플라즈마 공정 모니터링용 사중극자 질량 분석기의 필라멘트 파손분석

플라즈마를 포함한 반응성 가스 공정 분석용 사중극자 질량분석기의 필라멘트의 파손양상을 조사하였다. 또한 유전체 증착층이 이온원 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 이온원의 일반적인 가동 전압 조건에서 Poisson방정식을 이용하여 전위를 수치 해석으로 구하였다. 사용중 파손된 필라멘트의 파단면을 주사전자현미경으로 관찰결과, 수직으로 절단되는 양상과 직경이 점차 작아지면서 erosion되는 두가지 양상을 보였다. 또한 파단면은 표면균열과 패시팅(faceting) 현상을 보였다. 필라멘트 사용시 가장 큰 문제는 패시팅(faceting)이다. 대부분의 결정에서는 다른 결정면보다 에너지 준위가 낮은 결정면이 존재한다. W 원자는 고온에서 확산 또는 증발하여 표면에서 다시 응축할 때 표면 에너지를 최소화하기 위한 독특한 평형 형상이 만들어 지는데 이것이 패시팅의 구동력이다. 이때 국부적으로 단면적이 감소하는 곳이 생기는데, 이 지점이 집중적으로 가열되고 증발이 가속화하여 파손된다. 파단면을 EDS 분석결과, 산화물을 포함한 F, Fe 및 C이 검출되었다. 이 F과 C는 공정중 사용된 CF4의 분해에 의한 것으로 생각되며, 파손된 필라멘트를 Ar 유도결합 플라즈마로 처리한 결과 이 F, Fe 및 C의 양이 감소하였다.