KR102663198B1 - 공정 챔버의 보수 주기 판단을 위한 모니터링 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents

공정 챔버의 보수 주기 판단을 위한 모니터링 시스템, 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템은 상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 상기 공정 챔버의 내부에 존재하는 반응물의 양을 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하도록 구성되는 모니터링 장치를 포함하되, 상기 모니터링 장치는 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.

Description

공정 챔버의 보수 주기 판단을 위한 모니터링 시스템, 장치 및 방법 {Monitoring system for determining a maintenance cycle of a processing chamber, apparatus and method thereof}
본 발명은 반도체 공정에서 사용되는 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 상기 공정 챔버의 예방 보수(preventive maintenance) 주기를 판단하기 위하여 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 소자의 미세화로 인해 원자층 식각 등과 같은 정밀/미세구조 식각 공정 개발이 매우 중요해지고 있으며, 이에 따라 관련 장비의 오염, 파티클 관리 등을 위한 세정 공정(cleaning process)의 중요도 또한 매우 높아지고 있다.
세정 공정은 공정 챔버(processing chamber) 내벽이나 웨이퍼(wafer) 표면 등에서 이물질을 제거하는 공정으로서, 세정 공정이 완벽하게 진행되지 않을 경우 공정 챔버 내부에 남은 이물질이 다음 공정에 영향을 주게 된다. 반대로 과도한 세정 공정이 진행되는 경우 공정 챔버의 내벽이 손상되며, 전체 공정 시간 또한 증가한다. 이와 같이 세정 공정은 반도체 제조 공정에서 매우 중요한 비중을 차지하고 있으나 세정 공정에 대한 실시간 및/또는 정량적 모니터링이 이루어지지 않고 있으며, 이에 따라 세정 공정이 미세 식각 및 증착 공정에 미치는 영향 등을 확인할 수 없는 실정이다.
한편, 플라즈마(plasma) 공정을 모니터링하기 위한 방식으로서 광학 센서를 이용하는 방법이 존재한다. 그러나 광학 센서는 빛을 이용하는 방식이기 때문에 공정 챔버 내 플라즈마에 의한 간섭으로 인해 모니터링의 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 광학 센서 외에 챔버 내부에 장착되어 사용되는 센서들의 경우 공정 챔버 내에 벌크한(bulk) 형태로 장착되기 때문에 플라즈마의 균일도가 깨지며, 이로 인해 플라즈마 공정의 재현성이 저하되는 등의 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2200152호, 등록일자 2021년 01월 04일.
본 발명의 기술적 과제는 반도체 제조 공정 중에 공정 챔버 내에서 생성 및/또는 제거되는 반응물의 양을 실시간으로 모니터링할 수 있는 모니터링 시스템, 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 반도체 제조 공정 중 플라즈마에 영향을 미치지 않고 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링할 수 있는 모니터링 시스템, 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 공정 챔버의 예방 보수 주기를 정확하게 결정할 수 있는 모니터링 시스템, 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템은, 상기 공정 챔버의 내부에 구비되고 상기 공정 챔버의 내부에 존재하는 반응물의 양을 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하도록 구성되는 모니터링 장치를 포함하되, 상기 모니터링 장치는 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 센서는 한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 구비되는 한쌍의 전극, 상기 한쌍의 전극 사이에 구비되는 압전 소자를 포함하는 센싱 모듈, 및 상기 센싱 모듈에서 측정되는 측정값을 무선 통신망을 통해 상기 모니터링 장치로 전송하도록 구성되는 무선 통신 모듈을 포함하는 박막형의 센서일 수 있다.
또한, 상기 측정값은 상기 압전 소자에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함하고, 상기 모니터링 장치는 상기 주파수 값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 장치는 상기 측정값이 임계값에 도달함임을 기반으로 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정할 수 있다.
또한, 상기 임계값은 상기 공정 챔버의 내부에서 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 상기 공정 챔버의 내부 압력 및 상기 공정 챔버에 인가되는 파워 중 적어도 하나를 기반으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 장치는 상기 세정 공정의 시작 시점 이후에 상기 측정값이 기 설정된 범위 내에서 변화함을 기반으로 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 장치는 상기 세정 공정의 시작 시점 이후에 상기 측정값이 기 설정된 시간 동안 상기 기 설정된 범위 내에 존재함을 기반으로 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 센서는 복수개의 센서들을 포함하고, 상기 복수개의 센서들은 상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고, 상기 모니터링 장치는 상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 적어도 하나가 기 설정된 임계값 이하임을 기반으로 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하고, 상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화함을 기반으로 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 장치는 상기 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 측정값을 수신하도록 구성되는 통신 모듈 및 상기 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하고 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공정 챔버의 내부 상태를 측정하는 장치는 한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 구비되는 한쌍의 전극, 및 상기 한쌍의 전극 사이에 구비되는 압전 소자를 포함하는 센싱 모듈, 및 상기 센싱 모듈에서 측정되는 측정값을 무선 통신망을 통해 전송하도록 구성되는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 장치에 의해 수행되는 모니터링 방법은 상기 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 측정값을 수신하는 단계, 상기 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계 및 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계와, 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 공정 챔버 모니터링 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 프로세서에 의해 실행되면, 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계와, 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 공정 챔버 모니터링 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버의 내부 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있기 때문에 세정 공정의 시작 시점과 종료 시점을 실시간으로 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버의 예방 보수 주기를 확인함으로써 반도체 제조 시스템에서의 시간 손실을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버 내부에 구비되는 박막형 센서로 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하기 때문에 공정 재현성에 영향을 주지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 세정 공정이 종료되는 시점을 정확하게 파악할 수 있기 때문에 세정 공정에 사용되는 온실 가스를 절감할 수 있으며 이로 인해 탄소 중립에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서가 구비되는 공정 챔버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 공정 챔버에 인가되는 파워 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이다.
도 6은 공정 챔버 내 가스의 압력 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이다.
도 7은 공정 챔버의 내부에서 방전되는 가스의 성분 비율 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이다.
도 8은 공정 챔버에 인가되는 파워 별 세정 공정의 완료 시점을 나타내는 도면이다.
도 9는 세정 가스의 종류 별 세정 공정의 완료 시점을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 세정 공정의 종료 시점을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 문서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 문서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 문서에서 사용되는 ‘부’라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, ‘부’는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 ‘부’는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. ‘부’는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 ‘부’는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 ‘부’들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 ‘부’들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 ‘부’들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버 모니터링 시스템은 적어도 하나의 센서(110) 및 모니터링 장치(120)를 포함한다.
센서(110)는 반도체 제조 공정(식각 공정, 증착 공정 등) 진행 시 플라즈마에 노출되어 변화하는 공정 챔버(130)의 내부 상태를 측정 및/또는 감지하도록 구성된다. 센서(110)는 세정 공정 시에도 공정 챔버(130)의 내부 상태를 측정 및/또는 감지할 수 있다. 이를 위하여 센서(110)는 공정 챔버(130)의 내부(예를 들어, 내벽부, 기판부 등)에 구비될 수 있다. 도 1에는 일 예로서 하나의 센서(110)가 공정 챔버(130) 내부에 포함되는 것으로 도시되어 있지만, 공정 챔버(130) 내에는 복수개의 센서들이 각각 서로 다른 위치 및/또는 높이에 구비될 수 있다.
일 실시예로서, 센서(110)는 공정 챔버(130)의 내부에 존재하는 반응물의 양을 실시간으로 측정 및/또는 감지하여 이를 무선 통신망을 통해 모니터링 장치(120)로 전송할 수 있다. 여기서, 상기 반응물은 폴리머와 같이 공정 반응에 의해 생성되는 부산물을 포함할 수 있다. 이를 위하여 센서(110)는 피에조(piezo)효과를 가지는 물질(이하, 압전 소자라 함)을 포함하는 센싱 모듈 및 상기 센싱 모듈의 측정값을 무선 통신망을 통해 외부로 전송하기 위한 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
모니터링 장치(120)는 센서(110)로부터 수신되는 측정값을 기반으로 공정 챔버(130)의 내부 상태를 모니터링하도록 구성된다. 모니터링 장치(120)는 센서(110)에서 측정되는 측정값의 변화 및/또는 변화량을 기반으로 공정 챔버(130)에 대한 세정 공정의 시작 시점 및/또는 종료 시점을 결정할 수 있다. 일 예로, 모니터링 장치(120)는 센서(110)의 측정값을 기반으로 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링할 수 있다. 이 때, 센서(110)로부터 수신되는 측정값은 압전 소자의 팽창 및 수축에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함할 수 있다. 이 경우, 모니터링 장치(120)는 상기 주파수 값의 변화를 기반으로 공정 챔버(130)의 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 장치(120)는 상기 측정값이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 즉, 상기 측정값이 상기 임계값에 도달하는 경우, 세정 공정의 시작 시점에 도달한 것으로 결정 및/또는 판단할 수 있다. 여기서, 상기 임계값은 공정 챔버(130)의 내부에서 방전되는 가스의 종류, 해당 가스의 성분 비율, 공정 챔버(130) 내 가스의 압력, 공정 챔버(130)에 인가되는 파워 등을 기반으로 결정 및/또는 설정될 수 있다. 한편, 모니터링 장치(120)는 세정 공정의 시작 시점 이후 즉, 세정 공정이 시작된 후에 센서(110)로부터 수신되는 측정값이 기 설정된 시간 동안 기 설정된 범위 내에서 변화하거나 즉, 상기 측정값의 변화량이 일정 시간 동안 일정 범위 내이거나, 상기 측정값이 세정 종말점(end point)에 도달한 것이 확인되면 세정 공정의 종료 시점에 도달한 것으로 결정 및/또는 판단할 수 있다.
일 실시예로서, 공정 챔버 모니터링 시스템에 복수개의 센서들이 포함되는 경우, 상기 복수개의 센서들은 공정 챔버(130)의 내부에서 서로 다른 위치에 구비될 수 있다. 이 경우, 모니터링 장치(120)는 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 적어도 하나가 기 설정된 임계값 이하이면 세정 공정을 시작할 시점이 된 것으로 결정할 수 있다. 그리고 세정 공정 중 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들이 모두 기 설정된 범위 내에서 변화하면 세정 공정을 종료할 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서가 구비되는 공정 챔버를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 공정 챔버(200)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 코일(210), 상판(220) 및 진공 펌프(230)를 포함할 수 있다.
ICP 코일(210)은 ICP를 생성하기 위한 코일로서, 제1 매처(240, matcher) 및 제1 RF(radio frequency) 발진기(250)와 연결될 수 있다. ICP 코일(210)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 전극으로 대체될 수 있다. 제1 RF 발진기(250)에서 생성된 소스 파워는 제1 매처(240)를 통해 임피던스 매칭이 수행된 후 ICP 코일(210)에 인가되며, 공정 챔버(200) 내에서는 ICP 코일(210)에 의한 유도 전류에 의해 플라즈마가 발생한다.
상판(220)은 공정 챔버(200)의 상부를 덮는 판으로서, 일 예로 석영판(quartz plate)으로 구성될 수 있다.
진공 펌프(230)는 공정 챔버(200)의 감압을 위한 것으로, 제2 매처(260) 및 제2 RF 발진기(270)와 연결될 수 있다. 제2 RF 발진기(270)에서 생성된 바이어스(bias) 파워는 제2 매처(260)를 통해 임피던스 매칭이 수행된 후 진공 펌프(230)에 인가되며, 이를 통해 공정 챔버(200) 내 이온 에너지가 조절될 수 있다. 진공 펌프(230)는 일 예로, TMP(turbo molecular pump)로 구성될 수 있다.
여기서, 센서(300)는 일 예로 도 2에 도시된 것과 같이 공정 챔버(200)의 내벽에 임베디드(embedded)될 수 있다. 또는, 센서(300)는 공정 챔버(200) 내 상판(220)의 하부에 구비되거나, 진공 펌프(230) 상에 구비되는 웨이퍼의 일측에 구비될 수 있다. 공정 챔버(200)의 내부 상태를 모니터링함에 있어서 복수개의 센서들이 사용되는 경우, 상기 복수개의 센서들은 공정 챔버(200) 내부에서 서로 다른 위치에 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서는 공정 챔버 내부에 임베디드될 수 있고 플라즈마에 영향을 주지 않도록 박막 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서 센서는 센싱 모듈 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 센싱 모듈은 한쌍의 기판(310, 310’), 상기 한쌍의 기판 사이(310, 310’)에 구비되는 한쌍의 전극(320, 320’), 및 상기 한쌍의 전극(320, 320’) 사이에 구비되는 압전 소자(330)를 포함한다.
각 기판(310, 310’)은 세라믹 물질(SiO2, Si3N4, Al2O3, SiC 등) 및 폴리머 계열 물질(polyimide 등) 등으로 구성될 수 있으며, 기판의 종류 및 공정 가스의 종류에 따라 절연체, 금속 등으로 코딩될 수 있다. 또한, 센서의 측정에 영향을 줄 수 있는 플라즈마 노이즈의 제거를 위해 각 기판(310, 310’)은 별도의 패시베이션(passivation) 과정을 통해 처리될 수 있다.
각 전극(320, 320’)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(320)은 얇은 두께의 제1 기판(310) 상에 증착될 수 있다. 제1 전극(320) 상에는 압전 소자(330)가 위치할 수 있다. 압전 소자(330) 상에는 제2 전극(320’)이 증착된 제2 기판(310’)이 위치할 수 있다.
압전 소자(330)는 피에조 효과를 가지는 물질로서, 그 두께는 측정하고자 하는 물질(화합물)의 양에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버에 증착되는 부산물이 많을수록 압전 소자는 두껍게 제작될 수 있다.
무선 통신 모듈(340)은 상기 센싱 모듈의 상측 또는 하측에 구비될 수 있으며, 상기 센싱 모듈에서 생성되는 측정값을 무선 통신망을 통해 모니터링 장치로 전송하도록 구성될 수 있다. 이 때, 무선 통신 모듈(340)은 공정 챔버 내 플라즈마 및/또는 전자기장에 영향을 받지 않는 주파수 대역을 사용하여 상기 측정값을 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 공정 챔버 내부 상태 모니터링 장치(400)는 통신 모듈(410), 프로세서(420) 및 출력 모듈(430)을 포함할 수 있다.
통신 모듈(410)은 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 측정값을 수신할 수 있다. 여기서, 상기 측정값은 상기 적어도 하나의 센서 내 압전 소자의 팽창 및 수축에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함할 수 있다.
프로세서(420)는 통신 모듈(410)에서 수신된 측정값을 기반으로 해당 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 프로세서(420)는 상기 측정값의 변화를 기반으로 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(420)는 상기 주파수 값의 변화를 기반으로 해당 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링할 수 있다. 만일, 상기 측정값이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 프로세서(420)는 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있다. 여기서, 상기 임계값은 해당 공정 챔버의 내부에 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 해당 공정 챔버 내 가스의 압력, 해당 공정 챔버에 인가되는 파워 등을 기반으로 결정 및/또는 설정될 수 있다. 한편, 프로세서(420)는 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 이후 즉, 해당 공정 챔버에 대해 세정 공정이 시작된 이후에 센서로부터 수신되는 측정값이 일정 시간 동안 기 설정된 범위 내에서 변화하거나 세정 종말점에 도달한 것으로 판단되는 경우 세정 공정의 종료 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있다.
출력 모듈(420)은 해당 공정 챔버의 내부 상태에 관한 정보, 세정 공정의 시작 시점에 관한 정보, 세정 공정의 종료 시점에 관한 정보 등을 외부 장치(디스플레이 장치, 사용자 단말 등)를 통해 출력할 수 있다.
도 5는 공정 챔버에 인가되는 파워 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이고, 도 6은 공정 챔버 내 가스의 압력 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6에는 일 예로서 공정 챔버 내부에 쌓이는 불소화합물의 양을 측정한 결과가 도시되어 있다. 공정 챔버 내부에 CFx 계열 가스를 방전시켰으며 가스의 압력 및 인가하는 파워 조건 별로 불소화합물이 내부에 쌓이는 양을 비교하였다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가스의 압력과 인가하는 파워가 증가할수록 분해되는 불소화합물의 양이 증가하기 때문에 챔버 내부에 더 많은 양의 불소화합물의 양이 쌓이게 됨을 알 수 있으며, 이는 센서의 측정 결과에서도 동일한 경향성을 보인다. 따라서 공정 챔버 내 가스의 압력 및/또는 공정 챔버에 인가되는 파워에 기초하여 특정 값을 임계값으로 설정하면 실시간 및 정량적으로 세정 공정이 진행되어야 할 시점을 정확하게 파악할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 공정 챔버의 내부에서 방전되는 가스의 성분 비율 별 공정 챔버 내부에서 반응물이 증착되는 양을 나타내는 도면이다.
도 7에는 일 예로서 CFx의 C/F 비율 별로 공정 챔버 내부에 불소화합물이 쌍이는 양을 측정한 결과가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, C/F 비율이 증가할수록 C의 양이 많기 때문에 챔버 내부에 쌓이는 C 계열 화합물의 양이 증가함을 확인할 수 있다. 실제 측정 결과에서도 C6F6 (1:1) > C4F8 (1:2) > CF4 (1:4) 순으로 챔버 내부에 쌓이는 화합물의 양이 증가함을 확인할 수 있다. 따라서 공정 챔버 내부에 방전되는 가스의 종류 및/또는 성분 비율에 기초하여 특정 값을 임계값으로 설정하면 실시간 및 정량적으로 세정 공정이 진행되어야 할 시점을 정확하게 파악할 수 있음을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 공정 챔버 모니터링 시스템은 가스 종류, 성분 비율, 압력, 파워 등 다양한 공정 변수 조건 변화에 구애받지 않고 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링할 수 있으며, 세정 공정이 필요한 시점 및 세정 공정의 종료 시점을 정확하게 결정할 수 있다.
도 8은 공정 챔버에 인가되는 파워 별 세정 공정의 완료 시점을 나타내는 도면이고, 도 9는 세정 가스의 종류 별 세정 공정의 완료 시점을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9에는 공정 챔버 내부에 쌓인 불소화합물을 세정 공정을 진행하며 제거하고, 이 과정을 센서로 측정한 결과가 도시되어 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 세정 공정이 종말점에 도달하면 이후 세정 공정을 계속 진행해도 센서의 측정값이 거의 변하지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 공정 챔버 모니터링 시스템은 세정 공정의 시작 시점 이후 센서의 측정값이 세정 종말점에 도달하거나 일정 범위 내에서 변화함을 기반으로 세정 완료 시점을 정확하게 결정할 수 있다.
또한 도 8 및 도 9를 참조하면, 세정 공정 또한 파워 및 가스 비율에 따라 시간에 따른 세정 효과가 달라짐을 알 수 있다. 특히 도 9를 참조하면, O2 : Ar 비율에 따른 세정효과가 1:1 > 1:0 > 4:1 > 1:4 > 0:1 순서로 뛰어남을 알 수 있다. 이를 통해 세정 공정 완료 시점 뿐 아니라 최적의 세정 공정 조합을 파악할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 공정 챔버 모니터링 시스템 내 모니터링 장치는 해당 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 무선 통신망을 통해 측정값을 수신할 수 있다(S1000). 모니터링 장치는 해당 측정값을 기반으로 해당 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링할 수 있다(S1010). 일 예로, 모니터링 장치가 적어도 하나의 센서로부터 수신하는 측정값은 해당 센서 내 압전 소자에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값일 수 있으며, 이 경우 모니터링 장치는 상기 주파수 값의 변화를 기반으로 해당 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링할 수 있다.
그리고 모니터링 장치는 상기 측정값의 변화를 기반으로 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
일 예로, 모니터링 장치는 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같이 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값이 기 설정된 임계값 이하인 경우 세정 공정의 시작 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있다. 이를 위하여 모니터링 장치는 특정 주파수 값을 기반으로 임계값을 결정할 수 있으며, 상기 임계값에 도달하는데 걸리는 시간은 공정 챔버의 내부에 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 상기 공정 챔버의 내부 압력 및 상기 공정 챔버에 인가되는 파워 등에 의해 달라질 수 있다. 또한, 모니터링 장치는 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이 세정 공정의 시작 시점 이후에 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값이 세정 종말점에 도달하는 경우 세정 공정의 종료 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있다.
이후, 모니터링 장치는 해당공정 챔버의 내부 상태에 관한 정보, 상기 세정 공정의 시작 시점에 관한 정보, 상기 세정 공정의 종료 시점에 관한 정보 등을 출력할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 세정 공정의 종료 시점을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 도 11을 참조하여, 공정 챔버 내부에 복수개의 센서들이 구비되는 경우에 대해 설명한다. 도 11을 참조하면, 모니터링 장치는 공정 챔버의 내부에 구비된 복수개의 센서들 중 적어도 하나의 측정값이 기 설정된 임계치 이하인 경우 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정을 시작 시점에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 해당 공정 챔버에 대한 세정 공정이 시작되면(S1100), 모니터링 장치는 해당 공정 챔버 내 복수개의 센서들 중 제1 센서의 측정값이 세정 종말점에 도달했는지 여부를 판단할 수 있다(S1110). 만일, 제1 센서의 측정값이 세정 종말점에 도달한 경우, 제2 센서의 측정값이 세정 종말점에 도달했는지 여부를 판단하고, 제2 센서의 측정값이 세정 종말점이 도달한 경우, 제n 센서의 측정값이 세정 종말점에 도달했는지 여부를 판단할 수 있으며(S1120), 필요에 따라 하나 혹은 복수개의 센서 측정값이 세정 종말점에 도달했는지 확인 후 세정 공정을 종료할 수 있다. 공정 챔버 내 복수개의 센서들로부터 수신되는 측정값들이 모두 세정 종말점에 도달하거나, 상기 측정값들이 모두 일정 범위 내에서 변화하는 경우 모니터링 장치는 세정 공정의 종료 시점에 도달한 것으로 결정할 수 있으며(S1130), 해당 시점에 세정 공정이 종료될 수 있다.
한편, 전술한 실시예에 따른 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 장치가 수행하는 공정 챔버 모니터링 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하여 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 따른 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 장치가 수행하는 공정 챔버 모니터링 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에서 구현될 수 있다.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 센서
120: 모니터링 장치
130: 공정 챔버

Claims (25)

  1. 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 상기 공정 챔버의 내부에 존재하는 반응물의 양을 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하도록 구성되는 모니터링 장치;를 포함하되,
    상기 모니터링 장치는 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하고,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    복수개의 센서들을 포함하고,
    상기 복수개의 센서들은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 어느 하나의 측정값이 기 설정된 임계값 이하이면 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하고,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 모든 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화하면 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 구비되는 한쌍의 전극, 상기 한쌍의 전극 사이에 구비되는 압전 소자를 포함하는 센싱 모듈, 및
    상기 센싱 모듈에서 측정되는 측정값을 무선 통신망을 통해 상기 모니터링 장치로 전송하도록 구성되는 무선 통신 모듈을 포함하는 박막형의 센서인 것을 특징으로 하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정값은,
    상기 압전 소자에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함하고,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 주파수 값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 상기 공정 챔버의 내부 압력 및 상기 공정 챔버에 인가되는 파워 중 적어도 하나를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 모니터링 장치에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 측정값을 수신하도록 구성되는 통신 모듈; 및
    상기 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하고, 상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는 프로세서;를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    복수개의 센서들을 포함하고,
    상기 복수개의 센서들은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 어느 하나의 측정값이 기 설정된 임계값 이하이면 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하고,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 모든 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화하면 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정하는, 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정값은
    상기 적어도 하나의 센서 내 압전 소자에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 주파수 값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 임계값은,
    상기 공정 챔버의 내부에 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 상기 공정 챔버의 내부 압력 및 상기 공정 챔버에 인가되는 파워 중 적어도 하나를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 모니터링 장치에 의해 수행되는 모니터링 방법에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 측정값을 수신하는 단계;
    상기 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계; 및
    상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계;를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    복수개의 센서들을 포함하고,
    상기 복수개의 센서들은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 어느 하나의 측정값이 기 설정된 임계값 이하이면 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하고,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 모든 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화하면 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 측정값은,
    상기 적어도 하나의 센서 내 압전 소자에 의해 발생되는 진동에 대한 주파수 값을 포함하고,
    상기 모니터링하는 단계는,
    상기 주파수 값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 반응물의 양을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 수신하는 단계 이전에,
    상기 공정 챔버의 내부에 방전되는 가스의 종류, 상기 가스의 성분 비율, 상기 공정 챔버의 내부 압력 및 상기 공정 챔버에 인가되는 파워 중 적어도 하나를 기반으로 상기 임계값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제17항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부 상태에 관한 정보, 상기 세정 공정의 시작 시점에 관한 정보, 상기 세정 공정의 종료 시점에 관한 정보 중 적어도 하나를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  24. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계와,
    상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 공정 챔버 모니터링 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    복수개의 센서들을 포함하고,
    상기 복수개의 센서들은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고,
    상기 공정 챔버 모니터링 방법은,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 어느 하나의 측정값이 기 설정된 임계값 이하이면 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하는 단계; 및
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 모든 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화하면 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정하는 단계;를 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  25. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    공정 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 센서로부터 수신되는 측정값을 기반으로 상기 공정 챔버의 내부 상태를 모니터링하는 단계와,
    상기 측정값의 변화를 기반으로 상기 공정 챔버에 대한 세정 공정의 시작 시점 및 종료 시점 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 공정 챔버 모니터링 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    복수개의 센서들을 포함하고,
    상기 복수개의 센서들은,
    상기 공정 챔버의 내부에서 서로 다른 위치에 구비되고,
    상기 공정 챔버 모니터링 방법은,
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 측정값들 중 어느 하나의 측정값이 기 설정된 임계값 이하이면 상기 세정 공정의 시작 시점을 결정하는 단계; 및
    상기 복수개의 센서들에서 측정되는 모든 측정값들이 기 설정된 범위 내에서 변화하면 상기 세정 공정의 종료 시점을 결정하는 단계;를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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