KR102657149B1 - 플라즈마 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하는 하나의 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 복수의 수신 프로브를 포함하는 복수의 프로브; 그리고 상기 복수의 프로브에 연결되며 상기 하나의 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 사이로 전달되는 상기 전자기파를 이용하여 상기 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기를 포함하고, 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 어느 하나 사이의 간격은 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 다른 하나 사이의 간격과 서로 다르다.

Description

플라즈마 진단 시스템{PLASMA DIAGNOSIS SYSTEM}
본 발명은 플라즈마 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있는 플라즈마 진단 시스템에 관한 것이다.
플라즈마 공정은 반도체 또는 디스플레이 등의 소자 또는 패널의 제조 과정에서 미세 회로의 식각과 증착을 구현하기 위한 공정이다. 구현하고자 하는 미세 회로의 선폭이 축소되고, 구조가 복잡해짐에 따라, 플라즈마 공정에 직접적으로 영향을 주는 플라즈마 특성을 모니터링하고 공정을 제어하고자 하는 요구가 증가하고 있다.
플라즈마의 대표적인 특성에는 플라즈마 전자 밀도, 온도, 쉬스 두께 등이 있으며, 이러한 플라즈마 특성을 정략적으로 플라즈마 챔버 내부의 여러 위치에서 진단함으로써, 공정 문제 발생 검출, 공정 완료점 검출 등의 공정의 특성 변화의 공간적 산포를 실시간으로 분석할 수 있다.
플라즈마 내부의 플라즈마 특성 분포를 공간적으로 분해하기 위해 광학적인 방법과 전기적인 방법이 사용된다. 광학적인 방법의 경우, 공간적으로 이격된 다수의 렌즈를 사용하여 플라즈마에서 발생된 광신호를 측정함으로써, 플라즈마의 공간적 산포를 분석할 수 있다. 이 경우, 각각의 렌즈를 포함한 광 수집 시스템의 교정과 각각의 측정 위치에서의 개별적인 가시창의 오염에 따른 편차 발생으로 렌즈간의 상대적인 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 공간적 산포의 측정에 어려움이 발생할 수 있다. 또 다른 광학적인 방법의 경우, 조절 가능한 초점 거리를 가지는 렌즈를 이용하여 깊이 방향의 플라즈마 특성을 측정하고, 상하 및 좌우로 렌즈축을 회전시킴으로써, 3차원적인 플라즈마 특성을 측정할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 내부의 각각의 지점에서 렌즈 초점 또는 렌즈축을 회전시켜야 하므로, 시간이 소요되어 3차원 측정을 하는데 많은 시간이 소요되며, 렌즈 시야각(View angle)을 확보하기 위해 플라즈마 챔버의 벽면에 넓은 가시창이 요구된다.
전기적인 방법의 경우, 플라즈마와 접촉하는 정전 척(Chuck) 내부 또는 정전 척(Chuck) 위에 2차원적으로 배치한 각각의 전기적 탐침에서 플라즈마로부터 들어오는 이온 및 전자의 흐름을 측정함으로써, 플라즈마 특성의 공간적 산포를 분석할 수 있다. 이 경우, 전기적 탐침의 단부에 위치하는 플라즈마의 플라즈마 특성을 2차원적으로 측정할 수는 있지만, 플라즈마 내부의 플라즈마 특성을 측정하기에는 한계가 있다. 또 다른 전기적인 방법의 경우, 플라즈마와 접촉하는 정전 척 내부 또는 정전 척 위에 2차원적으로 초고주파를 인가하는 프로브 팁 형상의 소형 안테나를 배치하여 플라즈마 특성을 측정할 수 있다. 이 경우, 소형 안테나의 단부에 위치하는 플라즈마의 플라즈마 특성을 2차원적으로 측정할 수는 있지만, 플라즈마 내부의 플라즈마 특성을 얻기에는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있는 플라즈마 진단 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하는 하나의 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 복수의 수신 프로브를 포함하는 복수의 프로브; 그리고 상기 복수의 프로브에 연결되며 상기 하나의 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 사이로 전달되는 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기를 포함하고, 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 어느 하나 사이의 간격은 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 다른 하나 사이의 간격과 서로 다르다.
상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극에 설치될 수 있다.
상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극의 가장자리에 설치되는 하부 포커스 링에 설치될 수 있다.
상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 상부 전극의 가장자리에 설치되는 상부 포커스 링에 설치될 수 있다.
상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버의 벽면에 설치될 수 있다.
상기 네트워크 분석기는 상기 방사 프로브에 연결되며 방사 신호를 전달하는 방사 포트, 상기 수신 프로브에 연결되며 수신 신호를 전달하는 수신 포트, 그리고 상기 방사 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 플라즈마 특성을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
상기 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부에 설치되는 안테나 모듈을 포함하고, 상기 안테나 모듈은 안테나 모듈 본체, 상기 안테나 모듈 본체에 설치되며 상기 전자기파를 방사하거나 수신하는 안테나, 그리고 상기 안테나를 상기 네트워크 분석기와 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 방사 프로브 또는 상기 수신 프로브는 구형 팁 또는 반구형 팁을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하고 상기 전자기파를 수신하는 복수의 센서, 그리고 상기 복수의 센서에 연결되며 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기를 포함하고, 상기 센서는 서로 다른 센싱 간격을 가지는 제1 프로브 유닛 및 제2 프로브 유닛을 포함한다.
상기 제1 프로브 유닛은 상기 전자기파를 방사하는 제1 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 제1 수신 프로브를 포함하며, 상기 제1 방사 프로브와 상기 제1 수신 프로브는 제1 센싱 간격을 두고 서로 이격되고, 상기 제2 프로브 유닛은 상기 전자기파를 방사하는 제2 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 제2 수신 프로브를 포함하며, 상기 제2 방사 프로브와 상기 제2 수신 프로브는 상기 제1 센싱 간격과 다른 제2 센싱 간격을 두고 서로 이격될 수 있다.
상기 제1 센싱 간격을 연결하는 제1 가상선은 상기 제2 센싱 간격을 연결하는 제2 가상선과 교차할 수 있다.
상기 복수의 센서는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 방사 프로브와 수신 프로브 사이의 간격들을 서로 다르게 함으로써, 플라즈마 내부의 서로 다른 높이에서의 플라즈마 특성을 측정하여 플라즈마 챔버 내부에서 3차원적인 플라즈마 특성 분포를 용이하게 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 진단 시스템의 구동 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 진단 시스템의 구동 방법의 또 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 5의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 챔버의 하부 포커스 링에 설치되는 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 9는 도 7의 플라즈마 챔버의 상부 포커스 링에 설치되는 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 11은 도 10의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 14는 도 13의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 센서의 구체적인 평면 배치도이다.
도 15는 도 14의 XV-XV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 16은 도 14의 XVI-XVI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 복수의 프로브(100), 그리고 네트워크 분석기(200)를 포함한다.
복수의 프로브(100)는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버(10) 내부에 위치하는 하부 전극(20)에 설치될 수 있다. 하부 전극(20)은 접지 전극 또는 정전 척으로 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 전극(20)은 평면상 원형 형상을 가질 수 있으며, 하부 전극(20)의 가장자리를 둘러싸며 하부 포커스 링(25)이 설치될 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 프로브(100)가 하부 전극(20)에만 설치되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 하부 전극(20)과 대향하는 상부 전극(30)에도 설치될 수 있으며, 상부 전극(30)의 가장자리를 둘러싸며 상부 포커스 링(35)이 설치될 수도 있다.
복수의 프로브(100)는 전자기파를 방사하거나 전자기파를 수신할 수 있다. 전자기파는 초고주파(Super High Frequency, SHF)를 포함할 수 있다. 초고주파는 전자기파　중 파장이 긴　전파 또는 라디오파의 영역에 속하고, 더 세분하면　마이크로파의 영역에 속한다. 초고주파의 주파수 범위는 수십 KHz 내지 20 GHz이며, 초고주파의 파장 영역은 1.5cm 내지 수천 m일 수 있다. 프로브(100)는 구형 팁 또는 반구형 팁(101)을 가지는 안테나일 수 있다. 프로브가 구형 팁 또는 반구형 팁을 가짐으로써 평면형 팁에 비해 구형 팁 사이에 마이크로 웨이브의 방사 및 수신 신호 감도가 향상될 수 있다. 따라서, 상대적으로 멀리 배치된 프로브들 간에서도 유효한 세기 수준의 투과 스펙트럼을 얻을 수 있으므로, 프로브들 사이의 거리에 대한 제약이 줄어, 가깝게 또는 멀리 프로브들을 복수개 배치할 수 있다.
복수의 프로브(100)는 초고주파를 방사하는 방사 프로브(110)와 초고주파를 수신하는 복수의 수신 프로브(120)를 포함할 수 있다. 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120)는 구형 또는 반원형의 팁을 가지는 안테나이므로, 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120) 사이의 높은 정전 용량(Capacitance)을 이용하여 높은 신호 세기의 초고주파 전송 특성과 높은 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 확보할 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 방사 프로브(110)와 복수의 수신 프로브(120)가 배치될 수 있다. 방사 프로브(110)는 평면상 하부 전극(20)의 중앙에 위치하고, 복수의 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)를 둘러싸며 위치할 수 있다.
네트워크 분석기(200)는 복수의 프로브(100)에 연결되며 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120) 사이로 전달되는 전자기파를 이용하여 플라즈마 내부의 플라즈마 특성, 예컨대 투과 스펙트럼 등을 측정할 수 있다.
네트워크 분석기(200)는 방사 포트(210), 수신 포트(220), 그리고 측정부(230)를 포함할 수 있다.
방사 포트(210)는 방사 연결선(211)을 통해 방사 프로브(110)에 연결되며 방사 신호를 전달할 수 있다. 복수의 프로브(100) 중 방사 포트(210)에 연결되는 프로브가 방사 프로브(110)에 해당된다.
수신 포트(220)는 수신 연결선(221)을 통해 수신 프로브(120)에 연결되며 수신 신호를 전달할 수 있다. 복수의 프로브(100) 중 수신 포트(220)에 연결되는 프로브가 수신 프로브(120)에 해당된다.
측정부(230)는 방사 신호와 수신 신호를 이용하여 플라즈마 내부의 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다. 즉, 측정부(230)는 초고주파에 대한 플라즈마 특성에 따라 플라즈마를 투과하며 얻은 초고주파의 전송 스펙트럼 상의 신호 변화를 이용하여 플라즈마 내부의 각 위치에서의 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있다.
방사 프로브(110)와 수신 프로브(120) 중 어느 하나 사이의 간격(d1)은 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120) 중 다른 하나 사이의 간격(d2)과 서로 다를 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)와 제1 간격(d1)을 두고 인접한 제1 수신 프로브(121), 그리고 방사 프로브(110)와 제2 간격(d2)을 두고 인접한 제2 수신 프로브(122)를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 방사 프로브(110)에서 방사된 초고주파는 제1 수신 프로브(121) 및 제2 수신 프로브(122)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 신호 경로(S1)를 따라 방사 프로브(110)에서 제1 수신 프로브(121)까지 초고주파가 전달되고, 제2 신호 경로(S2)를 따라 방사 프로브(110)에서 제2 수신 프로브(122)까지 초고주파가 전달된다. 그리고, 제2 신호 경로(S2)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h2)는 제1 신호 경로(S1)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h1)보다 높게 된다.
따라서, 제1 신호 경로(S1)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제1 신호 경로(S1)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정하며, 제2 신호 경로(S2)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제2 신호 경로(S2)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있다. 즉, 제1 신호 경로(S1)를 지나는 초고주파 전송 스펙트럼 상에서 플라즈마 전자 공진 피크, 플라즈마-쉬스 공진 피크 등을 얻어 분석함으로써, 제1 신호 경로(S1)상의 플라즈마 특성을 유추할 수 있고, 제2 신호 경로(S2)를 지나는 초고주파 전송 스펙트럼 상에서 플라즈마 전자 공진 피크, 플라즈마-쉬스 공진 피크 등을 얻어 분석함으로써, 제2 신호 경로(S2)상의 플라즈마 특성을 유추할 수 있다. 따라서, 하부 전극(20)을 기준으로 플라즈마 내부의 서로 다른 높이(h1, h2)에서의 플라즈마 특성을 측정할 수 있다. 따라서, 플라즈마 특성의 3차원적인 산포인 플라즈마 특성 분포를 용이하게 분석할 수 있다.
도 3은 도 2의 플라즈마 진단 시스템의 구동 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 2의 플라즈마 진단 시스템의 구동 방법의 또 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방사 포트(210)를 조절하여 방사 포트(210)에 연결되는 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120)의 배치를 조절할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 방사 프로브(110)는 평면상 하부 전극(20)의 중앙에 위치하지 않고 우측에 치우쳐 위치하도록 하고, 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)와 이격되어 위치하도록 배치할 수 있다. 이 경우, 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)와 제1 간격(d1)을 두고 인접한 제1 수신 프로브(121), 방사 프로브(110)와 제2 간격(d2)을 두고 위치하는 제2 수신 프로브(122), 그리고 방사 프로브(110)와 제3 간격(d3)을 두고 위치하는 제3 수신 프로브(123)를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 방사 프로브(110)에서 방사된 초고주파는 제1 수신 프로브(121), 제2 수신 프로브(122), 그리고 제3 수신 프로브(123)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 신호 경로(S1)를 따라 방사 프로브(110)에서 제1 수신 프로브(121)까지 초고주파가 전달되고, 제2 신호 경로(S2)를 따라 방사 프로브(110)에서 제2 수신 프로브(122)까지 초고주파가 전달되며, 제3 신호 경로(S3)를 따라 방사 프로브(110)에서 제3 수신 프로브(123)까지 초고주파가 전달된다. 그리고, 제3 신호 경로(S3)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h3), 제2 신호 경로(S2)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h2), 그리고 제1 신호 경로(S1)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h1)는 서로 다르게 된다. 따라서, 제1 신호 경로(S1)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제1 신호 경로(S1)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정하며, 제2 신호 경로(S2)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제2 신호 경로(S2)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정하며, 제3 신호 경로(S3)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제3 신호 경로(S3)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있다. 따라서, 평면상 하부 전극(20)의 대략 좌측에서의 각 높이(h1, h2, h3)에서의 플라즈마의 특성을 측정하여 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 방사 포트(210)를 조절하여 방사 포트(210)에 연결되는 방사 프로브(110)와 수신 프로브(120)의 배치를 다시 조절할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 방사 프로브(110)는 평면상 하부 전극(20)의 중앙에 위치하지 않고 좌측에 치우쳐 위치하도록 하고, 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)와 이격되어 위치하도록 배치할 수 있다. 따라서, 도 3과 다르게 평면상 하부 전극(20)의 대략 우측에서의 각 높이(h1, h2, h3)에서의 플라즈마의 특성을 측정하여 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예에서는 복수의 프로브가 하부 전극에 배치되었으나, 복수의 프로브가 하부 포커스 링에 배치되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 5 및 도 6을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이고, 도 6은 도 5의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 다른 실시예는 도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예와 비교하여 복수의 프로브의 배치 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브(100)는 하부 포커스 링(25)에 설치될 수 있다. 하부 포커스 링(25)은 플라즈마 챔버(10) 내부의 하부 전극(20)의 가장자리에 설치될 수 있다.
복수의 프로브(100)는 초고주파를 방사하는 방사 프로브(110)와 초고주파를 수신하는 복수의 수신 프로브(120)를 포함할 수 있다. 방사 프로브(110)는 하나가 설치되고, 수신 프로브(120)는 하부 포커스 링(25)을 따라 방사 프로브(110)와 이격되어 설치될 수 있다. 수신 프로브(120)는 방사 프로브(110)와 제1 간격(d1)을 두고 인접한 제1 수신 프로브(121), 방사 프로브(110)와 제2 간격(d2)을 두고 위치하는 제2 수신 프로브(122), 방사 프로브(110)와 제3 간격(d3)을 두고 위치하는 제3 수신 프로브(123), 방사 프로브(110)와 제4 간격(d4)을 두고 위치하는 제4 수신 프로브(124), 방사 프로브(110)와 제5 간격(d5)을 두고 위치하는 제5 수신 프로브(125), 방사 프로브(110)와 제6 간격(d6)을 두고 위치하는 제6 수신 프로브(126)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 수신 프로브(120)는 제1 수신 프로브 내지 제6 수신 프로브를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 수신 프로브가 가능하다.
따라서, 하나의 방사 프로브(110)에서 방사된 초고주파는 제1 수신 프로브 내지 제6 수신 프로브(121, 122, 123, 124, 125, 126)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 신호 경로 내지 제6 신호 경로(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 따라 전달되는 초고주파는 서로 다른 높이에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있으므로, 플라즈마 특성의 3차원적인 산포인 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예에서는 복수의 프로브가 하부 포커스 링에만 배치되었으나, 복수의 프로브가 하부 포커스 링 및 상부 포커스 링에 배치되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 7 내지 도 9를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이고, 도 8은 도 7의 플라즈마 챔버의 하부 포커스 링에 설치되는 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이며, 도 9는 도 7의 플라즈마 챔버의 상부 포커스 링에 설치되는 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 다른 실시예는 도 5 내지 도 6에 도시된 다른 실시예와 비교하여 복수의 프로브의 배치 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브(100)는 하부 포커스 링(25) 및 상부 포커스 링(35)에 설치될 수 있다. 하부 포커스 링(25)은 플라즈마 챔버(10) 내부의 하부 전극(20)의 가장자리에 설치될 수 있다. 상부 포커스 링(35)은 플라즈마 챔버(10) 내부의 상부 전극(30)의 가장자리에 설치될 수 있다. 복수의 프로브(100)는 초고주파를 방사하는 방사 프로브(110)와 초고주파를 수신하는 복수의 수신 프로브(120)를 포함할 수 있다. 방사 프로브(110)는 하부 포커스 링(25)에 설치되는 하부 방사 프로브(110d), 그리고 상부 포커스 링(35)에 설치되는 상부 방사 프로브(110u)를 포함한다. 수신 프로브(120)는 하부 포커스 링(25)에 설치되는 하부 수신 프로브(120d), 그리고 상부 포커스 링(35)에 설치되는 상부 수신 프로브(120u)를 포함한다. 하나의 하부 방사 프로브(110d)에서 방사된 초고주파는 제1 하부 수신 프로브 내지 제6 하부 수신 프로브(121d, 122d, 123d, 124d, 125d, 126d)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 하부 신호 경로 내지 제6 하부 신호 경로(S1d, S2d, S3d, S4d, S5d, S6d)를 따라 전달되는 초고주파는 서로 다른 높이에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있으므로, 3차원적인 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있다. 유사하게, 하나의 상부 방사 프로브(110u)에서 방사된 초고주파는 제1 상부 수신 프로브 내지 제6 상부 수신 프로브(121u, 122u, 123u, 124u, 125u, 126u)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 상부 신호 경로 내지 제6 상부 신호 경로(S1d, S2d, S3d, S4d, S5d, S6d)를 따라 전달되는 초고주파는 서로 다른 높이에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있으므로, 3차원적인 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있다. 이러한 상부 방사 프로브(110u)와 하부 방사 프로브(110d)는 서로 대향하며 위치하거나, 서로 대향하지 않고 위치할 수 있다. 유사하게 상부 수신 프로브(120u)와 하부 수신 프로브(120d)도 서로 대향하며 위치하거나, 서로 대향하지 않고 위치할 수 있다.
본 실시예에서 하부 수신 프로브는 제1 하부 수신 프로브 내지 제6 하부 수신 프로브를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 하부 수신 프로브가 가능하다. 또한, 본 실시예에서 상부 수신 프로브는 제1 상부 수신 프로브 내지 제6 상부 수신 프로브를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 상부 수신 프로브가 가능하다.
한편, 상기 일 실시예에서는 복수의 프로브가 하부 전극에 배치되었으나, 복수의 프로브가 플라즈마 챔버의 벽면에 배치되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 10 및 도 11을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이고, 도 11은 도 10의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브의 구체적인 평면 배치도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 다른 실시예는 도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예와 비교하여 복수의 프로브의 배치 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브(100)는 플라즈마 챔버(10)의 벽면(11)에 설치될 수 있다. 복수의 프로브(100)는 초고주파를 방사하는 방사 프로브(110)와 초고주파를 수신하는 복수의 수신 프로브(120)를 포함할 수 있다. 방사 프로브(110)는 하나가 설치되고, 수신 프로브(120)는 플라즈마 챔버(10)의 벽면을 따라 방사 프로브(110)와 이격되어 설치될 수 있다. 하나의 방사 프로브(110)에서 방사된 초고주파는 제1 수신 프로브 내지 제4 수신 프로브(121, 122, 123, 124)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 신호 경로 내지 제4 신호 경로(S1, S2, S3, S4)를 따라 전달되는 초고주파는 서로 다른 위치에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있으므로, 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다. 본 실시예에서 수신 프로브(120)는 제1 수신 프로브 내지 제4 수신 프로브를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 수신 프로브가 가능하다.
한편, 상기 일 실시예에서는 복수의 프로브가 하부 전극에 배치되었으나, 복수의 프로브가 안테나 모듈로 제조되어 플라즈마 챔버의 내부에 배치되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 12를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이다.
도 12에 도시된 다른 실시예는 도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예와 비교하여 복수의 프로브의 구조 및 배치 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템의 복수의 프로브(100)는 플라즈마 챔버(10) 내부에 설치되는 복수의 안테나 모듈(300)을 포함할 수 있다. 복수의 안테나 모듈(300)은 모듈 형태로 플라즈마 챔버(10) 내부의 하부 전극(20)에 인접하여 설치되거나 플라즈마 챔버(10)의 벽면에 인접하여 설치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 안테나 모듈은 플라즈마 챔버(10) 내부의 다양한 위치에 설치될 수 있다.
복수의 안테나 모듈(300)은 초고주파를 방사하는 방사 안테나 모듈(310)와 초고주파를 수신하는 복수의 수신 안테나 모듈(320)를 포함할 수 있다.
방사 안테나 모듈(310)은 방사 안테나 모듈 본체(311), 방사 안테나(312), 그리고 방사 연결부(313)를 포함할 수 있다. 방사 안테나 모듈 본체(311)는 그 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 방사 안테나(312)는 방사 안테나 모듈 본체(311)에 설치되며 전자기파를 방사할 수 있다. 방사 연결부(313)는 방사 안테나(312)를 네트워크 분석기(200)와 연결할 수 있으며, 케이블 형상일 수 있다.
유사하게, 수신 안테나 모듈(320)은 수신 안테나 모듈 본체(321), 수신 안테나(322), 그리고 수신 연결부(323)를 포함할 수 있다. 수신 안테나 모듈 본체(321)는 그 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 수신 안테나(322)는 수신 안테나 모듈 본체(321)에 설치되며 전자기파를 수신할 수 있다. 수신 연결부(323)는 수신 안테나(322)를 네트워크 분석기(200)와 연결할 수 있으며, 케이블 형상일 수 있다.
하나의 방사 안테나 모듈(310)에서 방사된 초고주파는 제1 수신 안테나 모듈 및 제2 수신 안테나 모듈(320a, 320b)에서 수신할 수 있다. 이 때, 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로(S1, S2)를 따라 전달되는 초고주파는 서로 다른 위치에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있으므로, 3차원적인 플라즈마 특성 분포를 측정할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예에서는 하나의 방사 프로브에서 복수의 수신 프로브로 초고주파를 전달하였으나, 복수의 방사 프로브에서 복수의 수신 프로브로 초고주파를 전달하는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 13 내지 도 16을 참고하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템을 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 도면이고, 도 14는 도 13의 플라즈마 진단 시스템의 복수의 센서의 구체적인 평면 배치도이며, 도 15는 도 14의 XV-XV선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 16은 도 14의 XVI-XVI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 13 내지 도 16에 도시된 다른 실시예는 도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예와 비교하여 복수의 센서의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 13 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 진단 시스템은 복수의 센서(400), 그리고 네트워크 분석기(200)를 포함한다.
복수의 센서(400)는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버(10) 내부에 위치하는 하부 전극(20)에 설치될 수 있다. 복수의 센서(400)는 전자기파를 방사하고 전자기파를 수신할 수 있다.
센서(400)는 서로 다른 센싱 간격(sd1, sd2)을 가지는 제1 프로브 유닛(410) 및 제2 프로브 유닛(420)을 포함할 수 있다.
네트워크 분석기(200)는 복수의 센서(400)에 연결되며 제1 프로브 유닛(410) 및 제2 프로브 유닛(420)에서 전달되는 전자기파를 이용하여 플라즈마 내부의 플라즈마 특성, 예컨대 투과 스펙트럼 등을 측정할 수 있다.
제1 프로브 유닛(410)은 전자기파를 방사하는 제1 방사 프로브(411)와 전자기파를 수신하는 제1 수신 프로브(412)를 포함할 수 있다. 제1 방사 프로브(411)와 제1 수신 프로브(412)는 제1 센싱 간격(sd1)을 두고 서로 이격될 수 있다. 제1 프로브 유닛(410)에서는 제1 센싱 경로(SS1)를 따라 제1 방사 프로브(411)에서 제1 수신 프로브(412)까지 초고주파가 전달될 수 있다.
제2 프로브 유닛(420)은 전자기파를 방사하는 제2 방사 프로브(421)와 전자기파를 수신하는 제2 수신 프로브(422)를 포함할 수 있다. 제2 방사 프로브(421)와 제2 수신 프로브(422)는 제1 센싱 간격(sd1)과 다른 제2 센싱 간격(sd2)을 두고 서로 이격될 수 있다. 제2 프로브 유닛(420)에서는 제2 센싱 경로(SS2)를 따라 제2 방사 프로브(421)에서 제2 수신 프로브(422)까지 초고주파가 전달될 수 있다. 제1 센싱 간격(sd1)을 연결하는 제1 가상선(X1)은 제2 센싱 간격(sd2)을 연결하는 제2 가상선(Y1)과 교차할 수 있다.
이 때, 제2 센싱 경로(SS2)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h2)는 제1 센싱 경로(SS1)의 하부 전극(20)의 표면으로부터의 최대 높이(h1)보다 높게 된다.
따라서, 제1 프로브 유닛(410)은 제1 센싱 경로(SS1)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제1 센싱 경로(SS1)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정하며, 제2 프로브 유닛(420)은 제2 센싱 경로(SS2)를 따라 전달되는 초고주파를 이용하여 제2 센싱 경로(SS2)상에 위치하는 플라즈마의 특성을 측정할 수 있다. 따라서, 하부 전극(20)을 기준으로 플라즈마 내부의 서로 다른 높이에서의 플라즈마 특성을 측정할 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버(10) 내부의 3차원적인 플라즈마 특성 분포를 분석할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 플라즈마 챔버 20: 하부 전극
25: 하부 포커스 링 30: 상부 전극
35: 상부 포커스 링 100: 프로브
110: 방사 프로브 120: 수신 프로브
200: 네트워크 분석기 210: 방사 포트
220: 수신 포트 230: 측정부

Claims (12)

  1. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하는 하나의 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 복수의 수신 프로브를 포함하는 복수의 프로브; 그리고
    상기 복수의 프로브에 연결되며 상기 하나의 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 사이로 전달되는 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기
    를 포함하고,
    상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 어느 하나 사이의 간격은 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 다른 하나 사이의 간격과 서로 다르고,
    상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극에 설치되며,
    상기 방사 프로브의 연장 방향은 상기 수신 프로브의 연장 방향과 평행한 플라즈마 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하는 하나의 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 복수의 수신 프로브를 포함하는 복수의 프로브; 그리고
    상기 복수의 프로브에 연결되며 상기 하나의 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 사이로 전달되는 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기
    를 포함하고,
    상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 어느 하나 사이의 간격은 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 다른 하나 사이의 간격과 서로 다르고,
    상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극의 가장자리에 설치되는 하부 포커스 링에 설치되며,
    상기 방사 프로브의 연장 방향은 상기 수신 프로브의 연장 방향과 평행한 플라즈마 진단 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부의 상부 전극의 가장자리에 설치되는 상부 포커스 링에 설치되는 플라즈마 진단 시스템.
  5. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하는 하나의 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 복수의 수신 프로브를 포함하는 복수의 프로브; 그리고
    상기 복수의 프로브에 연결되며 상기 하나의 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 사이로 전달되는 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기
    를 포함하고,
    상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 어느 하나 사이의 간격은 상기 방사 프로브와 상기 복수의 수신 프로브 중 다른 하나 사이의 간격과 서로 다르고
    상기 방사 프로브 및 상기 수신 프로브는 상기 플라즈마 챔버의 벽면에 설치되며,
    상기 방사 프로브의 연장 방향은 상기 수신 프로브의 연장 방향과 평행한 플라즈마 진단 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 네트워크 분석기는
    상기 방사 프로브에 연결되며 방사 신호를 전달하는 방사 포트,
    상기 수신 프로브에 연결되며 수신 신호를 전달하는 수신 포트, 그리고
    상기 방사 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 플라즈마 특성을 측정하는 측정부
    를 포함하는 플라즈마 진단 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 프로브는 상기 플라즈마 챔버 내부에 설치되는 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 안테나 모듈은
    안테나 모듈 본체,
    상기 안테나 모듈 본체에 설치되며 상기 전자기파를 방사하거나 수신하는 안테나, 그리고
    상기 안테나를 상기 네트워크 분석기와 연결하는 연결부
    를 포함하는 플라즈마 진단 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 방사 프로브 또는 상기 수신 프로브는 구형 팁 또는 반구형 팁을 가지는 플라즈마 진단 시스템.
  9. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버 내부에 설치되며 전자기파를 방사하고상기 전자기파를 수신하는 복수의 센서, 그리고
    상기 복수의 센서에 연결되며 상기 전자기파를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하여 상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 특성 분포를 분석하는 네트워크 분석기
    를 포함하고,
    하나의 상기 센서는 서로 다른 센싱 간격을 가지는 제1 프로브 유닛 및 제2 프로브 유닛을 포함하고,
    하나의 상기 센서는 상기 전자기파를 방사하는 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 수신 프로브를 함께 포함하는 플라즈마 진단 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 프로브 유닛은 상기 전자기파를 방사하는 제1 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 제1 수신 프로브를 포함하며, 상기 제1 방사 프로브와 상기 제1 수신 프로브는 제1 센싱 간격을 두고 서로 이격되고,
    상기 제2 프로브 유닛은 상기 전자기파를 방사하는 제2 방사 프로브와 상기 전자기파를 수신하는 제2 수신 프로브를 포함하며, 상기 제2 방사 프로브와 상기 제2 수신 프로브는 상기 제1 센싱 간격과 다른 제2 센싱 간격을 두고 서로 이격되는 플라즈마 진단 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 센싱 간격을 연결하는 제1 가상선은 상기 제2 센싱 간격을 연결하는 제2 가상선과 교차하는 플라즈마 진단 시스템.
  12. 제10항에서,
    상기 복수의 센서는 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극에 설치되는 플라즈마 진단 시스템.
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