KR20100010568A - 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마반응기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 영역을 제공하며 내부 보호막이 형성된 도전성 반응기 몸체, 상기 플라즈마 방전 영역에 형성된 플라즈마에 의해서 상기 반응기 몸체에 발생될 수 있는 누설 전류를 검출하기 위한 누설 전류 검출부, 및 상기 누설 전류 검출부로부터 검출된 누설 전류량에 기초하여 상기 반응기 몸체의 내부 보호막 손상 상태를 감지하는 보호막 손상 감지부를 포함한다. 본 발명의 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법에 의하면, 플라즈마 반응기를 구성하는 반응기 몸체의 내부 보호막이 손상되는 것을 효과적으로 감지할 수 있다. 내부 보호막 손상을 즉각적으로 감지함으로서 내부 보호막의 손상에 의해 플라즈마 발생 효율이 저하되고 그러한 상태에서 발생된 플라즈마에 의해 공정에도 부정적인 영향이 미치는 것을 예방 할 수 있다.
플라즈마, 보호막, 누설 전류

Description

내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법{plasma reactor able to sense damaged inner passivation layer and control method thereof}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마 반응기의 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다. 최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 고밀도 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
일반적으로 플라즈마 반응기는 알루미늄을 많이 사용하는데 그 내부 표면은 양극 처리하여 산화막을 형성하여 보호막으로 사용한다. 그런데 고밀도의 플라즈 마를 얻기 위해 높은 전력을 사용하는 경우 이온 에너지가 높아서 플라즈마 반응기의 내부 보호막이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생될 수 있다. 이온 충격에 의한 플라즈마 반응기의 내부 보호막의 손상은 플라즈마 반응기의 수명을 단축하는 것뿐만 아니라 플라즈마 처리 오염원으로 작용하는 부정적인 결과를 얻게 된다. 그럼으로 플라즈마 반응기의 내부 보호막의 손상은 즉각적으로 감지되고 대처되어야 한다.
본 발명의 목적은 플라즈마 반응기의 내부 호보막의 손상을 즉각적으로 감지하고 대처할 수 있도록 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 플라즈마 방전 영역을 제공하며 내부 보호막이 형성된 도전성 반응기 몸체; 상기 플라즈마 방전 영역에 형성된 플라즈마에 의해서 상기 반응기 몸체에 발생될 수 있는 누설 전류를 검출하기 위한 누설 전류 검출부; 및 상기 누설 전류 검출부로부터 검출된 누설 전류량에 기초하여 상기 반응기 몸체의 내부 보호막 손상 상태를 감지하는 보호막 손상 감지부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 둘 이상의 절연 영역과 둘 이상의 분리된 몸체를 포함하고, 상기 누설 전류 검출부는 상기 둘 이상의 분리된 몸체의 각 부분 마다 개별적으로 누설 전류를 검출한다.
일 실시예에 있어서, 상기 보호막 손상 감지부는 상기 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 내부 보호막 손상 경고 신호를 발생한다.
일 실시예에 있어서, 상기 보호막 손상 감지부는 검출된 상기 누설 전류량에 기초하여 내부 보호막의 손상 정도를 표시하기 위한 표시 신호를 발생한다.
일 실시예에 있어서, 상기 보호막 손상 감지부는 상기 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 플라즈마 반응기의 동작을 정지시키기 위한 동작 정지 신호를 발생한다.
본 발명의 다른 일면은 내부 보호막 손상 상태를 감지하기 위한 플라즈마 반응기의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기의 제어 방법은: 플라즈마 방전 영역을 제공하며 내부 보호막이 형성된 도전성 반응기 몸체에 플라즈마가 발생되는 단계; 상기 플라즈마 방전 영역에 형성된 플라즈마에 의해서 상기 반응기 몸체에서 발생되는 누설 전류를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 누설 전류량에 기초하여 상기 반응기 몸체의 내부 보호막 손상 상태를 판단하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 내부 보호막이 손상된 것으로 판단되는 경우, 내부 보호막 손상에 대처하기 위한 제어 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
본 발명의 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법에 의하면, 플라즈마 반응기를 구성하는 반응기 몸체의 내부 보호막이 손상되는 것을 효과적으로 감지할 수 있다. 내부 보호막 손상을 즉각적으로 감지함으로서 내부 보호막의 손상에 의해 플라즈마 발생 효율이 저하되고 그러한 상태에서 발생된 플라즈마에 의해 공정에도 부정적인 영향이 미치는 것을 예방 할 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(12)의 내부 보호막(도 2의 참조 번호 13)의 손상 상태를 감지하기 위한 누설 전류 검출부(40)와 보호막 손상 감지부(42)를 구비한다. 누설 전류 검출 부(40)는 반응기 몸체(12)로부터 누설되는 전류를 검출하고, 보호막 손상 감지부(42)는 누설 전류 감지부(40)를 통해서 감지되는 누설 전류량에 따라서 반응기 몸체(12)의 내부 보호막의 손상 정도를 판단한다.
플라즈마 반응기(10)는 예를 들어, 환형 구조를 갖는 반응기 몸체(12)를 구비한다. 반응기 몸체(12)는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(14)와 공정 챔버(32)에 연결되는 가스 출구(16)를 구비한다. 반응기 몸체(12)는 알루미늄과 같은 금속 재료로 구성되며, 반응기 몸체(12)의 내부는 양극처리(anodizing)에 의해 알루미늄 산화막을 형성하여 보호막(도 2의 참조 번호 13)을 구성한다. 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(12)의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 마그네틱 코어(22)와 일차 권선(24)을 갖는 변압기(20)가 장착된다. 마그네틱 코어(22)는 반응기 몸체(12)의 일부를 감싸도록 장착된다. 가스 출구(16)는 통상 어댑터(30)를 통하여 공정 챔버(32)의 가스 유입구(34)에 연결된다. 공정 챔버(32)는 천정의 일부만을 도시하였지만, 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대가 구비되는 기판 처리 영역을 갖는다. 일차 권선(24)은 무선 주파수 전력을 제공하는 전원 공급원(미도시)에 전기적으로 연결된다. 반응기 몸체(12)로 공정 가스가 공급되고, 변압기(20)로 무선 주파수가 공급되어 구동되면 반응기 몸체(12)의 내부에는 환형의 플라즈마가 발생된다.
반응기 몸체(12)는 에디 전류(eddy current)가 발생되는 것을 방지하기 위하여 하나 이상의 절연 영역(18)을 갖는다. 도면에는 반응기 몸체(12)의 상단과 하단에 각기 좌우로 두 개의 절연 영역(18)이 구비된다. 절연 영역(18)은 예를 들 어, 세라믹 링과 진공 오링으로 구성할 수 있다. 절연 영역(18)을 갖는 반응기 몸체(12)는 예를 들어, 크게 네 개의 분리된 몸체로 구성되며 네 개의 누설 전류 검출부(40)는 분리된 몸체의 각 부분 마다 개별적으로 누설 전류를 검출한다. 보호막 손상 감지부(42)는 네 개의 누설 전류 감지부(40)를 통해서 감지되는 각각의 누설 전류량에 따라서 반응기 몸체(12)의 내부 보호막의 손상 정도를 판단한다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응기 몸체(12)의 내부 보호막(13)이 손상되지 않은 경우 누설 전류 검출부(40)는 누설 전류가 작게(혹은 누설 전류가 없는 것으로) 검출된다. 그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기 몸체(12)의 내부 보호막(13)이 손상된 부위(17)를 갖는 경우 누설 전류 검출부(40)는 정상 상태보다 많은 누설 전류를 검출하게 된다. 내부 보호막(13)이 정상 상태의 경우와 비정상 상태(손상된 경우)에 누설 전류 검출부(40)를 통하여 검출되는 누설 전류 파형을 비교하여 예시한 도면이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 예시한 바와 같이, 내부 보호막(13)이 손상된 경우 누설 전류 검출부(40)를 통해서 많은 누설 전류가 검출됨을 알 수 있다.
도 5는 플라즈마 반응기의 내부 보호막 손상 상태를 감지하기 위한 제어 수순을 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하여, 단계 S10에서 플라즈마가 온 되면, 단계 S20에서 누설 전류 검출부(40)는 반응기 몸체(12)의 누설 전류를 검출한다. 단계 S30에서 보호막 손상 감지부(42)는 누설 전류량이 기준 값과 비교한다. 이때, 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 단계 S40으로 진행하여 내부 보호막 손상 경고 신호를 발생한 다. 또는 보호막 손상 감지부(42)는 검출된 누설 전류량에 기초하여 내부 보호막의 손상 정도를 표시하기 위한 표시 신호를 발생할 수 있다. 또는 보호막 손상 감지부(42)는 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 플라즈마 반응기(10)의 동작을 정지시키기 위한 동작 정지 신호를 발생할 수 있다. 이와 같은 누설 전류 감지에 따라 보호막 손상 감지부(42)에서 발생되는 제어 신호는 플라즈마 반응기(10)를 전체적으로 제어하는 시스템 제어부(미도시)로 제공되어 보호막 손상에 따른 대처(예를 들어, 보호막 손상 경고, 보호막 손상 정도의 표시, 플라즈마 반응기의 동작 정지 등)를 할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 내부 보호막의 손상 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 반응기 및 그 제어 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 개략적인 블록도이다.
도 2는 내부 보호막이 손상되지 않은 경우를 예시하는 반응기 몸체의 부분 단면도이다.
도 3은 내부 보호막이 손상된 경우를 예시하는 반응기 몸체의 부분 단면도이다.
도 4는 내부 보호막이 정상 상태인 경우와 손상된 경우 누설 감지 회로를 통하여 감지되는 전류 파형의 차이를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 5는 플라즈마 반응기의 내부 보호막 손상 상태를 감지하기 위한 제어 수순을 보여주는 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 플라즈마 반응기 12: 반응기 몸체
13: 보호막 14: 가스 입구
15: 플라즈마 16: 가스 출구
18: 절연 영역 20: 변압기
22: 마그네틱 코어 24: 일차 권선
30: 어댑터 32: 공정 챔버
34: 가스 유입구 40: 누설 전류 검출부
42: 보호막 손상 감지부

Claims (7)

  1. 플라즈마 방전 영역을 제공하며 내부 보호막이 형성된 도전성 반응기 몸체;
    상기 플라즈마 방전 영역에 형성된 플라즈마에 의해서 상기 반응기 몸체에 발생될 수 있는 누설 전류를 검출하기 위한 누설 전류 검출부; 및
    상기 누설 전류 검출부로부터 검출된 누설 전류량에 기초하여 상기 반응기 몸체의 내부 보호막 손상 상태를 감지하는 보호막 손상 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는 둘 이상의 절연 영역과 둘 이상의 분리된 몸체를 포함하고,
    상기 누설 전류 검출부는 상기 둘 이상의 분리된 몸체의 각 부분 마다 개별적으로 누설 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보호막 손상 감지부는 상기 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 내부 보호막 손상 경고 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 보호막 손상 감지부는 검출된 상기 누설 전류량에 기초하여 내부 보호막의 손상 정도를 표시하기 위한 표시 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 보호막 손상 감지부는 상기 누설 전류량이 기준 값을 초과하는 경우 플라즈마 반응기의 동작을 정지시키기 위한 동작 정지 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  6. 플라즈마 방전 영역을 제공하며 내부 보호막이 형성된 도전성 반응기 몸체에 플라즈마가 발생되는 단계;
    상기 플라즈마 방전 영역에 형성된 플라즈마에 의해서 상기 반응기 몸체에서 발생되는 누설 전류를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 누설 전류량에 기초하여 상기 반응기 몸체의 내부 보호막 손상 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 보호막의 손상 상태를 감지하기 위한 플라즈마 반응기의 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    내부 보호막이 손상된 것으로 판단되는 경우, 내부 보호막 손상에 대처하기 위한 제어 신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 보호막의 손 상 상태를 감지하기 위한 플라즈마 반응기의 제어 방법.
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