KR20190141440A - 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 반도체/디스플레이 공정 중 화학 증착 소재로 사용하는 유기화합물 입자크기 및 입자발생량 실시간 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기화합물이 분사되었을 때의 입자크기 및 입자발생량을 실시간으로 측정할 수 있고, 발광부와 렌즈부의 노출면에 유기화합물로 인한 윈도우 오염도를 감지하여 측정오차를 줄이고 윈도우 교체시기를 판단할 수 있는 유기화합물 입자크기 및 입자발생량 실시간 측정 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체/디스플레이 공정 중 화학 증착 소재로 사용하는 유기화합물의 입자 크기 및 입자 발생량을 실시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체/디스플레이 공정 중 Chemical Vapor Deposition(CVD)법에 사용하는 유기화합물을 전구체(Precursor)라 부르며 전구체는 상온에서 기체, 액체, 고체상으로 존재할 수 있고 유기 화합물, 무기화합물, 유기금속화합물이 있다.
이중 유기금속(Metal-Organic CVD)용 유기화합물은 metal alkyl, metal diketonate가 주로 사용되고 있다.
Metal alkyl은 tetraethyl lead, trimethyl boron, trimethyl bismuth, triphenyl bismuth와 같이 금속과 탄소 간 결합을 하고 있는 물질이다. Metal alkoxide는 TEOS(tetraethyl orthosilicate), TIP(titanium iso-propoxide) 와 같이 금속과 산소 간 결합을 하고 있는 물질이다.
이러한 유기화합물을 이용하여 CVD공정을 성공적으로 수행하기 위한 중요한 조건은 다음과 같다.
유기화합물의 높은 증기압, 상전이, 열안정성, 혼합물의 증기 조성비, 고순도 화합물, 증착온도, 증착속도 그리고 유기화합물 전달 이송방식이다.
유기화합물의 일부는 상온에서 고체상으로 존재한다. 고체상의 유기화합물을 사용하는 경우 일반적으로 유기화합물을 유기용매에 녹여 용액의 상태로 만든 후, 용액 전달 장치(Liquid Delivery System:LDS)를 이용하여 유기화합물을 이송하여 증착 공정을 진행한다. 유기화합물 이송방식은 LDS로 대부분 진행하고 있고 각 원료를 따로 주입하는 방식과 원료를 한꺼번에 주입하는 방식으로 나뉜다.
LDS는 유기화합물을 분사하여 액체 상태의 입자로 전달된다. 이때 입자 크기와 입자 발생량에 따라서 증착 결과가 결정된다. 일 예로 상대적으로 동일한 입자개수가 존재하는 상태에서 입자 크기가 크면 기화 효율이 높아지고 입자 크기가 작으면 기화 효율이 낮아져 진공도에 영향을 준다. 또한 입자 발생량이 많거나 적음에 따라서 증기압이 달라질 수 있다. 이는 증착 효율을 떨어뜨리는 문제점이다.
그럼에도 불구하고 기존에는 유기화합물의 입자크기 및 입자 발생량을 측정하기 위한 장치 또는 방법이 전무한 실정이었다.
본 발명은 실시간으로 챔버에 주입되는 유기화합물 입자의 크기와 발생량을 정밀하게 측정할 수 있는 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치 및 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 레이저발생부 및 레이저수집부 사이에 진공 및 가스유동에 의해 유기화합물 입자가 흐를 수 있도록 경로를 형성하고, 또한 입자측정 윈도우의 오염을 방지하기 위해 프리즘 형태의 구조를 포함하거나 별도의 윈도우 오염도 측정 모듈을 포함하고 있어, 측정결과의 오차를 줄일 수 있고 오염된 윈도우의 교체시기도 예측할 수 있는 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치 및 방법을 기술적 요지로 한다.
본 발명의 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 장치에 의하면, 레이저 발광부과 수집부 사이에 진공 및 가스유동에 의해 유기화합물 입자가 흐를 수 있도록 하여, 실시간으로 챔버에 주입되는 입자의 크기와 발생량을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 장치에 의하면, 윈도우 오염을 방지하기 위해 프리즘형태의 구조를 포함하고 있다. 또한 별도의 윈도우 오염도 측정 모듈을 포함하고 있어, 측정결과의 오차를 줄일 수 있고 오염된 윈도우의 교체시기도 예측할 수 있는 장점이 있다.
도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치의 주요부에 대한 모식도.
도 2 - 유기화합물을 적용하여 입자 크기와 입자 발생량 데이타를 나타낸 도.
도 3 - 윈도우 오염에 따른 CCP Spectrometer의 변화 데이타를 나타낸 도.
도 2 - 유기화합물을 적용하여 입자 크기와 입자 발생량 데이타를 나타낸 도.
도 3 - 윈도우 오염에 따른 CCP Spectrometer의 변화 데이타를 나타낸 도.
본 발명의 유기화합물 입자크기 및 입자발생량 실시간 측정 장치에서는 유기화합물이 분사되어 챔버로 전달되기 전에 입자 크기와 입자 발생량을 실시간으로 측정하여 공정의 실시간 모니터링이 가능하다.
입자측정은 레이저산란방식의 입자 측정 모듈이 적용되었다. 레이저산란방식의 측정법은 실시간으로 입자의 크기와 발생량을 측정할 수 있는 장점이 있지만 윈도우를 투과하여 측정하는 방법이기 때문에 유기화합물에 의해 입자측정 윈도우가 오염되면 측정 오차를 유발한다.
따라서 본 발명에서는 윈도우 오염을 방지하기 위해 레이저산란 측정부분에 프리즘 형태의 구조를 포함한다. 또한 추가적인 표준 광원 윈도우를 적용하여 표준(기준) 광원과 CCD Spectrometer(200-1000nm range)를 이용하여 윈도우 오염도를 모니터링 할 수 있는 윈도우 오염도 측정 모듈을 포함하고 있다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 평가 장비에 관한 것으로, 일측에 용기를 구비하여 내부에 유기화합물을 담을 수 있다. 이때, 용기의 재질은 쿼츠, 유리, 철(SUS)일 수 있다.
유기화합물은 공기 중에 산소와 반응하여 폭발하거나 산화되는 소재를 대부분 사용한다. 때문에 유기화합물을 평가하기 위해서는 진공환경을 만들어야 하며, 본 발명 장치에서는 펌프를 이용하여 진공환경을 만들 수 있다.
용기 내부에 유기화합물 분사부(Vaporizer)를 장착하여 유기화합물을 분사하여 입자를 발생시킬 수 있다. 또한 용기 외부에 열과 초음파를 인가하여 유기화합물에 입자를 발생시킬 수 있다.
발생된 유기화합물 입자는 배기라인을 통하여 펌프 시스템 방향으로 지나갈 수 있다. 배기라인 중간에 있는 본 발명에 따른 입자 크기 및 입자 발생량을 측정하는 입자 측정 장치에서는 실시간으로 유기화합물 입자크기와 입자발생량이 측정된다.
입자 측정은 레이저 광을 이용하며, 레이저 광이 유기화합물 입자에 산란되는 광을 검출하는 레이저산란방식을 이용한다.
입자측정 윈도우 오염을 방지하기 위하여 프리즘 형태의 구조를 포함하며 이때, 굴절 각도는 90 내지 120도로 형성할 수 있다.
윈도우 오염을 모니터링하기 위하여 추가적인 표준광원 윈도우가 포함된 윈도우 오염도 측정 모듈을 더 형성할 수 있다. 윈도우 오염도 측정 모듈은 서로 이격되게 한쪽 부분에는 표준(기준) 광원을 발생하는 부(표준(기준) 광원발생부)를 포함하고, 마주보는 쪽에 CCD Spectrometer(CCD 측정부)를 이용하여 표준(기준) 광원을 측정한다. 이때, 표준(기준) 광원 농도 변화로 입자측정 윈도우 오염도를 모니터링 및 예측할 수 있다.
본 발명의 핵심 및 타 특허와 차별성은, 진공상태에서 유기화합물을 분사하는 모듈과 유기화합물을 실시간으로 측정하는 레이저산란방식을 도입하는 것이다. 유사특허들에서는 유기화합물처럼 공기 중에 산화되거나 유해한 물질을 측정하는 방법이 아니기 때문에 진공환경에서 측정하지 않고 있다.
또한, 진보성을 높이기 위해서, 첫번째로 윈도우 오염을 저감하기 위한 프리즘부(132)가 포함되는 것이고 두번째로는 윈도우 오염을 감지하는 윈도우 오염도 측정 모듈(140~142)이 포함되는 것이다.
또한 본 발명에 따른 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치는 유기화합물 보관부 및 열 또는 초음파 인가부를 포함하고, 유기화합물 분사구(150)를 포함한다.
100 : 입자측정장치
132 : 프리즘부
150 : 유기화합물 분사부 110 : 진공챔버부
133 : 입자측정 윈도우 160 : 가스압조절부
120 : 진공펌프부 140 : CCD 측정부
170 : 가스주입구 130 : 입자측정 레이저발생부
141 : 표준(기준) 광원발생부 131 : 입자측정 레이저수집부
142 : 표준광원 윈도우
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142 : 표준광원 윈도우
Claims (1)
- 반도체/디스플레이 공정 중 발생하는 유기화합물의 입자 크기 및 입자 발생량을 측정하기 위한 장치 및 방법에 있어서,
진공상태에서 유기화합물을 분사하는 모듈;
레이저 발생부와 레이저 수집부 사이에 진공 및 가스유동에 의해 유기화합물 입자가 흐를 수 있도록 경로를 형성하고, 레이저산란방식을 도입하여 유기화합물의 입자 크기 및 입자 발생량을 실시간으로 측정하는 입자 측정 모듈;을 포함하여 구성되며,
또한 상기 실시간 측정 모듈은 입자측정 윈도우의 오염을 방지하기 위해 프리즘 형태의 구조를 포함하며,
또한, 윈도우 오염도 측정 모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유기화합물 입자 크기 및 입자 발생량 실시간 측정 장치 및 그 방법.
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