KR101989518B1

KR101989518B1 - 가상 임피던스 자동 매칭 방법

Info

Publication number: KR101989518B1
Application number: KR1020180047284A
Authority: KR
Inventors: 위순임; 문홍권; 최국영; 부경운; 김세원
Original assignee: 주식회사 뉴파워 프라즈마
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-06-14
Also published as: CN110400734A; US10395897B1; CN110400734B

Abstract

본 발명은 고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하는 RF 제너레이터와 플라즈마 챔버 사이에 설치되어 상기 RF 제너레이터의 출력단 임피던스와 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매처를 공정에 투입하기 전에 컴퓨팅 장치에 연결하여 가상 매칭을 수행하는 가상 임피던스 자동 매칭 방법에 관한 것으로서, (a) 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 레시피의 각 공정 단계별로 상기 RF 제너레이터의 입력 파라미터 및 상기 플라즈마 챔버의 부하 조건 파라미터를 결정하는 단계; (b) 상기 공정 단계별 RF 제너레이터의 입력 파라미터에 기초하여 상기 임피던스 매처에 RF ON 신호를 인가하는 단계; (c) 상기 임피던스 매처를 구성하는 부하용 진공 가변 커패시터와 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기 설정 위치가 매칭 범위 내에 있는지를 판단하는 단계; (d) 상기 단계(c)를 만족하지 않으면 상기 임피던스 매처에 RF OFF 신호를 인가하고 매칭 범위 이탈을 나타내는 경고신호를 발생시키는 단계; (e) 상기 단계(c)를 만족하면 상기 임피던스 매처를 동작시켜 매칭을 개시하는 단계; (f) 매칭이 완료되면 매칭에 성공한 공정 단계별로 임피던스 변화에 따른 50+j0에 대한 진폭 에러 및 위상 에러를 분석하여 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 결정하는 단계; 및 (g) 상기 단계(a) 내지 상기 단계(f)를 모든 공정 단계별로 진행하고 공정 단계별 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 상기 임피던스 매처로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 부하측의 공정조건에 따라 매칭 불가 영역을 회피할 수 있는 진공 가변 커패시터(VVC)의 초기설정 위치를 결정함으로써 공정의 안정성을 높일 수 있고, 각 공정 단계별로 튜닝용 VVC 및 부하용 VVC의 초기설정 위치를 최적화 할 수 있어 공정 초기 반사파 전력을 최대한 억제하고 신속한 매칭으로 공정 단계들의 연속성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

가상 임피던스 자동 매칭 방법{VIRTUAL IMPEDANCE AUTO MATCHING BOX}

본 발명은 RF Generator와 플라즈마 챔버 사이에 임피던스 매칭을 위한 매처를 연결하기 전에 가상으로 임피던스 매칭을 실행함으로써 임피던스 자동 매칭 진행 공정을 사전에 검토할 수 있으며, 실제 공정 적용 시에 매칭 불가 영역을 회피할 수 있음은 물론 초기 점화 및 매칭 성공을 위한 진공 가변 커패시터(VVC)의 프리셋 위치 데이터를 추출하여 공정 최적화를 구현할 수 있고, 공정 초기 반사파 전력을 억제하고 자동 매칭 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 가상 임피던스 자동 매칭 방법에 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, Etching, CVD(Chemical Vapor Deposition), Ashing 등의 공정에서 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 발생을 위한 설비는 크게 전력을 공급하는 플라즈마 파워 서플라이(10)와, 최대 전력 공급을 위한 임피던스 매칭박스(20)와, 플라즈마 부하(30)로 구성된다. 플라즈마 파워 서플라이(10)는 고주파로 발진되는 RF Generator로 구성되며, 임피던스 매칭박스(20)는 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스와 플라즈마 부하(30), 예컨대 프로세싱 챔버와 같이 공정의 종류나 내부 환경 변화에 의하여 임피던스가 고정되지 않고 변하는 부하, 의 임피던스를 매칭시켜 프로세싱 챔버 내로 원하는 고주파 전원이 인가되도록 한다.

통상적으로 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스는 대개 50옴(onm)으로 고정되는 반면, 플라즈마 부하(30)의 임피던스는 다양하게 가변된다. 임피던스 매칭박스(20)는 부하의 임피던스 변화에 따라 임피던스를 가변시켜 플라즈마 파워 서플라이(10)와 프로세싱 챔버 사이의 임피던스를 정합시킴으로써, 플라즈마 부하(30)로부터 반사파를 줄여 RF 제너레이터의 손상을 방지하고 고주파의 RF 파워가 프로세싱 챔버 내에서 손실 없이 온전히 사용될 수 있도록 한다.

도 2는 진공 가변 커패시터를 구비한 임피던스 매칭박스를 예시한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 파워 서플라이(10)와 플라즈마 부하(30) 사이에서 인덕터(41)와 튜닝 커패시터(42)가 직렬 연결되며, 인덕터(41)의 입력단과 접지 사이에 부하 커패시터(43)가 설치된다. 대개 인덕터(41)의 값은 고정시킨 상태에서 튜닝 커패시터(42) 및 부하 커패시터(43)를 가변시켜 임피던스를 조절하며, 각 커패시터는 진공 가변 커패시터(VVC: Vacuum Variable Capacitor)로 구성된다.

임피던스 매칭박스(20) 내에 구비되는 컨트롤러(40)는 RF Generator로부터 입력되는 전력과 플라즈마 챔버로부터 반사되는 전력을 측정하여 VVC의 위치를 조정하는 조작기구를 동작시킴으로써, 임피던스 가변 제어를 수행한다. 그런데, 반도체 공정의 종류, 공정 레시피, 각 공정 단계 등에 따라 임피던스 매칭이 발생되는 VVC의 위치가 달라지며, VVC의 초기 위치를 잘못 선정하는 경우 임피던스 매칭이 불가능한 영역이 발생되고 공정 페일(fail)이 야기될 수 있다.

또한, VVC의 초기 위치와 매칭이 발생되는 최종 VVC의 위치간에 편차가 크면, 임피던스 매칭에 소요되는 시간이 증가되며 공정 초기에 챔버로부터 반사되는 전력이 커지고 공정의 연속성을 저해하는 문제가 발생된다.

대한민국 특허공개 제10-2005-0089114호

본 발명은 공정의 정류, 공정 레시피, 공정 단계별로 가상 임피던스 매칭을 수행함으로써, 각 공정 및 단계별로 가변 진공 커패시터의 초기 설정(preset) 위치를 최적화 할 수 있으며, 실제 공정에 적용할 경우 매칭 불가 영역을 회피하고 공정의 안정성 및 연속성을 높일 수 있으며, 공정 초기 반사파 전력을 억제하고 자동 매칭 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 가상 임피던스 자동 매칭 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법은, 고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하는 RF 제너레이터와 플라즈마 챔버 사이에 설치되어 상기 RF 제너레이터의 출력단 임피던스와 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매처를 공정에 투입하기 전에 컴퓨팅 장치에 연결하여 가상 매칭을 수행하는 가상 임피던스 자동 매칭 방법으로, (a) 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 레시피의 각 공정 단계별로 상기 RF 제너레이터의 입력 파라미터 및 상기 플라즈마 챔버의 부하 조건 파라미터를 결정하는 단계; (b) 상기 공정 단계별 RF 제너레이터의 입력 파라미터에 기초하여 상기 임피던스 매처에 RF ON 신호를 인가하는 단계; (c) 상기 임피던스 매처를 구성하는 부하용 진공 가변 커패시터와 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기 설정 위치가 매칭 범위 내에 있는지를 판단하는 단계; (d) 상기 단계(c)를 만족하지 않으면 상기 임피던스 매처에 RF OFF 신호를 인가하고 매칭 범위 이탈을 나타내는 경고신호를 발생시키는 단계; (e) 상기 단계(c)를 만족하면 상기 임피던스 매처를 동작시켜 매칭을 개시하는 단계; (f) 매칭이 완료되면 매칭에 성공한 공정 단계별로 임피던스 변화에 따른 50+j0에 대한 진폭 에러 및 위상 에러를 분석하여 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 결정하는 단계; 및 (g) 상기 단계(a) 내지 상기 단계(f)를 모든 공정 단계별로 진행하고 공정 단계별 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 상기 임피던스 매처로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법은, 상기 단계(e)는, (e-1) 50+j0의 임피던스에 대한 진폭 에러가 0(zero)보다 클 경우 상기 부하용 진공 가변 커패시터의 위치를 증가시키고 0(zero)보다 작을 경우 상기 부하용 진공 가변 커패시터의 위치를 감소시키는 단계; (e-2) 50+j0의 임피던스에 대한 위상 에러가 0(zero)보다 클 경우 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 위치를 증가시키고 0(zero)보다 작을 경우 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 위치를 감소시키는 단계; 및 (e-3) 상기 임피던스 매처의 출력단에서 측정된 통합 임피던스의 50+j0에 대한 감마 값이 사용자가 지정한 매칭 기준 감마값에 도달할 경우 임피던스 매칭 완료를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법은, 상기 단계(e-3)은 상기 플라즈마 챔버의 부하 조건 파라미터에 의한 반사파 전력이 0(zero)에 도달하는 것을 전제로 임피던스 매칭 완료를 결정한다.

본 발명의 가상 임피던스 자동 매칭 방법에 따르면, 플라즈마 부하측의 공정조건에 따라 매칭 불가 영역을 회피할 수 있는 진공 가변 커패시터(VVC)의 초기설정 위치를 결정함으로써 공정의 안정성을 높일 수 있고, 각 공정 단계별로 튜닝용 VVC 및 부하용 VVC의 초기설정 위치를 최적화 할 수 있어 공정 초기 반사파 전력을 최대한 억제하고 신속한 매칭으로 공정 단계들의 연속성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 진공 가변 커패시터를 구비한 임피던스 매칭박스를 예시한 회로도,
도 3은 본 발명의 구현을 위한 가상 임피던스 매칭 시스템을 예시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법을 예시한 흐름도,
도 5는 본 발명에서 컴퓨팅 장치의 임피던스 매칭 디스플레이 구성을 예시한 도면,
도 6은 본 발명에 따라 가상 임피던스 자동 매칭을 수행한 결과를 나타내는 데이터 로그, 및
도 7은 도 6의 결과에 따라 최적화된 VVC의 초기설정 위치를 적용한 후 임피던스 매칭을 수행한 결과를 나타내는 데이터 로그이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

도 3은 본 발명의 구현을 위한 가상 임피던스 매칭 시스템을 예시한 블록도이다.

본 발명의 가상 임피던스 자동 매칭 방법은 임피던스 매처(200)를 공정에 투입하기 전에 컴퓨팅 장치(400)에 연결하여 가상 매칭을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 도 3에서 점선으로 묘사한 바와 같이 RF 제너레이터(100)와 플라즈마 챔버(300)는 실제로 연결되지 않지만 컴퓨팅 장치(400)에서 RF 제너레이터(100)와 플라즈마 챔버(300)가 연결된 것과 유사한 환경을 구현한다.

본 발명의 배경 기술에 관한 설명에서 언급한 바와 같이 Etching, CVD(Chemical Vapor Deposition), Ashing 등의 반도체 공정에서 플라즈마 전원 공급 시스템이 이용된다. RF 제너레이터(100)는 고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하며, 임피던스 매처(200)는 RF 제너레이터(100)의 출력단 임피던스와 플라즈마 챔버(300)의 임피던스를 일치시킨다. 본 발명의 가상 임피던스 자동 매칭 방법은 RF 제너레이터(100)의 기능 및 플라즈마 챔버(300)의 기능을 컴퓨팅 장치(400)에 설치된 가상 임피던스 매칭 엔진(450)에서 수행하지만, 임피던스 매처(200)는 실제 공정 환경에서와 동일하게 동작한다. 다만, 임피던스 매처(200)의 일부 파라미터는 가상 임피던스 매칭 엔진(450)에 의해 조정될 수 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 배경 기술에 관한 설명에서 도 1 및 2를 참조하여 설명한 임피던스 매처(200)의 회로 구성을 참조할 수 있다. 예컨대, 임피던스 매처(200)는 인덕턴스 값이 고정되는 인덕터와, 임피던스 성분 중 능동저항 성분에 해당되는 값을 가변시키기 위해 커패시턴스 값을 가변시키는 부하용 진공 가변 커패시터(VVC: Vacuum Variable Capacitor)와, 임피던스 성분 중 용량 성분에 해당되는 값을 가변시키기 위해 커패시턴스 값을 가변시키는 튜닝용 진공 가변 커패시터(이하 '진공 가변 커패시터'는 'VVC'로 표기될 수 있음)로 구성된 매칭 회로를 포함한다. 또한, 임피던스 매처(200)는 부하용 VVC 및 튜닝용 VVC를 소정의 행정구간 내에서 조작하는 조작기구와, 이 조작기구를 제어하여 임피던스를 가변 매칭시키는 컨트롤러를 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법을 예시한 흐름도이고, 도 5는 본 발명에서 컴퓨팅 장치의 임피던스 매칭 디스플레이 구성을 예시한 도면이다. 도 4 및 5를 참조하여 본 발명에 따른 가상 임피던스 자동 매칭 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3에서와 같이 임피던스 매처(200)를 실제 공정인 RF 제너레이터(100)와 플라즈마 챔버(300) 사이에 연결하기 전에, 임피던스 매처(200)에 가상 임피던스 매칭 엔진(450)을 구비한 컴퓨팅 장치(400)에 연결한다. 그리고 이하에서 설명되는 바와 같이 가상 임피던스 매칭 엔진(450)을 구동한 후에 임피던스 매처(200)의 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 초기설정(preset) 위치를 최적화 한 후에 임피던스 매처(200)를 RF 제너레이터(100)와 플라즈마 챔버(300) 사이에 연결하여 실제 공정에 투입한다.

도 4를 참조하면, 임피던스 매처(200)와 컴퓨팅 장치(400)를 연결한 후에 임피던스 매처(200)의 전원을 투입한다(ST210). 그리고 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 레시피의 각 공정 단계별로 RF 제너레이터(100)의 입력 파라미터 및 플라즈마 챔버(300)의 부하 조건 파라미터를 결정한다(ST215). 예컨대, 공정 종류는 Etching, CVD, Ashing 등 실제 반도체 공정이 어떤 공정인지를 나타내는 데이터이며, 공정 레시피는 각 공정에서 플라즈마의 강도, 반응 가스의 종류, 반응 가스에 반도체 피가공물이 노출되는 시간 등을 나타내는 정보이다. 공정 단계는 공정 레시피에 따라 RF 제너레이터(100)의 전원 특성 등이 동일하게 유지되는 각 스텝(step)들을 일련번호로 구분한 각 단계들을 의미한다.

컴퓨팅 장치(400)에는 공정 종류, 공정 종류 하위의 공정 레시피, 공정 레시피 하위의 공정 단계들이 저장되거나 외부의 데이터베이스 서버에서 공정 종류, 공정 레시피, 공정 단계들을 검색할 수 있는 검색 엔진이 구비될 수 있다. 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 단계들에 따라서 RF 제너레이터(100)의 입력 파라미터 및 플라즈마 챔버(300)의 부하 조건 파라미터가 자동으로 결정될 수 있다.

반면, 실제 공정 조건이 미리 저장된 각 공정 단계와 달라질 수 있으며, 부하가 급변하는 공정일 경우 사용자가 좀 더 가혹한 환경으로 설정하고자 할 수 있으므로, 도 5에서와 같이 컴퓨팅 장치(400)에서 제공되는 임피던스 매칭 디스플레이(460)를 통해 사용자가 각 파라미터를 입력할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 임피던스 매칭 디스플레이(460)는 RF 제너레이터 제어부(470)와, 플라즈마 챔버 제어부(480)와, 임피던스 매처 제어부(490)로 구성된다.

RF 제너레이터 제어부(470)는 RFG 파라미터 설정부(472)와, 순방향/반사 전력 표시부(474)로 구성된다. RFG 파라미터 설정부(472)는 RF 제너레이터의 입력 전력, 주파수, 위상 등을 설정하기 위한 입력창을 제공한다. 순방향/반사 전력 표시부(474)는 RF 제너레이터(100)에서 임피던스 매처(200)로 진행되는 가상의 순방향 전력과 플라즈마 챔버(300)의 입력단에서 임피던스 매처(200) 측으로 반사되는 가상의 반사파 전력을 측정하여 표시한다.

플라즈마 챔버 제어부(480)는 챔버 파라미터 설정부(482)와, 챔버 데이터 표시부(484)로 구성된다. 챔버 파라미터 설정부(482)는 상술한 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 단계와 각 공정 단계에서의 요구 전력, 반응 가스 종류, 반응 가스 압력 등 부하 조건 파라미터를 설정하기 위한 입력창을 제공한다. 챔버 데이터 표시부(484)는 각 공정 단계별로 입력된 파라미터, 플라즈마 공정이 진행되면서 챔버 내 환경 변화를 나타내는 데이터 들을 표시한다.

임피던스 매처 제어부(490)는 매처 파라미터 설정부(492)와, 경고 표시부(494)와, 스미스 차트 표시부(496)와, 데이터 로그 표시부(498)로 구성된다. 매처 파라미터 설정부(492)는 임피던스 매칭 알고리즘의 선택(예컨대, 진폭/위상 매칭 알고리즘 또는 모델 기반 예측 매칭 알고리즘의 선택), 위상각 및 목표 임피던스 등을 설정하기 위한 입력창을 제공한다. 경고 표시부(494)는 부하용 VVC 및 튜닝용 VVC의 초기설정 위치가 매칭 범위를 벗어난 경우 동작되어 사용자에게 경고를 표시한다. 경고 표시부(494)가 동작되면 인터록 기능을 동작시켜 즉시 RF 전원을 OFF 시킨다. 스미스 차트 표시부(496)는 임피던스 매처(200)에서 측정되는 통합 임피던스를 스미스 차트로 표시하며, 데이터 로그 표시부(498)는 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 단계와 함께 RF ON 시간별로 데이터를 측정하여 표시한다. 데이터 로그에 대하여는 도 6 및 7을 참조하여 후술한다.

다시 도 4를 참조하면, 가상 임피던스 매칭 엔진(450)은 단계 ST215에서 입력된 파라미터를 기반으로 임피던스 매처(200)에 RF ON 신호를 전송하며(ST220), 각 공정 단계별로 임피던스 매처(200)에 RF 전원이 공급된다(ST225).

다음으로 임피던스 매처(200) 내의 부하용 VVC 및 튜닝용 VVC의 초기 설정 위치가 매칭 범위 내에 있는지를 판단한다(ST230). 부하용 VVC 및 튜닝용 VVC의 위치는 조작기구에 의한 전체 행정구간의 한 쪽 끝 다른 한 쪽 끝 까지의 거리를 백분율로 나타내는 위치일 수 있으며, 디폴트로 설정되는 값은 각각 50%이다.

만약 임피던스 매처(200)가 실제 공정에 적용되었는데 부하용 VVC 및 튜닝용 VVC의 초기설정 위치가 매칭 범위를 벗어날 경우 공정이 중단되고 초기설정 위치를 재조정해야 한다. 따라서, 이러한 현상을 방지하기 위해 본 발명에서는 단계 ST230을 만족하지 못할 경우, 즉시 RF 전원을 OFF 시키고(ST235), 매칭 범위 이탈을 나타내는 경고신호를 현시한다(ST240).

만약, 단계 ST230을 만족한다면, 임피던스 매처(200)에 매칭 동작을 개시하라는 명령을 전달한다(ST245). 임피던스 매처(200)는 매처 파라미터 설정부(492)를 통해 선택된 알고리즘(이하에서 도 6 및 7을 참조하여 설명되는 데이터 로그는 진폭/위상 매칭 알고리즘에 의한 매칭 데이터임)에 의해 매칭을 수행한다.

임피던스 매칭이 완료되면 매칭에 성공한 공정 단계별로 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 최종 위치를 추출하고, 임피던스 변화에 따른 50+j0에 대한 진폭 에러 및 위상 에러를 분석하여 최적의 초기설정 위치를 결정한다.

먼저, 부하용 VVC와 튜닝용 VVC가 매칭 위치에 위치하는지를 판단한다(ST250). 만약, 매칭 위치에 위치하면 다음으로 모든 공정 단계가 완료되었는지를 판단한다(ST255). 잔여 공정 단계가 존재한다면 단계 ST220으로 복귀하여 다음 공정 단계를 진행한다. 모든 공정 단계가 완료되었다면 공정 종료 알람을 발생시키고(ST260), RF OFF 신호를 전송한다(ST265). RF 전원이 OFF 되고(ST270), 각 공정 단계별로 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 초기설정 위치가 최적화 된다(ST275). 그리고 각 공정 단계별 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 초기설정 위치를 임피던스 매처(200)로 전송한다.

도 6은 본 발명에 따라 가상 임피던스 자동 매칭을 수행한 결과를 나타내는 데이터 로그이며, 도 7은 도 6의 결과에 따라 최적화된 VVC의 초기설정 위치를 적용한 후 임피던스 매칭을 수행한 결과를 나타내는 데이터 로그이다.

도 6의 데이터 로그는 RF 제너레이터에서 출력되는 전력을 14kW로 하고, 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 초기설정 위치를 각각 50%로 설정한 후 Etching 공정에 Seasoning 레시피를 적용한 3번째 공정 단계에서 자동 매칭을 실시한 결과를 나타낸다.

도 6의 데이터 로그는 좌측으로부터 로그 넘버, RF ON 시간, 부하용 VVC의 위치, 튜닝용 VVC의 위치, 부하용 VVC의 위치를 나타나는 인코딩 데이터, 튜닝용 VVC의 위치를 나타내는 인코딩 데이터, 에러 데이터, 임피던스 매처에서 측정된 통합 임피던스, 측정된 통합 임피던스의 50+j0에 대한 감마(Gamma) 값, 매칭 여부, 순방향 전력, 반사파 전력, 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 단계를 나타낸다.

사용자가 별도로 파라미터를 설정하지 않은 경우 부하용 VVC와 튜닝용 VVC의 초기설정 위치는 각각 50%의 위치에 있게 된다. 데이터 에러 중 진폭(Mag) 에러와 위상(Phase) 에러는 각각 50+j0에 대한 에러를 나타낸다. 진폭 에러가 0(zero)보다 클 경우 부하용 VVC의 위치를 증가시키며, 0(zero)보다 작을 경우 부하용 VVC의 위치를 감소시킨다. 위상 에러가 0(zero)보다 클 경우 튜닝용 VVC의 위치를 증가시키며, 0(zero)보다 작을 경우 튜닝용 VVC의 위치를 감소시킨다. 이와 같은 매칭 과정을 거쳐가면서 측정된 통합 임피던스의 50+j0에 대한 감마 값(Γ/1000)은 0(zero)에 근사해져 간다. 그리고 사용자가 지정한 감마 값에 도달할 경우 매칭 성공으로 판단한다. 도시된 예에서는 감마 값 0.001에 도달할 때 매칭 성공으로 판단하였다. 물론 매칭 성공을 나타내는 감마 값은 사용자의 지정에 의해 달라질 수 있다.

도 7을 참조하면, 매칭 성공 이후에 부하용 VVC의 초기설정 위치를 9.7%로 설정하고, 튜닝용 VVC의 초기설정 위치를 70.6으로 설정한 후 오토 매칭을 실시한 상태를 보여준다. 도 6에서 RF ON 시간이 4.2초 경과한 후에 매칭이 성공된 것과 대비하여 1.4초만에 매칭이 성공된 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 가상 임피던스 자동 매칭 방법에 따르면, 임피던스 매처가 실제 공정에 적용될 경우 매칭 불가 영역을 회피하여 공정의 연속성이 단절되는 것을 방지할 수 있으며, 진공 가변 커패시터(VVC)의 초기설정 위치를 최적화 함으로써 매칭 공정이 신속하게 수행되고 공정 초기 반사파 전력을 최대한 억제할 수 있으며 공정 안정성을 높일 수 있게 된다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : RF 제너레이터 200 : 임피던스 매처
300 : 플라즈마 챔버 400 : 컴퓨팅 장치
450 : 가상 임피던스 매칭 엔진 460 : 임피던스 매칭 디스플레이
470 : RF 제너레이터 제어부 472 : RFG 파라미터 설정부
474 : 순방향/반사 전력 표시부 480 : 플라즈마 챔버 제어부
482 : 챔버 파라미터 설정부 484 : 챔버 데이터 표시부
490 : 임피던스 매처 제어부 492 : 매처 파라미터 설정부
494 : 경고 표시부 496 : 스미스 차트 표시부
498 : 데이터 로그 표시부

Claims

고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하는 RF 제너레이터와 플라즈마 챔버 사이에 설치되어 상기 RF 제너레이터의 출력단 임피던스와 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매처를 공정에 투입하기 전에 컴퓨팅 장치에 연결하여 가상 매칭을 수행하는 가상 임피던스 자동 매칭 방법으로,
(a) 공정 종류, 공정 레시피, 및 공정 레시피의 각 공정 단계별로 상기 RF 제너레이터의 입력 파라미터 및 상기 플라즈마 챔버의 부하 조건 파라미터를 결정하는 단계;
(b) 상기 공정 단계별 RF 제너레이터의 입력 파라미터에 기초하여 상기 임피던스 매처에 RF ON 신호를 인가하는 단계;
(c) 상기 임피던스 매처를 구성하는 부하용 진공 가변 커패시터와 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기 설정 위치가 매칭 범위 내에 있는지를 판단하는 단계;
(d) 상기 단계(c)를 만족하지 않으면 상기 임피던스 매처에 RF OFF 신호를 인가하고 매칭 범위 이탈을 나타내는 경고신호를 발생시키는 단계;
(e) 상기 단계(c)를 만족하면 상기 임피던스 매처를 동작시켜 매칭을 개시하는 단계;
(f) 매칭이 완료되면 매칭에 성공한 공정 단계별로 임피던스 변화에 따른 50+j0에 대한 진폭 에러 및 위상 에러를 분석하여 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 결정하는 단계; 및
(g) 상기 단계(a) 내지 상기 단계(f)를 모든 공정 단계별로 진행하고 공정 단계별 상기 부하용 진공 가변 커패시터와 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 초기설정 위치를 상기 임피던스 매처로 전송하는 단계
를 포함하며,
상기 단계(e)는,
(e-1) 50+j0의 임피던스에 대한 진폭 에러가 0(zero)보다 클 경우 상기 부하용 진공 가변 커패시터의 위치를 증가시키고 0(zero)보다 작을 경우 상기 부하용 진공 가변 커패시터의 위치를 감소시키는 단계;
(e-2) 50+j0의 임피던스에 대한 위상 에러가 0(zero)보다 클 경우 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 위치를 증가시키고 0(zero)보다 작을 경우 상기 튜닝용 진공 가변 커패시터의 위치를 감소시키는 단계; 및
(e-3) 상기 임피던스 매처의 출력단에서 측정된 통합 임피던스의 50+j0에 대한 감마 값이 사용자가 지정한 매칭 기준 감마값에 도달할 경우 임피던스 매칭 완료를 결정하는 단계
를 포함하는 가상 임피던스 자동 매칭 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 단계(e-3)은 상기 플라즈마 챔버의 부하 조건 파라미터에 의한 반사파 전력이 0(zero)에 도달하는 것을 전제로 임피던스 매칭 완료를 결정하는 가상 임피던스 자동 매칭 방법.