KR101575022B1 - 플라즈마 분석장치 - Google Patents

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박상순
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주식회사 지앤비에스엔지니어링
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Abstract

본 개시는 빛의 분석을 위한 분석 튜브 내에 파우더 적체 및 침착 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 분석장치에 관한 것으로서, 본 개시의 일 태양에 따르면(According to one aspect of the present disclosure), 분석 대상 가스가 유입되는 제1 개구가 구비되며, 투광성을 가지는 분석 튜브; 상기 분석 튜브의 내부에 유입된 상기 분석 대상 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 플라즈마 변환 유닛; 및 상기 분석 튜브의 일 측에 구비되며, 상기 플라즈마 변환 유닛에 의해 플라즈마 상태로 변환되어 상기 분석 튜브의 투광성을 유지시키는 클리닝 가스가 유입되는 제2 개구;를 포함하는 플라즈마 분석 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 분석장치{PLASMA ANALYZER}
본 개시(Disclosure)는, 플라즈마 상태의 공정가스로부터 방출되는 빛을 분석하는 플라즈마 분석장치에 관한 것으로서, 특히 빛의 분석을 위한 분석 튜브 내에 파우더 적체 및 침착 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 분석장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
일반적으로 반도체 및 디스플레이 패널 등의 제조 공정 및 제조 설비에서는 제조 속도 및 효율뿐만 아니라, 제조 중에 발생할 수 있는 각종 불량을 분석하는 것이 중요하다.
예를 들면, 반도체 및 디스플레이 패널 등과 같이 미세 패턴, 회로, 구조물 등을 매우 작은 영역에 형성하는 경우에는 불량에 대한 분석 및 불량 발생 원인을 사전에 검출하는 것이 중요하다.
이로 인해, 반도체 또는 디스플레이 패널의 제조 설비는 공정 중에 사용되는 재료 및 재료 사용 후의 잔여물을 통해 불량 여부 및 불량 발생 원인을 분석하고 있다.
특히, 반도체나 디스플레이 패널의 경우 회로 패턴의 형성 등을 위해 리소그래피 공정, 에칭 공정, 애싱 공정 및 침착 공정 등의 다양한 공정이 진행되며, 이러한 공정에 사용된 가스 폐기물의 잔여물을 검사하여 불량 여부 및 불량 발생요인을 사전 검출하는 분석 장치가 이용되고 있는데, 대표적으로 플라즈마를 이용한 분석 장치가 있다
플라즈마 분석 장치는 공정 가스, 케미컬 및 불순물 등이 투입되는 분석 튜브와, 분석 튜브의 외측에 설치되어 분석 튜브 내측의 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 플라즈마 발생부와, 분석 튜브 내측으로부터 발생 된 광을 분광하여 스펙트럼을 형성하는 분광부와, 분광부로부터의 제공받은 정보를 이용하여 공정 가스, 케미컬 및 불순물의 성분과 상태를 분석하는 분석부로 이루어져 있다.
한국특허 제10-0764916호는 플라즈마 분석 장치의 각 구성을 블럭 형태로 일체화함으로써, 설치, 분해, 이동 및 운용이 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.
그러나 이러한 종래의 플라즈마 분석 장치는 분석 튜브에 유입되는 가스가 금속(metal) 원소를 포함하는 경우에는 분석 튜브 내부에 플라즈마 상태로 된 가스 원자들의 침착(deposition)이 발생하며, 또한 플라즈마 검사 장치에 유입되는 가스가 규소(Si)를 포함하는 경우에는 분석 튜브 내부에 파우더가 축적되는 문제가 발생한다.
이로 인해 분석 튜브 내부의 가스 원자들이 방출하는 광이 차단되어짐으로써 광을 이용한 가스 성분 검사가 정확하게 수행되지 못한다는 문제점이 있다.
한국특허 제10-1043353호는 분석 튜브로 유입되는 공정 가스 또는 공정 폐 가스를 사전에 히터를 이용하여 단원자 형태로 분해한 후 분석 튜브에 유입시킴으로써, 파우더의 적체 및 침착을 방지하는 것을 특징으로 한다.
한국특허 제10-1247540호는, 분석 튜브로 유입되는 공정 폐 가스를 다시 공정 라인 또는 공정 폐 가스 배출라인으로 배출되도록 함으로써, 파우더의 적체 및 침착을 억제하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 한국특허 제10-1043353호의 경우, 히터를 구비하기 위한 별도의 공간이 필요하고, 그것의 구동을 위한 전력이 추가로 필요한 문제가 있으며, 파우더의 적체 및 금속(metal) 원소의 침착을 원천적으로 차단하는 것이 불가능한 문제가 있다.
또한, 한국특허 제10-1247540호의 경우도, 파우더의 적체 및 금속(metal) 원소의 침착을 원천적으로 차단하는 것이 불가능한 문제가 있으며, 또한 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 플라즈마 발생 유닛을 채용하고 있는 것이어서, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식을 채용하는 경우 여전히 문제 해결의 필요성이 있다.
본 개시는 플라즈마 상태의 가스로부터 방출되는 빛의 분석을 위한 분석 튜브의 내부에 침착된 금속(metal) 원소 또는 적체된 파우더를 제거할 수 있는 플라즈마 분석 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시의 일 태양에 따르면(According to one aspect of the present disclosure), 분석 대상 가스가 유입되는 제1 개구가 구비되며, 투광성을 가지는 분석 튜브; 상기 분석 튜브의 내부에 유입된 상기 분석 대상 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 플라즈마 변환 유닛; 및 상기 분석 튜브의 일 측에 구비되며, 상기 플라즈마 변환 유닛에 의해 플라즈마 상태로 변환되어 상기 분석 튜브의 투광성을 유지시키는 클리닝 가스가 유입되는 제2 개구;를 포함하는 플라즈마 분석 장치가 제공된다.
이에 의하면, 분석 튜브에 공급되며 플라즈마 상태로 변환된 클리닝 가스를 이용하여 분석 튜브의 투광성을 유지할 수 있으므로, 금속 성분 침착이나 파우더의 적체를 크게 완환 시킬 수 있게 된다.
여기서, 분석 튜브는 사파이어 재질로 구비될 수 있다.
또한, 플라즈마 변환 유닛은, 코일 및 그것에 고주파 전류를 인가하여 분석 튜브 내에 유도 전기장을 형성함으로써, 플라즈마 생성 환경을 형성하는 플라즈마 발생기로 구성될 수 있다. 즉 ICP(Capacitively Coupled Plasma)타입으로 구비될 수 있다.
이와 달리, 플라즈마 변환 유닛은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입, 또는 Micro-Wave 등으로 구비될 수 있음은 물론이다.
그리고 본 태양에 따른 플라즈마 분석 장치는, 플라즈마 변환된 분석 대상 가스로부터 발생 되는 광을 전달하는 광프로브(예: 광섬유), 전달받을 광을 분광하여 전기신호를 생성하는 분광장치, 전기신호를 이용하여 성분을 분석하는 분석장치를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 클리닝 가스는, 상기 분석 튜브의 내부에 형성되는 투광성 저하 물질을 물리적 충격 또는 화학적 반응을 이용하여 제거하는 것으로 구비될 수 있다.
여기서, 물리적 충격은 전자, 이온의 충돌에 의한 물리적 충격을 의미하며, 화하적 반응은 반응성이 큰 소스를 클리닝 가스로 공급하여 침착된 금속 성분과의 결합을 유도하는 것을 의미한다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 클리닝 가스는, Clean Dry Air(CDA), PFCs, N2, O2, Ar 및 Cl2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것으로 구비될 수 있다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 분석 튜브의 양단 중 상기 제1 개구의 반대편을 차폐하도록 구비되며, 상기 분석 튜브 내에 발생 되는 광신호를 감지하여 전달하는 광프로브가 구비된 뷰포트(viwe port); 및 상기 뷰포트와 인접하는 상기 분석 튜브의 일단 내부를 가열시키는 히터;를 더 포함하는 것으로 구비될 수 있다.
이에 의하면, 히터의 가열에 의해 뷰포트와 인접하는 분석 튜브의 일단 내부와 다른 부분 사이에 압력 구배가 형성되므로, 가스 및 파우더의 유동이 원활히 발생 되어 뷰포트와 인접하는 분석 튜브의 일단 내부에서의 가스 또는 파우더의 정체를 방지할 수 있고, 결과적으로 뷰포트의 오염이 방지되어 광프로브에 의한 안정적인 광신호 감지가 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 제2 개구는 상기 뷰포트에 인접한 상기 분석 튜브의 둘레면 일 측에 구비되며, 상기 클리닝 가스는, 상기 제2 개구로 유입되어 상기 제1 개구로 배출되는 것으로 구비되는 것이 바람직하다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 플라즈마 변환 유닛은, 상기 분석 튜브의 외부에 감겨 구비되는 코일;을 포함하며, 상기 제1 개구와 제2 개구는 상기 분석 튜브의 길이방향으로 상기 코일의 양측에 각각 구비되는 것으로 구비될 수 있다.
이에 의하면, 제2 개구를 통해 유입되는 가스의 유동 경로 상에 플라즈마 변환 유닛이 위치되므로, 가스가 정체 없이 플라즈마 상태로 변환될 수 있게 된다. 즉 변환 효율이 높아지고, 투광성 유지 효과가 증가하게 된다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 반도체 제조공정이 이루어지는 공정 챔버;로서 상기 반도체 제조공정에 사용되는 공정 가스가 공급되는 가스공급라인 및 상기 반도체 제조공정에 사용된 공정 폐 가스가 배출되는 가스배출라인이 구비되는 공정 챔버;를 더 포함하며, 상기 제1 개구는 상기 가스배출라인에 연결되고, 상기 분석 대상 가스는 상기 공정 폐 가스인 것으로 구비될 수 있다.
여기서, 반도체 제조공정은, 반도체나 디스플레이 패널의 제조에 있어서 회로 패턴의 형성 등을 위해 리소그래피 공정, 에칭 공정, 애싱 공정 및 침착 공정 등을 예로 들 수 있으며, 공정 챔버로부터 배출되는 공정에 사용된 가스 폐기물의 잔여물을 검사하여 불량 여부 및 불량 발생요인을 검출할 수 있게 된다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 가스배출라인에 구비되되, 상기 공정 폐 가스의 배출 방향으로 상기 제1 개구와 연결되는 위치보다 상류에 구비되며, 상기 가스배출라인을 선택적으로 차단하는 제1 밸브; 및 상기 제2 개구로 상기 클리닝 가스의 유입을 선택적으로 차단하는 제2 밸브;를 더 포함하며, 상기 제1 밸브가 개방된 상태에서 상기 제2 밸브는 차단되는 것으로 구비될 수 있다.
이는, 공정이 진행 중인 경우 가스배출라인으로부터 공정 폐 가스가 배출되므로, 이들의 검사 및 분석이 요구된다. 따라서, 분석 튜브 내로 클리닝 가스가 유입되는 것을 차단하도록 한 것이다.
여기서, 상기 제2 밸브가 개방된 상태에서, 상기 제1 밸브는 상기 공정 챔버의 세정이 진행되는 경우를 제외하고 차단되는 것으로 구비될 수 있다.
이는, 분석 튜브로 유입되는 클리닝 가스가 공정 챔버로 유입될 위험성을 차단하기 위함이며, 공정 챔버의 세정이 이루어지는 경우에는 세정 후 폐 가스의 배출이 이루어지므로, 분석 튜브의 클리닝 가스가 공정 챔버로 유입되거나 공정 폐 가스의 분석을 방해하지 않는 상황이기 때문이다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 가스배출라인으로부터 상기 제1 개구로 상기 공정 폐 가스가 유입되는 것을 선택적으로 차단하며, 상기 제1 개구로부터 상기 클리닝 가스가 배출되는 것을 선택적으로 차단하는 제3 밸브;가 더 구비되며, 상기 제3 밸브는 항상 개방된 상태로 유지되되, 상기 제2 밸브가 개방된 상태에서 선택적으로 차단되는 것으로 구비될 수 있다.
이는 제3 밸브를 이용하여, 클리닝 가스가 분석 튜브의 내부에 유동 되는 속도를 조절함으로써, 분석 튜브의 투광성 유지 효율을 향상시키기 위함이다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라즈마 분석 장치에 있어서, 상기 클리닝 가스는, 그것의 유로 상에 구비되며,상기 분석 튜브 내부와 온도 차가 감소 되도록 선택적으로 가열시키는 가열부;를 경유하여 상기 제2 개구를 통해 상기 분석 튜브로 유입되는 것으로 구비될 수 있다.
이에 의하면, 분석 튜브의 내부 온도와 클리닝 가스의 온도 차이로 인하여, 분석 튜브가 깨지거나, 그 벽면에 크랙이 발생 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 개시의 일 태양에 따르면, 분석 튜브에 공급되며 플라즈마 상태로 변환된 클리닝 가스를 이용하여 금속 성분 침착이나 파우더의 적체를 제거할 수 있으므로, 분석 튜브의 투광성을 유지할 수 있게 된다.
또한, 플라즈마 변환 유닛이 분석 튜브 내 클리닝 가스의 유동 경로 상에 위치되므로, 클리닝 가스가 정체 없이 플라즈마 상태로 변환될 수 있게 된다. 즉 변환 효율이 높아지고, 투광성 유지 효과가 증가하게 된다.
또한, 클링닝 가스가 유입되는 상태에서, 가스배출라인을 차단함으로써, 분석 튜브로 유입되는 클리닝 가스가 공정 챔버로 유입될 위험성이 원천적으로 차단될 수 있게 된다.
또한, 클링닝 가스는 설정된 온도로 가열되어 분석 튜브 내부에 공급되므로, 온도 차이에 의한 분석 튜브의 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 뷰포트에 인접한 분석 튜브 내부를 가열하여 분석 튜브 내 압력구배를 형성함으로서, 가스 또는 파우더의 정체에 의해 뷰포트가 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치가 적용되는 반도체 제조 설비를 개략적으로 보인 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치를 개략적으로 보인 도면,
도 3은 도 2의 플라즈마 분석 장치의 변형 예를 보인 도면 및
도 4는 도 2의 플라즈마 분석 장치의 다른 변형 예를 보인 도면이다.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
다만, 이하에서 개시되는 기술적 사상의 명료한 이해를 위해 제한된 실시형태를 예로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 아니하고 특허청구범위에 개시된 기술적 사상으로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 도출할 수 있는 실시형태도 본 명세서에 개시된 실시형태로 이해되어야 함을 밝혀둔다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 본 발명자가 설명의 편의를 위하여 선택한 개념으로, 그 의미를 파악함에 있어서 사전적 의미에 한정되지 않고 본 개시의 기술적 사상에 부합되도록 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치가 적용되는 반도체 제조 설비를 개략적으로 보인 도면, 도 2는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치를 개략적으로 보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 제1 개구(111)와 제2 개구(113)를 가지는 분석 튜브(110)와 플라즈마 변환 유닛(120)을 포함한다.
아울러, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 반도체 제조 설비에 구비되어 반도체 제조 공정이 수행되는 공정 챔버(200)에 사용되는 공정 가스의 분석에 사용된다.
여기서, 공정 챔버(200)는 반도체 제조공정에 사용되는 공정 가스가 공급되는 가스공급라인(미도시) 및 반도체 제조공정에 사용된 공정 폐 가스가 배출되는 가스배출라인(210)이 구비된다.
또한, 반도체 제조공정은, 반도체나 디스플레이 패널의 제조에 있어서 회로 패턴의 형성 등을 위해 리소그래피 공정, 에칭 공정, 애싱 공정 및 침착 공정 등을 예로 들 수 있다.
반도체 제조 설비에 사용되는 공정 가스는, 공정 챔버(200), 트랩 장치(300), 펌프(400) 및 스크러버(500)를 순차로 경유하여 외부로 배출된다.
펌프(400)는 공정 챔버(200)에서 사용된 공정 폐 가스를 배출시키며, 트랩 장치(300)는 배출되는 공정 폐 가스를 여과하는 장치로서 펌프(400)의 고장을 방지하게 된다.
스크러버(500)는 펌프(400)에 의해 배출된 가스 중에 포함된 오염 물질을 연소 등의 방법으로 제거한 후 외부로 방출시키게 된다.
여기서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는 공정 챔버(200)와 트랩 장치(300)를 연결하는 가스배출라인(210)에 연결되어 구비된다. 이때 분석 대상 가스는 공정 폐 가스가 된다. 이와 달리, 공정 챔버(200)와 직접 연결되어 구비되는 경우라도 무방하다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 분석 튜브(110)는 관 형상으로 구비되며, 투광성 재질로 구비된다. 사파이어 재질로 구비될 수 있다.
분석 튜브(110)는, 길이 방향으로 일 단에 제1 개구(111)를 가진다. 또한 길이 방향으로 타 단은 막힌 상태로 구비될 수 있다.
제1 개구(111)는 분석 대상 가스인 공정 폐 가스의 유입을 위해 구비되며, 제1 개구(111)로 유입된 분석 대상 가스는 후술하는 플라즈마 변환 유닛(120)에 의해 플라즈마 상태로 변환되며 그로부터 발생 되는 광을 분광하여 그 성분을 분석하게 된다.
그 결과를 이용하여, 공정 챔버 내의 공정 중에 발생할 수 있는 각종 불량을 예측하게 된다.
도 2에서 A는 클리닝 가스의 흐름, B는 분석 대상 가스의 흐름을 표시한 것이다.
한편, 분석 튜브(110)는 제1 개구(111)와 별도로 제2 개구(113)가 구비된다.
제2 개구(113)는 분석 튜브(110)의 투광성 유지를 위한 클리닝 가스의 유입을 위해 구비된다.
구체적으로, 클리닝 가스는 제2 개구(113)로 유입되어 제1 개구(111)로 배출되도록 구비되며, 제2 개구(113)는 분석 튜브(110)의 둘레면 일 측에 구비될 수 있다.
제2 개구(113)를 통해 유입되는 클리닝 가스는 플라즈마 변환 유닛(120)에 의해 플라즈마 상태로 변환되어 분석 튜브(110)의 내부에 발생 되는 오염물질을 제거하게 된다. 그 결과로 분석 튜브(110)의 투광성을 양호한 상태로 유지시킬 수 있게 된다.
여기서 오염 물질은 분석 대상 가스에 포함되는 금속(metal) 원소의 침착 및 규소(Si)에 의한 파우더의 축적을 의미한다.
즉, 클리닝 가스는 플라즈마 상태로 변환되어 금속 성분 침착이나 파우더의 적체를 크게 완화시킴으로써, 분석 튜브(110)의 투광성을 양호한 상태로 유지하게 된다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 제2 개구(113)를 통해 유입되는 클리닝 가스는 그 유동 경로 상에 플라즈마 변환 유닛(120)이 위치되도록 구비되도록 제2 개구(113)를 배치하는 것이 바람직하다.
여기서, 플라즈마 변환 유닛(120)의 위치는 클리닝 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 위치를 의미한다.
구체적으로, 본 실시형태에 있어서, 플라즈마 변환 유닛(120)은 분석 튜브(110)의 외부에 감겨 구비되는 코일(121)을 포함하는데, 플라즈마 상태로 변환은 코일(121)이 감겨 진 위치에서 주로 발생 된다.
따라서, 제1 개구(111)와 제2 개구(113)는 분석 튜브(110)의 길이방향으로 코일(121)의 양측에 각각 구비되는 것이 바람직하다.
이에 의하면, 제2 개구(113)를 통해 유입되는 클리닝 가스의 유동 경로 상에 플라즈마 변환 유닛(120)이 위치되므로, 클리닝 가스가 정체 없이 플라즈마 상태로 변환될 수 있게 된다. 즉 변환 효율이 높아지고, 투광성 유지 효과가 증가하게 된다.
본 실시형태에 있어서, 플라즈마 변환 유닛(120)은, 분석 대상 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 구성으로서, 클리닝 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 기능을 함께 수행하게 된다.
여기서, 플라즈마 변환 유닛(120)은 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입이 적용되며, 코일(120) 및 그것에 고주파 전류를 인가하여 분석 튜브 내에 유도 전기장을 형성함으로써, 플라즈마 생성 환경을 형성하는 플라즈마 발생기(미도시)로 구성될 수 있다.
이와 달리, 플라즈마 변환 유닛(120)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입, 또는 Micro-Wave 등으로 구비될 수 있음은 물론이다.
본 실시형태에 의하면, 선택적으로 제2 개구(113)를 통해 클리닝 가스를 분석 튜브(110)에 유입시키고, 클리닝 가스를 플라즈마 상태로 변화함으로써, 분석 대상 가스의 플라즈마 상태 변화에 의해 분석 튜브(110)의 내부에 발생 되는 오염물질을 제거하여 투과성을 유지할 수 있게 된다.
한편, 클리닝 가스에 의한 투광성 유지는, 분석 튜브(110)의 내부에 형성되는 오염 물질(금속 원소의 침착, 파우더의 적체를 의미하며, 투광성을 저하시키는 물질을 의미함)을 물리적 충격 또는 화학적 반응을 이용하여 제거함으로써 달성할 수 있게 된다.
여기서, 물리적 충격은 전자, 이온의 충돌에 의한 물리적 충격을 의미하며, 화학적 반응은 반응성이 큰 소스를 클리닝 가스로 공급하여 침착된 금속 성분과의 결합을 유도하는 것을 의미한다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 클리닝 가스는, Clean Dry Air(CDA), PFCs, N2, O2, Ar 및 Cl2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, Clean Dry Air(CDA)는 압축공기 중에 포함되는 먼지, 유분, 수분 등의 오염물질을 제거한 청정 공기를 의미한다. CDA는 타 클리닝 가스에 비하여 저렴한 가격으로 장시간 운영 시, 운전 비용 절감의 효과가 있다. 또한 CDA는 N2, O2, He 등이 포함된 혼합 기체로 단일 가스를 주입하는 것에 비하여 방전 효율이 향상되어 높은 플라즈마 밀도를 확보할 수 있다.
그리고, PFCs(Perfluorinated Compounds; 과불화 화합물)는, CF4, SF6, NF3 등을 포함하며, 반도체 공정에서 공정 챔버의 세정가스로 사용된다.
한편, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는 플라즈마 변환된 분석 대상 가스로부터 발생 되는 광을 전달하는 광프로브(133)(예: 광섬유)로서 분석 튜브(110)의 말단, 즉 길이방향으로 제1 개구(111)의 반대쪽 끝단에 구비된다.
광프로브(133)는, 분석 트뷰(110)의 말단에 구비되는 뷰포트(131)에 구비된다.
뷰포트(131)는, 분석 트뷰(110)의 개구 된 말단을 기밀하는 상태로 결합 되거나, 분석 트뷰(110)와 일체로 구비될 수 있다.
한편, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 광프로브(133)로부터 광을 전달받아 분광하여 전기신호를 생성하는 분광유닛(140), 전기신호를 이용하여 컴퓨터 등으로 성분을 분석하는 분석유닛(150)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 한국특허 제10-0764916호에 개시된 설명으로 갈음하기로 한다.
도 3은 도 2의 플라즈마 분석 장치의 변형 예를 보인 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 밸브시스템이 구비되는 점에서 앞선 실시형태와 차이가 있다.
구체적으로 본 실시형태에서는 제1 밸브(211) 및 제2 밸브(161)가 더 구비되는데, 제1 밸브(211)는 가스배출라인(210)에 구비되되, 공정 폐 가스의 배출 방향으로 제1 개구(111)와 연결되는 위치보다 상류에 구비되고, 가스배출라인(210)을 선택적으로 차단하도록 구비된다.
제2 밸브(161)는 제2 개구(113)로 클리닝 가스의 유입을 선택적으로 차단하도록 구비된다.
한편, 반도체 제조 공정이 진행 중인 경우, 가스배출라인(210)으로부터 공정 폐 가스가 배출되는 상태이므로 이들의 검사 및 분석이 요구되며, 이때 분석 튜브(110) 내로 클리닝 가스가 유입되는 것을 차단하는 것이 필요하게 된다.
본 실시형태는, 이를 위해 제1 밸브(211)가 개방된 상태에서 제2 밸브(161)는 항상 차단된 상태로 유지되도록 제어하게 된다.
이와 달리, 제2 밸브(161)가 개방된 상태에서 제1 밸브(211)는 공정 챔버(200)의 세정 공정이 진행되는 경우를 제외하고 차단되는 것으로 구비될 수 있다.
이에 의해, 분석 튜브(110)로 유입되는 클리닝 가스가 공정 챔버(200)로 유입될 위험성을 차단할 수 있게 된다.
이에 추가하여, 본 실시형태는, 가스배출라인(210)으로부터 제1 개구(111)로 공정 폐 가스가 유입되는 것을 선택적으로 차단하며, 제1 개구(111)로부터 클리닝 가스가 배출되는 것을 선택적으로 차단하는 제3 밸브(115)가 더 구비될 수 있다.
이에 의하면, 제3 밸브(115)를 이용하여, 클리닝 가스가 분석 튜브(110)의 내부에 유동 되는 속도를 조절함으로써, 분석 튜브(110)의 투광성 유지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
구체적으로, 제3 밸브(115)는 원칙적으로 개방된 상태로 유지되되, 제2 밸브(161)가 개방된 상태에서 선택적으로 차단되도록 구비된다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 공정 챔버(200)에는 반도체 제조공정이 이루어지는 장소로서 공정 챔버(200)의 세정 공정을 위한 세정가스가 공급되는 세정가스라인이 더 구비될 수 있는데, 제2 개구(113)는 세정가스라인(미도시)에 연결되어 구비될 수 있다.
도 4는 도 2의 플라즈마 분석 장치의 다른 변형 예를 보인 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 분석 튜브(110)로 유입되는 클리닝 가스를 예열하는 구성이 추가되는 점에서 앞선 실시형태와 차이가 있다.
본 실시형태에 있어서, 플라즈마 분석 장치(100)는 분석 튜브(110)로 유입되는 클리닝 가스를 가열하는 히팅유닛(163)이 구비된다. 이는 도면상 제2 밸브(161)의 상류에 구비되는 것으로 도시에 되어 있으나, 제2 밸브(161)의 하류는 물론 제2 개구(113)에 구비되는 것도 무방하다.
이에 의하면, 플라즈마 방전에 의한 온도가 상승 된 분석 튜브(110) 내부로 온도 차가 큰 클리닝 가스가 유입되는 경우, 양자의 온도 차로 인해 분석 튜브가 파손되거나 또는 그 벽면에 크랙이 발생 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 도 2의 플라즈마 분석 장치의 또 다른 변형 예를 보인 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 플라즈마 분석 장치(100)는, 뷰포트(131)와 인접하는 분석 튜브(110)의 일단 내부를 가열하는 구성이 추가되는 점에서 앞선 실시형태와 차이가 있다.
본 실시형태에 있어서, 플라즈마 분석장치(100)는, 뷰포트(131)와 인접하는 분석 튜브(110)의 일단 내부를 가열시키는 히터(135)가 구비된다.
히터(135)는, 뷰포트(131)의 외부 면 또는 뷰포트(131)의 내부에 삽입되는 열선으로 구비될 수 있다.
한편, 본 실시형태와 달리, 히터(135)는, 뷰포트(131)와 인접하는 분석 튜브(110)의 일단 외면에 감겨 구비되는 열선으로 구비될 수도 있다.
어떠한 형태로 구비되던지, 히터(135)가 분석 튜브(110)의 일단 내부를 가열할 수 있는 것이면 충분하며, 이에 의하면, 히터(135)에 의한 가열에 의해 분석 튜브(110) 내부에 압력 구배가 형성되며, 그 결과로 뷰포트(131) 주변에서의 유동이 원활히 일어날 수 있게 된다. 따라서 뷰포트(131) 주변에 가스 또는 파우더의 정체가 방지되고, 뷰포트(131)의 오염으로 인해 광프로브(133)의 광신호 감지 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 분석 대상 가스가 유입되는 제1 개구가 구비되며, 투광성을 가지는 분석 튜브;
    상기 분석 튜브의 내부에 유입된 상기 분석 대상 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 플라즈마 변환 유닛; 및
    상기 분석 튜브의 일 측에 구비되며, 상기 플라즈마 변환 유닛에 의해 플라즈마 상태로 변환되어 상기 분석 튜브의 투광성을 유지시키는 클리닝 가스가 유입되는 제2 개구;를 포함하되,
    상기 플라즈마 변환유닛은, 상기 분석튜브의 외부에 감겨 구비되는 코일;을 포함하고,
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구는, 상기 분석튜브의 길이방향으로 상기 코일의 양측에 각각 구비되며,
    상기 제2 개구를 통해 유입되는 상기 클리닝 가스는, 상기 분석 튜브의 길이방향을 따라 유동되어 상기 플라즈마 변환 유닛에 의해 플라즈마 상태로 변화되어, 상기 분석 튜브의 내부에 형성되는 투광성 저하 물질과 물리적 충격 또는 화학적 반응에 의해 상기 투광성 저하 물질을 제거하며, 상기 제1 개구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 클리닝 가스는, Clean Dry Air(CDA), PFCs, N2, O2, Ar 및 Cl2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석 튜브의 양단 중 상기 제1 개구의 반대편을 차폐하도록 구비되며, 상기 분석 튜브 내에 발생 되는 광신호를 감지하여 전달하는 광프로브가 구비된 뷰포트(viwe port); 및
    상기 뷰포트와 인접하는 상기 분석 튜브의 일단 내부를 가열시키는 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    반도체 제조공정이 이루어지는 공정 챔버;로서 상기 반도체 제조공정에 사용되는 공정 가스가 공급되는 가스공급라인 및 상기 반도체 제조공정에 사용된 공정 폐 가스가 배출되는 가스배출라인이 구비되는 공정 챔버;를 더 포함하며,
    상기 제1 개구는 상기 가스배출라인에 연결되고,
    상기 분석 대상 가스는 상기 공정 폐 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스배출라인에 구비되되, 상기 공정 폐 가스의 배출 방향으로 상기 제1 개구와 연결되는 위치보다 상류에 구비되며, 상기 가스배출라인을 선택적으로 차단하는 제1 밸브; 및
    상기 제2 개구로 상기 클리닝 가스의 유입을 선택적으로 차단하는 제2 밸브;를 더 포함하며,
    상기 제1 밸브가 개방된 상태에서 상기 제2 밸브는 차단되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 밸브가 개방된 상태에서, 상기 제1 밸브는 상기 공정 챔버의 세정이 진행되는 경우를 제외하고 차단되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 가스배출라인으로부터 상기 제1 개구로 상기 공정 폐 가스가 유입되는 것을 선택적으로 차단하며, 상기 제1 개구로부터 상기 클리닝 가스가 배출되는 것을 선택적으로 차단하는 제3 밸브;가 더 구비되며,
    상기 제3 밸브는 항상 개방된 상태로 유지되되, 상기 제2 밸브가 개방된 상태에서 선택적으로 차단되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 클리닝 가스는, 그것의 유로 상에 구비되며,상기 분석 튜브 내부와 온도 차가 감소 되도록 선택적으로 가열시키는 가열부;를 경유하여 상기 제2 개구를 통해 상기 분석 튜브로 유입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분석 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010172855A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス浄化装置

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