KR100998987B1 - 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체와 같은 정밀기기에 사용되는 부품의 코팅성능을 측정하기 위한 방법 중 내플라즈마 평가방법에서 챔버내에 아킹을 걸어 부품의 코팅에서 튀어나오는 입자를 정량화하여 부품의 내구성을 평가하는 플라즈마 평가방법에 관한 것이다.

본 발명의 평가방법은, 반도체를 포함한 정밀기기에 사용되는 부품의 코팅성능을 평가하는 내플라즈마 평가방법에 있어서, 코팅부품의 시편을 챔버에 장착하고, 챔버의 배기라인에는 OES(Optical emission spectroscopy) 장착하는 평가준비과정과; 상기 챔버에 플라즈마를 걸어 시편에 아킹이 발생되도록 하는 아킹발생실험과정과; 상기 아킹에 의해 시편으로부터 분리된 파티클을 OES 스펙트럼 분석하여 Al 또는 O 성분 피크크기를 정량화하는 OES분석과정과; 상기 OES분석과정에서 분석된 데이터를 이용하여 내플라즈마를 평가하는 내플라즈마 평가과정;을 포함하여 이루어진다.

플라즈마, 내구성, 코팅성능, 아킹, 부품

Description

아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법{Evaluation Method for Anti-Plasma using Arcing}

본 발명은 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체와 같은 정밀기기에 사용되는 부품의 코팅성능을 측정하기 위한 방법 중 내플라즈마 평가방법에서 챔버내에 아킹을 걸어 부품의 코팅에서 튀어나오는 입자를 정량화하여 부품의 내구성을 평가하는 플라즈마 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로 CVD/ALD, PVD, Etcher등 반도체제조 핵심장비에 장착되는 부품은 이온, 전자, 및 활성종으로 이루어진 고에너지의 반응성이 높은 플라즈마 환경, 부식성이 높은 화학기체 환경, 고온 환경 등의 극한 상황에서 사용되고 있어 부식문제와 파티클 발생문제가 심각하다. 이러한 장비의 내부 부품의 많은 부분이 소모품이며, 주기적으로 교체사용되고 있는 것으로, 건식식각 장비 또한 증착 장비 등과 같이 반도체 공정장비의 대부분은 수입에 의존하고 있어 부품 자체가 고가를 형성하기 때문에 운용비용이 과다하게 소요되고 있다. 따라서, 상기 부품을 국산화하려는 노력이 진행되어 왔으나, 국산화된 부품에 대한 특성평가를 현장의 고정장비에서 할 수 있는 형편도 아니고, 부품의 특성평가를 따로 지원해주는 기관이 없기 때문에 국산화를 하더라도 현장의 장비에 직접 투입하기에는 현실적으로 불가능하다. 따라서 내부부품의 국산화를 촉진하고 효율적인 현장적용을 위해서는 실제 공정환경과 유사한 환경에서 부품의 특성평가를 지원할 수 있는 체제가 구축되어야 한다.

한편 코팅 관련 잠재 시장으로는 국내에서만 2000억원, 세계적으로는 국내시장의 약 10배 이상이라고 예상되고 근래에는 기존의 에노다이징을 대체하여 세라믹코팅 방식의 시장이 커지고 있다. 상술한 바와같이 코팅은 각 제품에 적합한 여러종류의 공정 및 재료가 사용되고 있다. 같은 CVD나 건식식각 공정이라 하더라도 사용공정에 따라 화학가스, 온도, 플라즈마 타입 등이 다르기 때문에 각기 다른 특성을 보이고 있어 이에 따른 공정영향에 따른 성능평가가 정확하게 이루어져야 한다.

상기 코팅의 평가방법 중 하나가 플라즈마에 대한 내성을 측정하는 것으로, 기존에 코팅에 대한 내플라즈마 측정방법으로는 플라즈마에 일정시간 노출시키는 것을 수회 반복하여 내전압을 측정함으로써 플라즈마로 인해 코팅의 손상정도를 평가하는 방법이 적용되고 있다.

그러나 내전압만으로는 코팅의 평가를 완전하게 하기 힘들며, 특히 반도체/디스플레이 공정에서는 코팅이 플라즈마에 손상을 받아 오염원으로 작용하기도 하는데 이러한 오염원 발생정도를 측정하는 평가방법은 전무한 상태이다. 따라서, 실제 플라즈마 손상을 입은 코팅소재의 오염원 발생 여부를 평가하는 방법이 필요하다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법은,

반도체를 포함한 정밀기기에 사용되는 부품의 코팅성능을 평가하는 내플라즈마 평가방법에 있어서, 코팅부품의 시편을 챔버에 장착하고, 챔버의 배기라인에는 OES(Optical emission spectroscopy) 장착하는 평가준비과정과; 상기 챔버에 플라즈마를 걸어 시편에 아킹이 발생되도록 하는 아킹발생실험과정과; 상기 아킹에 의해 시편으로부터 분리된 파티클을 OES 스펙트럼 분석하여 Al 또는 O 성분 피크크기를 정량화하는 OES분석과정과; 상기 OES분석과정에서 분석된 데이터를 이용하여 내 플라즈마를 평가하는 내플라즈마 평가과정;을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 평가준비과정에는 챔버의 내부 하측에 파티클 평가용 기판을 더 장착하고, 상기 분석과정 후에는 챔버에서 기판을 분리하고, 이의 성분을 분석하여 면적당 기판위의 Al 또는 O 성분을 정량적 평가하는 성분분석과정이 더 이루어질 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법은,

시편에 플라즈마를 걸어 아킹을 형성하고, 형성된 아킹에 의해 시편의 코팅막으로부터 튀어나오는 파티클을 OES를 통해 분석하여 피크수와 크기를 정량화하여 플라즈마 내성을 평가하였으며, 또한 챔버내에 파티클 평가용 기판을 더 설치하여 플라즈마 반응 후 기판의 단위면적당 파티클 성분을 정량적으로 측정하여 플라즈마 내성을 평가하는 등 플라즈마의 데미지에 의해 코팅막 성능을 평가하여 코팅이 적합하게 이루어진 부품 사용이 가능하도록 하는 유용한 방법의 제공이 가능하게 된 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법은, 평가준비과정(P1)이 이루어진다. 먼저 본 발명의 챔버(10)는 도 2를 참조한 바와같이 내부에 중공부가 형성되고 상단에는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극(20)이 설치되며, 하단은 배기라인(50)이 연통되어 있으며, 상기 배기라인의 일측에는 배출되는 기체의 성분을 분석하기 위한 분석장치(60)가 설치된다. 상기 분석장치로는 다양한 장치가 사용될수 있으나, 본 발명에서는 OES(Optical emission spectroscopy)를 사용하였다.

상기한 구성을 갖는 챔버(10)에는 내부에 코팅막을 형성한 코팅 부품 샘플 또는 시편을 장착하게 된다. 이때 상기 시편을 장착할 경우에는 코팅 부품과 동일하게 코팅을 시킨 것을 사용하여 측정의 오차가 발생되는 것을 최소화한다. 또한, 상기 시편(30; 이하 코팅부품샘플을 포함한 것으로 함)은 챔버 내부의 상단에 설치되거나 하단에 설치될 수 있다.

상기 평가준비과정이 완료되면 아킹발생실험과정(P2)이 수행된다. 상기 과정에서는 챔버에 플라즈마를 걸어 시편에 아킹이 발생되도록 하는 과정이다. 여기서 상기 전극주위에는 한쌍 또는 다수의 마그네틱 또는 환형태의 마그네틱을 설치하여 자장에 의해 플라즈마의 밀도 효율을 증가되도록 할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마의 아킹발생에 앞서 플라즈마 전자밀도를 표준값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이는 동 출원인에 의해 2007년 12월 13일에 출원된 특허출원 10-2007-0130359의 내플라즈마 평가방법에 언급한 바와같이 챔버내에 설정하 고자 하는 플라즈마 표준밀도값을 선택하고, 플라즈마 챔버 내의 가스유량과 온도를 실험표준값으로 유지시키며, 플라즈마 발생장치의 세기를 조절하여 플라즈마 챔버내의 전자밀도를 선택된 표준밀도값과 일치시키는 과정을 챔버의 실험환경을 표준실험환경으로 설정한다.

상기 과정 다음으로는 OES 분석과정(P3)이 이루어진다. 상기 과정은 이전 과정에서 발생된 아킹에 의해 시편(30)의 코팅막에서 파티클(40)이 떨어지면 배기라인에 설치된 과정에서 OES에서 이의 피크수와 크기를 정량화하여 부품의 플라즈마 내성을 평가한다. 여기서 상기 파티클의 배기가 용이하게 이루어지도록 하기 위해 별도의 이송가스를 챔버내에 주입하여 이송이 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로 상기 분석데이터를 이용하여 내플라즈마 평가과정(P4)이 수행된다. 상기 내플라즈마 평가과정은 측정된 데이터를 이용하여 기존표준데이터값과 대비하여 내플라즈마 정도를 평가하거나, 평가의 정확성을 향상시키기 위해 표준시편에 대한 분석을 한 후 이 데이터를 측정대상시편과 대비하여 평가가 이루어지도록 할 수 있다.

예컨대 도 3을 참조한 바와같이 측정대상 시편에 대한 아킹발생실험과정(P2)을 수행하기 이전에 표준시편에 대한 표준아킹발생실험과정(P5)과 표준OES분석과정(P6)을 수행하고, 상기 과정에서 수취한 표준시편에 대한 분석데이터와, 동일한 조건에서 측정한 측정대상시편에 대한 분석데이터를 비교하여 내플라마에 대한 평 가가 이루어지도록 한다.

한편 도 4와 5를 참조한 바와같이 챔버의 하단에 파티클평가용 기판(70)을 더 장착하여 플라즈마에 의해 떨어진 코팅막 파티클을 기판의 단위면적당 성분을 분석하는 성분분석과정(P7)이 더 수행될수 있다. 상기 성분분석과정은 OES분석과정(P3)이 이루어진 후 기판(70)을 챔버(10)에서 분리하여 분석기기인 EDAX를 이용하여 기판의 단위면적당 파티클 성분을 정량적으로 평가한다. 예컨대 상기 파티클평가용기판은 Si웨이퍼를 사용하고, 시편의 Al₂O₃ 코팅막 평가시에는 Si 웨이퍼내 단위면적당 Al과 O 성분을 관찰하면 이들 파티클 성분을 정량적으로 측정할 수 있다.

상기 성분분석과정은 OES분석과정에서와 같이 표준시편과 측정대상시편을 각각 실험하여 분석데이터의 비교에 의해 내플라즈마 평가가 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 성분분석과정은 OES분석과정 없이 단독으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내플라즈마 평가방법의 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 내플라즈마 실험장치를 도시한 개략도.

도 3고 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 내플라즈마 평가방법의 흐름도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내플라즈마 실험장치를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 챔버 20 : 전극

30 : 시편 40 : 파티클

50 : 배기라인 60 : 분석장치(OES)

70 : 기판

P1 : 평가준비과정 P2 : 아킹발생실험과정

P3 : OES분석과정 P4 : 내플라즈마평가과정

P5 : 표준아킹발생실험과정 P6 : 표준OES분석과정

P7 : 성분분석과정

Claims (4)

1. 반도체를 포함한 정밀기기에 사용되는 부품의 코팅성능을 평가하는 내플라즈마 평가방법에 있어서,

   코팅부품의 시편을 챔버에 장착하고, 상기 챔버의 내부 하측에는 파티클 평가용 기판(70)을 장착하고, 상기 챔버의 배기라인에는 OES(Optical emission spectroscopy) 장착하는 평가준비과정(P1)과;

   상기 챔버에 플라즈마를 걸어 측정대상 시편에 아킹이 발생되도록 하는 아킹발생실험과정(P2)과;

   상기 아킹에 의해 측정대상 시편으로부터 분리된 파티클을 OES 스펙트럼 분석하여 Al 또는 O 성분 피크크기를 정량화하는 OES분석과정(P3)과;

   상기 챔버에서 기판을 분리하고, 이의 성분을 분석하여 면적당 기판위의 Al 또는 O 성분을 정량적 평가하는 성분분석과정(P7)과;

   상기 OES분석과정과 성분분석과정에서 분석된 데이터를 이용하여 내플라즈마를 평가하는 내플라즈마 평가과정(P4);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 아킹발생실험과정과 OES분석과정 이전에 표준시편에 대한 표준아킹발생실험과정(P5)과 표준OES분석과정(P6)이 더 이루어지도록 하고,

   상기 내플라즈마평가과정(P4)에서는 표준시편의 분석데이터와 측정대상시편의 분석데이터를 비교하여 내플라즈마를 평가하도록 한 것을 특징으로 하는 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 챔버의 전극(20)주위에 마그네틱을 붙여 플라즈마 밀도효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 아킹을 이용한 내플라즈마 평가방법.

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