KR101927940B1 - 임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치 - Google Patents

임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치, 보다 상세하게는 플라즈마공정에서 임피던스를 정합하는 장치 및 이를 포함하여 플라즈마공정을 수행하는 기판처리장치를 개시한다. 본 발명의 일 양상에 따른 임피던스정합장치는, 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기; 상기 임피던스측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및 상기 공정챔버로 고주파전력을 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 제어신호에 따라 임피던스를 정합하는 정합기;를 포함하되, 상기 정합기는, 정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인(by-pass line);을 포함한다.

Description

임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치{IMPEDANCE MATCHING APPARATUS AND SUBSTRATE TREAING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마공정에서 임피던스를 정합하는 장치 및 이를 포함하여 플라즈마공정을 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
플라즈마공정에서는 그 공정을 수행하는 공정챔버와 공정챔버로 고주파전력을 제공하는 고주파전원 간의 임피던스 정합이 필수적이다. 임피던스 정합(impedance matching)이란 전력의 송신단과 수신단의 임피던스를 동일하게 조정하여 전력전송 시 반사파를 제거하는 것으로, 플라즈마공정에서 공정챔버에서 고주파전력으로 플라즈마를 효과적으로 생성 및 유지하기 위해서는 공정챔버와 고주파전원 간의 임피던스를 정합하여야 한다.
일반적으로 플라즈마는 소스가스, 온도, 압력 등의 환경요인에 의해 전기적 특성인 임피던스가 크게 변화하는데, 플라즈마공정 동안 이러한 플라즈마의 임피던스의 변화에 의해 임피던스 정합이 깨지면 전력이 균일하게 전달되지 못하고, 이에 따라 플라즈마의 밀도에 편차가 발생하여 결과적으로 공정결과에 악영향을 끼치게 된다.
임피던스정합장치는 이처럼 변화하는 플라즈마 임피던스에 대응하여 고주파전원 측의 임피던스를 보상하는 장치이다. 임피던스정합장치는 커패시터와 인덕터로 구성되는 회로로 구현되는데, 종래에는 주로 스테핑모터와 기어단이 결합된 구동수단을 이용한 가변커패시터를 사용하여 임피던스를 보상해왔다. 그러나, 이러한 기계식 임피던스정합장치는 그 응답속도가 느려 공정챔버 내에 반사전력이 발생하게 되며, 이에 의해 아크가 발생하는 등 공정에 악영향을 주는 문제점이 있어 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 일 과제는, 신속한 임피던스 정합을 수행하는 임피던스정합장치 및 이를 포함하는 기판처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 공정챔버 내의 반사전력을 제거하는 임피던스정합장치 및 기판처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 임피던스정합장치를 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 임피던스정합장치는, 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기; 상기 임피던스측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및 상기 공정챔버로 고주파전력을 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 제어신호에 따라 임피던스를 정합하는 정합기;를 포함하되, 상기 정합기는, 정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인(by-pass line);을 포함한다.
상기 고주파전력을 제공하는 고주파전원으로의 반사전력을 측정하는 반사전력측정기;를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 반사전력측정기의 측정값을 더 고려하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 서로 병렬로 배치될 수 있다.
상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 상기 제어신호에 따라 어느 하나가 선택적으로 개폐될 수 있다.
상기 가변커패시터는, 병렬로 배치된 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 연결된 복수의 제1스위치;를 포함하고, 상기 바이패스라인은, 상기 복수의 커패시터 각각과 병렬로 배치되는 복수의 제2스위치를 포함하고, 상기 제어신호에 따라 개폐되는 상기 복수의 제1스위치에 의해 상기 정전용량이 조절되고, 상기 복수의 제2스위치에 의해 상기 바이패스라인이 개폐될 수 있다.
상기 복수의 제1스위치 및 상기 복수의 제2스위치는 핀다이오드일 수 있다.
본 발명은 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 기판처리장치는, 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버; 고주파전력을 발생시키는 고주파전원; 상기 공정챔버로 상기 고주파전력을 전송하는 전송라인; 및 상기 전송라인에 연결되어, 상기 공정챔버의 임피던스를 정합하는 임피던스정합장치;를 포함하되, 상기 임피던스정합장치는, 상기 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기; 상기 고주파전원으로의 반사전력을 측정하는 반사전력측정기; 상기 임피던스측정기 및 상기 반사전력측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및 정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인;을 구비하는 정합기;를 포함한다.
상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 서로 병렬로 배치될 수 있다.
상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 상기 제어신호에 따라 어느 하나가 선택적으로 개폐될 수 있다.
상기 가변커패시터는, 병렬로 배치된 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 연결된 복수의 제1스위치;를 포함하고, 상기 바이패스라인은, 상기 복수의 커패시터 각각과 병렬로 배치되는 복수의 제2스위치를 포함하고, 상기 제어신호에 따라 개폐되는 상기 복수의 제1스위치에 의해 상기 정전용량이 조절되고, 상기 복수의 제2스위치에 의해 상기 바이패스라인이 개폐될 수 있다.
상기 복수의 제1스위치 및 상기 복수의 제2스위치는 핀다이오드일 수 있다.
본 발명에 의하면, 병렬 배치된 커패시터에 연결된 디지털스위치의 개폐를 통해 정전용량을 변화시켜 신속하게 임피던스를 정합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 공정챔버 내에 축적된 반사전력을 바이패스라인을 통해 제거함으로써 공정챔버 내에 아크가 발생하는 것을 방지하고, 플라즈마를 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 도 2의 정합기의 일 실시예의 회로도이다.
도 4는 도 2의 정합기의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 도 3 내지 도 4의 가변커패시터 및 바이패스라인의 일 실시예의 구성도이다.
도 6은 도 3 내지 도 4의 가변커패시터 및 바이패스라인의 다른 실시예의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 기판처리장치의 다른 실시예의 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 기판처리장치의 또 다른 실시예의 구성도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 관하여 설명한다.
기판처리장치(100)는 플라즈마공정을 수행한다. 플라즈마공정이란, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정으로, 플라즈마공정의 대표적인 예로는 플라즈마증착공정, 플라즈마식각공정 등이 있다. 이러한 플라즈마공정에서 플라즈마는 소스가스에 고주파전력을 가하여 형성될 수 있다.
한편, 여기서 기판은 반도체소자나 평판디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 기판처리장치(100)는 고주파전원(1000)에서 발생된 고주파전원(1000)이 전송라인(1100)을 통해 공정챔버(2000)에 제공되면 공정챔버(2000)에서 이를 이용해 플라즈마를 생성하여 플라즈마공정이 진행되며, 이때 임피던스정합장치(3000)는 고주파전원(1000)과 공정챔버(2000)의 사이에서 양 측의 임피던스를 정합한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 관하여 다양한 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 일 실시예의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 기판처리장치(100)의 일 실시예는, 고주파전원(1000), 전송라인(1100), 임피던스정합장치(3000) 및 공정챔버(2000)를 포함할 수 있다. 상술한 구성요소 중 일부, 예를 들어, 고주파전원(1000)과 전송라인(1100)은 기판처리장치(100)의 구성요소로 포함되는 대신 외부장치로 구현될 수도 있는데, 이는 후술할 기판처리장치(100)의 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
고주파전원(1000)은 고주파전력을 발생시킨다. 여기서, 고주파전원(1000)은 고주파전력을 펄스모드로 제공할 수 있다. 또, 고주파전원(1000)은 미리 설정된 고주파의 전력을 발생시킬 수 있으며, 고주파전원(1000)은 복수의 고주파전력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 고주파전원(1000)은 2Mhz, 13.56Mhz, 1000Mhz 주파수의 전력을 발생시킬 수 있다. 물론, 필요에 따라 고주파전원(1000)은 상술한 주파수 이외의 다른 주파수의 고주파전력을 발생시킬 수도 있을 것이다.
전송라인(1100)은 고주파전원(1000)으로부터 공정챔버(2000)로 고주파전력을 전송한다.
공정챔버(2000)는 전송받은 고주파전력을 소스가스에 가하여 플라즈마를 생성하여 이를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마공정을 수행한다.
이러한 공정챔버(2000)는 플라즈마발생기(2100)를 포함한다. 플라즈마발생기(2100)는 플라즈마를 형성한다. 플라즈마발생기(2100)는 공정챔버(2000)로 소스가스가 유입되면, 유입된 소스가스에 고주파전력을 가하고, 이에 따라 소스가스는 이온화되어 플라즈마 상태로 변한다.
플라즈마발생기(2100)로는 용량결합형플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma, 2100a)발생기가 사용될 수 있다. 용량결합형플라즈마발생기(2100a)는 공정챔버(2000) 내에 위치하는 서로 평행한 두 개의 평판전극으로 이루어진다. 여기서, 평판전극 중 어느 하나에 고주파전원(1000)이 연결되어 고주파전력이 가해지고, 다른 하나가 접지되면, 평판전극의 사이에 축전전기장이 발생하여 공정챔버(2000) 내의 소스가스에 전기에너지가 전달되고, 이에 따라 소스가스가 이온화되게 된다.
임피던스정합장치(3000)는 고주파전원(1000)과 공정챔버(2000) 사이의 전송라인(1100) 상에 설치되어 고주파전원(1000) 측과 공정챔버(2000) 측의 임피던스를 정합한다.
임피던스정합장치(3000)는 임피던스측정기(3100), 반사전력측정기(3200), 제어기(3300) 및 정합기(3400)를 포함할 수 있다.
임피던스측정기(3100)는 공정챔버(2000)의 임피던스를 측정할 수 있다. 플라즈마공정이 진행되는 동안, 공정챔버(2000) 내부에 형성된 플라즈마의 임피던스가 변화하는데 이에 따라 공정챔버(2000)의 임피던스도 변할 수 있다. 또 공정챔버(2000)의 임피던스는 소스가스의 종류, 내부압력, 내부온도 등의 다양한 공정환경에 의해 변화할 수 있다. 임피던스측정기(3100)는 이러한 공정챔버(2000)의 임피던스를 측정하여 그 측정값을 제어기(3300)에 제공할 수 있다.
반사전력측정기(3200)는 전송라인(1100)에 연결되어 고주파전원(1000) 측으로 반사되는 반사전력의 측정한다. 또 반사전력측정기(3200)는 측정된 반사전력의 측정값을 제어기(3300)에 제공할 수 있다.
제어기(3300)는 임피던스측정기(3100)와 반사전력측정기(3200)로부터 그 측정값들을 제공받아 이에 근거하여 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 정합기(3400)로 송출한다. 여기서, 제어신호는 임피던스 정합을 위해 후술할 가변커패시터(3410)의 정전용량을 조절하기 위하여 제1스위치(3412)의 개폐를 제어하는 신호일 수 있다. 또는 제어신호는 후술할 공정챔버(2000)에 축적된 반사전력을 제거하기 위해 바이패스라인(3430)의 개폐하도록 제2스위치(3431)를 제어하는 신호일 수 있다. 예를 들어, 제어신호는 스위치(3422)를 개폐하기 위한 온오프(on/off)신호일 수 있다.
이러한 제어기(3300)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.
하드웨어적으로 제어기(3300)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로콘트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(microprocessors)나 이들과 유사한 제어기능을 수행하는 전기적인 장치로 구현될 수 있다.
또 소프트웨어적으로 제어기(3300)는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어코드 또는 소프트웨어어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어적으로 구현된 제어부에 의해 실행될 있다. 또 소프트웨어는 서버 등의 외부기기로부터 상술한 하드웨어적인 구성으로 송신됨으로써 설치될 수 있다.
정합기(3400)는 제어기(3300)의 신호에 따라 임피던스를 정합한다. 정합기(3400)는 회로소자들을 포함하여 다양한 형태의 회로로 구현될 수 있으며, 제어신호에 따라 회로소자들의 동작을 제어하여 정전용량이나 유도용량을 동작하여 조절함으로써 임피던스를 정합할 수 있다.
이러한 정합기(3400)는 가변커패시터(3410), 인덕터(3420) 및 바이패스라인(3430)를 포함할 수 있다. 여기서, 가변커패시터(3410), 인덕터(3420)나 바이패스라인(3430)은 단수 또는 복수일 수 있다. 한편, 인덕터(3420)는 고정인덕터, 가변인덕터 또는 그 조합으로 제공될 수 있다.
도 3은 도 2의 정합기(3400)의 일 실시예의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 정합기(3400)는 제1커패시터(3410a), 제2커패시터(3410b) 및 인덕터(3420)를 포함하여 엘타입(L type)의 회로로 구현될 수 있다. 여기서, ‘in’은 전력의 송신단을 의미하고, ‘out’은 전력의 수신단을 의미한다. 여기서, 제2커패시터(3410b)에는 병렬로 바이패스라인(3430)이 연결될 수 있다.
도 4는 도 2의 정합기(3400)의 다른 실시예의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 정합기(3400)는 제1커패시터(3410a), 제2커패시터(3410b) 및 인덕터(3420)를 포함하여 파이타입(π type)의 회로로 구현될 수 있다. 이때에는, 인덕터(3420)에는 바이패스라인(3430)이 병렬로 연결될 수 있다.
물론, 정합기(3400)는 바이패스라인(3430)을 포함한 회로소자들의 배치가 상술한 예에 한정되는 것은 아니다. 정합기(3400)는 이외에도 역엘타입(inverse L type)의 회로 등과 같은 공지의 회로나 또는 필요에 따라 적절히 변경된 회로로 구현될 수도 있으며, 이러한 회로들에서 바이패스라인(3430)은 적어도 하나 이상의 회로소자와 병렬로 배치되거나 또는 회로소자가 없이 전송라인(1100) 상에 병렬로 배치될 수도 있을 것이다.
이러한 회로에서, 가변커패시터(3410)는 제어신호에 따라 정전용량이 조절된다. 정합기(3400)는 이러한 가변커패시터(3410)를 이용하여 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 또, 바이패스라인(3430)으로는 공정챔버(2000)에 축전된 반사전력이 빠져나와 공정챔버(2000)에서 반사전력이 제거될 수 있다.
도 5는 도 3 내지 도 4의 가변커패시터(3410) 및 바이패스라인(3430)의 일 실시예의 구성도이다.
가변커패시터(3410)는 복수의 커패시터(3410) 및 복수의 제1스위치(3412)를 포함한다. 바이패스라인(3430)은 복수의 제2스위치(3431)를 포함한다.
복수의 커패시터(3411)는 서로 병렬로 배치될 수 있다. 복수의 제1스위치(3412)는 각각 복수의 커패시터(3411)과 직렬로 연결된다. 복수의 제1스위치(3412)는 제어기(3300)로부터 수신되는 제어신호를 따라 개폐되어 가변커패시터(3410)의 정전용량을 조절한다. 커패시터(3411)들은 서로 병렬로 배치되므로, 가변커패시터(3410)의 정전용량은 제1스위치(3412)가 닫힌 커패시터(3411)들의 정전용량의 합이 될 수 있다.
여기서, 복수의 커패시터(3411)의 정전용량은 공정조건, 임피던스 정합의 속도, 공정챔버(2000)의 임피던스의 변화속도나 범위 등을 종합적으로 고려하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 복수의 커패시터(3411)는 모두 동일한 정전용량을 가지도록 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 복수의 커패시터(3411)는 순차적으로 1:21:22:…:2n의 정전용량을 가지도록 제공될 수 있다. 이때, 가변커패시터(3410)의 정전용량은, 제1스위치(3412)의 개폐상태의 조합에 따라 1 내지 2n+1-1까지의 정전용량으로 조절될 수 있을 것이다.
복수의 제2스위치(3431)은 각각 복수의 커패시터(3411)로 병렬로 배치될 수 있다. 복수의 제2스위치(3431)은 역시 제어기(3300)로부터 수신되는 제어신호에 따라 개폐되어 바이패스라인(3430)을 개폐할 수 있다.
일반적으로는 고주파전원(1000)으로부터 전송라인(1100)을 통해 공정챔버(2000)로 고주파전력이 전달되지만, 공정이 진행되는 동안 임피던스 정합이 깨지면, 공정챔버(2000) 내에 반사전력이 축적될 수 있다. 이상적으로 임피던스 정합이 지연시간 없이 공정챔버(2000)의 플라즈마 임피던스의 변화에 즉각적으로 응답하면, 반사전력이 발생하지 않으나 실제로는 임피던스 정합에 최소한의 지연시간이 소요되므로, 그 지연시간 동안에는 커패시터나 인덕터와 같은 회로상의 비소모성 회로소자나 공정챔버(2000)에 반사전력이 축적될 수 있다. 이러한 반사전력이 축적되면, 회로상에 제1스위치(3412)나 다른 회로소자에 부하를 가하여 회로에 손상이 발생하거나 또는 공정챔버(2000) 내에 축적되는 반사전력은 공정챔버(2000) 내에서 아크를 발생시키거나 플라즈마의 생성이나 유지를 방해해 플라즈마의 균일도를 저하시켜 플라즈마공정에 악영향을 가할 수 있다.
바이패스라인(3430)은 이처럼 각종 회로소자나 공정챔버(2000)에 축적된 반사전력을 우회시켜 해소함으로써, 반사전력을 제거할 수 있다. 각각의 커패시터(3411)와 병렬로 배치되는 바이패스라인(3430)이 제2스위치(3431)가 닫혀 연결되면, 반사전력은 이러한 바이패스라인(3430)을 통해 해소될 수 있다.
도 6은 도 3 내지 도 4의 가변커패시터(3410) 및 바이패스라인(3430)의 다른 실시예의 구성도이다.
한편, 이러한 가변커패시터(3410)와 바이패스라인(3430)에 사용되는 제1스위치(3412) 및 제2스위치(3411)로는 디지털스위치가 사용될 수 있다. 디지털스위치는 종래의 기계식 구동수단으로 동작하는 스위치에 비해 신속하게 동작하므로, 디지털방식의 제1스위치(3411)는 가변커패시터(3410)의 정전용량을 신속하게 변경할 수 있어 임피던스 정합 시 지연시간을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또 디지털방식의 제2스위치(3431)는 바이패스라인(3430)을 신속하게 개폐하여 반사전력을 빠르게 해소할 수 있다. 이러한 디지털스위치로는 예를 들어, 트랜지스터나 다이오드가 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1스위치(3412) 및 제2스위치(3431)로는 핀다이오드(PIN diode, 3413, 3432)가 사용될 수 있다. 이러한 제1스위치(3412)의 핀다이오드(3413)은 그 정방향이 고주파전원(1000)으로부터 공정챔버(2000)를 향하도록 배치되며, 제2스위치(3431)의 핀다이오드(3432)는 그 정방향이 공정챔버(2000)로부터 고주파전원(1000)을 향하도록 배치될 수 있다. 핀다이오드(3413, 3432)는 닫힌 경우에는, 정방향으로 전력을 송신하고, 역방향으로는 전력이 흐르는 것을 차단하므로, 제1스위치(3412)가 닫힌 경우에는 그 스위치(3412)에 연결된 커패시터(3411)를 거쳐 고주파전원(1000)으로부터 공정챔버(2000) 방향으로 고주파전력을 전송되며, 제2스위치(3431)이 닫힌 경우에는 공정챔버(2000)로부터 고주파전원(1000)의 방향으로 반사전력이 전송될 수 있다.
여기서, 제1스위치(3412)의 핀다이오드(3413)와 제2스위치(3431)의 핀다이오드(3432)는 제어신호에 따라 어느 하나만 선택적으로 닫히도록 동작될 수 있다. 물론, 이들이 반드시 택일적으로 동작해야하는 것은 아니므로, 제1스위치(3412)와 제2스위치(3431)이 모두 열리는 경우도 가능할 것이다.
한편, 디지털방식의 스위치가 반드시 상술한 핀다이오드로 한정되는 것은 아니며, 이외에도 알에프릴레이(RF relay)나 모스펫(MOSFET: metal-oxide semiconductor field effect transistor)이 사용될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 일 실시예에서는 플라즈마발생기(2100)로 하나의 평판전극이 전송라인(1100)이 연결되고, 다른 하나의 평판전극이 접지된 용량결합형플라즈마발생기(2100a)를 이용하는데 이는 필요에 따라 적절히 변형될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 다른 실시예의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 용량결합형플라즈마발생기(2100a)의 두 개의 평판전극은 각각 고주파전원(1000)에 연결될 수 있다. 이에 따라 기판처리장치(100)에는 각각의 평판전극에 대하여 두 개의 임피던스정합장치(3000)가 제공될 수 있다. 이때, 임피던스정합장치(3000)들은 제어기(3300)와 임피던스측정기(3100)를 공유하여 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 또 다른 실시예의 구성도이다.
도 8를 참조하면, 공정챔버(2000)에는 플라즈마발생기(2100)로 유도결합플라즈마(ICP: inductively coupled plasma, 2100b)발생기가 사용될 수 있다. 유도결합형플라즈마발생기(2100b)는 공정챔버(2000)로 소스가스가 유입되는 부위에 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)를 이용하는 임피던스정합방법에 관하여 설명한다. 다만, 임피던스정합방법은 상술한 기판처리장치(100) 이외에도 이와 동일 또는 유사한 다른 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 이러한 임피던스정합방법은 이를 수행하는 코드 또는 프로그램의 형태로 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
임피던스정합방법에서는 먼저 소스가스공급원(미도시)로부터 공정챔버(2000)로 소스가스가 유입된다. 소스가스가 유입되면, 고주파전원(1000)이 고주파전력을 발생시키고, 전송라인(1100)을 통해 고주파전력이 플라즈마발생기(2100)로 전송된다. 플라즈마발생기(2100)는 고주파전력을 이용하여 소스가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성시킨다. 플라즈마가 형성되면, 공정챔버(2000)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다. 여기서, 기판은 반도체소자나 평판디스플레이 및 그 외에 박막에 회로패턴을 형성하여 제조되는 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다.
이와 같이, 플라즈마를 생성하고 기판을 처리하는 과정에서 기판으로부터 발생하는 이물질이나, 플라즈마의 밀도, 소스가스의 종류, 공정챔버(2000)의 내부온도와 내부압력 등의 다양한 공정조건에 의해 플라즈마임피던스 또는 공정챔버(2000)의 임피던스가 변화하게 된다. 특히, 플라즈마공정의 초기에 펄스모드로 고주파전원(1000)을 공급하는 시기, 플라즈마가 형성되는 시기, 플라즈마가 소멸하는 시기 등에는 그 임피던스가 급격하게 변화할 수 있다.
임피던스측정기(3100)는 플라즈마임피던스나 공정챔버(2000)의 임피던스를 측정하여, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. 또한, 임피던스가 변화함에 따라 임피던스 정합이 깨져 반사파가 발생할 수 있는데, 반사전력측정기(3200)는 고주파전원(1000) 측의 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. 제어기(3300)는 임피던스측정기(3100)와 반사전력측정기(3200)로부터 측정값들을 획득하여 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 정합기(3400)로 송출한다.
정합기(3400)에서는 복수의 제1스위치(3412)가 제어신호에 따라 개폐될 수 있다. 가변커패시터(3410)는 이러한 복수의 제1스위치(3412)의 개폐상태에 따라 복수의 커패시터(3411) 중 병렬로 연결되는 커패시터(3411)의 수가 조절되어 그 정전용량이 조절된다. 결과적으로 이에 따라 고주파전원(1000) 측과 공정챔버(2000) 측의 임피던스 정합이 수행될 수 있다. 여기서, 정합기(3400)가 가변인덕터를 가지는 경우에는 제어기(3300)는 가변인덕터로 제어신호를 더 송출하여 가변인덕터의 유도용량을 조절하는 것을 병행하여 임피던스 정합을 수행할 수도 있다. 따라서, 임피던스정합장치(3000)가 정전용량뿐만 아니라 유도용량을 조절할 수 있으므로, 보다 다양한 범위와 방식에 따라 변화되는 임피던스를 보상할 수 있게 된다.
이러한 임피던스의 정합과정에서 제어기(3300)는 디지털신호를 송신하고, 핀다이오드 등으로 구현된 제1스위치(3412)는 제어신호에 따라 온오프되어 기계적으로 구동되는 스위치에 비해 빠르게 임피던스를 보상할 수 있다. 이에 따라 임피던스정합장치(3000)는 신속한 응답속도를 가지고 임피던스를 정합할 수 있다.
그러나, 응답속도가 신속하다 하더라도, 최소한의 지연시간이 발생할 수 있다. 따라서, 이처럼 임피던스의 정합이 깨지는 지연시간 동안에는 커패시터나 인덕터와 같은 비소모성 회로소자에 반사전력이 축적되게 된다. 예를 들어, 플라즈마발생기(2100)는 용량결합형플라즈마발생기(2100a)나 유도결합플라즈마발생기(2100b)가 사용되는 경우에는, 이들에 반사전력이 축적될 수 있다. 반사전력이 축적되면, 공정챔버(2000) 내에서 아크를 발생시키거나 플라즈마의 생성이나 유지를 방해해 플라즈마의 균일도를 저하시켜 플라즈마공정에 악영향을 가할 수 있다.
따라서, 제어기(3300)는 주기적으로 또는 반사전력측정기(3200)의 측정값에 근거하여 반사전력이 임계값 이상이 되는 경우에는 제2스위치(3431)가 닫히도록 제어신호를 송신할 수 있다. 제2스위치(3431)에 의해 바이패스라인(3430)이 연결되면, 각종 회로소자나 공정챔버(2000)에 축적된 반사전력을 우회시켜 해소함으로써, 반사전력을 제거할 수 있다.
이상에서 언급된 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 기재된 것이므로, 본 발명이 상술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상술한 실시예 및 그 구성요소를 선택적으로 조합하거나 공지의 기술을 더해 구현될 수 있으며, 나아가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 치환 및 변경이 가해진 수정예, 변형예를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 발명은 모두 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판처리장치
1000: 고주파전원 1100: 전송라인
2000: 공정챔버 2100: 플라즈마발생기
3000: 임피던스정합장치 3100: 임피던스측정기 3200: 반사전력측정기
3300: 제어기 3400: 정합기 3410: 가변커패시터
3411: 커패시터 3412: 제1스위치 3413: 제1핀다이오드
3420: 인덕터
3430: 바이패스라인 3431: 제2스위치 3432: 제2핀다이오드

Claims (11)

  1. 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기;
    상기 임피던스측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및
    상기 공정챔버로 고주파전력을 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 제어신호에 따라 임피던스를 정합하는 정합기;를 포함하되,
    상기 정합기는, 정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인(by-pass line);을 포함하고,
    상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 서로 병렬로 배치되며,
    상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 상기 제어신호에 따라 어느 하나가 선택적으로 개폐되는 임피던스정합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파전력을 제공하는 고주파전원으로의 반사전력을 측정하는 반사전력측정기;를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 반사전력측정기의 측정값을 더 고려하여 상기 제어신호를 생성하는
    임피던스정합장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기;
    상기 임피던스측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및
    상기 공정챔버로 고주파전력을 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 제어신호에 따라 임피던스를 정합하는 정합기;를 포함하되,
    상기 정합기는, 정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인(by-pass line);을 포함하고,
    상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 서로 병렬로 배치되며,
    상기 가변커패시터는, 병렬로 배치된 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 연결된 복수의 제1스위치;를 포함하고,
    상기 바이패스라인은, 상기 복수의 커패시터 각각과 병렬로 배치되는 복수의 제2스위치를 포함하고,
    상기 제어신호에 따라 개폐되는 상기 복수의 제1스위치에 의해 상기 정전용량이 조절되고, 상기 복수의 제2스위치에 의해 상기 바이패스라인이 개폐되는
    임피던스정합장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1스위치 및 상기 복수의 제2스위치는 핀다이오드인
    임피던스정합장치.
  7. 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버;
    고주파전력을 발생시키는 고주파전원;
    상기 공정챔버로 상기 고주파전력을 전송하는 전송라인; 및
    상기 전송라인에 연결되어, 상기 공정챔버의 임피던스를 정합하는 임피던스정합장치;를 포함하되,
    상기 임피던스정합장치는,
    상기 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기;
    상기 고주파전원으로의 반사전력을 측정하는 반사전력측정기;
    상기 임피던스측정기 및 상기 반사전력측정기의 측정값에 근거하여 제어신호를 생성하는 제어기; 및
    정전용량이 조절되는 가변커패시터; 및 상기 공정챔버 내부에 축적된 반사전력을 제거하는 바이패스라인;을 구비하는 정합기;를 포함하고,
    상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 서로 병렬로 배치되며,
    상기 가변커패시터와 상기 바이패스라인은, 상기 제어신호에 따라 어느 하나가 선택적으로 개폐되는
    기판처리장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가변커패시터는, 병렬로 배치된 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 연결된 복수의 제1스위치;를 포함하고,
    상기 바이패스라인은, 상기 복수의 커패시터 각각과 병렬로 배치되는 복수의 제2스위치를 포함하고,
    상기 제어신호에 따라 개폐되는 상기 복수의 제1스위치에 의해 상기 정전용량이 조절되고, 상기 복수의 제2스위치에 의해 상기 바이패스라인이 개폐되는
    기판처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1스위치 및 상기 복수의 제2스위치는 핀다이오드인
    기판처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006139949A (ja) * 2004-11-10 2006-06-01 Sumihide Ikenouchi インピーダンス整合器及びこれを用いたプラズマ処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023195606A1 (ko) * 2022-04-06 2023-10-12 삼성전자 주식회사 안테나를 포함하는 전자 장치

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