等离子体感测装置、等离子体监测系统和等离子体工艺控制方法制造方法及图纸

一种等离子体监测系统包括执行等离子体工艺的等离子体室、第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置以及控制器。第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置分别位于相对于等离子体室中的监测等离子体平面的中心点彼此垂直的第一水平方向和第二水平方向上。第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置基于在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束和在第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于监测等离子体平面的第一检测信号和第二检测信号。控制器通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息，并基于二维等离子体分布信息控制等离子体工艺。

Plasma sensing device, plasma monitoring system and plasma process control method

【技术实现步骤摘要】
等离子体感测装置、等离子体监测系统和等离子体工艺控制方法相关申请的交叉引用于2018年9月7日向韩国知识产权局(KIPO)提交的标题为“等离子体感测装置、等离子体监测系统和控制等离子体工艺的方法”的韩国专利申请第10-2018-0107314号通过引用的方式整体并入本文中。
示例性实施例总体上涉及等离子体处理，并且更具体地涉及一种等离子体感测装置、包括该等离子体感测装置的等离子体监测系统和控制等离子体工艺的方法。
技术介绍
在等离子体环境下进行沉积和蚀刻是两种最常见的用于在集成电路制造中形成图案化层的等离子体工艺。若要成功实现这些工艺，关键点是要对等离子体室或处理室内的化学成分和杂质水平加以控制。为了确保对正确量的薄膜进行沉积或蚀刻，需要在等离子体工艺期间监测处理室中的等离子体状态。光发射光谱仪(OES)是一种用于检测等离子体室中各种气体种类的存在及相对浓度的可在市场上买到的装置。例如，OES可以用于确定处理端点。然而，OES通常提供等离子体室中整体等离子体的特性，由此使得灵敏度较低。
技术实现思路
根据示例性实施例，一种等离子体监测系统包括等离子体室、第一等离子体感测装置、第二等离子体感测装置和控制器。等离子体室执行等离子体工艺。第一等离子体感测装置位于从等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上，并且基于在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于监测等离子体平面的第一检测信号。第二等离子体感测装置位于从监测等离子体平面的中心点开始的第二水平方向上，其中第二水平方向垂直于第一水平方向，并且基于在第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于监测等离子体平面的第二检测信号。控制器通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息，并基于二维等离子体分布信息控制等离子体工艺。根据示例性实施例，一种位于从等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上的等离子体感测装置包括：过滤在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的入射光束以产生对应于监测等离子体平面的线光束的光束接收器；对线光束进行分离以产生两个分离线光束的分离器；基于两个分离线光束中的一个产生强度数据的一维检测器，该强度数据表示根据在垂直于第一水平方向的第二水平方向上的监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布；分割两个分离线光束中的另一个以产生每波长衍射光束的衍射光栅；以及基于每波长衍射光束产生光谱数据的图像传感器，该光谱数据表示根据在第二水平方向上的监测等离子体平面上的位置的一维每波长强度分布。根据示例性实施例，一种控制等离子体工艺的方法包括：基于在从监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于第一水平方向的第一检测信号；基于在从监测等离子体平面的中心点开始的第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于第二水平方向的第二检测信号，第二水平方向垂直于第一水平方向；通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息；并且基于二维等离子体分布信息控制等离子体室的等离子体工艺。附图说明通过参考附图来详细描述示例性实施例，各特征对于本领域技术人员而言将变得显而易见，在附图中：图1示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的示图。图2示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的剖视图。图3示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。图4示出了图3的等离子体监测系统的平面图。图5和图6示出了图3的等离子体监测系统的侧视图。图7示出了根据示例性实施例的等离子体感测装置中包括的光束接收器的示例性实施例的透视图。图8示出了图7的光束接收器的侧视图。图9示出了根据示例性实施例的等离子体感测装置的示图。图10示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例的示图。图11示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱图像的示例的示图。图12示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例的示图。图13示出了根据示例性实施例的控制等离子体工艺的方法的流程图。图14和图15示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例的示图。图16示出了基于图14和图15的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。图17A和图17B示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例的示图。图18示出了基于图17A和图17B的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。图19、图20和图21示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。具体实施方式在下文中将参考附图更全面地描述各种示例性实施例，附图中示出了某些示例性实施例。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。可以省略掉重复的描述。为了便于说明和描述，采用X轴、Y轴和Z轴的正交集来描述示例性实施例。X轴、Y轴和Z轴用于沿三个方向的三个垂直方向，并且不局限于特定方向。X方向对应于第一水平方向，Y方向对应于第二水平方向，Z方向对应于竖直方向。如果没有给出例外描述，那么，Z方向就表示垂直于等离子体室中的晶片表面或垂直于监测等离子体平面的竖直方向。在本公开中，X、Y和Z可以用于指示方向，并且可替代地指示相应方向上的位置或坐标。图1是示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的示图，图2是根据示例性实施例的等离子体监测系统的剖视图。参考图1和图2，等离子体监测系统10可以包括等离子体室100、第一等离子体感测装置PSN1200、第二等离子体感测装置PSN2300和控制器CTRL400。第一等离子体感测装置200位于从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X上。第二等离子体感测装置300位于从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y上。换言之，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300相对于监测等离子体平面MPN的中心点CP彼此垂直定位。可以与垂直位置相对应地设置观察窗口VW1和VW2。第一等离子体感测装置200基于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束BX，产生关于监测等离子体平面MPN的第一检测信号PDI1。第一检测信号PDI1可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布。第二等离子体感测装置300基于在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束BY，产生关于监测等离子体平面MPN的第二检测信号PDI2。第二检测信号PDI2可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体监测系统，包括：/n执行等离子体工艺的等离子体室；/n位于从所述等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上的第一等离子体感测装置，所述第一等离子体感测装置基于在所述第一水平方向上从所述监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于所述监测等离子体平面的第一检测信号；/n位于从所述监测等离子体平面的所述中心点开始的第二水平方向上的第二等离子体感测装置，所述第二等离子体感测装置基于在所述第二水平方向上从所述监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于所述监测等离子体平面的第二检测信号，其中所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向；以及/n控制器，所述控制器通过基于所述第一检测信号和所述第二检测信号执行卷积运算来检测关于所述监测等离子体平面的二维等离子体分布信息，并基于所述二维等离子体分布信息控制所述等离子体工艺。/n

【技术特征摘要】
20180907 KR 10-2018-01073141.一种等离子体监测系统，包括：
执行等离子体工艺的等离子体室；
位于从所述等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上的第一等离子体感测装置，所述第一等离子体感测装置基于在所述第一水平方向上从所述监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于所述监测等离子体平面的第一检测信号；
位于从所述监测等离子体平面的所述中心点开始的第二水平方向上的第二等离子体感测装置，所述第二等离子体感测装置基于在所述第二水平方向上从所述监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于所述监测等离子体平面的第二检测信号，其中所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向；以及
控制器，所述控制器通过基于所述第一检测信号和所述第二检测信号执行卷积运算来检测关于所述监测等离子体平面的二维等离子体分布信息，并基于所述二维等离子体分布信息控制所述等离子体工艺。


2.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中所述第一检测信号表示在所述监测等离子体平面的所述第二水平方向上的一维等离子体分布，并且所述第二检测信号表示在所述监测等离子体平面的所述第一水平方向上的一维等离子体分布。


3.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中所述第一检测信号和所述第二检测信号中的每一个包括：
强度数据，所述强度数据表示根据在所述第一水平方向和所述第二水平方向中的每一个上的所述监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布；以及
光谱数据，所述光谱数据表示根据在所述第一水平方向和所述第二水平方向中的每一个上的所述监测等离子体平面上的所述位置的一维每波长强度分布。


4.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中所述第一等离子体感测装置和所述第二等离子体感测装置中的每一个包括：
光束接收器，所述光束接收器过滤所述第一入射光束和所述第二入射光束中的每一个以产生对应于所述监测等离子体平面的线光束；
分离器，所述分离器对所述线光束进行分离以产生两个分离线光束；
一维检测器，所述一维检测器基于所述两个分离线光束中的一个产生强度数据，所述强度数据表示根据在所述第一水平方向和所述第二水平方向中的每一个上的所述监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布；
衍射光栅，所述衍射光栅分割所述两个分离线光束中的另一个以产生每波长衍射光束；以及
图像传感器，所述图像传感器基于所述每波长衍射光束产生光谱数据，所述光谱数据表示根据在所述第一水平方向和所述第二水平方向中的每一个上的所述监测等离子体平面上的所述位置的一维每波长强度分布。


5.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中：
所述第一检测信号包括第一强度数据，所述第一强度数据表示根据在所述第二水平方向上的所述监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布，
所述第二检测信号包括第二强度数据，所述第二强度数据表示根据在所述第一水平方向上的所述监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布，并且
所述控制器通过基于所述第一强度数据和所述第二强度数据执行卷积运算来产生所述监测等离子体平面中的整体气体种类的二维整体强度分布，作为所述二维等离子体分布信息。


6.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中：
所述第一检测信号包括第一光谱数据，所述第一光谱数据表示根据在所述第二水平方向上的所述监测等离子体平面上的位置的一维每波长强度分布，
所述第二检测信号包括第二光谱数据，所述第二光谱数据表示根据在所述第一水平方向上的所述监测等离子体平面上的位置的一维每波长强度分布，并且
所述控制器通过基于所述第一光谱数据和所述第二光谱数据执行卷积运算来产生所述监测等离子体平面中的各个气体种类的二维每波长强度分布，作为所述二维等离子体分布信息。


7.根据权利要求1所述的等离子体监测系统，其中所述第一等离子体感测装置包括：
第一光束接收器，所述第一光束接收器过滤所述第一入射光束，以产生对应于所述监测等离子体平面的第一线光束；
第一分离器，所述第一分离器分离所述第一线光束以产生第一分离线光束和第二分离线光束；
第一一维检测器，所述第一一维检测器基于所述第一分离线光束产生第一强度数据，所述第一强度数据表示根据在所述第二水平方向上的所述监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布；以及
第一二维检测器，所述第一二维检测器基于所述第二分离线光束产生第一光谱数据，所述第一光谱数据表示根据在所述第二水平方向上的所述监测等离子体平面上的所述位置的一维每波长强度分布。


8.根据权利要求7所述的等离子体监测系统，其中所述第一光束接收器包括：
第一透镜单元，所述第一透镜单元会聚所述第一入射光束；以及
第一滤光器，所述第一滤光器具有狭缝，以使所述第一透镜单元的会聚光束中的所述第一线光束通过。


9.根据权利要求7所述的等离子体监测系统，其中所述第一二维检测器包括：
第一衍射光栅，所述第一衍射光栅分割所述第二分离线光束，以产生第一每波长衍射光束；以及
第一图像传感器，所述第一图像传感器基于所述第一每波长衍射光束产生第一光谱数据。


10.根据权利要求7所述的等离子体监测系统，其中所述第二等离子体感测装置包括：
第二光束接收器，所述第二光束接收器过滤所述第二入射光束，以产生对应于所述监测等离子体平面的第二线光束；
第二分离器，所述第二分...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴宪勇，裴祥佑，李瑟琪，朱愿暾，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR