KR101007289B1 - 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치 - Google Patents

저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치에 관한 것으로, RF를 발생하여 오염제어용 헤드에 공급하고, 그 발생량을 제어하는 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)와; 상기 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)로부터 제공받은 RF 파워를 활용하여 플라즈마를 형성하여 챔버 내부의 오염을 제거하는 오염제거용 헤드(Contamination eraser head)와; 챔버 내부의 진공도를 측정하여 디스플레이하고, RF 출력을 자동으로 제어하는 오염제거용 진공게이지(Contamination eraser gauge)와; 챔버 내부의 진공도를 제어하는 오염제거용 진공제어유닛(Contamination eraser control unit); 및 챔버와 상기 오염방지 진공제어유닛(140)을 연결하는 오염제거용 플랜지(Contamination eraser plange)를 구비하여 이루어지며, 반도체 웨이퍼를 측정하는 장치의 챔버 내부를 개방하지 않고 클리닝 및 오염제거를 행할 수 있어, 해상도 및 측정 효율을 크게 향상할 수 있고, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)의 챔버 내부에 존재하는 탄화수소(Hydrocarbon) 등의 배출 가스 및 공기 중에 존재하는 이물질을 플라즈마 활성산소와 결합하도록 하도록 함으로써, 생성된 가스를 진공펌프 내부로 배출시키는 구조를 제공할 수 있으며, 더욱이, 대기 중에 존재하는 이물질 및 배출가스를 제거함으로써, 더욱 선명한 상으로 확인할 수 있음으로 반도체 수율을 향상시키는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공할 수 있다.
진공장비, 플라즈마 발생장치, 오염제거용 컨트롤러, 오염제거용 진공제어유닛

Description

저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치{SAMPLE CLEANING AND CONTAMINATION APPARATUS USING LOW POWER PLASMA}
본 발명은 반도체 설비에서 사용되는 측정분석용 진공장비에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 진공장비 내부 챔버에 저전력 플라즈마를 이용하여 샘플을 클리닝하고 오염을 제거 방지하는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 측정분석용 장비에 이용되는 챔버는 샘플이 보관 또는 인출되고, 내부에 펌프의 흄 등 불필요한 가스가 차게 될 수 밖에 없는 구조를 가지며, 이러한 이물질 반입이 챔버 내부로 지속적으로 유입되면 해상도가 흐려지고 고진공에 도달하는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
또, 전자빔이 시료에 조사될 때 가스와 함께 시료에 주사됨으로 인해 시료에 직접적인 손상(damage)을 일으킬 수 있고 이와 함께 시료가 타는(burning) 문제점을 발생시킬 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 해상도가 흐려지는 현상과 같이 시료에 영향을 미치게 되면, 측정 수치에 오차가 발생하게 되어 생산한 웨이퍼를 전량 불량 처리하게 됨으로써 제조 불량 및 원가의 상승요인이 된다.
또한, 종래 기술에 의한 챔버 클리닝 장치는 아래와 같은 문제점도 발생한다. 먼저, 챔버 내부를 알콜을 이용하여 세척하는 경우에는 작업자가 아무리 주의하고 시간을 들여 세척한다고 하여도 알콜의 수분이 잔류하게 된다.
따라서, 챔버 내부를 고진공상태로 다시 도달하고자 하면 최소한 3~4배 이상의 경과시간이 요구된다.
이것은, 클리닝 작업 도중에 약간의 부주의가 발생하기만 하여도 2차적인 오염물질이 챔버의 내부 면에 응착될 수 있는 문제점이 발생하는데, 이것은 챔버를 열고 클리닝을 하게 되므로 공기중에 부유하는 오염원을 근본적으로 해결하지 못하는데 커다란 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 반도체 웨이퍼를 측정분석하는 장치의 챔버 내부를 개방하지 않고 클리닝을 행하여, 해상도 및 측정 효율을 높이는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 의 챔버 내부에 존재하는 탄화수소(Hydrocarbon) 등의 배출 가스 및 공기중에 존재하는 이물질을 플라즈마 활성산소와 결합하도록 하도록 하여 생성된 가스를 진공펌프 내부로 배출시키는 구조를 갖는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공기 중에 존재하는 이물질 및 배출가스를 제거함으로써 보다 선명한 상으로 확인하여 반도체 수율을 향상시키는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치는, RF를 발생하여 오염제어용 헤드에 공급하고, 그 발생량을 제어하는 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)(110)와; 상기 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)로부터 제공받은 RF 파워를 활용하여 플라즈마를 형성하고, 그 내부에는 디스크핀홀 형(disk pin hall type)으로 복수개 적층하여 형성된 적층형 캐소드(laminated cathode)를 삽입하여 구성함으로써 챔버 내부의 오염을 제거하는 오염제거용 헤드(Contamination eraser head)(120)와; 상기 오염제거용 헤드에 결합되어, 챔버 내부의 진공도를 측정하여 디스플레이하고, RF 출력을 자동으로 제어하는 오염제거용 진공게이지(Contamination eraser gauge)(130)와; 상기 오염제거용 진공게이지에 연결되는 제1 솔레노이드밸브(140-1)와, 상기 제1 솔레노이드밸브(140-1)에 일측이 결합되고, 타측에는 제2 솔레노이드밸브(140-3)를 결합하며, 노출된 손잡이(knob)를 갖는 진공제어밸브(140-2)를 구비함으로써 진공상태를 조절하여 챔버 내부의 진공도를 제어하는 오염제거용 진공제어유닛(Contamination eraser control unit)(140); 및 챔버와 상기 오염방지 진공제어유닛(140)을 연결하는 오염제거용 플랜지(Contamination eraser plange)(150);를 구비함으로써 달성할 수 있다.
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이때, 상기 적층형 캐소드의 내부에는 각각의 디스크 캐소드를 끼워 삽입하는 로드부를 형성하고, 상기 로드부는 상기 오염제거용 컨트롤러에 체결되는 관통부(feed through)와 연결되어, 오염제거용 컨트롤러부터 투입되는 RF 파워의 전극 기능을 행하는 구조인 것이 바람직하다.
또한, 상기 로드부의 양단은 내측에 적층된 디스크 캐소드를 고정시키고, 이들의 간격을 조절할 수 있는 디스크 조립노브(122a, 122b)를 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치에 의하면, 반도체 웨이퍼를 측정하는 장치의 챔버 내부를 개방하지 않고 클리닝을 행할 수 있어, 해상도 및 측정 효율을 크게 향상하는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 의 챔버 내부에 존재하는 탄화수소(Hydrocarbon) 등의 배출 가스 및 공기 중에 존재하는 이물질을 플라즈마 활성산소와 결합하도록 하도록 함으로써, 생성된 가스를 진공펌프 내부로 배출시키는 구조를 갖는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 대기 중에 존재하는 이물질 및 배출가스를 제거함으로써, 더욱 선명한 상으로 확인할 수 있음으로 반도체 수율을 향상시키는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
(실시 예)
도 1에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치의 전체 구성을 도시한 구성도이다.
도 1에서, 부호 110은 RF를 발생하고 오염제거장치를 제어하는 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)를 도시하고, 부호 120은 플라즈마를 형성함으로써 오염을 제거하는 오염제거용 헤드(Contamination eraser head)를 도시하며, 부호 130은 챔버내부의 진공도를 측정하여 디스플레이하고, RF 출력을 자동으로 제어하는 오염제거용 진공게이지(Contamination eraser gauge)를 도시하며, 부호 140은 챔버 내부의 진공도를 제어하는 오염제거용 진공제어유닛(Contamination eraser control unit)을 도시하며, 부호 150은 챔버와 상기 오염제거용 진공제어유닛(140)을 연결하는 오염제거용 플랜지(Contamination eraser plange)를 각각 도시한다.
도 1을 참조하면서 그 구성과 작동을 설명하면, 먼저 상기 오염제거용 컨트롤러(110)는 케이블을 통해 오염제거용 헤드(120)에 연결(케이블은 도시 생략)되고, RF를 발생시켜 오염제거용 헤드(120)에 공급함으로써 플라즈마를 생성한다. 이때 상기 오염방지용 컨트롤러(110)에서 저 전력을 이용한 RF를 제공함으로써, 오염제거용 헤드(120)에 플라즈마를 발생하도록 한다. 여기에서, 발생된 플라즈마를 이용하여 챔버 내부의 오염을 제거방지하는 작동을 구현한다.
또, 상기 오염제거용 헤드(120)의 일측은 챔버 내부의 진공도를 측정하는 게이지를 구비하고, 공급되는 RF 출력을 제어하기 위한 장치인 오염제거용 진공게이지(130)에 결합된다. 이를 통하여, 챔버 내부에 형성된 진공도를 가시적으로 측정하고 디스플레이할 수 있고, 오염정도에 따라 필요한 플라즈마를 발생시키기 위하여 RF를 제어할 수 있다.
또한, 상기 오염제거용 헤드(120)의 타측에는 챔버 내부의 진공도를 제어하는 오염제거용 진공제어유닛(140)을 결합한다. 여기에서, 챔버는 오염제거용 헤 드(120)의 내부에 형성되는 룸(room)을 포함하는 것을 언급한다.
구체적으로 내부의 진공도를 제어하는 구성은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 오염제거용 헤드(120)의 내부에는 플라즈마를 발생시키기 위한 캐소드(CATHODE)를 적층하여 구성한 적층 캐소드(120-1)를 구비하는 것이 특징이다.
이는 종래에 사용된 장치에서는 캐소드의 형상을 원통형(도시는 생략)으로 구비하였던 것과 다른 것으로, 디스크핀 홀 타입(disk pin hall type)의 캐소드를 구비한 것이다. 즉, 챔버 내부에서 발생되는 오염을 제거하기 위하여 필요한 플라즈마를 최대한 활성화 할 수 있도록 디스크 타입의 적층 구조로 되는 디스크핀 홀 타입의 캐소드를 구비한다. 이렇게 적층타입으로 함으로써 플라즈마 활성가스의 접촉면적을 최대화 할 수 있고, 플라즈마 활성 가스가 챔버내부에 밀폐되도록 유도할 수 있게 되는 구성을 제공하여 챔버 내부롤 흡입되는 모든 가스를 완전 연소하여 활성화하기 위한 디스크핀 홀 타입의 캐소드를 제공하는 것이다.
이러한 구성으로 함으로써, 공기에 접촉되는 부분을 확대하여 플라즈마가 생성되는 양을 증대시키고 불활성산소의 발생을 최대한(거의 완전하게) 억제시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에서는 디스크 타입의 적층 캐소드(120-1)를 구비함으로써, 저 전력을 이용함으로써도 오염정도에 따라 플라즈마 양을 증대 혹은 감소할 수 있는 기계적인 특징을 구현하게 된다.
다음으로, 도 2는 본 발명에 따른 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치에 있어서, 오염제거용 진공제어유닛(140)을 구성하는 세부 구성도를 도시한 것이다.
도 2에서 부호 140-1은 제1 솔레노이드밸브, 부호 140-2는 진공제어밸브를 도시하고, 부호 140-3은 제2 솔레노이드 밸브를 각각 도시하는 것이다.
도시한 바와 같이, 진공제어밸브(140-2)를 개재하여 제1 솔레노이드밸브(140-1)와 제2 솔레노이드밸브(140-3)가 연결된다. 여기에서, 상기 진공제어밸브(140-2)에 노출된 손잡이(knob)를 통하여 진공도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 오염방지용 컨트롤러(110)에서 저 전력을 이용한 RF를 제공하여, 오염제거용 헤드(120)의 내부에 설치된 적층 캐소드(120-1)에 공급함으로써 오염을 제거하는 플라즈마를 생성한다.
다음으로, 상기 오염제거용 진공제어유닛(140)을 통하여 플라즈마의 발생량을 조절할 수 있다. 이때는 제1 솔레노이드밸브(140-1)와 제2 솔레노이드밸브(140-2)를 통해 진공상태를 조절할 수 있으며, 더욱 세밀하게는 외부로 노출된 진공제어밸브(140-2)의 손잡이(knob)를 미세 조정함으로써 플라즈마 생성에 필요한 진공상태를 조절할 수 있는 것이다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 챔버 내부에 형성되는 샘플 오염(sample contamination)을 제거할 수 있고, 패턴이 수축하거나 깨지는(pattern shrink & distortion) 현상을 제거함으로써, 고 해상도(high resolution)를 구현할 수 있다. 이에 따라, 측정의 정확도를 향상시켜 오차를 줄일 수 있다.
또, 챔버를 개방하지 않은 상태로 내부의 플라즈마를 발생시켜 클리닝을 완료하기 때문에 챔버의 고진공을 일정수준으로 확보하는 시간이 빠르게 된다. 물론, 챔버를 개방하지 않는 구성으로 함으로써 클리닝 시간을 단축할 수 있는 효과가 있고 외부로 부터 침입이 예상되는 오염물질을 방지할 수 있어, 생산성 향상에 매우 크게 기여한다.
다음으로, 도 3은 본 발명에 사용되는 디스크핀 홀 형의 적층 캐소드의 형상을 도시한 구성도로, (a)는 디스크핀 홀 타입 적층 디스크의 형상을 도시하고, (b)는 디스크 로드부, (c)는 디스크 로드부에 적층되어 결합된 디스크핀 홀 타입의 적층디스크의 형상을 도시한다.
도면을 참고하여 설명하면, 도 3의 (a)에서는 디스크를 적층하여 형성한 디스크핀 홀 타입의 적층형 캐소드(cathode)(120-1)을 도시하고 있다. 이 적층형 캐소드의 내부는 도 3의 (b)와 (c)에서 도시한 바와 같은 구조의 로드부(road part)(122b)로 체결된다. 이때, 상기 로드부(124)는 상기 오염제거용 컨트롤러(110)와 체결되는 관통부(feedthrough)와 연결되어 RF 파워의 전극역할을 수행하게 된다.
또, 상술한 디스크 조립노브(knob)(122a, 122b)는 도구를 이용하여 조임 및 풀림을 행할 수 있는 구조이며, 적층형 캐소드(cathode)(120-1)를 구성하는 각각의 디스크 캐소드 간의 간격을 조절함으로써, 방전 현상을 제거하고, 플라즈마간 충돌 현상을 제거함으로써 플라즈마의 발생량을 최대활성을 유도하는 역할을 수행한다. 이러한 디스크 캐소드 간의 간격 조절은 디스크 조립노브(122b)를 조절함으로써 행하는 것으로 하였지만, 디스크 조립노브(122a) 측에 설치하여도 문제는 없다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 본 발명에 의한 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치는 반도체 웨이퍼를 측정하는 장치의 챔버 내부를 개방하지 않고 클리닝을 행할 수 있어, 해상도 및 측정 효율을 크게 향상할 수 있는 효과를 구현한다.
또, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)의 챔버 내부에 존재하는 탄화수소(Hydrocarbon) 등의 배출 가스 및 공기 중에 존재하는 이물질을 플라즈마 활성산소와 결합하도록 하도록 함으로써, 생성된 가스를 진공펌프 내부로 배출시키는 구조를 갖게 된다.
또한, 대기 중에 존재하는 이물질 및 배출가스를 플라즈마 발생을 최대화함으로 제거할 수 있게 되어, 더욱 선명한 상으로 확인할 수 있음으로 반도체 수율을 향상할 수 있는 효과를 구현한다.
도 1에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치의 전체 구성을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치에 있어서, 오염제거용 진공제어유닛(140)을 구성하는 세부 구성도.
도 3은 본 발명에 사용되는 디스크핀 홀 형의 적층 캐소드의 형상을 도시한 구성도로, (a)는 디스크핀 홀 타입 적층 디스크의 형상을 도시하고, (b)는 디스크 로드부, (c)는 디스크 로드부에 적층되어 결합된 디스크핀 홀 타입의 적층디스크의 형상을 도시함.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110: 오염제거용 컨트롤러 120: 오염제거용 헤드
120-1: 적층형 캐소드(cathode) 122a, 122b: 디스크 조립노브
124: 적층 로드부 140-1: 제1 솔레노이드밸브
140-2: 진공제어밸브 140-3: 제2 솔레노이드 밸브
130: 오염제거용 진공게이지 140: 오염제거용 진공제어유닛
150: 오염제거용 플랜지

Claims (5)

  1. RF를 발생하여 오염제어용 헤드에 공급하고, 그 발생량을 제어하는 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)(110)와;
    상기 오염제거용 컨트롤러(Contamination eraser controller)로부터 제공받은 RF 파워를 활용하여 플라즈마를 형성하고, 그 내부에는 디스크핀홀 형(disk pin hall type)으로 복수개 적층하여 형성된 적층형 캐소드(laminated cathode)를 삽입하여 구성함으로써 챔버 내부의 오염을 제거하는 오염제거용 헤드(Contamination eraser head)(120)와;
    상기 오염제거용 헤드에 결합되어, 챔버 내부의 진공도를 측정하여 디스플레이하고, RF 출력을 자동으로 제어하는 오염제거용 진공게이지(Contamination eraser gauge)(130)와;
    상기 오염제거용 진공게이지에 연결되는 제1 솔레노이드밸브(140-1)와, 상기 제1 솔레노이드밸브(140-1)에 일측이 결합되고, 타측에는 제2 솔레노이드밸브(140-3)를 결합하며, 노출된 손잡이(knob)를 갖는 진공제어밸브(140-2)를 구비함으로써 진공상태를 조절하여 챔버 내부의 진공도를 제어하는 오염제거용 진공제어유닛(Contamination eraser control unit)(140); 및
    챔버와 상기 오염방지 진공제어유닛(140)을 연결하는 오염제거용 플랜지(Contamination eraser plange)(150);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적층형 캐소드의 내부에는 각각의 디스크 캐소드를 끼워 삽입하는 로드부를 형성하고, 상기 로드부는 상기 오염제거용 컨트롤러에 체결되는 관통부(feed through)와 연결되어, 오염제거용 컨트롤러부터 투입되는 RF 파워의 전극 기능을 행하는 구조인 것을 특징으로 하는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 로드부의 양단은 내측에 적층된 디스크 캐소드를 고정시키고, 이들의 간격을 조절할 수 있는 디스크 조립노브(122a, 122b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 저 전력 플라즈마를 이용한 샘플클리닝 및 오염제거장치.
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