JP7153362B2

JP7153362B2 - 半導体部品の交換監視装置及びこれによる部品交換監視方法

Info

Publication number: JP7153362B2
Application number: JP2020203158A
Authority: JP
Inventors: ヒョンチェ、ウ; ウイ、サン
Original assignee: アダプティブプラズマテクノロジーコーポレーション
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2040-12-08
Also published as: JP2022090706A

Description

本発明は、半導体部品の交換監視装置及びこれによる部品交換監視方法に係り、具体的に、部品の交換過程で部品の固定位置を探知して、部品の整列誤差によって発生しうる工程エラーを防止させる半導体部品の交換監視装置及びこれによる部品交換監視方法に関する。

半導体製造過程で使われる部品のうち、消耗性部品に該当するエッジリング（ＥｄｇｅＲｉｎｇ）のような部品は、周期的に置き換えられる必要がある。エッジリングは、ウェーハの縁部にプラズマまたはガス流れを制限して、工程の均一性または信頼性を高めるために使われる。このようなエッジリングの交換のために、チャンバの内部を大気状態に作り、蓋（Ｌｉｄ）が開放されなければならない。もし、このようなエッジリングの交換が真空状態で真空ロボットによって進行すれば、交換時間または装備のバックアップ時間（ＢａｃｋｕｐＴｉｍｅ）を減少させて、生産性を向上させうる。特許文献１は、クラスターツールアセンブリーに配されたプロセッサモジュール内で消耗性部品の除去及び交換を可能にするクラスターツールアセンブリーについて開示する。また、特許文献２は、ウェーハ整列装置を含むロードロックチャンバについて開示する。部品の交換過程で半導体工程設備の変化を最小にしながら、交換時間を減少させることが生産性の効率に有利である。そして、このような交換過程で発生しうる整列誤差を防止することができる手段が作られる必要がある。これにより、半導体工程で要求される精度を充足させる必要がある。しかし、先行技術は、このような技術について開示しない。
本発明は、先行技術の問題点を解決するためのものであって、下記のような目的を有する。

大韓民国特許公開番号１０－２０１７－００５４２４８（ラムリサーチ株式会社、２０１７．０５．１７．公開）プラズマプロセッシングシステムとインターフェーシングするエンドエフェクトを使用した消耗性部品の自動化された交換大韓民国特許公開番号１０－２０１１－００５６８４１（株式会社テス、２０１１．０５．３１．公開）ウェーハ整列装置及びそれを含むロードロックチャンバ

本発明の目的は、消耗性部品が交換された状態で部品の固定位置を探知して、部品が所定の位置に装着されたか否かを確認して、交換位置エラーによる工程誤差を防止させる半導体部品の交換監視装置及びこれによる部品交換監視方法を提供するところにある。

本発明の適切な実施形態によれば、半導体部品の交換監視装置は、交換のために部品ローディングが可能な構造を有しながら、ロボットによって移送可能なフィンガー；及びフィンガーに結合されて交換位置のイメージ獲得が可能なイメージ獲得手段；を含む。
本発明の他の適切な実施形態によれば、フィンガーは、一対のハンドを含み、イメージ獲得手段は、一対のハンドにそれぞれ配される。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、イメージ獲得手段によって獲得されたイメージは、無線データで処理されて伝送される。

本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、部品は、ウェーハの縁部に結合されるエッジリングになり、イメージ獲得手段によって互いに異なる位置で静電チャック３１とエッジリングとの分離間隔が探知される。

本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、半導体部品の交換監視方法は、交換されなければならない部品がロボットアームによって移送されて固定される段階；獲得されたイメージが無線通信を通じて伝送されるカメラモジュールが装着された部品交換手段が用意される段階；カメラモジュールが装着された部品交換手段が部品が固定された位置に移動する段階；固定された部品の互いに異なる位置に対するイメージが獲得されて数値化になって伝送される段階；伝送された数値が基準範囲にあるか否かが判断される段階；及び伝送された数値が保存される段階；を含み、カメラは、部品移送手段に形成されたホールを通じてイメージを獲得する。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、カメラモジュールによって工程チャンバの状態情報が獲得される。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、カメラモジュールの作動のための電力は、ロボットアームを通じて供給される。

半導体製造用装備のチャンバの内部部品のうち、消耗性部品に該当するエッジリングは、ウェーハの外角でプラズマ及びガス流動を制限して、工程の均一性を確保する機能を有する。このようなエッジリングは、周期的に交換されなければならず、交換のためにチャンバが大気圧状態に作られ、蓋を開いて手動で交換される。このような交換工程が真空状態でロボットによって進行すれば、交換時間及びバックアップ時間を減少させ、これにより、生産性が向上する。半導体工程が微細化レベル及び高度化になりながら、エッジリングの装着位置によってウェーハの最外郭チップが影響を受け、これにより、収率が低くなる。

本発明による半導体部品の交換監視装置は、このような消耗性部品を真空状態でロボットによって所定の位置に正確に装着させる。また、本発明による監視装置は、消耗性部品が定位置検査と共に交換過程で工程チャンバの内部の状態を監視させる。

本発明による監視方法は、部品の交換過程で部品の位置がカメラのようなビジョンユニットによって確認されて、部品交換による工程誤差が発生することを防止させる。

本発明による監視方法は、工程条件を保持しながら、交換が必要な部品を周期的に交換することによって、装備稼動率及び生産性を向上させる。

また、本発明による監視方法は、ロードロックチャンバの構造を部品交換に適するように変更して部品を交換しながら、部品の移送経路を最小にすることによって、装備の活用度及び交換時間を減少させる。

本発明による半導体部品の交換監視装置の実施形態を示した図面である。本発明による監視装置でイメージ獲得手段の配置構造の実施形態を示した図面である。本発明による監視装置で交換監視のための基準位置の実施形態を示した図面である。本発明による監視装置で交換監視のための基準位置の実施形態を示した図面である。本発明による半導体用部品交換の監視方法の実施形態を示した図面である。本発明による半導体用部品交換の監視方法の実施形態を示した図面である。

以下、本発明は、添付図面に提示された実施形態を参照して詳細に説明されるが、実施形態は、本発明の明確な理解のためのものであって、本発明は、これに制限されるものではない。下記の説明で、互いに異なる図面で同じ図面符号を有する構成要素は、類似した機能を有するので、発明の理解のために、不要であれば、反復説明はせず、公知の構成要素は、簡略に説明されるか、省略されるが、本発明の実施形態から除外されるものと理解されてはならない。

図１は、本発明による半導体部品の交換監視装置の実施形態を図示したものである。
図１を参照すれば、半導体部品の交換監視装置は、交換のために部品ローディングが可能な構造を有しながら、ロボットによって移送可能なフィンガー１２；及びフィンガー１２に結合されて交換位置のイメージ獲得が可能なイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂ；を含む。

部品は、例えば、半導体工程過程でウェーハを所定の位置に固定させるエッジリングになりうるが、これに制限されず、多様な消耗性部品またはこれと類似した交換が必要な部品の交換過程がモニタリングになりうる。消耗部品は、使用期限、欠陥またはこれと類似した原因によって交換されなければならない部品になり、交換部品は、消耗部品を代替する新たな部品になる。交換監視装置は、例えば、ロボットアームのような自動移送装置によって工程チャンバに移動することができる。交換監視装置は、移送手段１５に結合されたフィンガー１２を含み、部品は、ローディングユニット１１に積載される。ローディングユニット１１は、フィンガー１２に積載されて固定される構造になるか、フィンガー１２の一部を形成しうる。

例えば、フィンガー１２は、ローディングユニット１１が所定の位置に固定されるか、分離される構造または手段を有し、例えば、溝、突起、磁性結合部位またはこれと類似した結合手段を含みうる。ローディングユニット１１に部品が積載され、フィンガー１２は、ローディングユニット１１を、例えば、真空チャンバの内部に配された静電チャックに移送させて部品を装着させることができる。フィンガー１２は、互いに分離されて平行に延びる一対のハンド１２ａ、１２ｂを含み、四角板状、円板状またはこれと類似した形状を有したローディングユニット１１がフィンガーハンド１２ａ、１２ｂの上側に位置された状態でフィンガー１２がロボットアームのような真空ロボットによって移動することができる。

フィンガーハンド１２ａ、１２ｂの端部または他の既定の位置にカメラのようなイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂが結合されうる。平行に延びるフィンガーハンド１２ａ、１２ｂは、同一または類似した構造を有し、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、それぞれのフィンガーハンド１２ａ、１２ｂの所定の位置に分離可能になるように結合されうる。イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、焦点がフィンガー１２によって形成される平面に対して垂直方向に形成されうる。

カプラー１５によってフィンガー１２が真空ロボットに結合され、真空ロボットの作動によって、ローディングユニット１１は、多様な位置に移動し、例えば、工程チャンバの内部に配された静電チャック（ＥＳＣ）に移動することができる。ローディングユニット１１、フィンガー１２またはカプラー１５に処理ユニット１３が配され、処理ユニット１３は、マイクロプロセッサを含む電子チップ構造を有し、ローディングユニット１１の作動状態を探知するか、ローディングユニット１１に配された多様な電子部品または電子素子の作動を制御することができる。

処理ユニット１３は、それぞれのイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂの作動を制御するか、それぞれのイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって獲得されたイメージを伝送可能なデータに変換するイメージ処理手段を含みうる。また、処理ユニット１３は、近距離通信手段を含み、近距離通信手段によって外部作動装置と通信することができる。

例えば、処理ユニット１３は、部品の移動状態、交換状態または交換位置を探知して通信手段を通じて外部作動装置に伝送しうる。例えば、それぞれのイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって獲得された位置情報が、処理ユニット１３によって処理されて通信手段を通じて外部作動装置に伝送することができる。例えば、カメラユニットのようなビジョンユニット１４がローディングユニット１１の前側に設けられる。

イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、部品がローディングユニット１１に積載された状態で部品が固定される既定の地点に対する映像が獲得されるか、交換された部品の静電チャックに対する位置を獲得できるようにフィンガーハンド１２ａ、１２ｂに配置される。それぞれの交換部品の静電チャックに対する相対的な位置が獲得されれば、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂに設けられた位置イメージ処理ユニット１６によって電気信号に変換されて処理ユニット１３に伝送することができる。

処理ユニット１３に設けられた無線データ処理ユニット１７によってイメージデータが伝送可能な無線信号データに変換されて外部にロボットアームを通じて、または近距離無線通信を通じて、無線信号データが真空チャンバの外部に位置する交換制御ユニット１８に伝送することができる。伝送された部品の位置データが交換制御ユニット１８によって分析されて、交換部品が所定の位置に固定されたか否かが確認される。イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、フィンガー１２の多様な位置に結合されうる。

図２は、本発明による監視装置でイメージ獲得手段の配置構造の実施形態を図示したものである。
図２を参照すれば、フィンガー１２は、一対のハンド１２ａ、１２ｂを含み、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、一対のハンド１２ａ、１２ｂにそれぞれ配される。フィンガー１２は、全体として板状になりながら、真空ロボットのアームのような移送手段に連結されるコネクタ１２１が形成されうる。一対のハンド１２ａ、１２ｂは、コネクタ１２１から四角板状に延びる胴体から平行に延びる。一対のハンド１２ａ、１２ｂは、ローディングユニットの下側を支持して移動させる多様な構造で作られ、提示された実施形態に制限されるものではない。

フィンガー１２の胴体または一対のハンド１２ａ、１２ｂにホールが形成され、例えば、一対のハンド１２ａ、１２ｂのそれぞれの延長方向に裏側及び前側にそれぞれ貫通ホール２１ａ、２１ｂが形成されうる。そして、一対のハンド１２ａ、１２ｂのそれぞれの端部に形成された貫通ホールにイメージ獲得ユニット１４ａ、１４ｂが配置される。図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれフィンガー１２の上側及び下側から見た形状を図示したものであって、カメラのようなイメージ獲得ユニット１４ａ、１４ｂは、ハンド１２ａ、１２ｂの上側部分に設けられて貫通ホールを通じてフィンガー１２に垂直方向に焦点が形成されてハンド１２ａ、１２ｂの下側のイメージを獲得することができる。

イメージ獲得ユニット１４ａ、１４ｂの作動に必要な電力は、ロボットアームを通じて供給されるか、前述した処理ユニットから供給されるか、独立電源によって供給され、これにより、本発明は制限されるものではない。一対のハンド１２ａ、１２ｂに設けられたイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって、例えば、エッジリングのような半導体用部品の静電チャックの所定の位置に装着されたか否かが確認される。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による監視装置で交換監視のための基準位置の実施形態を図示したものである。
図３Ａを参照すれば、部品は、ウェーハの縁部に結合されるエッジリング３２になり、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって互いに異なる位置で静電チャック３１とエッジリング３２との分離間隔が探知される。交換部品に該当するエッジリング３２は、静電チャック３１に装着されてウェーハの周面を通じてプラズマの外部への移動を制限する機能を有しうる。ウェーハの周面で均一なプラズマ密度が保持されるように静電チャック３１の周面とエッジリング３２の内部周面との間隔が周面に沿って一定に保持される必要があり、これにより、工程エラーが減少しうる。

エッジリング３２は、フィンガーによって工程チャンバの内部に移動して静電チャック３１に装着される。静電チャック３１にエッジリング３２が装着されれば、イメージ獲得手段によってエッジリング３２の装着状態が探知される。図３の左側に示されたように、円形の静電チャック３１の周面に円柱状のエッジリング３２が固定される。エッジリング３２が所定の位置に装着されたか否かを確認するために、互いに対向する２つの地点で分離間隔（Ｄ１、Ｄ２）がイメージ獲得手段によって獲得されて数値化になりうる。数値化になった分離間隔（Ｄ１、Ｄ２）が交換制御モジュールに伝送されて、定められた仕様（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）範囲になるか否かが確認される。

このような仕様範囲は、工程段階によって互いに異なり、それぞれの工程段階でエッジリング３２の装着状態が確認される。もし、エッジリング３２の装着状態が工程段階で要求される精度を外れる場合、警報が発生するか、エラー信号が発生しうる。前述したように、それぞれのハンドにカメラのようなイメージ獲得手段が装着され、イメージ獲得手段によって分離間隔（Ｄ１、Ｄ２）に対するイメージが獲得される。

分離間隔（Ｄ１、Ｄ２）は、少なくとも２つの地点に対して獲得され、例えば、２つの地点（Ｐ１１、Ｐ１２）が基準位置として選択されうる。または、３つの地点（Ｐ１１、Ｐ２３、Ｐ２４）が基準位置として選択されるか、４つの地点（Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４）が基準位置として選択されうる。このように、エッジリング３２の静電チャック３１に対するセンタリング状態は、多様な地点を基準に決定され、提示された実施形態に制限されるものではない。

図３Ｂを参照すれば、ローディングユニット１１にエッジリング３２が積載され、ローディングユニット１１は、フィンガー１２の上側に置かれる。ハンド１２ａ、１２ｂの端部にイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂが結合されうる。カプラー１５によってフィンガー１２が真空ロボットに結合され、真空ロボットの作動によってエッジリング３２が静電チャックに装着される。エッジリング３２が静電チャック３１に装着されてからフィンガー１２が再び工程チャンバの内部に進入し、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって前述した基準位置に対するイメージが獲得されて、処理ユニット１３を通じて交換制御ユニットに伝送されてエッジリング３２の装着状態が確認される。このような過程が、後述される。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明による半導体用部品交換の監視方法の実施形態を図示したものである。
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、半導体部品の交換監視方法は、交換されなければならない部品がロボットアームによって移送されて固定される段階（Ｐ４１）；獲得されたイメージが無線通信を通じて伝送されるカメラが部品交換手段に装着される段階（Ｐ４２）；部品交換手段が部品が固定された位置に移動する段階（Ｐ４３）；固定された部品の互いに異なる位置に対するイメージが獲得されて数値化になって伝送される段階（Ｐ４５）；伝送された数値が基準範囲にあるか否かが判断される段階（Ｐ４６）；及び伝送された数値が保存される段階；を含み（Ｐ４８）、カメラは、部品移送手段に形成されたホールを通じてイメージを獲得する。

フィンガー１２が入口４３を通じて工程チャンバ４１の内部に移動して交換されなければならないエッジリングが除去された静電チャック３１にエッジリング３２を固定させることができる（Ｐ４１）。このように、エッジリング３２が静電チャック３１に固定されれば、フィンガー１２が入口４３を通じて工程チャンバ４１の内部に再び進入することができる（Ｐ４３）。ハンド１２ａにあらかじめカメラとイメージ獲得手段１４ａとが装着された状態になり（Ｐ４２）、フィンガー１２は、エッジリング３２の固定のために使われたものと同一であるか、他のフィンガー１２になりうる。

フィンガー１２が工程チャンバ４１の内部に進入すれば、まず、入口４３に近い第１位置（Ｐ１）でイメージ獲得手段１４ａによってエッジリング３２と静電チャック３２との分離間隔に対するイメージが獲得される。そして、イメージ獲得手段１４ａが移動して、第１位置（Ｐ）と他の第２位置（Ｐ２）とでイメージが獲得されて数値化になりうる。前述したように、フィンガー１２または他の適切な位置に処理ユニット１３が配され、イメージ獲得手段１４ａと処理ユニット１３は、獲得されたイメージを外部に無線を通じて送信する無線送信システムを形成しうる。少なくとも互いに異なる２つの位置に対するイメージが獲得されて無線送信システムを通じて外部に設けられた制御モジュールに伝送することができる（Ｐ４５）。

制御モジュールは、工程段階によって伝送されたイメージに対する数値化になったデータから基準範囲内にあるか否かを判断することができる（Ｐ４６）。もし、基準範囲を外れたと判断されれば（ＮＯ）、警報信号またはエラー信号を発生させうる。そして、フィンガーが再び工程チャンバ４１の内部に進入してエッジリング３２の位置を較正させることができる（Ｐ４７）。このような過程が反復されてエッジリング３２が所定の位置に固定されたと判断されれば（ＹＥＳ）、数値データが保存することができる（Ｐ４８）。

提示された実施形態において、１つのイメージ獲得手段１４ａが提示されたが、一対のハンド１２ａにそれぞれイメージ獲得手段１４ａが結合されうる。また、イメージが獲得される位置（Ｐ１、Ｐ２）は、多様に設定しうる。また、イメージ獲得手段１４ａは、エッジリング３２の固定位置を確認することを含めて工程チャンバ４１の内部の状態を監視する用途として使われる。イメージ獲得手段１４ａは、多様な機能を有し、提示された実施形態に制限されるものではない。
多様な部品が交換モジュールによって置き換えられ、提示された実施形態に制限されるものではない。

以上、本発明は、提示された実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者は、提示された実施形態を参照して、本発明の技術的思想を外れない範囲で多様な変形及び修正発明を作ることができる。本発明は、このような変形及び修正発明によって制限されず、但し、下記に添付の特許請求の範囲によって制限される。

１１：ローディングユニット
１２：フィンガー
１２ａ、１２ｂ：フィンガー
１３：処理ユニット
１４ａ、１４ｂ：イメージ獲得手段
１５：カプラー
３１：静電チャック
３２：エッジリング

Claims

ウェーハの縁部に結合されるエッジリングである部品の交換のために部品ローディングが可能な構造を有しながら、ロボットによって移送可能なフィンガー１２と、
フィンガー１２に結合されて交換位置のイメージ獲得が可能なイメージ獲得手段１４ａ、１４ｂと、
を含み、
フィンガー１２は、一対のハンド１２ａ、１２ｂを含み、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂは、一対のハンド１２ａ、１２ｂにそれぞれ配置され、
溝、突起または磁性結合部位の結合手段によってフィンガー１２に固定され、部品が積載される板状の形状を有するローディングユニット１１をさらに含み、
部品が静電チャック３１に装着されてフィンガー１２を工程チャンバの内部に進入した時、イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって獲得される互いに異なる位置でのイメージから静電チャック３１とエッジリングとの分離間隔が探知される
ことを特徴とする半導体部品の交換監視装置。
イメージ獲得手段１４ａ、１４ｂによって獲得されたイメージは、無線データで処理されて伝送されることを特徴とする請求項１に記載の半導体部品の交換監視装置。