KR102318600B1 - 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치 - Google Patents

평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;를 포함하고, 상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 상기 상부면의 측면이 서로 대향하며, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 플라즈마 챔버의 벽면 내부에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 한다.

Description

평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치{Plasma processing apparatus with embedded flat device for plasma diagnostics}
본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 플라즈마 컷오프 주파수를 측정하기 위한 초고주파 송수신 안테나를 평면형으로 형성하여 컷오프 주파수로부터 플라즈마 밀도를 구할 수 있는 평면형 플라즈마 진단 장치를 플라즈마 공정 장치에 매립하여 형성한 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치를 제공하기 위한 것이다.
플라즈마의 응용 분야가 다양하게 확대됨에 따라 플라즈마 진단 기술의 중요성도 더욱 더 커지고 있다. 종래의 플라즈마를 진단하는 방법으로서 정전 탐침을 플라즈마에 삽입하여 전위를 인가하는 방식은 높은 전위가 플라즈마를 변화시킬 수 있어 플라즈마 밀도와 같은 플라즈마 변수를 정확하게 측정하기가 어렵다는 문제점이 있다.
이와 같은 정전 탐침의 문제점을 해결하기 위하여 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 진단 방법으로서 컷오프(cut-off) 프로브 방식이 개발되었는데, 컷오프(cut-off) 프로브는 전자기파를 방사하는 프로브와 전자기파를 수신하는 프로브를 구비하고 수백 MHz로부터 수십 GHz 범위의 마이크로웨이브를 사용하여 플라즈마 밀도를 측정할 수 있다.
마이크로웨이브의 주파수가 플라즈마 주파수보다 작은 경우 마이크로웨이브는 플라즈마를 통과하지 못하고, 마이크로웨이브의 주파수가 플라즈마 주파수보다 큰 경우 마이크로웨이브는 플라즈마를 통과하게 되는데, 이 지점에서의 주파수를 컷오프 주파수라고 하며, 플라즈마 밀도는 이러한 컷오프 주파수로부터 구할 수 있다.
등록특허공보 제10-0473794호는 안테나 구조의 주파수 탐침기를 갖는 구조의 플라즈마 전자밀도 측정 장치에 관한 것으로서, 도 20에서 막대 형상 프로브의 송수신 안테나의 구체적인 형상을 도시하고 있으며, 플라즈마 내부에 주파수 탐침기를 삽입하는 방식이므로 플라즈마에 대한 구조적인 간섭을 유발할 수 있고 탐침 삽입에 의한 주변 플라즈마 밀도 섭동으로 측정 정확도가 낮다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1225010호는 막대 형상의 방사 안테나와 루프 형상의 수신 안테나를 갖는 초고주파 프로브에 관한 것으로서, 도 21은 막대 형상의 방사 안테나와 루프 형상의 수신 안테나의 구체적인 형상을 도시하고 있으며, 수신 안테나를 루프 형상으로 하여 수신율을 높이고 있으나, 플라즈마 내부에 주파수 탐침기를 삽입하는 방식이므로 플라즈마에 대한 구조적인 간섭을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2017-0069652호는 평면형 링 타입 초고주파 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로서, 도 22는 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 구체적인 형상을 도시하고 있으며, 플라즈마의 컷오프 주파수를 감지하여 플라즈마 밀도를 측정하기 위하여 송신 안테나와 수신 안테나를 동심축 구조로 배치하고 상기 수신 안테나는 링 형태로 형성되어 송신 안테나를 감싸고 있다. 그런데, 이러한 평면형 링 타입 초고주파 플라즈마 진단 장치는 구조적 특성에 기인하는 공진 신호에 의하여 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1756325호는 평면형 원뿔 타입 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로서, 도 23은 평면형 원뿔 타입 플라즈마 진단 장치의 구체적인 형상을 도시하고 있으며, 플라즈마의 컷오프 주파수를 감지하여 플라즈마 밀도를 측정하기 위하여 송신 안테나와 수신 안테나를 각각 원뿔 형태로 형성하고 있다. 그런데, 이러한 평면형 원뿔 타입 컷오프 프로브는 투과 신호의 세기가 너무 낮아서 플라즈마 밀도 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0473794호 등록특허공보 제10-1225010호 공개특허공보 제10-2017-0069652호 등록특허공보 제10-1756325호
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 송수신 안테나간의 용량성 결합을 증가하도록 하여 구조적인 간섭을 방지하고 투과 신호의 세기를 강하게 함으로써 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 구조적 특성에 기인하는 공진 신호를 방지하여 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 가능하도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 진단 장치를 플라즈마 공정 장치에 매립하여 플라즈마 공정 중에 실시간으로 플라즈마 밀도 측정이 가능하도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 공간의 균일도 측정을 저비용으로 가능하도록 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;를 포함하고, 상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 상기 상부면의 측면이 서로 대향하며, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 플라즈마 챔버의 벽면 내부에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 평면형 송신 안테나와 상기 평면형 수신 안테나의 상부면은 사각형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 반원 평면인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;를 포함하고, 상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 상기 상부면의 측면이 서로 대향하며, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 가이드링에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 바깥쪽을 향하도록 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 안쪽을 향하도록 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 상부를 향하도록 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 다중으로 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 가이드링에 다중으로 매립된 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 병렬로 연결되는 스펙트럼 분석기를 더 포함하고, 상기 스펙트럼 분석기는 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 연결되는 배선의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 가이드링에 다중으로 매립된 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 연결되는 스위칭 회로와 스펙트럼 분석기를 더 포함하고, 상기 스위칭 회로는 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치를 순차적으로 동작하도록 하여 상기 스펙트럼 분석기에 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 관한 것으로서, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나; 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나; 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;를 포함하고, 상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 상기 상부면의 측면이 서로 대향하며, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 샤워헤드에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 송수신 안테나간의 용량성 결합을 증가하도록 하여 구조적인 간섭을 방지하고 투과 신호의 세기를 강하게 함으로써 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구조적 특성에 기인하는 공진 신호를 방지하여 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 진단 장치를 플라즈마 공정 장치에 매립하여 플라즈마 공정 중에 실시간으로 플라즈마 밀도 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 공간의 균일도 측정이 저비용으로 가능한 효과가 있다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치로서 (a) 평면도, (b) 우측면도, (c) 하측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 일실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치로서 평면도와 우측면도에 구체적인 수치 부호를 도시한다.
도 4a는 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 본 발명과 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 비교하여 도시한다.
도 4b는 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명과 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 비교하여 도시한다.
도 5는 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나 간격(D)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 6은 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 송수신 안테나 간격(D)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 송수신 안테나 세로 길이(B)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 8은 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 송수신 안테나 파워 인가 부위(C)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 9는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 다른 일실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나에 스펙트럼 분석기가 연결되는 구성을 도시한다.
도 12는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 일실시예를 도시한다.
도 13은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 다른 일실시예를 도시한다.
도 14는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 15는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 16은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 17은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 18은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 다중으로 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 19는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 다중으로 매립된 가이드링을 도시한다.
도 20은 종래기술인 막대 형상 프로브의 송수신 안테나의 구체적인 형상을 도시한다.
도 21은 종래기술인 막대 형상의 방사 안테나와 루프 형상의 수신 안테나의 구체적인 형상을 도시한다.
도 22은 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 구체적인 형상을 도시한다.
도 23는 종래기술인 평면형 원뿔 타입 플라즈마 진단 장치의 구체적인 형상을 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
이하 발명의 구체적인 실시예에 따른 전체적인 구성 및 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치로서 (a) 평면도, (b) 우측면도, (c) 하측면도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 일실시예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 평면형 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나(20), 상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나(30), 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부(10)를 포함하고, 상기 송신 안테나(20)의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나(30)의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면의 측면이 서로 대향하고 있다.
따라서 본 발명에서는, 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 측면이 서로 대향하도록 배치되어 용량성 결합이 증가됨에 따라 투과 신호의 세기가 강해지고, 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 추출되는 것을 방지할 수 있다.
도 1의 평면도에는 상기 송신 안테나(20)의 상부면과 상기 수신 안테나(30)의 상부면이 평면형으로 도시되어 있고, 우측면도에는 상기 수신 안테나(30)의 세로 절단면이 도시되어 있으며, 하측면도에는 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 가로 절단면이 도시되어 있다.
또한 하측면도에는 상기 송신 안테나(20)의 상기 상부면과 대향하는 상기 송신 안테나(20)의 하부면을 통하여 초고주파를 송신하기 위하여 연결되는 케이블이 도시되어 있고, 우측면도와 하측면도에는 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면과 대향하는 상기 수신 안테나(30)의 하부면을 통하여 초고주파를 수신하기 위하여 연결되는 케이블이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 평면형 송신 안테나(20)와 상기 평면형 수신 안테나(30)는 상기 몸체부(10) 내에 서로 인접하여 서로 대향하도록 배치되는 직육면체 형상이며, 상기 평면형 송신 안테나와 상기 평면형 수신 안테나의 상부면(21)은 사각형이며, 하부면(22)도 사각형일 수 있다. 또한 상기 송신 안테나(20)의 상부면(21)과 상기 수신 안테나(30)의 상부면(21)에 절연막이 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치로서 평면도와 우측면도에 구체적인 수치 부호를 도시한다.
도 3을 참조하면, 상기 송신 안테나(20)의 상기 상부면(21)과 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 간격(D)이 1 mm 이상 15 mm 이하이고, 상기 상부면(21)의 세로 길이(B)는 상기 상부면(21)의 가로 길이보다 길고 상기 송신 안테나(20)의 상기 상부면(21)의 세로 길이(B)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 세로 길이(B)가 서로 대향하도록 배치된다.
상기 송신 안테나(20)의 상기 상부면(21)의 세로 길이(B)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 세로 길이(B)는 2 mm 이상 30 mm 이하인 것이 바람작하고, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 가로 길이(A)는 0.1 mm 이상 10 mm 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)과 대향하는 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 하부면(22)을 통하여 초고주파를 송신 또는 수신하기 위한 케이블(40)이 연결되고, 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)의 중심으로부터 상기 세로 길이(B)의 1/4의 범위 내에서 초고주파를 송신 또는 수신하기 위한 상기 케이블(40)이 연결되는 것이 바람직하다.
반도체 공정과 디스플레이 공정 조건에서 플라즈마 밀도는 1×109 cm-3 ~ 5×1011 cm-3이고, 이에 대응하는 컷오프 주파수는 300 MHz ~ 6 GHz이므로, 컷오프 주파수를 추출할 때 해당 영역에서 플라즈마 진단 장치의 구조에 의한 캐비티(cavity) 특성 즉, 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의하여 컷오프 주파수의 추출이 어려워 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정도 어렵게 된다.
도 4a는 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 본 발명과 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 비교하여 도시하고, 도 4b는 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명과 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 비교하여 도시한다.
도 4a를 참조하면, 플라즈마가 생성되지 않은 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼에서는 1 GHz ~ 2 GHz에서 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의하여 투과 계수의 피크값이 추출되고 있는데 반하여, 본 발명의 투과 계수의 주파수 스펙트럼에서는 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 추출되지 않고 있다.
도 4b를 참조하면, 플라즈마 생성되는 플라즈마 챔버 내에서 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 투과 계수의 주파수 스펙트럼에서는 1 GHz 부근에서 컷오프 주파수를 구분하기 어려운데 반하여, 본 발명의 투과 계수의 주파수 스펙트럼에서는 0.5 GHz ~ 1 GHz에서 컷오프 주파수가 명확하게 추출되고 있다.
결국 본 발명은 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치에 비하여 컷오프 주파수의 추출이 용이하고 이에 따라 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 이루어질 수 있다.
도 5는 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나 간격(D)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시하고, 도 6은 진공 상태의 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 송수신 안테나 간격(D)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 5를 참조하면, 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치에서는 송수신 안테나 간격(D)이 2 mm, 4 mm, 7 mm, 15 mm로 커짐에 따라 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값의 개수가 더 많이 추출되고 있는바, 플라즈마 주파수가 이러한 투과 계수의 피크값 근처에 위치하게 되면 플라즈마 주파수의 추출을 어렵게 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에서는 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의하여 투과 계수의 피크값이 7 GHz 근처인 높은 주파수 영역에 있으며, 송수신 안테나 간격(D)이 2 mm, 4 mm, 7 mm, 15 mm로 커짐에 따라 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 오히려 사라지고 있는바, 플라즈마 주파수의 추출에 영향을 미치지 않고 있다.
따라서 본 발명은 종래기술인 평면형 링 타입 플라즈마 진단 장치에 비하여 컷오프 주파수의 추출이 용이하고 이에 따라 신뢰성 있는 플라즈마 밀도 측정이 이루어질 수 있다.
도 7은 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 송수신 안테나 세로 길이(B)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서는 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 투과 계수의 피크값이 2 GHz에서 추출되고 있으며, 송수신 안테나 세로 길이(B)가 2 mm, 4 mm, 8 mm, 20 mm, 30 mm로 길어지더라도 투과 계수의 피크값이 영향을 받지 않고, 6 GHz 보다 높은 주파수 영역에서만 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 추출되고 있을 뿐이다.
다만, 송수신 안테나 세로 길이(B)가 30 mm 보다 길어지는 경우, 특히 60 mm 인 경우에는 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 6 GHz 보다 낮은 주파수 영역에서도 다수개 추출되고 있으므로, 본 발명의 송수신 안테나 세로 길이(B)는 30 mm 이하인 것이 바람직하고, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 가로 길이(A)는 0.1 mm 이상 10 mm 이하인 것이 바람직하다.
도 8은 플라즈마가 생성된 플라즈마 챔버 내에서 본 발명의 안테나 파워 인가 부위(C)에 따른 투과 계수의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 안테나 파워 인가 부위(C)에 주파수 스펙트럼 분석기로부터의 케이블(40)이 연결되어 초고주파 마이크로웨이브를 송신하고 수신하여 주파수 분석을 하게 되는데, 상기 케이블(40)이 송수신 안테나의 하부면(22)의 중앙부에서 벗어나면 4 GHz ~ 5 GHz 영역에서 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 추출되어 플라즈마 주파수의 추출을 어렵게 한다.
상기 하부면(22)의 세로 길이(B)가 20 mm인 경우, 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)의 중심으로부터 5 mm를 벗어나서 주파수 스펙트럼 분석기로부터의 케이블(40)이 연결되면 플라즈마 챔버와 플라즈마 진단 장치의 구조적인 공진 특성에 의한 투과 계수의 피크값이 추출되어 플라즈마 주파수의 추출을 어렵게 하므로, 본 발명의 안테나 파워 인가 부위(C)는 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)가 20 mm인 경우, 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)의 중심으로부터 5 mm 이하 위치에서 주파수 스펙트럼 분석기로부터의 케이블(40)이 연결되는 것이 바람직하다. 즉 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)의 중심으로부터 상기 하부면(22)의 세로 길이(B)의 1/4의 범위 내에서 초고주파를 송신 또는 수신하기 위한 상기 케이블이 연결되는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 다른 일실시예를 도시한다.
도 9를 참조하면, 상기 송신 안테나(20)의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면(21)과 상기 수신 안테나(30)의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면(21)이 반원 평면이고, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상기 상부면(21)의 현이 서로 대향하는 구조이다.
몸체부(10)가 원형인 경우 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상부면(21)을 반원 평면으로 형성하여 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 상부면(21)의 면적을 더욱 더 넓게 형성하여 신호의 세기를 더 크게 할 수 있고, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 반원 평면의 현이 서로 대향하도록 배치되어 용량성 결합도 증가되고 투과 신호의 세기도 강하게 유지될 수 있다.
또한 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)는 상기 몸체부(10) 내에 서로 인접하여 서로 대향하도록 배치되는 반원 기둥 형상일 수 있다.
도 10은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나의 구체적인 형상의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 송신 안테나(20) 또는 수신 안테나(30)의 상부면(21)은 직사각형 평면으로 형성하고, 상기 상부면(21)으로부터 하부면(22)은 기둥부로 형성하여 상기 상부면(21)에서의 용량성 결합은 크게 유지하면서, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한 상기 기둥부의 위치는 상기 상부면(21)의 중앙부 또는 가장자리에 위치할 수도 있다.
또한 도면에는 도시하지 않고 있지만, 상기 송신 안테나(20) 또는 상기 수신 안테나(30)의 상부면(21)은 반원 평면으로 형성하고, 상기 상부면(21)으로부터 하부면(22)은 기둥부로 형성하여 상기 상부면(21)에서의 용량성 결합은 크게 유지하면서, 상기 송신 안테나(20)와 상기 수신 안테나(30)의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한 상기 기둥부의 위치는 상기 상부면(21)의 중앙부 또는 가장자리에 위치할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치의 송수신 안테나에 스펙트럼 분석기가 연결되는 구성을 도시한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 송신 안테나(20) 또는 수신 안테나(30)의 하부면(22)을 통하여 주파수 스펙트럼 분석기(50)로부터의 케이블(40)이 연결되고, 상기 송신 안테나(20)는 상기 주파수 스펙트럼 분석기(50)로부터 파워를 인가 받아 초고주파 마이크로웨이브를 송신하고 상기 송신 안테나(20)에서 송신한 초고주파 마이크로웨이브는 플라즈마 공간을 경유한 후 상기 수신 안테나(30)에서 수신하여 상기 주파수 스펙트럼 분석기(50)에서 주파수 스펙트럼을 추출하여 분석하게 된다.
도 12는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 일실시예를 도시한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 플라즈마 챔버(92)의 벽면에 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 전체적인 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)는 상기 플라즈마 챔버(92)에 매립되어 플라즈마 공정 중에도 플라즈마 공간의 전체적인 균일도를 쉽게 측정 가능하다는 효과가 있다.
도 13은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 다른 일실시예를 도시한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 샤워 헤드(93)에 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 샤워 헤드(93) 부근에서 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)는 상기 샤워 헤드(93)에 매립되어 플라즈마 공정 중에도 샤워 헤드(93) 부근에서 플라즈마 공간의 전체적인 균일도를 쉽게 측정 가능하다는 효과가 있다.
도 14는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 플라즈마 챔버(92)의 벽면에 다중으로 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 전체적인 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)는 상기 플라즈마 챔버(92)에 다중으로 매립되어 플라즈마 공정 중에도 플라즈마 공간의 전체적인 균일도를 정밀하고 쉽게 측정 가능하고, 다중으로 매립된 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)는 스위칭회로(60)를 통하여 하나의 스펙트럼 분석기(50)에 연결된다. 이에 따라 고가의 스펙트럼 분석기(50)를 효율적으로 사용하여 복수의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)에 의한 플라즈마 공간의 균일도 측정을 저비용으로 가능하게 된다.
상기 스펙트럼 분석기(50)는 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)에 연결되는 배선의 길이를 서로 다르게 형성하여 상기 스펙트럼 분석기(50)와 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치(70) 사이에서 송수신되는 신호의 시간차를 구분하여 각각의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)를 작동하도록 할 수 있다.
또한 상기 스펙트럼 분석기(50)와 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치(70) 사이에 스위칭 회로(60)를 구비하여 스위칭 동작에 의하여 상기 스펙트럼 분석기(50)와 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치(70) 사이에서 송수신되는 신호의 시간차를 구분하여 각각의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)를 작동하도록 할 수 있다.
또한 송신을 위해서는 배선의 길이차를 이용하여 구분하고 수신을 위해서는 스위칭 동작에 의하여 구분하거나, 그 역으로 송신을 위해서는 스위칭 동작에 의하여 구분하고 수신을 위해서는 배선의 길이차를 이용하여 구분하도록 하여 각각의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)를 작동하도록 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 바깥쪽을 향하도록 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 전체적인 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)는 상기 가이드링(91)에 매립되어 플라즈마 공정 중에도 플라즈마 공간의 전체적인 균일도를 쉽게 측정 가능하다는 효과가 있다.
도 16, 도 17은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 상부를 향하도록 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
도 17일 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 안쪽을 향하도록 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스펙트럼 분석기(50)에 연결되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 플라즈마 공간의 균일도를 측정하게 된다.
상기 가이드링(91)는 플라즈마 공정 장치 내에서 불연속적인 지점으로 최근 웨이퍼 가장자리에서의 불량률을 저감하여 반도체 칩의 형성 수율을 좀 더 높이고자 함에 따라 웨이퍼 가장자리에서의 플라즈마 밀도 측정이 더욱 더 중요하다.
도 18은 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 다중으로 매립된 플라즈마 공정 장치의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 다중으로 매립된 플라즈마 공정 장치에서 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 상부를 향하도록 다중으로 매립되고 상기 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 스위칭회로(60)를 통하여 하나의 스펙트럼 분석기(50)에 연결된다. 이에 따라 고가의 스펙트럼 분석기(50)를 효율적으로 사용하여 복수의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)에 의한 플라즈마 공간의 균일도 측정을 저비용으로 가능하게 된다.
도 19는 본 발명의 평면형 플라즈마 진단 장치가 다중으로 매립된 가이드링을 도시한다.
도 19를 참조하면, 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 다중으로 매립되어 플라즈마 공정 중에 실시간으로 플라즈마 공간 균일도를 좀 더 정밀하게 측정할 수 있다. 이에 따라 반도체 공정에서 웨이퍼의 가장자리에서 플라즈마 공간의 대칭이 깨지는 경우에도 위치에 따라 균일도를 정밀하게 측정할 수 있고 웨이퍼의 수율을 좀 더 높일 수 있으며, 평면형 플라즈마 진단 장치(70)가 가이드링(91)에 다중으로 매립되더라도 하나의 스펙트럼 분석기(50)에 병렬로 연결되어 분석 가능하게 된다.
10: 몸체부 20: 송신 안테나
21: 상부면 22: 하부면
30: 수신 안테나 40: 케이블
50: 스펙트럼 분석기 60: 스위칭 회로
70: 평면형 플라즈마 진단 장치 90: 정전척
91: 가이드링 92: 플라즈마 챔버
93: 샤워 헤드
101, 201, 301, 401: 송신 안테나
102, 202, 302, 402: 수신 안테나

Claims (11)

  1. 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는
    주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나;
    상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나;
    상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;
    를 포함하고,
    상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나의 상부면과 상기 수신 안테나의 상부면이 서로 수평하게 인접하여 서로 대향하고, 각각의 상기 상부면은 대향하는 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이가 대향하는 방향에 대하여 수직인 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이보다 짧게 형성되며,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 플라즈마 챔버의 벽면 내부에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 상부면은 사각형인 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 반원 평면인 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는
    주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나;
    상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나;
    상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;
    를 포함하고,
    상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나의 상부면과 상기 수신 안테나의 상부면이 서로 수평하게 인접하여 서로 대향하고, 각각의 상기 상부면은 대향하는 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이가 대향하는 방향에 대하여 수직인 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이보다 짧게 형성되며,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 가이드링에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 바깥쪽을 향하도록 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 안쪽을 향하도록 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 상부를 향하도록 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서, 상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 상기 가이드링에 다중으로 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8 항에 있어서,
    상기 가이드링에 다중으로 매립된 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 병렬로 연결되는 스펙트럼 분석기를 더 포함하고,
    상기 스펙트럼 분석기는 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 연결되는 배선의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8 항에 있어서,
    상기 가이드링에 다중으로 매립된 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치에 연결되는 스위칭 회로와 스펙트럼 분석기를 더 포함하고,
    상기 스위칭 회로는 상기 복수개의 평면형 플라즈마 진단 장치를 순차적으로 동작하도록 하여 상기 스펙트럼 분석기에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
  11. 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치에 있어서,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는
    주파수가 가변되는 마이크로웨이브를 플라즈마에 인가하는 송신 안테나;
    상기 플라즈마로부터 상기 마이크로웨이브를 수신하는 수신 안테나;
    상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나가 서로 절연되도록 감싸는 몸체부;
    를 포함하고,
    상기 송신 안테나의 마이크로웨이브를 인가하는 상부면과 상기 수신 안테나의 마이크로웨이브를 수신하는 상부면이 평면형이고, 상기 송신 안테나의 상부면과 상기 수신 안테나의 상부면이 서로 수평하게 인접하여 서로 대향하고, 각각의 상기 상부면은 대향하는 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이가 대향하는 방향에 대하여 수직인 방향으로 일측 단부에서 타측 단부까지의 길이보다 짧게 형성되며,
    상기 평면형 플라즈마 진단 장치는 샤워헤드에 적어도 하나가 매립되는 것을 특징으로 하는 평면형 플라즈마 진단 장치가 매립된 플라즈마 공정 장치.
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