KR101415262B1 - 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 제공한다. 본 발명의 클러스터 설비는 내부공간에 기판 반송을 위한 제1반송 장치가 구비된 인덱스 챔버; 상기 인덱스 챔버의 전면에 설치되고, 기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드 포트들; 상기 인덱스 챔버의 측면에 연결되고, 더미 기판들이 저장되어 있는 더미 기판 저장 모듈; 상기 인덱스 챔버의 후면에 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 제1로드락 챔버들; 상기 제1로드락 챔버들과 연결되고, 기판 반송을 위한 제2반송장치가 구비된 트랜스퍼 챔버; 상기 트랜스퍼 챔버와 연결되고, 기판들이 배치식으로 적재되는 보우트가 구비된 제2로드락 챔버들; 및 상기 제2로드락 챔버들 각각의 상부에 배치되고 상기 보우트에 적재된 기판들을 공정 처리하는 프로세스 챔버들을 포함한다.

Description

기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법{METHOD FOR MONITORING MAINTENANCE TIME FOR SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는, 기판인 웨이퍼(wafer) 상에 여러 가지 물질을 박막형태로 증착하고 이를 패터닝하여 구현되며, 이를 위하여 증착공정, 식각공정, 세정공정, 건조공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정이 요구된다. 이러한 각각의 공정에서 처리 대상물인 웨이퍼는 해당공정의 진행에 최적의 환경을 가지고 있는 기판 처리 장치에서 처리된다.
이러한 기판 처리 장치는 공정의 신뢰성 향상을 위해 유지보수(Preventive Maintenance)를 실시한다. 이를 위해서는 정기적인 검사를 하고, 고장이 야기될 염려가 있는 곳을 미리 발견하여 손질을 하는 등의 방법을 취한다. 규모가 큰 시스템이나 장치에서 고장이 발생되는 경우 광범위한 혼란과 다액의 손해를 입게 되므로 예방 보수가 중시되고 있다. 특히, 반도체 장치를 제조하는 라인에 설치된 기판 처리 장치들은 대개가 고가이고, 고순도의 화학약품을 사용하며, 반도체의 특성상 아주 미세한 차이에도 제품의 품질에 엄청난 결과를 초래하게 된다.
그러나, 종래 기판 처리 장치의 유지보수는 제조설비를 담당하는 작업자의 판단에 의해 이루어지거나 또는 일정 주기마다 규칙적으로 이루어지기 때문에, 필요한 시점(적당한 시기)에 유지보수가 이루어지지 않아서 효율적인 설비 운용이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 기판을 처리하는 장치가 적기에 유지보수가 이루어져서 설비의 정상상태가 유지되어서 수율이 향상되고, 공정사고가 방지되도록 하는 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 실시간으로 설비의 환경을 모니터링하여 이상 징후를 사전에 인지하여 설비의 유지보수를 진행할 수 있는 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로세스 챔버에 접속된 로드락 챔버 내의 산소 농도를 측정하고, 측정된 산소 농도의 변화를 통해 상기 로드락 챔버의 유지 보수 시점을 결정하는 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법이 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 산소 농도가 기준치 이하로 낮아지는 경우 상기 로드락 챔버 내에 산소가 화학적 오염원과의 반응을 통해 낮아지는 것으로 판단하고 상기 로드락 챔버의 화학적 오염에 의한 유지 보수를 결정할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 로드락 챔버가 진공 상태에서 상기 산소 농도가 기준치 이상으로 높아지는 경우, 외부 대기가 상기 로드락 챔버로 유입되는 것으로 판단하고, 상기 로드락 챔버의 리크에 의한 유지 보수를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 적기에 유지보수가 이루어질 수 있어 설비의 정상상태가 유지되어서 수율이 향상될 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의하면, 실시간으로 설비의 환경을 모니터링하여 이상 징후를 사전에 인지하여 설비의 유지보수를 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 기판 처리 장치의 오염에 의한 공정사고를 방지할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 나타내는 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 클러스터 설비를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 기판은 유리 기판 등과 같이 다른 종류의 기판일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리를 위한 클러스터 설비(1)는 설비 전방 단부 모듈(100), 제1로드락 챔버(200)들, 트랜스퍼 챔버(300) 그리고 공정 처리 모듈(400)들을 포함한다.
설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module;EFEM)(100)은 클러스터 설비(1)의 전면에 배치된다. 설비 전방 단부 모듈(100)은 카세트(C)가 로딩 및 언로딩되는 로드 포트(load port)(110)들과, 카세트(C)로부터 기판을 인출하는 기판 이송 로봇(130)이 구비되어 카세트(C)와 제1로드락 챔버(200)들 간에 기판을 이송하도록 인터페이스 하는 인덱스 챔버(120)를 포함한다. 여기서, 기판 이송 로봇(130)은 ATM(Atmosphere)로봇이 사용된다.
인덱스 챔버(120)는 로드 포트(110)들과 제1로드락 챔버(200) 사이에 위치된다. 인덱스 챔버(120)는 전면 패널(122)과 후면 패널(124) 그리고 양측면 패널(126)을 포함하는 직육면체의 형상을 가지며, 그 내부에는 기판을 이송하기 위한 기판 이송 로봇(130)이 제공된다. 도시하지 않았지만, 인덱스 챔버(120)는 내부 공간으로 입자 오염물이 들어오는 것을 방지하기 위하여, 벤트들(vents), 층류 시스템(laminar flow system)과 같은 제어된 공기 유동 시스템을 포함할 수 있다.
인덱스 챔버(120)는 로드락 챔버(200)와 접하는 후면 패널(124)에 로드락 챔버(200)와의 웨이퍼 이송을 위한 통로가 게이트 밸브(GV1)에 의해 개폐된다.
로드 포트(110)들은 인덱스 챔버(120)의 전면 패널(122)상에 일렬로 배치된다. 로드 포트(204)에는 카세트(C)가 로딩 및 언로딩된다. 카세트(C)는 전방이 개방된 몸체와 몸체의 전방을 개폐하는 도어를 갖는 전면 개방 일체식 포드(front open unified pod)일 수 있다.
인덱스 챔버(120)의 양측면 패널(126)에는 더미 기판 저장부(140)가 제공된다. 더미 기판 저장부(140)는 더미 기판(DW)들이 적층 보관되는 더미 기판 보관용기(142)들을 제공한다. 더미 기판 저장부(140)의 더미 기판 보관용기(142)에 보관되는 더미 기판(DW)들은 공정 처리 모듈(300)에서 기판들이 부족할 경우 사용된다.
제1로드락 챔버(200)는 게이트밸브(GV1)를 통해 설비 전방 단부 모듈(100)과 연결된다. 제1로드락 챔버(200)는 설비 전방 단부 모듈(100)과 트랜스퍼 챔버(300) 사이에 배치된다. 설비 전방 단부 모듈(100)과 트랜스퍼 챔버(300) 사이에는 3개의 제1로드락 챔버(200)가 제공된다. 제1로드락 챔버(200)는 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능하다. 제1로드락 챔버(200)에는 기판이 적재되는 적재용기(210)가 제공된다.
트랜스퍼 챔버(300)는 게이트 밸브(GV2)를 통해 제1로드락 챔버(200)들과 연결된다. 트랜스퍼 챔버(300)는 제1로드락 챔버(200)와 공정 처리 모듈(400) 사이에 배치된다. 트랜스퍼 챔버(300)는 직육면체의 박스 형상을 가지며, 그 내부에는 기판을 이송하기 위한 기판 이송 로봇(330)이 제공된다. 기판 이송 로봇(330)은 제1로드락 챔버(200)와 공정 처리 모듈(400)의 제2로드락 챔버(410)에 구비된 기판 적재 유닛(420)들 간에 기판을 이송한다. 기판 이송 로봇(330)은 1장의 기판 또는 5장의 기판을 반송할 수 있는 앤드 이펙터를 포함할 수 있다. 여기서, 기판 이송 로봇(330)은 진공 환경에서 기판을 이송시킬 수 있는 진공 로봇이 사용된다.
트랜스퍼 챔버(300)에는 3개의 공정 처리 모듈(400)이 게이트 밸브(GV3)를 통해 연결된다. 공정 처리 모듈(400)의 개수는 다양하게 제공될 수 있다.
공정 처리 모듈(400)은 제2로드락 챔버(410)와 프로세스 챔버(450)를 포함한다. 제2로드락 챔버(410)는 게이트 밸브(GV3)를 통해 트랜스퍼 챔버(300)와 연결된다. 제2로드락 챔버(410)에는 기판들이 배치식으로 적재되는 기판 적재 유닛(420)과, 기판 적재 유닛(420)을 프로세스 챔버(450)의 반응로(460)의 내부공간으로 로딩/언로딩시키기 위한 승강부재(430)가 제공된다. 기판 적재 유닛(420)은 기판들이 25매, 50매씩 적재될 수 있도록 슬롯들을 구비한 보우트를 포함할 수 있다.
프로세스 챔버(450)는 제2로드락 챔버(410)의 상부에 배치된다. 프로세스 챔버(450)는 반응로(460), 히터 어셈블리(470) 그리고 노즐 유닛(480)을 포함하는 종형 열처리 장치의 구성을 갖는다. 반응로(460)는 기판 적재 유닛(420)가 출입할 수 있는 출입구 및 기판 적재 유닛(420)가 수용되는 내부공간을 갖는다. 히터 어셈블리(470)는 반응로(460)를 둘러싸도록 설치된다. 노즐 유닛(480)은 반응로(460) 안으로 공정가스들을 공급한다.
도 2를 참조하면, 클러스터 설비(1)는 진공배기부(500)와 불활성가스 공급부(600)를 포함한다. 진공배기부(500)는 제1로드락 챔버(200), 트랜스퍼 챔버(300), 제2로드락 챔버(410) 그리고 프로세스 챔버(450) 각각에 연결되어 각 챔버에 진공압을 제공하는 진공라인(510)을 포함한다. 불활성가스 공급부(600)는 제1로드락 챔버(200), 트랜스퍼 챔버(300), 제2로드락 챔버(410) 그리고 프로세스 챔버(450) 간의 차압 형성을 위해 각각의 챔버에 불활성가스를 공급하는 가스 공급라인(610)을 포함한다.
또한, 인덱스 챔버(110)와 제1로드락 챔버(200), 제1로드락 챔버(200)와 트랜스퍼 챔버(300) 그리고 트랜스퍼 챔버(300)와 제2로드락 챔버(410)는 게이트밸브(GV1,GV2,GV3)를 통해 연결되어, 각각의 챔버 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
한편, 제2로드락 챔버(410)에는 산소 농도를 측정하는 농도 측정기(710)가 설치되고, 농도 측정기(710)에서 측정된 산소 농도를 제어부(720)로 제공된다. 산소 농도 측정기(710)와 제어부(720)는 제2로드락 챔버(410) 및 프로세스 챔버(450)의 유지 보수 시점을 모니터링하기 위해 사용된다. 다시 말해, 산소 농도 측정기(710)와 제어부(720)는 제2로드락 챔버(410)의 리크 체크(leak cheek) 및 화학적 오염 정도를 체크할 수 있다.
제2로드락 챔버(410)의 산소농도는 대기압 조건에서 약 20.6%이고, 공정 진행을 위한 진공(1torr) 조건에서는 약 수 ppm 정도를 유지하게 된다. 그런데, 프로세스 챔버(450)에서 기판 공정 완료후 기판이 제2로드락 챔버(410)로 언로드될 때 프로세스 챔버(450)의 잔류 가스에 의해 산소 농도가 수십 ppb까지 급격하게 떨어지게 되고, 제2로드락 챔버(410)에 질소 가스 퍼지가 이루어지면 다시 정상 수지(진공시의 수 ppm)으로 복귀하게 된다.
일반적인 리크 체크는 압력계를 이용한 방법을 사용한다. 즉, 챔버의 압력을 베이스(base) 압력까지 펌핑한 후, 메인 밸브 및 공급단 밸브를 닫고 일정 기준 시간 동안에 기준 압력 이상이면 리크로 판정하고, 그 이하이면 정상으로 판정하게 된다.
그러나, 본 발명에서는 제2로드락 챔버(410)의 압력을 베이스 압력까지 펌핑 한 후 기준 N2를 플로우하고, 이때 기준 농도 이상일 경우 리크 발생으로 판단하여 별도의 시퀀스(sequence)로 진행하며, 기준 농도 이하인 경우 정상으로 판정하게 된다. 이처럼, 본 발명의 산소 농도 측정기를 이용한 방법은 압력계를 이용한 방법에 비해 리크 체크 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 제1로드락 챔버(200)와 트랜스퍼 챔버(300)에도 제2로드락 챔버(410)에 설치된 산소 농도 측정기(714,712)가 각각 설치되어 각 챔버의 리크 체크 및 화학적 오염 정도를 모니터링할 수 있다.
도 3은 로드락 챔버의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
본 실시예에서는 제2로드락 챔버(410)의 산소 농도 변화를 통해 챔버의 유지 보수 시점을 모니터링하는 과정을 설명하며, 이러한 방법은 제1로드락 챔버(200)와 트렌스퍼 챔버(300)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2로드락 챔버(410)의 산소 농도 변화를 기준으로 설비의 상황에 맞게 기준 산소 농도(제1기준치 및 제2기준치)를 설정한다. 그리고, 제어부(720)는 제2로드락 챔버(410)가 진공(1torr)조건일 때 산소 농도가 제2기준치(수 ppm)를 상회하면 제2로드락 챔버(410)의 리크로 판단하여 엔지니어의 추가적인 조치(유지보수, 점검)를 위한 설비 알람을 발생시킨다.
이와는 반대로, 제2로드락 챔버(410)가 진공(1torr)조건에서 정상적인 산소 농도는 약 수 ppm이지만, 계속적인 공정을 진행하면 프로세스 챔버(450)에서 진행 후의 잔류 가스 등이 기판들과 함께 제2로드락 챔버(410)로 반입되면서 제2로드락 챔버(410)에 화학적 오염이 진행된다. 물론, 제2로드락 챔버(410)의 오염 방지 목적으로 주기적인 질소가스 퍼지를 실시하지만 이러한 조치는 화학적 오염 속도를 늦추는 효과만 있을 뿐, 공정 진행 횟수가 거듭될수록 제2로드락 챔버(410)의 오염을 막을 수 없다. 이렇게 제2로드락 챔버(410)의 오염이 지속적으로 진행되면 제2로드락 챔버(410)의 잔류하는 산소와 화학적 오염원에 포함되어 있는 수소와 탄소가 산소와 반응하여 다른 물질(예를 들면, H2O, CO2)로 변화시킴으로 제2로드락 챔버(410)의 산소 농도가 계속적으로 낮아지게 된다. 따라서, 제어부(720)는 제2로드락 챔버(410)가 진공(1torr)조건일 때 산소 농도가 제1기준치(약 수 ppm) 보다 낮아지면 제2로드락 챔버의 화학적 오염에 의한 유지 보수를 결정하게 된다.
본 실시예에서는 제1기준치와 제2기준치가 동일한 것으로 설명하였으나, 제2기준치는 제1기준치와 상이하게 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 설비는 프로세스 챔버들을 동일한 공정을 처리하는 장치로 구성하거나 또는 클린(clean) 공정, 데포(depo)공정 그리고 어닐(anneal)공정 등 각기 다른 공정을 연속적으로 진행할 수 있도록 프로세스 챔버들을 서로 다른 공정을 처리하는 장치들로 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 클러스터 설비는 트랜스퍼 챔버를 직사각형의 기다란 구조 또는 정사각형 구조로 설비 전방 단부 모듈 기준으로 횡방향,종방향 등으로 배치할 수 있으며, 제1로드락 챔버의 반대편 또는 양측면에 배치 타입의 공정 처리 모듈을 배치하여 공정을 진행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 설비 전방 단부 모듈 200 : 제1로드락 챔버
300 : 트랜스퍼 챔버 400 : 공정 처리 모듈
710 : 산소 농도 측정기

Claims (3)

  1. 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법에 있어서:
    챔버 내의 산소 농도를 측정하고, 측정된 산소 농도의 변화를 통해 상기 챔버의 유지 보수 시점을 결정하되;
    상기 산소 농도가 제1기준치 이하로 낮아지는 경우 상기 챔버 내에 산소가 화학적 오염원과의 반응을 통해 낮아지는 것으로 판단하고 상기 챔버의 화학적 오염에 의한 유지 보수를 결정하고,
    상기 챔버가 진공 상태에서 상기 산소 농도가 제2기준치 이상으로 높아지는 경우, 외부 대기가 상기 챔버로 유입되는 것으로 판단하고, 상기 챔버의 리크에 의한 유지 보수를 결정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 유지 보수 시점을 모니터링하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
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