超高速多通道等离子体感测装置的制作方法

1.本发明涉及一种超高速多通道等离子体感测装置。


背景技术：

2.在半导体元件和显示面板的生产中必备的用于薄膜沉积及图案形成的蚀刻工艺中，应用许多使用等离子体的技术。
3.例如，在沉积工艺的情况下，在等离子体化学气相沉积(pe-cvd)、等离子体原子层沉积工艺(pe-ald)、溅射工艺等中正使用着等离子体，而在蚀刻工艺的情况下，在电感耦合等离子体蚀刻(inductibely coupled plasma etcher)、活性离子蚀刻(reactive ion etcher)等中正使用着等离子体。
4.半导体元件，尤其是存储器集成电路制造工艺越来越细微化，正在开发体现3nm以下的特征尺寸(feature size)的工艺，由此，呈现出沉积及蚀刻工艺的精度在提高、工艺时间在缩短的趋势，且此时所使用的等离子体的开/关周期也在缩短。
5.尤其是，由于半导体元件的尺寸正在被超细微化到10nm以下，因此，所应用的薄膜的厚度也处于几nm的水平，随着这些，呈现出待蚀刻的结构体的纵横比变大、开口部的尺寸变小的趋势，因此，根据等离子体状态而可能会产生工艺变化的可能性正在增加，且许多这样的现象发生在实际的量产线上。
6.在使用等离子体的工艺中，因在真空腔室内可能产生的高电压差而可能会产生电弧(arcing)，由此导致基板或真空腔室的损坏，从而可能会产生对良率及生产性造成巨大影响的结果。
7.另外，随着为了提高生产性而进行工艺的时间也缩短，基于等离子体状态降低工艺的再现性及稳定性，且由于因电弧现象引起的腔室的冲击需要另外策划确定用于设备维护的时间，因此，存在因设备使用时间的减少引起的生产性降低的问题。
8.因此，对应于超细微工艺为了提高半导体工艺及显示面板的生产性，有必要通过实时感测等离子体状态来判断是否产生电弧。
9.不仅如此，在执行利用等离子体技术的工艺时，为了确保工艺的再现性和安全性，对等离子体状态的持续监测是绝对必要的，尤其是对短时间内发生的是否产生微电弧的明确判断和对提前预测根据微电弧的连续性的硬电弧(hard arcing)的产生而确保整体工艺安全性的必要性正在提高。
10.为了解决这些问题，现有技术中提出了用于感测在等离子体可能产生的电弧的各种方法。代表性地，当设置在等离子体产生的电流、电压、电力的临界值后，感测到一定水平以上或其以下的测量值时，将其判定为电弧，应用了切断为了产生等离子体而施加的电力的技术。
11.此时，为了感测电弧，使用周期性地监测等离子体状态的装置，等离子体状态感测周期为1khz至100khz(1ms至1μs)的水平，这是在半导体元件的尺寸临近超细微化之前可以使用的水平，该装置虽然在感测产生相对较大幅的电压、电流、电力值的异常的硬电弧
(hard arcing)时为适合的装置，但是存在不适合感测低于一定水平以下的微电弧的问题。
12.为了判断是否产生电弧，只有当电弧持续时间为一定时间(现有技术中为100μs水平)以上时，才被认为是电弧，通过停止设备而可以防止施加在所使用的真空腔室及所制造的元件的损坏。
13.另外，在现有技术中，主要感测了在等离子体产生的恒定电压、电流、电力的变化幅度相当大的硬电弧，但是如上所述，在超细微工艺中，需要一种用于感测具有相对小的小电压、电流、电力的变化的微电弧(soft arcing)的装置/技术。
14.因此，在进行10nm以下半导体元件及具有10μm以下尺寸的微型led显示器、微型有机发光二极管显示面板等制造工艺的过程中，也需要一种以极短间隔感测等离子体的状态而感测微电弧的装置/技术。
15.另外，在现有技术中，由于主要应用了在腔室内插入能够检测等离子体状态的探针的方法，因此，必须要求观察口(view port)。然而，在时间的及工艺的进行过程中，可能会发生通过该观察口的真空腔室的泄漏，存在制造设备时很难将该检测装置应用于未安装观察口的腔室的问题。
16.如此，由于仍然存在超细微等离子体工艺中产生的许多问题点等，因此，需要一种能够更有效地解决这些问题的方法。


技术实现要素：

17.要解决的技术问题
18.本发明的目的在于提供一种超高速多通道等离子体感测装置，该感测装置能够实时感测并引导在等离子体工艺中产生的微电弧及由此的硬电弧的预测等。
19.解决问题的方案
20.为了实现上述目的，根据本发明一实施例的超高速多通道等离子体感测装置可以包括：第一天线模块，所述第一天线模块与第一输出端连接，且接收通过所述基板泄漏的第一泄漏电流而能够提高泄漏电流的接收灵敏度，其中，所述第一输出端在工艺腔室的卡盘(chuck)上与所述基板接触并向地面延伸；第一电流感测模块，所述第一电流感测模块感测所述第一泄漏电流；电流测量模块，所述电流测量模块接收从所述第一电流感测模块输出的所述第一泄漏电流，生成将所述第一泄漏电流按设定的周期算出的第一泄漏电流测量信息；及控制模块，所述控制模块将所述第一泄漏电流测量信息与基准值进行比较而生成第一电弧产生信息。
21.其中，所述第一输出端可以设置在所述基板的周围区域。
22.其中，所述控制模块在基于所述第一电弧产生信息判断产生了电弧时可以判断所述基板的状态为翘曲状态，生成对所述翘曲状态的基板翘曲(wafer warpage)信息。
23.其中，所述第一电流感测模块可以包括：第1-1电流计，所述第1-1电流计设置在所述第一输出端与所述第一天线模块之间而感测从所述第一输出端泄漏的第1-1泄漏电流；及第1-2电流计，所述第1-2电流计设置在所述第一天线模块与所述地面之间而感测从所述第一天线模块输出的第1-2泄漏电流。
24.其中，所述电流测量模块可以接收所述第1-1泄漏电流及所述第1-2泄漏电流而生成组合了它们的所述第一泄漏电流测量信息。
25.其中，所述控制模块可以将所述第一泄漏电流测量信息与基准值进行比较，参考所述第一泄漏电流的振幅、持续时间及图案中的至少一个而生成所述第一电弧产生信息。.
26.其中，所述第一电弧产生信息可以包括微电弧产生信息、硬电弧预测信息及硬电弧产生信息中的至少一个。
27.其中，可以还包括：第二天线模块，所述第二天线模块，与从卡盘向所述地面延伸的第二输出端连接且在供给加热所述卡盘的电源后，所述第二天线模块接收从所述卡盘泄漏的第二泄漏电流而能够提高泄漏电流的接收灵敏度；过滤器模块，所述过滤器模块与所述第二天线模块的后端连接，用于去除从所述第二天线模块输出的所述第二泄漏电流的噪声；及第二电流感测模块，所述第二电流感测模块感测电流所述第二泄漏电流。
28.其中，所述电流测量模块可以接收从所述第二电流感测模块输出的所述第二泄漏电流，生成将所述第二泄漏电流按设定的周期算出的第二泄漏电流测量信息，所述控制模块可以将所述第二泄漏电流测量信息与基准值进行比较而生成第二电弧产生信息。
29.其中，所述控制模块在基于所述第二电弧产生信息判断产生了电弧时可以判断在所述卡盘产生了电弧，由此，可以生成对所述卡盘的电弧产生信息。
30.其中，所述工艺腔室可以还包括：观察口，所述观察口以能够在外面确认内部空间的方式形成；所述超高速多通道等离子体感测装置可以还包括：光学感测模块，所述光学感测模块通过所述观察口收集关于在所述内部空间产生的等离子体的状态的等离子体光学信息；及光学测量模块，所述光学测量模块接收所述等离子体光学信息而生成对所述等离子体光学信息的光学测量信息。
31.其中，所述控制模块可以将所述光学测量信息与基准值进行比较而生成第三电弧产生信息。
32.其中，所述控制模块在基于所述第三电弧产生信息判断产生了电弧时可以判断在所述工艺腔室的内部产生了电弧，由此，生成对工艺腔室的电弧产生信息。.
33.其中，所述控制模块可以相互比较所述第一电弧产生信息、所述第二电弧产生信息及所述第三电弧产生信息中的至少两个以上的信息而根据是否匹配生成判断最终是否产生电弧的第四电弧产生信息。
34.发明的效果
35.根据具有上述结构的本发明的超高速多通道等离子体感测装置，可以提高对是否产生由腔室内部的等离子体引起的电弧的判断效率。
36.另外，通过天线提高接收灵敏度，可以实施对短时间内产生的微电弧的检测。
37.另外，通过在多个位置及方式下的电弧检测，可以进一步提高电弧感测感测准确度。
38.另外，通过将多个电弧检测结果相互匹配来判断最终是否产生电弧，可以进一步提高结果值的可靠性。
39.另外，通过基于微电弧的产生与否、持续时间等预测硬电弧的产生并对其实施引导，可以提前预防硬电弧。
附图说明
40.图1至图5是用于说明根据本发明一实施例的为了感测根据基板w的翘曲产生的电
lithography)工艺时，由在基板w背面存在的划伤而诱发光源散焦(defocus)，其结果，可能会发生作为对基板w表面的损坏的起皱(wrinking)现象或裂纹(crazing)现象等缺陷。
63.因此，本实施例的等离子体感测装置100感测与容纳在工艺腔室c的卡盘h上的基板w接触的第一输出端p1的泄漏电流，以便能够预先感测这种基板翘曲现象，从而根据其感测结果判断是否产生电弧。这基于基板翘曲现象时第一泄漏电流根据对卡盘h的基板w的状态变化。
64.即，这是因为产生基板翘曲现象时随着基板w与第一输出端p1之间的距离或形状的变化而由此的泄漏电流也发生变化。此时，位于工艺腔室c的第一输出端p1的一端可以设置在基板w的周围区域而与基板w接触。这是因为基板w变形(凹状或凸状)时周围区域的形状变化可以最为明显且由此的泄漏电流的变化大。
65.另外，第一输出端p1的另一端可以以从一端穿过卡盘h向下延伸而接地到地面g的方式构成。等离子体感测装置100可以以设置或连接于第一输出端p1而感测通过第一输出端p1泄漏的泄漏电流的方式构成。
66.为此，等离子体感测装置100可以包括：第一天线模块110、第一电流感测模块130、电流测量模块150及控制模块170。
67.第一天线模块110是用于提高从卡盘h和基板w之间泄漏的第一泄漏电流的接收灵敏度的单元，可以设置在第一输出端p1的一区域。
68.如图2所示，第一天线模块110可以包括：盖111、线圈113、输入部115、输出部117。即，第一天线模块110具有线圈113在盖111的内部空间以螺旋状缠绕，第一输出端p1的一侧与输入部115连接，第一输出端p1的另一侧与输出部117连接的结构。由此，第一天线模块110，在随着尖锐指向性的圆形无线电波沿着螺旋的轴方向放射而第一泄漏电流通过输入部115输入时，由上述原理，能够以更高的接收灵敏度接收第一泄漏电流。
69.第一电流感测模块130是用于感测从第一输出端p1泄漏的第一泄漏电流的单元，可以设置在第一输出端p1。这样的第一电流感测模块130由作为多个电流计的第1-1电流计131及第1-2电流计133构成，可以分别设置在第一输出端p1中以第一天线模块110为起点的相互不同的区域。
70.即，第1-1电流计131可以设置在卡盘h与第一天线模块110之间的第一输出端p1区域，第1-2电流计133可以设置在第一天线模块110与地面g之间的第一输出端p1区域。由此，第一电流感测模块130可以分别感测在卡盘h与第一天线模块110之间泄漏的第1-1泄漏电流和在第一天线模块110与地面g之间泄漏的第1-2泄漏电流。
71.电流测量模块150是用于从第一电流感测模块130接收第一泄漏电流而生成将第一泄漏电流按周期算出的第一泄漏电流测量信息的单元。因此，电流测量模块150分别连接到作为第一电流感测模块130的第1-1电流计131及第1-2电流计133，组合在第1-1电流计131及第1-2电流计133中感测到的第1-1泄漏电流及第1-2泄漏电流而生成第一泄漏电流测量信息。此时，第1-1、1-2泄漏电流的组合可以对接收到的各电流值执行相加(sum)、相减(subtraction)、相乘(multiplication)等计算来实施，在本实施例中，可以相加第1-1、1-2泄漏电流的组合来生成第一泄漏电流测量信息。
72.如本实施例一样，当实施将第1-1、1-2泄漏电流相加的组合时，具有放大接收到的信号的效果，因此，可以更有效地导出其结果值。
73.控制模块170可以将从电流测量模块150接收到的第一泄漏电流测量信息与基准值进行比较而生成关于是否产生电弧的第一电弧产生信息。具体地，控制模块170在接收到第一泄漏电流测量信息时，将该测量值与基准值的振幅、持续时间、图案等中的至少一个进行比较而可以根据该比较结果生成第一个电弧产生信息。
74.此时，第一电弧产生信息可以包括关于具有短振幅及短持续时间的电弧的微电弧产生信息、可以预测硬电弧的产生的硬电弧预测信息、关于硬电弧的产生的硬电弧产生信息及关于正常状态的正常信息等。
75.就微电弧产生信息而言，当接收到的第一泄漏电流测量信息与基准值相比在基准持续时间期间表现出相对细小的增加或减少现象时，控制模块170可以将该状态判断为微电弧产生信息。
76.就硬电弧预测信息而言，当微电弧产生信息持续可以生成硬电弧预测信息的基准时间时，判断此后产生硬电弧的可能性高而可以生成作为对其的警告信息的硬电弧预测信息。即，在微电弧产生信息的情况下可以是形成在相当于仅为第一持续时间程度的微电弧的振幅区间中的电流值变化的状况，硬电弧预测信息可以是形成在比第一持续时间更长的时间期间对应于微电弧的振幅区间的电流值的变化的状况。
77.就硬电弧产生信息而言，当第一泄漏电流测量信息偏离相比于作为微电弧的基准值的临界值更高的临界值时，可以将其判断为硬电弧产生信息。即，当在设定的持续时间期间发生接收到的第一泄漏电流测量信息急剧增加或减少的现象时，可以将其判断为硬电弧产生信息。
78.另外，控制模块170在第一电弧产生信息包括关于电弧产生的信息时，判断基板w的状态为翘曲状态而可以生成对此的基板翘曲信息。即，由于本实施例的等离子体感测装置100基于位于卡盘h上的基板w的状态所产生的第一泄漏电流来判断是否产生电弧，因此，若判断产生了电弧，则也可以判断该基板w是翘曲状态。
79.根据具有这种结构的等离子体感测装置100，当随着感测通过与卡盘h中的基板w接触的第一输出端p1泄漏的第一泄漏电流，在由基板w的翘曲现象第一泄漏电流发生变化时，可以根据其感测结果实时判断基板w的当前情况及未来情况。因此，其判断结果经由未图示的通信模块通过管理员终端或警告音等传送引导，或生成及传送能够自动控制工艺腔室c的操作的控制信息而能够提前防止追加的基板w损坏及工艺延迟。另外，以在这些工艺之间产生的所有信息能够存储并传送至未图示的存储器模块、数据库、外部服务器等的方式构成，以便还能够生成及管理按各个情况的履历信息。
80.以上，对用于根据基板w的翘曲现象的感测电弧的等离子体感测装置100进行了说明。以下，在图6至图9中，将对通过供给到卡盘h的电源的泄漏电流来感测是否产生电弧的等离子体感测装置的结构进行说明。
81.图6至图9是用于说明根据本发明另一实施例的连接到第二输出端p2的超高速多通道等离子体感测装置100'的结构的图。
82.本实施例的等离子体感测装置100'包括前面的实施例的等离子体感测装置(图1、图100)的结构，将对于新追加的结构进行说明。
83.如图5所示，在本实施例中，工艺腔室c通过输入端i与为了加热卡盘h而供给电源的电源模块e连接。即，该输入端i的一端连接到电源模块e，输入端i的另一端连接到卡盘h
(加热卡盘)而供给对卡盘h的电源。另外，具有第二输出端p2，且第二输出端p2的一端可以连接到卡盘h，而另一端可以接地到地面g。如此地，通过输入端i供给用于加热卡盘h的电源，且从卡盘h泄漏的第二泄漏电流可以通过第二输出端p2传送到地面g。
84.在这样的结构中，等离子体感测装置100'可以感测泄漏到第二输出端p2的第二泄漏电流，将其感测结果与基准值进行比较而判断是否产生电弧。即，在图1至图5是感测对基板w的泄漏电流的方式，而本实施例是感测对卡盘h的泄漏电流的方式，这方面两者存在差异。
85.为此，本实施例的等离子体感测装置100还可以包括第二天线模块210、过滤器模块240及第二电流感测模块230。由于电流测量模块150及控制模块170对应于上述实施例的结构，因此，将省略另外的追加说明。
86.第二天线模块210可以与上述第一天线模块110相同，为了提高通过第二输出端p2泄漏的第二泄漏电流的接收灵敏度，所述第二天线模块210可以设置在第二输出端p2。
87.过滤器模块240是用于去除第二泄漏电流的噪声的单元，可以应用各种公知的滤波电路，可以设置在第二输出端p2，更具体地，可以设置在位于第二天线模块210与地面g之间的第二输出端p2区域。
88.第二电流感测模块230的结构和运转可以与前面说明的第一电流感测模块130相同，可以设置在第二输出端p2而感测第二泄漏电流。此时，第二感测模块可以由作为多个的第2-1电流计231、第2-2电流计233及第2-3电流计235构成，各个电流计按照顺序可以分别设置在位于卡盘h与第二天线模块210之间、第二天线模块210与过滤器模块240之间、过滤器模块240与地面g之间的第二输出端p2区域。
89.当通过这样的结构感测到第二泄漏电流时，电流测量模块150可以生成将第二泄漏电流按周期算出的第二泄漏电流测量信息。另外，控制模块170接收第二泄漏电流测量信息而与基准值进行比较，可以生成关于是否产生电弧的第二电弧产生信息。
90.此时，第二泄漏电流测量信息可以通过由第2-1、2-2、2-3电流计感测到的第2-1、2-2、2-3泄漏电流的组合而生成。
91.第二电弧产生信息可以以与前面的第一电弧产生信息相同的方式构成。
92.另外，控制模块170在基于第二电弧产生信息判断产生了电弧时，判断在卡盘h产生了电弧，由此，可以生成对卡盘h的电弧产生信息。
93.如图8及图9所示，控制模块170分析接收到的第二泄漏电流测量信息而初期以20μs的周期感测第二泄漏电流的振幅，当偏离相当于微电弧的临界值时，则可以将该结果扩大至25ns的周期进行分析。即，控制模块170以25ns实施第二泄漏电流的感测，通常的监测以20μs实施，存在电弧产生可能性(偏离基准值时)且对应的区域可以扩大为25ns来进行分析及判断。
94.图9(a)示出在通过第二泄漏电流测量信息不产生电弧的情况下的电流周期及振幅。图8(b)示出在产生微电弧的情况下的电流周期及振幅。即，当产生微电弧时，在一定时间内发生电流值的变动(fluctuatuon)。此时，可以将波动的最大值和最小值包括在设定的微电弧基准值范围。在微电弧的情况下，相对地，电流值的变化幅度不大。
95.图9(c)涉及产生硬电弧的情况，可以看出，发生与微电弧相比相对急剧的电流值变化。因此，控制模块170设定对应于微电弧及硬电弧的各个基准值，可以通过各个基准值
的比较来判断微电弧产生、硬电弧预测、硬电弧产生、正常等电弧状态。
96.以上，说明了通过由供给有电源的卡盘h泄漏的第二泄漏电流感测电弧产生的等离子体感测装置100'。在图10中，将说明通过光学单元感测电弧产生的等离子体感测装置。
97.图10是用于说明根据另一实施例的通过光学方式的电弧检测单元的超高速多通道等离子体感测装置100"的结构的图。
98.如图所示，图10的等离子体感测装置100"具有与前面的实施例不同的感测方式。具体地，本实施例的等离子体感测装置100”，其特征在于，以光学方式检测工艺腔室c内部空间的等离子体p来判断电弧产生与否。
99.为了这种光学方式的等离子体感测装置100”，工艺腔室c可以具有观察口v，所述观察口v以可以从外部确认内部空间的方式构成。因此，可以通过该观察口v实施光学感测。
100.具体地，本实施例的等离子体感测装置100”可以包括光学感测模块330及光学测量模块350。
101.光学感测模块330可以通过观察器v收集关于在工艺腔室c的内部空间产生的等离子体p的状态的等离子体光学信息。在工艺腔室c的内部空间被等离子体p解离的气体存在在等离子体p状态下放射的气体自身的固有波长(颜色)，当发生等离子体p的异常状态时，被放射的光的颜色及波长可能会发生变化。因此，光学感测模块330可以通过观察器v收集关于等离子体p的颜色的等离子体光学信息。
102.光学测量模块350可以生成将从光学感测模块330接收到的等离子体光学信息按照各个波长划分的光学测量信息。即，光学测量模块350可以将接收到的等离子体光学信息按照包括紫外线-可见光线-红外线区域的200至1100nm的各个波长划分而生成由此的光学测量信息。
103.控制模块170在从光学测量模块350接收到光学测量信息时，可以将光学测量信息与作为正常状态下的基准波长信息的基准值进行比较而生成第三电弧产生信息。
104.另外，控制模块170在基于第三电弧产生信息判断产生了电弧时，可以判断在工艺腔室c内部产生了电弧，由此，可以生成对工艺腔室的电弧产生信息。
105.如上所述，本实施例的等离子体感测装置100”可以光学层面观察在工艺腔室c内部产生的等离子体p来判断是否产生电弧。
106.以上，说明了光学方式的等离子体感测装置100"。以下，将通过组合上述各个实施例的感测结果来说明判断是否产生电弧的方法。
107.图11是用于说明综合图1至图10提出的超高速多通道等离子体感测装置100、100'、100"的检测结果来判断最终是否产生电弧的表信息的图。
108.在前面的实施例中，说明了如对基板w的第一泄漏电流感测、对卡盘h的第二泄漏电流感测及对等离子体p的感测一样，将相互不同的对象体作为对象进行感测的方式。这些感测方式也可以单独应用，但是当将它们以多通道方式构成而以复杂方式构成时，可以算出更可靠的检测结果。
109.换句话说，控制模块170可以将通过各个结构而产生的第一、第二和第三电弧产生信息相互匹配，根据其匹配结果生成作为最终电弧判断结果的第四电弧产生信息。
110.如图11所示，可以按照各个顺序状态生成第一、第二、第三电弧产生信息。此时，将至少两个以上的各个电弧产生信息相互匹配，根据其匹配结果导出作为最终判断结果的第
四电弧产生结果。
111.在图11中，虽然第一、第二、第三电弧产生信息均被提出，但这是为了整体说明，实质上可以应用将基板w和卡盘h的泄漏电流与等离子体p的光学信息分别相互匹配的方式。
112.例如，可以分别相互比较关于基板w的是否产生电弧的第一电弧产生信息与关于等离子体p的是否产生电弧的第三电弧产生信息，及关于卡盘h的电弧的第二电弧产生信息与关于等离子体p的电弧的第三电弧产生信息。
113.在这种情况下，当通过基板w产生的第一电弧产生信息包括关于电弧产生的信息且与此成为比较的通过等离子体p的第三电弧产生信息也包括关于电弧产生的信息时，该情况被判断为明显的电弧情况而可以生成相关的第四电弧产生信息。
114.反之，若在第一电弧产生信息或第二电弧产生信息被判断为正常状态，但是在第三电弧产生信息导出诸如微电弧的感测结果时，该情况是正常或微电弧的可能性相对较高，因此，可以综合这些而生成对应于基准表信息的第四电弧产生信息。
115.如上所述，当以基板w、卡盘h和等离子体p各自作为对象算出电弧产生信息并将算出的结果相互匹配而生成最终结果的方式时，对最终电弧产生信息的信赖度可以得到更进一步的提高。不仅如此，在这样的一系列过程中产生的所有信息都被作为履历信息存储及管理，且根据电弧产生信息自动实现固定工艺的控制，从而可以谋求整体工艺效率的提高。
116.如上所述的超高速多通道等离子体感测装置不限于在上面说明的实施例的结构和运转方式。上述实施例可以以各个实施例的全部或一部分选择性地组合而实现各种变形的方式构成。