KR20100083328A - 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치 - Google Patents

다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 공정 챔버들로부터 다수의 감지 신호를 수신하는 다채널 신호의 시분할 처리 가능한 공정 이상 모니터링 장치에 관한 것으로, 다수의 챔버 각각에 연결되는 광로를 통해 수신된 다수의 광신호들 중 하나를 선택하는 스위칭부; 상기 선택된 광신호를 파장 영역별로 분리하여 방출 강도를 측정하는 분광기; 및 상기 분광기에서의 측정 결과에 기초하여 상기 챔버 내에서의 공정 이상 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 의하면, 다수의 공정 챔버에서 공정가스의 종류 및 변화에 따른 가스들의 농도를 실시간으로 감지하여 시분할 처리가 가능하므로 공정 이상을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 다채널 구성시 다수의 분광기로 구현이 가능하던 기능을 하나의 분광기만으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
플라즈마, 챔버, 스텝 모터

Description

다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치{Monitoring Apparatus for detecting process faults of which time division processing for multi-channel signal is capable}
본 발명은 공정 이상 모니터링에 관한 것으로, 특히 다수의 공정 챔버들로부터 다수의 감지 신호를 수신하는 다채널 신호의 시분할 처리 가능한 공정 이상 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 액정기판 등을 포함한 각종 표시장치의 기판은, 기판상에 박막을 형성하고 부분적으로 그 박막을 식각하는 등의 기판처리공정을 반복 수행함으로써 제조된다. 박막을 형성하는 공정은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 또는 플라즈마-강화 화학기상증착(Plasma Enhancement CVD, PECVD) 방법을 이용하여 수행되고 있다. 이외에도 반도체 공정에서 사용되는 증착 기술로는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 등이 있다.
이러한 증착 공정에서 사용되는 플라즈마 장치는 통상 반응 공간을 형성하는 공정 챔버(process chamber), 공정 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드, 기판이 안착되는 하부 전극, 샤워 헤드에 전원을 공급하기 위한 전원장치, 공정 챔버를 진공으 로 유지하기 위한 진공펌프와 배기관 등을 포함한다.
반도체 공정에서 수율(yield)을 향상시키기 위해서는 공정 중에 발생하는 사고를 미리 방지하고, 장비의 오동작 등을 사전에 방지하기 위해 위해 공정의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 상태 발생시 공정(process)을 중단시키는 등의 조치를 취하여 불량률을 낮춤으로써 공정 효율을 최적화하는 것이 필요하다.
종래의 실시간으로 공정 이상을 모니터링하기 위한 장치는 광로와 분광기, 제어부를 포함한다. 분광기는 각 공정 챔버 내의 감지 센서와 연결되는 광로를 통해 전달된 신호를 파장별로 분리하여 판독한다. 그리고 제어부는 분광기에서 판독된 결과에 따라 공정 이상이 발생하였는지 여부를 모니터링한다.
다수의 공정 챔버에 대해 모니터링을 수행하는 경우에, 각각의 공정 챔버와 연결되는 광 화이버마다 별도의 분광기가 연결된다. 따라서 각각의 공정 챔버의 수 만큼 분광기가 필요하기 때문에 구성 및 조립이 복잡해진다. 또한 분광기는 고가이기 때문에 제작 단가가 높아질 수밖에 없다.
본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 다수 개 공정 챔버의 공정 이상을 모니터링 함에 있어서, 구성이 간단하고 조립이 용이한 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 다수의 반도체 및 평판디스플레이 제조장치의 공정 챔버에 각각 연결되는 광로를 통해 상기 공정 챔버로부터의 광신호를 수신하고, 수신된 광신호 중 하나를 선택하는 스위칭부; 상기 선택된 광신호를 파장 영역별로 분리하고 방출 강도를 측정하여 판독하는 분광기; 및 상기 분광기에서의 판독 결과에 기초하여 상기 공정 챔버 내에서의 공정 이상 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치에 의해 달성된다.
이때 스위칭부는 다수의 광로 각각에 연결된 다수의 입력단과, 하나의 출력단을 포함하는 광로 먹스; 및 전기적 신호에 의해 구동되어 상기 다수의 입력단 중 상기 광로 먹스의 출력단과 연결되는 입력단을 변경하기 위한 구동부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 구동부의 동작을 제어하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치는, 물론 독립적으로도 그 기능을 수행할 수 있으며, 그 이외에 공정 챔버의 종료점 검출기(End Point Detector, EPD) 혹은 광방출 분석기(Optical Emission Spectroscope, OES)와도 결합될 수 있다. 또한 SPOES(Self Plasma Optical Emission Spectroscope) 등과 같은, 공정 챔버와 별도로 마련된 플라즈마 챔버를 포함하는 방광출 분석기와의 결합도 가능하다.
본 발명에 따르면, 다수의 공정 챔버에서 공정가스의 종류 및 변화에 다른 가스들의 농도를 실시간으로 감지하여 시분할 처리가 가능하므로 공정 이상을 감지할 수 있을 뿐 아니라, 종래 다채널 구성 시 다수의 공정 챔버와 연결된 각각의 광로마다 분광기가 구비되어야 하는 구성에 비해, 하나의 분광기만으로 다수의 분광기가 구비된 것과 같은 성능을 가질 수 있다. 또한 구동부의 동작에 대한 시간 간격 및 이동 거리의 내, 외부 조작이 가능하여 다채널 신호들의 선택 순서와 간격 등에 대한 다양한 조절이 가능하다.
뿐만 아니라, 종래의 다채널 공정 이상 모니터링 장치에 다수로 고정되던 고가인 분광기의 수를 하나로 줄일 수 있어 생산 단가를 절감할 수 있고, 구성이 간단하며 조립이 용이하여 제품의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명에 따른 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치는 다수의 공정 챔버(10a, 10b, 10c, 10d)에 각각 연결되는 광로(15a, 15b, 15c, 15d)가 집결되는 스위칭부(20), 분광기(30), 및 제어부(40)를 포함한다.
공정 챔버(10a, 10b, 10c, 10d)는 기판 처리가 이루어지는 반응 공간을 형성하며 반응 공간을 진공으로 유지함과 동시에 일정한 압력과 온도로 유지시켜주는 기능을 수행한다. 일 실시예에 있어서 공정 챔버(10a, 10b, 10c, 10d)는 플라즈마 공정을 포함하는 반도체 및 평판디스플레이 제조장치의 공정 챔버이다.
광로(15a, 15b, 15c, 15d)의 일단은 공정 챔버(10a, 10b, 10c, 10d) 내부로부터 방출되는 광신호를 센싱하기 위한 센싱부(12a, 12b, 12c, 12d)와 연결되고 타단은 스위칭부(20)와 연결된다. 센싱부(12a, 12b, 12c, 12d)는 검출창(viewport), 윈도우, 렌즈 등 공정 챔버 내부의 상태를 센싱하기 위한 구성을 모두 포괄하도록 해석된다.
센싱부(12a, 12b, 12c, 12d)와 연결되는 광로(15a, 15b, 15c, 15d)는 각 공정 챔버들의 센싱부로부터의 광신호를 스위칭부(20)로 전달한다. 본 실시예에 있어서 광로(15a, 15b, 15c, 15d)는 중심부에는 굴절률이 높은 유리를, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 형성된 광학적 섬유인 광 화이버를 이용하는 것이 좋다. 그러나 광로(15a, 15b, 15c, 15d)는 이에 한정되지 않고, 광도파로, 광터널 등과 같은 광신호를 전달할 수 있는 구성들을 모두 포괄하도록 해석된다.
스위칭부(20)는 다수의 광로(15a, 15b, 15c, 15d)을 통해 수신되는 광신호들 중 하나를 선택한다.
분광기(30)는 스위칭부(20)에서 선택된 광로를 통해 광신호 형태의 신호를 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정한다. 즉 분광기(30)는 플라즈마 구성 성분에 의한 분광 분포를 측정하는 것으로, 빛의 파장에 따른 분포도를 측정한다. 다시 말하면 분광기(30)는 챔버들(10a, 10b, 10c, 10d)과 연결된 센싱부에서의 센싱 결과 즉 빛의 파장별 분포 값을 측정함으로써 공정 챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 모니터링할 수 있다.
일 실시예에 있어서 분광기(30)는 셀프 플라즈마 챔버에서 플라즈마 상태의 가스에서 나오는 빛을 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정한다.
제어부(40)는 모니터링부(42)와 구동 제어부(44)를 포함한다.
모니터링부(42)는 분광기(30)를 통해 측정된 값들을 정상 상태인 경우의 값들과 비교함으로써 공정 챔버(10a, 10b, 10c, 10d) 내부의 물리적 화학적 상태를 실시간 모니터링하여 공정 이상 여부를 판단할 수 있다. 즉, 장비의 오동작이나 공정의 이상으로 인해 가스 성분이 변화하거나, 온도, 압력 조건이 달라져서 생기는 변화를 측정값을 통해 확인할 수 있다.
구동 제어부(44)는 스위칭부(20)의 동작을 제어한다. 구동 제어부(44)에 관한 상세한 설명은 후술한다.
추가적인 양상에 따라 본 발명에 따른 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치는 조작부(50)를 더 포함한다. 조작부(50)는 키패드로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 스위칭부(20)의 동작을 위한 명령을 입력할 수 있는 구성은 모두 포괄하도록 해석된다.
도 2는 일 실시예에 따른 스위칭부(20)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 스위칭부(20)는 광로 먹스(210)와, 구동부(220)를 포함한다.
광로 먹스(210)는 다수의 광로(15a, 15b, 15c, 15d)와 연결되는 다수의 입력단과, 분광기(30)와 연결되는 하나의 출력단을 포함한다. 본 실시예에 있어서 광로 먹스(210)는 다수의 입력단으로 입력되는 광신호들 중 하나를 구동부(220)로 선택하여 출력단을 통해 분광기(30)로 전달한다.
구동부(220)는 공급되는 전기적 신호에 의해 구동되어 광로 먹스(210)의 입력단과 출력단 간의 연결을 바꾼다. 본 실시예에 있어서 구동부(220)는 구동 제어부(44)의 제어에 따라 정해진 시간 간격과 거리만큼 이동한다. 예를 들어 구동부(220)가 정해진 시간 간격과 거리에 따라 이동함으로써, 광로 먹스(210)의 출력단은 다수의 챔버들과 연결된 광로들(15a, 15b, 15c, 15d) 중 하나와 연결된다. 그리고 연결된 광로를 통해 전달되는 챔버로부터의 광신호는 분광기로 전달된다.
본 실시예에 있어서, 구동부(220)는 스텝 모터이다.
스텝 모터는 일정한 각도씩 회전 또는 직선 운동을 하는 디지털 엑추에이터 이다. 본 실시예에 있어서 스텝 모터는 특정 시간 간격과 거리로 이동하여 광로 먹스(210)의 입출력 조절을 통해 원하는 공정 챔버와 연결된 광로와 분광기(30)가 연결되도록 한다.
그러나 구동부(220)는 이에 한정되지 않고, 서보모터, 갈바노메터, 피에조모터, 솔레노이드 스위치와 같은 전기적 신호에 의해 구동되어 입력단과 출력단 간의 연결을 바꿀 수 있는 구성들을 모두 포괄하도록 해석된다.
구동 제어부(44)는 구동부(220)의 동작을 제어한다. 본 실시예에 있어서 구동 제어부(44)는 자체적 타이머를 이용해 설정된 시간 간격으로 구동부(220)가 설정된 거리만큼 이동하도록 제어한다.
또한, 구동 제어부(44)는 조작부를 통해 입력되는 이동 시간 간격 정보 및 이동 거리 명령에 따라 구동부(220)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 이에 따라 구동부(220)의 이동 시간 간격 및 거리 명령을 사용자가 직접 수동 설정하는 것이 가능하다.
이 같은 구성에 의한 본 발명의 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치는, 물론 독립적으로도 그 기능을 수행할 수 있으며, 그 이외에 공정 챔버의 종료점 검출기(EPD : End Point Detector) 혹은 광방출 분석기OES(Optical Emission Spectroscope)와도 결합될 수 있다.
종료점 검출기는 플라즈마 식각 공정 중에 플라즈마 내부의 특정 물질에 의해 방출된 광도를 광학 분석 기술을 이용하여 식각 종료점 전후의 신호 변화를 정량적으로 분석함으로써 식각 종료점을 결정한다.
일 실시예에 있어서 스위칭부, 구동 제어부 및 조작부 중 적어도 하나는 종료점 검출기와 결합되어 시분할 처리가 가능한 다채널 종료점 검출기로 구성될 수 있다.
광방출 분석기(OES : Optical Emission Spectroscope)는 원자와 이온의 불연속적인 전자 에너지 준위를 이용한 것으로, 상대적으로 높은 에너지 상태에 있던 전자가 낮은 에너지 상태로 천이할 때 발산되는 빛을 감지함으로써, 플라즈마의 경우에 식각되는 물질과 화학 가스에 따라서 발산되는 빛의 파장이 달라지므로 공정 챔버 내에서 특정 물질이 식각 완료되는 경우에 특정 파장의 빛의 세기를 감지하기 위해 사용된다.
일 실시예에 있어서 스위칭부, 구동 제어부 및 조작부 중 적어도 하나는 광방출 분석기와 결합되어 시분할 처리가 가능한 다채널 광방출 분석기로 구성될 수 있다.
또한 SPOES(Self Plasma Optical Emission Spectroscope) 등과 같은, 공정 챔버와 별도로 마련된 셀프 플라즈마 챔버를 포함하는 광방출 분석기와의 결합도 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정챔버와 SPOES와의 결합 상태를 도시한 예시도이다.
공정 챔버(12)와 별도로 마련된 셀프 플라즈마 챔버(14)는 공정 챔버의 배기관에 위치하여, 공정 챔버의 배기관으로부터 인입되는 가스를 플라즈마 상태로 변 환한다.
SPOES(Self Plasma Optical Emission Spectroscope, 200)는 셀프 플라즈마 챔버(14) 내에서 수십 ㎚ 내지 수백 ㎚의 파장 범위를 갖는 가시광선과 자외선 영역의 파를 흡수하여 각 파장별로 강도를 측정하여 플라즈마를 이루는 성분의 종류와 양을 분석한다. 또한, 플라즈마 구성 원소의 상대비 변화를 측정하고, 상대비 변화를 기준으로 식각 속도 변화를 측정한다.
본 실시예에 있어서 스위칭부, 구동 제어부 및 조작부 중 적어도 하나는 SPOES(200)와 결합되어 시분할 처리가 가능한 다채널 SPOES로 구성될 수 있다.
이때 센싱부는 공정 챔버(12) 대신에 셀프 플라즈마 챔버(14)에 연결되어, 셀프 플라즈마 챔버에서 방출되는 광신호를 센싱한다.
이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 일 실시예에 따라 공정챔버와 SPOES와의 결합 상태를 도시한 예시도이다.

Claims (6)

  1. 다수의 공정 챔버 각각에 연결되는 광로를 통해 상기 공정 챔버로부터 다수의 광신호를 수신하고, 수신된 광신호들 중 하나를 선택하는 스위칭부;
    상기 선택된 광신호를 파장 영역별로 분리하여 방출 강도를 측정하는 분광기; 및
    상기 분광기에서의 측정 결과에 기초하여 상기 챔버 내에서의 공정 이상 여부를 판단하는 모니터링부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 다수의 광로들에 연결된 다수의 입력단과, 하나의 출력단을 포함하는 광로 먹스; 및
    전기적 신호에 의해 구동되어 상기 다수의 입력단 들 중 상기 광로 먹스의 출력단과 연결되는 입력단을 변경하기 위한 구동부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 구동부의 동작을 제어하는 구동 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로, 상기 스위칭부 및 상기 제어부 중 적어도 하나는 상기 공정 챔버의 종료점 검출기(EPD : End Point Detector)와 결합되는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로, 상기 스위칭부 및 상기 제어부 중 적어도 하나는 상기 공정 챔버의 광 방출 분석기(Optical Emission Spectroscope,OES)와 결합되는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로, 상기 스위칭부 및 상기 제어부 중 적어도 하나는 상기 공정 챔버와 별도로 마련된 셀프 플라즈마 챔버를 포함하는 광 방출 분석기(SPOES:Self Plasma Optical Emission Spectroscope)와 결합되는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 구동부의 이동 시간 간격 및 이동 거리 입력을 위한 조작부;를 더 포함하고,
    상기 구동 제어부는 상기 조작부로 입력되는 이동 시간 간격 및 이동 거리에 따라 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 다채널 감지 신호의 시분할 처리 가 가능한 공정 이상 모니터링 장치.
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