안녕하세요. 진공 이야기로는 처음 글을 쓰게 되네요.

아무래도 첫 글이기도 해서 어떤 내용으로 글을 써야하나 많은 고민을 하던 끝에

저희의 주력 제품인 플라즈마 자동 세정장치에 필요한 기술적인 부분을 다뤄볼까 해요

그래도 이 분야/업계에 연구 및 종사하시는 분들은 한번쯤 들어 보셨을 거 에요.

우리가 일반적으로 학창시절 배웠던 물질의 상태는 고체/액체/기체의 3가지 상태입니다.

‘플라즈마’라 함은 제 4의 물질 상태라고도 하죠.

이 ‘플라즈마’라고 하는 제 4의 물질은 미국의 물리화학자인 랭뮤어(Irving Langmuir, 1881-1957)가 기체에 이온화 에너지보다 더 큰 에너지를 가하는 실험을 하던 도중 발견하였습니다. 즉, 기체에 큰 에너지를 가하게 되면 기체 원자가 양이온과 전자로 분리가 되게 되는데 이러한 이온화 된 상태의 기체를 ‘플라즈마’라고 부르게 되었습니다. 플라즈마 안의 양이온과 전자의 수는 거의 같아서 전기적으로 중성 상태를 나타낸다고 볼 수 있지요.

(내용이 너무 길어 질까봐 플라즈마의 정의는 간략히 이정도로만 설명하도록 할게요!)

좀 더 실제적인 내용을 설명 드리고자 해요.

이러한 플라즈마를 이용하여 세정(cleaning)을 한다? 무엇을 어떻게 세정한다는 것인지를

지금부터 설명 드리겠습니다.

챔버 내에서 특정 공정을 진행하고 나면 챔버 내 벽면과 포라인(foreline)을 통해 연결된 펌프 내부까지도 불순물이 생기게 됩니다. 이러한 불순물들을 제거하지 않으면 다음 공정 진행 시 반도체 증착 공정으로 예를 들면 증착된 막의 성질이 달라지기도 하고, 챔버와 연결된 다른 곳에서부터 또 다른 오염 원인(Particle Source)을 야기 시키기도 합니다.

즉, 챔버 또는 기타 연결된 부속 장치들을 세정하기 위하여 플라즈마를 이용합니다.

(실제로 반도체 공정 진행 시 일정한 Cycle을 주기로 챔버 클리닝을 진행하곤 합니다.)

플라즈마 세정에 대표적으로 사용되는 화학 물질로는 NF3(삼불화질소)가스가 해당됩니다.

공정 진행 후 발생한 고체성 불순물 SiO2에 NF3를 플라즈마화 시킨 가스를 반응시키면 불순물이 가스 상태로 상변이되어 제거되게 됩니다. 

SiO2(s) + Fluorine(g) + Nitrogen(g) -> SiF4(g) + NOx(g)

이러한 원리로 챔버 내부, 플라즈마 세정이 필요한 부품, 펌프 내부 등을 클리닝하게 됩니다.

간략하게 그림으로 살펴보시면 다음과 같습니다.

‘제품소개‘ 란에 보시면 제가 예전에 썼던 플라즈마 세정장치 소개 글이 있을 거예요!

그 세정 장치의 원리 또한 위에서 설명드린 것과 같답니다.

저희 같은 경우 직접적으로 세정하는 부위가 펌프 내부, 배관 등이 되겠지요.

실제로 펌프 내부를 살펴보시게 되면 공정 부산물로 인한 Powder들을 살펴볼 수

있어요. 이러한 Powder들은 공정 진행 시 펌프의 고장을 야기하며 이는 곧 공정불량, 수율 저하로까지 일으키게 됩니다.

▲실제로 펌프 배관 내 부산물이 쌓여 있는 모습

이렇게 Ar 가스를 Ignition시켜주고 세정가스 (NF3)를 넣기만 하면

펌프 내 부산물들을 싹 날려버릴 수 있답니다. 물론 이때 주입되는 가스의 양, 비율, 세정 시간에 따라 세정 효율이 달라지므로 이러한 공정조건들을 부산물 특성에 맞게 잘 설정해야 합니다.

플라즈마의 용도는 다양합니다. 세정뿐만 아니라 식각, 표면처리에서부터 오염물질의 살균및 분해까지 등 다양한 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 최근에는 플라즈마를 활용한 군사기술까지도 연구가 확대되고 있다고 합니다.

마치 저희 ㈜플랜에서도 플라즈마를 활용하여 펌프 세정을 연구하는 것처럼..

다음번에 또 저희 플랜에서 연구하고 있는, 진공과 관련된 기술 이야기를 소개 하도록 하겠습니다 :)