KR102098693B1 - 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 형상의 기판 하우징; 상기 기판 하우징에 상호 이격 설치되는 제1 정전 센서부 및 제2 정전 센서부를 포함하는 정전 센서 어셈블리; 상기 정전 센서 어셈블리에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 제1 정전 센서부에서 획득되는 제1 커패시턴스값에 기초하여 제1 정전 센서부와 챔버 내부 샤워헤드 간의 제1 거리 정보를 획득하고, 상기 제2 정전 센서부에서 획득되는 제2 커패시턴스값에 기초하여 제2 정전 센서부와 챔버 내부 샤워 헤드간의 제2 거리 정보를 획득하고, 상기 제1 거리 정보 및 상기 제2 거리 정보에 기초하여 갭핑 정보를 생성하는 제어부;를 포함고, 상기 제1 정전 센서부는, 상기 샤워헤드를 향해 메인 전계를 생성하는 메인 전계용 전극; 및 상기 메인 전계에 노이즈 전계가 생성되는 것을 방지하기 위한 보호 전계를 생성하는 보호 전계용 전극;를 포함하고, 상기 메인 전계용 전극은, 중심부에 원형으로 배치되는 측정 전극; 및 상기 측정 전극과 이격되어 동심원 형상으로 설치되는 대향 전극;을 포함하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서에 관한 것이다.

Description

웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서{WAFER-TYPE GAPPING DETECTION SENSOR FOR SENSING GAPPING OF THE WAFER IN CHAMBER}
본 발명은 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정은 웨이퍼 제조 및 마스크 공정, 전공정 및 후공정으로 이루어진다. 이중, 웨이퍼 제조 공정은 웨이퍼 챔버 내부에서 웨이퍼에 대하여 식각(Etching), 박막, 증착 등의 세부 공정을 갖는다.
반도체는 정밀 회로를 가지게 됨에 따라, 각 제조 공정은 미세한 오차가 발생하는 경우에도 제품의 불량으로 연계되어 생산성의 저하를 초래한다. 특히, 웨이퍼 챔버 내부에서의 공정의 경우, 고온, 고압의 조건하에서 웨이퍼에 대한 가공이 이루어지는 공정이므로 웨이퍼의 안착 자세가 불안정할 경우, 제공 공정의 직접적인 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 챔버 내부에서의 웨이퍼 안착 자세에 대한 평탄도 및 기울기 등을 감지하여 이를 교정하는 검사 단계를 필수적으로 요구된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기존에는 광학 검사 장치를 통해, 챔버 내부에 위치하는 웨이퍼의 화상 정보를 감지하여 안착 자세에 대하여 평가를 실시했다. 하지만, 이와 같이 화상 정보를 기초로하는 자세 검사는 화상 화소의 한계점에 의해 미세 변위를 측정하기 곤란한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 웨이퍼 챔버 내부의 평탄도 및 기울기에 대한 미세 변위를 보다 정확하게 측정할 수 있는 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서는, 웨이퍼 형상의 기판 하우징; 상기 기판 하우징에 상호 이격 설치되는 제1 정전 센서부 및 제2 정전 센서부를 포함하는 정전 센서 어셈블리; 상기 정전 센서 어셈블리에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 제1 정전 센서부에서 획득되는 제1 커패시턴스값에 기초하여 제1 정전 센서부와 챔버 내부 샤워헤드 간의 제1 거리 정보를 획득하고, 상기 제2 정전 센서부에서 획득되는 제2 커패시턴스값에 기초하여 제2 정전 센서부와 챔버 내부 샤워 헤드간의 제2 거리 정보를 획득하고, 상기 제1 거리 정보 및 상기 제2 거리 정보에 기초하여 갭핑 정보를 생성하는 제어부;를 포함고, 상기 제1 정전 센서부는, 상기 샤워헤드를 향해 메인 전계를 생성하는 메인 전계용 전극; 및 상기 메인 전계에 노이즈 전계가 생성되는 것을 방지하기 위한 보호 전계를 생성하는 보호 전계용 전극;를 포함하고, 상기 메인 전계용 전극은, 중심부에 원형으로 배치되는 측정 전극; 및 상기 측정 전극과 이격되어 동심원 형상으로 설치되는 대향 전극;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 정전 센서 어셈블리는, 상기 제1 정전 센서부 및 상기 제2 정전 센서부와 이격 설치되는 제3 정전 센서부를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 정전 센서부는, 상기 기판 하우징의 중심점을 중심으로 정삼각형이 이루어지도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제3 정전 센서부는 동일한 형태를 가지며, 상기 제1 정전 센서부는, 동심원 형상을 가질 수 있다.
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여기서, 상기 보호 전계용 전극은, 상기 측정 전극 및 상기 대향 전극 사이에서 동심원 형상으로 설치되어 상기 측정 전극에서 생성되는 전계가 상기 대향 전극으로 직접 전달되는 것을 방지하기 위한 제1 보호 전계를 생성하는 제1 보호 전극; 및 상기 대향 전극의 둘레를 감싸는 동심원 형상으로 설치되어 상기 제1 정전 센서부 외부에서 발생되는 전계가 상기 대향 전극에 전달되는 것을 방지하기 위한 제2 보호 전계를 생성하는 제2 보호 전극;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메인 전계용 전극 및 상기 보호 전계용 전극은, 동일한 사각파형 주파수를 출력할 수 있다.
여기서, 상기 기판 하우징은, 상기 챔버 내부 공기인 외기가 인입되는 입구 및 상기 입구의 반대측 출구를 관통하는 외기 이동 경로가 내부 공간에 형성되며, 상기 내부 공간에 구비되어 상기 외기 이동 경로를 통과하는 상기 외기를 향해 검사광을 조사하는 발광부; 및 상기 내부 공간 중 상기 외기 이동 경로 상에 형성되는 수광홈에 설치되어, 상기 외기에 포함된 파티클에 의해 상기 검사광에서 산란되는 산란광을 수광하여 이에 대한 광량 정보를 생성하는 수광부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 광량 정보에 기초하여 상기 외기에 포함된 파티클에 관한 정보인 파티클 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 기판 하우징은, 상기 외기 이동 경로와 수평면 상에서 일지점의 교차점을 갖는 직선 경로인 발광 경로를 구비하고, 상기 정전 센서 어셈블리는, 제3 정전 센서부 및 제4 정전 센서부를 더 포함하고, 상기 제1 정전 센서부 내지 상기 제4 정전 센서부는, 상기 외기 이동 경로와 상기 발광 경로에 의해 구획되는 4개의 영역에서 상기 기판 하우징의 중심점을 중심으로 정사각형 형상을 이루도록 각각 배치되고, 상기 제어부는, 상기 제1 정전 센서부 내지 상기 제4 정전 센서부에서 각각 획득되는 커패시턴스값에 기초한 거리 정보를 통해 상기 갭핑 정보를 생성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서에 의하면, 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 정전 센서부에 의해 챔버 내부의 갭핑 정보가 보다 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 보호 전극을 구비한 정전 센서부를 통해 노이즈 발생을 최소화하여 측정값에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 측정 결과를 발광 정보로 출력하여 관리자의 이용 편리성을 향상시킬 수 있다.
또한, 갭핑 정보뿐 아니라 파티클 정보를 포함하는 복합 정보의 획득을 통해 센서의 기능성을 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭핑 감지 센서(100)의 동작 방법을 간략하게 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭핑 감지 센서(100)의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 센서 어셈블리(130)의 동작 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시부(210)를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 전기적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 갭핑 감지 센서를 이용한 갭핑 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파티클 감지 기능을 갖는 갭핑 감지 센서(400)를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭핑 감지 센서(100)의 동작 방법을 간략하게 설명하기 위한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 웨이퍼 챔버(C)는 웨이퍼를 밀폐된 내부 공간에 수용하여 가공하기 위한 수단이다. 웨이퍼 챔버(C) 내부 공간에는 웨이퍼를 수용하여 안착시킬 수 있는 웨이퍼 지지부(E)가 설치될 수 있다. 웨이퍼 지지부(E)는 웨이퍼가 안착될 수 있는 평면부를 가질 수 있다. 해당 평면부에 웨이퍼가 안착된 상태에서 다양한 종류의 가공이 이루어질 수 있다.
이때, 웨이퍼 지지부(E)가 휨이나 기울어짐에 의해 수평 상태를 갖지 못하는 경우, 이에 안착되는 웨이퍼 역시 수평되지 못하는 안착 자세를 가짐으로써, 적용되는 공정이 불균일이 공정으로 이어져 제품의 불량을 야기할 수 있다.
이에 본 발명에서는, 상술한 문제점을 해소하기 위해 웨이퍼 형상으로 형성되어 정전용량 방식으로 갭핑(Gapping) 정보를 감지할 수 있는 갭핑 감지 센서(100)를 구현하도록 한다. 이에 따라, 갭핑 감지 센서(100)가 웨이퍼 지지부(E)에서 웨이퍼와 동일한 자세로 안착되고, 정전용량 방식으로 센서와 챔버 내부 천장면의 샤워헤드(F)까지의 거리 정보를 통해 챔버의 편탄도, 기울기, 및 휨에 관한 갭핑 정보를 생성하도록 한다.
갭핑 측정 방식은, 갭핑 감지 센서 상에서 정전 센서 어셈블리(130)에 포함되는 제1 정전 센서부(131) 및 제2 정전 센서부(133)가 서로 다른 위치에 배치되고, 각각의 위치에서 전원 공급부의 전원 공급을 받아 샤워헤드(F)를 향해 각각 전계를 생성하여, 이에 따른 제1 커패시턴스값 및 제2 커패시턴스값을 감지할 수 있다. 이렇게 감지되는 제1,2 커패시턴스값을 기초로 하여 제1 거리 정보 및 제2 거리 정보 산출하고, 산출된 제1,2 거리 정보를 참고하여 챔버 내부의 평탄도, 기울기, 및 휨에 대한 갭핑 정보를 생성할 수 있다. 이렇게 갭핑 감지 센서(100)에서 생성되는 갭핑 정보는 웨이퍼 챔버 공정을 전체적으로 제어하는 웨이퍼 챔버 공정 시스템이나, 외부에 위치하는 관리자의 외부 단말기로 전송될 수 있다.
이와 같은, 갭핑 감지 센서(100)에 의하면 정전용량 방식의 측정 방법으로 미세 변위 측정이 가능하며, 웨이퍼와 유사한 기판 형상의 센서 복수의 위치에서 샤워헤드(F)와의 거리를 산출함으로써, 측정 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
이상은, 갭핑 감지 센서(100)의 간략적인 동작 방법에 대하여 설명하였다. 도 2 내지 도 5에서는 갭핑 감지 센서(100)의 구성 및 세부 동작 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭핑 감지 센서(100)의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 센서 어셈블리(130)의 동작 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시부(210)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 전기적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 갭핑 감지 센서(100)는 기판 하우징(110), 정전 센서 어셈블리(130), 전원 공급부(150), 통신부(170), 메모리부(190), 발광 표시부(210), 환경 센서부(230), 및 제어부(250)를 포함할 수 있다.
기판 하우징(110)은, 웨이퍼와 같은 기판 형상으로 구성될 수 있으며 후술하는 정전 센서 어셈블리(130)가 결합될 수 있다. 기판 하우징(110)은 평판 형태로 형성되어, 웨이퍼 지지부(도 1, E 이하생략) 상에 배치되는 경우,웨이퍼 지지부의 접촉면에 상태에 따라 수평도가 결정될 수 있다. 본 실시예에서 구체적으로 도시되지 않았으나, 기판 하우징(110)은 내구성 증대를 위해 그 표면이 보호 성분에 의해 도포될 수도 있다.
정전 센서 어셈블리(130)는, 기판 하우징(110)에 수평되도록 결합되어 웨이퍼 챔버(도 1, C 이하생략) 내부 공간의 샤워헤드(도 1, F 이하생략)을 향해 전계를 형성하는 정전용량 방식으로 커패시턴스값을 측정할 수 있다. 이를 위해 정전 센서 어셈블리(130)는, 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 정전 센서부(131, 133, 135)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 기판 하우징(110)의 중심점(C)에 대해 정삼각 형상을 이루도록 배치되는 제1 정전 센서부(131), 제2 정전 센서부(133), 및 제3 정전 센서부(135)를 포함할 수 있다. 다만, 정전 센서부의 적용 숫자 및 배치 구조는 실험 및 공정 조건에 따라 다르게 적용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서 정전 센서 어셈블리(130)의 일면이 기판 하우징(110)의 상부면에 노출되도록 결합되었으나, 이에 한정된 것은 아니며, 기판 하우징(110) 상에 전체 노출되도록 결합될 수도 있다.
본 실시예에서 적용되는 갭핑 감지 센서(100)는 다음과 같은 동작 방법을 갖는다. 본 실시예에서 도시하지 않았으나, 갭핑 감지 센서(100)는 전극판으로 이루어지고, 내부에 구비되는 고주파 발진기, 신호레벨 검출기, 출력 스위칭 소자 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전압의 인가에 따라서 고주파 발진기가 전극판에 고주파 전압을 인가할 수 있다. 전극판은 고주파 전압에 의해 사각파형의 주파수를 출력하여 전계를 형성하며 이에 대한 커패시턴스값을 가질 수 있다. 이때, 전계 범위에 대상물이 존재하는 경우, 해당 대상물에 의해 발진기의 발진 주파수가 변화되며 커패시턴스값 역시 변화될 수 있다. 이에 대한 공식은 다음과 같다.
Figure 112018004146727-pat00001
(C: 커패시턴스, A: 검출면 면적,
Figure 112018004146727-pat00002
/
Figure 112018004146727-pat00003
: 유전체, d: 거리)
측정 공간이 웨이퍼 챔버 내부 공간이며, 검출면인 챔버 내부 천장면인 샤워헤드의 면적이 고정인 것을 감안하면 커패시턴스(C)값은 거리(d)에 반비례하는 결과값이 나올 수 있다. 다시말해, 갭핑 감지 센서(100)와 샤워헤드의 거리가 가까우면 커패시턴스값이 증가하고, 멀어지면 감소하는 커패시턴스값의 변화가 발생될 수 있다.
이와 같은 갭핑 측정 방식에 따르면, 서로 다른 위치에 배치되는 각 정전 센서부(131, 133, 135)로부터 감지되는 커패시턴스값을 메모리부에 저장된 기준값과 비교하여 샤워헤드와의 거리 정보를 생성하고, 이를 통해 갭핑 정보를 산출할 수 있다.
이러한 정전 센서 어셈블리(130)의 세부 구성은 도 3에 도시된 것과 같이, 메인 전계용 전극(131a, 131b) 및 보호 전계용 전극(131c, 131d)을 포함할 수 있다.
메인 전계용 전극(131a, 131b)은, 커패시턴스값을 측정하기 위해 전원 공급에 따라 샤워헤드를 향해 메인 전계를 생성하기 위한 수단일 수 있다. 이를 위해 메인 전계용 전극(131a, 131b)은 중심부에 원형으로 배치되는 측정 전극(131a)과, 측정 전극(131a)과 이격되어 동심원 형상으로 설치되는 대향 전극(131b)를 포함할 수 있다. 따라서, 측정 전극(131a) 및 대향 전극(131b)은 서로 극성(양극, 음극)으로 설정될 수 있으며, 이에 따라 전계는 고전위인 양극에서 저전위인 음극으로 향하게 생성될 수 있다.
보호 전계용 전극(131c, 131d)은, 메인 전계에 노이즈 전계가 생성되는 것을 방지하기 위한 보호 전계(S)를 생성하기 위한 수단일 수 있다. 이를 위해, 보호 전계용 전극(131c, 131d)은 제1 보호 전극(131c) 및 제2 보호 전극(131d)를 포함할 수 있다.
제1 보호 전극(131c)은, 측정 전극(131a) 및 대향 전극(131b) 사이에서 동심원 형상으로 설치되어 측정 전극(131a)에서 생성되는 전계가 대향 전극(131b)으로 직접 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해 제1 보호 전극(131c)은 측정 전극(131a)과 반대되는 극성의 전극으로 구성되어, 측정 전극(131a)과의 사이에 제1 보호 전계(S1)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 메인 전계(M) 사이에 제1 보호 전계(S1)가 위치함에 따라, 측정 전극(131a)에서 샤워헤드(F)를 향하지 않은 메인 전계(M)중 일부가 대향 전극(131b)에 직접 전달되는 것을 방지하여, 샤워헤드(F)에 의한 커패시턴스값의 정확성을 향상시킬 수 있다.
제2 보호 전극(131d)은, 다른 정전 센서부에서 발생되는 전계가 메인 전계(M)에 전달되는 것을 방지하기 위한 수단일 수 있다. 이를 위해 제2 보호 전극(131d)은, 대향 전극(131b)의 둘레를 감싸는 동심원 형상으로 설치되어 대향 전극(131b)외 다른 극성의 전극으로 형성되어 제2 보호 전계(S2)를 생성할 수 있다.
이와 같은 보호 전계용 전극(131c, 131d)에 의하면, 측정 전극(131a)와 대향 전극(131b) 사이에 제1 보호 전계(S1)을 생성하고, 대향 전극(131b)과 외부 공간 사이에 제2 보호 전계(S2)를 생성할 수 있다. 메인 전계(M) 자체의 노이즈 발생(측정 전극(131a)에서 대향 전극(131b)으로 직접 전계 이동) 및 외부 정전 센서부에 의한 노이즈 발생(제2 정전 센서부(133), 제3 정전 센서부(135)의 메인 전계 전달)을 방지할 수 있다.
상술한 메인 전계용 전극(131a, 131b) 및 보호 전계용 전극(131c, 131d)의 구성은 다른 정전 센서부(133, 135)에도 동일하게 적용될 수 있다.
통신부(170)는, 각 정전 센서부(131, 133, 135)에서 감지되는 정보 또는 제어부(250)에서 생성되는 정보를 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기로 전송하는 기능을 할 수 있다.
전원 공급부(150)는, 전기적인 구성들에 선택적으로 전원을 공급하기 위한 수단으로 본 실시예에서는 구체적으로 도시되지 않았으나 기판 하우징(110)의 일측에 설치될 수 있다. 전원 공급부(150)는 리튬(Lithium) 전지와 같이 배터리 방식으로 적용될 수 있으며, 웨이퍼 챔버(C)와 연결되는 유선형으로도 적용될 수 있다.
메모리부(190)는, 각 센서에서 측정되는 측정값, 기설정된 기준값, 웨이퍼 공정 시스템, 및 외부 단말기에서 전송되는 데이터 정보 등을 저장하기 위한 수단일 수 있다.
발광 표시부(210)는, 후술하는 제어부(250)에서 생성되는 갭핑 정보에 따라 발광하기 위한 수단으로, 도 4에서처럼 각 정전 센서부(131, 133, 135)에 대응되는 복수로 구비되어 각 정전 센서부(131, 133, 135)의 커패시턴스값에 따라 발광될 수 있다. 예컨데, 제1 정전 센서부(131)의 커패시턴스값이 기준값을 벗어나는 경우, 제어부(250)의 제어에 따라 발광될 수 있다. 이때, 발광 표시부(210)는 정전 센서부(131, 133, 135)의 동작이나 측정값이 정상일 경우에는 녹색이나 청색 계통의 색상광을 발광할 수 있고, 동작 및 측정값이 비정상일 경우 적색이나 황색 계통의 색상광을 발광할 수도 있다. 또한, 발광 표시부(210)는 발광 세기도 조절될 수 있다. 뿐만 아니라, 발광 표시부(210)는 후술하는 환경 센서부(230)에서 감지되는 환경 정보에 따라서도 선택적으로 발광될 수도 있다.
환경 센서부(230)는, 웨이퍼 챔버(C) 내부 공간의 환경 정보를 수집하기 위한 수단으로 기판 하우징(110)의 일측에 설치될 수 있다. 이러한 환경 센서부(230)는, 온도 정보를 수집하기 위한 온도 센서부, 습도 정보를 수집하기 위한 습도 센서부, 및 기압 정보를 수집하기 위한 기압 센서부 등을 포함할 수 있다. 이렇게 환경 센서부(230)를 통해 수집되는 센싱 정보는 제어부(250)에 전달되어, 제어부(250)에서 갭핑 정보의 생성 시 참고 정보로 활용될 수 있다.
제어부(250)는, 상술한 전기적인 구성들을 제어하기 위한 수단으로 기본적으로 정전 센서부(131, 133, 135)에서 커패시턴스값이 수신되는 경우, 각 커패시턴스값에 기초하여 각 센서부(131, 133, 135)와 샤워헤드(F) 사이의 거리에 대한 각각의 거리 정보를 획득하고, 각각의 거리 정보를 서로 비교하거나 기준값과 비교하는 방법을 통해 갭핑 정보를 생성할 수 있다.
갭핑 정보는, 챔버 평탄도 정도에 관한 평탄도 정보, 기울기 정도에 관한 기울기 정보 등을 포함할 수 있다. 제어부(250)는 이렇게 생성되는 갭핑 정보를 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기에 전송하여 웨이퍼 공정 시스템에 의해 공정에 대한 제어를 실시하도록 하거나, 관리자로 하여금 챔버 상태를 인지시킬 수 있다.
여기서, 전원 공급부(150), 통신부(170), 메모리부(190), 제어부(250)은 단일 PCB기판에 통합 구성되어 기판 하우징(110)에 배치될 수도 있다.
이상은, 갭핑 감지 센서(100)의 구성에 대하여 설명하였다. 도 6에서는 상술한 갭핑 감지 센서(100)의 구동 방법을 순차적인 흐름에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도 6에서 제시되는 단어들은 도 1 내지 도 5에 기재된 내용을 바탕으로 그 동작을 설명하는 것이므로, 동일한 단어에 대한 도면부호는 생략하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 갭핑 감지 센서를 이용한 변위 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 픽 앤 플레이스(Pick And Place)에 의해 갭핑 감지 센서가 웨이퍼 챔버 내부 공간으로 이동될 수 있다. 이동된 갭핑 감지 센서는 챔버 내부에 위치한 웨이퍼 지지부에 안착될 수 있다. 갭핑 감지 센서의 기판 하우징은 웨이퍼와 유사한 기판 형상으로 형성되어있어, 웨이퍼와 동일하게 웨이퍼 지지부에 안착될 수 있다.
이렇게 갭핑 감지 센서가 웨이퍼 지지부에 안착되는 준비 단계가 완료되면, 갭핑 감지 센서의 제어부는 갭핑 측정 시작에 관한 입력 정보의 수신 여부를 판단할 수 있다(S11). 갭핑 측정 시작에 관한 입력 정보는 웨이퍼 공정 시스템 또는 챔버 외부의 관리자가 운용하는 외부 단말기에서 전송되어 갭핑 감지 센서의 통신부를 통해 수신될 수 있다. 또는, 메모리부에 기설정된 시간 정보에 따라, 자동으로 생성될 수도 있다.
갭핑 측정 시작을 위한 입력 정보가 수신되면, 제어부는 정전 센서부에 전원이 인가되도록 전원 공급부를 제어할 수 있다(S13). 정전 센서부는 기판 하우징에서 서로 다른 위치에, 구체적으로 삼각 대형을 형성하는 배치 구조를 갖는 제1, 제2, 제3 정전 센서부로 구성될 수 있다. 정전 센서부는 전압 인가에 따라 전계를 형성하고, 해당 전계에 의한 커패시턴스값을 측정하는 정전용량 갭핑 감지 센서로, 제어부는 복수의 정전 센서부에 대하여 순차적으로 전압이 인가되도록 제어할 수 있다.
예컨데, 제1 정전 센서부에 우선 전압이 인가되도록 하고, 이 경우 제2, 제3 정전 센서부의 전압 인가는 차단할 수 있다. 이후, 제어부는 제1 정전 센서부의 커패시턴스값 측정이 완료되면 제1 정전 센서부의 전압 인가를 차단하고, 제2, 제3 정전 센서부 중 어느 하나에 대하여 전압 인가 및 커패시턴스값 측정을 실시할 수 있다. 이는, 복수의 정전 센서부에 대한 동시적인 전압 인가 시, 복수의 전계에 의한 노이즈 신호의 발생을 최소화하기 위한 방안일 수 있다.
전압 인가에 따른 정전 센서부의 전계 생성 시, 메인 전계는 측정 전극 및 대향 전극에 의해 생성되며, 이들 사이에 배치되는 제1,2 보호 전극에 의해서는 보호 전계가 형성될 수 있다. 보호 전계는, 메인 전계가 대상물인 샤워헤드에 통하지 않고, 직접 인접 전극에 접근되는 것을 차단하여 노이즈 신호를 감쇠시킬 수 있다.
이렇게 정전 센서부들에 의한 커패시턴스값 측정이 완료되면 제어부는 해당 커패시턴스값의 수신 여부를 판단하고(S15), 수신되는 경우 커패시턴스값들을 기초로 하여 센서부에서 샤워헤드까지의 거리 정보를 각각 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 거리 정보들을 서로 비교하거나 기준값과 각각 비교하여 비교 결과를 통해 챔버의 평탄도, 기울기, 휨에 대한 정보인 갭핑 정보를 생성할 수 있다(S17).
갭핑 정보는, 거리 정보에 대한 수치 정보 및 이미지 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함할 수 있다. 또한, 제어부는 갭핑 정보의 생성 뿐만 아니라, 환경 센서부를 이용하여 환경 정보 생성할 수 있다. 환경 정보는, 웨이퍼 챔버 내부의 온도, 습도, 기압 정보 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 정전 센서부의 커패시턴스값을 통해서만 갭핑 정보를 생성할 수도 있으나, 이에 환경 정보를 더 적용하여 환경 정보가 적용된 갭핑 정보를 생성할 수도 있다.
뿐만아니라, 제어부는 정전 센서부로부터 수신되는 커패시턴스값에 환경 정보를 적용하여 보정 커패시턴스값을 생성할 수도 있다.
이렇게 갭핑 정보가 생성되면, 제어부는 통신부를 제어하여 갭핑 정보를 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기에 전송시킬 수 있다(S19). 웨이퍼 공정 시스템은 웨이퍼 고정 시설을 통합 관리 제어하는 시스템이고 외부 단말기는 웨이퍼 챔버를 관리하는 관리자의 단말기로, 수신된 갭핑 정보가 수치 정보 및 이미지 정보 중 적어도 어느 하나로 출력될 수 있다. 이를 통해 관리자는 현재 챔버의 평탄도, 기울기, 휨과 같은 상태를 용이하게 확인할 수 있고, 해당 정보에 의해 웨이퍼 공정이 자동으로 제어될 수 있다. 이때, 갭핑 정보에는 환경 정보도 포함될 수 있으므로, 웨이퍼 챔버 내부의 환경 상태까지 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기에 전송되고, 이에 따라 챔버 공정이 제어될 수 있다.
또한, 제어부는 갭핑 정보에 따라 발광 표시부의 발광 동작을 제어할 수 있다. 발광 표시부는 기판 하우징에 설치되어 광을 조사하는 수단으로 갭핑 정보에 따라 발광색, 광세기, 점멸 속도 등이 제어부에 의해 제어될 수 있다. 이러한 발광 표시부는 복수의 정전 센서부에 대응되도록 배치되어, 이상이 발생되는 정전 센서부 또는 정상 동작인 정전 센서부에 대응되게 발광될 수 있다.
나아가, 제어부는 환경 정보에 따라서도 발광 표시부의 발광을 제어할 수 있다. 이렇게 발광 표시부의 발광에 따라 웨이퍼 챔버 외부에 위치하는 사용자에게 챔버의 상태를 시각적으로 용이하게 인지시킬 수 있다.
이와 같은 갭핑 감지 센서를 이용한 변위 측정 방법에 의하면 노이즈 신호를 최소화하고, 주변 환경 상태를 반영하여 보다 정확한 웨이퍼 챔버의 갭핑 정보를 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파티클 감지 기능을 갖는 갭핑 감지 센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 갭핑 감지 센서(400)는 챔버 내부의 오염 물질인 먼지와 같은 파티클(P: Particle)을 감지할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 이를 위해 갭핑 감지 센서(400)는 기판 하우징(410)에서부터 다른 구조를 가진다.
기판 하우징(410)은, 챔버 내부 공인인 외기(A)가 인입되는 입구(411) 및 입구(411)의 반대측 출구(413)를 관통하는 외기 이동 경로(R1)가 내부 공간에 형성될 수 있다. 또한, 기판 하우징(410)은 외기 이동 경로(R1)와 수평면 상에서 일지점의 교차점을 갖는 직선 이동 경로인 발광 경로(R2-1, R2-2)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 기판 하우징(410)은 외기 이동 경로(R1)와 발광 경로(R2)에 의해 4개의 영역으로 구획될 수 있다. 본 실시예에서는 외기 이동 경로(R1) 및 발광 경로(R2-1, R2-2)가 서로 수직으로 교차되도록 배치될 수 있다. 또한, 발광 경로(R2-1, R2-2)는 외기 이동 경로(R1)에 의해 구획되는 제1 발광 경로(R2-1) 및 제2 발광 경로(R2-2)를 가질 수 있다.
이렇게 4개의 영역으로 구획되는 기판 하우징의 각 영역에는 정전 센서부(431, 433, 435, 437)가 각각 배치되기 위해 정전 센서부는 서로 동일한 구조의 제1 정전 센서부(431), 제2 정전 센서부(433), 제3 정전 센서부(435), 제4 정전 센서부(437)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(도 5, 250 이하생략)는 서로 다른 영역에 배치되는 4개의 정전 센서부(431, 433, 435, 437)에서 감지되는 커패시턴스값을 기초로하여 각각의 거리 정보를 산출하고, 해당 거리 정보를 서로 비교하거나 기준값과 비교하는 방법으로 갭핑 정보를 생성하여 이를 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기로 전송시킬 수 있다.
여기에 추가하여 갭핑 감지 센서(400)는 파티클 감지를 위한 구성 요소로 송풍부(440), 발광부(450), 렌즈부(460), 수광부(470), 광흡수부(480), 및 필터부(490)를 더 포함할 수 있다.
송풍부(440)는, 챔버 내부에 존재하는 외기(A)를 기판 하우징(410)의 내부 공간, 즉 외기 이동 경로(R1)으로 유입시키기 위한 수단일 수 있다. 이를 위해 송풍부(440)은 입구(411)에 설치될 수 있다.
발광부(450)는, 제1 발광 경로(R2-1)의 일단에 설치되어 외기 이동 경로(R1)와 발광 경로(R2)의 교차점을 향해 검사광(L1)을 조사할 수 있다.
렌즈부(460)는, 발광부(450)에서 조사되는 검사광(L1)을 집광하기 위한 수단으로 제1 발광 경로(R2-1)에 설치될 수 있다. 이때, 렌즈부(460)는 검사광(L1)을 콜리메팅(Collimating)하기 위한 제1 렌즈부(461) 및 제2 렌즈부(463)와, 콜리메이팅된 검사광(L1)을 집광하기 위한 제3 렌즈부(465)를 포함할 수 있다.
수광부는(470)는, 외기 이동 경로(R1)와 발광 경로(R2-1, R2-2)의 교차점에 오목되게 형성되는 수광홈(415)에 배치되어, 검사광(L1)이 외기(A)에 포함된 파티클(P)와 충돌하여 산란되는 산란광을 수광하여 이에 대한 광량 정보를 생성할 수 있다.
광흡수부(480)는, 제2 발광 경로(R2-2)에 설치되어, 제2 발광 경로(R2-2)로 유입되는 검사광(L1)을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 수광부(470)는 산란광만을 수광할 수 있다.
필터부(490)는, 외기 이동 경로(R1)의 출구(413)에 설치되어, 외기(A)에 포함되어 있는 파티클(P)을 필터링할 수 있다.
제어부는, 산란광의 광량 정보에 기초하여 외기(A)에 포함된 파티클(P)에 관한 정보인 파티클 정보를 생성하고, 이를 웨이퍼 공정 시스템 또는 외부 단말기에 전송하도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 갭핑 감지 센서(400)는 챔버 내부 외기(A)에 포함된 파티클 정보를 감지하는 구성을 더 포함하여, 갭핑 정보뿐 아니라, 파티클 정보까지 생성하여 관리자에게 이를 알릴 수 있다.
100: 갭핑 감지 센서 230: 환경 센서부
110: 기판 하우징 250: 제어부
130: 정전 센서 어셈블리 C: 웨이퍼 챔버
150: 전원 공급부 E: 웨이퍼 지지부
170: 통신부 F: 샤워헤드
190: 메모리부 M: 메인 전계
210: 발광 표시부 S: 보호 전계

Claims (9)

  1. 웨이퍼 형상의 기판 하우징;
    상기 기판 하우징에 상호 이격 설치되는 제1 정전 센서부 및 제2 정전 센서부를 포함하는 정전 센서 어셈블리;
    상기 정전 센서 어셈블리에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 제1 정전 센서부에서 획득되는 제1 커패시턴스값에 기초하여 제1 정전 센서부와 챔버 내부 샤워헤드 간의 제1 거리 정보를 획득하고, 상기 제2 정전 센서부에서 획득되는 제2 커패시턴스값에 기초하여 제2 정전 센서부와 챔버 내부 샤워 헤드간의 제2 거리 정보를 획득하고, 상기 제1 거리 정보 및 상기 제2 거리 정보에 기초하여 갭핑 정보를 생성하는 제어부;를 포함고,
    상기 제1 정전 센서부는,
    상기 샤워헤드를 향해 메인 전계를 생성하는 메인 전계용 전극; 및
    상기 메인 전계에 노이즈 전계가 생성되는 것을 방지하기 위한 보호 전계를 생성하는 보호 전계용 전극;를 포함하고,
    상기 메인 전계용 전극은,
    중심부에 원형으로 배치되는 측정 전극; 및
    상기 측정 전극과 이격되어 동심원 형상으로 설치되는 대향 전극;을 포함하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전 센서 어셈블리는,
    상기 제1 정전 센서부 및 상기 제2 정전 센서부와 이격 설치되는 제3 정전 센서부를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 정전 센서부는,
    상기 기판 하우징의 중심점을 중심으로 정삼각형이 이루어지도록 배치되는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 정전 센서부는 동일한 형태를 가지며,
    상기 제1 정전 센서부는,
    동심원 형상을 가지는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 전계용 전극은,
    상기 측정 전극 및 상기 대향 전극 사이에서 동심원 형상으로 설치되어 상기 측정 전극에서 생성되는 전계가 상기 대향 전극으로 직접 전달되는 것을 방지하기 위한 제1 보호 전계를 생성하는 제1 보호 전극; 및
    상기 대향 전극의 둘레를 감싸는 동심원 형상으로 설치되어 상기 제1 정전 센서부 외부에서 발생되는 전계가 상기 대향 전극에 전달되는 것을 방지하기 위한 제2 보호 전계를 생성하는 제2 보호 전극;을 포함하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전계용 전극 및 상기 보호 전계용 전극은,
    동일한 사각파형 주파수를 출력하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 하우징은, 상기 챔버 내부 공기인 외기가 인입되는 입구 및 상기 입구의 반대측 출구를 관통하는 외기 이동 경로가 내부 공간에 형성되며,
    상기 내부 공간에 구비되어 상기 외기 이동 경로를 통과하는 상기 외기를 향해 검사광을 조사하는 발광부; 및
    상기 내부 공간 중 상기 외기 이동 경로 상에 형성되는 수광홈에 설치되어, 상기 외기에 포함된 파티클에 의해 상기 검사광에서 산란되는 산란광을 수광하여 이에 대한 광량 정보를 생성하는 수광부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 광량 정보에 기초하여 상기 외기에 포함된 파티클에 관한 정보인 파티클 정보를 생성하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 하우징은, 상기 외기 이동 경로와 수평면 상에서 일지점의 교차점을 갖는 직선 경로인 발광 경로를 구비하고,
    상기 정전 센서 어셈블리는,
    제3 정전 센서부 및 제4 정전 센서부를 더 포함하고,
    상기 제1 정전 센서부 내지 상기 제4 정전 센서부는,
    상기 외기 이동 경로와 상기 발광 경로에 의해 구획되는 4개의 영역에서 상기 기판 하우징의 중심점을 중심으로 정사각형 형상을 이루도록 각각 배치되고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 정전 센서부 내지 상기 제4 정전 센서부에서 각각 획득되는 커패시턴스값에 기초한 거리 정보를 통해 상기 갭핑 정보를 생성하는, 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서.
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