KR101578978B1 - 공정 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

공정 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 챔버에 연통되는 배기라인; 배기라인으로부터 분기되는 모니터링 라인; 모니터링 라인에 설치되는 반응형성부; 및 반응형성부를 감싸도록 모니터링 라인에 설치되는 커버를 포함하되, 반응형성부에 의해 모니터링 라인 내에서 발생한 광에 근거하여 챔버 내의 공정을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 공정 모니터링 시스템은 반도체 공정 등이 수행되는 시스템에서 플라즈마 발생을 수반한 공정 모니터링을 장기간 실시하여도 진공 상태를 유지할 수 있다. 이는 시스템 내부에 진공 붕괴가 발생하여 반도체 공정 진행 장비, 공정 모니터링 시스템, 및 처리되는 반도체 웨이퍼 등에 대한 피해를 방지할 수 있어 큰 비용적 손실을 예방할 수 있다.

Description

공정 모니터링 시스템{SYSTEM FOR MONITORING A PROCESS}

본 발명은 공정 모니터링 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 플라즈마 검사 시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 검사 시스템은 배기라인(100), 모니터링 라인(102), 플라즈마 발생부(104), 윈도우 형성부(106) 및 광섬유 케이블(108)을 포함한다.

배기라인(100)을 통하여 가스 및 부산물이 모니터링 라인(102)으로 입력되고, 모니터링 라인(102) 내에서 플라즈마 발생부(104)에 의해 가스 및 부산물이 플라즈마로 변화된다. 이 과정에서 광이 발생하며, 상기 광은 모니터링 라인(102)의 종단에 형성된 윈도우 형성부(106)에 대응하는 윈도우를 통하여 광섬유 케이블(108)로 입력된다.

상기 플라즈마로 변화되는 과정에서 발생하는 폴리머가 윈도우에 증착되어 광의 출력 양이 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 즉, 상기 광의 감도가 낮아지며, 그 결과 시간이 지남에 따라 공정의 이상 유무를 판단하기가 어려워진다.

또한, 이러한 플라즈마 검사 시스템에서 배기라인(100)은 반도체 공정 등이 수행되는 챔버(미도시)에 연결되며 챔버 내에서 해당 공정의 수행으로 인해 발생되는 처리용 가스 및 부산물 가스 등이 배기라인(100)을 통해 방출되는 것인데, 챔버, 배기라인(100), 및 모니터링 라인(102)은 외부의 대기압에 비하여 진공 상태로 유지된다.

그러나 상기와 같은 플라즈마 검사 시스템을 장기간 사용함에 따라 플라즈마 발생부(104)에 대응하는 모니터링 라인(102)의 부위는 그 내부 표면이 점차적으로 식각되면서 두께가 얇아질 수 있다. 모니터링 라인(102) 부분 벽체의 두께가 얇아진 상태에서 외부 충격이 가해지거나 또는 모니터링 라인(102) 부분 벽체가 대기압을 저항하지 못할 수준으로 그 두께가 감소되면, 누입이 발생하면서 외부의 공기가 검사 시스템 내부로 대량 유입될 수 있다. 이는 검사 시스템 및 챔버 내의 공정 진행 장비를 손상시킬 수 있고, 뿐만 아니라 챔버 내에서 처리되고 있는 반도체 웨이퍼 등에도 피해를 주어 막대한 손실을 초래할 수 있다.

본 발명의 일측면은 광의 감도를 계속적으로 유지할 수 있는 공정 모니터링 방법 및 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 일측면은 시스템 내부의 진공 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있는 공정 모니터링 방법 및 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 챔버에 연통되는 배기라인; 배기라인으로부터 제 1 방향으로 분기되는 제 1 모니터링 라인; 및 배기라인으로부터 제 2 방향으로 분기되는 제 2 모니터링 라인을 포함하되, 제 1 모니터링 라인 내에서 발생한 광은 제 2 모니터링 라인으로 출력되는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템이 제공된다.

제 1 모니터링 라인은 그 종단에 반사면을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 모니터링 라인은 제 2 모니터링 라인과 실질적으로 일직선 상에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템은 제 1 모니터링 라인에 설치되는 반응형성부; 및 제 2 모니터링 라인에 설치되는 감지부를 더 포함할 수 있다. 반응형성부는 플라즈마를 발생시키도록 구성된 플라즈마 발생부를 포함할 수 있고, 감지부는 플라즈마에 의해 발생되는 광을 감지하도록 구성된 광학 방출 분광기(optical emission spectroscope; OES)를 포함할 수 있다.

공정 모니터링 시스템은 제 2 모니터링 라인의 종단에 설치되는 윈도우를 더 포함할 수 있는데, 일부 실시예에서 윈도우는 집광렌즈일 수 있고, 일부 실시예에서는 콜리메이터(collimator) 렌즈일 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템은 제 2 모니터링 라인에 결합되는 가압부를 더 포함할 수 있는데, 가압부는 제 2 모니터링 라인의 적어도 일부의 압력을 증가시켜 제 2 모니터링 라인으로부터 배기라인으로의 공기 유동을 형성시킬 수 있다. 가압부는 제 2 모니터링 라인의 일부로 공기를 주입시킬 수도 있고, 제 2 모니터링 라인의 일부를 가열함으로써 제 2 모니터링 라인으로부터 배기라인으로의 공기 유동을 형성시킬 수도 있다.

제 2 모니터링 라인은 복수의 관을 이루도록 그 단면이 둘 이상으로 나뉘어질 수 있다.

배기라인은 제 3 방향으로 분기되는 제 3 모니터링 라인을 포함할 수 있고, 제 1 모니터링 라인 및 제 2 모니터링 라인은 제 3 모니터링 라인으로부터 분기될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템은 감지부의 출력값에 근거하여 일련의 공정의 이상 유무를 검출하도록 구성된 검출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 서로 다른 방향으로 배열된 복수의 모니터링 라인들을 포함하되, 모니터링 라인들 중 하나 내에서 발생한 공정 이상 유무를 판단하기 위한 광은 다른 모니터링 라인을 통하여 외부로 출력되는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 모니터링 라인으로 유입된 물질에 반응을 일으키는 단계; 반응에 따른 광을 제 1 모니터링과 다른 방향으로 배열된 제 2 모니터링 라인을 통하여 출력시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 방법이 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 챔버에 연통되는 배기라인; 배기라인으로부터 분기되는 모니터링 라인; 모니터링 라인에 설치되는 반응형성부; 및 반응형성부를 감싸도록 모니터링 라인에 설치되는 커버를 포함하되, 반응형성부에 의해 모니터링 라인 내에서 발생한 광에 근거하여 챔버 내의 공정을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템이 제공된다.

반응형성부는 플라즈마를 발생시키도록 구성된 플라즈마 발생부를 포함할 수 있으며, 커버는 그 내부에 반응형성부를 수용하고 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.

커버는 일측이 외부의 전원에 연결되고 타측이 커버의 내부에 수용된 반응형성부에 연결되어 전력을 인가하는 커넥터를 포함할 수 있다.

커버는 그 내부의 압력을 감지하여 표시하는 압력표시부를 포함할 수 있고, 또한 그 내부의 압력이 소정 범위를 벗어날 때 경고신호를 출력하는 경고표시부를 포함할 수도 있다.

본 발명의 일측면에 따른 공정 모니터링 방법 및 시스템은 광이 출력되는 모니터링 라인과 플라즈마 공정이 수행되는 모니터링 라인을 분리시키고, 광이 출력되는 윈도우에 플라즈마 변화 과정에서 발생되는 폴리머 등이 최소로 증착되도록 한다. 결과적으로, 모니터링 공정이 상당히 수행되어도 광의 감도가 저하되지 않을 수 있다.

본 발명의 다른 일측면에 따른 공정 모니터링 시스템은 반도체 공정 등이 수행되는 시스템에서 플라즈마 발생을 수반한 공정 모니터링을 장기간 실시하여도 진공 상태를 유지할 수 있다. 이는 시스템 내부에 진공 붕괴가 발생하여 반도체 공정 진행 장비, 공정 모니터링 시스템, 및 처리되는 반도체 웨이퍼 등에 대한 피해를 방지할 수 있어 큰 비용적 손실을 예방할 수 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 검사 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈에 대한 단면 사시도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 장착 모듈을 공정 모니터링 시스템에 장착한 상태를 나타내는 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.

본 발명의 공정 모니터링 시스템은 반도체 공정 등에서 발생될 수 있는 이상 등을 검출하기 위한 시스템으로서, SPOES(Self Plasma Optical Emission Spectroscope) 장치 등을 활용한 모니터링 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 모니터링 시스템은 챔버 내의 플라즈마를 이용한 증착 공정 등의 정상 여부를 모니터링할 수 있다.

이하, 본 발명의 공정 모니터링 시스템의 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버(200), 배기라인(202), 모니터링 라인들(204 및 206) 및 감지부(209)를 포함한다. 물론, 도시하지는 않았지만 공정 모니터링 시스템은 공정의 이상 유무를 판단하는 검출부를 더 포함할 수 있다.

챔버(200) 내에서 예를 들어 ALD, CVD, 또는 PECVD를 이용하여 반도체 기판에 증착 공정 등이 수행되는 경우, 배기라인(202)을 통하여 가스 및 부산물이 배출된다.

상기 배출된 가스 및 부산물의 일부는 제 1 모니터링 라인(204)으로 입력된다. 제 1 모니터링 라인(204)은 배기라인(202)의 어느 지점에서 제 1 방향으로 분기되어 형성된다.

제 1 모니터링 라인(204)에는 반응형성부(205)가 설치되는데, 반응형성부(205)는 제 1 모니터링 라인(204)으로 유입된 가스 또는 부산물을 처리하여 그 성분 또는 특성을 표지하는 역할을 한다. 즉, 제 1 모니터링 라인(204)으로 유입된 물질에 반응을 일으킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응형성부(205)는 플라즈마 발생부를 포함하여, 제 1 모니터링 라인(204)으로 입력된 가스 및 부산물을 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마로 변화시키며, 변화 과정에서 광이 발생한다.

상기 발생된 광은 제 2 모니터링 라인(206)을 통하여 출력되는데, 제 2 모니터링 라인(206)은 배기라인(202)의 어느 지점에서 제 2 방향으로 분기되어 형성된다. 제 2 모니터링 라인(206)에는 감지부(209)가 설치되고, 감지부(209)는 상기 출력된 광을 감지한다. 예를 들어, 감지부(209)는 광학 방출 분광기 (optical emission spectroscope; OES)일 수 있다.

제 2 모니터링 라인(206)은 제 1 모니터링 라인(204)이 배기라인(202)으로부터 분기되는 지점에서 제 1 모니터링 라인(204)과 반대되는 방향으로 형성되어, 제 1 모니터링 라인(204)과 제 2 모니터링 라인(206)이 일직선을 이룰 수 있다. 즉, 제 1 방향과 제 2 방향은 일직선 상에서의 반대 방향일 수 있다. 또한, 제 1 모니터링 라인(204) 및 제 2 모니터링 라인(206)은 튜브 형태로 이루어질 수도 있다.

물론, 제 1 모니터링 라인(204) 및 제 2 모니터링 라인(206)의 분기 지점과 분기 방향이 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 모니터링 라인(204)에 설치된 반응형성부(205)에 의해 형성되는 반응이 제 2 모니터링 라인(206)에 설치된 감지부(209)에 의해 감지될 수 있는 한 다양한 구성 및 배치가 적용될 수 있다.

또한, 제 1 모니터링 라인 및 제 2 모니터링 라인은 단지 구분을 위해 사용된 용어임을 이해할 것이다. 본 발명의 일 실시예는 서로 다른 방향으로 배열된 복수의 모니터링 라인들을 포함할 수 있고, 이러한 모니터링 라인들 중 하나 내에서 발생한, 공정 이상 유무를 판단하기 위한 광이 다른 모니터링 라인에서 감지되거나 다른 모니터링 라인을 통하여 외부로 출력될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 챔버 자체가 모니터링 라인의 역할을 할 수 있다. 즉, 공정 이상 유무를 판단하기 위한 광이 챔버 내에서 발생하고, 챔버 외의 다른 모니터링 라인에서 그 광이 감지되도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서, “설치”된다는 표현은 반응형성부(205) 또는 감지부(209)가 모니터링 라인 내부 또는 외부에 직접적으로 실장되는 경우는 물론, 다른 구성요소를 개재하여 유무선으로 연결되는 경우도 포괄하는 개념이다.

예를 들어, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 제 2 모니터링 라인(206)의 종단에는 예를 들어 쿼츠(Quartz) 또는 사파이어로 이루어진 윈도우(207)가 형성될 수 있으며, 윈도우(207)와 감지부(209)는 광섬유 케이블(208)로 연결될 수 있다. 이처럼, 제 2 모니터링 라인(206)과 감지부(209)는 윈도우(207)와 광섬유 케이블(208)을 개재하여 연결됨으로 인해 감지부(209)가 제 2 모니터링 라인(206)에 설치될 수 있다.

제 1 모니터링 라인(204)에서 발생한 광의 보다 많은 비율이 제 2 모니터링 라인(206)에 도달할 수 있도록, 제 1 모니터링 라인(204)은 그 종단에 반사면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 모니터링 라인(204)의 종단이 높은 반사율을 가지도록 형성되거나, 별도의 반사판이 제 1 모니터링 라인(204)의 종단에 구비될 수 있다.

감지부(209)는 상기 감지 결과를 가지는 전기 신호를 검출부로 전송하며, 상기 검출부는 상기 전기 신호를 분석하여 공정의 진행 상태, 공정의 이상 유무 등을 검출한다.

정리하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 가스 및 부산물을 플라즈마로 변화시키는 공정은 제 1 모니터링 라인(204) 내에서 수행되고, 공정의 이상 유무를 판단할 수 있는 광은 배기라인(202)을 기준으로 제 1 모니터링 라인(204)과 반대되는 위치에 형성된 제 2 모니터링 라인(206)을 통하여 감지부(209)로 출력된다.

종래의 공정 모니터링 시스템에서는 플라즈마로 변화시키는 공정이 수행되는 모니터링 라인의 종단에 연결된 윈도우를 통하여 광이 외부로 출력되었다. 결과적으로, 상기 플라즈마로 변화시키는 공정에 따라 상기 윈도우에 폴리머가 증착되게 되어서 시간이 지남에 따라 광의 감도가 저하될 수밖에 없었다.

그러나, 본 발명의 공정 모니터링 시스템에서는 플라즈마 공정으로 인하여 제 1 모니터링 라인(204)의 종단 부근에 폴리머가 증착되더라도 광은 제 1 모니터링 라인(204)과 반대측에 위치한 제 2 모니터링 라인(206)을 통하여 출력되므로 시간이 지나도 광의 감도가 저하되지 않는다.

상기에서는 반응형성부(205)가 플라즈마를 발생시키는 처리를 가하고 감지부(209)가 플라즈마로 인해 발생하는 광을 감지하는 경우를 가정하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 다른 실시예들에서는 반응형성부(205)가 다양한 물리화학적 처리를 가하고, 감지부(209)가 이로 인해 형성되는 반응을 감지하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버, 배기라인(302), 제 1 모니터링 라인(304), 제 2 모니터링 라인(306), 윈도우(307), 광섬유 케이블(308), 가스라인(310) 및 검출부를 포함할 수 있다.

제 2 모니터링 라인(306), 윈도우(307) 및 가스라인(310)을 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예에서와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.

제 2 모니터링 라인(306)은 복수의 작은 관들로 이루어질 수 있다. 즉, 제 2 모니터링 라인(306)은 단면이 둘 이상으로 나뉘어질 수 있다. 제 2 모니터링 라인(306)이 더 작은 크기의 관들로 나뉘어짐에 따라 윈도우(307)가 오염될 가능성은 더 작아질 수 있다.

가스라인(310)은 상기 관들로 가스를 주입할 수 있는 구조를 가진다. 본 실시예에서의 가스라인(310)은 제 2 모니터링 라인(306) 내의 압력을 증가시키기 위한 가압부의 일례이다.

공정 측면에서 살펴보면, 제 1 모니터링 라인(304)에서 가스 및 부산물이 플라즈마로 변화되고, 상기 변화 공정에서 발생되는 광은 제 2 모니터링 라인(306)을 통하여 외부로 출력된다. 이 경우, 가스라인(310)을 통하여 제 2 모니터링 라인(306)의 관들로 특정 가스가 주입되며, 상기 가스는 배기라인(302)을 통하여 제 2 모니터링 라인(306)으로 입력되는 가스 및 부산물을 다시 배기라인(302)으로 배출하는 역할을 수행한다. 따라서, 제 2 모니터링 라인(306)의 오염이 방지될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공정 모니터링 시스템은 제 2 모니터링 라인(306)의 종단에 설치되는 윈도우(307)와 광섬유케이블(308)을 포함할 수 있으며, 윈도우(307)에 도달한 광학 신호는 광섬유케이블(308)을 통하여 외부로, 예를 들면 감지부로, 전달될 수 있다.

광학 신호를 수신하는 윈도우(307)로서 집광렌즈가 사용될 수 있다. 집광렌즈는 광을 집광시켜 광섬유 케이블(308)로 출력시키는 역할을 수행한다. 물론, 윈도우(307)가 집광렌즈로 한정되는 것은 아니며, 전술한 쿼츠, 사파이어 등의 재료로 형성되거나 콜리메이터(collimator) 렌즈로 이루어지는 등 다양한 형태를 취할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 2 모니터링 라인(406)은 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 관 형태로 이루어질 수 있으며, 별도의 가스부(412)를 포함하여 가스라인(410)을 통하여 소량의 가스를 출력시킬 수도 있다. 결과적으로, 제 2 모니터링 라인(406)의 종단에 설치된 윈도우(407) 또는 집광렌즈가 오염되지 않을 수 있으며, 따라서 상기 공정 모니터링 시스템을 사용한 시간이 길어지더라도 제 1 모니터링 라인(404) 내에서 반응형성부(405)에 의해 발생한 광이 제 2 모니터링 라인(406), 윈도우(407), 광섬유 케이블(408)을 통하여 감지부(409)로 정상적으로 입력될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버(500), 배기라인(502), 제 1 모니터링 라인(504), 반응형성부(505), 제 2 모니터링 라인(506), 광섬유 케이블(508), 감지부(509), 히팅부(512) 및 검출부를 포함한다.

히팅부(512)를 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에서와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정 모니터링 시스템은 가압부를 더 포함할 수 있다. 가압부는 제 2 모니터링 라인(506) 내의 압력을 증가시킴으로써 제 2 모니터링 라인(506)으로부터 상기 배기라인으로의 공기 유동을 형성할 수 있는데, 이러한 공기 유동은 제 2 모니터링 라인(506)이 오염되는 것을 방지하는 데 일조한다. 본 실시예에서는 이러한 가압부의 일례로서 제 2 모니터링 라인(506)의 일부를 가열하는 히팅부(512)가 사용된다.

히팅부(512)는 예를 들어 열선으로서, 제 2 모니터링 라인(506)의 외부에 설치되며, 공정 모니터링시 제 2 모니터링 라인(506)에 열을 가한다. 결과적으로, 제 2 모니터링 라인(506) 중 히팅부(512)에 의해 열이 가해진 부분의 압력이 증가되며, 따라서 제 2 모니터링 라인(506)으로 입력되는 가스 및 부산물 등의 오염물의 양이 줄어들 수 있다. 결과적으로, 제 2 모니터링 라인(506)의 종단에 설치된 윈도우(507)의 오염이 감소할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버(600), 배기라인(602), 제 1 모니터링 라인(604), 제 2 모니터링 라인(606), 제 3 모니터링 라인(614), 윈도우(607), 광섬유 케이블(608), 감지부(609), 검출부 및 버퍼구간(616)을 포함한다.

모니터링 라인들(604, 606 및 614) 및 버퍼구간(616)을 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 배기라인이 제 3 방향으로 분기되는 제 3 모니터링 라인(614)을 포함하고, 제 1 모니터링 라인(604)과 제 2 모니터링 라인(606)은 제 3 모니터링 라인(614)으로부터 분기된다. 물론, 제 1 방향, 제 2 방향 및 제 3 방향은 실시예마다 다를 수 있다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예에서 제 1 모니터링 라인(604)이 연장되는 제 1 방향이 전술한 다른 실시예에서의 제 1 방향과 다를 수 있음을 이해할 것이다.

제 3 모니터링 라인(614)을 통하여 입력된 가스 및 부산물이 제 1 모니터링 라인(604)으로 입력되고, 그런 후 제 1 모니터링 라인(604) 내에서 반응형성부(605)에 의해 플라즈마로 변화된다. 상기 변화 과정에서 발생된 광은 제 2 모니터링 라인(606), 윈도우(607) 및 광섬유 케이블(608)을 통하여 감지부(609)로 출력된다.

이러한 구조에서도, 플라즈마 공정으로 인한 오염물은 제 1 모니터링 라인(604)의 종단에만 증착되므로 광의 출력을 방해하지 않는다.

정리하면, 광을 출력하기 위한 제 2 모니터링 라인이 플라즈마 공정이 수행되는 제 1 모니터링 라인과 반대측에 위치하였던 다른 실시예들과 달리, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템에서는 모니터링 라인들(604 및 606)이 배기라인(602)의 동일 측면에 위치된다. 다만, 광을 원활히 출력시키기 위하여 제 2 모니터링 라인(606) 및 윈도우(607)는 제 3 모니터링 라인(614)을 기준으로 제 1 모니터링 라인(604)의 반대측에 위치한다.

제 1 모니터링 라인(604)과 제 2 모니터링 라인(606)이 분기되는 지점에는 버퍼구간(616)이 형성될 수 있는데, 이는 제 2 모니터링 라인(606)에 설치된 윈도우(607)에 플라즈마에 의한 폴리머 증착 등 오염물이 도달하는 것을 방해하는 데 일조할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버(700), 배기라인(702), 모니터링 라인(704), 렌즈(707), 광섬유 케이블(708), 감지부(709), 데이터 라인(718) 및 검출부(720)를 포함한다.

상기 렌즈(707)는 모니터링 라인(704)의 종단에 설치되되, 예를 들어 콜리메이터(collimator) 렌즈로 이루어질 수 있다. 이렇게 윈도우 대신 렌즈를 사용하면 집광 효율이 상당히 향상될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 공정 모니터링 시스템은 챔버(800), 배기라인(802), 모니터링 라인(804), 반응형성부(805), 윈도우(807), 광섬유 케이블(808), 감지부(809), 통신 케이블(818) 및 검출부(820)에 더해, 커버(835) 및 커넥터(829)를 더 포함할 수 있다.

커버(835)는 반응형성부(805)를 내부에 포함하여 이를 보호하는 역할을 한다. 커넥터(829)는 커버(835)의 내외부를 연결하여 반응형성부(805)가 요구하는 전원 또는 제어 신호 등을 전달할 수 있다.

도 8에 도시된 공정 모니터링 시스템은 챔버(800) 내의 처리 공정이 진공 상태를 요구하는 경우에 사용되는 것으로서, 챔버(800) 내의 공정에 사용되는 처리 가스와 공정이 수행됨에 따라 발생하는 부산물 가스를 플라즈마로 변화시켜 플라즈마 생성시 발생하는 광을 모니터링하는 시스템이다. 따라서 본 공정 모니터링 시스템에서는 챔버(800)가 진공으로 유지되고, 이에 연통하는 배기라인(802)과 모니터링 라인(804)도 진공으로 유지된다.

또한, 반응형성부(805)는 플라즈마 발생부를 포함한다. 반응형성부(805)는 예를 들어 구리 등의 재료로 형성될 수 있고 모니터링 라인(804)의 주위를 감싸는 튜브의 형태로 구현될 수 있다. 외부의 전원(825)으로부터 공급되는 전력은 전력케이블(827) 및 커넥터(829)를 거쳐 반응형성부(805)로 인가되고, 반응형성부(805)는 이 전력을 이용하여 모니터링 라인(804) 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

본 실시예에서, 반응형성부(805)를 수용하는 커버(835)는 내부가 진공 상태로 유지되는 진공커버이다. 모니터링 라인(804)은 세라믹 또는 사파이어 재질로 형성될 수 있는데, 플라즈마 생성을 수반하는 공정 모니터링을 장기간 수행함에 따라 반응형성부(805)의 위치에 대응하는 모니터링 라인(804)에서는 그 내부 표면이 점차적으로 식각될 수 있으며, 이로 인해 모니터링 라인(804)의 두께가 서서히 감소할 수 있다. 마침내 크랙이 발생하여 외부 대기가 누입된다면 외부의 공기가 공정 모니터링 시스템 내부로 대량 유입될 수 있는데, 이는 공정 모니터링 시스템 및 챔버 내의 공정 진행 장비를 손상시킬 뿐만 아니라 챔버 내에서 처리되고 있는 반도체 웨이퍼 등에도 피해를 주어 막대한 손실을 초래할 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해, 반응형성부(805)의 주위를 둘러싸는 진공 커버(835)는 그 내부에 진공 상태를 유지하여 모니터링 라인(804)에서 크랙 등이 발생하더라도 모니터링 라인(804) 내의 진공 상태가 붕괴되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 모니터링 라인(804)에 크랙이 발생하더라도 진공 커버(835)가 외부 대기의 유입을 방지할 수 있으며 이로 인해 공기의 유입이 초래할 수 있는 피해를 미연에 방지할 수 있다.

진공 커버(835)의 소정 위치에는 커넥터(829)가 포함되는데, 커넥터(829)의 일측은 진공 커버(835) 외부에 위치하고 타측은 진공 커버(835) 내부에 위치하여 외부의 전원과 반응형성부(805)를 서로 연결할 수 있다. 커넥터(829)의 일측은 대기압 하에 있고 타측은 진공 상태에 있게 될 것이다.

도시되지는 않았지만, 진공 커버(835)에는 그 내부의 압력을 감지하는 수단을 포함할 수 있다. 정상적인 경우에는 진공 커버(835) 내부가 진공 상태로 유지되어 압력 변화가 거의 없을 것이지만, 모니터링 라인(805) 내에 크랙 등이 발생하면 진공 커버(835)와 모니터링 라인(805) 사이의 미량의 기체 유동에 의해 약간의 압력 변화가 발생할 수 있다. 물론, 진공 커버(835)와 외부 사이에 기체 유동이 발생하면 보다 큰 압력 변화가 발생할 수도 있다.

진공 커버(835)가 내부의 압력을 감지하는 수단을 구비한다면, 게이지 등의 형태로 해당 압력 수치를 외부로 표시하는 수단(미도시)을 더 구비할 수도 있다. 또한, 진공 커버(835) 내부의 압력 또는 압력 변화율이 소정 범위를 벗어날 때 경고신호를 출력하는 경고표시부(미도시)를 더 포함하여 모니터링 라인(805) 또는 진공 커버(835) 내로 누입이 발생하였음을 알릴 수도 있다. 이 경우, 모니터링 라인(805) 또는 진공 커버(835)에 따라 상이한 경고신호가 출력될 수 있다. 경고신호는 시각적으로 또는 청각적으로 다양한 방법에 의해 출력될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈에 대한 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈에 대한 단면 사시도이며, 도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 장착 모듈을 공정 모니터링 시스템에 장착한 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈은 제 1 모니터링 라인(904), 반응형성부(905), 커넥터(929), 영구자석(930), 커버(935), 커넥터 캡(936), 탄성 링(940), 및 이격부재(945)를 포함할 수 있다.

도 11에서 알 수 있듯이, 본 실시예의 장착 모듈은 도 6과 유사한 구조로 형성되는 공정 모니터링 시스템에 장착할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 공정 모니터링 시스템의 장착 모듈은 제 3 모니터링 라인(914)에 장착될 수 있다. 도 9 및 도 10에서는 제 3 모니터링 라인(914)이 하측을 향하는 배치로 장착 모듈이 도시되어 있다.

도 11에는 제 2 모니터링 라인(906)과 윈도우(907)가 별도의 부품으로 장착되는 예가 도시되어 있다. 이 별도의 부품은 버퍼구간(916)에 해당하는 부분에서 본 실시예의 장착 모듈에 결합될 수 있다. 물론, 이 부분 역시 장착 모듈에 통합될 수도 있다. 서로 결합되는 부품들 사이에는 탄성 링(940)을 포함하여 시스템 및 모듈의 내부에 진공 상태가 유지되도록 할 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예의 장착 모듈은 공정 모니터링 시스템에 결합되어 제 1 모니터링 라인(904)을 제공할 수 있다. 모든 부품들이 결합된 상태에서 챔버(900), 배기라인(902), 제 3 모니터링 라인(914) 및 제 1 모니터링 라인(904)은 모두 진공 상태로 유지될 것이다.

외부의 전원(925)으로부터 커넥터(929)를 통해 반응형성부(905)로 전력이 공급되면, 반응형성부(805)는 제 1 모니터링 라인(904) 내의 가스를 플라즈마로 변화시킨다. 이러한 과정은 제 1 모니터링 라인(904)의 내부 표면을 식각하게 되므로, 만약의 경우 제 1 모니터링 라인(904)에 공기가 침입하는 것을 방지하기 위해 제 1 모니터링 라인(904) 및 반응형성부(905) 주위로 진공 커버(935)가 형성되어 있다.

진공 커버(935)의 내부 역시 진공 상태로 되어 있으므로, 설사 제 1 모니터링 라인(904)에 균열이 생기더라도 제 1 모니터링 라인(904)과 시스템 전체에서 진공 붕괴가 방지된다.

진공 커버(935)에는 커넥터(929)가 구비되는데, 커넥터(929)의 일측은 진공 커버(935) 외부에 위치하고 타측은 진공 커버(935) 내부에 위치하여 외부의 전원(925)과 반응형성부(905)를 서로 연결할 수 있다. 커넥터(929)의 일측은 대기압 하에 있고 타측은 진공 상태에 있게 될 것이다. 유지 및 보수를 위해 커넥터(929) 부분을 별도의 부품인 커넥터 캡(936)으로 구현하여 진공 커버(935)에 탈착 가능하게 결합할 수 있다.

제 1 모니터링 라인(904) 내에서 플라즈마 생성을 촉진시키도록 영구 자석(930)이 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이 영구 자석(930)은 하나 이상 구비될 수 있다. 단, 반응형성부(905)가 구리 등의 재질로 형성될 수 있으므로, 반응형성부(905)가 영구 자석(930)이 닿지 않도록 하는 이격부재(945)를 더 포함할 수도 있다. 이러한 이격부재(945)는 플라스틱과 같은 재질로 형성될 수 있다. 이와 같이 영구 자석(930) 및 이격부재(945) 등은 장착 모듈의 일부로 구현될 수 있으며, 조립의 편의를 위해 각 부품이 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

도 6을 참조하여 설명한 제 5 실시예에서와 같이, 제 1 모니터링 라인(904)에서 플라즈마가 발생하면서 생성된 광은 제 2 모니터링 라인(906)으로 입사되어 윈도우(907)를 통해 검출부로 전달된다. 전달된 광신호를 통해 챔버(900) 내의 공정이 어느 단계에 있는지 모니터링하는 것이 가능해진다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 챔버에 연통되는 배기라인;
   상기 배기라인으로부터 분기되는 모니터링 라인;
   상기 모니터링 라인을 감싸는 반응형성부;
   상기 반응형성부를 수용하고, 외부 및 상기 반응형성부에 대하여 기체의 출입이 일어나지 않는 진공 상태를 유지하는 커버;
   상기 반응형성부와 전원 사이에 연결된 커넥터; 및
   상기 커넥터를 둘러싼 커넥터 캡을 포함하되,
   상기 반응형성부에 의해 상기 모니터링 라인 내에서 발생한 광에 근거하여 상기 챔버 내의 공정을 모니터링하고, 상기 모니터링 라인이 정상적일 때에 상기 모니터링 라인의 내부는 진공 상태를 유지하고 있으며, 상기 모니터링 라인에 크랙이 발생할 지라도 상기 커버에 의해 상기 모니터링 라인의 진공 상태가 유지되고, 상기 커넥터 캡은 상기 커버에 탈착 가능한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응형성부는 플라즈마를 발생시키도록 구성된 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템.
   
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 커버는 상기 커버의 내부의 압력을 감지하여 표시하는 압력표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 커버는 그 내부의 압력을 감지하여 내부의 압력 또는 압력 변화율이 소정 범위를 벗어날 때 경고신호를 출력하는 경고표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 모니터링 시스템.
   

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