KR20050011358A - 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치 - Google Patents

플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치에 관한 것으로, 전자밀도의 변화가 있는 플라즈마가 내포된 챔버와, 상기 챔버 내에 일측이 실장되어 전자파를 방사 및 수신하기 위한 안테나 구조로서 각 도파관 및 송/수신안테나가 구비되는 주파수 탐침기와, 상기 주파수 탐침기의 각 도파관에 전기적으로 연결되어 방사할 전자파를 송출하는 전자파 발생기 및 수신된 전자파의 주파수를 스캔하여 진폭과 대비시켜 분석하는 주파수 분석기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 주파수 탐침기가 챔버 내에서 이송되며 전자밀도의 공간분포를 검지할 수 있도록 주파수 탐침기의 후방에는 유압실린더 구조의 이송부가 결합됨이 바람직하다.

Description

플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치{A Plasma Electron Density Measuring And Monitoring Device}
본 발명은, 플라즈마의 밀도와 고유주파수가 갖는 상관관계를 이용하기 위해 플라즈마의 당해 밀도의 고유주파수에 상응하는 전자파를 인가할 경우 컷오프(cutoff)되는 주파수 대역을 스캔함으로써, 플라즈마의 밀도를 측정 및 모니터링하는 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마에 전자파를 가하면서 스캔하기 위한 안테나 구조의 주파수 탐침기가 구비되고, 플라즈마의 고유주파수에 해당되는 전자파가 가해질 경우 컷오프되는 주파수 대역을 분석하기 위한 분석도구가 구비되는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정에서는 공정의 미세화, 저온화의 필요성 때문에, 플라즈마가 널리 활용되고 있다. 반도체 소자를 제조하는 데 사용되는 장비로는 웨이퍼의 소정영역에 원하는 불순물을 주입하는 이온주입 장비, 열산화막을 성장시키기 위한 퍼니스, 도전막 또는 절연막을 웨이퍼 상에 증착시키기 위한 증착 장비 및 상기 증착된 도전막 또는 절연막을 원하는 형태로 패터닝하기 위한 노광장비와 식각장비가 있다.
이들 장비 중에서 웨이퍼 상에 소정의 물질막을 증착하거나 웨이퍼에 형성된 소정의 물질막을 식각하는 장비로는 진공 상태의 밀폐된 챔버 내에 플라즈마를 형성하고 반응 가스를 주입하여 물질막을 증착하거나 식각하는 플라즈마 장비가 널리사용되고 있다. 이는 플라즈마를 이용하여 물질막을 증착할 경우 웨이퍼에 형성된 불순물 영역 내의 불순물들이 더 이상 확산되지 않는 등 저온에서 공정을 진행할 수 있으며, 대구경의 웨이퍼에 형성되는 물질막의 두께 균일도가 우수하기 때문이다.
이와 마찬가지로 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 소정의 물질막을 식각할 경우 웨이퍼 전체에 걸쳐서 식각률 균일도가 우수하기 때문이다.
이러한 플라즈마 장치의 플라즈마내의 전자 밀도, 이온 밀도를 측정할 수 있는 장치로 가장 광범위하게 사용되는 것이 랑뮈어 프로브(Langmuir probe)이다. 랑뮈어 프로브의 플라즈마 특성의 측정원리는 외부에서 플라즈마 챔버내의 플라즈마에 탐침을 삽입하고 외부에서 공급되는 직류전원을 가변하여 음전위에서 양전위로, 대개 -200V 에서 200V 까지의 범위에서 전압을 변경시켜 측정한다.
이 때, 음전압이 탐침 끝에 걸리게 되면 플라즈마 내의 양이온이 탐침으로 포집되어 이온에 의한 전류가 발생하게 된다. 또한, 양전압이 탐침 끝에 걸리게 되면 플라즈마내의 전자들이 탐침으로 포집되어 전자에 의한 전류가 발생하게 된다. 이 때 발생한 전류를 측정하여 탐침에 가해진 전압과의 상관관계를 분석함으로써 플라즈마의 농도를 측정할 수 있다.
그런데 종래 랑뮈어 프로브는 챔버내에 탐침을 삽입하여 플라즈마의 농도를 측정하기 때문에, 공정이 진행되는 동안 실시간으로 플라즈마의 농도를 측정할 수 있다. 하지만 RF(radio frequency) 오실레이션으로 인한 노이즈 문제, 반도체 공정에서 박막물질의 증착 공정시 탐침에 증착되는 문제, 건식 식각 공정시 탐침이 식각되어 작아지는 문제점을 안고 있기 때문에, 실제 양산공정에 적용하여 사용하기는 어렵다.
이외에 플라즈마 공정의 모니터링을 위한 도구로서, 플라즈마 오실레이션 탐침, 플라즈마 흡수 탐침 등이 개발되어 있지만, 실제 양산공정에는 적절하게 활용하지 못하는 단점들을 안고 있다.
종래 플라즈마 오실레이션 탐침은, 전자빔을 사용하는 구조이며 전자빔을 만들기 위해 열선을 사용하는데 약 50mT 이상의 높은 압력에서 열선이 끊어지는 등 동작조건이 좁게 한정되는 문제점이 있다. 또한 열전자를 방출하기 위해 가열할 때 열선의 증발로 인해 반응용기가 오염되는 문제점이 있다.
그리고 종래 플라즈마 흡수 탐침은, 작동 이전에 정확한 플라즈마 밀도진단 도구로서 교정을 해야 하는 번거로운 문제점이 있다. 이를 개선한 구조가 있지만, 개선된 구조에서는 측정 밀도의 절대값을 구하기 위해 여러 단계의 계산과정이 필요하며, 이 때 물리적으로 가정된 조건이 내포되어 실효성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 전자밀도에 기초한 플라즈마의 주파수를 전자파의 송수신 구조로 분석하여 플라즈마의 당해 전자밀도를 측정 및 모니터링하는 안테나 구조의 주파수 탐침기를 갖는 구조의 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제 2목적은, 플라즈마 챔버 내에서 주파수 탐침기를 이송시킴으로써, 전자밀도의 공간분포를 측정 및 모니터링 할 수 있는 주파수 탐침기에 이송부가 결합되는 구조의 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적들은, 전자밀도의 변화가 있는 플라즈마(2000)를 내포한 챔버(100);
상기 플라즈마(2000)의 밀도와 방사되는 전자파의 주파수가 상관관계를 갖도록 상기 챔버(100)에 일측이 실장되는 안테나 구조의 전자파 송수신수단;
상기 전자파 송수신수단으로 소정대역의 각 주파수별 전자파가 연속 방사되도록 전기적으로 연결되는 전자파 발생기(300);
상기 전자파 송수신수단으로 수신되는 전자파의 주파수를 스캔하여 진폭별로 분석하도록 상기 전자파 송수신수단에 전기적으로 연결되는 주파수 분석기(400); 및
상기 전자파 발생기(300) 및 주파수 분석기(400)에 인터페이스 장치(610)로 연결되어 상기 전자파의 주파수별 송출을 지령하고, 분석된 전자파의 주파수와 상기 전자밀도의 상관관계를 연산으로 도출하는 컴퓨터(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치에 의하여 달성된다.
여기서 상기 전자파 송수신수단은, 상기 전자파 발생기(300)에 전기적으로 연결되는 제 1도파관(210) 및 상기 제 1도파관(210)과 병설되고 상기 주파수 분석기(400)에 전기적으로 연결되는 제 2도파관(220)과,
상기 제 1도파관(210)의 일단에 동축선상으로 연결되어 전자파를 방사하는 송신안테나(210a) 및 상기 제 2도파관(220)의 일단에 동축선상으로 연결되어 전자파를 수신하는 수신안테나(220a)를 포함하는 구조의 주파수 탐침기(200)인 것이 바람직하다.
그리고 상기 주파수 탐침기(200)에는, 상기 주파수 탐침기(200)가 상기 챔버(100) 내에서 이송되도록 타측에 동축선상으로 결합되는 이동로드(510a)와,
상기 이동로드(510a)의 이동이 강제될 수 있도록 결합되는 유압실린더(510) 및
상기 주파수 분석기(400)에 연동하여 상기 유압실린더(510)에 유압이 공급되도록 상기 유압실린더(510)에 배관되며 전원공급회로가 상기 인터페이스 장치(610)로 상기 컴퓨터(600)에 연결되는 유압공급기(520)를 포함하는 이송부(500)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 주파수 탐침기(200)에는, 각 도파관(210,220)에 단일 외장되는 유전체 튜브(230)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 주파수 탐침기와 챔버의 결합관계를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 주파수 탐침기의 작동상태를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 모니터링 장치로 분석된 주파수에 관한 그래프도,
도 5는 본 발명에 따른 모니터링 장치로 측정한 전자밀도에 관한 그래프도이다.
< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >
100: 챔버 200: 주파수 탐침기
210: 제 1도파관 210a: 송신안테나
220: 제 2도파관 220a: 수신안테나
230: 유전체 튜브 300: 전자파 발생기
400: 주파수 분석기 500: 이송부
510: 유압실린더 510a: 이동로드
520: 유압공급기 600: 컴퓨터
610: 인터페이스 장치 1000: 모니터링 장치
2000: 플라즈마
다음으로는 본 발명에 따른 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치(1000)의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 측정 및 모니터링 장치(1000)는, 변화되는 플라즈마(2000)의 해당 전자밀도별 고유주파수를 분석하고 실시간으로 모니터링하기 위해 전자파 송수신 수단으로 주파수 탐침기(200)를 사용하는 구조이다.
플라즈마(2000)에 전자파를 주파수 별로 방사할 경우에 플라즈마(2000)를 투과하지 못하는 전자파의 주파수가 플라즈마의 컷오프 주파수이다. 이 컷오프 주파수가 바로 플라즈마(2000)의 당해 전자밀도의 지표가 되는 고유주파수이다.
이에 따라 당해 전자밀도와 컷오프 주파수의 상관관계를 이용하여 전자밀도를 측정 및 모니터링 하도록 본 발명에서는 전자파를 송/수신하여 컷오프 주파수를 탐색하는 수단으로 주파수 탐침기(200)를 사용한다. 그리고 주파수 탐침기(200)는 전자파를 송신 및 수신하기 위해 안테나 구조를 갖는다.
이러한 측정 및 모니터링 장치(1000)는, 플라즈마(2000)가 담긴 챔버(100)와, 챔버(100)에 일측이 실장되어 전자파를 송/수신하는 주파수 탐침기(200)와, 주파수 탐침기(200)에 전기적으로 연결되어 전자파를 송출하는 전자파 발생기(300)와, 주파수 탐침기(200)에서 수신되는 전자파를 주파수별로 분석하는 주파수 분석기(400)를 포함하여 구성된다. 또한 주파수 탐침기(200)가 챔버(100) 내에서 이송되면서 특정 위치별로 전자파를 송/수신함으로써 전자밀도의 공간분포를 검출하도록 주파수 탐침기(200)에는 이송부(500)가 결합된다.
챔버(100) 내에서 플라즈마(2000)는 반도체 공정에 따라 전자밀도가 계속적으로 변화된다. 전자밀도 진단도구로서 챔버(100)에는 주파수 탐침기(200)가 실장되어 있다.
주파수 탐침기(200)는 병설되는 제 1도파관(210) 및 제 2도파관(220)과, 각 도파관(210,220)에 독립 연결되는 로드 구조의 송신안테나(210a) 및 로드 구조의 수신안테나(220a)를 포함하는 구조이다. 각 안테나(210a,220a)는 전자파를 송/수신하기 위한 것으로, 단극별로 각 1개씩이 구비된다.
각 도파관(210,220)의 절단부에 동축선상으로 각각 연결되어 있는 것이 각 안테나(210a,220a)이다. 이중 송신안테나(210a)는 전자파를 방사하는 구조로서, 전자파 발생기(300)가 연결된 제 1도파관(210)에 연결되어 있다. 수신안테나(220a)는 전자파를 수신하기 위한 구조로서, 주파수 분석기(400)가 연결된 제 2도파관(220)에 연결되어 있다.
그리고 전자파 발생기(300)는 제 1도파관(210)에 전기적으로 연결되어 전자파를 송출한다. 송출된 전자파는 제 1도파관(210)에 연결된 송신안테나(210a)에서 플라즈마(2000)로 방사된다. 본 발명에서는 반도체 공정에 이용되는 플라즈마(2000)의 전자밀도를 감안하여 전자파 발생기(300)에서 약 50MHz ∼ 10GHz 주파수 대역의 전자파가 발생된다.
전자파 발생기(300)에서 전자파가 제 1도파관(210)으로 보내지고, 송신안테나(210a)에서 방사하는 것에 대응하여 제 2도파관(220)에는 주파수 분석기(400)가 전기적으로 연결되어 있다. 제 2도파관(220)에는 앞에서 언급된 바와 같이, 수신안테나(220a)가 연결되어 있다. 수신안테나(220a)에서는, 송신안테나(210a)에서 전자파가 플라즈마(2000)에 방사하면 이를 다시 수신한다. 수신된 전자파는 제2도파관(220)을 통해 주파수 분석기(400)에 송출된다. 주파수 분석기(400)는 수신한 전자파를 주파수 대역 대비 진폭으로 분석한다. 도 4에 분석한 대역별 진폭이 그래프로 도시되어 있는데, 앞에서 언급된 컷오프 주파수 즉 당해 전자밀도에 해당되는 주파수는 수신안테나(220a)에서 수신되는 신호의 크기가 현저하게 떨어지고 상기 그래프에서 가장 낮은 진폭을 갖음으로 이를 통해 당해 전자밀도를 환산하여 수득할 수 있다.
전자파 발생기(300) 및 주파수 분석기(400)에는 인터페이스 장치(610)를 통해 컴퓨터(600)가 연결되어 있다. 컴퓨터(600)에는 플라즈마(2000)의 전자밀도와 분석된 전자파 주파수와의 상관관계에 관한 수식이 입력되어 있기 때문에, 분석된 주파수를 전자밀도로 변환하기 위해 연산 처리한다. 또한 제 1도파관(210)에 대한 전자파 발생기(300)의 주파수 대역별 전자파 송출을 지령한다.
그리고 주파수 탐침기(200)의 타측에는 주파수 탐침기(200)가 축선방향을 따라 이송될 수 있도록 이송부(500)가 설치되어 있다. 이송부(500)는 유압을 이용하는 구조로서, 이를 위해 주파수 탐침기(200)의 타측에 동축선상으로 결합된 이동로드(510a)와, 이동로드(510a)의 이동을 유압력으로 강제하기 위해 이동로드(510a)가 삽입된 유압실린더(510)와, 유압실린더(510)에 유압력을 제공하기 위해 배관 연결된 유압공급기(520)로 구성된다.
이 때 유압공급기(520)의 전원공급회로는 인터페이스 장치(610)를 통해 컴퓨터(600)에 연결되어 컴퓨터(600)의 지령을 받는다. 이송부(500)의 구비는 주파수 탐침기(200)가 챔버(100) 내에서 이송되면서 플라즈마(2000) 전자밀도의 공간분포를 검출하기 위한 것이다.
챔버(100) 내의 플라즈마(2000)는 반도체 공정에 따라 전자밀도가 변화되며, 변화된 당해 전자밀도의 측정 즉 시간에 따라 변화하는 전자밀도의 측정을 위해, 송신안테나(210a)에서 주파수 대역을 바꿔가며 전자파가 방사되고, 이를 수신안테나(220a)에서 수신한다.
그리고 상기 플라즈마(2000)는 챔버(100)내의 공간에서 위치에 따라 전자밀도가 상이하다. 이와 같이 공간분포가 다름으로 이를 측정 및 모니터링하기 위해 이송부(500)가 구비된다. 이 때 이송부(500)의 유압공급기(520)에는 전원공급회로가 내장되어 있고, 전원공급회로는 컴퓨터(600)에 연결되어 있다. 이에 따라 컴퓨터(600)에 프로그램된 작동코드에 기초하여 이동로드(510a)가 작동된다.
또한 본 발명에 따른 측정 및 모니터링 장치(1000)가 시간별 전자밀도의 측정 및 모니터링과, 위치별 전자밀도의 측정 및 모니터링이 그 동작모드를 달리하여 진행될 수 있으며 또는 병행될 수 있다. 이러한 본 발명의 구조를 사용하여 각 모드의 교번진행 및 병행진행이 모두 구현됨은 컴퓨터(600)에 대한 프로그램 입력에 따라 달리할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 탐침기(200)와 챔버(100)의 결합관계를 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 탐침기(200)는 챔버(100)의 측부를 통해 일측이 실장되어 있다. 챔버(100) 내에는 전자밀도가 변화되는 플라즈마(2000)가 담겨 있다. 그리고 챔버(100)에서 주파수 탐침기(200)가 삽입된 측부에 가이드 구조가 형성되어 있다. 이는 주파수 탐침기(200)가 축선방향을 따라직선 이송되도록 가이드 하기 위한 것이다.
주파수 탐침기(200)는, 전자파를 방사하는 송신안테나(210a) 및 제 1도파관(210)과, 전자파를 수신하는 수신안테나(220a) 및 제 2도파관(220)으로 구성되는 안테나 구조를 갖고 있다. 이는 플라즈마(2000)의 전자밀도와 전자밀도별 주파수가 상관관계를 갖도록 도출된 전자파 송수신 구조이다.
각 도파관(210,220)이 병설되는 구조임으로, 송신안테나(210a)와 수신안테나(220a)도 병렬 위치관계를 갖는다. 본 발명에서는 예시로서 각 안테나(210a,220a)가 약 1mm ∼ 5mm 정도의 간격을 두고 있으며, 모두 약 5mm ∼ 10mm 정도의 길이를 갖고 있다. 상기 간격은 제작상 구현된 것이며, 보다 작을수록 좋다. 그리고 각 안테나(210a,220a)의 길이는 사용하는 전자파의 파장에 따라 달리할 수 있다.
또한 주파수 탐침기(200)에서, 각 도파관(210,220)에는 유전체 튜브(230)가 외장되어 있다. 유전체 튜브(230)는 알루미나 또는 수정으로 이루어져 비교적 고온의 플라즈마(2000)로부터 각 도파관(210,220)을 보호하고, 각 안테나(210a,220a)가 위치한 전자파공급 단부 이외에 도파관(210,220)의 여타 부위가 노이즈, 열에 의해 영향을 받지 않도록 구비된 것이다. 각 도파관(210,220)이 병설된 것과는 달리 단일의 유전체 튜브(230)가 사용된 구조이다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 탐침기(200)의 이송상태를 도시한 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 탐침기(200)의 타측에는 이송부(500)가 연결되어 있다.
이송부(500)는, 이동로드(510a) 및 삽입된 이동로드(510a)를 유압력으로 밀어내거나 잡아당기는 유압실린더(510)와, 유압실린더(510)에 유압력을 제공하는 유압공급기(520)로 구성된다.
이 때 유압공급기(520)의 전원공급회로는 인터페이스 장치(610)를 통해 컴퓨터(600)에 연결되어 있다. 따라서 컴퓨터(600)의 지령에 따라 유압공급기(520)에서 유압이 유압실린더(510)에 공급되고, 이동로드(510a)에 의해 주파수 탐침기(200)가 이송될 수 있다. 주파수 탐침기(200)는 챔버(100) 측부의 가이드 구조에 의해 가이드되어 단일 축선방향을 이송하게 된다.
이에 따라 이송과 더불어 전자파를 송/수신하는 구조가 마련되며, 이 때 챔버(100) 내부의 특정 지점에서 주파수의 세기를 최저에서 최고까지 바꿔가며 컷오프 주파수를 측정하고, 다음 위치로 이송하여 컷오프 주파수를 측정하는 등의 이송과 전자밀도의 측정이 병행될 경우 플라즈마(2000)의 전자밀도의 공간분포를 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 및 모니터링 장치(1000)로 분석된 주파수에 관한 그래프도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, X축은 주파수 대역(Hz 단위)이고, Y축은 수신안테나(220a)에 수신된 전자파(a.u.단위)의 진폭이다. 주파수의 세기가 커질수록 진폭이 커지다가 약 1.5 ×109Hz 정도의 주파수 세기에서 작아지면서 2.5 ×109Hz 정도의 주파수 세기 영역에서 최소가 됨을 알 수 있다.(화살표식으로 표시된 부위) 이와 같이 수신된 전자파를 주파수 대역 대비 진폭으로 나타낸 것에서 가장 낮은 진폭을 나타내는 부분이 컷오프 주파수이다.
상기 컷오프 주파수는 앞에서 언급된 바와 같이, 송신안테나(210a)에서 플라즈마(2000)에 전자파를 방사하였을 경우 플라즈마(2000)를 투과하지 못하는 대역의 주파수이다. 이에 따라 수신안테나(220a)에서 이를 수신하지 못하거나 매우 약한 신호만 수신이 되는데, 이러한 컷오프 주파수가 플라즈마(2000)의 전자밀도를 검출하는데 지표로서 기능한다.
본 발명에서는, 전자파 발생기(300)에서 전자파가 발생되고, 전자파는 제 1도파관(210)을 통해 송신안테나(210a)에 세기별로 계속 송출되어 플라즈마(2000)에 방사된다.
상기 방사되는 전자파는 수신안테나(220a)에서 계속 수신되고, 제 2도파관(220)에 연결된 주파수 분석기(400)에 송출되어 주파수 대역별로 스캔된다. 이러한 스캔 데이터는 컴퓨터(600)로 전송되어 도 4와 같은 그래프로 표시되며, 스캔 종료 후 가장 낮은 진폭의 주파수 대역으로 상기 그래프에 표시되는 것이 컷오프 주파수이다.
도 5는 본 발명에 따른 모니터링 장치(1000)로 측정한 전자밀도에 관한 그래프도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, X축은 플라즈마(2000)의 이온 가속화에 소요되는 플라즈마발생 소요전력(Watt 단위)으로 약 50Watt ∼ 500Watt 정도까지의 전력공급 범위가 표시되어 있다. Y축은 플라즈마(2000)의 전자밀도(㎝-3단위)인데, 약 100Watt ∼ 500Watt 정도 범위의 소요전력 대비 전자밀도가 표시되어 있다. 소요전력이 커질수록 이온화가 가속되기 때문에, 플라즈마(2000)의 전자밀도 또한 증가됨을 알 수 있다.
상기 플라즈마발생 소요전력은, 플라즈마(2000)의 전자밀도를 증가시키는 인자이며, 이에 따라 챔버(100) 내의 플라즈마(2000)의 전자밀도는 계속적으로 변화된다.
전자파 발생기(300)에서는 일정한 주파수 대역폭을 정하고 그 안에서 주파수 세기별로 전자파를 발생시킨다. 그리고 송신안테나(210a)를 통해 방사함으로써, 이러한 플라즈마(2000)의 전자밀도 변화에 대응하여 당해 전자밀도별 컷오프 주파수를 검출할 수 있다. 이는 시간별로 전자밀도가 변화됨에 따라 역시 당해 시간별 전자밀도의 검출이 가능함으로 결국 전자밀도의 실시간 모니터링의 구현이 가능하다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치(1000)에서, 챔버(100)의 측부로 이송부(500)가 결합된 1개의 주파수 탐침기(200)가 실장된 구조가 예시되고 있다. 하지만 이외에, 챔버(100)의 측부, 상부, 하부로 각 주파수 탐침기(200)가 수직 실장되고 각 주파수 탐침기(200) 별로 이송부(500)가 결합되어 챔버(100) 내 각축방향으로 주파수 탐침기(200)가 이송되면서 X-Y-Z축의 3차원 전자밀도 공간분포를 측정하는 구조도 본 발명에 속함은 물론이다.
또한 전자파 송수신 수단으로 주파수 탐침기(200)가 예시되고 있지만 이외에, 전자파를 송신 및 수신하는 안테나 구조의 루프 안테나, 슈퍼턴스타일 안테나, 야기 안테나, 파라볼라 안테나 등에서 선택하여 사용할 수 있는 등 플라즈마(2000)의 전자밀도 측정에 있어 안테나 구조를 사용하여 전자밀도별 고유주파수인 컷오프 주파수를 측정하는 구조는 본 발명에 포함될 수 있다.
그리고 이송부(500)로서 유압력을 구동력으로 이용되는 유압실린더(510) 구조가 예시되고 있지만 이외에, 공압실린더, 스텝모터를 구동원으로 하여 랙이 주파수 탐침기(200)의 타측에 결합되고 피니언이 스텝모터에 결합되는 구조 등으로 대체하여 사용할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치에 의하면, 플라즈마 전자밀도를 전자밀도별 고유주파수의 검출로 측정할 수 있는 구조임에 따라 반도체 제조공정의 박막 플라즈마화학증착법, 건식 식각공정에서의 플라즈마 공정장비에 적용하여 사용할 수 있는 특징이 있다.
또한 플라즈마 전자밀도의 시간별 모니터링 장비로서 사용할 수 있기 때문에, 즉각적인 공정장비 상태의 체크가 가능하여 보다 신뢰성 있는 공정장비로서의 활용이 가능한 효과가 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (4)

  1. 전자밀도의 변화가 있는 플라즈마(2000)를 내포한 챔버(100);
    상기 플라즈마(2000)의 밀도와 방사되는 전자파의 주파수가 상관관계를 갖도록 상기 챔버(100)에 일측이 실장되는 안테나 구조의 전자파 송수신수단;
    상기 전자파 송수신수단으로 소정대역의 각 주파수별 전자파가 연속 방사되도록 상기 전자파 송수신수단에 전기적으로 연결되는 전자파 발생기(300);
    상기 전자파 송수신수단으로 수신되는 전자파의 주파수를 스캔하여 진폭별로 분석하도록 상기 전자파 송수신수단에 전기적으로 연결되는 주파수 분석기(400); 및
    상기 전자파 발생기(300) 및 주파수 분석기(400)에 인터페이스 장치(610)로 연결되어 상기 전자파의 주파수별 송출을 지령하고, 분석된 전자파의 주파수와 상기 전자밀도의 상관관계를 연산으로 도출하는 컴퓨터(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전자파 송수신수단은, 상기 전자파 발생기(300)에 전기적으로 연결되는 제 1도파관(210) 및 상기 제 1도파관(210)과 병설되고 상기 주파수 분석기(400)에 전기적으로 연결되는 제 2도파관(220)과,
    상기 제 1도파관(210)의 일단에 동축선상으로 연결되어 전자파를 방사하는 송신안테나(210a) 및 상기 제 2도파관(220)의 일단에 동축선상으로 연결되어 전자파를 수신하는 수신안테나(220a)를 포함하는 구조의 주파수 탐침기(200)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 주파수 탐침기(200)에는, 상기 주파수 탐침기(200)가 상기 챔버(100) 내에서 이송되도록 타측에 동축선상으로 결합되는 이동로드(510a)와,
    상기 이동로드(510a)의 이동이 강제될 수 있도록 결합되는 유압실린더(510) 및
    상기 주파수 분석기(400)에 연동하여 상기 유압실린더(510)에 유압이 공급되도록 상기 유압실린더(510)에 배관되며 전원공급회로가 상기 인터페이스 장치(610)로 상기 컴퓨터(600)에 연결되는 유압공급기(520)를 포함하는 이송부(500)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 주파수 탐침기(200)에는, 상기 각 도파관(210,220)에 단일 외장되는 유전체 튜브(230)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전자밀도 측정 및 모니터링 장치.
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