KR102240306B1 - 자동 점화위치 조정 기능을 가지는 임피던스 정합 장치 및 정합 방법 - Google Patents

자동 점화위치 조정 기능을 가지는 임피던스 정합 장치 및 정합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마(Plasma)를 이용하는 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 임피던스가 사용 시간이 늘어나거나 챔버 세정, 또는 장비 예방정비, 미 사용시간 등에 의해 플라즈마(Plasma) 점화 위치(Ignition Position)가 변화됨에 따라 이 변화에 자동으로 추종하는 자동 점화위치 조정 기능이 구비된 임피던스 정합 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초고속 임피던스 정합 장치는, 임피던스 매칭을 위하여 구동 전력을 공급할 수 있는 고주파 전원 장치; 상기 고주파 전원 장치로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하되, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하며, 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크의 최종 정지 위치를 기준으로 미리 세팅된 상대값만큼 상기 가변 네트워크의 위치를 사전 점화 위치로 이동시키는 매칭 박스;를 포함한다.

Description

자동 점화위치 조정 기능을 가지는 임피던스 정합 장치 및 정합 방법{A DEVICE FOR MATCHING THE IMPEDANCE OF THE PLASMA APPARATUS AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 임피던스 정합 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마(Plasmas)를 이용하는 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 임피던스가 사용 시간이 늘어나거나 챔버 세정, 또는 장비 예방정비, 미 사용시간 등에 의해 플라즈마(Plasma) 점화 위치(Ignition Position)가 변화됨에 따라 이 변화에 자동으로 추종하는 자동 점화위치 조정 기능이 구비된 임피던스 정합 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조, 액정 표시 장치(LCD) 제조, 태양광 모듈 제조 등 정밀소자 제조 분야에서는 고집적화된 정밀한 공정 처리를 위하여 플라즈마(Plasma)를 이용한 공정을 활용하는 것이 보편화되어 있다.
플라즈마(Plasma)를 이용하는 각 제조용 장비는 공통적으로 공정 처리를 위한 밀폐된 용기(chamber)와 반응성 가스 공급 장치, 고주파 발생을 위한 고주파 전원 장치(RF Generator) 등으로 구성되며, 상기 밀폐된 용기(chamber) 내에 반응성 가스를 주입하고 고주파를 인가하여 플라즈마(Plama)를 방전시킨다. 플라즈마가 발생하면 상기 챔버는 플라즈마를 포함한 동적 부하가 되고, 이 동적 부하에 기인하여 상기 고주파 발생 장치(RF Generator)와 챔버 사이에 동적부하로부터 반사되는 반사파가 발생하게 된다.
상기 반사파는 고주파 발생 장치에서 발생한 전력이 챔버로 전달되지 못하고 되돌아오는 전력으로, 이것은 고주파 발생장치의 고장야기, 생산품 불량 및 품질 저하 등의 원인이 되며, 플라즈마의 품질을 평가하는 기준이 되기도 한다. 따라서 좋은 품질의 플라즈마를 얻기 위해서는 짧은 시간 내에 반사파를 최소화하여 최대의 전력을 상기의 부하에 공급할 수 있도록 신속한 임피던스 정합이 필요하다.
임피던스 정합 방법으로는 통상적으로 상기의 챔버와 고주파 전원 장치 사이에 가변소자(가변 코일 또는 가변 정전 용량)을 포함한 별도의 임피던스 정합장치를 설치하는 방법과 고주파 전원장치의 주파수를 변경하여 임피던스 정합을 수행하는 방법이 있다. 한편 상기 부하가 시간에 따라 변화하는 동적 부하이므로 이러한 부하의 움직임에 추종하는 임피던스 정합을 하여야 한다.
가변소자를 이용한 자동 임피던스 정합 장치는 부하의 특성에 따라 각기 다른 매칭 네트워크를 가지며, 네트워크에는 적어도 1개 이상의 가변 소자가 사용된다. 상기 가변소자를 이용한 네트워크 구성에 따라 매우 넓은 범위의 부하 임피던스에 대하여 임피던스 정합을 수행할 수 있으므로, 플라즈마의 상태가 심하게 변화되는 경우에도 뛰어난 임피던스 정합 특성을 보이며, 반사파를 "0"에 가깝게 구현할 수 있다. 상기 가변 소자로는 통상적으로 가변 콘덴서 또는 가변 인덕턴스를 사용하며, 모터를 이용하여 가변소자를 제어하고 반사파의 검출회로를 통하여 동적 부하에 자동으로 추종하도록 제어된다.
그러나 가변소자를 이용한 임피던스 정합속도는 느린 편으로, 가변소자를 움직이는 모터의 구동 속도에 의하여 수백 밀리 초(mili-sec)에서 수초 정도의 정합 시간이 필요하다.
한편 주파수를 가변하여 임피던스 정합을 수행하는 경우 보통의 주파수 가변범위는 기준 주파수를 기준으로 10% 미만으로 임피던스 정합이 가능한 부하의 임피던스 범위는 매우 좁다. 상기 1개 이상의 가변소자를 가진 네트워크의 임피던스 정합 범위는 넓은 면적을 가지는 반면, 주파수 가변은 주파수라는 하나의 가변으로 인하여 정합 범위는 면적이 아닌 선의 형태를 가지게 된다. 따라서, 조그마한 부하의 임피던스 변화에도 임피던스 정합을 수행할 수 없으며, 수행을 완료하여도 일정량의 반사파는 잔존할 수밖에 없다. 반면 임피던스 정합 속도는 빠르므로 정합 시간은 수 밀리초(mili-sec) 정도로 매우 짧다.
최근 반도체 제조 공정 전반에 걸쳐서 생산성 향상을 위하여 플라즈마의 효율 증대를 요구하고 있고, 이것은 짧은 임피던스 정합 시간을 요구하고 있다. 특히 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : ALD) 공정은 매우 짧은 시간의 플라즈마 제어를 반복하여야 한다. 또한, 최근의 식각 공정 및 증착 공정에서는 증착과 식각을 반복하거나 하나의 레시피 내에서 고주파 전력을 유지하면서 고주파 전력을 변경하여 플라즈마 효율을 제어하고 있다.
이러한 새로운 공정 조건을 수행하기 위해서는 매우 빠른 임피던스 정합 시간이 요구되고 있다. 또한 신뢰성 있는 공정 결과를 위하여 부하의 변화에 따른 점화 위치의 변화에도 자동으로 점화위치를 추종하며 신속하고 일정한 정합을 통하여 일정한 플라즈마 발생을 요구하고 있다.
상기의 짧은 정합 시간과 일정한 플라즈마 품질, 넓은 정합 범위라는 새로운 요구 조건을 만족하기 위하여는 가변 네트워크를 이용한 임피던스 정합 장치에 점화위치를 자동으로 추종하여 임피던스를 정합하는 새로운 임피던스 정합 방법과 임피던스 정합 장치가 요구된다.
고주파 전원장치(RF Generator)와 챔버(Chamber) 사이의 정합에 있어 플라즈마 상태의 매칭 임피던스와 플라즈마를 발생하기 위한 점화 위치의 임피던스는 다소 차이가 있다. 이 차이에 의하여 초기 매칭시 자동 임피던스 정합장치의 Load 및 Phase 가변소자(가변 캐패시터(Capacitor) 또는 가변 인덕턴스(Inductance))는 고주파 전원 인가시 전 공정 또는 전 작업의 종료 위치에서 점화 위치로 이동이 필요하고, 이 이동시간에는 매칭이 이루어지지 않으므로 높은 반사파가 발생하게 된다.
이것은 높은 반사파와 긴 매칭 타임으로 생산품의 품질저하 및 가공 시간이 길어짐에 따라 생산량 저하로 이어지게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 임피던스 매칭에 있어서 점화시 요구되는 Load 및 Phase 가변소자(가변 캐패시터(Capacitor) 또는 가변 인덕턴스(Inductance))의 위치와 매칭(Matching) 종료시의 Load 및 Phase 가변소자(가변 캐패시터(Capacitor) 또는 가변 인덕턴스(Inductance))의 위치에 차이가 있다는 것을 인지하고, 고주파 전원(RF Power)를 인가하기 이전에 Plasma 점화 Impedance위치에 Load 및 Phase 가변소자(가변 캐패시터(Capacitor) 또는 가변 인덕턴스(Inductance))를 이동시켜 초기 반사파 감소와 매칭 시간(Matching Time)을 단축하는 기술 개발이 요구된다. (기존의 기술은 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 임피던스가 사용 시간이 늘어나거나 챔버 세정, 또는 장비 예방 정비, 미 사용시간 등에 의한 플라즈마 점화위치(Ignition Position)의 변화에 자동으로 추종하지 못함)
이 기능은 자동 임피던스 정합장치의 내부 Software 또는 외부 System으로 부터의 전기 신호로 Load 및 Phase 가변소자(가변 Capacitor 또는 가변 Inductance)를 Plasma 점화 Impedance 위치로 이동시키는 것이다.
그런데 종래의 반도체 제조용 장비나 Plasma를 이용하는 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 점화 위치(Ignition Position)가 제품(Si Wafer, LCD Glass 등)을 생산함에 있어 사용되는 Gas나 공정 중 발생되는 부유물에 의해 점화 위치(Ignition Position)가 변화하여 일정하지 않다는 문제가 있다.
이하에서는 이를 도 1, 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 CCP Type 챔버의 경우 챔버(30)와 임피던스 매처(20), RF 전원장치(10)를 포함하여 이루어지며, 챔버(30) 내 임피던스는 전극부(42, 44)의 캐패시턴스(C)와 전극(42, 44)과 챔버(30) 벽 간의 기생 캐패시턴스(Cc), 인덕턴스(L), 저항(R)으로 이루어진다.
도 2는 이 챔버(30)를 등가회로로 나타낸 것이며, 주회로와 부회로(기생 캐패시턴스등)로 표현할 수 있다. 챔버 내에서 발생되는 부산물에 의해 챔버(30) 벽에 부산물이 쌓이거나, 챔버 세정 등으로 챔버 벽의 부산물이 제거됨에 따라 부회로의 Cc, L, 등이 변화하게 된다. 이 변화는 챔버 임피던스의 변화로 설명할 수 있다. 이 변화에 따라 RF 점화 후 매칭 임피던스가 변화하게 되고 점화 Position 또한 변화하게 된다.
이러한 이유로 플라즈마(Plasma)의 점화 Position에 Load 및 Phase 가변소자(가변 Capacitor 또는 가변 Inductance)를 미리 이동시켜도 시간이 지남에 따라 점화 Position이 변하게 되고, 기존의 Preset 기능만으로는 변화되는 점화 Position의 Impedance를 자동으로 추종하는 것이 불가능하다.
따라서 기존 매칭 임피던스(Matching Impedance)와 플라즈마(Plasma)를 발생하기 위한 점화 위치의 챔버 임피던스(Chamber Impedance)는 다소 차이가 발생하고 되고, 이것은 높은 반사파와 긴 매칭시간(Matching Time)으로 생산품의 품질저하 및 가공 시간이 길어짐에 따른 생산량 저하라는 문제를 재발시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 플라즈마(Plasma)를 이용하는 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 임피던스가 사용 시간이 늘어나거나 챔버 세정, 또는 장비 예방정비, 미 사용시간 등에 의해 플라즈마(Plasma) 점화 위치(Ignition Position)가 변화됨에 따라 이 변화에 자동으로 추종하는 자동 점화위치 조정 기능이 구비된 임피던스 정합 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 초고속 임피던스 정합 장치는, 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 장치(RF Generator); 상기 고주파 전원장치로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하되, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하며, 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크의 최종 정지 위치를 기준으로 미리 세팅된 상대값만큼 상기 가변 네트워크의 위치를 사전 점화 위치로 이동시키는 자동 임피던스 정합장치(Auto Impedance Matcher);를 포함한다.
그리고 본 발명에서 상기 자동 임피던스 매칭 장치는, 적어도 1개 이상의 가변 소자를 포함하는 가변 네트워크 회로부; 상기 부하에서 전달되는 반사파를 실시간으로 검출하는 검출 회로부; 상기 검출 회로부에서 검출되는 반사파가 "0"에 근접하도록 상기 가변 네트워크 회로부를 실시간으로 변동시키는 자동 매칭부; 계산된 새로운 플라즈마 점화위치로 상기 가변 네트워크 회로부의 위치를 이동시키는 자동 점화 위치 조정부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 자동 점화 위치 조정부는, 스미스 차트 상에서 상기 최종 정지 위치(플라즈마 매칭 위치)에 대응되는 점화 위치를 저장한 점화 위치 저장부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제어부는, 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 최종 정지 위치(플라즈마 매칭 위치)를 기준으로 변화된 새로운 플라즈마 점화 위치를 계산하는 점화위치 계산부;를 구비하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명은 1) 자동 임피던스 매칭 장치(Auto Impedance Matcher)의 가변 네트워크의 위치를 제1 사전 점화 위치로 이동시키는 단계; 2) 고주파 발생 전원장치(RF Generator)를 이용하여 상기 제1 사전 점화 위치에 대응되는 RF 전력을 공급하는 단계; 3) 상기 자동 임피던스 매칭장치는 상기 고주파 발생 전원장치로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하되, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 상기 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하는 단계; 4) 임피던스 매칭이 이루어지고 공정이 완료되면 상기 가변 네트워크의 제1 최종 정지 위치를 저장하는 단계; 5) 다음 공정 시작 전에 상기 제1 최종 정지 위치에 대응되는 제2 사전 점화 위치(Plasma Ignition Position)을 계산하는 단계; 6) 상기 계산된 플라즈마 점화 위치로 상기 가변 네트워크 회로부의 위치를 변경하는 단계;를 포함하는 초고속 임피던스 정합 방법도 제공한다.
또한 본 발명에서 상기 5), 6) 단계는, 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 위치를 상기 가변 네트워크 회로부의 제1 최종 정지 위치를 기준으로 미리 계산된 새로운 플라즈마 점화위치로 자동 이동시키는 것이 바람직하다.
또한 매 순간 진행한 공정의 플라즈마 정합 위치에서 새로운 플라즈마 점화 위치를 계산하고 다음 고주파 전원 공급 전 또는 새로운 공정 진행 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 가변 소자를 새로운 플라즈마 점화위치로 자동 이동시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 초고속 임피던스 정합장치 및 방법에 따르면 플라즈마(Plasmas)를 이용하는 각종 장비 및 챔버(Chamber)의 임피던스가 사용 시간이 늘어나거나 챔버 세정, 또는 장비 예방정비, 미 사용시간 등에 의해 플라즈마(Plasma) 점화 위치(Ignition Position)가 변화됨에 따라 이 변화에 자동으로 추종하는 자동 점화 위치 조정 기능이 구비되어 빠르고 정확한 임피던스 정합이 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면 가변 네트워크를 이용한 임피던스 정합 기술과 플라즈마 점화 위치(Plasma Ignition Position)를 자동으로 계산하고 추종하는 획기적인 새 알고리즘을 이용한 매칭 기술을 융합하여 실시간으로 변화하는 동적 부하를 수십 msec 내의 짧은 시간 내에 정합함으로써 낮은 초기 반사파로 안정된 플라즈마로 일정한 제품생산이 가능하다.
도 1은 일반적인 CCP TYPE 챔버와 임피던스 매쳐, RF 전원장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 CCP TYPE 챔버의 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 임피던스 정합 장치의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 임피던스 정합 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이루어지는 임피던스 정합 과정을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 초고속 임피던스 정합 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파 전원장치(110), 자동 임피던스 매칭장치(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 고주파 전원장치(110)는 RF 전원을 생성하여 부하 즉, 챔버(101)에 제공하는 구성요소로서, 플라즈마 발생을 위한 고주파 전력을 공급할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 고주파 전원장치(110)는 일반적으로 증폭기능 또는 주파수 가변이 가능한 상용품을 채용할 수 있다.
다음으로 상기 자동 임피던스 매칭장치(120)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 고주파 전원장치(110)와 부하 즉, 챔버(101) 사이에 설치되며, 상기 고주파 전원장치(110)로부터 출력을 제공받아 챔버(101)에 전달하는 구성요소이다. 특히, 본 실시예에서 상기 매칭 박스(120)는 상기 고주파 전원 장치(110)의 출력에 대응하여 상기 부하에서 반사되어 전달되는 반사파를 센싱하고 가변 네트워크를 이용하여 상기 반사파가 "0" 이 되도록 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행할 뿐만 아니라, 새로운 공정 또는 새로운 RF 전력 공급 전에 상기 가변 네트워크의 최종 정지 위치를 기준으로 새로운 알고리즘에 의하여 계산된 플라즈마 점화 위치로 상기 가변 네트워크의 위치를 자동으로 이동시키는 기능을 수행한다.
따라서 본 실시예에서 상기 자동 임피던스 매칭장치(120)는 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 가변 네트워크 회로부(122), 검출 회로부(124), 자동 매칭부(126) 및 자동 점화 위치 조정부(128)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 가변 네트워크 회로부(122)는 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 1개 이상의 가변 소자 즉, 가변 코일 또는 가변 정전용량을 포함하며, 이들을 조정할 수 있는 모터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 가변 네트워크 회로부(122)의 구체적인 구성은 필요에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
다음으로 상기 검출 회로부(124)는 상기 매칭 박스(120) 내에 설치되며, 상기 고주파 전원 장치(110)의 출력에 대하여 상기 부하(101)에서 전달되는 반사파를 실시간으로 검출하는 구성요소이며, 본 실시예에서 상기 검출 회로부(124)에서 반사파를 검출할 수 있는 범위는 상기 고주파 전원 장치(110)의 전력 크기에 따라 특정된다.
구체적으로 상기 검출 회로부(124)에서 반사파로 감지할 수 있는 주파수값 범위는 상기 고주파 전원 장치(110)의 지정 주파수 도는 가변 주파수와 최대 전력을 실시간으로 검출하고, 검출된 전압, 전류 위상 등을 자동 매칭부(126)로 제공한다.
다음으로 상기 자동 매칭부(126)는 상기 자동 임피던스 매칭장치(120) 내에서 설치되며, 상기 검출 회로부(124)에서 검출되어 제공되는 전압, 전류, 위상 등을 이용하여 반사파가 "0"에 근접하도록 상기 가변 네트워크 회로부(122)를 실시간으로 변동시켜 자동 매칭 기능을 수행하는 구성요소이다.
다음으로 상기 자동 점화 위치 조정부(128)는 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부(122)의 위치를 저장되어 있는 상기 가변 네트워크 회로부(122)의 최종 정지 위치를 기준으로 미리 세팅된 상대값 만큼 이동된 사전 점화 위치로 이동시키는 구성요소이다.
즉, 상기 자동 점화 위치 조정부(128)는 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부(122)를 특정한 사전 점화 위치로 항상 이동시키는 것이 아니라, 바로 직전에 수행된 공정 또는 직전의 RF 전력에 의하여 정해지고 저장된 최종 정지 위치를 기준으로 계산된 새로운 사전 점화 위치로 상기 가변 네트워크 회로부(122)의 위치를 자동으로 이동시키는 것이며, 상기 새로운 사전 점화 위치는 상기 제어부에 의하여 제공된다.
예를 들어 상기 자동 점화 위치 조정부(128)를 ±3%로 설정할 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 임피던스 매칭이 수행된다. 즉, 최초 사전 점화 위치에서 RF 전력이 인가되면 임피던스 매칭을 수행하고, RF 전력이 정지되면 즉시 또는 일정한 설정 시간 후에 설정된 제2 사전 점화 위치로 자동 추종하여 RF 전력 재 인가시 최적의 매칭을 초고속으로 수행하는 것이다.
다음으로 상기 제어부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자동 임피던스 정합 장치(120) 내에 설치되며, 가변 네트워크를 이용한 임피던스 정합 기술과 최적의 점화 위치(Plasma Ignition Position) 계산 알고리즘을 융합하여 넓은 임피던스 범위의 동적 부하를 수십msec 내의 짧은 시간 내에 정합하고 반사파가 최저가 되도록 다양한 방법으로 임피던스 매칭을 진행하는 구성요소이다.
이를 위하여 상기 고주파 전원 장치(110)에서 고주파 출력이 이루어지도록 하고, 이 출력에 대하여 가변 네트워크 회로부(122)의 초기 정지 위치 또는 임의의 지정 위치로부터 자동 매칭 기능을 우선 수행한다. 여기에서 '임의의 위치'라 함은 일반적으로 적용되는 지정위치 또는 종전 매칭 작업 후 가변소자들의 정지 위치를 말한다.
그리고 나서 상기 자동 매칭부(126)의 자동 매칭 기능을 활성화하여 실시간으로 변화하는 챔버 임피던스 대한 자동 임피던스 매칭이 신속하게 이루어지도록 제어한다. 자동 매칭 동작이 완료되면 반사파가 최소가 되도록 가변소자를 이용하여 최적의 매칭 상태를 유지한다.
공정 종료 또는 고주파 전력 공급이 종료되면 정지된 가변 네트워크 회로부(122)의 위치를 저장하고 종료후 정지위치로부터 플라즈마 점화위치를 계산하고 플라즈마 점화위치로 가변 네트워크 회로부(122)를 이동시켜 다음 공정 또는 다음 고주파 전력 공급이 되면 새로운 임피던스 매칭을 시작한다.
따라서 상기 제어부(130)는 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 최종 정지 위치(플라즈마 매칭 위치)를 기준으로 변화된 플라즈마 점화 위치를 계산하는 점화위치 계산부(도면에 미도시)를 구비하며, 이렇게 계산된 새로운 플라즈마 점화 위치는 상기 자동 점화 위치 조정부(128)로 제공한다.
상기의 동작을 반복적으로 수행하면서, 최적의 플라즈마 점화위치에서 매칭을 시작하여 낮은 초기 반사파와 빠른 매칭을 통한 안정된 플라즈마를 발생시킨다.
이하에서는 이러한 구조를 가지는 초고속 임피던스 정합 장치(100)를 이용하여 초고속으로 임피던스 정합을 수행하는 방법을 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 초고속 임피던스 정합 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가변 네트워크 회로부(122)를 제1 사전 점화 위치로 이동시키는 단계(S100)로 시작된다. 상기 제1 사전 점화 위치는 상기 챔버의 특성에 따라 미리 정해진 위치일 수도 있고, 직전 공정을 완료한 후 최종 정지 위치에 의하여 미리 세팅되는 위치일 수도 있다.
다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이, RF 전원(110)에서 고주파 전력을 제공하는 단계(S200)가 진행된다. 여기에서 고주파 전력이라 함은 상기 부하(101)에서 진행될 공정 레시피에서 지정한 고주파 전력 값을 말한다. 본 단계(S200)에서는 먼저 상기 고주파 전원 장치(110)를 ON 시켜서 설정된 RF 전력을 상기 자동 임피던스 매칭 장치(120)를 거쳐서 상기 부하(101)에 공급한다.
다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 상기 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하는 단계(S300)가 진행된다. 이 단계(S300)는 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 네트워크를 이동시키면서 매칭이 완료된 시점을 찾는 방법으로 진행될 수 있다.
다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 공정이 완료되고 RF 전력이 정지되면 상기 가변 네트워크 회로부(122)의 최종 정지 위치를 저장하는 단계(S400)가 진행된다. 이렇게 저장되는 최종 정지 위치에 의하여 제2 사전 점화 위치가 결정되는 것이다.
다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 전 단계(S400)에서 저장된 최종 정지 위치를 바탕으로 제2 사전 점화 위치를 결정하는 단계(S500)가 진행된다. 이 단계(S500)는 상기 최종 정지 위치를 기준으로 계산된 또는 미리 세팅되어 있는 제2 사전 점화 위치를 결정하는 것이므로, 자동으로 신속하게 이루어진다.
이렇게 결정된 제2 사전 점화 위치는 다음 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크의 이동에 사용된다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 임피던스 정합 장치
101 : 챔버 110 : 고주파 전원 장치
120 : 자동 임피던스 정합장치 130 : 제어부
140 : 안테나 1 : 기판

Claims (7)

  1. 플라즈마 점화를 위하여 고주파 전력을 공급할 수 있는 고주파 전원 장치;
    상기 고주파 전원 장치으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하되, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하며, 새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크의 최종 정지 위치를 기준으로 미리 세팅된 상대값만큼 상기 가변 네트워크의 최종 정지 위치를 사전 점화 위치로 이동시키는 자동 임피던스 정합 장치;를 포함하고,
    상기 자동 임피던스 정합 장치는,
    상기 자동 임피던스 정합 장치 내에 설치되며, 가변 네트워크를 이용한 임피던스 정합 기술과 최적의 점화 위치(Plasma Ignition Position) 계산 알고리즘을 융합하여 넓은 임피던스 범위의 동적 부하를 수십 msec 시간 내에 정합하고 반사파가 최저가 되도록 임피던스 매칭을 진행하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동 임피던스 정합 장치는,
    적어도 1개 이상의 가변 소자를 포함하는 가변 네트워크 회로부;
    상기 부하에서 전달되는 반사파를 실시간으로 검출하는 검출 회로부;
    상기 검출 회로부에서 검출되는 반사파가 "0"에 근접하도록 상기 가변 네트워크 회로부를 실시간으로 변동시키는 자동 매칭부;
    계산된 새로운 플라즈마 점화위치로 상기 가변 네트워크 회로부의 위치를 이동시키는 자동 점화 위치 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자동 점화 위치 조정부는,
    스미스 차트 상에서 상기 최종 정지 위치에 대응되는 점화 위치를 저장한 점화 위치 저장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 최종 정지 위치(플라즈마 매칭 위치)를 기준으로 변화된 새로운 플라즈마 점화 위치를 계산하는 점화위치 계산부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 장치.
  5. 1) 매칭 박스의 가변 네트워크의 위치를 제1 사전 점화 위치로 이동시키는 단계;
    2) 고주파 전원 장치를 이용하여 상기 제1 사전 점화 위치에 대응되는 RF 전력을 공급하는 단계;
    3) 상기 매칭 박스는 상기 고주파 전원 장치로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하되, 상기 부하에서 전달되는 반사파를 센싱하고 상기 가변 네트워크를 이용하여 자동으로 임피던스 매칭 기능을 수행하는 단계;
    4) 임피던스 매칭이 이루어지고 공정이 완료되면 상기 가변 네트워크의 제1 최종 정지 위치를 저장하는 단계;
    5) 다음 공정 시작 전에 상기 제1 최종 정지 위치에 대응되는 제2 사전 점화 위치로 상기 가변 네트워크의 위치를 변경하는 단계;를 포함하는 초고속 임피던스 정합 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 5) 단계는,
    새로운 공정 시작 전에 상기 가변 네트워크 회로부의 위치를 상기 가변 네트워크 회로부의 제1 최종 정지 위치를 기준으로 계산된 또는 미리 세팅된 상대값 만큼 이동된 제2 사전 점화 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 사전 점화 위치는,
    제1 최종 정지 위치 값에 따라 미리 정해지고 저장되는 것을 특징으로 하는 초고속 임피던스 정합 방법.
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