KR100816453B1 - 공정챔버의 실시간 리크 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비(예; CVD, HDP CVD, Etcher)를 이용한 반도체 기판 제조공정에서 발생하는 공정챔버의 리크(Leak)를 실시간으로 검출하는 기술에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 리크 발생으로 인해 공정챔버 안으로 외부 공기가 주입되면서 플라즈마 스펙트럼 중에 질소, 산소, 아르곤 등의 스펙트럼이 발생되었는지를 EPD를 통해 감지하고, 그 감지신호에 따라 공정챔버에서의 리크 발생을 헬륨 리크 검출기를 통해 장비의 가동 중단없이 실시간으로 확인하도록 한 것으로, 이를 통해 공정챔버에서의 리크 발생시 이의 확인에 따른 시간을 절약하면서 생산성을 향상시키고, 고온의 HDP CVD공정에서 공정챔버의 균열 발생시 그 확인이 용이하게 이루어지도록 하여 공정챔버의 손상과 그 손상으로 인한 사고 발생을 예방한 것이다.

CVD장비, 플라즈마, EPD, 리크, Etch 장비

Description

공정챔버의 실시간 리크 검출 시스템{Real time leak detection system of process chamber}

도 1은 본 발명의 일실시예로 공정챔버의 실시간 리크 검출시스템에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 화학적 기상증착 공정이 진행되는 상태에서 리크 발생시 질소의 스펙트럼 변화를 보인 그래프.

도 3은 본 발명의 일실시예로 화학적 기상증착 공정이 진행되는 상태에서 기판 홀딩과 증착 공정에서의 리크 발생상태를 보인 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 ; 기판 2 ; 공정챔버

3 ; 플라즈마 4 ; 광윈도우

10; 스펙트럼 감지부 11; 광탐침부

12; 광집속부 13; 광해석부

20; 리크검출부 30; 메인컴퓨터

100; CVD장비

본 발명은 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비(예; CVD, HDP CVD, Etcher)를 이용한 반도체 기판 제조공정에서 발생하는 공정챔버의 리크(Leak)를 실시간으로 검출하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버(Chamber)에서 나오는 플라즈마 에미션(Plasma Emission)을 모니터링하는 상태에서 공정챔버에 리크가 있어 외부 공기가 챔버 안으로 주입되는 경우 플라즈마 스펙트럼 중에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 모니터링되므로 이러한 신호가 감지되면 공정챔버에 리크가 있는 것으로 판단하는 공정챔버의 실시간 리크 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

주지된 바와같이, 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비를 통해 이루어지는 반도체 기판 제조 공정에서 반도체, 유전체, 및 도체 물질, 예를 들어 폴리실리콘, 이산화 실리콘, 및 알루미늄층은 기판 상에 증착되고, 게이트, 비아, 콘택홀 또는 상호 배선 라인의 패턴을 형성하도록 식각된다.

이때, 상기의 층들은 전형적으로 화학적 기상증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 또는 산화 및 질화 공정에 의해 형성된다.

예를들어, CVD공정에서 반응성 가스는 기판상에서 물질층을 증착시키기 위해 분해되며, PVD공정에서는 기판상에 물질을 증착시키기 위해 타겟이 스퍼터링된다.

산화 및 질화 공정에서, 산화층 또는 질화층은 전형적으로 이산화 실리콘층 또는 질화 실리콘층이 기판 상에 형성된다. 식각 공정에서 포토레지스트의 패턴화 된 마스크층 또는 하드 마스크가 포토리소그라픽 방법에 의해 기판상에 형성되어 기판의 노출부가 Cl2, HBr 또는 BCl3와 같은 활성화된 가스에 의해 식각된다.

이때, 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비를 이용한 증착공정에 있어, 공정챔버에서 리크의 발생으로 장비 불량이 초래되는 경우, 종래에는 장비 불량을 초래하는 리크의 발생시점을 실시간으로 발견하기가 상당히 어려웠다.

즉, 증착공정이 진행되는 상태에서 공정챔버에서 리크가 발생하는 경우, 종래에는 매 공정단계(shift)마다 장비 가동을 중지하고 풀 펌핑(Full Pumping)을 한 후 모든 밸브를 닫은 상태에서 공정챔버내의 압력변화를 측정함으로써 리크가 발생되었는지를 체크할 수 있는데, 이 경우 그 체크에 따른 시간(약 20∼30분 정도)이 많이 소요됨은 물론, 장비 가동의 중지로 인해 생산성이 저하되는 단점이 있다.

이에따라, 종래에는 고온의 고밀도 플라즈마(HDP; High Density Plasma) CVD의 장비를 이용한 공정에서 공정챔버의 균열이 발생하더라도, 장비 가동이 중단된 상태에서 리크를 체크하는 동안 공정챔버의 냉각으로 인해 상기와 같은 균열상태의 확인이 불가능하게 되면서 공정챔버의 손상을 초래하는 사고를 유발시킬 수 밖에 없었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공정챔버 안으로 외부 공기가 주입되면서 플라즈마 스펙트럼 중에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 발생되었는지를 이피디(EPD; End Point Detection)를 통해 감지하고, 그 감지신호에 따라 공정챔버에서의 리크 발생을 헬 륨 리크 검출기(He Leak Detector)를 통해 장비의 가동 중단없이 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 공정챔버의 실시간 리크 검출 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 공정챔버의 실시간 리크 검출 장치는, 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비의 기판홀딩이나 증착 또는 식각공정 중에 공정챔버에서 나오는 플라즈마 광 에미션을 모니터링하고 그 플라즈마 광 에미션에 질소, 산소, 아르곤 등의 스펙트럼이 포함되었는가를 감지하는 스펙트럼 감지부; 상기 스펙트럼 감지부에서 감지된 스펙트럼 신호를 분석하여 공정챔버에서의 리크 발생여부를 검출하는 리크 검출부; 및 상기 리크 검출부로부터 검출된 리크로부터 경보신호를 출력하는 메인컴퓨터; 를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 스펙트럼 감지부는 공정챔버내 플라즈마 광을 포획하여 분석하는 광모듈인 것을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 광모듈은 공정챔버내 플라즈마 광을 모니터하는 광탐침부; 상기 광탐침부를 통해 모니터되는 공정챔버내의 플라즈마 광을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하는 광집속부; 상기 광집속부로부터 변환된 플라즈마 광의 전기적인 신호로부터 광 이미지의 파형을 생성하는 광해석부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 리크검출부에 의한 리크 검출은, 리크 발생으로 인해 공정챔버내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 질소의 스펙트럼이 광 해석부에 의해 생성된 광 이미지의 파형에 존재하는 경우 검출되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 공정챔버의 실시간 리크 검출시스템에 대한 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예로 화학적 기상증착 공정이 진행되는 상태에서 리크 발생시 질소의 스펙트럼 변화를 보인 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일실시예로 화학적 기상증착 공정이 진행되는 상태에서 웨이버 홀딩(Wafer Holding step)과 증착 공정(Deposition step)에서의 리크 발생상태를 보인 그래프를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예인 실시간 리크 검출 시스템은 공정용 가스의 주입으로 LCD 유리기판(1) 또는 반도체 기판의 표면상에 원하는 박막을 증착 또는 식각하도록 공정챔버(2)와 플라즈마(3) 및 광윈도우(4)를 포함하는 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)에 스펙트럼 감지부(10), 리크 검출부(20), 그리고 메인컴퓨터(30)를 연결 구성한 것이다.

상기 스펙트럼 감지부(10)는 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)의 화학적 기상증착이나 식각 공정 중에 공정챔버(2)에서 나오는 플라즈마 광 에미션(Plasma Emission)을 모니터링하고 그 플라즈마 광 에미션에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 포함되었는가를 감지하는 광모듈(EPD; End Point Detection)로서, 이는 광탐침부(11), 광집속부(12), 광해석부(13)를 포함한다.

상기 광탐침부(11)는 상기 광윈도우(4)와 광집속부(12)의 사이에 배치되는 것으로, 광윈도우(4)를 지나 공정챔버(2)내에 배치되고, 상기 광탐침부(11)의 타단은 광집속부(12)와 접촉하도록 배치되며, 공정챔버(2)내의 플라즈마 광을 모니터할 수 있는 광섬유(Optical Fiber)를 포함한다.

상기 광집속부(12)는 상기 광해석부(13)와 광윈도우(4)의 사이에 배치되는 것으로, 상기 공정챔버(2)내에서 광탐침부(11)를 통해 플라즈마 광을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하도록 구성되며, 그 포획은 광집속부(12)내에 광학 필터, 모노크로메타 또는 CCD(Charge Coupled Device)를 구성하여 이루어진다.

이때, 상기 CCD는 200 내지 1100 nm 사이의 파장 대역 내에서 0.1 내지 10 nm 사이의 해상도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 광해석부(13)는 상기 광집속부(12)에 전기적으로 접속되는 것으로, 상기 광집속부(12)로부터 전기적인 신호로 변환된 플라즈마 광을 받은 후 이를 통해 광 이미지를 생성하는 것으로, 상기의 광 이미지는 리크검출부(20)와 메인컴퓨터(30)가 인식할 수 있는 바이너리(Binary) 데이타로 형성됨은 물론, 이동 평균법을 통해 이미지 궤적으로도 그 생성이 가능한 것이다.

즉, 상기 이동 평균법은 공정의 식각 및 증착 공정들 중 식각 공정 또는 증착 공정의 공정 시간을 도 3에서와 같이 소정 시간(Time)들로 세분하고 그 시간들에 대응되는 것이다.

상기 리크검출부(20)는 상기 광해석부(13)에 의해 해석된 스펙트럼 신호를 분석하여 공정챔버(2)에서의 리크 발생여부를 검출하는 헬륨 리크 검출기(He Leak Detector)로 구성되며, 그 리크검출은 상기 공정챔버(2)내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 질소(N2)의 스펙트럼이 광해석부(13)에 의해 생성된 광 이미지의 파형에 존재하는 경우에 검출되는 것이다.

상기 메인컴퓨터(30)는 상기 리크 검출부(20)로부터 리크 검출이 실시간으로 이루어질 때 그 리크 발생을 작업자가 인식하여 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)의 가동을 정지시킬 수 있도록 하는 경보신호를 출력하는 것으로, 상기 스펙트럼 감지부(10)와 리크 검출부(20)에 케이블로 연결 구성된다.

여기서, 상기 경보신호는 청각적인 경보음 또는 시각적인 램프의 점멸상태를 포함하는 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, CVD장비(또는 Etch 장비)(100)의 공정챔버(2)내에 공정용 가스를 주입한 후 RF전력을 인가하면, 상기 공정챔버(2)에 주입된 공정용 가스는 공정용 RF 발생장치(미도시)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화되어 기판(1) 위에 박막을 증착하게 된다.

이때, 상기와 같이 박막 증착이 이루어지는 공정 중에, 상기 공정챔버(2)에 리크가 발생하여 외부 공기가 주입되는 경우, 상기 공정챔버(2)와 연결되면서 상기 공정챔버(2)에서 나오는 플라즈마 광 에미션을 모니터링하는 스펙트럼 감지부(10)는 상기 모니터링되는 플라즈마 광 에미션에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 포함되었는가를 감지하게 된다.

즉, 본 발명은 CVD(또는 Etcher)의 공정이 진행되는 상태에서 공정챔버(2)내에 질소(N2)를 전혀 사용하지 않는 것을 감안한 것으로, 질소(N2)가 약 78%, 산소(O2)가 약 20%, 그리고 아르곤(Ar)이 약 1% 정도 존재하는 외부 공기가 공정챔버(2)내에 주입되면, 상기 스펙트럼 감지부(10)는 플라즈마 광 에미션에 외부 공기 중에 포함되는 질소와 산소, 그리고 아르곤의 스펙트럼 신호가 포함되는지를 감지한 후 이를 리크 검출부(20)로 전달하게 되는 것이다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 스펙트럼 감지부(10)는 광모듈로서 광탐침부(11), 광집속부(12), 광해석부(13)를 포함하는 바,

상기 광탐침부(11)는 공정챔버(2)내의 플라즈마 광을 탐침하고, 상기 광집속부(12)는 상기 공정챔버(2)내에서 광탐침부(11)를 통해 탐침된 플라즈마 광을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하여 광해석부(13)로 전달한다.

이때, 상기 광해석부(13)는 상기 광집속부(12)로부터 전기적인 신호로 변환된 플라즈마 광 및 이에 포함되는 질소(N2)와 산소(O2), 그리고 아르곤(Ar)의 스펙트럼 신호를 받은 후 이를 통해 광 이미지를 생성하고, 그 생성된 광 이미지를 바이너리 데이타(또는 이미지 궤적)로 전환시켜 헬륨 리크 검출기로 이루어진 리크검출부(20)에 전달한다.

그러면, 상기 리크검출부(20)는 상기 광해석부(13)에 의해 해석된 스펙트럼 신호를 분석하여, 공정챔버(2)에서의 리크 발생여부를 검출하게 되는 것이다.

즉, 도 3에서와 같이 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)를 통해 기판 홀딩이나 증착공정이 이루어지고 있는 상태에서는, 상기 공정챔버(2)내에 질소(N2)가 포함되 지 않아야 되지만, 상기 공기챔버(2)내에 외부 공기가 주입될 경우에는 도 2,3에서와 같이 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 감지되는 바,

상기 리크 검출부(20)는 상기와 같이 감지된 질소(N2)의 스펙트럼 신호로부터 공정챔버(2)의 리크 발생을 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)의 가동 중지없이 실시간으로 검출할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 리크 검출부(20)에 의해 리크 발생이 검출되면 그 검출신호가 메인컴퓨터(30)로 전달되므로, 상기 메인컴퓨터(30)는 경보신호를 발생시키고, 상기의 경보신호로부터 작업자는 공정챔버(2)에서의 리크 발생을 인식할 수 있게 되며, 이에따라 CVD장비(또는 Etch 장비)(100)의 무리한 가동에 의한 공정챔버(2)의 손상을 방지할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 리크 발생으로 인해 공정챔버 안으로 외부 공기가 주입되면서 플라즈마 스펙트럼 중에 질소, 산소, 아르곤 등의 스펙트럼이 발생되었는지를 EPD를 통해 감지하고, 그 감지신호에 따라 공정챔버에서의 리크 발생을 헬륨 리크 검출기를 통해 장비의 가동 중단없이 실시간으로 확인하도록 한 것으로, 이를 통해 공정챔버에서의 리크 발생시 이의 확인에 따른 시간을 절약하면서 생산성을 향상시키고, 고온의 HDP CVD공정에서 공정챔버의 균열 발생시 그 확인이 용이하게 이루어지도록 하여 공정챔버의 손상과 그 손상으로 인한 사고 발생을 예방하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 공정용 가스의 주입으로 LCD 유리기판 또는 반도체 기판의 표면상에 원하는 박막을 식각하거나 증착하도록 공정챔버, 그리고 플라즈마와 광윈도우를 포함하는 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비의 공정챔버 리크 검출 시스템에 있어서,

   상기 플라즈마를 사용하는 장비의 기판홀딩이나 증착 또는 식각공정 중에 공정챔버에서 나오는 플라즈마 광 에미션을 모니터링하고 그 플라즈마 광 에미션에 질소, 산소, 아르곤 등의 스펙트럼이 포함되었는가를 감지하도록 광모듈로 구성되는 스펙트럼 감지부; 상기 스펙트럼 감지부에서 감지된 스펙트럼 신호를 분석하여 공정챔버에서의 리크 발생여부를 검출하는 리크 검출부; 상기 리크 검출부로부터 검출된 리크로부터 경보신호를 출력하는 메인컴퓨터; 를 포함하여 구성하고,

   상기 광모듈은 공정챔버내 플라즈마 광을 모니터하는 광탐침부;

   상기 광탐침부를 통해 모니터되는 공정챔버내의 플라즈마 광을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하는 광집속부; 및

   상기 광집속부로부터 변환된 플라즈마 광의 전기적인 신호로부터 광 이미지의 파형을 생성하는 광해석부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 리크 검출시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 리크검출부에 의한 리크 검출은,

   공정챔버내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 질소의 스펙트럼이 광 해석부에 의해 생성된 광 이미지의 파형에 존재하는 경우 검출되는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 리크 검출시스템.

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