KR101108541B1

KR101108541B1 - 표피효과를 이용하여 플라즈마 공정 챔버의 세정주기를 결정하는 장치

Info

Publication number: KR101108541B1
Application number: KR1020100037879A
Authority: KR
Inventors: 김관하; 김창하
Original assignee: (주)에이티엔에스
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2012-01-30
Also published as: KR20110118337A

Abstract

공정챔버의 세정시기를 결정하는 장치가 개시된다. 본 발명은, 공동형상의 부재로서, 측정공동(110); 측정 플레이트(120); 상기 측정플레이트(120)의 하부면으로부터 상기 공정챔버의 외부로 연장된 측정라인(122)을 이용하여, 상기 측정플레이트의 표면에 부착된 공정부산물로 인한 표피효과의 소비전력인 표피전력을 계산하고 상기 표피전력을 주기적으로 저장함으로써 상기 표피전력의 시간적변화에 관한 정보인 표피전력패턴정보를 결정하는 표피전력패턴결정부(130); 상기 표피전력패턴정보(132)를, 상기 공정챔버에서 수행되는 공정의 공정조건에 따라 상기 공정의 정상적인 운행이 가능하게 하는 표피전력의 정도를 나타내는 세정기준정보(142)와 비교함으로써, 상기 공정챔버의 세정시기를 결정하는 세정시기결정부(140)를 포함하고, 상기 표피전력측정시 사용되는 전원의 주파수는 상기 플라즈마유기장치에서 사용되는 전원의 주파수와 상이한 대역을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 플라즈마유기장치와 모니터링장치상호간의 간섭이 감소되며 보다 용이하게 공정챔버의 세정시기를 결정할 수 있다.

Description

표피효과를 이용하여 플라즈마 공정 챔버의 세정주기를 결정하는 장치{Apparatus for determining of plasma process chamber cleaning period by using skin effect}

본 발명은 플라즈마 공정챔버의 세정 주기를 결정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 유기 장치와 세정 주기 결정 장치 상호간의 간섭을 제거하여 측정 정확성과 공정 정확도를 증가시키고, 설치 및 사용을 용이하게 한 세정 주기 결정 장치에 관한 것이다.

박막 증착 및 식각 공정은 반도체 혹은 평판디스플레이장치의 제조공정에서 가장 중요한 기술의 하나이다. 이 공정의 수행을 위해 1920년대에는 고순도의 금속을 얻는 방법으로 요오드법이 사용되었고, 1940년대부터는 고순도의 게르마늄,실리콘의 제조법등이 사용되었고, 1970년대에는 집적기술의 발달과 더불어 고순도 고품질을 위해 플라즈마를 이용한 증착 및 식각기술이 사용되고 있다.

플라즈마를 이용한 박막형성기술의 대표적 방법으로 CVD(chemical vapor deposition, 화학기상증착법)이 사용되고 있다. 이 기술은 기체상태의 화합물을 가열된 모재표면에서 반응시키고 생성물으르 모재표면에 증착시키는 방법인데, PVD 법에 비하여 고속입자의 기여가 적기 때문에 기판표면의 손상이 적은 이점이 있어 현재 상업적으로 널리 사용되고 있다.

이처럼 플라즈마를 이용한 반도체 공정이 널리 사용됨에 따라 챔버 내부를 모니터링하기 위한 장치에 대한 요구가 있다. 챔버 모니터링 장치는 공정의 미세화, 대면적화의 균일도 확보에 필요한데 공정 챔버 내부의 상태를 측정하고 모니터링함으로써 공정 챔버의 비정상적 상태를 감지하고 세정주기를 결정하는등 유지보수의 효율성을 높여 궁극적으로 공정챔버의 가동율과 수율을 증가시키는데 기여한다.

도 1은 종래의 공정챔버를 모니터링 장치를 나타내는 도면이다.

그러나, 도 1에 나타난 바와 같은 종래의 모니터링장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 대부분의 종래의 모니터링 장치는 플라즈마를 모니터링 함으로써 챔버상태를 예측하고자하는 간접적인 방법이 사용되고 있는데, 현재 플라즈마는 블랙박스로 표현될 정도로 아직 그 특성을 진단하고 예측하는 것은 매우 어려운 작업중의 하나이어서 모니터링의 한계를 지닌다.

둘째, 도 1에 나타난 바와 같은, 현재 플라즈마 진단장비로 플라즈마내에 형성되는 라디칼 혹은 화합물의 종류 및 농도, 하전입자의 종류 및 농도를 분석하는 방법들이 사용되고 있는데, 그 중 대표적인 Langmuir probe의 경우 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 도 1에 나타난 바와 같이 플라즈마내에 형성되는 하전입자의 질량 및 이온에너지 분포등은 측정이 불가능하여 그 분석에 한계를 가질 뿐 아니라, 플라즈마를 분석하기 위한 탐침(probe)가 플라즈마가 발생하는 영역에 직접 삽입됨으로써 플라즈마 자체에 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있으며, 또한 플라즈마 진단에 사용되는 탐침의 effective current collecting 면적은 탐침의 실제 표면적이 아니라 탐침주위에 형성된 시이스(sheath)의 표면적이기 때문에 오차가 발생할 수 있고, 또한 플라즈마에 위치한 탐침이 이온,전자,광자와의 충돌에 의해 2차전자를 방출할 수 있어서 이는 측정오차의 원인이 될수 있으며, 또한 전자포화전류영역에는 이온포화전류영역에 비하여 매우 큰 전류가 흐르게 되는데 이런 경우 플라즈마가 심하게 요동할 우려가 있는 등 탐침의 사용에 의한 다양한 문제점이 발생한다.

셋째, 또다른 종래의 플라즈마 진단법인 OES(optical emission spectroscopy) 의 경우엔 정량적인 해석을 위해 종종 Ar actinometry를 사용하여 특정 파장의 세기와 Ar 에 의한 파장의 세기를 고려해야 하며, 또한 검출되는 수많은 피크 및 이 들 피크의 중첩에 대해 아직 명확하게 해석하지 못하고 있는 실정이어서 분석에 한계를 가진다.

넷째, 또다른 종래의 플라즈마 진단법인 QMS법 (quadrupole mass spectrometer) 의 경우엔 필라멘트를 가열하여 튀어나온 열전자를 가속, 중성입자와 충돌시켜 이온을 만들고 각각의 극에 직류 및 교류 전압을 인가하여 중성입자 및 이온의 질량을 측정하는데, 이는 저온 플라즈마에서 가스의 질량 스펙트럼은 매우 간단하게 분석가능하기 때문에 플라즈마 반응종의 양을 측정하는데 유용하다. 그러나, 이 방법은 전자와의 충돌로 해리된 이온, 라디칼의 밀도, 질량 및 에너지 분포를 측정하기 위한 양산화된 기술이 개발되어 있지 않기 때문에 이를 이용하여 공정 챔버내부의 상태를 예측하는 것은 여전히 한계점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째 모니터링장치로부터 플라즈마장치로의 영향을 방지함으로써 공정챔버의 운용특성을 방해하지 않으며 둘째 플라즈마장치로부터 모니터링장치로의 영향을 억제함으로써 모니터링장치의 모니터링정확도를 향상시키며, 셋째 간단한 장비에 의해 보다 용이하게 세정시기를 결정할 수 있는 플라즈마 공정 챔버의 세정주기를 결정하는 장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 챔버월(10), 챔버라이너(20) 및 플라즈마유기장치(30) 로 구성된 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 공정챔버(1)에서 상기 공정챔버 내부의 반응부산물을 세정하기 위한ㅇ챔버 세정 주기를 결정하는 장치(100)에 있어서, 공동형상의 부재로서, 상기 챔버월(10) 및 챔버라이너(20)를 관통하여 상기 공정챔버의 공정공간 내부로 연장하여 형성된 측정공동(110); 세라믹재료로 형성된 판상부재로서, 상부면이 상기 챔버라이너(20)와 동일한 표면 높이를 가지며 상기 측정공동(110)을 관통하여 상기 공정공간을 향하도록 배치된 측정 플레이트(120); 상기 측정플레이트(120)의 하부면으로부터 상기 공정챔버의 외부로 연장된 측정라인(122)을 이용하여, 상기 측정플레이트의 표면에 부착된 공정부산물로 인한 표피효과의 소비전력인 표피전력을 계산하고 상기 표피전력을 주기적으로 저장함으로써 상기 표피전력의 시간적변화에 관한 정보인 표피전력패턴정보를 결정하는 표피전력패턴결정부(130); 상기 표피전력패턴정보(132)를, 상기 공정챔버에서 수행되는 공정의 공정조건에 따라 상기 공정의 정상적인 운행이 가능하게 하는 표피전력의 정도를 나타내는 세정기준정보(142)와 비교함으로써, 상기 공정챔버의 세정시기를 결정하는 세정시기결정부(140)를 포함하고, 상기 표피전력측정시 사용되는 전원의 주파수는 상기 플라즈마유기장치에서 사용되는 전원의 주파수와 상이한 대역을 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 세정시기결정부(140)는, 과거의 건식세정 시행후 상기 측정 소비전력의 레벨이 과거의 정상적인 소비전력패턴으로 회귀하는 수준을 나타내는 건식세정 기준소비전력의 레벨을 이탈하는지 여부에 따라 건식세정의 세정시기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 세정시기결정부(140)는, 상기 결정된 건식 세정의 세정시기에 의해 건식세정이 시행된 후 미리결정된 시간후에도 상기 기준소비전력로 회귀하지 않는 경우 현재 시기를 상기 습식세정의 세정시기로 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 표피전력패턴결정부(130)는, 주파수가변형 고주파전원인 RF전원부(310); 상기 RF전원부에 의해 상기 측정플레이트에 가해진 전원에 의해 발생된 표피전압 및 표피전류를 측정하는 전압전류측정부(320); 상기 표피전압 및 표피전류에 기초하여 표피전력을 계산하는 표피전력계산부(330); 상기 표피전력을 시간에 따라 저장, 검색 및 편집함으로써 상기 표피전력패턴정보를 생성하는 패턴결정부(340)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 측정플레이트(120)와 상기 표피전력패턴결정부(130)사이에 상기 플라즈마유기장치로부터 상기 표피전력패턴결정부로의 주파수간섭을 방지하기 위해 주파수를 필터링하는 RF 보상부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 세정시기결정부(140)는 과거의 표피전력패턴정보와 현재의 표피전력패턴정보를 패턴인식 알고리즘을 이용하여 분석함으로써, 세정시기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 플라즈마진단장비를 이용하는 대신 표피전력패턴분석을 이용하기 때문에 보다 용이하면서도 정확한 세정시기결정이 가능하고 그 결과 공정챔버의 가동시간이 증가하며 유지보수기간 및 비용이 감소한다.

또한 본 발명에 의하면, 종래와 달리 탐침(probe)를 사용하지 않기 때문에 공정챔버를 모니터링하는 장치가 공정장치 즉 플라즈마 유기장치에 영향을 주는 것이 방지된다.

또한 본 발명에 의하면, 모니터링장치의 주파수와 플라즈마유기장치의 주파수를 상이하게 할 수 있기 때문에, 모니터링장치에 의해 공정이 영향을 받는 것이 방지된다.

또한 본 발명에 의하면, RF 보상부에 의해 플라즈마유기장치로부터 본 발명의 모니터링장치로의 영향이 방지되어 보다 정확한 측정이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 보다 저렴한 장비로 보다 용이하게 공정챔버의 세정주기를 결정할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 표피전력패턴정보가 디지털신호처리가능한 형태로 생성되기 때문에, 패턴분류,분석등 공정챔버의 다양한 유지보수작업을 위한 정보로 활용가능하다.

도 1은 종래의 공정챔버를 모니터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정챔버의 세정주기 결정장치가 설치된 공정챔버주변을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 세정주기결정장치의 상세도이다.
도 4는 표피전력패턴결정부(130)의 내부구성을 나타내는 도면이다.
도 5 및 6은 세정시기결정부(140)가 세정시기를 결정하는 동작을 설명하는 도면으로서, 도 5는 표피효과의 소비전력의 측정회로도이고, 도 6은 소비전력패턴정보의 가시적인 표현으로서 도시된 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정주기 결정장치(200)를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 8b는 도 7의 실시예에 의해 추가된 RF 보상부의 기능을 설명하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정챔버의 세정주기 결정장치가 설치된 공정챔버주변을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 세정주기결정장치의 상세도이고, 도 4는 표피전력패턴결정부(130)의 내부구성을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 세정주기결정장치가 세정주기를 결정하는 방법을 나타내는 도면으로서, 전기저항이 큰 공정부산물이 측정플레이트의 표면에 쌓였을 때 건식 및 습식세정시기가 표시되는 그래프를 나타낸다.

본 발명이 설치되는 공정챔버의 주변구성 및 본 발명의 구성을 이하 도면을 참조하여 설명한다.

플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 공정챔버(1)는 챔버월(10), 챔버라이너(20) 및 플라즈마유기장치(30)를 포함한다. 본 발명에 따른 세정주기결정장치는 공정챔버의 외부에서 공정챔버의 내부공간인 공정공간으로 연장되어 설치된다.

챔버월(10)은 화학적으로 안정하고 공정챔버를 지지하는 판상의 구조물이다.

챔버라이너(20)는 화학적으로 안정한 물질로 이루어진 판상의 부재로서, 상기 챔버월(10)내부를 감싸서 공정공간에서 발생하는 화학적반응으로부터 챔버월(10)의 내부면을 보호하며, 공정챔버의 유지보수작업을 용이하기 위해 챔버월(10)로부터 탈착가능한 구조를 가진다. 챔버라이너(20)는 화학적으로 안정한 물질인 세라믹재료로 이루어지는 것이 일반적이며, 바람직하게는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.

플라즈마유기장치(30)는 플라즈마를 공정챔버의 공정공간에 발생시키기 위한 장치로서, 전력을 이용하여 플라즈마를 유기시키는 RF 소스파워(35), 플라즈마이온들의 운동에너지를 조절하는 RF 바이어스 파워(37), 플라즈마를 공정챔버의 상단에 분산시키는 RF 안테나(34)등을 포함한다.

부가적으로, 공정대상물이 놓여지기 위한 캐소드(40), 공정가스를 인입시기키 위한 가스인젝터(50) 및 공정챔버의 진공형성을 위해 외부와 차단하는 챔버윈도우(60) 등이 공정챔버에 설치가능하다. 상기 플라즈마 유기장치의 구성 및 공정챔버 주변의 부가구성은 당업계에 널리 알려져 있다.

본 발명의 공정챔버의 세정주기 결정장치(100)는 측정공동(110), 측정플레이트(120), 표피전력패턴결정부(130), 세정시기결정부(140)을 포함한다. 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

측정공동(110)은 공동형상의 부재로서, 상기 챔버월(10) 및 챔버라이너(20)를 관통하여 상기 공정챔버의 공정공간 내부로 연장하여 형성된다. 측정공동(110)의 내부로 후술할 측정라인(122) 및 측정플레이트(120)가 위치하게 된다.

측정플레이트(120)는 세라믹재료로 형성된 판상부재로서, 상부면이 상기 챔버라이너(20)와 동일한 표면 높이를 가지며 상기 측정공동(110)을 관통하여 상기 공정공간을 향하도록 배치된다.

측정플레이트(120)의 높이가 챔버라이너(20)의 높이와 동일한 높이를 가지게 하는 것은 본 발명에 의한 장치가 공정챔버에 영향을 미치지 않게 하기 위함이다. 이에 대해서는 효과부분에서 보다 상세히 설명하다. 또한 높이를 일치시키는 것은 챔버라이너의 유지보수작업 및 측정플레이트와 쳄버라이너사이의 밀폐성을 향상시키기 위함이기도 하다. 별도의 실시예에서, 챔버라이너(2)와 측정플레이트(120)의 사이의 공간을 밀폐하는 밀폐부재의 형성도 가능하다.

챔버라이너(20)가 보통 3mm 내지 10mm 정도인 반면, 측정 플레이트(120)는 사용 주파수에 따라 수 내지 수십 마이크로미터의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 측정 플레이트는 챔버 라이너의 두께 만큼 두꺼우면 표피 효과를 용이하게 측정 및 관찰할 수 없기 때문이다. 특히 도 5에서 t1이 증가할 때 소비전력의 차이가 보이더라도 기준점의 소비전력을 측정하려면 본 두께도 표피 효과를 볼수 있을 만큼 작아야 한다.

일 실시예에서, 측정플레이트(120)는 챔버라이너(20)와 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 측정플레이트(120)는 측정공동(110)을 통해 공정공간과 접해있기 때문에 화학적으로 안정할 것이 필요하고, 부가적으로 반응부산물이 그 표면에 쌓였을 때 반응부산물에 의한 표피전력의 측정값이 너무 과도하게 적거나 과도하게 많은 값이 아닐 필요가 이기 때문이다. 바람직한 실시예에서, 측정플레이터(120)는 알루미나(Al2O3)가 널리 사용된다.

표피전력패턴결정부(130)는, 상기 측정플레이트(120)의 하부면으로부터 상기 공정챔버의 외부로 연장된 측정라인을 이용하여, 상기 측정플레이트의 표면에 부착된 공정부산물로 인한 표피효과의 소비전력인 표피전력을 계산하고 상기 표피전력을 주기적으로 저장 및 편집함으로써 상기 표피전력의 시간적변화에 관한 정보인 표피전력패턴정보(132)를 결정한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 표피전력패턴결정부(130)는, 주파수가변형 고주파전원인 RF전원부(310), 상기 RF전원부에 의해 상기 측정플레이트에 가해진 전원에 의해 발생된 표피전압 및 표피전류를 측정하는 전압전류측정부(320), 상기 표피전압 및 표피전류에 기초하여 표피전력을 계산하는 표피전력계산부(330) 및 상기 표피전력을 시간에 따라 저장, 검색 및 편집함으로써 상기 표피전력패턴정보를 생성하는 패턴결정부(340)를 포함한다. 즉 표피전력패턴결정부(130)는 표피전력을 시간에 따라 주기적으로 측정, 계산 및 저장하여 패턴화한 후, 이후 설명할 세정시기결정부(140)에서 처리하기에 적합한 형태로 변환하여 전송한다. 소비전력패턴의 해석은 세정시기 결정부에서 수행된다.

세정시기결정부(140)는, 상기 표피전력패턴정보(132)를 세정기준정보(142)와 비교함으로써, 상기 공정챔버의 세정시기(146)를 결정한다. 세정기준정보(142)는 상기 공정챔버에서 수행되는 공정의 공정조건에 따라 상기 공정의 정상적인 운행이 가능하게 하는 표피전력의 정도를 의미한다. 세정기준정보(142)는 공정부산물의 종류, 공정의 종류, 사용자가 원하는 공정의 품질수준등에 의해 사용자에 의해 미리결정된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 표피전력측정시 사용되는 전원의 주파수는 상기 플라즈마유기장치에서 사용되는 전원의 주파수와 상이한 대역을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 표피전력사용에 사용되는 주파수는 가변형 RF 전원을 사용하기 때문에 상기 플라즈마유기장치에서 사용되는 전원주파수와 상이한 주파수를 사용할 수 있다. 또한 종래의 플라즈마진단장비와 달리 서로다른 주파수의 전원을 사용할수 있기 때문에 본 장치에 의한 전원이 플라즈마에 영향을 미치지 않는다. 일반적인 플라즈마 유기 주파수는 현재 2khz, 13.56khz, 27khz 등을 사용하고 있기 때문에 이러한 주파수를 제외한 주파수로 본 발명에서 전압전류를 측정하기 위한 가변형 RF 전원을 사용하는 것이 필요하다.

도 5 및 6은 세정시기결정부(140)가 세정시기를 결정하는 동작을 설명하는 도면으로서, 도 5는 표피효과의 소비전력의 측정회로도이고, 도 6은 소비전력패턴정보의 가시적인 표현으로서 도시된 그래프를 나타낸다.

본 발명이 공정챔버를 모니터링하는 방법 즉 세정주기를 결정하는 원리는 다음과 같다.

먼저, 도 5에 나타난 바와같이 공정이 반복적으로 진행되면 공정부산물이 챔버라이너 및 측정플레이트의 표면에 쌓인다(즉 t1 이 증가). 공정부산물은 공정공간내에서 공정대상물의 표면이외의 장소에 증착되거나 혹은 식각되고 남은 물질을 의미하며 공정에서 불필요한 물질로 취급되어 제거되어야 하는 물질이다.

다음으로, 측정플레이트에 공정부산물이 쌓이면 표피효과에 측정플레이트의 양 말단사이의 소비전력이 변화한다. 표피효과(skin effect)는 도체에 고주파전류를 흐르게 할 때 전류가 도체의 표면 부근만을 흐르는 현상을 의미한다. 결국 표피효과에 의해 도 5에서 p1과 p2 사이의 소비전력은 t1 만큼 쌓인 공정부산물 M 의 양(두께) 에 의해 변화한다.

예를 들면 측정플레이트의 원래 물질보다 전기저항이 큰 공정부산물이 측정플레이트의 상부표면에 쌓이면 표피효과(skin effect)에 의해 측정플레이트의 표면의 전기저항이 증가하여 측정플레이트에서 발생한 소비전력이 증가된다. 또한 반대로 측정플레이트의 원래 물질보다 전기저항이 작은 공정부산물이 측정플레이트의 상부표면에 쌓이면 표피효과(skin effect)에 의해 측정플레이트의 표면의 전기저항이 감소하여 결국 측정플레이트에서 발생한 소비전력이 감소된다.

공정부산물의 전기저항에 관한 정보는 미리 알고 있는 정보이므로, 기준값보다 증가되거나 감소되어 측정된 소비전력은 공정부산물이 쌓여지고 있음을 의미하고 이는 세정주기가 다가왔음을 사용자에게 알려준다. 따라서 본 발명에서는 세정주기가 필요한 임계값을 결정하여 이를 주기적으로 측정된 소비전력과 비교함으로써 세정주기를 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 세정주기결정장치가 세정주기를 결정하는 방법을 나타내는 도면으로서, 전기저항이 큰 공정부산물이 측정플레이트의 표면에 쌓였을 때 건식 및 습식세정시기가 표시되는 그래프를 나타낸다.

도 6에서, 톱니모양의 그래프는 측정된 소비전력패턴을, p1 및 p2 는 각각 건식세정 기준소비전력 및 건식세정 정상소비전력을, p3 및 p4 는 습식세정 기준소비전력 및 습식세정 정상소비전력을 나타낸다.

일 실시예에서, 상기 세정시기결정부(140)는, 세정시기를 건식세정시기와 습식세정시기로 이분화하여 결정한다. 즉 세정기준정보(142)는 각각 건식세정에 대한 기준정보인 건식세정 세정기준정보 및 습식세정에 대한 기준정보인 습식세정 세정기준정보를 의미하며, 건식세정 세정기준정보는 건식세정 기준소비전력 p1 및 건식세정 정상소비전력 p2를 포함하고, 습식세정 세정기준정보는 습식세정 기준소비전력 p3 및 습식세정 정상소비전력 p4를 포함한다. 건식세정 기준소비전력 p1 은 본 발명에 따른 장치가 건식세정이 필요하다고 결정하기에 기준이 되는 표피전력의 임계값으로서, 공정의 종류 및 요구조건, 공정부산물의 종류 및 전기저항등을 감안하여 사용자에 의해 미리 결정된 값이며, 결과적으로 과거의 건식세정 시행후 상기 측정 소비전력의 레벨이 과거의 정상적인 소비전력패턴으로 회귀하는 수준을 의미한다. 또한 건식세정 정상소비전력 p2 는 본 발명에 따른 장치가 건식세정이 수행되었을 때 공정을 재수행가능하다고 판단될 만한 정도의 표피전력의 레벨을 의미한다. 이 값도 공정의 종류 및 요구조건, 공정부산물의 종류 및 전기저항등을 감안하여 사용자에 의해 미리 결정된다. 습식세정 기준소비전력 p3 및 습식세정 정상소비전력 p4 는 세정방식의 정의만 제외하고는 각각 건식세정 기준소비전력 p1 및 건식세정 정상소비전력 p2 의 정의와 동일하다.

건식세정과 습식세정에 대해 설명한다. 건식세정은 플라즈마를 이용하여 챔버내부를 세정하는 것으로, 일반공정과 같은 방식이지만 다만 공정조건만 상이한 조건으로 진행된다. 건식세정은 세정시간이 짧으나 세정효과가 한계가 있으므로, 일반적으로 습식세정주기를 연장시키는 목적으로만 사용된다. 습식세정은 챔버라이너를 분해하여 화학용액에 침수시키거나 하는 방법으로 하는 화학적 세정방법이다. 세정효과가 뛰어나지만 공정의 중단시간증가, 시즈닝(seasoning) 및 테스트공정 필요, 플라즈마유기장치의 개방필요등으로 인해 비용 및 시간면에서 효율적이지 않다. 따라서 습식세정은 건식세정과 병행하여 사용되는 것이 일반적이다.

도 6의 0 내지 t1 의 기간에서, 공정부산물의 전기저항이 측정플레이트의 전기저항보다 큰 경우이므로, 공정부산물이 쌓여감에 따라 측정 소비전력은 그 레벨이 상승한다. 측정 소비전력이 미리결정된 건식세정기준소비전력이 되면, 세정주기결정장치는 건식세정이 필요한 것으로 판단하고, 사용자는 건식세정을 수행한다. 즉 t1 시점에서 사용자는 건식세정을 수행한다.

t1 내지 t2 의 기간에서, 건식세정의 효과로 인해 측정소비전력은 정상상태까지 감소한다. 이 기간은 건식세정기간중의 기간이다.

t2 내지 t3의 기간에서, 동일한 공정에 대해 다시 측정소비전력이 증가한다. 상기 0 내지 t1 의 기간의 공정이 수행으로 인한 공정부산물때문임은 전술한 바와같다.

t3 내지 t9 의 기간에서, 만약 측정소비전력이 건식세정 기준소비전력 p1 과 건식세정 정상소비전력 p2의 범위내에서 측정된다면 상기 과정이 반복된다. 즉 공정부산물이 증가하여 측정소비전력이 건식세정 기준소비전력까지 도달하면, 건식세정이 수행되고, 측정소비전력이 건식세정 정상소비전력까지 도달하면 건식세정이 중단되고 공정이 재수행된다.

t9 내지 t10에서, 만약 측정소비전력이 건식세정 기준소비전력 p1 에 도달하여 건식세정을 수행하더라도 측정소비전력이 건식세정 정상소비전력 p2 에 도달하지 않거나 오히려 더 증가하여 습식세정 기준소비전력 p3 까지 도달하는 경우에는 습식세정이 수행된다. 즉 이 경우 본 발명의 세정주기결정장치는 t10을 습식세정시기로 결정한다. 따라서 사용자는 습식세정을 수행하고, 다시 측정 소비전력이 건식세정 기준소비전력이하로 떨어지는지 여부를 검사하게 된다.

최악의 경우 습식세정후에도 측정소비전력이 습식세정 정상소비전력 p4 으로 감소되지 않거나 혹은 건식세정 정상소비전력 p2 까지도 감소되지 않는다면, 본 발명의 세정주기결정장치는 이 상태를 폴트(fault)상태로 결정하여 사용자에게 알려줄 수 있다. 사용자는 폴트(fault)상태인 경우 공정챔버에 대한 유지보수 작업을 수행하여함을 사용자는 결정할 수 있다.

상기 과정은 공정부산물의 전기저항이 측정플레이트의 전기저항보다 큰 경우 즉 공정부산물이 쌓임에 따라 측정소비전력이 증가하는 경우에 적용된다. 만약 공정부산물의 전기저항이 측정플레이트의 전기저항보다 작은경우에는 상기 측정 소비전력을 나타내는 톱니형상의 그래프가 하부방향으로 형성되며, 따라서 건식세정 기준소비전력 p1, 건식세정 정상소비전력 p2, 습식세정 기준소비전력 p3, 건식세정 정상소비전력 p4 는 모두 상기 그래프와 반대방향이 된다.

일 실시예에서, 세정시기 결정부(140)는, 과거의 건식세정 시행후 상기 측정 소비전력의 레벨이 과거의 정상적인 소비전력패턴으로 회귀하는 수준을 나타내는 건식세정 기준소비전력의 레벨을 이탈하는지 여부에 따라 건식세정의 세정시기를 결정하고, 상기 결정된 건식 세정의 세정시기에 의해 건식세정이 시행된 후 미리결정된 시간후에도 상기 기준소비전력로 회귀하지 않는 경우 현재 시기를 상기 습식세정의 세정시기로 결정한다. 이렇게 함으로써 건식세정의 한계를 파악하여 습식세정의 단계로 전환함으로써 신속한 유지보수대응이 가능하도록 한다.

일 실시예에서, 세정시기결정부(140)는 과거의 표피전력패턴정보와 현재의 표피전력패턴정보를 비교함으로써 세정주기를 결정할 수 있다. 이는 공정의 다양함을 고려한 것으로서, 표피전력패턴정보가 반드시 임계값으로 구분되지 않는 경우에 유용하다. 즉 과거의 표피전력패턴을 기하학적으로 분석함으로써 현재의 표피전력패턴이 정상적인지를 결정할 수 있고, 만약 비정상이라고 판단하는 경우에는 현재 시기를 세정시기로 결정한다. 본 발명에서는 소비전력이 시간에 따라 패턴화되어 저장되기 때문에 디지털 시그널 프로세싱등의 신호처리방법이 사용될 수 있으며, 이는 다양한 디지털 연산처리가 가능하도록 한다. 특히 패턴분석에 관해서는 K- means 와 같은 기하학적 패턴을 인식, 분류 및 판단하는 알고리즘이 채용된다. 이처럼 본 발명에서는 표피전력패턴을 신호처리 및 디지털연산가능한 형태로 생성하기 때문에 공정챔버의 유지보수작업을 위한 다른 형태로도 이용가능하여, 공정챔버의 유지 및 보수작업이 보다 개선된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정주기 결정장치(200)를 나타내는 도면이고, 도 8a 및 8b는 도 7의 실시예에 의해 추가된 RF 보상부의 기능을 설명하는 도면이다.

도 7의 실시예에서, 상기 측정플레이트(120)와 상기 표피전력패턴결정부(130)사이에 상기 플라즈마유기장치로부터 상기 표피전력패턴결정부로의 주파수간섭을 방지하기 위해 주파수를 필터링하는 RF 보상부(150)를 더 포함한다. 또한, 상기 RF 보상부는 인덕터-커패시터 회로(LC 회로)로 구성되는 것이 바람직하다.

도 8a 는 RF보상부(150)가 없을때 측정플레이트(120)와 전압전류측정부(320)의 연결회로도이고, 도 8b 는 RF 보상부(150)가 추가되었을때 측정플레이트(120)와 전압전류측정부(320)의 연결회로도이다. 도 8b에 나타난 바와 같이 측정플레이트(120)와 전압전류측정부(320)사이에 위치하는 인덕터- 커패시터회로는 플라즈마유기장치(30)로부터 전압전류측정부(320)로 도달하는 특정 주파수의 전기적 에너지를 차단하는 역할을 한다. LC 회로가 특정주파수 차단 필터로서 역할을 하기 때문이다. 상기 회로에 사용되는 L 과 C 의 파라미터는 플라즈마유기장치(30)에서 사용되는 전원의 주파수에 의해 결정된다.

이 실시예에 의하면, 플라즈마유기장치로부터 발생되는 고주파 에너지가 본 발명의 장치에 영향을 주어 표피전력패턴정보가 왜곡되는 것을 방지하기 때문에, 보다 정확한 표피전력패턴정보의 측정 및 나아가 보다 정확한 세정시기의 결정이 가능하다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 세정주기 결정장치
10: 챔버월 20: 챔버라이너
30: 플라즈마유기장치 40: 캐소드
50: 가스인젝터 60: 윈도우
110: 측정공동 120: 측정플레이트
130: 표피전력패턴결정부 140: 세정시기결정부
150: RF 보상부

Claims

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챔버월(10), 챔버라이너(20) 및 플라즈마유기장치(30)로 구성되며 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 공정챔버(1)에서 상기 공정챔버 내부의 반응부산물을 세정하기 위한 챔버 세정 주기를 결정하는 장치(100)에 있어서,
공동형상의 부재로서, 상기 챔버월(10) 및 챔버라이너(20)를 관통하여 상기 공정챔버의 공정공간 내부로 연장하여 형성된 측정공동(110);
세라믹재료로 형성된 판상부재로서, 상부면이 상기 챔버라이너(20)와 동일한 표면 높이를 가지며 상기 측정공동(110)을 관통하여 상기 공정공간을 향하도록 배치된 측정 플레이트(120);
상기 측정플레이트(120)의 하부면으로부터 상기 공정챔버의 외부로 연장된 측정라인(122)을 이용하여, 상기 측정플레이트의 표면에 부착된 공정부산물로 인한 표피효과의 소비전력인 표피전력을 계산하고 상기 표피전력을 주기적으로 저장함으로써 상기 표피전력의 시간적변화에 관한 정보인 표피전력패턴정보를 결정하는 표피전력패턴결정부(130);
상기 표피전력패턴정보(132)를, 상기 공정챔버에서 수행되는 공정의 공정조건에 따라 상기 공정의 정상적인 운행이 가능하게 하는 표피전력의 정도를 나타내는 세정기준정보(142)와 비교함으로써, 상기 공정챔버의 세정시기를 결정하는 세정시기결정부(140)를 포함하고,
상기 표피전력측정시 사용되는 전원의 주파수는 상기 플라즈마유기장치에서 사용되는 전원의 주파수와 상이한 대역을 가지고,
상기 세정시기결정부(140)는, 과거의 건식세정 시행후 상기 표피전력의 레벨이 과거의 정상적인 소비전력패턴으로 회귀하는 수준을 나타내는 건식세정 기준소비전력의 레벨을 이탈하는지 여부에 따라 건식세정의 세정시기를 결정하고,
상기 세정시기결정부(140)는, 상기 결정된 건식 세정의 세정시기에 의해 건식세정이 시행된 후 미리결정된 시간후에도 상기 기준소비전력로 회귀하지 않는 경우 현재 시기를 습식세정의 세정시기로 결정하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정주기를 결정하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 표피전력패턴결정부(130)는,
주파수가변형 고주파전원인 RF전원부(310);
상기 RF전원부에 의해 상기 측정플레이트에 가해진 전원에 의해 발생된 표피전압 및 표피전류를 측정하는 전압전류측정부(320);
상기 표피전압 및 표피전류에 기초하여 표피전력을 계산하는 표피전력계산부(330);
상기 표피전력을 시간에 따라 저장, 검색 및 편집함으로써 상기 표피전력패턴정보를 생성하는 패턴결정부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정주기를 결정하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 측정플레이트(120)와 상기 표피전력패턴결정부(130)사이에 상기 플라즈마유기장치로부터 상기 표피전력패턴결정부로의 주파수간섭을 방지하기 위해 주파수를 필터링하는 RF 보상부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정주기를 결정하는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 RF 보상부는 인덕터-커패시터 회로(LC 회로)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정주기를 결정하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 세정시기결정부(140)는 과거의 표피전력패턴정보와 현재의 표피전력패턴정보를 패턴인식 알고리즘을 이용하여 분석함으로써, 세정시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정주기를 결정하는 장치.