플라즈마의 상태를 확인 하는 방법

반도체 및 디스플레이 신재생에너지, 핵융합 등 플라즈마의 이용 분야는 매우 광범위하고 최첨단 산업의 깊숙한 곳까지 기술이 이용되고 있다.

특히 미세공정이 주를 이루는 반도체, 디스플레이 등등의 산업에서는 플라즈마의 제어와 특성 파악이 제품의 품질에 많은 영향을 주기 때문에 플라즈마의 상태를 확인하는 것이 매우 중요하다.

예를 들면, 반도체 식각 공정에서 발생하는 전하의 축적 현상, closing, distortion, not-open, 표면 거칠기 심화 등등의 이슈와 웨이퍼 외곽쪽의 전기, 화학, 열적 불균형으로 인한 균일도 저하, 수율 저하 등의 문제를 생각해 볼 수 있다. 이것을 해결하기 위해서는 공정에 사용하는 플라즈마의 물성 이해와 그것을 통한 문제의 해결 방안을 모색하는 것이 필요하다.

플라즈마 내의 내부 변수, 밀도, 온도, 전자에너지분포, 라디칼 밀도 및 조성, 이온에너지 분포 등등을 실측해서 문제를 파악하고, 개선 방안을 모색해야 하는 것이다. 이렇게 실측하는 것을 플라즈마의 진단이라고 한다.

 

플라즈마 진단 방법

참고, 반도체 및 디스플레이 산업 플라즈마 측정 진단 기술, 이효창, 한국표준과학연구원 첨단측정장비연구소 반도체측정장비팀.

가장 대표적인 진단방법으로는 랭뮤어 프로브, 컷오프 프로브, 공정모니터링 및 이상감지(End point detection)등이 있으며, 일반적인 반도체 공정에서 플라즈마 공정 모니터링 방법으로는 직접 플라즈마의 특성을 측정하기 보다는 소스파워의 바이어스 전력단 전기신호(전압, 전류, 위상, 전력, 자기바이어스 전압)등을 측정하는 방식을 사용하고, 유량 변화나, 광 방출 신호, 온도 등을 이용하여 오류를 감지하고 제어하는 방식을 사용한다.