KR100769947B1 - 마이크로웨이브 발생장치, 마이크로 웨이브 발생방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치 - Google Patents

마이크로웨이브 발생장치, 마이크로 웨이브 발생방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 발생장치가 개시된다. 상기 플라즈마 발생장치는 챔버; 상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기; 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비한다.
플라즈마, 챔버

Description

마이크로웨이브 발생장치, 마이크로 웨이브 발생방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치{Microwave generation apparatus, microwave generation method, and plasma generation apparatus having the same}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하 는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 플라즈마 발생방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명은 플라즈마 발생에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조시킬 수 있는 마이크로웨이브 발생장치와 발생방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼 FPD(flat panel device) 등과 같은 미세 패턴을 요구하는 기술분야에서는 플라즈마 식각(plasma etching), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 등 각종 표면 처리공정을 수행하기 위하여 플라즈마(plasma)를 사용한다. 플라즈마는 109~1010/㎤의 밀도를 갖는 저온 글로우 방전 플라즈마와 1013~1014/㎤의 밀도를 갖는 초고온 핵융합 플라즈마로 크게 구별되는데, 공업용으로는 저온 글로우 방전 플라즈마가 널리 사용된다.
이러한 플라즈마를 제조하기 위해서는 일반적으로 이온화 가스에 RF(radio frequency)를 공급하는 방법을 사용하는데, 지금까지 플라즈마 제조공정에서 이온화 가스를 만들기 위해 RF를 공급하는 방법은 다양한 형태로 구현되어 왔다. 그러 나 종래의 RF의 주파수는 단일 주파수이므로 챔버(chamber) 내의 반응물의 균일성(uniformity)이 좋지 않은 문제점이 있다.
또한, 가정용 전자 렌인지도 단일 주파수, 예컨대 2.5Ghz를 갖는 주파수를 사용하므로 상기 가정용 전자에 레인지에 쿠킹 호일 (cooking foil)과 같은 금속 성질을 갖는 반응물을 넣고 가열하는 경우 상기 반응물에서 스파크가 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 반응물의 단일성을 향상시키기 위하여 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조시킬 수 있는 마이크로웨이브 발생장치와 그 방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 마이크로웨이브 발생장치는 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 측면에 따른 마이크로웨이브 발생장치는 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 및 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 마이크로웨이브 발생장치는 각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 대응되는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들; 각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들; 각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들; 상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치; 상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 및 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치를 구비한다. 상기 결합장치는 믹서(mixer)이고, 상기 분기장치는 스플리터(splitter)인 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 플라즈마 발생장치는 챔버(chamber); 상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기; 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 측면에 따른 플라즈마 발생장치는 챔버(chamber); 상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기; 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 플라즈마 발생장치는 챔버; 상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기; 각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 대응되는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들; 각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들; 각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들; 상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치; 상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비한다.
상기 플라즈마 발생장치는 상기 가스를 상기 챔버로 입력하기 위한 가스라인을 더 구비한다. 상기 플라즈마 발생장치는 챔버 내의 반응물의 온도를 제어하기 위한 반응물 온/냉각 장치를 더 구비하고, 상기 반응물 온/냉각 장치의 작동을 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 더 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 플라즈마 발생장치는 챔버; 상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스라인; 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 플라즈마 발생장치는 챔버; 상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스 라인; 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기; 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 플라즈마 발생장치는 챔버; 상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스 라인; 각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들; 각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들; 각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들; 상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치; 상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및 상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치(20)와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치(10)의 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 마이크로웨이브 발생장치(20)는 가변 주파수 발생기(22), 변조기(24), 증폭기(26), 및 도파 장치(waveguard flange; 28)를 구비한다.
상기 가변 주파수 발생기(22)는 외부로부터 입력된 제어신호(CS)에 응답하여 주파수 대역이 1GHz부터 300GHz까지인 마이크로웨이브를 발생한다. 따라서 상기 가변 주파수 발생장치(22)는 제어신호(CS)에 기초하여 마이크로웨이브의 대역폭을 조절할 수 있다.
상기 변조기(24)는 상기 가변 주파수 발생기(22)로부터 발생된 마이크로웨이브를 수신하고, 조합제어신호(CCS)에 응답하여 수신된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생한다. 따라서 변조기(24)는 도시되지 않은 위상 변조기, 진폭 변조기, 주파수 변조기, 및 합산기를 구비할 수 있다. 또한, 제어신호(CS)와 조합제어신호(CCS)는 마이크로프로세서(미도시)로부터 출력될 수 있다.
상기 증폭기(26)는 상기 변조기(24)로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하고 증폭하여 증폭된 마이크로웨이브를 도파장치(28)로 출력한다. 상기 증폭기(26)를 통하여 증폭된 마이크로웨이브는 도파장치(28)를 통하여 적어도 하나의 안테나(32, 34, ..., 36)로 전송된다.
플라즈마 발생장치(10)는 챔버(30)에 RF(radio frequency)를 공급하기 위하여 적어도 하나의 안테나(32, 34, ..., 36), 플라즈마 생성에 사용되는 이온화 가스를 공급하기 위한 가스 라인(38)을 구비한다. 상기 챔버(30)는 절연체로 되어 있 으며 고온/저온, 고압/저압에 견딜 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 마이크로웨이브의 에너지가 챔버(30) 밖으로 방출되지 않도록 전자파 차폐 기능을 갖는다. 또한 상기 챔버(30)의 외부에는 플라즈마 증착 과정을 보조하기 위해 챔버(30) 내의 압력을 높이거나 낮출 수 있는 압력제어장치(미도시)가 존재되고, 또한 챔버(30) 내부에 발생하는 높은/낮은 온도에서 챔버(30)를 보호하기 위한 온/냉각장치(미도시)가 있다.
바이어스 고주파 발생기(40)는 챔버(30)내에 구현된 전극판들(42와 44)로 고주파 바이어스 전원을 인가한다.
가스라인(38)을 통하여 이온화 가스(또는 소스 가스)가 챔버(30)내부로 공급되고, 바이어스 고주파 발생기(40)를 통하여 전극판들(42와 44)로 고주파 바이어스 전원이 공급되고, 적어도 하나의 안테나(32, 34, ..., 36)를 통하여 RF가 입력되면, 챔버(30)내부에 강력한 산화력을 가지는 플라즈마가 형성되며, 이렇게 생성된 플라즈마 중에서 양이온들은 챔버(30)내에 위치하는 반응물의 표면에 입사, 충돌함으로서 상기 반응물과 반응, 예컨대 식각 및/또는 증착 공정을 수행한다. 여기서 소스 가스는 반응물과 반응, 예컨대 식각 및/또는 증착을 위해 적정비율로 혼합된 공정기체를 말한다. 적어도 하나의 안테나(32, 34, ..., 36)전단에는 챔버(30)에 의한 반사파에 의한 간섭을 줄이기 위한 서큘레이터(circulator) 또는 아이솔레이터(isolator)가 접속될 수 있다. 서큘레이터(circulator) 또는 아이솔레이터(isolator)는 신호를 한 방향으로만 전송하기 위한 장치의 일 예이다.
챔버(30)내부에는 반응물 온/냉각 장치(46)는 서로 다른 유전율을 갖는 물체가 겹겹으로 놓여져 있을 때 특정 부분에만 고열을 발열하고 그 이외의 부분에는 온도를 공정상의 최적상태로 조절 및 유지함으로서 발열 상황 시 발열할 수 있는 변경을 막아주기 위한 장치이다.
반응물 온/냉각 장치(46)는 반응물의 온도를 직접 감지할 수 있는 온도소자, 예컨대 TEC(Thermo Electric cooler)를 이용하여 반응물 온/냉각 장치(46)위에 놓여진 반응물의 온도를 감지하고 감지결과를 마이크로 프로세서(48)로 전송하면, 반응물 온/냉각 장치(46)는 마이크로 프로세서(48)의 제어 하에 반응물의 온도를 낮추거나 높이는 것을 수행한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치(20)와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치(100)의 블록도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 마이크로웨이브 발생장치(20)는 가변주파수 발생기(112), 변조기(114), 증폭기(116), 분기장치(118), 및 적어도 하나의 도파장치(120, ..., 122)를 구비한다. 증폭기(116)와 분기장치(118) 사이, 분기장치(118)와 각 도파장치(120,...,122) 사이, 또는 각 도파장치 (120,...,122)와 각 안테나(132, 134, 136, 138) 사이에는 서큘레이터(circulator), 아이솔레이터(isolator), 또는 도 5에 도시된 제어모듈(50)이 설치될 수 있다.
상기 가변 주파수 발생기(112)는 도 1에 도시된 가변 주파수 발생기(22)와 동일한 구조를 가지며 외부로부터 입력된 제어신호(CS)에 응답하여 마이크로웨이브, 예컨대 2.45GHz의 주파수를 갖는 마이크로웨이브를 발생한다. 따라서 상기 가변 주파수 발생기(22)는 제어신호(CS)에 기초하여 마이크로웨이브의 대역폭을 조절할 수 있다.
상기 변조기(114)는 도 1에 도시된 변조기(24)와 동일한 구조를 가지며 상기 가변 주파수 발생기(112)로부터 발생한 마이크로웨이브를 수신하고, 조합제어신호(CCS)에 응답하여 수신된 마이크로웨이브의 위상, 진폭, 주파수, 위상과 진폭, 진폭과 주파수, 주파수와 위상, 또는 위상과 진폭과 주파수를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생한다.
상기 증폭기(116)는 상기 변조기(114)에 의하여 변조된 마이크로웨이브를 수신하고 증폭하여 증폭된 마이크로웨이브를 분기장치(118)로 출력한다. 분기 장치(118)는 스플리터(splitter)와 같이 증폭기(116)로부터 출력된 신호를 두 개 이상의 신호로 분리하고 분리된 각 신호를 다수의 도파 장치들 (120, ..., 122) 중에서 대응되는 도파 장치로 전송한다.
각 도파장치(120, ..., 122)의 출력신호는 적어도 하나의 안테나(132, 134, ..., 136, 및 138)로 전송된다. 각 도파장치(120, ..., 122)의 출력신호의 주파수는 동일하거나 서로 다를 수 있다. 플라즈마 발생장치(100)는 챔버(30)에 RF(radio frequency)를 공급하기 위하여 적어도 하나의 안테나(132, 134, ..., 136, 및 138), 플라즈마 생성에 사용되는 이온화 가스를 공급하기 위한 가스라인(38)을 구비한다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 마이크로웨이브 발생장치(20)는 다수의 가변주파수 발생기들(212, ..., 222), 다수의 변조기들(214, ..., 224), 다수의 증폭기들(216, ..., 226), 결합장치(230), 분기장치(2328), 및 다수의 도파장치들(234, ..., 236)을 구비한다.
다수의 가변주파수 발생기들(212, ..., 222)각각은 도 1에 도시된 가변 주파수 발생기(22)와 동일한 구조를 가지며 외부로부터 입력된 대응되는 제어신호(CS1, ..., CSn)에 응답하여 각각의 대역폭을 갖는 마이크로웨이브를 발생한다.
다수의 변조기들(214, ..., 224)각각은 도 1에 도시된 변조기(24)와 동일한 구조를 가지며 다수의 가변 주파수 발생기들(212, ..., 222) 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 발생한 마이크로웨이브를 수신하고, 다수의 조합 제어신호들 (CCS1, ..., CCSn) 중에서 대응되는 조합 제어 신호에 응답하여 수신된 마이크로웨이브의 위상, 진폭, 주파수, 위상과 진폭, 진폭과 주파수, 주파수와 위상, 또는 위상과 진폭과 주파수를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생한다.
다수의 증폭기들(216, ..., 226) 각각은 다수의 변조기들(214, ..., 224) 중에서 대응되는 변조기에 의하여 변조된 마이크로웨이브를 수신하고 증폭하여 증폭된 마이크로웨이브를 결합장치(230)로 출력한다.
결합장치(230)는 다수의 증폭기들(216, ..., 226)에 의하여 증폭된 신호들을 수신하고 이들을 결합하고 결합결과에 따라 발생된 신호를 분기장치(232)로 출력한다. 결합장치(230)는 믹서(mixer)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
분기장치(232)는 결합장치(230)로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 두 개 이상의 신호로 분리하고 분리된 각 신호를 대응되는 도파 장치(234, ..., 236)로 전송한다. 각 도파 장치(234, ..., 236)의 출력신호는 적어도 하나의 안테나(132, 134, ..., 136, 및 138)로 전송된다. 각 도파 장치(234, ..., 236)의 출력신호의 주파수는 동일하거나 서로 다를 수 있다.
플라즈마 발생장치(200)는 챔버(30)에 RF(radio frequency)를 공급하기 위하여 적어도 하나의 안테나(132, 134, ..., 136, 및 138), 플라즈마 생성에 사용되는 이온화 가스를 공급하기 위한 가스라인(38)을 구비한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 각 플라즈마 발생장치(10, 100, 200)는 가스라인(38)을 선택적으로 구비할 수 있다. 각각의 증폭기(216, ..., 226)와 분기장치(232) 사이, 분기장치(232)와 각 도파 장치(120, ..., 122) 사이, 또는 각 도파 장치(234, ..., 236)와 각 안테나 (132, 134, ..., 136, 138)사이에는 서큘레이터(circulator), 아이솔레이터(isolator), 또는 도 5에 도시된 제어모듈(50)이 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다.
플라즈마 발생장치(200)는 마이크로웨이브 발생장치(20), 챔버(30), 가스라인(38), 플라즈마 전극들(42와 44), 반응물 온/냉각장치(46), 및 마이크로 프로세서(48)를 구비한다.
마이크로웨이브 발생장치(20)로부터 발생된 RF는 각각의 안테나 (234, ..., 236)을 통하여 챔버(30)로 인가된다. 가스 라인(38)을 통하여 이온화 가스(또는 소스 가스)가 챔버(30)내부로 공급되고, 전극판들(42와 44)로 고주파 바이어스 전원이 입력되면, 챔버(30) 내부에 강력한 산화력을 가지는 플라즈마가 형성되며, 이렇게 생성된 플라즈마 중에서 양이온들은 챔버(30) 내에 위치하는 반응물의 표면에 입사, 충돌함으로써 상기 반응물과 반응, 예컨대 식각 및/또는 증착 공정을 수행한다.
결합장치(230)는 변조기들 (214,..., 224)의 출력신호들을 수신하여 결합하고, 그 결과를 증폭기(226)로 출력한다, 증폭기(226)는 결합장치(230)의 출력신호를 증폭하고 증폭결과를 분기장치(232)로 출력한다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 마이크로웨이브 발생장치(20)는 가변주파수 발생기(121), 변조기(122), 증폭기(123), 도파 장치(124), 아이솔레이터(125), 및 제어모듈(50)을 구비한다.
가변주파수 발생기(121)는 외부로부터 입력된 제어신호(CS) 및/또는 CPU(129)로부터 출력된 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생한다. 제어신호(CS)는 CPU(129)로부터 출력될 수도 있다.
변조기(122)는 가변주파수 발생기(121)로부터 발생된 마이크로웨이브를 수신하고, 조합제어신호(CCS) 및/또는 CPU(129)로부터 출력된 제어신호에 응답하여 수신된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생한다. 조합제어신호(CCS)는 CPU(129)로부터 출력될 수도 있다.
증폭기(123)는 변조기(122)로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하고 증폭하여 증폭된 마이크로웨이브를 도파장치(124)로 출력한다. 도파장치(124)를 통하여 출력된 신호는 아이솔레이터(125)로 입력된다. 아이솔레이터(125)는 도파장치(124)의 출력신호를 일 방향으로만 전송한다.
제어모듈(50)은 변조기(122) 및/또는 증폭기(123)로부터 출력된 신호의 레벨을 조절하기 위한 제어신호를 CPU(129)로 전송한다. 제어모듈(50)은 탭(126), 제2아이솔레이터(127), 및 위상/진폭/주파수 변조 감시 모듈(128)을 구비한다. 탭(126)은 아이솔레이터(125)의 출력신호의 1 내지 5%만 위상/진폭/주파수 변조 감시 모듈(128)로 전송하고 95% 내지 99%를 제2 아이솔레이터(127)로 전송한다. 제2아이솔레이터(127)는 탭(126)의 출력신호를 분기장치(미도시)를 통하여 적어도 하나의 안테나(32-36)로 전송하고, 상기 분기장치를 통하여 입력된 신호를 위상/진폭/주파수 변조 감시 모듈(128)로 전송한다.
위상/진폭/주파수 변조 감시 모듈(128)은 변조기(122), 증폭기(123), 및 도파장치(124) 중에서 적어도 어느 하나로부터 출력된 신호와 탭(126)을 통하여 입력된 신호와 제2아이솔레이터(127)로부터 출력된 신호에 기초하여 제어신호를 CPU(129)로 전송한다.
위상/진폭/주파수 변조 감시 모듈(128)은 최적의 마이크로웨이브를 챔버(30)내부로 출력할 수 있도록 가변주파수 발생기(121) 및/또는 변조기(122)의 동작을 제어할 수 있는 제어신호를 출력할 수 있도록 CPU(129)를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 즉, 가변주파수 발생기(121) 및/또는 변조기(122)는 CPU(129)로부터 출력된 제어신호에 응답하여 출력되는 신호의 레벨을 조절한다. 챔버(30) 내부에는 발열판(43)이 설치되고, 상기 발열판(43)은 외부의 소스를 통하여 제어된다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다. 적어도 하나의 제어모듈(50)은 도파장치(120, 122)와 안테나(132-138)사이에 접속되어, 최적의 마이크로웨이브를 출력하기 위하여 각 도파장치(120, 122)로부터 출력되는 에너지 레벨을 조절한다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 이를 구비하는 플라즈마 발생장치의 블록도를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 플라즈마 발생장치(300)는 도 1 내지 도 6에 각각 도시된 마이크로웨이브 발생장치(20)는 다수의 전극판들(42와 44)을 통하여 마이크로웨이브를 챔버 내부로 전송한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 플라즈마 발생방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 1 내지 도 8을 참조하여 플라즈마 발생방법을 설명하면 다음과 같다.
가변 주파수 발생기(22, 112, 212, 222)는 조정의 주파수를 발생하고(S10), 변조기(24, 114, 214, 224)는 가변 주파수 발생기(22, 112, 212, 222)로부터 발생된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고(S20), 챔버(30)내에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 변조된 신호를 안테나 또는 전극판들을 통하여 챔버로 인가한다(S30).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로웨이브 발생장치와 그 방법, 상기 마이크로웨이브 발생장치를 구비하는 플라즈마 발생장치와 그 방법은 챔버 내의 반 응물의 단일성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생장치.
  2. 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 및
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생장치.
  3. 각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 서로 다른 주파수를 갖는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들;
    각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들;
    각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들;
    상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치;
    상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치; 및
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합장치는 믹서(mixer), 또는 콤바이너 (combiner)인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 분기장치는 스플리터(splitter)인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생장치.
  6. 가변 주파수 발생기가 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    변조기가 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 2마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    증폭기가 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브 수신하여 증폭하는 단계; 및
    도파 장치기 증폭된 마이크로웨이브를 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생방법.
  7. 가변 주파수 발생기가 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    변조기가 조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    증폭기가 상기 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 단계;
    분기 장치가 상기 증폭된 마이크로웨이브를 다수의 신호들로 분기하는 단계; 및
    다수의 도파장치들 중에서 대응되는 도파 장치가 상기 분기된 다수의 신호들 중에서 대응되는 신호를 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생방법.
  8. 다수의 가변 주파수 발생기들 각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 대응되는 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    다수의 변조기들 각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    다수의 증폭기들 각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 단계;
    결합장치가 상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하는 단계;
    분기장치가 상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하는 단계; 및
    적어도 하나의 도파장치를 이용하여 상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생방법.
  9. 챔버(chamber);
    상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기;
    제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 가스를 상기 챔버로 입력하기 위한 가스라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 챔버 내의 반응물의 온도를 제어하기 위한 반응물 온/냉각 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 반응물 온/냉각 장치의 작동을 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 챔버(chamber);
    상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기;
    제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치;
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 가스를 상기 챔버로 입력하기 위한 가스라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 챔버 내의 반응물의 온도를 제 어하기 위한 반응물 온/냉각 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 반응물 온/냉각 장치의 작동을 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  17. 챔버(chamber);
    상기 챔버 내에 구현된 다수의 전극판들로 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 바이어스 고주파 발생기;
    각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들;
    각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들;
    각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들;
    상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치;
    상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치;
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 적어도 하나의 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 가스를 상기 챔버로 입력하기 위한 가스라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 챔버 내의 반응물의 온도를 제어하기 위한 반응물 온/냉각 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 반응물 온/냉각 장치의 작동을 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  21. 챔버(chamber);
    상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스라인;
    제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파 장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  22. 챔버(chamber);
    상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스라인;
    제어신호에 응답하여 마이크로웨이브를 발생하는 가변 주파수 발생기;
    조합 제어신호에 응답하여 상기 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 변조기;
    상기 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치;
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  23. 챔버(chamber);
    상기 챔버로 소스 가스를 공급하기 위한 가스라인;
    각각이 대응되는 제어신호에 응답하여 대응되는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 가변 주파수 발생기들;
    각각이 대응되는 조합 제어신호에 응답하여 상기 다수의 가변 주파수 발생기들 중에서 대응되는 가변 주파수 발생기로부터 출력된 마이크로웨이브의 위상과 진폭과 주파수 중에서 적어도 하나를 변조하고 변조결과에 상응하는 마이크로웨이브를 발생하는 다수의 변조기들;
    각각이 상기 다수의 변조기들 중에서 대응되는 변조기로부터 출력된 마이크로웨이브를 수신하여 증폭하는 다수의 증폭기들;
    상기 다수의 증폭기들의 출력신호들을 결합하기 위한 결합장치;
    상기 결합장치로부터 출력된 신호를 수신하고 수신된 신호를 다수의 신호들로 분기하기 위한 분기장치;
    상기 분기장치로부터 출력된 출력신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 도파장치; 및
    상기 적어도 하나의 도파 장치에 접속되고, 상기 챔버 내의 소스 가스를 여기(exciting)시켜 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 챔버 내로 마이크로웨이브를 제공하는 다수의 안테나들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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