KR102930552B1 - 플라즈마 측정 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마 측정 장치 및 방법

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KR102930552B1
KR102930552B1 KR1020240123040A KR20240123040A KR102930552B1 KR 102930552 B1 KR102930552 B1 KR 102930552B1 KR 1020240123040 A KR1020240123040 A KR 1020240123040A KR 20240123040 A KR20240123040 A KR 20240123040A KR 102930552 B1 KR102930552 B1 KR 102930552B1
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이민근
박준범
남지성
김준영
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서울대학교산학협력단
고려대학교 세종산학협력단
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Abstract

플라즈마 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 플라즈마 측정 장치 및 방법은, 플라즈마의 위상을 이용하여 플라즈마를 측정할 수 있다.

Description

플라즈마 측정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETECTING PLASMA}
본 발명은 플라즈마 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마를 측정하는 방법에 있어서, 플라즈마 진동(plasma oscillation)은 플라즈마 밀도의 진동을 유발할 수 있고 입자의 수송(transport)에 영향을 미칠 수 있다. 특히 비맥스웰리안(non-Maxwellian) 분포를 형성하는 플라즈마를 측정하는 경우, 시간 분해 진단법의 사용에 어려움이 발생할 수 있다.
US 6,291,999 B1
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 시간 분해 진단법(time-resolved diagnostic method)을 대체하여 플라즈마의 위상을 이용하여 플라즈마를 측정하는 플라즈마 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른(another) 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 일부가 플라즈마에 위치하는 기준 팁, 상기 기준 팁에 전기적으로 연결된 제1 저항, 상기 제1 저항에 전기적으로 연결된 제1 전압원, 그리고 상기 제1 저항에 병렬로 연결된 제1 차동 프로브를 포함하는, 위상 유닛; 적어도 일부가 상기 플라즈마에 위치하는 측정 팁, 상기 측정 팁에 전기적으로 연결된 제2 저항, 상기 제2 저항에 전기적으로 연결된 제2 전압원, 그리고 상기 제2 저항에 병렬로 연결된 제2 차동 프로브를 포함하는, 스윕 유닛; 그리고 상기 위상 유닛 및 상기 스윕 유닛에 전기적으로 연결되어 신호를 수신하는, 오실로스코프를 포함하고, 상기 오실로스코프는, 상기 제1 차동 프로브에 전기적으로 연결된 제1 오실로스코프 단자; 상기 측정 팁에 전기적으로 연결된 제2 오실로스코프 단자; 및 상기 제2 차동 프로브에 전기적으로 연결된 제3 오실로스코프 단자를 포함하는, 플라즈마 측정 장치가 제공될 수 있다.
그라운드(ground), 상기 제1 전압원, 상기 제1 저항, 상기 기준 팁 및 상기 플라즈마는, 순차적으로 전기적으로 연결되어 전기 회로를 형성할 수 있다.
상기 제2 전압원은, 함수 발생기 및 상기 함수 발생기에 전기적으로 연결되는 전압 증폭기를 포함하고, 그라운드, 상기 함수 발생기, 상기 전압 증폭기, 상기 제2 저항, 상기 측정 팁 및 상기 플라즈마는, 순차적으로 전기적으로 연결되어 전기 회로를 형성할 수 있다.
상기 기준 팁 및 상기 측정 팁은, 나란히 배치될 수 있다.
상기 기준 팁 및 상기 측정 팁 사이의 거리는, 4mm 내지 6mm일 수 있다.
상기 제1 오실로스코프 단자는, 상기 기준 팁에 형성된 전류를 측정할 수 있다.
상기 제2 오실로스코프 단자는, 상기 측정 팁에 형성된 전압을 측정할 수 있다.
상기 제3 오실로스코프 단자는, 상기 측정 팁에 형성된 전류를 측정할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마에 위치하는 기준 팁을 통해 상기 플라즈마의 진동에 관한 정보를 포함하는 플라즈마 기준 데이터를 획득하고, 상기 플라즈마에 위치하는 측정 팁에 인가되는 전압 및 전류에 관한 플라즈마 측정 데이터를 획득하는, 데이터 측정 단계(S100); 상기 플라즈마 기준 데이터에 변환 프로세스를 적용하여, 시간에 따른 상기 플라즈마의 위상을 나타내는 플라즈마 위상 데이터를 추출하는, 플라즈마 위상 데이터 추출 단계(S200); 상기 플라즈마 위상 데이터로부터 일 위상에 대응되는 측정 시각을 추출하는, 위상별 측정 시각 추출 단계(S300); 그리고 상기 플라즈마 측정 데이터 중에서 상기 측정 시각에서의 데이터인 위상별 플라즈마 측정 데이터를 추출하는, 위상별 플라즈마 측정 데이터 추출 단계(S400)를 포함하는, 플라즈마 측정 방법(S10)이 제공될 수 있다.
상기 변환 프로세스는, 저역 통과 필터링(low pass filtering) 및 힐버트 변환(Hilbert transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 측정 방법(S10)은, 상기 위상별 플라즈마 측정 데이터로부터 위상별 플라즈마 물리량을 추출하는, 위상별 플라즈마 물리량 추출 단계(S500)를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 측정 방법(S10)은, 상기 위상별 플라즈마 물리량을 통계적으로 합산하여 플라즈마 물리량을 추출하는, 플라즈마 물리량 추출 단계(S600)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 측정 장치 및 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 시간 분해 진단법(time-resolved diagnostic method)을 대체하여 플라즈마의 위상을 이용하여 플라즈마를 측정하는 플라즈마 측정 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제1 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 기준 팁의 전류 정보를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제2 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 측정 팁의 전압 정보를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시된 그래프의 일부를 확대한 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제3 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 측정 팁의 전류 정보를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 제1 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 기준 팁의 시간에 따른 전류 및 위상을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 7은 바이어스 전압 및 플라즈마 위상에 따른 플라즈마 물리량을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 측정 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에서 플라즈마 측정 장치의 각 구성요소 사이의 전기적 연결이 표시될 수 있다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 측정 장치(10)는, 위상 유닛(100), 스윕 유닛(200) 및 오실로스코프(300)를 포함할 수 있다. 위상 유닛(100) 및 스윕 유닛(200)은, 오실로스코프(300)에 전기적으로 연결될 수 있다.
오실로스코프(300)는 오실로스코프 바디(310) 및 오실로스코프 단자(320)를 포함할 수 있다. 오실로스코프 단자(320)는, 오실로스코프 바디(310)에 연결될 수 있다. 오실로스코프 단자(320)는, 외부에 전기적으로 연결될 수 있다. 오실로스코프 바디(310)는, 오실로스코프 단자(320)로부터 전기 신호를 획득하여 분석할 수 있다.
오실로스코프 단자(320)는, 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 오실로스코프(300)는, 제1 오실로스코프 단자(321), 제2 오실로스코프 단자(322) 및 제3 오실로스코프 단자(323)를 포함할 수 있다.
오실로스코프 단자(320)는, 제1 오실로스코프 단자(321), 제2 오실로스코프 단자(322) 및 제3 오실로스코프 단자(323) 중 적어도 하나를 포함하거나 의미할 수 있다.
위상 유닛(100)에 포함된 기준 팁(110)의 적어도 일부는 플라즈마(미도시)에 위치할 수 있다. 기준 팁(110)을 통해 플라즈마 전류가 측정될 수 있다. 예를 들어, 오실로스코프(300) 및 위상 유닛(100)을 통해, 시간에 따른 플라즈마 전류에 관한 정보가 획득될 수 있다.
플라즈마(미도시)는, 이온(ion)과 전자(electron)를 포함할 수 있다. 플라즈마에 외부 충격이 가해지면, 플라즈마의 이온 및 전자는 진동(oscillation)을 할 수 있다. 위상 유닛(100)을 통해 획득된 플라즈마 전류는, 플라즈마 진동에 관한 정보를 포함할 수 있다.
이로 인하여, 스윕 유닛(200) 및 오실로스코프(300)를 통해 획득되는 데이터에 플라즈마의 진동에 대응하는 보상(compensation)을 하거나, 스윕 유닛(200)의 전기적 구성이 복잡해질 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 위상 유닛(100)으로부터 획득된 플라즈마 전류에 관한 정보로부터 플라즈마의 위상(phase)에 관한 정보를 추출하고, 각 위상별로 플라즈마 물리량을 추출하는 방안이 고려될 수 있다. 플라즈마 측정 장치(10)는, 이와 같은 측정 방법을 구현할 수 있다.
위상 유닛(100)은 제1 저항(120) 및 제1 전압원(130)을 포함할 수 있다. 제1 전압원(130)은, 예를 들어, 직류 전압원일 수 있다. 제1 전압원(130)은, 바이어스 전압(bias voltage)이라 칭할 수 있다.
그라운드(GND, ground), 제1 전압원(130), 제1 저항(120), 기준 팁(110) 및 플라즈마(미도시)는, 순차적으로 연결될 수 있다.
달리 말하면, 그라운드(GND, ground), 제1 전압원(130), 제1 저항(120), 기준 팁(110) 및 플라즈마(미도시)는, 순차적으로 전기적으로 연결되어, 전기 회로(electric circuit)를 형성할 수 있다.
위상 유닛(100)은 제1 차동 프로브(140)를 포함할 수 있다. 제1 차동 프로브(140)는, 차동 프로브(differential probe)일 수 있다. 제1 차동 프로브(140)는, 제1 저항(120)에 병렬로 연결될 수 있다.
제1 차동 프로브(140)는 오실로스코프(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 차동 프로브(140)는 제1 오실로스코프 단자(321)에 전기적으로 연결될 수 있다.
오실로스코프 바디(310)는, 제1 오실로스코프 단자(321)를 통해, 제1 저항(120)에 인가된 전압 정보를 획득할 수 있다. 제1 저항(120)에 인가된 전압 정보는, 제1 저항(120)에 인가된 전류 정보로 변환될 수 있다. 즉, 오실로스코프 바디(310)는, 제1 오실로스코프 단자(321)를 통해, 기준 팁(110)에 형성된 전류에 관한 정보를 획득할 수 있다.
기준 팁(110)에 형성되는 전류는, 플라즈마(미도시)의 진동에 따라 진동할 수 있다. 예를 들어, 기준 팁(110)에 형성되는 전류의 진동수(frequency)는, 플라즈마(미도시)의 진동수와 동일할 수 있다.
따라서, 오실로스코프 바디(310)는, 제1 오실로스코프 단자(323)에 인가되는 전기 신호로부터, 플라즈마(미도시)의 진동에 관한 정보를 획득할 수 있다.
스윕 유닛(200)은, 측정 팁(210)을 포함할 수 있다. 측정 팁(210)의 적어도 일부는, 플라즈마(미도시)에 위치할 수 있다. 측정 팁(210)은 기준 팁(110)에 인접할 수 있다.
예를 들어, 측정 팁(210)과 기준 팁(110)은, 서로 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 측정 팁(210)과 기준 팁(110) 사이의 거리는, 동일한 플라즈마 진동이 적용될 수 있는 범위 이내일 수 있다.
예를 들어, 측정 팁(210)의 단부와 기준 팁(110)의 단부 사이의 거리는, 4mm 내지 6mm일 수 있다. 예를 들어, 측정 팁(210)의 단부와 기준 팁(110)의 단부 사이의 거리는, 약 5mm 일 수 있다.
스윕 유닛(200)은, 측정 팁(210)에 전기적으로 연결되는 제2 저항(220)을 포함할 수 있다. 스윕 유닛(200)은, 제2 저항(220)에 전기적으로 연결되는 제2 전압원(230)을 포함할 수 있다.
제2 전압원(230)은, 함수 발생기(231) 및 전압 증폭기(232)를 포함할 수 있다. 함수 발생기(231)는, 설정된 파형의 전압을 발생할 수 있다. 전압 증폭기(232)는, 함수 발생기(231)에 전기적으로 연결되어, 함수 발생기(231)에서 발생한 전압의 크기를 증폭할 수 있다.
그라운드(GND), 제2 전압원(230), 제2 저항(220), 측정 팁(210) 및 플라즈마(미도시)는, 순차적으로 전기적으로 연결될 수 있다.
달리 말하면, 그라운드(GND), 함수 발생기(231), 전압 증폭기(232), 제2 저항(220), 측정 팁(210) 및 플라즈마(미도시)는, 순차적으로 전기적으로 연결되어, 전기 회로를 형성할 수 있다.
스윕 유닛(200)은 제2 차동 프로브(240)를 포함할 수 있다. 제2 차동 프로브(240)는, 차동 프로브(differential probe)일 수 있다. 제2 차동 프로브(240)는, 제2 저항(220)에 병렬로 연결될 수 있다.
제2 오실로스코프 단자(322)는, 측정 팁(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 오실로스코프 바디(310)는, 제2 오실로스코프 단자(322)를 통해, 측정 팁(210)의 전압에 관한 정보를 획득할 수 있다.
제3 오실로스코프 단자(323)는, 제2 차동 프로브(240)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 오실로스코프 바디(310)는, 제3 오실로스코프 단자(323)를 통해, 측정 팁(210)에 형성된 전류에 관한 정보를 획득할 수 있다.
제2 전압원(230)에서 발생되는 전압은, 선형적으로 증가할 수 있다. 측정 팁(210)에 인가되는 전압은, 제2 전압원(230)에서 발생되는 전압에 따라 선형적으로 증가할 수 있다.
오실로스코프 바디(310)는, 측정 팁(210)의 전압 및 전류 정보를 획득할 수 있다. 측정 팁(210)의 전압 및 전류 정보로부터, 플라즈마(미도시)의 물리량이 추출될 수 있다.
측정 팁(210)의 전압 및 전류는, 플라즈마(미도시)의 진동에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 플라즈마(미도시)의 특정 위상에서, 측정 팁(210)의 전압 및 전류에 관한 정보를 추출하고, 이로부터 플라즈마(미도시)의 물리량을 추출할 필요가 있다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제1 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 기준 팁의 전류 정보를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류는 시간에 따라 진동을 할 수 있다. 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류의 진동은, 플라즈마(미도시)의 진동을 반영할 수 있다.
예를 들어, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류의 진동수는, 플라즈마(미도시)의 진동수일 수 있다. 예를 들어, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류 정보로부터, 플라즈마(미도시)의 진동에 관한 정보가 추출될 수 있다. 예를 들어, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류 정보로부터, 시간에 따른 플라즈마(미도시)의 위상(phase) 정보가 추출될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제2 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 측정 팁의 전압 정보를 나타낸 그래프이다. 도 4는 도 3에 도시된 그래프의 일부를 확대한 그래프이다. 도 5는 도 1에 도시된 플라즈마 측정 장치의 제3 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 측정 팁의 전류 정보를 나타낸 그래프이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압은 계단식(stepwise)으로 증가할 수 있다. 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압이 일정한 구간의 시간은, 플라즈마(미도시)의 진동의 주기(period) 보다 클 수 있다.
예를 들어, 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압이 일정한 구간의 시간은, 플라즈마(미도시)의 진동의 주기의 1000배 이상 클 수 있다. 이로써, 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압이 일정한 동안, 플라즈마(미도시)의 특정 위상에서 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압 및 전류 데이터가 통계적으로 유의미하게 수집될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 제1 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 기준 팁의 시간에 따른 전류 및 위상을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 6의 상부 그래프는, 도 1에 도시된 제1 오실로스코프 단자에 입력된 신호로부터 추출된 기준 팁의 시간에 따른 전류를 예시적으로 나타낼 수 있다. 도 6의 하부 그래프는, 도 6의 상부 그래프에 표시된 전류가 힐버트 변환(Hilbert transform)되어 추출된 위상을 나타낼 수 있다.
도 6을 참조하면, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류는 시간에 따라 진동할 수 있다. 이로부터, 플라즈마(미도시)의 진동에 관한 정보가 추출될 수 있다.
예를 들어, 플라즈마(미도시)의 위상(phase)에 관한 정보가, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류 정보로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마(미도시)의 위상의 패턴은, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류의 위상의 패턴과 동일할 수 있다.
그런데, 시간에 따른 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류의 위상의 패턴을 추출하기 위해서, 기준 팁(110, 도 1 참조)의 전류는 힐버트 변환될 수 있다. 이로써, 플라즈마(미도시)의 위상이 명확하게 표시될 수 있다.
예를 들어, 플라즈마(미도시)의 일 위상(p)은, -파이(pi) 내지 +파이(pi)일 수 있다. 플라즈마(미도시)의 일 위상(p)에 대응되는 시각은, 예를 들어, 제1 시각(t1), 제2 시각(t2), 제3 시각(t3), 제4 시각(t4), 제5 시각(t5), 제6 시각(t6), 제7 시각(t7), 제8 시각(t8), 제9 시각(t9) 및 제10 시각(t10)일 수 있다.
예를 들어, 제1 시각(t1), 제2 시각(t2), 제3 시각(t3), 제4 시각(t4), 제5 시각(t5), 제6 시각(t6), 제7 시각(t7), 제8 시각(t8), 제9 시각(t9) 및 제10 시각(t10)에서 측정 팁(210, 도 1 참조)의 전압 및 전류에 관한 정보로부터, 일 위상(p)에서 플라즈마(미도시)의 물리량이 추출될 수 있다.
도 7은 바이어스 전압 및 플라즈마 위상에 따른 플라즈마 물리량을 예시적으로 나타낸 그래프이다. 도 7의 하단부 그래프는, 플라즈마 위상 및 바이어스 전압에 따른, 플라즈마 전위를 예시적으로 나타낼 수 있다. 도 7의 상단부 그래프는, 플라즈마 위상 및 바이어스 전압에 따른, 플라즈마 밀도를 예시적으로 나타낼 수 있다. 도 7의 중위 그래프는, 플라즈마 위상 및 바이어스 전압에 따른, 플라즈마 온도를 예시적으로 나타낼 수 있다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 위상에 따른 플라즈마 물리량이 그래프에 표시될 수 있다. 플라즈마 위상은, 0 내지 2파이(2pi)일 수 있다. 플라즈마 물리량은, 예를 들어, 플라즈마 전위(plasma potential), 플라즈마 온도 및 플라즈마 밀도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 바이어스 전압에서 위상별 플라즈마 물리량을 평균하면, 특정 바이어스 전압에서 플라즈마 물리량이 추출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 측정 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 플라즈마 측정 방법(S10)은, 데이터 측정 단계(S100)를 포함할 수 있다. 이 단계(S100)에서, 기준 팁(110)의 전류 정보가 획득될 수 있다. 기준 팁(110)의 전류 정보는, “플라즈마 기준 데이터”라 칭할 수 있다. 플라즈마 기준 데이터는, 플라즈마(미도시)의 진동에 관한 정보를 포함할 수 있다.
이 단계(S100)에서, 제2 전압원(230)이 측정 팁(210)에 전압을 인가하고, 측정 팁(210)의 전압 및 전류 정보가 획득될 수 있다. 측정 팁(210)의 전압 및 전류 정보는, “플라즈마 측정 데이터”라 칭할 수 있다.
플라즈마 측정 방법(S10)은, 플라즈마 위상 데이터 추출 단계(S200)를 포함할 수 있다. 이 단계(S200)에서, 변환 프로세스가 플라즈마 기준 데이터에 적용될 수 있다.
변환 프로세스는, 힐버트 변환(Hilbert transform) 및 저역 통과 필터링(low pass filtering) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플라즈마 기준 데이터는 변환 프로세스를 거쳐 “플라즈마 위상 데이터”로 될 수 있다. 플라즈마 위상 데이터는, 시간에 따른 플라즈마의 위상을 나타낼 수 있다.
플라즈마 측정 방법(S10)은, 위상별 측정 시각 추출 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이 단계(S300)에서, 일 위상(p)에 대응되는 측정 시각(t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t10)이 플라즈마 위상 데이터로부터 추출될 수 있다.
플라즈마 측정 방법(S10)은, 위상별 플라즈마 측정 데이터 추출 단계(S400)를 포함할 수 있다. 이 단계(S400)에서, 플라즈마 측정 데이터 중에서 측정 시각(t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t10)에서의 데이터인 “위상별 플라즈마 측정 데이터”가 추출될 수 있다.
플라즈마 측정 방법(S10)은, 위상별 플라즈마 물리량 추출 단계(S500)를 포함할 수 있다. 이 단계(S500)에서, 위상별 플라즈마 측정 데이터로부터 위상별 플라즈마 물리량이 추출될 수 있다.
플라즈마 측정 방법(S10)은, 플라즈마 물리량 추출 단계(S600)를 포함할 수 있다. 이 단계(S600)에서, 위상별 플라즈마 물리량이 통계적으로 합산되어 플라즈마 물리량이 추출될 수 있다. 예를 들어, 이 단계(S600)에서, 위상별 플라즈마 물리량이 통계적 평균 프로세스를 거쳐 플라즈마 물리량이 추출될 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 어떤 실시예 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 발명의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 플라즈마 측정 장치 100: 위상 유닛
110: 기준 팁 120: 제1 저항
130: 제1 전압원 140: 제1 차동 프로브
200: 스윕 유닛 210: 측정 팁
220: 제2 저항 230: 제2 전압원
231: 함수 발생기 232: 전압 증폭기
240: 제2 차동 프로브 300: 오실로스코프
310: 오실로스코프 바디 320: 오실로스코프 단자

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  9. 플라즈마에 위치하는 기준 팁을 통해 상기 플라즈마의 진동에 관한 정보를 포함하는 플라즈마 기준 데이터를 획득하고, 상기 플라즈마에 위치하는 측정 팁에 인가되는 전압 및 전류에 관한 플라즈마 측정 데이터를 획득하는, 데이터 측정 단계(S100);
    상기 플라즈마 기준 데이터에 변환 프로세스를 적용하여, 시간에 따른 상기 플라즈마의 위상을 나타내는 플라즈마 위상 데이터를 추출하는, 플라즈마 위상 데이터 추출 단계(S200);
    상기 플라즈마 위상 데이터로부터 일 위상에 대응되는 측정 시각을 추출하는, 위상별 측정 시각 추출 단계(S300); 그리고
    상기 플라즈마 측정 데이터 중에서 상기 측정 시각에서의 데이터인 위상별 플라즈마 측정 데이터를 추출하는, 위상별 플라즈마 측정 데이터 추출 단계(S400)를 포함하는,
    플라즈마 측정 방법(S10).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변환 프로세스는,
    저역 통과 필터링(low pass filtering) 및 힐버트 변환(Hilbert transform) 중 적어도 하나를 포함하는,
    플라즈마 측정 방법(S10).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 위상별 플라즈마 측정 데이터로부터 위상별 플라즈마 물리량을 추출하는, 위상별 플라즈마 물리량 추출 단계(S500)를 포함하는,
    플라즈마 측정 방법(S10).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상별 플라즈마 물리량을 통계적으로 합산하여 플라즈마 물리량을 추출하는, 플라즈마 물리량 추출 단계(S600)를 포함하는,
    플라즈마 측정 방법(S10).
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