KR20100106088A - 플라즈마 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 장치의 전극에 직접 바이어스 신호를 인가하여 발생한 고조파 성분을 분석하여 플라즈마 상태를 진단하는 플라즈마 진단장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 플라즈마 장치에서 플라즈마를 발생 및 유지시키는 상부전극 또는 하부전극에 기본파를 인가하고, 인가된 기본파에 의해 전극의 쉬스(sheath)에서 발생하는 전류의 각 주파수별 성분의 크기를 산출하여 플라즈마의 특성과 이온 및 전자 분포를 알아내고, 전극의 쉬스(sheath)에 의해 발생하는 전압의 dc성분을 측정하여 플라즈마의 선택비를 간접적으로 추정하며, 고주파 전원부에 의해 인가되는 RF신호가 플라즈마의 상태를 진단하는 분석부로 전달되는 것을 차단하기 위해 저역통과필터를 구비하므로 측정시스템의 손상을 방지할 수 있으며, 탐침을 챔버 내부로 삽입하지 않고도 플라즈마의 상태를 분석할 수 있어 생산라인에서 실시간 사용이 가능하다.

Description

플라즈마 진단장치{PLASMA DIAGNOSTIC APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 진단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마의 특성과 이온 및 전자 분포를 분석하여 플라즈마의 상태를 진단하는 플라즈마 진단장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정 시 고주파 전력을 통해 발생된 플라즈마를 이용하여 박막을 형성하거나 제거하는 플라즈마 장치가 널리 사용되고 있다.

플라즈마 장치는 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 경우, 웨이퍼에 형성된 불순물 영역 내의 불순물들이 더이상 확산하지 않는 저온에서 공정을 진행할 수 있다는 점과, 대구경의 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께 균일도가 우수하다는 점과, 박막을 에칭할 경우 웨이퍼 전체에 걸쳐서 에칭 균일도(etch uniformity)가 우수하다는 점 때문에 널리 적용되고 있다.

이러한 플라즈마 장치는 처리 공간 내의 이온 에너지 분포의 균일성이 매우 중요한 요소로 작용한다. 특히 플라즈마를 이용한 식각 장치에 있어서 플라즈마 내의 라디칼(radical)에 의한 화학적 반응뿐만 아니라 높은 에너지의 이온 포격으로 인한 물리적 반응을 통해 식각이 이루어진다. 따라서, 이온 에너지 분포가 불균일 할 경우 국부적으로 과도한 식각이 진행되어 하부패턴에 손상을 주게 되고, 일부에서는 식각이 이루어지지 않는 문제가 초래된다. 이에 플라즈마 장치에서 발생되는 이온의 에너지 분포를 측정하여 개선하기 위한 연구가 활발히 진행중이다.

한편, 이러한 플라즈마 장치의 플라즈마 내의 각 변수를 측정하여 플라즈마의 특성과 이온 및 전자 분포를 분석할 수 있는 장치로 가장 광범위하게 사용되는 것이 랑뮤어 탐침(Langmuir probe)이다. 이러한 랑뮤어 탐침은 단일 탐침과 이중 탐침 그리고 삼중 탐침이 있다. 랑뮤어 탐침은 금속으로 이루어진 탐침을 플라즈마에 삽입하고 탐침에 전압을 인가하여 탐침에 흐르는 전류를 측정함으로서 전류-전압 특성 곡선을 구할 수 있다. 이렇게 구한 전류-전압 곡선에서 전자 포화전류와 이온 포화전류 그리고 전자온도 및 플라즈마 전위 등의 정보를 얻을 수 있게 된다. 이 방법 자체는 간단하지만 전류-전압 곡선을 구해야 하고 플라즈마 정보를 얻기 위해서는 별도의 신호처리를 거쳐야 하며, 플라즈마 내에서 많은 전하를 뽑아내므로 섭동(Perturbation)을 많이 주게 되어 실시간으로 플라즈마를 분석하는 것이 불가능하다.

본 발명의 일측면에 의하면 플라즈마 진단장치의 챔버 내부로 탐침을 삽입하지 않고도 플라즈마의 상태를 분석할 수 있는 플라즈마 진단장치를 제시하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면 소스 전원에 의해 인가되는 RF신호가 플라즈마의 상태를 진단하는 분석부로 전달되는 것을 방지하는 방법을 제시하고자 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면 전극의 쉬스(sheath)에 의한 전압의 dc성분을 측정하여 플라즈마의 선택비를 간접적으로 추정하는 방법을 제시하고자 한다.

이를 위한 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치는 플라즈마를 생성 및 유지하는 전극을 구비한 챔버부;와 상기 전극에 기본파를 인가하는 신호인가부;와 상기 기본파에 의해 상기 전극의 쉬스(sheath)에서 발생하는 전류의 각 주파수 별 성분의 크기를 산출하는 분석부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전극에는 고주파 신호를 전송하는 고주파 전원부가 연결되며, 상기 고주파 신호가 상기 분석부에 전송되는 것을 차단하는 저역통과필터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 기본파에 의해 상기 전극에는 쉬스 전압이 발생하며, 상기 쉬스(sheath) 전압의 dc성분을 검출하는 Vdc디텍터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 Vdc디텍터는 복수 개의 저항과 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하며, 상기 복수 개의 저항에 분배되는 전압 중 어느 하나의 전압을 측정하여 상기 쉬스 전압의 dc성분을 검출하는 것이 바람직하다.

상기 Vdc에 따라 상기 플라즈마의 선택비를 추정하며, 상기 분석부에서 산출한 전류의 각 주파수별 성분의 크기로 전자밀도 및 전자온도를 계산하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전극의 쉬스에 의해 발생하는 전류의 직류 성분을 차단하는 차단 커패시터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분석부는 상기 전극에 직렬로 연결된 전류검출저항;과 상기 전류검출저항 양단의 전압을 검출하여 상기 전류의 크기를 검출하고 상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 차동증폭기; 및 상기 변환된 전압을 주파수별로 나누어 출력하는 FFT부;를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 본 발명의 일측면에 의하면 플라즈마 장치의 챔버 내부로 탐침을 삽입하지 않고도 플라즈마의 상태를 분석할 수 있어 생산라인에서 실시간으로 플라즈마의 진단이 가능하고, 저역통과필터를 구비하여 소스 전원에 의해 인가되는 RF신호가 플라즈마의 상태를 진단하는 분석부에 전송되는 것을 막을 수 있으므로 측정시스템의 손상을 방지할 수 있으며, 전극의 쉬스에 의한 전압의 dc성분을 측정하므로 플라즈마의 선택비를 간접적으로 추정할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 진단장치는 내부에 플라즈마를 이용한 소정의 공정이 진행되며 상부전극(3) 및 하부전극(6)을 포함하는 챔버부(10)와, 챔버부(10) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성부(20)와, 하부전극(6)에 바이어스를 인가하는 바이어스 인가부(30)와, 하부전극(6)에 직접 연결되어 기본파를 인가하는 신호 인가부(40)와, 하부전극(6)의 쉬스(sheath)에 의해 발생하는 전류의 고조파 성분을 분석하는 분석부(50)와, 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전류의 dc성분을 차단하는 차단 커패시터(60)와, 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전압의 dc성분 즉, V_dc를 측정하는 V_dc 디텍터(70)와, 분석부(50)에서 분석한 전류의 고주파 성분 및 V_dc 디텍터(70)에서 측정한 V_dc에 관한 정보를 기초로 전자온도, 전자밀도 및 선택비를 추정하는 제어부(80)와, 고주파 전원부(13)에서 상부전극(3)으로 전송되는 RF신호가 분석부(50)에 전송되는 것을 방지하는 저역통과필터(90)를 포함할 수 있다.

챔버부(10)는 접지되어 있으며, 식각가스가 챔버부(10)의 가스유입구(미도시)를 통해 내부로 유입되며 가스배출구(미도시)를 통해 외부로 배출된다. 그리고, 챔버부(10)에는 상부전극(3)과 하부전극(6)이 대향 배치되어 있다.

한편, 챔버부(10) 내부에 배치된 상부전극(3)은 도전성 재료로 이루어진 평 판 형상이며, 전극의 역할은 물론 외부로부터 공급되는 공정가스가 챔버부(10) 내부로 균일하게 공급될 수 있도록 확산시켜 주는 역할을 하는 것으로서, 반도체 제조 설비의 각 공정에 적합하게 다양한 재질 및 구조로 사용될 수 있다. 그리고, 챔버부(10) 내부에 배치된 하부전극(6)은 상면에 웨이퍼(W,9)가 탑재되는 정전척의 역할은 물론 전극으로도 사용된다.

플라즈마 생성부(20)는 고주파 전원부(13)와, 고주파 전원의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부(16)를 포함하며, 임피던스 매칭된 고주파를 상부전극(3)에 인가하면 챔버부(10) 내부에 플라즈마가 발생한다. 한편, 플라즈마 생성부(20)로는 고주파 전력을 사용하는 유도결합형 플라즈마 발생장치(ICP : Inductively Coupled Plasma)와, 용량성 결합에 의한 플라즈마 발생장치(CCP : Capacitively Coupled Plasma)와, 이 두 가지 타입을 조합한 하이브리드 타입의 플라즈마 발생장치 등이 있으며, 마이크로파를 이용한 장치로 ECR(Electron Cyclotorn Resonance)플라즈마 발생장치 등을 사용할 수 있다.

바이어스 인가부(30)는 소정의 저주파 바이어스 신호를 생성하는 저주파 전원부(36)와, 바이어스 신호의 임피던스를 매칭시켜 하부전극(6) 즉, 정전척에 임피던스 매칭된 저주파를 전달하는 임피던스 매칭부(33)를 포함한다.

신호 인가부(40)는 하부전극(6)에 직접 연결되어 수십 KHz의 기본파를 인가하여 쉬스(sheath)에 의한 고조파 발생을 유도한다. 즉, 본 발명에서는 플라즈마-쉬스(sheath)의 비선형성을 이용하여 플라즈마를 진단하게 되는데, 이에 대해 간단히 설명한다.

플라즈마 에칭 공정 시 기판 표면에서의 쉬스에 의해 에너지를 얻은 이온의 포격은 식각율, 선택비 및 기판 표면 손상 등과 관련하여 중요한 작용을 하게 된다. 이러한 쉬스는 플라즈마와 접속하는 표면에서 생기는 양전하 공간을 지칭하는 것으로서, 하전입자의 밀도는 적으며 전기적으로 중성이고 그로우(grow)도 관찰되지 않는 영역을 지칭한다. 이는 플라즈마의 전기적 차폐를 위한 차폐층을 지칭하기도 한다. 또한, 쉬스는 플라즈마와 접촉하는 기판의 표면에 이온보다 속도가 빠른 전자들이 먼저 도달하게 되어 표면이 음전하를 띠게 되고, 이에 따라 표면 근처가 양전하로 대전된다. 따라서, 쉬스 내에서는 이러한 전위차로 인해 이온이 가속화된다. 한편, 에칭 공정 시 웨이퍼 표면에 블로킹 커패시터 첨가로 높은 네거티브 바이어스 쉬스를 생성하여 기판으로 입사되는 이온 에너지를 증가시킬 수 있다. 이러한 쉬스의 전압 강하는 플라즈마 전위와 전극에 걸리는 바이어스 전위의 차를 나타내는 것으로서 기판에 입사하는 이온은 상술한 쉬스 강하 전위차로 인해 에너지를 얻게 된다. 그러나 전극의 바이어스 전위가 시간에 따라 변하기 때문에 이에 해당하는 플라즈마 전위도 시간에 따라 변화하게 된다. 또한, 전극의 전위 변화에 따라 쉬스 강하 전위차가 변화되고, 쉬스 강하 전위차의 변화는 이온 에너지 분포를 변화시키게 된다. 그러므로, 실제 바이어스 전위 변화에 따른 플라즈마 전위를 측정하는 것이 이온 에너지 분포 변화를 측정하기 위해 중요한 인자가 된다.

분석부(50)는 하부전극(6)에 인가된 기본파에 의해 전극의 쉬스에서 발생한 고조파를 분석한다. 즉, 쉬스에서 발생한 고조파는 밀도정보와 온도정보를 포함하고 있기 때문에 전류의 크기를 정확하게 측정하여 동일 주파수의 전압신호로 변환 하여 제어부(80)로 전송한다. 이 실시예에서는 소정의 저항값을 갖는 전류검출저항(53)을 하부전극(6)에 직렬로 연결하여 쉬스에 의해 발생한 전류 크기에 비례하는 전위차가 전류검출저항(53)의 양단에 생기도록 한다. 그리고, 이 전위차를 차동증폭기(56)를 이용하여 측정하면 전류의 크기를 알 수 있다. 이 때, 전류의 크기가 작은 경우에도 적절한 크기의 저항 및 대역폭을 갖는 차동증폭기(56)를 선택함으로서 전류의 크기를 정확하게 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 전류는 전압 Vout으로 변환되어 출력된다. 이렇게 출력된 Vout은 주파수 측정부(59)에 의해 주파수별로 나누어지며, 주파수 측정부(59)의 일 예로 FFT부(Fast Fourier Transform)를 적용할 수 있다. FFT부는 진동주파수 w와 2w 그리고 고조파 성분들을 주파수별로 정확하게 분리해낼 수 있다. 또한, 디지털로 신호를 처리하므로 잡음에도 강하다는 장점이 있다.

차단 커패시터(60)는 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전류의 직류성분이 분석부(50)에 전송되는 것을 방지한다.

V_dc 디텍터(70)는 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전압의 dc성분 즉, V_dc를 측정한다. 즉, 하부전극(6)에 기본파를 인가하면 쉬스에 의해 발생한 고조파의 dc성분은 차단 커패시터(60)에 의해 차단되고, R₁(72) 및 R₂(74)에 V_dc가 저항 전압분배로 나누어 걸리게 된다. 예를 들면, V_dc가 4kv이고 R₁(72)이 99Ω이고 R₂(74)가 1Ω일 경우 R₂(74)에 걸리는 전압은 4kv * 1/(99+1) = 40v가 된다. 상술한 방식으로 R₂(74)에 걸리는 전압을 전압측정기(78)가 측정하여 제어부(80)에 전송한다. 한편, R₂(74)에 병렬로 연결된 커패시터(76)는 R₂(74)에 걸리는 전압을 일정 수준에서 안정적으로 유지할 수 있도록 하며, 전압이 변경되는 오차를 줄일 수 있도록 한다. 한편, 전압측정기(78)는 메터기와 같은 측정 수단을 포함하며, V_dc의 크기가 매우 클 경우 전압측정기(78)가 측정할 수 있는 범위 내에서 전압을 측정하기 위해서 복수 개의 저항에 전압을 분배시키고, 분배된 전압 중 작은 전압을 측정하여 V_dc를 계산하게 된다.

제어부(80)는 분석부(50)에서 분석한 전류의 고주파 성분 및 V_dc 디텍터(70)에서 측정한 V_dc에 관한 정보를 기초로 전자온도, 전자밀도 및 선택비를 추정하게 된다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

신호 인가부(40)에서 하부전극(6)에 직접적으로 기본 주파수의 사인파 전압을 인가하면 하부전극(6) 즉, 정전척을 통하여 흐르는 전류는 아래와 같이 주어진다.

i_esc = i⁺ - i^- exp[(V_B - V_P)/T_e]

여기서 i_esc는 정전척에 흐르는 전류이고 i⁺ ,i^-는 각각 이온 포화전류, 전자 포화전류로 각각

i⁺ = 0.61e*n_i*u_B*A(n_i:이온밀도 u_B:Bohm 속도 A:정전척 면적)

i^- = 1/4e*n_e*v_e*A(n_e:전자밀도 v_e:전자속도)

로 주어지며, V_esc ,V_P ,T_e 는 각각 정전척 전위, 플라즈마 전위, 전자온도를 나타낸다. 따라서, 정전척 전위 V_esc를 V_esc = V' + V₀coswt로 주는 경우 정전척에 흐르는 전류는,

i_esc = i⁺- i^-exp[(V'-V_P)/T_e]exp[V₀/T_ecoswt]

로 주어진다. 여기서, v'는 부유전위이다.

상기 전압을 수정 베젤(modified Besssel)함수를 이용하여 전개하면,

iesc = i⁺-i^-exp[(V'-V_P)/T_e](I₀(V₀/T_e))-i^-exp[(V'-V_P)/T_e]

= i_dc + i_AC

와 같이 직류전류와 교류전류로 나눌 수 있다. 이 때, 블록 커패시터에 의해 직류전류는 흐를 수 없게 되므로 위의 식에서,

i_dc = i⁺-i^-exp[(V'-V_P)/T_e](I₀(V₀/T_e)) = 0

이 되며, 위 식을 로그를 취해서 정리하면 다음과 같이 된다.

(V'-V_P)/T_e + log(I₀(V₀/T_e)) = log(I⁺/I^-)

신교류전류는

i_AC=-2i^-exp[(V'-V_P)/T_e][I₁(V₀/T_e)cos(wt)+I₂(V₀/T_e)cos(2wt)+I₃(V₀/T_e)

cos(3wt)+0]

= -2i^-exp[(V'-V_P)/T_e][i_w+i_2w+i_3w+0]

와 같이 주어진다.

그러므로 탐침에 흐르는 전류의 w와 2w성분의 크기를 비교하면,

i_w/i_2w = I₁(V₀/T_e)/(I₂(V₀/T_e)) ≒ 4T_e/V₀ (when V₀<T_e)

와 같이 주어지므로 전류의 w와 2w 성분의 크기를 측정하여 전자온도 T_e를 알아낼 수 있다.

또한, 전자밀도를 구해보면,

차단 커패시터를 삽입한 경우에는 직류전류의 크기는 0이어야 하므로 상기 식으로부터

i⁺ = i^-exp[(V'-V_P)/T_e](I₀(V₀/T_e))

가 되고, 대표적으로 첫번째 주파수 w성분의 전류의 크기는,

i_w = -2i^-exp[(V'-V_P)/T_e]I₁(V₀/T_e)

= -2i⁺(I₁(V₀/T_e)/(I₀(V₀/T_e)))≒-i⁺(V₀/T_e) = -0.61en_iu_BA(V₀/T_e)

로 주어지므로 플라즈마의 이온밀도 n_i는 근사적으로

n_i ≒ i_wT_e/(0.61eu_BAV₀)

임을 알 수 있다.

한편, 상술한 전자온도 및 전자밀도를 유도하는 과정은 공지기술이며, 한국등록특허 제10-0784824에 상세히 설명되어 있다. 다만, 본 실시예에서는 부유탐침을 사용하지 않고 하부전극(6) 즉, 정전척에 직접 기본파를 인가하여 고조파를 발생시킨다는 점에서 차이가 있으며, 분석부(50)에 RF신호가 전달되는 것을 방지하기 위해 저역통과필터(90)를 사용한다는 점과, V_dc를 측정하는 V_dc 디텍터(70)를 구비한다는 점에서 선행기술과 확연히 구별되는 차이가 있다.

또한, 선택비를 간접적으로 추정하는 방법을 알아보면, 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전압의 dc성분 즉, V_dc를 측정하고, 측정된 V_dc의 크기에 대해 반비례 성향을 가진 선택비를 간접적으로 추정할 수 있는데, 이에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.

저역통과필터(90)는 고주파 전원부(13)에서 챔버부(10) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상부전극(3)에 전송한 RF신호가 하부전극(6)을 통하여 분석부(50)에 전송되는 것을 방지한다. 즉, 고주파 신호가 플라즈마 측정 시스템에 전송되는 것을 차단하여 손상을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 1의 실시예에서는 하부전극(6)에 직접 기본파를 인가하여 발생한 고조파를 분석하여 플라즈마를 진단하였지만, 상부전극(3)에 직접 기본파를 인가하여 발생한 고조파를 분석하여 플라즈마를 진단하는 것도 가능함은 물론이다. 그리고, 상술한 수식은 하부전극(6)을 정전척으로 정의하고, 정전척에 발생하는 전류 및 전압을 기준으로 수식을 전개하였지만 상부전극(3)에 기본파를 인가하여 플라즈마의 상태를 진단하는 경우에는 상부전극(3)에 발생하는 전류 및 전압을 기준으로 수식을 전개한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하부전극에 흐르는 고조파의 크기를 도시한 그래프이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 신호 인가부(40)에서 하부전극(6)에 직접 기본파를 인가하면, 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전류의 고조파 성분을 분석부(50)에서 분석하게 되는데, 1차 고조파가 포화되면 2차 고조파가 증가함을 알 수 있고, 2차 고조파가 포화되면 3차 고조파가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 기존에 플라즈마 진단을 위해 사용되던 부유 탐침에 비해 하부전극(6)의 면적이 커서 많은 전류가 흘러 들어올 수 있기 때문에 생기는 현상이며, 1차 고조파, 2차 고조파 및 3차 고조파를 이용하여 플라즈마 특성을 실시간으로 모니터링 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 전자온도의 경우 전류의 고조파 성분의 비를 이용하여 구하게 되는데, 1차 고조파가 포화되는 경우에도 2차 고조파 및 3차 고조파의 비를 구하여 전자온도를 측정할 수 있다는 장점도 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치의 V_dc에 따른 선택비를 도시한 그래프이다.

도 3의 그래프는 800 sccm Ar plasma 30mT 환경 하에서 하부전극(6)의 쉬스에 의해 발생한 전압의 dc성분 즉, V_dc가 증가함에 따라 선택비가 감소하는 것을 측정한 그래프이며, 각 플라즈마 환경에 따라 V_dc - 선택비 그래프를 미리 실험에 의해 측정하고, 그 결과를 활용하면 플라즈마 진단장치에서 실시간으로 측정한 V_dc에 따라 플라즈마의 선택비를 간접적으로 추정할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치의 제어흐름도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 플라즈마 진단장치의 동작이 개시되면 신호 인가부(40)에서 하부전극(또는 상부전극)에 수십 KHz의 기본파를 인가한다.(s10)

다음으로, 기본파가 인가된 하부전극(6)에서는 쉬스에 의해 발생한 고조파가흐르게 되고, 분석부(50)는 하부전극에 흐르는 전류의 고조파 성분을 분석하며, V_dc 디텍터(70)는 하부전극(6)에서 쉬스에 의해 발생한 전압의 dc성분 즉, V_dc를 저항의 전압분배를 이용하여 측정한다.(s20 및 s30)

다음으로, 제어부(80)는 V_dc 디텍터(70)에서 측정한 V_dc로부터 선택비를 간접적으로 추정하며(도3참조), 하부전극의 진동주파수 w성분의 전류의 크기로부터 전자밀도 및 전자온도를 산출한다.(s40)

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치를 개략적으로 도시한 개념도

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하부전극에 흐르는 고조파의 크기를 도시한 그래프

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치의 V_dc에 따른 선택비를 도시한 그래프

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 진단장치의 제어흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

50 : 분석부 60 : 차단 커패시터

70 : V_dc 디텍터 80 : 제어부

90 : 저역통과필터

Claims (7)

1. 플라즈마를 생성 및 유지하는 전극을 구비한 챔버부;

   상기 전극에 기본파를 인가하는 신호인가부;

   상기 기본파에 의해 상기 전극의 쉬스(sheath)에서 발생하는 전류의 각 주파수 별 성분의 크기를 산출하는 분석부;를 포함하는 플라즈마 진단장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극에는 고주파 신호를 전송하는 고주파 전원부가 연결되며,

   상기 고주파 신호가 상기 분석부에 전송되는 것을 차단하는 저역통과필터;를 더 포함하는 플라즈마 진단장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기본파에 의해 상기 전극에는 쉬스(sheath) 전압이 발생하며,

   상기 쉬스(sheath) 전압의 dc성분을 검출하는 V_dc디텍터;를 더 포함하는 플라즈마 진단장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 V_dc디텍터는 복수 개의 저항과 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하 며,

   상기 복수 개의 저항에 분배되는 전압 중 어느 하나의 전압을 측정하여 상기 쉬스 전압의 dc성분을 검출하는 플라즈마 진단장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 V_dc에 따라 상기 플라즈마의 선택비를 추정하며,

   상기 분석부에서 산출한 전류의 각 주파수별 성분의 크기로 전자밀도 및 전자온도를 계산하는 제어부;를 더 포함하는 플라즈마 진단장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극의 쉬스에 의해 발생하는 전류의 직류 성분을 차단하는 차단 커패시터;를 더 포함하는 플라즈마 진단장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 분석부는 상기 전극에 직렬로 연결된 전류검출저항;

   상기 전류검출저항 양단의 전압을 측정하여 상기 전류의 크기를 검출하고 상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 차동증폭기; 및

   상기 변환된 전압을 주파수별로 나누어 출력하는 주파수 측정부;를 포함하는 플라즈마 진단장치.

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