KR20160053593A - 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법 및 이를 적용하는 반도체 노광 시스템 - Google Patents

Abstract

노광기와 노광기에 인접한 인터페이스 블록간의 압력차를 실시간 검출하는 단계; 상기 압력차를 기준 압력차에 비교하여 비정상적 압력 발생 여부를 판단하는 단계; 그리고 비정상적 압력이 발생되었을 때 이에 대응하는 조치를 수행하는 단계;를 포함하는 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 시스템이 개시된다.

Description

노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법 및 이를 적용하는 반도체 노광 시스템{Air Flow Monitoring System and Semiconductor Exposure System}

본 발명은 반도체 노광 시스템에서의 공기 흐름 모니터링 방법 및 이를 통보하는 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 노광 블럭과 인터페이스 블록 간의 압력 변화를 모니터링하고 이를 통보하는 시스템에 관한 것이다.

반도체 제조 시설에서 반도체 기판에 대한 노광은 노광기가 마련된 노광 블럭에서 진행된다. 웨이퍼는 포토 레지스트 코팅, 현상 및 열처리를 수행하는 트랙으로 부터, 노광 블록의 전단에 마련된 인터페이스 블럭을 통해서 노광 블록으로 진입한다. 노광 블록에서, 노광기의 내부 압력은 외부, 특히 인터페이스 블록에 비해 높아야 하며, 그렇지 않은 경우 외부 공기의 역류로 인해 웨이퍼 표면에서의 온도 변화가 발생하여 웨이퍼에 손상을 줄 수 있다.

그러나, 반도체 제조 설비는 설계 당시에 노광 블록 내의 압력이 인터페이스 블록에 비해 높게 설정되어 있으며, 이 상태는 제조 설비가 유지되는 동안 별다른 모니터링이 없이 항구적으로 유지된다.

그러나, 제조 설비가 계속적으로 가동되는 동안 제조 설비 내에서의 압력 변화, 특히 노광 블록과 이에 인접하는 인터페이스 블록 간의 압력 차의 변화가 발생할 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서, 순간적으로 인터페이스의 블록의 압력이 노광 블록에 비해 높아지게 되는 경우, 외기가 노광 블록의 노광기로 스며 들 수 있다.

물론 노광기 내부의 온도를 일정하게 유지 시키기 위하여 제어된 온도의 기류를 일정하게 공급하는 구조가 마련되어 있다. 그러나 어떠한 이유에 의해 노광기의 내부에 비해 인터페이스 블록의 압력이 높게 되어 노광기 내부로 외기가 스며들게 되면, 결과적으로 웨이퍼에 외기가 접촉하고, 따라서 웨이퍼 표면을 비정상적으로 물리적 변화를 일으킨다. 노광 블록으로의 외기 침투는 반도체 제조 설비 구조상 매우 일어나기 어려운 현상이며, 따라서 이러한 외기 침투에 대한 어떠한 방지 구조 또는 보호 구조가 마련되어 있지 않다.

KR 2000-0065440 A

본 발명은 노광기 내에서 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 공기 흐름 모니터링 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명은 노광기와 트랙 설비 간의 기류와 온도 변화를 실시간으로 모니터링하여 설비의 불안정한 상태를 확인하여 제품의 불량화를 방지하는 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 공기 흐름 모니터링 방법:은

노광기와 노광기에 인접한 인터페이스 블록간의 압력차를 실시간 검출하는 단계;

상기 압력차를 기준 압력차에 비교하여 비정상적 압력 발생 여부를 판단하는 단계; 그리고

비정상적 압력이 발생되었을 때 이에 대응하는 조치를 수행하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 상기 압력차를 실시간으로 검출하되, 임의 주기 간격으로 샘플링하고, 샘플링된 데이터의 평균을 상기 기눈 압력차와 비교하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 압력차를 검출하는 단계와 별도로 상기 인터페이스 블록의 온도를 실시간으로 검출하는 단계;와 상기 인터페이스 블록의 온도를 기준치에 비교하여 비정상 온도 발생 여부를 더 판단하는 단계;를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 조치를 수행하는 단계는 전체 시스템을 모니터링하는 관제 시스템을 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노광 시스템은 상기 방법을 수행하며,

웨이퍼에 대한 노광이 수행되는 노광기,

상기 웨이퍼를 상기 노광기로 로딩 및 언로딩하는 로보트 아암이 위치하는 이터페이스 블록;

상기 압력차를 검출하는 차압 센서;

상기 차압센서로부터의 신호를 처리하는 콘트롤러; 그리고

상기 콘트롤러로부터 신호에 따라 비정상 압력 발생을 통보하는 관제 시스템;을 포함한다.

도1은 본 발명에 따른 노광 시스템을 포함하는 공정 설비의 개략적 구성도이다.
도2는 도2는 본 발명의 주요 부분을 발췌하여 보이는 것으로 노광 시스템의개략적 구성도이다.
도3은 노광기와 인터페이스 블록간 압력차 검출 및 이에 따른 조치 방법을 설명하는 본 발명에 따른 노광 시스템 모니터링 방법의 흐름도이다.
도4는 노광기와 인터페이스 블록간 실시간 압력 차를 보이는 원형 데이터의 그래프이다.
도5내지 도9는 본 발명의 모니터링 방법에 따라 실시간 검출된 원형 데이터를 소정 주기로 샘플링하여 얻은 압력 차 평균 치의 그래프이다.
도10은 본 발명에 따른 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법 및 이를 적용하는 반도체 노광 시스템의 개략적 블록 다이어그램이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 공기 흐름 제어 방법 및 이를 적용하는 시스템의 실시 예에 대해 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 방법이 적용되는 반도체 제조 설비의 일부 개략적 구성도이다.

웨이퍼의 진행은 도면에서 우측에서 좌측으로 진행된다. 도면의 맨 우측으로부터 참조번호 "40"은 웨이퍼가 적재되어 있는 카세트 블록이다. 카세트 상태로 공급되는 웨이퍼는 하나 하나 우측방향으로 진행한다. 이 과정에서 웨이퍼에 대한 포토레지스트의 코팅, 현상 및 열처리를 수행하는 것으로, 프로세스 블록(31)과 히팅블록(32)을 포함하는 소위 트랙(TRACK)을 거치고, 최종적으로 인터페이스 블록(21, 22)을 통해서 노광기(10)로 웨이퍼가 공급된다. 메인 인터페이스 블록(21)과 서브 인터페이스 블록(22)에는 종래의 구조에서와 같이 웨이퍼의 이송을 위한 메인 로보트 암과 서브 로보트 암(Robot Arm)이 마련된다. 공기의 흐름은 도면에 화살표로 표시된 방향으로 이루어진다. 잘 알려진 바와 같이 반도체 제조 시설은 천정과 바닥에 프리넘(plenum)이 설치되어 있고, 공기는 천정에서 바닥방향으로 하향한다.

위와 같은 구조에서 본 발명에서는 웨이퍼를 보호하기 위하여, 노광기와 이에 마주 대하는 서브 인터페이스 블록 사이의 공기 역류를 효과적으로 방지하기 위한 수단을 마련한다.

반도체 제조 설비 초기에 노광기 내부의 압력이 인접한 서브 인터페이스 블록에 비해 높게 설정되어 있는데, 어떤 문제에 의해 압력이 순간적 역전되어 서브 인터페이스 블록의 공기가 노광기로 침투할 수 있다.

이 경우, 고온 상태의 웨이퍼의 표면의 변형을 초래하게 되는데, 적층이나 CD(Critical Dimension)에 영향을 주어서 공정 불량이 발생할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제의 발생을 미연에 방지하기 위한 수단을 노광기와 이에 인접하는 인터페이스 블록의 사이에서 압력 차와 비정상적 온도 변화를 검출한다.

도2는 본 발명의 주요 부분을 발췌하여 보이는 개력적 구성도이다.

도2를 참조하면, 스캐너 또는 노광기(10)의 웨이퍼 출입구 또는 슬릿(10a)의 안팍에 차압센서(50)의 검출 포트(50a, 50b)가 마련되어 있다.

센서부, 증폭부, AD변환기, 통신부 등을 가지는 차압센서(50)는 콘트롤러(22a)에 연결되며, 콘트롤러(22a)는 압력차에 따른 공기 역류 여부를 판단하고 이에 따른 조치를 행한다. 콘트롤러(22a)에 의한 조치에는 비정상 압력의 안내, 경고, 압력의 정상화를 위한 설비 제어 중, 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다. 비정상 압력의 안내 및 경고는 특히 제조 설비 또는 시스템 관리자에게 대한 전자적 통보가 포함될 수 있다.

상기 차압 센서(50)의 검출 포트(50a, 50b)는 노광기(10)의 슬릿(10a)의 안팍에설치되어 슬릿(10a) 안팍의 압력을 검출하고, 압력차 신호를 받은 콘트롤러(22a)는 압력차에 따른 공기의 유동 방향을 판단한다. 정상적인 상태에서는 스캐너(10)의 내부 압력이 인터페이스 블록(22)에서의 압력에 비해 높고 따라서 인터페이스 블록(22)으로부터 스캐너(10)의 내부로 공기가 흐르지 않고, 그 반대 방향, 즉 스캐너(10) 내부내부터 인터페이스 블록(22)으로 공기가 유동한다. 비정상적인 상태에서는 인터페이스 블록(22)에서 스캐너(10) 내부로 흐르게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 콘트롤러는 압력 차 뿐 아니라 이와 인터페이스 블록 내의 온도도 검출하여 공기 역류 등의 문제 발생을 예측한다. 압력 변화든 온도 변화 등에 의해 공기가 스캐너(10) 내부로 흘러 들어 가면, 스캐너(10) 내부에 로딩되어 있는 웨이퍼에 대한 열적 충격이 가해 지며, 따라서 공정 불량이 발생하게 된다.

이와 같은 비정상적인 상태는 제조 설비 내에서의 비정상적 공기 유름에 의해 발생하는데, 상부 프리넘과 하프 프리넘에 마련된 송풍 또는 배기 장치의 오류, 또는 각 블록 또는 시스템의 상하부에 마련된 송풍 및 배기 장치의 오작동 등에 의해 발생될 수 있다.

일반적으로 노광기 부분은 22도 정도, 노광기의 슬릿 부분 23.4도, 인터페이스 블록23.8도 정도로 유지되며, 공기의 역류에 의해 23.8도의 공기가 22도 정도의 온도로 유지하는 노광기(10) 내부로 유동하면, 외부 공기에 부분적으로 접촉하는 노광기 내부의 웨이퍼는 약 1.8도 정도의 온도 변화를 겪게 된다. 이러한 정도의 온도차는 고집적 반도체 제조용 웨이퍼에게 큰 충격으로 작용한다.

도3은 본 발명에 따른 압력차 검출 및 이에 따른 조치 방법을 설명한다.

도3을 참조하면, 첫 단계(301)에서 노광기(10) 안팍 또는 노광기(10)의 슬릿(10a) 안쪽과 이에 인접하는 인터페이스 블록의 압력을 검출한다. 이때에 압력센서가 차압 센서이면 압력차 값을 출력하게 된다. 검출된 압력차를 기준치와 비교하여 정상압력 상태인지를 판단한다(302). 여기에서 정상으로 판단(YES)되는 압력 검출 단계(301)로 회귀한다. 그리고 비정상으로 판단(NO)되면, 비정상적 상태의 발생을 안내, 경고 또는 정상 압력으로 복귀하기 위한 시스템 제어 등의 조치 단계로 이행한다(303). 이러한 과정은 온도 변화에 대해서도 동일하게 수행될 수 있다. 즉, 온도를 실시간 검출하다가 기준 온도를 넘어서게 되며 즉시 전술한 바와 같이 조치 단계를 수행한다.

크린 룸으로 외부 공기 유입 시, 외부 온도에 의해 내부 온도가 바로 변동되기 때문에 크린룸 온도 및 크린룸 장비 위치에 따라 온도 조건이 다르다. 각 블록의 위에 마련되는 상부 FFU(Fan Filter Unit)의 모터에서 발생하는 열이 바로 내려오는 경우 모터의 수명 등의 조건에 따라 열이 과다하게 발생하면, 곧 바로 해당 블록의 온도에 영향을 미친다.

한편, 인터페이스 블록에 마련되는 로보트 암에서도 열이 발행하며, 이 열을 무시할 수 없다. 또한, 트랙의 열처리 모듈 부분에서 발생된 열이 압력 차에 따른 공기의 흐름을 따라서 열의 이동이 발생하며, 이에 따라 다른 블록의 온도 변화가 발생할 수 있다.

또한, 각 블록 하부의 공기 하향 흐름(Air Down Flow) 발생용 팬이 불량인 경우, 상부에서 내려 오는 공기에 비해 하방으로 배출되는 공기량이 적게 되어 해당 블록, 특히 인터페이스 블록의 압력이 높아 질 수 있다.

이러한 문제들로 인한 노광기로의 공기의 역류 및 이에 따른 공정 불량을 방지하기 위하여 전술한 바와 같이 압력 차를 실시간 검출하여 공정불량을 방지한다. 또한, 본 발명은 압력뿐 아니라 온도의 실시간 검출을 통해 보다 효과적으로 공기의 역류를 방지한다. 검출되는 온도는 노광기에 직접 대면하는 인터페이스 블록의 내부 온도이며, 이 온도는 압력과 함께 보다 엄격하게 제어된다.

압력 변화와 온도 변화에 따른 공기 역류 여부를 판단하는 과정을 다음과 같다.

온도의 경우는 임계 범위를 초과하는 즉시 조치단계가 수행된다.

그러나, 압력의 경우는 일정한 주기로 샘플링하고, 각 주기의 샘플링 값의 평균이 임계를 넘었을 때에 공기의 역류를 우려하여 조치 단계를 수행한다.

도4는 인터페이스 블록에 마련되는 FFU가 속도를 달리하여(A, B, C) 작동할 때의 압력의 변화를 보이는 원형(RAW) 데이터이다. 도4에서 A, B, C의 순으로 FFU의 작동 속도가 낮아진다(A > B > C). 결과적으로 A, B, C의 데이터는 순차적으로 낮은 압력분포를 보이는데, 가장 높은 A의 데이터는 기준치(0)를 일시적으로 넘는 값을 가진다. 그리고, B, C는 전 구간에서 압력 차가 정상범위에 있다.

도4에서 A 데이터가 몇 개의 구간에서 정상범위를 넘게 되는데, 짧은 시간 동안 일부 구간에서 비정상 압력 차가 생겼다고 비정상을 통보 및 안내하는 조치 단계를 수행하는 것은 적절치 한다. 아래와 같은 데이터를 일정 주기로 샘플링하여 그 평균값을 구하여, 일시적인 비정상 데이터를 무효화하되, 그 평균값이 기준치를 넘었을 때에 "조치 단계"를 수행하는 것이 바람직하다.

도5는 데이터를 40개 단위로 샘플링하여 평균을 내었을 때의 A, B, C 데이터 변화 추이를 보이고, 도6, 7, 8, 9는 60, 80, 180, 200 개 단위로 샘플링했을 때의 A,B,C 데이터의 변화 추이를 보인다.

도5내지 도9를 비교함으로써 알 수 있듯이 샘플이 데이터가 많은 수록 A, B, C 데이터가 매끄러운 변화 추이를 보인다.

예를 들어 샘플링 데이터 개수를 180 또는 200의 조건으로 "조치 단계" 수행 여부를 판단했을 때, 도 8, 9 경우 A의 데이터가 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 상태가 좀 더 지속되면 "조치 단계"를 수행해야 함을 알 수 있다.

도10은 본 발명에 따른 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법 및 이를 적용하는 반도체 노광 시스템의 개략적 블록 다이어그램이다.

도10을 참조하면, 콘트롤러(22a)에 차압 센서(50)와 온도 센서(60)가 연결된다.

콘트롤러(22a)는 관제시스템(70)으로 온라인으로 연결되어, 비정상 압력 또는 온도를 통보한다. 관제시스템(70)은 공정 설비 또는 시스템에게 대한 비정상 예고, 비정상 돌입 등의 안내(알람)를 수행할 수 있고, 또한 시스템 내의 자동 시스템을 제어하여 온도 및 압력을 정상화할 수 있도록 한다.

실시 예의 설명에서 관제시스템(70)에 대해 구체적으로 설명되지 않았다. 그러나, 압력 또는 온도 또는 압력 및 온도의 비정상 판단의 결론을 이용하여 다양한 "조치 단계"를 수행하는 것으로 공정 설비의 정상화에 관련된 어떠한 제어 또는 통보를 수행할 수 있고, 선택된 어떠한 제어 또는 통보에 상응하는 구조 또는 구성의 설계는 통상적인 기술수준에 의해 용이하게 달성될 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시 예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 실시 예의 이해를 통해 그 밖에도 다양한 변형 예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

10: 노광기(스캐너)
20: 인터페이스 블록
21: 메인 인터페이스 블록
22: 서브 인터페이스 블록
22a: 콘트롤러
31: 프로세스 블록
32: 히티 블록
40: 카세트 블록
50: 차압 센서
60: 온도 센서
70: 관제 센터

Claims (5)

1. 노광기와 노광기에 인접한 인터페이스 블록간의 압력차를 실시간 검출하는 단계;
   상기 압력차를 기준 압력차에 비교하여 비정상적 압력 발생 여부를 판단하는 단계; 그리고
   비정상적 압력이 발생되었을 때 이에 대응하는 조치를 수행하는 단계;를 포함하는 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력차를 실시간으로 검출하되, 임의 주기 간격으로 샘플링하고, 샘플링된 데이터의 평균을 상기 기눈 압력차와 비교하는 것을 특징으로 하는 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압력차를 검출하는 단계와 별도로 상기 인터페이스 블록의 온도를 실시간으로 검출하는 단계;와
   상기 인터페이스 블록의 온도를 기준치에 비교하여 비정상 온도 발생 여부를 더 판단하는 단계;를 더 포함하는 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 조치를 수행하는 단계는 전체 시스템을 모니터링하는 관제 시스템을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 노광 시스템의 공기 흐름 모니터링 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 방법을 수행하는 반도체 노광 시스템에 있어서,
   웨이퍼에 대한 노광이 수행되는 노광기,
   상기 웨이퍼를 상기 노광기로 로딩 및 언로딩하는 로보트 아암이 위치하는 이터페이스 블록;
   상기 압력차를 검출하는 차압 센서;
   상기 차압센서로부터의 신호를 처리하는 콘트롤러;
   상기 콘트롤러로부터 신호에 따라 비정상 압력 발생을 통보하는 관제 시스템;을 포함하는 반도체 노광 시스템.

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