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진공칼럼

플라즈마 세정 (Plasma Cleaning)

  • Jan 29, 2019

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.

 

플라즈마.PNG

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.

 

플라즈마 세정.PNG

 

‘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.

 

펌프 내 부산물.PNG

▲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 :)

 

 

 

 

 

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