KR20130129690A

KR20130129690A - 공정챔버 모니터링용 광학장치

Info

Publication number: KR20130129690A
Application number: KR1020120053744A
Authority: KR
Inventors: 이순종; 우봉주; 정재훈
Original assignee: (주)쎄미시스코
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-29

Abstract

본 발명은 공정챔버 모니터링용 광학장치를 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 공정챔버의 광 윈도우(View Port)에 위치하는 광학모듈에 포함되는 집광렌지와 광수집부의 위치가 가변되도록 구성한 것이며, 이에따라 공정챔버에서 나오는 플라즈마광을 모니터링시 광학모듈의 설치 위치를 그대로 유지하는 상태에서 광학모듈에 포함되는 광수집부의 측정 위치만을 가변시켜 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광을 수집하면서 공정챔버에서의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생)를 보다 정밀하게 검출하는 한편, 그 사용상의 편의성을 높인 것이다.

Description

공정챔버 모니터링용 광학장치{Leak detection system of process chamber}

본 발명은 진공에서 플라즈마를 사용하는 장비를 이용한 기판 제조공정에서 발생하는 공정챔버의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생)를 검출하는 모니터링용 광학장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버의 광 윈도우(View Port)에 위치하는 광학모듈이 공정챔버에서 나오는 플라즈마광을 모니터링시 광학모듈의 측정위치를 가변하면서 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광을 모니터링하고, 이를 통해 공정챔버에서의 이상유무를 보다 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 공정챔버 모니터링용 광학장치에 관한 것이다.

진공에서 플라즈마를 사용하는 장비를 이용한 증착공정에 있어, 공정챔버의 모니터링을 통해 장비 불량이 초래되는 것을 방지하도록, 종래에는 공정챔버와 광학모듈을 광섬유 케이블(optical fiber cable)로 연결하여, 상기 공정챔버의 공정 진행시 발생하는 플라즈마의 광세기를 검출하고 분석하여 리크를 검출하였다.

즉, 공정챔버 안으로 외부 공기가 주입되면서 플라즈마 스펙트럼 중에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 발생되었는지를 이피디(EPD; End Point Detection)를 통해 감지하고, 그 감지신호에 따라 공정챔버에서의 리크 발생을 헬륨 리크 검출기(He Leak Detector)를 통해 검출하게 되며, 이러한 검출을 위한 상기 광학모듈은 의문시되는 샘플에 의한 흡수 양 또는 반사 양에 의하거나 적당하게 에너지화 되었을 때 샘플로부터 방사되는 양에 의해 플라즈마 광의 세기를 특정하는 것으로, 측정의 주요 목적은 알려지지 않은 재료의 화학적 성분을 규명하거나 구조, 동작 또는 알려진 재료 또는 목적물의 환경적인 특성(내부온도, 압력 자장세기 등)의 상세함을 설명할 수 있도록 한 것이다.

일예로, 상기 광학모듈은 광학방출분광계(OES; Optical Emission Spectrometey)의 원리를 이용하여 플라즈마 공정을 모니터링하기도 하는데, 이는 플라즈마 방전(plasma discharge)으로부터의 플라즈마광을 측정하여 플라즈마 공정을 모니터링하는 것이다.

즉, 플라즈마내에 존재하는 가스는 원자와 분자의 특성에 의해 플라즈마 광이 방출되며, 상기 방출되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 EPD를 통해 스펙트럼 분석(spectral analysis)을 하면서 플라즈마 공정을 모니터링하게 되는 것이다.

이때, 상기 광학모듈은 도면으로는 도시하지 않았지만, 통상적으로 집광렌즈(Collimating lens)와 광수집부 및 모니터링 검사부, 그리고 상기 집광렌즈와 광수집부 및 모니터링 검사부를 연결하는 광섬유 케이블을 포함하는데, 상기 집광렌즈는 공정챔버의 뷰포트인 광 윈도우에 위치하여 상기 광 윈도우를 통해 나오는 플라즈마광을 집광하는 것이고, 상기 광수집부는 상기 집광렌즈와 일정거리를 두고 배치되면서 상기 집광렌즈를 통해 집광되는 플라즈마광을 수집하는 것이며, 상기 모니터링 검사부는 상기 광수집부를 통해 수집되는 플라즈마광의 스펙트럼을 분석한 후 이를 전기적신호로 변환하여 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생)를 검출하도록 한 것이다.

그러나, 종래 공정챔버의 이상유무를 검출을 위해 사용되는 광학모듈에 포함되어 플라즈마광을 수집하는 광수집부는 집광렌즈와 일정거리를 두고 그 위치가 고정된 것이므로, 상기 광학모듈을 통해 공정챔버에서 나오는 플라즈마광을 모니터링시 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광을 모니터링하지 못하고 특정지점에서만 나오는 플라즈마광만을 모니터링할 수 밖에 없으며, 이에따라 종래에는 공정챔버에서의 이상유무를 보다 정밀하게 검출하도록 광학모듈의 위치를 작업자가 수시로 수동 변경해야 하는 불편함이 있었다.

즉, 상기 광학모듈에 포함되는 집광렌즈에서 플라즈마광을 집광시, 상기 집광렌즈에는 공정챔버내의 여러지점에서 나오는 플라즈마광의 상이 맺힐 수 있는데, 종래 광학모듈에 포함되는 광수집부는 상기와 같이 여러지점에서 나오는 플라즈마광을 수집할 수 있는 것이 아니라, 상기 집광렌즈와의 일정거리에 따라 공정챔버내의 여러지점이 아닌, 특정지점의 플라즈마광만을 수집할 수 있었던 것이다.

이에따라, 종래에는 광학모듈의 설치 위치를 가변시켜야 하지만, 이 경우 광학모듈의 배치 위치 및 분리를 반복해야 하는 불편함이 있고, 특히 광학모듈의 배치 위치를 설정시 그 설정에 오류가 발생하면 안되므로, 상기와 같은 배치작업의 경우에는 많이 시간이 소요될 수 밖에 없는데, 이를 여러번 반복한다는 것은 공정챔버의 이상유무 검출시간이 너무 오래 걸리게 단점을 가질 수 밖에 없는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 공정챔버의 광 윈도우(View Port)에 위치하는 광학모듈에 포함되는 집광렌지와 광수집부의 위치가 가변되도록 구성함으로써, 공정챔버에서 나오는 플라즈마광을 모니터링시 광학모듈의 설치 위치를 그대로 유지하는 상태에서 광학모듈에 포함되는 광수집부의 측정 위치만을 가변시켜 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광을 수집할 수 있도록 하고, 이를 통해 공정챔버에서의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생 등)를 보다 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 공정챔버 모니터링용 광학장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 공정챔버 모니터링용 광학장치는, 공정챔버의 뷰포트인 광 윈도우에 배치되는 모듈본체를 구성하되, 상기 모듈본체의 내부에는 공정챔버의 뷰포트인 광 윈도우를 통해 공정챔버내 여러지점에서 나오는 플라즈마광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈와 일정거리를 두고 배치되면서 상기 집광렌즈를 통해 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 모니터링 검사부에 전달하는 광수집부; 및, 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광이 상기 집광렌즈에 집광될 때 이를 모두 상기 광수집부가 수집하도록, 상기 집광렌즈와 상기 광수집부의 거리 조절을 위해 상기 광수집부를 전후 이동시키는 구동부; 를 구성한 것이다.

또한, 상기 광수집부는 내측면에 나선이 형성되는 이동프레임에 결합되고, 상기 모듈본체의 내측 양측면에는 상기 광수집부가 결합되는 상기 이동프레임의 전후 이동을 안내하는 가이드레일이 형성되는 것이다.

또한, 상기 광수집부는 상기 집광렌즈에 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 전기적인 신호로 변환하도록 광학 필터와 모노크로메타 또는 CCD(Charge Coupled Device)를 포함하여 구성하는 것이다.

또한, 상기 구동부는, 정,역회전 구동이 가능한 모터; 상기 모터의 구동축에 마련되는 구동기어; 상기 구동기어에 기어 맞물림되는 피동기어; 및, 상기 모듈본체의 전후면에 양끝단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 이동프레임의 나선과 맞물리는 나선이 형성되면서 상기 피동기어의 회전방향에 따라 연동하여 상기 이동프레임을 전,후 방향으로 이동시키는 이송스크류; 를 포함하여 구성한 것이다.

이와 같이 본 발명은 공정챔버의 광 윈도우(View Port)에 위치하는 광학모듈에 포함되는 집광렌지와 광수집부의 위치가 가변되도록 구성한 것으로, 이를 통해 공정챔버에서 나오는 플라즈마광을 모니터링시 광학모듈의 설치 위치를 그대로 유지하는 상태에서 광학모듈에 포함되는 광수집부의 측정 위치만을 가변시켜 공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광을 수집하면서 공정챔버에서의 플라즈마 이상 방전 현상이나 리크 발생 등과 같은 이상상태를 보다 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 한편, 그 사용상의 편의성을 높이는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예로 공정챔버 모니터링용 광학장치에 대한 개략적인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예로 공정챔버 모니터링용 광학장치의 구조를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예로 광학장치의 구조를 보인 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예로 광학장치의 구조를 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예로 광수집부와 집광렌즈의 거리 조절에 따른 플라즈마광 수집 상태를 보인 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예로 광수집부와 집광렌즈의 거리 조절로 공정챔버내의 여러지점에서 나오는 플라즈마광을 수집하는 상태를 보인 측정그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예로 공정챔버 모니터링용 광학장치에 대한 개략적인 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 공정챔버 모니터링용 광학장치의 구조를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예로 광학장치의 구조를 보인 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예로 광학장치의 구조를 보인 단면도를 도시한 것이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버 모니터링용 광학장치는 공정챔버(1)의 뷰포트인 광 윈도우(1a)에 배치되면서 광섬유 케이블(200)을 통해 모니터링 검사부(10)와 연결되는 모듈본체(100)에 구성되는 것으로, 집광렌즈(20), 광수집부(30), 그리고 구동부(40)를 포함하는 것이다.

상기 집광렌즈(20)는 상기 공정챔버(1)의 뷰포트인 광 윈도우(1a)를 통해 상기 공정챔버(1)내 여러지점에서 나오는 플라즈마광을 집광하도록 구성된다.

상기 광수집부(30)는 상기 집광렌즈(20)와 일정거리를 두고 배치되어 전후 이동이 가능한 것으로, 상기 광섬유 케이블(200)을 통해 상기 모니터링 검사부(10)와 연결되어 상기 집광렌즈(20)를 통해 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 상기 모니터링 검사부(10)에 전달하도록 구성되는 것이다.

여기서, 상기 광수집부(30)는 상기 집광렌즈(20)에 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 전기적인 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 플라즈마광의 수집을 위해 광학 필터와 모노크로메타를 포함하거나 또는 광학필터와 CCD(Charge Coupled Device)를 포함하고, 상기 CCD는 200 내지 1100 nm 사이의 파장 대역 내에서 0.1 내지 10 nm 사이의 해상도를 갖도록 구성한 것이다.

이때, 상기 광수집부(30)는 내측면에 나선이 형성되는 이동프레임(31)에 결합되는 것이고, 상기 모듈본체(100)의 내측 양측면에는 상기 이동프레임(31)의 전후 이동을 안내하기 위한 가이드레일(101)이 형성되도록 하였다.

상기 구동부(40)는 공정챔버(1)내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광이 상기 집광렌즈(20)에 집광시 이를 모두 상기 광수집부(30)가 수집할 수 있도록, 상기 광수집부(30)가 결합되는 이동프레임(31)을 전후 이동시켜, 상기 집광렌즈(20)와 상기 광수집부(30)의 거리를 조절하는 것으로, 정,역회전 구동이 가능한 모터(41)와, 상기 모터(41)의 구동축에 마련되는 구동기어(42)와, 상기 구동기어(42)에 기어 맞물림되는 피동기어(43), 그리고 상기 모듈본체(100)의 전후면에 양끝단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 이동프레임(31)의 나선과 맞물리는 나선이 형성되면서 상기 피동기어(43)의 회전방향에 따라 연동하여 상기 이동프레임(31)을 전,후 방향으로 이동시키는 이송스크류(44)를 포함하는 것이다.

여기서, 상기 구동부(40)는 모터 및 기어 맞물림에 의한 구동방식으로 상기 광수집부(30)가 결합되는 이동프레임(31)을 전후 이동시키도록 설명하였지만, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니며, 상기 구동부(40)는 도면으로 도시하지는 않았지만 유압구동방식 또는 와이어를 통한 컨베이어 구동방식으로 상기 이동프레임(31)을 전후 이동시킬 수도 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공챔버 모니터링용 광학장치는 첨부된 도 1 내지 도 6에서와 같이, 우선 CVD장비(또는 Etch 장비)의 공정챔버(1)내에 공정용 가스를 주입한 후 RF전력을 인가하면, 상기 공정챔버(1)에 주입된 공정용 가스는 공정용 RF 발생장치(미도시)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화되어 기판 위에 박막을 증착하게 된다.

이때, 상기와 같이 박막 증착이 이루어지는 공정 중에, 상기 공정챔버(1)에 이상상태(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생)가 발생하여 외부 공기가 주입되는 경우, 상기 공정챔버(1)와 연결되면서 상기 공정챔버(1)에서 나오는 플라즈마광을 모니터링하는 광학모듈은 상기 모니터링되는 플라즈마광에 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 스펙트럼이 포함되었는가를 감지하게 된다.

즉, 상기 광학모듈은 상기 공정챔버(1)의 뷰포트인 광 윈도우(1a)에 배치되는 모듈본체(100)를 포함하고, 상기 모듈본체(100)에는 집광렌즈(20)와 광수집부(30) 및 구동부(40)를 구성되어 있는 바,

상기 집광렌즈(20)는 공정챔버(1)에서 상기 뷰포트인 광 윈도우(1a)를 통해 나오는 플라즈마광을 집광하게 되고, 상기 광수집부(30)는 상기 집광렌즈(20)를 통해 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 전기적인 신호로 변환하여 모니터링 검사부(10)로 전달하게 되는 것이다.

이때, 첨부된 도 5에서와 같이 "A" 지점에 위치하는 상기 광수집부(30)로부터 멀어지도록 도 5의 "B" 지점으로 후진 이동시키는 동작에 대하여 살펴보면, 우선 구동부(40)에 포함되는 모터(41)가 역회전 구동을 하게 된다.

그러면, 상기 모터(41)의 역회전 구동으로부터 구동기어(42)의 회전이 이루어짐과 동시에, 상기 구동기어(42)에 기어 맞물림된 피동기어(43)의 회전이 이루어지고, 이에따라 상기 피동기어(43)가 결합되는 이송스크류(44)의 회전이 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 상기 이송스크류(44)의 외주면에는 상기 광수집부(30)가 결합되는 이동프레임(31)의 나선이 결합되어 있으므로, 상기 이동프레임(31)은 상기 이송스크류(44)의 회전에 따라 도 5에서와 같이 "B" 지점으로 후진 이동하게 된다.

그러면, 상기 이동프레임(31)에 결합되는 광수집부(30)는 상기 집광렌즈(20)와 일정거리만큼 멀어지게 되고, 이에따라 상기 광수집부(30)는 공정챔버(1)내의 여러지점 중에서 상기 집광렌즈(20)와 근접되는 지점에서 발생하여 상기 집광렌즈(20)에 집광되는 플라즈마광(도 5의 a지점)을 수집할 수 있는 것이다.

반대로, 첨부된 도 5에서와 같이 "B" 지점에 위치하는 상기 광수집부(30)를 도 5의 "A" 지점으로 전진 이동시키는 동작에 대하여 살펴보면, 우선 구동부(40)에 포함되는 모터(41)가 정회전 구동을 하게 된다.

그러면, 상기 모터(41)의 정회전 구동으로부터 구동기어(42)의 회전이 이루어짐과 동시에, 상기 구동기어(42)에 기어 맞물림된 피동기어(43)의 회전이 이루어지고, 이에따라 상기 피동기어(43)가 결합되는 이송스크류(44)의 회전이 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 상기 이송스크류(44)의 외주면에는 상기 광수집부(30)가 결합되는 이동프레임(31)의 나선이 결합되어 있으므로, 상기 이동프레임(31)은 상기 이송스크류(44)의 회전에 따라 도 5에서와 같이 "A" 지점으로 전진 이동하게 된다.

그러면, 상기 이동프레임(31)에 결합되는 광수집부(30)는 상기 집광렌즈(20)와 일정거리만큼 가까워지게 되고, 이에따라 상기 광수집부(30)는 공정챔버(1)내의 여러지점 중에서 상기 집광렌즈(20)와 근접되는 지점에서 발생하여 상기 집광렌즈(20)에 집광되는 플라즈마광(도 5의 b지점)을 수집할 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명의 실시예는 첨부된 도 6에서와 같이, 공정챔버(1)의 뷰포트인 광 윈도우(1a)에는 공정챔버(1)내의 여러지점(예; 10mm지점, 200mm지점, 600mm지점 등)에서 발생하는 플라즈마광이 나와 집광렌즈(20)에 집광되므로, 상기 고정형 위치를 가지는 집광렌즈(20)로부터 광수집부(30)를 구동부(40)가 전후 이동시켜, 상기 집광렌즈(20)와 광수집부(30)의 거리를 조절하면(도 5의 A↔B), 상기 집광렌즈(20)의 상 맺힘 위치(P1)를 기준으로 상기 광수집부(30)의 플라즈마광 수집 위치가 가변되고, 이에따라 상기 광수집부(30)는 공정챔버내의 여러 지점(a,b)에서 나오는 플라즈마광을 상기 집광렌즈(20)를 통해 모두 수집할 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 광수집부(30)를 통해 공정챔버내의 여러지점에서 발생하는 플라즈마광을 수집한 후 이를 전기적신호로 변환하여 모니터링 검사부(10)에 전달하게 되면, 상기 모니터링 검사부(10)에서는 플라즈마 광 및 이에 포함되는 질소(N2)와 산소(O2), 그리고 아르곤(Ar)의 스펙트럼 신호를 받은 후 이를 통해 광 이미지를 생성하고, 그 생성된 광 이미지를 바이너리 데이타(또는 이미지 궤적)로 전환시킨 후 이의 해석(스펙트럼 분석)을 통해 공정챔버(1)에서의 이상유무(예; 플라즈마의 이상 방전 현상 또는 리크 발생여부)를 보다 정밀하게 검출할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명 공정챔버 모니터링용 광학장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

1 ; 공정챔버 1a; 광 윈도우
10; 모니터링 검사부 20; 집광렌즈
30; 광수집부 31; 이동프레임
40; 구동부 41; 모터
42; 구동기어 43; 피동기어
44; 이송스크류 100; 모듈본체
101; 가이드레일 200; 광섬유 케이블

Claims

공정챔버의 뷰포트인 광 윈도우에 배치되는 모듈본체를 구성하되,
상기 모듈본체의 내부에는 공정챔버의 뷰포트인 광 윈도우를 통해 공정챔버내 여러지점에서 나오는 플라즈마광을 집광하는 집광렌즈;
상기 집광렌즈와 일정거리를 두고 배치되면서 상기 집광렌즈를 통해 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 모니터링 검사부에 전달하는 광수집부; 및,
공정챔버내의 여러 지점에서 나오는 플라즈마광이 상기 집광렌즈에 집광될 때 이를 모두 상기 광수집부가 수집하도록, 상기 집광렌즈와 상기 광수집부의 거리 조절을 위해 상기 광수집부를 전후 이동시키는 구동부; 를 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 리크 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광수집부는 내측면에 나선이 형성되는 이동프레임에 결합되고, 상기 모듈본체의 내측 양측면에는 상기 광수집부가 결합되는 상기 이동프레임의 전후 이동을 안내하는 가이드레일을 형성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 리크 검출 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 광수집부는 상기 집광렌즈에 집광되는 플라즈마광을 수집한 후 이를 전기적인 신호로 변환하도록 광학 필터와 모노크로메타 또는 CCD(Charge Coupled Device)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 리크 검출 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 구동부는,
정,역회전 구동이 가능한 모터; 상기 모터의 구동축에 마련되는 구동기어; 상기 구동기어에 기어 맞물림되는 피동기어; 및, 상기 모듈본체의 전후면에 양끝단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 이동프레임의 나선과 맞물리는 나선이 형성되면서 상기 피동기어의 회전방향에 따라 연동하여 상기 이동프레임을 전,후 방향으로 이동시키는 이송스크류; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 리크 검출 장치.