KR20190076100A - 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 모니터링 기술에 있어서, 특히 공정 모니터링은 물론 공정의 시작시점이나 센서 장착 웨이퍼의 챔버 내 로딩상태 등의 공정시작조건을 검출해주는 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치에 관한 것으로, 챔버 내에서 공정 중 요구되는 공정조건을 센싱하는 센서 장착 웨이퍼로서, 상기 공정조건을 센싱하는 제1센서; 상기 센서 장착 웨이퍼의 이송상태와 상기 챔버로의 로딩상태 중 적어도 하나를 센싱하는 제2센서; 그리고 상기 제2센서에 의해 센싱된 상기 이송상태와 상기 로딩상태 중 적어도 하나를 사용하여 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성하는 마이크로제어유닛으로 구성되는 것이 특징인 발명이다.

Description

공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치{Sensor mounted wafer for detecting launch condition of process, and apparatus therefor}

본 발명은 공정 모니터링 기술에 관한 것으로, 특히 공정 모니터링은 물론 공정의 시작시점이나 센서 장착 웨이퍼의 챔버 내 로딩상태 등의 공정시작조건을 검출해주는 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치에 관한 것이다.

반도체 제조에는 일반적으로 광학, 증착과 성장, 식각 공정 등 다수의 공정을 거친다.

반도체 제조 공정에는 각 공정에서 공정 조건과 장비의 작동 상태를 주의 깊게 모니터링해야 한다. 예를 들면, 챔버나 웨이퍼의 온도, 가스 주입 상태, 압력 상태 또는 플라스마 밀도나 노출 거리 등을 제어하면서 최적의 반도체 수율을 위해 정밀한 모니터링이 필수적이다.

온도, 플라즈마, 압력, 유량 및 가스 등과 관련된 공정 조건에 오차가 발생하거나 장비가 오동작 하는 경우에는 불량이 다수 발생하여 전체 수율에 치명적이다.

한편, 종래 기술에서는 반도체 제조에서 챔버 내의 공정 조건을 간접적으로 측정하였으나 반도체 수율 향상을 위해 챔버의 내부 조건이나 그 챔버에 로딩된 웨이퍼의 상태 등을 직접 측정하기 위한 연구가 계속되었다. 그 중 하나가 웨이퍼의 온도 센싱 기술로 SOW(Sensor On Wafer)가 소개되었다.

SOW(Sensor On Wafer)는 테스트용 웨이퍼 상에 다양한 센서를 장착하고, 각각의 센서를 이용하여 반도체 제조 공정에서의 공정조건(온도나 압력이나 기체나 플라즈마 등)을 챔버 내에서 직접 센싱하였다.

SOW를 이용하여 공정을 모니터링함에 있어서 공정이 언제 시작되는지 즉, SOW가 공정조건에 대한 센싱을 언제 시작하는지에 대한 정확한 정보가 요구되고 있으나, 종래에는 챔버나 그 챔버를 제어하는 장비를 통해서만 확인할 수 있었다. 따라서, SOW에서 직접적으로 공정의 시작시점(센싱의 시작시점)을 검출하는 기술이 요구되고 있다.

또한, 최근 개발된 제품 중에는 2장의 웨이퍼를 본딩하여 듀얼 구조로 제조된 SOW가 소개되고 있는데, 그 듀얼 구조의 SOW의 경우에는 공정조건을 센싱하는 센서가 2장의 웨이퍼 중 1장에만 배치될 수 있는데, 그러한 경우에 센싱이 정상적으로 이루어지기 위해서는 챔버 내에 정위치로 로딩되어야 한다. 즉, SOW가 뒤집힌 상태로 로딩되어 공정조건을 센싱하는 경우에는 센싱정보의 오류가 발생할 수 있다. 물론, 1장의 웨이퍼 내에 센서를 구비하는 싱글 구조의 SOW도 정위치로 로딩되어야 한다. 그러나, 종래에는 SOW의 뒤집힘 여부를 확인할 방법이 없다.

본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 특히 공정 모니터링을 위해 사용되는 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부는 물론 센서 장착 웨이퍼가 챔버 내에서 공정조건을 센싱하기 시작하는 시점을 검출하도록 해주는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼의 특징은, 챔버 내에서 공정 중 요구되는 공정조건을 센싱하는 센서 장착 웨이퍼로서, 상기 공정조건을 센싱하는 제1센서; 상기 센서 장착 웨이퍼의 이송상태와 상기 챔버로의 로딩상태 중 적어도 하나를 센싱하는 제2센서; 그리고 상기 제2센서에 의해 센싱된 상기 이송상태와 상기 로딩상태 중 적어도 하나를 사용하여 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성하는 마이크로제어유닛으로 구성되는 것이다.

바람직하게, 상기 제2센서는 동작인식센서를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제2센서는 상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 로딩 시에 상기 센서 장착 웨이퍼의 방위변화를 센싱하고, 상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 이송 시에 상기 챔버까지의 이송거리를 센싱하고, 상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 이송 및 로딩 시에 상기 센서 장착 웨이퍼의 움직임을 센싱할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 마이크로제어유닛은 상기 제2센서에 의해 센싱된 상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 상기 이송상태와 상기 로딩상태 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 마이크로제어유닛은 상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 상기 공정의 시작시점과 상기 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 포함하는 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 마이크로제어유닛은 상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나로부터 상기 센서 장착 웨이퍼가 종방향 이송 후 일정 시간 움직임이 없는 것으로 검출되는 시점을 상기 공정의 시작시점으로 판별하여 그에 대한 정보를 생성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 마이크로제어유닛은 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 저장하는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 정보를 무선으로 송신하는 통신유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 센서 장착 웨이퍼가 공정 모니터링을 위한 센서 이외에 공정시작조건을 센싱할 수 있는 동작인식센서를 자체에 구비함에 따라, 센서 장착 웨이퍼의 방위변화나 이송거리나 움직임을 센싱하여 센서 장착 웨이퍼가 챔버 내에서 공정조건을 센싱하기 시작하는 시점은 물론 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼의 구성을 도시한 다이어그램이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼의 블록구성을 도시한 블록다이어그램이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 연동하는 장치 구성을 도시한 다이어그램이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 그를 위한 장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼의 구성을 도시한 다이어그램이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼의 블록구성을 도시한 블록다이어그램이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 센서 장착 웨이퍼(1)는 챔버 내에서 공정조건을 센싱하기 위한 제1센서(10)를 구비한다. 그리고 센서 장착 웨이퍼(1)의 이송상태와 로딩상태를 센싱하기 위한 제2센서(20)와, 제2센서(20)의 센싱정보를 사용하여 공정시작조건을 검출하는 마이크로제어유닛(30)과, 마이크로제어유닛(30)에서 검출된 공정시작조건에 대한 정보를 저장하는 메모리(40)와, 메모리(40)에 저장된 정보를 무선으로 송신하는 통신유닛(50)으로 구성된다. 센서 장착 웨이퍼는 그밖에 동작 전원을 제공하는 배터리(미도시)와 배터리에 전원을 공급하여 충전시키는 충전회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제1센서(10)는 센서 장착 웨이퍼(1)에 다수 개가 구비되며, 센서 장착 웨이퍼(1)의 정해진 센싱 위치에 내장되어 해당 위치에서 공정 중에 공정 모니터링을 위한 센싱을 담당한다. 즉, 제1센서(10)는 센서 장착 웨이퍼(1)가 로딩된 챔버 내부 온도나 압력이나 기체나 플라즈마 등 다양한 공정조건들을 센싱할 수 있다.

제2센서(20)는 센서 장착 웨이퍼(1)의 이송상태와 챔버로의 로딩상태 중 적어도 하나를 센싱한다. 특히, 제2센서(20)는 동작인식센서일 수 있으며, 그 동작인식센서는 센서 장착 웨이퍼(1)의 움직임이나 위치를 센싱하는 것이다. 동작인식센서는 지자기센서와 가속도센서와 자이로센서를 포함하는 복합센서이며, 하나의 칩 형태로 구현되는 것이 바람직하다.

제2센서(20)는 센서 장착 웨이퍼(1)가 챔버로 로딩 시에 그 센서 장착 웨이퍼(1)의 방위변화를 센싱한다.

제2센서(20)는 센서 장착 웨이퍼(1)가 챔버로 이송 시에 그 챔버까지의 이송거리를 센싱한다.

제2센서(20)는 센서 장착 웨이퍼(1)가 챔버로 이송 및 로딩 시에 그 센서 장착 웨이퍼(1)의 움직임(동작)을 센싱한다.

마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)에 의해 센싱된 센서 장착 웨이퍼(1)의 이송상태와 그의 로딩상태 중 적어도 하나를 사용하여 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성한다.

마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)에 의해 센싱된 방위변화와 이송거리와 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 센서 장착 웨이퍼(1)의 이송상태와 로딩상태 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 여기서, 이송상태와 로딩상태는 센서 장착 웨이퍼(1)가 사용되는 공정의 시작시점(센싱 시작시점)과 센서 장착 웨이퍼(1)의 뒤집힘 여부를 나타낸다.

그에 따라, 마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)가 센싱한 방위변화와 이송거리와 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 공정의 시작시점(센싱 시작시점)과 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 검출할 수 있다.

마이크로제어유닛(30)은 검출된 공정의 시작시점(센싱 시작시점)과 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 포함하는 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성한다.

마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)가 센싱한 방위변화와 이송거리와 움직임 중 적어도 하나로부터 센서 장착 웨이퍼(1)가 횡방향으로 이동하는지 종방향으로 이동하는지 상하가 뒤집혀지는지를 검출할 수 있다.

일예로, 마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)가 센싱한 방위변화와 이송거리와 움직임 중 적어도 하나로부터 센서 장착 웨이퍼(1)가 횡방향 또는 종방향을 이송된 후에 일정 시간 움직이지 않는 것으로 판단되면, 그 시점을 공정의 시작시점(센싱 시작시점)으로 판별한다.

한편, 일반적으로 센서 장착 웨이퍼가 이송된 후 챔버 내의 척(Chuck)에 안착되는 시점이 공정의 시작시점으로 이해될 수 있다. 척에 안착되는 과정은 센서 장착 웨이퍼(1)가 종방향으로 이송되어 멈추게 되는 과정일 수 있다.

따라서, 센서 장착 웨이퍼(1)가 척에 안착되기까지 종방향으로 얼마만큼의 거리를 이동하는지를 알면, 그 종방향만큼 이동했다고 판단되는 시점이 공정의 시작시점일 수 있다. 또는, 센서 장착 웨이퍼(1)가 종방향 이동거리에 상관없이 종방향으로 이송 후 일정 시간 움직임이 없는 것으로 검출되는 시점이 공정의 시작시점일 수 있다. 마이크로제어유닛(30)은 센서 장착 웨이퍼(1)가 종방향으로 미리 설정된 거리만큼 이동한 것으로 검출되는 시점 또는 센서 장착 웨이퍼(1)가 종방향으로 이송 후 일정 시간 움직임이 없는 것으로 검출되는 시점을 공정의 시작시점으로 판별하여 그에 대한 정보를 생성할 수 있다.

센서 장착 웨이퍼(1)의 뒤집힘 여부는 제2센서(20)에서 센싱된 방위변화로부터 검출될 수 있다. 즉, 제2센서(20)는 중심축을 기준으로 각이 돌아가는 속도를 나타내는 벡터량을 측정할 수 있으며, 마이크로제어유닛(30)은 그 측정 결과로부터 센서 장착 웨이퍼(1)가 뒤집혀진 상태인지 정위치 상태인지를 검출할 수 있다.

마이크로제어유닛(30)은 생성된 공정의 시작조건에 대한 정보를 메모리(40)에 저장하며, 그 메모리(40)에 저장된 정보를 통신유닛(50)을 통해 무선으로 송신한다.

메모리(40)는 제1센서(10)에 의해 센싱된 공정조건에 대한 정보와 센서 장착 웨이퍼(1)가 모니터링한 공정을 기록한 로그데이터도 저장하며, 그에 따라 통신유닛(50)은 메모리(40)에 저장된 공정조건에 대한 정보도 무선으로 송신할 수 있다. 메모리(40)에 저장된 로그데이터는 센서 장착 웨이퍼(1)가 어떤 공정에서 어떤 조건으로 사용되었는지에 대한 정보를 포함한다.

한편, 본 발명에서는 센서 장착 웨이퍼 별로 고유한 식별번호를 부여할 수 있다. 그에 따라, 마이크로제어유닛(30)은 메모리(40)에 저장된 정보를 무선으로 송신할 시에, 그 식별번호를 포함하는 정보를 송신한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼와 연동하는 장치 구성을 도시한 다이어그램으로, 제어스테이션(2)을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 제어스테이션(2)은 사용자 인터페이스(UI)(110)와 통신모듈(120)과 제어기(130)를 포함할 수 있다.

사용자 인터페이스(UI)(110)는 디스플레이(Display)나 키보드와 같은 입출력디바이스를 포함하는 것으로, 센서 장착 웨이퍼(1)가 사용될 공정과 그 공정에 요구되는 조건을 포함하는 제어정보를 설정하기 위한 것이다. 예로써 사용자 인터페이스(110)를 통해 센서 장착 웨이퍼(1)가 사용될 공정을 설정하고, 그 설정된 공정에서의 센싱온도, 센싱시간, 센싱방식 등에 대한 값을 설정할 수 있다.

통신모듈(120)은 센서 장착 웨이퍼(1)에 구비되는 통신유닛(20)과 무선으로 통신한다. 특히, 통신모듈(120)은 센서 장착 웨이퍼(1)의 통신유닛(20)과 무선으로 통신하여 제1센서(10)에 의해 센싱된 공정조건에 대한 정보를 수신하고 또한 제2센서(20)의 센싱 값을 사용하여 검출된 공정의 시작조건에 대한 정보를 수신한다.

그에 따라, 사용자 인터페이스(110)는 통신모듈(120)을 통해 수신한 정보를 사용하여 공정의 시작시점과 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 포함하는 공정의 시작조건을 표출한다. 또한, 제1센서(10)에 의해 센싱된 공정조건에 대한 정보를 표출한다.

본 발명의 다른 예로, 센서 장착 웨이퍼(1)에 구비되는 마이크로제어유닛(30)은 제2센서(20)가 센싱한 방위변화와 이송거리와 움직임에 대한 정보만을 메모리(40)에 저장한 후에 통신유닛(50)을 통해 무선으로 송신할 수도 있다. 이러한 경우에는, 제어스테이션(2)의 제어기(130)가 수신된 제2센서(20)의 센싱 정보 즉, 방위변화와 이송거리와 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 전술된 공정의 시작시점과 센서 장착 웨이퍼(1)의 뒤집힘 여부를 검출할 수도 있다. 이는 제어스테이션(2)의 제어기(130)가 전술된 마이크로제어유닛(30)의 공정의 시작시점과 센서 장착 웨이퍼(1)의 뒤집힘 여부를 검출하는 동작을 수행하여 마이크로제어유닛(30)에 요구되는 신호처리 부하를 줄여주기 위한 것이다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 웨이퍼
10: 제1센서
20: 제2센서
30: 마이크로제어유닛(MCU)
40: 메모리
50: 통신유닛
2: 제어스테이션
110: 사용자인터페이스
120: 통신모듈
130: 제어기

Claims (7)

1. 챔버 내에서 공정 중 요구되는 공정조건을 센싱하는 센서 장착 웨이퍼에 있어서,
   상기 공정조건을 센싱하는 제1센서;
   상기 센서 장착 웨이퍼의 이송상태와 상기 챔버로의 로딩상태 중 적어도 하나를 센싱하는 제2센서; 그리고
   상기 제2센서에 의해 센싱된 상기 이송상태와 상기 로딩상태 중 적어도 하나를 사용하여 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성하는 마이크로제어유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2센서는 동작인식센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
   
   동작인식센서는 센서 장착 웨이퍼의 움직임이나 위치를 센싱하는 것으로, 지자기센서와 가속도센서와 자이로센서를 포함하는 복합센서일 수 있다.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2센서는,
   상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 로딩 시에 상기 센서 장착 웨이퍼의 방위변화를 센싱하고,
   상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 이송 시에 상기 챔버까지의 이송거리를 센싱하고,
   상기 센서 장착 웨이퍼가 상기 챔버로 이송 및 로딩 시에 상기 센서 장착 웨이퍼의 움직임을 센싱하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 마이크로제어유닛은,
   상기 제2센서에 의해 센싱된 상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 상기 이송상태와 상기 로딩상태 중 적어도 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 마이크로제어유닛은,
   상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나를 사용하여 상기 공정의 시작시점과 상기 센서 장착 웨이퍼의 뒤집힘 여부를 포함하는 상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 마이크로제어유닛은,
   상기 방위변화와 상기 이송거리와 상기 움직임 중 적어도 하나로부터 상기 센서 장착 웨이퍼가 종방향 이송 후 일정 시간 움직임이 없는 것으로 검출되는 시점을 상기 공정의 시작시점으로 판별하여 그에 대한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 마이크로제어유닛은,
   상기 공정의 시작조건에 대한 정보를 저장하는 메모리와,
   상기 메모리에 저장된 정보를 무선으로 송신하는 통신유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정시작조건 검출이 가능한 센서 장착 웨이퍼.
   
   

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