KR20080019279A - 가스 모니터링 장치 - Google Patents

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KR20080019279A
KR20080019279A KR1020087000544A KR20087000544A KR20080019279A KR 20080019279 A KR20080019279 A KR 20080019279A KR 1020087000544 A KR1020087000544 A KR 1020087000544A KR 20087000544 A KR20087000544 A KR 20087000544A KR 20080019279 A KR20080019279 A KR 20080019279A
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axial protrusion
sensor
enclosure
monitoring
plasma
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KR1020087000544A
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사이릴레 노미네
디디에 피에르진
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알까뗄 루슨트
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Abstract

본 발명의 모니터링 장치(1)는, 내가스성이고 자기장에 대해 투과성이며, 모니터링용 가스 종이 존재하는 인클로저에 연결된, 주변벽(6)에 의해 형성된 축방향 돌출부(5)를 포함한다. 광 방사 센서(3)는, 상기 인클로저로부터 축방향 돌출부(5)의 단부에 배치되고, 광이 광섬유(4a)에 의하여 광학 분광분석기(4)로 전달될 수 있도록 한다. 플라즈마 발생기(17, 18)는 상기 인클로저로부터 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 모니터링 플라즈마(16)를 발생시킨다. 1이상의 자석(7, 7a)은 상기 인클로저로부터 축방향 돌출부(5)의 주변벽(6) 외부에 배치되고, 상기 센서(3) 근처에 자기장(9)을 발생시켜서, 상기 모니터링 플라즈마(16)의 이온화된 입자들이 상기 센서(3)를 향하여 전파되는 것을 막는 자기 장벽을 형성한다. 이것은 상기 센서(3) 및 인클로저가 막히는 것을 방지해 준다.
모니터링 장치, 인클로저, 주변벽, 축방향 돌출부, 광 방사 센서, 광섬유, 광학 분광분석기, 플라즈마 발생기

Description

가스 모니터링 장치{GAS CONTROLLING DEVICE}
본 발명은 가스 종, 예를 들면 인클로저 내에 함유된 종을 모니터링하는 광학 방출 분광분석법을 이용하기 위한 장치에 관한 것이다.
이와 같이 광학 방출 분광분석법에 의해 모니터링하기 위한 장치는 이미 공지되어 있는데, 여기서는 분석용 가스에 존재하는 플라즈마에 의해 방출되는 광 방사를 이용하여, 상기 플라즈마에 의해 방출된 방사의 광학 스펙트럼을 측정하고, 광 스펙트럼을 분석하여 그곳으로부터 어떤 가스 종이 존재하는지를 추론한다.
공지된 검출기의 일 예가, 미국 특허 제6,643,014호에 개시되어 있는데, 여기에는 내부에 존재하는 가스 종을 검출해야 하는 인클로저에 함유된 분위기와 직접 통하는 여기 챔버를 형성하는 내가스성 벽(gasproof wall)이 포함된다. 전력 발생기에 의해 전원을 공급받는 여기 안테나를 이용한 전자기 여기에 의해서 그 분기된 여기 챔버 내에서 플라즈마가 생성된다. 이와 달리, 마이크로파 발생기를 이용하여 여기시킬 수도 있다. 광학 분광분석기에 연결된 광섬유를 포함하는 방사 센서는 플라즈마가 생성되는 영역에 가까이 배치되어 있다.
그러한 장치를 가스 종의 모니터링에 이용할 경우에는, 형성되는 플라즈마에 의해서 여기 챔버의 벽에 퇴적물이 형성되어, 고장을 일으키게 된다. 형성된 플라 즈마는 여기 챔버 벽에 뿐만 아니라 방사 센서 상에도 미립자를 퇴적시킨다. 이로 인해서 광학 분광분석기로의 광 투과가 점차적으로 감소하게 된다. 상기 방사 센서 상에 쌓인 퇴적물은 투과되는 광의 스펙트럼을 수정하는 선택적 필터를 구성하게 되어, 가스 종 모니터링 시에 에러를 일으키게 된다.
그 때, 상기 방사 센서의 내부 면을 클리닝하기 위하여 모니터링 장치의 동작을 주기적으로 중단시킬 필요가 있다. 예를 들면, 진공 에칭 공정에서 이용할 경우, 인클로저를 대기에 개방시켜, 산 또는 용매를 이용한 습식 클리닝 기술로 그 벽을 클리닝할 필요가 있다. 클리닝 후, 인클로저를 2 내지 3시간 동안 다시 펌프해 내어 클리닝 가스와 증기를 추출해야 하며, 이어서 테스트 기판에 대한 일련의 에칭 동작을 실행하고 나서, 최종적으로 에칭 공정의 정규 동작을 재시작할 필요가 있다. 이러한 동작들로 그 공정의 전체적인 효율이 상당히 감소되고 제조 비용도 상당히 증가된다는 것을 알 수 있다.
다른 문서에는, 광학 방출 분광분석법에 의해 챔버 내 포함된 가스 종을 모니터링하는데 이용되는 공정 챔버 내의 투명한 창에 퇴적물이 생길 위험 또는 속도를 감소시키기 위한 다양한 해결책이 개시되어 있다.
특히, 미국 특허 제6,390,019호 및 미국 특허 제6,712,927호에는, 공정 챔버 내의 분위기에서 투명한 창의 상류에 그러나 작은 개구를 갖는 마스크의 상류에 배치되어, 플라즈마로부터 나온 입사 이온 입자들을 트랩하여 투명한 창의 상류에 가두는 강한 횡단 자기장을 발생시키는 영구 자석 또는 전자석의 이용이 개시되어 있다. 그럼에도 불구하고 그러한 장치는 여러 가지 장애를 발생시키는데, 특히 공정 챔버 내에 배치된 자석들은 허용할 수 없는 추가의 오염원이 된다. 조만간에, 자기장에 트랩된 하전 입자들은 자석에 퇴적될 것이고, 따라서 트랩된 반응 종과 자석을 구성하는 재료 사이에서 화학적 오염을 생성한다. 이와 같이 형성된 새로운 입자들은 그 공정 자체에 대한 오염원을 구성한다. 그리고 자석들 자체가, 진공에 배치될 경우, 가스를 없애 오염을 일으킨다. 추가로, 퇴적물이 과다하게 되면, 자석들을 교체하거나 클리닝할 필요가 생긴다.
이러한 장애를 피하기 위하여, 미국 특허 제6,503,364호에는, 그 광학 방출이 측정될 수 있도록 플라즈마 발생 수단을 갖는 공정 챔버와 개구를 통해 연통하는 일단을 갖는 속이 빈 튜브를 구비한 장치가 개시되어 있다. 그 속이 빈 튜브의 타단에는, 투명한 재료로 이루어진 측정 창이 설치되어 있다. 플라즈마가 속이 빈 튜브 내로 침투하는 것을 방지하기 위해서, 공정 챔버와 연통하는 개구 근처에 자기장을 형성한다. 그러면, 개구에 가까운 챔버의 벽에 분자들이 붙게 된다. 이 문서에 개시된 장치는, 공정 챔버 내의 오염을 증가시킨다는 결점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 광학 방출 분광분석법에 의한 가스 혼합물을 모니터링하기 위한 장치를 제공하기 위한 것으로, 이 장치는, 광 방사 센서를 자주 클리닝할 필요없이 오랜 기간 동안 동작시킬 수 있고, 또한 인클로저 내의 오염 발생도 피할 수 있다. 인클로저가 공정 챔버인 경우, 그러한 오염은 공정들을 방해하기 쉽다.
본 발명의 모니터링 장치는 준비된 공정을 위해서 완전히 클리닝되고 투명해야 한다.
본 발명은, 인클로저 내에 포함된 가스 종을 모니터링하는 광학 방출 분광분석법을 이용하는 모니터링 장치로서,
인클로저 내에 포함된 가스 종을 모니터링하는 광학 방출 분광분석법을 이용하는 모니터링 장치로서,
개방 단부를 통하여 상기 인클로저에 연결된 축방향 돌출부 - 상기 돌출부는 자기장 및 무선 주파수 파에 대해 투과성인 내가스성 주변벽에 의해 형성됨 - ;
상기 축방향 돌출부의 내부 공간에 모니터링 플라즈마를 발생시키기 위한 수단 - 상기 플라즈마는 분석용 광을 방출함 - ;
상기 모니터링 플라즈마에 의해 방출된 광 방사를 픽업하기 위한, 축방향 돌출부의 상기 벽 상에 있는 적어도 하나의 센서; 및
상기 내가스성 벽의 외부에 배치되어, 상기 모니터링 플라즈마에 의해 방출되고 상기 센서에 의해 픽업되는 광을 수광하는 방출 스펙트럼 분석기 수단을 포함하고,
상기 모니터링 장치는 상기 축방향 돌출부의 내부 공간에 필드를 발생시키기 위한 필드 발생기 수단을 더 포함하며, 상기 필드는 상기 센서를 향한 상기 광 플럭스의 전파 방향(I-I)에 대한 횡단 방향으로 향하여, 상기 모니터링 플라즈마의 이온화된 입자들 및 전자들의 플럭스를 상기 센서로부터 멀리 편향시키는 역할을 하고, 상기 수단은 상기 센서의 바로 근처에서 그리고 상기 축방향 돌출부의 개방 단부의 반대편에 있는 단부에서 필드를 발생시키도록 상기 축방향 돌출부의 내가스성 주변벽의 근처 및 외부에 배치되는 모니터링 장치를 제공한다.
상기 모니터링 플라즈마에 의해 방출된 광 방사를 픽업하기 위한 센서는, 예를 들면, 플라즈마에 의해 방출되는 광에 대해 투과성인 축방향 돌출부의 벽의 일부를 포함하고, 특히 축방향 돌출부의 단부들 중의 하나를 폐쇄하는 상기 벽의 상기 일부를 포함할 수 있다. 왜냐하면, 센서는, 상기 인클로저로 이르게 하는 개구로부터 떨어져 있는 축방향 돌출부의 단부에 배치되기 때문에, 상기 필드 발생기 수단은 상기 축방향 돌출부의 외부에 배치되면서도, 상기 플라즈마로부터 나온 이온화된 입자들과 광이 이동하는 방향에서 상기 센서로부터 상류에 있는 축방향 돌출부의 내부 공간 영역에 여전히 가깝게 배치될 수 있다. 그 결과, 상기 필드 발생기 수단은, 플라즈마로부터의 이온화된 입자들 및 전자들의 플럭스가 편향되는 것을 확보하기 위하여, 필드를 상기 센서로부터 상류로 생성시킬 수 있고, 그럼으로써 그 이온화된 입자들이 센서에 도달하여 그 위에 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 이온화된 입자들이 상기 축방향 돌출부의 벽 상에 퇴적되어 가서 상기 인클로저를 오염시키지 않도록 보장하기 위하여 상기 인클로저와 통하는 개구 및 상기 필드 사이의 축방향 돌출부의 벽의 충분한 영역이 남아 있을 필요가 있다.
플라즈마 발생기 수단은 튜브의 내부 공간 내에서 모니터링하기 위한 가스 종을 이온화하도록 설계된다. 플라즈마를 발생시키기 위하여, 고주파 전자기 여기 장을 생성하기 위한 고주파 발생기에 의해 전력 공급된 외부 여기 안테나를 제공하는 것이 가능하다. 상기 필드는 상기 인클로저로부터 상기 축방향 돌출부의 주변벽을 통과하고, 그것은 석영, 유리, BK7, 사파이어, 또는 세라믹(ZrO2, Cr2O3, ...) 등과 같은 전기를 통하지 않는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에서, 필드 발생기 수단은 자기장을 발생시키기 위한 수단이다. 입자들을 이온화시키는 원인이 되는 플라즈마로부터의 전자들이, 상기 자기장에 의해 트랩되고 상기 횡단 자기장에 의해 형성되는 자기 장벽을 통과할 수 없다.
상기 축방향 돌출부의 주변벽은, 자기장이 투과하기에 충분한 비자성 특성을 나타내는 재료로 만들어진다.
바람직한 실시예에서, 인클로저로부터의 축방향 돌출부의 반대편에 각각 배치되어 서로 끌어당기는 2개의 자석이 설치된다. 그리하여 상기 자석에 의해 생성되는 자기장은, 인클로저로부터의 축방향 돌출부의 내부 영역에서, 센서로부터 상부로, 서로 더해진다.
이 실시예에서, 상기 자석은 인클로저로부터의 축방향 돌출부의 주변벽의 외부면에 대향하여 배치되고, 그들 자신의 상호 인력의 자기력에 의하여 제자리에 유지된다.
그 결과, 예를 들면 클리닝 목적을 위하여, 예를 들면 인클로저로부터 축방향 돌출부를 구성하는 인클로저의 부분을 해체하기 위하여, 상기 자석이 쉽게 제거될 수 있다.
기계적 지지 기능을 행하는 역할을 하는 비자성 재료로 된 환형 외측 부분에 의하여, 또는 인클로저로부터의 축방향 돌출부를 따라 자기장 라인을 폐쇄함으로써 자기적 차폐 기능 및 기계적 지지 기능을 행하는 역할을 하는 환형 외측 부분에 의하여, 자석이 외부적으로 둘러싸이도록 함으로써, 향상시킬 수 있다.
상기 자석 또는 각각의 자석은 영구 자석일 수 있다. 택일적으로, 상기 자석 또는 각각의 자석은 전자석일 수 있다.
제2 실시예에서, 상기 필드 발생기 수단은 전기장을 발생시키기 위한 수단이다.
상기 축방향 돌출부는, 필수적으로는 아니나, 바람직하게는, 모니터링을 위한 가스 종이 존재하는 인클로저에 맞추어 그 인클로저와 연통하는 축방향 튜브의 형태로 만들어지고, 상기 튜브는 그 한 단부가 벽 부분에 의하여 폐쇄되고, 그 반대 단부가 개방되어 상기 인클로저에 연결되며, 플라즈마 발생기 수단은 그 튜브의 내부 공간에서 모니터링하기 위한 가스 종을 이온화하기 위하여 제공된다.
상기 장치는 인클로저 내에 포함된 가스 혼합물의 분석에 이용하기에 적합하고, 그 인클로저는 실행된 공정이 플라즈마를 이용하는지 어떤지에 관계없이 특히 공정 챔버일 수 있고, 아니면 인클로저는 덕트일 수도 있고 또는 그 분위기를 분석할 필요가 있는 임의의 다른 체적일 수도 있다.
상기 축방향 돌출부 내로의 개구는 바람직하게는 상기 인클로저의 벽을 통하여 만들어진다.
본 발명은 또한, 공정 챔버와 연통하는 상술된 모니터링 장치를 포함하는, 반도체 기판을 처리하기 위한 설비로서, 상기 모니터링 장치는 상기 공정 챔버 자체 내에 있는 가스 종을 모니터링하도록 구성되는 설비를 제공한다.
본 발명은 또한, 진공 라인과 연통하는 상술된 모니터링 장치를 포함하는, 반도체 기판을 처리하기 위한 설비를 제공한다.
본 발명의 다른 목적, 특성, 및 이점들이 수반하는 도면을 참조로 하여 주어진, 이하의 특별한 실시예의 기술로부터 나타난다.
도 1은 공정 챔버에 연결된 독립한 장치 형태인, 제1 실시예에서의 모니터링 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 진공 라인 내의 가스를 제어하도록 구성되고, 공정 챔버에 연결된, 도 1의 실시예에서의 모니터링 장치를 도시한 도면.
도 3은 종단면에서 확대하여 도시한, 본 발명의 모니터링 장치의 부분 개략 측면도.
도 4는 도 3의 평면 A-A에 대한 단면도.
도 5는 이온화된 입자들의 편향을 도시하는, 도 4의 장치를 확대 단면으로 도시한 부분 개략 평면도.
도 6은 종래 기술의 장치에 의해 획득된 에어 스펙트럼을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 장치에 의해 획득된 에어 스펙트럼을 도시한 도면.
도 6 및 도 7에서, 임의의 유닛(a.u.)에서의 스펙트럼 라인의 세기가 종좌표 위로 표시되고, 나노미터(nm) 단위의 파장이 횡좌표를 따라 표시된다. 도 6 및 도 7의 스펙트럼들은 광학 분광분석기를 동일하게 설정하여 획득하였다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 본 발명의 모니터링 장치(1)는, 광학 방 출 분광분석법에 의하여 내가스성 벽(2)에 의해 외부로부터 격리된 인클로저 내에 포함된 가스 종을 모니터링하는데 이용한다. 상기 벽(2)은, 내가스성이면서 그러나 플라즈마에 의해 방출된 광이 투과하는 벽부분(6)을 갖는 적어도 하나의 센서(3)를 포함한다.
방출 스펙트럼 분석기 수단(4)은 내가스성 벽(2)의 외부에 배치되고, 플라즈마에 의해 방출되어 상기 센서(3)를 통과하는 광을 수광한다. 광 방사는, 벽(6)의 단부, 광섬유(4a) 등의 전송 수단을 통해 연속적으로 통과하는데, 이 실시예에서 센서(3)는 상기 광 투과 벽의 단부(6) 및 광섬유(4a)를 포함한다.
이들 실시예에서, 센서(3)는, 자기장에 대해 투과성인 내가스성의 주변벽(6)에 의하여 형성되고, 상기 인클로저의 내가스성 벽(2)의 주부로부터 축(I-I)을 따라 멀리 연장된 축방향 돌출부(5)의 단부에 배치된다.
상기 축방향 돌출부(5)의 주변벽(6)은, 자기장 및 무선 주파수(RF)의 파도 투과할 수 있도록 하기 위하여, 유리하게는 충분한 비자성 특성을 나타내는 재료로 만들어질 수 있다. 상기 벽(6)은, 바람직하게는, 예를 들면, 석영, 유리, BK7, 사파이어, 또는 세라믹(ZrO2, Cr2O3, ...) 등과 같은 전기가 통하지 않는 재료로 만들어진다.
상기 축방향 돌출부(5)는 튜브 형상으로 되어 있으나, 그것은 마찬가지로 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 튜브(5)는 센서(3)의 일부를 형성하는 벽(6) 부분에 의한 제1 단부에서 폐쇄되고, 제2 단부(5a)에서 모 니터링될 가스를 통과시키기 위하여 개방된다.
상기 모니터링 장치(1)는, 축방향 돌출부(5)의 내가스성 주변벽 근처 및 외부에 배치되며, 축 방향 돌출부(5)의 내부면(8) 내에 자기장(9)을 발생시키는 자석(7) 등과 같이, 자기적 또는 전기적일 수 있는 필드를 발생시키는 적어도 하나의 필드 발생기 수단을 포함하며, 이 필드는 상기 센서(3)를 향한 광 플럭스의 전파 방향에 대한 횡단 방향으로 향한다. 유용한 광 플럭스가 전파하는 방향은 상기 축방향 돌출부(5)의 종방향 축(I-I)에 의하여 나타내어진다. 횡단 자기장(9)은 상기 플라즈마 이온 입자들의 플럭스를 편향시키고, 그들을 센서(3)로부터 멀리 유지시키는 역할을 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 모니터링 장치(1)는 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 횡단의 자기장(9)을 발생시키기 위한 두 자석(7 및 7a)을 가지고, 그 필드는 이온화된 입자들을 센서로부터 멀리 편향시킨다. 상기 자석(7 및 7a)은 축방향 돌출부(5)의 어느 한 측에 각각 배치되고, 그리고 그들은 서로 끌어당긴다.
예로서, 자석(7 및 7a)은 단순히 상기 축방향 돌출부(5)의 주변벽(6)의 외부면에 대향하여 배치될 수 있고, 그들 자신의 상호 인력의 자기력에 의하여 제자리에 유지될 수 있다.
하전 입자가 센서(3)로부터 멀리 편향되는 것을 촉진시키도록, 상기 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8) 내에 자기장(9)을 집중시키기 위하여, 유리하게는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자기 차폐 기능을 실행하고 상기 축방향 돌출부(5) 둘레에 자기장 선들의 루프를 형성하는 요크를 형성하며, 자성 재료로 만들어진 환 형의 외부 편(10)에 의하여, 상기 자석(7 및 7a)이 그 외부 상에 덮여지도록 하는 설비를 형성하는 것이 가능하다.
도 1에 도시된 실시예가 특히 언급된다.
이 실시예에서, 모니터링 장치(1)가 기판(12) 처리 공정이 수행되는 공정 챔버(11) 내에 설비된다. 상기 공정 챔버(11)는 일반적으로 저압에서 공정 가스를 함유하고, 그들의 존재 및 농도를 모니터링할 필요가 있다.
본 발명의 모니터링 장치(1)는, 제거가능한 축방향 튜브의 형태로, 모니터링을 위한 가스 종이 존재하는 공정 챔버(11)에 의하여 구성되는 상기 인클로저에 적합하게 설비되고 그와 통하도록 형성된다. 모니터링 장치(1) 자체는 방출 스펙트럼 분석기 수단(4)에 의한 분석을 위하여 광을 방출하는 모니터링 플라즈마(16) 발생 수단을 포함한다. 상기 모니터링 장치(1)는 또한 전력 발생기에 의해 전력 공급된 여기 안테나(17)를 가지고, 그것은 모니터링 플라즈마(16)를 형성하기 위하여 상기 인클로저로부터 상기 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 존재하는 하전된 가스 입자들을 여기시킨다. 상기 모니터링 플라즈마(16)에 의해 방출되는 광은 축(I-I)을 따라 센서(3)로, 그 다음에 광섬유(4a)를 통하여 상기 방출 스펙트럼 분석기 수단(4)으로 전파된다.
도 2에 도시된 장치에 대하여 이하에 언급된다.
도 1의 실시예의 상기 모니터링 장치(1)를 볼 수 있고, 그것은 진공 라인(19)에 의하여 형성된 인클로저 상에 적합하게 설비된 장치이고, 자체가 공정 챔버(11)에 연결된다.
상기 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 모니터링 플라즈마(16)를 발생시키는 수단, 즉 여기 안테나(17) 및 전력 발생기(18)를 볼 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모니터링 장치(1)를 구성하는 다른 수단들을 볼 수 있고, 이들 동일한 수단들은 동일한 참조부호에 의하여 구별된다.
그리하여, 도 2에서, 상기 모니터링 장치(1)는 상기 진공 라인(19)에 포함된 가스 종을 모니터링하기 위하여 적용된다.
자석(7 및 7a)이 환형 외부 부분(10)에 의하여 고정되는 실시예를 도시한 도 3 및 도 4에 대하여 이하에 언급된다.
제1 실시예에서, 상기 환형 외부 부분(10)은, 자석(7 및 7a)을 기계적으로 고정시키는 기능을 실행하기 위하여, 예를 들면, 알루미늄 또는 플라스틱 재료로 된 비자성 재료로 만들어진다.
제2 실시예에서, 상기 환형 외부 부분(10)은, 자석(7 및 7a)을 기계적으로 고정시키는 기능 및 축방향 돌출부(5) 둘레에 자기장 선들을 차단하여, 그들을 자기적으로 차폐하는 기능 둘 다를 수행하도록 하기 위하여, 자성 재료로 만들어질 수 있다.
양 실시예에서, 상기 자석(7 및 7a)은 영구 자석일 수 있다.
택일적으로, 상기 자석(7 및 7a)은, 도면에서 도시되지 않은 전기원에 의해전기적으로 전력 공급되는, 전자석일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예들에서, 상기 모니터링 장치(1)는, 여기 안테나(17) 및 전력 발생기(18)를 포함하는 모니터링 플라즈마(16)를 발생시키기 위한 수단을 구비한 부가 장치이다. 상기 주변벽(6)은, 상기 여기 안테나(17) 및 전력 발생기(18)에 의해 발생된 플라즈마-여기 전자기 파를 통과시키기 위하여 전기를 통하지 않는 재료로 만들어질 필요가 있다. 이 구성에서, 설비는 유리하게는, 상기 축방향 돌출부(5)가, 예를 들면 석영, 유리, BK7, 또는 사파이어 등과 같은 전기를 통하지 않는 재료로 만들어진 주변벽(6)을 갖는 튜브 형태로 만들어 질 수 있다.
본 발명의 상기 모니터링 장치(1)는 다음과 같이 동작한다
광학 분광분석기 등과 같은 상기 방출 스펙트럼 분석기 수단(4)은, 광섬유(4a) 또는 임의의 다른 적당한 전송 수단을 통하여, 상기 모니터링 플라즈마(16)에 의해 방출되고 센서(3)에 의해 픽업된 광을 수광하고, 상기 플라즈마는 분석될 가스 종을 포함한다. 상기 광은 축방향 돌출부(5)를 따라 전파하고, 센서(3)에서 벽(6)에 도달하고, 상기 광섬유(4a)를 따라 상기 광학 분광분석기(4)로 전파한다. 동시에, 플라즈마(16)의 존재는, 센서(3) 상에 퇴적물을 생성시키기 쉬운 이온화된 입자의 존재를 의미하고, 이는 그것을 점차적으로 흐려지게 해서 측정된 광 스펙트럼을 변하게 한다.
도 6은, 여기서 참증 자료로 병합된, 서류 미합중국 제 6,643,014호에 기술된 것 등과 같은 종래 기술의 장치의 센서에 의하여 측정된 공기 중의 플라즈마의 광학 방출 스펙트럼을 도시한다. 상기 퇴적물이 스펙트럼을 상당히 변형시키는 것을 알 수 있다. 자외선(UV)은, 센서의 내면 상에 상기 튜브의 내부 상에 형성된 퇴적물에 의하여 완전히 흡수되었기 때문에 매우 약하다 (최대 세기 550 a.u.). 최악으로는, 센서는 완전히 불투명해질 수 있고 상기 검출기 시스템의 임의의 적당한 동작을 방해할 수도 있다.
도 7은, 이온화된 입자의 임의의 퇴적이 없고 깨끗한, 본 발명의 장치의 벽에서의 투명한 부분을 갖는 센서에 의하여 측정된, 공기 중의 플라즈마에 대한 광학 방출 스펙트럼을 도시한다. 상기 UV선은, 그들이 어떤 장애물도 만날 수 없으므로 명백히 보여질 수 있다(최대 세기 16,000 a.u.). 본 발명의 장치는, 이온화된 입자가 센서에 도달하는 것을 막고, 그리하여 그것이 완전히 깨끗하고 측정 감도를 우수하게 유지할 수 있도록 보장한다. 검출 감도는 도 6의 예에서보다 약 100배 더 우수하다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 이온화된 입자(20)는 축방향 돌출부(5)의 내부 면에 존재하는 것으로 도시된다. 이 입자들은 모든 방향으로 움직이고, 어떤 이온화된 입자들(20)은 영역(Z1)에서 센서(3)를 향하여 축방향으로 상기 자석(7 및 7a)으로부터 상류로 이동하는 경향이 있다. 센서(3)로부터 상류로, 자석(7 및 7a) 사이에서 발생되는 자기장(9)은 (상기 자석(7)은 상기 축방향 돌출부 뒤에 배치되고 점선으로 그려진다) 이온화된 입자들 사이에 편향력을 발생시키고, 그 힘은 상기 입자들 상에 원운동(21)을 부여하는 경향이 있고, 그리하여 그들은, 도 5의 영역(Z2)에서 도식적으로 부호화된 바와 같이, 횡단 자기장 선들(9) 둘레를 돌게 된다.
실제로, 자석(7 및 7a)는 상기 이온화된 입자들(20) 및 전자들이 상기 자기장(9)에 의하여 점령된 영역(Z2) 너머에 있는 영역(Z3)으로 전파하는 것을 막는 자 기 장벽을 제공한다. 그리하여, 입자들의 임의의 퇴적(22)은 상기 자석(7 및 7a)에 의해 점령된 영역(Z2)의 상부 주변벽(6) 상에 발생한다. 그리하여 상기 인클로저를 오염시킬 위험을 안고 있으므로, 상기 영역(Z2)으로부터 상류에 위치되는 장치의 부분이, 상기 입자들이 상기 장치의 개구(5a)를 넘어서 임의로 퇴적될 위험 없이 그 상부에 퇴적될 수 있도록 하기에 충분한 영역을 제공할 필요가 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 결과적으로, 상기 자기장은 상기 장치(1)의 개방 단부(5a)로부터 가능한 한 멀리 그리고 센서(3)가 위치되는 그 폐쇄 단부의 바로 근처에서 발생되어야만 한다. 그리하여, 상기 이온화된 입자들은 센서(3)에 도달하지 않고, 그리하여 도 7에 도시된 바와 같이, 광학 방출 스펙트럼에 대한 정확한 측정이 보존된다.
본 발명에서, 분석용 가스를 포함하는 인클로저 및 축방향 돌출부(5)는, 인클로저 내에 포함된 가스가 오염되도록 유도하는, 안테나, 자석 등과 같은 외국산 소자들을 포함하지 않는다. 인클로저 내에 포함된 가스는, 본 발명의 모니터링 장치(1)가 상기 인클로저 내에서 발생하는 공정들에 관하여 전적으로 중성이도록, 벽(2 또는 6)과 단독으로 접촉하게 된다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 상기 모니터링 장치(1)는, 예를 들면 적절한 청소를 위해, 자석(7 및 7a), 그리고 축방향 돌출부(5)를 구성하는 튜브를 제거함으로써 쉽게 해체될 수 있다.
상기 자석(7 및 7a)의 존재로 인하여, 센서(3)는 상기 소자에서 플라즈마(16)의 존재에 의하여 영향을 받지 않고, 그것을 더 이상 빈번히 클리닝할 필요 가 없다.
본 발명은 상기 명백히 기술된 실시예에 한정되지 않으나, 그것은 당업자의 능력 내에 포함되는 여러 가지 변형예들 및 일반화를 포함한다.

Claims (17)

  1. 인클로저 내에 포함된 가스 종을 모니터링하는 광학 방출 분광분석법을 이용하는 모니터링 장치(1)로서,
    개방 단부(5a)를 통하여 상기 인클로저에 연결된 축방향 돌출부(5) - 상기 돌출부는 자기장 및 무선 주파수 파에 대해 투과성인 내가스성 주변벽(6)에 의해 형성됨 - ;
    상기 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 모니터링 플라즈마(16)를 발생시키기 위한 수단(17, 18) - 상기 플라즈마는 분석용 광을 방출함 - ;
    상기 모니터링 플라즈마(16)에 의해 방출된 광 방사를 픽업하기 위한, 상기 축방향 돌출부(5)의 상기 벽(6) 상에 있는 적어도 하나의 센서(3); 및
    상기 내가스성 벽(6)의 외부에 배치되어, 상기 모니터링 플라즈마(16)에 의해 방출되고 상기 센서(3)에 의해 픽업되는 광을 수광하는 방출 스펙트럼 분석기 수단(4)
    을 포함하고,
    상기 모니터링 장치는 상기 축방향 돌출부(5)의 내부 공간(8)에 필드(9)를 발생시키기 위한 필드 발생기 수단(7)을 더 포함하며, 상기 필드는 상기 센서(3)를 향한 상기 광 플럭스(flux)의 전파 방향(I-I)에 대한 횡단 방향으로 향하여, 상기 모니터링 플라즈마(16)의 이온화된 입자들(20) 및 전자들의 플럭스를 상기 센서(3)로부터 멀리 편향시키는 역할을 하고, 상기 수단(7)은 상기 센서(3)의 바로 근처에 서 그리고 상기 축방향 돌출부(5)의 개방 단부(5a)의 반대편에 있는 단부에서 필드(9)를 발생시키도록 상기 축방향 돌출부(5)의 내가스성 주변벽(6)의 근처 및 외부에 배치되는 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서(3)는 상기 모니터링 플라즈마에 의해 방출되는 광에 대해 투과성을 나타내는 상기 축방향 돌출부(5)의 상기 벽(6)의 일부를 포함하는 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서(3)는 상기 축방향 돌출부의 단부들 중의 하나를 폐쇄하는 상기 벽(6)의 상기 일부를 포함하는 모니터링 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저로부터의 상기 축방향 돌출부(5)의 상기 주변벽(6)은 전기가 통하지 않는 재료로 이루어지는 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인클로저로부터의 상기 축방향 돌출부(5)의 상기 주변벽(6)의 재료는 석영, 유리, BK7, 및 사파이어로부터 선택되는 모니터링 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드 발생기 수단(7)은 자기장을 발생시키기 위한 수단인 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 축방향 돌출부(5)의 상기 주변벽(6)은 자기장이 투과하기에 충분한 비자성 특성을 나타내는 재료로 이루어지는 모니터링 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 축방향 돌출부(5)의 어느 한 쪽 상에 각각 배치되어 서로를 끌어 당기는 2개의 자석(7, 7a)을 갖는 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자석(7, 7a)은 상기 축방향 돌출부(5)의 상기 주변벽(6)의 외부면에 압박되고, 그들 자신의 상호 인력의 자기력에 의하여 제자리에 유지되는 모니터링 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석(7, 7a)은, 기계적 지지 기능을 행하는 비자성 재료로 이루어지거 나, 또는 상기 축방향 돌출부(5)를 따라 자기장 라인을 폐쇄함으로써 기계적 지지 기능 및 자기적 차폐 기능을 모두 행하는 자성 재료로 이루어지는 환형의 외측 부분(10)에 의해서 외부적으로 둘러싸이는 모니터링 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 또는 각각의 자석(7, 7a)은 영구 자석인 모니터링 장치.
  12. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 또는 각각의 자석(7, 7a)은 전자석인 모니터링 장치.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드 발생기 수단(7)은 전기장을 발생시키기 위한 수단인 모니터링 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저로부터의 상기 축방향 돌출부(5)는 모니터링을 위한 가스 종이 존재하는 인클로저(11, 19)에 맞추어 그 인클로저와 연통하는 축방향 튜브의 형태로 만들어지고, 상기 튜브는 그 한 단부가 벽 부분(6)에 의해서 폐쇄되고, 그 반대 단부(5a)가 개방되어 상기 인클로저(11, 19)에 연결되며, 플라즈마 발생기 수단(17, 18)은 상기 튜브의 내부 공간(8)에서 모니터링하기 위한 가스 종을 이온화 하기 위하여 제공되는 모니터링 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 돌출부(5)를 향한 상기 개구(5a)는 상기 인클로저(11, 19)의 벽에 만들어지는 모니터링 장치.
  16. 공정 챔버(11)와 연통하는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 모니터링 장치(1)를 포함하는, 반도체 기판을 처리하기 위한 설비로서, 상기 모니터링 장치(1)는 상기 공정 챔버(11) 자체 내부에 있는 가스 종을 모니터링하도록 구성되는 설비.
  17. 진공 라인(19)과 연통하는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 모니터링 장치(1)를 포함하는, 반도체 기판을 처리하기 위한 설비.
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