KR101787876B1

KR101787876B1 - 정전용량 변화를 이용한 플라즈마 밀도 측정 방법 및 장치, 그리고 측정용 탐침

Info

Publication number: KR101787876B1
Application number: KR1020160030440A
Authority: KR
Inventors: 권기청; 최진우; 박혜진; 조태훈; 윤명수
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-11-15
Also published as: KR20170106817A

Abstract

반도체, 디스플레이, 태양전지뿐만 아니라 대기압 플라즈마를 이용한 바이오 분야 등에서 플라즈마를 이용한 공정이 확대 되는 만큼 플라즈마에 대한 정확한 진단이 요구되고 있다. 기존 플라즈마 진단 방법인 직접 탐침을 이용한 방법과 플라즈마 방출광을 이용한 방법은 각각의 명확한 한계를 가지고 있다. 또한 대기압 플라즈마를 응용한 연구나 공정이 확대 되는 시점에 대기압 플라즈마를 진단하기 위한 적절한 방법이 존재하지 않는다. 본 발명은 기존 플라즈마 진단 방법의 한계를 극복하고 대기압 플라즈마 진단에도 적합한 진단 방법이다.

Description

정전용량 변화를 이용한 플라즈마 밀도 측정 방법 및 장치, 그리고 측정용 탐침 {A method and system for measuring plasma density using capacitance, and a prove therefor}

본 발명은 공면전극에 생성되는 정전용량이 플라즈마에 의해 변화되는 변화량을 측정하여 플라즈마의 밀도를 측정하는 방법 및 장치 그리고 이에 이용되는 탐침에 관한 것이다.

종래의 플라즈마 측정 방법으로 직접 탐침을 이용하는 방법과 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정을 이용하는 방법이 있다. 직접 탐침 방법은 플라즈마에 탐침을 접촉함으로써 전기적 특성을 측정하는데 이는 플라즈마에 영향을 주어 정밀한 진단이 어렵다는 단점이 있다. 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정을 이용한 방법은 플라즈마에 간섭을 주지는 않지만 전자온도 등 플라즈마의 전기적 특성을 정확하게 측정하기 어렵다는 단점을 가지고 있다.

다만, 진공 공정을 대기압 공정으로 대체하기 위해 또는 대기압 플라즈마를 응용한 연구를 위해 대기압 플라즈마 시장이 확대되고 있음에도 불구하고 대기압 플라즈마를 진단할 적절한 방법이 없어 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정 방법을 이용하고 있을 뿐이다.

종래의 플라즈마 진단 방법을 보다 일반화하여 설명하면 전기적 진단 방법과 광학적 진단 방법으로 나눌 수 있다. 전기적 진단 방법은 플라즈마에 직접 접촉하여 플라즈마의 전기적 특성으로부터 플라즈마를 진단하는 방법으로, 진단과 동시에 플라즈마에 간섭을 주기 때문에 플라즈마 특성에 변화를 초래하여 실제 공정에서 발생하는 플라즈마의 정확한 진단이 어렵게 된다.

광학적 진단 방법은 플라즈마 방출 광원의 스펙트럼을 관찰하는 방법으로 전기적 진단 방법으로는 측정할 수 없는 변수(Parameter) 또는 인자(Factor)들을 측정할 수 있지만 반대로 전기적 진단방법으로 측정할 수 있는 전자온도, 전자밀도 등의 변수를 측정하기는 어렵다는 단점이 있다.

공개특허 2000-0011784; 2000년 2월 25일 공개 등록특허 10-0473794; 2005년 3월 14일 공고 등록특허 10-0236232; 1999년 12월 15일 공고

기존의 전기적 진단 방법을 이용한 플라즈마 진단시 발생하는 플라즈마에 대한 간섭을 최소화하여 실제 플라즈마 특성에 가까운 측정치를 얻어야 할 필요성이 다분하다. 플라즈마는 다양한 변수들이 있어 정밀한 진단을 통한 변수 제어로 특성을 컨트롤 할 수 있다. 특히 플라즈마에 대한 연구는 물론 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 분야에서 플라즈마를 이용한 공정이 전체 공정에 큰 부분을 차지하고 있다. 플라즈마에 대한 정밀한 제어는 공정 결과물의 수율과 직결되기 때문에 플라즈마를 진단하는 기술은 매우 중요하다고 할 수 있다. 또한 진공 공정을 대체하기 위해 또는 대기압 플라즈마를 응용한 연구를 위해 대기압 플라즈마 시장이 확대되고 있음에도 불구하고 대기압 플라즈마를 진단할 적절한 방법이 없어 기존 광학적 진단 방법을 이용하고 있을 뿐이다.

이와 같은 현재의 문제점을 해결하고 기존의 진단 방법을 보완, 대체하기 위하여 플라즈마에 대한 전기적 진단이 가능하며 간섭이 적은 진단 방법 및 이에 사용되는 탐침 및 측정장치를 제안한다.

전기적으로 절연된 두 전극 사이에 전위차를 가하면 이들 전극 간의 전위차에 의해 전극 사이에 전하를 쌓을 수 있는 양인 정전용량(capacitance)이 생성된다. 이렇게 정전용량이 생성되는 상태의 두 전극을 플라즈마에 접근시키면 정전용량이 변화되는데 그 변화량을 측정하여 플라즈마의 밀도를 측정한다. 여기서 상기 두 개의 전극은 동일한 면 위에 서로 절연 배치된 공면전극(coplanar electrode)이다. 공면전극의 최상면에는 유전체가 형성될 수 있지만, 필요에 따라서는 없어도 된다.

상기 공면전극에 의해 공면전극 상의 유전체에 또는 공면전극 상에 생성되는 정전용량은 플라즈마에 접촉시에 플라즈마 방전에 의해서 전하가 쌓임(charging)에 따라 그 크기가 감소하는 현상을 보인다. 즉, 정전용량이 발생하고 있는 전극면 위의 유전체 또는 전극면 위에 전하가 쌓이면 전극 사이에 쌓일 수 있는 전하의 양이 줄어들기 때문에 정전용량이 감소하게 된다. 이와 같은 원리로 공면전극 위에 플라즈마가 방전되도록 하면 플라즈마에 의한 전하가 발생하고 이 전하가 쌓임에 따라 정전용량의 변화가 야기된다. 이때 쌓이는 전하의 양은 플라즈마에 포함된 전자의 양에 비례하기 때문에 이를 이용하여 플라즈마의 밀도를 측정하는 것이 가능해진다.

플라즈마의 정전용량 및 플라즈마 밀도를 측정하는 원리는 다음과 같다. 유전체를 포함한 두 개의 공면전극에서 플라즈마가 없는 상태와 플라즈마가 있는 상태에서 측정한 정전용량의 변화값이 플라즈마에 의한 것으로 플라즈마 밀도(

)를 측정할 수 있다. 즉, 정전용량의 변화값은 두 개의 공면전극의 유전체 표면사이에 유전상수를 갖는 도전성 플라즈마가 삽입되어 형성되는 정전용량의 차이로 플라즈마 밀도를 측정하는 것이다. 측정한 정전용량은 전압배분기를 이용한 측정법, RF 임피던스 측정법 등의 회로를 구성하여 얻을 수 있다.

두 개의 공면전극에서 플라즈마에 의한 총전하량(

)는 플라즈마에 의해 변화된 정전용량(

)과 인가된 전압 또는 전위차()의 곱으로 측정되며, 이 총전하량(

)은 전자의 전하량(

), 플라즈마의 전자 밀도(

)와 플라즈마의 유효부피(

)의 곱으로 나타낼 수 있다. 이때, 인가된 전압은 플라즈마에 의해 변화된 전압을 직접 측정하는 방법과 외부 별도의 신호발생기에서 발생한 특정주파수의 가변전압을 공면전극 또는 별도의 임피던스 회로에 인가하여 해당 주파수 성분의 신호 전압을 측정하는 방법 등으로 정전용량과 함께 얻을 수 있다. 따라서, 식 (2)로부터 플라즈마에 의해 변화된 정전용량(

)과 공면전극에 인가된 전압(

), 플라즈마의 유효부피(

)를 측정하여 플라즈마의 밀도(

)를 얻을 수 있다. 상기 서술상 '[ ]' 안의 기호는 변수의 단위를 나타낸다. 인가되는 특정주파수는 통상적으로 1 kHz ~ 1 MHz로 플라즈마를 발생시키는 주파수보다 낮게 하는 것이 바람직하고, 인가되는 파형의 형태는 사인파를 사용하며, 때로는 구형파 또는 삼각파를 사용할 수 있다. 인가되는 가변 전압의 RMS 값은 최대 10 V 이내이며, 통상적으로는 1 V 정도를 인가한다. 필요에 따라 표시하지는 않았지만, 플라즈마를 발생시키는 고주파의 인가전력이 정전용량을 측정하는 데 원치않는 잡음(noise)을 제거하기 위해 공면전극에 필터 회로 및 필터 장치를 추가할 수도 있다. 본 발명의 장치로부터 플라즈마에 의해 변화된 정전용량은 0.01 pF ~ 1000 pF 범위로 측정이 가능하며, 이로 인해 얻어진 플라즈마 밀도는 전극의 간격과 면적에 따라 10⁶ cm^-3 내지 10¹⁸ cm^-3 범위로 측정이 가능하다.

본 발명은 또한 이상의 원리를 이용하여 플라즈마 밀도를 측정하기 위한 플라즈마 밀도 측정 장치를 제공하는데, 이 장치는, 기본적으로,

- 플라즈마에 노출하는 센서 역할을 하며, 플라즈마에 의해 정전용량 변화가 일어나도록 상기와 같이 공면전극으로 구성된 탐침(프로브),

- 이 탐침에서 생성되는 정전용량의 변화를 실질적으로 측정하고 측정값을 출력하는 측정부,

- 소프트웨어에 의하여 탐침 제어 정보를 상기 측정부로 보내 탐침의 전기적 상태를 제어하도록 하며 측정부로부터 전달 받은 정전용량 정보를 가공하여 플라즈마 밀도를 계산하고 그 값을 출력하는 제어 소프트웨어가 포함된 제어부를 포함한다.

상기 탐침은 기본적으로 두 전극이 공통의 면에 배치되는 공면전극의 형태로 구성되며 이들 두 전극 사이에 전위차를 인가하여서 정전용량을 형성한다. 정전용량은 상기 제어부에 의해 전기적으로 제어된다. 즉, 제어부에 의해 인가되는 전위차로 인해 정전용량이 형성된다. 이 공면전극의 정전용량은 플라즈마에 의해서 변화되고 본 발명에서는 이 변화를 측정한다. 탐침의 전극은 잘 산화되지 않는 금속 재질인 것이 바람직하며, 전극의 형태를 일정하게 정하지 않고 목적에 따라 다양한 형태(예를 들어 두 개의 동심원 형태, 인접한 두 개의 직사각형, 인접한 다수의 정사각형 등)로 설계 가능하다. 또한 전극간 거리가 어느 위치에서도 일정하게 유지되어 변하지 않는 형태가 적절하다. 전극의 재질은 스테인레스와 같이 진공에서 기체방출(outgassing)이 적고 플라즈마에 의해 스퍼터링(sputtering) 되지 않는 재질이 적합하다.

탐침의 베이스의 외관 및 재질에 대해서는 특정한 제한이 있지는 않고 다양한 형태가 가능하지만, 바람직하게는 플라즈마에 대한 영향을 고려한 대칭형태가 좋을 것이다. 베이스의 크기는 적용하는 위치에 따라 수 마이크로미터 크기(~μm)부터 수십 밀리미터 크기(~ mm)로 제작 가능하다. 공면전극을 구성하는 두 전극 간에는 전기적 절연을 위한 공간 또는 재료가 개재되어야 하기 때문에 베이스 재료로는 최소한 전극 간의 절연 간극에는 세라믹(Ceramic), 테플론(Teflon, PTFE) 등의 내진공성, 내열성을 갖춘 재료가 포함되는 것이 바람직하다.

탐침의 베이스의 전극 부분에 해당하는 크기는 유전체와 전극을 포함하여 50 mm 이하의 길이로 세라믹 등 유전체관과 도체관을 연결하여 탐침의 공면전극으로부터 피복이 있는 도선 또는 배선으로 연결하여 사용한다. 탐침의 전극 부분에 해당하는 크기는 될 수 있는 한 플라즈마에 영향을 받지 않도록 작게 하는 것이 바람직하고, 유전체 관의 길이는 길게 하는 것이 바람직하다. 전극 간 간격은 0.05 ~ 2 mm 정도가 될 수 있는데, 전극의 형태가 원형인 경우에는 안쪽 원형 전극 반경과 외각 환전극의 내반경과 외반경이 각각 2 ~ 30 mm 범위 내에서 조절하여 사용하고, 전극의 형태가 직사각형인 경우에는 전극 한쪽편의 크기가 2 ~ 20 mm 범위로 사용한다. 추가적으로 외각 환전극의 폭은 0.05 mm ~ 10 mm 사이로, 직사각형인 경우 전극의 폭도 약 0.05 mm ~ 10 mm로 사용할 수 있다. 단, 전극의 크기는 플라즈마의 조건에 따라 다르지만, 작을수록 플라즈마에 의한 측정된 전압 및 정전용량 신호가 작을 수 있어, 전형적으로 플라즈마의 크기와 조건에 따라 측정 가능한 신호를 얻을 수 있는 크기로 제작하는 것이 바람직하다.

두 개의 공면전극 위에 실리콘 웨이퍼나 유리 등 공정 기판 재질과 유사한 유전체를 부가할 수 있다. 유전체는 플라즈마에 의한 전하가 실질적으로 쌓이는 부분이다. 만일 플라즈마 측정을 공정 기판(substrate) 아래에서 직접 측정하는 경우에는 이 공정 기판이 유전체의 역할을 대신할 수 있기 때문에 유전체가 필요없을 수도 있다. 주의할 것은 플라즈마 입자(전자, 이온, 라디칼 등)가 공면 전극에 직접 닿지 않도록 하여야 한다.

측정부는 탐침에서 발생한 정전용량의 변화를 실질적으로 측정하는 부분으로서, 측정된 정전용량 값을 제어부의 제어 소프트웨어로 전달하는 부분이며, 탐침에 연결되어서 제어부에서 전달받은 탐침 제어 정보를 통해 탐침을 제어하는 역할도 한다.

제어부는 측정부로부터 전달 받은 정전용량 정보를 가공을 통해 플라즈마 밀도로 환산하는 처리가 가능한 소프트웨어이며, 원하는 인가전압과 특정주파수 등의 전기적 상태로 탐침을 제어할 수 있는 제어 소프트웨어를 포함하고, 이 제어 소프트웨어의 제어하에 측정 결과를 출력하는 출력장치의 역할도 한다. 이 제어부는 통상의 컴퓨터로 구현가능하다.

이상의 본 발명의 과제해결 수단의 구성과 작용은 이하에서 설명하는 실시예 및 도면을 통해 보다 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면 정전용량 탐침을 사용함으로써 플라즈마 진단시 플라즈마에 대한 간섭을 최소화할 수 있고 따라서 보다 정확한 플라즈마 진단이 가능하다. 이를 통해 플라즈마를 이용한 공정시 정밀한 제어를 가능하게 하고 양질의 결과물을 생산할 수 있다. 또한, 대기압 플라즈마에 대한 전기적 진단이 가능하여 대기압 플라즈마에 대한 다방면적인 연구가 가능해지므로 대기압 플라즈마를 이용한 공정, 또는 공정장비의 수율도 크게 증가할 것으로 기대할 수 있다.

본 장치가 주는 효과를 정리하자면, 1) 기존 장치에 비해 소형이며 저가, 2) 기존 플라즈마 진단 방법에 비해 적은 플라즈마 간섭, 3) 기존 시장에 존재하지 않는 플라즈마 진단 방법, 4) 진공 및 대기압 플라즈마 등에 대응 가능 등의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 밀도 측정 장치의 구성도
도 2는 도 1의 탐침(10)의 일 실시예
도 3은 공면전극 상에 생성되는 정전용량 및 그 측정의 설명도
도 4는 공면전극 상에 생성되는 정전용량이 플라즈마에 접촉시에 플라즈마 방전에 의해서 정전용량이 변화됨을 설명하는 도면
도 5는 탐침(10)의 다른 실시예
도 6은 대기압 플라즈마 제트를 진단하는 방법의 모식도
도 7은 본 발명의 정전용량 탐침(10)을 진공 챔버에 적용하는 활용 방안의 모식도

상술한 플라즈마 밀도 측정 방법을 구현하는 장치의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 기술적 사상에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 밀도 측정 장치의 구성도이다. 탐침(10), 측정부(20), 제어부(30)로 구성된다. 탐침(10)은 플라즈마에 노출하는 센서 역할을 하며, 플라즈마에 의해 정전용량 변화가 일어나도록 공면전극으로 구성된다.

탐침(10)의 일 실시예에 대해서 도 2에 나타내었다. 대략 원통형의 베이스(11)의 일측 평면상에 공히 두 개의 동심원 형태의 공면전극(12, 13)이 절연간극(14)을 사이에 두고 형성되어 있다. 이들 두 공면전극(12, 13) 사이에 전위차를 인가하면 정전용량(16)이 생성된다. 전위차의 인가 및 그에 따른 정전용량의 제어는 제어부(30)에 의해 전기적으로 제어된다.

공면전극 상에 생성되는 정전용량 및 그 측정에 대해서 도 3에 보다 자세히 표현하였다. 도 3에서와 같이 공면전극(12, 13) 상의 유전체(15)를 통과해 정전용량(16)이 생성되고, 이 정전용량(16)의 값을 LCR 미터, 전압배분기를 이용한 측정법, RF 임피던스 측정법 등의 정전용량 계측기 또는 계측회로(40)로 읽어서 그 값을 출력하면 이를 입력으로 받아 소프트웨어에 의해 플라즈마 밀도를 계산하는 것이다.

도 4는 공면전극 상에 생성되는 정전용량이 플라즈마에 접촉시에 플라즈마 방전에 의해서 정전용량이 변화됨을 설명한다. 정전용량이 발생하고 있는 전극(12, 13)면 위의 유전체(15)에 전하(17)가 쌓이면 전극(12, 13) 사이에 쌓일 수 있는 전하의 양이 줄어들기 때문에 정전용량이 감소하게 되는 것이다. 이 때 쌓이는 전하의 양은 플라즈마에 포함된 전자의 양에 비례하기 때문에 이를 LCR 미터(40) 등 정전용량 계측기 또는 계측회로로 측정함으로써 소프트웨어의 계산에 의해 플라즈마의 실제 밀도를 산출하는 것이 가능해진다.

다시 도 2로 돌아가서, 베이스(11)의 외형과 재질에 대해서는 특정한 제한이 있지는 않다. 다만, 도 2의 실시예에서는 플라즈마에 대한 영향을 고려하여 원통형의 대칭 형태로 제작하였다. 베이스(11)의 크기는 수 마이크로미터 크기(~μm)부터 수십 밀리미터 크기(~mm)로 제작하였으며, 세라믹(Ceramic), 테플론(Teflon, PTFE) 등의 내진공성, 내열성을 갖춘 재료를 사용하였다.

공면전극은 산화성이 약한 금속(가령, 스테인리스 스틸)을 사용하였다. 그 밖에도 진공에서 기체방출이 적고 플라즈마에 의해 스퍼터링 되지 않는 재질인 것이 바람직하다.

도 2에는 동심원 형태의 공면전극을 예시하였지만, 이는 도 5에서와 같이 인접한 두 개의 직사각형 또는 인접한 다수의 정사각형 등으로도 구성가능하다. 중요한 것은, 전극간의 거리가 어느 위치에서도 일정하게 유지되어 변하지 않는 형태인 것이 바람직하다. 도 2에서 전극 간의 절연간극은 약 1 mm로 제작하였고, 전극의 크기는 직경 2 ~ 20 mm로 제작하였다.

한편, 도 2에서 두 개의 공면전극(12, 13) 위에는 유전체(15)를 부가하였다. 유전체(15)는 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 그 밖에 공정 기판 재질과 유사한 유리 등의 유전체를 사용할 수도 있다. 유전체(15)는 플라즈마에 의한 전하가 실질적으로 쌓이는 부분이다. 만일 플라즈마 측정을 공정 기판 아래에서 직접 측정하는 경우에는 이 공정 기판이 유전체의 역할을 대신할 수 있기 때문에 유전체가 필요없을 수도 있다. 주의할 것은 측정시에 플라즈마 입자(전자, 이온, 라디칼 등)가 공면 전극에 직접 닿지 않도록 하여야 한다.

다시 도 1로 돌아가서, 측정부(20)는 탐침(10)에 생성되는 정전용량(즉, 정전용량의 변화값)을 전자회로적으로 구성하여 실질적으로 측정하고 측정값을 출력하는 역할을 한다. 측정부(20)는 탐침(10)에서 발생한 정전용량을 측정하는 부분으로서, 측정된 정전용량의 변화량을 제어부(30)로 전달하는 부분이며, 탐침(10)에 연결되어서 제어부(30)로부터 전달받은 탐침 제어 정보를 통해 탐침(10)을 제어(가령, 전위차 조절)하는 역할도 한다. 측정부(20)에서 정전용량의 측정은 통상의 LCR미터 등의 정전용량 계측기 또는 계측회로로 구현하며, 탐침(10)의 제어는 통상의 전압공급기로 구현가능하다.

제어부(30)는 소프트웨어에 의하여 탐침 제어 정보를 상기 측정부(20)로 보내 탐침(10)의 전기적 상태(가령, 공면전극간의 전위차, 인가되는 특정주파수)를 제어하도록 하며 측정부(20)로부터 전달 받은 정전용량 정보를 입력으로 하여 플라즈마 밀도를 계산하고 그 값을 출력하는 제어 소프트웨어가 포함된다. 제어부(30)는 측정부(20)로부터 전달 받은 정전용량 정보의 가공을 통해 플라즈마 밀도로 환산하는 처리가 가능한 소프트웨어이며 탐침(10)을 원하는 전기적 상태로 제어할 수 있는 제어 소프트웨어를 포함하고, 이 제어 소프트웨어의 제어하에 측정 결과를 출력하는 출력장치의 역할도 한다. 이 제어부(30)는 통상의 컴퓨터로 구현가능하다.

이때, 도시하지 않았지만, 제어 소프트웨어는 탐침의 공면 전극의 크기, 간격, 유전체의 종류, 플라즈마의 부피 및 유효부피 등 구조 입력부, 정전용량 측정을 위한 전압 및 특정 주파수의 전기적 변수 입력 및 출력부, 정전용량으로 플라즈마의 전자밀도 계산 및 표시부, 기체의 종류 및 유량, 압력, 플라즈마 발생제어부의 출력 변수 등 공정변수 모니터링을 위한 입력 및 제어부, 공정변수에 따라 플라즈마의 변화에 따른 정전용량과 플라즈마 전자밀도 등의 실시간 공정변수와 플라즈마 변수 모니터링부, MFC, 플라즈마 발생관련 전력 등 제어부 등 순서로 진행하여 실시간으로 플라즈마 밀도와 정전용량, 공정변수 등을 모니터링하는 것이 기본적으로 수행되도록 구성되어 있으며, 선택적으로 모니터링을 통해 특정 공정상의 이상 유무를 알리고, 플라즈마 발생 등 플라즈마 공정을 제어할 수 있도록 구성할 수 있다. 필요에 따라, 플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전력에 의한 잡음을 제거하기 위한 필터 구동부도 소프트웨어에 포함할 수도 있다.

한편, 도 6과 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 밀도 측정 장치의 실제 활용방법을 예시하기 위한 것이다. 도 6은 대기압 플라즈마 제트(atmospheric plasma jet)를 진단하는 방법의 간단한 모식도인데, 이외에도 대기압 DBD(dielectric barrier discharge) 플라즈마 등 대기압 플라즈마 진단에 이용 가능하며 진공 플라즈마 공정 장비 내에서도 이용 가능하다. 도 7은 본 발명의 정전용량 탐침(10)을 진공 챔버(50)에 적용하는 활용 방안의 간단한 모식도이다. Case①은 챔버(50) 벽에서부터 탐침(10)을 플라즈마에 접근시켜서 정전용량을 측정하는 예를 나타내고, Case②는 탐침(10)을 공정 기판(60)에 근접 위치시켜서 정전용량을 측정하는 예를 나타낸다. Case②의 경우에, 앞에서 언급한 것과 같이, 공정 기판(60) 자체가 탐침의 유전체(15) 역할을 한다.

이상에서 본 발명을 비제한적 예시적 실시예를 통해 설명하였다. 이들 실시예는 본 발명의 사상과 본질을 벗어나지 않는 범위에서, 첨부된 특허청구범위 내에서 의도적으로 변형, 변경, 수정할 수 있음은 물론이다.

탐침(10), 베이스(11), 공면전극(12, 13), 절연간극(14), 유전체(15), 정전용량(16), 전하(17), 측정부(20), 제어부(30), 정전용량 계측기 또는 계측회로(40), 진공 챔버(50), 공정 기판(60)

Claims

전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전극을 플라즈마에 노출시키고, 이들 두 개의 전극 사이에 특정주파수를 지닌 전위차 또는 전압을 가하여 전극들 사이에 정전용량(capacitance)을 생성시키는 단계;
상기 전극들 사이에 생성되는 정전용량이 상기 플라즈마에 의해 변화되는 변화량을 측정하여 출력하는 단계;
상기 출력된 정전용량 변화량 정보로부터 플라즈마 밀도를 계산하여 출력하는 단계를 포함하는 플라즈마 밀도 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 전극은 동일한 면 위에 서로 절연 배치된 공면전극(coplanar electrode)인, 플라즈마 밀도 측정 방법.
제2항에 있어서, 상기 공면전극의 위에 유전체가 형성되어 있는, 플라즈마 밀도 측정 방법.
플라즈마 밀도를 측정하기 위한 장치로서,
플라즈마에 노출되며, 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전극을 포함하며, 이들 전극 사이에 특정주파수를 지닌 전위차 또는 전압이 인가되면 이들 전극 간의 전위차 또는 전압에 의해 전극 사이에 정전용량이 생성되도록 하는 탐침,
상기 탐침에서 생성되는 정전용량의 플라즈마에 의한 변화량을 측정하고 그 측정값을 출력하는 측정부,
소프트웨어에 의하여 탐침 제어 정보를 상기 측정부로 보내 상기 탐침의 전기적 상태를 제어하며 상기 측정부로부터 정전용량 측정값을 수신하여 플라즈마 밀도를 계산하고 그 값을 출력하는 제어부를 포함하는, 플라즈마 밀도 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 탐침은 적어도 두 개의 전극이 동일한 면 위에 서로 절연 배치된 공면전극을 포함하는, 플라즈마 밀도 측정 장치.
제5항에 있어서, 상기 공면전극 위에 유전체가 형성되어 있는, 플라즈마 밀도 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 측정부는 탐침에서 발생한 정전용량을 측정하여 측정값을 상기 제어부로 전달하는 부분을 포함하는, 플라즈마 밀도 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 측정부는 탐침에 연결되어서 제어부에서 전달받은 탐침 제어 정보를 통해 탐침을 제어하는 부분을 포함하는, 플라즈마 밀도 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어부는 범용 컴퓨터에 설치된 제어 소프트웨어인, 플라즈마 밀도 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 방법 또는 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 장치를 이용하여 플라즈마 밀도를 측정사기 위하여 플라즈마에 노출되는 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전극을 포함하는 탐침으로서,
상기 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전극 사이에 전위차를 가하여 이들 전극 간의 전위차에 의해 전극 사이에 정전용량이 생성되도록 하는, 플라즈마 밀도 측정용 탐침.
제10항에 있어서, 상기 탐침은 적어도 두 개의 전극이 동일한 면 위에 서로 절연 배치된 공면전극을 포함하는, 플라즈마 밀도 측정용 탐침.
제11항에 있어서, 상기 공면전극 위에 유전체가 형성되어 있는, 플라즈마 밀도 측정용 탐침.