KR20180124277A - 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 공정 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비에 관한 것으로, 챔버 일측에 가스 주입부를 구비하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 챔버 내부에 내구성 부품을 수직구조로 장착할 수 있으며, 내구성 부품에서 플라즈마를 발생시켜 오염입자를 유발시킬 수 있고, 발생된 오염입자는 집속부를 통하여 오염입자 측정장치까지 효율적으로 전달시킬 수 있으며, 떨어지는 오염입자는 오염입자 측정장치에서 실시간으로 그 발생량과 크기를 측정할 수 있고, 입자 포집모듈을 구비하여 평가 이후에 입자 형상과 성분 및 구조를 분석할 수 있도록 오염입자 샘플링이 가능하다. 플라즈마를 활용하는 장비는 동일한 공정조건을 사용함에도 불구하고, 일정 기간이 지나면 장비성능을 똑같이 유지하지 못하여 평가 결과의 재현성이 낮은 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 평가장비는 표준입자를 활용한 교정모듈을 포함하고 있어 자체적으로 평가장비의 재현성 검증이 가능하다.
Description
본 발명은 플라즈마 공정 설비용 내구성 부품 기재의 오염입자 평가장비 및 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체와 디스플레이 제조용 식각설비 및 증착설비 내부에서 사용되는 내구성 부품 기재에서 발생하는 오염입자를 효율적이고 재현성 있게 측정하기 위한 평가장비 및 평가방법에 관한 것이다.
반도체와 디스플레이 제조공정 중 플라즈마를 활용하는 공정에서는 오염입자가 발생하여 공정에 실패하는 경우가 있다. 일반적인 원인을 살펴보면, 내부에 사용되는 샤워 헤드(Shower head), 전극(Electrode), 라이너(Liner), 엣지 링(Edge ring) 그리고 내벽 쉴드 링(Inner shield ring)과 같은 부품은 플라즈마의 발생과 유지를 위해서 사용되는데, 이 부품들은 플라즈마에 의한 이온 충돌과 가스 라디칼이 노출되는 환경에서 장기간 사용되면서 부식이 생기고 이에 따른 오염입자가 발생한다. 오염입자의 주된 원인은 내구성 부품의 표면에서 부식, 침식, 결함에 의해 발생하고 있다. 이런 문제들을 극복하기 위해서 부품 표면에 내플라즈마 특성이 우수한 재료를 코팅하거나 세라믹을 적용하여 내구성 부품의 내식성을 향상시키는 노력을 하고 있다. 그럼에도 불구하고 챔버 내부에서 사용되는 내구성 부품은 플라즈마에 의해서 부식, 열화, 노화가 발생한다.
일반적으로 내구성 부품은 플라즈마 설비에 적용되므로, 식각, 증착, 세정공정을 반복적으로 수행하는 부식 환경에 항상 노출되어 있다. 플라즈마 공정에는 활성 부식가스를 많이 사용하고 장시간 노출되기 때문에, 내구성 부품들은 플라즈마에 의해서 부식이 된다. 플라즈마 설비용 내구성 부품은 사용시간에 따라 두께 감소 및 성분 변화와 같이 재료적 특성이 달라지고, 공정 중에 오염입자가 발생하며, 이는 결국 반도체 및 디스플레이 산업에서 제조 수율을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다. 따라서 내구성 부품에서 발생하는 오염입자를 정확히 평가하는 것이 중요하다.
따라서 내구성 부품의 오염발생 성능을 검증한 후에 사용해야 한다. 하지만 기존에는 오염입자가 챔버 벽에 흡착되거나 배기부분의 펌프에 소실되어 정확한 오염입자 측정을 하기 어려웠다. 또한 산업용 플라즈마 설비는 복잡한 구조를 갖고 있어 오염입자가 발생하더라도 어디에서 발생하는 것인지 추적하기 어려웠다.
이처럼 기존에는 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 발생도를 평가할 수 있는 장비기술과 평가기술이 부족하여 오염발생 성능을 검증하지 못하였다. 또한, 일부 평가방법이 개시되었으나, 오염입자 평가장비 및 방법의 재현성과 신뢰성을 담보할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마를 활용하여 내구성 부품의 오염입자를 유발시키고, 효율적으로 오염입자를 측정할 수 있는 구조를 가지며, 또한 오염입자 평가장비의 재현성과 신뢰성을 확보할 수 있는 모듈이 탑재된 평가장비 및 평가방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 공정 중에 내구성 부품에서 발생하는 오염입자의 측정 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 수직(vertical) 구조를 갖고 있으며, 표준입자 교정장치 모듈을 포함하여 사용하기 전에 자체적으로 장비 교정이 가능한 오염입자 발생 평가장비 및 평가방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 내부에 플라즈마가 발생하는 챔버; 챔버의 상부와 연결되는 가스 주입부; 챔버의 내부에 설치되고, 2개의 내구성 부품이 수직구조로 마주보게 장착되도록 구성된 부품 장착부; 부품 장착부의 하부에 설치되고, 내구성 부품에서 발생한 오염입자를 집속하는 입자 집속부; 입자 집속부의 하부에 설치되고, 오염입자를 검출하는 입자 측정장치; 부품 장착부와 입자 집속부 사이에 설치되고, 오염입자를 포집하는 입자 포집장치; 및 가스 주입부와 연결되고, 표준입자를 챔버에 인가하는 표준입자 인가장치를 포함하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비를 제공한다.
본 발명에 따른 평가장비는 부품 장착부의 뒷면에 설치되고, 자기장을 형성하는 자기장 발생부를 추가로 포함할 수 있고, 자기장 발생부는 자석을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 평가장비는 내구성 부품과 연결되는 파워 전달부; 파워 전달부와 연결되어 내구성 부품에 고주파 전압을 인가하는 정합 네트워크 및 파워 공급부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 내구성 부품은 전극 역할을 하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 파워 공급부와 정합 네크워크는 서로 다른 주파수를 사용할 수 있다.
본 발명에서 입자 집속부는 부품 장착부와 인접하게 배치될 수 있고, 아래쪽으로 갈수록 직경이나 폭이 점점 작아지도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 입자 측정장치는 레이저 발생부 및 레이저 감지부를 포함할 수 있고, 레이저를 이용한 입자 산란방식으로 입자의 크기와 발생량을 측정할 수 있다.
본 발명에서 입자 포집장치는 오염입자를 포집하는 포집기판 및 포집기판과 연결되어 포집기판의 위치를 조절하는 위치 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 포집기판은 투과전자현미경용 그리드 또는 웨이퍼 기판일 수 있다.
본 발명에서 표준입자는 0.2 내지 5 ㎛ 크기의 실리카 입자 또는 폴리스티렌 입자일 수 있다.
본 발명에서 표준입자 인가장치는 표준입자가 분산매에 분산된 분산용액을 수용하는 표준입자 주입부; 표준입자 주입부에 설치되고, 표준입자 분산용액이 챔버 쪽으로 흐르도록 표준입자 주입부에 가스를 주입하는 제2가스 주입부; 표준입자 주입부에서 나온 분산용액 중 분산매를 일차적으로 제거하는 트랩 용기부; 및 트랩 용기부에서 나온 분산용액 중 분산매를 이차적으로 제거하는 트랩 터널부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 트랩 터널부에는 흡착제가 충전될 수 있고, 흡착제 사이에 다수의 홀이 형성될 수 있다.
본 발명에서 분산매는 물 또는 에탄올일 수 있고, 흡착제는 실리카계 흡착제 또는 활성탄일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 평가장비를 이용한 내구성 부품의 오염입자 평가방법을 제공한다.
본 발명에서는 동일 조건에서 표준입자와 오염입자의 크기와 발생량을 측정 및 비교한 후, 장비 및 공정조건 중 적어도 하나를 교정할 수 있다.
본 발명에서 장비 교정은 입자 측정장치의 레이저 광량 조절 및 스캔속도 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 공정조건 교정은 공정 압력 조절 및 가스 유량 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 설비용 내구성 부품에서 발생하는 오염입자를 측정부까지 유실 없이 도달시킬 수 있는 장비구조를 갖추고 있어 효율적인 오염입자 측정이 가능하고, 또한 평가장비 자체적으로 표준입자를 활용한 교정이 가능하여 평가장비의 재현성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로, 실시간 오염입자 측정은 챔버 아랫부분의 진공을 배기하는 부분에서 이루어지고, 복잡한 챔버의 구조와 펌프를 거쳐 배기로 입자들을 측정함으로써, 챔버에서 발생한 오염입자를 배기에서 측정한 입자로 대변하는 방식이기 때문에, 오차가 클 수 밖에 없다. 하지만, 본 발명의 플라즈마 설비용 내구성 부품 오염입자 평가장비는 챔버와 입자 측정장치가 직접적으로 연결되는 구조이기 때문에, 오염입자를 유실 없이 효율적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 플라즈마 설비용 내구성 부품에서 발생하는 오염입자는 오염입자 측정부에서 광산란 방식으로 측정하여 오염입자의 크기별 발생량을 측정할 수 있고, 입자 포집 모듈을 포함하고 있어 평가 이후에 입자 형상, 성분, 구조를 분석할 수 있도록 오염입자 샘플링이 가능하며, 이때 그리드(TEM Grid) 또는 웨이퍼(Wafer piece)를 포집 기판으로 사용하되 목적에 적합한 기판을 사용할 수 있도록 교체가 가능한 장점이 있다.
이에 더해, 본 발명의 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비의 재현성 및 신뢰성을 확보하기 위해, 표준입자를 활용한 교정모듈을 포함하고 있어서 자체적으로 평가장비의 성능을 교정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내구성 부품의 오염입자 평가장비의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 입자 포집장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 입자 포집장치의 사용을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 포집기판의 활용을 예시한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 표준입자 인가장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 평가장비를 이용하여 내구성 부품을 적용한 오염입자 평가를 예시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 입자 포집장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 입자 포집장치의 사용을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 포집기판의 활용을 예시한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 표준입자 인가장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 평가장비를 이용하여 내구성 부품을 적용한 오염입자 평가를 예시한 그래프이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 플라즈마 발생장치에는 챔버(1)가 마련되어 있다. 챔버(1)는 내부에 진공 및 플라즈마를 형성하기 위한 공간을 제공한다. 챔버(1)의 상부 측에는 가스 주입부(2)가 배치될 수 있고, 챔버(1)의 하부 측에는 가스 배출부(18)가 배치될 수 있다. 가스 배출부(18)에는 진공펌프(17)가 연결되어 챔버(1)의 내부를 진공상태로 만들 수 있다.
상술한 구성을 갖는 챔버(1)의 내부에는 2개의 부품 장착부(6)가 설치될 수 있고, 각 부품 장착부(6)에는 내구성 부품이 수직구조로 장착될 수 있다. 내구성 부품은 예를 들어 알루미늄 합금 표면 위에 플라즈마 융사 코팅으로 제조된 이트륨 세라믹(Y2O3) 부품 등일 수 있다. 내구성 부품이 수직구조로 세워서 장착될 경우, 내구성 부품에서 발생한 오염입자가 내구성 부품으로부터 떨어지기 쉽고, 또한 오직 한 방향으로만, 즉 아래 방향으로만 이동함으로써, 입자의 유실 없이 입자가 입자 측정장치(15, 16)까지 효율적으로 전달되어 오염입자를 효율적으로 측정할 수 있다.
내구성 부품은 끼움 결합, 나사 결합 등을 통해 부품 장착부(6)에 장착될 수 있고, 또한 별도의 고정수단을 통해 고정될 수 있다. 동일한 2개의 내구성 부품은 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 이러한 배치로 인해, 플라즈마에 직접적으로 노출되는 대부분의 면적이 내구성 부품이 될 수 있다. 수직구조로 마주보고 있는 2개의 내구성 부품 사이의 거리(간격)는 조절이 가능하며, 가깝게 붙이거나 혹은 최대 15 cm까지 멀리할 수 있다. 평가의 목적에 따라서 간격 조절이 가능하다.
이때, 부품 장착부(6)의 한쪽 면(뒷면)에는 자기장 발생부(7)가 설치될 수 있다. 자기장 발생부(7)는 자기장을 형성하는 복수의 자석, 예를 들어 영구자석을 포함할 수 있다. 이와 같이, 다수의 마그네틱을 설치하여 자기장을 형성함으로써, 플라즈마 밀도를 높여서 짧은 시간에 오염입자를 유발할 수 있다.
내구성 부품에 플라즈마를 걸어 오염입자를 유발할 수 있다. 플라즈마 발생을 위해, 내구성 부품과 직접 또는 간접적으로 연결되는 파워 전달부(9)가 설치될 수 있다. 파워 전달부(9)는 정합 네트워크(10)와 연결될 수 있고, 정합 네트워크(10)는 파워 공급부(11)와 연결될 수 있다.
파워 공급부(11)와 정합 네트워크(10)를 통해 형성된 파워는 파워 전달부(9)를 통해 내구성 부품에 전달될 수 있다. 이때, 내구성 부품은 전극 역할을 하여 챔버(1) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마가 발생하면, 내구성 부품에서 오염입자가 발생할 수 있다.
파워 공급부(11)와 정합 네트워크(10)에서는 고주파 전압을 인가 할 수 있으며, 고주파 전압의 주파수는 예를 들어 2 MHz, 13.56 MHz 또는 27.12 MHz일 수 있다. 고주파 전압은 국제협약에 따라 RFID에 사용하도록 규정된 주파수일 수 있다. 내구성 부품의 양쪽에 파워 공급부(11)와 정합 네트워크(10)가 마련되며, 양쪽에서 파워를 동시에 인가하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
파워 공급부(11)와 정합 네트워크(10)에서는 동일한 주파수를 인가할 수 없으며, 예를 들어 13.56 MHz 및 2 MHz의 조합, 13.56 MHz 및 27.12 MHz의 조합 등 서로 다른 주파수의 결합으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 13.56 MHz를 양쪽에 사용할 경우에는, 한쪽 주파수를 12.56 MHz로 조절하여 13.56 MHz 및 12.56 MHz의 조합으로 고주파를 인가할 수 있다.
한편, 챔버(1) 내부에는 하나 이상의 온도 측정부(8)가 설치될 수 있다. 온도 측정부(8)는 부품 장착부(6) 부근에 설치되어 챔버(1) 내부온도 또는 플라즈마 온도 등을 측정할 수 있다. 온도 측정부(8)는 열전대 등으로 구성될 수 있다.
내구성 부품에서 발생한 오염입자를 입자 측정장치(15, 16)까지 유실 없이 도달시키기 위한 공간을 형성하는 통로가 형성될 수 있다. 구체적으로, 부품 장착부(6)의 하부에는 내구성 부품에서 발생한 오염입자를 집속하는 입자 집속부(12)가 설치될 수 있다. 입자 집속부(12)는 부품 장착부(6)와 인접하게 배치될 수 있다. 입자 집속부(12)와 부품 장착부(6) 사이의 간격(수직유로 높이)은 예를 들어 챔버(1)의 높이 대비 1 내지 30%일 수 있다. 입자 집속부(12)와 부품 장착부(6) 사이에는 수직유로가 형성될 수 있다. 수직유로의 폭은 내구성 부품 사이의 간격과 동일하거나, 부품 간격의 20% 이내의 범위에서 넓거나 좁을 수 있다.
입자 집속부(12)는 아래쪽으로 갈수록 직경이나 폭이 점점 작아지도록 구성될 수 있다. 즉, 테이퍼(taper) 구조로 구성될 수 있다. 테이퍼 구조의 각도는 가상의 수직면을 기준으로 3 내지 30도일 수 있다. 입자 집속부(12)의 상단의 폭은 내구성 부품 사이의 간격 및 수직유로의 폭과 동일하거나, 이들보다 20% 이내의 범위에서 넓거나 좁을 수 있다. 입자 집속부(12)의 상부는 챔버(1) 내부에 설치될 수 있고, 나머지 부위는 챔버(1)의 외부로 돌출되면서 연장될 수 있다. 입자 집속부(12)는 챔버(1)와 일체로 제작될 수 있고, 이 경우 입자 집속부(12)는 챔버(1)의 부품으로 간주할 수 있다.
가스 주입부(2), 챔버(1)의 수직유로, 입자 집속부(12), 가스 배출부(18)는 수직방향으로 일직선 상에 배치될 수 있고, 즉 이들은 동축 또는 실질적으로 동축으로 정렬될 수 있다. 경우에 따라 가스 주입부(2)와 가스 배출부(18)까지 챔버(1)의 부품으로 간주할 수 있다.
이와 같이, 내구성 부품을 수직구조로 마주보게 장착하고, 입자 집속부(12)를 내구성 부품과 인접하게 배치하며, 입자 집속부(12)를 공간이 좁아지도록 구성하고, 가스 주입부(2)부터 챔버(1)의 수직유로 및 입자 집속부(12)를 거쳐 가스 배출부(18)까지 수직방향으로 일직선 상에 동축으로 정렬시킴으로써, 내구성 부품에서 발생한 오염입자가 입자 집속부(12)를 지나가면서 효율적으로 집속되고, 유실 없이 입자 측정장치(15, 16)까지 효율적으로 전달되어 오염입자를 효율적으로 측정할 수 있다. 요컨대, 본 발명의 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비는 챔버(1)와 입자 측정장치(15, 16)가 직접적으로 연결되는 구조이기 때문에, 오염입자를 유실 없이 효율적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
입자 집속부(12)의 하부에는 오염입자를 검출하는 입자 측정장치(15, 16)가 설치될 수 있다. 입자 측정장치(15, 16)는 레이저 발생부(15) 및 레이저 감지부(16)를 포함할 수 있고, 레이저를 이용한 입자 산란방식으로 입자의 크기와 발생량을 측정할 수 있다. 입자 집속부(12)의 하단은 가스 배출부(18)와 연결될 수 있으며, 가스 배출부(18)의 한쪽에는 레이저 발생부(15)가 배치되고 반대 쪽에는 레이저 감지부(16)가 배치될 수 있다.
더욱 상세하게는, 레이저에 의해 입자가 산란되는 에너지 차이를 분별하여 오염입자 크기별 발생량을 측정할 수 있으며, 공정시간 및 플라즈마 켜짐과 꺼짐에 따라서 반응하여 측정할 수 있다. 또한, 플라즈마가 없어도 진공 중에 측정이 가능하다. 따라서, 플라즈마가 꺼진 상태에서 내구성 부품에서 계속적으로 오염입자가 발생한다면, 이 또한 검출이 가능하다.
한편, 도 1 내지 4를 참고하면, 부품 장착부(6)와 입자 집속부(12)의 사이에는 오염입자를 포집하는 입자 포집장치(13, 14)가 설치될 수 있다. 입자 포집장치(13, 14)는 오염입자를 포집하는 포집기판(14) 및 포집기판(14)과 연결되어 포집기판(14)의 위치를 조절하는 위치 조절부(13)를 포함할 수 있다. 챔버(1)의 내부에서 하단부에 오염입자 포집기판(14)를 장착하여 내구성 부품에서 떨어진 오염입자를 기판에 포집할 수 있다.
입자 포집장치(13, 14)는 수평방향으로 이동 가능하게 챔버(1)에 설치될 수 있고, 이를 위해 챔버(1) 내부에 형성된 수직유로의 일측에는 입자 포집장치(13, 14)가 이동 가능하도록 공간이 형성될 수 있다. 위치 조절부(13)의 우측은 챔버(1) 외부로 나오도록 설치될 수 있고, 위치 조절부(13)의 우측 말단부는 손잡이 형태로 구성될 수 있다.
도 3(a)와 같이, 오염입자 포집이 필요 없을 경우에는, 포집기판(14)을 뒤로 잡아당기면서 후퇴시켜 수직유로를 벗어나게 할 수 있다. 도 3(b)와 같이, 오염입자 포집이 필요할 경우에는, 포집기판(14)을 앞으로 밀어 넣으면서 전진시켜 포집기판(14)이 수직유로 안에 놓이도록 할 수 있다. 이와 같이, 오염입자 포집기판(14)의 위치는 조절 가능하며, 포집이 필요할 경우에만 움직여서 사용이 가능하다. 입자 포집장치(13, 14)의 이동은 손을 이용하여 수동으로 또는 모터와 스테이지 등을 이용하여 자동으로 수행될 수 있다. 위치 조절부(13)는 그 길이가 변하지 않고 위치 조절부(13) 자체를 전진 또는 후퇴시켜 포집기판(14)의 위치를 조절할 수 있으며, 또한 위치 조절부(13)의 길이가 자체적으로 가변되도록 구성할 수도 있다.
포집기판(14)은 투과전자현미경용 그리드(TEM Grid) 또는 웨이퍼 기판(Wafer piece)일 수 있다. 도 4(a)는 TEM 그리드이고, 도 4(b)는 웨이퍼 기판이며, 사진에서 화살표는 포집기판(14)에 포집된 오염입자를 나타낸다. 이와 같이, 포집기판(14)으로는 TEM 그리드와 웨이퍼 기판을 사용할 수 있으며, 사용 목적에 적합한 기판을 사용할 수 있도록 교체가 가능하다.
내구성 부품에서 발생하는 오염입자는 입자 측정장치(15, 16)에서 레이저 산란방식을 이용하여 플라즈마 공정 중에서 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 공정이 끝난 후에 오염입자의 형상과 성분 등을 분석할 수 있도록 입자 포집장치(13, 14)에서 오염입자 샘플링이 가능하다.
본 발명에 따른 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비는 재현성 및 신뢰성을 확보하기 위해서 표준입자를 활용한 교정모듈을 포함할 수 있고, 이에 따라 자체적으로 평가장비의 성능을 교정할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 평가장비는 가스 주입부(2)와 연결되고 표준입자를 챔버(1)에 인가하는 표준입자 인가장치(2a, 3, 4, 5)를 구비할 수 있다. 표준입자는 실리카(SiO2) 입자 또는 폴리스티렌(Polystyrene) 입자일 수 있으며, 그 크기는 0.2 내지 5 ㎛일 수 있다.
도 5를 참고하면, 표준입자 인가장치(2a, 3, 4, 5)는 제2가스 주입부(2a), 트랩 터널부(3), 트랩 용기부(4), 표준입자 주입부(5)를 포함할 수 있다. 표준입자 주입부(5)는 표준입자가 분산매에 분산된 분산용액을 수용할 수 있다. 분산매로는 물 또는 에탄올을 사용할 수 있다. 제2가스 주입부(2a)는 표준입자 주입부(5)에 설치되어 표준입자 분산용액이 챔버(1) 쪽으로 흐르도록 표준입자 주입부(5)에 가스를 주입할 수 있다. 트랩 용기부(4)는 표준입자 주입부(5)에서 나온 분산용액 중 분산매를 일차적으로 제거할 수 있다. 트랩 터널부(3)는 트랩 용기부(4)에서 나온 분산용액 중 분산매를 이차적으로 제거할 수 있다. 트랩 터널부(3)에는 흡착제가 충전될 수 있고, 흡착제 사이에 다수의 홀이 형성될 수 있다. 흡착제는 실리카계 흡착제 또는 활성탄일 수 있다.
예를 들어, 표준입자 주입부(5)에는 탈이온수(DI) 용액에 표준입자를 분산시킨 분산용액을 준비할 수 있다. 표준입자를 효율적으로 분산시키기 위해서는, 20 KHz 이상의 주파수를 활용한 초음파를 이용하여 분산시킬 수 있다. 표준입자가 분산되어 있는 표준입자 주입부(5)에 제2가스 주입부(2a)를 통해 2 Bar 이상의 압력으로 가스를 흘려주면, 베르누이 원리에 의해 표준입자가 분산되어 있는 분산용액이 빨려 나와 챔버(1) 쪽으로 흘러갈 수 있다. 제2가스 주입부(2a)에 주입하는 가스는 가스 주입부(2)에 주입하는 가스와 동일할 수 있고, 예를 들어 플라즈마 형성용 가스일 수 있다.
이때, 챔버(1)는 진공상태이기 때문에 수분을 제거하기 위해서 일차적으로 수분 트랩 용기부(4)에서 수분이 많이 붙어 있는 표준입자들과 수분이 포집될 수 있다. 트랩 용기부(4)에서의 포집은 흡착, 흡수, 침전 등에 의해 이루어질 수 있다. 수분이 적게 붙어있어 가벼운 표준입자들은 이차적인 수분 트랩인 수분 트랩 터널부(3)를 지나게 된다. 수분 트랩 터널부(3)는 원통형으로 길게 연장되어 있고, 원통형 내부에는 흡착제인 실리카 재료들이 충전될 수 있고, 충전된 흡착제에는 다수의 홀이 뚫려져 있을 수 있다. 다수의 홀을 통하여 실리카 재료가 수분을 흡착하여 탈수가 이루어질 수 있다. 평가 목적에 따라서 에탄올에 표준입자를 분산시킬 때에는, 흡착제로서 실리카 대신 활성탄을 활용하여 에탄올을 흡착할 수 있다.
상술한 표준입자 인가장치를 활용하여 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 크기별 발생량의 재현성 및 신뢰성을 확보하기 위한 평가장비의 교정을 수행할 수 있다. 즉, 평가장비 자체적으로 표준입자를 활용한 교정이 가능하여 평가장비의 재현성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상술한 평가장비를 이용한 내구성 부품의 오염입자 평가방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 평가방법은 내구성 부품을 수직구조로 챔버(1)에 장착하고, 내구성 부품에 플라즈마를 걸어 내구성 부품에서 오염입자를 발생시키는 오염입자 발생단계; 오염입자를 집속부(12) 등을 거쳐 오염입자 측정장치(15, 16)까지 효율적으로 전달하는 오염입자 전달단계; 오염입자 측정장치(15, 16)에서 오염입자를 실시간으로 측정하는 오염입자 측정단계; 뿐만 아니라 포집장치(13, 14)를 이용하여 오염입자를 포집하는 포집단계를 포함할 수 있다. 또한, 표준입자 교정모듈(2a, 3, 4, 5)을 이용하여 평가장비를 자체적으로 교정하는 교정단계를 포함할 수 있다.
교정단계에서는 동일 조건에서 표준입자와 오염입자의 크기와 발생량을 측정 및 비교한 후, 장비 및 공정조건 중 적어도 하나를 교정할 수 있다. 구체적으로, 장비 교정은 입자 측정장치(15, 16)의 레이저 광량 조절 및 스캔속도 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 공정조건 교정은 공정 압력 조절 및 가스 유량 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 평가방법은 플라즈마 설비용 내구성 부품에서 발생하는 오염입자를 정확히 평가할 수 있고, 이에 따라 산업에서 다양하게 개발되는 내구성 부품의 오염입자 발생성능을 정확히 검증하여 양산설비에 적용하기 전에 부품성능을 정확히 평가할 수 있는 방법으로 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 평가장비를 이용하여 내구성 부품을 적용한 오염입자 평가를 예시한 것으로, 오염입자 측정장치(15, 16)에서 오염입자 크기별 발생량을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. 이때, 사용한 내구성 부품은 알루미늄 합금 표면 위에 플라즈마 융사 코팅으로 제조된 이트륨세라믹(Y2O3) 부품을 사용하였다.
그 결과, 플라즈마 노출시간이 증가할수록 오염입자 개수가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 본 발명의 플라즈마 설비용 내구성 부품의 평가장비를 이용하여 내구성 부품에서 발생하는 오염입자의 크기와 발생량을 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명에 따라 표준입자를 활용하여 플라즈마 설비용 내구성 부품 평가장비를 교정하기 위해, 예를 들어 표준입자로서 실리카 재질로 구성되고 지름이 0.5 ㎛, 1.0 ㎛, 1.6 ㎛인 구형 입자를 사용할 수 있다.
그 결과, 동일 공정조건에서 표준입자와 오염입자의 입자크기와 발생량을 측정 및 비교함으로써, 오염입자 측정센서의 레이저 광량 및/또는 스캔 속도를 조절할 수 있다. 또한, 공정압력 및/또는 가스유량 등을 조절하여 오염입자 평가장비의 재현성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 교정할 수 있다.
한편, 상술한 사용 재료와 평가방법의 예시는 본 발명을 구체적으로 설명하고자 하는 예시일 뿐이다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 발명의 상세한 설명을 참조하여 부분 변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
1: 챔버
2, 2a: 가스 주입부
3: 트랩 터널부
4: 트랩 용기부
5: 표준입자 주입부
6: 내구성 부품 장착부
7: 자기장 발생부
8: 온도 측정부
9: 파워 전달부
10: 정합 네트워크
11: 파워 공급부
12: 입자 집속부
13: 위치 조절부
14: 포집기판
15: 레이저 발생부
16: 레이저 감지부
17: 진공펌프
18: 가스 배출부
2, 2a: 가스 주입부
3: 트랩 터널부
4: 트랩 용기부
5: 표준입자 주입부
6: 내구성 부품 장착부
7: 자기장 발생부
8: 온도 측정부
9: 파워 전달부
10: 정합 네트워크
11: 파워 공급부
12: 입자 집속부
13: 위치 조절부
14: 포집기판
15: 레이저 발생부
16: 레이저 감지부
17: 진공펌프
18: 가스 배출부
Claims (16)
- 내부에 플라즈마가 발생하는 챔버;
챔버의 상부와 연결되는 가스 주입부;
챔버의 내부에 설치되고, 2개의 내구성 부품이 수직구조로 마주보게 장착되도록 구성된 부품 장착부;
부품 장착부의 하부에 설치되고, 내구성 부품에서 발생한 오염입자를 집속하는 입자 집속부;
입자 집속부의 하부에 설치되고, 오염입자를 검출하는 입자 측정장치;
부품 장착부와 입자 집속부 사이에 설치되고, 오염입자를 포집하는 입자 포집장치; 및
가스 주입부와 연결되고, 표준입자를 챔버에 인가하는 표준입자 인가장치를 포함하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
부품 장착부의 뒷면에 설치되고, 자기장을 형성하는 자기장 발생부를 추가로 포함하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제2항에 있어서,
자기장 발생부는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
내구성 부품과 연결되는 파워 전달부; 파워 전달부와 연결되어 내구성 부품에 고주파 전압을 인가하는 정합 네트워크 및 파워 공급부를 추가로 포함하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제4항에 있어서,
내구성 부품은 전극 역할을 하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키고, 파워 공급부와 정합 네크워크는 서로 다른 주파수를 사용하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
입자 집속부는 부품 장착부와 인접하게 배치되고, 아래쪽으로 갈수록 직경이나 폭이 점점 작아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
입자 측정장치는 레이저 발생부 및 레이저 감지부를 포함하고, 레이저를 이용한 입자 산란방식으로 입자의 크기와 발생량을 측정하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
입자 포집장치는 오염입자를 포집하는 포집기판 및 포집기판과 연결되어 포집기판의 위치를 조절하는 위치 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제8항에 있어서,
포집기판은 투과전자현미경용 그리드 또는 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
표준입자는 0.2 내지 5 ㎛ 크기의 실리카 입자 또는 폴리스티렌 입자인 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항에 있어서,
표준입자 인가장치는
표준입자가 분산매에 분산된 분산용액을 수용하는 표준입자 주입부;
표준입자 주입부에 설치되고, 표준입자 분산용액이 챔버 쪽으로 흐르도록 표준입자 주입부에 가스를 주입하는 제2가스 주입부;
표준입자 주입부에서 나온 분산용액 중 분산매를 일차적으로 제거하는 트랩 용기부; 및
트랩 용기부에서 나온 분산용액 중 분산매를 이차적으로 제거하는 트랩 터널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제11항에 있어서,
트랩 터널부에는 흡착제가 충전되고, 흡착제 사이에 다수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제12항에 있어서,
분산매는 물 또는 에탄올이고, 흡착제는 실리카계 흡착제 또는 활성탄인 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가장비. - 제1항의 평가장비를 이용한 내구성 부품의 오염입자 평가방법.
- 제14항에 있어서,
동일 조건에서 표준입자와 오염입자의 크기와 발생량을 측정 및 비교한 후, 장비 및 공정조건 중 적어도 하나를 교정하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가방법. - 제15항에 있어서,
장비 교정은 입자 측정장치의 레이저 광량 조절 및 스캔속도 조절 중 적어도 하나를 포함하고,
공정조건 교정은 공정 압력 조절 및 가스 유량 조절 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 부품의 오염입자 평가방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170058504A KR101953379B1 (ko) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비 |
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| KR1020170058504A KR101953379B1 (ko) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | 플라즈마 설비용 내구성 부품의 오염입자 평가장비 |
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| KR20180124277A true KR20180124277A (ko) | 2018-11-21 |
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- 2017-05-11 KR KR1020170058504A patent/KR101953379B1/ko active IP Right Grant
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| KR101953379B1 (ko) | 2019-02-28 |
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