KR20130032046A - 광신호의 세기 감소 방지 장치, 이를 구비한 발광분광분석기, 광학기기 및 질량분석기 - Google Patents
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Abstract
광신호의 세기 감소 방지 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치는, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼 영상으로부터 상기 플라즈마 필드를 계측하기 위한 발광분광분석기의 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터;를 포함한다.
Description
본 발명은 광신호의 세기 감소 방지 장치, 이를 구비한 발광분광분석기 및 질량분석기에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 웨이퍼 등의 가공에 플라즈마 공정이 널리 사용되고 있으며, 특히 PC 등의 일반화로 인해 그 사용이 확대되고 있는 DRAM 웨이퍼 등을 가공함에 있어서는 30cm 사이즈를 가지는 웨이퍼를 플라즈마 공정에 의해 고수율로 생산하는 것이 요구되고 있다.
이러한 웨이퍼의 가공 균일도를 위해서는, 플라즈마 소스의 정확하고 안정적인 제어에 의해 필요한 식각 공정을 정확하게 진행시키는 것이 요구되며, 웨이퍼 패턴의 미세화 추세에 따라 플라즈마 소스에서 생성하는 플라즈마 필드의 정확한 제어가 보다 중요해지고 있다.
이에 따라, 반도체 제작 공정에 사용되는 플라즈마 공정을 계측하기 위하여 레이저 형광 분광 분석법, 발광 분광 분석법, 흡수 분광 분석법 등 여러 가지 광학기법과, 전기 탐침, 질량분석기, ICP(inductive coupled plasma) 분석법 등 다양한 접촉식 계측 기법이 활용되고 있다.
그러나, 발광분광분석기(optical emission spectrometer) 등을 이용한 광학 기법으로 플라즈마를 계측할 경우, 수광하는 광학창의 오염에 의해 측정되는 광신호의 세기가 감소하고 이에 따라 계측기의 수신감도가 낮아져서 계측이 불가능해지는 경우가 자주 발생된다는 문제점이 있었다.
또한, 질량분석기(mass spectrometer), ICP(inductively coupled plasma) 발광분광분석기(optical emission spectrometer) 등과 같이 기체를 흡입하여 성분을 분석하는 장치에서도 기체를 흡입하는 과정에서 반응성 이온, 입자가 검출기로 흡입되면서 검출기의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 플라즈마 생성과정이나 생성된 플라즈마 등에서 RF 전자기파, 초고주파 등이 방사되는데, 이러한 유해 전자기파에 발광분광분석기, 질량분석기 내부가 그대로 노출되면 전자, 통신장비에 오작동이 발생될 염려가 있어, 이러한 유해 전자기파로 인한 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 발광분광분석기 등의 광학기기나 질량분석기의 계측 감도를 저하시키는 오염원으로써 작용하는 하전 입자와, RF 전자기파 등 유해 전자기파로 인한 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 광신호의 세기 감소 방지 장치, 이를 구비한 발광분광분석기, 광학기기 및 질량분석기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼 영상으로부터 상기 플라즈마 필드를 계측하기 위한 발광분광분석기(10a)의 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31);를 포함하는 광신호의 세기 감소 방지 장치를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 차폐필터(31)는, 플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로의 연장면을 가지는 하나가 설치될 수 있다.
또한, 상기 차폐필터(31)는, 플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로의 연장면을 가지는 다수가, 상기 플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로를 따라 연속하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 차폐필터 다수는, 메쉬의 중공부, 교차부가 서로 동일한 위상을 가질 수 있다.
또한, 상기 차폐필터 다수는, 메쉬의 중공부, 교차부가 서로 다른 위상을 가질 수 있다.
또한, 상기 차폐필터 다수는, 메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향이 서로 다르게 배치될 수 있다.
또한, 상기 차폐필터 다수는, 메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향을 따라 서로 일정한 위상차를 가질 수 있다.
또한, 상기 차폐필터 다수는, 서로 다른 밀도의 메쉬 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 차폐필터(31)의 둘레에 대응되는 형상을 가지고 상기 차폐필터(31)에 결합되며, 상기 발광분광분석기(10a)의 광학창 전단부에 조립되는 고정프레임(32);을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정프레임(32)은, 상기 차폐필터(31)의 둘레가 삽입, 고정되는 삽입홈이 내면부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정프레임(32)은, 상기 차폐필터(31)의 일면 둘레에 접촉되게 결합되어 상기 차폐필터(31)를 구속하거나 상기 발광분광분석기(10a)의 전단부측으로 가압할 수 있다.
또한, 상기 발광분광분석기(10a)의 전단부와 상기 차폐필터(31) 사이 및/또는 상기 차폐필터(31) 사이에 이격간격을 두도록 삽입 설치되는 삽입링(33);을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 삽입링(33)은, 탄성부재로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼이 입사되는 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31); 상기 차폐필터(31)를 통과한 플라즈마 방출 스펙트럼이 수광되는 수광렌즈(10)와, 상기 수광렌즈(10)에 입사 및/또는 출사되는 광신호의 크기를 결정하는 어퍼쳐(aperture)(11), 상기 수광렌즈(10)를 통과한 광신호의 초점 심도를 제한하는 핀홀(pinhole)(12)이 구비되는 광학계본체; 및 상기 어퍼쳐(11)와 핀홀(12)을 통과한 광신호를 상기 광학계본체에서 전달받아 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼 영상을 분석하는 분석기(16);를 포함하는 플라즈마 측정용 발광분광분석기를 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 투광소재로 구성되어, 상기 수광렌즈(10)와 차폐필터(31) 사이에 배치되는 보호창(36);을 더 포함할 수 있다.
또한, 레이저 광의 집속 위치와 플라즈마 필드상의 측정 위치를 일치시키는 것에 의해 상기 수광렌즈(10), 어퍼쳐(11), 핀홀(12)간 정렬, 조정이 가능하도록, 레이저를 상기 광학계본체 내 광신호 진행방향과 반대방향으로 조사하는 레이저 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼이 입사되는 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31); 상기 차폐필터(31)를 통과한 플라즈마 방출 스펙트럼이 수광되는 렌즈; 및 상기 렌즈를 통과한 광신호를 반사, 굴절, 간섭, 회절 및/또는 편광시켜 물체의 상을 만들거나 물리량을 측정하는 광처리장치;를 포함하는 광학기기를 또 다른 기술적 요지로 한다.
또한, 본 발명은, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 분석 기체의 유입구 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31); 상기 분석 기체를 이온화, 가속화시키는 이온화 장치(20); 상기 이온화 장치(20)를 통과하며 가속화된 이온을 질량에 따라 분리하는 분리 장치(21); 및 상기 분리 장치(21)를 거쳐 분리된 이온을 검출, 측정하는 검출 장치(22);를 포함하는 질량분석기를 또 다른 기술적 요지로 한다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 하전입자를 포집가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지는 차폐필터를, 광신호 또는 분석 기체가 입사, 유입되는 발광분광분석기, 카메라 등 광학기기의 광학창 또는 질량분석기의 유입구 전방에 설치함으로써, 오염입자로 인한 계측, 분석 오차 발생 및 성능 저하를 방지할 수 있도록 한다.
플라즈마 공정 등에서 부수적으로 발생된 이온, 이온 부착물 등 하전 입자가 차폐필터에 포집, 제거되므로, 하전 입자의 부착으로 인한 광학기기의 광학창의 오염을 방지하고, 분석기로 유입되는 기체 내 하전 입자를 포집하여 계측기의 오염을 방지할 수 있다.
매쉬 구조의 차폐필터를 제작하고, 광신호(빛, 열 등) 등의 무형물을 계측하거나 기체를 구성하는 유형물(원자, 분자 등)을 분석하는 다양한 접촉식, 비접촉식 계측기, 분석기의 전방에 설치하는 간단한 조립에 의해 용이하게 구현할 수 있다.
차폐필터를 금속재, 전도성 폴리머 등의 전도성 소재로 구성하면, 차폐필터를 전원연결장치의 전극단자에 연결하는 것에 의해 특정 전압의 전극으로 구성할 수 있으며, 차폐필터를 전극 구조로 구성함에 있어서 전원연결장치와 같은 별도의 구성요소를 구비하지 않더라도, 외부와의 통전에 의해 접지전극으로 구성할 수도 있다.
또한, 차폐필터를 금속재, 전도성 폴리머 등의 전도성 소재로 구성하면, 차폐필터를 통과하는 과정에서 메쉬에 접촉된 RF 고주파 전자파가 차폐필터에 흡수되어, 그 유입 또한 차단할 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 생성과정이나 생성된 플라즈마 등에서 방사된 RF 전자기파, 초고주파 등 유해 전자기파로 인한 발광분광분석기 등의 광학기기, 질량분석기 관련 전자, 통신장비의 오작동을 해결할 수 있다.
도 1 - 본 발명의 제1실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도
도 2 - 도 1을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제1실시예를 도시한 단면도
도 3 - 도 1을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제2실시예를 도시한 단면도
도 4 - 본 발명의 제2실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도
도 5 - 도 4를 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제3실시예를 도시한 단면도
도 6 - 도 4를 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제4실시예를 도시한 단면도
도 7 - 차폐필터 배열 구조의 제1실시예를 도시한 개념도
도 8 - 차폐필터 배열 구조의 제2실시예를 도시한 개념도
도 9 - 차폐필터 배열 구조의 제3실시예를 도시한 개념도
도 10 - 본 발명의 제3실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도
도 11 - 도 10을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제5실시예를 도시한 단면도
도 12 - 도 10을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제6실시예를 도시한 단면도
도 13 - 본 발명의 제1실시예에 따른 발광분광분석기의 단면도
도 14 - 본 발명의 제1실시예에 따른 일안 반사 방식 카메라의 단면도
도 15 - 본 발명의 제1실시예에 따른 질량분석기의 단면도
도 2 - 도 1을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제1실시예를 도시한 단면도
도 3 - 도 1을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제2실시예를 도시한 단면도
도 4 - 본 발명의 제2실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도
도 5 - 도 4를 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제3실시예를 도시한 단면도
도 6 - 도 4를 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제4실시예를 도시한 단면도
도 7 - 차폐필터 배열 구조의 제1실시예를 도시한 개념도
도 8 - 차폐필터 배열 구조의 제2실시예를 도시한 개념도
도 9 - 차폐필터 배열 구조의 제3실시예를 도시한 개념도
도 10 - 본 발명의 제3실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도
도 11 - 도 10을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제5실시예를 도시한 단면도
도 12 - 도 10을 광학기기의 광학창 전단부에 조립하기 위한 고정프레임의 제6실시예를 도시한 단면도
도 13 - 본 발명의 제1실시예에 따른 발광분광분석기의 단면도
도 14 - 본 발명의 제1실시예에 따른 일안 반사 방식 카메라의 단면도
도 15 - 본 발명의 제1실시예에 따른 질량분석기의 단면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도이고, 도 2, 3은 각각 도 1의 A-A선 단면을 고정프레임의 제1, 2실시예와 함께 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치는, 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단함과 동시에, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼(이하 '광신호'와 혼용하여 사용)의 경로상에 부유중인 하전입자를 포집가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지는 차폐필터(31)를 포함한다.
상기 차폐필터(31)는, 광신호 또는 분석 기체가 입사, 유입되는, 발광분광분석기(10a)(도 13 참조)와 같은 특수 광학기기, 카메라(40)(도 14 참조)와 같은 일반 광학기기의 광학창 또는 질량분석기(도 15 참조)의 전방에 설치되어, 광신호나 분석 기체에 혼재된 하전입자가 상기 발광분광분석기(10a), 광학기기(10b)의 광학창이나 질량분석기(20a)측으로 진입되는 것을 방지한다.
이하, 본 발명의 설명에서는 발광분광분석기(10a)(도 13 참조)와 같은 특수 광학기기와 카메라(40)(도 14 참조)와 같은 일반 광학기기를 광학기기(10b)로 통칭한다.
상기 차폐필터(31)를 하전입자와 반대 극성을 가지는 전극으로 구성하면, 광신호나 분석 기체상에 혼재된 하전입자는, 상기 차폐필터(31)의 정전기력에 의해 광신호나 분석 기체상에서 분리되어 상기 차폐필터(31)에 부착, 유지된다.
상기 차폐필터(31)는 하전입자의 부착이 가능하다면 금속재, 폴리머 등을 포함하여 그 구성소재가 특정하게 한정되지 않으나, 금속재, 전도성 폴리머 등의 전도성 소재로 구성하면, 상기 차폐필터(31)를 전원연결장치의 전극단자에 연결하는 것에 의해 상기 차폐필터(31)를 특정 전압의 전극으로 구성할 수 있으며, 상기 차폐필터(31)를 전극 구조로 구성함에 있어서 전원연결장치와 같은 별도의 구성요소를 구비하지 않더라도, 외부와의 통전에 의해 접지전극으로 구성할 수도 있다.
또한, 차폐필터를 금속재, 전도성 폴리머 등의 전도성 소재로 구성하면, 차폐필터를 통과하는 과정에서 메쉬에 접촉된 RF 고주파 전자파가 차폐필터에 흡수되어, 그 유입 또한 차단할 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 생성과정이나 생성된 플라즈마 등에서 방사된 RF 전자기파, 초고주파 등 유해 전자기파로 인한 발광분광분석기 등의 광학기기, 질량분석기 관련 전자, 통신장비의 오작동을 해결할 수 있다.
상기와 같이 상기 차폐필터(31)는 고주파 전자기파를 차폐시킴과 동시에 하전입자의 포집 기능을 구현하는데, 하전입자 외에도 상기 차폐필터(31)를 구성하는 메쉬의 중공부 보다 큰 사이즈를 가지는 중성 입자가 포집되는 것은 당연하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에서 상기 차폐필터(31)는, 광신호 또는 분석 기체의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로 평탄한 연장면을 가지는 망형상을 가진다.
망구조의 상기 차폐필터(31)를 부착, 조립 등의 방식에 의해 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부상에 직접 설치할 수도 있으나, 도 2, 3에 도시된 바와 같은 고정프레임(32)을 이용하면 상기 차폐필터(31)를 보다 견고하고, 용이하게 착탈 조립할 수 있다.
상기 고정프레임(32)의 일측부는 상기 차폐필터(31)의 둘레에 대응되는 형상을 가지고, 타측부는 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부에 대응되는 형상을 가지며, 상기 고정프레임(32)의 일측부와 타측부는 각각 상기 차폐필터(31)와, 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부에 접촉되게 조립, 설치된다.
도 2에 도시된 상기 고정프레임(32)의 제1실시예는, 상기 고정프레임(32)의 일측부(도 2상에서 내면부)상에 상기 차폐필터(31)의 둘레를 삽입하여 고정가능한 삽입홈(도면부호 미표기)이 형성된 구조를 가진다.
도 3에 도시된 상기 고정프레임(32)의 제2실시예는, 납작한 링형상을 가지며, 상기 고정프레임(32)의 일측부(도 3상에서 좌측면)가 상기 차폐필터(31)의 일면 둘레에 접촉되게 결합되어, 상기 차폐필터(31)를 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부와의 사이에 구속하거나, 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)측으로 가압하게 된다.
상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)의 전단부와 상기 차폐필터(31)는 직접 접촉될 수도 있으나, 상기 차폐필터(31)와의 직접적인 접촉에 의한 손상을 방지하고, 설치간격을 조정하기 위해, 상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)와 상기 차폐필터(31) 사이에 삽입링(33)이 삽입 설치될 수 있다.
상기 삽입링(33)은 탄성부재로 구성하면 상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)의 전단부와 상기 차폐필터(31) 사이에는 유동가능한 이격간격이 형성되어, 상기 차폐필터(31)와 상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)의 전단부간의 조립오차, 제작오차로 인한 불량 조립을 보완할 수 있으며, 조립, 사용과정에서의 진동, 충격 등을 완충, 감쇄할 수 있다.
상기 차폐필터(31)를 특정한 전압의 전극으로 구성하는 경우, 상기 고정프레임(32)은 상기 차폐필터(31)를 외부로부터 절연가능한 부도체로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 차폐필터(31)를 접지 전극으로 구성하는 경우에는 상기 고정프레임(32)을 외부 접지 요소, 장치(예를 들어, 플라즈마 등의 반응 용기)와 연결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 차폐필터를 도시한 사시도이고, 도 5, 6은 각각 도 4의 B-B선 단면을 고정프레임의 제3, 4실시예와 함께 도시한 단면도이며, 도 7, 8, 9는 각각 차폐필터 배열 구조의 제1, 2, 3실시예를 도시한 개념도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 본 발명의 제2실시예에 따른 차폐필터(31)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 차폐필터(31)의 제1실시예와 비교해, 상기 광신호 또는 분석 기체의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로의 연장면을 가지는 다수가, 상기 광신호 또는 분석 기체의 입사, 유입 경로를 따라 연속하여 배치된 구조를 가진다.
이하 본 발명의 설명에서는 상기 차폐필터(31) 다수가 구비되는 경우, 설명의 편의상, 최선단측에 위치되는 상기 차폐필터(31)부터 순차적으로 차폐필터(31a), 차폐필터(31b, 차폐필터(31c)로 지칭하기로 한다.
다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 내측부 둘레에 다수의 삽입홈(도면부호 미표기)이 이격되게 형성된 상기 고정프레임(32)상에 조립된 상태로 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부에 설치될 수 있다.
또한, 다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 납작한 링형상을 가지는 상기 고정프레임(32)에 최선단측 상기 차폐필터(31a)의 선단부 둘레가 접촉되고, 상기 삽입링(33)이 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c) 사이와, 상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)와 상기 차폐필터(31) 사이에 삽입, 접촉되게 설치될 수 있다.
다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)를 연속하여 배치함에 있어서는, 메쉬의 중공부, 교차부가 서로 동일한 위상을 가지는 다수를 배치할 수도 있고, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 메쉬의 중공부, 교차부가 서로 다른 위상을 가지는 다수를 배치할 수도 있다.
다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)를 배치하면, RF 전자기파나 하전입자가 최선단측에 위치한 상기 차폐필터(31a)에 접촉되거나 포집되지 않더라도, 상기 차폐필터(31b, 31c)를 순차적으로 다단으로 통과하는 과정에서 상기 차폐필터(31b, 31c) 등에 접촉되거나 포집될 수 있다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 메쉬의 중공부, 교차부가 서로 다른 위상을 가지는 다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)를 배치하는 경우, 하전입자가 횡방향으로의 위상변화 없이 직선경로로 이동하더라도 다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)를 통과하는 과정에서 다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c) 중 어느 하나에 포집될 수 있다.
상기 차폐필터(31a), 차폐필터(31b), 차폐필터(31c) 각각은, 7의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향이 서로 다르게 배치(도 7상에서는 각각 0°, 30°, 60°)될 수 있으며, 동일한 메쉬 구조를 가진 다수를 서로 다른 각도로 설치함으로써 구현할 수 있다.
또한, 도 8의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향(종방향 또는 횡방향)을 따라 상호간에 위상차를 가지도록 배치될 수 있다(도 8상에서는 상기 차폐필터(31a)의 상단에서 제1렬까지의 거리 x1 < 상기 차폐필터(31b)의 상단에서 제1렬까지의 거리 x2 < 상기 차폐필터(31c)의 상단에서 제1렬까지의 거리 x3 < 메쉬 간격 x0)
또한, 도 9의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 다수의 상기 차폐필터(31a, 31b, 31c)는 각각이 서로 다른 밀도의 메쉬 구조를 가질 수도 있으며, 상기 차폐필터(31a)의 메쉬 간격 보다 큰 하전입자는 상기 차폐필터(31a)에 포집되고, 상대적으로 작은 하접입자는 그 크기에 따라 상기 차폐필터(31b) 또는 차폐필터(31c)에 구분되어 포집될 수 있다(도 9상에서는 상기 차폐필터(31a)의 메쉬 간격 x01 < 상기 차폐필터(31b)의 메쉬 간격 x02 < 상기 차폐필터(31c)의 메쉬 간격 x03).
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 광신호의 세기 감소 방지 장치의 곡률을 가지는 메시로 구성된 차폐필터를 도시한 사시도이고, 도 11, 12는 각각 도 10의 C-C선 단면을 고정프레임의 제5, 6실시예와 함께 도시한 단면도이다.
상기 차폐필터(31)는 2차원적인 평면형상이 아닌 3차원적인 입체형상을 가질 수 있으며, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 차폐필터(31)는 하전입자의 포집정도를 외부에서 용이하게 확인할 수 있고, 상기 차폐필터(31)로부터의 이탈, 제거가 중력에 의해 용이하게 이루어질 수 있는 볼록한 돔형상을 가진다.
상기 차폐필터(31)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 선단부 둘레에 환형의 삽입홈(도면부호 미표기)이 연속하여 형성된 상기 고정프레임(32)상에 조립된 상태로 상기 광학기기(10b)의 광학창 또는 질량분석기(20a)의 전단부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 차폐필터(31)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 차폐필터(31a)의 후단부 외면에 대응되는 곡면을 가지는 상기 고정프레임(32)의 내면부와, 상기 광학기기(10b) 또는 질량분석기(20a)와 상기 차폐필터(31) 사이에 삽입된 상기 삽입링(33)의 외면부에 각각 외, 내측단부 둘레가 접촉되게 설치될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광분광분석기의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광분광분석기(10a)는, 상기 차폐필터(31)와, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼을 분석하기 위해 수광렌즈(10), 핀홀(12), 어퍼쳐(11), 전달광학계(13)로 구성되는 광학계본체(도면부호 미표기)와, 분석기(16)로 구성된다.
광신호 경로상에 비산, 유동 중인 하전입자와 상기 수광렌즈(10)측으로 진행중인 RF 고주파 전자파는, 광학창(도 13상에서는 상기 수광렌즈(10)) 전방에 설치된 상기 차폐필터(31)에 의해 포집, 차단되며, 광신호는 상기 차폐필터(31)를 통과하여 수광렌즈(10)로 입사된다.
상기 어퍼쳐(aperture)(11) 상기 수광렌즈(10)의 전방 및/또는 후방에 설치되어, 상기 수광렌즈(10)에 입사 및/또는 출사되는 플라즈마 방출 스펙트럼(광신호)의 크기(또는 수광각도(α))를 결정하며, 상기 수광렌즈(10) 전방에 설치되면 상기 수광렌즈(10)로 입사되는 광신호 중 아웃포커스(out focus)된 부분을 차단하며, 상기 수광렌즈(10) 후방에 설치되면 상기 수광렌즈(10)에서 출사된 광신호의 인포커스(in focus)된 부분을 차단하게 된다.
상기 핀홀(12)은 상기 수광렌즈(10)를 통과한 광신호의 상이 맺히는 지점에는 위치되어 상기 수광렌즈(10)를 통과한 광신호의 초점 심도를 제한하며 해상도를 향상시키며, 상기 전달광학계(13)는 상기 수광렌즈(10), 어퍼쳐(11), 핀홀(12)을 통과한 광신호를 외부로 전달한다.
상기 전달광학계(13)에 도달된 광신호는 광파이버(15) 등에 의해 상기 분석기(16)로 전달되며, 상기 분석기(16)에서는 상기 광파이버(15)를 통해 전달받은 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼(광신호)을 분석한다.
상기와 같은 구조를 가지는 상기 수광렌즈(10), 전, 후방 상기 어퍼쳐(11), 핀홀(12)의 위치 조정 등에 의해 플라즈마 필드상의 측정 거리를 변화시키면서 공간분해능을 가지고 광의 강도 분포를 측정할 수 있다.
상기 차폐필터(31)의 표면을 빛의 산란방지 기능을 구현하는 흑색으로 도색하거나 또는 흑염 처리하면 상기 차폐필터(31)로 인한 광신호의 왜곡을 방지할 수 있다.
상기 수광렌즈(10)와 차폐필터(31) 사이에 투광소재의 보호창(36)을 설치하면, 상기 보호창(36)으로 인해, 상기 차폐필터(31)에 포집된 오염입자를 제거하거나 상기 차폐필터(31)를 교체하는 과정에서 상기 차폐필터(31)측의 오염입자가 상기 수광렌즈(10)측으로 이동되어 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 고정프레임(32)을 구비하는 경우, 상기 고정프레임(32)에 상기 삽입홈을 형성하는 등의 실시예에 의해 상기 보호창(36)을 상기 차폐필터(31)와 일체로 조립할 수 있다.
한편, 상기 차폐필터(31)를 상기 광학계본체 전면에 부착하는 경우, 상기 차폐필터(31)로 인한 광학적 영향이나, 상기 고정프레임(32), 삽입링(33) 등으로 인한 상기 발광분광분석기(10a)의 시야각 제한으로 인해, 플라즈마 측정 지점을 기준으로 한 상기 수광렌즈(10), 어퍼쳐(11) 등 내부 장치의 정렬에 어려움을 겪을 수 있는데, 레이저 광이 출력되는 레이저 장치(도 13상에서 상기 분석기(16)를 대체하거나, 상기 분석기(16)에 내재 가능)를 광 파이버(15)에 연결함으로써 이를 해결할 수 있다.
상기 레이저 장치는 레이저를 상기 광학계본체 내 광신호 진행방향과 반대방향으로 조사함으로써, 레이저 광의 집속 위치와 플라즈마 측정 위치를 일치시키는 것에 의해 측정 위치와 상기 수광렌즈(10), 어퍼쳐(11)를 포함한 내부 장치간 정렬, 조정이 가능하다.
상기 레이저 장치로부터 발산된 레이저 광이 상기 광 파이버(15)와, 상기 광 파이버(15)를 상기 광학계본체의 광경로상에 연결하는 파이버 결합기(14)를 통해 상기 광학계본체 내부로 입사되면, 레이저 광이 상기 광학계본체 전방으로 조사되면서 전방의 대상물상에 집광되는데, 상기 광학계본체를 통해 방출되는 레이저 광이 집속되는 위치와 플라즈마 측정 지점을 일치시킴으로써 상기 광학계본체 내부 구성요소를 정렬할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 일안 반사 방식 카메라의 단면도이다.
본 발명의 설명에서는 상기 발광분광분석기(10a)(도 13 참조)와 같은 특수 광학기기와, 카메라(40)와 같은 일반 광학기기를 상기 광학기기(10b)로 통칭하는데, 도 14에 도시된 카메라를 대표하는 일안 반사식 카메라에 상기 차폐필터(31)를 적용하는 실시예를 설명하고자 도시한 것이다.
일안 반사식 카메라(一眼反射式카메라, 약칭 SLR)는 렌즈와 필름 사이에 설치된 거울을 사용하여 화상을 매트 초점 스크린에 투사하는 카메라를 지칭하며, 대부분의 일안 반사식 카메라는 상단 부분에 빛을 굴절시켜주는 루프 펜타프리즘(roof pentaprism)이나 펜타미러(pentamirror)를 장착하여 렌즈를 통과한 화상이 뷰 파인더에 맺히도록 한다. 이 외에도 waist-level finder나 포로 프리즘(porro prism)을 사용하기도 한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라(40)는, 상기 차폐필터(31)와, 렌즈부(41), 거울(42), 셔터(43), 센서 또는 필름(44), 초점스크린(45), 압축렌즈(46), 펜타프리즘(47), 아이피스(48)로 구성된다.
상기 카메라의 렌즈부(41)로 입사되는 화상 정보(광신호)의 경로상에 비산, 유동 중인 하전입자는, 하전입자를 포집가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고 광학창(도 14상에서는 상기 렌즈부(41)) 전방에 설치된 상기 차폐필터(31)에 의해 포집되며, 화상 정보(광신호)는 상기 차폐필터(31)를 통과하여 렌즈부(41)로 입사된다.
미촬영 시에는, 상기 렌즈부(41)를 통해 입사된 화상 정보(광신호)는 거울(42)에 반사되어 초점스크린(45)에 맺혀 투영되며, 압축 렌즈(46)를 통과한 화상 정보는 상기 펜타프리즘(47) 내부에서 반사되어 상기 아이피스(48)에 도달된다.
촬영 시에는, 상기 거울(42)이 화살표 방향으로 올라가고, 상기 셔터(focal plane shutter)(43)가 열리며 상기 센서 또는 필름(44)에 투영된다. 상기 초점스크린(45)에 맺히는 화상과 상기 센서 또는 필름(44)에 맺히는 화상 사이에는 시각 차이가 없다.
도 14, 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학기기(10b)는, 광신호가 입사되는 광학창 전방에 설치되는 상기 차폐필터(31)와, 상기 차폐필터(31)를 통과한 광신호가 유입되는 렌즈와, 상기 렌즈를 통해 유입된 광신호를 반사, 굴절, 간섭, 회절 및/또는 편광시켜 물체의 상을 만들거나 물리량을 측정하는 광처리장치를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 질량분석기의 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 질량분석기(20a)는, 상기 차폐필터(31), 이온화 장치(20), 분리 장치(21), 검출 장치(22)로 구성된다.
상기 차폐필터(31)는, 상기 광학기기(10b)에 적용되는 경우와 마찬가지로, 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 분석 기체의 유입구 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집된다.
분석 기체의 유입 경로상에 비산, 유동 중인 하전입자와 플라즈마 공정 중 방사된 RF 고주파 전자파는, 분석 기체가 유입되는 상기 이온화 장치(20)의 유입구 전방에 설치된 상기 차폐필터(31)에 의해 포집, 차단된다.
상기 차폐필터(31)를 통과하며 하전입자가 제거된 분석 기체는 상기 이온화 장치(20)의 유입구로 유입되어 이온화 및 가속화되며, 상기 분리 장치(21)에서는 상기 이온화 장치(20)를 통과하며 가속화된 이온을 질량에 따라 분리하고, 상기 검출 장치(22)에서는 상기 분리 장치(21)를 거쳐 분리된 이온을 검출, 측정한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
10 : 수광렌즈 10a : 발광분광분석기
10b : 광학기기 11 : 어퍼쳐
12 : 핀홀 13 : 전달광학계
14 : 광 파이버 결합기 15 : 광 파이버
16 : 분석기, 레이저장치 20 : 이온화 장치
20a : 질량분석기 21 : 분리 장치
22 : 검출 장치 31, 31a, 31b, 31c : 차폐필터
32 : 고정프레임 33 : 삽입링
36 : 보호창 40 : 카메라
41 : 렌즈부 42 : 거울
43 : 셔터 44 : 센서, 필름
45 : 초점스크린 46 : 압축렌즈
47 : 펜타프리즘 48 : 아이피스
10b : 광학기기 11 : 어퍼쳐
12 : 핀홀 13 : 전달광학계
14 : 광 파이버 결합기 15 : 광 파이버
16 : 분석기, 레이저장치 20 : 이온화 장치
20a : 질량분석기 21 : 분리 장치
22 : 검출 장치 31, 31a, 31b, 31c : 차폐필터
32 : 고정프레임 33 : 삽입링
36 : 보호창 40 : 카메라
41 : 렌즈부 42 : 거울
43 : 셔터 44 : 센서, 필름
45 : 초점스크린 46 : 압축렌즈
47 : 펜타프리즘 48 : 아이피스
Claims (18)
- 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼 영상으로부터 상기 플라즈마 필드를 계측하기 위한 발광분광분석기(10a)의 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31);
를 포함하는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 차폐필터(31)는,
플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로의 연장면을 가지는 하나가 설치되는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 차폐필터(31)는,
플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로에 대해 수직한 방향으로의 연장면을 가지는 다수가, 상기 플라즈마 방출 스펙트럼의 입사, 유입 경로를 따라 연속하여 배치되는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 차폐필터 다수는,
메쉬의 중공부, 교차부가 서로 동일한 위상을 가지는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 차폐필터 다수는,
메쉬의 중공부, 교차부가 서로 다른 위상을 가지는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 차폐필터 다수는,
메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향이 서로 다르게 배치되는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 차폐필터 다수는,
메쉬를 구성하는 선재(linear element)의 연장방향을 따라 서로 일정한 위상차를 가지는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 차폐필터 다수는,
서로 다른 밀도의 메쉬 구조를 가지는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 차폐필터(31)의 둘레에 대응되는 형상을 가지고 상기 차폐필터(31)에 결합되며, 상기 발광분광분석기(10a)의 광학창 전단부에 조립되는 고정프레임(32);
을 더 포함하는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 고정프레임(32)은,
상기 차폐필터(31)의 둘레가 삽입, 고정되는 삽입홈이 내면부에 형성되는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 고정프레임(32)은,
상기 차폐필터(31)의 일면 둘레에 접촉되게 결합되어 상기 차폐필터(31)를 구속하거나 상기 발광분광분석기(10a)의 전단부측으로 가압하는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 발광분광분석기(10a)의 전단부와 상기 차폐필터(31) 사이 및/또는 상기 차폐필터(31) 사이에 이격간격을 두도록 삽입 설치되는 삽입링(33);
을 더 포함하는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 제12항에 있어서,
상기 삽입링(33)은,
탄성부재로 구성되는 광신호의 세기 감소 방지 장치.
- 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼이 입사되는 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31);
상기 차폐필터(31)를 통과한 플라즈마 방출 스펙트럼이 수광되는 수광렌즈(10)와, 상기 수광렌즈(10)에 입사 및/또는 출사되는 광신호의 크기를 결정하는 어퍼쳐(aperture)(11), 상기 수광렌즈(10)를 통과한 광신호의 초점 심도를 제한하는 핀홀(pinhole)(12)이 구비되는 광학계본체; 및
상기 어퍼쳐(11)와 핀홀(12)을 통과한 광신호를 상기 광학계본체에서 전달받아 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼 영상을 분석하는 분석기(16);
를 포함하는 플라즈마 측정용 발광분광분석기.
- 제14항에 있어서,
투광소재로 구성되어, 상기 수광렌즈(10)와 차폐필터(31) 사이에 배치되는 보호창(36);
을 더 포함하는 발광분광분석기.
- 제14항에 있어서,
레이저 광의 집속 위치와 플라즈마 필드상의 측정 위치를 일치시키는 것에 의해 상기 수광렌즈(10), 어퍼쳐(11), 핀홀(12)간 정렬, 조정이 가능하도록, 레이저를 상기 광학계본체 내 광신호 진행방향과 반대방향으로 조사하는 레이저 장치;
를 더 포함하는 발광분광분석기.
- 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 상기 플라즈마 필드의 방출 스펙트럼이 입사되는 광학창 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31);
상기 차폐필터(31)를 통과한 플라즈마 방출 스펙트럼이 수광되는 렌즈; 및
상기 렌즈를 통과한 광신호를 반사, 굴절, 간섭, 회절 및/또는 편광시켜 물체의 상을 만들거나 물리량을 측정하는 광처리장치;
를 포함하는 광학기기.
- 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 필드에서 방사되는 RF 전자기파를 차단가능한 메쉬(mesh) 구조를 가지고, 분석 기체의 유입구 전방에 설치되며, 메쉬를 통과하는 하전입자가 포집되는 차폐필터(31);
상기 분석 기체를 이온화, 가속화시키는 이온화 장치(20);
상기 이온화 장치(20)를 통과하며 가속화된 이온을 질량에 따라 분리하는 분리 장치(21); 및
상기 분리 장치(21)를 거쳐 분리된 이온을 검출, 측정하는 검출 장치(22);
를 포함하는 질량분석기.
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