식각 및 증착 등의 플라즈마를 이용하는 플라즈마 공정의 진단은 공정 관리를 위해 매우 중요하다. 따라서 그 상태를 진단하기 위한 연구가 매우 활발히 진행 되어 오고 있으나, 플라즈마 진단의 개념과 혼돈을 이루면서 플라즈마 공정 진단의 방향에 혼돈이 있다. 일단 플라즈마의 특성 인자 자체를 측정하는 기존의 플라즈마 진단법과는 다른 개념으로 공정 플라즈마 진단 방법론은 개발되어야 한다. 한편, 공정 진단을 목표로 하는 또 다른 연구들은 진단계로부터 생성되는 신호를 통계적으로 처리하여 공정 상태와 연관 지으려는 방향으로 주로 이뤄지고 있다. 이러한 방법들은 측정한 신호가 구체적으로 공정에서 어떠한 의미를 갖고 있는가 관찰하는 공정 진단의 개념 또한 보완할 필요가 있다. 따라서 공정 플라즈마 진단은 공정 진단에서 요구하는 최하단의 자료에 대한 신뢰도를 극대화 시키는 전략적 방법이다. 본 연구에서는 어떻게 플라즈마 진단을 통하여 공정 플라즈마의 특성 변화 진단의 개념으로 전개시키는가에 대한 개발 방법론을 소개하고자 한다. 플라즈마 물리적인 문제로써 플라즈마 내부에서 일어나는 반응가스의 해리 및 이온화 등의 반응율 변화가 공정 결과의 매우 민감한 결정 요인이 될 것이다. 이 개념과 유사하게 Gudmundsson[1] 등은 전자 에너지 분포 함수(EEDF) 계산을 통한 박막 증착율을 예측하는 연구 결과를 개시하였으나 이를 공정 진단의 개념으로는 확장하지 못한 상태이다. 본 연구에서는 플라즈마 공정 중에 발생되는 OES 신호로부터 해석되는  EEDF 변동과 반응물의 신호를 종합하여 대상 공정 반응의 주요 화학 반응과의 관계 정립을 통한 공정 진단 인자의 설정으로 공정 변화를 진단할 수 있는 방법론을 소개한다. 여기에서는 OES에서 최소 세 가지 파장의 신호를 추출하여 사용하고, 파장의 광신호들을 플라즈마 중의 분자 반응론 기반의 화학 반응 메커니즘 방정식[2]에 의거하여 공정 결과를 예측하는 단일 인자로 생성해내는 공정 진단 알고리즘을 개발하였음을 보고한다. 여기서 식각 및 증착을 일으키는 화학 반응물의 생성율에 비례하는 값을 r-factor 라는 새로운 인자로 신호화한 판단 인자를 통해 공정 진단의 기준 설정 가능성을 보였다. 예로서 SF6-SiO2 식각 공정 중의 광신호에서 얻은 r-factor의 초기값을 1로 규격화했을 때 r-factor가 약 1.2 미만인 영역에서는 식각율과 r-factor가 선형적 관계를 보여 식각율의 변동 양상을 예측할 수 있을 것으로 판단될 수 있고, 1.2 이상의 영역에서는 포화된 경향을 보여 식각율이 안정된 정상 공정 상태임에 해당하였다. 따라서 이 방법론을 이용하여 공정 중에도 광신호 기반의 r-factor 산출을 통해 공정 진단 및 상태 판단 신호로 활용시킬 수 있을 것이며, 다양한 공정 대상에 대하여 충분히 자료화한다면 공정 진단을 지능화 시키거나 공정 관리에 필요한 취득 자료의 수를 대폭 줄여 공정 진단의 고효율화에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 

참고문헌

[1] J.T.Gudmundsson, the 30th ICPIG 2011 Proceeding
[2] A. Matsuda, K. Tanaka, Thin Solid Films, 92(1982) 171-187

2011_반도체디스플레이학회_fall_abstract_박설혜.pdf

2011_반도체디스플레이학회_fall_poster_박설혜.pdf