KR20230110342A - Rf 신호를 생성하는 방법, rf 생성기 및 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

바람직하게는 플라즈마 챔버에 대한 RF 신호를 생성하기 위한 방법은, 제1 제어 파라미터 세트에 기초하여 입력 RF 신호를 생성하는 단계와, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 검출하는 단계와, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 입력 RF 신호와 동기화하는 단계와, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 단계와, 차이가 사전결정된 임계값보다 큰 경우, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 단계와, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 차이가 감소되도록 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 적응된 입력 RF 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

RF 신호를 생성하는 방법, RF 생성기 및 플라즈마 장치

본 발명은 바람직하게는 플라즈마 장치의 플라즈마 챔버를 위한 RF 신호를 생성하는 방법, 특히 RF 생성기를 위한 제어기, 및 플라즈마 장치의 플라즈마 챔버를 위한 RF 신호를 생성하기 위한 그러한 RF 생성기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것이다.

플라즈마 처리는 특히 반도체 칩 제조에서 재료의 표면을 바꾸기 위한 매우 다양하고 정밀한 기술이다. 플라즈마 처리는 일반적으로 무선 주파수(RF) 전원으로 작동되는 플라즈마 처리 도구를 사용하여 전체 반도체 웨이퍼 프로세스 동안 여러 번 사용된다.

이러한 처리 시스템에서, RF 전력은 자유 전자 및 이온이 형성되도록 기체 화합물을 여기시키는 데 사용된다. 다양한 프로세스 파라미터에 따라, 플라즈마 조성, 즉 이온, 전자의 양을 정밀하게 제어할 수 있다.

전송 체인에서 비선형 요소로 인한 신호 왜곡은 플라즈마 처리 분야에서 흔히 발생하는 문제이다. 대부분의 경우, 원치 않는 왜곡으로 인해 애플리케이션의 올바른 기능을 손상시키는 신호 편차가 발생할 수 있다. 전송되는 전력의 오버슈트는 심지어 심각한 오작동을 일으키거나 처리된 재료, 예컨대, 반도체 웨이퍼 또는 심지어 사용된 하드웨어에 심각한 손상을 일으킬 수도 있다.

신호 왜곡을 제거하거나 감소시키기 위한 종래 기술로부터 공지된 솔루션은 공통적으로 특정 애플리케이션에 대해 주파수 또는 시간 영역에서 출력 특성의 특정 측면을 최적화하기 위해 전용 하드웨어 구성요소를 필요로 한다. 요구 사항이 크게 변경되면, 일반적으로 하드웨어 변경을 피할 수 없기 때문에 비용이 증가하고 시스템의 가동 중지 시간이 길어진다.

US 2019/229684 A1은 출력 신호에서의 고조파가 감소되도록 증폭기 파라미터를 수정하기 위해 실제 출력 신호와 이 신호의 저역 통과 필터링된 버전 간의 차이를 기본적으로 사용하여 출력 고조파를 줄이는 방법을 설명한다.

EP 1 895 654는 유사한 접근법을 가지며 왜곡을 검출하는 것, 왜곡 신호를 생성하는 것, 및 제어 회로에 대한 입력으로서 출력 및 왜곡 신호를 상관시키는 것을 위한 전용 회로를 사용한다. 결과적으로, 증폭기의 전력 출력 스펙트럼은 의도한 것을 벗어난 주파수가 크게 감소되는 방식으로 개선될 수 있다.

WO 2020/069131 A1은 필터 및 전용의 변조 방법을 통해 원치 않는 스퓨리어스 고조파를 줄이는 방법을 설명한다.

US5381110 및 US5568105A는 둘 다 구적 하이브리드 매칭 감쇠기(quadrature hybrid matched attenuator)를 통해 RF 송신기에서 스퓨리어스 주파수를 줄이기 위해 펄스의 감쇠 시간의 변경을 사용한다.

US 5,325,019는 플라즈마 전압 및 전류에서의 고조파에 영향을 미치는 하드웨어 옵션(케이블 길이의 변화, 가변 커패시터 사용)을 보여준다.

이러한 모든 솔루션은 특정 애플리케이션의 출력 특성의 특정 측면(주파수 또는 시간 영역)을 최적화하기 위해 전용 하드웨어 구성요소를 사용한다는 공통점이 있다. 요구 사항이 크게 변경되면, 일반적으로 하드웨어 변경이 필요하다.

더욱이, 대부분의 종래 기술에서, 전력 증폭기와 부하, 예컨대, 안테나 또는 임피던스 매칭 네트워크 사이의 구성요소에 의해, 또는 부하 그 자체에 의해 생성되는 왜곡, 예를 들어 플라즈마 챔버에서 매우 비선형적인 플라즈마 연소는 완전히 무시된다.

따라서, 본 발명의 목적은 애플리케이션의 요구에 RF 신호를 적응시킬 수 있는 유연한 왜곡 보상을 제공하는 것이다.

상기 주어진 문제는 청구항 1에 따른 방법, 청구항 13에 따른 제어기, 청구항 16에 따른 RF 생성기 및 청구항 18에 따른 플라즈마 장치에 의해 해결된다.

바람직하게는 플라즈마 챔버에 대한 RF 신호를 생성하는 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계를 포함한다.

제1 제어 파라미터 세트에 기초하여 입력 RF 신호를 생성하는 단계;

적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 검출하는 단계;

적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 입력 RF 신호와 동기화하는 단계;

타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 단계;

차이가 사전결정된 임계값보다 큰 경우, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 단계;

타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 차이가 감소되도록 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 적응된 입력 RF 신호를 생성하는 단계.

따라서, 첫 번째 단계에서, 입력 RF 신호는 제1 제어 파라미터 세트에 기초하여 생성된다. 이 입력 RF 신호는 예를 들어 비선형 요소에 의해 왜곡된다. 왜곡된 RF 신호는 검출되고 그런 다음 입력 RF 신호와 동기화된다. 여기서, 하나의 왜곡된 신호 또는 하나 이상의 왜곡된 신호가 검출될 수 있다. 왜곡된 RF 신호와 입력 신호를 동기화하는 단계를 통해, 왜곡된 RF 신호와 입력 RF 신호를 시간적으로 일치시키기 위해 신호 전파 시간으로 인한 지연 시간을 보상한다.

동기화된 왜곡 RF 신호와 타겟 신호로부터 차이가 결정되고, 이 차이가 사전 결정된 임계값보다 크면, 동기화된 왜곡 RF 신호와 타겟 신호 사이의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트가 결정되어 이러한 RF 신호 간의 편차를 결정한다. 따라서, 왜곡된 RF 신호, 즉 입력 RF 신호의 왜곡과 타겟 RF 신호 사이의 편차가 사전 결정된 임계값을 초과하는 경우에만, 동기화된 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 제공함으로써 입력 RF 신호의 적응이 개시된다. 제2 제어 파라미터 세트가 결정되면, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 감소시키기 위해 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 적응된 입력 RF 신호가 생성된다.

본 발명에 따르면, 왜곡된 RF 신호는 플라즈마 챔버에서 신뢰할 수 있는 플라즈마 처리를 제공하도록 반복적인 프로세스에서 타겟 RF 신호에 접근한다. 따라서, 타겟 RF 신호의 요건의 변경 시, 왜곡된 RF 신호, 즉 플라즈마 챔버에 제공되는 RF 신호가 타겟 RF 신호에 근접하도록 입력 RF 신호를 제공하기 위해 왜곡의 사전 보상이 적용된다. 여기서, RF 신호는 시간 영역에서 RF 기본 주파수의 진폭 변조 엔벨로프(예컨대, 펄스 패턴)일 수 있고 또는 주파수 영역에서는 다중 주파수 스펙트럼(예컨대, 추가 주파수로 둘러싸인 기본 주파수 또는 여러 개별 주파수)일 수 있다. 특히, 타겟 RF 신호는 신뢰할 수 있고 안정적인 플라즈마 조건을 제공하기 위해 왜곡 없이 고객 또는 플라즈마 처리의 레시피에 의해 제공된 의도된 신호이다. 입력 RF 신호는 아래에 설명된 RF 생성기에 의해 생성되고 전송 체인을 통해 플라즈마 챔버에 제공되는 신호이다. 여기서, 입력 RF 신호는 증폭된 신호일 수도 있고, 증폭기에 제공되는 RF 신호일 수도 있다. 여기서, 입력 RF 신호는 이 입력 RF 신호가 RF 생성기의 전력 증폭기의 왜곡 및 RF 생성기로부터 플라즈마 챔버로의 전송 체인의 왜곡을 미리 보상한다는 점에서 타겟 RF 신호와는 다를 수 있다. 또한, 왜곡된 RF 신호는 RF 생성기의 증폭기에 의해 그리고 RF 생성기와 플라즈마 챔버 사이의 전송 체인에 의해 왜곡된 신호, 즉 플라즈마 챔버에서 타겟 RF 신호에 최대한 근접해야 하는 플라즈마 챔버에 제공되는 RF 신호이며, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 유사성은 사전 결정된 임계값에 따라 결정된다. 따라서, 제공된 방법을 통해, 왜곡된 RF 신호를 검출하고, 왜곡된 RF 신호와 입력 RF 신호를 동기화하고, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 간의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정함으로써, 의도된 타겟 RF 신호에 대한 왜곡된 RF 신호의 적응이 가능해진다. 따라서, 하드웨어를 변경하지 않고도 플라즈마 요구 사항을 조정할 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 검출하는 단계와, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 입력 RF 신호와 동기화하는 단계와, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 단계와, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 단계는 차이가 사전결정된 임계값보다 크다면 계속 반복된다. 따라서, 제2 제어 파라미터 세트의 각각의 결정 후에, 적응된 입력 RF 신호가 생성되고 적응된 입력 RF 신호의 왜곡이 검출된다. 타겟 RF 신호로부터 왜곡된 RF 신호의 편차가 사전결정된 임계값보다 크면, 추가로 적응된 입력 RF 신호를 생성하기 위해 제2 제어 파라미터 세트가 결정된다. 이는 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호 간의 편차가 충분히 작을 때까지, 즉 차이가 사전결정된 임계값 미만이 될 때까지 계속된다. 그런 다음, 플라즈마 챔버에서 타겟 RF 신호에 충분히 근접한 RF 신호를 보장하는 적응된 입력 RF 신호가 발견되었다.

바람직하게, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호는 RF 생성기의 출력, 임피던스 매칭 네트워크의 입력, 임피던스 매칭 네트워크의 출력 및 플라즈마 챔버에 대한 입력 중 하나 이상에서 및/또는 플라즈마 챔버 내에서 검출된다. 따라서, 각각의 왜곡된 RF 신호를 검출하기 위해 플라즈마 장치 내의 상이한 검출 기술 및 검출 위치가 사용될 수 있다. 또한, 제2 제어 파라미터 세트를 통해 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 감소시키도록 신호 왜곡의 신뢰할 수 있는 사전 보상을 제공하기 위한 제2 제어 파라미터 세트를 결정하기 위해 둘 이상의 왜곡된 RF 신호가 검출되고 사용될 수 있다.

바람직하게는, 입력 RF 신호는 하나 이상의 마커를 포함하도록 수정되며, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 입력 RF 신호와 동기화하는 것은 왜곡된 RF 신호에서 마커를 검출하는 것과, 입력 RF 신호의 마커를 생성하는 것과 왜곡된 RF 신호에서 마커를 검출하는 것 사이의 시간적 지연을 결정하는 것을 포함한다. 따라서, 마커에 의해, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호와 입력 RF 신호의 동기화 단계가 단순화되고 더 신뢰할 수 있다. 여기서, 특히 플라즈마 장치의 상이한 검출 위치에 대해 상이한 전파 시간이 고려되고 동기화에 포함될 수 있다.

바람직하게는, 입력 RF 신호는 마커를 포함하도록 사전결정된 시점에서 수정된다. 여기서, 특히 마커는 사전결정된 그리고 바람직하게는 동일한 시간 간격으로 반복적으로 포함된다. 예를 들어, RF 신호가 펄스 패턴인 경우, 입력 RF 신호의 펄스 패턴은 동기화를 위한 충분한 정보를 제공하도록 1 내지 1000 펄스마다, 바람직하게는 1 내지 100 펄스마다, 더 바람직하게는 1 내지 10 펄스마다 마커를 포함할 수 있다. 또한, 마커는 알려진 시퀀스로 인한 신호 왜곡에도 불구하고 검출될 수 있도록 고유한 시퀀스로 포함될 수 있다.

바람직하게는, 마커는 입력 RF 신호의 시간 영역 내에 있는데, 즉 입력 RF 신호의 시간적 편차에 의해 제공된다.

바람직하게는, 마커가 시간 영역에 있는 경우, 마커는 RF 입력 신호의 펄스 길이의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게는 1% 미만의 시간 길이를 갖는다. 대안적으로 또는 부가적으로, 마커는 0.001ms와 10ms 사이, 바람직하게는 0.01ms와 1ms 사이의 기간을 가질 수 있다. 따라서, 마커는 짧고 플라즈마 챔버의 플라즈마에 심각한 영향을 미치지 않는다.

바람직하게는, 마커가 시간 영역에 있으면, 편차는 입력 RF 신호 진폭의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만이다. 따라서, 입력 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이에 신뢰할 수 있는 동기화를 제공하기 위해 입력 RF 신호의 이미 작은 편차가 마커로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 마커가 시간 영역에 있는 경우, 마커는 입력 RF 신호의 오프 구간에 배치된다. 특히, 입력 RF 신호로부터 마커의 약간의 편차로 인해, 입력 RF 신호의 오프 기간에서, 마커는 플라즈마 챔버의 프로세스에 커다란 영향을 미치지 않는다.

바람직하게는, 마커가 시간 영역에 있고 입력 RF 신호의 오프 기간에 배열되어 있으면, 마커의 진폭은 플라즈마 점화 임계값 미만이다. 따라서, 마커에 의해, 플라즈마는 안정적이고 예측 가능한 플라즈마 처리를 제공하기 위해 점화되거나 어떤 식으로든 영향을 받지 않을 것이다.

바람직하게는, 마커가 시간 영역에 있는 경우, 왜곡된 RF 신호 내의 마커는 스펙트럼의 스퓨리어스 주파수로서 왜곡된 신호의 주파수 영역에서 검출된다. 시간 영역에서 마커의 짧은 지속 시간으로 인해, 짧은 기간 동안 스펙트럼의 스퓨리어스 주파수로서 검출될 수 있는 추가의 주파수가 일시적으로 검출될 수 있다. 따라서, 신뢰할 수 있고 구현하기 쉬운 마커 검출 방법이 제공된다.

추가로 또는 대안적으로, 하나 이상의 마커가 입력 RF 신호의 주파수 영역에 제공된다.

바람직하게는, 마커가 주파수 영역에 있는 경우, 마커는 영구적이거나 일시적인 입력 RF 신호의 위상 시프트이거나 일시적인 반송파 RF 신호의 주파수 시프트이다.

바람직하게는, 마커가 주파수 영역에 있는 경우, 마커는 입력 RF 신호의 위상 시프트이며, 여기서 위상 시프트는 10°미만, 바람직하게는 5°미만, 보다 바람직하게는 1°미만이다. 플라즈마에 전력을 제공하기 위해 여러 RF 생성기가 함께 사용되는 경우, 모든 생성기는 동기화된 방식으로, 지속적이거나 일시적일 수 있는 위상 시프트를 제공해야 한다. 여러 생성기 중 하나만 위상 변이를 제공하는 경우, 이 위상 변이는 짧은 시간 내에, 바람직하게는 10ms 미만, 바람직하게는 1ms 미만, 더 바람직하게는 0.1ms 미만 내에 본래의 위상으로 역전되어 다른 생성기 및 플라즈마에 대한 부정적인 영향을 피해야 한다.

바람직하게는, 입력 RF 신호는 적어도 하나의 마커를 포함하고, 여기서 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 입력 RF 신호와 동기화하는 것은 왜곡된 RF 신호에서 마커를 검출하는 것과, 입력 RF 신호의 마커를 검출하는 것과 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호에서 마커를 검출하는 것 사이의 시간 차이를 통해 지연을 결정하는 것을 포함하되, 여기서 마커는 플라즈마 점화 펄스 및/또는 입력 RF 신호의 고유한 특징이다. 따라서, 이미 존재하는 입력 RF 신호의 특징은 추가적인 특징을 추가하지 않고 동기화를 위한 마커로 사용될 수 있다. 여기에서, 지연을 결정하기 위해 입력 RF 신호의 고유한 특징을 쉽게 식별할 수 있다.

바람직하게는, RF 신호의 왜곡을 보상하는 제1 단계, 즉 본 방법을 개시하는 단계에서, 입력 RF 신호가 타겟 RF 신호와 동일하다는 점에서 제1 제어 파라미터 세트가 결정될 수 있다. 이와 달리, 제1 제어 파라미터 세트는 특정 설정 및 특정 타겟 RF 신호에 대한 룩업 테이블에 의해 제공된다. 이 경우, 시작점으로서, 최적화를 위한 제1 제어 파라미터 세트가 제공되며, 여기서 제1 제어 파라미터 세트에 기초한 입력 RF 신호는 입력 RF 신호의 왜곡을 사전에 보상하기 위해 타겟 RF 신호에서 이미 벗어날 수 있다. 따라서, 처음으로 방법의 단계를 실행할 때, 즉 플라즈마 장치 및/또는 예를 들어 상이한 타겟 RF 신호를 포함하는 다른 플라즈마 프로세스 구현을 초기화할 때, 최적화는 입력 RF 신호가 타겟 RF 신호와 동일하도록 시작점으로 제1 제어 파라미터 세트를 선택함으로써 개시될 수 있다. 이미 존재하고 구현된 설정과 이미 구현된 플라즈마 프로세스, 즉, 타겟 RF 신호의 경우, 타겟 RF 신호가 변경되면, 룩업 테이블에서 제공하는 제1 제어 파라미터 세트를 기반으로 최적화를 시작할 수 있어 더 빠른 최적화를 가능하게 하고 또한 주어진 왜곡에도 불구하고 왜곡된 RF 신호를 타겟 RF 신호로 적응시킬 수 있다.

바람직하게는, 제2 제어 파라미터 세트는 적어도 하나의 왜곡된 신호와 타겟 신호 사이의 차이가 사전결정된 임계값보다 작은 경우 룩업 테이블에 저장된다. 그런 다음, 제2 제어 파라미터 세트가 룩업 테이블에 저장되어 이후 최적화를 위한 시작점으로 사용된다.

바람직하게는, 제1 제어 파라미터 세트 및/또는 제2 제어 파라미터 세트는 플라즈마 프로세스에 제공될 RF 신호를 특징짓는 진폭, 위상, 주파수(스펙트럼) 및 일시적 변화 중 하나 이상을 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 특히 RF 생성기를 위한 제어기가 제공된다. 제어기는 바람직하게는 디지털 신호 처리 장치(DSPU)로 구성되는 처리 유닛을 포함한다. 출력 인터페이스는 처리 유닛에 연결되어 직접 디지털 합성(DDS) 코어에 제어 파라미터를 제공하며, 이 코어의 출력은 RF 생성기의 전력 스테이지를 구동하는 데 사용된다. 또한, 제어기는 바람직하게는 처리 유닛에 연결된 SDR(software defined radio) 유닛으로 구성된 신호 분석 유닛을 포함한다. 신호 분석 유닛과 함께 입력 인터페이스가 플라즈마 장치 내의 적어도 하나의 센서로부터 센서 데이터로서 왜곡된 RF 신호를 수신하도록 연결된다. 처리 유닛은 입력 RF 신호에 대응하는 제1 제어 파라미터 세트를 출력 인터페이스에 제공하도록 구성된다. 또한, 신호 분석 유닛은 적어도 하나의 왜곡된 신호를 포함하는 센서 데이터를 입력 인터페이스로부터 수신하고 신호의 진폭 변조 및/또는 주파수 스펙트럼을 처리 유닛의 입력 인터페이스에 전달하도록 구성된다. 처리 유닛은 적어도 하나의 왜곡된 신호를 입력 RF 신호와 동기화하도록 구성된다. 또한, 처리 유닛은 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 신호 사이의 차이를 결정하도록 구성된다. 여기서, 처리 유닛은 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 신호의 비교에 기초하여, 차이가 사전결정된 임계값보다 큰 경우, 출력 인터페이스에 제공될, 적응된 RF 신호에 대응하는 제2 제어 파라미터 세트를 결정하도록 추가로 구성된다. 따라서, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 간의 차이가 줄어든다.

바람직하게는, 입력 인터페이스는 적어도 하나의 ADC(analog-to-digital converter)를 포함하고, 보다 바람직하게는 각각의 센서에 대해 하나의 ADC 또는 다중 채널 ADC의 하나의 채널을 포함한다.

바람직하게는, 처리 유닛 및/또는 DDS 코어 및/또는 신호 분석 유닛은 FPGA(field-programmable gate array), CPLD(complex programmable logic device), ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 시스템 온 칩(SoC)으로 구성되는데, 여기서, 처리 유닛, DDS 코어 및 신호 분석 장치 중 바람직하게는 둘 이상, 더 바람직하게는 모두는 하나의 FPGA, CPLD, ASIC 또는 SoC에 의해 일체형으로 구성된다. 따라서, 처리 유닛, DDS 코어 및 신호 분석 장치의 구현이 단순화되고 특히 제어기를 특정 애플리케이션에 쉽게 적응시키기 위해 더 다양한 플랫폼이 제공된다.

바람직하게는, 출력 인터페이스는 직접 디지털 합성(DDS) 코어를 위한 제어 워드를 제공한다. 따라서, 특히 제1 제어 파라미터 세트 및/또는 제2 제어 파라미터 세트는 DDS 코어에 제공된 DDS 제어 워드에 의해 구현된다.

또한, 본 발명의 목적은 플라즈마 챔버용 RF 신호를 생성하기 위한 RF 생성기를 제공하는 것이다. RF 생성기는 적어도 하나의 RF 신호를 생성하기 위해 바람직하게는 직접 디지털 합성(DDS) 코어로 구성된 주파수 생성 유닛을 포함한다.

적어도 하나의 RF 신호를 생성하기 위해, DDS 코어는 재구성 필터가 뒤따를 수 있는 디지털-아날로그 변환기(DAC)에 연결된다. RF 신호는 시간 영역에서 RF 기본 주파수의 진폭 변조 엔벨로프(예컨대, 펄스 패턴) 또는 주파수 영역에서 다중 주파수 스펙트럼(예컨대, 추가 주파수로 둘러싸인 기본 주파수)일 수 있다.

또한, 재구성 필터의 출력에서의 RF 신호는 RF 생성기의 출력 신호를 제공하기 위해 전력 증폭 스테이지에 의해 증폭된다. RF 생성기는 적어도 하나의 입력 RF 신호를 증폭하기 위해 주파수 생성 유닛에 연결된 증폭기를 포함한다. 여기서, 증폭기는 생성된 RF 신호를 플라즈마 챔버에 제공하기 위해 RF 전력 출력에 연결된다. 또한, RF 생성기는 전술한 바와 같이 제어기를 포함한다.

바람직하게는, 주파수 생성 유닛과 제어기는 하나의 FPGA, CPLD, ASIC 또는 SoC로 일체형으로 구성된다.

바람직하게는, RF 생성기는 특히 임피던스 매칭 네트워크를 통해 플라즈마 챔버에 하나 이상의 증폭된 입력 신호를 제공하기 위한 둘 이상의 RF 전력 출력을 포함한다. 여기에서, 모든 전원 출력에 대해 하나의 공통 DDS 코어를 사용할 수 있다. 특히, 둘 이상의 DDS 코어, 더 바람직하게는 각 전력 출력에 대해 개별 DDS 코어가 RF 생성기에서 구현된다.

바람직하게는, 각각의 DDS 코어는 전술한 바와 같이 공통 제어기를 갖는다. 이와 달리, 둘 이상의 DDS 코어 또는 각 DDS 코어는 앞서 설명한 대로 개별 제어기를 갖는다.

바람직하게는, RF 생성기는 특히 임피던스 매칭 네트워크를 통해 하나 이상의 증폭된 입력 RF 신호를 플라즈마 챔버에 제공하기 위한 둘 이상의 RF 전력 출력을 포함한다. 여기에서 모든 전력 출력에 대해 하나의 공통 증폭기가 구현된다. 특히, 둘 이상의 증폭기, 더 바람직하게는 각 전력 출력에 대해 개별 증폭기가 구현된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 입력 RF 신호를 생성하기 위한 RF 생성기 및 RF 생성기에 연결된 이전에 설명된 제어기를 포함하는 플라즈마 장치가 제공된다. 또한, 플라즈마 장치는 임피던스 매칭 네트워크를 포함하며, 임피던스 매칭 네트워크의 입력은 RF 생성기의 출력에 연결된다. 플라즈마 장치는 플라즈마 챔버를 더 포함하되 플라즈마 챔버의 입력은 임피던스 매칭 네트워크의 출력에 연결된다.

바람직하게는, 플라즈마 장치는 플라즈마 챔버에 입력 신호를 제공하기 위한 둘 이상의 RF 생성기를 포함하고, 각 RF 생성기는 개별 제어기를 갖거나 공통 제어기로서 하나의 제어기에 연결된다. 이와 달리, 개별 제어기가 있는 여러 RF 생성기가 하나의 마스터 RF 생성기로부터 동기화될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 다이어그램이다.
도 3a는 타겟 RF 신호를 도시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 적응된 입력 RF 신호를 도시한다.
도 3c는 도 3b의 입력 RF 신호에 대한 왜곡된 RF 신호를 도시한다.
도 4는 입력 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 간의 비교를 보여준다.
도 5a-c는 본 발명에 따른 마커를 포함하는 시간 영역에서의 입력 RF 신호를 도시한다.
도 6a는 본 발명에 따른 적응된 입력 RF 신호의 스펙트럼을 도시한다.
도 6b는 본 발명에 따라 도 6a에 도시된 적응된 입력 RF 신호에 대한 출력 RF 신호의 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 장치의 상세한 실시예이다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리를 위한 플라즈마 챔버(14)에서 플라즈마를 생성하기 위해 전송 체인에 의해 플라즈마 챔버(14)에 공급되는 입력 RF 신호를 생성하는 RF(radio frequency) 생성기(10)를 포함하는 플라즈마 장치를 도시하고 있다.

플라즈마 처리는 노출된 재료의 표면을 예컨대, 에칭, 코팅 또는 세척을 통해 수정하는 매우 다양하고 정밀한 기술이다. 특히, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 무선 주파수(RF) 전력으로 작동되는 플라즈마 처리 도구를 사용하여 전체 웨이퍼 프로세스 동안 여러 번 코팅 및 에칭된다. 이러한 처리 시스템에서, RF 전력은 자유 전자 및 이온이 형성되도록 기체 화합물을 여기시키는 데 사용된다. 다양한 프로세스 파라미터에 따라, 플라즈마 조성, 즉 다양한 여기 상태에서의 이온, 전자 및 중성자의 양과 그 에너지는 정상 상태와 일시적으로 변화하는 작동 모두에서 제어될 수 있다. 여기서, 프로세스 파라미터는 레시피로 주어지고 반도체 웨이퍼 등과 같은 노출된 재료의 처리 중에 변경될 수 있다. 여기서, 프로세스 파라미터는 플라즈마 챔버(14) 내부의 플라즈마의 특성을 결정하는 타겟 RF 신호로서 제공된다.

일반적으로, 50 옴의 RF 전력 생성기(10)의 표준화된 출력은 플라즈마가 크게 변동되는 임피던스를 갖기 때문에 플라즈마 챔버에 직접 연결될 수 없다. 이 플라즈마 임피던스는 그의 특정 조성과 RF 전력 레벨에 의존하며 일반적으로 50옴과 크게 다른 저항 값과 0에서 크게 벗어나는 리액턴스를 갖는다. 결과적으로, 가변 커패시터 및 인덕터를 사용하는 자동 임피던스 매칭 네트워크(12)가 사용되어 RF 생성기(10)의 50옴 출력을 변동되는 플라즈마 임피던스에 지속적으로 적응시킨다. 캐패시터 및 인덕터와 같은 수동 부품은 선형으로 동작할 수 있는 반면, 임피던스 매칭 네트워크(12)는 또한 왜곡을 일으킬 수 있는 변압기, 다이오드 또는 버랙터와 같은 비선형 장치를 사용할 수 있다. 따라서, 종래 기술에서는, 스퓨리어스 또는 고조파 주파수를 억제하고 입력 RF 신호의 왜곡을 줄이기 위해 필터 또는 다른 하드웨어 구성 요소가 구현된다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 플라즈마 내 재료를 처리하기 위한 특정 레시피 동안, 파라미터는 여러 번 변경될 수 있으며 이는 입력 RF 신호의 개별 적응을 필요로 한다. 또한, 레시피가 변경되면, 즉 새로운 프로세스 파라미터가 구현되어야 하는 경우, 입력 RF 신호의 스퍼(spurs) 및 고조파 주파수 및/또는 추가 왜곡의 보상이 필수적으로 이루어 져야 하며 이는 종래 기술에서는 비용과 시간이 많이 소요되는 하드웨어 구성 요소의 변경을 초래한다.

본 발명에 따르면, 제어기(16)는 플라즈마 장치에 분산된 상이한 센서로부터 센서 데이터를 수신하도록 구현되며, 여기서 입력 RF 신호의 왜곡, 및 타겟 RF 신호로부터의 왜곡된 RF 신호의 편차가 검출된다. 따라서, 제어기는 플라즈마 챔버(14)에서의 왜곡된 신호가 타겟 RF 신호에 대응하도록, 즉 플라즈마 챔버(14)에서의 전송 체인 이후의 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 간의 차이가 사전결정된 임계치 미만이도록 입력 RF 신호를 적응시킴으로써 이러한 왜곡을 미리 보상할 수 있다. 여기서, 입력 RF 신호의 왜곡은 RF 생성기의 증폭단의 비선형성에 의해, 매칭 네트워크의 비선형성에 의해, 또는 플라즈마 챔버 내의 플라즈마의 고도의 비선형 특성에 의해 야기된다. 여기서, 제어기(16)는 예를 들어 방향성 결합기로서 구현되는 RF 생성기(10)의 출력(22)에서 왜곡된 RF 신호를 수신할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어기(16)는 예를 들어 위상 및 크기 검출기(phase-and-magnitude detector)(44)로서 구현되는 임피던스 매칭 네트워크(12)의 입력에서 RF 신호를 왜곡된 RF 신호로서 수신할 수 있다. 예를 들어 V-I 검출기로 구현되는 임피던스 매칭 네트워크(12)의 출력(18)에서 RF 신호를 왜곡된 RF 신호로서 수신할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, RF 신호의 왜곡은 예를 들어 안테나, 랭뮤어(Langmuir) 프로브, 방출된 플라즈마 광을 검출하는 광학 센서, 또는 다른 플라즈마 진단 도구로서 구현되는 플라즈마 프로브(20)에 의해 플라즈마 챔버(14) 내의 플라즈마 내에서 직접 검출될 수 있다. 이들 센서 중 하나 이상의 검출된 센서 데이터를 평가함으로써, 제어기(16)는 적응된 입력 RF 신호를 결정하고 RF 생성기(10)를 제어하여 RF 생성기(10)에서 플라즈마 챔버(14)로의 전송 체인에서 왜곡의 사전 보상을 포함하여 적응된 입력 RF 신호를 생성하고, 그에 따라, 플라즈마 장치 내의 비선형 왜곡에도 불구하고 플라즈마 챔버(14)에서 왜곡된 RF 신호와 레시피의 의도된 타겟 RF 신호를 일치시킨다.

또한, 제어기(16)는 임피던스 매칭 네트워크(12)에 의해 입력 RF 신호의 왜곡에도 영향을 미치는 RF 생성기(10)와 플라즈마 챔버(14) 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 매칭 제어(25)에 의해 임피던스 매칭 네트워크(12)를 제어할 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭 프로세스에 대한 지식은 제어기(16)에 의해 액세스 가능하며, 이는 또한 왜곡의 사전 보상을 위해 적응된 입력 RF 신호를 결정하기 위해 제어기(16)에 의해 센서 데이터로서 사용될 수도 있다. 제어기(16)는 독립형 유닛이거나 바람직하게는 RF 생성기 또는 매칭 네트워크 내에 통합될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방법의 다이어그램이 도시되어 있다. 이 방법에 따르면, 플라즈마 챔버에 대한 RF 신호가 생성된다.

단계(S01)에 따르면, 제1 제어 파라미터 세트에 기초하여 입력 RF 신호가 생성된다. 여기서, 바람직하게는 본 방법의 초기화 동안, 입력 RF 신호는 타겟 RF 신호에 따라 결정된다. 제1 제어 파라미터 세트는 특정 설정 및 특정 타겟 RF 신호에 대한 룩업 테이블에 의해 제공될 수 있다. 입력 RF 신호는 플라즈마 챔버에 제공되지만 전송 체인의 비선형 요소에 의해 왜곡된다.

단계(S02)에 따르면, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호가 플라즈마 장치 내에서 검출된다. 여기서, 왜곡된 RF 신호의 센서 데이터를 제공하기 위해 하나 이상의 센서가 플라즈마 장치에 구현될 수 있다. 따라서, 왜곡된 RF 신호를 직접 측정할 필요가 없다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(14) 내의 플라즈마 파라미터의 변경 등에 의해 간접적으로 입력 RF 신호의 왜곡을 검출하는 것이 가능하다.

단계(S03)에 따르면, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호는 입력 RF 신호와 동기화되어, RF 생성기(10)에 의해 생성된 입력 RF 신호와 검출 위치 사이의 신호 지연 시간을 결정하는데, 이 검출 위치는 예를 들어 RF 생성기(10)의 출력의 위치, 임피던스 매칭 네트워크(12)의 입력의 위치, 임피던스 매칭 네트워크의 출력(18)의 위치, 또는 플라즈마 챔버(14) 내의 위치를 포함하나 이에 국한되지 않는다. 따라서, 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호와 입력 RF 신호의 시간적 매칭이 달성된다.

단계(S04)에 따르면, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이가 결정된다. 타겟 RF 신호와 입력 RF 신호 사이에 지연이 존재하지 않기 때문에, 타겟 RF 신호와 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 것은 단계(S03)에 따른 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호 사이의 시간적 매칭으로 인해 용이해질 수 있다.

단계(S05)에 따르면, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 간의 차이가 사전 결정된 임계값보다 크면, 타겟 RF 신호와 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트가 결정된다. 따라서, 단계(S02)에 따라 검출된 왜곡된 RF 신호가 타겟 RF 신호와 충분히 유사하지 않거나 타겟 RF 신호로부터 너무 많이 벗어나면, 제2 제어 파라미터 세트가 결정된다. 여기서, 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 것은 예를 들어 기계 학습 또는 인공 지능에 기초한 알고리즘에 의해 수행될 수 있으며, 이는 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호 사이의 차이를 제어 파라미터 세트의 적응에 매칭시킨다.

단계(S06)에 따르면, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 차이가 감소되도록 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 RF 생성기(10)에 의해 적응된 입력 RF 신호가 생성된다. 따라서, 적응된 입력 RF 신호에 의해, RF 생성기(10)와 플라즈마 챔버(14) 사이의 전송 체인에서의 왜곡의 사전 보상이 달성되고, 의도된 타겟 신호에 매우 근접한 RF 신호가 플라즈마에 인가된다.

여기서, 타겟 RF 신호와 동기화된 왜곡된 RF 신호 사이의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 것은 제어 파라미터의 체계적인 변화를 갖는 시행 착오 접근법과 같은 알고리즘을 수반할 수 있다. 파라미터 값을 조금만 변경해도 왜곡이 줄어들면, 같은 방향으로 계속 진행되고, 그렇지 않으면 파라미터를 다른 방향으로 변경한다. 또한, 유사한 상황에서 사용하기 위해 룩업 테이블에 왜곡 특성 및 최상의 제어 파라미터를 저장하는 것을 포함하여 최적 설정을 향한 최적화된 반복을 위해 자가 학습 알고리즘을 구현할 수 있다. 또한, 요구되는 파형과 결과적인 파형 각각으로부터 변환 함수를 계산하고, 그런 다음 RF 생성기를 위해 사전 왜곡/사전 보상 파형을 계산하도록 왜곡된 출력 파형에 역변환 함수를 적용할 수 있다. 또한, 시간에 따라 각 샘플/시점 대해 원본 대 왜곡 엔벨로프 값의 룩업 테이블을 생성하는 것, 및 각 샘플에 대한 사전 보상 엔벨로프 값을 계산하는 것을 포함하여 각 샘플에 대한 왜곡 보상이 적용될 수 있다. 그런 다음, 이 룩업 테이블을 사용하여 RF 생성기로 사전 왜곡/사전 보상 파형을 생성한다. 또한, 샘플 그룹에 대한 왜곡 보상이 적용될 수 있다. 여기서, 노이즈를 줄이기 위해 적합한 샘플 그룹에 대한 평균이 계산되고, 각각의 샘플 그룹에 대해 동일한 평균값을 사용함으로써 각 샘플/시점에 대한 원본 대 왜곡된 엔벨로프 값을 포함하는 룩업 테이블이 생성된다. 그런 다음, 샘플의 각 그룹에 대한 사전 왜곡/사전 보상 엔벨로프 값이 계산되고, 이 룩업 테이블을 사용하여 RF 생성기로 사전 왜곡/사전 보상 파형을 생성한다. 또한, 알고리즘을 스펙트럼 내 개별 주파수, 예를 들어, 스퓨리어스 및 고조파에 적용하고 반대 위상을 가진 하나 이상의 RF 생성기로 동일한 주파수를 생성함으로써 적응된 방식으로 주파수 영역에 적용되는 시간 영역 정정을 위한 전술한 알고리즘을 포함하는 주파수 영역 왜곡 보상이 적용될 수 있다.

이 맥락에서 반대 위상은, 케이블의 지연 시간으로 인한 추가 위상 시프트 및/또는 전송 체인의 다른 구성 요소로 인한 위상 시프트와 결합된 경우, 플라즈마에서 반대 위상의 RF 신호를 야기하도록 RF 생성기로부터의 신호에 위상 시프트가 적용되는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 플라즈마의 스퍼(spurs)와 고조파가 억제된다.

주파수 및 위상 시프트 값을 룩업 테이블에 저장하고 추가 반복에서 최적화할 수 있다. 여기에서, 타겟 RF 신호와 왜곡된 RF 신호 사이의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘이 결합될 수 있다.

도 2에 따르면, 적응된 입력 RF 신호가 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 생성되는 경우, 단계(S02)에 따라 검출된 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호 간의 차이가 사전결정된 임계값 미만일 때까지 추가의 제2 제어 파라미터 세트를 생성하기 위해 단계(S02 내지 S06)을 반복하여 화살표(27)에 따라 방법을 반복할 수 있다.

플라즈마 장치에서 RF 신호의 왜곡이 성공적으로 사전 보상되면, 제2 제어 파라미터 세트는 룩업 테이블에 저장될 수 있으며 동일하거나 유사한 설정 및 동일하거나 유사한 타겟 RF 신호에 대한 추가 최적화에 사용될 수 있다. 여기서, 플라즈마 장치의 전송 라인에서 왜곡을 성공적으로 사전 보상하는 제2 제어 파라미터 세트는 시작점, 즉 초기 입력 RF 신호를 생성하는 제1 제어 파라미터 세트로 사용된다. 이 경우, 본 발명에 따른 방법의 초기화에 사용되는 초기 입력 RF 신호는 사전 왜곡으로 인해 이미 타겟 RF 신호에서 벗어날 수 있다. 그러나, 특정 타겟 RF 신호 및 설정에 대한 왜곡 보상이 이미 근사화되어 있으므로, 최적화를 가속화할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 주어진 레시피에서 플라즈마 파라미터의 변경시, RF 신호의 왜곡의 보상은 신뢰할 수 있고 안정적인 플라즈마 조건, 즉 특정 전력 레벨의 순수하고 안정적인 주파수로 플라즈마에 의해 노출된 재료를 코팅, 에칭, 세척 또는 수정하는 것을 제공하기 위해 하드웨어의 특정 적응 없이 신뢰성 있고 신속하게 가능하다. 따라서, 다른 플라즈마 파라미터로의 레시피의 변경도 다가오는 왜곡에 대한 보상으로 인해 쉽게 수행될 수 있다.

여기서, 제1 제어 파라미터 세트 및/또는 제2 제어 파라미터 세트는 RF 신호의 진폭, RF 신호의 위상, 주파수 또는 주파수 스펙트럼 및/또는 시간 변화 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로 인해, 플라즈마 챔버(14) 내에서 거의 왜곡되지 않은 타겟 RF 신호를 달성하도록 입력 RF 신호가 적응된다. 이러한 상황은 도 3a, 3b 및 3c에 도시되어 있다. 도 3a를 참조하면, 타겟 RF 신호(24)는 플라즈마 챔버에 제공되는 것으로 도시되어 있는 반면, 도 3b는 RF 생성기(10)와 플라즈마 챔버(14) 사이의 전송 라인의 왜곡을 보상하기 위해 본 발명에 따라 사전 왜곡된 적응된 입력 RF 신호(26)를 도시한다. 여기에서, 적응된 입력 RF 신호(26)는 도 3c에 도시된 왜곡된 RF 신호(28)가 전송 라인에서 신호 왜곡을 겪은 후에 특정 애플리케이션에 필요한 만큼 타겟 RF 신호와 일치하도록 형성된다. 도 3c를 참조하면, 플라즈마 챔버(14)에서의 왜곡된 RF 신호(28)는 타겟 RF 신호와 같거나 적어도 매우 근접한 것으로 도시되어 있는데, 즉 왜곡된 RF 신호(28)와 의도된 타겟 RF 신호 간의 차이는 결정된 임계값 미만이다. 여기서, 임계값은 의도된 애플리케이션에 따라 구체적으로 형성될 수 있고, 세정 등과 같은 더 둔감한 애플리케이션에 대해서는 더 클 수 있고, 재료 에칭 및/또는 증착과 같은 민감한 애플리케이션에 대해서는 더 작을 수 있다. 여기에서, 도 3a, 3b 및 3c로부터, 입력 RF 신호(26)는 입력 RF 신호(26)의 사전 왜곡에 의한 의도된 사전 보상으로 인해 이미 타겟 RF 신호(24)로부터 벗어나 있었을 수 있음이 명백하다.

입력 RF 신호(26)와 왜곡된 RF 신호(28) 사이의 동기화를 용이하게 하여 왜곡된 RF 신호(28)와 타겟 RF 신호의 비교를 가능하게 하기 위해, 동기화는 RF 신호 내의 특정하고 고유한 특징에 의해 수행된다. 이러한 특정하고 고유한 특징을 사용함으로써, 입력 RF 신호와 전송 체인에 의해 부과된 측정된 왜곡된 RF 신호 사이의 시간 지연과 센서 신호 처리로 인한 추가 지연을 결정할 수 있다. 여기에서, 이 고유한 특징은 플라즈마 점화 펄스일 수 있고, 또는 이와 달리, 펄스 그 자체에 대해 보다 낮은 반복률로 펄스형 애플리케이션에 대해 동기화가 수행될 수 있다. 그러나, 펄스의 반복률이 높으면, 개별 펄스들의 분리가 더 이상 가능하지 않을 수 있다. 도 4를 참조하면, 실시예에서, 마커(30)가 입력 RF 신호에 추가되며 이 마커는, RF 생성기(10)로부터 왜곡된 RF 신호(28)의 검출 위치까지의 입력 RF 신호(26)의 신호 전파 신호에 대응하는 시간 지연(34) 이후, 그리고 가능하게는 센서 신호의 전송 및 처리로 인한 추가 지연 이후에, 왜곡된 RF 신호(28)에서 왜곡된 마커(32)로서 수신된다. 따라서, 입력 RF 신호(26)의 마커(30)와 왜곡된 RF 신호(28)의 왜곡된 마커(32) 사이의 시간 차이(34)에 의해 동기화가 수행될 수 있다. 동기화 후에, 왜곡된 RF 신호(28)는 왜곡된 RF 신호(28)와 타겟 RF 신호 사이의 차이를 결정하기 위해 타겟 RF 신호(26)와 비교될 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 마커(30)의 다른 위치 및 형태가 가능하며 본 발명은 입력 RF 신호에서 마커의 특정 위치 또는 형태에 제한되지 않는다. 여기서, 마커(30)는 입력 RF 신호의 펄스 길이에 비해 짧고 단지 0.001ms 내지 10ms, 바람직하게는 0.01ms 내지 1ms의 길이를 가질 수 있다. 즉, 마커(30)의 지속 시간은 바람직하게는 입력 RF 신호(26)의 펄스 길이의 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게는 1% 미만이다. 추가적을 또는 이와 달리, 마커(30)의 진폭은 입력 RF 신호(26)의 진폭에 비해 작다. 여기서, 마커(30)는 입력 RF 신호의 진폭의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만일 수 있다. 따라서, 마커(30)는 플라즈마 챔버(14)에서 생성된 플라즈마에 영향을 미치지 않으며 입력 RF 신호(26)와의 왜곡된 RF 신호(28)의 동기화를 위해 입력 RF 신호(26)에서만 구현된다. 도 5a를 참조하면, 마커(30)는 입력 RF 신호(26)의 펄스 위에 위치할 수 있고 반복되는 마커(30')로서 반복될 수 있다. 마커(30)의 반복은 입력 RF 신호에 주기적으로 그리고 바람직하게는 사전결정된 및/또는 고정된 시간 간격으로 포함될 수 있다. 대안적으로, 마커(30'')는 입력 RF 신호(26)의 오프 주기에 위치할 수 있고 또한 반복된 마커(30''')로서 주기적으로 반복될 수 있다. 도 5a 및 도 5b의 두 경우 모두, 생성된 플라즈마에 대한 영향이 회피되고, 특히 도 5b에서 마커의 진폭이 플라즈마 점화 임계값 미만이다.

도 5c를 참조하면, 발진 RF 신호(36)의 엔벨로프로서의 입력 RF 신호(26)가 도시되며, 여기서 마커는 고속 발진 신호에서 위상 시프트(38)로서 내장될 수 있다. 여기서, 위상 시프트 ΔΦ는 지속적이거나 일시적일 수 있다. 따라서, 입력 RF 신호(26)와 왜곡된 RF 신호(28) 사이의 동기화는 위상 시프트(38)를 검출함으로써 수행된다. 여기서, 위상 시프트는 플라즈마, RF 생성기 또는 플라즈마 장치에 부정적인 영향을 미치지 않을 만큼 충분히 작은 위상 시프트, 예를 들어, 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만, 더욱 바람직하게는 1°미만의 위상 시프트일 수 있다.

이와 달리, 예를 들어 RF 반송파 주파수의 5% 미만, 바람직하게는 2% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만의 범위에서의 RF 반송파 주파수의 일시적인 시프트는 주파수 스펙트럼에 일시적인 위상 시프트와 유사한 영향을 미친다.

도 6을 참조하면, RF 생성기(10)로부터 플라즈마 챔버(14)까지의 전송 체인에서 비선형성으로 인한 왜곡의 사전 보상이 전력 스펙트럼(40)에 도시되어 있다. 예를 들어, 스퓨리어스 주파수 또는 더 높은 고조파를 억제하기 위해, 입력 RF 신호의 스펙트럼(40)은 이미 추가 주파수를 포함함으로써 도 6a에 따라 미리 왜곡될 수 있다. 그러나, 입력 RF 신호가 RF 생성기(10)에서 플라즈마 챔버(14)로 전송되는 동안, 전송 체인 내의 비선형 요소에 의해, 특히 RF 생성기(10)의 전력 증폭기, 임피던스 매칭 네트워크(12) 또는 플라즈마 자체에 의해 스펙트럼이 왜곡된다. 따라서, 적응된 입력 RF 신호의 스펙트럼(40)에서 이전에 추가된 주파수와 관련될 수 있는 특정 주파수가 억제된다. 따라서, 플라즈마 챔버에서, 왜곡된 신호는 스퓨리어스 또는 고조파 주파수가 없는 스펙트럼(42)을 가지고, 따라서, 타겟 RF 신호에 따라 신뢰할 수 있고 안정적인 플라즈마를 제공한다. 여기서, 주파수 스펙트럼의 사전 보상 및 시간 영역에서의 일시적 RF 신호 엔벨로프의 사전 보상은 노출된 재료의 신뢰할 수 있는 처리를 위해 원하는 안정한 플라즈마를 생성하기 위해 대안적으로 또는 결합하여 사용될 수 있다.

도 7을 참조하면, 동일하거나 유사한 요소는 도 1과 동일한 참조 부호로 표시되어 있다. 제어기(16)는 전력 증폭기(68)에 의해 증폭되고 더 나아가 임피던스 매칭 회로(46)를 포함하는 임피던스 매칭 네트워크(12)로 전송되는 입력 RF 신호를 생성한다. 임피던스 매칭 회로(46)는, 입력 센서(44) 및 출력 센서(18)로부터 정보를 수신하고 입력 센서(44) 및 출력 센서(18)의 수신된 센서 데이터에 기초하여 임피던스 매칭 회로를 제어하는 매칭 제어기(25)에 의해 제어된다. 여기서, 입력 센서(44)는 위상-크기-센서로 구성될 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(12)는 플라즈마 챔버(14)를 포함하는 플라즈마 처리 시스템(48)에 연결된다. 임피던스 매칭 네트워크(12)의 입력 센서(44) 및 임피던스 매칭 네트워크(12)의 출력 센서(18)로부터의 정보는 센서 데이터로서 제어기(16)에 피드백된다. 또한, 플라즈마 챔버(14)에는, 플라즈마 상태 또는 플라즈마 파라미터를 검출하는 플라즈마 센서(20)가 배치된다. 플라즈마 센서는 안테나, 랭뮤어(Langmuir) 프로브로서 구성될 수 있고, 플라즈마 광을 검출하는 광학 센서, 또는 기타 플라즈마 진단 도구일 수 있다. 플라즈마 센서(20)의 센서 데이터는 제어기(16)로 피드백된다. 센서(18, 20, 44)로부터의 센서 데이터는 ADC(analog-to-digital converter)(50, 50', 50'')에 의해 디지털화되고 각각 왜곡된 RF 신호로 사용된다. 여기서, ADC는 다중 단일 채널 ADC 또는 다중 채널 ADC 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 특히, 전력 증폭기(68)의 출력에서, ADC(50''')를 통해 센서 데이터를 피드백하기 위해 센서로도 사용되는 RF 생성기(10)의 출력 센서로서 방향성 결합기(22)가 배치된다. 대안적으로, 센서(18, 20, 22, 44)는 개별 ADC를 포함하고 디지털 정보를 제어기(16)로 전송할 수 있다.

특히 디지털 신호 처리 유닛(DSPU)으로 구성된 처리 유닛(54)과 결합하여, 특히 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 유닛으로 구성된 신호 분석 유닛(52)에 의해, 센서로부터 수신된 왜곡된 RF 신호와 입력 RF 신호 사이의 동기화가 제공된다. DSPU(54)는 매칭 제어기(25) 및/또는 제어기(16)의 프로세서로부터 룩업 테이블 등과 같은 정보를 더 수신할 수 있다. 또한, 제어기(16)의 프로세서(60)는 처리 유닛(54)에도 제공되는 파라미터의 교환을 위해 사용자 인터페이스(62)에 연결될 수 있다. 사용자 인터페이스(62)에 의해, 레시피, 특히 프로세스 파라미터가 정의되고 모니터링될 수 있다.

처리 유닛(54)에 의해, 타겟 RF 신호와 수신된 왜곡된 RF 신호 사이의 비교가 수행된다. 특히, DSPU(54)에 의해, 제1 제어 파라미터 세트는 예를 들어 제어기(16)의 메모리에 저장된 룩업 테이블에 의해 타겟 RF 신호에 기초하여 결정된다. 더 나아가, 처리 유닛(54)에 의해, 또한 제2 제어 파라미터 세트는 전술한 알고리즘에 따라 왜곡된 RF 신호와 타겟 RF 신호 사이의 비교에 기초하여 결정된다. 여기서, 제어 파라미터는 적어도 하나 이상의 입력 RF 신호를 생성하기 위해 바람직하게는 직접 디지털 합성 유닛(DDS)으로 구성된 주파수 생성 유닛(56)에 제공된다. 여기서, 파라미터 세트의 핸드오버는 DDS 제어 워드로 수행될 수 있다. 주파수 생성 유닛(56)에 의해 생성된 입력 RF 신호는 디지털-아날로그 변환기(66)에 의해 디지털에서 아날로그로 변환되고, 일반적으로 재구성 필터가 뒤따르며, 그 다음 전력 증폭기(68)에 의해 증폭된다. 여기서, 전력 증폭기(68)의 DC 전압 공급(64)은 또한 전송 체인의 왜곡의 사전 보상에 따라 입력 RF 신호를 적응시키기 위해 제어기(16)에 의해 제어될 수 있다. 또는, DC 전압 공급(64)은 레시피에 기초하여 설정될 수 있다. 그 전력 레벨은 일반적으로 펄스 모드 작동 중에 적응되지 않는다.

도 7에서, 제어기는 RF 생성기(10)와 일체로 구성되지만, 제어기(16)는 별도의 개체 및 장치로서 구성될 수도 있다. 특히, 플라즈마 챔버(14)에 여러 입력 RF 신호를 제공하기 위해 둘 이상의 RF 생성기가 사용되는 경우, 각각의 RF 생성기(10)는 개별적으로 제어기(16)를 가질 수 있다. 대안적으로, 공통 제어기(16)는 결합된 모든 RF 생성기(10)에 사용될 수 있다.

도 7에는 단지 하나의 전력 증폭기(68)가 도시되어 있지만, RF 생성기(10)는 둘 이상의 전력 증폭기(68) 및 따라서 또한 둘 이상의 전력 출력을 포함할 수 있으며, 이들 전력 출력 중 하나 이상은 각각의 전력 증폭기(68)에 의해 입력 RF 신호의 왜곡을 검출하기 위해 센서 데이터를 검출하는 센서로서 방향성 결합기(22)를 포함할 수 있다.

또한, 신호 분석 유닛(52), 처리 유닛(54) 및 주파수 생성 유닛(56)은 FPGA(Field Programmable Gate Array), SoC(System on Chip), 복합 프로그램 가능 논리 장치(CPLD) 또는 주문형 집적 회로(ASIC)에 의해 하나의 엔티티(58) 내에 일체로 결합될 수 있다. 일반적으로, 이러한 구성 요소는 플라즈마 장치의 전송 체인에서 왜곡을 보상하고 다양한 레시피 또는 동일한 레시피에서 가능한 많은 플라즈마 파라미터를 제공할 수 있도록 다목적 플랫폼으로 구성된다.

Claims (19)

1. 바람직하게는 플라즈마 챔버에 대한 RF 신호를 생성하기 위한 방법으로서,
   제1 제어 파라미터 세트에 기초하여 입력 RF 신호를 생성하는 단계와,
   적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 검출하는 단계와,
   상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 상기 입력 RF 신호와 동기화하는 단계와,
   타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 단계와,
   상기 차이가 사전결정된 임계값보다 큰 경우, 상기 타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 단계와,
   상기 타겟 RF 신호와 상기 왜곡된 RF 신호 사이의 차이가 감소되도록 상기 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 적응된 입력 RF 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
   방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 검출하는 단계와, 상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 상기 입력 RF 신호와 동기화하는 단계와, 상기 타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하는 단계와, 상기 타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 상기 제2 제어 파라미터 세트를 결정하는 단계와, 상기 제2 제어 파라미터 세트에 기초하여 적응된 입력 RF 신호를 생성하는 단계는 상기 차이가 상기 사전결정된 임계값보다 큰 한 반복되는,
   방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호는 RF 생성기의 출력, 임피던스 매칭 네트워크의 입력, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 출력, 상기 플라스마 챔버의 입력 및 상기 플라스마 챔버 내부 중 하나 이상에서 검출되는,
   방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입력 RF 신호는 마커를 포함하도록 수정되고, 상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 상기 입력 RF 신호와 동기화하는 단계는 상기 왜곡된 RF에서 상기 마커를 검출하는 단계와, 상기 입력 RF 신호에서 상기 마커를 생성하는 것과 상기 왜곡된 신호에서 상기 마커를 검출하는 것 사이의 시간 차이에 의해 지연을 결정하는 단계를 포함하는,
   방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 마커는 상기 입력 RF 신호의 시간 영역 및/또는 상기 입력 RF 신호의 주파수 영역에 있는,
   방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 마커가 상기 시간 영역에 있는 경우, 상기 마커는 상기 입력 RF 신호의 오프 기간(off-period)에 배열되고 및/또는 상기 마커의 진폭은 플라즈마 점화 임계값 미만인,
   방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 마커가 상기 시간 영역에 있는 경우, 상기 왜곡된 RF 신호 내의 상기 마커는 상기 왜곡된 신호의 주파수 영역에서 스펙트럼 내의 스퓨리어스 주파수로 검출되는,
   방법.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마커가 상기 주파수 영역에 있는 경우, 상기 마커는 영구적이거나 일시적인 상기 입력 RF 신호의 위상 시프트이고, 및/또는 일시적인 상기 RF 신호의 반송 주파수의 주파수 시프트인,
   방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입력 RF 신호는 마커를 포함하고, 상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 상기 입력 RF 신호와 동기화하는 단계는 상기 왜곡된 RF 신호에서 상기 마커를 검출하는 단계와, 상기 입력 RF 신호에서 상기 마커를 생성하는 것과 상기 왜곡된 신호에서 상기 마커를 검출하는 것 사이의 시간 차이에 의해 지연을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 마커는 플라즈마 점화 펄스 또는 상기 입력 RF 신호의 고유한 특징인,
   방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어 파라미터 세트는 특정 설정 및 특정 타겟 RF 신호에 대한 룩업 테이블에 의해 제공되는,
    방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호와 상기 타겟 RF 신호 사이의 차이가 상기 사전결정된 임계값보다 작으면, 상기 제2 제어 파라미터 세트는 룩업 테이블에 저장되는,
    방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어 파라미터 세트 및/또는 상기 제2 제어 파라미터 세트는 진폭, 위상, 주파수 및 시간 변동 중 하나 이상을 포함하는,
    방법.
13. 제어기, 특히 RF 생성기용 제어기로서,
    처리 유닛, 바람직하게는 디지털 신호 처리 유닛(DSPU)과,
    주파수 생성 유닛에 제어 파라미터를 제공하기 위해 상기 처리 유닛에 연결된 출력 인터페이스와,
    상기 처리 유닛에 연결된 신호 분석 유닛, 바람직하게는 소프트웨어 정의 무선 유닛(SDR)과,
    상기 신호 분석 유닛에 연결되고 적어도 하나의 센서에 연결가능하여 상기 적어도 하나의 센서로부터 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 센서 데이터로서 수신하는 입력 인터페이스를 포함하되,
    상기 처리 유닛은 입력 RF 신호에 대응하는 제1 제어 파라미터 세트를 상기 출력 인터페이스에 제공하도록 구성되고,
    상기 신호 분석 유닛은 상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 포함하는 센서 데이터를 상기 입력 인터페이스로부터 수신하도록 구성되고,
    상기 처리 유닛은 상기 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호를 상기 입력 RF 신호와 동기화하도록 구성되고,
    상기 처리 유닛은 타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이가 사전결정된 임계값보다 크면, 상기 타겟 RF 신호와 상기 동기화되는 적어도 하나의 왜곡된 RF 신호의 비교에 기초하여 적응된 입력 RF 신호에 대응하는 제2 제어 파라미터 세트를 결정하며, 상기 제2 제어 파라미터 세트를 상기 출력 인터페이스에 제공하도록 더 구성된,
    제어기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 처리 유닛 및/또는 상기 신호 분석 유닛 및/또는 상기 주파수 생성 유닛은 FPGA, CPLD, ASIC 또는 SoC로 구성되고, 바람직하게는 상기 처리 유닛과 상기 신호 분석 유닛은 하나의 FPGA, CPLD, ASIC 또는 SoC에 의해 일체형으로 만들어진,
    제어기.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스는 직접 디지털 합성(DDS) 유닛 제어 워드를 제공하는,
    제어기.
16. 플라즈마 챔버용 RF 신호를 생성하기 위한 RF 생성기로서,
    적어도 하나의 입력 RF 신호를 생성하기 위해 바람직하게는 직접 디지털 합성 코어(DDS 코어)로 구성된 주파수 생성 유닛과,
    상기 주파수 생성 유닛에 연결되어 적어도 하나의 입력 RF 신호를 증폭하는 증폭기와,
    상기 주파수 생성 유닛에 연결된 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제어기를 포함하는,
    RF 생성기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 주파수 생성 유닛 및 상기 제어기, 특히 상기 처리 유닛 및/또는 상기 신호 분석 유닛은 하나의 FPGA, CPLD, ASIC 또는 SoC에 의해 일체형으로 만들어진,
    RF 생성기.
18. 플라즈마 장치로서,
    입력 RF 신호를 생성하는 RF 생성기와,
    상기 RF 생성기에 연결된 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제어기와,
    임피던스 매칭 네트워크- 상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력은 상기 RF 생성기의 출력에 연결됨 -와,
    플라즈마 챔버를 포함하되, 상기 플라즈마 챔버의 입력은 상기 임피던스 매칭 네트워크의 출력에 연결된,
    플라즈마 장치.
19. 제18항에 있어서,
    둘 이상의 RF 생성기 각각이 입력 RF 신호를 상기 플라즈마 챔버에 제공하고, 바람직하게는 각각의 RF 생성기는 공통 제어로서의 하나의 제어기에 연결된,
    플라즈마 장치.

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