KR101048635B1 - 플라즈마 프로세서 - Google Patents

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Abstract

진공 플라즈마 프로세서는 챔버의 가스를 워크피스 처리를 위한 플라즈마로 여기시키기 위한 리액티브 임피던스 및 매칭 네트워크 사이에 연결된 전압-전류 검출기를 포함한다. 일정한 논-제로 AC 파라미터는 챔버에서의 전극과 접지 사이에 연결에서 유지된다. 전극과 접지로의 연결은 AC 에너지원이 전극과 DC 결합되지 않도록 하기 위한 것이다.
진공 플라즈마 프로세서, 매칭 네트워크, 리액턴스, 리액티브 임피던스, 논-제로 AC 파라이터

Description

플라즈마 프로세서{PLASMA PROCESSOR}
본 발명은 일반적으로 진공 플라즈마 프로세서 방법들과 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 AC 또는 DC 전원이 전극과 커플링되지 않도록 접지에 연결된 전극 사이에 일정한 논-제로 AC 파라미터(non-zero AC parameter)가 유지되는 진공 플라즈마 프로세서 방법 및 장치에 관한 것이다.
<함께 계류 중인 출원>
본 출원은 "플라즈마 챔버로 정확한 RF 전달을 위한 장치 (Apparatus for Accurate RF Delivery to a Plasma Chamber)"라는 제목을 가진, 2001년 6월 6일에 출원된 가출원번호 60/296,832호의 일부 계속 출원이다.
진공 플라즈마 프로세서들은 일반적으로 반도체, 유전체 및 금속 기판들인 워크피스(workpiece)들상에 물질들을 증착하고 워크피스들로부터 물질들을 에칭하는 데 이용되어 왔다. 가스는 워크피스가 위치된 진공 플라즈마 처리 챔버 안으로 도입된다. 챔버 압력은 일반적으로 0.1에서 1000토르의 범위이다. 가스는 RF 전계 혹은 전자계에 응답하여 RF 플라즈마로 점화된다. RF 필드는 보통 그 가스로 자기 및 정전 RF 필드들을 가스에 커플링하는 코일이나 전극배열인, 리액티브 임피던스 요소에 의해 제공된다. 리액티브 임피던스 요소는 가스가 플라즈마로 점화되도록 충분한 전력 및 RF 주파수를 가지는 RF 소스에 연결된다. 소스와 리액티브 임피던스 요소 사이의 연결들은 일반적으로 RF 소스와 직접 연결된, 상대적으로 긴 케이블을 지난다. 케이블과 리액티브 임피던스 요소 사이의 공진 매칭 네트워크는 일반적으로 소스의 임피던스를 구동하고 있는 부하에 매칭하도록 조정된 적어도 하나의 가변 리액턴스를 포함한다.
소스쪽에서 보여지는 부하는 실질적으로 랜덤하고, 예측할 수 없는 변동들이기 쉽다. 부하는 플라즈마 상태로 가스가 점화되기 전에 상대적으로 높은 임피던스를 가진다. 점화되어지는 플라즈마에 응답하여, 여기된 플라즈마에서 실질적으로 전하 캐리어들, 즉 전자들과 이온들의 존재로 말미암아 부하 임피던스는 떨어진다. 또한 점화된 플라즈마 임피던스는 워크피스의 처리 동안 플라즈마 플럭스(plasma flux), 즉, 플라즈마 밀도와 플라즈마 전하 입자 속도의 프로덕트 (product) 의 변동들에 기인하여 실질적으로 변화한다.
또한 RF 손실들은, 플라즈마 프로세서의 RF 전달 경로, 처리 챔버의 하드웨어 및 접지 경로 임피던스의 물리적인 구성에 의해 영향을 받으며, 플라즈마를 여기시키는 RF 주파수들에서 상당히 변동되기 쉽다. 접지 경로 임피던스는 접지를 형성하는 부분들의 물리적인 구성 및 RF 여기 주파수에서의 접지 경로의 관련된 임피던스에 의해 결정된다. 부하는 단일 워크피스의 처리 동안 이러한 변동들에 영향을 받는다. 또한 부하는, 동일 프로세서가 상이한 워크피스를 처리하는 동안 이러한 변동들에 영향을 받는다. 또한, 부하는, 상이한 프로세서들이 상이한 예측할 수 없는 특성들을 가지기 때문에, 가령 동일한 모델 번호 등의 명목상 동일한 디자인을 갖는 다른 프로세서들 사이의 이러한 변동들에 영향을 받는다. 그 손실들과 임피던스 차이들은 예를 들어 에칭이나 증착율과 같은 프로세서의 실행에 큰 영향을 준다.
이전에는, 매칭 네트워크의 가변 리액턴스 및 RF 소스의 출력 전력의 제어는 랜덤하고 예측 불가능한 변동들에 대해 적절한 보상을 제공할 수 있을 것이라고 여겨졌다. 매칭 네트워크의 가변 리액턴스는 RF 소스 출력 임피던스와 부하 임피던스 사이의 임피던스 매치 및 공진을 유지하기 위해 제어된다.
또한, 제어는 매칭 네트워크와 리액티브 임피던스 요소 사이에 연결된 전압 프로브에 응답하여 빈번하게 제공된다. 전압 프로브는, 챔버의 금속 벽이 유지되는 전위인, 예컨데 접지와 같은, 기준 전위와 리액티브 임피던스 요소 사이에 RF 전압을 유도한다. 기준 전위와 리액티브 임피던스 요소 사이의 RF 전압을 나타내는 신호는, 챔버와 매칭 네트워크로부터 떨어져 있는, RF 소스의 출력 파라미터를 위한 컨트롤러에 커플링된다. 컨트롤러는 통상 RF 소스의 일부이고, RF 소스에 연결된 케이블의 일단에 적용된 RF 소스의 전류 및 전압에 대한 모니터를 포함한다. 매칭 네트워크와 리액티브 임피던스 요소 사이에 결합된 전압 프로브로부터 혹은 RF 소스의 전압 모니터로부터, 모니터링된 전류와 전압은 RF 소스의 출력 전력을 소정의 셋포인트로 제어하기 위해 결합된다.
RF소스의 컨트롤러에서 모니터링된 전류는 리액티브 임피던스 요소 및 부하에서 흐르는 전류의 정확한 레플리카 (replica) 임이 가정되었다. 본 출원의 발명가는, RF 소스와 매칭 네트워크 사이에 연결된 케이블의 손실 효과들과 다른 관련된 손실들 때문에, 그 가정은 타당하지 않다는 것을 명확하게 인식하게 되었다. 또한, 전술한 부하 변동들은 이 가정과 반대의 효과를 갖는다. 이 타당하지 않은 가정때문에, 프로세서 실행 상에서 반대의 효과로 귀착됨으로 인하여, 처리 중에 요망되는 전력이 플라즈마로 실제로 공급되지 않은 경우가 많다.
본 발명에 따라, 플라즈마 프로세서는 워크피스를 처리하기 위한 진공 플라즈마 챔버를 포함하고, 여기에서 챔버는, 챔버안에서 가스와 전기적인 커플링을 위한 리액티브 임피던스 요소, 및 AC 또는 DC 전원이 전극과 DC 커플링되지 않도록 AC 접지로의 연결을 갖는 전극을 포함한다. 전극의 AC 접지로의 연결에 있어서 한정된, 논-제로 AC 전압(non-zero AC voltage)이 전극과 AC 접지사이에서 나타나는 경향을 갖도록 하기 위한 것이다. 일정하고 한정된 논-제로 AC 파라미터가, 바람직하게 전압이, 연결에서 전극과 AC 접지 사이에 유지되는 동안, 챔버안에서 플라즈마로 가스를 여기시키기 위하여 상기 리액티브 임피던스 요소에 충분한 전력이 공급된다.
바람직하게 일정한 전압은, 전극과 접지 사이의 AC 전압 및/혹은 전극과 접지 사이에 흐르는 AC 전류를 검출하는 것을 통해, 연결에서 전극과 AC 접지 사이에 유지된다. 연결에서 검출된 전압 및/혹은 전류에 응답하여, 연결에서 전극과 접지사이의 AC 임피던스는 실질적으로 일정하고, 한정된 논-제로 AC 파라미터를 제공하도록 제어된다.
바람직한 일 실시예에서, AC 임피던스는 연결에서 검출된 전압 및/혹은 전류에 의해 제어되는 값을 가지는 가변 리액턴스, 바람직하게 인덕터 및/혹은 저항, 및/혹은 캐패시터를 포함한다. 연결에서 검출된 전압 및/혹은 전류는, (1) 인덕터, 캐패시터, 혹은 저항, 혹은 그것들의 결합이, 연결의 일부인지를 제어하는 데 이용되고 (2) 연결된 임피던스(들)의 값(들)을 제어하는 데 이용된다.
앞에서 언급한 결과로써, 접지 임피던스는 일정한 값으로 유지되어 플라즈마로 전달되는 전력을 정확하게 제어하는 것을 돕는다. 이와 함께, 전달되는 전력의 정확한 제어 및 일정값으로 접지 임피던스를 유지하는 것은 프로세서의 유저가 프로세서 실행상에 큰 영향을 가지는 다수의 ACRF 파라미터들에 대해 거의 완전한 제어를 할 수 있도록 해 준다. 이는 동일 프로세스를 진행하는 다중 프로세서들을 매칭할 때 및 장 시간 이상 동일 프로세서들에 대한 프로세스 안정성을 유지할 때에 특히 유익하다. 전달되는 전력를 정확하게 제어하는 것과 일정값으로 접지 임피던스를 유지하는 것의 원리들은 명목상 동일 타입의 프로세서들을 제조하는 동안 일정한 특성들을 유지하는 데에도 이용될 수 있다. 프로세서의 AC 특성들은, 엔드 유저(end-user)에게 프로세서들을 수송하기전에, 프로세서들의 제조 동안에 실행을 보증하기 위해 정확하게 측정되고 조절될 수 있다.
연결에서 전극과 AC 접지 사이의 일정하고 한정된 논-제로 AC 파라미터를 유지하는 플라즈마 프로세서들은, 리액티브 임피던스와 여기된 플라즈마를 포함하는 부하에 걸쳐 일정한 전력을 유지하는 리액티브 임피던스 요소를 구동하는 AC 소스를 제어하기 위한 설비들을 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 필수적인 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께, 구체적인 실시예가 상세히 기재되어 있는 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 진공 플라즈마 프로세서의 바람직한 실시예의 블럭도이다.
도 2는 도 1의 프로세서에 포함되는 가변 임피던스의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 챔버 15 : 워크피스
17 : RF 소스 20 : 프로브
24 : 오실레이터 26 : RF 증폭기
28 : 케이블 30 : 매칭 네트워크
42 : 마이크로프로세서 44 : EPROM
도 1은 RF 플라즈마 방전이 사이에서 여기되는 병렬 금속 전극 판들(12 및 14)을 포함하는 진공 플라즈마 처리 챔버(10)가 도시된다. 플라즈마는, 챔버(10)의 상부에 장착되고, 가스 소스(미도시)로부터 가스에 RF 에너지를 공급하는 RF 여기 리액턴스로서 기능하는 판(12)에 의해 유도된다. 챔버(10)는 적절한 진공 펌프(미도시)에 의해 0.1에서 1000토르(torr)의 범위에서 진공으로 유지된다. 일반적으로 반도체, 유리 혹은 금속 기판인, 워크피스(15)는 챔버(10)의 하부에서 판(14)상에 마운트된다. 워크피스(15)는 플라즈마에서 전하 입자들, 즉, 전자들과 이온들과 중성입자들에 의해 처리되므로, 워크피스는 에칭되고/되거나 물질이 워크피스 상에 증착된다. 플라즈마 방전과 판(12)은 RF 소스(17)와 그것에 의해 구동되는 회로 요소들에 대해 부하를 형성한다. 판(14)을 통해 흐르는 냉각 가스를 공급하여 워크피스(15)를 냉각하는 것이 필요하다면, 판(14)은 가공물을 위한 척을 포함한다. 척이 사용되면, DC 척킹(chucking) 전압 소스(미도시)에 응답하는 정전 척이 바람직하다.
낮은 RF 임피던스를 가지는 RF 연결(16)은 판(14)과 접지 단부(18)사이에 제공된다. 연결(16)은 그것에 직접 연결되거나 커플링되는 RF 여기 소스를 가지고 있지 않지만, 그러한 소스가 제공된다면, DC 척킹 전압 소스가 포함될 수 있다. 연결(16)은 그것에 직접 연결되거나 커플링되는 RF 여기 소스를 가지고 있지 않다는 것 및 연결(16)이 판(14)과 접지 단부(18)사이의 상대적으로 높은 도전성 경로를 갖는다는 사실에도 불구하고, 종래의 프로세서 기술에서는 판(14)과 접지 단부(18)사이의 연결(16)내에서 랜덤하고 가변적인 전압들이 나타나는 경향이 있음을 발견하였다. 이 랜덤하고 가변적인 전압은 워크피스(15)의 일관된 처리를 제공에 대하여 악영향을 끼친다.
이 문제를 극복하기 위해, 일정한 전압이 판(14)과 접지 단부(18)사이의 연결(16)에서 유지되는 것이다. 이 일정한 전압은 판(14) 바로 아래의 챔버(10)의 외부에 전압-전류 프로브(20)를 설치함에 의해 유지된다. 프로브(20)는 연결(16)의 리드선과 전기적으로 그리고 자기적으로 커플링되도록 설치된다. 프로브(20)는, 각각 판(14)과 접지 단자(18)사이의 RF 전압 및 판(14)과 접지 단자(18)사이의 연결(16)에 흐르는 RF 전류의 레플리카들인 제 1 및 제 2 신호들을 유도한다. 더욱이, 연결(16)에는 판(14)과 접지 단자(18)사이의 일정하고 한정된 논-제로 RF 전압을 유지하기 위해 제 1 및 제 2 신호들의 작용에 응답하여 조절되는 가변 RF 임피던스가 제공된다.
RF 소스(17)는 일반적으로 13.56㎒의 주파수를 가지는, 고정 주파수 RF 오실레이터(24) 및, 오실레이터(24)의 출력에 응답하도록 연결된 전력 입력 단자와 가변 이득 제어 입력 단자를 가지는, 가변 전력 RF 증폭기(26)를 포함한다. 증폭기(26)는 일반적으로 1-4 킬로와트(kiolwatts) 범위내에서 요망된 셋포인트 값을 가지는, 상대적으로 높은 오실레이터(24)의 주파수에서 전력 RF 출력을 유도한다. 오실레이터(24)의 주파수에서, 증폭기(26)의 출력은, 상대적으로 긴(예컨대, 13피트) 동축 케이블(28의 일단에 연결되고, 동축 케이블(28)의 타단은 판(12)에 RF 전력을 공급하도록 연결된 출력 단자를 가지는 매칭 네트워크(30)의 입력 단자에 연결된다.
따라서, 케이블(28)은 오실레이터(24)의 주파수의 적어도 몇몇의 파장들인 길이를 가지고, 상당한 RF 손실들이 2 개의 대향단 사이에 일어나게 한다. 케이블(28)의 길이 및 이들 손실들의 결과로, RF 소스(17)로부터 케이블(28)안으로 흐르는 RF 전류는 매칭 네트워크(30)가 판(12)에 공급하는 RF 전류와 다르다.
판(12)과 접지 단자(18) 사이의 RF 전압, 및 소스(17)가 판(12)에 공급하는 RF 전류를 정확하게 모니터링하기 위해, 전압-전류 프로브(32)는, 판(12) 바로 위의 챔버(10)의 외부 표면에 매우 근접(오실레이터(24)의 주파수 파장의 1/8내로)한 위치 위 또는 안에 설치된다. 전압-전류 프로브(32)는 판(12)과 매칭 네트워크(30)의 출력 사이에 연결되는 리드(34)에 전기적 및 자기적으로 커플링되어, 각각 판(12)과 접지 단자(18)사이의 RF 전압 및 리드(34)에 흐르는 RF 전류의 레플리카들인 제3 및 제4 신호들을 각각 유도한다.
매칭 네트워크(30)는 적어도 조절되는 한 쌍의 가변 리액턴스를 포함하며, 따라서, 가변 전력 RF 증폭기(26)의 출력 임피던스와 판(12)에 의해 형성된 부하 및 판에 의해 여기된 플라즈마의 임피던스 사이에 임피던스 매칭이 존재한다. 매칭 네트워크(30)의 가변 리액턴스들은, 내부의 컨덕터와 케이블(28)의 접지 사이의 전압 및 케이블안으로 흐르는 전류에 응답되도록 전기적으로 그리고 자기적으로 커플링되는 전압-전류 프로브(36)의 출력 신호들의 작용에 응답하여 DC 모터들(33, 35)에 의해 조절된다. 프로브들(20, 32)과 같이, 프로브(36)는 프로브가 검출하는 RF 전압 및 전류의 레플리카인 출력 신호들을 유도한다.
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바람직한 일 실시예에서, 공진 매칭 네트워크(30)는 챔버(10)의 외부에 설치되고 고정 캐패시터에 직렬로 연결된, 가변 인덕턴스 1차 권선을 가지는 변압기를 포함한다. 변압기는 가변 튜닝 베인(variable tuning vane)에 자기적으로 커플링된 2차 권선을 포함한다. 매칭 네트워크(30)의 RF 출력은 선(34)에 직렬로 연결된, DC 블로킹(blocking) 캐패시터(37)를 통해 판(10)에 커플링된다. 캐패시터(37) 또한 챔버(10)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다. DC 모터들(33, 35)은 출력 신호들에 응답하여 매칭 네트워크 튜닝 베인 및 매칭 네트워크(30)의 1차 권선의 인덕턴스를 제어한다.
마이크로프로세서(42), 전자적으로 프로그램가능한 리드-온리 메모리(EPROM)(44), 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(46)를 포함하는, 컨트롤러(40)는 프로브 (20, 32, 및 36) 의 출력 신호에 응답하여, (1) 가변 임피던스(22)에 걸쳐 유지되어지는 일정한 RF 전압 및/혹은 가변 임피던스(22)를 통해 흐르는 일정한 RF 전류 혹은 연결(16)에서 소모되는 RF 전력, (2) 가변 전력 RF 증폭기(26)의 전력 이득(그리고 따라서 출력 전력), 및 (3) DC 모터들(33, 35)에 인가되는 전압들을 제어하기 위한 신호들을 유도한다. 컨트롤러(40)가 DC 모터들(33, 35)에 인가하는 신호들은 매칭 네트워크(30)의 가변 리액턴스들, 그리고 따라서 네트워크(30)의 공진 및 증폭기(26)의 출력 임피던스와 그것이 구동하는 부하 사이의 임피던스 매칭을 제어한다.
또한 컨트롤러(40)는 판(12)과 접지 단자(18)사이의 임피던스(22)를 제어하기 위한 신호들을 유도하여, 통상 전압인, 미리 결정된 일정한 RF 파라미터가 연결(16)에서 유지된다. EPROM(44)은, (1) 판(12)으로부터 접지 단자(18)로의 요망된 전력 RF 부하, 및 (2) 연결(16)에서 판(14)과 접지 단자(18)사이에 유지되어지는 요망된 일정한 RF 전압을 위한 셋포인트 신호들을 저장한다. 다르게는, EPROM(44)은, 판(14)과 접지 단자(18)사이의 연결(16)에서 흐르는 일정한 RF 전류를 위한 셋포인트 신호, 혹은 연결(16)과 관련되는 양쪽의 일정한 RF 전류와 일정한 RF 전압을 위한 셋포인트 신호들을 저장한다.
마이크로프로세서(42)는 프로브(32)가 유도한 전압 및 전류 레플리카에 응답하여, V1I1cosθ에 따라 판(12)과 접지 단자(18)사이의 부하에서 소모되는 전력을 계산한다. 여기서,
V1은 프로브(32)가 검출하는 전압,
I1은 프로브(32)가 검출하는 전류, 및
θ는 프로브(32)가 검출하는 전압과 전류 사이의 위상각이다.
마이크로프로세서(42)는 증폭기(26)의 출력 전력 및 전력 이득을 위한 제어 신호를 유도하기 위해, EPROM(44)에 저장된 바와 같이, 전력의 셋포인트 값과 계산된 전력을 비교한다. 그에 의해, 증폭기(26)가 케이블(28)에 공급하는 RF 전력은, EPROM(44)이 저장한 셋포인트에서 판(12) 및 접지 단자(18)사이의 RF 전력을 일정하게 유지하기 위해 제어된다.
다르게는, 마이크로프로세서(42)는, RF 소스(17)가 케이블(28)의 일단에 인가하는 전압을 조절하기 위해 프로브(32)가 유도하는 레플리카들의 전압 크기 및 위상각에 응답할 수 있다. 또는, 마이크로프로세서(42)는 RF 소스(17)가 케이블(28)에 인가하는 RF 전류를 조절할 수 있다. 가변 전류 증폭기가 제어된다면, 마이크로프로세서(42)는 프로브가 유도하는 전류 레플리카 및 프로브가 유도하는 복제들 사이의 위상각에 응답한다. 케이블에 인가된 전력보다, RF 소스(17)가 케이블(28)에 인가하는 전압 또는 전류가 제어되면, 가변 전압 또는 가변 전류 증폭기들이 RF 소스(17)의 가변 전력 증폭기(26)를 각각 대체한다.
마이크로프로세서(42)는, DC 모터들(33, 35)을 제어하여 종래의 방식으로 매칭 네트워크(30)의 가변 리액턴스들을 제어하기 위해 프로브(36)의 출력 신호들에 응답한다. 또한 마이크로프로세서(42)는, 가변 임피던스(22)의 특성 및 크기를 제어하기 위하여 프로브(20)가 유도하는 전압 및 전류 레플리카들의 크기 및 위상각에 응답한다. 마이크로프로세서(42)는, 연결(16)에서 가변 임피던스(22) 중 하나 이상의 적절한 임피던스들을 연결하기 위하여, 그리고 하나 이상의 임피던스들의 값들을 제어하기 위하여 프로브(20)가 유도하는 전압 및 전류 레플리카들에 순환 방식으로 응답한다.
도 2는 가변 임피던스(22)의 바람직한 구성의 개략도이다. 가변 임피던스(22)는 (스위치(60)에 통합된) 스위치 컨택트들(47), 가변 인덕터(48), 가변 캐패시터(50) 및 가변 저항(52)을 각각 포함하는, 4개의 개별적 브랜치들을 포함한다. 인덕터(48), 캐패시터(50) 및 저항(52)은 마이크로프로세서(42)로부터 신호들에 응답하여 DC 모터들(54, 56, 58)에 의해 각각 제어되는 값들을 가지고, 컨택트들(47)은 연결(16)에서 브랜치(들)가 연결되어지도록 결정되어질 때 초기에 닫힌다. 각 컨택트들(47), 인덕터(48), 캐패시터(50) 및 저항(52)의 일 단자는 접지에 연결되고 이 요소들의 다른 단자는 선택적으로 전압-전류 프로브(20)를 지나 판(14)에 교대로 연결되어, 스위치(60)에 의해 단자(62)에 연결된다.
스위치(60)는, 컨택트들(47) 및 다른 컨택트들(미도시)과, 컨택트들(47), 인덕터(48), 캐패시터(50), 및 저항(52)의 단자(62)에로의 연결들을 위한 8가지의 다른 조합을 제공하기 위해 마이크로프로세서(42)가 유도하는 3-비트 신호에 응답하는 3개의 입력 단자들을 포함한다. 임피던스 요소들(48, 50, 52)은 각각, 컨택트들(47)이외의 스위치(60)의 다른 컨택트들에 의해 단자(62)에 동시에 개별적으로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 요소들은 단자(62)에 병렬 쌍들로 연결될 수 있거나 3개의 모든 임피던스 요소들은 단자(62)에 병렬로 연결되어질 수 있다. 초기에, 컨택트들(47)이 닫혀 임피던스(22)가 쇼트회로가 되도록 스위치(60)가 설정된다.
EPROM(44)은 연결(16)에 관련되는 RF 파라미터를 위한 요망된 셋포인트 값을 저장한다. 보통 파라미터는 판(14)과 접지 단자(18)사이의 RF 전압이지만, 파라미터는 연결(16)에 흐르는 RF 전류 또는 연결에서 소모되는 RF 전력일 수 있다. 셋포인트의 통상적인 값은 (20 + j0) 볼트이고 특정 실시예는 RF 전압과 연관되어 설명된다.
초기에, 마이크로프로세서(42)는, 프로브(20)가 유도하는 전압 및 전류 레플리카사이의 위상각과 전압 레플리카의 크기에 기초하여, 판(14)과 접지 단자(18)사이의 초기 복소 전압을 계산하기 위해 임피던스(22)가 쇼트 회로일 때, 프로브(20)가 유도하는 레플리카에 응답한다. 마이크로프로세서(42)는 초기의 위상각이 0인지 여부, 또는 전압위상각이 전류를 앞서는지 또는 전류가 전압을 앞서는지 여부를 초기의 복소 전압으로부터 판정한다.
마이크로프로세서(42)가 위상 판정을 한 후, 컨택트(47)들을 개방하는 것에 의해 임피던스(22)의 쇼트 회로를 제거한다. 프로브(20)가 유도한 전압 및 전류 레플리카들 사이의 초기 위상각이 0이면, 마이크로프로세서(42)는 단자(62)와 접지 사이의 회로에서 저항(52)만 연결하기 위해 스위치(60)를 활성하는 신호를 공급한다. 이 연결은 판(14)과 접지 단자(18)사이의 셋포인트 전압이 임피던스(22)에 리액티브 요소없이 이루어질 수 있다. 프로브(20)가 유도한 초기의 전압 및 전류 레플리카들이 전압이 전류를 앞서는 것을 나타낸다면, 마이크로프로세서(42)는 단자(62)와 접지 사이에 캐패시터(50) 및 가능하다면 저항(52)을 연결하도록 스위치(60)를 활성화한다. 그러나, 프로브(20)가 유도한 레플리카들이 전압이 전류에 뒤지는 것을 나타내면, 마이크로프로세서(42)는 단자(62)와 접지 사이의 회로에서 인덕터(48) 및 가능하다면 저항(52)을 연결하도록 스위치(60)를 제어한다.
임피던스 요소들(48, 50, 52)사이의 적절한 연결(들)이 스위치(60)를 통해 형성된 후, 마이크로프로세서(42)는 단자(62)와 접지 사이의 회로에서 연결된 임피던스 요소(들)(48, 50, 52)의 값(들)을 제어하기 위해 모터들(54, 56, 58) 중 하나 이상에 신호들을 공급한다. 마이크로프로세서로 하여금 판(14)과 접지 단자(18)사이의 요망된, 셋포인트 전압과 동등한 복소 전압을 계산하도록 하는 전류 및 전압 레플리카들을 프로브(20)가 마이크로프로세서(42)에 공급할 때까지, 신호들은 스위치(60)와 모터들(54, 56, 58)에 순환적으로 공급된다.
증폭기(26)와 가변 임피던스(22)의 제어는 예를 들어 주조에서 단일의 워크피스의 처리 중 실행된다. 더욱이, 증폭기(26)와 가변 임피던스(22)의 제어는 다른 워크피스들이 주조에서 처리되어질동안 실행된다. 게다가, 증폭기(26)와 가변 임피던스(22)의 제어는, 명목상 동일한 타입의 상이한 프로세서들이 출하될 때 일관된 특성들을 가지는 것을 보장하도록, 제조업자의 설비에서, 프로세서 제조 동안 상이한 프로세서들을 위해 제공되어질 수 있다.
이상 본 발명의 구체적인 실시예가 설명되고 예시되었지만, 구체적으로 예시되고 설명되어진 실시예의 세부 사항들에서의 변화들이 첨부된 청구항들에서 정해진 것과 같은 본 발명의 진정한 사상과 범위로부터 벗어나지 않는 범위내에서 이루어질 수도 있다는 것은 명백하다.
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Claims (29)

  1. 챔버의 가스와 전기적 커플링을 위한 리액티브 임피던스 요소를 포함하는, 가공물의 처리를 위한 진공 플라즈마 챔버; 및
    상기 챔버의 가스를 상기 리액티브 임피던스 요소와 연결되는 플라즈마로 여기시킬 수 있는 전력을 갖는 AC 전원을 포함하고,
    상기 챔버는 AC 또는 DC 전원이 전극과 DC 커플링되지 않도록 AC 접지로의 연결을 갖는 상기 전극을 포함하고, 상기 전극의 AC 접지로의 연결은 한정된 논-제로 AC 전압이 상기 전극과 AC 접지 사이에서 나타나도록 되어 있고, 상기 전극의 AC 접지로의 연결은 상기 전극과 AC 접지 사이에 유지되는 실질적으로 일정한 한정된 논-제로 AC 전압이 존재하도록 배치된 AC 임피던스를 포함하는, 플라즈마 프로세서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극과 AC 접지 사이의 연결에서 하나 이상의 AC 파라미터를 검출하기 위한 검출기 설비, 및 상기 실질적으로 일정한 한정된 논-제로 AC 전압을 제공하는 AC 임피던스를 제어하기 위해 상기 검출기 설비에 응답하도록 연결된 컨트롤러를 더 포함하는, 플라즈마 프로세서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 AC 임피던스는 가변 리액턴스를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 가변 리액턴스의 값을 제어하기 위해 상기 검출기 설비에 응답하도록 배치된, 플라즈마 프로세서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가변 리액턴스는 가변 인덕터를 포함하는, 플라즈마 프로세서.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가변 리액턴스는 가변 캐패시터를 포함하는, 플라즈마 프로세서.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 가변 리액턴스는 가변 인덕턴스 및 가변 캐패시터를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 전극의 AC 접지로의 연결에서 상기 가변 인덕턴스 및 상기 가변 캐패시터 중 하나 이상을 선택적으로 연결하기 위해 상기 검출기 설비에 응답하도록 배치된, 플라즈마 프로세서.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 설비는 상기 전극의 AC 접지로의 연결과 커플링된 전압-전류 프로브를 포함하는, 플라즈마 프로세서.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 설비는 상기 챔버 상에 설치되는, 플라즈마 프로세서.
  9. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 AC 임피던스는 가변 저항을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 전극의 AC 접지로의 연결에서 상기 가변 저항을 선택적으로 연결하기 위하여, 그리고 상기 가변 저항의 값을 제어하기 위하여, 상기 검출기 설비에 응답하도록 배치되는, 플라즈마 프로세서.
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  15. 진공 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마를 이용하여 가공물을 처리하는 방법으로서,
    상기 진공 플라즈마 처리 챔버는, 챔버의 가스와 전기적 커플링을 위한 리액티브 임피던스 요소와, AC 또는 DC 전원이 전극과 DC 커플링되지 않도록 AC 접지로의 연결을 갖는 상기 전극을 포함하고, 상기 전극의 AC 접지로의 연결은 한정된 논-제로 AC 전압이 상기 전극과 AC 접지 사이에서 나타나도록 되어 있고,
    상기 가공물 처리 방법은, 상기 전극과 AC 접지 사이에 일정하고 한정된 논-제로 AC 전압을 유지하면서, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키도록 전력을 상기 리액티브 임피던스 요소에 공급하는 단계를 포함하는, 가공물 처리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극의 AC 접지로의 연결은 AC 임피던스를 포함하고, 상기 전극의 AC 접지로의 연결의 AC 임피던스에 걸쳐 일정한 AC 전압을 유지함으로써 상기 전극과 AC 접지 사이에 일정하고 한정된 논-제로 AC 전압이 제공되는, 가공물 처리 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 가공물 처리 방법은, 복수의 가공물들과 관련하여 수행되고, 상기 복수의 가공물들이 상기 진공 플라즈마 챔버 내에서 처리되는 동안 상기 전극과 AC 접지 사이에 동일한 일정한 논-제로 AC 전압이 유지되는, 가공물 처리 방법.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 가공물 처리 방법은, 실질적으로 동일한 특성들을 갖는 복수의 진공 플라즈마 챔버들과 관련하여 수행되고, 상이한 상기 진공 플라즈마 챔버들의 특성들은 상기 상이한 챔버들의 전극과 AC 접지 사이의 연결에서 상이한 논-제로 AC 전압이 나타나는 것을 야기하도록 서로 상이하며, 명목상 동일한 프로세싱 조건들 하에서 작동하는 상기 복수의 진공 플라즈마 챔버들에서 상기 전극과 AC 접지 사이에 동일한 일정한 논-제로 AC 전압을 유지하는, 가공물 처리 방법.
  19. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 가공물 처리 방법은, 상기 전극과 AC 접지 사이의 상기 연결에서 AC 임피던스를 연결하고, 상기 AC 임피던스에 걸쳐 일정한 한정된 논-제로 AC 전압을 유지함으로써 수행되는, 가공물 처리 방법.
  20. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 전극과 AC 접지 사이의 상기 일정한 한정된 논-제로 AC 전압은, 상기 전극과 AC 접지 사이의 AC 전압 및 상기 전극과 AC 접지 사이를 흐르는 AC 전류를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 검출하고, 상기 검출된 하나 이상의 파라미터에 응답하여 임피던스를 제어함으로써 유지되는, 가공물 처리 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 AC 임피던스에 걸친 상기 한정된 논-제로 AC 전압은 상기 검출된 하나 이상의 파라미터에 응답하여 상기 AC 임피던스의 값을 제어함으로써 일정하게 유지되는, 가공물 처리 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 AC 임피던스는 가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 포함하고, 상기 제어 는 상기 전극과 AC 접지 사이의 연결에서 상기 가변 캐패시터 및 가변 인덕터 중 일방 또는 양자를 연결하는 단계를 포함하는, 가공물 처리 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 AC 임피던스는 가변 리액턴스 및 가변 저항을 포함하고, 상기 제어는 상기 전극과 AC 접지 사이의 연결에서 상기 가변 리액턴스 및 가변 저항 중 일방 또는 양자를 연결하는 단계, 및 상기 가변 리액턴스 또는 가변 저항의 값을 제어하는 단계를 포함하는, 가공물 처리 방법.
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