KR102122782B1 - 플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스 매칭 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스 매칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스 매칭 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원; 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭기; 상기 RF 전원으로부터 출력되는 RF 신호를 감지하는 제 1 감지기; 상기 플라즈마 챔버로 인가되는 RF 신호를 감지하는 제 2 감지기; 및 상기 제 1 감지기 및 상기 제 2 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 임피던스 매칭기를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스 매칭 방법{APPARATUS FOR GENERATING PLASMA AND METHOD FOR MATCHING IMPEDANCE THEREOF}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스 매칭 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 제조하는 공정 중 건식 식각 공정에 사용되는 식각 장치나 이온 주입을 위해 사용되는 이온 주입기 등은 플라즈마 공정을 위한 챔버를 포함한다. 이러한 플라즈마 공정을 위하여, RF 전원으로부터 출력된 고주파 전력이 챔버로 공급된다. 이 과정에서, 상기 고주파 전력의 특성상 주변 환경에 따라 시스템의 임피던스가 변화할 수 있다. 그 결과, 상기 RF 전원으로부터 출력된 고주파 전력이 반사파에 의해 손실되어 상기 챔버로 전부 전송되지 않을 수 있다.
이러한 반사파를 최소로 줄이기 위해, 임피던스 매칭기가 상기 챔버에 연결된다. 일반적으로 상기 임피던스 매칭기는 가변 커패시터와 인덕터로 구성되어 있으며, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 임피던스 매칭을 구현한다.
종래의 플라즈마 처리 장치는 RF 전원의 출력단에 센서를 연결하여 챔버와 임피던스 매칭기의 전체 임피던스를 측정하였다. 그 결과, 임피던스 매칭기의 임피던스를 별도로 계산하지 않는 한 챔버의 임피던스를 측정할 수 없어, 임피던스 매칭을 신속하고 정확하게 수행할 수 없었다.
본 발명의 일 실시예는, 임피던스 매칭기의 임피던스를 구하지 않고도 플라즈마 챔버의 임피던스를 직접적으로 측정할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 임피던스 매칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원; 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭기; 상기 RF 전원으로부터 출력되는 RF 신호를 감지하는 제 1 감지기; 상기 플라즈마 챔버로 인가되는 RF 신호를 감지하는 제 2 감지기; 및 상기 제 1 감지기 및 상기 제 2 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 임피던스 매칭기를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 감지기는 상기 RF 전원의 출력단에 연결될 수 있다.
상기 제 2 감지기는 상기 플라즈마 챔버의 입력단에 연결될 수 있다.
상기 제 1 감지기 및 상기 제 2 감지기는, RF 신호의 전압 및 전류를 검출할 수 있다.
상기 제어기는 플라즈마가 생성되기 전에: 상기 제 1 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하고, 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 계산하고, 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스와 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 산출할 수 있다.
상기 제어기는 플라즈마가 생성된 후에: 상기 제 1 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하고, 상기 제 2 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 측정할 수 있다.
상기 제어기는: 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 기반으로, 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스가 상기 RF 전원의 출력 임피던스와 일치하게 되는 상기 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스를 산출하고, 상기 임피던스 매칭기가 상기 매칭 임피던스를 갖도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은, RF 전원으로부터 출력되는 RF 신호에 관한 제 1 데이터를 수신하는 단계; 플라즈마 챔버로 인가되는 RF 신호에 관한 제 2 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 매칭시키도록 임피던스 매칭기를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는, RF 신호의 전압과 전류의 크기, 위상 및 주파수 중 적어도 하나에 관한 데이터를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 플라즈마가 생성되기 전인 경우: 상기 제 1 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하는 단계; 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 계산하는 단계; 및 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스와 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 플라즈마가 생성된 후인 경우: 상기 제 1 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하는 단계; 및 상기 제 2 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는: 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 기반으로, 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스가 RF 전원의 출력 임피던스와 일치하게 되는 상기 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스를 산출하는 단계; 및 상기 임피던스 매칭기가 상기 매칭 임피던스를 갖도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은, 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭기의 임피던스를 구하지 않고도 플라즈마 챔버의 임피던스를 직접적으로 측정할 수 있다. 그 결과, 임피던스 매칭에 걸리는 시간이 단축되고 보다 정확하게 매칭을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭기의 개략적인 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭기의 구성을 예시적으로 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, RF 전원의 출력단뿐만 아니라 플라즈마 챔버의 입력단에도 감지부를 연결하여, 임피던스 매칭기의 임피던스를 구하지 않고도 플라즈마 챔버의 임피던스를 직접적으로 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 처리 장치(100)는 RF 전원(11), 플라즈마 챔버(12), 임피던스 매칭기(13), 제 1 감지기(14), 제 2 감지기(15) 및 제어기(16)를 포함할 수 있다.
상기 RF 전원(11)은 RF 신호를 생성하여 상기 플라즈마 챔버(12)로 제공할 수 있다. 상기 RF 전원(11)은 RF 신호를 통해 상기 플라즈마 챔버(12)로 고주파 전력을 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(11)은 펄스 파형을 갖는 RF 신호를 생성하여 상기 플라즈마 챔버(12)로 제공할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(11)은 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 플라즈마 챔버(12)로 제공할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 톱니파, 삼각파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(12)는 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(12)는 상기 RF 신호를 통해 전달되는 고주파 전력을 이용하여 챔버로 유입되는 기체를 플라즈마 상태로 변화시킬 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버(12)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(12)는 RF 신호가 인가되는 전극(121)을 포함할 수 있다. 상기 전극(121)은 챔버로 유입되는 기체가 이온화되어 플라즈마 상태로 변화하도록 챔버에 전기에너지를 전달할 수 있다.
도 2에 도시된 전극(121)은 챔버 내부에서 두 개의 전극판이 서로 마주보도록 배치된 용량 결합형 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 소스의 일 예를 나타낸다. 상기 용량 결합형 플라즈마 소스는 축전 전기장을 이용하여 챔버 내에 유입되는 기체의 전자에 전기에너지를 전달할 수 있다. 상기 용량 결합형 플라즈마 소스는 두 개의 전극판에 각각 RF 전원이 연결되는 형태를 가질 수 있으나, 실시예에 따라 두 개의 전극판 중 상측 전극판에만 RF 전원이 연결될 수도 있다.
도 3에 도시된 전극(121)은 챔버 외부에 감긴 유도코일로 이루어진 유도 결합형 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 소스의 일 예를 나타낸다. 상기 유도 결합형 플라즈마 소스는 챔버 상부에 플라즈마 발생 장치가 별도로 결합되어, 챔버 내로 유입된 기체를 플라즈마 상태로 변화시키고, 상기 플라즈마를 다운스트림 방식으로 챔버에 제공할 수 있다.
상기 임피던스 매칭기(13)는 상기 플라즈마 챔버(12)의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭기(13)는 상기 RF 전원(11)과 상기 플라즈마 챔버(12) 사이에 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭기(13)의 개략적인 구성을 나타내는 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스 매칭기(13)는 L자형으로 구성된 제 1 로드(131) 및 제 2 로드(132)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 로드(131)는 플라즈마 챔버(12)와 병렬로 연결된 로드이며, 상기 제 2 로드(132)는 플라즈마 챔버(12)와 직렬로 연결된 로드이다. 상기 제 1 로드(131)는 Z1의 임피던스를 가지며, 상기 제 2 로드(132)는 Z2의 임피던스를 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭기(13)의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭기(13)는 다수의 커패시터(1311) 및 상기 다수의 커패시터를 상기 플라즈마 챔버(12)에 연결시키는 다수의 스위치(1312)를 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭기(13)는 상기 다수의 커패시터(1311) 각각에 연결된 스위치(1312)를 열고 닫음으로써 제 1 로드(131)의 전체 커패시턴스를 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면 상기 다수의 커패시터(1311)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 커패시터(1311) 각각은 서로 다른 커패시턴스를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 상기 다수의 커패시터(1311)의 일부 또는 모두는 동일한 커패시턴스를 가질 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 커패시터(1311) 각각의 커패시턴스는 두 배씩 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스 매칭기(13)가 8 개의 커패시터(1311)를 포함하는 경우, 상기 커패시터(1311)의 커패시턴스 비율은 1:2:4:8:16:32:64:128로 구성될 수 있다. 이 경우, 각각의 커패시터를 조합하여 총 256 가지의 전체 커패시턴스를 구현할 수 있다.
상기 임피던스 매칭기(13)에 포함된 스위치(1312)는 제어기(16)로부터 수신한 제어 신호에 따라 열리고 닫힐 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 스위치(1312)는 핀 다이오드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 상기 스위치는 다양한 방식으로 동작하여 상기 커패시터(1311)를 플라즈마 챔버(12)에 연결 및 분리시키는 임의의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
도 5는 임피던스 매칭기(13)에서 제 1 로드(131)의 구성만을 예시적으로 나타내지만, 제 2 로드(132)도 마찬가지로 다수의 커패시턴스와 그에 연결된 다수의 스위치를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 로드(131) 및 제 2 로드(132) 중 적어도 하나는 인덕터를 포함할 수도 있다.
상기 제 1 감지기(14)는 RF 전원(11)으로부터 출력되는 RF 신호를 감지할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감지기(14)는 RF 전원(11)의 출력단에 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제 1 감지기(14)는 RF 전원(11)으로부터 임피던스 매칭기(13)로 흐르는 RF 신호를 감지할 수 있다.
상기 제 2 감지기(15)는 상기 플라즈마 챔버(12)로 인가되는 RF 신호를 감지할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 감지기(15)는 플라즈마 챔버(12)의 입력단에 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제 2 감지기(15)는 임피던스 매칭기(13)로부터 플라즈마 챔버(12)로 흐르는 RF 신호를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 감지기(14) 및 상기 제 2 감지기(15)는 RF 신호의 전압 및 전류를 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 감지기(14) 및 상기 제 2 감지기(15)는 RF 신호의 전압과 전류의 크기를 검출하거나, 전압과 전류의 위상차를 검출할 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 감지기(14) 및 상기 제 2 감지기(15)는 RF 신호의 전압과 전류의 주파수를 검출할 수도 있다.
상기 제어기(16)는 상기 제 1 감지기(14) 및 상기 제 2 감지기(15)의 감지 데이터를 기반으로 임피던스 매칭기(13)를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어기(16)는 상기 제 1 감지기(14)의 감지 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버(12)의 입력 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 상기 제어기(16)는 상기 제 2 감지기(15)의 감지 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버(12)의 임피던스를 측정할 수 있다. 본 명세서에서, 플라즈마 챔버의 입력 임피던스는 플라즈마 챔버(12)와 임피던스 매칭기(13)로 구성된 로드의 전체 임피던스를 의미한다. 또한, 플라즈마 챔버의 임피던스는 플라즈마 챔버(12)만의 임피던스를 의미한다.
상기 제어기(16)는 상기 플라즈마 챔버(12)의 입력 임피던스와 플라즈마 챔버(12)의 임피던스를 기반으로, 상기 플라즈마 챔버(12)의 입력 임피던스가 RF 전원(11)의 출력 임피던스와 일치하도록 상기 임피던스 매칭기(13)의 임피던스를 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 나타내는 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감지기(14)는 RF 전원(11)의 출력단에 연결되어 RF 전원(11)으로부터 출력되는 RF 신호를 감지하고, 상기 제 2 감지기(15)는 플라즈마 챔버(12)의 입력단에 연결되어 플라즈마 챔버(12)로 인가되는 RF 신호를 감지할 수 있다.
상기 제어기(16)는 상기 제 1 감지기(14)가 감지하여 출력한 제 1 데이터와 상기 제 2 감지기(15)가 감지하여 출력한 제 2 데이터를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 데이터를 기반으로 제어 신호를 생성하여 임피던스 매칭기(13)의 임피던스를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어기(16)는 상기 제 1 데이터를 이용하여 RF 전원(11)에 연결된 로드의 전체 임피던스인 입력 임피던스 ZIN를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 제어기(16)는 상기 제 2 데이터를 이용하여 플라즈마 챔버(12)의 임피던스 ZPL를 측정할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마 챔버(12)의 입력단에 제 2 감지기(15)를 더 연결하여, 제 1 감지기(14)를 사용하지 않고도 플라즈마 챔버(12)의 임피던스 ZPL를 직접 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 제어기(16)는 상기 측정된 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 기반으로, 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN가 상기 RF 전원(11)의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되는 상기 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출할 수 있다. 그리고, 상기 제어기(16)는 상기 임피던스 매칭기(13)가 상기 산출된 매칭 임피던스를 갖도록 임피던스 매칭기(13)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기(16)는 제어 신호를 임피던스 매칭기(13)의 제 1 로드(131) 및 제 2 로드(132) 중 적어도 하나로 전송하여, 상기 제 1 로드(131)의 임피던스 Z1를 변경하거나, 상기 제 2 로드(132)의 임피던스 Z2를 변경할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN는 RF 전원의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되어, 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어기(16)는 플라즈마 챔버(12)에 플라즈마가 생성되기 전에는 제 1 감지기(14)를 사용하여 임피던스 매칭을 수행하고, 플라즈마가 생성된 후에는 제 1 감지기(14)와 제 2 감지기(15)를 사용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 다시 말해, 이 실시예에 따르면, 상기 제 2 감지기(15)는 플라즈마 생성 전에는 사용되지 않고 플라즈마 생성 후에만 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기(16)는 플라즈마가 생성되기 전에는, 상기 제 1 감지기(14)의 감지 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버(12)의 입력 임피던스 ZIN를 측정할 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어기(16)는 임피던스 매칭기(13)의 임피던스 Z1, Z2를 계산할 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어기(16)는 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN와 상기 임피던스 매칭기(13)의 임피던스 Z1, Z2를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 산출할 수 있다. 이와 같이, 플라즈마가 생성되기 전에, 상기 제어기(16)는 제 1 감지기(14)의 감지 데이터만을 사용하여 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 측정할 수 있다.
그리고 나서, 상기 제어기(16)는 상기 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN가 RF 전원의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되는 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출할 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어기(16)는 임피던스 매칭기(13)가 상기 매칭 임피던스를 갖도록 임피던스 매칭기의 임피던스 Z1, Z2를 조절하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
반면, 상기 제어기(16)는 플라즈마가 생성된 후에는, 상기 제 1 감지기(14)의 감지 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN를 측정하고, 제 2 감지기(15)의 감지 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 측정할 수 있다. 이와 같이, 상기 제 2 감지기(15)는 플라즈마가 생성된 후에만 사용될 수 있다.
그리고 나서, 상기 제어기(16)는 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN가 RF 전원의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되는 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출할 수 있다. 그리고, 상기 제어기(16)는 임피던스 매칭기(13)가 상기 매칭 임피던스를 갖도록, 임피던스 매칭기(13)의 제 1 로드(131) 및 제 2 로드(132)로 제어 신호를 전송하여 임피던스 Z1, Z2를 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법(200)을 설명하는 흐름도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스 매칭 방법(200)은 RF 전원(11)으로부터 출력되는 RF 신호에 관한 제 1 데이터를 수신하는 단계(S21), 플라즈마 챔버(12)로 인가되는 RF 신호에 관한 제 2 데이터를 수신하는 단계(S22), 및 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 매칭시키도록 임피던스 매칭기(13)를 제어하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
상기 임피던스 매칭 방법(200)의 각 단계는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 제어기(16)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 데이터는 전술한 제 1 감지기(14)로부터 수신될 수 있으며, 상기 제 2 데이터는 전술한 제 2 감지기(15)로부터 수신될 수 있다. 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 RF 신호의 전압과 전류의 크기, 위상 및 주파수 중 적어도 하나에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 상기 제어기(16)는 제 1 데이터 및 제 2 데이터를 기반으로, 임피던스를 매칭시키기 위해 필요한 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출하고, 산출된 매칭 임피던스를 갖도록 임피던스 매칭기(13)를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어기(16)는 플라즈마 챔버(12)에 플라즈마가 생성된 후에만 제 2 감지기(15)의 제 2 데이터를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법에서, 임피던스 매칭기를 제어하는 단계(S23)는, 플라즈마가 생성되기 전인 경우((S231)에서 아니오), 제 1 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN를 측정하는 단계(S232), 상기 임피던스 매칭기(13)의 임피던스 Z1, Z2를 계산하는 단계(S233), 및 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN와 임피던스 매칭기의 임피던스 Z1, Z2를 기반으로 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 산출하는 단계(S234)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 6을 참조하여 설명하면, 플라즈마 챔버의 입력 임피던스는 ZIN = Z1(Z2 + ZPL)/(Z1 + Z2 + ZPL)이므로, 임피던스 매칭기(13)의 임피던스인 Z1, Z2를 알면 위 식으로부터 ZPL을 계산할 수 있다.
임피던스 매칭기의 매칭 임피던스는 Z1과 Z2를 이용하여 조절될 수 있다. 일 예에 따르면, Z1 및 Z2 값의 처음 값은 고정된 값일 수 있다. S233 단계에서 계산되는 임피던스 매칭기의 임피던스 계산 시의 Z1 및 Z2 값은 미리 설정된 값일 수 있다. 일 예에 따르면 Z1 및 Z2를 통한 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스의 처음 값은 50옴일 수 있다. 그러나 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스는 조절될 수 있으며, 이는 제1 감지기(14) 및 제2 감지기(15)를 통한 제어 값에 의해 제어될 수 있다.
그리고 나서, 상기 제어하는 단계(S23)는, 상기 계산된 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 기반으로, 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN가 RF 전원의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되는 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출하는 단계(S237), 및 상기 임피던스 매칭기(13)가 매칭 임피던스를 갖도록 제어하는 단계(S238)를 포함할 수 있다.
반면, 플라즈마가 생성된 후인 경우((S231)에서 예), 상기 제어하는 단계(S23)는, 제 1 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN를 측정하는 단계(S235), 및 제 2 데이터를 기반으로 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 측정하는 단계(S236)를 포함할 수 있다. 제 2 감지기(15)가 제공한 제 2 데이터를 이용하는 경우, 상기 제어기(16)는 임피던스 매칭기(13)의 임피던스 Z1, Z2를 구하여 전술한 수학식에 대입하지 않더라도, 곧바로 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 측정할 수 있다.
그리고 나서, 상기 제어하는 단계(S23)는, 상기 측정된 플라즈마 챔버의 임피던스 ZPL를 기반으로 플라즈마 챔버의 입력 임피던스 ZIN가 RF 전원의 출력 임피던스 ZOUT와 일치하게 되는 임피던스 매칭기(13)의 매칭 임피던스를 산출하는 단계(S237), 및 상기 임피던스 매칭기(13)가 매칭 임피던스를 갖도록 제어하는 단계(S238)를 포함할 수 있다.
매칭 임피던스를 산출한 뒤 Z1 및 Z2를 결정하는 방법은 다음과 같다.
Z1 및 Z2는 정해진 매칭 임피던스를 만족하는 범위에서 자유롭게 정해질 수 있다. 일 예에 따르면, Z1이 먼저 정해진 후 Z2가 정해질 수 있다. 다른 일 예에 따르면, Z2가 먼저 정해진 후 Z1이 정해질 수 있다. Z1 및 Z2는 정해진 매칭 임피던스를 만족할 수 있는 값이라면 자유롭게 결정될 수 있다. Z1 및 Z2는 매칭 임피던스를 만족하는 범위 안에서 다양한 쌍의 형식으로 결정될 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법(200)은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상, 플라즈마 챔버의 입력단에 감지기를 더 연결하여 플라즈마 챔버의 임피던스를 측정하고, 이를 기반으로 임피던스를 매칭시키는 플라즈마 처리 장치 및 그 임피던스 매칭 방법을 설명하였다. 상기 플라즈마 처리 장치 및 그 임피던스 매칭 방법에 따르면, 플라즈마 챔버의 임피던스를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 그 결과 임피던스 매칭을 보다 정확하고 신속하게 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
100: 플라즈마 처리 장치 11: RF 전원
12: 플라즈마 챔버 13: 임피던스 매칭기
14: 제 1 감지기 15: 제 2 감지기
16: 제어기

Claims (11)

  1. RF 신호를 제공하는 RF 전원;
    상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭기;
    상기 RF 전원으로부터 출력되는 RF 신호를 감지하는 제 1 감지기;
    상기 플라즈마 챔버로 인가되는 RF 신호를 감지하는 제 2 감지기; 및
    상기 제 1 감지기 및 상기 제 2 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 임피던스 매칭기를 제어하는 제어기;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 플라즈마가 생성되기 전에는:
    상기 제 1 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하고,
    상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 계산하고,
    상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스와 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 산출하며,
    상기 제어기는 상기 플라즈마가 생성된 후에는:
    상기 제 1 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하고,
    상기 제 2 감지기의 감지 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 측정하고,
    상기 제어기는:
    상기 플라즈마가 생성되기 전과 상기 플라즈마가 생성된 후 각각에서의 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 기반으로, 상기 플라즈마가 생성되기 전과 상기 플라즈마가 생성된 후 각각에서의 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스가 상기 RF 전원의 출력 임피던스와 일치하게 되는 상기 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스를 산출하고,
    상기 임피던스 매칭기가 상기 매칭 임피던스를 갖도록 제어하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지기는 상기 RF 전원의 출력단에 연결되고,
    상기 제 2 감지기는 상기 플라즈마 챔버의 입력단에 연결되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지기 및 상기 제 2 감지기는, RF 신호의 전압 및 전류를 검출하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. RF 전원으로부터 출력되는 RF 신호에 관한 제 1 데이터를 수신하는 단계;
    플라즈마 챔버로 인가되는 RF 신호에 관한 제 2 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 매칭시키도록 임피던스 매칭기를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는, 플라즈마가 생성되기 전인 경우:
    상기 제 1 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하는 단계;
    상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 계산하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스와 상기 임피던스 매칭기의 임피던스를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 산출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는, 플라즈마가 생성된 후인 경우:
    상기 제 1 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 제 2 데이터를 기반으로 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 측정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는:
    상기 플라즈마가 생성되기 전과 상기 플라즈마가 생성된 후 각각에서의 상기 플라즈마 챔버의 임피던스를 기반으로, 상기 플라즈마가 생성되기 전과 상기 플라즈마가 생성된 후 각각에서의 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스가 RF 전원의 출력 임피던스와 일치하게 되는 상기 임피던스 매칭기의 매칭 임피던스를 산출하는 단계; 및
    상기 임피던스 매칭기가 상기 매칭 임피던스를 갖도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 임피던스 매칭 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는, RF 신호의 전압과 전류의 크기, 위상 및 주파수 중 적어도 하나에 관한 데이터를 포함하는 임피던스 매칭 방법.

  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9954508B2 (en) * 2015-10-26 2018-04-24 Lam Research Corporation Multiple-output radiofrequency matching module and associated methods
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302431A (ja) 2002-02-08 2003-10-24 Daihen Corp インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム
JP2004085446A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Daihen Corp インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2929284B2 (ja) * 1997-09-10 1999-08-03 株式会社アドテック 高周波プラズマ処理装置のためのインピーダンス整合及び電力制御システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302431A (ja) 2002-02-08 2003-10-24 Daihen Corp インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム
JP2004085446A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Daihen Corp インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム

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