KR101273922B1 - 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법 - Google Patents

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Abstract

능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기가 개시된다. 본 발명의 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기는 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되며, 타단에는 챔버와 연결되는 주통로와 바이패스 라인과 연결되는 바이패스 통로가 형성된 플랜지; 상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 고주파(RF) 전극; 상기 플라즈마 챔버에서 나오는 빛을 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정하는 분광기; 상기 플라즈마 챔버와 일단이 연결되며 타단에 윈도우가 형성되는 연장관; 및 상기 연장관에서 일단이 분기하며 타단이 상기 플랜지의 바이패스 통로와 연결되는 바이패스 라인을 포함한다. 본 발명에 따르면, 플라즈마 챔버 내로 유입된 오염 유발 물질들이 플라즈마 챔버에서 능동적으로 순환하여 배출할 수 있다. 또한, 배기관과 플라즈마 챔버를 연겨하는 플랜지에 분리가능한 필터를 설치하여, 파티클이 챔버 내로 인입하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

Description

능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법{Self-Plasma Optical Emission Spectroscopy Having Active Contamination Preventing Equipment And Method Of Preventing Contaminaion Of Plasma Chamber}
본 발명은 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 확산, 증착, 사진, 식각, 이온주입 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어진다. 이들 제조공정 중에서 식각, 확산, 증착 공정 등은 밀폐된 공정챔버 내에 소정의 분위기에서 공정가스를 투입함으로써 공정챔버 내의 웨이퍼 상에서 반응이 일어나도록 공정을 수행하게 된다. 예컨대 막을 형성하는 증착공정은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 또는 플라즈마-강화 화학기상증착(Plasma Enhancemenat CVD, PECVD) 방법 등을 이용하여 수행하고 있다.
이러한 반도체 공정에서 수율을 향상시키기 위하여 공정 중에 발생하는 사고를 미리 방지하고 장비의 오동작 등을 사전에 방지하기 위해 공정의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 상태 발생시 공정을 중단시키는 등의 조치를 취하여 불량률을 낮춤으로써 공정을 최적화하는 것이 필요하다.
이를 위하여, 공정 챔버와는 별도로 공정 챔버의 배기관에 연결되는 셀프 플라즈마 챔버를 마련하고, 이에 센서부를 설치하여 플라즈마 공정을 모니터링하는 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES, Self-Plasma Optical Emission Spectroscopy)가 사용되고 있다.
셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)의 최대 장점은 공정 장비에 영향을 주지 않으면서 공정을 진단할 수 있고, 장비의 메인 챔버에서 플라즈마 방전이 발생하지 않는 RPS(Remote Plasma System) 등에 적용이 가능하며, 설치, 분해, 이동 및 운용이 용이하고 저렴한 가격 등 많은 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 공정 챔버(1, Process Chamber)의 일측은 배기관(2)을 통하여 펌프(3, Pump)와 연결되어 있으며, 펌프(3)에 의하여 공정 챔버(1)의 배기가스는 배기관(2)을 통하여 배기되고 있다.
셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 배기관(2)의 일측에서 분기된 인입관(4)을 통하여 배기관을 경유하는 가스 성분을 인입하는 플라즈마 챔버(20), 이 배기가스를 방전시켜 플라즈마화하는 고주파(RF, Radio Frequency) 발전기(22)와, 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(23), 및 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광분포를 측정하는 분광기(30, Spectrometer), 및 분광기(30)와 인터페이스되어 분산된 빛을 분석하는 제어부(50)를 구비하고 있다.
이와 같은 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 CVD, PVD, 식각장비에 대하여 효율적으로 공정챔버(1)의 상태를 모니터링하여, 예상하지 못한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
그런데 종래의 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 오염에 취약한 단점이 있다.
예컨대, 플라즈마 방전에 의한 부산물들인 오염 물질이 윈도우(23) 렌즈에 부착되는 경우 감도를 저하시키고, 수명을 단축시키게 된다. 또한, 파티클(particle)이 플라즈마 챔버(20)에 인입되는 경우 방전 효율이 저하되게 된다. 다시 말하면, 공정챔버(1)의 배기관(2)에서 배출되는 탄소와 같은 비금속성 공정물질과 텅스텐과 같은 금속성의 공정물질들이 플라즈마 챔버(20)의 내벽과 윈도우(23)에 달라붙어 오염을 유발하게 된다.
이러한 오염 물질은 플라즈마 챔버(20)의 유전율을 변화시켜 플라즈마 방전이나 챔버의 특성에 좋지 않은 영향을 준다. 즉, 이러한 내부 오염에 의해 플라즈마 챔버(20)에서의 플라즈마 방전이 영향을 받고, 플라즈마 챔버(20)와 연결되는 윈도우(23)의 투과율이 저하되기 때문에 플라즈마 챔버(20)를 이용한 신호 측정이 어렵게 된다. 이에 따라 정확한 오염도 측정값을 얻는 것이 불가능하고 실제로는 정상 상태인 때에도 이상 상태인 것으로 잘못 판단하는 경우도 발생한다. 또한 플라즈마 챔버(20)가 급속도로 오염되므로 수명이 단축되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-0905128호인 "셀프 플라즈마 챔버의 오염 방지 장치 및 방법"에서는 공정 챔버로부터 인입된 오염 유발 물질이 셀프 플라즈마 챔버의 윈도우로 향하는 직선 경로에서 벗어나도록 전자기장을 발생시키는 전자기장 발생부 및 상기 셀프 플라즈마 챔버로부터의 광신호가 직선 경로를 통해 상기 윈도우에 도달할 수 있도록 중앙에 관통공이 형성된, 상기 발생된 전자기장에 의해 상기 직선 경로에서 벗어난 오염 유발 물질이 상기 셀프 플라즈마 챔버의 윈도우까지 도달하는 것을 차단하기 위한 적어도 하나의 차단벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 플라즈마 챔버의 오염 방지 장치가 개시되어 있다.
하지만, 이와 같은 종래기술은 셀프 플라즈마 챔버의 수명을 일부 연장시키는 효과가 있지만, 이미 유입된 오염 물질이 챔버 내에 잔존하는 구조로써 오염 물질의 근본적인 제거에는 한계를 갖는다.
또한, 기존 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 UV 영역대 스펙트럼의 강도가 감도가 매우 낮으며, 플라즈마의 강도가 약해(RF Power 4 ~ 30W) 주요 공정 가스(보론, 텅스텐, 알루미늄 등)의 검출에 어려움이 있으며, 대부분의 제품은 10mTorr ~ 2.5Torr 정도의 협소한 플라즈마 방전 영역대를 가지고 있어 일부 반도체 공정 장비에만 사용하는 실정이다.
이와 같이, 셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)에서 UV 영역대 스펙트럼의 감도, 주요 공정 가스(보론, 텅스텐, 알루미늄 등) 검출의 어려움, 공정 가스에 의한 내부 오염, 10mTorr ~ 2.5Torr 정도의 협소한 플라즈마 방전 영역대가 시급히 해결해야 할 문제점이다.
대한민국 등록특허 10-0905128 대한민국 등록특허 10-0891376 대한민국 등록특허 10-0816736
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 챔버 내벽 및 윈도우에 오염 물질이 침착되는 것을 차단하며, 효과적으로 플라즈마 챔버에서 오염 물질을 순환 배출할 수 있는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 셀프 플라즈마 챔버 내로 오염 물질의 유입을 차단하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기 및 이를 이용한 플라즈마 챔버의 오염 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기는 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되며, 타단에는 챔버와 연결되는 주통로와 바이패스 라인과 연결되는 바이패스 통로가 형성된 플랜지; 상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 고주파(RF) 전극; 상기 플라즈마 챔버에서 나오는 빛을 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정하는 분광기; 상기 플라즈마 챔버와 일단이 연결되며 타단에 윈도우가 형성되는 연장관; 및 상기 연장관에서 일단이 분기하며 타단이 상기 플랜지의 바이패스 통로와 연결되는 바이패스 라인을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 고주파(RF) 전극은 상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여, 서로 다른 전위차를 갖는 전극을 이용한 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 방식을 사용할 수 있으며, 상기 플라즈마 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하기 위하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 플랜지의 입출구에 착탈가능하게 삽입되는 미세기공이 형성된 필터로서, 배기가스에 포함된 일정 크기 이상의 파우더(powder)가 상기 플라즈마 챔버에 유입되는 것을 사전에 방지할 수 있는 베스펠 마이크로 펀칭 트랩를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공정 챔버로부터 인입된 오염 물질이 셀프 플라즈마 챔버의 윈도우로 향하는 직선 경로에서 벗어나도록 전자기장을 발생시키는 자기장 이온 트랩을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 윈도우의 렌즈를 감싸도록 형성되어 음이온 성분을 밀어내어 양이온은 끌어당겨 상기 윈도우 렌즈의 오염을 방지할 수 있는 음이온 차징 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에서 방전되는 압력범위는 2.5m Torr 내지 100 Torr 로 설정하여 광범위한 압력 범위에서 방전을 개시할 수 있으며, 상기 고주파(RF) 전극의 고주파(RF) 방전 전력은 0.1~85W일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기는 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되며, 타단에는 챔버와 연결되는 주통로가 형성된 플랜지; 상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 고주파(RF) 전극; 상기 플라즈마 챔버에서 나오는 빛을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기; 및 상기 플라즈마 챔버와 일단이 연결되며 타단에 윈도우가 형성되는 연장관을 포함하며, 상기 고주파(RF) 전극은 상기 플라즈마 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하기 위하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 연장관에서 일단이 분기하며 타단이 상기 플랜지와 연결되는 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 공정 챔버를 진공으로 유지하기 위한 배기관과 연결되어 상기 공정 챔버 내의 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법은 공정 챔버에서 플랜지를 통하여 유입된 오염 유발 물질에 대하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용하여 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하는 단계; 및 상기 오염 유발 물질을 바이패스 라인을 통하여 외부로 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 공정 챔버로부터 인입된 오염 유발 물질이 플라즈마 챔버의 윈도우로 향하는 직선경로에서 벗어나도록 전자기장을 발생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 플랜지의 입출구에 착탈가능하게 삽입되는 미세기공이 형성된 필터인 베스펠 마이크로 펀칭 트랩를 사용하여 배기가스에 포함된 일정 크기 이상의 파우더(powder)가 플라즈마 챔버에 유입되는 것을 사전에 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 챔버의 빛을 분광기로 전달하는 윈도우 렌즈를 감싸도록 형성되어 음이온 성분을 밀어내어 양이온은 끌어당겨 윈도우 렌즈의 오염을 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 셀프 플라즈마 발광분광기의 플라즈마 챔버 내로 유입된 오염 물질들이 플라즈마 챔버에서 능동적으로 순환하여 배출할 수 있다.
또한, 배기관과 플라즈마 챔버를 연결하는 플랜지에 분리가능한 필터를 설치하여, 파티클이 플라즈마 챔버 내로 인입하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 능동형 오염방지 기술로 반도체 공정에서 10개월 이상의 장기간의 셀프 플라즈마 발광분광기의 운영 기간을 확보할 수 있으며, 고밀도 플라즈마 기술로 UV 영역대의 감도가 기존 제품에 비해 3배 이상의 감도를 확보할 수 있다.
또한, 2.5mTorr~400Torr의 방전 개시 영역대의 광범위(Wide-Range) 플라즈마 방전기술을 접목할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 셀프 플라즈마 발광분광기(SPEOS)를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 오염방지 기술을 갖는 셀프 플라즈마 발광 분광기를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 오염방지 기술을 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기의 일부 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 셀프 플라즈마 발광분광기의 결합사시도이다.
도 5는 도 3의 셀프 플라즈마 발광분광기의 설치 사시도이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
능동형 오염방지 기술을 채용한 고밀도 셀프 플라즈마 발광분광기(Self-Plasma Optical Emission Spectroscopy) 센서는 플라즈마 발생시 발생하는 진공의 밀도 차이를 이용하여 공정 가스를 순환시켜 오염물질을 배출하는 능동형 오염방지 기술과, 고밀도 플라즈마 방전을 일으키는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator) 기술 및 고밀도 방전을 일으킬 수 있는 챔버 기술, 2.5mTorr~400Torr 의 광범위(Wide-Range) 플라즈마 방전기술과 스펙트럼 분석기술을 접목한 기술이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 오염방지 기술을 갖는 셀프 플라즈마 발광 분광기(SPOES)를 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 공정 챔버(101, Process Chamber)는 배기관(102, Fore-line)을 통하여 펌프(103, Pump)와 연결되어 있으며, 펌프(103)에 의하여 공정 챔버(101)의 배기가스는 배기관(102)을 통하여 배기되고 있다.
셀프 플라즈마 발광분광기(SPOES)는 배기관(102)의 일측에서 분기된 인입 플랜지(110)을 통하여 유입된 배기가스를 수용하는 플라즈마 챔버(120), 유입된 배기가스를 방전시켜 플라즈마화하는 고주파(RF) 전극(122)과, 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(123), 및 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광분포를 측정하는 분광기(130, Spectrometer), 및 분광기(130)와 인터페이스되어 분산된 빛을 분석하는 제어부(150)를 구비하고 있다.
윈도우(123)는 석영(quartz) 재질로 이루어진 창으로서, 광섬유로 이루어진 케이블이 연결되어 플라즈마로부터 발생되는 빛의 스펙트럼을 분석하는 분광기(130)에 연결된다.
분광기(130)는 챔버에서 나오는 빛을 광화이버나 광도파로 등의 광로를 통해 입력받아 시간과 파장에 따른 분광 분포를 측정한다. 즉, 분광기는 플라즈마 구성성분에 의한 분광 분포를 측정하는 것으로 빛의 파장에 따른 분포도를 측정한다. 다시 말하면, 분광기를 사용하여 플라즈마에서 방출되는 빛의 파장별 분포값을 측정함으로써 챔버 내부의 물리적, 화학적 상태를 실시간 모니터링하는 것이 가능하다.
분광기(130)는 측정된 스펙트럼 데이터를 제어부(150)로 송신하고, 상기 제어부(150)에서는 수신된 가스의 종류 및 농도에 관한 데이터로부터 공정이 정상적으로 진행되고 있는지 여부를 판단하게 된다.
제어부(150)에는 정상적인 공정의 경우에 해당하는 가스의 종류 및 농도에 관한 데이터가 기준값으로 입력되어 있고, 측정된 데이터가 상기 기준값과 대비하여 일정 범위를 벗어나는 경우에는 비정상적인 공정으로 판단하여 에러 신호를 발생시키게 된다. 또한, 공정 라인 상에 누설(leak)가 발생한 경우에는 대기가 유입되어 산소(O2) 또는 질소(N2) 기체가 공정라인 내부에 유입되므로, 상기 제어부(150)에서 수신된 데이터에서 산소 또는 질소 등이 검출되면 누설이 발생했다고 판단함으로써 공정 라인 내의 누설 여부를 모니터링할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 실시예에서는 능동형 오염방지 장치를 구비하는데, 구체적으로는 베스펠 마이크로 펀칭 트랩(114, Vespel Micro-Punching Trap), 스윕 듀얼 고주파 발전기(125, Sweep Dual RF Frequedncy Generator), 자기장 이온 트랩(126, Magnetic Force Field ION Trap), 음이온 차징 필터(127, Negative Electric Charging Filter), 및 바이패스 라인(129, Bypass Line)으로 구성된다.
이하, 능동형 오염방지 장치에 대하여 자세히 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 오염방지 기술을 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기의 일부 분해사시도이며, 도 4는 도 3의 셀프 플라즈마 발광분광기의 결합사시도이며, 도 5는 도 3의 셀프 플라즈마 발광분광기의 설치 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 배기가스가 유입 및 유출되는 플랜지(130)와 유입된 배기가스를 수용하는 플라즈마 챔버(120), 유입된 배기가스를 방전시켜 플라즈마화하는 고주파(RF) 전극(122)과, 이 플라즈마화된 배기가스의 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(123)를 구비하며, 능동형 오염방지 기술을 위한 베스펠 마이크로 펀칭 트랩(114), 스윕 듀얼 고주파 발전기(미도시), 자기장 이온 트랩(126), 음이온 차징 필터(127), 및 바이패스 라인(129)이 구비되어 있다.
플랜지(110)는 배기관과 챔버 사이에서 셀프 플라즈마 발광분광기(SPEOS)를 고정하는 역할을 하며, 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구(111)가 형성되며, 타단에는 챔버(120)와 연결되는 주통로(112)와 바이패스 라인(129)과 연결되는 바이패스 통로(113)가 각각 형성되어 있다.
챔버(120)는 플랜지(110)의 주통로(112)와 연결되며, 챔버(120) 내에 유입된 배기가스는 고주파(RF) 전극(122)에 의하여 플라즈마 방전을 하게 된다. 방전되는 챔버의 너비는 50 내지 100mm로 형성할 수 있다. 챔버(120)는 연장관(128)과 연결되며, 연장관(128)의 말단부에는 윈도우(123)가 형성되어 플라즈마의 빛이 광케이블을 통하여 분광기(미도시)로 전달되게 된다. 실시예에서는 챔버(120)와 연장관(128)이 별도로 구성되어 있지만, 일체로 형성할 수 있다. 챔버(120)에서 플라즈마를 발생시키는 방법은 코일을 이용한 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 방식과, 서로 다른 전위차를 갖는 전극을 이용한 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 방식을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 스윕 듀얼 주파수를 사용할 수 있는 축전 결합 플라즈마 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
베스펠 마이크로 펀칭 트랩(114)은 플랜지(110)의 입출구(111)에 착탈가능하게 삽입되는 미세기공이 형성된 필터로서, 배기가스에 포함된 일정 크기 이상의 파우더(powder)가 챔버(120)에 유입되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
고주파(RF) 전극(122)은 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용하며, 더 나아가 스윕 트리플 고주파 발전기를 적용할 수 있는데, 이는 챔버(120) 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하기 위하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 것이다. 즉, 두 가지 이상의 주파수를 서로 간섭시켜 발생함으로써 플라즈마의 내부 밀도의 변화를 일으켜서 오염물질을 외부로 밀어낼 수 있다. 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)는 1개의 전극으로 두 개의 주파수를 주파수 조정기(modulation)을 통해 스윕(sweep) 함으로써 챔버(120) 내에 미세한 플라즈마의 떨림을 발생시키고, 플라즈마의 떨림은 챔버(120) 내의 압력 변화로 이어져 가스의 순환에 도움을 주며, 가스 순환이 원활해지면 오염을 크게 줄일 수 있다. 스윕 듀얼 RF 주파수 발전기를 적용하기 위해서는 광범위의 플라즈마 방전기술을 적용하여 플라즈마 방전 압력 범위를 넓게 가져가는 것이 바람직한데, 방전되는 압력범위는 2.5m Torr 내지 100 Torr 로 설정하여 광범위한 압력 범위에서 방전을 개시할 수 있다. 방전 방식은 CCP 방식이며, 고주파(RF) 방전 전력은 0.1~85W로 할 수 있다.
자기장 이온 트랩(126)은 챔버(120)와 윈도우(123) 사이의 연장관(128)에 형성되는데, 플라즈마 방전이 일어나는 챔버(120)와 빛을 분광기에 전달하는 윈도우(123) 사이에 자기장을 형성하여 방전된 이온 성분을 끌어당겨 윈도우(123)의 렌즈가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 자기장 이온 트랩(126)에는 영구자석 또는 전자석으로 구현될 수 있다. 자기장 이온 트랩(126)에서 자성체에 의해 자기장이 형성된다. 자기장 이온 트랩(126)에 진입하는 오염 물질은 자기장에 의하여 윈도우를 향하는 직선 경로에서 이탈하게 된다.
음이온 차징 필터(127)는 윈도우(123) 렌즈를 감싸도록 형성되어 음이온 성분을 밀어내어 양이온은 끌어당겨 윈도우(123) 렌즈의 오염을 방지할 수 있다.
바이패스 라인(129)은 일단은 챔버와 연결되는 연장관(128)의 측면에 연결되며, 타단은 플랜지(110)의 바이패스 통로(113)와 연결되어 있다. 바이패스 라인(129)을 통하여 챔버에서 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)의 밀도변화로 인하여 외부로 배출된 오염물질, 자기장 이온 트랩(126) 및 음이온 챠징 필터(127)에 의하여 밀려나는 오염물질들이 우회하여 외부로 배출될 수 있다. 즉, 바이패스 라인(129)은 능동적으로 가스를 순환시켜 오염원을 제거할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 플라즈마 챔버는 CCP 방식 능동형 밀도차 순환(Circulation) 챔버로서 오염물질을 신속하게 배출할 수 있다.
1, 101: 공정 챔버 2, 102: 배기관
3, 103: 펌프 110: 플랜지
111: 입출구 112: 주통로
113: 바이패스 통로 114: 베스펠 마이크로 펀칭 트랩
120: 챔버 122: 고주파 전극
123: 윈도우 126: 자기장 이온 트랩
127: 음이온 차징 필터 128: 연장관
129: 바이패스 라인 30, 130: 분광기
50, 150: 제어기

Claims (14)

  1. 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되며, 타단에는 플라즈마 챔버와 연결되는 주통로와 바이패스 라인과 연결되는 바이패스 통로가 형성된 플랜지;
    상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 고주파(RF) 전극;
    상기 플라즈마 챔버에서 나오는 빛을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기;
    상기 플라즈마 챔버와 일단이 연결되며 타단에 윈도우가 형성되는 연장관; 및
    상기 연장관에서 일단이 분기하며 타단이 상기 플랜지의 바이패스 통로와 연결되는 바이패스 라인을 포함하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파(RF) 전극은,
    상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여, 서로 다른 전위차를 갖는 전극을 이용한 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고주파(RF) 전극은,
    상기 플라즈마 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하기 위하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용한 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지의 입출구에 착탈가능하게 삽입되는 기공이 형성된 필터로서, 배기가스에 포함된 일정 크기 이상의 파우더(powder)가 상기 플라즈마 챔버에 유입되는 것을 사전에 방지할 수 있는 베스펠 마이크로 펀칭 트랩를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정 챔버로부터 인입된 오염 물질이 플라즈마 챔버의 윈도우로 향하는 직선 경로에서 벗어나도록 전자기장을 발생시키는 자기장 이온 트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우의 렌즈를 감싸도록 형성되어 음이온 성분을 밀어내어 양이온은 끌어당겨 상기 윈도우 렌즈의 오염을 방지할 수 있는 음이온 차징 필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버에서 방전되는 압력범위는 2.5m Torr 내지 100 Torr의 압력 범위에서 방전을 개시하는 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고주파(RF) 전극의 고주파(RF) 방전 전력은 0.1~85W인 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  9. 공정 챔버의 배기관과 연결되고 일단에는 배기가스가 인입 및 인출되는 입출구가 형성되며, 타단에는 플라즈마 챔버와 연결되는 플랜지;
    상기 공정 챔버에서 배출된 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 고주파(RF) 전극;
    상기 플라즈마 챔버에서 나오는 빛을 입력받아 분광 분포를 측정하는 분광기; 및
    상기 플라즈마 챔버와 일단이 연결되며 타단에 윈도우가 형성되는 연장관을 포함하며,
    상기 고주파(RF) 전극은 상기 플라즈마 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하기 위하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용한 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연장관에서 일단이 분기하며 타단이 상기 플랜지의 바이패스 통로와 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 오염방지장치를 갖는 셀프 플라즈마 발광분광기.
  11. 공정 챔버를 진공으로 유지하기 위한 배기관과 연결되어 상기 공정 챔버 내의 가스를 인입시켜 플라즈마 상태로 만드는 공간을 형성하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법에 있어서,
    상기 공정 챔버에서 플랜지를 통하여 유입된 오염 유발 물질에 대하여 서로 다른 대역의 주파수를 사용하는 스윕 듀얼 고주파 발전기(Sweep Dual RF Frequency Generator)를 적용하여 플라즈마 챔버 내에 방전된 필드 내부의 밀도 변화를 유발하는 단계; 및
    상기 오염 유발 물질을 바이패스 라인을 통하여 외부로 배출하는 단계를 포함하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공정 챔버로부터 인입된 오염 유발 물질이 플라즈마 챔버의 윈도우로 향하는 직선경로에서 벗어나도록 전자기장을 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 플랜지의 입출구에 착탈가능하게 삽입되는 기공이 형성된 필터인 베스펠 마이크로 펀칭 트랩를 사용하여 배기가스에 포함된 일정 크기 이상의 파우더(powder)가 플라즈마 챔버에 유입되는 것을 사전에 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 빛을 분광기로 전달하는 윈도우 렌즈를 감싸도록 형성되어 음이온 성분을 밀어내어 양이온은 끌어당겨 윈도우 렌즈의 오염을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 오염방지 방법.
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