KR101246575B1

KR101246575B1 - 플라즈마 진단장치 및 진단방법

Info

Publication number: KR101246575B1
Application number: KR1020110034533A
Authority: KR
Inventors: 김종만; 정진욱; 이효창; 전성호
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-03-25
Also published as: KR20120117042A

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 진단장치 및 진단방법은 소정 공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및 상기 플라즈마 발생부에 의해 생성된 플라즈마의 상태를 진단하는 플라즈마 진단부;를 포함하며, 상기 플라즈마 진단부는 상기 플라즈마에 의해 중합된 후 색상이 변하거나 형광을 생성하는 폴리머 센서를 이용하여 상기 플라즈마의 상태를 용이하게 진단할 수 있다.

Description

플라즈마 진단장치 및 진단방법 {PLASMA DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 플라즈마 진단장치 및 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마의 밀도 등 플라즈마의 특성 내지 상태에 따라 색상이 변하는 폴리머 센서를 이용하여 정확하고 간편하게 플라즈마를 진단할 수 있는 플라즈마 진단장치 및 진단방법에 관한 것이다.

플라즈마(plasma)는 환경오염물의 처리에서부터 초박형 디스플레이(Flat Panel Display; FPD)의 표면처리나 플라즈마의 특성을 이용한 디스플레이 등 광범위한 분야에 이용되고 있다.

또한, 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 여러 가지의 장비 중에서 진공 상태의 밀폐된 챔버 내에서 플라즈마를 형성하고 반응 가스를 주입하여 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나 웨이퍼에 형성된 박막을 에칭하는 플라즈마 장치가 널리 사용되고 있다.

플라즈마 장치는 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 경우, 웨이퍼에 형성된 불순물 영역 내의 불순물들이 더 이상 확산하지 않는 저온에서 공정을 진행할 수 있다는 점과, 대구경의 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께 균일도가 우수하다는 점과, 박막을 에칭할 경우 웨이퍼 전체에 걸쳐서 에칭 균일도(etch uniformity)가 우수하다는 점 때문에 널리 적용되고 있다.

이러한 플라즈마 장치의 플라즈마 내의 각 변수를 측정하여 플라즈마의 특성과 이온 및 전자 분포를 진단하거나 분석할 필요가 있다.

종래의 플라즈마 진단장치 내지 진단방법에는 크게 전기적 진단과 광학적 진단이 있다.

도 1에는 종래의 플라즈마 진단법인 광학적 진단법과 전기적 진단법을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

광학적 진단방법은 방전 공간 내에 능동 또는 수동으로 받은 광 신호를 분석하여 플라즈마의 각종 상태 변수를 측정하는 방법이고, 전기적 진단방법은 방전 공간 내에 탐침을 넣은 후 전기적인 신호를 인가하여 그에 대한 전압 또는 전류 특성을 해석하여 플라즈마의 각종 상태 변수를 측정하는 방법이다.

도 1을 참조하면, 광학적 진단장치(20)는 진단 또는 반응 챔버(10) 내에 생성된 플라즈마(P)의 각종 상태를 진단하기 위해 방전 공간에 해당하는 챔버(10) 내에 능동 또는 수동으로 광 신호를 방사하기 위해 챔버(10)의 벽면에 설치된 광생성기(22) 및 광 신호를 분석하기 위한 분석기(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 전기적 진단장치(30)는 챔버(10)의 내부로 확장되는 탐침(32)을 포함할 수 있다. 여기서, 전기적 진단장치(30)의 탐침(32)으로는 주로 랭뮤어 탐침(Langmuir probe)가 사용된다.

그러나, 종래의 광학적 진단장치 내지 진단방법은 받아들인 광 신호를 분석하여 플라즈마 변수를 측정하기 때문에 단순화 시킨 모델 및 복잡한 계산으로 진단에 한계가 있다. 또한, 플라즈마 변수의 공간 분포를 측정하기에는 어려움이 있으며, 장치 셋업에 큰 비용과 노력이 필요한 문제가 있고, 방전 공간에 대한 평균값을 이용하기 때문에 정확한 진단이 어렵다는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기적 진단장치 내지 진단방법은 플라즈마 방전 공간 내에 플라즈마 밀도 등의 플라즈마 변수를 측정하기 위해서 탐침을 삽입하여 전압을 인가하기 때문에 플라즈마에 섭동을 줄 수 있고 플라즈마 공정 가스를 진단하기 어려운 문제가 있다. 뿐만 아니라 전기적 진단을 위한 탐침에 증착이 발생하거나 탐침이 식각되어 왜곡된 진단 결과를 얻게 되는 문제도 있다.

본 발명은 플라즈마의 섭동 또는 측정의 복잡성을 최소화시킬 수 있는 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법을 제공한다.

본 발명은 플라즈마의 진단에 소요되는 비용을 줄일 수 있는 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법을 제공한다.

본 발명은 플라즈마의 진단 결과를 시각적 또는 직관적으로 용이하게 확인할 수 있는 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법을 제공한다.

본 발명은 플라즈마의 상태 변수 중에서 특정 변수의 영향을 배제하고 진단하고자 하는 변수만 선택적으로 진단할 수 있는 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법을 제공한다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단장치는 소정 공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및 상기 플라즈마 발생부에 의해 생성된 플라즈마의 상태를 진단하는 플라즈마 진단부;를 포함하며, 상기 플라즈마 진단부는 상기 플라즈마에 의해 중합된 후 색상이 변하거나 형광을 생성하는 모노머, 올리고머를 포함하는 폴리머 센서를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 플라즈마가 생성되는 소정 공간이 내부에 형성되고, 상단, 하단, 좌측 또는 우측 중 어느 한 곳에는 상기 플라즈마 발생부 또는 전극이 각각 제공되는 챔버; 및 상기 플라즈마 발생부에 전원을 공급하는 메인 전원 공급부;를 포함하며, 상기 플라즈마 진단부는 상기 챔버 내부에 제공되어 상기 플라즈마의 상태를 진단할 수 있다.

상기 플라즈마 진단부는 상기 챔버 내에 제공된 웨이퍼 위에서의 플라즈마 정보를 측정하기 위해 상기 전극 또는 상기 웨이퍼 상에 상기 폴리머 센서를 위치시킬 수 있다.

상기 플라즈마 진단부는 상기 전극 또는 상기 전극에 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부에 연결된 지지대 및 상기 지지대 상에 놓여지는 폴리머 센서를 포함할 수 있다.

상기 폴리머 센서는 상기 지지대 전체에 대해 고르게 분포되도록 형성되거나 상기 지지대에 코팅될 수 있다.

상기 플라즈마 진단부는 상기 챔버의 내부 벽면 중 적어도 일부에 부착된 폴리머 센서를 포함할 수 있다.

상기 모노머 또는 올리고머는 다이아세틸렌계인 것을 특징으로 하는 폴리머 센서를 포함할 수 있다.

상기 모노머 또는 올리고머는 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA), 5,7-eicosadiynoic acid (ECDA), 8,10-heneicosadiynoic acid (HCDA), 4,6-heptadecadiynoic acid (HDDA), 10,12-tricosadiynoic acid (TCDA), 10,12-docosadiyndioic acid (DCDDA), 또는 dodeca-5,7-diynedioic acid (DDDDA) 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.

상기 폴리머 센서는 상기 모노머 또는 올리고머 내지 상기 모노머 또는 올리고머의 중합반응에 의해 생성된 폴리다이아세틸렌을 보호하는 고분자 수지를 더 포함할 수 있다.

상기 고분자 수지는 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)이 사용될 수 있다.

상기 폴리머 센서에 포함된 상기 모노머 또는 올리고머는 흰색을 띠는 상태로 존재하며 상기 플라즈마의 상태가 변함에 따라 청색 또는 적색을 띠는 상기 폴리다이아세틸렌이 될 수 있다.

상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마의 자외선만 통과시키는 자외선 투과부재로 둘러 싸일 수 있다.

상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마의 자외선을 차단하는 자외선 차단부재로 둘러 싸일 수 있다.

상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호되도록 보호막으로 둘러 싸이도록 형성될 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 의하면 상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는 플라즈마 진단장치를 이용하여 플라즈마를 진단하는 방법에 있어서, 상기 폴리머 센서를 마련하는 단계; 상기 폴리머 센서를 상기 챔버 내에 넣는 단계; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계; 상기 플라즈마 조건에 따라 상기 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하는 단계; 및 상기 폴리머 센서의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계;를 포함하는 플라즈마 진단방법을 제공한다.

상기 폴리머 센서를 마련하는 단계는 상기 플라즈마에 의해 중합되어 색상이 변하거나 형광을 생성하는 상기 모노머 또는 올리고머와 상기 고분자 수지를 혼합하여 전기 방사하는 단계를 포함할 수 있다.상기 플라즈마 조건에 따라 상기 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하는 단계는 상기 플라즈마의 밀도 또는 입자의 에너지가 증가함에 따라 상기 폴리머 센서는 청색에서 적색으로 변할 수 있다.

상기 폴리머 센서의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계는 플라즈마의 밀도, 중성종의 온도, 중성종의 밀도, 플라즈마 또는 중성종의 공간분포, 자외선 방출 정도, 플라즈마의 공간 분포 균일도, 상기 챔버 내부에 제공되는 웨이퍼의 온도 분포 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법은 진단 과정에서 플라즈마의 섭동을 배제할 수 있고 단순하고 용이하게 플라즈마의 각종 상태 변수를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법은 플라즈마의 진단에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법은 플라즈마의 진단 결과를 시각적 또는 직관적으로 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법은 플라즈마의 상태 변수 중에서 특정 변수의 영향을 배제하고 진단하고자 하는 변수만 선택적으로 진단할 수 있기 때문에 플라즈마의 진단에 소요되는 시간을 절감할 수 있고, 불필요한 플라즈마 변수도 측정하고 분석해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.

도 1에는 종래의 플라즈마 진단법인 광학적 진단법과 전기적 진단법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 화학적 구조 및 색 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 적용예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 따른 진단장치의 플라즈마 조건에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2에 따른 진단장치의 인가전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터이다.
도 8은 도 2에 따른 진단장치의 바이어스 전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터이다.
도 9는 도 2에 따른 진단장치의 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 공간 분포 진단과 종래의 전기적 진단법을 이용한 플라즈마 공간 분포 진단 결과를 비교한 실험 데이터이다.
도 10은 도 2에 따른 진단장치를 사용하여 플라즈마를 진단하는 방법을 도시한 순서도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치를 개략적으로 도시한 도면, 도 3은 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 화학적 구조 및 색 변화를 도시한 도면, 도 4는 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 적용예를 개략적으로 도시한 도면, 도 5는 도 2에 따른 진단장치에 사용되는 폴리머 센서의 변형예를 도시한 도면, 도 6은 도 2에 따른 진단장치의 플라즈마 조건에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 도면, 도 7은 도 2에 따른 진단장치의 인가전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터, 도 8은 도 2에 따른 진단장치의 바이어스 전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터, 도 9는 도 2에 따른 진단장치의 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 공간 분포 진단과 종래의 전기적 진단법을 이용한 플라즈마 공간 분포 진단 결과를 비교한 실험 데이터, 도 10은 도 2에 따른 진단장치를 사용하여 플라즈마를 진단하는 방법을 도시한 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단장치(100)는 소정 공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부(112) 및 플라즈마 발생부(112)에 의해 생성된 플라즈마의 상태를 진단하는 플라즈마 진단부(130,140)를 포함하며, 플라즈마 진단부(130,140)는 상기 플라즈마의 상태에 따라 색상이 변하거나 형광을 생성하는 폴리머 센서를 이용하여 상기 플라즈마의 상태를 진단할 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생부(112)에 의해 발생되는 플라즈마는 소정 공간 내에서 생성될 수 있을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 밀폐된 공간이 아닌 환경 하에서도 생성될 수 있다.

이하에서는 이해를 돕기 위해서 내부에 소정 공간이 형성된 챔버 내에서 플라즈마가 발생하는 경우를 한 예로서 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단장치(100)는 내부에 공간(120)이 형성되고 그 공간에서 플라즈마가 형성되는 챔버 내지 반응챔버(110), 챔버(110)의 상부에서 메인 전원을 공급하는 메인 전원 공급부(151), 챔버(110)의 하부에서 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부(161)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 발생부(112)는 챔버(110)의 상단에 형성되고, 상기 전극은 챔버(110)의 하단에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이러한 형상에 국한되는 것은 아니다. 즉, 플라즈마 발생부(112)가 챔버(110)의 하단에 형성되고 상기 전극이 챔버(110)의 상단에 형성될 수도 있다.

보다 자세히 설명하면, 플라즈마 진단장치(100)는 상단, 하단, 좌측 또는 우측 중 어느 한 곳에 각각 형성된 플라즈마 발생부(112) 및 전극(미도시)을 구비하며 내부에 플라즈마가 생성되는 챔버(110), 챔버(110)에 형성된 상기 플라즈마 발생부(112)에 전원을 공급하는 메인 전원 공급부(151), 챔버(110)에 형성된 상기 전극에 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부(161) 및 챔버(110) 내부에 공급되어 플라즈마의 상태를 진단하는 플라즈마 진단부(130,140)를 포함할 수 있다.

여기서 메인 전원 공급부(151)는 챔버(110)의 상단 또는 상부에 형성된 플라즈마 발생부(112)에 연결되는데, 플라즈마 발생부(112)는 챔버(110)의 상단 즉 천정부 또는 챔버(110)의 측벽 쪽에 형성될 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생부(112)는 플라즈마를 발생시키기 위한 코일 안테나 형태를 가지며 챔버(110)의 천정부 외측에 설치되며, 챔버(110)의 천정부는 쿼츠(quartz)로 형성되거나 쿼츠를 포함할 수 있다.

바이어스 전원 공극부(161)는 플라즈마 발생부(112)와 마주 보도록 챔버(110)의 바닥쪽에 형성된 상기 전극을 포함할 수 있다. 한편, 메인 전원 공급부(151) 및 바이어스 전원 공급부(161)는 각각 임피던스 매칭을 위한 매칭 네트워크(156,166)을 포함할 수 있다.

도 2에는 챔버(110)의 하부 쪽에 형성되어 바이어스 전원 공급부(161)에 연결되는 하나의 전극을 가지는 플라즈마 진단장치(100)가 도시되어 있다. 즉, 도 2에 도시된 플라즈마 진단장치(100)는 1개의 전극을 구비한 형태이다. 하지만, 경우에 따라서는 챔버(110)의 천정부 쪽에 별도의 전극을 더 구비하여 2개의 전극이 형성될 수도 있으며, 챔버(110)의 하부 쪽이 아니라 상부 쪽에만 1개의 전극이 형성될 수도 있다. 다시 말하면, 챔버(110)에는 설계 조건 또는 요구 사항에 따라 1개 또는 그 이상의 전극이 형성될 수 있음을 밝혀 둔다.

상기 플라즈마 진단장치(100)의 플라즈마 진단부(130,140)는 상기 플라즈마의 상태에 따라 색상이 변하거나 형광을 발생하는 폴리머 센서를 이용하여 상기 플라즈마의 상태를 진단할 수 있다. 즉, 플라즈마 진단부(130,140)는 상기 플라즈마의 상태 또는 변수에 따라 색상이 변하거나 형광을 나타내는 폴리머 센서를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 진단부(130,140)는 상기 전극 또는 상기 바이어스 전원 공급부(161)에 연결될 수 있다. 여기서, 플라즈마 진단부(130,140)는 상기 전극 또는 바이어스 전원 공급부(161)에 연결된 지지대(140) 및 지지대(140) 위에 놓여지는 진단 웨이퍼(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 지지대(140)는 바이어스 전원 공급부(161)에 전기적으로 연결된 전극으로 작동할 수도 있다.

한편, 지지대(140) 또는 진단 웨이퍼(130) 상에는 폴리머 센서가 놓여지거나 제공될 수 있다.

플라즈마 진단부(130,140)에 포함되는 폴리머 센서는 플라즈마에 의하여 중합되어 색상이 변하거나 형광을 생성하는 모노머(monomer) 또는 올리고머(oligomer)를 포함할 수 있다. 또는 상기 모노머 또는 올리고머가 중합된 형태인 폴리머를 포함할 수 있다.여기서, 모노머 또는 올리고머는 다이아세틸렌(diacetylene, DA)계가 사용될 수 있으며, 다이아세틸렌계의 모노머 또는 올리고머가 플라즈마에 의해 중합되면 공액 고분자(conjugated polymer)인 폴리다이아세틸렌(polydiacetylene, PDA)가 된다. 즉, 폴리다이아세틸렌은 다이아세틸렌 단량체의 광중합에 의해서 만들어 질 수 있다.

상기 폴리머 센서에 사용되는 모노머 또는 올리고머는 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA), 5,7-eicosadiynoic acid (ECDA), 8,10-heneicosadiynoic acid (HCDA), 4,6-heptadecadiynoic acid (HDDA), 10,12-tricosadiynoic acid (TCDA), 10,12-docosadiyndioic acid (DCDDA) 또는 dodeca-5,7-diynedioic acid (DDDDA) 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.

한편, 폴리머 센서는 모노머, 올리고머 또는 폴리다이아세틸렌을 감싸서 보호하는 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 이러한 고분자 수지는 투명한 고분자 수지인 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate) 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)이 사용될 수 있다. 이 때, 폴리머 센서를 구성하는 모노머 또는 올리고머는 플라즈마의 열, 빛 또는 자외선 등에 의하여 중합 반응을 하지만, 고분자 수지는 중합 반응을 하지 않는다.

플라즈마 진단부(130,140)에 제공되는 폴리머 센서는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 최초에는 다이아세틸렌(Diacetylene)계의 모노머 또는 올리고머 형태로 존재하며, 중합되어, 두 개의 삼중결합과 하나의 단일겹합이 교대로 존재하는 구조를 가진다. 이 때, 다이아세틸렌계의 모노머 또는 올리고머는 백색을 띤다.

최초에 백색을 띠는 다이아세틸렌계의 모노머 또는 올리고머가 플라즈마에 노출되면, 플라즈마의 열, 빛 또는 자외선 등에 의해 중합되어 청색을 띠는 폴리다이아세틸렌이 만들어질 수 있다. 도 3의 (b)에서 알 수 있듯이, 다이아세틸렌계의 모노머 또는 올리고머의 분자가 거리가 충분히 가까울 경우 254nm의 자외선 노광에 의해 1,4-첨가 중합이 일어나 고분자 주쇄에 이중 결합과 삼중 결합이 교대로 존재하는 폴리다이아세틸렌이 만들어질 수 있다. 이 때, 폴리다이아세틸렌은 푸른 색을 띠게 된다. 또한, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 푸른색의 폴리다이아세틸렌에 대해 플라즈마의 노출 시간이 길어지게 되면, 플라즈마 열(plasma heat), 입자의 기계적인 충격(mechanical stress), 그리고 자외선 방출에 의해서 붉은색으로 변하게 된다. 이 때, 푸른색의 폴리다이아세틸렌의 경우에는 형광이 나타나지 않지만, 붉은색으로 색변화가 일어난 폴리다이아세틸렌의 경우에는 붉은색의 형광이 나타나게 된다. 즉, 이러한 색변화와 형광 특성을 관찰한다면 플라즈마 변수인 플라즈마 밀도, 중성종 밀도, 자외선 방출 정도를 측정할 수 있으며, 종래의 전기적 또는 광학적 진단 장치의 단점을 극복할 수 있다.

다시 설명하면, 본 발명에 따른 플라즈마 진단장치(100)의 폴리머 센서(135)는 최초에 흰색을 띠는 모노머 또는 올리고머 상태로 존재하다가 플라즈마의 열, 빛 또는 자외선 등의 자극을 받으면 중합 반응을 하여 청색을 띠는 폴리다이아세틸렌이 되며, 그 이상의 자극을 받으면 적색을 띠는 폴리다이아세틸렌이 된다.

본 발명에 따른 플라즈마 진단장치(100)는 폴리다이아세틸렌을 함유한 폴리머 센서를 구비한 플라즈마 진단부(130,140)를 이용하여, 플라즈마의 밀도 분포, 중성종(라디칼)의 밀도 또는 온도, 그리고 자외선 세기 등의 플라즈마 변수를 진단할 수 있다. 이 폴리머 센서는 처음(즉, 다이아세틸렌계 모노머 또는 올리고머)에는 흰색이지만, 플라즈마의 열, 빛 또는 자외선 등에 노출됨에 따라 중합반응을 하여 푸른색의 폴리다이아세틸렌으로 변하게 된다. 그리고 이렇게 변한 폴리머 센서는 열, 자외선, pH, 그리고 입자의 기계적 충격 등에 의해서 다시 붉은색의 폴리다이아세틸렌으로 변하게 된다. 즉, 플라즈마의 내부에는 이온에 의한 기계적인 충격, 플라즈마에 의한 열, 들뜬 여기된 상태의 중성종(라디칼)에 의한 자외선 방출 등이 있기 때문에, 다양한 방전 조건에 의한 플라즈마 변수의 변화를 측정하기 위해서, 색 또는 형광 변화를 수반하는 다이아세틸렌계 모노머 또는 올리고머, 그리고 폴리다이아세틸렌을 함유하는 폴리머 센서를 이용한다면 플라즈마 변수를 보다 정확하고 용이하게 진단할 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 진단장치(100)는 종래의 전기적 또는 광학적 진단법에서 대두되었던, 플라즈마 섭동 및 측정의 복잡성을 최소화 시킬 수 있으며, 측정의 용이성과 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 진단부는 진단 웨이퍼(130) 상에 제공된 폴리머 센서(135)를 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머 센서(135)는 진단 웨이퍼(130) 전체에 대해 고르게 분포되도록 형성되거나 진단 웨이퍼(130)에 코팅될 수 있다. 이와 같이 진단 웨이퍼(130) 상에 제공된 폴리머 센서(135)는 챔버(110)의 내부 공간(120)에 생성된 플라즈마(P)의 상태에 따라서 백색(a), 청색(b) 및 적색(c)으로 색상이 변할 수 있고, 이러한 색상 변화를 관찰하여 플라즈마의 상태를 진단할 수 있다.

플라즈마 진단부(130,140)는 챔버(110) 내에 제공되는 진단 웨이퍼(130) 내지 기판 위에서 플라즈마 정보를 측정하기 위해서 전극 또는 웨이퍼 위에 폴리머 센서를 위치시켜서 형성될 수 있다.

한편, 플라즈마 진단부는 진단 웨이퍼(130) 없이 지지대(140) 상에 폴리머 센서가 제공될 수도 있다. 즉, 진단 웨이퍼(130)를 생략한 상태로 지지대(140) 전체에 대해 고르게 분포되도록 폴리머 센서가 제공되거나 지지대(140)에 폴리머 센서가 코팅될 수도 있다.

뿐만 아니라 진단 웨이퍼(130)를 별도로 구비하지 않고 일반적인 웨이퍼를 이용해서도 플라즈마를 진단할 수 있다. 예를 들면, 통상적인 웨이퍼 표면에 탈부착이 가능한 상태로 다수의 폴리머 센서를 부착한 후, 폴리머 센서가 부착된 웨이퍼를 챔버(110) 내에 주입하여 플라즈마의 상태 변수를 진단할 수도 있다. 이와 같이, 웨이퍼 표면에 탈부착이 가능한 폴리머 센서를 제공함으로써 플라즈마 진단에 사용한 웨이퍼를 폐기해야 하는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 플라즈마 진단부는 챔버(110)의 바닥쪽 뿐만 아니라 챔버(110)의 내부 벽면 중 적어도 일부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 챔버(110)의 내부 측벽면에 다수의 폴리머 센서를 부착하여 플라즈마의 상태를 진단할 수도 있다.

여기서, 지지대(140) 또는 진단 웨이퍼(130) 상에 제공되는 폴리머 센서는 플라즈마(P)의 밀도가 증가함에 따라 청색에서 적색으로 변하는 폴리다이아세틸렌을 포함할 수 있다. 플라즈마의 밀도가 증가하면 증가된 밀도에 의해서 중성종(라디칼)이 많이 여기되며(즉, 중성종이 많이 들뜬 상태에 있게 되며), 여기된(들뜬 상태에 있는) 중성종이 바닥상태로 떨어지면서 자외선을 더욱 많이 방사하게 되어서 폴리머 센서의 폴리다이아세틸린은 그 색깔이 청색에서 적색으로 변하게 된다.

한편, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단장치(100)의 폴리머 센서(135)는 플라즈마의 자외선만 통과시키는 자외선 투과부재(136)로 둘러 싸일 수 있다. 이와 같이, 자외선 투과부재(136)로 폴리머 센서(135)를 둘러 싸면 폴리머 센서(135)는 자외선 세기 측정 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 열과 자외선이 혼재되어 있기 때문에, 자외선이 통과할 수 있는 석영 등으로된 용기형태의 자외선 투과부재(136) 안에 폴리머 센서를 넣고 폴리머 센서의 색 변화를 관찰한다면 플라즈마 열의 효과를 배제한 상태에서 자외선의 세기, 중성종 밀도 또는 공간 분포 진단만을 평가할 수 있다.

또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 폴리머 센서(135)는 플라즈마의 자외선을 차단하는 자외선 차단부재(137)로 둘러 싸일 수 있다. 이와 같이, 자외선을 차단하는 자외선 차단막 등의 형태를 가지는 자외선 차단부재(137)를 이용하여 폴리머 센서를 둘러 쌈으로써 자외선의 영향을 배제한 상태에서 이온에너지 또는 공간상의 분포 진단을 수행할 수 있다. 여기서, 자외선 차단부재(137)로는 유리 등이 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, 폴리머 센서(135)는 물질의 온도 측정 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 챔버(110) 내부에 제공되는 웨이퍼의 온도 균일도를 측정하는 장치로 사용될 수 있다. 산업용 공정 플라즈마에서 웨이퍼의 온도 균일도는 매우 중요한 공정 변수이며, 이는 플라즈마가 켜지지 않은 상태에서 웨이퍼 위에 폴리머 센서를 위치시켜 웨이퍼-히터(미도시)에 의해 발생한 열에 의한 색의 변화를 관찰함으로써 챔버(110) 내에 제공된 웨이퍼 상의 공간 온도 분포를 측정할 수 있다. 보다 정확한 온도 균일도를 측정하기 위해서는 자외선의 영향을 배제하는 것이 필요하므로 이를 위해 도 5의 (b)와 같이 폴리머 센서(135)를 자외선 차단부재(137)로 둘러 싸는 것이 바람직하다.

도시되지는 않았지만, 폴리머 센서(135)는 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호되도록 보호막(미도시)으로 둘러 싸이도록 형성될 수도 있다.

도 6 내지 도 9에는 다양한 플라즈마 조건에서 폴리머 센서의 색상 변화를 보여 주는 실험 데이터 등이 도시되어 있다.

도 6에는 다양한 플라즈마 조건에 따른 폴리다이아세틸렌 함유 폴리머 센서의 색상 변화를 보여주는 실험 데이터가 도시되어 있다. 즉, 도 6에는 다양한 조건의 아르곤 플라즈마 방전에서 관찰된 폴리다이아세틸렌 함유 폴리머 센서의 색변화를 나타내었다. 인가전력(a), 인가시간(b), 바이어스(c)의 변화에 따라 폴리다이아세틸렌 폴리머 센서의 색깔이 어떻게 변하는지 도시되어 있다.

우선 도 6의 (a)를 참조하면, 메인 전력의 인가시간은 30초로 고정하고 인가되는 메인 전력의 크기를 증가시키면서 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하였다. 그 결과 인가전력이 증가함에 따라 폴리머 센서의 색상이 청색에서 적색으로 변함을 알 수 있다. 이러한 폴리머 센서의 색상 변화는 인가되는 메인 전력이 증가함에 따라서 플라즈마의 밀도가 증가하게 되고, 증가된 플라즈마의 밀도에 의해서 중성종(라디칼)이 많이 여기되며, 여기된 중성종이 바닥상태로 떨어지면서 더욱 많은 자외선을 방사하게 되는데 이 때 방사되는 자외선과 플라즈마의 밀도에 의해서 폴리머 센서의 색상이 청색에서 적색으로 변하게 되는 것이다.

도 6의 (b)를 참조하면, 인가되는 메인 전력을 200W로 고정한 상태에서 메인 전력이 인가되는 시간을 점점 증가시키면서 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하였다. 도시된 바와 같이 메인 전력의 인가시간이 길어짐에 따라 폴리머 센서가 청색에서 적색으로 변함을 확인할 수 있다. 이와 같이, 메인 전력의 인가시간이 길어지면 자외선의 인가 시간이 길어지는 효과는 의해 폴리머 센서의 색상이 청색에서 적색으로 변하게 된다.

도 6의 (c)를 참조하면, 인가되는 메인 전력의 크기는 200W, 인가시간은 30초로 고정한 상태에서 바이어스 전력의 크기를 증가시키면서 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하였다. 도시된 바와 같이 인가되는 바이어스 전력이 증가함에 따라 플라즈마 내의 이온 또는 입자의 가속 에너지가 커지게 되고, 가속 에너지가 커진 이온에 의한 기계적 충격도 커지게 된다. 이와 같이 입자의 에너지 증가에 의한 기계적 충격(mechanical stress)이 증가함에 따라 폴리머 센서는 청색에서 적색으로 서서히 변하게 된다.

도 6의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 폴리머 센서가 어떠한 색상을 띠는지를 관찰 또는 확인함으로써 플라즈마에 인가된 메인 전력의 크기, 메인 전력의 인가시간, 바이어스 전력의 크기에 따른 플라즈마 변수들을 진단할 수 있다.

도 7은 도 2에 따른 진단장치의 인가전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터이다. 도 7을 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이 인가되는 메인 전력이 증가함에 따라 플라즈마의 밀도가 증가하게 되고, 플라즈마의 밀도가 증가함에 따라 폴리머 센서의 색상이 청색에서 적색으로 서서히 변화함을 확인할 수 있다. 플라즈마의 밀도가 증가하면 플라즈마 내의 전자 밀도가 증가하게 되며, 전자 밀도가 증가하게 되면 들뜬 상태에 있는 중성종을 때리는 전자가 증가하게 되고, 들뜬 상태에 있던 중성종이 바닥상태로 떨어지면서 많은 자외선을 방사하게 되는데 이 과정에서 방사되는 자외선과 플라즈마의 밀도에 의해서 폴리머 센서의 색상이 청색에서 적색으로 변하게 됨을 확인할 수 있다.

도 8은 도 2에 따른 진단장치의 바이어스 전력에 따라 폴리머 센서의 색이 변하는 상태를 도시한 실험 데이터이다. 도 8을 참조하면, 플라즈마 내에 있는 이온의 가속에너지와 폴리머 센서의 색상 변화 사이의 상관관계를 알 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 바이어스 전력이 증가하게 되면 바이어스 전압은 점차 음의 값으로 떨어지는 특성이 있다. 즉, 바이어스 전력이 인가되는 극판(즉, 제2전극, 지지대 또는 진단 웨이퍼 등과 동일)에 걸리는 직류 전압은 음의 값을 가지게 되며(붉은색 그래프 참조), 이온 입자는 직류 전압의 크기에 의해 큰 가속 에너지를 가지게 된다. 반면에 플라즈마 밀도는 거의 변화가 없음을 알 수 있다(푸른색 그래프 참조). 이러한 결과로부터 바이어스 전력이 커짐에 따라 폴리머 센서의 색상이 변하는 원인은 이온 입자의 기계적 충격에 있음을 확인할 수 있다. 왜냐하면, 도 7에 도시된 경우와 달리 플라즈마의 밀도는 거의 변화가 없음에도 불구하고 폴리머 센서의 색상이 변했기 때문에 도 8의 경우는 플라즈마의 밀도 변화가 아니라 이온의 기계적 스트레스가 증가됨에 따라 폴리머 센서의 색상이 변한 것이라고 평가할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 진단장치는 이온 입자의 기계적 스트레스 또는 이온 입자의 에너지에 따른 변화도 진단할 수 있기 때문에 반도체 및 디스플레이 식각 공정에서 중요한 변수로 여겨지는 이온 에너지의 분석장치로도 사용될 수 있다.

도 9는 도 2에 따른 진단장치의 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 공간 분포 진단과 종래의 전기적 진단법을 이용한 플라즈마 공간 분포 진단 결과를 비교한 실험 데이터이다. 플라즈마의 공간 균일도(uniformity)가 중요한데, 이를 측정하기 위해 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 진단 웨이퍼 상에 폴리머 센서를 고르게 분포시키고 진단 웨이퍼를 챔버에 넣은 후 플라즈마의 공간 균일도를 진단할 수 있다.

도 9의 (a)를 참조하면, 진단 웨이퍼의 가운데 부분에 있는 폴리머 센서는 붉은 색을 띠고 그 주변에 있는 폴리머 센서는 푸른 색을 띠고 있음을 알 수 있다. 즉, 챔버(110)의 가운데 부분이 그 주변 보다 플라즈마 밀도가 높음을 알 수 있다. 한편, 도 9의 (b)에는 종래의 전기적 진단법에 의해 플라즈마의 공간 균일도를 측정한 실험 데이터가 도시되어 있다. 도 9의 (b)에서 붉은색이 플라즈마의 밀도가 높은 영역을 나타내고 녹색은 상대적으로 플라즈마의 밀도가 낮은 영역을 나타낸다. 도 9의 (a)와 (b)를 비교하면, 양자의 결과가 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치(100)는 플라즈마의 공간 균일도도 정확하게 진단할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 센서를 이용하여 플라즈마를 진단하는 방법에 대해서 설명한다. 도 10은 도 2에 따른 진단장치를 사용하여 플라즈마를 진단하는 방법을 도시한 순서도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단장치(100)에 의해서 플라즈마를 진단하는 방법은, 폴리머 센서(135)를 마련하는 단계(1100), 폴리머 센서(135)를 챔버(110) 내에 넣는 단계(1200), 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계(1300), 상기 플라즈마 조건에 따라 폴리머 센서(135)의 색상 변화를 관찰하는 단계(1400) 및 폴리머 센서(135)의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계(1500)를 포함할 수 있다.

여기서, 폴리머 센서(135)를 마련하는 단계(1100)는 플라즈마로부터 발생하는 빛, 열 또는 자외선 등에 의하여 중합되어 색상이 변하거나 형광을 생성하는 모노머 또는 올리고머와 투명한 고분자 수지를 혼합하여 전기 방사하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 폴리머 센서(135)는 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA), 5,7-eicosadiynoic acid (ECDA), 8,10-heneicosadiynoic acid (HCDA), 4,6-heptadecadiynoic acid (HDDA), 10,12-tricosadiynoic acid (TCDA), 10,12-docosadiyndioic acid (DCDDA) 또는 dodeca-5,7-diynedioic acid (DDDDA) 중 선택되는 다이아세틸렌계의 모노머 또는 올리고머와, 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate)) 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 같은 투명한 고분자 수지와 용제를 혼합한 후, 고분자 용액을 만들고 이 고분자 용액을 전기 방사하여 섬유 형태로 된 폴리머 매트릭스를 만들 수 있다. 이 때, 섬유 형태가 되면 불투명한 흰색을 띠게 된다. 이러한 폴리머 매트릭스를 이용하여 플라즈마를 진단할 수 있다.

예를 들면, 폴리스타이렌(polystyrene, PS)을 클로로포름(chloroform) 4ml에 무게 기준 20wt%로 섞고, 여기에 색과 형광을 나타내는 폴리다이아세틸렌의 한 종류인 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA)를 클로로포름의 무게 기준으로 4wt% 넣어 고분자 용액을 만들고, 이 고분자 용액을 전기방사 하여 섬유상으로 이루어진 부직포 형태의 고분자 매트릭스를 만들고 이러한 고분자 매트릭스를 이용하여 플라즈마 진단을 수행할 수 있다. 플라즈마를 견디기 위해서 폴리스타이렌은 분자량이 280,000 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 플라즈마를 견디기 위해 필요한 고분자 수지의 분자량에 제한이 있는 것은 아님을 밝혀 둔다.

앞서 설명한 바와 같이, 폴리머 센서에 사용되는 모노머 또는 올리고머로는 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA), 5,7-eicosadiynoic acid (ECDA), 8,10-heneicosadiynoic acid (HCDA), 4,6-heptadecadiynoic acid (HDDA), 10,12-tricosadiynoic acid (TCDA), 10,12-docosadiyndioic acid (DCDDA) 또는 dodeca-5,7-diynedioic acid (DDDDA) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 다만, 폴리머 센서(135)를 이러한 종류에 한정되는 것은 아니며 플라즈마에 의해 중합된 후 색상이 변하는 어떠한 다이아세틸렌계 모노머 또는 올리고머도 이용될 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계(1300)는 메인 전력의 크기, 메인 전력의 인가 시간, 바이어스 전력의 크기 중 적어도 어느 하나를 조절하거나 변경하면서 폴리머 센서(135)의 색상 변화를 관찰할 수 있다.

상기 플라즈마 조건에 따라 상기 폴리머 센서(135)의 색상 변화를 관찰하는 단계는 상기 플라즈마의 밀도가 증가함에 따라 상기 폴리머 센서는 청색에서 적색으로 변할 수 있고, 플라즈마의 밀도는 일정한데 이온의 기계적 충격이 증가함에 따라 폴리머 센서(135)가 청색에서 적색으로 변할 수도 있다. 뿐만 아니라, 플라즈마의 공간 분포 균일도도 폴리머 센서의 색상 변화를 통해서 진단할 수 있다.

상기 폴리머 센서(135)의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계(1500)는 플라즈마의 밀도, 중성종의 온도, 중성종의 밀도, 플라즈마 또는 중성종의 공간분포, 자외선 방출 정도, 플라즈마의 공간 분포 균일도, 챔버(110)의 내부에 제공된 웨이퍼의 온도 분포 중 적어도 하나를 진단하거나 분석할 수 있다.

상기 플라즈마를 진단하는 방법은 저온 플라즈마, 대기압 플라즈마 또는 고온 플라즈마의 진단에도 적용될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 센서를 이용한 플라즈마 진단장치 및 진단방법에 의하면 폴리머 센서의 색상 변화와 형광특성을 통해서 용이하게 플라즈마 변수들을 진단할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 플라즈마 진단장치 110: 챔버
130: 진단 웨이퍼 135: 폴리머 센서
140: 지지대 151: 메인 전원 공급부
161: 바이어스 전원 공급부 P: 플라즈마

Claims

삭제
플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;
상기 플라즈마가 생성되는 공간이 내부에 형성되고, 상단, 하단, 좌측 또는 우측 중 어느 한 곳에는 상기 플라즈마 발생부 또는 전극이 각각 제공되는 챔버;
상기 플라즈마 발생부에 의해 생성된 상기 플라즈마의 상태를 진단하도록 상기 챔버의 내부에 제공되는 플라즈마 진단부; 및
상기 플라즈마 발생부에 전원을 공급하는 메인 전원 공급부;를 포함하며,
상기 플라즈마 진단부는 상기 플라즈마에 의해 중합 반응을 하여 색상이 변하거나 형광을 생성하는 모노머 또는 올리고머를 포함하거나, 상기 모노머 또는 상기 올리고머가 중합된 형태인 폴리머를 포함하는 폴리머 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제2항에 있어서,
상기 플라즈마 진단부는 상기 챔버 내에 제공되는 기판 위에서의 플라즈마 정보를 측정하기 위해 상기 전극 또는 상기 기판 상에 상기 폴리머 센서를 위치시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제3항에 있어서,
상기 플라즈마 진단부는 상기 전극 또는 상기 전극에 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부에 연결된 지지대 및 상기 지지대 상에 놓여지는 폴리머 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제4항에 있어서,
상기 폴리머 센서는 상기 지지대 전체에 대해 고르게 분포되도록 형성되거나 상기 지지대에 코팅된 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제2항에 있어서,
상기 플라즈마 진단부는 상기 챔버의 내부 벽면 중 적어도 일부에 부착된 폴리머 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모노머 또는 올리고머는 다이아세틸렌계인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모노머 또는 올리고머는, 10,12-pentacosadiynoic acid (PCDA), 5,7-eicosadiynoic acid (ECDA), 8,10-heneicosadiynoic acid (HCDA), 4,6-heptadecadiynoic acid (HDDA), 10,12-tricosadiynoic acid (TCDA), 10,12-docosadiyndioic acid (DCDDA) 또는 dodeca-5,7-diynedioic acid (DDDDA) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머 센서는 상기 모노머 또는 올리고머 내지 상기 모노머 또는 올리고머의 중합반응에 의해 생성된 폴리다이아세틸렌을 보호하는 고분자 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제9항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate) 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제9항에 있어서,
상기 폴리머 센서에 포함된 상기 모노머 또는 올리고머는 흰색을 띠는 상태로 존재하며 상기 플라즈마의 상태가 변함에 따라 청색 또는 적색을 띠는 상기 폴리다이아세틸렌이 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제11항에 있어서,
상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마의 자외선만 통과시키는 자외선 투과부재로 둘러 싸인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제11항에 있어서,
상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마의 자외선을 차단하는 자외선 차단부재로 둘러 싸인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제11항에 있어서,
상기 폴리머 센서는 상기 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호되도록 보호막으로 둘러 싸인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단장치.
제11항에 따른 플라즈마 진단장치를 이용하여 플라즈마를 진단하는 방법에 있어서,
상기 폴리머 센서를 마련하는 단계;
상기 폴리머 센서를 상기 챔버 내에 넣는 단계;
상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계;
상기 플라즈마 조건에 따라 상기 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하는 단계; 및
상기 폴리머 센서의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계;
를 포함하는 플라즈마 진단방법.
제15항에 있어서,
상기 폴리머 센서를 마련하는 단계는,
상기 플라즈마에 의해 중합되어 색상이 변하거나 형광을 생성하는 상기 모노머 또는 올리고머와 상기 고분자 수지를 혼합하여 전기 방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단방법.
제15항에 있어서,
상기 플라즈마 조건에 따라 상기 폴리머 센서의 색상 변화를 관찰하는 단계는 상기 플라즈마의 밀도 또는 입자의 에너지가 증가함에 따라 상기 폴리머 센서는 청색에서 적색으로 변하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단방법.
제15항에 있어서,
상기 폴리머 센서의 색상 변화에 따라 상기 플라즈마의 상태를 진단하는 단계는 플라즈마의 밀도, 중성종의 온도, 중성종의 밀도, 플라즈마 또는 중성종의 공간분포, 자외선 방출 정도, 플라즈마의 공간 분포 균일도, 상기 챔버 내에 제공되는 웨이퍼의 온도 분포 중 적어도 하나를 분석하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단방법.