KR20220090437A - 매칭 박스를 갖는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

매칭 박스를 갖는 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치의 예시는, RF 발생기, 매칭 박스(상기 매칭 박스는 상기 RF 발생기와 연결된 입력 단자, 고주파 전기를 감지하도록 구성된 센서, 임피던스 조절 회로, 및 출력 단자를 포함함), 상기 센서와 연결되고 상기 임피던스 조절 회로를 제어하도록 구성된 매칭 제어기, 상기 출력 단자와 연결된 반응기 챔버, 및 상기 센서와 상기 반응기 챔버 사이에서 트랜스미션 라인과 연결된 고조파 필터 회로를 포함한다.

Description

매칭 박스를 갖는 플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATMENT DEVICE HAVING MATCHING BOX}
플라즈마 처리 장치에 관한 예시가 설명된다.
플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 생성하고, 기판 상에 증착, 식각 및 막 개질과 같은 처리를 제공한다. 기본파의 정수배로 주파수를 갖는 고조파는, 반응기 챔버 내의 플라즈마로부터 생성된다. 이들 고조파는 일부 경우에 매칭 박스를 통한 임피던스 정합 작동에 영향을 미친다. 매칭 박스를 통한 임피던스 정합 작동이 고조파에 의해 영향을 받는 경우에, 반사파의 증가는 플라즈마 처리 동안에 정지 상태에서 발생하고, 일부 경우에 높은 반사파 스파이크가 플라즈마 처리의 종료 시에 생성된다.
본원에 설명된 일부 실시예는 전술한 문제를 해결할 수 있다. 본원에 설명된 일부 실시예는 정합 작동에 대한 고조파의 영향이 감소되는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
일부 예시에서, 플라즈마 처리 장치는, RF 발생기, 매칭 박스(상기 매칭 박스는 상기 RF 발생기와 연결된 입력 단자, 고주파 전기를 감지하도록 구성된 센서, 임피던스 조절 회로, 및 출력 단자를 포함함), 상기 센서와 연결되고 상기 임피던스 조절 회로를 제어하도록 구성된 매칭 제어기, 상기 출력 단자와 연결된 반응기 챔버, 및 상기 센서와 상기 반응기 챔버 사이에서 전송 라인과 연결된 고조파 필터 회로를 포함한다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 예시적인 구성을 나타낸다.
도 2는 매칭 박스의 회로도를 나타낸다.
도 3은 다른 예시에 따른 고조파 필터 회로를 나타낸다.
도 4는 비교예에 따른 고주파 전기의 세기를 나타낸다.
도 5는 비교예에 따른 플라즈마 처리의 타이밍 차트이다.
도 6은 고주파 전기의 세기를 나타낸다.
도 7은 플라즈마 처리의 타이밍 차트이다.
플라즈마 처리 장치는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 서로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 부호로 표시되고, 일부 경우에 이의 중복 설명이 생략될 것이다.
구현예
도 1은 플라즈마 처리 장치의 예시적인 구성을 나타낸 도면이다. 플라즈마 처리 장치는, 예를 들어 랙(12)에 제공된 RF 발생기(14)를 포함한다. 일례로, RF 발생기(14)는 서로 상이한 주파수를 갖는 두 종류의 고주파 전기를 출력한다. 예를 들어, RF 발생기(14)는 27 MHz 이상의 제1 고주파 전기 및 430 KHz 이하의 제2 고주파 전기를 출력한다. 이 예시에서, 이들 종류의 고주파 전기는 중첩되어 하나의 경로를 통해 반응기 챔버에 제공된다. 제1 고주파 전기의 주파수는, 예를 들어 27.12 MHz이고, 제2 고주파 전기의 주파수는, 예를 들어 400 KHz 또는 430 KHz이다. 다른 예시에서, RF 발생기(14)는 1 GHz 이상의 제1 고주파 전기, 및 제1 고주파 전기의 주파수보다 낮은 주파수의 제2 고주파 전기를 출력한다.
다른 예시에서, RF 발생기(14)는 한 주파수의 고주파 전기를 출력한다. 예를 들어, RF 발생기는 27 MHz 이상의 고주파 전기 또는 1 GHz 이상의 고주파 전기를 출력한다.
RF 발생기(14)로부터 출력되는 고주파 전기의 전력은, 예를 들어 3 kW 이상이다. 다른 예시에서, 다른 고주파 전력이 사용될 수 있다.
RF 발생기(14)는 매칭 박스(18)의 입력 단자(18a)와 연결된다. 매칭 제어기(20)는 매칭 박스(18)와 연결된다. 매칭 제어기(20)는 매칭 박스(18)의 임피던스를 조절하기 위한 신호를 생성하고 매칭 박스(18)에 신호를 송신한다.
매칭 박스(18)는 반응기 챔버(22)와 연결된 출력 단자(18e)를 갖는다. 반응기 챔버(22)는, 처리 대상으로 기판을 저장하고 기판 상에서 플라즈마 처리를 수행하는 장치이다.
RF 발생기(14)는 컴퓨터(24)에 연결되고, 컴퓨터(24)는 인간-기계 인터페이스(MMI)(26)에 연결된다. 컴퓨터(24) 및 MMI(26)는 RF 발생기(14)의 모니터 신호를 고객 호스트 컴퓨터에 제공한다. 예를 들어, RF 발생기(14)의 이동파 전력 및 반사파 전력과 같은 정보가, 컴퓨터(24) 및 MMI(26)를 통해 고객 호스트 컴퓨터에 제공된다. 예를 들어, MMI(26)는 도 5 및 도 7에 나타낸 바와 같은 파형을 생성하고, 파형을 고객 호스트 컴퓨터에 제공하고, 이동파 전력, 반사파 전력 등의 순간 값을 디스플레이한다. RF 전력 정보 이외에, RF 발생기(14)를 모니터링하기 위한 다양한 종류의 정보가 고객 호스트 컴퓨터에 제공될 수 있다.
전술한 구성 요소는 메인 프레임(16)으로서 제공된다.
도 2는 매칭 박스(18)의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다. 일례로, 매칭 박스(18)는 입력 단자(18a), 센서(18b), 고조파 필터 회로(F1 및 F2), 임피던스 조절 회로(18A), 및 출력 단자(18e)를 포함한다. 입력 단자(18a)는 센서(18b)와 연결된다. 센서(18b)는 고주파 전기를 감지한다. 센서(18b)는, 예를 들어 27.12 MHz의 고주파 전기를 감지한다. 다른 예시에서, 센서(18b)는 제1 고주파 전기의 주파수를 갖는 고주파 전기를 감지한다.
센서(18b)는 임피던스 조절 회로(18A)와 연결된다. 이러한 예시에서, 임피던스 조절 회로(18A)는 가변 축전기(18c, 18d) 및 인덕터(L3)를 포함한다. 임피던스 조절 회로(18A)는 임피던스를 변경할 수 있는 다른 구성을 가질 수 있다.
고조파 필터 회로(F1 및 F2)는 센서(18b) 및 임피던스 조절 회로(18A)를 연결하는 전송 라인과 연결된다. 고조파 필터 회로(F1)는 인덕터(L1) 및 축전기(C1)의 직렬 회로이다. 고조파 필터 회로(F2)는 인덕터(L2) 및 축전기(C2)의 직렬 회로이다. 일례로, 고조파 필터 회로(F1)는 제2 고조파를 감소시키기 위해 제공되고, 고조파 필터 회로(F2)는 제3 고조파를 감소시키기 위해 제공된다. 고조파 필터 회로(F1 및 F2)는 제2 및 제3 고조파를 각각 감소시키기 위한 차단 주파수를 가질 수 있다.
프로세스 조건, 임피던스, 또는 고주파 전기의 주파수와 같은 작동 환경에 따라, 생성된 고조파의 종류 및 세기는 변한다. 따라서, 제2 및 제3 고조파의 세기는 작동 환경에서 높고, 제2 내지 제4 고조파의 세기는 다른 작동 환경에서 높고, 제2 고조파의 세기만이 또 다른 작동 환경에서 높다. 도 2의 고조파 필터 회로(F1 및 F2)는 제2 및 제3 고조파를 감소시키기 위해 제공되지만, 다른 예시에서, 고조파 필터 회로는 감소될 고조파에 대응하는 선택적인 번호로 제공될 수 있다. 따라서, 각각 LC 직렬 회로를 포함하는 셋 이상의 고조파 필터 회로가 제공되어 셋 이상의 고조파를 감쇠시킬 수 있다. 각각의 고조파 필터 회로는 적어도 하나의 LC 직렬 회로를 포함한다.
임피던스 조절 회로(18A)는 출력 단자(18e)와 연결된다. 매칭 박스(18)는 반응기 챔버(22)와 연결된 접지 단자(18f)를 포함할 수 있다.
매칭 제어기(20)는 전술한 센서(18b)와 연결된다. 매칭 제어기(20)는 센서(18b)에 의한 감지 결과를 수신하고 임피던스 조절 회로(18A)를 제어한다. 이 예시에서, 매칭 제어기(20)는 임피던스 정합을 달성하기 위해 가변 커패시터(18c, 18d) 각각의 커패시턴스를 조절한다. 예를 들어, 회전 축의 회전량에 따라 커패시턴스가 변하는 가변 커패시터가 사용되는 경우에, 매칭 제어기로부터 신호를 수신한 모터는, 회전 축을 회전시켜 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절한다. 모터는, 신호 라인 및 전원 라인을 통해 매칭 제어기와 연결될 수 있다.
도 2에 나타낸 예시에서, 고조파 필터 회로(F1 및 F2)는 매칭 박스(18)에 제공된다. 다른 예시에서, 고조파 필터 회로(F1 및 F2)는 도 3에 나타낸 바와 같이 매칭 박스(18)와 반응기 챔버(22)를 연결하는 전송 라인에 제공될 수 있다. 도 2 및 도 3에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 고조파 필터 회로는, 센서와 반응기 챔버 사이의 전송 라인 상의 선택적 위치에 연결될 수 있다.
본 개시에 따른 플라즈마 처리 장치의 유의성을 명확히 하기 위해, 비교예가 아래에 설명될 것이다. 비교예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 구현예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성과 동일한 구성을 갖지만, 고조파 필터 회로는 갖지 않는다. 도 4 및 도 5는 비교예에 따른 플라즈마 처리의 함량을 나타내는 도면이다. 도 4는, 비교예에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라즈마 처리에서 매칭 박스에 의해 감지된 고주파 전기의 세기를 나타내는 도면이다. 도 4는, 27.12 MHz의 기본파 , 제2 고조파, 제3 고조파, 및 제4 고조파의 피크의 생성을 나타낸다. 도 5는, 도 4에 나타낸 고조파가 생성되는 플라즈마 처리의 타이밍 차트이다. 이 예시에서, "RF 순방향" 및 "LRF(저 RF) 순방향"으로 표시된 두 종류의 고주파 전기가 RF 발생기로부터 제공되고, "RF 반사" 및 "LRF 반사"는 각각 대응하는 고주파 전기에 대한 반사파 전기로서 발생한다.
비교예에서, 매칭 박스 내의 센서는 고조파를 수신하므로, 매칭 제어기에 의한 매칭 작동은 또한 고조파의 영향을 받는다. 결과적으로, 비교예에서, "RF 반사"로 표시된 반사파는 플라즈마 처리 동안 및 플라즈마 처리 종료 시 증가한다.
도 6 및 도 7은, 도 1 및 도 2의 플라즈마 처리 장치가 사용될 경우의 플라즈마 처리의 함량을 나타낸 도면이다. 도 6은 매칭 박스에 의해 감지된 고주파 전력의 세기를 나타낸 도면이다. 반응기 챔버(22)로부터 센서(18b)를 향해 이동하는 고조파는, 고조파 필터 회로(F1 및 F2)를 통해 감소되며, 따라서 제2 및 제3 고조파는, 도 4에 나타낸 예시와 비교하면 크게 감쇠된다. 제4 고조파(108.48 MHz)가 거의 감지되지 않는 이유는, 제4 고조파가, 제3 고조파의 감쇠를 위해 고조파 필터 회로(F2)를 통해 제3 고조파와 함께 감쇠되기 때문인 것으로 여겨진다. 도 7은, 도 6에 나타낸 바와 같이 고조파가 감쇠되는 플라즈마 처리의 타이밍 차트이다. 도 7은, 도 5에 나타낸 예시와 비교하면 "RF 반사"가 감소함을 나타낸다.
도 4 내지 도 7은, 27.12 MHz와 같은 고-RF(HRF)로 불리는 고주파수 전기의 고조파가, 센서(18b)에 의해 감지되고 불완전한 정합 작동으로 이어졌다는 것을 나타낸다. 본 발명자에 의해 수행되는 실험에서, 정합 작동에 대한 고조파의 영향은, HRF가 3 kW 이상의 전력으로 제공되는 경우에 특히 크다.
HRF에 중첩될 수 있는 LRF도 또한 고조파를 야기한다. 그러나, 이러한 LRF 고조파는 HRF 고조파보다 더 적은 실제 손상을 야기한다. 따라서, "RF 반사"의 감소는, 도 5 및 도 7에서 "LRF 반사"의 감소보다 우선시될 수 있다. HRF보다 높은 GHz 정도의 VHF(초고주파)를 갖는 고주파 전기의 고조파는, HRF 고조파와 같은 문제를 야기한다. 따라서, VHF가 사용되는 경우에, VHF 고조파가 감쇠되도록 하는 고조파 필터 회로가, 센서와 반응기 챔버 사이에 제공될 수 있다.

Claims (11)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    RF 발생기;
    상기 RF 발생기와 연결된 입력 단자, 고주파 전기를 감지하도록 구성된 센서, 임피던스 조절 회로, 및 출력 단자를 포함하는 매칭 박스;
    상기 센서와 연결되고 상기 임피던스 조절 회로를 제어하도록 구성된 매칭 제어기;
    상기 출력 단자와 연결된 반응기 챔버; 및
    상기 센서와 상기 반응기 챔버 사이의 전송 라인과 연결된 고조파 필터 회로를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고조파 필터 회로는 상기 매칭 박스에 제공되는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고조파 필터 회로는 상기 매칭 박스와 상기 반응기 챔버를 연결하는 전송 라인에 제공되는, 플라즈마 처리 장치
  4. 제1항에 있어서, 상기 고조파 필터 회로는 적어도 하나의 LC 직렬 회로를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고조파 필터 회로는 둘 이상의 LC 직렬 회로를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 RF 발생기는 서로 상이한 주파수를 갖는 두 종류의 고주파 전기를 출력하는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 RF 발생기는 27 MHz 이상의 제1 고주파 전기 및 430 KHz 이하의 제2 고주파 전기를 출력하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 RF 발생기는 1 GHz 이상의 제1 고주파 전기 및 상기 제1 고주파 전기의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제2 고주파 전기를 출력하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1 고주파 전기의 전력은 3 kW 이상인, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 고주파 전기의 전력은 3 kW 이상인, 플라즈마 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 센서는 상기 제1 고주파 전기의 주파수를 갖는 고주파 전기를 감지하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치.
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