KR100682507B1 - 무선주파수 플라즈마 반응기의 누설 소오스 전력 처리 장치 - Google Patents

Abstract

서로 다른 주파수의 신호들을 각각 발생하는 무선주파수(RF) 소오스 전력 공급기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 누설되어 상대적으로 낮은 주파수를 가지는 소오스 전력 공급기로 귀환되어 상기 낮은 주파수의 소오스 전력 공급기가 파손되는 현상을 방지하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이러한 본 발명의 누설 소오스 전력 처리 장치는 공진부와, 바이패스부와, 발열부로 구성된다. 상기 공진부는, 제2주파수 신호 발생기와 플라즈마 챔버의 사이를 연결하는 동축케이블과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 제2주파수 신호 발생기로 귀환되는 소오스 전력의 누설성분을 흡수한다. 상기 바이패스부는, 상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호중 상기 제1주파수 신호성분을 바이패스시킨다. 상기 발열부는, 상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호를 발열한다. 이와 같이 본 발명은 RF 플라즈마 반응기에서 누설되어 저주파 소오스 전력 공급기에 나타나던 소오스 전력 성분을 사전에 흡수하여 발열시킴으로써 누설 소오스 전력에 의해 상기 저주파 소오스 전력 공급기가 파손되는 현상을 방지할 수 있다.

RF 플라즈마 반응기, 소오스 전력 공급기, 누설 소오스 전력

Description

무선주파수 플라즈마 반응기의 누설 소오스 전력 처리 장치 {DEVICE FOR REDUCING THE LEAKED SOURCE POWER IN RADIO FREQUENCY PLASMA CHAMBER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 플라즈마 반응기의 누설 소오스 전력 처리 장치의 구성을 보여주는 도면.

본 발명은 반도체 기판 공정을 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 특히 무선주파수 플라즈마 반응기의 소오스 전력 공급기로부터 공급되어 누설되는 소오스 전력 성분을 처리하기 위한 장치에 장치에 관한 것이다.

통상적으로 플라즈마 반응기는 반도체 기판을 가공하여 미세 전자회로들을 생산하는데 사용되는 반도체 기판 공정 장비를 말한다. 이러한 플라즈마 반응기는 각종 가스와 유체 등을 입력하여 챔버(chamber) 내에 플라즈마를 형성하고, 상기 형성된 플라즈마를 이용하여 챔버내에 지지되는 반도체 기판을 가공한다. 상기 플라즈마 반응기로는 무선주파수(Radio Frequency; 이하 "RF"라 칭함) 플라즈마 반응 기가 일반적으로 이용되는데, 이 RF 플라즈마 반응기는 챔버내에 플라즈마를 형성하고 유지하기 위해 RF 플라즈마 소오스 전력을 인가받는 형태로 구성된다. 즉, 상기 RF 플라즈마 반응기는 챔버내의 상기 반도체 기판에 대향하는 상부 전극을 포함하는데, 이 상부 전극에는 RF 소오스 전력 공급기들로부터의 전력이 공급된다.

한편, 상기 RF 소오스 전력 공급기들로는 제1주파수(예: 13.56MHz)의 전력(예: 10KW)을 공급하기 위한 제1주파수 신호 발생기와 제2주파수(예: 400KHz 또는 0.4MHz)의 전력(예: 10KW)을 공급하기 위한 제2주파수 신호 발생기의 2개로 구성될 수 있다. 이러한 2개의 주파수 신호 발생기들로 구성되는 RF 소오스 전력 공급기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 제1주파수 신호 발생기와 상기 제2주파수 신호 발생기는 각각 동축 케이블을 통해 상기 RF 플라즈마 반응기에 연결되는데, 이때 상기 제1주파수의 신호 전력에 의한 영향이 상기 제2주파수 발생기 측에 미친다. 즉, 상기 제1주파수의 신호와 상기 제2주파수의 신호가 동시에 발생되어 상기 RF 플라즈마 반응기로 공급되는 경우에도 상기 제2주파수보다 훨씬 큰 상기 제1주파수의 신호가 상기 RF 플라즈마 반응기와 상기 제2주파수 발생기 사이의 경로인 동축케이블을 통해 귀환되는 현상이 나타난다. 그 결과로 상기 제2주파수 발생기가 파손되는 현상이 발생한다. 보다 구체적으로 말하면, 상기 제1주파수 신호의 에너지(하모닉스(harmonics) 성분 포함)가 상기 반응기와 상기 제2주파수 발생기의 사이에 연결된 동축케이블을 통해 누설되게 되고, 이 누설 에너지에 의해 상기 제2주파수 발생기가 파손되게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 서로 다른 주파수의 신호들을 각각 발생하는 RF 소오스 전력 공급기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 누설되어 상대적으로 낮은 주파수를 가지는 소오스 전력 공급기로 귀환되어 상기 낮은 주파수의 소오스 전력 공급기가 파손되는 현상을 방지하기 위한 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 2개의 다른 주파수의 신호들을 각각 발생하는 주파수 신호 발생기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 제1주파수 신호의 에너지가 상기 반응기와 상기 제1주파수보다 낮은 제2주파수의 신호를 발생하는 제2주파수 신호 발생기의 사이에 연결된 동축케이블을 통해 누설되어 상기 제2주파수 신호 발생기로 귀환되는 현상을 방지하기 위한 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 2개의 다른 주파수의 신호들을 각각 발생하는 주파수 신호 발생기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 상대적으로 낮은 주파수의 신호를 발생하는 주파수 신호 발생기측으로 상대적으로 높은 주파수의 신호가 나타나는 현상을 제거하기 위한 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 제1주파수 신호를 발생하는 제1주파수 신호 발생기와 상기 제1주파수보다 낮은 제2주파수 신호를 발생하는 제2주파수 신호 발생기를 포함하고, 상기 주파수 신호 발생기들이 각각 동축케이블을 통해 플라즈마 챔버에 연결되어 플라즈마 생성에 요구되는 소오스 전력의 주파수 신호들을 공급하는 RF 플라즈마 반응기에서 누설되는 소오스 전력을 처리하기 위한 장치로서, 상기 누설 소오스 전력 처리 장치는 공진부와, 바이패스부와, 발열부로 구성된다.

상기 공진부는, 상기 제2주파수 발생기와 상기 플라즈마 챔버의 사이를 연결하는 동축케이블과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 제2주파수 발생기로 귀환되는 소오스 전력의 누설성분을 흡수한다. 상기 바이패스부는, 상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호중 상기 제1주파수 신호성분을 바이패스시킨다. 상기 발열부는, 상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호를 발열한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 플라즈마 반응기의 누설 소오스 전력 처리 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, RF 플라즈마 반응기는 플라즈마 챔버 100과, 제1주파수 신호 발생기 110과, 제2주파수 신호 발생기 120과, 공진부 130과, 바이패스부 140과, 발열부 150 및 냉각부 160으로 구성된다. 여기서는 상기 플라즈마 챔버 100을 단순하게 블록으로 처리하였으나, 이 챔버 100으로 각종 가스와 유체 등이 입력되어 플라즈마가 형성되고 이 형성된 플라즈마를 이용하여 챔버내에서 반도체 기판 을 가공한다는 사실은 공지의 사실이다. 따라서 플라즈마 챔버내의 상부 전극, 상기 전극에 대향하는 가공을 위한 반도체 기판, 그리고 상기 상부 전극에는 RF 소오스 전력 공급기들(도면에서는 RF 발생기들 110,120)로부터의 전력이 공급되는 사실들이 도면에 도시되어 있지 않다고 하더라도 반도체 기판의 가공 공정이 수행될 수 있다는 사실에 유의하여야 할 것이다.

상기 제1주파수 신호 발생기 110은 동축케이블을 통해 상기 플라즈마 챔버 100에 연결되고, 제1주파수의 신호를 발생하여 플라즈마 생성에 요구되는 소오스 전력을 공급한다. 상기 제2주파수 신호 발생기 120은 동축케이블을 통해 상기 플라즈마 챔버 100에 연결되고, 제2주파수의 신호를 발생하여 플라즈마 생성에 요구되는 소오스 전력을 공급한다. 예를 들어, 상기 제1주파수 신호 발생기 110은 10킬로와트(KW) 13.56메가헤르쯔(MHz)의 신호를 발생하고, 상기 제2주파수 신호 발생기 120은 10KW 400킬로헤르쯔(KHz)(또는 0.4MHz)의 신호를 발생한다. 즉, 상기 제1주파수 신호 발생기 110은 고주파수(High Frequency)의 신호를 발생하는 신호 발생기이고, 상기 제2주파수 신호 발생기 120은 상기 고주파수보다 낮은 저주파수(Low Frequency)의 신호를 발생하는 신호 발생기이다. 상기 주파수 신호 발생기들 110,120에 의해 발생된 신호들은 각각 동축케이블을 통해 플라즈마 챔버 100으로 제공되고, 플라즈마 생성에 요구되는 소오스 전력의 주파수 신호들을 공급한다. 이때 상기 플라즈마 챔버 100으로부터 제2주파수 신호 발생기 120의 사이를 연결하는 동축케이블에는 상기 제1주파수 신호 발생기 110에 의해 발생된 고주파수 신호 성분이 누설되는 현상이 나타난다. 결과적으로 RF 플라즈마 반응기의 소오스 전력이 누설되는 것이다. 이러한 소오스 전력의 누설성분은 본 발명의 특징적인 구성요소들인 130, 140 및 150에 의해 제거되고, 이에 따라 상기 제2주파수 신호 발생기 120으로 소오스 전력의 누설성분이 나타나지 않게 되고 그에 따라 결과로 상기 신호 발생기 120이 파손되는 현상은 방지되게 된다.

공진부 130은 상기 제2주파수 신호 발생기 120과 상기 플라즈마 챔버 100의 사이를 연결하는 동축케이블과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 플라즈마 챔버 100로부터 상기 제2주파수 신호 발생기 120으로 귀환되는 소오스 전력의 누설성분을 잡아두는 역할을 하여 상기 제2주파수 신호 발생기 120에 소오스 전력의 누설성분이 나타나지 않도록 한다. 상기 공진부 130은 캐패시터 C1과 인덕터 L이 직렬접속된 형태로 구성될 수 있다. 바이패스부 140은 상기 공진부 130과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부 130의 출력 신호중 상기 제1주파수 신호성분인 HF 신호성분을 바이패스시킨다. 상기 바이패스부 140은 캐패시터 C2로 구성될 수 있다. 발열부 150은 상기 공진부 130과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부 130의 출력 신호를 발열시킨다. 상기 발열부 150은 직병렬 조합된 저항들 R1,R2,R3,R4로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐패시터 C1은 500pF, 캐패시터 C2는 30pF, 인덕터 L은 0.3μH의 값을 가지도록 구현되는 것이 바람직하고, 또 상기 저항들 R1,R3은 상기 공진부 130과 접지단의 사이에 직렬 접속되고, 상기 저항들 R2,R4는 상기 공진부 130과 접지단의 사이에 직렬 접속되고, 이렇게 직렬 접속된 저항들 R1,R3과 저항들 R2,R4가 서로 병렬 접속됨으로써 전체 합성저항이 1옴(Ω)이 되는 형태일 수 있다. 이렇게 상기 발열부 150의 전체 합성저항이 1옴(Ω)이 되도록 구성하는 것은 소오 스 전력의 누설성분이 최대 한도로 발열되도록 하기 위함이다. 냉각부 160은 상기 발열부 150에서 발생하는 열을 최대한도로 빠르게 냉각시키기 위한 것으로, 팬 냉각방식 또는 수냉식으로 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 RF 플라즈마 반응기의 누설 소오스 전력 처리 장치는 일종의 고전력 노치필터(Notch Filter)와 유사한 역할을 수행한다. 이러한 장치는 제2주파수 신호 발생기 120과 상기 플라즈마 챔버 100의 사이에 부가적으로 접속되는 박스형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 N-type 리셉터클(receptacle)에 의해 상기 제2주파수 신호 발생기 120과 상기 플라즈마 챔버 100에 각각 접속될 수 있다. 이때 상기 제2주파수 신호 발생기 120과 상기 플라즈마 챔버 100의 사이에는 종단저항이 50Ω으로 임피던스 정합되어야 하기 때문에, 이를 고려한다면 상기 박스형태의 장치는 그 길이가 λ/16 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다.

하기의 <표 1>과 <표 2>는 본 발명의 실시예에 따른 누설 소오스 전력 처리 장치에 대한 실험 결과값들을 보여준다. <표 1>은 본 발명의 실시예에 따른 누설 소오스 전력 처리 장치를 사용하지 않을 때의 실험 결과값을 보여주고, <표 2>는 본 발명의 실시예에 따른 누설 소오스 전력 처리 장치를 사용하였을 때의 실험 결과값을 보여준다.

	Deliver signal	Forward signal	Reflected signal
HF 에너지 Off	-0.025V DC	-0.019V DC	-0.002V DC
HF 에너지 On	+0.053V DC	+0.100V DC	+0.039V DC

	Deliver signal	Forward signal	Reflected signal
HF 에너지 Off	-0.023V DC	-0.017V DC	-0.023V DC
HF 에너지 On	-0.023V DC	-0.017V DC	-0.023V DC

상기 실험은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 한쪽을 입력으로 설정하고, 다른 쪽을 출력으로 설정한 후 파형과 전압을 측정한 결과이다. 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout)은 다음과 같다. Vin = 130Vpp @ 13.56MHz, Vout = 4Vpp @ 13.56MHz. 상기 입력전압의 대부분은 본 발명의 실시예에 따른 장치에서 흡수되고 일부만이 출력에 나타난다. 약 30dBV의 입력 대 출력비를 갖는다. 저주파 신호는 약 2KHz의 주파수 편이가 발생한다. 이는 실제 고정 주파수 시스템에서 문제가 되지는 않는다. 2개의 소오스 전력 공급기, 즉 13.56MHz와 400KHz의 신호 발생기들 110,120을 서로 연결하여 HF 신호의 에너지를 신호 발생기 120으로 전달시켰다. 그리고 신호 발생기 110의 전력 인가시(HF 에너지 On)와 비인가시(HF 에너지 Off)의 신호들을 비교하였다. 이때 누설되는 HF 신호의 에너지는 100W이다.

상기 <표 1>을 참조하면, Forward signal의 경우 0.019V DC에 해당하는 전력의 양은 19W이다. 이 신호가 HF 신호 에너지의 누설로 100W의 양에 해당하는 신호가 측정되었다. 상기 <표 2>를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 장치를 사용했을 때 챔버 100로부터 누설된 HF 신호의 에너지(하모닉스 포함)의 대부분이 제거되었음을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 서로 다른 주파수의 신호들을 각각 발생하는 RF 소오스 전력 공급기들을 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 누설되어 저주파 소오스 전력 공급기에 나타나던 소오스 전력 성분을 사전에 흡수하여 발열시킴으로써 누설 소오스 전력에 의해 상기 저주파 소오스 전력 공급기가 파손되는 현상을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 제1주파수 신호를 발생하는 제1주파수 신호 발생기와 상기 제1주파수보다 낮은 제2주파수 신호를 발생하는 제2주파수 신호 발생기를 포함하고, 상기 주파수 신호 발생기들이 각각 동축케이블을 통해 플라즈마 챔버에 연결되어 플라즈마 생성에 요구되는 소오스 전력의 주파수 신호들을 공급하는 무선주파수 플라즈마 반응기에서 누설되는 소오스 전력을 처리하기 위한 장치에 있어서,

   상기 제2주파수 신호 발생기와 상기 플라즈마 챔버의 사이를 연결하는 동축케이블과 접지단의 사이에 접속되고, 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 제2주파수 신호 발생기로 귀환되는 소오스 전력의 누설성분을 흡수하는 공진부와,

   상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호중 상기 제1주파수 신호성분을 바이패스시키는 바이패스부와,

   상기 공진부와 상기 접지단의 사이에 접속되고, 상기 공진부의 출력 신호를 발열하는 발열부를 포함함을 특징으로 하는 상기 누설 소오스 전력 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공진부는 캐패시터와 인덕터가 직렬접속된 회로임을 특징으로 하는 상기 누설 소오스 전력 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 바이패스부는 캐패시터임을 특징으로 하는 상기 누설 소오스 전력 처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 발열부는 합성저항이 1옴인 직병렬 조합의 저항들로 구성함을 특징으로 하는 상기 누설 소오스 전력 처리 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 발열부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 누설 소오스 전력 처리 장치.

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