KR102001777B1 - 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법 - Google Patents

모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법이 개시된다. 본 발명의 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치는 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되는 인입관; 상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 형성공간에서 플라즈마를 형성하는 모니터링 플라즈마 셀; 상기 플라즈마 형성공간에서 나오는 광을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기; 및 상기 분광기에서 측정된 스펙트럼 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단하는 제어부를 포함하되, 상기 모니터링 플라즈마 셀은, 하우징; 상기 하우징 내에서 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재; 상기 봉재 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극; 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층; 및 상기 유전체층을 실린더형으로 감싸는 외부전극을 포함한다. 본 발명에 따르면 유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 셀을 이용하여 상압에서도 플라즈마가 발생하여 공정 모니터링의 적용 범위를 높일 수 있으며, 나아가 오염물질에 의한 윈도우의 오염을 감소시킬 수 있다.

Description

모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법{A Process Monitoring Equipment Using Monitoring Plasma Cell And Method Of Process Monitoring Method Using The Same}
본 발명은 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염방지 기능을 갖는 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 확산, 증착, 사진, 식각, 이온주입 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어진다. 이들 제조공정 중에서 식각, 확산, 증착 공정 등은 밀폐된 공정챔버 내에 소정의 분위기에서 공정가스를 투입함으로써 공정챔버 내의 웨이퍼 상에서 반응이 일어나도록 공정을 수행하게 된다. 예컨대 막을 형성하는 증착공정은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 또는 플라즈마-강화 화학기상증착(Plasma Enhancemenat CVD, PECVD) 방법 등을 이용하여 수행하고 있다.
이러한 반도체 공정에서 수율을 향상시키기 위하여 공정 중에 발생하는 사고를 미리 방지하고 장비의 오동작 등을 사전에 방지하기 위해 공정의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 상태 발생시 공정을 중단시키는 등의 조치를 취하여 불량률을 낮춤으로써 공정을 최적화하는 것이 필요하다.
이를 위하여, 공정 챔버와는 별도로 공정 챔버의 배기관에 연결되는 셀프 플라즈마 챔버를 마련하고, 이에 센서부를 설치하여 플라즈마 공정을 모니터링하는 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES, Self-Plasma Optical Emission Spectroscopy)가 사용되고 있다.
셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)의 최대 장점은 공정 장비에 영향을 주지 않으면서 공정을 진단할 수 있고, 장비의 메인 챔버에서 플라즈마 방전이 발생하지 않는 RPS(Remote Plasma System) 등에 적용이 가능하며, 설치, 분해, 이동 및 운용이 용이하고 저렴한 가격 등 많은 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 공정 챔버(1, Process Chamber)의 일측은 배기관(2)을 통하여 펌프(3, Pump)와 연결되어 있으며, 펌프(3)에 의하여 공정 챔버(1)의 배기가스는 배기관(2)을 통하여 배기되고 있다.
셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 배기관(2)의 일측에서 분기된 인입관(4)을 통하여 배기관을 경유하는 가스 성분을 인입하는 플라즈마 챔버(20), 이 배기가스를 방전시켜 플라즈마화하는 고주파(RF, Radio Frequency) 발전기(22)와, 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(23), 및 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광분포를 측정하는 분광기(30, Spectrometer), 및 분광기(30)와 인터페이스되어 분산된 빛을 분석하는 제어부(50)를 구비하고 있다.
이와 같은 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 CVD, PVD, 식각장비에 대하여 효율적으로 공정챔버(1)의 상태를 모니터링하여, 예상하지 못한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
그런데 종래의 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 오염에 취약한 단점이 있다.
예컨대, 플라즈마 방전에 의한 부산물들인 오염 물질이 윈도우(23) 렌즈에 부착되는 경우 감도를 저하시키고, 수명을 단축시키게 된다. 또한, 파티클(particle)이 플라즈마 챔버(20)에 인입되는 경우 방전효율이 저하된다. 공정챔버(1)의 배기관(2)에는 배출되는 탄소와 같은 비금속성 공정물질과 텅스텐과 같은 금속성의 공정물질이 플라즈마 챔버(20)의 내벽과 윈도우(23)에 달라붙어 오염을 유발하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-0905128호인 "셀프 플라즈마 챔버의 오염 방지 장치 및 방법"와, 대한민국 등록특허 제10-1273922호인 "능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법"에서는 윈도우 오염 방지 기술이 개시되어 있다.
하지만, 이와 같은 종래기술은 셀프 플라즈마 챔버의 수명을 일부 연장시키는 효과가 있지만, 윈도우에 오염물질이 흡착되는 것을 근본적으로 해결하지 못하고 있다.
또한, 종래기술은 주로 진공에서 플라즈마가 발생하는 경우로서, 상압에서는 플라즈마를 발생시킬 수 없는 단점이 있다.
또한, 종래의 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 발광분광기별로 동일 공정이라도 측정값이 변하는 단점이 있다. 이는 윈도우, 광파이버, 슬릿, 그레이팅(grating), CCD(Charge Coupled Device) 어레이 등이 각각의 셀프 플라즈마 발광분광기마다 다르기 때문에 물리적인 편차가 발생하게 된다.
따라서, 개별적인 셀프 플라즈마 발광분광기를 설치하기 전에 표준화하는 절차가 선행될 필요가 있다.
또한, 종래의 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 상술하였듯이 오염에 취약한 단점이 있으므로, 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)의 오염도에 따른 발광분광기의 측정값 저하를 보정할 필요가 있다.
이에 더하여, 오염도에 따른 측정값 저하는 파장에 따라 그 정도가 다르다. 예컨대, 단파장은 장파장보다 그 오염도에 따른 측정값 저하가 현저할 수 있으므로, 오염에 따른 측정값 보정은 파장에 따라서도 고려해야 할 필요가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0905128호 대한민국 등록특허 제10-1273922호 대한민국 등록특허 제10-0891376호 국제공개번호 WO 2004/032177
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로 그 목적은 유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 셀을 이용하여 상압에서도 플라즈마가 발생하며, 오염물질에 의한 오염이 저감되는 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
또한, 개별적인 플라즈마 셀을 설치하기 전에 표준화하는 절차가 선행되는 기준 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
또한, 플라즈마 셀의 오염도에 따른 플라즈마 셀의 측정값 저하를 보정할 수 있는 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제해결을 위한 본 발명의 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치는 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되는 인입관; 상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 형성공간에서 플라즈마를 형성하는 모니터링 플라즈마 셀; 상기 플라즈마 형성공간에서 나오는 광을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기; 및 상기 분광기에서 측정된 스펙트럼 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단하는 제어부를 포함하되, 상기 모니터링 플라즈마 셀은, 하우징; 상기 하우징 내에서 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재; 상기 봉재 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극; 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층; 및 상기 유전체층을 실린더형으로 감싸는 외부전극을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 외부전극은 상기 인입관 방향으로 상기 유전체층의 외측 단부에 형성되어 있으며, 상기 내부전극은 상기 유전체층의 내측 단부에 형성되어 있어서, 상기 외부전극과 내부전극 사이에는 유전체층를 사이에 두고 플라즈마 형성 공간이 형성되며, 상기 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마 광은 봉재를 통하여 윈도우로 전달되며, 플라즈마는 실린더 형의 외부전극과 내부전극을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 발생될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인입관이 형성된 부분의 배기관은 그 폭이 좁아지는 노즐부가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배기관 및 모니터링 플라즈마 셀을 통과하여 윈도우에 광을 조사하는 기준 플라즈마 셀을 더 포함하되, 상기 기준 플라즈마 셀은 상기 배기관을 사이에 두고 상기 모니터링 플라즈마 셀과 대칭되게 배치될 수 있다.
상기한 다른 과제해결을 위한 본 발명의 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법은 공정 챔버는 배기관을 통하여 배기가스를 배출하는 단계: 상기 배기관의 일측에 형성된 인입관을 통해 모니터링 플라즈마 셀로 배기가스의 일부를 인입하는 단계; 상기 모니터링 플라즈마 셀에 구비된 플라즈마 형성공간에 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discahrage; DBD)을 이용하여 플라즈마를 발생하는 단계; 상기 모니터링 플라즈마 셀의 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마 광을 플라즈마 셀의 중앙에 형성된 봉재를 이용하여 윈도우로 전달하는 단계; 및 상기 윈도우로 전달된 플라즈마 광을 분석하여 공정챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 실시간 모니터링하는 단계를 포함하되, 상기 모니터링 플라즈마 셀은 하우징 내에는 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재, 상기 봉재 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극, 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층, 상기 유전체층을 실린더형으로 감싸는 외부전극으로 구성되되, 상기 외부전극은 상기 인입관 방향으로 상기 유전체층의 외측 단부에 형성되어 있으며, 내부전극은 상기 유전체층의 내측 단부에 형성되어서, 플라즈마는 모니터링 플라즈마 셀의 전극의 배치에 의하여 실린더 형의 외부전극과 내부전극을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 발생될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배기관 및 모니터링 플라즈마 셀을 통과하는 기준 광을 기준 플라즈마 셀에 의하여 윈도우에 조사하는 단계; 및 상기 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마를 경유한 기준 플라즈마 셀의 조사된 기준 광을 읽어서 기준값을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면 유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 셀을 이용하여 상압에서도 플라즈마가 발생하여 공정 모니터링의 적용 범위를 높일 수 있으며, 나아가 넓은 압력범위에서 플라즈마가 발생 하므로, 봉재 윈도우는 항상 플라즈마의 세정작용을 받으므로 오염을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 별도의 기준 플라즈마 셀을 이용하여 개별적인 모니터링 플라즈마 셀을 설치하기 전에 표준화하는 절차가 선행되어 측정값의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 기준 플라즈마 셀을 사용하여 공정 진행 중에 자연스럽게 발생하는 모니터링 플라즈마 셀의 오염도에 따른 발광분광기의 측정값 저하를 보정할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'를 취한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀의 전극 부분의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀과 기준 플라즈마 셀을 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 모니터링장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀을 나타내는 구성도이다.
도 2를, 공정 챔버(101, Process Chamber)는 배기관(102, Fore-line)을 통하여 펌프(103, Pump)와 연결되어 있으며, 펌프(103)에 의하여 공정 챔버(101)의 배기가스는 배기관(102)을 통하여 배기되고 있다.
모니터링 플라즈마 셀은 배기관(102)의 일측에서 분기된 인입관(110, 도 3 참조)을 통하여 유입된 배기가스를 플라즈마화하는 모니터링 플라즈마 셀(200), 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(123), 및 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광분포를 측정하는 분광기(130, Spectrometer), 및 제어부(150)를 구비하고 있다.
플라즈마 셀(200)은 배기관(102)의 일측에 인입관(110, 도 3 참조)을 통해 연결되어 있으며, 배기관(102)을 경유하는 가스 성분을 인입하여 플라즈마 상태로 만드는데, 그 방전원리가 유전체 장벽 방전이다.
윈도우(123)는 석영(quartz) 재질로 이루어진 창으로서, 광섬유로 이루어진 케이블이 연결되어 플라즈마로부터 발생되는 빛의 스펙트럼을 분석하는 분광기(130)에 연결된다.
분광기(130)는 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정한다. 즉, 분광기는 플라즈마 구성성분에 의한 분광 분포를 측정하는 것으로 빛의 파장에 따른 분포도를 측정한다. 다시 말하면, 분광기를 사용하여 플라즈마에서 방출되는 빛의 파장별 분포값을 측정함으로써 챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 실시간 모니터링하는 것이 가능하다.
분광기(130)는 측정된 스펙트럼 데이터를 제어부(150)로 송신하고, 상기 제어부(150)에서는 수신된 가스의 종류 및 농도에 관한 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단하게 된다.
실제 공정 모니터링 과정에서는, 제어부(150)에는 정상적인 공정의 경우에 해당하는 가스의 종류 및 농도에 관한 데이터가 기준값으로 입력되어 있고, 측정된 데이터가 상기 기준값과 대비하여 일정 범위를 벗어나는 경우에는 비정상적인 공정으로 판단하여 에러 신호를 발생시키게 된다. 또한, 공정 라인 상에 누설(leak)가 발생한 경우에는 대기가 유입되어 OH기 또는 질소(N2) 기체가 공정라인 내부에 유입되므로, 상기 제어부(150)에서 수신된 데이터에서 OH기 또는 질소(N2) 등이 검출되면 누설이 발생했다고 판단함으로써 공정 라인 내의 누설 여부를 모니터링할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀(200)에 대하여 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀의 단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A'를 취한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀의 전극 부분의 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 모니터링 플라즈마 셀(200)은 배기관(102)의 일측에 인입관(110)을 통해 연결되는데, 인입관(110)이 형성된 부분의 배기관(102)은 그 폭이 좁아지는 노즐부(105)가 형성되어 있다. 이는 모니터링 플라즈마 셀(200)의 설치를 용이하게 하며, 나아가 노즐부(105)에서 인입관(110)으로의 가스의 입출입을 용이하게 할 수 있다.
상기 모니터링 플라즈마 셀(200)은 원통형의 하우징(201)에 전방캡(202)과 후방캡(203)이 결합되어 있다.
상기 하우징(201) 내에는 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재(210), 상기 봉재(210) 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극(215), 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층(220), 상기 유전체층(220)을 실린더형으로 감싸는 외부전극(225)이 형성되어 있다.
상기 봉재(210)는 석영 또는 사파이어 등과 같이 광을 통과하는 재질로 형성될 수 있다.
상기 외부전극(225)은 상기 인입관(110) 방향으로 상기 유전체층(220)의 외측 단부에 형성되어 있으며, 내부전극(215)은 상기 유전체층(220)의 내측 단부에 형성되어 있다. 따라서, 외부전극(225)과 내부전극(215) 사이에는 유전체층(220)를 사이에 두고 플라즈마 형성공간(250)이 형성되며, 플라즈마 형성공간(250)에서 발생된 플라즈마 광은 봉재(210)를 통하여 윈도우로 전달될 수 있다. 플라즈마는 실린더 형의 외부전극(225)과 내부전극(215)을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 주로 발생하게 된다. 또한, 봉재(210) 윈도우는 항상 플라즈마의 세정작용을 받으므로 오염을 크게 감소시킬 수 있다.
다시 말하면, 외부전극(225), 유전체층(220), 내부전극(215)에 의하여, 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discahrage; DBD)이 플라즈마 형성공간(250)에서 플라즈마를 발생시킨다. 유전체 장벽 방전은 대기압에서도 고출력 방전을 발생시킬 수 있다.
상기 외부전극(225)과 내부전극(215) 중 최소한 하나는 유전체층(220)으로 덮여 있다. 절연체를 사용하게 되면 직류 전력의 경우 전극을 통한 전류의 흐름이 불가능하므로 교류(AC) 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 내부전극(215)과 외부전극(225) 중의 어느 하나는 교류 저압을 인가하는 전원과 연결되며, 다른 하나는 접지될 수 있다.
상기 유전체층(220)은 전기적 절연성 및 유전성을 동시에 갖는 세라믹 재질을 기초로 하여 석영, 유리, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화실리콘, 은인산염, 실리콘카바이드, 산화인듐, 산화카드늄, 산화비스무스, 산화아연, 산화철 등을 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀과 기준 플라즈마 셀을 나타내는 구성도이다. 제2 실시예의 제1 실시예와 대비하여 기준 플라즈마 셀을 더 구비하며, 다른 구성은 동일하다.
도 6을 참조하면, 배기관(102) 및 모니터링 플라즈마 셀(200)을 통과하여 윈도우(123)에 광을 조사하는 기준 플라즈마 셀(300)을 더 구비할 수 있다. 상기 기준 플라즈마 셀(300)은 상기 배기관(102)을 사이에 두고 상기 모니터링 플라즈마 셀(200)과 대칭되게 배치할 수 있다.
이에 의하여, 제어부(150)는 정기적으로 플라즈마 공간에서 발생된 플라즈마를 경유한 기준 플라즈마 셀(300)의 조사된 광을 읽어서 플라즈마 공간과 윈도우의 오염도의 값을 보정할 수 있다.
또한, 기준 플라즈마 셀(300)은 플라즈마 가스에 오염될 수 있으므로, 광을 조사할 때만 개방될 수 있도록, 배기관과 기준 플라즈마 셀의 인입관 사이에는 셔터(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 모니터링 플라즈마 셀(200)은 실제 공정의 모니터링 과정에서 플라즈마 공간과 유전체층 등이 오염이 되어서, 실제 측정값은 공정 진행에 따라서 작아지는 경향이 있다. 제어부는 실제 모니터링 공정에서 정기적으로 기준 플라즈마 셀(300)에서 조사되는 최초의 단파장 또는 멀티 광원에 대한 열화도를 측정하여 실제 측정값을 보상하게 된다. 즉, 실제 모니터링 공정에서 광원 조사한 경우에 제어부에서 읽혀지는 파장별 광스펙트럼 분포값은 원래 플라즈마 스팩트럼에 멀티 광원의 스펙트럼 값이 중첩되는 스펙트럼값이 읽혀지는데, 그 강도는 중첩되는 측정값은 오염도에 따라 작아지게 되며, 이를 오염도 변수로 환산하여 실제 스펙트럼 측정값을 보정하는 것이다.
나아가, 오염에 의한 스펙트럼 측정값은 열화되는데, 그 열화 정도가 파장대별로 다르다. 예컨대, 단파장의 경우에 장파장보다는 그 열화 정도가 큰 것으로 나타난다. 제어부(150)는 멀티 광원에 의하여 파장대별로 보정치의 변수를 다르게 하여 실제 스펙트럼 측정값을 파장대별로 다르게 보정할 수 있다.
이하, 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 공정챔버(Process Chamber)는 배기관(Fore-line)을 통하여 배기가스를 배출(S101)한다.
다음으로, 상기 배기관의 일측에 형성된 인입관을 통해 모니터링 플라즈마 셀로 배기가스의 일부가 인입(S103)한다.
다음으로, 상기 모니터링 플라즈마 셀에 구비된 플라즈마 형성공간에 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discahrage; DBD)을 이용하여 플라즈마를 발생(S105)시킨다. 상기 모니터링 플라즈마 셀은 하우징(201) 내에는 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재(210), 상기 봉재(210) 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극(215), 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층(220), 상기 유전체층(220)을 실린더형으로 감싸는 외부전극(225)으로 구성되는데, 상기 외부전극(225)은 상기 인입관(110) 방향으로 상기 유전체층(220)의 외측 단부에 형성되어 있으며, 내부전극(215)은 상기 유전체층(220)의 내측 단부에 형성되어 있다. 플라즈마는 모니터링 플라즈마 셀의 전극의 배치에 의하여 실린더 형의 외부전극(225)과 내부전극(215)을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 주로 발생하게 된다.
다음으로, 상기 모니터링 플라즈마 셀의 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마 광을 플라즈마 셀의 중앙에 형성된 봉재를 이용하여 윈도우로 전달(S107)한다.
다음으로, 상기 윈도우로 전달된 플라즈마 광을 분석하여 공정챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 실시간 모니터링(S109)한다.
또한, 주기적으로 상기 배기관(102) 및 모니터링 플라즈마 셀(200)을 통과하는 기준 광을 기준 플라즈마 셀에 의하여 윈도우(123)에 조사할 수 있다. 이에 의하여, 제어부(150)는 정기적으로 플라즈마 공간에서 발생된 플라즈마를 경유한 기준 플라즈마 셀(300)의 조사된 광을 읽어서 플라즈마 공간과 윈도우의 오염도에 의하여 기준값을 보정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 도면 및 상세한 설명에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
1, 101: 공정챔버 2, 102: 배기관
3, 103: 펌프 4, 110: 인입관
20, 120: 플라즈마 챔버 22: 고주파 발전기
23, 123: 윈도우 30, 130: 분광기
50, 150: 제어부 105: 노즐부
200: 모니터링 플라즈마 셀 201: 하우징
202: 전방캡 203: 후방캡
210: 봉재 215: 내부전극
220: 유전체층 225: 외부전극
250: 플라즈마 형성공간 300: 기준 플라즈마 셀

Claims (6)

  1. 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되는 인입관;
    상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 형성공간에서 플라즈마를 형성하는 모니터링 플라즈마 셀;
    상기 플라즈마 형성공간에서 나오는 광을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기; 및
    상기 분광기에서 측정된 스펙트럼 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단하는 제어부를 포함하되,
    상기 모니터링 플라즈마 셀은,
    하우징;
    상기 하우징 내에서 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재;
    상기 봉재 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극;
    상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층; 및
    상기 유전체층을 실린더형으로 감싸는 외부전극을 포함하며,
    상기 외부전극은 상기 인입관 방향으로 상기 유전체층의 외측 일단부에 형성되어 있으며,
    상기 내부전극은 상기 유전체층의 내측 타단부에 형성되어 있어서, 상기 외부전극과 내부전극 사이에는 유전체층를 사이에 두고 플라즈마 형성공간이 형성되며,
    상기 플라즈마 형성 공간에서 발생된 플라즈마 광은 봉재를 통하여 윈도우로 전달되며, 플라즈마는 실린더 형의 외부전극과 내부전극을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 발생하게 되는 것을 특징으로 하는 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인입관이 형성된 부분의 배기관은 그 폭이 좁아지는 노즐부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기관 및 모니터링 플라즈마 셀을 통과하여 윈도우에 광을 조사하는 기준 플라즈마 셀을 더 포함하되,
    상기 기준 플라즈마 셀은 상기 배기관을 사이에 두고 상기 모니터링 플라즈마 셀과 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 장치.
  5. 공정 챔버는 배기관을 통하여 배기가스를 배출하는 단계:
    상기 배기관의 일측에 형성된 인입관을 통해 모니터링 플라즈마 셀로 배기가스의 일부를 인입하는 단계;
    상기 모니터링 플라즈마 셀에 구비된 플라즈마 형성공간에 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discahrage; DBD)을 이용하여 플라즈마를 발생하는 단계;
    상기 모니터링 플라즈마 셀의 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마 광을 플라즈마 셀의 중앙에 형성된 봉재를 이용하여 윈도우로 전달하는 단계;
    상기 윈도우로 전달된 플라즈마 광을 분석하여 공정챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 실시간 모니터링하는 단계를 포함하되,
    상기 모니터링 플라즈마 셀은 하우징 내에는 중앙으로 플라즈마 빛을 윈도우로 전달하는 봉재, 상기 봉재 외부를 실린더 형으로 감싸는 내부전극, 상기 내부 전극을 실린더 형으로 감싸는 유전체층, 상기 유전체층을 실린더형으로 감싸는 외부전극으로 구성되되,
    상기 외부전극은 상기 인입관 방향으로 상기 유전체층의 외측 일단부에 형성되어 있으며, 내부전극은 상기 유전체층의 내측 타단부에 형성되어 있어서, 플라즈마는 모니터링 플라즈마 셀의 전극의 배치에 의하여 실린더 형의 외부전극과 내부전극을 따라서 실린더형의 유전체의 측면에서 발생되는 것을 특징으로 하는 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배기관 및 모니터링 플라즈마 셀을 통과하는 기준 광을 기준 플라즈마 셀에 의하여 윈도우에 조사하는 단계; 및
    상기 플라즈마 형성공간에서 발생된 플라즈마를 경유한 기준 플라즈마 셀의 조사된 기준 광을 읽어서 기준값을 보정하는 단계를 더 포함하는 모니터링 플라즈마 셀을 이용한 공정 모니터링 방법.
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