가이드를 포함할 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 광학 가이드는 상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에서 상기 변화된 광 굴절률에 의해 변화되는 광 특성을 갖는 광의 적어도 하나의 내부 경로를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치는 광학 프로빙 모듈, 광학 가이드, 신호 처리 모듈 및 컨트롤 모듈을 포함할 수 있다. 상기 광학 프로빙 모듈은 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질의 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈을 포함하는 상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로 광을 조사할 수 있다. 상기 광학 프로빙 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로부터 반사된 상기 광을 검출할 수 있다. 상기 광학 가이드는 상기 광학 프로빙 모듈과 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 적어도 하나의 외부 경로를 형성할 수 있다. 상기 신호 처리 모듈은 상기 광학 프로빙 모듈로부터 출력된 광학 신호를 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 컨트롤 모듈은 상기 전기 신호로부터 상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치는 EO 센서 모듈, 내부 광학 가이드, 광학 프로빙 모듈, 광학 가이드, 신호 처리 모듈 및 컨트롤 모듈을 포함할 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 내부 광학 가이드는 상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에서 상기 변화된 광 굴절률에 의해 변화되는 광 특성을 갖는 광의 적어도 하나의 내부 경로를 형성할 수 있다. 상기 광학 프로빙 모듈은 상기 내부 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서 모듈로 상기 광을 조사할 수 있다. 상기 광학 프로빙 모듈은 상기 EO 센서 모듈로부터 반사된 상기 광을 검출할 수 있다. 상기 광학 가이드는 상기 광학 프로빙 모듈과 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 적어도 하나의 경로를 형성할 수 있다. 상기 신호 처리 모듈은 상기 광학 프로빙 모듈로부터 출력된 광학 신호를 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 컨트롤 모듈은 상기 전기 신호로부터 상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 방법에 따르면, 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마를 이용한 반도체 공정을 수행할 수 있다. 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장을 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 비전도성 물질의 EO 센서로 인가하여, 상기 EO 센서의 광 굴절률을 변화시킬 수 있다. 상기 EO 센서로 광을 입사시킬 수 있다. 상기 EO 센서로 입사된 상기 광을 반사시킬 수 있다. 상기 반사된 광을 검출할 수 있다. 상기 반사된 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 반도체 기판이 반입된 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 플라즈마를 상기 반도체 기판에 적용하여 상기 반도체 기판을 처리할 수 있다. 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장을 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 비전도성 물질의 EO 센서로 인가하여, 상기 EO 센서의 광 굴절률을 변화시킬 수 있다. 상기 EO 센서로 광을 입사시킬 수 있다. 상기 EO 센서로부터 상기 광을 반사시킬 수 있다. 상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, EO 센서 모듈은 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해서 광 굴절률이 변화되는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 광을 EO 센서 모듈로 입사시키면, 변화된 광 굴절률에 의해서 광의 광 특성이 변화될 수 있다. 광의 변화된 광 특성은 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 기인한 것이므로, 광의 광 특성 변화를 통해서 플라즈마 밀도의 산포를 정확하게 모니터링할 수가 있게 된다. 특히, EO 센서 모듈이 플라즈마가 형성되는 공간의 내부 또는 공간에 근접하게 배치되어도, 비전도성 물질인 EO 센서 모듈은 플라즈마에 노이즈로 작용하지 않을 수 있다. 결과적으로, 이러한 EO 센서 모듈을 이용해서 플라즈마 밀도의 산포를 더욱 정확하게 모니터링할 수가 있게 된다.
또한, 복수개의 EO 센서 모듈을 플라즈마 챔버 내의 복수개의 영역들 내에 배치하는 것에 의해서, 플라즈마 밀도의 산포를 플라즈마 챔버의 영역별로 모니터링할 수도 있게 된다.
아울러, 모니터링 장치를 복수개의 플라즈마 장치들에 설치하는 것에 의해서 플라즈마 장치들에 대한 일괄 모니터링도 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A' 선을 따른 절단면을 본 도면이다
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 B 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 6의 C-C' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 9는 측정된 에지 링에 인가된 전기장을 나타낸 그래프이다.
도 10은 에지 링의 식각 두께에 따른 플라즈마 챔버의 가장자리 영역의 전계 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 11의 D 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 13은 도 11의 E-E' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 15는 도 14의 F 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 16은 도 14의 G-G' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 18은 도 17의 H 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 19는 도 17의 I-I' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1의 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 26a 및 도 26b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도들이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다. 도 1에서, 실선은 광학 신호의 경로를 나타내고, 점선은 전기 신호의 경로를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 공정(plasma process)의 모니터링 장치(monitoring apparatus)(100)는 플라즈마 챔버(plasma chamber)의 내부 장치(internal apparatus)(200) 및 광학 측정 모듈(optical measurement module)(300)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 모니터링 장치(100)에 의해 모니터링되는 플라즈마 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하는 공정, 반도체 기판 상의 막을 식각하는 공정, 반도체 기판 상의 포토레지스트막(photoresist film)을 애싱(ashing)하는 공정 등을 포함하는 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마를 이용해서 기판을 처리하는 모든 반도체 공정들을 포함할 수 있다.
특히, 플라즈마 식각 공정은 높은 종횡비를 갖는 깊은 구멍(hole) 또는 깊은 트렌치(trench)와 같은 구조물을 막에 형성하기 위한 건식 식각 공정(dry etch process)을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 고종횡비 접촉(high aspect ratio contact : HARC) 공정은 도전막들 사이의 절연막에 전기적 통로를 형성하기 위해서 구멍을 절연막에 관통 형성하는 공정일 수 있다. 이러한 HARC 공정은 플라즈마를 이용한 식각 공정을 포함할 수 있다.
높은 종횡비를 요구하는 HARC 공정은 플라즈마 챔버(chamber) 내부에서 발생된 플라즈마 밀도 차이에 의한 식각 방향 기울기(tilt)에 매우 큰 영향을 받을 수 있다. 구체적으로, 플라즈마의 밀도 불균형은 플라즈마 내의 이온 가속 방향을 플라즈마 챔버 내에서 수직 방향에서 대각선 방향으로 변화시키게 되어, 높은 종횡비를 갖는 구멍을 정확하게 형성할 수가 없을 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마 밀도의 산포를 정확하게 모니터링하는 장치가 요구될 수 있다.
플라즈마 챔버의 내부 장치(200)는 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈(210), 내부 광학 가이드(internal optical guide)(220), 냉각기(cooler)(230) 및 내부 광 커넥터(internal optical connector)(240)를 포함할 수 있다.
EO 센서 모듈(210)은 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 특히, EO 센서 모듈(210)은 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마가 형성되는 공간에 근접하게 배치될 수 있다.
특히, EO 센서 모듈(210)은 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 만일 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마 형성 공간과 근접하게 전도성 물질의 센서가 배치되면, 전도성 물질의 센서가 전기적 아킹(arcing)을 일으키거나 플라즈마를 왜곡시켜서, 플라즈마의 균일한 산포를 저해하는 노이즈(noise)로 작용할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 비전도성 물질로 이루어진 EO 센서 모듈(210)은 전기적 아킹을 일으키거나 플라즈마를 왜곡시키지 않으므로, 비전도성 물질의 EO 센서 모듈(210)은 플라즈마의 균일한 산포를 저해하는 노이즈로 작용하지 않을 수 있다.
또한, EO 센서 모듈(210)은 매우 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 복수개의 EO 센서 모듈(210)들을 플라즈마 챔버의 내부에 배치할 수가 있다. 플라즈마 챔버 내부를 복수개의 플라즈마 공간들로 구분하여, 복수개의 플라즈마 공간들에 대한 모니터링이 독립적으로 수행될 수도 있다.
EO 센서 모듈(210)은 EO 센서(212) 및 반사판(reflector)(214)을 포함할 수 있다. EO 센서(212)와 반사판(214)은 플라즈마 챔버의 내부에 배치되므로, EO 센서(212)와 반사판(214)이 플라즈마의 노이즈로 작용되지 않도록 하기 위해서, EO 센서(212)와 반사판(214)은 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 특히, EO 센서(212)는 플라즈마 장치 내부의 절연 물질로 이루어진 구조물에 배치될 수 있다. 또한, EO 센서 모듈(210)은 절연 물질의 구조물에 임베드(embed)되어 있을 수 있다.
EO 센서(212)의 비전도성 물질은 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해서 변화되는 광 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어서, EO 센서(212)는 EO 결정체(crystal)을 포함할 수 있다. EO 결정체는 LiTaO3, LiNbO3, ZnTe 등과 같은 비선형 광 특성을 갖는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 그러나, EO 결정체는 상기된 물질들로 국한되지 않고 다른 여러 가지 비전도성 물질들을 포함할 수도 있다.
광 굴절률은 전기장의 세기에 따라 선형적으로 변화할 수 있다. 이러한 전기 광학 효과를 포켈스 효과(Pokels effect)라 한다. EO 센서(212)의 광 굴절률 변화는 플라즈마의 전기장에 기인한 것이므로, EO 센서(212)의 광 굴절률 변화는 플라즈마의 밀도를 대변할 수 있다.
반사판(214)은 EO 센서(212) 내로 입사한 광을 반사시킬 수 있다. 광은 EO 센서(212)의 제 1 면을 통해 EO 센서(212)의 내부로 입사되므로, 반사판(214)은 제 1 면의 반대인 EO 센서(212)의 제 2 면에 배치될 수 있다. 따라서, EO 센서(212)의 제 1 면을 통해 입사된 광은 EO 센서(212)의 제 2 면에 배치된 반사판(214)에 의해 EO 센서(212)의 제 1 면을 향해 반사될 수 있다. 반사판(214)도 플라즈마 챔버의 내부에 배치되므로, 반사판(214)은 비전도성 물질을 포함할 수 있다.
내부 광학 가이드(220)는 EO 센서(212)에 연결될 수 있다. 내부 광학 가이드(220)는 플라즈마 챔버의 내부에 광의 내부 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 광은 플라즈마 챔버의 외부로부터 내부 광학 가이드(220)를 통해서 EO 센서(212)로 입사될 수 있다. 또한, 반사판(214)으로부터 반사된 광은 내부 광학 가이드(220)를 통해서 플라즈마 챔버의 외부로 전달될 수 있다. 내부 광학 가이드(220)도 플라즈마 챔버의 내부에 배치되므로, 내부 광학 가이드(220)는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 내부 광학 가이드(220)는 광섬유(optical fiber)를 포함할 수 있다. 그러나, 내부 광학 가이드(220)은 광섬유 이외에 광의 경로를 형성할 수 있는 다른 광학 요소들을 포함할 수도 있다.
플라즈마 챔버의 내부에 배치된 내부 광학 가이드(220)는 플라즈마 챔버 내의 고온에 노출되므로, 냉각기(230)가 내부 광학 가이드(220)를 냉각시킬 수 있다. 냉각기(230)는 내부 광학 가이드(220)로 냉각제를 제공할 수 있다. 예를 들어서, 냉각기(230)는 내부 광학 가이드(220)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 냉각제는 냉각기(230)에 형성된 냉각 통로를 통해서 제공되어, 내부 광학 가이드(220)를 냉각시킬 수 있다. 그러나, 냉각기(230)의 냉각 방식은 특정 방식으로 국한되지 않을 수 있다. 예를 들어서, 냉각기(230)는 플라즈마 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 냉각기(230)는 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 냉각 통로를 통해서 냉각제를 내부 광학 가이드(220)로 제공할 수 있다.
내부 광 커넥터(240)는 플라즈마 챔버의 내벽에 설치될 수 있다. 내부 광학 가이드(220)가 내부 광 커넥터(240)에 연결될 수 있다. 광학 측정 모듈(300)은 내부 광 커넥터(240)에 선택적으로 연결될 수 있다.
광학 측정 모듈(300)은 플라즈마 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 광학 측정 모듈(300)은 EO 센서 모듈(210)로 광을 입사시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장이 EO 센서 모듈(210)에 인가되면, EO 센서(212)의 광 굴절률이 변화될 수 있다. 따라서, EO 센서 모듈(210)로 입사된 광의 광 특성이 변화될 수 있다. 광학 측정 모듈(300)은 EO 센서 모듈(210)로부터 반사된 광을 검출할 수 있다. 광학 측정 모듈(300)은 검출된 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다. 다른 실시예로서, 광학 측정 모듈(300)는 플라즈마 챔버 내부의 비진공 영역(NR)에 배치될 수도 있다. 구체적으로, 광학 측정 모듈(300)은 플라즈마 챔버의 내측면 또는 저면에 배치될 수도 있다.
광학 측정 모듈(300)은 광학 프로빙 모듈(optical probing module)(310), 외부 광학 가이드(320), 신호 처리 모듈(signal processing module)(330), 외부 광 커넥터(external optical connector)(340), 컨트롤 모듈(control module)(350) 및 파워 소스(power source)(360)를 포함할 수 있다.
광학 프로빙 모듈(310)은 광을 EO 센서 모듈(210)의 EO 센서(212)로 입사시킬 수 있다. 또한, 광학 프로빙 모듈(310)은 반사판(214)으로부터 반사된 광을 검출할 수 있다. 광학 프로빙 모듈(310)은 광원(light source)(312), 검출부(detector)(316), 편광 제어기(polarization controller)(318) 및 분기부(circulator)(314)를 포함할 수 있다.
광원(312)은 광을 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서, 광원(312)은 레이저 광원, LED 등을 포함할 수 있으나, 특정 광원으로 국한되지 않을 수 있다.
검출부(316)는 EO 센서 모듈(210)로부터 반사된 광을 검출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해서 EO 센서(212)의 광 굴절률이 변화되었으므로, EO 센서(212)로부터 반사된 광은 EO 센서(212)의 변화된 광 굴절률에 의해서 변화된 광 특성을 가질 수 있다. 따라서, 검출부(316)에 의해 검출된 광은 플라즈마의 밀도에 대한 정보를 갖고 있을 수 있다.
편광 제어기(318)는 EO 센서 모듈(210)로 입사되는 광, 즉 입사광과 EO 센서 모듈(210)로부터 반사된 광, 즉 반사광의 편광 특성을 제어할 수 있다. 편광 제어기(318)는 광원(312)과 플라즈마 챔버의 내부 장치(200) 사이에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 편광 제어기(318)는 분기부(314)와 플라즈마 챔버의 내부 장치(200) 사이에 배치되는 것으로 예시하였으나, 편광 제어기(318)의 위치는 특정 위치로 국한되지 않을 수 있다.
분기부(314)는 광원(312)과 편광 제어기(318) 사이에 배치될 수 있다. 분기부(314)는 외부 광학 가이드(320) 내에서 EO 센서 모듈(210)로 입사되는 광과 EO 센서 모듈(210)로부터 반사된 광을 분기시킬 수 있다. 분기부(314)는 분기된 광을 검출부(316)로 전달할 수 있다.
외부 광학 가이드(320)는 광학 프로빙 모듈(310)을 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)에 연결시킬 수 있다. 외부 광학 가이드(320)는 플라즈마 챔버의 외부에서 광의 외부 경로를 형성할 수 있다. 구체적으로, 외부 광학 가이드(320)는 광학 프로빙 모듈(310)의 편광 제어기(318)를 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)에 연결시킬 수 있다. 즉, 외부 광학 가이드(320)는 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)의 내부 광학 가이드(220)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 외부 광학 가이드(320)는 광섬유를 포함할 수 있다. 그러나, 외부 광학 가이드(320)은 광섬유 이외에 광의 경로를 형성할 수 있는 다른 광학 요소들을 포함할 수도 있다.
외부 광 커넥터(340)는 플라즈마 챔버의 외벽에 설치될 수 있다. 외부 광학 가이드(320)가 외부 광 커넥터(340)에 연결될 수 있다. 외부 광 커넥터(340)는 내부 광 커넥터(240)에 선택적으로 연결될 수 있다. 따라서, 내부 광 커넥터(240)와 외부 광 커넥터(340)의 연결에 따라서 광학 측정 모듈(300)을 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)에 선택적으로 연결시킬 수 있다. 다른 실시예로서, 내부 광 커넥터(240)와 외부 광 커넥터(340)는 별도로 분리되지 않고 일체로 된 하나의 광 커넥터 형태를 가질 수도 있다.
본 실시예에서, EO 센서 모듈(210)로 입사되는 광과 EO 센서 모듈(210)로부터 반사된 광은 하나의 내부 광학 가이드(220)와 하나의 외부 광학 가이드(320)을 통해서 전달될 수 있다.
신호 처리 모듈(330)은 검출부(316)에서 검출한 광의 정보를 수신할 수 있다. 신호 처리 모듈(330)은 검출부(316)가 검출한 광의 광학 신호를 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
신호 처리 모듈(330)은 필터(filter)(332) 및 증폭기(amplifier)(334)를 포함할 수 있다. 필터(332)는 검출된 광으로부터 노이즈(noise)를 제거할 수 있다. 증폭기(334)는 노이즈가 제거된 광을 증폭시킬 수 있다.
컨트롤 모듈(350)은 신호 처리 모듈(330)에 의해 전환된 전기 신호를 수신할 수 있다. 또한, 컨트롤 모듈(350)은 편광 제어기(318)에 의해 제어된 광의 편광 특성을 수신할 수 있다. 편광 제어기(318)에 제어된 광의 편광 특성은 전기 신호로 변환되어 컨트롤 모듈(350)로 전송될 수 있다. 컨트롤 모듈(350)은 수신된 전기 신호로부터 검출된 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 광의 광 특성 변화는 EO 센서 모듈(210)가 배치된 플라즈마 챔버 내의 영역에서의 플라즈마의 밀도를 대변할 수 있다. 특히, 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 플라즈마 챔버 내에 배치되면, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 광들의 광 특성 변화들은 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
아울러, 컨트롤 모듈(350)은 검출된 광의 전기 신호와 같은 데이터를 저장할 수 있다. 특히, EO 센서 모듈(210)이 복수개의 플라즈마 챔버들에 배치된 경우, 컨트롤 모듈(350)은 플라즈마 챔버에 설치된 EO 센서 모듈(210)들로부터 제공되는 데이터들을 이용해서 플라즈마 장치들에 의해 수행되는 플라즈마 공정들 사이의 산포를 줄이는 제어 기능도 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)와 광학 측정 모듈(300)의 동작들은 플라즈마 공정 중에 실시간으로 수행될 수 있다. 즉, 본 실시예의 모니터링 장치(100)는 플라즈마 공정이 수행되는 과정 중에 상기된 모니터링 공정을 실시간으로 수행할 수 있다.
파워 소스(360)는 광학 프로빙 모듈(310), 신호 처리 모듈(330) 및 컨트롤 모듈(350)로 파워를 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100a)는 보조 반사판을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 모니터링 장치(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 2를 참조하면, EO 센서 모듈(210a)은 보조 반사판(auxiliary reflector)(216)을 더 포함할 수 있다. 보조 반사판(216)은 광이 입사되는 EO 센서(212)의 제 1 면에 배치될 수 있다. 따라서, 보조 반사판(216)과 반사판(214)은 광의 입사 방향을 따라 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
보조 반사판(216)은 반사판(214)으로부터 반사된 광을 다시 반사판(214)을 향해서 반사시킬 수 있다. 따라서, 광은 반사판(214)과 보조 반사판(216) 사이에서 복수회 왕복될 수 있다. 다만, 광은 최종적으로 보조 반사판(216)을 통해서 내부 광학 가이드(220)로 전달되어야 하므로, 보조 반사판(216)의 반사율은 반사판(214)의 반사율보다 낮을 수 있다.
보조 반사판(216)를 최종적으로 통과한 광은 EO 센서(212)의 변화된 광 굴절률에 의해 변화된 보다 정확한 광 특성을 가질 수가 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 공정의 모니터링 장치를 나타낸 블럭도이다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100b)는 광학 가이드를 제외하고는 도 1에 도시된 모니터링 장치(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 3을 참조하면, 내부 광학 가이드는 제 1 내부 광학 가이드(222) 및 제 2 내부 광학 가이드(224)를 포함할 수 있다. 제 1 내부 광학 가이드(222)는 광의 내부 입사 경로를 형성할 수 있다. 제 2 내부 광학 가이드(224)는 광의 내부 반사 경로를 형성할 수 있다.
외부 광학 가이드는 제 1 외부 광학 가이드(322) 및 제 2 외부 광학 가이드(324)를 포함할 수 있다. 제 1 외부 광학 가이드(322)는 광의 외부 입사 경로를 형성할 수 있다. 제 2 외부 광학 가이드(324)는 광의 외부 반사 경로를 형성할 수 있다.
따라서, 제 1 외부 광학 가이드(322)는 제 1 내부 광학 가이드(222)에 연결될 수 있다. 제 1 외부 광학 가이드(322)와 제 1 내부 광학 가이드(222)는 제 1 내외부 광 커넥터(242, 342)들을 매개로 선택적으로 연결될 수 있다. 제 2 외부 광학 가이드(324)는 제 2 내부 광학 가이드(224)에 연결될 수 있다. 제 2 외부 광학 가이드(324)와 제 2 내부 광학 가이드(224)는 제 2 내외부 광 커넥터(244, 344)들을 매개로 선택적으로 연결될 수 있다.
광원(312)으로부터 발생된 광은 제 1 외부 광학 가이드(322)와 제 1 내부 광학 가이드(222)를 통해서 EO 센서(212)로 입사될 수 있다. 반사판(214)으로부터 반사된 광은 제 2 내부 광학 가이드(224)와 제 2 외부 광학 가이드(324)를 통해서 편광 제어기(318)로 전달될 수 있다.
이와 같이, 입사광은 제 1 외부 광학 가이드(322)와 제 1 내부 광학 가이드(222)를 통해서 전달되고, 반사광은 제 2 내부 광학 가이드(224)와 제 2 외부 광학 가이드(324)를 통해서 전달되므로, 광을 입사광과 반사광으로 분기시킬 필요가 없을 수 있다. 따라서, 본 실시예의 모니터링 장치(100b)는 분기부를 포함하지 않을 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 모니터링 장치(100, 100a, 100b)들은 광 커넥터를 포함하는 것으로 예시하였다. 그러나, 플라즈마 챔버의 내부 장치(200)와 광학 측정 모듈(300)이 일체로 된 경우, 모니터링 장치(100, 100a, 100b)들은 광 커넥터를 포함하지 않을 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 A-A' 선을 따른 절단면을 본 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 장치는 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : CCP) 장치(500)를 포함할 수 있다. CCP 장치(500)는 대향하는 전극들에 RF(radio frequency) 파워(power)를 인가하여, 전극들 사이에 형성되는 RF 전기장을 이용해서 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. CCP 장치(500)는 증착 장치(deposition apparatus), 식각 장치(etching apparatus), 애싱 장치(ashing apparatus) 등을 포함하는 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마를 이용해서 기판을 처리하는 모든 반도체 제조 장치들을 포함할 수 있다. CCP 장치(500)는 플라즈마 챔버(510), 샤워헤드(showerhead)(550), 정전척(electrostatic chuck : ESC)(520), 리프트 핀(lift pin)(530)들, 에지 링(edge ring)(560) 및 모니터링 장치(100)를 포함할 수 있다.
모니터링 장치(100)는 도 1에 도시된 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 모니터링 장치(100)에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다. 다른 실시예로서, 플라즈마 장치(500)는 도 2에 도시된 모니터링 장치(100a) 또는 도 3에 도시된 모니터링 장치(100b)를 포함할 수도 있다.
플라즈마 챔버(510)는 반도체 기판을 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 플라즈마 챔버(510)는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 진공 영역(vacuum region)(VR), 및 진공 영역(non-vacuum region)(VR)을 둘러싸는 비진공 영역(NR)을 가질 수 있다. 진공 영역(VR)의 측면은 플라즈마 챔버(510)의 상부면으로부터 아래로 연장된 진공벽(512)에 의해 한정될 수 있다. 비진공 영역(NR)은 플라즈마 챔버(510)에서 진공 영역(VR)을 제외한 나머지 영역일 수 있다. 예를 들어서, 비진공 영역(NR)은 플라즈마 챔버(510)의 내부에 배치된 유전체 물질로 이루어진 부위, 정전척(520)의 하부에 위치한 플라즈마 챔버(510) 내부의 빈 공간 등을 포함할 수 있다.
샤워헤드(550)는 플라즈마 챔버(510) 내의 상부 공간에 배치될 수 있다. 샤워헤드(550)는 공정 가스를 플라즈마 챔버(510)의 내부로 분사하는 복수개의 분사공들을 가질 수 있다. RF 전원(570)이 샤워헤드(550)에 연결되어, 샤워헤드(550)는 상부 전극으로 기능할 수 있다.
정전척(520)은 플라즈마 챔버(510) 내부의 하부 공간에 배치될 수 있다. RF 전원(540)이 정전척(520)에 연결되어, 정전척(520)은 하부 전극으로 기능할 수 있다. 정합기(542)가 RF 전원(540)과 정전척(520) 사이에 배치될 수 있다. 정전척(520)에는 복수개의 리프트 홀(522)들이 수직 방향을 따라 관통 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 화살표 방향과 같이, 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 샤워헤드(550)로부터 정전척(520)의 상부면을 향해 인가될 수 있다.
리프트 핀(530)들은 정전척(520)의 리프트 홀(522)들 내에 이동 가능하게 삽입될 수 있다. 리프트 핀(530)들은 반도체 기판을 지지한 상태로 하강하여 정전척(520)의 상부면에 안치시킬 수 있다. 또한, 리프트 핀(530)들은 플라즈마 공정이 완료된 반도체 기판을 지지한 상태로 상승할 수도 있다.
에지 링(560)은 정전척(520)의 상부 가장자리에 배치되어 반도체 기판을 둘러쌀 수 있다. 에지 링(560)은 기판의 외주면을 플라즈마로부터 보호할 수 있다. 또한, 에지 링(560)은 플라즈마를 기판의 상부면으로 집중시킬 수 있다. CCP 장치(500)가 식각 장치를 포함하는 경우, 이러한 에지 링(560)은 플라즈마에 의해 부분적으로 식각될 수 있다.
절연체(insulator)(562)가 에지 링(560)의 하부에 배치될 수 있다. 절연체(562)는 정전척(520)의 측면과 하부면 가장자리를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 또한, 절연체(562)의 상부면은 에지 링(560)의 하부면에 맞대어질 수 있다.
석영 링(quartz ring)(564)은 절연체(562)와 플라즈마 챔버(510)의 내측면 사이에 배치될 수 있다. 또한, 석영 링(564)은 에지 링(560)과 플라즈마 챔버(510)의 내측면 사이로 진입한 부분을 가질 수 있다.
본 플라즈마 장치가 CCP 장치(500)이므로, EO 센서 모듈(210)은 플라즈마 챔버(510)의 진공 영역(VR) 내에 배치될 수 있다. EO 센서 모듈(210)은 진공벽(vacuum wall)(512)에 설치된 뷰포트(viewport)(514)를 통해서 플라즈마 챔버(510)의 진공 영역(VR)의 내부로 진입할 수 있다. 또한, EO 센서 모듈(210)은 진공벽(512)의 내측면을 따라 동일한 간격을 두고 복수개가 배치될 수도 있다.
EO 센서 모듈(210)이 플라즈마가 형성되는 진공 영역(VR) 내로 진입되어 있으므로, 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 EO 센서 모듈(210)로 직접적으로 인가될 수 있다. 비록 EO 센서 모듈(210)이 플라즈마의 형성 공간에 해당하는 진공 영역(VR) 내에 배치되어 있지만, 전술한 바와 같이, EO 센서 모듈(210)은 비전도성 물질을 포함하고 있으므로, EO 센서 모듈(210)은 전기적 아크를 일으키거나 플라즈마를 왜곡시키는 노이즈로 작용하지 않을 수 있다.
EO 센서(212)의 광 굴절률은 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장에 의해서 변화될 수 있다. 광원(312)으로부터 발한 광이 EO 센서(212)로 입사되면, 광의 광 특성이 EO 센서(212)의 변화된 광 굴절률에 의해서 변화될 수 있다.
변화된 광 특성을 갖는 광은 반사판(214)으로부터 반사될 수 있다. 편광 제어기(318)가 광의 편광 특성을 제어할 수 있다. 분기부(314)가 입사광과 반사광을 분기시킬 수 있다.
검출부(316)가 분기부(314)에 의해 분기된 광을 검출할 수 있다. 검출부(316)에 의해 검출된 광은 변화된 광 특성을 갖고 있으므로, 이러한 광은 플라즈마의 밀도에 대한 정보를 포함하고 있을 수 있다.
신호 처리 모듈(330)이 검출된 광의 광학 신호를 전기 신호로 전환시킬 수 있다. 또한, 필터(332)가 검출된 광으로부터 노이즈를 제거할 수 있다. 증폭기(334)는 노이즈가 제거된 광을 증폭시킬 수 있다.
컨트롤 모듈(350)이 신호 처리 모듈(330)에 의해 변환된 광의 전기 정보를 수신할 수 있다. 컨트롤 모듈(350)은 수신된 전기 신호로부터 검출된 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다. 특히, 컨트롤 모듈(350)은 플라즈마 공정이 수행되는 중에 광의 광 특성 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, 컨트롤 모듈(350)은 플라즈마 공정 중에 플라즈마에 대한 모니터링을 실시간으로 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 광의 광 특성 변화는 EO 센서 모듈(210)이 배치된 진공 영역(VR)에서의 플라즈마의 밀도를 대변할 수 있다. 또한, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 반사된 광들의 특성 변화들은 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 배치된 진공 영역(VR) 내의 영역별 플라즈마의 밀도를 대변할 수 있다. 그러므로, 측정된 광들의 광 특성 변화들로부터 플라즈마 챔버(510) 내에서 플라즈마 밀도의 산포가 예측될 수 있다. 광의 광 특성 변화와 플라즈마 밀도 사이의 상관 관계는 플라즈마의 밀도에 따른 전기장의 세기 변화, EO 센서(212)의 광 굴절률 변화 및 광의 광 특성 변화의 모델링을 통해서 획득할 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6의 B 부위를 확대해서 나타낸 단면도이며, 도 8은 도 6의 C-C' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 CCP 장치(500a)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 4에 도시된 CCP 장치(500)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, EO 센서 모듈(210)은 플라즈마 챔버(510)의 비진공 영역(NR)에 배치될 수 있다. 특히, EO 센서 모듈(210)은 비진공 영역(NR) 내에 위치한 유전체로 이루어진 부위에 배치될 수 있다.
본 실시예에서, EO 센서 모듈(210)은 에지 링(560)의 내부에 배치될 수 있다. 특히, EO 센서 모듈(210)은 에지 링(560)의 내부에 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다.
에지 링(560)으로 인가된 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 에지 링(560)의 내부에 배치된 EO 센서(212)들의 광 굴절률들을 변화시킬 수 있다. EO 센서 모듈(210)들로 입사된 광들의 광 특성들은 변화된 광 굴절률들에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 반사된 광들의 특성 변화들은 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 배치된 에지 링(560) 부위들과 근접한 영역들에서의 플라즈마의 밀도 및 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
도 9는 에지 링에 인가된 전기장을 나타낸 그래프이고, 도 10은 에지 링의 식각 두께에 따른 플라즈마 챔버의 가장자리 영역의 전계 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9에서, 수평축은 파워를 나타내고, 우측 수직축은 전기장의 세기를 나타내며, 좌측 수직축은 EO 센서의 출력값을 나타낸다. 도 9에 나타난 바와 같이, 플라즈마 챔버에 인가된 파워가 증가할수록 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장의 세기가 증가함을 알 수 있다. 또한, 전기장의 세기가 증가할수록 EO 센서(212)의 출력값도 증가함을 알 수 있다.
도 10에서, 수평축은 에지 링의 식각 두께를 나타내고, 수직축은 전계 변화를 나타낸다. 도 10에 나타난 바와 같이, 에지 링의 식각 두께가 증가할수록 플라즈마 챔버(510) 내부의 가장자리 영역에서 전계 변화가 상승함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 EO 센서 모듈(210)이 플라즈마의 전기장을 측정할 수 있고, 이러한 EO 센서 모듈(210)을 이용해서 플라즈마 밀도의 산포를 획득할 수 있음이 확인될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이고, 도 12는 도 11의 D 부위를 확대해서 나타낸 단면도이며, 도 13은 도 11의 E-E' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 CCP 장치(500b)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 4에 도시된 CCP 장치(500)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예의 CCP 장치(500b)는 전자빔 유도 전류(Electron Beam Induced Current : EBIC) 링(566)을 더 포함할 수 있다. EBIC 링(566)은 절연체(562)의 내부에 배치될 수 있다. EBIC 링(566)은 에지 링(560)으로 전기장을 유도하여, 반도체 기판의 가장자리 상부의 플라즈마 밀도를 증가시키는 기능을 가질 수 있다. 따라서, EBIC 링(566)에는 RF 전원이 연결될 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 샤워헤드(550)로부터 정전척(520)의 상부면을 향하는 방향뿐만 아니라 샤워헤드(550)로부터 정전척(520)의 측면으로 인가될 수 있다.
본 실시예에서, EO 센서 모듈(210)은 EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, EO 센서 모듈(210)은 EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 위치한 절연체(562) 내에 배치될 수 있다. 또한, EO 센서 모듈(210)은 EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 위치한 절연체(562)의 내부에 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다.
EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 위치한 절연체(562)로 인가된 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 절연체(562)의 내부에 배치된 EO 센서(212)들의 광 굴절률들을 변화시킬 수 있다. EO 센서(212)들로 입사된 광들의 광 특성들은 변화된 광 굴절률들에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 반사된 광들의 특성 변화들은 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 배치된 EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 위치한 절연체(562) 부위들과 근접한 영역들에서의 플라즈마의 밀도 및 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이고, 도 15는 도 14의 F 부위를 확대해서 나타낸 단면도이며, 도 16은 도 14의 G-G' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 CCP 장치(500c)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 4에 도시된 CCP 장치(500)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, EO 센서 모듈(210)은 정전척(520)에 관통 형성된 적어도 하나의 센싱 홀(524) 내에 배치될 수 있다. 센싱 홀(524)은 리프트 핀(530)이 이동 가능하게 삽입되는 리프트 홀(522)들을 정전척(520)에 형성하는 공정에 의해 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 센싱 홀(524)은 정전척(520)의 원주선을 따라 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다. 부가적으로, 센싱 홀(524)은 정전척(520)의 중앙부에 형성될 수도 있다. 따라서, 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 복수개의 센싱 홀(524) 내에 배치될 수 있다.
정전척(520)으로 인가된 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 정전척(520)의 센싱 홀(524)들 내에 배치된 EO 센서(212)들의 광 굴절률들을 변화시킬 수 있다. EO 센서(212)들로 입사된 광들의 광 특성들은 변화된 광 굴절률들에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 반사된 광들의 특성 변화들은 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 배치된 센싱 홀(524) 부위들과 근접한 영역들에서의 플라즈마의 밀도 및 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 CCP 장치를 나타낸 단면도이고, 도 18은 도 17의 H 부위를 확대해서 나타낸 단면도이며, 도 19는 도 17의 I-I' 선을 따라 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 CCP 장치(500d)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 4에 도시된 CCP 장치(500)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, EO 센서 모듈(210)들은 정전척(520)에 관통 형성된 리프트 홀(522)들 내에서 이동하는 리프트 핀(530)들 내에 배치될 수 있다. 즉, EO 센서 모듈(210)들은 리프트 핀(530)에 내장되어 리프트 핀(530)들과 함께 이동할 수 있다.
정전척(520)으로 인가된 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장은 리프트 핀(530)들 내에 배치된 EO 센서(212)들의 광 굴절률들을 변화시킬 수 있다. EO 센서(212)들로 입사된 광들의 광 특성들은 변화된 광 굴절률들에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 반사된 광들의 특성 변화들은 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 배치된 리프트 핀(530) 부위들과 근접한 영역들에서의 플라즈마의 밀도 및 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 장치는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 장치(1000)를 포함할 수 있다. ICP 장치(1000)는 코일형 안테나(1070)에 의해 유도된 자기장을 이용해서 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 코일형 안테나(1070)에 인가된 RF 파워는 유전창(1050)을 통해서 공정 가스로 전달될 수 있다. ICP 장치(1000)는 증착 장치, 식각 장치, 애싱 장치 등을 포함하는 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마를 이용해서 기판을 처리하는 모든 반도체 제조 장치들을 포함할 수 있다. 따라서, ICP 장치(1000)는 플라즈마 챔버(1010), 안테나(antenna)(1070), 유전창(dielectric window)(1050), 정전척(1020), 리프트 핀(1030)들, 에지 링(1060) 및 모니터링 장치(100)를 포함할 수 있다.
모니터링 장치(100)는 도 1에 도시된 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 모니터링 장치(100)에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다. 다른 실시예로서, 플라즈마 장치(1000)는 도 2에 도시된 모니터링 장치(100a) 또는 도 3에 도시된 모니터링 장치(100b)를 포함할 수도 있다.
플라즈마 챔버(1010)는 반도체 기판을 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 플라즈마 챔버(1010)는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 진공 영역(VR), 및 진공 영역(VR)을 둘러싸는 비진공 영역(NR)을 가질 수 있다. 진공 영역(VR)의 측면은 플라즈마 챔버(1010)의 상부면으로부터 아래로 연장된 진공벽(1012)에 의해 한정될 수 있다.
안테나(1070)는 플라즈마 챔버(1010)의 상부면에 배치될 수 있다. RF 전원(1080)이 안테나(1070)에 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나(1070)에 의해 유도된 자기장이 플라즈마 챔버(1010) 내로 분사된 공정 가스로 인가되는 것에 의해서 플라즈마가 발생될 수 있다.
유전창(1050)은 안테나(1070)의 하부에 배치될 수 있다. 유전창(1050)은 유전 물질을 포함할 수 있다. 유전창(1050)은 안테나(1070)로 공급된 RF 파워를 플라즈마 챔버(1010)의 내부로 전달하는 기능을 가질 수 있다. 또한, 유전창(1050)은 공정 가스를 플라즈마 챔버(1010)의 내부로 분사하는 기능도 가질 수 있다.
정전척(1020)은 플라즈마 챔버(1010) 내부의 하부 공간에 배치될 수 있다. RF 전원(1040)이 정전척(1020)에 연결될 수 있다. 정합기(1042)가 RF 전원(1040)과 정전척(1020) 사이에 배치될 수 있다. 정전척(1020)에는 복수개의 리프트 홀(1022)들이 수직 방향을 따라 관통 형성될 수 있다.
리프트 핀(1030)들은 정전척(1020)의 리프트 홀(1022)들 내에 이동 가능하게 삽입될 수 있다. 리프트 핀(1030)들은 반도체 기판을 지지한 상태로 하강하여 정전척(1020)의 상부면에 안치시킬 수 있다. 또한, 리프트 핀(1030)들은 플라즈마 공정이 완료된 반도체 기판을 지지한 상태로 상승할 수도 있다.
에지 링(1060)은 정전척(1020)의 상부 가장자리에 배치되어 반도체 기판을 둘러쌀 수 있다. 에지 링(1060)은 기판의 외주면을 플라즈마로부터 보호할 수 있다. 또한, 에지 링(1060)은 플라즈마를 기판의 상부면으로 집중시킬 수 있다.
절연체(1062)가 에지 링(1060)의 하부에 배치될 수 있다. 절연체(1062)는 정전척(1020)의 측면과 하부면 가장자리를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 또한, 절연체(1062)의 상부면은 에지 링(1060)의 하부면에 맞대어질 수 있다.
석영 링(1064)은 절연체(1062)와 플라즈마 챔버(1010)의 내측면 사이에 배치될 수 있다. 또한, 석영 링(1064)은 에지 링(1060)과 플라즈마 챔버(1010)의 내측면 사이로 진입한 부분을 가질 수 있다.
본 플라즈마 장치가 ICP 장치(1000)이므로, EO 센서 모듈(210)은 플라즈마 챔버(1010)의 진공 영역(VR) 내에 배치될 수 있다. EO 센서 모듈(210)은 진공벽(1012)에 설치된 뷰포트(1014)를 통해서 플라즈마 챔버(1010)의 진공 영역(VR)의 내부로 진입할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 ICP 장치(1000a)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 20에 도시된 ICP 장치(1000)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 21을 참조하면, EO 센서 모듈(210)은 에지 링(1060)의 내부에 배치될 수 있다. 특히, EO 센서 모듈(210)은 에지 링(1060)의 내부에 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 ICP 장치(1000b)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 20에 도시된 ICP 장치(1000)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 실시예의 ICP 장치(1000b)는 전자빔 유도 전류(Electron Beam Induced Current : EBIC) 링(1066)을 더 포함할 수 있다. EBIC 링(1066)은 절연체(262)의 내부에 배치될 수 있다. EBIC 링(1066)에는 RF 전원이 연결될 수 있다.
본 실시예에서, EO 센서 모듈(210)은 EBIC 링(1066)과 정전척(1020) 사이에 위치한 절연체(1062) 내에 배치될 수 있다. 또한, EO 센서 모듈(210)은 EBIC 링(1066)과 정전척(1020) 사이에 위치한 절연체(1062)의 내부에 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 ICP 장치(1000c)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 20에 도시된 ICP 장치(1000)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 23을 참조하면, EO 센서 모듈(210)은 정전척(1020)에 관통 형성된 적어도 하나의 센싱 홀(1024) 내에 배치될 수 있다. 센싱 홀(1024)은 정전척(1020)의 원주선을 따라 동일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어질 수 있다. 부가적으로, 센싱 홀(1024)은 정전척(1020)의 중앙부에 형성될 수도 있다. 따라서, 복수개의 EO 센서 모듈(210)들이 복수개의 센싱 홀(1024) 내에 배치될 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 모니터링 장치가 적용된 ICP 장치를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 ICP 장치(1000d)는 EO 센서 모듈의 위치를 제외하고는 도 20에 도시된 ICP 장치(1000)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 24를 참조하면, EO 센서 모듈(210)들은 정전척(1020)에 관통 형성된 리프트 홀(1022)들 내에서 이동하는 리프트 핀(1030)들 내에 배치될 수 있다. 즉, EO 센서 모듈(210)들은 리프트 핀(1030)에 내장되어 리프팅 핀들과 함께 이동할 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1의 모니터링 장치가 적용된 플라즈마 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 25를 참조하면, 복수개의 플라즈마 장치(500-1~500-n)들 각각에 도 1에 도시된 모니터링 장치(100)가 배치될 수 있다. 플라즈마 장치(500-1~500-n)들에 의해 수행되는 플라즈마 공정들이 모니터링 장치(100)에 의해 개별적으로 모니터링될 수 있다.
플라즈마 장치(500-1~500-n)들에 의해 수행된 플라즈마 공정에 대한 모니터링 정보는 각 모니터링 장치(100)의 컨트롤 모듈(350)들에 저장될 수 있다. 컨트롤 모듈(350)들에 저장된 정보는 메인 컨트롤러(400)에 입력될 수 있다.
메인 컨트롤러(400)는 저장된 모니터링 정보를 근거로 해서 각 플라즈마 장치(500-1~500-n)들에 의해 수행되는 플라즈마 공정들의 차이를 줄이는 제어 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 모니터링 방법 및 장치가 적용된 플라즈마 공정을 통해서 제조된 반도체 장치들도 본원발명의 권리범위에 속할 수 있다.
도 26a 및 도 26b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도들이다.
도 26a 및 도 26b를 참조하면, 단계 ST1500에서, EO 센서 모듈(210)들을 플라즈마 챔버(510)의 내부에 배치할 수 있다. 예를 들어서, EO 센서들은 도 4에 도시된 진공 공간(VR)의 내부, 도 6에 도시된 에지 링(560)의 내부, 도 11에 도시된 EBIC 링(566)과 정전척(520) 사이에 위치한 절연체(562)의 내부, 도 14에 도시된 센싱 홀(524)의 내부, 도 17에 도시된 리프트 홀(522)들 내에 이동하는 리프트 핀(530)들의 내부 등에 배치될 수 있다.
단계 ST1505에서, 광원(312)이 광을 발생시킬 수 있다. 광은 분기부(314)를 통해서 편광 제어기(318)로 입사될 수 있다.
단계 ST1510에서, 편광 제어기(318)가 광의 편광 특성을 제어할 수 있다.
단계 ST1515에서, 광은 단일 외부 광학 가이드(320)와 단일 내부 광학 가이드(220)를 통해서 EO 센서(212)로 입사될 수 있다.
단계 ST1520에서, 반도체 기판을 플라즈마 챔버(510)의 내부로 반입시킬 수 있다. 반도체 기판은 정전척(520)의 상부면에 안치될 수 있다.
단계 ST1525에서, 공정 가스를 플라즈마 챔버(510)의 내부로 도입하여, 플라즈마를 플라즈마 챔버(510)의 내부에 발생시킬 수 있다. 공정 가스는 플라즈마 공정에 따라 변경될 수 있다. 즉, 플라즈마 공정이 증착 공정, 식각 공정, 애싱 공정 등을 포함하는 경우, 해당 공정에 따라서 공정 가스의 종류가 변경될 수 있다.
단계 ST1530에서, 플라즈마를 반도체 기판에 적용하여, 반도체 기판을 처리할 수 있다. 플라즈마 공정이 증착 공정인 경우, 플라즈마에 의해서 반도체 기판의 상부면에 막이 형성될 수 있다. 플라즈마 공정이 식각 공정인 경우, 플라즈마에 의해서 반도체 기판 상의 막이 식각될 수 있다. 플라즈마 공정이 애싱 공정인 경우, 반도체 기판 상의 포토레지스트막이 애싱될 수 있다.
단계 ST1535에서, EO 센서(212)들이 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장을 감지할 수 있다. 즉, 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장이 EO 센서(212)들에 인가될 수 있다.
단계 ST1540에서, 플라즈마 챔버(510) 내부에 형성된 전기장에 의해서 EO 센서(212)들 각각의 광 굴절률이 변화될 수 있다.
단계 ST1545에서, EO 센서(212)들 각각으로 입사되던 입사광의 광 특성이 EO 센서(212)의 변화된 광 굴절률에 의해서 변화될 수 있다.
단계 ST1550에서, 입사광이 반사판(214)으로부터 반사되어 반사광이 형성될 수 있다. 반사광은 단일 내부 광학 가이드(220)와 단일 외부 광학 가이드(320)를 통해서 편광 제어기(318)로 전달될 수 있다.
이러한 입사광과 반사광이 내외부 광학 가이드(220, 320)들을 통한 이동 중에서, 냉각기(230)가 내외부 광학 가이드(220, 320)들을 계속적으로 냉각시킬 수 있다.
단계 ST1555에서, 편광 제어기(318)가 반사광의 편광 특성을 제어할 수 있다.
단계 ST1560에서, 검출부(316)가 반사광을 검출할 수 있다. 검출된 반사광은 신호 처리 모듈(330)로 전달될 수 있다.
단계 ST1565에서, 신호 처리 모듈(330)이 전달된 반사광의 광학 신호를 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
단계 ST1570에서, 신호 처리 모듈(330)의 필터(332)가 전기 신호로부터 노이즈를 제거할 수 있다.
단계 ST1575에서, 신호 처리 모듈(330)의 증폭기(334)가 노이즈가 제거된 전기 신호를 증폭할 수 있다. 증폭된 전기 신호는 컨트롤 모듈(350)로 전송될 수 있다.
단계 ST1580에서, 컨트롤 모듈(350)은 신호 처리 모듈(330)에 의해 전환된 전기 신호를 수신할 수 있다. 또한, 컨트롤 모듈(350)은 편광 제어기(318)에 의해 제어된 광의 편광 특성을 수신할 수 있다. 컨트롤 모듈(350)은 수신된 전기 신호로부터 검출된 광의 광 특성 변화를 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 광의 광 특성 변화는 EO 센서(212)가 배치된 플라즈마 챔버(510) 내의 영역에서의 플라즈마의 밀도를 대변할 수 있다. 특히, 복수개의 EO 센서(212)들이 플라즈마 챔버(510) 내에 배치되면, 컨트롤 모듈(350)에 의해 측정된 광들의 광 특성 변화들은 플라즈마 밀도의 산포를 대변할 수 있다.
또한, 컨트롤 모듈(350)은 검출된 광의 전기 신호와 같은 데이터를 저장할 수 있다. 컨트롤 모듈(350)은 플라즈마 챔버(510)에 설치된 EO 센서(212)들로부터 제공되는 데이터들을 이용해서 플라즈마 장치들에 의해 수행되는 플라즈마 공정들의 산포를 줄이는 제어 기능도 수행할 수 있다.
특히, EO 센서 모듈(210)과 광학 측정 모듈(300)의 동작들은 플라즈마 공정 중에 실시간으로 수행될 수 있다. 즉, 본 실시예의 모니터링 장치(100)는 플라즈마 공정이 수행되는 과정 중에 상기된 모니터링 공정을 실시간으로 수행할 수 있다.
또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(510)가 복수개로 이루어진 경우, 메인 컨트롤러(400)는 각 컨트롤 모듈(350)에 저장된 정보를 입력받을 수 있다. 메인 컨트롤러(400)는 저장된 모니터링 정보를 근거로 해서 플라즈마 챔버(510)들 내부에서 수행되는 반도체 공정들의 차이, 예를 들면, 플라즈마 공정들의 차이를 줄이는 제어 동작을 수행할 수 있다. 즉, 메인 컨트롤러(400)는 플라즈마 챔버(510)들 각각에서 측정된 광 특성 변화들을 근거로 플라즈마 챔버(510)들 내부에서 수행되는 반도체 공정들의 차이를 줄이는 제어 동작을 수행할 수 있다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
본 실시예에 따른 기판 처리 방법은 광의 입사 경로와 반사 경로를 제외하고는 도 26a 및 도 26b를 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일한 공정들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 공정들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 26a를 참조로 설명한 단계 ST1500 내지 ST1510을 순차적으로 수행할 수 있다.
도 27을 참조하면, 단계 ST1517에서, 광은 제 1 외부 광학 가이드(322)와 제 1 내부 광학 가이드(222)를 통해서 EO 센서(212)로 입사될 수 있다.
이어서, 도 26a를 참조로 설명한 단계 ST1520 내지 ST1545를 순차적으로 수행할 수 있다.
다시 도 27을 참조하면, 입사광이 반사판(214)으로부터 반사되어 반사광이 형성될 수 있다. 반사광은 제 2 내부 광학 가이드(224)와 제 2 외부 광학 가이드(324)를 통해서 편광 제어기(318)로 전달될 수 있다.
이어서, 도 26a 및 도 26b를 참조로 설명한 단계 ST1555 내지 ST1580을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 광의 입사 경로와 반사 경로가 상이하므로, 본 실시예의 기판 처리 방법은 분기부(314)를 이용해서 광을 입사광과 반사광으로 분기하는 공정을 포함하지 않을 수 있다.
상기된 본 실시예들에 따르면, EO 센서 모듈은 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해서 광 굴절률이 변화되는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 광을 EO 센서 모듈로 입사시키면, 변화된 광 굴절률에 의해서 광의 광 특성이 변화될 수 있다. 광의 변화된 광 특성은 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 기인한 것이므로, 광의 광 특성 변화를 통해서 플라즈마 밀도의 산포를 정확하게 모니터링할 수가 있게 된다. 특히, EO 센서 모듈이 플라즈마가 형성되는 공간의 내부 또는 공간에 근접하게 배치되어도, 비전도성 물질인 EO 센서 모듈은 플라즈마에 노이즈로 작용하지 않을 수 있다. 결과적으로, 이러한 EO 센서 모듈을 이용해서 플라즈마 밀도의 산포를 더욱 정확하게 모니터링할 수가 있게 된다.
또한, 복수개의 EO 센서 모듈을 플라즈마 챔버 내의 복수개의 영역들 내에 배치하는 것에 의해서, 플라즈마 밀도의 산포를 플라즈마 챔버의 영역별로 모니터링할 수도 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 챔버로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
<부호의 설명>
200 ; 플라즈마 챔버의 내부 장치 210 ; EO 센서 모듈
212 ; EO 센서 214 ; 반사판
216 ; 보조 반사판
광학 가이드 ; (220 ; 내부 광학 가이드, 222 ; 제 1 내부 광학 가이드, 224 ; 제 2 내부 광학 가이드, 320 ; 외부 광학 가이드, 322 ; 제 1 외부 광학 가이드, 324 ; 제 2 외부 광학 가이드)
제 1 광학 가이드(222 ; 제 1 내부 광학 가이드, 322; 제 1 외부 광학 가이드)
제 2 광학 가이드(224 ; 제 2 내부 광학 가이드, 324; 제 2 외부 광학 가이드)
230 ; 냉각기 240 ; 내부 광 커넥터
242 ; 제 1 내부 광 커낵터 244 ; 제 2 내부 광 커넥터
300 ; 광학 측정 모듈 310 ; 광학 프로빙 모듈
312 ; 광원 314 ; 분기부
316 ; 검출부 318 ; 편광 제어기
330 ; 신호 처리 모듈 332 ; 필터
334 ; 증폭기 340 ; 외부 광 커넥터
342 ; 제 1 외부 광 커넥터 344 ; 제 2 외부 광 커넥터
350 ; 컨트롤 모듈 360 ; 파워 소스
510, 1010 ; 플라즈마 챔버 512, 1012 ; 진공벽
520, 1020 ; 정전척 522, 1022 ; 리프트 홀
524, 1024 ; 센싱 홀 530, 1030 ; 리프트 핀
540, 570, 1040, 1080 ; RF 전원 542, 1042 ; 정합기
550 ; 샤워헤드 514, 1014 ; 뷰포트
560, 1060 ; 에지 링 562, 1062 ; 절연체
564, 1064 ; 석영 링 566, 1066 ; EBIC 링
500-1 ~ 500n ; 플라즈마 챔버 400 ; 메인 컨트롤러
1050 ; 유전창 1070 ; 안테나

Claims (55)

  1. 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치되고, 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질을 포함하는 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈; 및
    상기 EO 센서 모듈과 상기 플라즈마 챔버 사이에서 상기 변화된 광 굴절률에 의해 변화되는 광 특성을 갖는 광의 적어도 하나의 내부 경로를 형성하는 광학 가이드를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은
    상기 비전도성 물질을 포함하는 EO 센서; 및
    상기 EO 센서로 입사된 상기 광을 상기 광학 가이드로 반사하고, 비전도성 물질을 포함하는 반사판을 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 EO 센서는 EO 결정체(crystal)를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 EO 결정체는 LiTaO3, LiNbO3 또는 ZnTe를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 반사판과 대향하도록 배치되어 상기 반사판으로부터 반사된 상기 광을 상기 EO 센서로 반사시키는 보조 반사판을 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보조 반사판은 상기 반사판의 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 가이드는 상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 단일 내부 경로를 형성하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 가이드는
    상기 EO 센서로 상기 광의 내부 입사 경로를 형성하는 제 1 내부 광학 가이드; 및
    상기 반사판에 의해 반사된 상기 광의 내부 반사 경로를 형성하는 제 2 내부 광학 가이드를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 가이드는 비전도성 물질의 광섬유를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에 설치되어 상기 광학 가이드가 연결된 내부 광 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 가이드를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마가 발생되는 영역인 상기 플라즈마 챔버의 내부의 진공 영역 내에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 진공 영역을 한정하는 상기 플라즈마 챔버의 진공벽에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 진공벽에 균일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어진 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마가 발생되는 영역인 상기 플라즈마 챔버의 내부의 진공 영역을 제외한 상기 플라즈마 챔버의 나머지 영역에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 나머지 영역에 균일한 간격을 두고 배치된 복수개로 이루어진 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 정전척을 둘러싸는 에지 링(edge ring) 내에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 정전척과 전자빔 유도 전류(Electron Beam Induced Current : EBIC) 링 사이에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 정전척에 관통 형성된 적어도 하나의 센싱 홀 내에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 정전척에 관통 형성된 적어도 하나의 리프팅 홀을 따라 승강하는 리프팅 핀의 내부에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : CCP) 장치용 플라즈마 챔버 또는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 장치용 플라즈마 챔버를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  22. 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치되고 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질의 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈을 포함하는 상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로 광을 조사하고, 상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로부터 반사된 상기 광을 검출하는 광학 프로빙 모듈;
    상기 광학 프로빙 모듈과 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 적어도 하나의 경로를 형성하는 광학 가이드;
    상기 광학 프로빙 모듈로부터 출력된 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 신호 처리 모듈; 및
    상기 전기 신호로부터 상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정하는 컨트롤 모듈을 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈은
    상기 광을 발생시키는 광원;
    상기 EO 센서 모듈로부터 반사된 상기 광을 검출하는 검출부(detector); 및
    상기 EO 센서 모듈로 입사되는 상기 광과 상기 EO 센서 모듈로부터 반사되는 상기 광의 편광 특성들을 제어하는 편광 제어기(polarization controller)를 포함하고,
    상기 광원은 레이저 광원 또는 LED를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈은 상기 EO 센서 모듈로 입사되는 상기 광과 상기 EO 센서 모듈로부터 반사되는 상기 광을 분기하는 분기부(circulator)를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 가이드는 상기 플라즈마 챔버와 상기 광학 프로빙 모듈 사이에 상기 광의 단일 경로를 형성하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 가이드는
    상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로 상기 광의 외부 입사 경로를 형성하는 제 1 외부 광학 가이드; 및
    상기 플라즈마 챔버의 내부 장치로부터 상기 광의 외부 반사 경로를 형성하는 제 2 외부 광학 가이드를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 가이드는 비전도성 물질의 광섬유를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 컨트롤 모듈은 상기 플라즈마 공정 중에 상기 광의 광 특성 변화를 실시간으로 측정하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 신호 처리 모듈은 상기 광학 신호로부터 노이즈를 제거하는 필터를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 신호 처리 모듈은 상기 광학 신호를 증폭시키는 증폭기를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  31. 제 22 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에 설치되어 상기 외부 광학 가이드가 연결된 외부 광 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  32. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈, 상기 컨트롤 모듈 및 상기 신호 처리 모듈로 파워를 공급하는 파워 소스를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  33. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈, 상기 광학 가이드, 상기 신호 처리 모듈 및 상기 컨트롤 모듈은 상기 플라즈마 챔버의 외부 또는 내부의 비진공 영역에 배치된 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  34. 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 반도체 공정이 수행되는 플라즈마 챔버의 내부에 배치되고, 상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장에 의해 변화되는 광 굴절률을 갖는 비전도성 물질을 포함하는 전기 광학(electro-optical : EO) 센서 모듈;
    상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에서 상기 변화된 광 굴절률에 의해 변화되는 광 특성을 갖는 광의 적어도 하나의 내부 경로를 형성하고, 비전도성 물질을 포함하는 내부 광학 가이드;
    상기 내부 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서 모듈로 상기 광을 조사하고, 상기 EO 센서 모듈로부터 반사된 상기 광을 검출하는 광학 프로빙 모듈;
    상기 광학 프로빙 모듈과 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 적어도 하나의 경로를 형성하는 광학 가이드;
    상기 광학 프로빙 모듈로부터 출력된 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 신호 처리 모듈; 및
    상기 전기 신호로부터 상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정하는 컨트롤 모듈을 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 EO 센서 모듈은
    상기 비전도성 물질을 포함하는 EO 센서; 및
    상기 EO 센서로 입사된 상기 광을 상기 내부 광학 가이드로 반사하고, 비전도성 물질을 포함하는 반사판을 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 EO 센서는 EO 결정체(crystal)를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 EO 결정체는 LiTaO3, LiNbO3 또는 ZnTe를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  38. 제 34 항에 있어서, 상기 내부 광학 가이드는 상기 EO 센서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 상기 광의 단일 내부 경로를 형성하고, 상기 광학 가이드는 상기 플라즈마 챔버와 상기 광학 프로빙 모듈 사이에 상기 광의 단일 외부 경로를 형성하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 내부 광학 가이드는
    상기 EO 센서로 상기 광의 내부 입사 경로를 형성하는 제 1 내부 광학 가이드; 및
    상기 반사판으로부터 반사된 상기 광의 내부 반사 경로를 형성하는 제 2 내부 광학 가이드를 포함하고,
    상기 광학 가이드는
    상기 제 1 내부 광학 가이드에 연결되어 상기 EO 센서 모듈로 상기 광의 외부 입사 경로를 형성하는 제 1 외부 광학 가이드; 및
    상기 제 2 내부 광학 가이드에 연결되어 상기 EO 센서 모듈로부터 상기 광의 외부 반사 경로를 형성하는 제 2 외부 광학 가이드를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  40. 제 34 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에 설치되어 상기 내부 광학 가이드와 상기 광학 가이드가 연결된 광 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  41. 제 34 항에 있어서, 상기 내부 광학 가이드를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  42. 제 34 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈은
    상기 광을 발생시키는 광원;
    상기 EO 센서 모듈로부터 반사된 상기 광을 검출하는 검출부(detector); 및
    상기 광학 프로빙 모듈은 상기 EO 센서 모듈로 입사되는 상기 광과 상기 EO 센서 모듈로부터 반사되는 상기 광의 편광 특성들을 제어하는 편광 제어기(polarization controller)를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 광학 프로빙 모듈은 상기 EO 센서 모듈로 입사되는 상기 광과 상기 EO 센서 모듈로부터 반사되는 상기 광을 분기하는 분기부(circulator)를 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  44. 제 34 항에 있어서, 상기 신호 처리 모듈은
    상기 광학 신호로부터 노이즈를 제거하는 필터; 및
    상기 광학 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  45. 제 34 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 복수개로 이루어지고, 상기 EO 센서 모듈, 상기 내부 광학 가이드, 상기 광학 프로빙 모듈, 상기 광학 가이드, 상기 신호 처리 모듈 및 상기 컨트롤 모듈은 상기 복수개의 플라즈마 챔버들 각각에 구비되며,
    상기 각 컨트롤 모듈에 저장된 정보를 입력받는 메인 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 메인 컨트롤러는 상기 저장된 모니터링 정보를 근거로 해서 상기 플라즈마 챔버들 내부에서 수행되는 상기 반도체 공정들의 차이를 줄이는 제어 동작을 수행하는 플라즈마 공정의 모니터링 장치.
  46. 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마를 이용한 반도체 공정을 수행하고;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장을 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 비전도성 물질의 전기 광학(electro-optical : EO) 센서로 인가하여, 상기 EO 센서의 광 굴절률을 변화시키고;
    상기 EO 센서로 광을 입사시키고;
    상기 EO 센서로 입사된 상기 광을 반사시키고;
    상기 반사된 광을 검출하고; 그리고
    상기 반사된 광의 광 특성 변화를 측정하는 것을 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 광은 단일 경로의 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서로 입사되고, 상기 광은 상기 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서로부터 반사되는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  48. 제 46 항에 있어서, 상기 광은 제 1 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서로 입사되고, 상기 광은 제 2 광학 가이드를 통해서 상기 EO 센서로부터 반사되는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  49. 제 46 항에 있어서, 상기 반사된 광으로부터 노이즈를 제거하는 것을 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  50. 제 46 항에 있어서, 상기 반사된 광을 증폭시키는 것을 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  51. 제 46 항에 있어서, 상기 광의 광 특성 변화를 측정하는 것은 상기 플라즈마 공정 중에 실시간으로 수행하는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  52. 제 46 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 EO 센서가 각각 배치된 복수개로 이루어지고,
    상기 플라즈마 챔버들 각각에서 측정된 상기 광 특성 변화들을 근거로 상기 플라즈마 챔버들 내부에서 수행되는 상기 반도체 공정들의 차이를 줄이는 제어 동작을 수행하는 것을 더 포함하는 플라즈마 공정의 모니터링 방법.
  53. 반도체 기판이 반입된 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 형성하고;
    상기 플라즈마를 상기 반도체 기판에 적용하여 상기 반도체 기판을 처리하고;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전기장을 상기 플라즈마 챔버의 내부에 배치된 비전도성 물질의 전기 광학(electro-optical : EO) 센서로 인가하여, 상기 EO 센서의 광 굴절률을 변화시키고;
    상기 EO 센서로 광을 입사시키고;
    상기 EO 센서로부터 상기 광을 반사시키고;
    상기 변화된 광 굴절률에 의한 상기 광의 광 특성 변화를 측정하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 광의 광 특성 변화를 측정하는 것은 상기 플라즈마를 상기 반도체 기판으로 적용하는 중에 실시간으로 수행하는 기판 처리 방법.
  55. 제 53 항에 있어서, 상기 반도체 기판을 처리하는 것은 상기 반도체 기판 상에 막을 형성하는 것, 상기 반도체 기판 상의 막을 식각하는 것 또는 상기 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트막을 애싱하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
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