KR20240069311A - 코팅막을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법 - Google Patents

코팅막을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법 Download PDF

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KR20240069311A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 처리 공간 내에 설치되는 부품에 코팅된 코팅막의 품질을 검사하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 상기 코팅막 검사 방법은, 상기 부품을 향해 광을 조사하는 광 조사 단계, 상기 광 조사 단계가 수행되는 때, 상기 코팅막으로부터 방출되는 광 이미지를 획득하는 코팅막 관찰 단계, 그리고 상기 획득된 광 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 품질을 검사하는 코팅막 검사 단계를 포함할 수 있다.

Description

코팅막을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS INCLUDING COATING FILM AND INSPECTION METHOD OF COATING FILM FOR SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 코팅막을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치를 제조하는 공정은 반도체 웨이퍼(이하, 기판이라 함) 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정, 막을 평탄화하기 위한 화학/기계적 연마 공정, 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정, 포토레지스트 패턴을 이용하여 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정, 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정, 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정, 막 또는 패턴이 형성된 기판의 포면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상술한 공정들 중 일부 공정들은, 플라즈마 에칭 챔버, 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD) 챔버, 반응 이온 에칭(RIE) 챔버, 전자 사이클론 공진(ECR) 챔버 등과 같은 플라즈마 챔버를 이용하여 수행될 수 있다. 이와 같이 플라즈마를 이용하는 공정들은, 각각의 챔버 내부에서 플라즈마에 의한 반응으로 챔버 내부에 마모가 발생될 수 있다. 이를 해결하고 챔버 부품 재활용성을 높이기 위해, 챔버 및 챔버 내부에 적용되는 부품들을 플라즈마 공정에 적용하기 전 그 표면에 보호 물질을 코팅하여 코팅막을 형성하는 과정을 수행한다. 일반적으로 이와 같은 코팅 과정은 수십 ㎛ 크기의 입자를 적층하는 대기 플라즈마 용사 코팅 방식이 적용되고, 용사 코팅의 특성상 코팅 과정에서 입자 간 계면에 기공이나 크랙이 발생할 수 있다.
그러나 종래에는 절단 및 파괴 분석만으로 코팅막 품질 분석이 가능했으므로 부품 내부에 크랙이 존재하거나 기존 대비 기공률이 증가한 경우 육안으로 불량 파트를 선별하기에 어려움이 존재하고, 절단 및 파괴 분석에 의한 분석 및 평가에는 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
구체적으로, 절단 및 파괴 분석을 수행하지 않고 외관만을 이용하여 단순 선별할 시 코팅 불량 파트가 공정에 적용될 가능성이 존재하므로, 코팅 불량 파트가 공정에 적용되어 설비 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 절단 및 파괴 분석을 수행할 시 코팅 개발 및 조건 변경 시 검증에 지연이 발생하는 문제가 존재하고, 파괴 분석으로 사용된 모재 및 코팅막의 재활용이 불가하고 분석 시간과 파트 소모에 의한 불필요한 Loss가 발생하는 문제가 존재한다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 절단 및 파괴 분석 없이 코팅막의 손상부를 신속하게 검출하고 코팅막의 품질을 평가할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 공정에 대한 영향 및 부산물 형성을 최소화하면서 코팅막의 품질을 검사할 수 있는 코팅막을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 처리 공간 내에 설치되는 부품에 코팅된 코팅막의 품질을 검사하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법은, 상기 부품을 향해 광을 조사하는 광 조사 단계; 상기 광 조사 단계가 수행되는 때, 상기 코팅막으로부터 방출되는 광 이미지를 획득하는 코팅막 관찰 단계; 상기 획득된 광 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 품질을 검사하는 코팅막 검사 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅막은, 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 코팅되는 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 코팅층은, 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 매트릭스는, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3) 으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 코팅층의 카본 함량은, 상기 매트릭스 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 경우, 상기 제1 파장의 광에 의하여 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광이 상기 제2 코팅층을 투과하여 상기 코팅막의 상부에서 균일하게 관찰되고, 상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우, 상기 제2 코팅층이 손상된 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기와 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기의 차이가 관찰될 수 있다. 이를 이용하여 상기 제2 코팅층이 손상된 형상을 파악할 수 있고, 이를 기반하여 상기 제2 코팅층에 존재하는 손상 종류를 구분할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광 조사 단계 이전에 상기 제2 코팅층 상에 제3 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 코팅층의 두께는, 상기 전체 코팅막 두께의 0.1 내지 10% 범위의 두께로 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 코팅층은 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하고, 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체일 수 있다. 일 예로, 상기 제3 코팅층은 상기 제1 코팅층과 동일한 물성을 가지는 층일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅막의 품질을 평가하는 단계가 완료되면 상기 제3 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판이 처리되는 처리 공간 내에 설치되는 기재; 및 상기 기재 상에 형성되는 코팅막을 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다. 상기 코팅막은, 상기 기재 상에 코팅되고 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 코팅되고 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광을 투과시키는 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 코팅층은 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체이고, 상기 매트릭스는 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3)으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 코팅층의 카본 함량은, 상기 매트릭스 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅막의 품질을 평가하기 위한 검사부를 더 포함하고, 상기 검사부는, 상기 코팅막을 향하여 상기 제1 파장의 광을 조사하는 광 조사부; 상기 제1 파장의 광에 의하여 상기 코팅막으로부터 방출되는 광의 이미지를 획득하는 비전부; 및 상기 비전부에서 획득한 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 상태를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광 조사부가 상기 코팅막을 향하여 상기 제1 파장의 광을 조사하는 경우, 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 상기 제2 파장의 광이 상기 상기 제2 코팅층을 투과하여 상기 코팅막의 상부에서 관찰되고, 상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우, 상기 제2 코팅층이 손상된 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기와 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기에 차이가 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우, 상기 비전부가 획득한 이미지는 상기 제2 코팅층의 손상된 형상을 포함할 수 있다. 이를 이용하여 상기 제2 코팅층이 손상된 형상을 파악할 수 있고, 이를 기반하여 상기 제2 코팅층에 존재하는 손상 종류를 구분할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 코팅층의 두께는, 상기 전체 코팅막 두께의 0.1 내지 50% 범위에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판이 플라즈마 처리되는 처리 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고 플라즈마에 노출되는 부품 상에 형성되는 코팅막; 및 상기 코팅막의 품질을 검사하는 검사부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다. 상기 코팅막은, 상기 부품 표면 상에 코팅되고 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 코팅되고 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광을 투과시키는 제2 코팅층을 포함하며, 상기 검사부는, 상기 코팅막을 향하여 제1 파장의 광을 조사하는 광 조사부; 상기 제1 파장의 의하여 상기 코팅막으로부터 방출되는 광에 대한 이미지를 상기 코팅막의 전체 영역에 대해 획득하는 비전부; 및 상기 비전부에서 획득한 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 상태를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치의 코팅막은 제1 코팅층 및 제1 코팅층에 코팅된 제2 코팅층을 포함한다. 코팅막을 향해 광이 조사되면, 제2 코팅층에서 손상된 부분과 대응되는 제1 코팅층이 발광됨에 따라 코팅막 표면에서 제2 코팅층의 손상된 영역이 육안으로 관찰될 수 있다.
또한, 코팅막이 발광됨에 따라 관찰되는 손상된 형태를 기반하여 제2 코팅층에 존재하는 손상의 종류를 파악할 수 있다. 따라서, 파괴 분석 Loss 없이 처리 공간 내 형성된 코팅막의 품질 선별이 가능하고, 카본(Carbon) 원소를 사용함으로써 공정에 대한 영향성 및 공정 부산물 형성을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 적용될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막이 기재 상에 코팅된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 코팅막을 검사하기 위하여 도 1 및 도 2에 적용될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 제2 코팅층에 손상된 부분을 광 조사부를 이용하여 확인하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제3 코팅층의 존재 유무에 따라 코팅막에서 발광되는 빛의 광량이 변화되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예를 설명하는 데 있어서, 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적 설명을 생략하고, 유사 기능 및 작용을 하는 부분은 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용하기로 한다.
명세서에서 사용되는 용어들 중 적어도 일부는 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이기에 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어에 대해서는 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서, 어떤 구성 요소를 포함한다고 하는 때, 이것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 그리고, 어떤 부분이 다른 부분과 연결(또는, 결합)된다고 하는 때, 이것은, 직접적으로 연결(또는, 결합)되는 경우뿐만 아니라, 다른 부분을 사이에 두고 간접적으로 연결(또는, 결합)되는 경우도 포함한다.
한편, 도면에서 구성 요소의 크기나 형상, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 챔버(110), 기판 지지 유닛(200), 플라즈마 발생 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(shower head unit; 140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 월 라이너(wall liner unit; 170), 배플 유닛(baffle unit; 180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 식각 공정(예를 들어, 건식 식각 공정(dry etching process))을 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(wafer))을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 장치(100)은 예를 들어, 플라즈마 공정(plasma process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
챔버(110)는 플라즈마 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 것이다. 이러한 챔버(110)는 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.
배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 이러한 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 발생된 반응 부산물과 챔버(110)의 내부에 잔여하는 가스를 챔버(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 챔버(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.
챔버(110)는 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 챔버(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 개구부(114)는 도어 어셈블리(115)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 챔버(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 상하 방향(즉, 제 3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 챔버(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑(mechanical clamping), 진공(vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스 부재(base component; 211)와 척킹 부재(chucking component; 212)를 포함하는 정전 척(ESC; Electro-Static Chuck; 210)을 포함할 수 있다.
베이스 부재(211)는 척킹 부재를 지지하는 것이다. 베이스 부재(211)는 예를 들어, 알루미늄 성분을 소재로 하여 제작되어 알루미늄 베이스 플레이트(Al base plate)로 제공될 수 있다.
척킹 부재(212)는 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 척킹 부재(212)는 세라믹 성분을 소재로 하여 제작되어 세라믹 플레이트(ceramic plate) 또는 세라믹 퍽(ceramic puck)으로 제공될 수 있으며, 베이스 부재(211) 상에 고정되도록 베이스 부재(211)와 결합될 수 있다.
베이스 부재(211)와 그 위에 형성되는 척킹 부재(212) 사이에는 접합층(213, bonding layer)이 형성될 수 있다.
포커스 링(220)은 기판 지지 유닛(200)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(220)은 링 형상을 가지며, 정전 척(210)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(220)의 상면은 외측부가 내측부보다 높게 위치할 수 있다. 예를 들어, 포커스 링(220)의 상면 내측부는 척킹 부재(212)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(220)의 상면 내측부는 척킹 부재(212)에 지지된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(220)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 기판(W)의 저면으로 열전달 가스를 공급할 수 있다. 열전달 가스는 기판(W)과 정전 척(210) 간에 열 교환을 돕는 매개체 역할을 한다. 열전달 가스에 의하여 기판(W)의 전체 온도가 균일해질 수 있다. 열전달 가스는 불활성 가스를 포함한다. 일 예로, 열전달 가스는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 가스 공급원(151)은 제1 가스로 헬륨 가스(He gas)를 공급할 수 있다. 제1 가스 공급원(151)으로부터의 제1 가스는 제1 가스 공급 라인(152)을 통해 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 챔버(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 정전 척(210)의 내부에 설치될 수 있다. 일 예로, 가열 부재(124)는 척킹 부재(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 베이스 부재(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 챔버(110)의 외부에 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 챔버(110)의 내부 공간 중에서 정전 척(210)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 모듈(190)에 설치되는 안테나 유닛(antenna unit; 193)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(210)을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(210)을 하부 전극으로 이용할 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극, 즉 안테나 유닛(193)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 플라즈마의 특성을 제어하도록 제공될 수 있다. 상부 전원(131)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)를 조절하도록 제공될 수 있다.
상부 전원(131)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 기판 처리 장치(100)는 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 안테나 유닛(193)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 안테나 유닛(193)을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 안테나 유닛(193)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극, 즉 정전 척(210)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 상부 전원(131)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제 2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척(210)에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척(210)을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척(210)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(140)은 정전 척(210)과 챔버(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 챔버(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(gas feeding hole; 141)을 구비할 수 있으며, 정전 척(210)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 성분을 소재로 하여 제작될 수 있으며, 금속 성분을 소재로 하여 제작되는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 챔버(110)의 내부로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 제2 가스 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 에칭 가스(etching gas)를 공정 가스로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원(161)은 에칭 가스로 불소(fluorine) 성분을 포함하는 가스(예를 들어, SF6, CF4 등의 가스)를 공급할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 단일 개 구비되어 에칭 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 가스 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 에칭 가스가 챔버(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone), 에지 영역(edge zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(161)을 통해 제2 가스 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
한편, 제2 가스 공급 유닛(160)은 증착 가스(deposition gas)를 공급하는 제3 가스 공급원(미도시)을 더 포함하는 것도 가능하다.
제3 가스 공급원은 기판(W) 패턴의 측면을 보호하여 이방성 에칭이 가능해지도록 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원은 C4F8, C2F4 등의 가스를 증착 가스로 공급할 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 챔버(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 챔버(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로, 월 라이너 유닛(170)은 제공되지 않을 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 챔버(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 월 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 챔버(110)의 상단에 놓여 월 라이너 유닛(170)을 지지할 수 있다.
배플 유닛(180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 챔버(110)의 내측벽과 정전 척(210) 사이에 설치될 수 있다. 배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
상부 모듈(190)은 챔버(110)의 개방된 상부를 덮도록 설치되는 것이다. 이러한 상부 모듈(190)은 윈도우 부재(191), 안테나 부재(192) 및 안테나 유닛(193)을 포함할 수 있다.
윈도우 부재(191)는 챔버(110)의 내부 공간을 밀폐시키기 위해 챔버(110)의 상부를 덮도록 형성되는 것이다. 이러한 윈도우 부재(191)는 판(예를 들어, 원판) 형상으로 제공될 수 있으며, 절연 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 형성될 수 있다.
윈도우 부재(191)는 유전체 창(dielectric window)을 포함하여 형성될 수 있다. 윈도우 부재(191)는 제2 가스 공급 라인(162)이 삽입되기 위한 통공이 형성될 수 있으며, 챔버(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 수행될 때 파티클(particle)의 발생을 억제하기 위해 그 표면에 코팅막이 형성될 수 있다.
안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)의 상부에 설치되는 것으로서, 안테나 유닛(193)이 그 내부에 배치될 수 있도록 소정 크기의 공간이 제공될 수 있다.
안테나 부재(192)는 하부가 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 챔버(110)와 대응되는 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)에 탈착 가능하도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(193)은 상부 전극으로 기능하는 것으로서, 폐루프를 형성하도록 제공되는 코일이 장착된 것이다. 이러한 안테나 유닛(193)은 상부 전원(131)으로부터 공급되는 전력을 기초로 챔버(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 생성하여, 샤워 헤드 유닛(140)를 통해 챔버(110)의 내부로 유입된 가스를 플라즈마로 여기시키는 기능을 한다.
안테나 유닛(193)은 평판 스파이럴(planar spiral) 형태의 코일을 장착할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 코일의 구조나 크기 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상술한 기판 처리 장치에 포함되는 코팅막(300) 및 검사부(400)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막은, 플라즈마 처리 장치에 적용되는 부품에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막은 좁게는 플라즈마 처리 장치의 챔버 내벽에 형성될 수 있고, 넓게는 플라즈마 처리 공간 내에 설치되는 다양한 부품의 표면 상에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막(300)은 제1 코팅층(310) 및 제2 코팅층(320)을 포함한다.
제1 코팅층(310)은 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출할 수 있다. 여기서, 제1 파장 및 제2 파장은 적외선, 가시광선 및 자외선 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제1 파장의 광은 자외선이고, 제2 파장의 광은 가시광선일 수 있다. 이러한 제1 코팅층(310)은 도펀트(dopant)가 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체일 수 있다. 제1 코팅층(310)은 전체 코팅막(300) 두께의 0.1 내지 50% 범위에 포함될 수 있다.
도펀트는 하나 이상의 탄소(C, Carbon) 원소를 포함할 수 있다.
매트릭스는 일 예로, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3) 으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 매트릭스는 후술할 제2 코팅층(320)과 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막(300)이 형성되는 기재(50)가 서로 안정적으로 결합된 상태를 유지하도록 할 수 있다. 또한, 형광체 호스트(host) 물질로서 도펀트 첨가 시 광 조사로 인한 발광이 가능하다. 일 예로, 제1 코팅층(310)의 매트릭스는 산화 이트륨(Y2O3)일 수 있다.
일반적으로 형광체 호스트 물질에는 발광 효율을 위하여 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy) 등과 같은 희토류 원소를 도펀트로 첨가하지만, 해당 원소가 코팅막 내부에 존재하는 경우 플라즈마 공정에 상당한 영향을 미칠 수 있는 문제가 있다. 반면, 카본 원소는 앞서 기술한 원소들에 비해 발광 효율은 비교적 낮지만, 플라즈마 공정에 대한 영향력 및 공정 부산물 생성량 역시 비교적 낮다. 따라서, 산화 이트륨(Y2O3)에 카본을 도펀트로 첨가하여 제1 코팅층(310)을 형성하는 경우 광 조사에 의한 형광 특성을 가짐과 동시에 공정 영향성 및 부산물 형성은 최소화할 수 있다. 즉, 카본을 도펀트로 사용하는 것이 공정 안정성 면에서 유리하다.
제1 코팅층(310)을 기재(50) 상에 형성하기 위하여 용사 코팅 방식을 사용하는 경우, 산화 이트륨 분말과 탄소 분말을 적절한 혼합비로 혼합한 혼합 분말을 가열하여 용융시키고, 용융된 혼합 분말들을 기재(50) 상으로 분사시키는 과정이 수행될 수 있다. 기재(50) 상으로 분사된 용융 분말은 급냉되어 응고됨으로써 기재(50) 상에 제1 코팅층(310)으로 형성될 수 있다. 이트륨 분말과 카본 분말의 혼합 분말이 용융되었다가 응고되는 과정에서 카본 이온이 산화 이트륨에 도핑되고, 카본 이온의 공정 영향 및 부산물 생성의 최소화를 위하여, 혼합 분말 제조 시 사용되는 카본 함량은 산화 이트륨의 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함될 수 있다. 또한, 매트릭스에 도핑되는 카본 입자의 크기는 10nm 내지 30㎛ 범위에 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 혼합 분말 제조에 사용되는 탄소 분말은 탄소 원소를 포함하는 그라파이트(Graphite), 카본 나노 튜브(Carbon nanotube), 카본 나노 파이버 Carbon nanofiber) 중 하나일 수 있다.
제2 코팅층(320)은 제1 코팅층(310) 상에 코팅될 수 있다. 즉, 제2 코팅층(320)은 제1 코팅층(310)의 표면(상면)에 코팅될 수 있다. 제2 코팅층(320)은 플라즈마 공정이 수행되는 때 플라즈마에 직접적으로 노출되는 층이다. 제2 코팅층(320)은 제1 코팅층(310)으로부터 방출되는 광을 투과시킬 수 있다.
제2 코팅층(320)은 내식각, 내플라즈마 특성을 갖는 물질일 수 있다. 이에 따라, 제2 코팅층(320)은 플라즈마에 의하여 부품이 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있고, 플라즈마를 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 제2 코팅층(320)은 일 예로, 산화 이트륨(Yttrium Oxide; Y2O3)일 수 있다.
산화 이트륨은 이트륨 원소를 포함하는 화합물로서, 상기 이트륨 원소는 녹는점이 1,495℃이고, 끓는점이 2,927℃이고, 비중이 4.45인 물리적 특성을 갖는다. 이러한 산화 이트륨은 내플라즈마 특성이 우수하다. 따라서, 기재(50)가 플라즈마에 장기간 노출되더라도 제2 코팅층(320)에 의하여 쉽게 부식하지 않으므로, 고가인 챔버 부품의 재활용성을 높일 수 있다.
카본을 포함하는 제1 코팅층(310)의 공정 영향성 및 공정 부산물의 발생을 최소화하기 위하여, 제1 코팅층(310)의 두께는 전체 코팅막(300) 두께의 0.1% 내지 50% 범위에 포함될 수 있다. 일 예로, 전체 코팅막(300)의 두께를 100 ㎛로 형성하는 경우, 제1 코팅층(310)의 두께는 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛ 중 하나의 값을 갖도록 형성될 수 있고, 제2 코팅층(320)의 두께는 (100 - 제1 코팅층(310)의 두께)㎛로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부(400)를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부(400)는 광 조사부(410), 비전부(420), 판단부(430)를 포함할 수 있다.
광 조사부(410)는 처리 공간 내부 혹은 외부에서 코팅막(300)을 향하여 제1 파장의 광을 조사할 수 있다. 제1 파장의 광은 자외선일 수 있다. 광 조사부(410)는 하나 또는 복수 개 구비될 수 있다. 광 조사부(410)가 하나로 구비되는 경우, 광 조사부(410)는 코팅막(300) 전체 영역에 대하여 제1 파장의 광을 조사할 수 있도록 이동 가능하게 제공될 수 있다. 광 조사부(410)가 복수 개 구비되는 경우, 광 조사부(410)는 처리 공간의 내부 혹은 외부의 다양한 위치에 설치되어 코팅막(300) 전체 영역에 대하여 제1 파장의 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
광 조사부(410)가 코팅막(300)을 향하여 제1 파장의 광을 조사하면, 제2 코팅층(320)을 통과하여 제1 코팅층(310)으로 입사된 제1 파장의 광에 의하여 제1 코팅층(310)으로부터 제2 파장의 광이 방출될 수 있다. 제1 코팅층(310)으로부터 방출된 제2 파장의 광은 제2 코팅층(320)을 투과하여 코팅막(300)의 상부에서 관찰될 수 있다. 즉, 코팅막(300)으로 광 조사부(410)에 의한 광이 조사되는 때, 제1 코팅층(310)에 의하여 코팅막(300)은 발광될 수 있다. 플라즈마와 직접적으로 접촉되는 층인 제2 코팅층(320)이 제1 코팅층(310) 상에 크랙(crack) 또는 기공없이 균일하게 코팅되었다면, 코팅막(300) 상부에서 관찰되는 광의 밝기는 균일할 것이다. 반면, 제2 코팅층(320)에 크랙(crack) 및 기공과 같이 손상이 존재하는 경우, 손상된 영역에 존재하는 제2 코팅층(320)의 두께가 손상되지 않은 영역에 존재하는 제2 코팅층(320) 두께와 상이하게 되므로 코팅막(300) 상부에서 관찰되는 광의 밝기는 균일하지 못할 것이다. 즉, 제2 코팅층(320)이 손상된 영역에서 관찰되는 광의 세기와 제2 코팅층(320)이 손상되지 않은 영역에서 관찰되는 광의 세기에 차이가 존재할 것이다.
비전부(420)는 광 조사부(410)으로부터 조사된 광에 의하여 코팅막(300)으로부터 발광되는 광을 관찰할 수 있다. 비전부(420)는 광 조사부(410) 로부터 조사된 광에 의하여 제1 코팅층(310)이 발광됨으로써 코팅막(300)으로부터 방출되는 광을 촬상함으로써 광 조사부(410)가 코팅막(300)을 향해 광을 조사하는 때의 코팅막(300) 전체 영역으로부터 발광되는 광에 대한 이미지(영상 데이터)를 획득할 수 있다. 일 예로, 비전부(420)는 광학 카메라로 구비될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 광학 카메라는 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있으며 코팅막(300)의 전체 영역을 촬영하기 위하여 다양한 위치에 설치되거나 이동 가능하도록 제공될 수 있다. 한편, 비전부(420)는 단순히 사용자의 코팅막(300) 관찰을 돕기 위해 이동 가능한 확대경으로 구비될 수도 있다. 비전부(420)는 획득한 이미지를 후술한 판단부(430)로 전송할 수 있다.
판단부(430)는 비전부(420)에서 획득한 이미지를 기반하여 코팅막(300)의 상태를 판단할 수 있다. 판단부(430)는 비전부(420)로부터 코팅막(300)에 광 조사부(410)에 의한 광이 조사되는 때의 이미지를 수신하고, 코팅막(300) 상면에서 관찰되는 광의 세기가 균일하지 않은 경우 코팅막(300)이 불량인 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 광 조사부(410), 비전부(420), 판단부(430)를 포함하는 검사부(400)를 포함함으로써 별도의 파괴 분석 장비를 사용하여 코팅막(300)의 상태를 검사할 필요없이 기판 처리 장치(100) 자체에서 코팅막(300)의 상태를 바로 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 처리 공간을 구성하는 챔버(110)가 개방되지 않더라도, 기판 처리 장치(100)에 포함된 부품들의 상태를 신속하게 검사할 수 있으므로, 부품의 상태를 검사하는 시간 역시 현저하게 단축시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막(300)은 제2 코팅층(320)의 아래에 제1 코팅층(310)이 위치한다. 따라서, 제2 코팅층(320)의 일부분이 손상된 경우, 광 조사부(410)에 의하여 제1 파장의 빛인 자외선(UV)이 제2 코팅층(320)의 손상된 부분(D)에 조사되면, 제2 코팅층(320)의 손상된 부분(D)과 대응되는 제1 코팅층(310)의 일부분이 발광되는 것이 비전부(420)에 의하여 관찰될 수 있다. 일 예로, 제2 코팅층(320)이 손상됨에 따라, 제2 코팅층(320)의 손상된 부분(D)과 대응되는 제1 코팅층(310)의 상면에는 제2 코팅층(320)이 존재하지 않고, 이에 따라 코팅막(300)을 상부에서 관찰하였을 때, 코팅막(300)의 제2 코팅층(320)이 손상된 부분(D)이 주변보다 상대적으로 강하게 빛이 발광함으로써, 제2 코팅층(320)이 손상된 부분을 신속하게 확인할 수 있다. 또한, 같은 원리로 제2 코팅층(320)의 손상된 형상이 확인될 수 있으므로, 코팅막(300)에 존재하는 손상의 종류(예: 크랙, 기공 등) 역시 파악될 수 있다. 이는 비전부(420)뿐만 아니라 사용자는 육안으로도 파악될 수 있다. 특히, 제2 코팅층(320)의 손상된 형태까지 파악될 수 있다. 제2 코팅층(320)의 손상된 형태를 기반하여 제2 코팅층(320)에 존재하는 손상의 종류도 구분할 수 있다.
기재(50)는 기판 처리 장치(100)의 처리 공간에 포함된 부품 또는 몸체일 수 있다. 예를 들어, 상기 기재(50)는 챔버(110) 내벽, 기판 지지 유닛(200)의 상면 및 외측면, 샤워 헤드 유닛(140)의 하면, 포커스 링(220), 노즐, 배관 등 기판 처리 장치(100)를 구성하는 다양한 부품일 수 있다. 보다 구체적으로, 기재(50)는 플라즈마 공정 시 플라즈마에 노출되는 기판 처리 장치(100)의 다양한 부품의 표면일 수 있다. 이러한 기재(50)는 금속 또는 비금속 소재일 수 있다. 예를 들어, 기재(50)는 알루미늄 또는 스테인리스 강이거나, 세라믹 재료(Al2O3, SiO2, AlN)일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 코팅막(300)은 상기 기재(50) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 코팅막(300)은 발광 코팅막일 수 있다. 이러한 코팅막(300)을 기재(50) 상에 형성하는 방법은 용사 코팅이 사용될 수 있다. 일례로, 스프레이 코팅, 물리적 기상 증착(PVD) 또는 화학적 기상 증착(CVD) 등과 같은 방법을 이용할 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 방전에 의하여 발생하는 고온의 열을 이용하여 코팅막(300)을 구성하는 전술한 물질들을 녹여서 기재(50)에 분사함으로서 코팅막(300)을 형성할 수 있다. 이러한 코팅막(300)의 두께는 기판 처리 장치의 설계에 따라 다양한 두께로 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 포함된 코팅막(300)은 제1 코팅층(310) 및 제2 코팅층(320)을 포함한다. 사용자가 기재(50)를 향하여 광 조사부(410, 도 4 참조)를 동작시키면, 제2 코팅층(320)에서 손상된 부분(D, 도 2 참조)과 대응되는 제1 코팅층(310)이 발광할 수 있다. 즉, 사용자는 고가의 파괴 분석 장비를 사용하지 않더라도 제2 코팅층(320)의 손상된 부분을 육안으로 신속하게 확인할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 카본 원소는 기존에 도펀트로 사용되던 희토류 원소들에 비해 발광 효율이 낮으므로, 코팅막(300)의 품질 검사를 보다 용이하게 하기 위하여 코팅막(300)의 품질 검사를 수행하기 직전 코팅막(300) 상에 제1 코팅층(310)과 동일한 물성을 갖는 제3 코팅층(330)을 형성하고, 광 조사부(410)를 이용한 코팅막(300)의 품질 검사가 완료되면 제2 코팅층(320) 상의 제3 코팅층(330)을 제거할 수 있다. 일 예로, 제3 코팅층(330)은 연마 방식을 이용하여 제거할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 6을 참조하면, 검사 단계 이전에 제3 코팅층(330)이 형성된 코팅막(300)이 제1 파장의 빛을 받으면 코팅막(300)으로부터 발광되는 광량은 보다 증가할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 코팅층(320)이 전혀 손상되지 않은 경우, 외부에서 조사된 빛(L)이 제1 코팅층(310) 및 제3 코팅층(330)에 입사되었다가 방출될 수 있다. 코팅막(300)으로 입사된 빛(L)은 일부의 빛(R)이 제3 코팅층(330)에 의하여 방출되고, 나머지 빛은 제2 코팅층(320) 통과하며 세기가 보다 감소된 빛(R')으로 제1 코팅층(310)에 의하여 방출될 수 있다. 이때, 제2 코팅층(320)의 두께가 얇을수록 제1 코팅층(310)에 의하여 방출되는 빛(R')의 밝기가 밝아질 수 있다.
다만, 사용자 또는 비전부(420)에 의하여 관찰되는 빛은 제3 코팅층(330)에 의하여 방출된 빛(R)과 제1 코팅층(310)에 의하여 방출된 빛(R')이 합성된 빛(R+R')이 관찰되므로 제3 코팅층(330)이 존재하지 않는 때 관찰되는 빛의 광량보다 많은 광량의 빛이 관찰될 수 있다. 즉, 제3 코팅층(330)을 제2 코팅층(320) 상에 형성함으로써 보다 높은 발광 효율을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법(S300)의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법(S300)은 전술한 코팅층이 코팅된 부품을 포함하는 기판 처리 장치(100)에 설치된 부품에 코팅된 코팅막(300)의 품질을 검사하기 위한 방법으로, 부품을 향해 광을 조사하는 광 조사 단계(S310), 광이 조사되고 있는 상태의 코팅막의 이미지를 획득하는 코팅막 관찰 단계(S320), 획득한 이미지를 기반하여 코팅막의 품질을 검사하는 코팅막 검사 단계(S330)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
광 조사 단계(S310)는, 코팅막(300)이 형성된 부품을 향해 제1 파장의 광을 조사할 수 있다. 광 조사 단계(S310)는 기판이 처리되는 처리 공간 내에 노출된 부품에 제1 파장의 광을 조사할 수 있다. 일 예로, 사용자가 별도의 자외선 조사 장비를 사용하여 부품을 향해 자외선을 조사할 수 있고, 전술한 광 조사부(410)에 의하여 제1 파장의 광이 부품에 코팅된 코팅막(300)으로 조사될 수 있다.
코팅막 관찰 단계(S320)는, 코팅막(300)이 형성된 부품을 향해 조사된 제1 파장의 광에 의하여 코팅막(300)에서 발광되는 빛의 이미지를 관찰하는 단계일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 코팅막(300)은 형광 특성을 가지는 제1 코팅층(310)에 의하여 외부에서 조사된 빛에 의해 발광되며, 제2 코팅층(320)의 손상 여부에 따라 코팅막(300)에서 발광되는 빛의 균일도에는 차이가 존재할 수 있다.
코팅막 관찰 단계(S320)는 전술한 비전부(420)에 의하여 수행될 수 있다. 일 예로, 비전부(420)는 광학 카메라 등으로 구비되어 광 조사부(410)가 부품을 향하여 제1 파장의 광을 조사하는 때 부품에 형성된 코팅막(300)으로부터 발광되는 빛을 촬상하여 부품 전체 영역으로부터 발광되는 빛에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 한편, 코팅막 관찰 단계(S320)는 사용자의 육안에 의하여 수행될 수도 있다.
코팅막(300)에 손상이 존재하지 않는 경우, 부품으로 제1 파장의 광이 조사되면, 부품 상에 형성된 코팅막(300)의 모든 영역에서 제1 코팅층(310)으로부터 방출된 제2 파장의 광이 제2 코팅층(320)을 투과하여 코팅막(300)의 상부에서 관찰될 것이다. 즉, 부품 상에 형성된 코팅막(300)의 모든 영역에서 균일한 세기의 광을 관찰할 수 있을 것이다.
반면, 코팅막(300)에 손상(예: 크랙, 기공)이 존재하는 경우, 구체적으로, 가장 외측에 위치한 제2 코팅층(320)의 일부분이 손상된 경우, 제2 코팅층(320)이 손상된 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기와 제2 코팅층(320)이 손상되지 않은 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기에 차이가 발생하게 됨에 따라, 부품 상에 형성된 코팅막(300)의 모든 영역에서 균일한 세기의 광을 관찰할 수 없을 것이다. 이에 따라 제2 코팅층(320)에 형성된 손상부의 형상 역시 비전부(420)에 의하여 관찰될 수 있을 것이다.
비전부(420)에 의하여 획득된 이미지는 코팅막 검사 단계(S330)에서 사용될 수 있다. 또는, 사용자가 육안으로 관찰한 내용을 바탕으로 코팅막의 품질을 직접 평가할 수도 있다.
코팅막 검사 단계(S330)는 코팅막 관찰 단계(S320)에 의하여 획득된 이미지에 의해 코팅막(300) 상의 손상 존재 여부를 파악할 수 있고, 나아가 손상 형태를 파악할 수 있다. 또한, 손상 형태를 바탕으로 손상 종류를 파악할 수도 있다.
코팅막 검사 단계(S330)는 코팅막(300) 상에 손상부가 존재하는 경우 코팅막(300)의 품질이 불량인 것으로 판단할 수 있다. 반면, 코팅막 검사 단계는 코팅막(300) 상에 손상부가 존재하지 않는 경우 코팅막(300)의 품질이 양품인 것으로 판단할 수 있다. 또는, 판단부(430)는 코팅막(300) 상에 손상부가 존재하더라도 감지되는 손상부의 영역이 기준 수치 미만인 경우 코팅막(300)의 품질이 양품인 것으로 판단하도록 설정될 수도 있다.
한편, 코팅막(300)의 발광 효율을 높이기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법(S300')은, 도 7에 도시된 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법(S300)에 제3 코팅층 형성 단계(S305)와 제3 코팅층 제거 단계(S335)를 더 포함할 수 있다.
제3 코팅층 형성 단계(S305)는 상기 광 조사 단계(S310) 이전에 수행되고, 상기 제2 코팅층(320) 상에 제3 코팅층(330)을 추가적으로 코팅하는 단계이다. 제3 코팅층(330)은 코팅막(300)의 발광 효율을 높이기 위한 코팅층으로, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하고, 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체일 수 있다.
매트릭스는 일 예로, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3) 으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 매트릭스는 후술할 제2 코팅층(320)과 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅막(300)이 형성되는 기재(50)가 서로 안정적으로 결합된 상태를 유지하도록 할 수 있다. 또한, 형광체 호스트(host) 물질로서 도펀트 첨가 시 광 조사로 인한 발광이 가능하다. 일 예로, 제3 코팅층(330)의 매트릭스는 산화 이트륨(Y2O3)일 수 있다.
즉, 제3 코팅층(330)은 제1 코팅층(310)과 동일한 물질일 수 있고, 제2 코팅층(320) 상에 코팅될 수 있다.
제3 코팅층 제거 단계(S335)는 코팅막 품질 평가 단계(S330) 이후에 수행되고 추가적으로 형성했던 제3 코팅층(330)을 공정에 적용하기 전 제거하는 단계이다. 즉, 코팅막(300)의 검사 단계가 완료되면 발광 효율을 위해 추가되었던 제3 코팅층(330)이 이후 플라즈마 공정에 영향을 미치지 않도록 제거하는 단계이다. 제3 코팅층 제거 단계(S335)는 연마 공정 등으로 수행될 수 있다.
따라서, 수월한 제거를 위하여, 제3 코팅층 형성 단계(S305)는 제3 코팅층(330)의 두께를 전체 코팅막(300) 두께의 0.1% 내지 10% 두께로 형성할 수 있다.
이하, 본 명세서에서는 공정에 적용되기 전 제작 단계의 기판 처리 장치에 형성된 코팅막의 품질을 평가하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 공정에 적용된 기판 처리 장치의 유지 보수를 위하여 적용될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300: 코팅막
310: 제1 코팅층
320: 제2 코팅층
330: 제3 코팅층
400: 검사부
410: 광 조사부
420: 비전부
430: 판단부

Claims (20)

  1. 처리 공간 내에 설치되는 부품에 코팅된 코팅막의 품질을 검사하기 위한 방법에 있어서,
    상기 부품을 향해 광을 조사하는 광 조사 단계;
    상기 광 조사 단계가 수행되는 때, 상기 코팅막으로부터 방출되는 광 이미지를 획득하는 코팅막 관찰 단계;
    상기 획득된 광 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 품질을 검사하는 코팅막 검사 단계를 포함하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은,
    형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층 상에 코팅되는 제2 코팅층을 포함하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은,
    카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체인 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 매트릭스는,
    산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3) 으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 카본 함량은,
    상기 매트릭스 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함되는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 경우,
    상기 제1 파장의 광에 의하여 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광이 상기 제2 코팅층을 투과하여 상기 코팅막의 상부에서 균일하게 관찰되고,
    상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우,
    상기 제2 코팅층이 손상된 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기와 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기의 차이가 관찰되는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광 조사 단계 이전에 상기 제2 코팅층 상에 제3 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 코팅층의 두께는,
    상기 전체 코팅막 두께의 0.1% 내지 10% 범위의 두께로 형성하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 코팅층은 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하고, 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체인 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코팅막의 품질을 평가하는 단계가 완료되면 상기 제3 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 장치용 코팅막의 검사 방법.
  11. 기판이 처리되는 처리 공간 내에 설치되는 기재; 및
    상기 기재 상에 형성되는 코팅막을 포함하고,
    상기 코팅막은,
    상기 기재 상에 코팅되고 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층 상에 코팅되고 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광을 투과시키는 제2 코팅층을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 카본이 도핑된 매트릭스를 포함하는 형광체이고,
    상기 매트릭스는 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3)으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 카본 함량은,
    상기 매트릭스 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함되는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코팅막의 품질을 평가하기 위한 검사부를 더 포함하고,
    상기 검사부는,
    상기 코팅막을 향하여 상기 제1 파장의 광을 조사하는 광 조사부;
    상기 제1 파장의 광에 의하여 상기 코팅막으로부터 방출되는 광의 이미지를 획득하는 비전부; 및
    상기 비전부에서 획득한 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 조사부가 상기 코팅막을 향하여 상기 제1 파장의 광을 조사하는 경우, 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 상기 제2 파장의 광이 상기 상기 제2 코팅층을 투과하여 상기 코팅막의 상부에서 관찰되고,
    상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우,
    상기 제2 코팅층이 손상된 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기와 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 영역의 상부에서 관찰되는 광의 세기에 차이가 발생하는 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우,
    상기 비전부가 획득한 이미지는 상기 제2 코팅층의 손상된 형상을 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 두께는,
    상기 전체 코팅막 두께의 0.1 내지 50% 범위에 포함되는 기판 처리 장치.
  18. 기판이 플라즈마 처리되는 처리 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되고 플라즈마에 노출되는 부품 상에 형성되는 코팅막; 및
    상기 코팅막의 품질을 검사하는 검사부를 포함하고,
    상기 코팅막은,
    상기 부품 표면 상에 코팅되고 형광 특성을 가지며, 제1 파장의 광이 입사되면 제2 파장의 광을 방출하는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층 상에 코팅되고 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 광을 투과시키는 제2 코팅층을 포함하며,
    상기 검사부는,
    상기 코팅막을 향하여 제1 파장의 광을 조사하는 광 조사부;
    상기 제1 파장의 의하여 상기 코팅막으로부터 방출되는 광에 대한 이미지를 상기 코팅막의 전체 영역에 대해 획득하는 비전부; 및
    상기 비전부에서 획득한 이미지를 기반하여 상기 코팅막의 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 산화 이트륨(Y2O3), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 붕산이트륨(YBO3), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 세륨(CeO2), 산화 란타넘(La2O3)으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 매트릭스에 카본 원소가 도핑된 형광체이고,
    상기 제1 코팅층의 카본 함량은 상기 매트릭스 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위에 포함되는 기판 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 광 조사부가 상기 코팅막을 향하여 제1 파장의 광을 조사하는 경우,
    상기 제1 파장의 광에 의하여 상기 제1 코팅층으로부터 방출되는 제2 파장의 광은 상기 제2 코팅층을 투과하여 상기 코팅막의 상부에서 관찰되고,
    상기 제2 코팅층의 일부분이 손상된 경우,
    상기 제2 코팅층이 손상된 영역의 상기 코팅막 상부에서 관찰되는 광의 세기와 상기 제2 코팅층이 손상되지 않은 영역의 상기 코팅막 상부에서 관찰되는 광의 세기에 차이가 존재하는 기판 처리 장치.
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