KR20230022365A - High-frequency power source device and plasma processing device using same - Google Patents

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KR20230022365A
KR20230022365A KR1020210104037A KR20210104037A KR20230022365A KR 20230022365 A KR20230022365 A KR 20230022365A KR 1020210104037 A KR1020210104037 A KR 1020210104037A KR 20210104037 A KR20210104037 A KR 20210104037A KR 20230022365 A KR20230022365 A KR 20230022365A
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impedance
impedance matching
plasma processing
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조태훈
백승준
김형준
구자명
장동범
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세메스 주식회사
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Abstract

As a high-frequency power supply device and a plasma processing device using the same, the present invention discloses the high-frequency power supply device capable of minimizing a loss for an impedance matching time by supplying RF power supply by performing impedance matching after the power supply device adjusts an impedance of an RF power supply source when supplying a high-frequency RF power supply to an antenna of the plasma processing device; and the plasma processing device applied with the same. The high-frequency power supply device comprises: an RF power-supply supply part; an impedance matching part; and a control part.

Description

고주파 전원 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치{HIGH-FREQUENCY POWER SOURCE DEVICE AND PLASMA PROCESSING DEVICE USING SAME}High-frequency power supply device and plasma processing device using the same

본 발명은 고주파 전원 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치로서, 보다 상세하게는 플라즈마 처리 장치의 안테나에 고주파 RF 전원을 공급시 전원 공급 장치가 RF 전원 소스의 임피던스를 조정한 후 임피던스 매칭을 수행하여 RF 전원을 공급함으로써 임피던스 매칭 시간에 대한 손실을 최소화할 수 있는 고주파 전원 장치와 이를 적용한 플라즈마 처리 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a high-frequency power supply device and a plasma processing device using the same, and more particularly, when supplying high-frequency RF power to an antenna of the plasma processing device, the power supply device adjusts the impedance of an RF power source and then performs impedance matching to generate the RF power source. It relates to a high-frequency power supply device capable of minimizing loss in impedance matching time by supplying and a plasma processing device to which the same is applied.

플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 플라즈마를 발생시키는 챔버 내에 마련한 전극을 통해 고주파 전력을 공급하여 반응 공간 상에 플라즈마 방전을 발생시키고, 발생한 플라즈마에 의해서 기판에 표면 처리를 실시하는 장치이며, 반도체 제조 등에 사용된다.A plasma processing apparatus is, for example, a device for supplying high-frequency power through an electrode provided in a plasma generating chamber to generate a plasma discharge in a reaction space, and performing a surface treatment on a substrate by the generated plasma, for semiconductor manufacturing, etc. used

플라즈마 챔버에 고주파 전력 공급시 부하 장치로부터의 반사파가 발생하고, 출력한 전력의 일부밖에 부하 장치에 공급할 수 없어, 전력 효율이 저하된다. 따라서 반사파를 억제하기 위해서는, 고주파 전원 소스와 부하 장치 사이에 임피던스 매칭을 위한 임피던스 매칭부를 구비할 수 있다.When high-frequency power is supplied to the plasma chamber, a reflected wave from the load device is generated, and only a portion of the output power can be supplied to the load device, resulting in reduced power efficiency. Therefore, in order to suppress the reflected wave, an impedance matching unit for impedance matching may be provided between the high frequency power source and the load device.

도 1은 종래 기술에 따른 고주파 전원 장치의 개략적인 구성도를 도시한다.1 shows a schematic configuration diagram of a high frequency power supply device according to the prior art.

종래 플라즈마 처리 장치에 적용되는 고주파 전원 장치(10)는 고주파 전원 소스(11)와 임피던스 매칭부(15)를 구비하여 플라즈마 처리 장치의 챔버(50)로 고주파 전력을 공급한다.A high frequency power supply 10 applied to a conventional plasma processing apparatus includes a high frequency power source 11 and an impedance matching unit 15 to supply high frequency power to the chamber 50 of the plasma processing apparatus.

여기서 임피던스 매칭부(15)는 가변 용량 커패시터와 인덕터로 구성되는 임피던스 매칭 회로를 구비하고 가변 용량 커패시터의 용량을 조정함으로써 임피던스를 매칭한다.Here, the impedance matching unit 15 has an impedance matching circuit composed of a variable capacitance capacitor and an inductor, and matches the impedance by adjusting the capacitance of the variable capacitance capacitor.

이러한 종래기술에 따른 고주파 전원 장치는 기본적으로 임피던스 매칭을 위한 대기 시간이 필요한 문제가 있다. The high frequency power supply device according to the prior art basically has a problem in that waiting time for impedance matching is required.

일본 특허공개공보 제2004-247401호Japanese Patent Laid-Open No. 2004-247401 일본 등록특허공보 제5210905호Japanese Patent Registration No. 5210905

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 플라즈마 처리 장치의 안테나에 고주파 RF 전원을 공급시 반사파로 인한 효율이 저하되는 문제를 해소하고자 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and is intended to solve the problem of reduced efficiency due to reflected waves when high-frequency RF power is supplied to an antenna of a plasma processing apparatus.

특히, 종래 임피던스 매칭 방식은 가변 용량 커패시터의 용량 조정을 통해 임피던스를 매칭함에 따라 임피던스 매칭을 위한 대기 시간이 필요한 문제를 해결하고자 한다.In particular, the conventional impedance matching method attempts to solve the problem of requiring a waiting time for impedance matching as impedance is matched through capacitance adjustment of a variable capacitance capacitor.

본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다. The object of the present invention is not limited to the above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description.

본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 일실시예는, 플라즈마 처리 장치의 안테나로 RF 전원을 공급하는 고주파 전원 장치로서, 요구되는 임피던스 범위로 조정하여 RF 전원을 공급하는 RF 전원 공급부; 조정된 임피던스의 RF 전원에 대하여 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부; 및 상기 RF 전원 공급부의 임피던스 조정과 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.One embodiment of a high frequency power supply device according to the present invention is a high frequency power supply device for supplying RF power to an antenna of a plasma processing device, comprising: an RF power supply unit for supplying RF power by adjusting the impedance to a required impedance range; Impedance matching unit for performing impedance matching with respect to the RF power source of the adjusted impedance; and a control unit controlling impedance adjustment of the RF power supply unit and impedance matching of the impedance matching unit.

일례로서, 상기 RF 전원 공급부는, 고주파 전원을 공급하는 RF 제너레이터; 상기 RF 제너레이터의 출력단에 연결되어 위상을 조절하는 위상 조절기; 및 상기 위상 조절기의 출력단에 연결되어 상기 고주파 전원의 임피던스를 요구되는 임피던스 범위로 조정하여 출력하는 트랜스포머를 포함할 수 있다.As an example, the RF power supply unit, RF generator for supplying high-frequency power; a phase adjuster connected to an output terminal of the RF generator to adjust a phase; and a transformer connected to an output terminal of the phase controller to adjust the impedance of the high frequency power supply to a required impedance range and output the output.

여기서 상기 위상 조절기는, 풀 브릿지(Full Bridge) 회로 또는 하프 브릿지(Half Bridge) 회로를 포함할 수 있다.Here, the phase adjuster may include a full bridge circuit or a half bridge circuit.

일례로서, 상기 트랜스포머는, 입력되는 고주파 전원에 대하여 요구되는 임피던스 범위로 선택적 조정을 수행하여 임피던스가 조정된 고주파 전원을 출력하는 탭 트랜스포머(Tap Transformer)를 포함할 수 이?.As an example, the transformer may include a tap transformer that selectively adjusts the input high-frequency power to a required impedance range and outputs the high-frequency power whose impedance is adjusted.

나아가서 상기 임피던스 매칭부는, 상기 RF 전원 공급부의 출력단에 병렬 연결되어 임피던스 매칭을 수행하는 두개의 FET(field effect transistor)를 포함할 수 있다.Furthermore, the impedance matching unit may include two field effect transistors (FETs) connected in parallel to an output terminal of the RF power supply unit to perform impedance matching.

한걸음 더 나아가서 상기 플라즈마 처리 장치의 안테나 입력단으로 공급되는 고주파 전원을 측정하는 측정기를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 측정기의 측정치를 피드백하여 상기 RF 전원 공급부의 임피던스 조정과 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어할 수 있다.Further comprising a measuring device for measuring high-frequency power supplied to an antenna input terminal of the plasma processing device, wherein the control unit adjusts the impedance of the RF power supply unit and impedance matching the impedance matching unit by feeding back the measured value of the measuring unit. You can control it.

바람직하게는 상기 제어부는, 상기 측정기를 통해 측정된 전압과 전류의 위상차를 기초로 상기 RF 전원 공급부의 RF 전원의 주파수 또는 위상을 조정할 수 있다.Preferably, the control unit may adjust the frequency or phase of the RF power of the RF power supply unit based on the phase difference between the voltage and the current measured through the meter.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일실시예는, 상기의 고주파 전원 장치; 상기 고주파 전원 장치로부터 RF 전원을 인가받는 하나 이상의 안테나; 및 플라즈마 공정 처리를 수행하는 플라즈마 챔버를 포함할 수 있다.In addition, an embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention includes the above high-frequency power supply; one or more antennas receiving RF power from the high frequency power supply; and a plasma chamber for performing a plasma process.

일례로서, 상기 안테나는 영역별로 구분되어 복수개가 구비되며, 각각의 안테나마다 RF 전원을 제공하는 복수개의 상기 고주파 전원 장치가 구비될 수 있다.As an example, a plurality of antennas may be provided for each area, and a plurality of high frequency power supply devices providing RF power may be provided for each antenna.

나아가서 복수개의 안테나에 대응되는 복수개의 고주파 전원 장치를 트리거 시그널(Trigger signal)로 동작시키는 통합 제어부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, it may further include an integrated controller for operating a plurality of high-frequency power supply devices corresponding to a plurality of antennas with a trigger signal.

이와 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 장치의 안테나에 고주파 RF 전원을 공급시 임피던스 매칭을 통해 반사파로 인한 효율이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.According to the present invention as described above, when supplying high frequency RF power to the antenna of a plasma processing apparatus, it is possible to solve the problem of reduced efficiency due to reflected waves through impedance matching.

특히, 본 발명은, RF 전원 공급부가 RF 전원을 공급함에 있어서 탭 트랜스포머(Tap Transformer)의 임피던스 조정기를 통해 먼저 요구되는 임피던스 범위에 맞춰서 선택적으로 임피던스가 조정된 RF 전원을 공급함으로써 임피던스 매칭부에서 임피던스 매칭 시간을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.In particular, in the present invention, when the RF power supply unit supplies RF power, the impedance matching unit supplies RF power whose impedance is selectively adjusted according to the required impedance range through an impedance adjuster of a tap transformer. Matching time can be effectively reduced.

도 1은 종래 기술에 따른 고주파 전원 장치의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 플라즈마 처리 장치의 일실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 일실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 일실시예에 대한 회로도를 도시한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 고주파 전원 장치가 적용된 플라즈마 처리 장치의 일실시예에 대한 일부 구성을 도시한다.1 shows a schematic configuration diagram of a high frequency power supply device according to the prior art.
2 shows an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.
3 shows an embodiment of a high frequency power supply device according to the present invention.
4 shows a circuit diagram of an embodiment of a high frequency power supply device according to the present invention.
5 to 7 show some configurations of an embodiment of a plasma processing device to which a high frequency power supply device according to the present invention is applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.In order to explain the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, the following describes a preferred embodiment of the present invention and references it.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terms used in this application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, in this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other It should be understood that the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 플라즈마 처리 장치의 안테나에 고주파 RF 전원을 공급시 전원 공급 장치가 RF 전원 소스의 임피던스를 조정한 후 임피던스 매칭을 수행하여 RF 전원을 공급함으로써 임피던스 매칭 시간에 대한 손실을 최소화할 수 있는 고주파 전원 장치와 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 제시한다.In the present invention, when supplying high-frequency RF power to the antenna of a plasma processing device, the power supply device adjusts the impedance of the RF power source, performs impedance matching, and supplies RF power, thereby minimizing the loss of impedance matching time. A power supply device and a plasma processing device using the same are presented.

도 2는 본 발명이 적용되는 플라즈마 처리 장치의 일실시예를 도시한다.2 shows an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.

플라즈마 처리 장치(200)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)를 처리를 위한 다양한 공정을 수행할 수 있는데, 일례로서 기판(W)에 대한 식각 공정을 수행할 수 있다.The plasma processing apparatus 200 may perform various processes for processing the substrate W using plasma. As an example, an etching process for the substrate W may be performed.

플라즈마 처리 장치(200)는 챔버(220), 기판 지지 어셈블리(250), 샤워 헤드(240), 가스공급 유닛(230), 플라즈마 발생 유닛 등을 포함할 수 있다.The plasma processing apparatus 200 may include a chamber 220, a substrate support assembly 250, a shower head 240, a gas supply unit 230, a plasma generating unit, and the like.

챔버(220)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(220) 내부에는 기판 지지 어셈블리(250)가 배치될 수 있다.The chamber 220 may provide a processing space in which a substrate processing process is performed. A substrate support assembly 250 may be disposed inside the chamber 220 .

기판 지지 어셈블리(250)는 기판(W)을 지지하는데, 이를 위해 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 정전척 방식과는 다르게 기계적 플램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다.The substrate supporting assembly 250 supports the substrate W, and may include an electrostatic chuck (not shown) for adsorbing the substrate W using electrostatic force. Alternatively, the substrate W may be supported by various methods such as mechanical clamping, unlike the electrostatic chuck method.

샤워 헤드(240)는 챔버(220)의 내부에서 기판 지지 어셈블리(250) 상부에 위치될 수 있으며, 가스 분산판(241)이 구비될 수 있다. 가스 분산판(241)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위해서 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(241)에는 가스를 확산시키기 위한 분사홀들이 형성될 수 있다.The shower head 240 may be located above the substrate support assembly 250 inside the chamber 220 and may be provided with a gas distribution plate 241 . The bottom surface of the gas distribution plate 241 may be anodized to prevent arc generation by plasma. Injection holes for dispersing gas may be formed in the gas distribution plate 241 .

가스공급 유닛(230)은 가스 저장부(260)를 통해 공정 가스를 공급받아 챔버(220) 내부로 공급할 수 있다.The gas supply unit 230 may receive process gas through the gas storage unit 260 and supply it into the chamber 220 .

플라즈마 발생 유닛은 챔버(220) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 일례로서, 플라즈마 발생 유닛은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입이 적용될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.The plasma generating unit may excite the process gas in the chamber 220 to a plasma state. As an example, an inductively coupled plasma (ICP) type may be applied to the plasma generating unit, but is not limited thereto.

플라즈마 발생 유닛은 하나 이상의 안테나(210)를 포함하며, 챔버(220) 내에서 생성되는 플라즈마의 분포는, 안테나의 개수나 형상, 배치에 의해 제어할 수 있고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하기 위해, 복수의 안테나를 배치할 수 있다.The plasma generating unit includes one or more antennas 210, and the distribution of plasma generated in the chamber 220 can be controlled by the number, shape, and arrangement of the antennas, and to ensure uniformity of the plasma distribution. , a plurality of antennas can be arranged.

안테나(210)는 고주파 전원 장치(100)로부터 RF 전원을 제공받을 수 있다. 안테나(210)는 고주파 전원 장치(100)로부터 공급되는 RF 전원을 통해 챔버(220) 내의 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 플라즈마 공정이 수행될 수 있다.The antenna 210 may receive RF power from the high frequency power supply device 100 . The antenna 210 may excite the process gas in the chamber 220 to a plasma state through RF power supplied from the high frequency power supply 100 so that a plasma process may be performed.

본 발명에서는 상기에서 살펴본 플라즈마 처리 장치의 안테나에 RF 전원을 공급하는 고주파 전원 장치를 제시하는데, 이하에서는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치에 대하여 실시예를 통해 살펴보기로 한다.In the present invention, a high frequency power supply device for supplying RF power to the antenna of the plasma processing device described above is presented. Hereinafter, the high frequency power supply device according to the present invention will be described through examples.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 일실시예를 도시한다.3 shows an embodiment of a high frequency power supply device according to the present invention.

본 발명에 따른 고주파 전원 장치(100)는 RF 전원 공급부(110), 임피던스 매칭부(120), 측정기(130), 제어부(140) 등을 포함할 수 있다.The high frequency power supply device 100 according to the present invention may include an RF power supply unit 110, an impedance matching unit 120, a meter 130, a control unit 140, and the like.

RF 전원 공급부(110)는 펄스 파형 또는 정현파의 RF 전원을 생성하여 제공할 수 있으며, 특히 RF 전원을 요구되는 임피던스 범위로 조정하여 공급할 수 있다. RF 전원 공급부(110)는 RF 제너레이터(111), 임피던스 조정기(115) 등을 포함할 수 있다.The RF power supply unit 110 may generate and provide RF power of a pulse waveform or sinusoidal wave, and in particular, adjust the RF power to a required impedance range and supply the RF power. The RF power supply 110 may include an RF generator 111 and an impedance adjuster 115 .

RF 제너레이터(111)는 고주파 RF 전원을 생성하여 제공할 수 있다.The RF generator 111 may generate and provide high frequency RF power.

임피던스 조정기(115)는 RF 제너레이터(111)에서 생성된 RF 전원을 요구되는 임피던스 범위로 조정할 수 있다. 즉, RF 전원 공급부(110)는 RF 전원의 공급시 미리 요구되는 임피던스 범위로 RF 전원을 조정하여 공급할 수 있다.The impedance adjuster 115 may adjust the RF power generated by the RF generator 111 to a required impedance range. That is, when supplying RF power, the RF power supply unit 110 may adjust and supply the RF power within a pre-required impedance range.

RF 전원 공급부(110)에서 임피던스 범위가 조정된 RF 전원은 임피던스 매칭부(120)로 제공될 수 있다.The RF power whose impedance range is adjusted in the RF power supply unit 110 may be provided to the impedance matching unit 120 .

임피던스 매칭부(120)는 고주파 전원 장치(100)를 통해 제공되는 RF 전원과 부하측의 임피던스 매칭을 수행하여 부하측으로부터 고주파 전원을 향하는 반사파를 저감시켜 고주파 전력의 공급 효율을 향상시킬 수 있다.The impedance matching unit 120 performs impedance matching between the RF power provided through the high frequency power supply device 100 and the load side, thereby reducing a reflected wave from the load side toward the high frequency power source, thereby improving the supply efficiency of the high frequency power.

측정기(130)는 플라즈마 처리 장치의 안테나 입력단으로 공급되는 고주파 전원을 측정할 수 있다. 측정기(130)에서 측정된 측정치는 제어부(140)로 피드백될 수 있다.The measuring device 130 may measure high-frequency power supplied to an antenna input terminal of the plasma processing device. Measurement values measured by the meter 130 may be fed back to the control unit 140 .

제어부(140)는 측정기(130)으로부터 측정치를 피드백 받아 이를 기초로 임피던스 매칭부(120) 및 RF 전원 공급부(110)를 제어할 수 있다. 제어부(140)는 플라즈마 처리 장치(200)의 챔버 임피던스가 매칭되도록 먼저 일차적으로 임피던스 매칭부(120)의 임피던스를 조절하고, 이차적으로 RF 전원 공급부(110)의 임피던스 조정과 RF 전원의 주파수를 변경할 수 있다.The control unit 140 may control the impedance matching unit 120 and the RF power supply unit 110 based on the feedback of the measured value from the meter 130 . The control unit 140 firstly adjusts the impedance of the impedance matching unit 120 so that the chamber impedance of the plasma processing apparatus 200 is matched, and secondarily adjusts the impedance of the RF power supply unit 110 and changes the frequency of the RF power supply. can

본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 구체적인 예시로서, 도 4는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치의 일실시예에 대한 회로도를 도시한다.As a specific example of the high frequency power supply device according to the present invention, FIG. 4 shows a circuit diagram of an embodiment of the high frequency power supply device according to the present invention.

RF 전원 공급부(110)는, RF 제너레이터(111), 위상 조절기(113), 임피던스 조정기(115) 등을 포함할 수 있다.The RF power supply 110 may include an RF generator 111 , a phase adjuster 113 , an impedance adjuster 115 , and the like.

RF 제너레이터(111)는 펄스 파형의 RF 전원을 공급할 수 있다. RF 제너레이터(111)의 출력단에는 위상 조절기(113)가 배치되어 RF 제너레이터(111)로부터 공급되는 RF 전원의 위상을 조절할 수 있다.The RF generator 111 may supply pulse wave RF power. A phase controller 113 is disposed at an output terminal of the RF generator 111 to adjust a phase of RF power supplied from the RF generator 111 .

여기서 위상 조절기(113)는 풀 브릿지(Full Bridge)를 적용하였으나, 이에 국한되지 않고 하프 브릿지(Half Bridge) 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.Here, the phase controller 113 applies a full bridge, but is not limited thereto, and various methods such as a half bridge may be applied.

위상 조절기(113)의 출력단에는 임피던스 조정기(115)가 연결될 수 있다. 임피던스 조정기(115)는 요구되는 임피던스 범위로 조정하여 RF 전원을 제공할 수 있다. 임피던스 조정기(115)는 트랜스포머로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 입력되는 고주파 전원에 대하여 요구되는 임피던스 범위로 선택적 조정을 수행하여 임피던스가 조정된 고주파 전원을 출력하는 탭 트랜스포머(Tap Transformer)를 포함할 수 있다.An impedance adjuster 115 may be connected to an output terminal of the phase adjuster 113 . The impedance regulator 115 may provide RF power by adjusting the impedance to a required range. The impedance adjuster 115 may be composed of a transformer, and preferably includes a tap transformer that selectively adjusts the input high-frequency power to a required impedance range and outputs the high-frequency power whose impedance is adjusted. can

RF 전원 공급부(110)의 출력단에는 임피던스 매칭부(120)가 연결되며, 임피던스 매칭부(120)는 RF 전원 공급부(110)로부터 임피던스가 조정된 RF 전원을 공급받을 수 있다. 임피던스 매칭부(120)는 공급된 RF 전원과 부하측의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 임피던스 매칭부(120)는 RF 전원 공급부(110)의 출력단에 병렬 연결된 두개의 FET(field effect transistor)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(120)는 FET의 스위칭 동작을 통해 RF 전원의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.An impedance matching unit 120 is connected to an output terminal of the RF power supply unit 110 , and the impedance matching unit 120 may receive RF power whose impedance is adjusted from the RF power supply unit 110 . The impedance matching unit 120 may perform impedance matching between the supplied RF power and the load side. The impedance matching unit 120 may include two field effect transistors (FETs) connected in parallel to an output terminal of the RF power supply unit 110 . The impedance matching unit 120 may perform impedance matching of RF power through a switching operation of an FET.

또한 플라즈마 처리 장치(200)의 안테나 입력단에는 RF 전원을 검출하는 측정기(130)가 구비되어 고주파 전원 장치(100)로부터 플라즈마 처리 장치(200)의 안테나로 제공되는 RF 전원을 측정할 수 있다. 측정기(130)가 검출한 측정치는 제어부(140)로 피드백될 수 있다.In addition, a meter 130 for detecting RF power is provided at an antenna input terminal of the plasma processing device 200 to measure RF power provided from the high frequency power supply device 100 to the antenna of the plasma processing device 200. Measurement values detected by the measuring device 130 may be fed back to the control unit 140 .

제어부(140)는 측정기(130)의 RF 전원에 대한 측정치를 기초로 먼저 임피던스 매칭부(120)를 제어하여 임피던스 매칭을 수행하고, 2차적으로 RF 제너레이터(111)와 임피던스 조정기(115)를 제어하여 미세한 매칭을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(140)는, 측정치에 따라 1차적으로 임피던스 매칭부(120)를 통해 커패시턴스 매칭을 수행하고, 2차적으로 임피던스 조정기(115)의 탭 트랜스포머를 통해 임피던스 범위를 조정할 수 있으며, 추가적으로 RF 제너레이터(111)의 주파수를 가변하거나 위상을 조정할 수 있다.The control unit 140 first controls the impedance matching unit 120 based on the measured value of the RF power of the meter 130 to perform impedance matching, and secondarily controls the RF generator 111 and the impedance regulator 115. Thus, fine matching can be performed. That is, the control unit 140 may perform capacitance matching primarily through the impedance matching unit 120 according to the measured value, and secondarily adjust the impedance range through the tap transformer of the impedance adjuster 115, and additionally RF The frequency of the generator 111 may be varied or the phase may be adjusted.

제어부(140)는 플라즈마 처리 장치(200)의 안테나로 제공되는 RF 전원을 피드백하여 전압과 전류의 위상차가 0에 근접하도록 임피던스 매칭을 제어할 수 있다.The control unit 140 may control impedance matching so that the phase difference between voltage and current approaches zero by feeding back RF power provided to the antenna of the plasma processing apparatus 200 .

이와 같이 본 발명에서 RF 전원 공급부(110)는 RF 전원을 공급함에 있어서 탭 트랜스포머(Tap Transformer)의 임피던스 조정기(115)를 통해 먼저 요구되는 임피던스 범위에 맞춰서 선택적으로 임피던스가 조정된 RF 전원을 공급함으로써 임피던스 매칭부(120)에서 임피던스 매칭 시간을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.As such, in the present invention, in supplying RF power, the RF power supply unit 110 supplies RF power whose impedance is selectively adjusted according to the required impedance range through the impedance adjuster 115 of the tap transformer. The impedance matching time in the impedance matching unit 120 can be effectively reduced.

이하에서는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치가 플라즈마 처리 장치에 적용되는 다양한 실시예를 살펴본다.Hereinafter, various embodiments in which the high frequency power supply device according to the present invention is applied to a plasma processing device will be described.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 고주파 전원 장치가 적용된 플라즈마 처리 장치의 일실시예에 대한 일부 구성을 도시한다.5 to 7 show some configurations of an embodiment of a plasma processing device to which a high frequency power supply device according to the present invention is applied.

상기 도 5 내지 도 7은 앞서 살펴본 상기 도 2와 같은 플라즈마 처리 장치(200)에서 고주파 전원 장치와 RF 전원이 인가되는 안테나 부분만을 도시한 경우이다.5 to 7 illustrate only the high frequency power supply and the antenna portion to which RF power is applied in the plasma processing apparatus 200 as shown in FIG. 2 described above.

상기 도 5의 일실시예와 같이 플라즈마 처리 장치의 챔버 크기에 대응되어 코일 형태의 안테나(210a)가 챔버 상부에 배치될 수 있으며, 안테나(210a)에는 앞서 살펴본 본 발명에 따른 고주파 전원 장치(100a)가 연결되어 고주파 전원 장치(100a)로부터 RF 전원을 공급받을 수 있다.As in the embodiment of FIG. 5, a coil-shaped antenna 210a may be disposed above the chamber corresponding to the size of the chamber of the plasma processing apparatus, and the antenna 210a includes the high frequency power supply device 100a according to the present invention described above. ) may be connected to receive RF power from the high frequency power supply device 100a.

이러한 본 발명에 따른 고주파 전원 장치(100a)는 RF 전원 공급에서 먼저 요구되는 임피던스 범위에 맞춰서 선택적으로 임피던스가 조정된 RF 전원을 임피던스 매칭부에 제공함으로써 보다 빠른 시간 내에 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. In the high frequency power supply device 100a according to the present invention, impedance matching can be performed within a faster time by providing the RF power whose impedance is selectively adjusted according to the impedance range first required in the RF power supply to the impedance matching unit.

플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 생성되는 플라즈마 분포는 안테나의 개수, 형상, 배치 위치 등에 따라 다양하게 변화될 수 있고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하기 위해서 복수의 안테나가 배치될 수 있는데, 상기 도 6의 일실시예는 영역을 구분하여 엣지 안테나(210b1)와 센터 안테나(210b2)가 배치된 경우이다.The plasma distribution generated in the chamber of the plasma processing apparatus may be variously changed according to the number, shape, arrangement position, etc. of antennas, and a plurality of antennas may be arranged to ensure uniformity of the plasma distribution. An embodiment of is a case where the edge antenna 210b1 and the center antenna 210b2 are disposed by dividing the area.

영역이 구분되어 엣지 안테나(210b1)와 센터 안테나(210b2)가 배치된 경우, 각 안테나별로 개별 고주파 전원 장치(100b1, 100b2)가 구비되어 각각의 RF 전원이 개별적으로 공급될 수 있다.When the area is divided and the edge antenna 210b1 and the center antenna 210b2 are disposed, individual high frequency power supply devices 100b1 and 100b2 are provided for each antenna so that RF power can be individually supplied.

즉, 엣지 안테나(210b1)에는 제1 고주파 전원 장치(100b1)가 RF 전원을 공급하고, 센터 안테나(210b2)에는 제2 고주파 전원 장치(100b2)가 RF 전원을 공급할 수 있다.That is, the first high frequency power supply device 100b1 may supply RF power to the edge antenna 210b1, and the second high frequency power supply device 100b2 may supply RF power to the center antenna 210b2.

이러한 안테나의 개수와 배치 및 고주파 전원 장치의 개별적인 RF 전원 공급을 통해 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 다양하게 플라즈마 쉐이핑이 가능하며 아울러 플라즈마 분포의 균일성을 확보할 수 있다.Through the number and arrangement of the antennas and individual RF power supply of the high-frequency power supply, various plasma shaping is possible within the chamber of the plasma processing apparatus, and uniformity of plasma distribution can be secured.

상기 도 6의 경우, 영역을 엣지와 센터로 구분하였으나 필요에 따라 더 세분하여 영역이 구분될 수 있다. 가령, 엣지, 미들, 센터로 영역을 구분하고 각 영역마다 개별 안테나와 이에 RF 전원을 공급하는 개별 고주파 전원 장치가 구비될 수도 있다.In the case of FIG. 6, the area is divided into an edge and a center, but the area may be further subdivided as needed. For example, regions may be divided into edge, middle, and center, and individual antennas and individual high-frequency power supply devices supplying RF power to each region may be provided.

다수의 안테나를 통해 플라즈마 쉐이핑과 플라즈마 분포의 균일성을 확보하고자 하는 경우, 다수의 안테나와 여기에 RF 전원을 공급하는 고주파 전원 장치는 유기적으로 동작되어야 할 필요가 있다.In order to ensure uniformity of plasma shaping and plasma distribution through a plurality of antennas, a plurality of antennas and a high-frequency power supply device supplying RF power to the plurality of antennas need to operate organically.

일례로서, 상기 도 7의 경우, 엣지 안테나(210c1)에는 제1 고주파 전원 장치(100c1)가 RF 전원을 공급하고, 센터 안테나(210c2)에는 제2 고주파 전원 장치(100c2)가 RF 전원을 공급하는데, 이때 통합 제어부(150)를 통해 RF 전원 공급이 제어됨으로써 엣지 안테나(210c1)와 센터 안테나(210c2)를 통한 플라즈마 발생이 제어될 수 있다.As an example, in the case of FIG. 7 , the first high frequency power supply 100c1 supplies RF power to the edge antenna 210c1 and the second high frequency power supply 100c2 supplies RF power to the center antenna 210c2. , At this time, since the RF power supply is controlled through the integrated control unit 150, plasma generation through the edge antenna 210c1 and the center antenna 210c2 can be controlled.

바람직하게는 통합 제어부(150)는 트리거 시그널(Trigger signal)을 통해 제1 고주파 전원 장치(100c1)와 제2 고주파 전원 장치(100c2)의 동작을 제어할 수 있다.Preferably, the integrated control unit 150 may control the operation of the first high frequency power supply 100c1 and the second high frequency power supply 100c2 through a trigger signal.

이상에서 살펴본 본 발명을 통해 플라즈마 처리 장치의 안테나에 고주파 RF 전원을 공급시 임피던스 매칭을 통해 반사파로 인한 효율이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.Through the present invention as described above, when a high frequency RF power is supplied to the antenna of a plasma processing device, it is possible to solve the problem of reduced efficiency due to reflected waves through impedance matching.

특히, 본 발명은, RF 전원 공급부가 RF 전원을 공급함에 있어서 탭 트랜스포머(Tap Transformer)의 임피던스 조정기를 통해 먼저 요구되는 임피던스 범위에 맞춰서 선택적으로 임피던스가 조정된 RF 전원을 공급함으로써 임피던스 매칭부에서 임피던스 매칭 시간을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.In particular, in the present invention, when the RF power supply unit supplies RF power, the impedance matching unit supplies RF power whose impedance is selectively adjusted according to the required impedance range through an impedance adjuster of a tap transformer. Matching time can be effectively reduced.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 고주파 전원 장치,
110 : RF 전원 공급부,
111 : RF 제너레이터,
113 : 위상 조절기,
115 : 임피던스 조정기,
120 : 임피던스 매칭부,
130 : 측정기,
140 : 제어부,
150 : 통합 제어부.100: high frequency power supply,
110: RF power supply unit,
111: RF generator,
113: phase regulator,
115: impedance regulator,
120: impedance matching unit,
130: measuring instrument,
140: control unit,
150: integrated control unit.

Claims (10)

플라즈마 처리 장치의 안테나로 RF 전원을 공급하는 고주파 전원 장치로서,
요구되는 임피던스 범위로 조정하여 RF 전원을 공급하는 RF 전원 공급부;
조정된 임피던스의 RF 전원에 대하여 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부; 및
상기 RF 전원 공급부의 임피던스 조정과 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.A high frequency power supply device for supplying RF power to an antenna of a plasma processing device,
An RF power supply unit supplying RF power by adjusting the impedance to a required range;
Impedance matching unit for performing impedance matching with respect to the RF power source of the adjusted impedance; and
and a control unit controlling impedance adjustment of the RF power supply unit and impedance matching of the impedance matching unit. 제 1 항에 있어서,
상기 RF 전원 공급부는,
고주파 전원을 공급하는 RF 제너레이터;
상기 RF 제너레이터의 출력단에 연결되어 위상을 조절하는 위상 조절기; 및
상기 위상 조절기의 출력단에 연결되어 상기 고주파 전원의 임피던스를 요구되는 임피던스 범위로 조정하여 출력하는 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 1,
The RF power supply unit,
an RF generator that supplies high-frequency power;
a phase adjuster connected to an output terminal of the RF generator to adjust a phase; and
and a transformer connected to an output terminal of the phase controller to adjust the impedance of the high frequency power supply to a required impedance range and output the output. 제 2 항에 있어서,
상기 위상 조절기는,
풀 브릿지(Full Bridge) 회로 또는 하프 브릿지(Half Bridge) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 2,
The phase controller,
A high-frequency power supply device comprising a full bridge circuit or a half bridge circuit. 제 2 항에 있어서,
상기 트랜스포머는,
입력되는 고주파 전원에 대하여 요구되는 임피던스 범위로 선택적 조정을 수행하여 임피던스가 조정된 고주파 전원을 출력하는 탭 트랜스포머(Tap Transformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 2,
The transformer is
A high-frequency power supply comprising a tap transformer that selectively adjusts input high-frequency power to a required impedance range and outputs high-frequency power whose impedance is adjusted. 제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는,
상기 RF 전원 공급부의 출력단에 병렬 연결되어 임피던스 매칭을 수행하는 두개의 FET(field effect transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 1,
The impedance matching unit,
The high frequency power supply device comprising two field effect transistors (FETs) connected in parallel to an output terminal of the RF power supply unit to perform impedance matching. 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치의 안테나 입력단으로 공급되는 고주파 전원을 측정하는 측정기를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 측정기의 측정치를 피드백하여 상기 RF 전원 공급부의 임피던스 조정과 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 1,
Further comprising a measuring device for measuring the high-frequency power supplied to the antenna input terminal of the plasma processing device,
The control unit,
The high-frequency power supply device characterized in that the impedance adjustment of the RF power supply unit and the impedance matching of the impedance matching unit are controlled by feeding back the measurement value of the meter. 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정기를 통해 측정된 전압과 전류의 위상차를 기초로 상기 RF 전원 공급부의 RF 전원의 주파수 또는 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치.According to claim 6,
The control unit,
The high-frequency power supply device, characterized in that for adjusting the frequency or phase of the RF power of the RF power supply unit based on the phase difference between the voltage and current measured by the meter. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 고주파 전원 장치;
상기 고주파 전원 장치로부터 RF 전원을 인가받는 하나 이상의 안테나; 및
플라즈마 공정 처리를 수행하는 플라즈마 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 7;
one or more antennas receiving RF power from the high frequency power supply; and
A plasma processing apparatus comprising a plasma chamber for performing a plasma process treatment. 제 8 항에 있어서,
상기 안테나는 영역별로 구분되어 복수개가 구비되며,
각각의 안테나마다 RF 전원을 제공하는 복수개의 상기 고주파 전원 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.According to claim 8,
The antenna is divided by area and provided with a plurality,
The plasma processing apparatus, characterized in that a plurality of the high-frequency power supply devices providing RF power for each antenna are provided. 제 9 항에 있어서,
복수개의 안테나에 대응되는 복수개의 고주파 전원 장치를 트리거 시그널(Trigger signal)로 동작시키는 통합 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.According to claim 9,
The plasma processing apparatus further comprising an integrated controller for operating a plurality of high-frequency power supply devices corresponding to a plurality of antennas with a trigger signal.
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