고감도 . 고신뢰성 실시간 플라즈마 모니터링 시스템 개발

1. 고감도. 고신뢰성 실시간 플라즈마 모니터링 시스템 개발 PIMACS Precision Instrument for Material and Analytical Chemistry Seoul, Korea Nov. 2008

2. 목 차 개발목표 기술개발의 필요성 세계 반도체 계측 시장동향 국내 반도체 계측 시장동향 반도체 산업분석 기술의 사업성 기술개요 개발목표-1차년도 기술성 1차년도 개발내용 개발목표-2차년도 2차년도 개발내용 Test (Arc, Leak, 온도) PIMACS의 개발능력

3. 개발목표 반도체/디스플레이 제조공정에서 플라즈마 공정의 실시간 이상감지 기술 개발 Micro-Arc 감지 진공 Leak 감지 End Point Detection

4. 기술개발의 필요성 D/R 감소에 따른 성숙 수율 도달기간 증가 (출저 : Nikkei Microdevices 2006.5) 불량발생 후 대처 시간 money 공정 계측/제어 적용

5. 세계 반도체 계측 시장동향 실시간 진단 장비 및 시스템 시장 성장 포함 (백만$) 한국 약 20%차지 Source : “차세대 반도체 핵심측정 기반 구축”에 관한 산업 분석, KRISS/IR—2006-021, 한국표준과학연구원

6. 국내 반도체 계측 시장동향 750 500 (백만$) 250 2010년 2002년 2003년 2004년 2006년 2008년

7. 반도체 산업분석 플라즈마의 균일성과 안정성 향상 플라즈마의 실시간 측정 정밀 공정제어 및 공정분석 가능 고감도 감시시스템 설계 가능 차세대 광학시스템 설계방식의 구축 특이한(Specific) 감시 시스템 구축 공정 감시 효율 증진/수율 향상 회귀분석 알고리즘 적용 플라즈마 상태 조기진단 회귀분석 알고리즘 모델 장착 플라즈마 감시와 진단의 지능적 수행

8. 기술개요

9. 기술성 • 기술의 완성도: 기초 feasibility test 완료 • 차별성: 새로운 알고리즘 적용, 고감도 확보 • 확장성 • 플라즈마 공정장비 chamber wall 상태 모니터링 • 플라즈마를 사용하지 않은 진공 공정 적용 확장 가능[Self Plasma OES] • 5% 이하의 open ratio 패턴 식각 공정의 End point detection 적용가능 • 반도체 이외의 플라즈마 공정 적용가능 • 소요기간: 1년~1년6개월 • 연계성: 플라즈마 측정 연구

10. 기술의 사업성 • 예상되는 기술 사용처 • 반도체/디스플레이 플라즈마 식각/증착 장비 • 기타 플라즈마 응용장비 및 진공장비 • 예상되는 기술이전 사업처 • 반도체/디스플레이 장비업체/소자제조 업체 • 진공/플라즈마 전문 진단모듈 업체 • 사업화 가능시기: 2009~2010

11. 개발목표 – 1차년도 : 통합 측정 시스템의 1차 개발 - 통합기기의 Wavelength resolution : 0.5 nm - 통합기기의 Max. Detection speed : 10 msec - 통합기기의 Data Reproducibility : 0.5% - 통합기기의 Min. Detection limit : 8 pA - 통합기기의 Data Reproducibility : 0.05% : 미세 leak 감지- 0.05sccm : 미세 arc 전류- 1mA : 미세 arc 지속시간- 0.5msec

12. 개발목표 – 1차년도 총 4단계로 측정하는 통합 측정 시스템의 개발로 반도체/디스플레이 플라즈마 공정 fault 감지기술을 확보 1단계: 플라즈마의 스펙트럼을 측정하여 광학 신호를 생성 2단계: 측정 시 투과율 감소를 고려하여 광학신호로부터 기준신호를 추출 3단계: 기준신호와 광학 신호를 이용하여 신호 변화량 추출 4단계: RMS(representative monitoring signal) Index를 추출하는알고리즘을 coding하고 이를 적용한  장치 개발

13. 1차년도 개발내용 1. Wavelength resolution 보완 : 1nm -> 0.5 nm - Spectrometer의 grating 정밀도 보완, Noise 제거 - Slit width: <10 um 2. Max. Detection speed 보완 : 20 ms -> 10 ms - 고성능칩 사용 & Noise level 감소 3. Data Reproducibility 향상 : 1% -> 0.5% - 내부 회로시스템 보완 -> Noise 감소 4. Min. Detection limit 보완 : 10pA -> 8pA -내부 회로 시스템의 Noise 제거 & 광학부품의 고급화

14. 1차년도 개발내용 5. Data Reproducibility 향상 : 0.1->0.05% -내부회로 시스템의 Noise 제거 & 고성능의 광학부품 사용 6. RMS(representative monitoring signal) index를 추출하는 알고리즘 coding 및 소프트웨어 개발 7. 미세 leak 제어장치 구축 및 leak에 의한 스펙트럼 변화 분석을 위한reference data 획득 실험 8. 아킹 테스트를 위한 인위적인 아킹 발생장치 제작 및 표면물질의 종류에 따른아킹 스펙트럼 reference data 구축 9. 통합 감시 시스템의 실험적 평가 - 미세 leak 감지 : 0.05 sccm - 미세 arc 전류 : 1 mA - 미세 arc지속시간 : 0.5 msec

15. 개발목표 – 2차년도 통합 측정 시스템의 2차 개발 - 통합기기의 Wavelength resolution : 0.05 nm - 통합기기의 Max. Detection speed : 1 msec - 통합기기의 Data Reproducibility : 0.05% - 통합기기의 Min. Detection limit : 1 pA - 통합기기의 Data Reproducibility : 0.005% : 미세 leak 감지- 0.01sccm : 미세 arc 전류- 0.1mA : 미세 arc 지속시간- 0.1msec

16. 2차년도 개발내용 1. Wavelength resolution 보완 : 0.5 nm -> 0.05 nm - Spectrometer의 grating 정밀도 보완, Noise 제거 - Slit width: <10 um 2. Max. Detection speed 보완 : 10 ms -> 1 ms - DAC칩 사용 & 회로 집적화, S/W 보완 3. Data Reproducibility 향상 : 0.5 % -> 0.05 % - 내부 회로시스템 보완 -> Noise 감소 4. Min. Detection limit 보완 : 8 pA -> 1 pA -내부 회로 시스템의 Noise 제거 & 광학부품의 고급화

17. 2차년도 개발내용 5. Data Reproducibility 향상 : 0.05 % -> 0.005 % -내부회로 시스템의 Noise 제거 & 고성능의 광학부품 사용 6. RMS(representative monitoring signal) index를 추출하는소프트웨어 보완 및 개선 7. 0.005 sccm 급 미세 leak 제어장치 구축 및 미세 leak 감지 성능평가 8. 인위적인 마이크로 아킹 발생장치 제작/ 마이크로아킹 감지 성능 평가 9. 통합 감시 시스템의 실험적 평가 - 미세 leak 감지 : 0.01 sccm - 미세 arc 전류 : 0.1 mA - 미세 arc지속시간 : 0.1 msec

18. Arc 감지 test Arc

19. 미세 leak test 결과

20. Spectrometer의 온도 영향

21. 감사합니다