ESC [질문] 석영 parts로인한 특성 이상
2011.09.04 20:31
안녕하세요.
큐에스아이라는 회사의 coating field를 담당하는 우병화 사원이라고 합니다.
현재 자사 ECR sputter에서 석영 parts 를 세정하여 재사용하고 있습니다.
그런데 세정 후에 장착하면 원하는 target(al2o3)의 반사율과 굴절율의 특성 이상이 보이는 현상이 있습니다.
세정 잘못으로 인한 반사울 굴절율 값이 상이해는지 경우가 있는지 문의 드립니다.
- 장비 부품을 교체한 후에 공정이상이 발생할 수 있습니다. 오히려 당연히 발생된다고 생각하는 것이 좋습니다. 문제는 그 정도를 어떻게 효과적으로 제어하는 가에 있어, 공정 혹은 운전 조건 조절을 통해 해결하고 있습니다. 하지만 원인을 생각해 보면 최적화 방법을 찾더라도 덜 힘이 들 것입니다.
- 플라즈마 공정에서 주요 인자는 전자/이온/활성화된 중성종 입자들의 역할입니다. 각자의 역할이 차이가 있는데, 전자는 에너지를 쉽게 얻으므로 주로 플라즈마 생성에 핵심 인자입니다. 인가 전력은 전자의 가열로 많이 사용되도록 장치가 구성되어 있다면 플라즈마 밀도를 높일 수 있어 공정을 빠르게 진행시킬 수 있습니다. 생성된 플라즈마는 일정 전위를 가지며 이를 플라즈마 전위라 하고 대부분 벽 혹은 시편보다 높습니다. 따라서 플라즈마 내의 이온은 (원자나 분자에서 전자가 떨어져 있으니 원자 혹은 분자 그대로의 질량을 가지나 전기적으로 양의 성질) 자연히 공간과 시편 표면사이에 전위차 만큼의 에너지를 갖고 가속 충돌을 하게 됩니다. 때로는 이 효과를 극대화 하기 위해서 시편에 음의 전위를 인가하기도 하여 공정을 개선시키기도 합니다. 또한 플라즈마 내에 중성종 (이온화가 되지 않고 있는 대다수의 공정 가스 입자)들은 일부 전자들과 혹은 이온들과 충돌을 하면서 화학적으로 반응할 수 있는 활성에너지를 얻곤 합니다. 이들은 이온과는 달리 전기장에 따른 방향성을 갖지 않는 채 자유롭게 움직이면서 시편 표면의 원자 혹은 분자들과 반응을 하기도 하고, 혹은 살짝 얹혀져 있기도 합니다. 이때 이온들이 에너지를 갖고 충돌하면 활성에너지가 충족되면서 어떤 반응들이 개시되기 합니다. 이 반응을 잘 활용하면 식각, 박막, 세정 등이 가능합니다.
- 따라서 사용하는 플라즈마는 자신과 대면하고 있는 모든 대면재로 이온들이 에너지를 갖고 충돌하고 있으며 그 에너지가 충분한 경우 표면의 오염 물질을 떼어 내기도 하고 혹은 표면 입자들과 반응하기도 하여 오히려 오염원 역할도 하게 됨을 가정하고 위의 문제를 고려 해 보는 것이 좋습니다.
- 문의하신 부품을 박막 장치에서의 부품으로 일정 기간이 지나면 세정을 하게 됩니다. 그 이유는 장치의 임피던스가 좋지 않아져서 마이크로웨이브 파에 의한 플라즈마 생성 효율이 떨어지게 되어 공정 효율이 낮아지기 때문입니다. 세정은 대부분 화학적으로 석영 표면에 붙어 있는 오염 물질을 제거한 후에 열처리 하고 재 장착되게 됩니다. 따라서 고려할 점은 세정을 한 후에 표면에 남아 있는 화학물질들이 완벽하게 떨어져 나갔는가 하는 점이 있을 수 있겠습니다. 물론 세정 법칙에 따라서 시행되었다 하더라도 우리가 고려하는 잔존물질은 원자단위의 크기 물질의 오염도를 의미하기 때문에 쉽게 유무를 답하기는 어렵습니다. 하지만 플라즈마 이온의 스퍼터링 효과를 이용한다면 그 불순물의 정체를 쉽게 파악할 수도 있습니다. 아무튼 세정 후 석영을 작창한 후에 예전과 같은 운전 조건으로 운전을 하면서 가능하시다면 플라즈마 전류 혹은 타겟에 흐르는 전류등의 변화를 감지해 보세요. 석영으로 부터 이온 스퍼터링으로 방출되는 입자가 인지될 정도라면 타겟 전류가 인지될 정도의 값으로 변해 있을 것이고, 세정 표면이 플라즈마에 의해 "보다 미세한 부분까지도 세정"이 된다면 그 전류는 점차 줄어서 예전의 정상 운전 조건으로 돌아갈 것입니다. 이 후에 공정을 진행하는 것이 요령이 되겠습니다.
- 정리하면 플라즈마와 대면하고 있는 부품 중에 특히 대면하고 있는 면적이 넓은 부품의 표면 특성에 따라서 플라즈마 스퍼터링 등으로 플라즈마 내로 재입사되는 입자들은 다분히 존재하며 이로 인해 플라즈마 자체의 특성도 변하고, 공정 변인이 될 수 있습니다. 때로는 무시할 정도의 작은 면적의 부품이라 하더라도 플라즈마 스퍼터링 잘되는 재료로 구성된 부품일 경우 역시 민감한 공정 변인으로써 역할을 합니다. 따라서 공정 일관성을 위해서는 세정 후 불활성 기체를 사용해서 장치를 일정 시간 운전 한 후에 공정을 시행하는 나름대로의 공정법을 개발하시는 것이 좋습니다.
- 플라즈마 의 특성 변화를 간단하게 관찰하고자 한다면 이어서 하신 질문처럼 플라즈마를 직접 진단하거나, 사실 쉽지 않은 일입니다. 장치를 공정 장치내에 삽입하도록 구성을 조절하거나 부품을 재 구성해서 설치해야 하기 때문이니, 이 보다는 시창구를 통해서 나오는 빛을 광학적 진단법으로 관찰하거나 (OES: opticla emission spectroscopy) 입력 전력 신호의 변화를 감지하거나 하는 방법이 유효합니다. 후자는 절대값 보다는 변동을 감지하는데 보다 효과적일 것이니 참고해 보세요.