WO2023038468A1 - 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023038468A1
WO2023038468A1 PCT/KR2022/013550 KR2022013550W WO2023038468A1 WO 2023038468 A1 WO2023038468 A1 WO 2023038468A1 KR 2022013550 W KR2022013550 W KR 2022013550W WO 2023038468 A1 WO2023038468 A1 WO 2023038468A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
probe
plasma
area
current
state variable
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/013550
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정진욱
어현동
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Publication of WO2023038468A1 publication Critical patent/WO2023038468A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma

Definitions

  • the present invention relates to a plasma state variable specifying method including a double probe having an asymmetrical area, a plasma state variable specifying device including a double probe having an asymmetrical area, and a plasma generating device including the same, and more specifically, plasma temperature and a technique for measuring the temperature and density of plasma more accurately than in the prior art based on the value of the current flowing through the probes by differentiating the areas of two probes for measuring the density.
  • Plasma is an ionized gas, composed of positive ions, negative ions, electrons, excited atoms, molecules, and chemically very active radicals. Also called the fourth state.
  • This plasma contains ionized gas and is very useful in semiconductor manufacturing processes such as accelerating it using an electric or magnetic field or causing a chemical reaction to clean, etch, or deposit a wafer or substrate.
  • Capacitive coupled plasma (CCP) using radio frequency and inductively coupled plasma (ICP) are representative examples.
  • the capacitive coupled plasma module has an advantage of higher process productivity than other plasma modules due to accurate capacitive coupling control and high ion control capability.
  • the energy of the radio frequency power source is coupled to the plasma almost exclusively through capacitive coupling, the plasma ion density can be increased or decreased only by increasing or decreasing the capacitively coupled radio frequency power.
  • increasing radio frequency power increases the ion bombardment energy.
  • radio frequency power has limitations.
  • the inductively coupled plasma module is known to be suitable for obtaining high-density plasma because it can easily increase ion density with an increase in radio frequency power and has relatively low ion impact. Therefore, inductively coupled plasma modules are generally used to obtain high-density plasma. Inductively coupled plasma modules are being developed in a typical way using a radio frequency antenna (RF antenna) and a method using a transformer (also referred to as transformer coupled plasma).
  • RF antenna radio frequency antenna
  • transformer also referred to as transformer coupled plasma
  • a probe probe is inserted into the chamber, the plasma density and electron temperature are measured based on the current flowing through the probe, and a typical technique is a technique of analyzing harmonic components flowing through the probe near a floating potential. this is being used.
  • the ratio of the first harmonic current and the third harmonic current corresponding to the fundamental frequency is used. Measure the density of plasma and the temperature of electrons.
  • the third harmonic current is very small compared to the first harmonic current, it is difficult to accurately measure the density of plasma and the temperature of electrons. Accordingly, in an environment where low-density plasma exists, a probe with a relatively large area is required, and there is a problem of measuring a wide range of current for accurate calculation.
  • an object of the present invention is to provide a device and method capable of measuring the density and electron temperature of plasma more accurately than the prior art using the first harmonic current and the second harmonic current, which are easily measured in a state.
  • a method for specifying plasma state variables including dual probes having an asymmetrical area, an apparatus for specifying plasma state variables including dual probes having an asymmetrical area, and a plasma generating device including the same are disposed inside a chamber.
  • Plasma state variable measuring method capable of measuring the first harmonic current and the second harmonic current by differentiating the areas of the first probe and the second probe, and measuring the density and electron temperature of the plasma based on the measured values and to provide an apparatus for that purpose.
  • a current measurement unit for measuring a current flowing through the second probe and a plasma analysis unit for calculating an electron temperature and density of plasma inside the chamber based on a result measured by the current measurement unit, wherein the area of the first probe and Areas of the second probe may have different sizes.
  • the first probe and the second probe may have the same shape, and an area of the first probe may have a larger area than that of the second probe.
  • the first probe and the second probe may have a rectangular parallelepiped probe shape or a cylindrical probe shape.
  • the first probe and the second probe may have the same horizontal length, but the vertical length of the first probe may have a greater length than the vertical length of the second probe.
  • the area of the first probe may be 2 to 5 times larger than the area of the second probe.
  • the first probe and the second probe may be respectively connected to both ends of the voltage applying unit.
  • the voltage application unit may apply a sine wave voltage to the first probe and the second probe.
  • the plasma analyzer includes the measured value of the current, area ratio information of the second probe based on the first probe, area information of the first probe, density information of the current, and magnitude information of the voltage
  • the electron temperature and density of the plasma can be calculated using the relationship of .
  • the plasma analysis unit The plasma analysis unit,
  • the relative magnitude information of the fundamental frequency current and the harmonic frequency current is used to determine the plasma can calculate the electron temperature and density of
  • the plasma analyzer may calculate electron temperature and density of the plasma using a ratio of the fundamental frequency current and the second harmonic frequency current.
  • a plasma generating apparatus including dual probes having an asymmetrical area includes a chamber in which plasma is generated, a plurality of probes disposed inside the chamber, and a voltage applicator for applying preset voltages to the plurality of probes. , a current measurement unit for measuring the current flowing through the plurality of probes, and a plasma analysis unit for calculating the electron temperature and density of the plasma inside the chamber based on the results measured by the current measurement unit, wherein the plurality of probes are respectively They can have different sized areas.
  • a plasma state variable measuring method using dual probes having an asymmetrical area includes a voltage application step of applying a preset voltage to a first probe and a second probe disposed inside a chamber and having different areas, respectively. , a current measuring step of measuring the current flowing through the first probe and the second probe, and a plasma analysis step of calculating the electron temperature and density of the plasma inside the chamber based on the results measured in the current measuring step.
  • the first probe and the second probe may have the same shape, and an area of the first probe may have a larger area than that of the second probe.
  • the plasma analysis step may include information on the area ratio of the second probe based on the measured value of the current and the first probe, area information of the first probe, information on the density of the current, and information on the magnitude of the voltage.
  • the electron temperature and density of the plasma can be calculated using the relationship between .
  • the measured current is classified as the sum of the fundamental frequency current and harmonic frequency currents having a frequency that is an integer multiple of the frequency of the fundamental frequency current, and then the relative magnitudes of the fundamental frequency current and the harmonic frequency current.
  • the electron temperature and density of the plasma may be calculated using the information.
  • a plasma state variable specification method including a double probe having an asymmetrical area, a plasma state variable specification apparatus including a double probe having an asymmetrical area, and a plasma generator including the same include a first harmonic current and a second harmonic wave Since the density of plasma and the temperature of electrons can be measured using current, there is an advantage in that the density of plasma and the temperature of electrons can be measured more accurately than in the case of measuring using the third harmonic current according to the prior art. .
  • plasma density and electron temperature can be measured with a relatively small-sized probe, so a plasma variable measuring device can be implemented in a relatively small size, and the current measurement range can be made smaller than in the prior art, making it more efficient. There is an effect that can measure the density of the plasma and the electron temperature.
  • FIG. 1 is a block diagram showing some components of a plasma generating device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a plasma generating device according to an embodiment of the present invention when viewed from the side.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating various shapes that a first probe and a second probe may have according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the electron temperature measured according to the change in the size of the power source when the area of the first probe and the second probe are the same, and when the area of the first probe is twice and three times that of the second probe, respectively. It is a graph
  • FIG. 5 is a block diagram showing some components of a plasma state variable measuring device including dual probes having an asymmetrical area according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a case in which a plasma state variable measuring device including dual probes having an asymmetrical area according to the present invention is combined with a plasma generating device in a wired form.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a case in which a plasma state variable measuring device including dual probes having an asymmetrical area according to the present invention is coupled to a plasma generating device in a wireless form.
  • 'plasma generating device including double probes having an asymmetrical area' but for convenience of description below, 'plasma generating device including double probes having an asymmetrical area' is referred to as 'plasma generating device'. ' to describe it.
  • FIG. 1 is a block diagram showing some components of a plasma generating device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a plasma generating device according to an embodiment of the present invention when viewed from the side.
  • 3 is a diagram showing various shapes that the first probe and the second probe may have according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma generating device 100 includes a first probe 10, a second probe 20, and a plasma generating device that are disposed in a chamber and can measure various parameters of plasma.
  • the power module 30 for supplying power to 100, the voltage applicator 40 for applying preset voltages to the first probe 10 and the second probe 20, the first probe 10 and the second A current measurement unit 50 that measures the current flowing through the probe 20, a plasma analyzer 60 that calculates various parameters of plasma based on the result values measured by the current measurement unit 50, and an antenna 61. It may include an impedance matching unit 70 that matches impedance and a chamber 80 that generates plasma while serving as a main body.
  • the chamber 80 may refer to a container having a space in which an object to be processed requiring a plasma process, such as a substrate, is provided and a space in which plasma P is generated.
  • a plurality of antennas 61 for generating plasma may be installed in the upper portion of the chamber 80, and the plurality of antennas 61 may be connected to an impedance matching unit 70 (matching box). there is.
  • the impedance matching unit 70 may be connected to the power module 30 and the chamber 80 that supply power to the plasma generating device 100 .
  • a pumping system 62 may be formed at a lower portion of the chamber 80 to pump a source gas that is a source of plasma.
  • a method of generating plasma using a plurality of antennas 61 may be referred to as an inductively coupled plasma generating device.
  • the plasma generating device and the plasma variable measuring method using the same according to the present invention can be applied to both the device and method for generating plasma using an inductive coupling method as well as the device and method for generating plasma using a capacitive coupling method. there is.
  • the description will be made based on the inductively coupled plasma generating device shown in FIG. 2 .
  • the plasma generating device 100 may measure various variables of plasma generated inside the chamber 80 .
  • the variable referred to in the present invention means a variable meaning various chemical and physical characteristics related to plasma, and as a representative embodiment of the plasma generating device 100 according to the present invention, the plasma generating device 100 is inside the chamber 80 The density of the plasma in the chamber, the temperature of electrons flowing inside the chamber, and the probability distribution of electron energy can be measured.
  • a plurality of probes may be provided inside the chamber 80.
  • a first probe 10 and a second probe 20 capable of transmitting a sinusoidal wave to plasma may be provided.
  • the probe 10 and the second probe 20 may be disposed to pass through one wall of the chamber 80 .
  • the first probe 10 and the second probe 20 can be said to have the form of a floating probe.
  • the voltage applicator 40 means a component that generates a voltage and then applies the generated voltage to the first probe 10 and the second probe 20 .
  • the voltage applying unit 40 is electrically connected to the first probe 10 and the second probe 20, and the user's A preset voltage according to settings may be applied.
  • the shape and size of the voltage applied to the first probe 10 and the second probe 20 applied by the voltage applying unit 40 may be set differently according to the plasma generation environment, but in the form of a sine wave generated by an AC voltage. A voltage of may be applied.
  • a self-bias generating unit (not shown) may be disposed between the first probe 10 and the second probe 20 and the source of the voltage applying unit 40 .
  • a self-bias voltage is applied to both ends of the self-bias generator.
  • a value of self-bias or self-bias voltage applied to the self-bias generator may be measured by the plasma analyzer 60 .
  • a resistor (not shown) may be connected between the self-bias generator and the voltage application unit 40 so that the self-bias generator can efficiently generate a self-bias.
  • the first probe 10 and the second probe 20 are disposed inside the chamber 80 and may be configured as metal probes to allow current to flow.
  • the first probe 10 and the second probe 20 due to a potential difference between the plasma and the first probe 10 and the second probe 20 Since the current flows through (10) and the second probe 20, the current measuring unit 50 can measure the current flowing through the first probe 10 and the second probe 20. 2 shows that the current measuring unit 50 is disposed between the second probe 20 and the voltage applying unit 40, but in another embodiment of the present invention, the current measuring unit 50 is the first probe 10 ) and the voltage applying unit 40.
  • the first probe 10 and the second probe 20 according to the present invention may have different shapes or may be composed of probes having the same shape and different areas.
  • the first probe 10 and the second probe 20 according to the present invention are implemented as cylindrical probes as shown in (a) and (b) of FIG. 3, or (c) of FIG. As shown in and (d), it may be implemented as a probe in a rectangular parallelepiped shape.
  • embodiments of the present invention are not limited to a cylindrical probe or a rectangular parallelepiped probe, and any probe capable of measuring the density of plasma or the temperature of electrons may be implemented with probes of various shapes.
  • the first probe 10 and the second probe 20 disposed inside the chamber 80 may have different areas, and specifically, the area of the first probe 10 is It may be implemented with an area larger than that of the second probe 20 .
  • the first probe 10 and the second probe 20 are implemented as cylindrical probes, as shown in (a) of FIG. 3, the first probe 10 and the second probe 20 are vertically aligned.
  • the width of the first probe 10 may be longer than that of the first probe 10 so that the area of the first probe 10 is larger than that of the second probe 20 .
  • the horizontal lengths of the first probe 10 and the second probe 20 are the same, but the vertical length of the first probe 10 is longer.
  • the area of the probe 10 may be larger than that of the second probe 20 . In one embodiment, the area of the first probe 10 may be 2 to 10 times larger than the area of the second probe 20 .
  • first probe 10 and the second probe 20 are implemented as rectangular parallelepiped probes, as shown in (c) of FIG. 3, the first probe 10 and the second probe 20 are vertically aligned.
  • the width of the first probe 10 may be longer than that of the first probe 10 so that the area of the first probe 10 is larger than that of the second probe 20 .
  • the horizontal lengths of the first probe 10 and the second probe 20 are the same, but the vertical length of the first probe 10 is longer.
  • the area of the probe 10 may be larger than that of the second probe 20 . In one embodiment, the area of the first probe 10 may be 2 to 10 times larger than the area of the second probe 20 .
  • the control unit 90 may control various components of the plasma generating device 100 . Specifically, the control unit 90 may control the power module 30 for applying a voltage to the plasma generating device 100 to control the size or shape of the voltage applied to the plasma generating device 100, and impedance The amount or density of plasma generated by the plasma generating device 100 may be adjusted by adjusting the size of the impedance of the matching unit 70 .
  • control unit 90 removes the voltage application unit 40 for applying voltage to the first probe 10 and the second probe 20, and applies the voltage to the first probe 10 and the second probe 20. It is possible to control the size and frequency of the sine plate.
  • control unit 90 may be a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or a command ( It can be implemented as a device that can execute and respond to instructions).
  • ALU arithmetic logic unit
  • FPA field programmable array
  • PLU programmable logic unit
  • microprocessor or a command ( It can be implemented as a device that can execute and respond to instructions).
  • control unit 90 is the plasma analyzer 60 It may be implemented as a single element as a single component.
  • the plasma analyzer 60 may calculate the electron temperature and density of the plasma inside the chamber based on the result measured by the current measurer 50 .
  • the current (I) measured by the current measuring unit 50 can be expressed by the following equation (1).
  • Equation (1) the I 1i and I 12 equations mean the ion saturation currents flowing through the first and second probes, V is the magnitude of the voltage applied to the first and second probes, and Te is the electron temperature. Equation (1) is It can be summarized as Equation (2) as follows.
  • the density of plasma and the temperature of electrons may be measured using the first harmonic current and the third harmonic current having the largest current among the separated harmonics.
  • the plasma density or electron temperature is measured in this way, since the third harmonic current is measured much smaller than the first harmonic current, the plasma density cannot be accurately measured in low-density plasma. Therefore, in a low-density plasma environment, there are problems in that a relatively large area probe is required and a wide current measurement range is required.
  • the plasma generating device 100 measures the density of plasma and the temperature of electrons more accurately than the prior art by making the areas of the first probe 10 and the second probe 20 different. can do. Specifically, in analyzing the current measured by the current measuring unit 50, the plasma generating device 100 leaves even high-frequency components, so that the first harmonic current and the second harmonic current that can be more easily measured are analyzed. The density of plasma and the temperature of electrons can be measured using the information. Find out in detail below.
  • the current flowing through the current measuring unit 50 can be expressed using current density, and is specifically expressed as Equation (4) below. It can be.
  • Equation (5) ⁇ means the area ratio of the first probe 10 and the second probe 20 based on the area of the first probe 10
  • A is the area of the first probe 10
  • Ji is The ion current density, V, means the amplitude of the voltage applied to the first probe 10 and the second probe 20.
  • Equation (6) Equation (6)
  • the above equation (7) can be rearranged into the sum of the fundamental frequency current and the harmonic current using the cosine double angle formula, and in this case, information on the fundamental frequency and the second harmonic current can be obtained. Therefore, the electron temperature can be obtained by using the ratio of the fundamental frequency current and the second harmonic current component, and the ion density can be organized as a function of the fundamental frequency current and the electron temperature. For example, the first probe 10 and the second probe 20 when the area ratio is 1:2, the electron temperature and the ion density can be obtained by arranging the following equations (8) and (9).
  • Vo means the amplitude of the voltage applied to the first probe 10 and the second probe 20
  • I 1w is the basic frequency current
  • e means the amount of charge
  • u b denotes the bohm diffusion rate. That is, since the present invention measures the density of plasma and the temperature of electrons through this method, it can be measured more accurately than the prior art.
  • the measured value of the third harmonic current is small, so the measured electron temperature value also changes as the magnitude of the power changes. can know Therefore, in order to obtain an accurate measurement value under such circumstances, a probe having an area approximately 10 times larger than that of a general probe should be used.
  • the device for measuring the state variable of plasma is implemented as a wireless diagnostic device, the size of the voltage for measurement can be reduced compared to the case of using an asymmetric double probe at the same electron temperature, and the plasma state variable There is an advantage of being able to make the measuring device smaller.
  • FIGS. 1 to 3 have been described based on the plasma generating device 100, which is one of the various embodiments of the present invention, for convenience of description, but the present invention is a plasma state variable measuring device including a double probe having an asymmetrical area. (200) can be implemented. Find out in detail through the drawings below.
  • FIG. 5 is a block diagram showing some components of a plasma state variable measuring device including a dual probe having an asymmetrical area according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a dual probe having an asymmetrical area according to the present invention.
  • 7 is a diagram showing a case in which a plasma state variable measuring device including a wired type is coupled to a plasma generating device
  • FIG. 7 is a plasma state variable measuring device including a dual probe having an asymmetrical area according to the present invention in a wireless form. It is a drawing showing a case where it is combined with a plasma generating device.
  • the 'plasma state variable measuring device including dual probes having an asymmetrical area' will be referred to as a 'plasma state variable measuring device'.
  • the state variable measuring device 200 applies a voltage that applies preset voltages to the first probe 110, the second probe 120, the first probe 110, and the second probe 120.
  • the current measurement unit 150 for measuring the current flowing through the unit 140, the first probe 110 and the second probe 120, and various variables of the plasma based on the values measured by the current measurement unit 150. It may include a plasma analyzer 160 that calculates, a control unit 190 that controls overall components of the plasma state variable measuring device 200 including a dual probe having an asymmetrical area, and the like, which is shown in FIG.
  • the first probe 110, the second probe 120, the power module 130, the voltage application unit 140, the current measurement unit 150, the plasma analysis unit 160, and the control unit 190 are described in FIG. 2.
  • the first probe 10, the second probe 20, the power module 30, the voltage application unit 40, the current measuring unit 50, and the plasma analysis unit 60 and the control unit 90 have the same functions. Since it corresponds to a component, redundant description will be omitted.
  • the plasma state variable measuring device 200 including the double probe having an asymmetrical area according to FIG. 5 is a device implemented separately from the plasma generating device 100, and is connected to the plasma generating device 100 due to its characteristics, so that the plasma inside the chamber density and electron temperature can be measured.
  • the plasma state variable measuring device 200 is a pumping system including a battery, a measuring circuit, and a first probe and a second probe in a chamber as shown in the drawing.
  • each plasma state variable measuring device 200 includes a communication module capable of communicating with an external terminal or an external server, so that it can operate independently inside the chamber. there is.
  • the operating principle of the apparatus 200 for measuring plasma state variables according to FIG. 7 is the same as described above, so it will be omitted.
  • a plasma state variable specification method including a double probe having an asymmetrical area, a plasma state variable specification apparatus including a double probe having an asymmetrical area, and a plasma generator including the same include a first harmonic current and a second harmonic wave Since the density of plasma and the temperature of electrons can be measured using current, there is an advantage in that the density of plasma and the temperature of electrons can be measured more accurately than in the case of measuring using the third harmonic current according to the prior art. .
  • plasma density and electron temperature can be measured with a relatively small-sized probe, so a plasma variable measuring device can be implemented in a relatively small size, and the current measurement range can be made smaller than in the prior art, making it more efficient. There is an effect that can measure the density of the plasma and the electron temperature.
  • devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • a processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.
  • the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include.
  • a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
  • Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device.
  • can be embodied in Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치는 제1프로브 및 제2프로브, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부 및 상기 전류 측정부가 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석부를 포함하고, 상기 제1프로브의 면적과 상기 제2프로브의 면적은 서로 다른 크기의 면적을 가질 수 있다.

Description

비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치
본 발명은 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 플라즈마의 온도 및 밀도를 측정하는 2개의 프로브들의 면적을 다르게 하여, 프로브에 흐르는 전류 값을 기초로 종래 기술보다 보다 정확하게 플라즈마의 온도 및 밀도를 측정하는 기술에 관한 발명이다.
플라즈마란 이온화된 기체로, 양이온, 음이온, 전자, 여기된 원자, 분자 및 화학적으로 매우 활성이 강한 라디칼(radical) 등으로 구성되며, 전기적 및 열적으로 보통 기체와는 매우 다른 성질을 갖기 때문에 물질의 제4상태라고도 칭한다. 이러한 플라즈마는 이온화된 기체를 포함하고 있어, 전기장 또는 자기장을 이용해 가속시키거나, 화학 반응을 일으켜 웨이퍼 혹은 기판을 세정하거나, 식각하거나 혹은 증착하는 등 반도체의 제조공정에 매우 유용하게 활용되고 있다.
최근에 반도체 제조공정에서는 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 사용하고 있으며, 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 모듈은 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitive coupled plasma)와 유도 결합형 플라즈마(ICP, inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.
용량 결합형 플라즈마 모듈은 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 모듈에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.
한편, 유도 결합 플라즈마 모듈은 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그러므로 유도 결합 플라즈마 모듈은 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 모듈은 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma)라고도 함)으로 기술 개발이 이루어지고 있다.
플라즈마 발생 장치에서, 플라즈마의 밀도 또는 전자 온도는 반도체 및 디스플레이 공정 결과에 중요한 역할을 하기 때문에 플라즈마 밀도 또는 전자 온도를 정확하게 측정하는 것은, 플라즈마를 활용하는 연구 분야에서 매수 필수적인 분야이다. 일반적으로, 챔버 내부에 탐침 프로브를 삽입하고, 프로브에 흐르는 전류를 기초로 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 측정하며, 대표적인 기술로는 부유전위(floating potential) 근처에서 탐침에 흐르는 고조파 성분들을 분석하는 기술이 활용되고 있다.
그러나, 종래 기술에 따라 고조파 성분들을 분석하는 경우, 대칭 구조를 가지는 프로브의 특성상 제2고조파 전류를 측정할 수 없기 때문에, 기본 주파수에 해당하는 제1고조파 전류와 제3고조파 전류의 비를 이용하여 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정한다. 그러나, 제3고조파 전류가 제1고조파 전류에 비해 매우 작은 크기의 전류가 측정되나 보니, 정확하게 플라즈마의 밀도와 전자의 온도가 측정하기 어려운 단점이 존재하였다. 이에 따라, 저밀도 플라즈마 존재하는 환경에서는 상대적으로 큰 면적의 프로브가 필요하였으며, 정확한 계산을 위해 넓은 범위의 전류를 측정해야 하는 문제점이 존재하였다.
따라서, 일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 상태적으로 측정이 용이한 제1고주파 전류와 제2고조파 전류를 이용하여 플라즈마의 밀도 및 전자 온도를 종래 기술보다 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 챔버 내부에 배치되는 제1프로브와 제2프로브의 면적을 다르게 함으로써, 제1고조파 전류와 제2고주파 전류를 측정하고, 측정된 값들을 기초로 하여 플라즈마의 밀도 및 전자 온도를 측정할 수 있는 플라즈마 상태 변수 측정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 제2프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부 및 상기 전류 측정부가 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석부를 포함하고, 상기 제1프로브의 면적과 상기 제2프로브의 면적은 서로 다른 크기의 면적을 가질 수 있다.
상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 형상은, 동일한 형상을 가지면서, 상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 형상은, 직육면체 형태의 프로브 또는 원통 형태의 프로브 형상을 가질 수 있다.
상기 제1프로브와 상기 제2프로브는, 가로 길이는 동일하나, 상기 제1프로의 세로 길이는 상기 제2프로브의 세로 길이보다 더 큰 길이를 가질 수 있다.
상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 2배 내지 5배의 면적을 가질 수 있다.
상기 제1프로브와 상기 제2프로브는 상기 전압 인가부의 양 단에 각각 연결될 수 있다.
상기 전압 인가부는, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 정현파 전압을 인가할 수 있다.
상기 플라즈마 분석부는, 측정된 상기 전류의 값과 상기 제1프로브를 기준으로 한 상기 제2프로브에 대한 면적비 정보, 상기 제1프로브의 면적 정보, 상기 전류의 밀도 정보 및 상기 전압의 크기 정보들과의 관계를 이용하여, 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
상기 플라즈마 분석부는,
측정된 상기 전류를 상기 기본 주파수 전류 및 상기 기본 주파수 전류의 주파수의 정수 배 주파수를 가지는 고조파 주파수 전류들의 합으로 분류한 후, 상기 기본 주파수 전류와 상기 고조파 주파수 전류의 상대적 크기 정보를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
상기 플라즈마 분석부는, 상기 기본 주파수 전류와 제2고조파 주파수 전류의 비를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마가 발생되는 챔버, 상기 챔버의 내부에 배치되는 복수 개의 프로브, 상기 복수 개의 프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부, 상기 복수 개의 프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 전류 측정부가 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석부를 포함하고, 상기 복수 개의 프로브는 각각 서로 다른 크기의 면적을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 이용한 플라즈마 상태 변수 측정 방법은, 챔버 내부에 배치되며, 각각 서로 다른 면적으로 가지고 있는 제1프로브 및 제2프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가 단계, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 단계 및 상기 전류 측정 단계에서 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1프로브와 상기 제2프로브는, 동일한 형상은 가지면서, 상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 플라즈마 분석 단계는, 측정된 상기 전류의 값과 상기 제1프로브를 기준으로 한 상기 제2프로브에 대한 면적비 정보, 상기 제1프로브의 면적 정보, 상기 전류의 밀도 정보 및 상기 전압의 크기 정보들과의 관계를 이용하여, 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
상기 플라즈마 분석 단계는, 측정된 상기 전류를 상기 기본 주파수 전류 및 상기 기본 주파수 전류의 주파수의 정수 배 주파수를 가지는 고조파 주파수 전류들의 합으로 분류한 후, 상기 기본 주파수 전류와 상기 고조파 주파수 전류의 상대적 크기 정보를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 제1고조파 전류와 제2고조파 전류를 이용하여 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정할 수 있어, 종래 기술에 따라 제3고조파 전류를 이용하여 측정하는 경우보다 보다 정확하게 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정할 수 있는 장점이 존재한다.
또한, 이러한 장점으로 인해 상대적으로 작은 크기의 프로브로 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 측정할 수 있어 플라즈마 변수 측정 장치를 상대적으로 작게 구현할 수 있으며, 전류 측정 범위를 종래 기술보다 작게 할 수 있어 보다 효율적으로 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 측정할 수 있는 효과가 존재한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 측면에서 바라 보았을 때의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1프로브 및 제2프로브가 가질 수 있는 다양한 형상들을 도시한 도면이다.
도 4는 제1프로브와 제2프로브의 면적이 동일한 경우, 제1프로브의 면적이 제2프로브의 면적보다 2배인경우와 3배인 경우에, 각각 전원의 크기 변화에 따라 측정된 전자 온도를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 해당하는 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치가 유선 형태로 플라즈마 발생 장치와 결합된 경우를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치가 무선 형태로 플라즈마 발생 장치와 결합된 경우를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시 예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함하며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
한편, 본 발명의 명칭은 '비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 발생 장치'로 기재하였으나, 이하 설명의 편의를 위해 '비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 발생 장치'는 '플라즈마 발생 장치'로 지칭하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 측면에서 바라 보았을 때의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1프로브 및 제2프로브가 가질 수 있는 다양한 형상들을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 챔버 내에 배치되어 플라즈마의 다양한 변수를 측정할 수 있는 제1프로브(10), 제2프로브(20), 플라즈마 발생 장치(100)에 전원을 공급하는 전원 모듈(30), 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부(40), 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부(50), 전류 측정부(50)에서 측정한 결과 값들을 기초로 플라즈마의 다양한 변수를 계산하는 플라즈마 분석부(60), 안테나(61)의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부(70) 및 본체 역할을 하면서 플라즈마를 발생하시키는 챔버(80) 등을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면 챔버(80)는 기판 등 플라즈마 공정 처리가 필요한 피처리물이 제공되는 공간 및 플라즈마(P)가 생성되는 공간을 구비한 용기를 의미할 수 있다. 챔버(80)의 상부에는 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마를 생성하기 위한 안테나(61)가 복수 개 설치될 수 있으며, 복수 개의 안테나(61)는 임피던스 매칭부(70, matching box)와 연결될 수 있다. 임피던스 매칭부(70)는 플라즈마 발생 장치(100)에 전원을 공급하는 전원 모듈(30) 및 챔버(80)와 각각 연결될 수 있다.
챔버(80)의 하부에는 플라즈마의 발생원이 되는 소스 가스 등을 펌핑(pumping)하는 펌핑 시스템(62, pumping system)이 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 안테나(61)를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식은 유도 결합 방식의 플라즈마 발생 장치로 지칭할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 플라즈마 변수 측정 방법은 유도 결합 방식을 이용하여 플라즈마를 발생하는 장치 및 방법 뿐만 아니라, 용량 결합 방식을 이용하여 플라즈마를 발생하는 장치 및 방법에도 모두 적용될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 도 2에 도시되어 있는 유도 결합 방식 플라즈마 발생 장치를 기준으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 챔버(80) 내부에서 발생되는 플라즈마의 다양한 변수를 측정할 수 있다. 본 발명에서 말하는 변수란, 플라즈마와 관련된 다양한 화학적, 물리적 특징을 의미하는 변수를 의미하며, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치(100)의 대표적인 실시 예로 플라즈마 발생 장치(100)는 챔버(80) 내부에 있는 플라즈마의 밀도, 챔버 내부에 흐르는 전자의 온도 및 전자 에너지 확률 분포 등을 측정할 수 있다.
이를 위해, 챔버(80) 내부에는 복수 개의 프로브가 구비될 수 있는데, 대표적인 실시예로 플라즈마에 정현파를 전달할 수 있는 제1프로브(10)와 제2프로브(20)가 구비될 수 있으며, 제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 도면에 도시된 바와 같이 챔버(80)의 일 벽면을 관통하도록 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1프로브(10)와 제2프로브(20)가 챔버(80)를 관통하여 플라즈마에 정현파 신호를 인가하는 경우에 제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 부유 탐침(floating probe)의 형태를 가진다고 할 수 있다.
전압 인가부(40)는 전압을 생성한 후, 생성된 전압을 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 인가하는 구성을 의미한다. 도 2에 도시된 바와 같이 전압 인가부(40)는 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)와 전기적으로 연결되어 있어, 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 사용자의 설정에 따른 미리 설정된 전압을 인가할 수 있다. 전압 인가부(40)가 인가하는 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 인가하는 전압의 형태 및 크기는 플라즈마 발생 환경에 따라 다르게 설정될 수 있으나, 교류 전압에 의해 생성되는 정현파 형태의 전압이 인가될 수 있다.
한편, 도 2에는 도시하지 않았으나, 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)와 전압 인가부(40)원 사이에는 자기 바이어스 발생부(미도시)가 배치될 수 있다. 전압 인가부(40)에서 생성된 정현파 신호가 자기 바이어스 발생부를 지나게 되면 자기 바이어스 발생부의 양단에는 자기 바이어스 전압이 걸리게 된다. 자기 바이어스 발생부에 걸리는 자기 바이어스(self-bias) 또는 자기 바이어스 전압(self-bias voltage)값은 플라즈마 분석부(60)에서 측정될 수 있다. 여기서, 자기 바이어스 발생부가 효율적으로 자기 바이어스를 발생시킬 수 있도록 자기 바이어스 발생부와 전압 인가부(40) 사이에는 저항(미도시) 연결될 수 있다.
제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(80) 내부에 배치되며, 전류가 흐를 수 있도록 금속 재질 형태의 탐침기로 구성될 수 있다. 전압 인가부(40)에 의해 제1프로브(10)와 제2프로브(20)에 전압이 인가된 경우, 플라즈마와 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)의의 전위차로 인해 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 전류가 흐르게 되므로, 전류 측정부(50)는 제1프로브(10)와 제2프로브(20)에 흐르는 전류를 측정할 수 있게 된다. 도 2에서는 제2프로브(20)와 전압 인가부(40) 사이에 전류 측정부(50)가 배치되는 것으로 도시하였지만, 본 발명의 다른 실시예로 전류 측정부(50)는 제1프로브(10)와 전압 인가부(40) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 서로 다른 형상을 가지거나, 동일한 형상을 가지면서 서로 다른 면적을 가지는 포로브로 구성될 수 있다.
일 예로, 본 발명에 따른 제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 원통 형상의 프로브로 구현되거나, 도 3의 (c)와 (d)에 도시된 바와 같이 직육면체 형상으로 프로브로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 원통 형상의 프로브 또는 직육면체 형상의 프로브로 한정되는 것은 아니며, 플라즈마의 밀도나 전자의 온도를 측정할 수 있는 프로브이면 다양한 형상의 프로브로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 챔버(80) 내부에 배치되는 제1프로브(10)와 제2프로브(20)는 서로 다른 면적을 가지도록 구현될 수 있으며, 구체적으로 제1프로브(10)의 면적이 제2프로브(20)의 면적보다 더 큰 면적으로 구현될 수 있다.
즉, 제1프로브(10)와 제2프로브(20)가 원통 형상의 프로브로 구현되는 경우 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 세로 길이는 동일하나 가로 길이가 제1프로브(10)가 더 길도록 구현하여, 제1프로브(10) 면적이 제2프로브(20)의 면적보다 더 큰 면적으로 구현할 수 있다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 가로 길이는 동일하나 세로 길이가 제1프로브(10)가 더 길도록 구현하여, 제1프로브(10) 면적이 제2프로브(20)의 면적보다 더 크게 할 수 있다. 일 실시예로 제1프로브(10)의 면적은 제2프로브(20)의 면적보다 2배 내지 10배가 될 수 있다.
또한, 제1프로브(10)와 제2프로브(20)가 직육면체 형상의 프로브로 구현되는 경우 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 세로 길이는 동일하나 가로 길이가 제1프로브(10)가 더 길도록 구현하여, 제1프로브(10) 면적이 제2프로브(20)의 면적보다 더 큰 면적으로 구현할 수 있다.
또한, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 가로 길이는 동일하나 세로 길이가 제1프로브(10)가 더 길도록 구현하여, 제1프로브(10) 면적이 제2프로브(20)의 면적보다 더 크게 할 수 있다. 일 실시예로 제1프로브(10)의 면적은 제2프로브(20)의 면적보다 2배 내지 10배가 될 수 있다.
제어부(90)는 플라즈마 발생 장치(100)의 각종 구성 요소를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(90)는 플라즈마 발생 장치(100)에 전압을 인가하는 전원 모듈(30)을 제어하여, 플라즈마 발생 장치(100)에 인가되는 전압의 크기나 모형 등을 제어할 수 있으며, 임피던스 매칭부(70)의 임피던스의 크기를 조절하여 플라즈마 발생 장치(100)가 생성하는 플라즈마의 양이나 밀도를 조절 할 수 있다.
또한, 제어부(90)는 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 전압을 인가하는 전압 인가부(40)를 제거하여, 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 인가하는 정현판의 크기, 주파수 등을 제어할 수 있다.
따라서, 제어부(90)는 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 장치로 구현될 수 있다.
또한, 도면에는 제어부(90)와 후술할 플라즈마 분석부(60)의 구성을 별개의 구성 요소로 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 제어부(90)는 플라즈마 분석부(60)는 하나의 구성요소로 단일 요소로 구현될 수 도 있다.
플라즈마 분석부(60)는 전류 측정부(50)가 측정한 결과에 기초하여 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산할 수 있다.
만약, 제1프로브와 제2프로브의 면적이 동일하다면, 제1프로브와 제2프로브의 이온 포화 전류는 동일하다. 따라서, 전류 측정부(50)에 의해 측정된 전류(I)는 다음과 같은 식(1)로 표현될 수 있다.
식 (1) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000001
식 (1)에서 I1i와 I12 식는 제1프로브와 제2프로브에 흐르는 이온 포화 전류를 의미하고, V는 제1프로브와 제2프로브에 인가된 전압의 크기를, Te는 전자의 온도를 의미하며, 제1프로브에 흐르는 이온 포화 전류와 제2프로브에 흐르는 이온 포화 전류가 동일하고, 제1프로브의 면적인 A1과 제2프로버의 면적인 A2가 동일하다고 하면, 식 (1)은 아래와 같이 식(2)로 정리될 수 있다.
식 (2) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000002
그리고 제1프로브(10)와 제2프로브(20)에 인가하는 전압은 정형한 형태의 전압이 인가되므로, 위 식(2)은 드무아브르의 공식(De Moivre's formula)을 이용하여 정리할 수 있으며, 식을 정리하면 다음 식(3)과 같이 각각의 홀수 고조파들의 합으로 분리 될 수 있다.
식 (3) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000003
즉, 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적이 동일하다면, 포화 이온 전류가 동일하기 때문에 전류 측정부(50)에 의해 측정된 전류에서 짝수 고주파 성분들을 상쇄되어서 삭제되고, 홀수 고조파들의 합으로만 표현이 된다.
따라서, 분리된 고조파들 중에 가장 큰 전류 크기를 가지고 있는 제1고조파 전류와 제3고조파 전류를 이용하여 플라즈마의 밀도와 전자의 온도 등을 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 방법으로 플라즈마의 밀도나 전자의 온도를 측정하는 경우, 제3 고조파 전류가 제1 고조파 전류에 비해 매우 작게 측정되기 때문에 저밀도 플라즈마에서는 플라즈마의 밀도를 정확하게 측정할 수 없는 단점이 존재한다. 따라서, 저밀도 플라즈마 환경에서는 상대적으로 큰 면적의 프로브가 필요할 뿐만 아니라 넓은 전류 측정 범위가 요구 되는 문제점들이 존재한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적을 다르게 하여, 종래 기술보다 보다 정확하게 플라즈마의 밀도 및 전자의 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생 장치(100)는 전류 측정부(50)에 의해 측정된 전류를 분석함에 있어서, 짝수 고주파 성분들을 남게 하여, 보다 용이하게 측정이 가능한 제1고조파 전류와 제2고조파 전류에 대한 정보를 이용하여 플라즈마의 밀도 및 전자의 온도를 측정할 수 있다. 이하 구체적으로 알아본다.
제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적이 동일하지 않다면, 전류 측정부(50)에 흐르는 전류는 전류 밀도를 이용하여 표현될 수 있으며, 구체적으로 아래 식(4)과 같이 표현될 수 있다.
식 (4) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000004
한편, 두 개의 탐침의 면적비가 매우 큰 경우 (α<<1), 정현파 전압이 탐침에 인가되면 아래 식(5)과 같이 전류를 기준으로 식을 근사화를 할 수 있다.
식 (5) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000005
식 (5)에서 α는 제1프로브(10) 면적을 기준으로 한 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적비를 의미하고, A는 제1프로브(10)의 면적, Ji는 이온 전류 밀도, V는 제1프로브(10) 및 제2프로브(20)에 인가된 전압의 진폭을 의미한다.
그리고 식 (5)를 테일러 급수를 이용하여 다시 정리하면 아래 식 (6)과 같이 표현될 수 있다.
식 (6) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000006
전자온도와 인가 전압의 비율(v0/Te)이 큰 경우에 고차항 까지 테일러 급수 전개를 해야 하기 때문에 복잡한 연산을 필요로 하지만 이 방법은 상대적으로 더 적은 연산량으로 전자 온도를 연산 할 수 있는 장점이 존재한다.
그리고 위 식(6)에 대해 인가되는 전압을 cos(x)로 하여 식을 정리하면 아래 식 (7)과 같이 정리될 수 있다.
식 (7) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000007
그리고 위 식(7)을 다시 코사인 배각 공식을 이용하여 기본 주파수 전류와 고조파 전류들의 합으로 정리 할 수 있으며, 이러한 경우 기본 주파수와 제2고조파 전류에 대한 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 기본 주파수 전류와 제 2고조파 전류 성분의 비율을 이용하면 전자 온도를 얻을 수 있고, 이온 밀도는 기본 주파수 전류와 전자 온도의 함수로 정리 할 수 있으며, 일 예를 들면 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적 비율이 1:2인 경우 전자 온도와 이온 밀도는 아래 식(8)과 식(9)로 정리하여 얻을 수 있다.
식 (8) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000008
식 (9) -
Figure PCTKR2022013550-appb-img-000009
식 (8)과 식 (9)에서 Vo은 제1프로브(10)와 제2프로브(20)에 인가된 전압의 진폭을 의미하고, I1w는 기본 주파수 전류를, e는 전하량을 의미하고, ub는 봄(bohm) 확산 속도를 의미한다. 즉, 본 발명은 이러한 방법을 통해서 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정하기 때문에 종래 기술보다 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 4는 제1프로브와 제2프로브의 면적이 동일한 경우,와제1프로브의 면적이 제2프로브의 면적보다 2배인경우와 3배인 경우에, 각각 전원의 크기 변화에 따라 측정된 전자 온도를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1프로브와 제2프로브의 면적이 동일한 경우(면적비가 1:1인 경우) 제3 고조파 전류 측정값이 작기 때문에 파워의 크기가 변화함에 따라 측정되는 전자 온도 값도 달라짐을 알 수 있다. 따라서, 이러한 환경하에서 정확한 측정 값을 얻기 위해, 일반적인 프로브의 면적 보다 대략 10배 이상의 큰 면적을 가지는 프로브를 이용해야 한다.
또한, 프로브들의 면적이 동일한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 파워의 크기가 200W에서 100W로 갈수록 프로브들의 면적이 동일하지 않은 경우에 측정된 결과와 다른 경향성을 보임을 알 수 있다. 이러한 현상은 이온 밀도가 작아지면서 제3 고조파 전류가 작아짐에 따라 측정이 부정확해 지면서 생기는 오차에 의한 결과를 의미한다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 고조파 전류를 이용할 경우 인가되는 전압의 파워의 변화하여도 측정되는 전자의 온도가 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 이를 통해 면적이 같은 프로브보다 상대적으로 작은 면적으로도 신뢰할 만한 전자 온도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, 프로브들의 면적이 같은 대칭 이중 탐침의 경우 제1 고조파 전류와 제3 고조파 전류의 비가 200 ~1000배 이상으로 크기 때문에 전자의 온도를 정확하게 측정하기 어려운 반면, 본 발명에 따라 제1프로브(10)와 제2프로브(20)의 면적을 달리 하여 프로브를 구현한 비대칭 이중 탐침의 경우 제1고조파와 제2고조파의 전류의 비가 20~ 50배 정도로 대칭 이중 탐침보다 작게 측정 된다. 따라서, 이러한 점으로부터 플라즈마의 상태 변수를 측정하기 위한 장치를 무선 형태의 진단 장치로 구현하는 경우, 같은 전자 온도에서 비대칭 이중 탐침을 사용하는 경우 보다 측정을 위한 전압의 크기를 줄일 수 있어 플라즈마 상태 변수 측정 장치를 보다 작게 만들 수 있는 장점이 존재한다.
한편 도 1 내지 도 3에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 여러 실시예 중 하나인 플라즈마 발생 장치(100)를 기준으로 설명하였지만, 본 발명은 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)로 구현될 수 있다. 이하 도면을 통해 구체적으로 알아본다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 해당하는 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블럭도이고, 도6은 본 발명에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치가 유선 형태로 플라즈마 발생 장치와 결합된 경우를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치가 무선 형태로 플라즈마 발생 장치와 결합된 경우를 도시한 도면이다. 이하 설명의 편의를 위해 '비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치'는 '플라즈마 상태 변수 측정 장치'로 지칭하여 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 상태 변수 측정 장치(200)는 제1프로브(110), 제2프로브(120), 제1프로브(110) 및 제2프로브(120)에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부(140), 제1프로브(110) 및 제2프로브(120)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부(150), 전류 측정부(150)에서 측정한 결과 값들을 기초로 플라즈마의 다양한 변수를 계산하는 플라즈마 분석부(160), 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)의 전반적인 구성 요소들을 제어하는 제어부(190) 등을 포함할 수 있으며, 도 5에 도시되어 있는 제1프로브(110), 제2프로브(120), 전원 모듈(130), 전압 인가부(140), 전류 측정부(150) 및 플라즈마 분석부(160) 및 제어부(190)는 도 2에서 설명한 제1프로브(10), 제2프로브(20), 전원 모듈(30), 전압 인가부(40), 전류 측정부(50) 및 플라즈마 분석부(60) 및 제어부(90)와 동일한 기능을 하는 구성요소에 해당하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)는 플라즈마 발생 장치(100)와 별도로 구현되는 장치로서, 그 특성상 플라즈마 발생 장치(100)와 연결되어 챔버 내부의 플라즈마의 밀도와 전자 온도 등을 측정할 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 유선으로 결합되는 방법으로 플라즈마 발생 장치와 연결되어, 플라즈마 발생 장치의 챔버 내부에서 생성되는 플라즈마의 각종 상태 변수를 측정할 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 유선으로 결합되는 방법으로 플라즈마 발생 장치와 연결되어, 플라즈마 발생 장치의 챔버 내부에서 생성되는 플라즈마의 각종 상태 변수를 측정할 수 있다. 도 7과 방법으로 플라즈마 발생 장치와 연결되는 경우, 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)는 도면에 도시된 바와 같이 챔버 내에서 배터리, 측정 회로 및 제1프로브와 제2프로브를 포함하는 상태로 펌핑 시스템(62) 상부에 복수 개가 마련되어 배치될 수 있으며, 각각의 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)는 외부 단말 또는 외부 서버와 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함하고 있어, 챔버 내부에서 독립적으로 작동을 할 수 있다. 도 7에 따른 플라즈마 상태 변수 측정 장치(200)의 작동 원리는 앞서 설명한 바와 동일한바 생략하도록 한다.
지금까지 도면을 통해 일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 대한 구성 요소 및 작동 원리에 대해 자세히 알아보았다.
일 실시예에 따른 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 제1고조파 전류와 제2고조파 전류를 이용하여 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정할 수 있어, 종래 기술에 따라 제3고조파 전류를 이용하여 측정하는 경우보다 보다 정확하게 플라즈마의 밀도와 전자의 온도를 측정할 수 있는 장점이 존재한다.
또한, 이러한 장점으로 인해 상대적으로 작은 크기의 프로브로 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 측정할 수 있어 플라즈마 변수 측정 장치를 상대적으로 작게 구현할 수 있으며, 전류 측정 범위를 종래 기술보다 작게 할 수 있어 보다 효율적으로 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 측정할 수 있는 효과가 존재한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 제1프로브 및 제2프로브;
    상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부;
    상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 전류 측정부가 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석부;를 포함하고,
    상기 제1프로브의 면적과 상기 제2프로브의 면적은 서로 다른 크기의 면적을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 형상은,
    동일한 형상을 가지면서, 상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 큰 면적을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 형상은,
    직육면체 형태의 프로브 또는 원통 형태의 프로브 형상을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 가로 길이는 동일하나, 상기 제1프로의 세로 길이는 상기 제2프로브의 세로 길이보다 더 큰 길이를 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 2배 내지 5배의 면적을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1프로브와 상기 제2프로브는 상기 전압 인가부의 양 단에 각각 연결되는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전압 인가부는,
    상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 정현파 전압을 인가하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석부는,
    측정된 상기 전류의 값과 상기 제1프로브를 기준으로 한 상기 제2프로브에 대한 면적비 정보, 상기 제1프로브의 면적 정보, 상기 전류의 밀도 정보 및 상기 전압의 크기 정보들과의 관계를 이용하여, 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석부는,
    측정된 상기 전류를 상기 기본 주파수 전류 및 상기 기본 주파수 전류의 주파수의 정수 배 주파수를 가지는 고조파 주파수 전류들의 합으로 분류한 후, 상기 기본 주파수 전류와 상기 고조파 주파수 전류의 상대적 크기 정보를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석부는,
    상기 기본 주파수 전류와 제2고조파 주파수 전류의 비를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 측정 장치.
  11. 플라즈마가 발생되는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되는 복수 개의 프로브;
    상기 복수 개의 프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가부;
    상기 복수 개의 프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 전류 측정부가 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석부;를 포함하고,
    상기 복수 개의 프로브는 각각 서로 다른 크기의 면적을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 복수 개의 프로브를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 챔버 내부에 배치되며, 각각 서로 다른 면적으로 가지고 있는 제1프로브 및 제2프로브에 미리 설정된 전압을 인가하는 전압 인가 단계;
    상기 제1프로브 및 상기 제2프로브에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 단계; 및
    상기 전류 측정 단계에서 측정한 결과에 기초하여 상기 챔버 내부의 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는 플라즈마 분석 단계;를 포함하는
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 이용한 플라즈마 상태 변수 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1프로브와 상기 제2프로브는,
    동일한 형상은 가지면서, 상기 제1프로브의 면적은 상기 제2프로브의 면적보다 큰 면적을 가지는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 이용한 플라즈마 상태 변수 측정 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석 단계는,
    측정된 상기 전류의 값과 상기 제1프로브를 기준으로 한 상기 제2프로브에 대한 면적비 정보, 상기 제1프로브의 면적 정보, 상기 전류의 밀도 정보 및 상기 전압의 크기 정보들과의 관계를 이용하여, 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 이용한 플라즈마 상태 변수 측정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석 단계는,
    측정된 상기 전류를 상기 기본 주파수 전류 및 상기 기본 주파수 전류의 주파수의 정수 배 주파수를 가지는 고조파 주파수 전류들의 합으로 분류한 후, 상기 기본 주파수 전류와 상기 고조파 주파수 전류의 상대적 크기 정보를 이용하여 상기 플라즈마의 전자 온도 및 밀도를 계산하는,
    비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 이용한 플라즈마 상태 변수 측정 방법.
PCT/KR2022/013550 2021-09-10 2022-09-08 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치 WO2023038468A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0121297 2021-09-10
KR1020210121297A KR102610883B1 (ko) 2021-09-10 2021-09-10 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023038468A1 true WO2023038468A1 (ko) 2023-03-16

Family

ID=85506767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/013550 WO2023038468A1 (ko) 2021-09-10 2022-09-08 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102610883B1 (ko)
WO (1) WO2023038468A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117062290A (zh) * 2023-08-15 2023-11-14 北京理工大学 一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101177377B1 (ko) * 2010-11-09 2012-08-27 한양대학교 산학협력단 보조 이중 프로브가 구비된 플라즈마 진단장치
KR101459518B1 (ko) * 2013-08-08 2014-11-10 한양대학교 산학협력단 플라즈마 처리 장비 및 이를 이용한 플라즈마 변수 측정 방법
KR102089606B1 (ko) * 2020-02-17 2020-03-16 이도형 반도체 제조를 위한 플라즈마 공정용 플라즈마 표면처리장치
CN111432542A (zh) * 2020-03-02 2020-07-17 辽宁工业大学 一种焊接电弧内部放电状态的双探针检测装置及检测方法
US20200365371A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Tokyo Electron Limited Electric field sensor, surface wave plasma source, and surface wave plasma processing apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101177377B1 (ko) * 2010-11-09 2012-08-27 한양대학교 산학협력단 보조 이중 프로브가 구비된 플라즈마 진단장치
KR101459518B1 (ko) * 2013-08-08 2014-11-10 한양대학교 산학협력단 플라즈마 처리 장비 및 이를 이용한 플라즈마 변수 측정 방법
US20200365371A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Tokyo Electron Limited Electric field sensor, surface wave plasma source, and surface wave plasma processing apparatus
KR102089606B1 (ko) * 2020-02-17 2020-03-16 이도형 반도체 제조를 위한 플라즈마 공정용 플라즈마 표면처리장치
CN111432542A (zh) * 2020-03-02 2020-07-17 辽宁工业大学 一种焊接电弧内部放电状态的双探针检测装置及检测方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117062290A (zh) * 2023-08-15 2023-11-14 北京理工大学 一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230038045A (ko) 2023-03-17
KR102610883B1 (ko) 2023-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Olthoff et al. The gaseous electronics conference RF reference cell—An introduction
CN101546698B (zh) 等离子体处理装置和供电棒
KR100782370B1 (ko) 지연 전기장을 이용한 이온 에너지 분포 분석기에 근거한이온 분석 시스템
US9349575B2 (en) Remote plasma system having self-management function and self management method of the same
WO2023038468A1 (ko) 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 방법, 비대칭 면적을 가지는 이중 프로브를 포함하는 플라즈마 상태 변수 특정 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치
US9754770B2 (en) Method and apparatus of diagnosing plasma in plasma space
KR19990087819A (ko) 플라즈마 처리장치
CA2951555C (en) Ion funnel device
KR101632603B1 (ko) 전류 측정 센서 및 플라즈마 기판 처리 장치
TWI591683B (zh) 電漿處理系統中用來偵測方位角不均勻性之方法與設備
KR102190926B1 (ko) 기판 상태 및 플라즈마 상태를 측정하기 위한 측정 시스템
Howling et al. Probe measurements of plasma potential nonuniformity due to edge asymmetry in large-area radio-frequency reactors: The telegraph effect
KR102204192B1 (ko) 진폭 변조를 통한 이온 에너지 부스팅을 허용하는 플라즈마 프로세싱 챔버들에 대한 이온 에너지 분배 조작을 위한 방법 및 장치
CN104025279B (zh) 一种用于等离子体处理的卡盘组件和用于给静电卡盘组件供电的方法
WO2023158227A1 (ko) 플라즈마 공정 모니터링 방법, 플라즈마 공정 모니터링 장치 및 플라즈마 발생 장치
Gillman et al. Using a direct current (DC) glow discharge electrode as a non-invasive impedance probe for measuring electron density
KR101246566B1 (ko) 플라즈마를 이용한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법
JP2009283838A (ja) 紫外光モニタリングシステム
WO2019074233A1 (ko) Icp 안테나 및 플라즈마 처리 장치
WO2024010222A1 (ko) 비접촉 플라즈마 모니터링 방법 및 이를 이용한 비접촉 플라즈마 모니터링 장치
CN108807254B (zh) 承载装置及反应腔室
JP7374017B2 (ja) 測定方法及び測定システム
Lechte Microscopic structure of plasma turbulence in the torsatron TJ-K
WO2019164121A1 (ko) 플라즈마 측정 장치
WO2019235690A1 (ko) 플라즈마 측정 방법 및 플라즈마 공정 측정 센서

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22867736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE