KR101333104B1 - 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, 플라즈마 공정시 히터 발열코일 및 그라운드 배선으로 유입되는 RF신호를 검출하여 이를 기준으로 진단부에서 정상신호범위와 비교하여 히터의 이상여부를 판단하게 되며, 선택적으로 RF필터로부터 전송되어 오는 누적된 오차데이터를 설정된 오차범위신호와 비교하여 히터의 이상여부를 판단할 수도 있다. 히터 구동전압은 전원공급부로부터 RF필터를 통하여 히터에 인가되어 안정적인 공급이 가능하다.

Description

반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템{Heater monitoring system for semiconductor thin film deposition apparatus}
본 발명은 반도체 박막 증착장비용 히터 특히, 알루미늄 또는 세라믹히터의 이상여부를 측정하는 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 반도체 박막 증착공정 중에 장비에서 발생되는 현상과 히터에서 발생되는 현상을 함께 모니터링하여 히터 이상여부를 판단하는 기술이다.
반도체 디바이스의 미세화에 따라 반도체 박막 공정에 있어서 높은 생산성과 함께 고품질화가 요구되고 있다. 반도체용 증착장비인 CVD(Chemical Vapor Deposition)의 경우 반응에 제일 큰 영향을 끼치는 파라미터가 소스가스, 온도, RF 전력, 압력 등이며, 특히 온도는 박막 증착 장비에 있어서 소스가스의 분해능을 좌우하는 핵심요소로 챔버 하부에 히터를 장착하여 온도를 조절하는 상황이다.
반도체용 증착장비는 챔버 위로 13.56MHz와 370KHz의 RF전압이 인가된다. 히터시스템은 챔버 하부에 장착되어 척과 연결된 히터(발열)코일에 전원을 인가해주고 있다.
이러한 히터의 이상은 히터에 누적된 부산물의 높은 스트레스로 히터 크랙이 발생되거나 열 충격이 반복되면서 열적 스트레스로 인해 크랙이 발생되고 있다. 이에 RF필터를 이용하여 실제 히터가 받을 수 있는 데미지에 대한 모니터링이 필요하다.
구체적인 히터 모니터링 장치로는 특허공개 10-2010-0046681호(명칭 : 반도체 제조장치용 히터시스템. 2010. 05. 07. 공개)가 있다,
그러나 이러한 반도체 제조 장치용 히터 시스템은, 인터 록에 대처하도록 하는 기술일 뿐, 히터의 정상적인 발열을 위해 공급되는 전류 등의 이상을 감지하기 위한 시스템이 아니었다.
본 발명은 상기와 같이 반도체용 증착장비에 사용되는 히터시스템에 대한 이상여부를 판단하기 위해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 챔버 상부에서 인가되는 RF전압을 통해서 발생가능한 히터의 이상을 미리 감지할 수 있도록 한 히터 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 히터 모니터링 시스템은, 플라즈마 공정시 RF전원공급부로부터 인가되는 RF전압에 의해 히터의 발열코일과 그라운드배선으로 유입되는 RF신호를 검출하는 RF필터; RF필터를 통해 구동전압을 히터에 인가하는 전원공급부; 및 RF필터로부터 전송되어 오는 RF신호를 처리하여 히터의 이상여부를 진단하는 진단부로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 모니터링 시스템에 구성되는 RF필터는 전원공급부로부터 히터에 안정적으로 전원이 공급되도록 발열코일과 전원공급부간에 배치됨과 동시에, RF신호들에 포함된 노이즈를 제거하도록 발열코일과 대역통과필터간에 배치되는 노이즈제거필터; 및 히터와 그라운드배선에 유입되는 RF신호에 포함된 노이즈가 제거된 대역신호들을 통과시켜 진단부로 전송하도록 진단부에 연결되는 대역통과필터로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 모니터링 시스템에 구성되는 진단부는 RF필터의 대역통과필터를 통과한 RF신호와 정상신호를 비교하거나 또는 누적된 오차데이터와 설정된 오차허용범위를 비교하는 동작중 어느 하나의 동작을 수행하는 비교기 형태의 신호처리부; 신호처리부의 신호를 받아서 히터의 이상여부를 판단하는 판단부; 및 판단부의 판단결과 히터에 이상이 발생했을 경우에 이를 청각적 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 모니터링 시스템은, 플라즈마 공정시 RF전원공급부로부터 인가되는 RF전압에 의한 유도전류가 히터의 발열코일과 그라운드배선으로 유입되는 것을 검지하는 유도전류센서부; RF필터를 통해 구동전압을 히터에 인가하는 전원공급부; 및 유도전류센서부로부터 전송되어 오는 유도전류 검지신호를 처리하여 히터의 이상여부를 진단하도록 유도전류센서부에 의해 감지되는 실시간신호를 정상신호와 비교하는 비교기 형태의 신호처리부와, 신호처리부의 신호를 받아서 히터의 이상여부를 판단하는 판단부와, 판단부의 판단결과 히터에 이상이 발생했을 경우에 이를 경보 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부를 포함하는 진단부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 특징들을 갖는 본 발명의 히터 모니터링 시스템은, 챔버 하부에 장착되어 히터코일에 전류를 흘려주어 온도를 조절하는 장치로써 히터유닛을 구동하기 위해 전력을 공급하는 전원공급부와, 전원공급부로부터 히터 유닛으로 공급되는 전력라인상에 구성되고, 히터 유닛의 신호와 반도체 장비의 370KHz와 13.56MHz의 RF전력신호를 추출할 수 있는 RF필터에서 제공되는 신호를 상시 모니터링하고 분석하는 시스템이다.
본 발명의 히터 모니터링 시스템에 따르면, 히터로 흐르는 전류를 감지하여 히터 유닛의 이상여부를 판단함에 따라 히터 교체 주기를 관리할 수 있어 장비의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 측정 데이터, 특히 누적된 오차데이터를 이용하여 히터 교체 시기에 대한 판단이 가능하여 히터 교체에 따른 제조 가동률을 사전에 관리할 수 있으므로 제조 흐름 관리를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템의 구성도로써, 도 1a는 알루미늄히터에 대한 모니터링 시스템 구성도, 도 1b는 세라믹히터에 대한 히터 모니터링 시스템 구성도.
도 2는 도 1의 RF 필터의 구성도.
도 3은 도 1의 진단부의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템의 동작흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템의 구성도로써, 도 5a는 알루미늄히터에 대한 모니터링 시스템 구성도, 도 5b는 세라믹히터에 대한 히터 모니터링 시스템 구성도..
도 6은 본 발명의 다른 실시예인 도 5에 구성된 유도기전력을 이용한 그라운드 배선에서의 센서장치도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 구성된 유도전류센서부와 진단부의 연결 구성도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명의 히터 모니터링 시스템은, 알루미늄 재질로 제조된 본체(11)와, 히터(발열)코일(12)로 구성되는 히터(10)가 공정챔버(3) 내에 재치된 상태에서, 플라즈마 공정시 인가되는 RF공급부(1)로부터의 RF신호를 이용하여 히터(10)의 이상여부를 진단하는 것으로 이를 위해 RF필터(20)와 진단부(40)가 구성된다.
상기 히터(10)는 공정이 진행되는 동안 일정한 공정온도 유지를 위해 구동되는 것이며, 공정이 진행될 웨이퍼가 놓이는 척 내부에 발열코일(12)이 삽입되어 있어 박막 증착 공정이 진행되는 동안 히터(10)의 상부에 위치한 RF공급부(1)로부터 공급되는 RF신호를 이용하여 플라즈마 공정이 진행되고, 히터(10)의 하부에 위치한 전원공급부(30)로부터는 규정된 전압이 공급된다.
상기 RF필터(20)는 실제 히터구동전압의 안정성을 확보하기 위한 기능과 히터 이상여부 진단을 위한 신호추출 기능을 수행하게 되는 구성으로, 플라즈마 공정시 RF공급부(1)로부터 인가되는 RF신호가 히터(10)의 발열코일(11) 및 그라운드 배선으로 유입되는 것을 검출하게 된다. RF신호는 고주파일 수 있고, 저주파일 수도 있다. RF필터(20)는 구조적으로 전원공급장치(30)와 히터(10)의 power rod봉 사이에 위치하게 된다.
또한 RF필터(20)는 상기 히터(10)의 발열코일(11) 및 그라운드 배선으로 유입되는 RF신호를 검출하여 히터(10)의 이상여부를 판단하도록 진단부(40)에 연결되고, 전원공급부(30)로부터 히터(10)로 안정적인 전원공급이 가능하도록 전원공급부(30)에 연결된다. 즉 RF필터(20)는 RF신호에 의해 발열코일(12)에 발생될 수 있는 전력신호들을 제거함에 따라 전원공급부(30)로부터 히터(10)에 대해 안정적인 전원공급이 가능하도록 함과 동시에, RF신호가 전원공급부(30)에 역류하여 발생될 수 있는 전원공급부(30)의 고장을 방지하게 된다.
RF필터(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전원공급부(30)의 고장을 방지하는 기능과 전원이 안정적으로 히터(10)에 공급되도록 히터(10)의 발열코일(12)에 발생될 수 있는 전력신호들을 제거하기 위한 기능을 위해 발열코일(12)과 전원공급부(30)간에 배치됨과 동시에, RF신호들에 포함된 노이즈를 제거하도록 발열코일(12)과 대역통과필터(22)간에 배치되는 노이즈제거필터(21)와, 상기 히터(10)와 그라운드배선에 유입되는 RF신호에 포함된 노이즈가 제거된 대역신호들을 통과시켜 진단부(40)로 전송하도록 진단부(40)에 연결되는 대역통과필터(22)로 구성된다.
진단부(40)는 RF필터(20)의 대역통과필터(42)를 통과한 RF신호들을 기준으로 히터(10)의 이상여부를 판단하고, 그 판단결과를 기준으로 RF신호들이 제거된 안정된 전압이 전원공급부(30)로부터 공급되도록 RF필터(20)에 연결된다.
진단부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 신호처리를 하는 모듈로 구성되며 하드웨어 또는 소프트웨어 모두 가능하다. 진단부(40)는 대역통과필터(22)를 통과한 RF신호(이하, 실시간신호라 한다)를 정상신호와 비교하는 비교기 형태의 신호처리부(41)와, 신호처리부(41)의 신호를 받아서 히터(20)의 이상여부를 판단하는 판단부(42)와, 판단부(42)의 판단결과 히터(20)에 이상이 발생했을 경우에 이를 청각적 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부(43)를 포함한다.
상기 신호처리부(41)는 상기 실시간신호와 정상신호를 비교하는 대신에, RF필터(20)의 대역통과필터(22)로부터 오차데이터를 입력받아 누적시키고 판단부(42)에서 상기 누적된 오차데이터와 설정된 오차 허용 범위를 비교하도록 오차데이터를 처리할 수 있다.
진단부(40)에서 사용되는 실시간신호(RF신호)는 RF필터(20)의 대역통과필터(42)로부터 전송되어 오는 원신호를 그대로 사용하거나 또는 별도의 신호처리를 통하여 분석이 용이한 형태로 변조된 신호를 사용할 수도 있다. 또한 RF필터(20)와 진단부(40)의 연결은 직접 연결 또는 히터 시스템 자체의 부하를 영향을 주지 않기 위한 커플링 방법 중 택일할 수 있다.
도 4는 히터 모니터링 시스템의 동작흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 공정에 의해 히터(10)의 발열코일(11)과 그라운드 배선으로 유입되는 실시간신호(RF신호)가 RF필터(20)의 대역통과필터(42)를 통과하여 진단부(40)의 신호처리부(41)로 전송된다.
신호처리부(41)에서는 상기 RF필터(20)로부터 전송되어 오는 실시간신호를 비교기인 판단부(42)에서의 판단이 용이하도록 처리하고, 신호처리부(41)에서 처리된 실시간신호는 판단부(42)에서 정상신호와 비교된다. 이 비교동작은 누적된 오차데이터와 설정된 허용범위내 오차데이터를 비교하는 동작으로 대신할 수 있다.
판단부(42)에서의 비교결과, 실시간신호가 정상신호의 범주내에 있으면 히터(10)가 정상 구동중인 것으로 판단하고, 실시간신호가 정상신호의 범주내에 있지 않으면 히터(10)에 이상이 발생된 것으로 판단하게 된다.
따라서 알람부(43)로부터 알람을 발생하여 관리자가 인식할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로, 상기 RF필터(20)로부터 전송되어 오는 RF신호를 이용하여 진단부(40)에 의해 히터의 이상여부를 모니터링 할 경우 히터(10)의 임피던스 증가 현상이 발생할 수 있는데 이를 방지하기 위한 기술이다.
본 발명의 다른 실시예는 그라운드로부터 검지되는 유도전류를 이용하도록 유도전류센서부(50)가 구성된다. 상기 유도전류는 유도전압일 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 의한 히터 모니터링은, 도 7에 도시된 바와 같이 진단부(40)가 구성되며, 유도전류센서부(50)에 의해 검지되는 실시간신호를 정상신호와 비교하는 비교기 형태의 신호처리부(41)와, 신호처리부(41)의 신호를 받아서 히터(20)의 이상여부를 판단하는 판단부(42)와, 판단부(42)의 판단결과 히터(20)에 이상이 발생했을 경우에 이를 경보 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부(43)를 포함하는 진단시스템 구성에 의해 히터의 모니터링이 가능하다.
이러한 시스템을 이용한 히터 모니터링 동작을 설명하면, 히터(10)에 인가되는 전압으로부터 유도되는 전류가 유도전류센서부(50)에 의해 검지되면, 이 검지신호가 진단부(40)의 신호처리부(41)로 전송된다.
신호처리부(41)에서는 상기 유도전류센서부(50)로부터 전송되어 오는 실시간신호들을 비교기인 판단부에서의 판단이 용이하도록 처리하고, 이와 같이 신호처리부(41)에서 처리된 실시간신호는 판단부(42)에서 정상신호와 비교된다.
판단부(42)에서의 비교결과, 실시간신호가 정상신호의 범주내에 있으면 히터(10)가 정상 구동중인 것으로 판단하고, 실시간신호가 정상신호의 범주내에 있지 않으면 히터(10)에 이상이 발생된 것으로 판단하게 된다.
따라서 알람부(43)로부터 알람을 발생하여 관리자가 인식할 수 있도록 한다.
도 6은 도 5에서 사용되는 유도전류 측정장치이며 비접촉식으로 장치에 부하를 가하지 않고 전류신호를 측정할 수 있는 시스템이다.
1 : RF공급부 2 : 샤워헤드
3 : 공정챔버 10 : 히터
11 : 히터몸체 12 : 히터(발열)코일
20 : RF필터 21 : 노이즈제거필터
22 : 대역통과필터 30 : 전원공급부
40 : 진단부 41 : 신호처리부
42 : 판단부 43 : 알람부
50 : 유도전류센서부

Claims (4)

  1. 플라즈마 공정시 RF공급부(1)로부터 인가되는 RF신호가 히터(10)의 발열코일(11)과 그라운드배선으로 유입되는 것을 검출하는 RF필터(20);
    상기 히터(10)는 Al, AlN 또는 BN 재질 중 어느 하나의 재질로 제조되고, RF필터(20)는 히터 파워 로드봉과 전원공급부간에 배치되며,
    상기 RF필터(20)를 통해 구동전압을 히터(10)에 인가하는 전원공급부(30); 및
    상기 RF필터(20)로부터 전송되어 오는 RF신호를 처리하여 히터(10)의 이상여부를 진단하는 진단부(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RF필터(20)는
    전원공급부(30)로부터 히터(10)에 전원이 공급되도록 노이즈를 제거하기 위하여 발열코일(12)과 전원공급부(30)간에 배치됨과 동시에, RF신호에 포함된 노이즈를 제거하도록 발열코일(12)과 대역통과필터(22)간에 배치되는 노이즈제거필터(21); 및
    상기 히터(10)와 그라운드배선에 유입되는 RF신호에 포함된 노이즈가 제거된 대역신호들을 통과시켜 진단부(40)로 전송하도록 진단부(40)에 연결되는 대역통과필터(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진단부(40)는
    RF필터(20)의 대역통과필터(22)를 통과한 RF신호와 정상신호를 비교하거나 또는 누적된 오차데이터와 설정된 오차허용범위를 비교하는 동작중 어느 하나의 동작을 수행하는 비교기 형태의 신호처리부(41);
    상기 신호처리부(41)의 신호를 받아서 히터(20)의 이상여부를 판단하는 판단부(42); 및
    상기 판단부(42)의 판단결과 히터(20)에 이상이 발생했을 경우에 이를 청각적 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부(43)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템.
  4. 플라즈마 공정시 RF공급부(1)로부터 인가되는 RF신호에 의한 유도전류가 히터(10)의 발열코일(11)과 그라운드배선으로 유입되는 것을 검지하는 유도전류센서부(50);
    상기 히터(10)는 Al, AlN 또는 BN 재질 중 어느 하나의 재질로 제조되고,
    RF필터(20)를 통해 구동전압을 히터(10)에 인가하는 전원공급부(30); 및
    상기 유도전류센서부(50)로부터 전송되어 오는 유도전류 검지신호를 처리하여 히터(10)의 이상여부를 진단하도록 유도전류센서부(50)에 의해 감지되는 실시간신호를 정상신호와 비교하는 비교기 형태의 신호처리부(41)와, 신호처리부(41)의 신호를 받아서 히터(20)의 이상여부를 판단하는 판단부(42)와, 판단부(42)의 판단결과 히터(20)에 이상이 발생했을 경우에 이를 경보 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알리는 알람부(43)를 포함하는 진단부(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 박막 증착 장비용 히터 모니터링 시스템.
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