KR101169764B1 - 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 공정챔버의 배기라인내에 광파이버에 연결되는 프로브를 내장시켜 흡수분광분석법으로 배기라인을 통과하는 특정대역의 파장을 분광처리하여 산소(O2)와 질소(N2)의 존재여부를 실시간 측정하는 모니터링 시스템을 구성하거나, 또는 공정챔버의 광 윈도우(뷰포트)로부터 배출되는 플라즈마 광 에미션과 공정챔버의 배기라인을 통해 배출되는 가스를 흡수분광분석법으로 실시간 모니터링하는 시스템을 동시에 구축한 것으로, 이를 통해 RGA기법 사용시 가스 이온화를 위해 필라멘트와 같은 부품을 사용해야 하는 경제적인 부담을 줄이면서 부품 교체작업으로 인해 공정이 중단되는 문제를 방지하고, 특히 공정챔버내의 물리적 및 화학적 상태를 실시간으로 모니터링하여 플라즈마의 이상 방전과 같은 공정챔버의 이상 유무 및/또는 공정챔버내에 외부 공기에 의한 리크가 존재하는지를 보다 정밀하게 실시간으로 검출할 수 있는 것이다.

Description

공정챔버의 실시간 모니터링 시스템{Real time monitoring system of process chamber}

본 발명은 플라즈마를 사용하거나 플라즈마를 사용하지 않고 대기압 이하의 압력상태에서 공정을 진행하여 반도체 기판을 제조하는 공정챔버를 실시간 모니터링하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정챔버의 광윈도우로부터 배출되는 플라즈마 광 에미션 및/또는 공정챔버의 배기라인을 통해 배출되는 배기가스의 분광처리를 통해 공정챔버내의 물리적 및 화학적 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전)를 검출함은 물론, 공정챔버로의 외부공기 유입으로부터 리크가 발생되었는지를 보다 정밀하게 모니터링할 수 있도록 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.

플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 공정은 크게 건식 식각(dry etching) 공정과 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정 등의 증착공정이 있고, 또한 플라즈마를 사용하지 않고 진공상태에서 가스 등을 플로워(flow)시켜 공정이 진행될 수 있도록 하는 방식(Thermal Chamber, SACVD)의 공정이 있다.

플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 플라즈마를 발생시키는 전극의 구성에 따라 마주보는 평행판 사이에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 CCP(capacitively coupled plasma) 방식, 반응관 외부의 코일에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 ICP(inductively coupled plasma) 방식, RF 전력과 자기장을 결합시켜 플라즈마를 발생시키는 MERIE(magnetically enhanced reactive ion etching) 방식, 마이크로파와 자기장을 결합시켜 플라즈마를 발생시키는 ECR(electron cyclotron resonance) 방식 등이 있다.

즉, 상기의 공정에서 사용되는 플라즈마 장치는 통상 반응공간을 형성하는 공정챔버, 공정가스를 공급하기 위한 샤워 헤드, 기판이 안착되는 전극, 샤워 헤드에 전원을 공급하기 위한 전원장치, 공정 챔버를 진공으로 유지하기 위한 진공펌프와 배기라인 등을 포함하는 것이다.

이에따라, 밀폐된 공간을 제공하는 공정챔버에 반응가스를 공급하여, 상기 공정챔버 내부에 전극에 RF 전력을 인가하여 전기장을 형성하면, 상기 반응가스는 전기장에 의해 활성화되면서 플라즈마 상태로 변환되고, 플라즈마 상태의 이온은 전극에 위치하는 웨이퍼 상의 박막과 반응하여 이 웨이퍼 상의 박막이 원하는 소정의 형상으로 식각시킬 수 있도록 한 것이다.

이때, 플라즈마를 이용하거나, 대기압 이하의 압력상태에서 플라즈마없이 공정을 진행하는 반도체 제조장치에 있어서, 공정(플라즈마)이 원하는 데로 진행되도록 하기 위해서는 실시간으로 공정을 모니터링하고 제어하는 것이 필요한데, 이는 플라즈마를 사용하거나 또는 플라즈마를 사용하지 않는 식각, CVD 공정에서 많은 반응부산물이 생성되며, 상기 생성되는 반응부산물들은 사용되는 반응가스나 포토레지스트 등과 반응하여 고분자물질(polymer)을 생성시키게 되고, 이러한 고분자물질이 기판 표면이나 공정챔버의 내벽에도 부착되기 때문에 공정 파라미터의 변동 및 파티클 발생을 초래하고, 이에따라 반도체 제조공정 수행 중 기판의 디펙트 요인이 되어 수율 저하를 초래하기 때문이다.

따라서, 상기와 같은 디펙트 요인을 감소시키도록 광학방출분광계(OES; Optical Emission Spectrometey)를 이용한 센서를 통해 플라즈마를 분석하고 그 분석으로부터 리크의 발생 여부 및 챔버의 이상유무를 검출하도록 하였다.

이에따라, 광모듈(Optic Module)을 공정챔버의 광 윈도우(뷰포트)에 부착하여 플라즈마 광 에미션의 스펙트럼을 분석함으로써 공정챔버의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상)는 물론 리크 발생여부를 검출할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 공정챔버로 외부의 공기가 유입된 상태에서 상기 광모듈을 통해 플라즈마 광 에미션을 모니터링시, 리크가 존재할 경우에는 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 모니터링되므로, 상기 모니터링되는 스펙트럼의 인텐시티 증가 여부를 판단하여 외부공기가 공정챔버로 유입되었는지를 판단하게 되지만, 공정챔버에서 외부공기의 리크에 대한 감도가 떨어지는 단점이 있고, 특히 광 윈도우(뷰포트)가 코팅처리될 경우에는 광모듈의 모니터링 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다.

한편, 종래에는 상기 설명되는 문제인 공기 리크의 검출 정밀도를 높이도록 공정챔버에서 진공펌프로 이어지는 배기라인에 RGA(Residual Gas Analyzer)을 설치하여, 상기 배기라인을 통해 배출되는 가스의 질량을 분석함으로써 공기 리크를 보다 정밀하게 검출하는 기술이 개시되어 있었다.

즉, 상기 RGA를 이용한 공기 리크 검출 기술은 배기라인을 통해 배출되는 소량의 배기가스를 이온화시킨 후 이온화된 가스를 전자기장이 걸리는 터널을 통과시키도록 한 것이며, 이때 각 이온의 질량에 따라 가벼운 것은 금방 터널에 걸린 필드에 의해 포집되고, 질량이 무거운 것은 터널을 통해 먼거리까지 진행하게 됨으로써 이온의 질량을 계산하게 된다.

그러면, 상기와 같이 계산되는 이온의 질량에 따라 그 이온의 성분을 검출할 수 있게 되고, 이를 이용하여 산소 혹은 질소의 양을 절대적으로 측정하면서 공정챔버내에 외부 공기가 유입되었는지를 모니터링할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 상기 RGA를 이용한 공기 리크 검출 기술의 경우, 배기라인을 통해 지나가는 배기가스를 이온화시키기 위해 필라멘트와 같은 고전압의 부품이 반드시 필요하게 되는데, 상기 고전압의 부품은 그 사용주기가 짧은 단점이 있어 수시로 교체해야 하는 문제점이 있고, 상기와 같이 부품을 교체시에는 공정을 중지시켜야 하므로 글래스 혹은 웨이퍼의 모니터링 작업이 불가능하게 되면서 일정한 간격으로 검사가 이루어지는 등 외부공기에 의한 리크 검출이 실시간으로 이루어지지 못하는 단점이 있다.

또한, 상기 RGA를 이용한 공기 리크 검출 방식은 외부공기의 유입에 따른 리크 검출에 그 모니터링이 국한되어 있으므로, 공정챔버에 대한 이상유무를 모니터링할 수는 없는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 공정챔버의 배기라인내에 광파이버에 연결되는 프로브를 내장시켜 흡수분광분석법으로 배기라인을 통과하는 특정대역의 파장을 분광처리하여 산소(O2)와 질소(N2)의 존재여부를 실시간으로 측정하는 모니터링 시스템을 구성함으로써, 종래 RGA기법 사용시 가스 이온화를 위해 필라멘트와 같은 부품을 사용해야 하는 경제적인 부담을 줄이고, 특히 사용된 부품의 교체작업으로 인해 공정이 중단되는 문제를 방지하면서 공정챔버내에 외부 공기에 의한 리크가 존재하는지를 보다 정밀하게 실시간으로 검출할 수 있도록 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공정챔버의 광 윈도우(뷰포트)로부터 배출되는 플라즈마 광 에미션과 공정챔버의 배기라인을 통해 배출되는 가스를 흡수분광분석법으로 실시간으로 모니터링하는 시스템을 동시에 구성함으로써, 공정챔버내의 물리적 및 화학적 상태의 실시간 모니터링으로부터 공정챔버의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전)를 검출함은 물론, 공정챔버내에 외부 공기에 의한 리크 존재 여부를 보다 정밀하게 실시간으로 동시에 검출할 수 있도록 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템은, 광 윈도우를 가지는 공정챔버를 진공 또는 대기압 이하의 압력상태로 유지시키도록 상기 공정챔버와 진공펌프를 연결하는 배기라인을 구성하고, 상기 배기라인의 내부에는 배기가스가 흐르는 상기 배기라인의 내부로 광원을 조사한 후 그 반사 광원의 스펙트럼을 수집하여 전기적신호로 변환 출력하는 광프로브; 를 구성하며, 상기 광프로브는 광파이버를 통해 상기 배기라인의 외부에 위치하는 제어모듈과 연결되어 그 동작이 제어되도록 하되, 상기 제어모듈은 상기 광프로브로부터 전기적신호로 변환되어 출력되는 반사 광원의 스펙트럼 신호를 상기 광파이버를 통해 입력받아 상기 공정챔버내에 외부 공기의 유입에 따른 리크가 발생되었는지를 흡수분광분석법을 통해 분석하도록 구성한 것이다.

또한, 상기 제어모듈에 의한 리크 검출은 리크 발생으로 인해 공정챔버내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 산소 또는 질소의 스펙트럼 신호가 반사된 광원의 스펙트럼에 존재하는 경우 검출하도록 구성된다.

또한, 상기 광프로브는, 상기 광파이버에 연결되고, 상기 제어모듈의 제어에 따라 공정챔버에서 진공펌프로 배기가스가 흐르는 배기라인내에 특정대역의 파장을 가지는 광원을 조사하는 발광부; 상기 광파이버에 연결되고, 상기 발광부로부터 조사되는 광원이 배기가스가 흐르는 배기라인내에서 반사시 그 반사되는 광원의 스펙트럼을 수집하는 수광부; 및, 상기 수광부를 통해 수집되는 반사 광원의 스펙트럼을 전기적신호로 변환하여 상기 제어모듈에 출력하는 신호처리부; 를 포함한다.

또한, 상기 공정챔버의 광윈도우에는 공정챔버의 공정변화에 따른 플라즈마 광 에미션을 모니터링하는 광모듈부를 연결 구성한 것이다.

또한, 상기 제어모듈은 상기 광모듈부에서 모니터링되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하여, 상기 검출된 인텐시티들에 대한 실제 피크값 편차비율을 연산하고, 상기 연산된 피크값 편차비율이 기 설정된 인텐시티들의 기준 피크값과 비교하여 공정챔버의 물리적, 화학적 상태 변화에 따른 리크 발생여부를 실시간으로 판단하는 리크검출 프로그램이 탑재 구성된다.

또한, 상기 광모듈부는, 광 윈도우를 통해 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 구성한 것이다.

상기와 같이 본 발명은, 종래 RGA기법 사용시 가스 이온화를 위해 필라멘트와 같은 부품을 사용해야 하는 경제적인 부담을 줄이면서 부품 교체작업으로 인해 공정이 중단되는 문제를 방지하고, 특히 공정챔버내의 물리적 및 화학적 상태를 실시간 모니터링하여 플라즈마의 이상 방전과 같은 공정챔버의 이상 유무 및/또는 공정챔버내에 외부 공기에 의한 리크가 존재하는지를 보다 정밀하게 실시간으로 검출할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 공정챔버의 배기라인에 실시간 모니터링 시스템이 연결된 상태를 보인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예로 광프로브의 상세 블럭도.
도 3은 본 발명의 다른실시예로 공정챔버의 배기라인과 광 윈도우에 각각 실시간 모니터링 시스템이 연결된 상태를 보인 개략적인 블럭 구성도.
도 4는 본 발명의 다른실시예로 광모듈부의 상세 블럭도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 공정챔버의 배기라인에 실시간 모니터링 시스템이 연결된 상태를 보인 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예로 광프로브의 상세 블럭도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템은 첨부된 도 1 및 도 2에서와 같이, 광 윈도우(뷰포트)(101)를 가지는 공정챔버(100)를 진공 또는 대기압 이하의 압력상태로 유지시키도록 상기 공정챔버(100)와 진공펌프(200)를 연결하는 배기라인(300)에 구성하는 것으로, 광프로브(10)와 제어모듈(20)을 포함한다.

상기 광프로브(10)는 상기 배기라인(300)의 내부에 위치하는 것으로, 상기 배기라인(300)내에 광원을 조사한 후 그 반사 광원의 스펙트럼을 수집하고 이를 전기적신호로 변환하여 광파이버(400)를 통해 상기 제어모듈(20)에 출력하도록 구성되며, 발광부(11)와 수광부(12) 및 신호처리부(13)를 포함한다.

상기 발광부(11)는 상기 광파이버(400)에 연결된 것으로, 상기 제어모듈(20)의 제어에 따라 배기라인(300)내에 특정대역의 파장을 가지는 광원을 조사하도록 구성된다.

상기 수광부(12)는 상기 광파이버(400)에 연결된 것으로, 상기 발광부(11)로부터 조사되는 광원이 배기가스가 통과되는 배기라인(300)내에서 반사될 때, 상기 반사되는 광원의 스펙트럼을 수집하도록 구성된다.

상기 신호처리부(13)는 상기 수광부(12)를 통해 수집되는 반사 광원의 스펙트럼을 전기적신호로 변환한 후 이를 상기 광파이버(400)를 통해 상기 제어모듈(20)에 출력하도록 구성된다.

상기 제어모듈(20)은 상기 광파이버(400)를 통해 상기 광프로브(10)와 연결되어, 상기 광파이버(400)에 포함되는 발광부(11)의 광원조사를 제어하는 것으로, 상기 신호처리부(13)로부터 전기적신호로 변환되어 출력되는 반사 광원의 스펙트럼 신호를 상기 광파이버(400)를 통해 입력받아 상기 공정챔버(100)내에 외부 공기의 유입에 따른 리크가 발생되었는지를 흡수분광분석법을 통해 분석하는 프로그램이 탑재 구성된다.

즉, 상기 제어모듈(20)은 리크 발생으로 인해 공정챔버(100)내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 반사된 광원의 스펙트럼에도 존재하는 경우, 상기 반사된 광원의 스펙트럼에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호로부터 상기 공정챔버(100)내에서 리크가 발생되었음을 정밀하게 판단할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 제어모듈(20)에는 산소(O2)의 스펙트럼에 대한 기준값을 저장하고 있어야 하는 것이다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 공정챔버의 모니터링 시스템은 첨부된 도 1 및 도 2에서와 같이, 우선 배기라인(300)에 연결되는 진공펌프(200)의 동작으로부터 플라즈마 또는 플라즈마가 없는 상태에서 공정이 진행되는 공정챔버(100)에서 배기라인(300)을 통해 배기가스 성분을 배기시키게 된다.

이때, 제어모듈(20)의 제어신호에 따라 상기 배기라인(300)내에 위치하는 광프로브(10)의 발광부(11)는 특정대역의 파장을 가지는 광원을 조사하게 된다.

그러면, 상기 발광부(11)로부터 조사되는 광원은 진공챔버(100)에서 진공펌프(200)로 흐르는 배기라인(300)내의 배기가스로 인해 반사되고, 이에따라 상기 광프로브(10)에 구성되는 수광부(12)는 상기 반사된 광원의 스펙트럼을 수집한 후 이를 신호처리부(13)로 출력하게 된다.

그러면, 상기 신호처룹(13)는 상기 반사된 광원의 스펙트럼을 전기적신호로 변환시킨 후 이를 광파이버(400)를 통해 공기에 포함되는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼에 대한 기준값을 저장한 제어모듈(20)에 출력시키게 되는 바,

상기 제어모듈(20)은 공정챔버(100)내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 반사된 광원의 스펙트럼에도 존재하는지를 흡수분광분석법을 통해 상기 저장된 기준값과 비교 분석하고, 상기 비교 분석결과 상기 반사된 광원의 스펙트럼에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 저장된 기준값에 부합되는 경우 상기 공정챔버(100)내에 리크가 발생되었음을 정밀하게 판단할 수 있는 것이다.

한편, 첨부된 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른실시예로, 이러한 본 발명의 다른실시예는 본 발명의 일실시예에 따른 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템이 가지는 단점을 보완하도록 한 것이다.

즉, 첨부된 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명 일실시예는 배기라인(300)을 통해 흐르는 배기가스로부터 공정챔버(100)에 외부공기에 의한 리크를 실시간 검출하는 것에 국한되어 있는 것인 바, 이러한 모니터링 시스템으로는 상기 공정챔버(100)의 물리적 및 화학적 변화에 따른 리크를 실시간으로 검출하지 못하는 단점이 있고, 본 발명의 다른실시예는 이러한 단점을 개선하도록 한 것이다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 통상적으로 플라즈마를 이용한 공정진행이 이루어질 때 밀폐된 공간을 제공하는 공정챔버에 반응가스를 공급하고, 상기 공정챔버 내부에 일정간격으로 이격되어 설치된 상부전극(미도시)과 하부전극(미도시)에 RF(radio frequency)전력을 인가하여 전기장을 형성하게 된다.

그러면, 상기 반응가스는 전기장에 의해 활성화되면서 플라즈마 상태로 변환되고, 상기 플라즈마 상태의 이온은 하부전극에 위치하는 웨이퍼 상의 박막과 반응하여 이 웨이퍼 상의 박막이 원하는 소정의 형상으로 식각하게 된다.

이때, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 있어서, 플라즈마 공정이 원하는 데로 진행되도록 하기 위해서는 공정변화에 따라 실시간으로 플라즈마 공정을 모니터링하고 제어하는 것이 필요하다.

즉, 플라즈마 식각, 플라즈마 CVD 공정에서는 많은 반응부산물이 생성되고, 이들은 사용되는 반응가스나 포토레지스트 등과 반응하여 고분자물질(polymer)을 생성시키게 되며, 이러한 고분자물질이 기판 표면이나 공정챔버의 내벽에도 부착되기 때문에 공정 파라미터의 변동 및 파티클 발생을 초래하고, 이에따라 반도체 제조공정 수행 중 기판의 디펙트 요인이 되어 수율 저하를 초래하게 된다.

이에따라, 상기와 같은 디펙트 요인을 감소시키기 위해서는 일정시간동안 공정챔버의 반복된 사전예방점검(PM; Preventive Maintenance)을 수행하게 되고, 상기 공정챔버에서는 일정량의 막질을 증착하고 난 후 공정챔버내에서 발생하는 고분자물질인 폴리머(Polymer)을 제거하도록, 식각공정과 유사한 드라이 클리닝이라는 세정공정을 진행하였으며, 이때 상기와 같은 세정공정에서도 공정챔버에 사용되는 부품(Parts)의 소모상태(worn-out)나 반응가스의 소모, 그리고 양산성을 향상시키도록 EPD(End Point Detector)를 이용한 식각종료점 검출이 필요로 하게 된다.

더불어, 공정챔버는 공정이 진행중인 상태에서 정해진 시간내에 데이터 입력이 없는 상태를 인식하는 공정, 즉 공정을 진행하다가 정해진 시간동안에 공정을 진행하지 않고 공정챔버가 멈추도록 하는 런 다운(Run Down)의 공정을 진행한다.

즉, 런 다운은 매 챔버마다 5분에 한 장씩의 공정이 진행되다가 공정을 진행할 기판 등이 없어 데이터 입력이 없는 경우 공정챔버의 상태가 정상임에도 불구하고 공정챔버를 30분 혹은 1～2시간 정지시키는 것이며, 이에따라 기판 투입이 다시 이루어질 때 정상적인 공정진행이 가능하게 되는 것이다.

또한, 공정챔버는 필요에 따라 진행공정(예; Recipe change) 및 제품 변경이라는 공정을 거치게 되며, 이러한 진행공정 및 제품변경은 하나의 공정을 진행하다가 또 다른 공정으로 전환하는 것으로, 이에따라 진행공정 및 제품변경으로부터 당연히 증착할 막질이 변경될 수 밖에 없고, 따라서 증착할 막질의 변경으로부터 진행공정(레시피)의 전환이 이루어질 수 밖에 없는 것이다.

그러나, 첨부된 도 1 및 도 2와 같은 본 발명의 일실시예는 공정챔버내에 외부공기의 주입에 따른 리크를 정밀하게 실시간 검출할 수 있는 장점이 있는 반면, 공정챔버의 공정변화로서 주기적인 드라이 클리닝, 공정챔버의 런 다운(Run Down), 진행공정(Recipe change) 및 제품 변경의 변화, 챔버의 예방정비(PM; Preventive Maintenance) 진행 후의 상태변화를 전혀 고려하고 있지 않으므로, 상기와 같은 상태변화에 따른 공정챔버내에서의 실시간 리크 검출은 전혀 이루어지지 못하는 단점 또한 가지고 있는 것이다.

따라서, 첨부된 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 다른실시예는 첨부된 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예가 가지는 단점을 보완할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명의 일실시예에서와 동일부호에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 다른실시예는 첨부된 도 3 및 도 4에서와 같이, 광 윈도우(뷰포트)(101)를 가지는 공정챔버(100)를 진공 또는 대기압 이하의 압력상태로 유지시키도록 상기 공정챔버(100)와 진공펌프(200)를 연결하는 배기라인(300)에 광프로브(10)를 구성하는 한편, 상기 광 윈도우(101)에 광모듈부(30)를 구성한 후, 상기 광프로브(10)와 광모듈부(30)는 제어모듈(20)에 의해 제어되도록 구성한 것이다.

이때, 상기 광모듈부(30)는 광 윈도우(뷰포트)(101)를 통해 공정챔버(100)내 플라즈마 광을 모니터하는 광탐침부(31)와, 상기 광탐침부(31)를 통해 모니터되는 공정챔버(100)내의 플라즈마 광을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하는 광집속부(32) 및, 상기 광집속부(32)로부터 변환된 플라즈마 광의 전기적인 신호로부터 광 이미지의 파형을 생성하는 광해석부(33)가 포함된다.

그리고, 상기 제어모듈(20)은 공정챔버(100)내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 반사된 광원의 스펙트럼에도 존재하는지를 상기 저장된 기준값과 비교 분석하고, 상기 비교 분석결과 상기 반사된 광원의 스펙트럼에 존재하는 산소(O2)와 질소(N2)의 스펙트럼 신호가 저장된 기준값에 부합되는 경우 상기 공정챔버(100)내에 리크가 발생되었음을 정밀하게 판단하는 흡수분광분석법의 프로그램과, 이에 더하여 상기 광모듈부(30)에서 모니터링되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하여 상기 검출된 인텐시티들에 대한 실제 피크값 편차비율을 연산하고, 상기 연산된 피크값 편차비율이 기 설정된 인텐시티들의 기준 피크값과 비교하여 공정챔버(100)의 물리적, 화학적 상태 변화에 따른 리크 발생여부를 실시간으로 판단하는 리크 검출 프로그램(본원출원인의 선출원 발명이 특허출원 제 2009-88613 호)을 탑재 구성된 것이다.

여기서, 상기 공정변화라 함은, 드라이 클리닝과 런 다운, 드라이 클리닝과 진행공정 및 제품 변경, 드라이 클리닝과 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 런 다운과 진행공정 및 제품변경, 런 다운과 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 진공공정 및 제품 변경과 공정챔버에 대한 예방정비(PM) 중 어느 하나인 것을 의미한다.

상기 기 설정된 인텐시티들의 기준 피크값은 공정챔버(100)의 샘플링 공정변화 진행으로 플라즈마 광 에미션의 인텐시티를 변화시켜 정상상태에 해당하는 인텐시티 변화량을 검출한 후 기준이 되는 인텐시티들의 기준 피크값에 대한 정상스펙편차비율과, 공정챔버의 샘플링 공정변화 진행으로 플라즈마 광 에미션의 인텐시티를 변화시켜 리크상태에 해당하는 인텐시티 변화량을 각각 검출한 후 기준이 되는 인텐시티들의 기준피크값에 대한 리크스펙편차비율을 각각 의미하는 것이다.

상기 정상스펙편차비율은 드라이 클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경, PM의 공정변화를 각각 가상적으로 진행시키면서 여러개의 샘플링 기판을 투입하여 정상상태에 해당하는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하고 그 검출되는 인텐시티들에 있어, 기준이 되는 하나의 인텐시티 피크값에 다른 인텐시티들의 피크값을 각각 1:1로 비교한 편차비율을 연산한 후 이를 평균하여 설정하는 것을 의미하는 것이다.

상기 리크스펙편차비율은 드라이 클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경, PM의 공정변화를 각각 가상적으로 진행시키면서 여러개의 샘플링 기판을 투입하여 리크상태에 해당하는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하고 그 검출되는 인텐시티들에 있어, 기준이 되는 하나의 인텐시티 기준 피크값에 다른 인텐시티들의 피크값을 각각 1:1로 비교한 편차비율을 연산한 후 이를 평균하여 설정하는 것을 의미하는 것이다.

이때, 상기 정상스펙편차비율에 해당하는 범위는 공정변화를 진행시키면서 여러개의 샘플링 기판을 투입하여 정상상태에 해당하는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하고 그 검출되는 인텐시티들에 있어, 기준이 되는 하나의 인텐시티 기준 피크값에 다른 인텐시티들의 피크값을 각각 1:1로 비교한 편차비율을 연산한 후 이를 평균할 때, 평균 처리되는 피크값과 피크값의 중심 고유값(EI)을 기준으로 ±5%의 범위내에서 설정한 것을 의미하는 것이다.

또한, 상기 정상스펙편차비율에 해당하는 범위는 공정변화를 진행시키면서 여러개의 샘플링 기판을 투입하여 리크상태에 해당하는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하고 그 검출되는 인텐시티들에 있어, 기준이 되는 하나의 인텐시티 기준 피크값에 다른 인텐시티들의 피크값을 각각 1:1로 비교한 편차비율을 연산한 후 이를 평균할 때, 평균처리되는 최대 피크값에 대하여는 ＋5%의 범위내, 그리고 평균처리되는 최소 피크값에 대하여는 －5%의 범위내에서 설정한 것을 의미하는 것이다.

또한, 상기 리크스펙편차비율에 해당하는 범위는 정상스펙편차비율에 해당하는 범위를 인텐시티들의 피크값에 대한 편차비율을 연산하여 이를 평균한 후 평균 처리되는 피크값과 피크값의 중심 고유값(EI)을 기준으로 ±5%의 범위내로 설정하고, 상기 설정되는 정상스펙편차비율에 해당하는 범위를 벗어난 범위를 모두 포함하여 설정한 것을 의미하는 것이다.

또한, 상기 리크스펙편차비율에 해당하는 범위는 정상스펙편차비율에 해당하는 범위를 인텐시티들의 피크값에 대한 편차비율을 연산하여 이를 평균한 후 평균 처리되는 최대 피크값에 대하여는 ＋5%의 범위내, 그리고 평균처리되는 최소 피크값에 대하여는 －5%의 범위내에서 설정하고, 상기 설정되는 정상스펙편차비율에 해당하는 범위를 벗어난 범위를 모두 포함하여 설정한 것을 의미하는 것이다.

이와같이 본 발명의 다른실시예는 첨부된 도 3 및 도 4에서와 같이, 우선 진공챔버(100)에서 배기라인(300)을 통해 진공펌프(200)로 배기가스의 배출이 이루어지는 경우에는, 상기 배기라인(300)에 구성되는 광프로브(10)를 통해 상기 제어모듈(20)은 공정챔버(100)내에 외부공기의 유입으로부터 리크가 발생되고 있음을 흡수분광분석법을 통해 실시간으로 정밀하게 검출하는 특징을 가지며, 이하 본 발명의 일실시예서와 그 동작상태는 동일하므로 중복되는 생략하기로 한다.

한편, 공정챔버(100)내에 반응가스를 주입한 후 RF전력을 인가하면, 상기 공정챔버(100)에 주입된 반응가스는 공정용 RF 발생장치(미도시)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화되어 기판 위에 박막을 증착하게 된다.

이때, 상기와 같이 박막 증착이 이루어지는 공정 중에, 상기 공정챔버(100)의 광 윈도우(101)에 연결되는 광모듈부(30)는 상기 공정챔버(100)에서 나오는 플라즈마 광 에미션을 모니터링하게 된다.

즉, 상기 광모듈부(30)는 광탐침부(31)와 광집속부(32) 및 광해석부(33)를 포함하는 것으로, 상기 광탐침부(31)는 공정챔버(100)내의 플라즈마 광을 탐침하고, 상기 광집속부(32)는 상기 공정챔버(100)내에서 상기 광탐침부(31)를 통해 탐침된 플라즈마 광 에미션을 포획한 후 이를 전기적인 신호로 변환하여 광해석부(33)로 전달한다.

이때, 상기 광해석부(33)는 상기 광집속부(32)로부터 전기적인 신호로 변환된 플라즈마 광 에미션으로부터 광 이미지를 생성하고, 상기 생성된 플라즈마 광 에미션의 이미지를 제어모듈(20)에 전달한다.

그러면, 상기 제어모듈(20)은 상기 광해석부(13)에 의해 생성된 플라즈마 광 에미션의 이미지로부터 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하여, 상기 검출된 인텐시티들에 대한 실제 피크값 편차비율을 연산하고, 상기 연산된 피크값 편차비율이 기 설정된 인텐시티들의 기준 피크값과 비교하여 공정챔버(100)의 물리적, 화학적 상태 변화에 따른 리크 발생여부를 실시간으로 판단하게 되는 것이다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 우선 공정진행 후 공정변화로부터 플라즈마 광 에미션의 변화가 발생하게 되는데, 이때 상기 제어모듈(20)은 변화되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출한다. 여기서 각 공정변화에 따른 플라즈마 광 에미션의 파장 개수는 수십 내지 수천 개가 존재할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 제어모듈(20)은 검출된 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 비교하여 피크값에 대한 편차비율을 연산하고, 상기 연산결과로부터 각각의 피크값 편차비율이 기 설정한 정상스펙편차비율에 해당하는지를 연산한다.

즉, 주기적인 드라이 클리닝, 공정챔버의 런 다운, 진행공정 및 제품 변경의 변화, 공정챔버 예방정비를 진행 후 변화되는 플라즈마 광 에미션으로부터 파장별 인텐시티를 검출할 때, 상기 검출되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들에 대한 피크값의 편차비율이 기 설정한 정상스펙편차비율에 해당되지 않을 경우, 상기 제어모듈(20)은 스펙 아웃(spec out)으로 공정챔버(100)에 리크가 발생되고 있음을 판단하게 되는 것이다.

반면, 상기 검출되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들에 대한 피크값의 편차비율이 기 설정한 정상스펙편차비율에 해당하는 경우, 상기 제어모듈(20)은 공정변화가 이루어지는 공정챔버(100)에 리크가 발생하지 않는 것으로 판단하게 되는 것이다.

여기서, 상기의 설명은 하나의 공정변화에 대하여 그 설명이 이루어진 것이며, 만약 하나 이상의 공정변화가 발생하는 경우에 있어서의 리크 발생여부를 판단하는 것은 다음과 같이 이루어진다.

즉, 하나 이상의 실제 공정변화는 드라이 클리닝과 런 다운, 또는 드라이 클리닝과 진행공정 및 제품 변경, 또는 드라이 클리닝과 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 또는 런 다운과 진행공정 및 제품변경, 또는 런 다운과 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 또는 진공공정 및 제품 변경과 공정챔버에 대한 예방정비(PM) 중 어느 하나이거나, 다른 한편으로는 드라이 클리닝과 런 다운 그리고 진행공정 및 제품 변경, 또는 드라이 클리닝과 런다운 그리고 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 또는 드라이 클리닝과 진행공정 및 제품변경 그리고 공정챔버에 대한 예방정비(PM), 또는 런 다운과 진행공정 및 제품변경 그리고 공정챔버에 대한 예방정비(PM) 중 어느 하나일 수 있는 것이다.

이에따라, 상기 제어모듈(20)은 상기와 같이 하나 이상의 공정변화가 순차적으로 진행되었을 때, 각각의 공정변화에 따라 검출되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티에서 인텐시티들의 실제 피크값 편차비율들이 각각 기 설정된 정상스펙편차비율에 모두 해당되거나 또는 어느 하나라도 해당되지 않을 때 리크가 없는 것으로 판단하고, 실제 리크값 편차비율들이 각각 기 설정된 정상스펙편차비율에 모두 해당되지 않을 경우에만 리크가 있는 것으로 판단하게 되는 것이다.

즉, 드라이클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경과 PM의 공정변화를 모두 포함하여 진행되거나 또는 하나 이상 진행될 때, 실제 피크값 편차비율들 중에서 어느 하나라도 기 설정된 정상스펙편차비율에 해당하는 경우에는 무조건 리크가 없는 것을 판단하면서 잦은 경보음 출력을 예방할 수 있도록 한 것이다.

반면, 드라이클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경과 PM의 공정변화를 모두 포함하여 진행되거나 또는 하나 이상 진행될 때, 실제 피크값 편차비율들이 모두 기 설정된 정상스펙편차비율에 해당되지 않을 경우에는 무조건 리크가 발생한 것으로 판단하게 되는 것이다.

또한, 상기 공정챔버(100)의 실제 공정변화가 하나 이상 이루어질 때, 각각의 공정변화에 따라 검출되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티에서 인텐시티들의 실제 피크값 편차비율들 중 어느 하나가 리크스펙편차비율에 해당되고 나머지 실제 피크값 편차비율들이 정상스펙편차비율에 모두 해당하는 경우 상기 제어모듈(20)은 리크가 없는 것으로 판단하고, 실제 피크값 편차비율들 중 어느 하나가 리크스펙편차비율에 해당되고 나머지 실제 피크값 편차비율들이 정상스펙편차비율에 모두 해당되지 않을 경우 상기 제어모듈(20)은 리크가 있는 것으로 판단하게 되는 것이다.

즉, 드라이클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경과 PM의 공정변화를 모두 포함하여 진행되거나 또는 하나 이상 진행될 때, 실제 피크값 편차비율들 중에서 어느 하나가 기 설정된 리크스펙편차비율에 해당하고, 나머지 실제 피크값 편차비율들 중에서 어느 하나가 기 설정된 정상스펙편차비율에 해당하는 경우에는 무조건 리크가 없는 것을 판단할 수 있도록 한 것이다.

반면, 드라이클리닝, 런 다운, 공정변화 및 제품변경과 PM의 공정변화를 모두 포함하여 진행되거나 또는 하나 이상 진행될 때, 실제 피크값 편차비율들중 어느 하나가 기 설정된 리크스펙편차비율에 해당하고, 나머지 실제 피크값 편차비율들은 모두 기 설정된 정상스펙편차비율에 해당되는 경우에도 리크가 없는 것으로 판단하게 되는 것이다.

이와같이 본 발명의 다른실시예에서는 공정챔버(100)의 물리적, 화학적 상태 변화로부터 리크를 검출시 공정변화에 따른 플라즈마 광 에미션은 균일한 비율을 가진 혼합가스를 이용하여 형성되었기 때문에 각각의 반응물에 대한 플라즈마 광 에미션 비율(인텐시티의 피크값)은 대부분 동등하다는 것을 감안한 것으로, 공정변화시 플라즈마 광 에미션의 변화량이 크더라도 그 변화량은 각각 동일한 비율로서 변화된다라는 점을 감안한 것이다.

따라서, 본 발명의 다른실시예는 상기와 같이 배기라인(300)에서의 공기 리크 검출과, 상기 공정챔버(100)의 광 윈도우(101)를 통해 물리적, 화학적 상태 변화에 따른 리크 검출이 실시간으로 동시에 이루어지므로, 상기 공정챔버(100)에서의 리크 발생여부를 오류없이 보다 정확하고 빠르게 판단할 수 있음은 물론, 미세한 리크 검출이 가능한 특징을 갖는 것이다.

이하, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 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.

10; 광프로브 11; 발광부
12; 수광부 13; 신호처리부
20; 제어모듈 30; 광모듈부
31; 광탐침부 32; 광집속부
33; 광해석부 100; 공정챔버
101; 광윈도우 200; 진공펌프
300; 배기라인 400; 광파이버

Claims (6)

1. 광 윈도우를 가지는 공정챔버를 진공 또는 대기압 이하의 압력상태로 유지시키도록 상기 공정챔버와 진공펌프를 연결하는 배기라인을 구성하고,
   상기 배기라인의 내부에는 배기가스가 흐르는 상기 배기라인의 내부로 광원을 조사한 후 그 반사 광원의 스펙트럼을 수집하여 전기적신호로 변환 출력하는 광프로브; 를 구성하며,
   상기 광프로브는 광파이버를 통해 상기 배기라인의 외부에 위치하는 제어모듈과 연결되어 그 동작이 제어되도록 하되, 상기 제어모듈은 상기 광프로브로부터 전기적신호로 변환되어 출력되는 반사 광원의 스펙트럼 신호를 상기 광파이버를 통해 입력받아 상기 공정챔버내에 외부 공기의 유입에 따른 리크가 발생되었는지를 흡수분광분석법을 통해 분석하도록 구성하고,
   상기 공정챔버의 광윈도우에는 공정챔버의 공정변화에 따른 플라즈마 광 에미션을 모니터링한 후 이를 상기 제어모듈에 출력하는 광모듈부를 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어모듈에 의한 리크 검출은 리크 발생으로 인해 공정챔버내에 외부 공기 주입이 이루어지고 그 주입된 외부 공기에 존재하는 산소 또는 질소의 스펙트럼 신호가 반사된 광원의 스펙트럼에 존재하는 경우 검출하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광프로브는,
   상기 광파이버에 연결되고, 상기 제어모듈의 제어에 따라 공정챔버에서 진공펌프로 배기가스가 흐르는 배기라인내에 특정대역의 파장을 가지는 광원을 조사하는 발광부;
   상기 광파이버에 연결되고, 상기 발광부로부터 조사되는 광원이 배기가스가 흐르는 배기라인내에서 반사시 그 반사되는 광원의 스펙트럼을 수집하는 수광부; 및,
   상기 수광부를 통해 수집되는 반사 광원의 스펙트럼을 전기적신호로 변환하여 상기 제어모듈에 출력하는 신호처리부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 광모듈부에서 모니터링되는 플라즈마 광 에미션의 인텐시티들을 검출하여, 상기 검출된 인텐시티들에 대한 실제 피크값 편차비율을 연산하고, 상기 연산된 피크값 편차비율이 기 설정된 인텐시티들의 기준 피크값과 비교하여 공정챔버의 물리적, 화학적 상태 변화에 따른 리크 발생여부를 실시간으로 판단하는 리크검출 프로그램을 탑재 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 광모듈부는,
   광 윈도우를 통해 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 모니터링 시스템.

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