KR101334385B1 - 챔버 내부 공정 가스 분석 장치 - Google Patents

챔버 내부 공정 가스 분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 실제 공정을 수행하기 전에 공정 챔버 내에 형성된 공정 가스를 분석하여 공정의 신뢰성을 높일 수 있는 장치가 개시된다.
일 예로, 공정 챔버 내에 삽입되어 공정 가스를 분석하는 장치에 있어서, 평평한 상면을 갖는 플레이트; 상기 플레이트의 상면에 배열되어 형성되고, 상기 공정 챔버 내의 광을 집광하는 복수개의 집광부; 상기 플레이트의 내부에 상기 집광부와 대응되도록 형성되어 상기 집광부의 광을 인가받는 광 전달부; 및 상기 플레이트의 내부에 형성되고, 상기 광 전달부에 연결되어 상기 광을 전달받으며, 적어도 하나의 파장에 대한 스펙트럼을 분석하는 분광부를 포함하는 공정 가스 분석 장치가 개시된다.

Description

챔버 내부 공정 가스 분석 장치{Gas Anlaysis Apparatus in Process Chamber}
본 발명은 공정 챔버 내부에 형성된 공정 가스를 분석하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼(wafer)를 이용한 반도체 소자의 제조시, 챔버 내에서 공정 가스를 이용하는 공정이 많이 이루어진다. 특히, 챔버 내에서 웨이퍼에 증착을 수행하거나, 또는 에칭을 수행하는 공정은 매우 정밀한 정도의 공정 가스 성분으로 이루어진 분위기가 요구된다. 공정 가스 성분이 변경되는 경우, 원하는 두께의 층이 증착되거나 혹은 원하는 정도로 에칭이 이루어질 수 없기 때문이다. 따라서, 반도체 공정에서 공정 가스의 분위기를 정밀하게 유지하는 것은 제품의 수율과도 연결되는 중요한 요소가 된다.
본 발명은 실제 공정을 수행하기 전에 공정 챔버 내에 형성된 공정 가스를 분석하여 공정의 신뢰성을 높일 수 있는 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 공정 가스 분석 장치는 공정 챔버 내에 삽입되어 공정 가스를 분석하는 장치에 있어서, 평평한 상면을 갖는 플레이트; 상기 플레이트의 상면에 배열되어 형성되고, 상기 공정 챔버 내의 광을 집광하는 복수개의 집광부; 상기 플레이트의 내부에 상기 집광부와 대응되도록 형성되어 상기 집광부의 광을 인가받는 광 전달부; 및 상기 플레이트의 내부에 형성되고, 상기 광 전달부에 연결되어 상기 광을 전달받으며, 적어도 하나의 파장에 대한 스펙트럼을 분석하는 분광부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 집광부는 상기 플레이트의 상면에 격자형 또는 방사형으로 배열되어 형성될 수 있다.
그리고 상기 집광부는 렌즈(lens)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광 전달부는 상기 집광부의 하부에 대응되도록 구비된 수광부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수광부는 광섬유의 일단을 브이컷(V cut)한 형태 혹은 렌즈 형태로 형성될 수 있다.
상기 수광부가 상기 집광부와 접하는 영역은 상기 플레이트의 상면과 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 광 전달부는 상기 수광부에 일체로 형성된 광섬유 또는 플레나 웨이브 가이드로 구성된 광 전달 경로부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분광부는 모노크로미터(Monochoromater)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트의 내부에 상기 분광부에 연결되도록 형성되고, 상기 공정 가스에 대한 스펙트럼 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트의 내부에 상기 공정 챔버 외부의 설비와 통신을 수행하도록 구성된 통신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 블루투스 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 플레이트의 상부 및 측부를 감싸도록 위치하고, 유리(Glass)를 포함하여 형성되는 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트의 하면에 형성되는 서포트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서포트는 상기 공정 챔버 내에 삽입되는 실제 웨이퍼나 레티클과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 공정 가스 분석 장치는 실제 웨이퍼와 대응되는 크기로 구비되고, 실제 챔버 내에 공정 시작 전에 삽입될 수 있기 때문에 실제 공정에 사용될 반응 가스의 분위기를 정밀하게 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공정 가스 분석 장치는 플레이트의 상면에 형성된 집광부로 광을 집광하고, 이를 플레이트 내부의 수광부를 통해 분광부에 전달하여 스펙트럼 분석을 수행함으로써, 반응 가스 성분을 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공정 가스 분석 장치는 내부에 구비된 통신부를 통해 외부에 위치한 설비와 통신을 수행하여 반응 가스 성분 분석 데이터를 전송함으로써, 사용자가 용이하게 반응 가스 성분을 파악하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치가 공정 챔버 내에 삽입된 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치에 의해 측정된 공정 가스의 스펙트럼을 나타난 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 평면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 평면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치가 공정 챔버 내에 삽입된 상태를 도시한 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치에 의해 측정된 공정 가스의 스펙트럼을 나타난 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(100)는 플레이트(110), 집광부(120), 광 전달부(130), 분광부(140), 저장부(150), 통신부(160), 커버(170), 서포트(180)를 포함할 수 있다.
상기 플레이트(110)는 내부에 구비된 구성들을 고정시키고, 외부의 충격으로부터 보호한다. 상기 플레이트(110)는 대략 원형의 평면 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 플레이트(110)는 대략 실제 챔버 내에 삽입되는 웨이퍼(Wafer)와 유사한 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 플레이트(110)는 웨이퍼(Wafer)로서 구성될 수도 있다.
상기 집광부(120)는 상기 플레이트(110)의 상면에 형성된다. 상기 집광부(120)는 복수개로 구비되어 상기 플레이트(110)의 상면에 격자 형태를 이루면서 배열된다. 상기 집광부(120)는 상기 플레이트(110)의 외부로 노출된다. 상기 집광부(120)는 공정 챔버(10) 내에서 광을 집광하는 역할을 수행하며, 이를 위해 상기 집광부(120)는 렌즈(Lens)로 형성될 수 있다.
상기 광 전달부(130)는 상기 플레이트(110)의 내부에 형성된다. 상기 상기 광섬유(Optical fiber)로 형성될 수 있다. 상기 광 전달부(130)는 상기 집광부(120)의 광을 인가받아 상기 분광부(140)에 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 광 전달부(130)는 수광부(131) 및 광 전달 경로부(132)를 포함할 수 있다.
상기 수광부(131)는 상기 플레이트(110)의 내부에 형성되며, 상기 집광부(120)에 일대일로 대응하여 배열된다. 상기 수광부(131)는 상기 플레이트(110)의 상면으로 노출되며, 상기 수광부(131)의 노출된 부분이 상기 집광부(120)에 연결된다. 보다 구체적으로 상기 수광부(131)는 광섬유의 일단부를 브이컷(V cut)한 형태 또는 렌즈 형태로 평면을 형성하여 형성될 수 있고, 상기 플레이트(110)의 상면과 상기 수광부(131)의 평면이 일치하도록 상기 플레이트(110)의 내부에 형성된다. 상기 수광부(131)는 상기 집광부(120)로부터 집광된 광을 수신하며, 상기 광 전달 경로부(132)에 전달한다.
상기 광 전달 경로부(132)는 상기 수광부(131)에 일체의 광섬유 또는 플레나 웨이프 가이드로 형성되어 연결된다. 상기 광 전달 경로부(132)는 상기 수광부(131)로부터 인가받은 광을 상기 플레이트(110) 내부에 위치한 상기 분광부(140)에까지 전달한다. 상기 광 전달 경로부(132)는 광섬유로 구성되어 있기 때문에, 손실없이 광을 상기 분광부(140)에 전달할 수 있다.
상기 분광부(140)는 상기 광 전달부(132)로부터 광을 인가받고, 이를 분광하여 원하는 파장대의 광을 선별한다. 이를 위해, 상기 분광부(140)는 모노크로미터(Monochromater)로 구성될 수 있다. 상기 분광부(140)는 공정 챔버(10) 내에서 사용자가 측정하고자 하는 공정 가스 성분만을 분석할 수 있도록 제공할 수 있다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 상기 분광부(140)에서 파장별로 광을 분광하고 강도를 표시하여, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 스펙트럼을 확인함으로써, 공정 가스의 성분을 분석할 수 있도록 제공할 수 있다.
상기 저장부(150)는 상기 분광부(140)에서 선별된 스펙트럼의 데이터를 전기적인 신호로서 저장한다. 사용자는 상기 저장부(150)의 데이터를 상기 통신부(160)를 통해 인가받아 공정 챔버(10) 내 공정 가스의 성분을 분석할 수 있다.
또한, 상기 저장부(150)는 자체적으로 내부에 웨이퍼 내에서 식각 대상이 되는 재질에 따른 공정 가스의 데이터를 저장할 수 있다. 대표적인 몇 개의 공정 가스들을 아래의 표 1에 도시하였다.
[표 1]
Figure 112012080025057-pat00001
또한, 상기 저장부(150)는 상기 공정 가스의 성분에 대한 스펙트럼 정보를 구비하여, 상기 분광부(140)로부터 인가받은 스펙트럼에 해당되는 공정 가스의 성분을 파악할 수 있다.
상기 통신부(160)는 상기 저장부(150)의 데이터를 사용자의 제어 설비 등에 전송할 수 있다. 상기 통신부(160)는 블루투스(Bluetooth) 모듈로 구성되어, 근거리에 위치하 상기 사용자의 설비에 상기 데이터를 전송할 수 있다. 물론, 상기 통신부(160)는 상기 사용자의 설비로부터 제어 신호를 인가받아 상기 저장부(150)에 인가하는 것도 가능하다. 상기 통신부(160)를 통해 상기 챔버(10)의 외부에 있는 사용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(100)를 통해 챔버(10) 내 공정 가스 성분을 파악할 수 있다.
상기 커버(170)는 상기 플레이트(110)의 상면 및 측면을 감싸면서 형성된다. 상기 커버(170)는 상기 플레이트(110) 뿐만 아니라, 상기 집광부(120), 광 전달부(130), 분광부(140), 저장부(150) 및 통신부(160)가 공정 챔버(10) 내 공정 가스에 의해 손상을 받는 것을 방지한다. 이를 위해, 상기 커버(170) 중 상기 플레이트(110)의 상면을 덮는 영역은 상기 공정 가스에 대해 내성이 좋고 광을 투과시키는 유리(glass)로 구성될 수 있으며, 상기 플레이트(110)의 측부를 덮는 영역은 불투명한 산화이트륨(Y2O3)으로 구성될 수 있다. 다만, 상기 커버(170)는 당업자의 선택에 의해 유리 대신 광을 투과하고 챔버(10) 내 공정 가스에 대해 내구성이 있는 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다.
상기 서포트(180)는 상기 플레이트(110)의 하부를 지지한다. 상기 서포트(180)는 특히 상기 플레이트(110)가 웨이퍼와 동일한 실리콘 등의 재질로 구성되는 경우, 강도를 보강할 수 있다. 또한, 상기 서포트(180)는 공정 챔버(10) 내에 삽입되는 웨이퍼 또는 레티클과 동일한 크기를 갖도록 형성되어 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(100)가 실제 웨이퍼와 동일한 조건에서 공정 가스를 분석할 수 있도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치의 구성을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(200)의 평면도이다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 효과를 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(200)는 집광부(220)가 상기 플레이트(110)의 상부에 방사형으로 구비된다. 상기 집광부(220)는 공정 가스 분석 장치(200)의 중심에 구비된 하나를 기준으로, 각각 동심원을 형성하며 형성된 복수개로서 구비된다. 따라서, 상기 집광부(220)는 상기 챔버(10)의 중심을 기준으로 공정 가스가 어느 정도로 균일하게 형성되어 있는지 여부를 파악할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 가스 분석 장치(200)는 보다 정확한 실험 결과를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 공정 가스 분석 장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200; 공정 가스 분석 장치
110; 플레이트 120; 집광부
130; 광 전달부 131; 수광부
132; 광 전달 경로부 140; 분광부
150; 저장부 160; 통신부
170; 커버 180; 서포트

Claims (14)

  1. 공정 챔버 내에 삽입되어 공정 가스를 분석하는 장치에 있어서,
    평평한 상면을 갖는 플레이트;
    상기 플레이트의 상면에 배열되어 형성되고, 상기 공정 챔버 내의 광을 집광하는 복수개의 집광부;
    상기 플레이트의 내부에 상기 집광부와 대응되도록 형성되어 상기 집광부의 광을 인가받는 광 전달부; 및
    상기 플레이트의 내부에 형성되고, 상기 광 전달부에 연결되어 상기 광을 전달받으며, 적어도 하나의 파장에 대한 스펙트럼을 분석하는 분광부를 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부는 상기 플레이트의 상면에 격자형 또는 방사형으로 배열되어 형성된 공정 가스 분석 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부는 렌즈(lens)로 형성된 공정 가스 분석 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전달부는
    상기 집광부의 하부에 대응되도록 구비된 수광부를 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수광부는 광섬유의 일단을 브이컷(V cut)한 형태 또는 렌즈 형태로 형성된 공정 가스 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수광부가 상기 집광부와 접하는 영역은 상기 플레이트의 상면과 동일 평면 상에 위치하는 공정 가스 분석 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 전달부는 상기 수광부에 일체로 형성된 광섬유 또는 플레나 웨이브 가이드로 구성된 광 전달 경로부를 더 포함하는 공정 가스 분석 장치
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분광부는 모노크로미터(Monochoromater)로 구성된 공정 가스 분석 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 내부에 상기 분광부에 연결되도록 형성되고, 상기 공정 가스에 대한 스펙트럼 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 내부에 상기 공정 챔버 외부의 설비와 통신을 수행하도록 구성된 통신부를 더 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 통신부는 블루투스 통신을 수행하는 공정 가스 분석 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 상부 및 측부를 감싸도록 위치하고, 유리(Glass)를 포함하여 형성되는 커버를 더 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 하면에 형성되는 서포트를 더 포함하는 공정 가스 분석 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 서포트는 상기 공정 챔버 내에 삽입되는 실제 웨이퍼나 레티클과 대응되는 크기로 형성된 공정 가스 분석 장치.
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