KR20210080798A - 용액 내 이물질 검사 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치는 이물질을 함유하는 용액을 수용하는 검사 챔버, 검사 챔버로 광을 조사하는 광원 및 검사 챔버를 투과한 광으로부터 이물질의 이미지를 획득하는 촬상부를 포함한다. 용액 내 이물질을 직접적으로 검사할 수 있다.

Description

용액 내 이물질 검사 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MONITORING FOREIGN SUBSTANCE IN SOLUTION}

본 발명은 용액 내 이물질 검사 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 용액에 용해되지 않은 이물질 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 소형화 및 정밀화됨에 따라, 반도체 소자 제조에 사용되는 약액에 소량의 불순물이 포함될 경우 반도체 소자의 성능 및 수율에 큰 영향을 미칠 수 있다.

또한, 전자 기기에 적용되는 각종 필름들에 대한 박막화 요구가 증가되고 있으며, 박막 필름의 제조 용액에 있어서도 소량의 불순물이 박막 필름의 성능 및 수율을 크게 감소시킬 수 있다.

즉, 용액에 포함된 불순물, 기포 등이 제품의 품질을 결정하는 주요 인자로 작용한다. 따라서, 공정에 사용되는 용액 중의 이물질 농도를 측정할 필요가 있다. 종래에는 유량계, 온도계, 농도계 등을 이용하거나 펌프 순환 시간 제어, 통계 분석 등의 방법을 통해 용액을 모니터링하였다. 하지만, 상기 방법들은 간접적인 방법에 불과하고 용액의 정확한 상태를 직접적으로 관찰할 수 없다. 예를 들면, 한국특허공개공보 제10-2019-0053325호에는 초분광 카메라로 획득한 약액의 흡광 스펙트럼을 기반으로 약액의 이상을 감시하는 방법이 개시되어 있으나, 이 역시 용액 내의 이물질을 직접 관찰하는 방법은 아니다.

한국특허공개공보 제10-2019-0053325호

본 발명의 일 과제는 우수한 검출 성능을 갖는 용액 내 이물질 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 과제는 우수한 검출 성능을 갖는 용액 내 이물질 검사 방법을 제공하는 것이다.

1. 이물질을 함유하는 용액을 수용하는 검사 챔버; 상기 검사 챔버로 광을 조사하는 광원; 및 상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 상기 이물질의 이미지를 획득하는 촬상부를 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.

2. 위 1에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광에 의해 상기 이물질의 상이 형성되는 스크린을 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.

3. 위 2에 있어서, 상기 촬상부는 상기 스크린을 기준으로 상기 검사 챔버와 동일 측에 배치되는, 용액 내 이물질 검사 장치.

4. 위 3에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광을 분할시키는 광 스플리터를 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.

5. 위 4에 있어서, 상기 광 스플리터로부터 분할된 광을 통해 상기 용액의 스펙트럼을 생성하는 분광기를 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.

6. 이물질을 함유하는 용액을 검사 챔버에 공급하는 단계; 상기 용액이 수용된 검사 챔버에 광을 조사하는 단계; 및 상기 용액이 수용된 상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 상기 이물질의 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

7. 위 6에 있어서, 상기 검사 챔버로부터 용액을 배출하는 단계를 더 포함하며, 상기 용액을 상기 검사 챔버에 공급하는 단계 및 상기 용액을 상기 검사 챔버로부터 배출하는 단계는 연속적으로 수행되는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

8. 위 6에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광을 스크린에 투영시키는 단계를 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

9. 위 8에 있어서, 상기 이물질의 이미지를 획득하는 단계는 상기 스크린에 투영된 상기 이물질의 그림자를 촬영하는 것을 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

10. 위 6에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 스펙트럼을 생성하는 단계를 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

11. 위 6에 있어서, 상기 스펙트럼을 생성하는 단계 이전에 상기 검사 챔버를 투과한 광을 분할하는 것을 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 이물질을 포함하는 용액이 수용된 검사 챔버에 광을 조사하여 상기 이물질이 투영된 그림자를 촬영한다. 상기 그림자를 분석하여 통해 상기 이물질의 크기, 형태 및 개수 등을 시각적으로 확인할 수 있다.

상기 검사 방법은 용액을 사용하는 공정에 인라인(in-line)으로 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 용액 내의 이물질을 실시간으로 검사할 수 있다.

또한, 스크린에 투영된 투사 영상을 촬상부로 촬영할 수 있다. 이 경우, 스크린 상에 확대된 그림자 패턴으로부터 이미지를 획득 및 분석할 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질의 검사 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 검사 챔버로 광을 조사하는 광원 및 검사 챔버를 투과한 광으로부터 이물질의 이미지를 획득하는 촬상부를 포함하는 용액 내 이물질 검사 장치 및 방법을 제공한다. 용액 내 이물질을 직접적으로 검사할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 용액 내 이물질 검사 장치(이하, 검사 장치)는 광원(100), 검사 챔버(110) 및 촬상부(120)를 포함한다.

광원(100)은 검사 챔버(110)에 광을 조사할 수 있다. 상기 광이 검사 챔버(110)에 수용된 용액을 통과하여 촬상부(120)에 수득될 수 있다. 상기 용액이 이물질(130)을 함유할 경우, 이물질(130)이 상기 광에 의해 투영될 수 있다.

광원(100)은 메탈 할라이드(metal halide) 램프, LED 램프 등의 통상적인 발광 수단이 비제한적으로 사용될 수 있다. 광원(100)은 가시광선 뿐만 아니라, 근적외선(IR), 자외선(UV) 등을 조사할 수 있다. 또한, 특정 파장의 단파장광 또는 소정 범위의 파장을 포함하는 광을 조사할 수도 있다.

검사 챔버(110)는 검사 대상 용액을 수용할 수 있다. 검사 챔버(110)는 광원(100)으로부터 조사된 광이 통과하는 2개의 면이 서로 평행한 형상을 가질 수 있다.

검사 챔버(110)는 상기 검사 대상 용액이 흘러가더라도 형상을 유지할 수 있다. 예를 들면, 검사 챔버(110)는 유리, 또는 소정의 기계적 강도 및 경도를 갖는 고분자 수지로 형성될 수 있다.

검사 챔버(110)는 투명하거나, 적어도 특정 파장의 광에 대하여 투과성을 가질 수 있다.

검사 챔버(110)는 상기 광이 통과하는 2면 외의 면에 용액 공급부 및 용액 배출부가 연통될 수 있다. 상기 용액 공급부 및 상기 용액 배출부는 상기 용액의 원활한 흐름을 위해 대향하는 면 상에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 용액의 자발적인 흐름을 위해 상기 용액 공급부는 검사 챔버(110)의 상면으로 연통되고, 상기 용액 배출부는 저면으로 연통될 수 있다.

상기 검사 대상 용액은 포토 레지스트 용액, 웨이퍼 세정액 등을 포함할 수 있다.

상기 검사 대상 용액이 이물질(130)을 함유하지 않을 경우, 검사 챔버(110)를 통과한 광은 실질적으로 패턴이 형성되지 않은 명화상으로 나타날 수 있다.

상기 검사 대상 용액이 이물질(130)을 함유할 경우, 검사 챔버(110)를 통과하는 광 중 이물질(130)에 조사된 광은 흡수, 굴절, 산란, 반사 등의 작용에 의해 진행 경로가 변경될 수 있다. 따라서, 광원(100)을 기준으로 이물질(130)의 직후방에 도달하는 광량이 현저히 감소할 수 있다. 따라서, 상기 직후방에 이물질(130)에 대응되는 그림자가 형성될 수 있다.

상기 그림자는 투영 이미지 중 광량이 주변 영역 대비 상대적으로 적은 영역을 포함할 수 있다. 상기 그림자는 흑색뿐만 아니라 주변 영역과 색(명도, 휘도)이 상이한 영역을 포함할 수 있다. 상기 그림자가 형성된 화상을 수득하여 용액 내의 이물질 형태, 개수 등을 직접적으로 분석할 수 있다.

이물질(130)은 상기 검사 대상 용액에 용해되지 않은 비용해성 물질을 포함할 수 있다. 상기 비용해성 물질은 상기 검사 대상 용액 내에 과포화되어 더 이상 녹을 수 없는 물질, 상기 용액에 대한 불용성 물질(예를 들면, 먼지 등의 고체 불순물), 상기 용액 내에서 상분리된 액적, 기포 등을 포함할 수 있다.

촬상부(120)는 검사 챔버(110)에 수용된 상기 검사 대상 용액을 통과한 광을 수득하여 이미지를 형성할 수 있다. 촬상부(120)는 2차원적 이미지를 촬영하는 영역 스캔 카메라를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 촬상부(120)는 검사 챔버(110)를 기준으로 광원(100)의 반대 측에 배치될 수 있다. 예를 들면, 광원(100), 검사 챔버(110) 및 촬상부(120)는 직선 상에 배치될 수 있다. 검사 챔버(110)의 상기 직선의 교차점으로부터 일부 영역이 촬상 영역(140)으로 제공될 수 있다. 촬상부(120)는 검사 챔버(110)를 통과하는 광 중 촬상 영역(140)을 통과하는 광을 직접 수득하여 이미지를 획득할 수 있다.

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 2를 참조하면, 검사 장치는 스크린(160)을 더 포함할 수 있다.

스크린(160)은 검사 챔버(110)를 기준으로 광원(100)의 반대 측에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(100)으로부터 조사된 광은 촬상 영역(140)을 통과하여 스크린(160) 상에 투영 이미지를 형성할 수 있다. 이 경우, 촬상부(122)는 스크린(160)을 기준으로 검사 챔버(110)와 동일 측에 배치될 수 있다. 따라서, 스크린(160) 상의 상기 투영 이미지를 촬상부(122)로 촬영할 수 있다.

상기 투영 이미지는 검사 영역(140) 내의 이미지가 소정 비율 확대된 것일 수 있다. 이 경우, 이물질(130)에 대응되는 그림자의 크기가 확대될 수 있다. 이물질(130)의 크기는 통상적으로 수 ㎛로서, 상기 투영 이미지에서 확대될 경우, 보다 용이하게 관찰될 수 있다.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질 검사 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 3을 참조하면, 검사 장치는 광 스플리터(170)를 더 포함할 수 있다.

광 스플리터(170)는 입사광 중 적어도 일부를 투과시키고 나머지를 반사시켜 입사광을 분할시킬 수 있다. 투과된 입사광은 촬상부(120)에 직접 수득될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 투과된 입사광은 스크린(160)에 투영된 후 촬상부(122)에 의해 간접적으로 수득될 수 있다.

반사된 입사광은 분광기(170)에 수득될 수 있다. 분광기(170)는 상기 용액을 투과한 광으로부터 흡광(투과광) 스펙트럼을 생성할 수 있다. 상기 스펙트럼의 흡수 파장을 분석하여 이물질의 종류 및 농도를 추정할 수 있다.

촬상부(120, 122)로 투과광을 분석하고 분광기(170)로 반사광을 분석하여 2종의 분석 데이터를 조합함으로써, 상기 검사 대상 용액의 상태를 보다 정확하게 검사할 수 있다.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질의 검사 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 상기 용액 공급부를 통해 이물질(130)을 포함하는 검사 대상 용액을 검사 챔버(110)에 공급할 수 있다(예를 들면, 단계 S10).

광원(100)을 통해 상기 검사 대상 용액이 수용된 검사 챔버(110)에 광을 조사할 수 있다(예를 들면, 단계 S20).

검사 챔버(110)를 투과한 광을 촬상부(120)로 촬영하여 이물질의 이미지를 포함하는 명암 패턴을 획득할 수 있다(예를 들면, 단계 S30).

예시적인 실시예들에 있어서, 검사가 완료된 검사 대상 용액을 검사 챔버(110)로부터 배출할 수 있다(예를 들면, 단계 S40). 상기 배출은 상기 용액 배출구를 통해 이루어질 수 있다.

예를 들면, 상기 용액의 공급과 상기 용액의 배출은 연속적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 용액의 공급과 상기 용액의 배출은 실시간으로 수행될 수 있다. 이 경우, 예시적인 실시예들에 따른 검사 방법은 용액 사용 공정의 일부 라인에 인라인으로 적용될 수 있다. 따라서, 공정 가동 중에도 용액의 상태를 실시간으로 관찰할 수 있다.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질의 검사 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다

도 5를 참조하면, 스크린(160)에 광을 투영시켜 상기 그림자를 포함하는 명암 패턴을 형성할 수 있다(예를 들면, 단계 S25).

스크린(160) 상의 명암 패턴을 촬상부(122)로 촬영하여 이미지를 획득할 수 있다(예를 들면, 단계 S35).

도 6은 예시적인 실시예들에 따른 용액 내 이물질의 검사 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다

도 6을 참조하면, 검사 챔버(110)를 통과한 광의 일부를 분리할 수 있다(예를 들면, 단계 S27). 상기 분리는 광 스플리터(170)에 의해 수행될 수 있다.

분리된 광 중 일부(투과광)는 촬상부(120) 또는 스크린(160)과 촬상부(122)를 통해 영상 데이터로 수득될 수 있다(예를 들면, S30).

분리된 광 중 나머지(반사광)는 분광기(170)를 통해 흡광 스펙트럼으로 수득될 수 있다(예를 들면, S37).

상기 영상 데이터와 상기 흡광 스펙트럼을 대조하여 상기 검사 대상 용액의 상태를 보다 정확히 분석할 수 있다.

100: 광원 110: 검사 챔버
120: 촬상부 130: 이물질
140: 촬상 영역

Claims (11)

1. 이물질을 함유하는 용액을 수용하는 검사 챔버;
   상기 검사 챔버로 광을 조사하는 광원; 및
   상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 상기 이물질의 이미지를 획득하는 촬상부를 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광에 의해 상기 이물질의 상이 형성되는 스크린을 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 촬상부는 상기 스크린을 기준으로 상기 검사 챔버와 동일 측에 배치되는, 용액 내 이물질 검사 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광을 분할시키는 광 스플리터를 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 광 스플리터로부터 분할된 광을 통해 상기 용액의 스펙트럼을 생성하는 분광기를 더 포함하는, 용액 내 이물질 검사 장치.
   
6. 이물질을 함유하는 용액을 검사 챔버에 공급하는 단계;
   상기 용액이 수용된 검사 챔버에 광을 조사하는 단계; 및
   상기 용액이 수용된 상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 상기 이물질의 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 검사 챔버로부터 용액을 배출하는 단계를 더 포함하며,
   상기 용액을 상기 검사 챔버에 공급하는 단계 및 상기 용액을 상기 검사 챔버로부터 배출하는 단계는 연속적으로 수행되는, 용액 내 이물질의 검사 방법.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광을 스크린에 투영시키는 단계를 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 이물질의 이미지를 획득하는 단계는 상기 스크린에 투영된 상기 이물질의 그림자를 촬영하는 것을 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.
   
10. 청구항 6에 있어서, 상기 검사 챔버를 투과한 광으로부터 스펙트럼을 생성하는 단계를 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.
    
11. 청구항 6에 있어서, 상기 스펙트럼을 생성하는 단계 이전에 상기 검사 챔버를 투과한 광을 분할하는 것을 더 포함하는, 용액 내 이물질의 검사 방법.

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