KR20160134074A - 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치 및 검출 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 발생장치의 투시창의 바깥 표면에 밀착되고 플라즈마 전계를 유도하는 안테나부, 상기 플라즈마 전계를 진행파와 반사파로 분리하는 진행파/반사파 동조부, 상기 분리된 진행파 및 반사파를 적정 값으로 출력하기 위한 신호 증폭 및 설정부, 및 상기 신호 증폭 및 설정부의 일단에 구성되고 출력의 크기를 조절하는 출력 설정기를 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 제공한다.

Description

비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치 및 검출 방법{The noncontact plasma electric field detection device and the method for detection}
본 발명은 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치 및 상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 이용한 검출 방법에 관한 것이다.
진공 챔버(vacuum chamber) 내에서 발생하는 플라즈마(plasma)의 전계 신호를 검출하기 위해 플라즈마와 직접 접촉하는 탐침(probe)을 포함하는 플라즈마 검출 장치가 사용되었다.
상기 접촉식 플라즈마 검출 장치는 진공 챔버의 투시창(view point)및 투시창 커버(view point cover)가 제거된 부분에 장착될 수 있다.
따라서 전술한 접촉식 플라즈마 검출 장치를 사용하는 것은 상기 진공 챔버의 벽면을 관통하는 형태로 상기 접촉식 플라즈마 검출 장치를 설치해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 상기 진공 챔버에 상기 접촉식 플라즈마 검출 장치를 장착 하는 과정 중, 상기 진공 챔버의 내부는 심하게 오염된다. 이러한 오염을 제거하기 위해, 상기 진공 챔버 내부에 클리닝 가스 주입 및 플라즈마 방전을 포함하는 클리닝 싸이클을 반복하는 과정을 진행해야 한다. 그러므로, 후속 조치로 진공 챔버 내부를 클리닝 하는 시간이 많이 소요된다.
또한, 상기 접촉식 플라즈마 검출 장치의 상기 탐침(probe)에 공급되는 전위는 플라즈마를 산란 시킬 수 있다. 또한, 진공 챔버 내부에서 진행되는 식각 공정 및 증착 공정 시에 상기 탐침은 심하게 오염되고 부식되어 정확한 검출이 이루어 질 수 없다. 이러한 이유로 특히, 공정(반도체 공정)이 진행하는 동안에는 검출 장치를 사용하기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 진공 챔버의 투시창 및 투시 커버를 제거하는 과정이 필요치 않고, 클리닝 공정을 추가로 진행하지 않고 진공 챔버 내부에서 공정이 진행되는 동안 플라즈마 전계의 진행 상태를 측정할 수 있는 비 접 촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치는 플라즈마 발생장치의 투시창의 바깥 표면에 밀착되고 플라즈마 전계를 유도하는 안테나부, 상기 플라즈마 전계를 진행파와 반사파로 분리하는 진행파/반사파 동조부, 상기 분리된 진행파 및 반사파를 적정 값으로 출력하기 위한 신호 증폭 및 설정부, 및 상기 신호 증폭 및 설정부의 일단에 구성되고 출력의 크기를 조절하는 출력 설정기를 포함할 수 있다.
상기 비 접촉식 플라즈마 검출장치는 상기 유도된 플라즈마 전계를 조절 및 분기하는 전계 검출 안테나부 일단에 가변 감쇄기를 더 포함할 수 있다.
상기 비 접촉식 플라즈마 검출 장치는 상기 가변 감쇄기를 통해 분기된 신호를 입력 받아 유도된 전계의 실제 파형을 증폭하는 고속 신호 증폭부를 더 포함할 수 있다.
상기 비 접촉식 플라즈마 검출 장치는 가, 감, 승, 제 회로를 포함하고, 상기 신호 증폭 및 설정부로부터 출력된 진행파 및 반사파를 포함하는 신호를 입력 받아 상기 진행파와 반사파의 두 신호를 상기 가, 감, 승, 제 회로를 통한 비교 신호 및 특정 부분의 변화를 출력하는 진행파/반사파 비율 비교부를 더 포함할 수 있다.
상기 안테나부는 안테나 커버, 안테나 커버의 일 측을 덮는 안테나 절연판, 상기 안테나 커버의 안쪽에 위치하여 상기 안테나 절연판과 접촉하는 안테나, 상기 안테나에 연결되고 일 방향으로 연장된 안테나 연결봉을 포함할 수 있다. 상기 안테나는 원판 형상이고 상기 안테나와 접촉하는 상기 안테나 연결봉의 접촉면은 상기 안테나보다 작은 면적의 원형일 수 있다. 상기 안테나 및 안테나 연결봉은 동(copper) 또는 황동(brass)을 포함할 수 있다.
상기 안테나는 상기 안테나 커버의 내부에 채워지고 절연체인 안테나 고정부를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 고정부는 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 절연물질은 테플론을 포함할 수 있다.
안테나부, 전계 검출 안테나부, 상기 전계 검출 안테나부의 일단에 구성된 가변 감쇄기, 고속 신호 증폭부, 신호 증폭 및 설정부, 상기 신호 증폭 및 설정부의 일단에 구성된 출력 설정기, 및 진행파/반사판 비율 비교부를 포함하는 비 접촉식 플라즈마 검출 장치를 이용한 본 발명에 기술적 사상의 실시 예에 의한 플라즈마 전계 검출 방법은 상기 안테나부로 플라즈마 전계를 유도하는 단계, 상기 유도된 플라즈마 전계를 상기 진행파/반사파 동조부를 통해 진행파 및 반사파로 분리하는 단계, 및 상기 진행파 및 반사파로 분리된 플라즈마 전계를 상기 출력 설정기를 포함하는 신호 증폭 및 설정부를 통해 아날로그 신호로 변환하고 및 적정 크기로 증폭하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 방법은 상기 유도된 플라즈마 전계를 가변 감쇄기를 포함하는 전계 검출 안테나부를 통해 일정한 크기로 조절하고 분기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전계 검출 안테나부를 통해 일정한 크기로 조절되고 분기된 일부 신호를 고속 신호 증폭부를 통해 증폭하고 고속으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 방법은 신호 증폭 및 설정부를 통해 증폭된 진행파 및 반사파를 가, 감, 승, 제 회로를 통하여 비교 신호 및 특정 부분의 변화를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치는 투시창 커버(view point cover)에 장착될 수 있으므로, 상기 진공 챔버의 투시창 및 투시창 커버를 제거하는 과정을 생략할 수 있다.
상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 장착하는 과정은 상기 진공 챔버를 오염시키지 않으므로 클리닝 공정을 추가로 진행할 필요가 없다.
상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치는 플라즈마와 직접 접촉하는 방식이 아니므로, 플라즈마를 이용한 식각 공정, 애싱 공정, 및 증착 공정 동안 플라즈마의 진행 상태를 검출할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 안테나부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1c는 상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 신호 처리부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 장치가 장착된 플라즈마 전계 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 투시창, 투시창 커버, 안테나 고정판, 및 본 발명에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 결합관계를 도시한 도면이다.
도 4는 플라즈마 발생장치와 이에 부착된 본 발명에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 와 도 5b는 본 발명의 플라즈마 전계 검출 장치의 진행파/반사파 동조부에서 출력된 동조 파들의 그래프들을 도시한 도면이다.
도 6은 플라즈마 전계의 진행과정을 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 이용하여 검출한 신호들의 그래프들을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 안테나부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1c는 상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 신호 처리부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 안테나부(114a) 및 신호 처리부(114b)를 포함할 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 안테나부(114a)는 안테나(A1), 안테나 연결봉(A2), 안테나 고정부(A3), 안테나 절연판(A4), 및 안테나 커버(A5)를 포함할 수 있다.
상기 안테나 커버(A5)는 일 방향으로 연장된 원통 형상일 수 있다. 상기 안테나 커버(A5)는 금속으로 구성 된다. 상기 안테나 절연판(A4)은 상기 안테나 커버(A5)의 일 측을 덮을 수 있고 상기 안테나 커버(A5)에 끼워진 형상으로 구성될 수 있다. 상기 안테나 절연판(A4)은 상기 안테나 커버(A5)의 형상에 따라 원판 형상일 수 있다.
상기 안테나(A1)는 원판 형상일 수 있다. 상기 안테나(A1)는 상기 안테나 커버(A5)의 안쪽에 배치될 수 있고 및 상기 안테나 절연판(A4)의 일 측면에 접촉될 수 있다. 상기 안테나 연결봉(A2)은 상기 안테나(A1)의 일 측면과 접촉될 수 있고 상기 안테나 커버(A5)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 안테나(A1)와 상기 안테나 연결봉(A2)은 한 몸 일 수 있다. 상기 안테나(A1)와 안테나 연결봉(A2)은 도전율이 높은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 물질은 동(copper) 과 황동(brass)을 포함할 수 있다.
상기 안테나 고정부(A3)는 상기 안테나 커버(A5)의 내부를 채울 수 있다. 상기 안테나 고정부(A3)는 상기 안테나(A1) 및 상기 안테나 연결봉(A2)의 흔들림을 방지할 수 있다. 상기 안테나 고정부(A3)는 절연물질로 형성된다. 상기 절연물질은 테플론(Teflon)을 포함할 수 있다.
플라즈마의 고주파 전계는 상기 안테나부(114a)의 안테나(A1) 및 안테나 연결봉(A2)으로 유도되어 상기 신호 처리부(114b)로 입력될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 신호 처리부(114b)는 전계 검출 안테나부(B1a), 진행파/반사파 동조부(B2), 신호 증폭 및 설정부(B4a), 진행파/반사파 비율 비교부(B5), 및 고속 신호 증폭부(B3)를 포함할 수 있다.
가변 감쇄기(B1b)가 상기 전계 검출 안테나부(B1a)의 일단에 연결될 수 있다. 상기 안테나부(114a)로 유도된 고주파 전계가 상기 전계 검출 안테나부(B1a)에 입력될 수 있다. 상기 가변 감쇄기(B1b)는 상기 전계 검출 안테나부(B1a)에 입력된 고주파 전계를 조절하고 분기할 수 있다. 상기 고주파 전계를 조절한다는 것은 상기 전계 검출 안테나부(B1a)에 입력된 플라즈마 고주파 전계를 가변 접지 시켜 크기가 다른 고주파 전계를 일정한 크기가 되도록 조절하는 것을 의미한다. 상기 가변 감쇄기(B1b)를 통해 조절되고 분기된 고주파 전계는 상기 진행파/반사파 동조부(B2)로 입력될 수 있고 나머지 일단의 고주파 전계는 상기 고속 신호 증폭부(B3)로 입력될 수 있다.
상기 고속 신호 증폭부(B3)로 입력된 고주파 전계는 상기 고속 신호 증폭부(B3)에 의해 증폭되어 외부 출력 장치 예를 들어, 오실로 스코프(Oscilloscope)등으로 출력될 수 있다. 상기 오실로 스코프를 통해 상기 고속 신호 증폭부(B3)로 부터 입력된 고주파 전계의 미세한 변화를 파형으로 직독 할 수 있다.
상기 진행파/반사파 동조부(B2)로 입력된 고주파 전계는 공정 진행 상태의 변화를 연속으로 출력할 수 있는 신호(진행파, 반사파)로 변환할 수 있다.
상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)는 출력 설정기(B4b)를 포함할 수 있다. 상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)는 상기 진행파/반사파 동조부(B2)로부터 출력된 고주파 교류 성분 신호를 직류의 아날로그 신호로 변환 할 수 있다. 상세히는, 상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)로 입력된 고주파 전계의 미세신호는 연산 증폭기의 측정범위 설정용 출력 설정기(B4b)의 스위칭에 의해 설정된 크기로 증폭될 수 있다.
상기 진행파/반사파 비율 비교부(B5)는 가, 감, 승, 제등의 연산 회로 일 수 있다. 상기 진행파/반사파 비율 비교부(B5)는 비교 신호 및 특정 부분의 변화를 출력하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 진행파/반사파 비율 비교부(B5)를 통해 반사파에서 진행파 신호분을 감산 하여 반사파의 반사구간의 크기 등을 확대하여 출력할 수 있다.
전술한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 공정 플라즈마의 가장 중요한 변수인 플라즈마 전계의 진행과정의 변화를 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 플라즈마를 이용한 식각, 애싱, 및 증착 공정이 진행되는 반도체 공정 중 플라즈마의 진행 상태를 검출하는데 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 장치가 장착된 플라즈마 전계 검출 장치를 도시한 도면이다. 도 3은 투시창, 투시창 커버, 안테나 고정판, 및 본 발명에 의한 비 접 촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 결합관계를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 반도체 공정이 진행될 수 있는 플라즈마 발생장치(100)에 장착될 수 있다.
상기 플라즈마 발생장치(100)는 진공 챔버(102), 하부 전극(104a), 상부 전극(104b), 가스 유입구(102a), 가스 배출구(102b), 투시창(108a), 투시창 커버(108b), 투시창 플랜지(108c), 및 안테나 고정판(108d)을 포함할 수 있다.
상기 진공 챔버(102)의 내부에 상부 전극(104b)과 상기 하부 전극(104a)이 상. 하로 배치될 수 있다. 상기 상부 전극(104b)은 RF 파워(E1)에 연결되고 및 양극 전위(anode)일 수 있다. 상기 하부 전극(104a)은 상기 RF 파워(E1)와 동 전위의 접지를 취한 음극 전위(cathode)일 수 있다. 상기 상부 전극(104b)과 하부 전극(104a)은 상기 진공 챔버(102)내에 상. 하로 위치할 수 있다. 기판(S)이 상기 하부 전극(104a)의 상면에 놓여 질 수 있다.
상기 투시창(108a)은 진공 챔버(102)의 외벽으로부터 원통형상으로 돌출된 부분(P)의 끝단에 구성될 수 있다. 상기 투시창(108a)은 열적 안정성이 우수하고 절연체인 석영판(quartz plate) 일 수 있다. 상기 투시창(108a)을 통해 상기 진공 챔버(102)의 내부를 육안으로 관찰할 수 있다. 상기 투시창 커버(108b)는 링(ring)형태일 수 있고 및 상기 투시창(102)의 외곽을 덮을 수 있다. 상기 투시창 플랜지(108c)는 투시창(108a)이 상기 투시창 커버(108b)에 밀착 고정되어 진공도를 유지할 수 있도록 한다. 상기 투시창 플랜지(108c)는 진공 유지용 오링을 포함할 수 있다. 상기 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 상기 투시창 플랜지(108c), 상기 투시창 커버(108b), 및 안테나 고정판(108d)을 통해 상기 플라즈마 발생 장치(100)에 설치될 수 있다.
상기 투시창 플랜지(108c), 투시창(108a0, 및 투시창 커버(108b)는 제 1 고정 볼트들(110a)로 결합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 투시창 커버(108b)는 상기 투시창(108a)과 동일한 원형일 수 있다. 상기 투시창 커버(108b)는 상기 제 1 고정 볼트들(110a)이 삽입될 수 있는 제 1 볼트 고정구들(FH1)을 포함할 수 있고 상기 제 1 볼트 고정구들(FH1) 외에도 외부 장치를 고정할 수 있는 제 2 볼트 고정구들(FH2)을 더 포함할 수 있다.
상기 안테나 고정판(108d)은 상기 투시창 커버(108b)와 동일한 형상일 수 있다. 예를 들어 안테나 고정판(108d)은 원형일 수 있다. 상기 안테나 고정판(108d)은 중심부에 삽입 홀(IH)을 포함할 수 있고 상기 삽입 홀(IH)의 둘레에 다수의 고정판 볼트 고정구들(FH3)을 포함할 수 있다. 상기 삽일 홀(IH)에는 상기 본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 장치(114)의 안테나부(114a)가 삽입될 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 안테나부(114a)는 상기 안테나 고정판(108d)에 삽입되고 및 상기 투시창 커버(108b)를 지나 상기 투시창(108a)의 표면에 밀착될 수 있다. 상기 안테나 고정판(108d)은 상기 제 2 볼트 고정구들(FH2)에 삽입되는 제 2 고정 볼트들(110b)을 통해 상기 투시창 커버(108b)에 고정될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 상기 안테나 고정판(108d)을 통해 상기 투시창 커버(108b)에 고정될 수 있고 상기 안테나부(114a)는 상기 투시창(108a)의 표면에 밀착될 수 있다.
이하 도 4를 참조하여, 본 발명의 플라즈마 전계 검출 장치(114)를 이용하여 플라즈마의 고주파 전계의 진행 상태를 검출하는 방법을 설명한다.
도 4는 플라즈마 발생장치와 이에 부착된 본 발명에 의한 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a 와 도 5b는 본 발명의 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치의 진행파/반사파 동조부에서 출력된 동조파들의 그래프들을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이, 플라즈마 발생장치(100)는 진공 챔버(102), 진공 챔버(102)의 내부에 구성된 상부 전극(104b) 및 하부 전극(104a), 진공 챔버(102)의 외벽에 구성된 가스 유입구(102a), 가스 배출구(102b), 및 투시창(108a)을 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생장치(100)는 투시창 커버(108b), 투시창 플랜지(108c), 안테나 고정판(108d)을 더 포함할 수 있다. 상기 본 발명에 의한 플라즈마 전계 검출 장치(114)는 안테나부(114a)와 신호 처리부(114b)를 포함할 수 있다. 상기 안테나부(114a)는 상기 고정판에 삽입되고 및 상기 투시창 커버(108b)를 지나 상기 투시창(108a)의 표면에 밀착될 수 있다. 상기 신호 처리부(114b)는 전계 검출 안테나부(B1a), 진행파/반사파 동조부(B2), 고속신호 증폭부(B3), 신호 증폭 및 설정부(B4b), 및 진행파/반사파 비율 비교부(B5)를 포함할 수 있다. 상기 신호 처리부(114b)를 통해 출력된 플라즈마 전계의 변화는 데이터 저장부 및 표시 장치(116)를 통해 저장 및 관찰 될 수 있다. 상기 데이터 저장부 및 표시 장치(116)는 PC 및 오실로 스코프일 수 있다.
상기 진공 챔버(102)는 공정 수행에 적합하도록 진공도가 유지된 상태일 수 있다. 상기 진공 챔버(102)내에는 가스 유입구(102a)를 통해 유입된 공정 가스들이 존재할 수 있다. 상기 유입된 공정 가스는 양극 전위인 상부 전극(104b)과 음극 전위인 하부 전극(104a) 사이에 존재하고 RF(Radio Frequency) 파워(E1)의 고주파 전계에 의하여 플라즈마(PL) 상태가 될 수 있다. 이때, 상기 챔버(102)의 내벽은 음극으로 대전되어 전기적으로 준 중성상태가 아닌 플라즈마 시스(PLS: plasma sheath)라고 하는 공간 전하층이 형성될 수 있다. 이러한 공간 전하층(PLS)의 전기장은 상기 진공 챔버(102)내의 플라즈마 전계인 RF에 동기(synchronization) 될 수 있고 이러한 공간 전하층의 전기장 즉, 상기 플라즈마 고주파 전계가 상기 투시창(108a)에 밀착되어 있는 플라즈마 전계 검출 장치(114)의 안테나부(114a)에 유도 될 수 있다. 상기 안테나부(114a)에 유도된 플라즈마의 고주파 전계는 상기 플라즈마 전계 검출 장치(114)의 신호 처리부(114b)에 전달될 수 있다. 이때, 상기 안테나부(114a)에 유도된 전계의 크기는 공정 별, 설비별로 크기가 다른 RF 파워(E1)에 의해 발생된 플라즈마 전계에 기인할 수 있다.
상기 안테나부(114a)에 유도된 플라즈마의 고주파 전계는 상기 신호 처리부(114b)의 전계 검출 안테나부(B1a) 및 가변 감쇄기(B1b)를 거쳐 적정한 크기로 조절되고 분기될 수 있다. 상기 분기된 고주파 전계는 상기 진행파/반사판 동조부(B2)로 입력될 수 있고 나머지 일단 의 고주파 전계는 상기 고속 신호 증폭부(B3)로 입력될 수 있다.
상기 고속 신호 증폭부(B3)로 입력된 상기 고주파 전계는 증폭되어 표시장치 예를 들어, 오실로 스코프(Oscilloscope)등으로 전달될 수 있다. 상기 오실로 스코프를 통해 상기 고주파 전계의 파형을 직독 할 수 있다. 상기 고주파 전계 내에는 상기 플라즈마를 일으키는 중심 주파수 성분의 진행파와 진공도, 가스 종류의 변화 등 작업 조건에 따라 생성되는 반사파가 혼재되어 있다. 상기 진공 챔버(102)내로 공급된 RF 파워(E1)가 모두 플라즈마 전계로 완전히 흡수 변환된다면 상기 반사파는 존재하지 않으나, 플라즈마 전계가 만들어지는 조건이 항상 변화하는 공정 플라즈마에서는 불가하므로 반사파는 항상 존재하며 반사파는 중심 주파수의 정수배로 발생될 수 있다. 상기 진행파와 반사판의 변화를 비교하면 플라즈마 공정의 진행 상태를 분석할 수 있다.
따라서, 상기 진행파/반사파 동조부(B2)로 입력된 고주파 전계는 공정 플라즈마의 진행 상태를 비교할 수 있는 신호 즉, 진행파와 반사파로 분리될 수 있다. 상기 진행파/반사파 동조부(B2)는 코일과 콘덴서로 구성된 동조회로(또는 공진회로)를 포함하고 특정 주파수를 선택할 수 있다. 상기 동조 회로가 특정 전파와 만나면 그 주파수의 전파는 다른 전파에 비교하여 매우 강하게 되고 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 진행파는 중심 주파수에 동조 시키고 반사파는 중심주파수(cf)에서 정수배로 생성된 반사파를 포함하여 동조 시키면 반사파에서는 반사파(하모닉스)성분이 나타나게 되며 필요에 따라 도 5b를 참조하면, 반사파의 특정 영역대 예를 들어, 3r 등에 동조할 수 있다.
상기 진행파/반사파 동조부(B2)로부터 출력된 신호는 상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)에 입력되고 신호 증폭 설정부(B4a)를 통해 고주파 전계의 교류 성분이 직류의 아날로그 신호로 변환될 수 있다. 이때, 아날로그 신호는 신호 증폭 및 설정부(B4a)의 일단에 연결된 출력 설정기(B4b)의 스위칭에 의해 설정된 증폭도에 대응하는 크기의 신호로 출력될 수 있다. 상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)로부터 출력된 신호들(진행파 및 반사파)은 상기 데이터 저장부 및 표시장치(116)를 통해 관찰될 수 있다.
동시에, 상기 신호 증폭 및 설정부(B4a)로부터 출력된 두 신호(진행파, 반사판)는 상기 진행파/반사파 비율 비교부(B5)에 입력될 수 있고, 상기 진행파/반사파 비율 비교부(B5)를 통해 특정 부분의 변화가 출력될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력된 반사파에서 상기 진행파 신호분을 감산하면 반사파의 반사구간의 크기들이 확대 출력될 수 있다.
도 6은 플라즈마 전계의 진행과정을 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치를 이용하여 검출한 신호들의 그래프들을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도시된 그래프들을 통해 진공 챔버내의 진공도에 따른 진행파, 반사파, 및 비율 비교파의 변화를 알 수 있다.
예를 들어, 진공 챔버 내에서 진공도의 변화에 따른 플라즈마 전계의 변화를 반사파 및 진행파의 크기로 알 수 있다. 진공도가 상승한 경우(V1) 플라즈마 전계의 출력이 상승하고, 플라즈마 방전이 소멸될 수 있는 정도의 저 진공단계(V2)에서는 플라즈마 전계가 활성화 되지 않으므로 반사파의 하모닉스가 증가됨을 비교 값으로 볼 수 있다. 이때, 상기 비율 비교파는 입력된 신호들 중 진행파를 감산한 후, 반사파만을 확대 출력한 신호 일 수 있다.
따라서 본 발명의 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치(114)를 이용하여 공정 플라즈마의 가장 중요한 변수인 플라즈마 전계의 진행과정의 변화를 분석할 수 있다.
100: 플라즈마 발생장치 102: 챔버
104a: 하부 전극 104b: 상부 전극
PL:플라즈마 PLS: 플라즈마 시스
108a: 투시창 108b: 투시창 커버
108c: 투시창 플랜지 108d: 안테나 고정판
114: 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치
114a: 안테나부 114b: 신호 처리부
A1: 안테나 A2: 안테나 연결봉
A3: 안테나 고정부 A4: 안테나 절연판
A5: 안테나 커버 B1a: 전계 검출 안테나부
B1b: 가변 감쇄기 B2: 진행파/반사파 동조부
B3: 고속 진호 증폭부 B4a: 신호 증폭 및 설정부
B4b: 출력 설정기 B5: 진행파/반사파 비율 비교부.
116: 데이터 저장부 및 표시장치

Claims (13)

  1. 플라즈마 발생장치의 투시창의 바깥 표면에 밀착되고 플라즈마 전계를 유도하는 안테나부;
    상기 플라즈마 전계를 진행파와 반사파로 분리하는 진행파/반사파 동조부;
    상기 분리된 진행파 및 반사파를 적정 값으로 출력하기 위한 신호 증폭 및 설정부; 및
    상기 신호 증폭 및 설정부의 일단에 구성되고 출력의 크기를 조절하는 출력 설정기를 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    일단에 가변 감쇄기가 구성되어 상기 유도된 플라즈마 전계를 조절 및 분기하는 전계 검출 안테나부를 더 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 감쇄기를 통해 분기된 신호를 입력 받아 유도된 전계의 실제 파형을 증폭하는 고속 신호 증폭부를 더 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    가, 감, 승, 제 회로를 포함하고, 상기 신호 증폭 및 설정부로부터 출력된 진행파 및 반사파를 포함하는 신호를 입력 받아 상기 진행파와 반사파의 두 신호를 상기 가, 감, 승, 제 회로를 통한 비교 신호 및 특정 부분의 변화를 출력하는 진행파/반사파 비율 비교부를 더 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나부는
    안테나 커버, 안테나 커버의 일 측을 덮는 안테나 절연판, 상기 안테나 커버의 안쪽에 위치하여 상기 안테나 절연판과 접촉하는 안테나, 상기 안테나에 연결되고 일 방향으로 연장된 안테나 연결봉을 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나는 원판 형상이고 상기 안테나와 접촉하는 상기 안테나 연결봉의 접촉면은 상기 안테나보다 작은 면적의 원형상인 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나 및 안테나 연결봉은 동(copper) 또는 황동(brass)을 포함하는 비 접촉식 플라즈마 전계 검출 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나 커버의 내부에 채워지고 절연체인 안테나 고정부를 더 포함하는 플라즈마 전계 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 안테나 고정부는 테플론을 포함하는 플라즈마 전계 검출 장치.
  10. 안테나부로 플라즈마 전계를 유도하는 단계;
    상기 유도된 플라즈마 전계를 진행파/반사파 동조부를 통해 진행파 및 반사파로 분리하는 단계; 및
    상기 진행파 및 반사파로 분리된 플라즈마 전계를 출력 설정기를 포함하는 신호 증폭 및 설정부를 통해 아날로그 신호로 변환하고 및 적정 크기로 증폭하여 출력하는 단계를 포함하는 플라즈마 전계 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유도된 플라즈마 전계를 가변 감쇄기를 포함하는 전계 검출 안테나부를 통해 일정한 크기로 조절하고 분기하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 전계 검출 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전계 검출 안테나부를 통해 일정한 크기로 조절되고 분기된 일부 신호를 고속 신호 증폭부를 통해 증폭하고 고속으로 출력하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 전계 검출 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호 증폭 및 설정부를 통해 증폭된 진행파 및 반사파를 가, 감, 승, 제 회로를 통하여 비교 신호 및 특정 부분의 변화를 출력하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 전계 검출 방법.
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