KR101535747B1 - 반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 진단방법 - Google Patents

반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 진단방법 Download PDF

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윤주영
김진태
송제범
강상우
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 제1전극 및 상기 제1전극과 이격되게 설치되는 제2전극을 구비하여, 내부에 플라즈마를 발생하는 진공 챔버부; 상기 제1전극 및 제2전극의 사이에 위치하는 코팅부품 장착부; 상기 진공 챔버부와 연결설치되어, 상기 진공 챔버 내의 오염 입자를 집속하는 입자 집속부; 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 성분을 검출하는 입자성분 검출부; 및 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 오염정도를 측정하는 입자 측정부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 코팅설비의 오염 진단장치를 이용하여 코팅부품을 진단하는 반도체 코팅설비의 오염 진단방법에 관한 것이다.

Description

반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 진단방법{Diagnostic apparatus for a contamination of semiconductor coating equipment and the diagnostic method thereof}
본 발명은 반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체공정은 플라즈마 기술을 활용하면서, 상기 반도체공정 중 진공공정장비 부품은 플라즈마 이온, 활성기체, 고온 공정 등에 노출된다. 또한 장시간 플라즈마 공정이 노출이 되면서 상기 진공공정장비 부품은 내구성이 떨어지고, 이 때문에 상기 부품에 내플라즈마성이 강한 재료를 코팅하여 사용하고 있다.
그러나, 이러한 반도체 공정 장비의 코팅부품은 장기간 플라즈마에 노출이 되면서 내구성이 약해져 수명이 짧아지기 마련이다. 이렇게 사용수명에 도달했을 경우에는 오염입자가 발생하여 반도체 생산수율에 문제를 일으키는 경우가 종종 발생한다. 따라서, 코팅부품의 수명을 예측하여 코팅부품을 교체해야하나, 현재까지는 코팅부품수명을 예측할 수 있는 진단장치 및 방법이 상용화되지 않아 정확한 예측을 할 수가 없는 실정이다.
KR 10-2010-0072231 (공개번호)
본 발명은 코팅부품의 수명을 예측할 수 있는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 제1전극 및 상기 제1전극과 이격되게 설치되는 제2전극을 구비하여, 내부에 플라즈마를 발생하는 진공 챔버부; 상기 제1전극 및 제2전극의 사이에 위치하는 코팅부품 장착부; 상기 진공 챔버부와 연결설치되어, 상기 진공 챔버부 내의 오염 입자를 집속하는 입자 집속부; 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 성분을 검출하는 입자성분 검출부; 및 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 오염정도를 측정하는 입자 측정부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 반도체 코팅설비의 오염 진단장치를 이용하여 코팅부품을 진단하는 반도체 코팅설비의 오염 진단방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 코팅부품을 플라즈마에 노출시켜 가속 공정을 진행하면서 발생하는 오염입자를 실시간으로 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명인 반도체 코팅설비의 오염 진단장치의 일 실시예 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 입자 집속부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 오염입자를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 광 검출부를 이용하여 오염성분을 측정한 그래프이다.
본 발명은 플라즈마 공정장비용 코팅부품의 진단장치에 관한 것으로, 제1전극 및 상기 제1전극과 이격되게 설치되는 제2전극을 구비하여, 내부에 플라즈마를 발생하는 진공 챔버부, 상기 제1전극 및 제2전극의 사이에 위치하는 코팅부품 장착부, 상기 진공 챔버부와 연결설치되어, 상기 진공 챔버부 내의 오염 입자를 집속하는 입자 집속부, 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 성분을 검출하는 입자성분 검출부 및 상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 오염정도를 측정하는 입자 측정부를 포함하여 구성된다.
이에 더하여, 상기 진공 챔버부와 연결되어 상기 플라즈마 내에서 방출되는 광을 파장에 따라 분해하는 분광부 및 상기 파장에 따라 분해된 광을 검출하는 광검출부를 포함할 수 있으며, 상기 입자 집속부는 원통형으로 형성되어, 내경이 하부로 갈수록 직경이 작아지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 입자 집속부는 상기 내경에 구비되어 열을 가하는 열선, 상기 입자 집속부의 하부에 위치하여, 진동을 가하는 진동부 및 상기 입자 집속부의 하부에 위치하여, 상기 입자 집속부의 축방향으로 회전을 가하는 회전부를 포함할 수 있다. 이는 상기 입자 집속부에 입자를 집속할 때, 입자 집속부에 열을 가하고 진동 및 회전을 시켜 오염입자가 달라붙지 않게 하기 위함이다.
또한, 상기 코팅부품 장착부는 상하이동가능한 기판에 연결되어 상기 코팅부품의 위치 변화에 따라 오염입자를 측정할 수 있으며, 상기 진공 챔버부는 적어도 하나의 정전 탐침 측정부를 포함할 수 있다.
특정 양태로서, 상기 진공 챔버부 외부에서 상기 코팅부품 장착부에 고주파 전압을 인가하는 바이어스 전력부 및 상기 절연 코팅부와 바이어스 전력부 사이에서 전류 및 전압에 기반하여 임피던스를 측정하는 바이어스 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1전극은 상기 진공 챔버부의 상부에 위치하며, 상기 제1전극의 하부에는 가스 공급부가 구비되어 상기 진공 챔버부 내부로 반응 가스를 공급할 수 있으며, 상기 제1전극은 접지전극과 연결되며, 상기 제1전극 및 코팅부품 장착부 사이에 플라즈마 쉬스를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 플라즈마 공정장비용 코팅부품의 진단장치를 이용하여 플라즈마 공정장비용 코팅부품을 진단할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명인 반도체 코팅설비의 오염 진단장치의 일 실시예 구성을 간략하게 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에서 입자 집속부의 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 오염입자를 측정한 그래프, 도 4는 본 발명의 플라즈마 광 검출부를 이용하여 오염성분을 측정한 그래프이다. 이하, 도 1 내지 도 4와 실시예를 통해 본 발명인 반도체 코팅설비의 오염 진단장치를 상세히 설명한다.
본 발명은 코팅부품을 플라즈마에 노출시켜 가속 공정을 진행하면서 발생하는 오염입자를 실시간으로 진단할 수 있는 반도체 코팅설비의 오염 진단 장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 코팅설비의 오염 진단 장치는 제1전극(105) 및 상기 제1전극(105)과 이격되게 설치되는 제2전극(125)을 구비하여, 내부에 플라즈마를 발생하는 진공 챔버부(101), 상기 제1전극(105) 및 제2전극(125)의 사이에 위치하는 코팅부품 장착부(102), 상기 진공 챔버부(101)와 연결설치되어, 상기 진공 챔버부(101) 내의 오염 입자를 집속하는 입자 집속부(112), 상기 입자 집속부(112)와 연결설치되어 상기 오염입자의 성분을 검출하는 입자성분 검출부(111, 114) 및 상기 입자 집속부(112)와 연결설치되어 상기 오염입자의 오염된 정도를 측정하는 입자 측정부(113)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 진공 챔버부(101)는 다양한 가스가 주입되어 반응할 수 있는 반응 공간을 제공하고, 주입된 가스에 온도 및 압력에 대한 특정 조건이 부여되어 이에 의해 플라즈마 상태로 변환된 플라즈마 가스를 내부에 가두는 역할을 한다.
이때, 상기 제1전극(105)은 상기 진공 챔버부(101)의 상부에 위치하며, 상기 제1전극(105)의 하부에는 가스 공급부가 구비되어 상기 제1전극(105)의 가스 분사홀을 통하여 진공 챔버부(101) 내부로 반응가스를 공급할 수 있다. 또한, 상기 제1전극(105)은 접지전극과 연결될 수 있다. 여기서, 접지전극이라 함은 접지를 하기 위해 대지 속에 매설되는 전극으로, 금속막대, 금속판, 금속 메시일 수 있다.
이에 더하여, 상기 제2전극(125)은 제1전극(105)에 대향하여 형성되며, 본 발명에서 제2전극(125)은 코팅기재를 포함하고 있는 코팅부품 장착부(102)를 지지하며, 바이어스 전력부(104)로부터 고주파 전압을 인가받는다. 이때, 플라즈마는 제1전극(105)과 제2전극(125)의 사이에서 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 입자 집속부(112)의 외형은 원통형으로 형성되며, 입자를 집속하기 용이하도록 상부에서 하부로 갈수록 내경이 점진적으로 줄어드는 깔대기 형상으로 형성되어 있다. 이에 더하여, 상기 입자 집속부(112)는 상기 내경에 구비되어 열을 가하는 열선, 상기 입자 집속부(112)의 하부에 위치하여, 진동을 가하는 진동부 및 상기 입자 집속부(112)의 하부에 위치하여, 상기 입자 집속부(112)의 축방향으로 회전을 가하는 회전부를 포함할 수 있다. 이는 상기 입자 집속부(112)에 오염입자가 달라붙지 않게 하기 위함이다. 특정양태로서, 외부에는 상기 열선, 진동부 및 회전부와 전기적으로 연결되어 제어할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 입자성분 검출부(111, 114)는 오염입자의 성분을 검출할 수 있으며, 입자의 성분과 개수를 파악할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저를 이용한 입자산란 방법을 이용하여 오염 입자의 개수를 파악하고, 광측정 방법으로 오염 입자의 성분을 검출할 수 있다.
이러한 입자성분 검출부(111, 114)는 적어도 하나일 수 있으며, 상기 광측정 방법인 입자성분 검출부(111, 114)가 2개를 포함하고 있을 때에는 하나는 챔버와 펌프 사이의 배기부분에 형성되고, 나머지 하나는 챔버의 벽면에 포함될 수 있다.
특히, 상기 코팅부품 장착부(102)는 상하이동가능한 기판(109)에 연결되어 상기 코팅부품의 위치 변화에 따라 오염입자를 측정할 수 있다.
또한, 오염정도를 측정하는 입자 측정부(113)는 인피콘 회사의 실시간 오염입자 모니터링 시스템을 이용하여 측정할 수 있으며, 이를 측정함으로써 코팅부품의 교체시기를 예측할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 플라즈마 내에서 방출되는 광신호를 측정하여 코팅부품의 교체시기를 예측할 수 있으며, 상기 진공 챔버부(101)는 상기 플라즈마 내에서 방출되는 광을 파장에 따라 분해하는 분광부; 및 상기 파장에 따라 분해된 광을 검출하는 광검출부를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 반도체 코팅설비의 오염 진단 장치는 수광부를 포함할 수 있으며, 상기 수광부에서 플라즈마 내에서 방출되는 광을 집광하여 분광부로 유도할 수 있다. 상기 분광부는 회절격자를 구비하고, 회절격자를 통해 플라즈마 내에서 방출되는 광을 파장에 따라 분해할 수 있다. 즉, 회절격자에 의한 파장 분해능을 가지고, 상기 플라즈마 내에서 방출되는 파장 성분만을 선택적으로 측정할 수 있다. 여기서, 회절격자는 미세한 홈을 파놓은 거울로서, 기계적으로 그어서 홈을 판 기계적 회절격자와 포토리지스트를 패터닝한 뒤에 이를 식각한 홀로그래픽 회절격자의 두 종류가 가능하다. 한편, 파장 분해능은 mm 당 몇 개의 홈을 팠느냐에 따라 상이하며, 홈이 많을 수록 분광하는 정도가 커진다.
한편, 상기 분광부에서 파장에 따라 분해된 광을 광 검출부(110)에서 검출하며, 빛의 세기에 따라 발생하는 전하의 양으로 광신호를 측정할 수 있다. 즉, 상기 광 검출부(110)는 코팅부품에서 발생하는 오염성분을 측정할 수 있으며, 본 발명에서 실시간으로 발생하는 입자의 성분의 변화를 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 진공 챔버부(101)는 적어도 하나의 정전 탐침 측정부(116)를 포함할 수 있으며, 이는 진공 챔버부(101)의 중앙 부분부터 상기 진공 챔버부(101)의 벽면까지 좌우로 이동이 가능하며, 이는 진공 챔버부(101)의 내부에서 위치에 따라 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있다.
이에 더하여, 상기 진공 챔버부(101) 외부에서 상기 코팅부품 장착부(102)에 고주파 전압을 인가하는 바이어스 전력부(104) 및 상기 절연 코팅부와 바이어스 전력부(104) 사이에서 전류 및 전압을 측정하는 바이어스 검출부(103)를 포함한다.
이때, 바이어스 전력부(104)가 인가하는 고주파 전압은 2 MHz, 13.56 MHz 또는 27.12 MHz 일 수 있다. 상기 고주파 전압은 국제협약에 따라 RFID에 사용하도록 규정된 주파수일 수 있다.
또한, 본 발명의 바이어스 검출부(103)는 바이어스 전력부(104)에서 전송되는 전류, 전압을 측정할 수 있으며, 여기에서 측정한 데이터값을 상기 바이어스 검출부(103)와 연결된 데이터 수집부(115)에 전송할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 데이터 수집부(115)를 추가로 포함함으로써 본 발명에서의 모든 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바이어스 검출부(103)는 바이어스 전력부(104)에서 전송되는 전류, 전압을 측정할 수 있으며, 여기에서 측정한 데이터값을 상기 바이어스 검출부(103)와 연결된 데이터 수집부에 실시간으로 전송할 수 있다. 이뿐만 아니라, 입자 측정부(113), 입자성분 검출부(111, 114) 및 광 검출에서의 측정값과 검출값에 대한 데이터를 상기 데이터 수집부에 실시간으로 전송하여 플라즈마 공정 중 코팅부품에서 발생하는 오염입자의 성분과 플라즈마 상태를 실시간으로 모니터링이 가능하고 데이터를 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 반도체 코팅을 실시하였을 때, 오염입자가 집속된 입자 집속부(112)와 연결된 입자 측정부(113)에서 입자의 개수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
그 결과, 반도체 코팅을 실시한 초기 시점에 비하여, 시간이 증가할 수록 오염입자의 개수가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이는 반도체 코팅을 실시한 이후로, 입자 집속부(112)에 집속된 오염입자의 개수가 증가된 것을 의미한다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 광 검출부(110)를 이용하여 오염성분을 측정한 그래프로, 입자 성분의 변화를 확인할 수 있었다.
이로써, 본 발명의 반도체 코팅설비의 오염 진단장치 및 방법을 이용하여, 진공 챔버부(101) 내에서 발생하는 오염입자의 성분 및 개수의 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.
101: 진공 챔버부 102: 코팅부품 장착부
103: 바이어스 검출부 104: 바이어스 전력부
105: 제1전극 106: 플라즈마 영역
107: 플라즈마 쉬스 108: 그라운드 커버
110: 광 검출부 111, 114: 입자성분 검출부
112: 입자 집속부 113: 입자 측정부
115: 데이터 수집부 116: 정전 탐침 측정부
125: 제2전극

Claims (11)

  1. 제1전극 및 상기 제1전극과 이격되게 설치되는 제2전극을 구비하여, 내부에 플라즈마를 발생하는 진공 챔버부;
    상기 제1전극 및 제2전극의 사이에 위치하는 코팅부품 장착부;
    상기 진공 챔버부와 연결설치되어, 상기 진공 챔버부 내의 오염 입자를 집속하는 입자 집속부;
    상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 성분을 검출하는 입자성분 검출부; 및
    상기 입자 집속부와 연결설치되어 상기 오염입자의 오염정도를 측정하는 입자 측정부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버부와 연결되어 상기 플라즈마 내에서 방출되는 광을 파장에 따라 분해하는 분광부; 및
    상기 파장에 따라 분해된 광을 검출하는 광검출부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입자 집속부는
    원통형으로 형성되어, 내경이 하부로 갈수록 직경이 작아지는 것을 특징으로 하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입자 집속부는
    상기 내경에 구비되어 열을 가하는 열선;
    상기 입자 집속부의 하부에 위치하여, 진동을 가하는 진동부; 및
    상기 입자 집속부의 하부에 위치하여, 상기 입자 집속부의 축방향으로 회전을 가하는 회전부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부품 장착부는 상하이동가능한 기판에 연결되어 상기 코팅부품의 위치 변화에 따라 오염입자를 집속할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버부는 적어도 하나의 정전 탐침 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버부 외부에서 상기 코팅부품 장착부에 전류 및 전압을 인가하는 바이어스 전력부; 및
    상기 바이어스 전력부와 연결되어 상기 코팅부품 장착부에 인가되는 전류 및 전압을 측정하는 바이어스 검출부; 를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 진공 챔버부의 상부에 위치하며,
    상기 제1전극의 하부에는 가스 공급부가 구비되어 상기 진공 챔버부 내부로 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 접지전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 및 코팅부품 장착부 사이에 플라즈마 쉬스를 포함하는 반도체 코팅설비의 오염 진단장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 반도체 코팅설비의 오염 진단장치를 이용하여 오염입자를 진단하는 반도체 코팅설비의 오염 진단방법.
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