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KR100643393B1 - 진공챔버의 외기 유입 검출방법 - Google Patents

진공챔버의 외기 유입 검출방법 Download PDF

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KR100643393B1
KR100643393B1 KR1020050089096A KR20050089096A KR100643393B1 KR 100643393 B1 KR100643393 B1 KR 100643393B1 KR 1020050089096 A KR1020050089096 A KR 1020050089096A KR 20050089096 A KR20050089096 A KR 20050089096A KR 100643393 B1 KR100643393 B1 KR 100643393B1
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Abstract

본 발명은 진공챔버에 유입되는 외기의 검출방법에 관한 것으로서, 진공챔버의 외기 유입을 검출하는 방법에 있어서, 상기 진공챔버에 공정가스를 유입시키는 단계와; 상기 진공챔버 내에 존재하는 가스를 광검출하여 상기 공정가스와 상기 외기가 속한 파장(Wavelength)의 세기(Intensity)를 측정하는 단계와; 측정된 파장의 세기를 기초로 하여 상기 공정가스에 대한 상기 외기의 비율을 계산하는 단계; 및 상기 비율이 소정의 한계값을 초과하는 경우 경고 표시를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 공정 진행 중에도 진공챔버의 외기차단 성능을 측정할 수 있다.
CVD장치, leakage, OES(Optical Emission Spectroscopy)

Description

진공챔버의 외기 유입 검출방법{METHOD FOR DETECTING LEAKAGE OF OUTER GAS INTO VACUUM CHAMBER}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외기 유입 검출방법을 설명하기 위한 순서도,
도 2는 진공챔버의 가스 검출결과를 도시한 그래프,
도 3은 도 1의 세부단계를 설명하기 위한 부분 순서도,
도 4는 도 2의 부분 확대도,
도 5는 도 1의 다른 세부단계를 설명하기 위한 부분 순서도이다.
본 발명은 진공챔버에 유입되는 외기의 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정가스와 외기의 비율 측정을 통해 외기의 증감을 검출하는 것을 특징으로 하는 진공챔버의 외기 유입 검출방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정에 있어서 화학기상증착(CVD) 등을 통해 기판에 패턴을 형성하기 위해서는 진공챔버(Vacuum Chamber)를 필요로 한다.
진공챔버는 챔버 내부를 진공상태로 유지한 채, 공정가스를 상기 진공챔버 내부로 유입시킴으로써 공정가스 간의 순수 반응을 통해 외기의 영향을 배제하기 위해 이용된다. 따라서, 진공챔버는 의도된 반응 이외의 반응이 발생하는 것을 최소화하기 위해 외기의 유입을 일정 정도 이하로 차단할 수 있도록 유지되어야 한다.
이러한 진공챔버의 외기차단성능을 측정하기 위해, 종래에는 특정 가스를 진공챔버 내부에 분사하여 진공챔버 외부에서 이를 검출함으로써 진공챔버의 외기차단 여부를 판단하는 방법에 의하였다. 또는, 한국특허출원 제2003-70989호에 개시된 바와 같이, 진공챔버의 진공상태를 유지한 상태에서 시간당 압력변화를 측정함으로써 진공챔버의 성능을 측정할 수도 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 진공챔버의 외기차단성능의 측정방법에 의할 경우, 공정의 진행중에는 측정이 불가능하다는 문제가 있었다. 특히, 공정의 진행 시 진공챔버가 고온 및 고압 상태에서 변형하게 되고, 이에 따라 외기가 유입될 가능성이 더욱 증가한다는 점에서 상기와 같은 종래의 측정방법은 부정확하다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 공정 진행 중에도 외기차단 성능을 측정할 수 있는 진공챔버의 외기 유입 검출방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 진공챔버의 외기 유입을 검출하는 방법에 있어서, 상기 진공챔버에 공정가스를 유입시키는 단계와; 상기 진공챔버 내에 존재하는 가스를 광검출하여 상기 공정가스와 상기 외기가 속한 파장(Wavelength)의 세기(Intensity)를 측정하는 단계와; 측정된 파장의 세기를 기초로 하여 상기 공정가스에 대한 상기 외기의 비율을 계산하는 단계; 및 상기 비율이 소정의 한계값을 초과하는 경우 경고 표시를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법을 제공한다.
여기서, 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 인근 파장의 세기 측정을 통해 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 영점(Background Level) 세기를 계산하는 단계와; 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 세기로부터 해당 파장의 영점 세기를 제하여(Subtraction) 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 순 파장 세기(Net Wavelength Intensity)를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 비율 계산 단계는, 상기 공정가스가 속한 파장의 순 파장 세기에 대한 상기 외기가 속한 파장의 순 세기의 비율을 계산하는 단계를 포함할 수도 있다.
또는, 상기 외기가 속한 파장의 인근 파장의 세기 측정을 통해 상기 외기가 속한 파장의 영점(Background Level) 세기를 계산하는 단계와; 상기 외기가 속한 파장의 세기로부터 해당 파장의 영점 세기를 제하여(Subtraction) 상기 외기가 속한 파장의 순 파장 세기를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 비율 계산 단계는, 상기 공정가스가 속한 파장의 세기에 대한 상기 외기가 속한 파장의 순 파장 세기의 비율을 계산하는 단계를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 공정가스는 실리콘(Si)을 포함할 수도 있으며, 상기 외기는 질소 (N2)를 포함할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공챔버의 외기 유입 검출방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 진공챔버 내부가 진공을 유지한 상태로 공정가스를 유입시킨다(S10). 여기서, 공정가스는 기판에 가해지는 처리에 따라 다른 종류를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 도 2의 그래프에서 보는 바와 같이 실리콘(Si) 가스로 가정한다.
진공챔버에 공정가스가 유입되고 나면, 상기 진공챔버 내부의 가스를 광검출하여 분석한다(S20). 이러한 광검출에는 스펙트로미터(Spectrometer)를 이용한 분광과정과, 분광된 후 CCD(Charge Coupled Device)를 이용하여 스펙트럼(Spectrum)에서의 각 파장별 빛의 세기를 측정하는 과정을 포함한다. 이러한 광분석 기술 또는 장치를 OES(Optical Emission Spectroscopy)라 하며, 미국특허 제2005-37500호 및 미국특허 제5,326,975호 등에 일부 개시된 바 있다.
도 2는 상기 단계에서 OES 기술을 이용하여 검출된 파장별 빛의 세기를 나타내는 그래프이다. 도면에서 보는 바와 같이, 진공챔버에 유입된 공정가스, 즉 실리콘(Si)은 288.2nm의 파장 대에 존재하며 그 세기는 약 20000au에 해당함을 알 수 있다. 진공챔버 내에는 실리콘 외에 질소(N2), 수소(H), 헬륨(He) 등이 존재함을 알 수 있다. 특히, 질소(N2)는 외기(즉, 대기)의 성분으로서, 본 발명의 실시예에서는 진공챔버로 외기가 유입되었음을 나타내는 척도로 이용된다.
도 2의 그래프에서, 정상적인 진공챔버에서는 외기(N2)의 유입이 미미하게 나타나고 있으나(337.1nm N2 지점의 No Leak 그래프선 참조), 공정 수행에 부적당한 정도의 외기 유입의 경우에는 그래프의 해당 영역의 세기가 정상적인 경우에 비해 지나치게 상승함을 알 수 있다(같은 지점의 Leak 그래프선 참조).
이상과 같이 진공챔버의 내부 가스에 대한 광검출이 이루어진 경우에는, 공정가스(Si) 및 외기(N2)가 해당하는 파장의 세기를 측정한다(S30). 여기서, 측정된 외기의 세기를 한계 허용치와 비교함으로써 진공챔버의 정상작동 유무를 판단할 수도 있다. 그러나, 광검출 장치의 뷰포트(Viewport)에 이물질이 생겨 빛의 투과율이 감소하는 경우에는 스펙트럼 데이터 값들이 낮게 측정될 수 있으며, 이에 따라 진공챔버의 정상작동 여부를 정확히 판단할 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명에서는 상기 측정된 결과에 대하여 공정가스에 대한 외기의 비율을 계산한다(S40). 이에 의하면, 광검출 장치의 빛 투과율이 감소하는 경우에도 공정가스에 대한 외기의 비율을 해당 허용한계 비율과 비교함으로써 보다 정확한 외기 유입을 검출할 수 있게 된다.
다만, 본 발명의 실시예에서 이용되는 광검출 장치가 광 세기의 측정을 위해 CCD(Charge Coupled Device)를 사용하는 경우에는, CCD의 고유 특성을 상기 비율의 계산에 반영하여야 한다.
도 3은 이러한 CCD의 고유 특성을 반영하여 상기 공정가스에 대한 외기의 비율을 계산하는 단계(S40)를 여러 단계로 세분화한 것을 나타내는 부분 순서도이다.
CCD는 광세기의 측정 시, 도 2에 도시된 바와 같이, 전 파장 대에 걸쳐 비교적 소량의 일정한 파장 세기를 출력한다. 본 명세서에서는 이를 영점 파장 세기(Background Level Intensity)라 한다. 따라서, 공정가스와 외기의 정확한 세기를 얻기 위해서는 각 가스의 측정 세기에서 상기 영점 파장 세기를 제하여야(Subtraction) 한다.
따라서, 먼저 공정가스와 외기의 해당 파장에 대한 영점 파장 세기를 측정한다(S41). 영점 파장 세기의 측정은, 도 4의 확대된 그래프에 도시된 바와 같이, 공정가스(Si)의 해당 파장(288.2nm)의 좌우로 비교적 일정한 파장 세기를 나타내는 275nm 영역(L_Ref)과 295nm 영역(R_Ref)으로부터 파장 세기를 각각 산출하고, 이들로부터 내삽법(interpolation)을 통해 288.2nm에서의 영점 파장 세기를 계산한다. 이 때, 상기 275nm 영역(L_Ref) 및 295nm 영역(R_Ref)에서의 파장세기 검출은 해당 지점을 측정하는 CCD소자를 포함하여 이웃하는 3개의 CCD 소자로부터 측정된 파장세기를 평균하여 구하도록 한다.
이와 유사한 방법으로, 외기(N2)의 파장(337.1nm)에 대한 영점 파장 세기를 측정할 수 있다. 도 4에서는 329nm 영역(L_N2) 및 345nm 영역(R_N2)에서의 파장세기를 측정하여 내삽법을 통해 337.1nm 에서의 외기(N2)의 영점 파장 세기를 계산한 것임을 알 수 있다.
이상과 같이, 공정가스와 외기의 해당 파장에서의 영점 파장 세기를 상기 기 측정된 공정가스와 외기의 파장 세기로부터 제하여 각 파장에서의 순 파장 세기 (Net Wavelength Intensity)를 구한다(S42).
이상의 과정을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112005053496006-pat00001
Figure 112005053496006-pat00002
...(1)
(Ib , Si:공정가스(Si)의 순 파장 세기, Isi:공정가스의 파장 세기, KSi:계수, Ij:295nm 파장에서의 영점 파장 세기, Ii:275nm 파장에서의 영점 파장 세기, λj:295(nm), λi:275(nm), λSi:288.2(nm); Ib , N2:외기(N2)의 순 파장 세기, IN2:외기의 파장 세기, KN2:계수, In:345nm 파장에서의 영점 파장 세기, Im:329nm 파장에서의 영점 파장 세기, λn:345(nm), λm:329(nm), λN2:337.1(nm))
여기서, KSi 및 KN2는 각각 1 이상인 계수로서, 계산된 영점 파장 세기의 값이 공정가스 또는 외기의 파장 세기에 비해 큰 차이가 나는 경우, 후술하는 공정가스와 외기의 파장 간 순 세기의 비율의 변동 폭이 좁아지게 된다는 점을 고려한 값이다. 따라서, 상기 K 값은 상기 비율의 측정이 용이하도록 측정자의 편의에 따라 임의로 선정할 수 있다.
마지막으로, 계산된 순 파장 세기로부터, 공정가스의 순 파장 세기에 대한 외기의 순 파장 세기의 비율을 구한다(S43, 식 (2) 참조).
Figure 112005053496006-pat00003
...(2)
구해진 상기 비율에 대해서는 소정의 한계값을 초과하는지 여부를 판단하여(도 1의 S50), 상기 한계값을 초과하는 경우에는 표시등, LCD창, 알람 등을 통해 경고 표시를 하도록 한다(S60).
그리고, 상기 비율이 상기 한계값을 초과하지 않는 경우에는, 일정 주기 또는 일정한 공정 포인트마다 광검출(S20), 파장 세기 측정(S30) 및 비율 계산(S40)을 반복 수행함으로써 진공챔버의 작동 중 실시간 정상작동 유무의 확인이 가능하도록 한다.
한편, 이상의 실시예에서, 공정가스에 대한 외기의 비율은 도 3에 설명된 방법과는 달리 도 5 및 식(3)를 이용하는 방법으로 수행될 수도 있다.
Figure 112005053496006-pat00004
...(3)
즉, 공정가스가 속한 파장의 영점 파장 세기를 구하지 않은 채, 외기가 속한 파장의 영점 파장 세기만을 구하고(S46), 이에 따라 외기의 파장 세기로부터 상기 영점 파장 세기를 제함으로써 외기의 순 파장 세기를 구한다(S47). 마지막으로, 상기 식 (3)과 같이, 공정가스의 단순 파장 세기에 대한 외기의 순 파장 세기의 비율을 구하여(S48), 이를 같은 과정을 통해 측정된 한계값과 비교한다.
식 (3)과 같은 계산 방식은 계산 과정의 단순화를 위해 채택할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공챔버의 외기 유입 검출방법에 의하면, 진공챔버 내에 존재하는 가스에 대해 광검출을 수행함으로써 공정 진행 중에도 상기 진공챔버의 외기차단 성능을 측정할 수 있다. 또한, 공정가스에 대한 외기의 비율을 이용하여 외기차단 성능을 측정함으로써 광검출 장치의 검출환경의 변화에 비교적 독립적인 성능 측정이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 진공챔버의 외기 유입 검출방법에 의하면, 광검출 장치의 측정오차로 인한 성능판단 상의 오류를 보상할 수 있으므로 진공챔버의 정확한 외기차단 성능을 측정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 진공챔버의 외기 유입을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 진공챔버에 공정가스를 유입시키는 단계와;
    상기 진공챔버 내에 존재하는 가스를 광검출하여 상기 공정가스와 상기 외기가 속한 파장(Wavelength)의 세기(Intensity)를 측정하는 단계와;
    측정된 파장 세기를 기초로 하여 상기 공정가스에 대한 상기 외기의 비율을 계산하는 단계; 및
    상기 비율이 소정의 한계값을 초과하는 경우 경고 표시를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 인근 파장의 세기 측정을 통해 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 영점(Background Level) 세기를 계산하는 단계와;
    상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장 세기로부터 해당 파장의 영점 세기를 제하여(Subtraction) 상기 공정가스 및 상기 외기가 속한 각 파장의 순 파장 세기(Net Wavelength Intensity)를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 비율 계산 단계는,
    상기 공정가스가 속한 파장의 순 파장 세기에 대한 상기 외기가 속한 파장의 순 파장 세기의 비율을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외기가 속한 파장의 인근 파장의 세기 측정을 통해 상기 외기가 속한 파장의 영점(Background Level) 세기를 계산하는 단계와;
    상기 외기가 속한 파장의 세기로부터 해당 파장의 영점 세기를 제하여(Subtraction) 상기 외기가 속한 파장의 순 파장 세기를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 비율 계산 단계는,
    상기 공정가스가 속한 파장의 세기에 대한 상기 외기가 속한 파장의 순 파장 세기의 비율을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스는 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외기는 질소(N2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기 유입 검출방법.
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