KR20130047532A - Apparatus and method for treating substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판처리장치 및 임피던스매칭방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마공정 시 임피던스를 매칭하는 기판처리장치 및 임피던스매칭방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus and an impedance matching method, and more particularly, to a substrate processing apparatus and an impedance matching method for matching impedance during a plasma process.
플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마공정에서 플라즈마의 생성에는 고주파전력이 이용되므로 임피던스 정합(impedance matching)이 필수적이다. 임피던스 정합이란 효과적으로 전력을 전송하기 위하여 전력의 송신단과 수신단의 임피던스를 동일하게 조정하는 것으로, 플라즈마공정에서는 고주파전력을 제공하는 전원과 이를 전송받아 플라즈마를 생성 및 유지하는 챔버 간의 임피던스 정합이 요구된다.Impedance matching is essential because high frequency power is used to generate plasma in a plasma process in which a substrate is treated with plasma. Impedance matching is to adjust the impedance of the transmitting and receiving end of the power in the same way in order to effectively transmit power, the plasma process requires impedance matching between the power supply for providing high-frequency power and the chamber to generate and maintain the plasma.
플라즈마의 임피던스는 소스가스의 종류, 온도, 압력을 비롯한 다양한 변수에 의해 결정되므로, 챔버의 임피던스는 공정이 진행되는 동안 지속적으로 변화한다. 따라서, 플라즈마공정에서 임피던스의 정합은 커패시터나 인덕터로 구성되는 회로를 가진 매칭회로로 변화하는 챔버의 임피던스를 보상하는 방식으로 이루어진다.Since the impedance of the plasma is determined by various variables including the type, temperature, and pressure of the source gas, the impedance of the chamber changes continuously during the process. Therefore, the matching of the impedance in the plasma process is performed by compensating for the impedance of the chamber which is changed into a matching circuit having a circuit composed of a capacitor or an inductor.
그러나, 이와 같이 정전용량이나 유도용량을 조절하여 임피던스를 보상하는 응답속도에는 한계가 있기 때문에 임피던스 정합에 지연시간(time delay)이 발생한다. 특히 공정 초기에 플라즈마가 생성되면서 챔버의 임피던스가 큰 폭으로 변하는 경우에는 급격하게 변화하며, 이 경우 챔버의 임피던스에 빠르게 대응하지 못해 발생하는 반사파 등에 의해 챔버에 아크가 발생하고, 챔버 내 플라즈마의 밀도에 편차가 생긴다.However, since there is a limit in response speed for adjusting impedance by adjusting capacitance or inductance, a time delay occurs in impedance matching. Particularly, when the impedance of the chamber is changed to a large width as the plasma is generated at the beginning of the process, it rapidly changes. In this case, an arc is generated in the chamber due to the reflected wave generated by not responding quickly to the impedance of the chamber, and the density of the plasma in the chamber is increased. There is a deviation.
본 발명의 일 과제는, 신속하게 임피던스 정합을 수행하는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method for quickly performing impedance matching.
본 발명의 다른 과제는, 넓은 주파수 대역의 고주파전력에 대하여 임피던스 정합을 수행하는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method for performing impedance matching on a high frequency power of a wide frequency band.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-described problem, the objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings. .
본 발명은 기판처리장치를 제공한다.The present invention provides a substrate processing apparatus.
본 발명에 따른 기판처리장치의 일 양상은, 고주파전력을 발생시키는 고주파전원; 상기 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버; 상기 공정챔버의 변화하는 임피던스를 보상하는 매칭회로; 상기 공정챔버와 상기 매칭회로의 사이에 배치되어 상기 공정챔버의 임피던스를 감쇠시키는 트랜스포머;를 포함한다.One aspect of the substrate processing apparatus according to the present invention, a high frequency power source for generating a high frequency power; A process chamber performing a plasma process using the high frequency power; A matching circuit for compensating for the changing impedance of the process chamber; And a transformer disposed between the process chamber and the matching circuit to attenuate the impedance of the process chamber.
상기 트랜스포머는, 루트로프(Ruthroff) 트랜스포머일 수 있다.The transformer may be a Ruthroff transformer.
상기 루트로프트랜스포머는, 1:4 언언(unbalanced-to-unbalanced) 트랜스포머일 수 있다.The rootloft transformer may be a 1: 4 unbalanced-to-unbalanced transformer.
상기 기판처리장치는, 상기 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기; 반사전력을 측정하는 반사전력측정기; 및 상기 임피던스측정기 및 상기 반사전력측정기의 측정값에 근거하여 상기 매칭회로를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.The substrate processing apparatus includes an impedance measuring instrument for measuring impedance of the process chamber; A reflection power meter for measuring the reflection power; And a controller configured to control the matching circuit based on the measured values of the impedance measuring instrument and the reflected power measuring instrument.
상기 매칭회로는, 서로 병렬로 배치되는 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 각각 연결된 복수의 스위치;를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 측정값들에 근거하여 제어신호를 생성하고, 상기 매칭회로는, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 스위치를 개폐할 수 있다.The matching circuit includes a plurality of capacitors arranged in parallel with each other and a plurality of switches connected to the plurality of capacitors, wherein the controller generates a control signal based on the measured values, and the matching circuit includes: According to the control signal, the plurality of switches can be opened and closed.
상기 매칭회로는, 역L타입(inverse-L-type)의 회로일 수 있다.The matching circuit may be an inverse-L-type circuit.
상기 공정챔버는, 상기 플라즈마공정이 수행되는 공간을 제공하는 하우징 및 상기 고주파전력을 이용하여 상기 하우징에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기를 포함할 수 있다.The process chamber may include a housing providing a space in which the plasma process is performed and a plasma generator providing plasma to the housing using the high frequency power.
상기 플라즈마발생기는, 상기 하우징 내부에 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극을 포함하는 용량결합형플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma)발생기일 수 있다.The plasma generator may be a capacitively coupled plasma (CCP) generator including a plurality of electrodes spaced apart from each other in the housing.
상기 고주파전원, 상기 매칭회로, 상기 트랜스포머는, 복수이고, 상기 고주파전원은, 서로 다른 주파수의 고주파전력을 발생시키고, 상기 복수의 전극에는, 상기 서로 다른 주파수의 고주파전력이 인가되고, 상기 고주파전력이 인가되는 전극마다 상기 매칭회로 및 상기 트랜스포머가 연결될 수 있다. The high frequency power source, the matching circuit and the transformer are plural, and the high frequency power source generates high frequency power of different frequencies, and the high frequency power of different frequencies is applied to the plurality of electrodes. The matching circuit and the transformer may be connected to each of the applied electrodes.
본 발명은 임피던스매칭방법을 제공한다.The present invention provides an impedance matching method.
본 발명에 따른 임피던스매칭방법의 일 양상은, 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행하는 기판처리장치에서 임피던스를 매칭하는 방법에 있어서, 매칭회로와 공정챔버의 사이에 배치된 트랜스포머가 상기 플라즈마공정이 진행되는 동안 변화하는 공정챔버의 임피던스를 감쇠하고, 상기 매칭회로가 상기 감쇠된 임피던스를 보상하여 임피던스 정합을 수행한다.One aspect of the impedance matching method according to the present invention is a method of matching impedance in a substrate processing apparatus that performs a plasma process using high frequency power, wherein the transformer disposed between the matching circuit and the process chamber is a plasma process. The impedance of the process chamber that changes during the process is attenuated, and the matching circuit compensates for the attenuated impedance to perform impedance matching.
상기 트랜스포머는, 1:4 트랜스포머이고, 상기 매칭회로는, 상기 공정챔버의 임피던스의 변화량의 1/4를 보상하여 임피던스 정합을 수행할 수 있다.The transformer may be a 1: 4 transformer, and the matching circuit may perform impedance matching by compensating for 1/4 of the change in impedance of the process chamber.
본 발명에 의하면, 매칭회로가 트랜스포머를 통해 감쇠된 임피던스 변화량을 보상함으로써, 공정챔버에서 임피던스가 큰 폭으로 변하더라도 신속하게 매칭이 가능하다.According to the present invention, the matching circuit compensates the amount of impedance change attenuated through the transformer, so that the matching circuit can be quickly matched even if the impedance varies greatly in the process chamber.
본 발명에 의하면, 임피던스 정합이 신속하게 이루어지므로 지연시간이 감소되고, 반사파를 제거되어 공정챔버에서 아크 방전 등을 제거할 수 있어 공정효율이 증대된다.According to the present invention, since the impedance matching is made quickly, the delay time is reduced, and the reflected wave can be removed to remove arc discharge from the process chamber, thereby increasing the process efficiency.
본 발명에 의하면, 루트로프트랜스포머를 이용하므로, 넓은 대역폭의 다양한 주파수의 고주파전력에 대하여 임피던스를 정합할 수 있다.According to the present invention, since the root loft transformer is used, impedances can be matched to high frequency power of various frequencies having a wide bandwidth.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and the effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 기판처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 기판처리장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 도 2의 매칭회로의 일 실시예의 회로도이다.
도 4는 도 2의 매칭회로의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 도 2의 매칭회로의 또 다른 실시예의 회로도이다.
도 6은 도 2의 트랜스포머의 일 실시예의 회로도이다.
도 7은 도 6의 트랜스포머의 평면도이다.
도 8은 도 6의 트랜스포머가 복수개 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 9는 도 6의 트랜스포머에 의한 전류의 변화에 관한 그래프이다.
도 10은 도 6의 트랜스포머에 의한 전압의 변화에 관한 그래프이다.
도 11는 도 6의 트랜스포머에 의한 임피던스의 변화에 관한 그래프이다.
도 12 내지 도 14는 도 1의 기판처리장치의 변형예들의 구성도이다.
도 15는 도 14의 기판처리장치에서 임피던스의 정합을 도시한 그래프이다.1 is a schematic view of a substrate processing apparatus.
2 is a configuration diagram of an embodiment of the substrate processing apparatus of FIG. 1.
3 is a circuit diagram of an embodiment of the matching circuit of FIG. 2.
4 is a circuit diagram of another embodiment of the matching circuit of FIG.
5 is a circuit diagram of another embodiment of the matching circuit of FIG.
6 is a circuit diagram of one embodiment of the transformer of FIG.
7 is a plan view of the transformer of FIG. 6.
FIG. 8 is a diagram illustrating that a plurality of transformers of FIG. 6 are connected.
FIG. 9 is a graph illustrating a change in current by the transformer of FIG. 6.
FIG. 10 is a graph illustrating a change in voltage by the transformer of FIG. 6.
FIG. 11 is a graph illustrating a change in impedance by the transformer of FIG. 6.
12 to 14 are configuration diagrams of modified examples of the substrate processing apparatus of FIG. 1.
FIG. 15 is a graph illustrating impedance matching in the substrate processing apparatus of FIG. 14.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.The terms and accompanying drawings used herein are for the purpose of illustrating the present invention easily, and the present invention is not limited by the terms and drawings.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.The detailed description of known techniques which are not closely related to the idea of the present invention among the techniques used in the present invention will be omitted.
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 관하여 설명한다.Hereinafter, the
기판처리장치(100)는 플라즈마공정을 수행한다. 플라즈마공정은 플라즈마증착공정, 플라즈마식각공정, 플라즈마애싱공정, 플라즈마클리닝공정 등일 수 있다. 이러한 플라즈마공정에서 플라즈마는 소스가스에 고주파전력을 가하여 형성될 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 기판처리장치(100)는 상술한 예 이외에도 다양한 플라즈마공정을 수행할 수 있다. The
한편, 여기서 기판은 반도체소자나 평판디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다. On the other hand, the substrate here is a comprehensive concept including both a semiconductor device, a flat panel display (FPD) and other substrates used in the manufacture of articles having a circuit pattern formed on a thin film.
도 1은 기판처리장치(100)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a
도 1을 참조하면, 기판처리장치(100)는 공정챔버(1000), 고주파전원(2000), 임피던스매칭장치(3000) 및 전송라인(110)을 포함할 수 있다. 공정챔버(1000)는 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행한다. 고주파전원(2000)은 고주파전력을 발생시키고, 전송라인(110)은 고주파전원(2000)과 공정챔버(1000)를 연결하여 공정챔버(1000)에 고주파전원을 전송한다. 임피던스매칭장치(3000)는 고주파전원(2000)과 공정챔버(1000) 간에 임피던스를 매칭한다.Referring to FIG. 1, the
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 일 실시예에 관하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the
도 2는 도 1의 기판처리장치(100)의 일 실시예의 구성도이다.2 is a configuration diagram of an embodiment of the
공정챔버(1000)는 하우징(1100) 및 플라즈마발생기(1200)를 포함한다. The
하우징(1100)은 플라즈마공정이 수행되는 공간을 제공한다. The
플라즈마발생기(1200)는 하우징(1100)으로 플라즈마를 제공한다. 플라즈마발생기(1200)는 소스가스에 고주파전력을 가하여 플라즈마를 생성한다. The plasma generator 1200 provides a plasma to the
플라즈마발생기(1200)로는 용량결합형플라즈마발생기(CCPG: capacitively coupled plasma generator, 1200a)가 사용될 수 있다. 용량결합형플라즈마발생기(1200a)는 하우징(1100)의 내부에 위치하는 복수의 전극을 포함할 수 있다. As the plasma generator 1200, a capacitively coupled plasma generator (CCPG) 1200a may be used. The capacitively coupled
예를 들어, 용량결합형플라즈마발생기(1200a)는 제1전극(1210)과 제2전극(1220)을 포함할 수 있다. 제1전극(1210)은 하우징(1100) 내부의 상부에 배치되고, 제2전극(1220)은 하우징(1100) 내부의 하부에 배치되며, 제1전극(1210)과 제2전극(1220)은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극(1210, 1220) 중 어느 하나에 전송라인(110)을 통해 고주파전력이 인가되고, 다른 하나는 접지되어 그라운드될 수 있다. 고주파전력이 인가되면, 제1전극(1210)과 제2전극(1220) 사이에 축전전기장이 형성된다. 양 전극(1210, 1220) 사이에 있는 소스가스는 축전전기장으로부터 전기에너지를 받아 이온화되고, 플라즈마상태가 될 수 있다. 한편, 이러한 소스가스는 외부의 가스공급원(미도시)로부터 하우징(1100)으로 유입될 수 있다. For example, the capacitively coupled
고주파전원(2000)은 고주파전력을 발생시킨다. 여기서, 고주파전원(2000)은 고주파전력을 펄스모드로 발생시킬 수 있다. 고주파전원(2000)은 특정 주파수의 고주파전력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 고주파전원(1000)은 2Mhz, 13.56Mhz, 100Mhz 주파수의 전력을 발생시킬 수 있다. 물론, 고주파전원(2000)은 상술한 주파수 이외의 다른 주파수의 고주파전력을 발생시킬 수도 있다.The high
전송라인(110)은 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)로 고주파전력을 전송한다. The
이처럼 전송라인(110)을 통해 고주파전력이 전송되는 때에, 그 전력의 송신단과 수신단의 임피던스가 불일치하는 경우에는 반사파가 발생해 반사전력이 생길 수 있다. 고주파전력의 경우에는 그 전송과정에서 커패시터나 인덕터와 같은 비소모성회로에서 지연전력이 발생하여 위상차에 의해 반사파가 발생하는데, 이러한 반사파가 발생하면, 전력의 전송효율이 저하될 뿐 아니라, 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)에 전해지는 전력이 불균일하게 되어 플라즈마를 생성하거나 균일한 밀도로 유지하기 어려워진다. 또한, 공정챔버(1000)에 반사파가 축적되면 아크 방전을 유발하여 기판(S)에 직접적인 손상을 입힐 수 있다.As such, when high frequency power is transmitted through the
임피던스매칭장치(3000)는 임피던스를 매칭할 수 있다. 임피던스가 매치되면, 반사파가 발생하지 않고, 전력이 효율적으로 전송될 수 있다. The
임피던스매칭장치(3000)는 매칭회로(3100), 트랜스포머(3200), 제어기(3300), 임피던스측정기(3400) 및 반사전력측정기(3500)를 포함할 수 있다.The
매칭회로(3100)는 공정챔버(1000) 측과 고주파전원(2000) 측의 임피던스를 매칭시킨다. 매칭회로(3100)는 커패시터나 인덕터와 같은 회로소자를 포함한다. 매칭회로(3100)의 회로소자는 그 전부나 일부가 가변회로소자일 수 있다. The
도 3은 도 2의 매칭회로(3100)의 일 실시예의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an embodiment of the
일 실시예에 따르면, 매칭회로(3100)는 가변커패시터(3110)과 인덕터(3120)로 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 가변커패시터(3110)는 전송라인(110) 상에 병렬로 연결되고, 인덕터(3120)는 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 매칭회로(3100)는 가변커패시터(3110)의 그 정전용량을 조절하여 임피던스를 매칭할 수 있다. According to an embodiment, the
가변커패시터(3110)는 복수의 커패시터(3111) 및 복수의 스위치(3112)를 포함할 수 있다. 복수의 커패시터(3111)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 스위치(3112)는 복수의 커패시터(3111) 각각에 연결되고, 후술할 제어기(3300)의 제어를 받아 개폐될 수 있다. The
스위치(3112)는 제어기(3300)로부터의 제어신호에 따라 커패시터와 고주파전송라인(110)의 단락을 조절한다. 복수의 커패시터는 각각 그 단락을 조절하는 스위치(3112)에 연결된다. 예를 들어, 제어기(3300)는 각 스위치(3112)의 단락을 제어하는 제어신호를 송신하고, 스위치(3112)는 이에 따라 각 커패시터의 단락을 조절할 수 있다.The
이러한 스위치(3112)는 디지털스위치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 스위치(3112)로는 고주파릴레이(RF relay), 핀다이오드(PIN diode), 모스펫(MOSFET: metal-oxide semiconductor field effect transistor) 등이 이용될 수 있다. 이러한 디지털스위치는 온오프(ON/OFF) 신호에 따라 그에 대응되는 커패시터(3110)를 개폐하므로 기계적으로 구동되는 스위치에 비해 빠른 응답속도로 임피던스를 보상할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합의 응답속도가 향상되고, 지연시간이 감소하고, 반사파를 제거할 수 있다.Such a
이러한 가변커패시터(3110)의 정전용량은 스위치(3112)의 상태의 조합에 의해 결정될 수 있다. 즉, 가변커패시터(3110)의 정전용량은 병렬로 연결되는 커패시터(3111) 중 스위치(3112)가 닫힌 커패시터(3111)들의 정전용량의 합으로 결정될 수 있다.The capacitance of the
여기서, 복수의 커패시터(3111)는 모두 동일한 정전용량을 가질 수 있다. 또는 복수의 커패시터(3111)는 그 정전용량의 비가 각각 1:2:3:…:n이 되도록 제공될 수 있다. 또는 복수의 커패시터(3111)는 그 정전용량의 비가 1:21:22:…:2n이 되도록 제공될 수 있다. Here, the plurality of
가변커패시터(3110)의 총 정전용량은 연결된 커패시터(3111)들의 합의 조합으로 이루어지므로 커패시터(3111)가 상술한 수치에 따른 용량을 가지면 가변커패시터(3110)의 정전용량을 쉽게 제어하고, 넓은 범위에 대응할 수 있다.Since the total capacitance of the
한편, 이상에서는 하나의 가변커패시터(3110)와 인덕터(3120)으로 구성된 매칭회로(3100)에 관하여 설명하였으나, 매칭회로(3100)를 구성하는 회로소자들의 종류, 수, 연결관계는 이와 상이할 수 있다. In the above description, the
도 4는 도 2의 매칭회로(3100)의 다른 실시예의 회로도이고, 도 5는 도 2의 매칭회로(3100)의 또 다른 실시예의 회로도이다.4 is a circuit diagram of another embodiment of the
도 4를 참조하면, 매칭회로(3100)는 전송라인(110)에 병렬로 연결되는 가변커패시터(3110a), 직렬로 연결되는 커패시터(3110b) 및 인덕터(3120)를 포함하는 엘타입(L type)의 회로로 구현될 수 있다. 또 도 5를 참조하면, 매칭회로(3100)는 전송라인(110)에 인덕터(3120), 병렬로 연결되는 가변커패시터(3110a)와 커패시터(3110b)를 포함하는 파이타입(π type)의 회로로 구현될 수 있다. 물론, 매칭회로(3100)는 상술한 예들 이외에도 역엘타입(inverse L type)의 회로, 다양한 공지의 회로 및 필요에 따라 적절히 변경된 회로로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
트랜스포머(3200)은 전송라인(110) 상에 설치되어 입력측과 출력측의 임피던스를 변환한다. The
도 6은 도 2의 트랜스포머(3200)의 일 실시예의 회로도이고, 도 7은 도 6의 트랜스포머(3200)의 평면도이다.FIG. 6 is a circuit diagram of one embodiment of the
도 6을 참조하면, 트랜스포머(3200)로는 루트로프트랜스포머(Ruthroff transformer)가 사용될 수 있다. 루트로프트랜스포머는 넓은 대역폭에 대하여 임피던스 변환이 가능하고, 전송효율이 우수한 장점이 있다. 도 6 및 도 7은 1:4 언언(unbalanced-to-unbalanced) 루트로프트랜스포머를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 1:4 루트로프트랜스포머는 부트스트랩 원리를 이용하여 꼬임선을 환형의 코어에 감아 제작할 수 있다. 이때, 첫번째 코일(L1)과 두번째 코일(L2)의 값이 같은 경우에는 입력측에 대한 출력측의 임피던스의 변환비가 1:4가 된다. Referring to FIG. 6, a root loft transformer may be used as the
이러한 루트로프트랜스포머에서 코어에 감는 꼬임선의 수를 증가시키면 임피던스의 변환비가 변하게 된다. 루트로프트랜스포머는 세줄 꼬임의 경우에는, 1:2.25 언언 트랜스포머로 작동하고, 네줄 꼬임인 경우에는 1:1.78의 변환비를 가지게 된다. In this root loft transformer, increasing the number of twisted turns around the core changes the conversion ratio of the impedance. Rootloft transformers operate as 1: 2.25 untransformers for three-line twists and have a conversion ratio of 1: 1.78 for four-line twists.
한편, 이러한 루트로프트랜스포머를 직렬로 연결하면 더 큰 변환비를 가질 수 있다. On the other hand, if the root loft transformer is connected in series can have a larger conversion ratio.
도 8은 도 6의 트랜스포머(3200)가 복수개 연결된 것을 도시한 도면이다.FIG. 8 illustrates that a plurality of
도 8을 참조하면, 1:4 언언 루트로프트랜스포머 두 개를 직렬로 배치하면, 입력측에 대한 일차 출력측이 1:4의 변환비를 가지고, 일차 출력측에 대한 최종 출력측의 변환비가 다시 1:4가 되므로, 결국 입력측에 대한 최종 출력측의 임피던스 변환비는 1:16이 될 수 있다. Referring to FIG. 8, when two 1: 4 unary root loft transformers are arranged in series, the conversion ratio of the primary output side to the input side has a conversion ratio of 1: 4 to the primary output side is 1: 4. As a result, the impedance conversion ratio of the final output side to the input side may be 1:16.
기판처리장치(100)에서는 전송라인(110)이 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)로 연결되고, 그 사이에 매칭회로(3100)와 트랜스포머(3200)이 연결될 수 있다. 즉, 전송라인(110)은 고주파전원(2000), 매칭회로(3100), 트랜스포머(3200) 및 공정챔버(1000)를 차례대로 연결할 수 있다.In the
따라서, 트랜스포머(3200)를 기준으로 트랜스포머(3200)의 입력측에는 고주파전원(2000)과 매칭회로(3200)가 놓이고, 출력측에는 공정챔버(1000)가 놓일 수 있다. 이에 트랜스포머(3200)는 공정챔버(1000) 측의 임피던스를 감쇠시킬 수 있다.Accordingly, the high
일반적으로 고주파전원(2000)은 고정된 임피던스, 예를 들어 50Ohm을 가지는 반면, 공정챔버(1000)는 플라즈마공정이 진행되는 과정 동안 적게는 수 Ohm에서부터 많게는 300Ohm에 이르는 임피던스를 가지게 된다. 이러한 공정챔버(1000)의 임피던스는 트랜스포머(3200)를 거쳐 입력측으로 전해질 때 1:4 언언 트랜스포머의 경우에는 약 70Ohm으로 감쇠되므로, 입력측에 연결된 매칭회로(3100)에서는 공정챔버(1000)의 임피던스가 수백 Ohm의 큰 폭으로 변화하더라도 변환비에 따라 감소된 만큼만 임피던스를 조절하여 공정챔버(1000)와 고주파전원(2000) 간의 임피던스를 정합할 수 있다.In general, the high
특히, 플라즈마공정의 초기에는 공정챔버(1000)에는 펄스모드로 전력이 공급되면서 고속의 펄스에 의해 플라즈마가 생성되면서 임피던스가 큰 폭으로 변화하는데, 매칭회로(3100)는 트랜스포머(3200)에 의해 감쇠된 변화폭의 임피던스를 보상하여 임피던스를 정합할 수 있으므로, 임피던스의 정합 속도가 향상될 수 있다.In particular, in the initial stage of the plasma process, while the plasma is generated by the high-speed pulse while the
도 9는 도 6의 트랜스포머(3200)에 의한 전류의 변화에 관한 그래프이고. 도 10은 도 6의 트랜스포머(3200)에 의한 전압의 변화에 관한 그래프이고, 도 11는 도 6의 트랜스포머(3200)에 의한 임피던스의 변화에 관한 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating a change in current by the
도 9 내지 도 10을 참조하면, 1:4 언언 루트로프트랜스포머를 사용한 경우 2Mhz 주파수의 고주파전원의 경우에 공정챔버(1000) 측에 비하여 고주파전원(2000) 측에서 전류와 전압 값은 2배로 증가하고, 임피던스는 1/4로 감쇠되는 것을 알 수 있다. 9 to 10, in the case of using the 1: 4 union root loft transformer, the current and voltage values are doubled in the high
다만, 트랜스포머(3200)가 반드시 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 루트로프트랜스포머는 그와 동일 또는 유사한 다른 기능을 수행하는 트랜스포머로 대체될 수도 있다.However, the
제어기(3300)는 임피던스측정기(3400)과 반사전력측정기(3500)의 측정값에 근거하여 임피던스 보상을 위한 제어신호를 생성하여 이를 매칭회로(3100)로 송출하여 매칭회로(3100)를 제어한다. 여기서, 임피던스측정기(3400)는 공정챔버(1000)의 임피던스를 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)로 송신한다. 또 반사전력측정기(3500)는 반사파에 의한 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)로 송신한다. The
예를 들어, 제어신호는 매칭회로(3100)의 복수의 스위치(3120)를 온오프하는 제어신호일 수 있다. 매칭회로(3100)에서는 제어신호에 따라 스위치(3120)가 개폐되면서 그 정전용량이 조절될 수 있다. For example, the control signal may be a control signal for turning on and off the plurality of
이러한 제어기(3300)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. Such a
하드웨어적으로 제어기(3300)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로콘트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(microprocessors)나 이들과 유사한 제어기능을 수행하는 전기적인 장치로 구현될 수 있다.In hardware, the
또 소프트웨어적으로 제어기(3300)는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어코드 또는 소프트웨어어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어적으로 구현된 제어부에 의해 실행될 있다. 또 소프트웨어는 서버 등의 외부기기로부터 상술한 하드웨어적인 구성으로 송신됨으로써 설치될 수 있다.In addition, in software, the
이상에서는 단일한 주파수의 고주파전력이 인가되는 용량결합형플라즈마발생기(1200a)를 구비하는 공정챔버(1000)를 기준으로 기판처리장치(100)에 관하여 설명하였으나, 기판처리장치(100)는 이와 상이하게 구성될 수도 있다. In the above description, the
도 12 내지 도 14는 도 1의 기판처리장치(100)의 변형예들의 구성도이다.12 to 14 are configuration diagrams of modified examples of the
도 12를 참조하면, 기판처리장치(100)에서 공정챔버(1000)에는 용량결합형플라즈마발생기(1200a) 대신 유도결합플라즈마발생기(ICPG: inductively coupled plasma generator, 1200b)가 사용될 수 있다. 유도결합형플라즈마발생기(1200b)는 공정챔버(1000)로 소스가스가 유입되는 부위에 설치되어 유도전기장을 형성할 수 있다. 이에 따라 공정챔버(1000)에 유입되는 소스가스는 유도전기장에 의해 이온화되어 플라즈마상태가 될 수 있다. Referring to FIG. 12, in the
또한, 기판처리장치(100)에서 공정챔버(1000)는 동시에 서로 상이한 주파수의 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행할 있다. 플라즈마에칭공정의 경우에는 복수의 서로 다른 고주파전력을 사용하여 플라즈마공정을 수행하면, 단일한 주파수의 고주파전력을 이용하는 경우보다 뛰어난 에칭효과를 얻을 수 있다.In addition, in the
도 13을 참조하면, 기판처리장치(100)에서 용량결합형플라즈마발생기(1200a)의 양 전극(1210a, 1210b)는 각각 서로 다른 주파수의 고주파전력을 발생시키는 두 개의 고주파전원(2000a, 2000b)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라 제1전극(1210a)과 제2전극(1210b)에는 서로 상이한 고주파전력이 인가되어 동시에 두 가지 서로 다른 주파수의 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 13, in the
도 14를 참조하면, 기판처리장치(100)에서는 세 개 이상의 서로 다른 주파수를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 공정챔버(1000)에는 하우징(1100) 내의 상부에 제1전극(1210a)이 배치되고, 그 아래로 이격되어 제2전극(1210b)와 제3전극(1210c)가 배치될 수 있다. 이때, 서로 다른 제1고주파전력, 제2고주파전력, 제3고주파전력을 발생시키는 고주파전원들(2000a, 2000b, 2000c)들이 각각 전극(1210a. 1210b 1210c)에 연결될 수 있다. 이에 따라 공정챔버(1000)에서는 동시에 세 가지의 고주파전력에 의해 플라즈마공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1고주파전력, 제2고주파전력, 제3고주파전력은 각각 2Mhz, 13.6Mhz, 100Mhz일 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 제2전극(1210b)와 제3전극(1210c)가 일체로 제공될 수 있다.Referring to FIG. 14, three or more different frequencies may be used in the
이처럼 동시에 넓은 대역폭의 주파수를 이용하는 경우에는 임피던스의 변화를 예측하기 힘들고, 대역폭이 달라 임피던스를 정합하기 어려울 수 있는데, 루트로프트랜스포머는 넓은 대역폭에 대하여 임피던스 변환이 가능하여 효과적으로 이용될 수 있다.In the case of using a wide bandwidth at the same time it is difficult to predict the change in impedance, it is difficult to match the impedance because the bandwidth is different, the root loft transformer can be effectively used because the impedance can be converted over a wide bandwidth.
도 15는 도 14의 기판처리장치(100)에서 임피던스의 정합을 도시한 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating impedance matching in the
도 15를 참조하면, 1:4 언언 루프로프트랜스포머를 이용하는 경우에 2Mhz, 13.6Mhz, 100Mhz의 세가지 대역폭에 대하여 동시에 임피던스를 고주파전원(2000) 측의 고정 임피던스인 50Ohm으로 정합되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 15, it can be seen that when a 1: 4 unlanguage loop loft transformer is used, impedances are simultaneously matched to a fixed impedance of 50 Ohm at the high
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)를 이용하는 임피던스매칭방법에 관하여 설명한다. 다만, 임피던스매칭방법은 상술한 기판처리장치(100) 이외에도 이와 동일 또는 유사한 다른 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 이러한 임피던스매칭방법은 이를 수행하는 코드 또는 프로그램의 형태로 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.Hereinafter, an impedance matching method using the
임피던스매칭방법에서는 먼저 가스공급원(미도시)로부터 공정챔버(1000)로 소스가스가 유입된다. 소스가스가 유입되면, 고주파전원(1000)이 고주파전력을 발생시키고, 전송라인(110)을 통해 고주파전력이 플라즈마발생기(1200)로 전송된다. 플라즈마발생기(1200)는 고주파전력을 이용하여 소스가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성시킨다. 플라즈마가 형성되면, 공정챔버(1000)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다. 이와 같이, 플라즈마를 생성하고 기판을 처리하는 과정에서 기판으로부터 발생하는 이물질이나, 플라즈마의 밀도, 소스가스의 종류, 공정챔버(1000)의 내부온도와 내부압력 등의 다양한 공정조건에 의해 플라즈마임피던스 또는 공정챔버(1000)의 임피던스가 변화하게 된다. 특히, 펄스모드로 고주파전력을 공급하는 플라즈마공정의 초기에는 그 임피던스가 급격하게 변화할 수 있다. In the impedance matching method, the source gas is first introduced into the
임피던스측정기(3400)는 공정챔버(1000)의 임피던스를 측정하여, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. 또한, 임피던스가 변화함에 따라 임피던스 정합이 깨져 반사파가 발생할 수 있는데, 반사전력측정기(3500)는 고주파전원(2000) 측의 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. The
제어기(3300)는 임피던스측정기(3400)와 반사전력측정기(3500)로부터 측정값들을 획득하여 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 매칭회로(3100)로 송출한다.The
매칭회로(3100)에서는 복수의 스위치(3112)가 제어신호에 따라 열리거나 닫히게 된다. 가변커패시터(3110)는 그 정전용량이 복수의 스위치(3112) 중 닫힌 스위치(3112)에 연결된 커패시터(3111)들의 정전용량의 합으로 조절된다. 결과적으로 이에 따라 고주파전원(2000) 측과 공정챔버(1000) 측의 임피던스 정합이 수행될 수 있다. 다만, 매칭회로(3100)의 회로구성이 가변커패시터(3110)로 한정되는 것은 아니며, 다른 구성인 경우에도 이와 유사하게 제어신호에 따라 임피던스를 보상할 수 있을 것이다.In the
이러한 임피던스의 정합과정에서 제어기(3300)는 디지털신호를 송신하고, 다이오드나 트랜지스터 등으로 구현된 디지털방식의 스위치(3112)는 제어신호에 따라 온오프되어 기계적인 구동방식의 스위치에 비해 빠르게 임피던스를 보상할 수 있다. In the matching process of the impedance, the
여기서, 매칭회로(3100)는 실제 공정챔버(1000)에서 변화하는 임피던스의 변화량이 대신 트랜스포머(3200)을 거쳐 감쇠된 변화량을 보상하여 임피던스를 매칭할 수 있다. 트랜스포머(3200)는 매칭회로(3100)와 공정챔버(1000)의 사이에 배치되어 매칭회로(3100)측에 대하여 공정챔버(1000)의 임피던스를 감쇠시킬 수 있다. 1:4 언언 루트로프트랜스포머가 사용되는 경우에는 공정챔버(1000)의 임피던스는 1/4로 감쇠된다. 따라서, 매칭회로(3100)는 공정챔버(1000)의 임피던스 변화량의 1/4 크기의 임피던스를 보상하여 임피던스를 매칭할 수 있다. Here, the
특히, 플라즈마공정의 초기 펄스모드로 전력이 공급되는 과정에서는 공정챔버(1000)의 임피던스가 급격하게 변화하기 때문에, 매칭회로(3100)가 디지털방식의 스위치를 사용하더라도 최소한의 지연시간이 발생할 수 있는데, 이처럼 그 임피던스 변화폭을 감쇠시키며 매칭회로(3200)의 응답속도가 향상되므로 반사파의 발생을 최소화할 수 있게 된다. In particular, since the impedance of the
이상에서 언급된 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 기재된 것이므로, 본 발명이 상술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. The above-described embodiments of the present invention are described in order to facilitate understanding of the present invention to those skilled in the art, so the present invention is not limited to the above embodiments.
따라서, 본 발명은 상술한 실시예 및 그 구성요소를 선택적으로 조합하거나 공지의 기술을 더해 구현될 수 있으며, 나아가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 치환 및 변경이 가해진 수정예, 변형예를 모두 포함한다.Therefore, it is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. For example, the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. All of the modifications are included.
또한, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 발명은 모두 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all inventions within the scope of the claims should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 기판처리장치
1000: 고주파전원
110: 전송라인
1000: 공정챔버
1100: 하우징
1200: 플라즈마발생기
1210: 전극
3000: 임피던스매칭장치
3100: 매칭회로
3200: 트랜스포머
3300: 제어기
3400: 임피던스측정기
3500: 반사전력측정기100: substrate processing apparatus
1000: high frequency power
110: transmission line
1000: process chamber
1100: housing
1200: plasma generator
1210: electrode
3000: Impedance Matching Device
3100: matching circuit
3200: transformer
3300: controller
3400: Impedance Meter
3500: reflected power meter
Claims (11)
상기 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행하는 공정챔버;
상기 공정챔버의 변화하는 임피던스를 보상하는 매칭회로;
상기 공정챔버와 상기 매칭회로의 사이에 배치되어 상기 공정챔버의 임피던스를 감쇠시키는 트랜스포머;를 포함하는
기판처리장치.A high frequency power source generating high frequency power;
A process chamber performing a plasma process using the high frequency power;
A matching circuit for compensating for the changing impedance of the process chamber;
A transformer disposed between the process chamber and the matching circuit to attenuate the impedance of the process chamber;
Substrate processing apparatus.
상기 트랜스포머는, 루트로프(Ruthroff) 트랜스포머인
기판처리장치.The method of claim 1,
The transformer is a Ruthroff transformer
Substrate processing apparatus.
상기 루트로프트랜스포머는, 1:4 언언(unbalanced-to-unbalanced) 트랜스포머인
기판처리장치.The method of claim 2,
The rootloft transformer is a 1: 4 unbalanced-to-unbalanced transformer
Substrate processing apparatus.
상기 공정챔버의 임피던스를 측정하는 임피던스측정기;
반사전력을 측정하는 반사전력측정기; 및
상기 임피던스측정기 및 상기 반사전력측정기의 측정값에 근거하여 상기 매칭회로를 제어하는 제어기;를 더 포함하는
기판처리장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
An impedance measuring instrument for measuring impedance of the process chamber;
A reflection power meter for measuring the reflection power; And
And a controller for controlling the matching circuit based on the measured values of the impedance measuring instrument and the reflected power measuring instrument.
Substrate processing apparatus.
상기 매칭회로는, 서로 병렬로 배치되는 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터에 각각 연결된 복수의 스위치;를 포함하고,
상기 제어기는, 상기 측정값들에 근거하여 제어신호를 생성하고,
상기 매칭회로는, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 스위치를 개폐하는
기판처리장치.5. The method of claim 4,
The matching circuit includes a plurality of capacitors disposed in parallel with each other and a plurality of switches connected to the plurality of capacitors, respectively.
The controller generates a control signal based on the measured values,
The matching circuit opens and closes the plurality of switches according to the control signal.
Substrate processing apparatus.
상기 매칭회로는, 역L타입(inverse-L-type)의 회로인
기판처리장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The matching circuit is an inverse-L-type circuit.
Substrate processing apparatus.
상기 공정챔버는, 상기 플라즈마공정이 수행되는 공간을 제공하는 하우징 및 상기 고주파전력을 이용하여 상기 하우징에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기를 포함하는
기판처리장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The process chamber includes a housing providing a space in which the plasma process is performed and a plasma generator providing plasma to the housing using the high frequency power.
Substrate processing apparatus.
상기 플라즈마발생기는, 상기 하우징 내부에 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극을 포함하는 용량결합형플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma)발생기인
기판처리장치.The method of claim 7, wherein
The plasma generator is a capacitively coupled plasma (CCP) generator including a plurality of electrodes spaced apart from each other inside the housing.
Substrate processing apparatus.
상기 고주파전원, 상기 매칭회로, 상기 트랜스포머는, 복수이고,
상기 고주파전원은, 서로 다른 주파수의 고주파전력을 발생시키고,
상기 복수의 전극에는, 상기 서로 다른 주파수의 고주파전력이 인가되고,
상기 고주파전력이 인가되는 전극마다 상기 매칭회로 및 상기 트랜스포머가 연결되는
기판처리장치.9. The method of claim 8,
The high frequency power source, the matching circuit and the transformer are plural,
The high frequency power source generates high frequency power of different frequencies,
The high frequency power of the different frequencies is applied to the plurality of electrodes,
The matching circuit and the transformer are connected to each electrode to which the high frequency power is applied.
Substrate processing apparatus.
매칭회로와 공정챔버의 사이에 배치된 트랜스포머가 상기 플라즈마공정이 진행되는 동안 변화하는 공정챔버의 임피던스를 감쇠하고, 상기 매칭회로가 상기 감쇠된 임피던스를 보상하여 임피던스 정합을 수행하는
임피던스매칭방법.In the method of matching the impedance in the substrate processing apparatus performing a plasma process using a high frequency power,
A transformer disposed between the matching circuit and the process chamber attenuates the impedance of the process chamber that changes during the plasma process, and the matching circuit compensates for the attenuated impedance to perform impedance matching.
Impedance matching method.
상기 트랜스포머는, 1:4 트랜스포머이고,
상기 매칭회로는, 상기 공정챔버의 임피던스의 변화량의 1/4를 보상하여 임피던스 정합을 수행하는
임피던스매칭방법.The method of claim 10,
The transformer is a 1: 4 transformer,
The matching circuit performs impedance matching by compensating for 1/4 of the change in impedance of the process chamber.
Impedance matching method.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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