KR102156893B1 - 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호를 수집하는 신호 수집부; 및 신호 수집부에 의해 수집된 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치를 개시한다.

Description

플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING SELF BIAS OF PLASMA PROCESSING CHAMBER}
본 발명은 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 및 평판표시 소자의 제조 공정이 점차 미세화되고 고도화됨에 따라, 식각 공정 및 화학기상증착(CVD) 공정 등을 수행하기 위해 플라즈마 기판 처리 장치가 널리 사용되고 있다. 플라즈마 기판 처리 장치는 스테이지 혹은 전극에 고주파 에너지를 인가해 플라즈마 공정 챔버 내에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생하고, 처리가스의 이온화와 화학반응 등을 촉진하여 기판을 처리한다.
플라즈마 공정 챔버 내의 바이어스 전극에 인가되는 고주파 전압에 의하여, 바이어스 전극 상의 기판에는 셀프 바이어스(self bias) 전압이 발생한다. 전자는 이온보다 높은 이동성을 가지므로, 통상적으로 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에는 음의 전위(셀프 바이어스 전압)가 형성된다. 셀프 바이어스 전압은 기판에 입사하는 이온의 에너지에 영향을 미친다. 예를 들어, 과도한 셀프 바이어스 전압은 기판 표면의 산화막을 손상시키는 등의 문제를 초래할 수 있다. 따라서, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 대해 셀프 바이어스 전압을 실시간 측정하여, 기판에 악영향이 가해지지 않도록 공정 조건을 조절할 필요가 있다.
종래의 셀프 바이어스 측정을 위한 방법은 기판이나 전극에 프로브를 접촉시켜 전위를 측정하는 것이었다. 그러나, 이러한 셀프 바이어스 측정 방식은 플라즈마 공정 챔버 내의 분위기에 프로브가 직접적으로 접촉되는 방식이기 때문에 프로브가 플라즈마 공정 챔버의 분위기에 따라 오염, 손상되어 수명이 단축되며, 프로브를 플라즈마 공정 챔버 내에 도입시키는 과정에서 불순물이 챔버 내에 유입되는 문제점을 갖는다.
본 발명은 플라즈마 공정 챔버의 기판으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버로부터 반사되는 반사 신호를 이용하여 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압을 측정하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 플라즈마 공정 챔버 내에 프로브를 도입하지 않는 비침입적인(non-invasive) 방식으로, 플라즈마 공정에 어떠한 영향도 미치지 않고 셀프 바이어스를 실시간으로 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치는 RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호를 수집하는 신호 수집부; 및 상기 신호 수집부에 의해 수집된 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 신호 분석부를 포함한다.
상기 신호 수집부는, RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하는 제1 커플러; 및 RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하는 제2 커플러를 포함할 수 있다.
상기 신호 분석부는, 상기 신호 수집부에 의해 수집된 제1 및 제2 공급 신호와 제1 및 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 산출하는 평균전력 산출부; 및 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 셀프 바이어스 전압을 산출하는 셀프바이어스 산출부를 포함할 수 있다.
상기 신호 분석부는, 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 캘리브레이션부를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치는 RF 전원부를 제어하여, 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극에 RF 신호가 공급되고 소스 전극이 접지되는 제1 모드, 바이어스 전극이 접지되고 소스 전극에 RF 신호가 공급되는 제2 모드, 바이어스 전극 및 소스 전극 모두에 RF 신호가 공급되는 제3 모드를 포함하는 복수의 모드를 순차적으로 선택하는 모드 제어부를 더 포함하며, 상기 캘리브레이션부는, 상기 복수의 모드 각각에 대응하여 산출된 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 이용하여 상기 수학적인 연산의 계수를 보정할 수 있다.
상기 캘리브레이션부는, 제1 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수를 산출하고, 제2 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 소스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수를 산출하고, 제3 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극 및 소스 전극의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호의 전력과, 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 기판에 바이어스 신호를 인가하기 위한 바이어스 전극, 및 기판 상에 플라즈마를 형성하기 위한 소스 신호를 인가하는 소스 전극을 구비하는 플라즈마 공정 챔버; 상기 바이어스 전극에 바이어스 신호를 인가하고, 상기 소스 전극에 소스 신호를 인가하는 RF 전원부; 상기 RF 전원부와 상기 바이어스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 상기 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하는 제1 커플러; 상기 RF 전원부와 상기 소스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 상기 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하는 제2 커플러; 및 상기 제1 커플러에 의해 수집된 제1 공급 신호와 제1 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 평균 공급 전력 및 제1 평균 반사 전력을 산출하고, 상기 제2 커플러에 의해 수집된 제2 공급 신호와 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제2 평균 공급 전력 및 제2 평균 반사 전력을 산출하고, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 산출하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 기판에 플라즈마를 형성하기 위한 바이어스 신호를 인가하는 바이어스 전극을 구비하는 플라즈마 공정 챔버; 상기 바이어스 전극에 바이어스 신호를 인가하는 RF 전원부; 상기 RF 전원부와 상기 바이어스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 바이어스 전극으로 공급되는 공급 신호와 상기 바이어스 전극으로부터 반사되는 반사 신호를 수집하는 커플러; 상기 커플러에 의해 수집된 공급 신호와 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 평균 공급 전력 및 평균 반사 전력을 산출하고, 평균 공급 전력과 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 산출하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 단계를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법이 제공된다.
상기 셀프 바이어스 전압을 측정하는 단계는, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하고, 제1 공급 신호 및 제1 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력을 산출하는 단계; RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하고, 제2 공급 신호 및 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력을 산출하는 단계; 및 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 셀프 바이어스 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법은 기판에 프로브를 접촉하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법은 RF 전원부를 제어하여, 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극에 RF 신호가 공급되고 소스 전극이 접지되는 제1 모드, 바이어스 전극이 접지되고 소스 전극에 RF 신호가 공급되는 제2 모드, 바이어스 전극 및 소스 전극 모두에 RF 신호가 공급되는 제3 모드를 포함하는 복수의 모드를 순차적으로 선택하는 단계를 더 포함하며, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계는, 상기 복수의 모드 각각에 대응하여 산출된 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 이용하여 상기 수학적인 연산의 계수를 보정할 수 있다.
상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계는, 제1 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수를 산출하는 단계; 제2 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 소스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수를 산출하는 단계; 및 제3 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극 및 소스 전극의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 플라즈마 공정 챔버의 기판으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버로부터 반사되는 반사 신호를 이용하여 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 플라즈마 공정 챔버 내에 프로브를 도입하지 않는 비침입적인(non-invasive) 방식으로, 플라즈마 공정에 어떠한 영향도 미치지 않고 셀프 바이어스를 실시간으로 측정할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압을 측정하기 위한 수학적 연산의 계수들을 보정하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셀프 바이어스 측정 방법에 의하여 측정된 셀프 바이어스 값을 실측된 셀프 바이어스와 비교하여 보여주는 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 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 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서, 어떠한 구성이 다른 구성들 사이에 "연결" 된다는 것은, 해당 구성이 다른 구성과 직접적으로 연결되는 것은 물론, 본 발명의 기능을 구현하는 것을 저해하지 않는 또 다른 구성을 매개로 하여 간접적으로 연결되는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(10)는 플라즈마(plasma)를 발생하여 기판(W)을 처리하는 플라즈마 공정 챔버(200); 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220)에 인가하기 위한 RF 전원을 발생하는 RF 전원부(230), RF 전원부(230)와 플라즈마 공정 챔버(200) 사이에 구비되어 임피던스 정합(impedance matching)을 수행하는 정합부(240), 및 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220)으로 공급되는 공급 신호의 전력과, 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220)으로부터 반사되는 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버(200) 내의 기판(W)에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 셀프 바이어스 전압 측정 장치(100)를 포함한다.
기판(W)의 예로는 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 기판, 평판표시소자를 제조하기 위한 유리 기판 등을 들 수 있다. 기판(W) 처리의 예로는 식각 공정, 화학 기상 증착 공정, 애싱 공정, 세정 공정 등을 들 수 있다. 플라즈마 기판 처리 장치(10)는 CCP(capacitive coupled plasma) 설비, ICP(inductive coupled plasma) 설비, CCP/ICP 복합 설비, 마이크로파 플라즈마(microwave plasma) 설비, 혹은 그 밖의 다양한 플라즈마 기판 처리 장치로 제공될 수 있다.
플라즈마 공정 챔버(200)는 기판(W)의 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 플라즈마 공정 챔버(200)는 진공을 유지할 수 있도록 밀폐 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 플라즈마 공정 챔버(200)는 중공의 육면체 또는 중공의 원기둥, 혹은 그 밖의 형태를 가질 수 있다.
플라즈마 공정 챔버(200)는 플라즈마(P)를 형성하여 기판(W)을 처리하기 위한 소스 가스를 공급하기 위한 가스 공급구(미도시)와, 플라즈마 공정 챔버(200) 내의 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(미도시)를 구비할 수 있다. 가스 공급구는 플라즈마 공정 챔버(200)의 측면 또는 상면에 구비될 수 있다. 가스 공급구가 플라즈마 공정 챔버(200)의 상면에 구비되는 경우, 공정 가스를 기판(W)으로 균일하게 제공하기 위한 샤워 헤드(미도시)가 플라즈마 공정 챔버(200)의 내측 상부에 더 구비될 수 있다. 가스 배출구는 플라즈마 공정 챔버(200)의 저면 또는 측면 하부에 구비될 수 있다. 미반응된 소스 가스와 기판(W) 가공 공정의 부산물은 가스 배출구를 통해 배출될 수 있다.
스테이지(211)는 플라즈마 공정 챔버(200)의 내측 저면에 구비되어 기판(W)을 지지할 수 있다. 스테이지(211)는 평판 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 스테이지(211)는 정전기력으로 기판(W)을 고정하는 정전척(electrostatic chuck)을 구비할 수 있다. 소스 전극(220)은 플라즈마 공정 챔버(200)의 내측 상부에 스테이지(211)와 마주보도록 배치될 수 있다. 소스 전극(220)은 스테이지(211)와 평행하며 일정 간격 이격될 수 있다.
제1 RF 전원부(231)는 스테이지(211) 상의 바이어스 전극(210)에 플라즈마의 생성이나 제어를 위한 바이어스(bias) 신호를 인가하기 위해, 고주파(Radio Frequency; RF) 전원을 발생한다. 제2 RF 전원부(232)는 소스 전극(220)에 플라즈마의 생성이나 제어를 위한 소스(source) 신호를 인가하기 위해, RF 전원을 발생한다. 제1 RF 전원부(231) 및 제2 RF 전원부(232)는 하나 또는 다수의 전원으로 제공될 수 있다. 제1 RF 전원부(231) 및 제2 RF 전원부(232)는 서로 다른 주파수 및 전력을 갖는 RF 전원들을 공급할 수 있다.
RF 전원부(231,232)에 의해 플라즈마 공정 챔버(200) 내에 고주파 에너지가 인가되어, 바이어스 전극(210)과 소스 전극(220) 간의 전위차에 따라 바이어스 전극(210)과 소스 전극(220) 사이에 전기장이 형성되고, 그에 따라 플라즈마 공정 챔버(200) 내에 플라즈마가 발생된다. 제1 및 제2 RF 전원부(231,232) 중의 어느 하나는 접지될 수도 있다. 제1 정합부(241)는 스테이지(211)와 제1 RF 전원부(231) 사이에 구비되어 임피던스(impedence)를 정합한다. 제2 정합부(242)는 소스 전극(220)과 제2 RF 전원부(232) 사이에 구비되어 임피던스(impedence)를 정합한다.
일 실시 예에 있어서, 셀프 바이어스 전압 측정 장치(100)는 신호 수집부(110), 신호 분석부(120) 및 모드 제어부(130)를 포함한다. 신호 수집부(110)는 RF 전원부(231,232)와 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220) 사이에 연결되어, RF 전원부(231,232)로부터 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220)으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버(200)의 전극(210,220)으로부터 반사되는 반사 신호를 수집한다.
신호 수집부(110)는 제1 커플러(111)와 제2 커플러(112)를 포함할 수 있다. 제1 커플러(111)는 제1 RF 전원부(231)와 바이어스 전극(210) 사이에 연결되어, 제1 RF 전원부(231)로부터 바이어스 전극(210)으로 공급되는 제1 공급 신호와 바이어스 전극(210)으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집한다. 제2 커플러(112)는 제2 RF 전원부(232)와 소스 전극(220) 사이에 연결되어, 제2 RF 전원부(232)로부터 소스 전극(220)으로 공급되는 제2 공급 신호와 소스 전극(220)으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집한다.
커플러(111,112)는 고주파 신호를 신호 분석부(120)로 전송하기 위한 경로를 제공하는 방향성 결합기(directional coupler)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 방향성 결합기는 측면 또는 상하면에서 등지게 합쳐지는 2개의 도파관(주관, 측관)으로 이루어져, 주관과 측관의 공동 벽에 λ/4 파장의 간격을 두고 뚫린 작은 구멍을 통해 한쪽으로 전달되는 도파관(주관)의 신호가 측관으로 전달되도록 하고, 주관에서 역방향에서 온 신호는 측관으로 전달되지 않도록 구현될 수 있다. 커플러(111,112)는 RF 전원부(230)와 정합부(240) 간을 연결하는 2개의 신호 전송 경로에 형성되어, 플라즈마 공정 챔버(200)로 공급되는 RF 신호(공급 신호)를 분리하는 순방향 방향성 결합기, 플라즈마 공정 챔버(200)로부터 반사되는 RF 신호(반사 신호)를 분리하는 역방향 방향성 결합기로 구현될 수 있다.
AD 컨버터(Analog to Digital converter)(113,114)는 제1 및 제2 커플러(111,112)에 의해 수집된 제1 및 제2 아날로그 공급 신호, 제1 및 제2 아날로그 반사 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호 분석부(120)로 출력한다. 신호 분석부(120)는 신호 수집부(110)에 의해 수집된 제1 및 제2 공급 신호, 제1 및 제2 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버(200) 내의 기판(W)에 형성되는 셀프 바이어스 전압을 측정한다. 신호 분석부(120)는 적어도 하나의 프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함하는 디지털 신호 처리부(digital signal processor)로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부(120)의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 신호 분석부(120)는 평균전력 산출부(121), 셀프바이어스 산출부(122) 및 캘리브레이션부(123)를 포함할 수 있다. 평균전력 산출부(121)는 신호 수집부(110)의 제1 및 제2 커플러(111,112)에 의해 수집된 제1 및 제2 공급 신호와, 제1 및 제2 반사 신호 각각에 대해 평균값을 산출하여, 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 산출한다.
셀프바이어스 산출부(122)는 평균전력 산출부(121)에 의해 산출된 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 플라즈마 공정 챔버(200) 내의 기판(W)에 형성되는 셀프 바이어스 전압을 산출한다. 일 실시 예로, 셀프바이어스 산출부(122)는 하기의 수식 1에 따라 셀프 바이어스 전압을 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112014093542541-pat00001
수식 1에서, VDC 는 셀프 바이어스 전압(self bias potential),
Figure 112014093542541-pat00002
는 바이어스 전극(210)에 대한 제1 평균 공급 전력,
Figure 112014093542541-pat00003
는 바이어스 전극(210)에 대한 제1 평균 반사 전력,
Figure 112014093542541-pat00004
는 소스 전극(220)에 대한 제2 평균 공급 전력,
Figure 112014093542541-pat00005
는 소스 전극(220)에 대한 제2 평균 반사 전력, a 는 바이어스 전극(210)과 셀프 바이어스 사이의 관계(바이어스 전극의 가중치 혹은 영향 인자)를 나타내는 제1 계수, b 는 소스 전극(220)과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수, 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220)의 상호(공동) 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수, n 은 평균 공급 전력 크기와 평균 반사 전력 크기의 차이값과, 셀프 바이어스 간의 관계를 나타내는 지수 계수를 나타낸다. 지수 계수 n 은 0.5 이상, 1 이하의 값으로 결정될 수 있다.
캘리브레이션부(123)는 기판(W) 혹은 바이어스 전극(210)에 대하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 셀프 바이어스 전압의 산출을 위한 수학적인 연산의 계수들(수식 1의 계수 a,b,c,n)을 보정한다. 셀프 바이어스 전압의 실측값은 기판(W)이나 바이어스 전극(210)에 프로브(20)를 직접 접촉시켜 측정할 수 있다. 프로브(20)는 기판(W)이나 바이어스 전극(210)에 접촉되도록 이동 가능하게 제공될 수 있으며, 핀 혹은 슬라이딩 방식에 의해 기판(W)이나 바이어스 전극(210)에 접촉될 수 있다. 캘리브레이션부(123)에 의해 셀프 바이어스 전압의 산출을 위한 수학적인 연산의 계수들이 보정되면, 프로브(20)는 플라즈마 공정 챔버(200)에서 제거되고, 이후 셀프바이어스 산출부(120)에서 보정된 수학적 연산을 수행하여 셀프 바이어스를 산출할 수 있다.
수학적 연산의 캘리브레이션(calibration)을 위해 모드 제어부(130)는 RF 전원부(230)를 제어하여, 바이어스 전극(210)과 소스 전극(220)에 서로 다른 RF 전원이 인가되는 복수의 모드를 순차적으로 선택한다. 일 실시 예로, 모드 제어부(130)는 플라즈마 공정 챔버(200)의 바이어스 전극(210)에 RF 신호가 공급되고 소스 전극(220)이 접지되는 제1 모드, 바이어스 전극(210)이 접지되고 소스 전극(220)에 RF 신호가 공급되는 제2 모드, 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220) 모두에 RF 신호가 공급되는 제3 모드를 포함하는 복수의 모드를 순차적으로 선택할 수 있다.
캘리브레이션부(123)는 복수의 모드 각각에 대응하여 산출된 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 이용하여 셀프 바이어스 전압의 산출을 위한 수학적인 연산의 계수를 보정할 수 있다. 일 실시 예로, 캘리브레이션부(123)는 제1 모드에 대응하여 프로브(20)에 의해 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 모드에서 신호 분석부(120)에 의해 산출된 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극(210)과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수(수식 1의 계수 'a')를 산출하고, 제2 모드에 대응하여 프로브(20)에 의해 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제2 모드에서 신호 분석부(120)에 의해 산출된 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 소스 전극(220)과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수(수식 1의 계수 'b')를 산출하고, 제3 모드에 대응하여 프로브(20)에 의해 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제3 모드에서 신호 분석부(130)에 의해 산출된 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220)의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수(수식 1의 계수 'c')를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 플라즈마 공정 챔버(200)의 셀프 바이어스 전압을 측정하기 위한 수학적 연산의 계수들을 보정하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 수학적 연산을 위한 함수의 제1 계수를 보정하는 과정(S41), 수학적 연산을 위한 함수의 제2 계수를 보정하는 과정(S42), 및 수학적 연산을 위한 함수의 제3 계수를 보정하는 과정(S43)이 수행된다.
먼저, 바이어스 전극(210)과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수의 보정을 위해, 모드 제어부(130)는 바이어스 전극(210)에 RF 신호가 인가되고, 소스 전극(220)이 접지되는 제1 모드를 선택한다. 이때, 프로브(20)를 이용하여 기판(W)에 대해 직접 DC 셀프 바이어스를 측정한다(S411). 또한, 바이어스 전극(210)에 대해 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 측정하고, 소정의 시간동안 측정된 공급 신호 및 반사 신호로부터 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 산출한다(S412, S413). 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 앞서 언급된 수식 1에 대입하고, 단계 S411에서 실측된 셀프 바이어스 값을 이용하여 제1 계수(a)를 산출한다(S414).
바이어스 전극(210)에 인가되는 RF 신호의 전력을 변화시켜 다양한 RF 전력에 대응하여 제1 계수를 산출할 수 있으며, RF 전력 변화에 따른 제1 계수의 산출 결과는 RF 전력(혹은 주파수)의 함수로서 메모리에 기록될 수 있다. 다른 예로, 다양한 RF 전력에 따라 산출한 제1 계수들의 통계 값(예를 들어, 평균값)을 셀프 바이어스 산출을 위한 수학적 연산의 제1 계수 값으로 결정할 수도 있다.
소스 전극(220)과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수의 보정을 위해, 모드 제어부(130)는 바이어스 전극(210)이 접지되고, 소스 전극(220)에 RF 신호가 인가되는 제2 모드를 선택한다. 이때, 프로브(20)를 이용하여 기판(W)에 대해 직접 셀프 바이어스를 측정한다(S421). 또한, 바이어스 전극(210)에 대해 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 측정하고, 소정의 시간동안 측정된 공급 신호 및 반사 신호로부터 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 산출한다(S422, S423). 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 앞서 언급된 수식 1에 대입하고, 단계 S421에서 실측된 셀프 바이어스 값을 이용하여 제2 계수(b)를 산출한다(S424).
소스 전극(220)에 인가되는 RF 신호의 전력을 변화시켜 다양한 RF 전력에 대응하여 제2 계수를 산출할 수 있으며, RF 전력 변화에 따른 제2 계수의 산출 결과는 RF 전력(혹은 주파수)의 함수로서 메모리에 기록될 수 있다. 다른 예로, 다양한 RF 전력에 따라 산출한 제2 계수들의 통계 값(예를 들어, 평균값)을 셀프 바이어스 산출을 위한 수학적 연산의 제2 계수 값으로 결정할 수도 있다.
다음으로, 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220)의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수의 보정을 위해, 모드 제어부(130)는 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220)에 RF 신호가 인가되는 제3 모드를 선택한다. 이때, 프로브(20)를 이용하여 기판(W)에 대해 직접 셀프 바이어스를 측정한다(S431). 또한, 바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220) 각각에 대해 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 측정하고, 소정의 시간동안 측정된 공급 신호 및 반사 신호로부터 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 산출한다(S432, S433). 신호 분석부(120)는 산출한 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력, 제1 계수(a) 및 제2 계수(b)를 앞서 언급된 수식 1에 대입하고, 단계 S431에서 실측된 셀프 바이어스 값을 이용하여 제3 계수(c)를 산출한다(S434).
바이어스 전극(210) 및 소스 전극(220)에 인가되는 RF 신호의 전력을 변화시켜 다양한 RF 전력에 대응하여 제3 계수를 산출할 수 있으며, RF 전력 변화에 따른 제3 계수의 산출 결과는 RF 전력(혹은 주파수)의 함수로서 메모리에 기록될 수 있다. 다른 예로, 다양한 RF 전력에 따라 산출한 제3 계수들의 통계 값(예를 들어, 평균값)을 셀프 바이어스 산출을 위한 수학적 연산의 제3 계수 값으로 결정할 수도 있다.
캘리브레이션부(123)에 의해 상기한 수식 1의 계수들(a,b,c)이 캘리브레이션되면, 이후 신호 분석부(120)는 프로브(20)를 배제하고, 캘리브레이션된 수학적 연산에 따라, 플라즈마 처리 과정에서 플라즈마 공정 챔버(200)로 공급되는 공급 신호의 평균 전력과, 플라즈마 공정 챔버(200)로부터 반사되는 반사 신호의 평균 전력으로부터, 셀프 바이어스 전압을 산출한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 바이어스 전압 측정 장치(100)는 신호 수집부(110)와 신호 분석부(120)가 플라즈마 공정 챔버(200)의 외부에 구비되므로, 플라즈마 공정 챔버(200) 내에 프로브를 도입하지 않는 비침입적인(non-invasive) 방식으로, 플라즈마 공정에 어떠한 영향도 미치지 않고 기판의 셀프 바이어스를 실시간으로 측정할 수 있으며, 플라즈마 공정 챔버(200)의 분위기에 의하여 셀프 바이어스 측정 장치(100)의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 프로브에 의해 플라즈마 공정 챔버(200) 내에 불순물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
지수 계수 n 은 다수의 RF 전력에 대해 얻은 평균 공급 전력과 평균 반사 전력의 차이값과, 프로브(20)를 이용하여 얻은 셀프 바이어스 실측값 간의 추세 관계로부터 얻을 수 있다. 수식 1에서, 서로 다른 계수에 대한 지수 계수 n 은 모두 같은 값을 갖는 것으로 나타나 있으나, 계수들에 대응하는 지수 계수들은 서로 다른 값을 가질 수도 있다. 캘리브레이션의 간략화를 위해, 지수 계수 n 을 보정하는 과정을 생략할 수 있으며, 이때 지수 계수 n 은 초기 값(예를 들어, 0.5)으로 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 4는 셀프 바이어스 측정을 위한 수학적 연산의 캘리브레이션이 완료된 후, 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압을 측정하는 과정을 나타낸다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 셀프 바이어스 전압 측정을 위해, 먼저 제1 RF 전원부(231)로부터 플라즈마 공정 챔버(200)의 바이어스 전극(210)으로 공급되는 제1 공급 신호와, 바이어스 전극(210)으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 제1 커플러(111)에 의해 수집하고, 제2 RF 전원부(232)로부터 플라즈마 공정 챔버(200)의 소스 전극(220)으로 공급되는 제2 공급 신호와, 소스 전극(220)으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 제2 커플러(112)에 의해 수집한다(단계 S31).
다음으로, 신호 분석부(120)는 제1 커플러(111)에 의해 수집된 제1 공급 신호 및 제1 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력을 산출하고, 제2 커플러(112)에 의해 수집된 제2 공급 신호 및 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력을 산출한다(단계 S32).
이어서, 신호 분석부(120)는 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 셀프 바이어스 전압을 산출한다(단계 S33). 일 실시 예로, 신호 분석부(120)는 앞서 언급한 수식 1에 따라 셀프 바이어스 전압을 산출할 수 있다. 만약, 셀프 바이어스 산출을 위한 수학적 연산의 계수들이 RF 전력(혹은 주파수)의 함수로서 기록되어 있는 경우, 바이어스 전극(210)에 인가되도록 설정된 RF 공급 전력과, 소스 전극(220)에 인가되도록 설정된 RF 공급 전력에 적응적으로 수학적 연산의 계수가 설정되고, 셀프 바이어스 전압을 정확하게 산출할 수 있다. 또한, 복수의 소스 가스에 대해 각각 셀프 바이어스 전압 측정을 위한 수학적 연산의 계수들을 개별적으로 캘리브레이션함으로써, 플라즈마 공정에 사용되는 소스 가스에 적응적으로 최적의 셀프 바이어스 전압을 산출하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 기판의 셀프 바이어스 전압을 실시간으로 감시하여, 기판 표면의 산화막이 손상되는 등 기판에 악영향이 가해지지 않도록 공정 조건을 조절하는 등의 적절한 대응 조치를 취할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 셀프 바이어스 전압 측정 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(10)가 소스 전극을 포함하지 않거나, 소스 전극이 접지되는 경우, 바이어스 전극(210)에 대해 평균 공급 전력과 평균 반사 전력을 산출하여 셀프 바이어스 전압을 측정할 수 있다. 이 경우, 앞서 언급된 수식 1에서 소스 전극에 대한 평균 공급 전력과 평균 반사 전력은 0으로 간주되고, 제1 계수만을 캘리브레이션하여 수학적 연산을 최적화한 후 셀프 바이어스 전압을 측정할 수 있다.
도시되지 않은 또 다른 실시 예에 의하면, 소스 전극에 대한 평균 공급 전력과 평균 반사 전력만을 산출하여, 이로부터 수학적 연산을 통해 셀프 바이어스 전압을 측정하는 것도 가능하다. 이 경우, 앞서 언급된 수식 1에서 바이어스 전극에 대한 평균 공급 전력과 평균 반사 전력은 0으로 간주될 수 있으며, 제2 및 제3 계수만을 캘리브레이션하여 수학적 연산을 최적화한 후 셀프 바이어스 전압을 측정할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셀프 바이어스 측정 방법에 의하여 측정된 셀프 바이어스 값을 실측된 셀프 바이어스와 비교하여 보여주는 그래프이다. 도 6의 그래프는 CCP(capacitive coupled plasma) 설비의 소스 전극에 13.56MHz 400W CW(continuous wave) 전력을 인가하고, 바이어스 전극에 13.56MHz 200W 펄스 전력을 인가한 경우의 결과이고, 도 7의 그래프는 CCP 설비의 소스 전극에 13.56MHz 200W CW(continuous wave) 전력을 인가하고, 바이어스 전극에 13.56MHz 1000W 펄스 전력을 인가한 경우의 결과이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하여 산출된 셀프 바이어스 전압 값은 기판에 프로브를 접촉하여 실측한 셀프 바이어스 전압 값과 대체적으로 일치하는 것을 확인할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 플라즈마 기판 처리 장치
20: 프로브
100: 셀프 바이어스 측정 장치
110: 신호 수집부
111,112: 커플러
113,114: AD 컨버터
120: 신호 분석부
121: 평균전력 산출부
122: 셀프바이어스 산출부
123: 캘리브레이션부
130: 모드 제어부
200: 플라즈마 공정 챔버
210: 바이어스 전극
220: 소스 전극
230: RF 전원부
240: 정합부

Claims (16)

  1. RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호를 수집하는 신호 수집부; 및
    상기 신호 수집부에 의해 수집된 공급 신호 및 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 수집부는,
    RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하는 제1 커플러; 및
    RF 전원부와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극 사이에 연결되어, RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하는 제2 커플러를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 신호 분석부는,
    상기 신호 수집부에 의해 수집된 제1 및 제2 공급 신호와 제1 및 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 산출하는 평균전력 산출부; 및
    제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 셀프 바이어스 전압을 산출하는 셀프바이어스 산출부를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 신호 분석부는,
    실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 캘리브레이션부를 더 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    RF 전원부를 제어하여, 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극에 RF 신호가 공급되고 소스 전극이 접지되는 제1 모드, 바이어스 전극이 접지되고 소스 전극에 RF 신호가 공급되는 제2 모드, 바이어스 전극 및 소스 전극 모두에 RF 신호가 공급되는 제3 모드를 포함하는 복수의 모드를 순차적으로 선택하는 모드 제어부를 더 포함하며,
    상기 캘리브레이션부는, 상기 복수의 모드 각각에 대응하여 산출된 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 이용하여 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션부는,
    제1 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수를 산출하고,
    제2 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 소스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수를 산출하고,
    제3 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극 및 소스 전극의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수를 산출하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  7. 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호의 전력과, 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 장치.
  8. 기판에 바이어스 신호를 인가하기 위한 바이어스 전극, 및 기판 상에 플라즈마를 형성하기 위한 소스 신호를 인가하는 소스 전극을 구비하는 플라즈마 공정 챔버;
    상기 바이어스 전극에 바이어스 신호를 인가하고, 상기 소스 전극에 소스 신호를 인가하는 RF 전원부;
    상기 RF 전원부와 상기 바이어스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 상기 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하는 제1 커플러;
    상기 RF 전원부와 상기 소스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 상기 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하는 제2 커플러; 및
    상기 제1 커플러에 의해 수집된 제1 공급 신호와 제1 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 평균 공급 전력 및 제1 평균 반사 전력을 산출하고, 상기 제2 커플러에 의해 수집된 제2 공급 신호와 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제2 평균 공급 전력 및 제2 평균 반사 전력을 산출하고, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 산출하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 신호 분석부는,
    실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 캘리브레이션부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  10. 기판에 플라즈마를 형성하기 위한 바이어스 신호를 인가하는 바이어스 전극을 구비하는 플라즈마 공정 챔버;
    상기 바이어스 전극에 바이어스 신호를 인가하는 RF 전원부;
    상기 RF 전원부와 상기 바이어스 전극 사이에 연결되어, 상기 RF 전원부로부터 상기 바이어스 전극으로 공급되는 공급 신호와 상기 바이어스 전극으로부터 반사되는 반사 신호를 수집하는 커플러; 및
    상기 커플러에 의해 수집된 공급 신호와 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 평균 공급 전력 및 평균 반사 전력을 산출하고, 평균 공급 전력과 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 산출하는 신호 분석부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 신호 분석부는,
    실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 평균 공급 전력과 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 캘리브레이션부를 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  12. RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 전극으로 공급되는 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 전극으로부터 반사되는 반사 신호의 전력을 분석하여, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판에 형성되는 셀프 바이어스(self bias) 전압을 측정하는 단계를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 셀프 바이어스 전압을 측정하는 단계는,
    RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로 공급되는 제1 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극으로부터 반사되는 제1 반사 신호를 수집하고, 제1 공급 신호 및 제1 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력을 산출하는 단계;
    RF 전원부로부터 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로 공급되는 제2 공급 신호와 플라즈마 공정 챔버의 소스 전극으로부터 반사되는 제2 반사 신호를 수집하고, 제2 공급 신호 및 제2 반사 신호 각각의 평균값을 산출하여 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력을 산출하는 단계; 및
    제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값을 이용하여 수학적인 연산을 수행함으로써 상기 셀프 바이어스 전압을 산출하는 단계를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    기판에 프로브를 접촉하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    RF 전원부를 제어하여, 플라즈마 공정 챔버의 바이어스 전극에 RF 신호가 공급되고 소스 전극이 접지되는 제1 모드, 바이어스 전극이 접지되고 소스 전극에 RF 신호가 공급되는 제2 모드, 바이어스 전극 및 소스 전극 모두에 RF 신호가 공급되는 제3 모드를 포함하는 복수의 모드를 순차적으로 선택하는 단계를 더 포함하며,
    상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계는, 상기 복수의 모드 각각에 대응하여 산출된 제1 및 제2 평균 공급 전력과 제1 및 제2 평균 반사 전력을 이용하여 상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 수학적인 연산의 계수를 보정하는 단계는,
    제1 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제1 계수를 산출하는 단계;
    제2 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 소스 전극과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제2 계수를 산출하는 단계; 및
    제3 모드에 대응하여 실측된 셀프 바이어스 전압 값과, 제1 평균 공급 전력과 제1 평균 반사 전력 간의 차이값, 및 제2 평균 공급 전력과 제2 평균 반사 전력 간의 차이값으로부터, 바이어스 전극 및 소스 전극의 상호 작용과 셀프 바이어스 사이의 관계를 나타내는 제3 계수를 산출하는 단계를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 셀프 바이어스 전압 측정 방법.
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