KR102054372B1 - 가스레이저의 가스성분 모니터링 장치 - Google Patents

가스레이저의 가스성분 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스레이저의 모니터링장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 가스레이저 생성챔버 측으로부터 상기 이종의 가스를 유입받을 수 있도록 상기 가스레이저 생성챔버 측과 연결되며, 상기 가스레이저 발광 챔버의 상기 반응공간에 수용된 상기 이종 가스의 성분을 모니터링하므로, 가스레이저 생성챔버 내에 불필요한 물질이 인입 또는 발생되었을 경우 이를 빨리 파악하고 대응하여 조치를 취할 수 있게 된다. 따라서, 레이저 빔의 출력의 안정성을 확보시켜줄 수 있는 기술이 개시된다.

Description

가스레이저의 가스성분 모니터링 장치{Gas Ingredient Monitoring Equipment for Gas Laser}
본 발명은 가스레이저 의 가스성분 모니터링장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 생성이 이루어지는 챔버 내에 존재하는 이종가스의 성분에 관한 모니터링이 가능한 가스레이저 가스성분 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 또는 디스플레이장치 제조공정 중 노광공정은 일정한 패턴에 따라 선택적으로 감광막에 빛을 주사하여 패턴을 형성하기 위하여 노광장치를 사용한다. 노광장치는 반도체 소자 및 디스플레이 제작에 필요한 높은 정밀도가 요구되므로 광원으로 레이저를 사용하게 되었다.
레이저를 광원으로 사용하는 노광장치는 내측에 특정 가스를 충전하고 전극을 가하여 여기된 가스의 상호간 작용에 의해 레이저를 생성시키는 가스레이저 생성챔버가 구비되며, 가스레이저 생성챔버 내측으로 공급되는 특정가스는 서로 반응하기 위해서 최적의 조성비를 갖고 일정 압력으로 각기 공급되어야만 이상적인 레이저가 생성된다.
가스레이저 생성챔버 내에서 레이저가 생성되면서 시간이 흐르면 레이저 생성챔버 내부에는 챔버 내부의 물질과 반응가스에 의한 높은 에너지의 플라즈마에 의해 불순물의 양이 증가하게 된다.
이러한 불순물들로 인하여 가스레이저의 발진효율이 감소되고, 레이저 광출력이 저하 또는 불안정해지게 되며, 레이저빔의 프로파일에 변화가 발생하게 된다. 이와 같이 레이저빔의 광출력이 불안정해지거나 프로파일에 변화가 발생하게 되면 반도체 제조공정에서 불량률이 높아질 수 밖에 없는 큰 문제점이 된다.
따라서 가스레이저 생성챔버 내에 불순물이 인입되거나 발생되는 등의 변화를 제때 파악하여 대처할 수 있는 기술이 긴요히 요구되고 있었다.
대한민국 등록특허 10-0936251호
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이종의 가스를 포함하는 혼합가스를 이용하여 레이저를 발생시키는 가스레이저 생성챔버 내에서 불필요한 물질이 인입 또는 발생되었을 경우 이를 빨리 파악하고 대처할 수 있도록 가스레이저 챔버 내 상황을 지속적으로 모니터링할 수 있는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는 가스레이저가 생성될 수 있도록, 이종(異種)의 가스를 포함하는 혼합가스가 수용되는 반응공간을 제공하는 가스레이저 생성챔버에 부착하여 사용하는 장치로서, 상기 가스레이저 생성챔버 측으로부터 상기 혼합가스를 유입받을 수 있도록 상기 가스레이저 생성챔버 측과 연결되며, 상기 가스레이저 생성챔버의 상기 반응공간에 수용된 상기 혼합가스의 성분을 모니터링하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 가스레이저의 가스성분모니터링장치는, 분광학적 수단을 이용하여 상기 반응공간에 수용된 상기 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부에 대한 정보를 획득하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가 상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는, 일측이 상기 가스레이저 생성챔버와 연통될 수 있게 결합된 유입관; 및 상기 유입관의 타측과 연통될 수 있게 결합되며, 상기 유입관을 통해 상기 혼합가스를 유입받아서 수용할 수 있는 분석공간을 제공하는 모니터링챔버; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 잇다.
나아가, 상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는, 상기 모니터링챔버에 장착되며, 외부로부터 전력을 공급받아서 상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 플라즈마를 형성시키기 위한 전극; 을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는, 상기 모니터링챔버의 일측에 배치되며, 상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 형성된 플라즈마로부터 상기 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부에 대한 정보를 획득하기 위한 스펙트로미터; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는, 상기 일측단이 상기 모니터링챔버에 연통될 수 있도록 결합되며, 상기 반응공간으로부터 상기 혼합가스가 배출되는 이동을 가이드하는 유출관; 을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 가스레이저 생성챔버에는, 상기 반응공간으로부터 상기 혼합가스가 외부로 배출될 수 있는 배출관이 마련되어 있고, 상기 유출관의 타측단은 상기 배출관과 연통될 수 있게 결합된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한, 상기 모니터링챔버와 상기 가스레이저 생성챔버가 연통될 수 있도록 상기 유출관의 타측단이 상기 가스레이저 생성챔버에 결합된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한, 상기 가스레이저 생성챔버에는, 상기 반응공간으로부터 상기 이종의 가스가 외부로 배출될 수 있는 배출관이 마련되어 있고, 상기 유출관은 상기 배출관과 연통될 수 있게 결합되어 있으되, 상기 모니터링챔버 내에 수용된 상기 혼합가스가 상기 가스레이저 생성챔버 및 상기 배출관 중 어느 한 측으로 선택적으로 유출될 수 있도록 스위칭밸브가 상기 유출관에 마련되어 있는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 형성된 상기 플라즈마를 관측할 수 있도록 상기 모니터링챔버에는 광학윈도우가 마련되어 있는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 광학윈도우는 화학적 내구성이 있으며, 상기 스펙트로미터 측으로 투과될 수 있는 빛의 파장영역대를 일정수준 이상 확보할 수 있도록 쿼츠(quartz) 또는 사파이어(sapphire) 재질로 형성된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는, 가스레이저 생성챔버 내 혼합가스의 성분을 지속적으로 모니터링할 수 있다. 따라서, 가스레이저 생성챔버 내에 불필요한 물질이 인입 또는 발생되었을 경우 이를 빨리 파악하고 대응하여 조치를 취할 수 있으므로, 레이저 빔의 출력의 안정성이 확보되며, 생성되는 레이저 빔의 프로파일(profile)도 일정하게 유지시키는데 도움이 되며, 나아가 반도체, 평판디스플레이 등의 품질향상에 기여하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링장치를 성명하기 위하여 가스레이저 생성챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링 장치가 적용된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링장치를 설명하기 위하여 가스레이저 생성챔버를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링 장치가 적용된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는 가스레이저 생성챔버에 부착되어 사용될 수 있으며, 이러한 전체적인 시스템(10)은 가스레이저 생성챔버 및 가스레이저의 가스성분 모니터링장치를 포함한다.
여기서 ‘가스레이저의 가스성분 모니터링‘이란 가스레이저를 생성하는 챔버 내에 존재하는 이종(異種)의 가스를 포함하는 혼합가스에 대한 성분 모니터링을 의미하는 표현임을 밝혀둔다.
아울러 설명과 이해의 편의를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 ’가스레이저의 가스성분 모니터링장치‘ 를 간단하게 ’성분모니터링장치‘로 약칭하여 설명하기로 한다.
가스레이저 생성챔버(100)는 가스레이저가 생성될 수 있도록, 이종(異種)의 가스를 포함하는 혼합가스가 수용되는 반응공간을 제공한다.
이러한 가스레이저 생성챔버(100)에는 외부로부터 이종(異種)의 가스가 반응공간 내로 공급되도록 가스공급관(110)이 다수 마련되어 있으며, 각 가스는 가스공급관(110)을 따라 이동되어 가스레이저 생성챔버(100) 내 반응공간으로 공급되며, 반응공간 상에서 혼합된다.
그리고, 가스레이저 생성챔버(100)와 배출관(120)이 연결되어 있으며, 가스레이저 생성챔버(100) 내의 혼합가스가 배출관(120)을 통해 외부로 배출된다. 따라서, 가스레이저 생성챔버(100) 내 반응공간에서 혼합가스에 의한 압력이 일정한 수준을 유지하도록 할 수도 있다.
가스레이저 생성챔버(100)으로 공급되는 이종의 가스로는 Ne, Xe, Hcl 등이 이용될 수 있으며, 반응공간 내에서 압력은 1 기압 내지 6기압 사이의 범위 내에서 유지되는 것이 바람직하다.
그리고, 도 1에서 참조되는 바와 같이 가스레이저 생성챔버(100)에는 전원공급기(Power supply)를 통해 공급되는 전력을 이용하여 레이저를 발생시키기 위한 메탈전극이 마련되어 있으며, 가스레이저 생성챔버(100) 내 반응공간 상에서 이종의 가스가 균일하게 혼합되어 분포하도록 가스 써큘레이션 팬(gas circulation fan)이 마련되어 있다.
이러한 가스레이저 생성챔버(100) 내에 혼합가스가 수용되어 있고 메탈전극으로 전력이 공급되면 레이저가 발생되며, 가스레이저 생성챔버(100)의 전방으로 방사(output)된다.
이와 같이 가스레이저 생성챔버(100) 내에서 생성되는 레이저가 안정적으로 생성될 수 있도록 이종의 가스를 포함하는 혼합가스의 성분을 성분모니터링장치를 통해 모니터링하여 불필요한 물질의 인입 또는 발생여부를 파악할 수 있다.
성분모니터링장치는 가스레이저 생성챔버(100)측으로부터 혼합가스를 유입받을 수 있도록 가스레이저 생성챔버(100)측과 연결되며, 가스레이저 생성챔버(100)의 반응공간에 수용된 이종 가스의 성분을 모니터링하거나 불필요한 물질의 인입이나 발생여부를 모니터링한다.
이러한 성분모니터링장치는 분광학적 수단을 이용하여 가스레이저 생성챔버 (100)내 반응공간에 수용된 이종의 가스의 성분에 대한 정보 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부에 대한 정보를 획득할 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 성분모니터링장치는 유입관(210), 모니터링챔버(200) 및 전극(230)을 포함하는 것이 바람직하며, 스펙트로미터(250)와 유출관(220)을 더 포함하는 것 또한 바람직하다.
유입관(210)은 일측이 가스레이저 생성챔버(100)와 연통될 수 있게 결합된다. 그리고 타측이 모니터링챔버(200)에 결합된다. 따라서, 가스레이저 생성챔버(100) 내 반응공간에 있던 혼합가스가 이 유입관(210)을 통해 모니터링챔버(200) 측으로 유입된다.
모니터링챔버(200)는 유입관(210)의 타측과 연통될 수 있게 결합되어 있다. 이러한 유입관(210)은 하나 또는 다수개일 수도 있다. 여기서, 유입관(210)에는 유입되는 가스의 양을 조절할 수 있도록 오리피스 또는 MFC(mass flow controller)와 같은 가스 레귤레이터(310)가 부착되어 있는 것 또한 바람직하다. 그리고, 유입관(210)을 통해 이종의 가스를 가스레이저 생성챔버(100) 측으로부터 유입받아서 수용하기 위한 분석공간이 모니터링챔버(200) 내에 마련되어 있다.
전극(electrode)(230)은 모니터링챔버(200)에 장착되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 외부로부터 전력이 전극(230) 측으로 공급되면, 혼합가스가 유입되어 있는 모니터링챔버(200) 내 분석공간 상에 플라즈마가 형성된다.
모니터링챔버(200) 내 분석공간 상에 형성된 플라즈마를 스펙트로미터(250)가 관측할 수 있도록 모니터링챔버(200)에는 광학윈도우(240)가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
여기서 광학윈도우(240)는 물리적 화학적 내구성이 있으며, 스펙트로미터(250) 측으로 투과될 수 있는 빛의 파장영역대를 일정수준 이상 확보 또는 제공할 수 있도록 쿼츠(quartz) 또는 사파이어(sapphire) 재질로 형성된 것이 바람직하다.
스펙트로미터(250)는 모니터링챔버(200)의 일측에 배치된다. 즉, 모니터링챔버(200)의 광학윈도우(240)를 통해 나오는 빛을 조사받을 수 있도록 배치된다.
또는 광학윈도우(240)와 스펙트로미터(250) 사이에 광화이버가 배치되어 광화이버를 통해 빛이 전달되는 실시형태 또한 충분히 가능하다.
그리고 모니터링챔버(200) 내 분석공간 상에 형성된 플라즈마로부터 나오는 빛은 광학윈도우(240)를 투과하여 스펙트로미터(250)로 입사된다. 스펙트로미터(250)로 입사된 빛을 통해 모니터링챔버(200) 내 혼합가스의 성분에 대한 정보를 스펙트로미터(250)가 획득한다.
이처럼, 스펙트로미터(250)를 통해 획득되는 혼합가스의 성분에 대한 정보를 통해 가스레이저 생성챔버(100) 내 이종의 가스의 성분 또는 성분비의 인입이나 발생여부를 파악하고 지속적으로 모니터링을 할 수 있게 된다.
유출관(220)은 모니터링챔버(200)로부터 혼합가스가 이동되어 나올 수 있도록 마련된다. 유출관(220)의 일측단은 모니터링챔버(200)와 연통될 수 있도록 결합되어 있다. 여기서 모니터링챔버(200)로부터 혼합가스가 이동되어 나올 수 있도록 유출관(220)에 펌프(320)가 마련되어 있는 것도 바람직하다.
그리고 유출관(220)의 타측단은 가스레이저 생성챔버(100)에 결합되며, 모니터링챔버(200) 측에서 이동되어 오는 혼합가스가 가스레이저 생성챔버(100)로 복귀할 수도 있다.
또는 가스레이저 생성챔버(100)에 연결된 배출관(120)에 유출관(220)이 연결된 것도 바람직하다. 이러한 경우 모니터링챔버(200)로부터 나오는 혼합가스가 배출관(120)으로 이동되고 배출관(120)을 따라 외부로 배출될 수 있다. 필요에 따라서는 배출관(120)에 배출밸브(160)가 마련되어 있는 것 또한 바람직하다.
좀 더 바람직하게는 도면에서 참조되는 바와 같이 유출관(220)에 스위칭밸브(260)가 마련될 수도 있다. 스위칭밸브(260)의 전환에 의해 유출관(220)을 따라 이동하던 혼합가스가 가스레이저 생성챔버(100)로 복귀하도록 하거나 배출관(120)으로 유입되어 배출관(120)을 따라 외부로 배기되도록 선택할 수 있는 것이 바람직하다는 것이다.
이와 같이 유입관(210)을 통해 혼합가스가 모니터링챔버(200)으로 유입되고, 유출관(220)을 통해 혼합가스가 모니터링챔버(200)로부터 유출되므로 모니터링챔버(200) 내에서 혼합가스의 압력을 일정 수준으로 유지시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스레이저의 가스성분 모니터링 장치는 가스레이저 생성챔버로부터 혼합가스를 유입받아서 플라즈마를 통해 분광학적으로 성분 또는 성분비율을 파악함으로써 가스레이저 생성챔버 내 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입 또는 발생여부를 지속적으로 모니터링할 수 있게 된다.
따라서, 생성되는 레이저 빔의 출력의 안정성이 확보되며, 생성되는 레이저 빔의 프로파일(profile)도 일정하게 유지시켜 주는데 도움이 된다. 이와 같은 양질의 가스레이저가 안정적으로 지속적으로 생성되어 방사될 수 있도록 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부를 지속적으로 모니터링하면서 필요에 따라 가스레이저 생성챔버로 유입되는 이종의 가스 각각의 유입량을 정확히 조절할 수 있으므로 반도체, 평판디스플레이 등의 제조 공정상에 안정적으로 UV 광원을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 가스레이저의 가스성분 모니터링 장치는 패턴 노광이 뿐만 아니라 어닐링(Anealing) 장치에 사용되는 엑시머 레이저에도 널리 적용될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 가스레이저 생성챔버 110 : 가스공급관
120 : 배출관 200 : 모니터링챔버
210 : 유입관 220 : 유출관
230 : 전극 240 : 광학윈도우
250 : 스펙트로미터 310 : 레귤레이터
320 : 펌프

Claims (11)

  1. 가스레이저가 생성될 수 있도록, 이종(異種)의 가스를 포함하는 혼합가스가 수용되는 반응공간을 제공하는 가스레이저 생성챔버에 부착하여 사용하는 장치로서,
    상기 가스레이저 생성챔버 측으로부터 상기 혼합가스를 유입받을 수 있도록 상기 가스레이저 생성챔버 측과 연결되며, 상기 가스레이저 생성챔버의 상기 반응공간에 수용된 상기 혼합가스의 성분을 모니터링하고,
    분광학적 수단을 이용하여 상기 반응공간에 수용된 상기 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부에 대한 정보를 획득하며,
    일측이 상기 가스레이저 생성챔버와 연통될 수 있게 결합된 유입관;
    상기 유입관의 타측과 연통될 수 있게 결합되며, 상기 유입관을 통해 상기 혼합가스를 유입받아서 수용할 수 있는 분석공간을 제공하는 모니터링챔버; 를 포함하고,
    상기 모니터링챔버에 장착되며, 외부로부터 전력을 공급받아서 상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 플라즈마를 형성시키기 위한 전극; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는,
    상기 모니터링챔버의 일측에 배치되며, 상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 형성된 플라즈마로부터 상기 혼합가스의 성분 또는 불필요한 물질의 인입이나 발생여부에 대한 정보를 획득하기 위한 스펙트로미터; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가스레이저의 가스성분 모니터링장치는,
    상기 일측단이 상기 모니터링챔버에 연통될 수 있도록 결합되며, 상기 반응공간으로부터 상기 혼합가스가 배출되는 이동을 가이드하는 유출관; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가스레이저 생성챔버에는,
    상기 반응공간으로부터 상기 혼합가스가 외부로 배출될 수 있는 배출관이 마련되어 있고,
    상기 유출관의 타측단은 상기 배출관과 연통될 수 있게 결합된 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 모니터링챔버와 상기 가스레이저 생성챔버가 연통될 수 있도록 상기 유출관의 타측단이 상기 가스레이저 생성챔버에 결합된 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 가스레이저 생성챔버에는,
    상기 반응공간으로부터 상기 이종의 가스가 외부로 배출될 수 있는 배출관이 마련되어 있고,
    상기 유출관은 상기 배출관과 연통될 수 있게 결합되어 있으되,
    상기 모니터링챔버 내에 수용된 상기 혼합가스가 상기 가스레이저 생성챔버 및 상기 배출관 중 어느 한 측으로 선택적으로 유출될 수 있도록 스위칭밸브가 상기 유출관에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 모니터링챔버 내 상기 분석공간 상에 형성된 상기 플라즈마를 관측할 수 있도록 상기 모니터링챔버에는 광학윈도우가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광학윈도우는
    화학적 내구성이 있으며, 상기 스펙트로미터 측으로 투과될 수 있는 빛의 파장영역대를 일정수준 이상 확보할 수 있도록 쿼츠(quartz) 또는 사파이어(sapphire) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 가스레이저의 가스성분 모니터링장치.

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