KR100799175B1 - 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge

Abstract

플라즈마 프로세싱 시스템 게시된다. 본 발명의 플라즈마 프로세싱 시스템은 입력 가스를 받아들여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기와를 무선 주파수를 공급하기 위한 무선 주파수 발생기를 구비한다. 무선 주파수 발생기는 플라즈마 반응기로 플라즈마 발생을 위한 무선 주파수 전력을 제공하되, 플라즈마 반응기의 동작 중에 발생되는 일정 시간 이내의 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급하여 플라즈마 반응기가 순간적인 전원 차단시에도 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있도록 한다.
유도 결합 플라즈마, 플라즈마 처리, 활성 가스

Description

플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법{PLASMA PROCESSING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 시스템의 블록도이다.
도 2는 무선 주파수 발생기의 회로 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 플라즈마 반응기의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4는 플라즈마 처리 시스템에서 수행되는 일예로서 세정 프로세스를 예시적으로 설명하기 위한 프로우 차트이다.
도 5는 전원 차단에 대응하는 제어 수순을 보여주는 프로우 차트이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에서 순간 전원 차단에 대한 대응 방식을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 8은 종래의 플라즈마 처리 시스템에서의 순간 전원 차단에 대한 대응 방식을 설명하기 위한 타이밍도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200: 플라즈마 프로세싱 시스템 300: 플라즈마 반응기
400: 무선 주파수 발생기 500: 시스템 제어부
600: 프로세스 챔버 700: 가스 공급 시스템
본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시기고 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등의 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등 다양하게 사용되고 있다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 그 대표적인 예이다. 그중 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 비교적 용이하게 증가시킬 수 있어서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다.
그러나 유도 결합 플라즈마 방식은 공급되는 에너지에 비하여 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 매우 고전압의 구동 코일을 사용하고 있다. 그럼으로 이온 에너지가 높아서 플라즈마 반응기의 내부 표면이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생된다. 이온 충격에 의한 플라즈마 발생기의 내부 표면 손상은 플라즈마 처리 오염원으로 작용하는 부정적인 결과를 얻게 된다. 이온 에너지를 낮추려는 경우에는 플라즈마에 결합되는 에너지가 더욱 낮아져서 잦은 플라즈마가 오프 되는 경우가 발생하게 된다. 그럼으로 안정적인 플라즈마 유지가 어렵다.
플라즈마의 안정적인 유지는 생산성과 직결되는 매우 중요한 문제이다. 그럼으로 공정이 진행되는 중에 어떠한 원인에 의해 플라즈마가 오프되는 경우 해당 공정은 실패하게 되고 다시 초기화하여 공정을 다시 시작하여야 한다. 특히, 순간 정전과 같은 전원 공급의 불안정으로 인하여 무선 주파수 발생기로 공급되는 전원이 차단되면 플라즈마 반응기의 플라즈마가 오프되어 공정 진행이 중단된다. 최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있어서 한 번의 공정 실패에 따른 손실률은 더욱 높아지게 된다.
반도체 제조 공정에서 플라즈마를 이용한 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용하다. 예를 들어, 프로세스 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 프로세스 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있으면서도 매우 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
한편, 높은 밀도의 플라즈마를 대량으로 발생시켜 제공하기 위해서는 플라즈마 반응기의 볼륨도 커질 수밖에 없다. 원격 플라즈마 반응기의 경우에는 대부분 이 프로세스 챔버의 상부에 설치되는데 반응기 사이즈가 커지는 경우 설치가 용이라지 않게 되는 문제점이 발생된다. 더욱이, 종래와 같이 무선 주파수 발생기와 플라즈마 반응기가 하나의 유닛으로 구성되는 경우에는 더욱 그러하다.
따라서 본 발명의 목적은 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있는 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 순간적인 전원 공급의 차단 발생에도 플라즈마 반응기의 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있는 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 프로세싱 시스템은: 입력 가스를 받아들여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기; 플라즈마 반응기로 플라즈마 발생을 위한 무선 주파수 전력을 제공하되, 플라즈마 반응기의 동작 중에 발생되는 순간 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급하는 무선 주파수 발생기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 무선 주파수 발생기는 1sec를 초과하는 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 무선 주파수 전력을 플라즈마 반응기로 출력하지 않는다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 제어를 수행하는 시스템 제어부를 포함하고, 무선 주파수 발생기는 1sec를 시간을 초과하는 전원 차단에 대응하여 전원 실패 신호를 시스템 제어부로 통지하며, 시스템 제어부는 전원 실패 신호의 통지에 응답하여 플라즈마 프로세싱을 중단하기 위한 시스템 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기에서 발생된 활성 가스를 수용하여 플라즈마 처리를 수행하는 프로세스 챔버를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 무선 주파수 발생기는 무선 주파수 전력을 발생하기 위한 무선 주파수 발생 회로와 무선 주파수 발생기를 제어하는 제어부 및 외부 통신을 위한 입출력 포트를 포함하고, 제어부는: 플라즈마 반응기의 동작 중에 전원 차단이 발생되면; 1 sec 이내의 전원 차단에 대하여 전원 실패 신호를 발생하지 않고 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급하며; 1sec를 초과하는 전원 차단에 대하여 전원 실패 신호를 발생하고, 이 후 재시작 신호의 입력에 응답하여 무선 주파수 출력을 재개하도록 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 무선 주파수 발생 회로는 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 무선 주파수 발생 회로는 하나 이상의 하프 브리지 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기는: 플라즈마 방전실을 갖는 반응기 몸체; 플라즈마 방전실에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 반응기 몸체에 장착되는 마그네틱 코어 및 일차 권선을 갖는 변압기; 및 일차 권선에 전기적으로 연결되며, 무선 주파수 발생기로부터 공급되는 무선 주파수를 받아들이기 위한 무선 주파수 입력단을 포함하고, 일차 권선의 구동 전류는 변압기의 이차 회로를 완성하는 유도 결합된 플라즈마를 형성하는 플라즈마 방전실의 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도한다.
일 실시예에 있어서, 반응기 몸체는 금속 물질을 포함하고, 에디 전류를 최소화하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전실 내부의 플라즈마 점화를 돕는 자유 전하를 발생시키는 점화 전극과 점화 전극으로 점화 전력을 공급하는 점화 전원 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 반응기 몸체는: 반응기 몸체의 온도를 제어하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 채널; 냉각 채널의 냉각 유체 흐름의 비정상 상태를 감지하기 위한 냉각 오류 발생 감지부; 반응기 몸체의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 제어를 수행하는 시스템 제어부를 포함하고, 시스템 제어부는 냉각 오류 발생 감지부 또는 온도 감지 센서를 통해서 입력되는 감지 데이터에 기초하여 반응기의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기는 프로세스 챔버에 장착 가능한 고정 형으로 구성되고, 무선 주파수 발생기는 플라즈마 반응기와 분리 가능한 분리형으로 구성되며, 무선 주파수 발생기의 출력단과 플라즈마 반응기의 무선 주파수 입력단은 무선 주파수 케이블에 의해 상호 원격으로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 시스템(200)은 입력 가스를 받아들여 플라즈마 발생하는 플라즈마 반응기(300)와 무선 주파수 발생기(400)를 구비한다. 플라즈마 반응기(300)는 프로세스 챔버(600)에 장착된다. 예를 들어, 프로세스 챔버(600)의 천정 외측에 장착될 수 있다. 플 라즈마 반응기(300)는 무선 주파수 발생기(400)로부터 무선 주파수를 제공받고, 가스 공급 시스템(700)에 의해 가스를 공급받아 플라즈마를 발생한다.
프로세스 챔버(600)는 플라즈마 반응기(300)에서 발생된 활성 가스를 수용하여 플라즈마 처리를 수행한다. 프로세스 챔버(600)는 예를 들어, 증착 공정을 수행하는 증착 챔버이거나, 식각 공정을 수행하는 식각 챔버 일 수 있다. 또는 포토레지스트를 스트립핑하기 위한 에싱 챔버일 수 있다. 이외에도 다양한 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버일 수 있다.
가스 공급 시스템(700)은 다양한 종류의 가스 공급원(730)과 다수의 유량 제어기(710)를 구비한다. 플라즈마 반응기(300)로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 프로세스 챔버(600)로 공급되는 가스는 프로세스 챔버(600)에서 수행되는 공정에 따라 가스 공급 시스템(700)으로부터 다양한 가스가 선택되어 공급된다.
냉각수 공급원(800)은 플라즈마 반응기(300)와 무선 주파수 발생기(400)로 냉각수를 공급한다. 시스템 제어부(500)는 플라즈마 프로세싱 시스템(200)의 제어를 수행한다.
도 2는 무선 주파수 발생기의 회로 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하여, 무선 주파수 발생기(400)는 무선 주파수 전력을 발생하기 위한 무선 주파수 발생 회로(401)와 무선 주파수 발생기의 전반을 제어하는 제어부(470) 및 외부 통신을 위한 입출력 포트(480)를 포함한다. 그리고 동작 상태를 표시하기 위한 디스플레이(482)와 동작을 지시하기 위한 제어 패널(484)을 구비한다.
구체적으로, 무선 주파수 발생 회로(401)는 교류 전원(402)을 입력받아 정류하는 정류기(404), 정류된 전원을 무선 주파수로 변환하는 무선 주파수 변환기(410), 무선 주파수를 출력하는 무선 주파수 출력단(450), 무선 주파수 변환기(410)와 무선 주파수 출력단(450) 사이에 연결되는 저역 통과 필터(440), 무선 주파수 변환기와(410) 저역 통과 필터(440) 사이에 연결되는 파워 결합기(430), 무선 주파수의 진행파와 반사파, 임피던스, 및 위상을 검출하는 센서 회로(460)를 포함한다. 무선 주파수 변환기(410)는 하나 이상의 스위칭 반도체 장치로 구성되는 하나 이상의 하프 브리지 회로(420a, 420b)로 구성된다. 입출력 포트(480)는 제어부(470)와 시스템 제어부(500) 사이에 연결된다.
제어부(470)는 센서 회로(460)를 통해서 무선 주파수의 진행파와 반사파, 임피던스, 및 위상을 검출하고 무선 주파수 변환기(410)의 전류 값을 검출하여 무선 주파수 변환기(410)의 구동을 제어한다.
특히, 제어부(470)는 순간 정전과 같은 원인에 의하여 예컨대 1sec 이내로 발생되는 교류 전원(402)의 전원 차단에 대하여 플라즈마 반응기(300)의 플라즈마 발생을 정지시키지 않도록 제어하여 안정적인 플라즈마 발생이 이루어 질 수 있도록 한다. 플라즈마 반응기(300)의 동작 중에 발생되는 1sec 이내의 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급한다. 즉, 제어부(470)는 플라즈마 반응기의 동작 중에 전원 차단이 발생되면, 1 sec 이내의 전원 차단에 대하여 전원 실패 신호를 발생하지 않고 전원 복귀 후 플라즈마 반응기(300)의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급한다.
그러나 제어부(470)는 전원 상태를 감시하여 1sec를 초과하는 외부 전원의 차단시 전원 실패 신호를 발생하여 입출력 포트(480)를 통하여 출력한다. 그리고 시스템 제어부(500)에서 제공되는 재시작 신호의 입력에 응답하여 무선 주파수 출력을 재개하도록 제어한다.
도 3은 플라즈마 반응기의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하여, 플라즈마 반응기(300)는 플라즈마 방전실(315)을 갖는 반응기 몸체(310)를 구비한다. 변압기(320)는 플라즈마 방전실(315)에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 반응기 몸체에 장착되는 마그네틱 코어(321) 및 일차 권선(322)을 갖는다. 무선 주파수 입력단(390)은 일차 권선(322)에 전기적으로 연결되며, 무선 주파수 발생기(400)에서 공급되는 무선 주파수를 받아들인다. 일차 권선(322)의 구동 전류는 변압기(320)의 이차 회로를 완성하는 토로이달형의 유도 결합된 플라즈마(P)를 형성하는 플라즈마 방전실(315)의 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도한다.
반응기 몸체(310)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속물질로 재작된다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(310)를 석영, 세라믹과 같은 절연물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재 작될 수 있다. 반응기 몸체(310)가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 최소화하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역(380)을 포함한다. 절연 영역(380)은 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작된다.
플라즈마 반응기(300)는 플라즈마 방전실(315) 내부의 플라즈마 점화를 돕는 자유 전하를 발생시키기 위하여 점화 전극(370)과 점화 전극(370)으로 점화 전력을 공급하는 점화 전원 회로(330)를 포함한다. 점화 전원 회로(330)는 무선 주파수 입력단(390)을 통해 입력되는 무선 주파수 전력을 이용하여 점화 전력을 발생한다. 점화 전극(370)은 반응기 몸체(310)의 상부에 장착된다.
반응기 몸체(310)는 전체적으로 토로이달 플라즈마(P)에 적합한 구조적 형상을 갖는다. 반응기 몸체의 상부측으로 가스 입구(340)가 개구되어 있으며, 점화 전극(370)에 가깝게 구성된다. 반응기 몸체(310)의 하부에는 활성 가스가 출력되는 가스 출구(350)가 구성된다. 가스 출구(350)는 특별히 황동 재질로 재작되거나 스텐이리스 스틸로 구성될 수 있다.
반응기 몸체(310)는 반응기 몸체(310)의 온도를 제어하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 채널(미도시)이 구비된다. 그리고 냉각 채널의 냉각 유체 흐름의 비정상 상태를 감지하기 위한 냉각 오류 발생 감지부(미도시)를 구비한다. 또한 반응기 몸체(310)의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서(360)를 구비한다. 온도 감지 센서(360)는 반응기 몸체(310)에서 가장 온도가 높게 상승되는 가스 출구(350)에 가깝게 설치되는 것이 바람직하다.
시스템 제어부(500)는 냉각 오류 발생 감지부(미도시) 또는 온도 감지 센서(360)를 통해서 입력되는 감지 데이터에 기초하여 플라즈마 반응기(300)의 온도를 제어한다. 그리고 냉각 오류가 발생되는 경우에는 플라즈마 반응기를 동작 시키지 않는다.
특별히, 플라즈마 반응기(300)와 무선 주파수 발생기(400)는 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(300)는 프로세스 챔버(600)에 장착 가능한 고정형으로 구성되고, 무선 주파수 발생기(400)는 플라즈마 반응기와 분리 가능한 분리형으로 구성된다. 그리고 무선 주파수 발생기(400)의 출력단(450)과 플라즈마 반응기(300)의 무선 주파수 입력단(390)은 무선 주파수 케이블(455)에 의해 상호 원격으로 연결된다. 그럼으로 종래와 같이 무선 주파수 발생기와 플라즈마 반응기가 하나의 유닛으로 구성되는 것과 달리 프로세스 챔버(600)에 설치가 매우 용이하게 설치할 수 있으며 시스템의 유지 관리 효율을 높일 수 있다.
도 4는 플라즈마 처리 시스템에서 수행되는 일예로서 세정 프로세스를 예시적으로 설명하기 위한 프로우 차트이다.
도 4를 참조하여, 단계 S100에서 세정 프로세스가 개시된다. 단계 S10에서 냉각수가 정상적으로 공급되는지를 점검한다. 이때, 냉각수가 정상적으로 공급되지 않으면 세정 프로세스는 진행되지 않는다.
단계 S120에서 정화 가스(purge gas)를 공급하여 플라즈마 반응기(300)의 반응관 내부를 정화한다. 단계 S130에서는 플라즈마 반응기(300)로 점화 가스가 공급되면서 점화 기압(예를 들어 1Torr)까지 기본 펌핑이 이루어진다. 이어 단계 S140에서 플라즈마 점화가 이루어진다. 정상적으로 점화가 되지 않은 경우에는 단계 S155에서 시스템 제어부(500)로 에러 메시지가 전송된다.
정상적으로 점화가 이루어지면, 단계 S160에서는 세정 가스가 공급된다. 세정 가스는 플라즈마 반응기(300)에서 활성 가스로 분해되어 프로세스 챔버(600)로 공급된다. 단계 S170에서는 활성 가스에 의해서 챔버의 세정이 이루어진다. 단계 S200에서는 공정 진행 상태를 모니터링과 함께 시스템 감시가 이루어진다. 챔버 세정이 완료되면 단계 S180에서는 플라즈마 반응기(300)가 오프되고, 가스 공급이 중단된다.
이와 같은 챔버 세정 프로세스에서 세정이 이루어지는 공정에서와 같이 플라즈마 반응기가 동작 중일 때, 플라즈마가 안정적으로 유지되는 것이 매우 중요하다. 만일, 플라즈마가 오프된 상태에서 무선 주파수가 공급되면 심각한 손상이 발생하게 된다. 그럼으로 종래에는 플라즈마가 오프되면 무선 주파수의 공급을 차단하고 프로세스 진행을 중지하게 된다.
그러나 본 발명에서는 시스템 감시 단계 200에서 특별히, 플라즈마 반응기(300)에서 전원 차단에 의해서 플라즈마가 오프되는 경우 순간적인 정전이 발생되는 경우 1sec 이내의 순간 정전에 대해서는 안정적으로 플라즈마 반응기(300)에서 플라즈마가 유지될 수 있도록 한다.
도 5는 전원 차단에 대응하는 제어 수순을 보여주는 프로우 차트이다.
도 5를 참조하여, 무선 주파수 발생기(400)의 제어부(470)는 전원 차단 발생시 다음과 같은 대응 프로세스를 진행한다. 단계 S210에서 전원 차단이 감지되면, 단계 S220에서는 전원 차단 시간을 카운팅한다. 단계 S230에서는 전원 차단 시간이 예컨대, 1sec를 초과하는지 판단한다. 단계 S240에서 1sec 이내에서 다시 전원이 복귀되면 단계 S260에서 무선 주파수의 공급이 재개된다. 그러나 1sec를 초과하는 전원 차단이 발생되면 단계 S250에서 전원 실패 신호가 발생되어 시스템 제어부(500)로 통지된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에서 순간 전원 차단에 대한 대응 방식을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 8은 종래의 플라즈마 처리 시스템에서의 순간 전원 차단에 대한 대응 방식을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 1sec 이내의 순간 전원 차단이 발생되면 전원 복귀와 함께 다시 무선 주파수 전력이 정상적으로 공급된다. 그러나 도 7에 도시된 바와 같이, 1sec를 초과하는 전원 차단에 대해서는 전원이 복귀되어도 무선 주파수는 출력되지 않는다.
그러나 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 프로세싱 시스템에서는 1sec 이내의 전원 차단시에도 전원 실패 신호를 발생한다. 즉, 전원 차단이 발생되는 시점에서 즉각적으로 전원 차단 신호를 발생하게 된다. 그럼으로 순간 정전과 같은 순간 전원 차단에 대하여 플라즈마 프로세싱이 중지되게 된다. 그러나 본 발명에서는 1sec 이내의 순간 전원 차단에서는 플라즈마 프로세싱을 중단 시키지 않고, 전원 복귀와 함께 정상적인 무선 주파수를 공급한다.
이와 같이 순간적인 전원 차단의 발생에 의하며 순간적으로 플라즈마 반응기로 무선 주파수가 전달되지 않더라도 플라즈마 유지되는 것은 본 발명의 플라즈마 반응기(300)가 유도 결합 방식으로서 에너지 전달 효율을 높아서 플라즈마를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법에 의하면, 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있으며, 순간적인 전원 공급의 차단 발생에도 플라즈마 반응기의 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다. 그럼으로 순간 정전과 같은 전원 차단에 대하여 공정 진행이 중단되는 경우를 방지할 수 있어서 생산성 향상을 얻을 수 있다. 이와 더불어 플라즈마 반응기의 설치가 용이하며 높은 시스템의 유지 관리 효율을 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 입력 가스를 받아들여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기;
    플라즈마 반응기로 플라즈마 발생을 위한 무선 주파수 전력을 제공하되, 플라즈마 반응기의 동작 중에 발생 되는 순간 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급하는 무선 주파수 발생기를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 무선 주파수 발생기는 1sec를 초과하는 전원 차단에 대응하여 전원 복귀 후 무선 주파수 전력을 플라즈마 반응기로 출력하지 않는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 제어를 수행하는 시스템 제어부를 포함하고,
    무선 주파수 발생기는 1sec를 초과하는 전원 차단에 대응하여 전원 실패 신호를 시스템 제어부로 통지하며, 시스템 제어부는 전원 실패 신호의 통지에 응답하여 플라즈마 프로세싱을 중단하기 위한 시스템 제어를 수행하는 단계를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 플라즈마 반응기에서 발생된 활성 가스를 수용하여 플라즈마 처리를 수행하는 프로세스 챔버를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 무선 주파수 발생기는 무선 주파수 전력을 발생하기 위한 무선 주파수 발생 회로와 무선 주파수 발생기를 제어하는 제어부 및 외부 통신을 위한 입출력 포트를 포함하고, 제어부는:
    플라즈마 반응기의 동작 중에 순간 전원 차단이 발생 되면;
    1sec 이내의 전원 차단에 대하여 전원 실패 신호를 발생하지 않고 전원 복귀 후 플라즈마 반응기의 동작 중단 없이 무선 주파수 전력을 다시 공급하며;
    1sec를 초과하는 전원 차단에 대하여 전원 실패 신호를 발생하고, 이 후 재시작 신호의 입력에 응답하여 무선 주파수 출력을 재개하도록 제어하는 단계를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 무선 주파수 발생 회로는 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 무선 주파수 발생 회로는 하나 이상의 하프 브리지 회로를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 플라즈마 반응기는:
    플라즈마 방전실을 갖는 반응기 몸체;
    플라즈마 방전실에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 반응기 몸체에 장착되는 마그네틱 코어 및 일차 권선을 갖는 변압기; 및
    일차 권선에 전기적으로 연결되며, 무선 주파수 발생기로부터 공급되는 무선 주파수를 받아들이기 위한 무선 주파수 입력단을 포함하고,
    일차 권선의 구동 전류는 변압기의 이차 회로를 완성하는 유도 결합된 플라즈마를 형성하는 플라즈마 방전실의 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 반응기 몸체는 금속 물질을 포함하고, 에디 전류를 최소화하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 플라즈마 방전실 내부의 플라즈마 점화를 돕는 자유 전하를 발생시키는 점화 전극과 점화 전극으로 점화 전력을 공급하는 점화 전원 회로를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 반응기 몸체는:
    반응기 몸체의 온도를 제어하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 채널;
    냉각 채널의 냉각 유체 흐름의 비정상 상태를 감지하기 위한 냉각 오류 발생 감지부;
    반응기 몸체의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 제어를 수행하는 시스템 제어부를 포함하고,
    시스템 제어부는 냉각 오류 발생 감지부 또는 온도 감지 센서를 통해서 입력되는 감지 데이터에 기초하여 반응기의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  13. 제2항에 있어서, 플라즈마 반응기는 프로세스 챔버에 장착 가능한 고정형으로 구성되고, 무선 주파수 발생기는 플라즈마 반응기와 분리 가능한 분리형으로 구성되며,
    무선 주파수 발생기의 출력단과 플라즈마 반응기의 무선 주파수 입력단은 무선 주파수 케이블에 의해 상호 원격으로 연결되는 플라즈마 프로세싱 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 플라즈마 반응기로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 프로세싱 시스템.
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