KR20100091916A - 인라인 고압 입자의 감지시스템 - Google Patents
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Abstract
인라인 입자 센서는 센서 몸체, 조명 공급원, 조명 검출기 및 통신 전자장치를 포함한다. 센서 몸체는 전자 인클로저 및 유체 입구, 유체 출구, 샘플 상호작용 영역 및 상기 샘플 상호작용 영역을 통하여 유체 입구에서 유체 출구로 연장되는 유체 경로를 갖는 유동부를 포함한다. 조명 공급원은 샘플 상호작용 영역의 적어도 일부를 통하여 빛을 제공하도록 배치된다. 조명 검출기는 샘플 상호작용 영역의 흐름 경로에서 적어도 하나의 입자와 부딪치는 조명으로부터 발생하는 조명 변화를 검출하도록 배치된다. 통신 전자장치는 조명 검출기에 의하여 감지되는 적어도 하나의 입자의 표시를 제공하기 위하여 조명 검출기에 작동가능하게 결합된다. 샘플 상호작용 영역은 고압의 작동 압력을 견디도록 구성된다.
Description
본 발명은 인라인 고압 입자의 감지시스템에 관한 것이다.
반도체 공정산업의 최첨단은 현재 45 나노미터 스케일에 대한 생산으로 나아가고 있다. 또한, 32 나노미터 및 22 나노미터 스케일의 개발은 현재 진행중이다. 따라서, 반도체 공정 도구 및 공정 그 자체는 이전에 전혀 요구되지 않았던 허용 오차와 조건으로 제어되는 것에 대한 중요성이 증가하고 있다. 웨이퍼 스크랩 (scrap)과 유지 비가동 시간의 비용은 계속하여 더 엄격한 수준의 제어공정 및 장비를 요구하고, 100 나노미터 이상의 공정에 대하여는 사소한 다른 문제점이 증가하고 있으며, 공정 및 장비 엔지니어는 더 나은 반도체 공정을 제어할 새롭고 혁신적인 방법을 기대하고 있다.
반도체 웨이퍼를 제조하는 동안, 웨이퍼는 다수의 도구 및 공정에 접하며 노출된다. 이러한 각 단계 동안에는, 웨이퍼 표면에 증착되는 미세한 입자로 인하여 최종 집적회로 소자의 수율을 저하시킬 수 있는 더러운 장비 및/또는 공정 조건에 의하여 야기될 수 있는 잠재적인 결함이 있다. 따라서, 모든 공정단계를 가능한 청결하게 유지하고, 웨이퍼를 공정에 회부하기 전에 이러한 다양한 단계의 조건을 모니터링하는 것이 중요하다. 이는 각 웨이퍼가 수십이나 수백 개의 집적회로 소자용 회로를 포함할 수 있고, 하나의 잘못된 웨이퍼가 수백 또는 수천 달러의 손실을 가져올 수 있기 때문에 중요하다.
본 발명은 입자 버스트를 감지하여 공정 중단, 밸브 폐쇄, 또는 공정에서의 작업에 대한 손상을 방지하기 위하여 경보를 발생시키며 이를 모니터링할 수 있는 인라인 입자 감지시스템을 제공한다.
인라인 입자 센서는 센서 몸체, 조명 공급원, 조명 검출기 및 통신 전자장치를 포함한다. 상기 센서 몸체는 전자 인클로저(enclosure) 및 유체 입구, 유체 출구, 샘플 상호작용 영역(sample interaction region) 및 상기 샘플 상호작용 영역을 통하여 유체 입구에서 유체 출구로 연장되는 유체 경로(fluid path)를 갖는 유동부(flowthrough portion)를 포함한다.
상기 조명 공급원은 샘플 상호작용 영역의 적어도 일부를 통하여 빛을 제공하도록 배치된다. 상기 조명 검출기는 샘플 상호작용 영역의 유체 경로에서 적어도 하나의 입자와 부딪치는 조명으로 인하여 발생하는 조명 변화를 검출하도록 배치된다. 상기 통신 전자장치는 조명 검출기에 의하여 감지되는 적어도 하나의 입자의 표시를 제공하기 위하여 조명 검출기에 작동가능하게 결합된다. 상기 샘플 상호작용 영역은 고압의 작동 압력을 견디도록 구성된다.
본 발명에 따른 인라인 입자 감지시스템은 입자 버스트를 감지하여 공정 중단, 밸브 폐쇄, 또는 공정에서의 작업에 대한 손상을 방지하기 위하여 경보를 발생시키며 이를 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정시스템용 인라인 입자 감지시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정시스템용 인라인 입자 감지도구의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 검출의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 검출의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템의 구성요소를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 감지시스템을 이용하는 반도체 공정도구의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정시스템용 인라인 입자 감지도구의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 검출의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 검출의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템의 구성요소를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 감지시스템을 이용하는 반도체 공정도구의 개략도이다.
전술한 바와 같이, 모든 공정 단계를 청결하게 유지하고, 웨이퍼가 공정에 회부되기 전에 모든 단계의 조건을 모니터링하는 것이 중요하다. 또한, 반도체 공정도구에 특수 가스나 화학물질을 제공하며, 무선이나 다른 방법으로 중앙 모니터 스테이션(station)에 데이터를 전송할 수 있는 시스템과 더불어 오염 입자에 대한 한계를 설정하는 하나 이상의 공정 화학물질 전달시스템을 모니터링할 수 있는 실시간(real-time) 시스템을 제공할 필요가 있다.
기존의 입자 측정시스템은 주로 실험실용이나 진단 장비로서 의도된 것이다. 이러한 여러 시스템은 자유 공기를 측정하도록 고안된다. 일부 시스템은 가스나 유체 흐름 라인의 입자를 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 시스템은 비교적 크고 비싸며, 사용을 위하여 훈련이 필요하다. 또한, 이러한 시스템은 견고하게 구성되어 있지 않으며 측정될 가스를 항상 분출시켜야 한다. 즉, 이와 같은 현재 이용가능한 시스템은 산업환경에 지속적으로 제공될 수 있는 것보다 더 많은 주의와 유지를 필요로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템을 이용하는 반도체 공정시스템의 개략도이다.
시스템(100)은 용기(bottle)나 다른 적절한 구조물(104) 내에 배치되는 특수 공정 가스나 화학물질(102)의 공급원을 포함한다. 도면부호 106으로 도시된 밸브는 용기(104) 내의 가스나 공정 화학물질을 출구(108)를 통하여 라인(110)으로 통과시킨다. 일부 적용에 있어서, 상기 라인(110)은 적절히 압력 조절기(regulator)(미도시)를 포함할 수도 있다. 상기 라인(110)은 통과하는 가스나 공정 화학물질에 동반되는 입자를 측정 또는 감지하는 인라인(in-line) 입자 센서(114)의 입구(112)를 제공한다. 이와 같이 측정되는 모든 가스 및/또는 화학물질은 센서(114)의 출구(116)에서 유출되어 반도체 도구/스테이션(118)에 제공된다.
반도체 소자의 제조에 이용되는 공정의 예로는 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 전기화학 증착(electrochemical deposition; ECD), 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 및 분자빔 적층성장(molecular beam epitaxy; MBE) 등을 포함한다. 이러한 각 공정은 그 공정을 위하여 상이한 타입이나 형태의 특수 화학물질이나 가스가 요구될 수 있다. 또한, 주어진 공정 타입에 대하여 다른 타입의 가스를 이용하면 상이한 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 반도체 공정은 반도체 공정용 용기(104) 내에 제공되는 특수 가스 및/또는 화학물질의 넓은 배열을 이용할 수 있다. 그러나, 이러한 모든 물질에는 매우 높은 청결함이 제공되어야 한다.
반도체 웨이퍼가 과도한 입자에 의하여 야기되는 오염으로 인하여 스크랩되는 경우, 웨이퍼가 노출되는 전체의 공정은 상세하게 분석되어야 한다. 입자는 반도체 도구 내의 기계적 충돌뿐만 아니라, 여러 상이한 잠재적인 오염 공급원으로부터 발생될 수 있기 때문에, 상기 오염의 근원을 규명하는 것이 상당히 어렵다. 상기 공정 가스 및 특수 화학물질은 공정을 위하여 사용되기 때문에, 이들은 오염의 공급원일 수 있다. 상기 공정 가스나 특수 화학물질의 청결이 실시간이나 과거 이력(historical basis) 기준에서 확인될 수 있는 효율적인 방법을 제공하는 것은, 반도체 웨이퍼의 제조 동안의 품질보증 및/또는 오염이 실제 발생하는데 요구되는 분석량의 감소에 있어서 상당한 이점을 제공한다.
전술한 바와 같이, 고압류(high-pressure stream)로부터 공정 가스나 특수 화학물질의 일부를 분할하고 스플릿부(split portion)에서 입자를 감지하는 데에 일부 입자 센서가 이용된다. 입자가 스플릿-오프부(split-off portion)에서 검출되면, 그 입자는 또한 공정을 위하여 이용되는 비-스플릿부(non-split portion)에도 존재한다고 가정한다. 그러나, 청결 레벨이 매우 높아지는 경우에는, 이러한 가정이 항상 진실일 수는 없다.
예를 들어, 실제 공정 가스나 특수 화학물질의 비-스플릿부가 입자를 포함하지 않는 경우에, 수개의 입자가 스플릿부를 따라갈 수 있고 이에 따라 검출될 수 있다. 반대로, 입자가 스플릿부를 따라가지 않고, 이에 따라 검출되지는 않지만 여전히 반도체 도구나 공정에 오염을 제공할 수도 있다. 입자 검출을 위하여 공정 가스의 일부를 분할하는 이점은, 상기 가스의 압력을 파괴 없이 현재 상업적으로 이용가능한 입자 센서를 수용할 수 있는 정도로 감소시킬 수 있는 것이다.
그러나, 상기 가스가 일단 입자 센서를 통과하면, 가스는 공기 또는 일부 다른 가스와 혼합될 수 있어서 더 이상 공정으로 재주입되기에 적합하지 않다. 상기 가스가 공정으로 재주입될 수 없는 다른 이유는, 압력이 일단 이용가능한 입자 검출센서를 수용하기 위하여 낮아지면, 가스는 재주입되기 전에 재가압되어야 한다는 것이다. 또한, 공정 그 자체를 가압하는 것은 오염이나 입자의 공급원일 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 측정된 가스는 버려지거나 안전하게 배출된다.
본 발명의 실시예는 주어진 용기(104)나 적절한 용기로부터 모든 공정 가스나 특수 화학물질이 센서를 통과하고 적합한 도구나 반도체 공정 스테이션(118)으로 인라인으로 이송되는 것을 고려하였다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 (114)는 모든 입자의 특수 화학물질이나 공정 가스가 유출하는 입구(112) 및 출구 (116)를 포함한다. 특히, 상기 센서(114)는 입구(112)에서의 입구 흐름이 출구 (116)에서의 출구 흐름보다 크도록 하는 통기구(vent)나 다른 적절한 구조물을 포함하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 센서의 사시도이다.
상기 센서(114)는 전자 인클로저(120) 및 유동부(122)를 포함한다. 상기 유동부(122)는 입구(112) 및 출구(116)를 포함하고, 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 유동부(122)는 단일 조각(single piece)의 스테인리스 스틸로 이루어지는 것이 더 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 입구(112)와 출구(116)는 질량 유량 제어기(mass flow controllers) 및 다른 적절한 장치가 반도체 공정시스템에서 특수 화학물질 및 공정 가스 라인에 결합될 수 있는 것과 같은 방법으로 유동 라인에 결합될 수 있는 표준화된 입구인 것이 바람직하다. 상기 유동부 (122)는 비교적 직사각형 형상이고, 질량 유량 제어기와 같은 공통의 가스 밸브 및 흐름 구성요소와 유사한 방식으로 가스 패널에 장착되는 크기와 형상인 것이 바람직하다.
질량 유량 제어기는 여러 반도체 및 산업 가스 흐름 시스템의 기본적인 구성 블럭이다. 질량 유량 제어기는 가스 시스템에 장착 및 연결이 용이하도록 유사-표준(quasi-standard) 형상을 갖는다. 또한, 질량 유량 제어기는 중앙 제어시스템에 의하여 제어되며 또한 상기 중앙 제어시스템에 보고한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인라인 입자 감지시스템 및 질량 유량 제어기는 함께 이용된다. 이에 의하여 유량에 관련되는 입자 검출 정보 및 입자 정보가 흐름의 체적이나 질량당 입자의 식으로 제공된다.
일부 실시예에서, 상기 인라인 입자 측정시스템은 질량 유량 제어기와 물리적으로 유사하다. 예를 들어, 입구(112)와 출구(116)는 베이스 위로 1/2 인치의 중심에 있는 것이 바람직하다. 유동부(122)의 폭은 38 mm 보다 작고, 유동부(122)의 길이는 200 mm 보다 작은 것이 바람직하다. 전체 장치(유동부(122) 및 전자 인클로저(120))의 높이는 180 mm 보다 작은 것이 바람직하고, 160 mm 보다 작은 것이 더 바람직하다. 질량 유량 제어기가 가스나 유체의 흐름을 측정하고 제어하는 반면, 상기 인라인 입자 감지시스템은 입자의 존재 및/또는 농도에 대하여 보고하여 감지 장비 및 제품에 대한 손상을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템은 지속적으로 또는 간헐적으로 이용될 수 있다. 또한, 상기 인라인 입자 감지시스템은 가스의 사용 순간에 이용될 수 있거나 또는 가스 라인을 따라 어느 위치에도 배치될 수 있다. 또한, 상기 센서는 지속적으로 상당한 고압(제곱인치당 3000 파운드 정도)이 제공되는 환경에서 제1 밸브 전에 가스 용기에 직접 연결될 수 있다. 재료의 선택 및/또는 다른 설계 사항을 고려하여, 본 발명의 실시예는 고온에 견딜 수 있게 제공될 수도 있다.
다른 장치에 비하여, 본 발명의 실시예는 실시간 입자 정보를 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 정보는 반도체 제조시설에서 여러 임계 유동의 조건과 관련하여 공정/설비 엔지니어에게 직접 피드백되도록 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 제조시설에 폭넓게(fab-wide) 이용될 수 있고, 밀봉될 수도 있으며 습식 적용에서도 이용될 수 있다. 현재, 상업적으로 이용가능한 일부의 입자 카운터 (counter)는 제조환경에서 입자를 카운트하기 위하여 비교적 높은 기류(airflow)를 필요로 한다.
그러나, 화학물질 전달 라인에서 직접 무선 측정을 위하여 존재하는 방법은 없다. 또한, 현재-이용가능한 가스나 유체 입자의 모니터링 시스템은 높은 가스 압력을 견딜 수 없고, 유해 가스가 모니터링되는 경우에 잠재적인 위험이 있는 환경에서 영구적인 설치를 위하여 의도된 것이 아니다. 반면, 본 발명의 실시예는 고압 라인에서 영구적으로 설치될 수 있으며, 연장된 시간 동안 매우 높은 압력을 견딜 수 있는 장치를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템(114)의 개략도이다.
가스의 흐름이 입구(112)에서 직선으로 출구(116)로 통과하는 것으로 개략적으로 도시되어 있지만, 실제 흐름의 경로는 직선일 필요가 없다. 조명 공급원 (illumination source)(130)은 레이저인 것이 바람직하고, 다이오드 레이저인 것이 더 바람직하다. 그러나, 본 발명의 실시예는 상기 공급원(130)이 LED이거나 다른 적절한 광원으로 실행될 수 있다. 빛의 파장 및 관련 입자의 크기는 공급원(130)의 선택과 관련된다. 일반적으로, 공정 기술이 더 작은 입자 직경으로 나아가고 있기 때문에 짧은 파장이 바람직하다. 작은 파장의 조명이 입자에 의하여 더 산개 (scatter)되기 때문에, 상기 조명의 파장은 청색(blue)이나 자외선 범위에서와 같이 대체로 짧다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공급원(130)은 유체 상호작용 영역(flow interaction region)(132)에서 유체 흐름의 방향과 실질상 직교하는 방향으로 직접 조사되게 배치된다. 상기 공급원(130)으로부터의 조명은 지나온 유체 상호작용 영역(132)의 흐름으로부터 실시간 데이터가 보여지도록, 액체/가스 전달 시스템의 일부인 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 다른 적절한 재료 등의 투명 재료로 형성된 투명 튜브나 창(window)을 통하여 조사되는 것이 바람직하다. 입자가 상호작용 영역(132)으로 들어감에 따라(도면부호 134로 도시된 바와 같은), 상기 입자는 검출기(136, 138)로 떨어지는 빛의 상대적인 양을 산개시키거나 또는 방해할 것이다. 검출기(136, 138)에 의하여 측정된 조명 세기의 순간적인 변동은 입자(134)의 존재를 카운트하거나 또는 검출하기 위하여 적절한 검출회로(도 3에는 미도시)에 의하여 검출된다. 빔에 입자가 없는 경우, 산개된 빛이 검출되지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 검출기(136, 138)가 제공될 수 있다. 또한, 상이한 검출기가 공급원(130)으로부터의 조사 방향에 대하여 다른 각도의 방향에 제공될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 검출기(136)는 입자가 존재하기 않는 경우, 대체로 정상 상태의 조사량을 검출할 것이다. 입자가 빛의 빔을 방해함에 따라, 상기 검출기(136)는 측정된 조명(조도)의 감소에 대하여 기록할 것이다. 반면, 상기 검출기(138)는 검출기(136)에 대하여 비교적 90도로 도시된 각도로 배치된다. 입자가 존재하지 않는 경우, 상기 검출기(138)는 어떠한 조명도 검출하지 않는다. 그러나, 입자(134)가 조명을 산개시키는 경우, 상기 검출기(138)는 산개된 조명을 검출할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 단일의 검출기(138)가 입자를 검출하는데 이용된다. 당업자라면 검출기의 다른 배열이 본 발명의 여러 실시예에 따라 실행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 센서는 복수의 검출기를 통하여 동시 또는 대체로 동시의 검출을 이용한다. 또한, 검출기가 빔에 의하여 직접 조사되지 않고, 샘플 튜브의 외주를 따라 또는 십자형(criss-cross)이나 주사 빔 (scanning beam) 아래의 튜브의 표면에 조사되게 위치될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 십자형 빔은 빔이 여러 번 샘플 상호작용 영역을 통과하도록 적어도 한번 굴곡되거나 반사된 빔이다. 이로 인하여 샘플 상호작용 영역에 증가된 범위를 제공할 수 있다. 주사 빔은 전체 샘플 상호작용 영역을 커버하기 위하여 이동하는 빈틈없이 집중된 빔이다. 상기 빈틈없는 집중(focus)은 작은 입자를 검출하는데 필요한 강한 빔 세기(intensity)를 허용한다. 실제, 상기 빔 세기는 너무 강해서 빔이 주사되지 않으면 빔으로부터의 열이 센서를 손상시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템의 개략도이다.
시스템(214)은 시스템(114)과 많은 유사성을 가지며, 동일한 구성요소는 유사한 도면부호를 부여한다. 상기 시스템(214)은 조명 공급원(230) 및 검출기(238)에 결합되는 프로세싱 전자장치(processing electronics)(250)를 포함하는 전자 인클로저(220)를 포함한다. 또한, 상기 시스템(214)은 입구(212)와 출구(216)를 포함하고, 상기 입구(212)와 출구(216)를 통하여 공정 가스나 특수 화학물질이 흐른다. 일부의 흐름 경로는 단면으로 나타낼 수 없으며, 일부의 흐름 경로는 도면 페이지의 평면에 수직하기 때문에, 입구(212)에서 출구(216)로의 전체 흐름 경로는 도 4에 도시되어 있지 않다.
바람직하게는 레이저 조명 공급원인 공급원(230)은 조준 빔(collimated beam)(236)을 발생시키기 위하여 조준 광학기(collimating optics)(234)로 들어가는 레이저 조명(232)을 발생시킨다. 상기 조준 빔(236)은 고압의 투명부재(240)를 통하여 샘플 상호작용 영역(242)을 지나서 궁극적으로는 고압의 투명/반사부재 (244)에 부딪친다. 상기 부재(244)는 도면부호 246으로 도시된 바와 같이 조준 빔 (236)의 일부를 반사시킨다. 또한, 상기 빔(236)의 일부는 부재(244)를 통과하고, 빔(251)에 도시된 바와 같이 거울이나 다른 적절한 광학면(248)에 의하여 반사된다. 각각의 고압 투명부재(240, 244)는 적절하게 조준 빔(236)을 통과 및/또는 반사시키도록 광학적으로 구성된다. 또한, 상기 부재(240, 244)는 충분히 두꺼우며 시스템(214)이 노출되는 전체의 작동 압력을 견디기에 충분히 강한 재료로부터 선택된다. 예를 들어, 상기 상호작용 영역(242) 내의 압력은 제곱인치당 3000 파운드 정도이거나 그 이상일 수 있다. 상기 부재(240, 244)는 이러한 압력을 견디도록 구성된 광학부재이다.
또한, 상기 튜브나 투명부재를 끼우기 위한 적절한 밀봉 부품 또는 다른 조인트가 고압 밀봉을 위하여 제공될 수 있다. 전체의 가스 흐름 챔버나 샘플 상호작용 영역(242)은 매우 높은 압력을 견디도록 견고하게 고안된다. 이는 반도체 제조시설에서의 여러 가스가 매우 유독하거나 가연성이 있고 가스 누출은 위험하기 때문에 특히 중요하다. 상기 상호작용 영역(242)은 가스를 오염시키지 않거나 또는 가스와 반응하지 않는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 스테인리스 스틸이 바람직한 재료이다. 석영 또는 사파이어는 투명부재(240, 244)를 위한 바람직한 창 재료이다. 밀봉부재(252)는 챔버에서의 가스나 유체에 따라 다양한 재료로 이루어진 0-링일 수 있다. 부가적으로, 또는 대안으로, 상기 밀봉부재(252)는 금속 0-링일 수 있다. 조준 빔(236)이 샘플 상호작용 영역(242)에서 입자와 상호작용된 후, 상기 조준 빔(236)은 투명부재(244)를 통하여 샘플 상호작용 영역(242)에서 나간다. 바람직하게는, 입자로부터 신호의 차폐(masking)를 방지하기 위하여 빗나간 레이저 빛은 광검출 광학기 및 광검출기(238)로부터 떨어져 유지된다.
상기 샘플 상호작용 영역(242) 내의 가스는 도면 페이지의 평면으로부터 나가는 노즐(254)로부터 흐르는게 바람직하다. 따라서, 상기 노즐(254)을 통과하는 가스는 본질적으로 조준 빔(236)의 각도와 대략 직교하는 각도로 이송된다. 사이징 노즐(sizing nozzle)(254)은 샘플 상호작용 영역(242)을 통하여 가스 흐름 속도를 제어할 수 있다. 상기 상호작용 영역(242) 내에서, 노즐(254)로부터 나간 가스에 동반된 입자는 빔(236) 내의 조명을 산개시킬 것이다. 이러한 산개는 검출 광학기 (262, 264)를 통과하는 빔(260)에서 검출된다. 상기 광학기(262, 264)는 가스 상호작용 영역의 이미지와 위치(266)에서 광검출기(238)에 따른 산개된 조명을 집중시키도록 협조한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 산개된 조명은 제3 고압 광학부재 (270)를 통하여 전달되고, 상기 제3고압 광학부재(270)는 이를 통하여 높은 품질의 조명 전송을 제공하도록 광학적으로 구성되고, 또한 샘플 상호작용 영역(242)의 내압을 견디도록 물리적으로 구성된다. 또한, 상기 부재(270)는 도시된 바와 같이 적절한 밀봉부재(252)로 밀봉될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 입자 감지시스템의 구성요소를 나타낸 개략도이다.
시스템(214)은 프로세서 또는 프로세싱 전자장치(250), 동력 모듈(272) 및 통신 모듈(280)을 포함한다. 상기 프로세서(250)는 조명 공급원(230) 및 하나 이상의 검출기(238)에 작동가능하게 결합된다. 상기 동력 모듈(272)은 배터리, 충전가능 전지, 또는 센서(214)에 전력을 공급하는 기타 공급원과 같은 에너지 공급원을 포함하는 것이 바람직하다. 부가적으로 또는 대안으로, 상기 동력 모듈(272)은 센서에 동력을 공급 및/또는 동력이 없는 경우에 백업 작동을 제공할 수 있는 배터리를 충전하기 위하여 이용가능한 벽 소켓으로부터 동력을 유지하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(250)는 마이크로프로세서인 것이 바람직하지만, 검출기(238)를 이용하여 입자를 감지하거나 검출할 수 있으며, 입자 검출에 대한 정보를 이송시키기 위하여 통신 모듈(280)에 이용가능한 정보를 제공할 수 있는 임의의 적절한 프로세싱 전자장치일 수 있다. 상기 통신 모듈(280)은 프로세서(250)에 결합되고, 입자 검출과 관련된 정보를 통신하도록 구성된다. 상기 모듈(280)은 무선 통신 모듈, 유선 통신 모듈 또는 이들을 조합한 임의의 모듈일 수 있다. 유선 통신의 적절한 예로는 유에스비(Universal Serial Bus; USB) 통신 규격 및 공지된 이서넷(Ethernet) 통신을 포함한다. 적절한 무선 통신의 예로는 공지된 블루투스 (Bluetooth) 통신 프로토콜 및 지그비(ZigBee) 통신 프로토콜을 포함한다.
공급원(230)은 조명 상호작용이 검출될 수 있는 방식으로 입자와 상호작용할 수 있는, 가시적이거나 그 외의 전자기 에너지를 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 바람직하게는, 상기 공급원(230)은 청색 레이저와 같은 비교적 짧은 파장을 갖는 레이저 조명 공급원이다. 상기 검출기(238)는 공급원(230)으로부터 조명을 검출할 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 바람직하게는, 상기 검출기 (238)는 공급원(230)에 의하여 제공되는 조명의 파장으로 감지하는 간단한 광검출기이다. 그러나, 충돌하는 전자기 에너지에 기초한 전자 신호를 발생시킬 수 있는 임의의 장치가 이용될 수 있다.
도 6은 특수 가스의 공급원(302, 304, 306)에 작동가능하게 결합되는 반도체 공정 도구(300)의 개략도이다.
각 공급원(302, 304, 306)은 각각의 인라인 입자 감지시스템(308)을 통하여 상기 도구(300)에 작동가능하게 결합된다. 상기 시스템(308)은 실시간이나 그외의 방법으로 발생하는 입자 검출 결과를 무선이나 다른 방법으로 보고할 수 있다. 상기 시스템(308)에 의하여 제공되는 입자 검출 정보는 반도체 도구 제어기(312)에 작동가능하게 결합되는 수신기(310)로 이송된다. 또한, 상기 제어기(312)는 기술자나 조작자를 위하여 도면부호 314로 도시된 인터페이스를 제공한다.
따라서, 임의의 시스템(308)이 선택된 한계치(threshold)보다 큰 양이나 수량으로 흐르는 입자를 검출하면, 상기 도구 제어기(312)는 공정을 자동적으로 중단시키거나 또는 상기 인터페이스(314)를 통하여 조작자에게 경보 또는 다른 적절한 표시를 발생시킨다. 또한, 상기 도구(300)와 관련된 문제가 발견된 경우, 인터페이스(314)를 이용하는 조작자는 오염 도구(300)를 가질 수 있는 입자가 임의의 공급원(302, 304, 306)으로부터 도입된 지를 결정하기 위하여 시스템(308)에 의하여 제공된 저장 이력 정보 및 실시간 데이터를 검토할 수 있다.
본 발명의 실시예는 다수의 반도체 공정 적용에서 많은 이점을 제공한다. 예를 들어, 공정 가스 제조업자나 공급자는 공급되는 가스의 청결함에 대하여 대체로 관심을 갖고, 가스의 청결함에 대하여 고객과 논쟁을 벌일 수 있다. 가스 공급자는 가스 용기에 인라인 입자 감지시스템을 설치하여 용기에 남겨진 가스를 모니터링할 수 있다. 고객이 입자의 분명한 버스트(burst)를 통지하는 경우, 가스 공급자는 감지시스템에 의하여 기록된 입자 레벨을 조사하여 가스가 용기에 남겨진채 오염되었는 지를 확인할 수 있다. 이는 이후의 오염 분쟁의 예이다.
반도체 공정시스템에 대한 본 발명의 실시예에 의하여 제공되는 다른 이점의 예는, 입자가 반도체 제조시설이나 다른 설비에서 검출되는 경우이다. 인라인 입자 감지시스템은 입자의 공급원을 결정하기 위하여 특수 가스 라인의 여러 지점에 연결될 수 있다. 이는 본 발명의 실시예를 이용하는 분산화된 입자 감지의 예이다.
본 발명의 실시예에 의하여 제공되는 또 다른 이점의 예는, 입자 버스트를 감지하여 공정 중단, 밸브 폐쇄, 또는 공정에서의 작업에 대한 손상을 방지하기 위하여 경보를 발생시키는 인라인 입자 감지시스템을 이용하는 것이다. 이는 실시간 정보나 대체로 실시간 정보가 부가적인 문제를 방지하는데 이용될 수 있는 결과 검출의 예이다. 또한, 입자 정도가 오랜 시간에 걸쳐 모니터링될 수 있고, 다양한 품질의 제어방법이 입자 정도를 향상시키기 위하여 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 또 다른 이점은, 가스 사용자는 용기의 마지막 가스가 오염의 가능성을 증가시킨다는 것을 경험으로부터 알았기 때문에, 압력이 소정 수준으로 강하되는 경우에 다수의 가스 사용자가 가스의 사용을 정지시킬 것이라는 데에 있다. 그러나, 사용자가 본 발명의 실시예에 따른 인라인 입자 센서를 설치하면, 사용자는 오염이 시작되는 경우에 검출할 수 있기 때문에 용기로부터 가스를 더 이용할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있을 것이다.
Claims (18)
- 전자 인클로저 및 유체 입구, 유체 출구, 샘플 상호작용 영역 및 상기 샘플 상호작용 영역을 통하여 유체 입구에서 유체 출구로 연장되는 유체 경로를 갖는 유동부를 포함하는 센서 몸체;
상기 샘플 상호작용 영역의 적어도 일부를 통하여 빛을 제공하도록 배치되는 조명 공급원;
상기 샘플 상호작용 영역의 흐름 경로에서 적어도 하나의 입자와 부딪치는 조명으로부터 발생하는 조명 변화를 검출하도록 배치되는 조명 검출기;
상기 조명 검출기에 의하여 감지되는 적어도 하나의 입자의 표시를 제공하기 위하여 조명 검출기에 작동가능하게 결합되는 통신 전자장치를 포함하고, 그리고
상기 샘플 상호작용 영역은 고압의 작동 압력을 견디도록 구성되는, 인라인 입자 센서. - 제1항에 있어서, 상기 통신 전자장치는 무선 통신 전자장치인 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 통신 전자장치는 유선 통신 전자장치인 인라인 입자 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 유선 통신 전자장치는 이서넷 통신 전자장치인 인라인 입자 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 유선 통신 전자장치는 유에스비(USB) 유선 통신 전자장치인 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 샘플 상호작용 영역은 밀봉되고, 조명 공급원으로부터 조명을 전달하며 샘플 상호작용 영역을 밀봉시키기 위하여 협조하는 복수의 투명 창을 포함하는 인라인 입자 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 샘플 상호작용 영역을 밀봉시키기 위하여 협조하며, 적어도 하나의 입자에 의하여 야기되는 조명 변화를 조명 검출기로 통과시키는 검출 창을 더 포함하는 인라인 입자 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 샘플 상호작용 영역의 집중된 이미지를 조명 검출기에 제공하도록 배치되는 검출 광학기를 더 포함하는 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 센서는 질량 유량 제어기와 유사한 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 유동부는 단일 조각의 금속으로 이루어지는 인라인 입자 센서
- 제1항에 있어서, 상기 금속은 스테인리스 스틸인 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 조명 공급원은 레이저인 인라인 입자 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 조명 공급원으로부터의 레이저 조명을 조준하도록 배치되는 조준 광학기를 더 포함하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 조명과 유체 흐름은 샘플 상호작용 영역에서 서로 실제적으로 직교하는 인라인 입자 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 유체 경로 사이에 배치되며 선택된 유체 유량을 제공하는 노즐을 더 포함하는 인라인 입자 센서.
- 밸브 및 출구를 갖는 가압 유체 공급원; 및
상기 출구에 작동가능하게 결합되는 입자 센서를 포함하고,
상기 입자 센서는,
전자 인클로저 및 유체 입구, 유체 출구, 샘플 상호작용 영역 및 상기 샘플 상호작용 영역을 통하여 유체 입구에서 유체 출구로 연장되는 유체 경로를 갖는 유동부를 포함하는 센서 몸체;
상기 샘플 상호작용 영역의 적어도 일부를 통하여 빛을 제공하도록 배치되는 조명 공급원;
상기 샘플 상호작용 영역의 흐름 경로에서 적어도 하나의 입자와 부딪치는 조명으로부터 발생하는 조명 변화를 검출하도록 배치되는 조명 검출기;
상기 조명 검출기에 의하여 감지되는 적어도 하나의 입자의 표시를 제공하기 위하여 조명 검출기에 작동가능하게 결합되는 통신 전자장치를 포함하고, 그리고
상기 샘플 상호작용 영역은 가압 유체 공급원의 압력을 견디는, 반도체 공정 도구에 유체를 제공하는 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 반도체 공정 도구와 제1 입자 센서 사이에 작동가능하게 배치되는 부가 입자 센서를 더 포함하는 시스템.
- 제17항에 있어서, 각각의 입자 센서는 반도체 공정 도구의 제어기에 입자의 표시를 전달하는 시스템.
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| KR20210000717A (ko) * | 2018-04-11 | 2021-01-05 | 사이버옵틱스 코포레이션 | 인라인 입자 센서 |
| KR20220137170A (ko) * | 2018-04-11 | 2022-10-11 | 사이버옵틱스 코포레이션 | 인라인 입자 센서 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| TW201043944A (en) | 2010-12-16 |
| JP2010197386A (ja) | 2010-09-09 |
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