KR100194212B1 - 반도체 제조 설비용 가스 배관의 성능 평가 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정에 적용되는 고순도 가스 공급계(GAS DELIVERY SYSTEM)의 가스 배관(SUS TUBE)의 성능 관리를 위한 평가 방법에 관한 것으로서, 분석할 가스 배관의 시료를 준비한 후 최초의 시료로부터 전체를 대변할 수 있도록 분석이 용이한 크기로 골고루 절단하는 단계와, 전체적인 가스 배관의 상태와 가스 배관에 존재하는 불량의 밀도를 수치화 하기 위한 광학 현미경 검사 단계와, 이 피 엠 에이(EPMA) 분석기를 이용하여 상기 불량에 대하여 구조 분석과 배관 표면의 불량 성분을 분석하기 위한 구조 및 성분 분석 단계와, 상기 구조 및 성분 분석 단계를 거쳐 불량이 존재하지 않는 부분의 배관을 에이 이 에스(AES)분석기를 이용하여 깊이별로 성분을 분석하기 위한 표면 처리 분석 단계와, 상기 광학 현미경 검사 단계, 구조 및 성분 분석 단계, 및 표면 처리 분석 단계를 거친 동일 시료와는 별개로 다른 시료를 이용하여 에이 에프 엠(AFM) 분석기에 의하여 가스 배관의 일정 면적을 측정하기 위해 표면 조도를 측정하는 표면 조도 측정 단계와, 상기 검사 및 분석 단계들을 거친 후 가스 배관 제품의 초기 상태에 대한 객관적이고도 정확한 해석이 가능하도록 데이터를 분석하는 데이터 종합 분석 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정에 적용되는 고순도 가스 공급계(GAS DELIVERY SYSTEM)에 있어서, 가스 배관(SUS TUBE)의 성능 관리를 위한 평가 방법 및 팁 홀더에 관한 것으로써, 특히 가스 배관의 오염에 따른 후속 설비의 성능 저하 영향을 조사하기 위하여 광학 현미경 검사와, 구조, 성분 분석 그리고 표면 조도 측정 및 깊이별 조성 분석을 순차적으로 수행하는 반도체 제조 설비용 가스 배관의 성능 평가 방법 및 팁 홀더에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에 사용되는 고순도 가스(GAS)를 오염 수준(CONTAMINATION LEVEL)이 낮게 가스 공급계를 통하여 실제 공정을 수행하는 반응실(REACTION CHAMBER)로 공급하는 것은 매우 중요한 것이다.
이와 같은 가스 공급계는 매우 다양한 콤포넌트(COMPONENT)로 구성되어 있는바, 이를 상술하면 압력을 조절하는 레귤레이터(REGULATOR), 가스 흐름을 조절하는 밸브(VALVE), 가스 량을 조절하는 엠 에프 씨(MASS FLOW CONTROLLER), 작은 입자를 제거하는 필터(FILTER)등과 이러한 여러 콤포넌트들이 위치하고 실제 가스가 흐르는 배관(SUS TUBE)로 구성된다.
이들 콤포넌트의 하나 하나가 가지는 성능도 중요하나 가스 배관의 성능 관리는 그 중에서도 특히 중요한 것이다.
상기의 이유는 가스 배관에서 발생된 오염은 연계된 각종의 콤포넌트에 악영향을 끼치기 때문으로 예컨대, 부식성 가스에 사용되는 가스 배관에서 발생된 입자 오염은 후속하는 필터나 엠 에프 씨(MFC)의 성능 저하에 직접적인 영향을 끼치게 된다.
따라서, 가스 배관의 효율적인 성능 평가 방법이 객관적이고, 또 종합적으로 이루어지지 않으므로 실제 반도체 제조 현장에서의 관리가 매우 곤란하였다.
종래, 일반적으로 수행되고 있는 가스 배관의 평가 방법으로 제시되고 있는 것은 다음과 같다.
첫째, 화학 성분 분석 시험으로서, 이것은 가스 배관의 원재료 물질 중 함유되어 있는 불순물 성분을 분석하여 제품별로 비교하는 방법이고, 둘째는, 표면 조도(ROUGHNESS)분석으로서, 이것은 표면 처리가 완료된 가스 배관의 조도를 프로파일러(PROFILER)라는 표면 조도 측정기를 이용하여 가스 배관의 길이 방향을 따라 측정하는 것이다.
그러나, 상기한 평가 방법의 문제점은 일반적으로 가스 배관의 표면 결함이 배관의 길이 방향을 따라 존재하는 경우가 많기 때문에 전체적인 표면 조도를 대변하기 어려운 문제점이 발생한다는 것이다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 가스 배관의 분석을 통하여 제품의 초기 상태에 대한 객관적이고, 정확한 해석이 가능하게 함과, 가스 배관의 관리 기준으로 삼을 수 있는 근거 데이터가 확보될 수 있는 반도체 제조 설비비용 가스 배관의 성능 평가 방법 및 팁 홀더를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 마련되는 본 발명은, 분석할 가스 배관의 시료를 준비한 후 최초의 시료로부터 전체를 대변할 수 있도록 분석이 용이한 크기로 골고루 절단하는 단계와, 전체적인 가스 배관의 상태와 가스 배관에 존재하는 불량의 밀도를 수치화 하기 위한 광학 현미경 검사 단계와, 이 피 엠 에이(EPMA) 분석기를 이용하여 상기 불량에 대하여 구조 분석과 배관 표면의 불량 성분을 분석하기 위한 구조 및 성분 분석 단계와, 상기 구조 및 성분 분석 단계를 거쳐 불량이 존재하지 않는 부분의 배관을 에이 이 에스(AES) 분석기를 이용하여 깊이별로 성분을 분석하기 위한 표면 처리 분석 단계와, 상기 광학 현미경 검사 단계, 구조 및 성분 분석 단계, 및 표면 처리 분석 단계를 거친 동일 시료와는 별개로 다른 시료를 이용하여 에이 에프 엠(AFM)분석기에 의하여 가스 배관의 일정 표면을 측정하기 위해 표면 조도를 측정하는 표면 조도 측정 단계와, 상기 검사 및 분석 단계들을 거친 후 가스 배관 제품의 초기 상태에 대한 객관적이고도 정확한 해석이 가능하도록 데이터를 분석하는 데이터 종합 분석 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 가스 배관의 분석 과정을 도시한 흐름도.
제2도는 본 발명에 따라 가스 배관의 분석 시료가 준비되는 과정을 도시한 설명도.
제3도는 본 발명에 따른 가스 배관의 분석 시료의 검사 포인트를 나타낸 도면.
제4도 a,b는 본 발명에 의한 에이 에프 엠(AFM) 팁 홀더를 도시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 팁 20 : 팁 홀더
100 : 가스 배관
이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 본 발명을 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 가스 배관의 분석 과정을 도시한 흐름도로서, 네 가지의 주요 검사 및 분석 단계를 통하여 가스 배관(100) 표면의 상태 파악이 가능한 것이다.
제1도에서, S1단계는 분석할 시료를 준비하는 단계이고, S2단계는 최초의 시료로부터 전체를 대변할 수 있도록 분석이 용이한 크기로 골고루 절단하는 단계이다.
주요 검사 단계 중 S3단계는, 광학 현미경 검사(MICRO SCOPE INSPECTION)를 이용하여 현미경의 배율을 변화시킴으로서 사진 촬영을 하는 단계로서, 전체적인 가스 배관(100)의 상태 및 가스 배관(100)에 존재하는 불량(DEFECT)의 밀도(DENSITY)를 수치화하여 비교 가능하게 한다.
S4단계는, 이 피 엠 에이(EPMA ; ELECTRO PROBE MICROSCOPY ANALYZER)를 이용하여 구조 분석과 성분 분석을 시행하는 단계로서, 구조 분석에서는 가스 배관(100)의 표면에 존재하는 불량의 유형을 세부적으로 구분 가능하고, 이들 각각의 불량 밀도의 계산이 가능해진다. 또한 이들 불량의 성분 분석을 실시해 실제 공정 불량의 예상이 가능해 지는 것이다.
S5 단계는, 에이 이 에스(AUGER ELECTRON SPECTROSCOPE) 분석기에 의하여 시료의 깊이별로 조성을 분석하는 단계로서, 상기 방법은 제품별로 가스 배관(100)의 표면 처리 생각(조성 및 두께)의 파악이 가능해 지는 것이다.
S6 단계는, 에이 에프 엠(ATOMIC FORCE MICROSCOPE) 분석기를 이용하여 시료의 표면 조도를 측정하는 단계로서, 이는 종래의 프로파일러에 의한 조도 측정과는 달리 일정 면적을 측정함으로써, 데이터(DATA)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
S7단계는 데이터의 종합 분석 단계로서, 상기 S3∼S6단계를 거치면서 동일 시료나 다른 시료를 병행하여 측정한 후의 결과를 종합적으로 분석하여 관리 데이터로 삼는 기준을 마련하는 것이다.
이와 같은 본 발명은 다음의 표에 종합 성능 평가 방법을 나타내었다.
상기의 표에 나타낸 것과 같이 광학 현미경을 이용한 S3 단계에서는 전체적인 불량의 분포나 표면의 상태를 검사하고, 이 피 엠 에이(EPMA)분석에서는 광학 현미경 검사에서 불가능한 표면 불량의 유형과 성분, 표면 그레인(GRAIN)의 형태 파악을 실시한다(S4 단계). 에이 피 에스(APS)를 이용한 S5 단계에서는 가스 배관(100)의 내부를 처리(예컨대, EP)한 산화 금속막(METAL OXIDE LAYER)의 두께 및 깊이에 따른 성분을 파악한다.
또한, S6 단계의 분석으로는 표면의 조도를 평가하여 불량의 밀도, 그레인의 크기와 깊이, 표면의 거칠기 등을 평가할 수 있는 것이다.
본 발명의 성능 평가에 따른 분석 절차의 과정을 첨부된 제1도 내지 제4도를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
최초에 분석할 가스 배관(100)의 시료를 수급하여 이 시료를 분석이 용이한 크기의 분석 시료로 골고루 절단한다.(S1, S2 단계) 이렇게 준비된 분석 시료는 두 가지의 방식으로 분석을 진행하는 것인바, 그 하나는 에이 에프 엠(AFM)분석을 진행하고(S6 단계), 다른 하나는 동일한 분석 시료를 이용하여 별도의 분석을 여러번 진행하게 되는 것이다.(S3, S4, S5 단계)
즉, 최초의 시료로부터 전체를 균일하게 대변할 수 있도록 가스 배관(100)의 절단기를 이용하여 절단 처리한다(S2 단계). 이어서, 청정도가 유지되는 작업 공간에서 분석을 진행할 크기 및 형태로 시료를 제작하고 질소(N2GAS)를 이용해서 절단시에 발생한 입자 오염을 제거한 후 시료 입력을 잘 구분해서 보관 처리한다.
이와 같이 준비한 시료(100)를 광학 현미경으로, 제3도 a에서 나타낸 바와 같이, 세 포인트를 찍어 저 배율 및 고 배율로 사진 촬영을 실시하며(S3 단계), 이어서, 제3도b에서 나타낸 바와 같이, 이 피 엠 에이(EPMA) 분석기에서 저 배율, 중간 배율, 고 배율로 세 포인트(a)에 모두 구조 분석 촬영을 하고, 배관 표면의 불량 성분 분석을 실시한다.(S4 단계) 이때, 상기 성분 분석은 중앙 포인트(b)에서만 성분 분석 촬영을 한다.
이렇게 S4 단계와 같은 이 피 엠 에이(EPMA)분석이 끝난 시료를 에이 이 에스(AES) 분석기로 불량이 존재하지 않는 부분의 배관을 깊이별 성분 분석을 실시한다.(S5 단계) 이때에는 제3도c에서 나타낸 바와 같이 중앙 위치에서만 프로파일 검사를 한다.
한편, 상기 검사 분석 단계들(S3,S4,S5)을 수행함과 동시에 또 다른 시료로는 에이 에프 엠(AFM) 분석기에서 표면 조도를 분석하는데,(S6 단계) 제3도d에서와 같이, 세 포인트를 분석해 데이터의 신뢰도를 높이며, 결과 데이터는 3차원 이미지, 표면 조도 프로파일, 표면 조도 값을 얻는다.
특히, 제4도a,b는 본 발명에 의한 에이 에프 엠(AFM) 팁 홀더를 도시한 설명도인데, 에이 에프 엠(AFM) 분석기에서 가스 배관(100)을 효과적으로 분석하기 위하여 팁(10)과, 팁 홀더(20)를 개선한 것으로서, 상기 팁 홀더(20)의 외경이 가스 배관(100)의 중앙부(A)면의 측정이 가능하도록 충분히 좁은 외경과 확장된 길이를 구성한다. 이는 종래의 에이 에프 엠 분석기가 평판 형태의 시료만을 분석하는 것이었기 때문에 단지 팁 길이에 해당하는 (B)면 밖에 측정할 수 있는 것이므로 본 실시예의 배관(100)과 같이 원통형의 시료를 분석할 때에는 가스 배관(100)의 중앙부(A)면을 측정하는 것이 불가능하였다. 따라서, (B)면은 절단시의 영향으로 원래 배관의 상태를 대변하지 못하는 것이므로 본 발명에 의한 팁 홀더(20)에 의해서 중앙부(A)면의 측정이 가능하여 측정에 따른 신뢰감을 향상시킬 수 있는 것이다.
이렇게 S3∼S6단계를 거치면서 동일 시료나 다른 시료를 병행하여 측정한 후 S7단계와 같은 데이터의 종합 분석 단계를 거치면 제품의 초기 상태에 대한 객관적이고도 정확한 해석이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명의 성능 평가 방법에 의하면 가스 배관의 밀도 및 표면 조도가 수치화되어 체계적인 관리가 가능하고, 배관 표면의 상태를 정확히 파악할 수 있으므로 실제 반도체 제조 현장에서 사용되는 가스 배관의 관리 기준을 삼을 수 있는 근거 데이터를 확보할 수 있다.
Claims (1)
- 분석할 가스 배관의 시료를 준비한 후 최초의 시료로부터 전체를 대변할 수 있도록 분석이 용이한 크기로 골고루 절단하는 단계와, 전체적인 가스 배관의 상태와 가스 배관에 존재하는 불량의 밀도를 수치화하기 위한 광학 현미경 검사 단계와, 이 피 엠 에이(EPMA)분석기를 이용하여 상기 불량에 대하여 구조 분석과 배관 표면의 불량 성분을 분석하기 위한 구조 및 성분 분석 단계와, 상기 구조 및 성분 분석 단계를 거쳐 불량이 존재하지 않는 부분의 배관을 에이 이 에스(AES) 분석기를 이용하여 깊이별로 성분을 분석하기 위한 표면 처리 분석 단계와, 상기 광학 현미경 검사 단계, 구조 및 성분 분석 단계, 및 표면 처리 분석 단계를 거친 동일 시료와는 별개로 다른 시료를 이용하여 에이 에프 엠(AFM) 분석기에 의하여 가스 배관의 일정 면적을 측정하기 위해 표면 조도를 측정하는 표면 조도 측정 단계와, 상기 검사 및 분석 단계들을 거친 후 가스 배관 제품의 초기 상태에 대한 객관적이고도 정확한 해석이 가능하도록 데이터를 분석하는 데이터 종합 분석 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용 가스 배관의 성능 평가 방법.
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