KR20130086825A

KR20130086825A - 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치

Info

Publication number: KR20130086825A
Application number: KR1020120007827A
Authority: KR
Inventors: 성효성; 손덕현; 멜리키안
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-05

Abstract

본 발명은 플라즈마공정 시 임피던스를 매칭하는 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치를 제공한다. 본 발명에 따른 기판처리장치의 일 양상은, 공정챔버; 상기 공정챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기; 고주파전력을 출력하는 고주파전원; 상기 고주파전원으로부터 상기 플라즈마발생기로 상기 고주파전력을 전송하는 전송라인; 및 상기 전송라인에 연결되는 가변커패시터 및 상기 가변커패시터로 제어신호를 송출하는 제어기를 포함하는 임피던스매칭장치;를 포함하되, 상기 가변커패시터는, 서로 병렬로 배치되고, 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)으로 제공되는 복수의 커패시터 및 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 커패시터를 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터그룹을 포함한다.

Description

가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치{ADJUSTABLE CAPACITOR, IMPEDANCE MATCHING DEVICE AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS}

본 발명은 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마공정 시 임피던스를 매칭하는 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치에 관한 것이다.

플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마공정에서 플라즈마의 생성에는 고주파전력이 이용되므로 임피던스정합(impedance matching)이 필수적이다. 임피던스정합이란 전력을 효과적으로 전송하기 위하여 전력의 송신단과 수신단의 임피던스를 동일하게 조정하는 것으로, 플라즈마공정에서는 고주파전력을 제공하는 전원과 이를 전송받아 플라즈마를 생성 및 유지하는 챔버 간의 임피던스정합이 요구된다.

플라즈마의 임피던스는 소스가스의 종류, 온도, 압력을 비롯한 다양한 변수에 의해 결정되므로, 챔버의 임피던스는 공정이 진행되는 동안 지속적으로 변화한다. 이에 대해 임피던스매칭장치는 커패시터의 정전용량을 조정하여 변화하는 임피던스를 보상하여 임피던스정합을 수행한다.

기존의 임피던스매칭장치에는 주로 기계식 가변커패시터가 이용되고 있는데, 기계식 가변커패시터는 스테핑모터와 같은 기계적 구동수단에 의해 동작하므로 그 응답속도가 느려 공정의 초기나 고주파전력이 펄스모드로 공급되는 경우에 급격히 변화하는 임피던스를 신속히 보상하지 못하는 한계를 가지고 있다.

본 발명의 일 과제는 임피던스를 신속하게 정합하는 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 적은 수의 커패시터로 구성된 디지털 방식의 가변커패시터를 이용하여 넓은 범위의 임피던스를 정합하는 가변커패시터, 임피던스매칭장치 및 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판처리장치를 제공한다.

본 발명에 따른 기판처리장치의 일 양상은, 공정챔버; 상기 공정챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기; 고주파전력을 출력하는 고주파전원; 상기 고주파전원으로부터 상기 플라즈마발생기로 상기 고주파전력을 전송하는 전송라인; 및 상기 전송라인에 연결되는 가변커패시터 및 상기 가변커패시터로 제어신호를 송출하는 제어기를 포함하는 임피던스매칭장치;를 포함하되, 상기 가변커패시터는, 서로 병렬로 배치되고, 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)으로 제공되는 복수의 커패시터 및 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 커패시터를 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터그룹을 포함한다.

상기 커패시터그룹은, 복수이고, 상기 복수의 커패시터그룹은, 최대정전용량이 0.5×(n)×(1+n)배씩 증가하도록 제공될 수 있다.

상기 복수의 커패시터는, 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공되는 4개의 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 커패시터그룹은, 복수이고, 상기 복수의 커패시터그룹은, 최대정전용량이 10배씩 증가하도록 제공될 수 있다.

상기 가변커패시터는, 상기 전송라인에 병렬로 연결되는 제1가변커패시터 및 상기 전송라인에 직렬로 연결되는 제2가변커패시터를 포함하고, 상기 임피던스매칭장치 는, 상기 전송라인에 직렬로 연결되고, 상기 제1가변커패시터와 상기 제2가변커패시터의 사이에 위치하는 인덕터를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 핀다이오드(PIN diode)로 제공될 수 있다.

상기 임피던스매칭장치 는, 상기 공정챔버의 임피던스를 측정하고, 그 측정값을 상기 제어기로 송출하는 임피던스측정기 및 상기 전송라인의 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 상기 제어기로 송출하는 반사전력측정기를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 임피던스측정기 및 상기 반사전력측정기로부터 송출받은 측정값들에 근거하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다.

본 발명은 임피던스매칭장치 를 제공한다.

본 발명에 따른 임피던스매칭장치 의 일 양상은, 공정챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기로 고주파전력을 전송하는 전송라인에 제공되고, 임피던스를 정합하는 임피던스매칭장치 에 있어서, 상기 전송라인에 연결되는 가변커패시터; 및 상기 가변커패시터로 제어신호를 송출하는 제어기;를 포함하되, 상기 가변커패시터는, 서로 병렬로 배치되고, 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)으로 제공되는 복수의 커패시터 및 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 커패시터를 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터그룹을 포함한다.

상기 가변커패시터는, 상기 전송라인에 병렬로 연결되는 제1가변커패시터 및 상기 전송라인에 직렬로 연결되는 제2가변커패시터를 포함하고, 상기 전송라인에 직렬로 연결되고, 상기 제1가변커패시터와 상기 제2가변커패시터의 사이에 위치하는 인덕터;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 가변커패시터를 제공한다.

본 발명에 따른 가변커패시터의 일 양상은, 최대정전용량이 0.5×(n)×(1+n)배씩 증가하도록 제공되는 복수의 커패시터그룹;을 포함하되, 상기 복수의 커패시터그룹 각각은, 서로 병렬로 배치되고, 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)으로 제공되는 복수의 커패시터 및 상기 복수의 커패시터를 단속하는 복수의 스위치를 포함한다.

상기 복수의 커패시터는, 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공되는 4개의 커패시터를 포함하고, 상기 복수의 커패시터그룹은, 최대정전용량이 10배씩 증가하도록 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 디지털 방식의 가변커패시터를 이용하므로 임피던스를 신속하게 정합할 수 있다.

본 발명에 의하면, 임피던스정합이 신속하게 이루어지므로 반사전력이 감소하여 전력이 안정적으로 전송될 수 있다. 따라서, 공정챔버 내에 플라즈마의 밀도가 균일하게 유지되고, 아크(arc) 방전이 방지되어 플라즈마공정에 따른 기판의 수율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 정전용량의 비율이 1:2:3:4의 4개의 커패시터의 단속의 조합에 따라 커패시터그룹의 정전용량이 1~10 사이 모든 정수비율로 조정될 수 있다. 즉, 적은 수의 커패시터를 이용하여 넓은 범위에서 정전용량을 세밀하게 조절할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 커패시터그룹의 최대정전용량이 10배씩 증가하도록 제공됨에 따라 가변커패시터의 정전용량이 넓은 범위 내에서 조절될 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 기판처리장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 도 2의 매칭회로의 일 실시예의 회로도이다.
도 4는 도 2의 매칭회로의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 도 3의 제1가변커패시터의 일 실시예의 회로도이다.
도 6은 도 3의 제1가변커패시터의 다른 실시예의 회로도이다.
도 7은 도 3의 제2가변커패시터의 일 실시예의 회로도이다.
도 8은 도 3의 제2가변커패시터의 다른 실시예의 회로도이다.
도 9는 도 1의 기판처리장치의 다른 실시예의 구성도이다.
도 10은 도 1의 기판처리장치의 또 다른 실시예의 구성도이다.
도 11은 도 1의 기판처리장치의 또 다른 실시예의 구성도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 관하여 설명한다.

기판처리장치(100)는 플라즈마공정을 수행한다. 기판처리장치(100)는 소스가스에 고주파전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리할 수 있다. 여기서, 기판은 반도체소자나 평판디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다.

플라즈마공정은 플라즈마증착공정, 플라즈마식각공정, 플라즈마애싱공정, 플라즈마클리닝공정 등일 수 있다. 본 발명에 따른 기판처리장치(100)는 상술한 예 이외에도 다양한 플라즈마공정을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 기판처리장치(100)는 공정챔버(1000), 고주파전원(2000), 임피던스매칭장치(3000) 및 전송라인(110)을 포함한다. 공정챔버(1000)는 플라즈마공정을 수행한다. 고주파전원(2000)은 고주파전력을 출력하고, 전송라인(110)은 공정챔버(1000와 고주파전원(2000)을 연결하여 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)로 고주파전력을 전송한다. 공정챔버(1000)는 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정에 이용되는 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 임피던스매칭장치(3000)는 전송라인(110) 상에 제공되어 공정챔버(1000)와 고주파전원(2000) 간의 임피던스를 정합한다.

이하에서는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 일 실시예의 구성요소에 관하여 설명한다.

도 2는 도 1의 기판처리장치(100)의 일 실시예의 구성도이다.

공정챔버(1000)는 하우징(1100) 및 플라즈마발생기(1200)를 포함한다.

하우징(1100)은 플라즈마공정이 수행되는 공간을 제공한다.

플라즈마발생기(1200)는 하우징(1100) 내에 소스가스에 고주파전력을 가하여 플라즈마를 생성한다.

플라즈마발생기(1200)로는 용량결합형플라즈마발생기(CCPG: capacitively coupled plasma generator, 1200a)가 사용될 수 있다. 용량결합형플라즈마발생기(1200a)는 하우징(1100)의 내부에 위치하는 복수의 전극을 포함할 수 있다.

예를 들어, 용량결합형플라즈마발생기(1200a)는 제1전극(1210)과 제2전극(1220)을 포함할 수 있다. 제1전극(1210)은 하우징(1100) 내부의 상부에 배치되고, 제2전극(1220)은 하우징(1100) 내부의 하부에 배치되며, 제1전극(1210)과 제2전극(1220)은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극(1210, 1220) 중 어느 하나에 전송라인(110)을 통해 고주파전력이 인가되고, 다른 하나는 접지될 수 있다. 고주파전력이 인가되면, 제1전극(1210)과 제2전극(1220) 사이에 축전전기장이 형성된다. 양 전극(1210, 1220) 사이에 있는 소스가스는 축전전기장으로부터 전기에너지를 받아 이온화되고, 플라즈마상태가 될 수 있다. 소스가스는 외부의 가스공급원(미도시)로부터 하우징(1100)으로 유입될 수 있다.

고주파전원(2000)은 고주파전력을 출력한다. 여기서, 고주파전원(2000)은 고주파전력을 펄스모드(pulse mode)로 출력할 수 있다. 고주파전원(2000)은 특정 주파수의 고주파전력을 출력할 수 있다. 예를 들어, 고주파전원(1000)은 2Mhz, 13.56Mhz, 100Mhz의 다양한 주파수로 고주파전력을 출력할 수 있다. 고주파전원(2000)은 상술한 주파수 이외의 다른 주파수로 고주파전력을 출력할 수도 있다.

전송라인(110)은 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)로 고주파전력을 전송한다.

커패시터나 인덕터와 같은 비소모성회로소자를 통과하는 고주파전력에는 위상차가 발생하므로 전력의 송신단과 수신단의 임피던스가 불일치하는 경우에는 위상차에 의한 지연전력에 따라 반사파가 발생하여 반사전력이 생길 수 있다. 반사전력은 전력의 전송효율을 저하시키며, 고주파전력의 전송을 불안정하게 할 수 있다.

따라서, 전송라인(110)을 통해 고주파전원(2000)으로부터 공정챔버(1000)로 고주파전력이 전해질 때 임피던스가 정합되지 아니하면, 플라즈마 밀도에 편차가 발생하여 기판의 수율이 저하되고, 공정챔버(1000)에 축적된 반사전력에 의해 아크방전이 발생해 기판에 직접 손상을 줄 수 있다.

임피던스매칭장치(3000)는 임피던스를 매칭할 수 있다. 임피던스가 정합되면, 반사파가 발생하지 않고, 전력이 안정적으로 전송될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 임피던스매칭장치(3000)는 매칭회로(3100), 제어기(3200), 임피던스측정기(3300) 및 반사전력측정기(3400)를 포함할 수 있다.

매칭회로(3100)는 공정챔버(1000) 측과 고주파전원(2000) 측의 임피던스를 매칭시킨다. 매칭회로(3100)는 커패시터나 인덕터와 같은 회로소자를 포함한다. 매칭회로(3100)의 회로소자는 그 전부나 일부가 가변커패시터나 가변인덕터와 같은 가변회로소자일 수 있다.

임피던스측정기(3300)는 공정챔버(1000)의 임피던스를 측정하고, 그 측정값을 제어기(3200)로 송신한다. 또 반사전력측정기(3400)는 반사파에 의한 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3200)로 송신한다.

제어기(3200)는 임피던스측정기(3300)과 반사전력측정기(3400)의 측정값에 근거하여 임피던스 보상을 위한 제어신호를 생성하여 이를 매칭회로(3100)로 송출하여 매칭회로(3100)를 제어한다. 여기서, 제어신호는 디지털 신호일 수 있다.

제어기(3200)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.

하드웨어적으로 제어기(3200)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로콘트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(microprocessors)나 이들과 유사한 제어기능을 수행하는 전기적인 장치로 구현될 수 있다.

또 소프트웨어적으로 제어기(3200)는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어코드 또는 소프트웨어어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어적으로 구현된 제어부에 의해 실행될 수 있다. 또 소프트웨어는 서버 등의 외부기기로부터 상술한 하드웨어적인 구성으로 송신됨으로써 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 매칭회로(3100)에 관하여 설명한다.

도 3은 도 2의 매칭회로(3100)의 일 실시예의 회로도이다.

일 실시예에 따르면, 매칭회로(3100)는 역엘회로(inverse L circuit)로 구현될 수 있다.

도 3을 참조하면, 매칭회로(3100)의 일 실시예는 제1가변커패시터(3110), 제2가변커패시터(3120) 및 인덕터(3130)를 포함할 수 있다.

제1가변커패시터(3110)는 전송라인(110)에 병렬로 연결되고, 제2가변커패시터(3120)는 전송라인(110)에 직렬로 연결된다. 인덕터(3130)는 전송라인(110)에 직렬로 연결된다. 인덕터(3130)는 고주파전원(2000)으로부터 가변커패시터들(3110, 3120)의 후단에 위치할 수 있다. 그러나, 인덕터(3130)의 위치가 상술한 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 인덕터(3130)는 제1가변커패시터(3110)와 제2가변커패시터(3120)의 사이 또는 고주파전원(2000)으로부터 가변커패시터들(3110, 3120)의 전단에 위치할 수 있다.

여기서, 제1가변커패시터(3110)와 제2가변커패시터(3120)는 제어기(3200)의 제어신호에 따라 그 정전용량의 값이 변화될 수 있다. 또, 인덕터(3130)는 고정된 값의 유도용량을 가질 수 있다.

매칭회로(3100)는 제1가변커패시터(3110) 및 제2가변커패시터(3120)의 정전용량을 조절하여 임피던스를 매칭할 수 있다.

도 4는 도 1의 매칭회로(3100)의 다른 실시예의 회로도이다.

다른 실시예에 따르면, 매칭회로(3100)는 파이회로(π circuit)로 구현될 수 있다.

도 4를 참조하면, 매칭회로(3100)의 다른 실시예는, 두 개의 동일한 제1가변커패시터(3110) 및 인덕터(3130)를 포함할 수 있다.

두 개의 제1가변커패시터(3110)는 전송라인(110)에 모두 병렬로 연결되고, 인덕터(3130)는 전송라인(110)에 직렬로 연결되며, 제1가변커패시터들(3110)의 사이에 위치할 수 있다.

여기서, 제1가변커패시터(3110)는 제어기(3200)의 제어신호에 따라 그 정전용량의 값이 변화될 수 있다. 또, 인덕터(3130)는 고정된 값의 유도용량을 가질 수 있다.

매칭회로(3100)는 제1가변커패시터들(3110)의 정전용량을 조절하여 임피던스를 매칭할 수 있다.

매칭회로(3100)가 상술한 파이회로나 역엘회로로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 가변커패시터들(3110)은 그 일부나 전부가 고정된 정전용량을 가지는 고정커패시터로 대체될 수 있다. 또 인덕터(3130)는 그 유도용량이 고정된 값을 가지는 대신 가변되는 유도용량을 가질 수 있다. 또 매칭회로(3100)는 전송라인(110)에 병렬 또는 직렬로 연결되는 하나의 가변커패시터와 고정된 유도용량을 가지는 인덕터로 구성될 수 있다. 매칭회로(3100)는 이외에도 다양한 공지의 회로 및 필요에 따라 가변커패시터, 고정커패시터, 가변인덕터, 고정인덕터 등을 비롯한 회로소자의 종류, 수, 연결관계를 적절히 변경하여 구현될 수 있으며, 나아가 임피던스를 증폭시키는 트랜스포머가 더 추가되어 구현될 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 가변커패시터(3110, 3120)에 관하여 설명한다.

가변커패시터(3110, 3120)는 커패시터그룹을 포함할 수 있다. 커패시터그룹은 하나 또는 복수일 수 있다. 복수의 커패시터그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.

커패시터그룹은 복수의 커패시터(3111, 3121) 및 복수의 스위치(3112, 3121)를 포함할 수 있다.

복수의 커패시터(3111, 3121)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 하나의 커패시터그룹 내의 복수의 커패시터(3111, 3121)는 그 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)로 제공될 수 있다.

복수의 스위치(3112, 3122)는 각각 복수의 커패시터(3111, 3121)에 연결될 수 있다. 스위치(3112, 3122)는 제어기(3200)의 제어신호에 따라 스위칭되어 연결된 커패시터(3111, 3121)를 단속할 수 있다.

여기서, 스위치(3111, 3122)는 디지털스위치일 수 있다. 제어기(3200)는 디지털방식의 온오프(on/off)신호를 송출하고, 스위치(3111, 3122)는 온오프신호에 따라 닫히거나 열려 그에 연결된 커패시터(3111, 3121)를 단속할 수 있다. 예를 들어, 디지털스위치는 고주파릴레이(RF relay), 핀다이오드(PIN diode) 또는 모스펫(MOSFET: metal-oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있다. 디지털스위치는 온오프신호에 따라 그에 대응된 커패시터(3111, 3121)를 신속하게 개폐하므로 기계적으로 구동되는 스위치에 비해 빠르게 임피던스를 보상할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합의 응답속도가 향상되고, 지연시간이 감소하고, 반사파를 제거할 수 있다.

커패시터그룹의 정전용량은 스위치(3111, 3122)에 따른 복수의 커패시터(3111, 3121)의 단속상태에 의해 결정될 수 있다. 커패시터그룹의 정전용량은 복수의 커패시터(3111, 3121) 중 스위치(3111, 3122)에 의해 연결된 커패시터(3111, 3121)의 정전용량의 총합으로 결정된다.

예를 들어, 모든 커패시터(3111, 3121)가 단락된 경우에는 커패시터그룹의 정전용량은 0이 된다. 다른 예를 들어, 모든 커패시터(3111, 3121)가 연결된 경우에는 그 정전용량의 비율이 1에 해당하는 커패시터(3111, 3121)의 정전용량의 0.5×(n)×(1+n)배에 해당하는 정전용량을 가질 수 있다.

이처럼, 커패시터그룹의 정전용량의 가변범위는 0으로부터 커패시터그룹 내에서 최소 정전용량을 가지는 커패시터의 정전용량의 0.5×(n)×(1+n)배까지가 될 수 있다. 또한, 커패시터그룹의 정전용량은 상기 범위 내에서 커패시터그룹 내에서 최소 정전용량을 가지는 커패시터의 정전용량의 정수배의 모든 값을 가질 수 있다.

커패시터그룹이 복수로 제공되는 경우에 복수의 커패시터그룹은 그 최대정전용량이 0.5×(n)×(1+n)배씩 증가하도록 제공될 수 있다. 복수의 커패시터그룹은 서로 병렬로 연결되어 있으므로, 가변커패시터(3110, 3120)의 정전용량은 각 커패시터그룹의 정전용량의 총합으로 결정된다. 따라서, 가변커패시터(3110, 3120)의 최대정전용량은 커패시터그룹의 수에 따라 지수적으로 증가하게 되므로, 매칭회로(3100)는 넓은 범위의 임피던스를 정합할 수 있다. 또한, 가변커패시터(3110, 3120)의 정전용량은 가변커패시터(3110, 3120)에 속하는 모든 커패시터(3111, 3121) 중 최소 정전용량을 가지는 커패시터(3111, 3121)의 정수배 단위로 변화될 수 있으므로, 매칭회로(3100)는 임피던스를 정밀하게 정합할 수 있게 된다.

특히, 플라즈마공정의 초기 펄스모드로 전력이 공급되는 과정에서는 공정챔버(1000)의 임피던스가 급격하게 큰 폭으로 변화하는데, 상술한 가변커패시터(3110, 3120)를 가지는 매칭회로(3100)는 그 정전용량이 넓은 범위에서 세밀하게 조절가능하며, 디지털방식의 스위치에 따라 신속하게 정전용량이 변화되므로, 매칭회로(3200)의 응답속도가 향상되므로 반사파의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 제1가변커패시터(3110)에 관하여 제1가변커패시터(3110)가 4개의 커패시터그룹(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)을 가지고, 또 각 커패시터그룹(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)은 4개의 커패시터(3111-1, 3111-2, 3111-3, 3111-4)와 4개의 스위치(3112-1, 3112-2, 3112-3, 3112-4)를 가지는 경우를 기준으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하므로 커패시터그룹의 수 및 커패시터그룹에 속하는 커패시터(3111)의 수는 필요에 따라 적절히 가감될 수 있다.

도 5는 도 3의 제1가변커패시터(3110)의 일 실시예의 회로도이다.

제1가변커패시터(3110)는 전송라인(110)에 병렬로 연결된다. 제1가변커패시터(3110)는 제1커패시터그룹(3110a), 제2커패시터그룹(3110b), 제3커패시터그룹(3110c) 및 제4커패시터그룹(3110d)를 포함할 수 있다.

제1커패시터그룹(3110a)는 서로 병렬로 연결된 4개의 커패시터(3111a-1, 3111a-2, 3111a-3, 3111a-4) 및 4개의 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4) 각각을 단속하는 4개의 스위치(3112a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)를 포함할 수 있다. 각 커패시터들(3111a-1, 3111a-2, 3111a-3, 3111a-4)은 일측이 스위치(3112a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)를 통해 전송라인(110)에 병렬로 연결되고, 타측이 접지될 수 있다. 물론, 이와 반대로 일측이 전송라인(110)에 병렬로 연결되고, 타측이 스위치(3112a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)를 통해 접지될 수 있다. 여기서, 4개의 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)는 그 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공될 수 있다.

이에 따라 제1커패시터그룹(3110a)의 정전용량의 가변범위는 0으로부터 최소 정전용량을 가지는 커패시터(3111a-1)의 10배까지가 될 수 있다. 또 제1커패시터그룹(3110a)의 정전용량은 상기 범위 내에서 최소 정전용량을 가지는 커패시터(3111a-1)의 정수배에 해당하는 모든 값을 가질 수 있다.

구체적으로, 4개의 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)가 모두 단락된 경우에 제1커패시터그룹(3110a)의 정전용량은 0이 된다. 또, 첫번째 커패시터(3111a-1)만 연결되는 제1커패시터그룹(3110a)의 정전용량은 첫번째 커패시터의 정전용량의 1배가 된다. 또, 제1커패시터그룹(3110a)은 두번째 커패시터(3111a-2)만 연결된 경우에는 2배, 세번째 커패시터(3111a-3)만 연결된 경우에는 3배, 네번째 커패시터(3111a-4)만 연결된 경우에는 4배의 정전용량을 가질 수 있다.

또, 제1커패시터그룹(3110a)은, 첫번째 커패시터(3111a-1)와 네번째 커패시터(3111a-4)가 연결된 경우에 5배, 두번째 커패시터(3111a-2)와 네번째 커패시터(3111a-4)가 연결된 경우에 6배, 세번째 커패시터(3111a-3)와 네번째 커패시터(3111a-4)가 연결된 경우에 7배의 정전용량을 가질 수 있다.

또, 제1커패시터그룹(3110a)은, 첫번째 커패시터(3111a-1), 세번째 커패시터(3111a-3)와 네번째 커패시터(3111a-4)가 연결된 경우에 8배, 두번째 커패시터(3111a-2), 세번째 커패시터(3111a-3)와 네번째 커패시터(3111a-4)가 연결된 경우에 9배의 정전용량을 가질 수 있다.

또, 제1커패시터그룹(3110a)의 모든 커패시터(3111a-1, 3111a-2, 3111a-3, 3111a-4)가 모두 연결된 경우 10배의 정전용량을 가질 수 있다.

물론, 커패시터(3111a-1, 3111a-2, 3111a-3, 3111a-4)를 단속하는 조합은 이와 상이할 수도 있다.

제2커패시터그룹(3110b)는 서로 병렬로 연결된 4개의 커패시터(3111b-1, 3111b-2, 3111b-3, 3111b-4) 및 4개의 커패시터(3111b-1, 3112b-2, 3112b-3, 3112b-4) 각각을 단속하는 4개의 스위치(3112b-1, 3112b-2, 3112b-3, 3112b-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 4개의 커패시터(3111b-1, 3112b-2, 3112b-3, 3112b-4)는 그 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공될 수 있다. 또한, 4개의 커패시터(3111b-1, 3112b-2, 3112b-3, 3112b-4)는 각각 제1커패시터그룹(3110a)에 속하는 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)의 10배의 정전용량을 가진다. 즉, 제2커패시터그룹(3110b)의 커패시터(3111b-1, 3112b-2, 3112b-3, 3112b-4)들은, 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)와 제2커패시터그룹(3110b)에 속하는 커패시터의 정전용량의 비가 각각 1:10:20:30:40이 되도록 제공된다.

이에 따라 제2커패시터그룹(3110b)의 정전용량의 가변범위가 0으로부터 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 100배까지가 되며, 가변단위는 제1커패시터그룹(3111a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 10배가 된다.

제3커패시터그룹(3110c)는 서로 병렬로 연결된 4개의 커패시터(3111c-1, 3111c-2, 3111c-3, 3111c-4) 및 4개의 커패시터(3111c-1, 3112c-2, 3112c-3, 3112c-4) 각각을 단속하는 4개의 스위치(3112c-1, 3112c-2, 3112c-3, 3112c-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 4개의 커패시터(3111c-1, 3112c-2, 3112c-3, 3112c-4)는 그 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공될 수 있다. 또한, 4개의 커패시터(3111c-1, 3112c-2, 3112c-3, 3112c-4)는 각각 제1커패시터그룹(3110a)에 속하는 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)의 100배의 정전용량을 가진다. 즉, 제3커패시터그룹(3110c)의 커패시터(3111c-1, 3112c-2, 3112c-3, 3112c-4)들은, 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)와 제3커패시터그룹(3110c)에 속하는 커패시터의 정전용량의 비가 각각 1:100:200:300:400이 되도록 제공된다.

이에 따라 제3커패시터그룹(3110c)의 정전용량의 가변범위가 0으로부터 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 1000배까지가 되며, 가변단위는 제1커패시터그룹(3111a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 100배가 된다.

제4커패시터그룹(3110d)는 서로 병렬로 연결된 4개의 커패시터(3111d-1, 3111d-2, 3111d-3, 3111d-4) 및 4개의 커패시터(3111d-1, 3112d-2, 3112d-3, 3112d-4) 각각을 단속하는 4개의 스위치(3112d-1, 3112d-2, 3112d-3, 3112d-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 4개의 커패시터(3111d-1, 3112d-2, 3112d-3, 3112d-4)는 그 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공될 수 있다. 또한, 4개의 커패시터(3111d-1, 3112d-2, 3112d-3, 3112d-4)는 각각 제1커패시터그룹(3110a)에 속하는 커패시터(3111a-1, 3112a-2, 3112a-3, 3112a-4)의 1000배의 정전용량을 가진다. 즉, 제4커패시터그룹(3110d)의 커패시터(3111d-1, 3112d-2, 3112d-3, 3112d-4)들은, 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)와 제4커패시터그룹(3110d)에 속하는 커패시터의 정전용량의 비가 각각 1:1000:2000:3000:4000이 되도록 제공된다.

이에 따라 제4커패시터그룹(3110d)의 정전용량의 가변범위가 0으로부터 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 10000배까지가 되며, 가변단위는 제1커패시터그룹(3111a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 1000배가 된다.

제1가변커패시터(3110)의 정전용량은 커패시터그룹들(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)의 정전용량의 합으로 결정된다. 따라서, 제1가변커패시터(3110)는 0으로부터 최소 정전용량을 가지는 커패시터(3111a-1)의 정전용량의 11110까지의 범위 내에서 최소 정전용량의 단위로 그 정전용량이 조절될 수 있다.

이에 따라 매칭회로(3100)는 제1가변커패시터(3110)를 이용하여 넓은 범위의 임피던스를 세밀하게 정합할 수 있다.

한편, 제1커패시터그룹(3110a)의 모든 커패시터(3110a-1, 3110a-2, 3110a-3, 3110a-4)가 연결되는 경우는 제2커패시터그룹(3110b)의 첫번째 커패시터(3110b-1)이 연결되는 경우의 정전용량과 동일하고, 이러한 관계는 제2커패시터그룹(3110b)과 제3커패시터그룹(3110c), 그리고, 제3커패시터그룹(3110c)과 제4커패시터그룹(3110d)에서도 마찬가지이다. 이에 따라 각 커패시터그룹(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)에서 모든 커패시터(3111)가 연결되는 경우를 제외하면, 제1가변커패시터(3110)의 정전용량은 제1커패시터그룹(3110a)의 첫번째 커패시터(3111a-1)의 정전용량을 기준으로 1의 단위는 제1커패시터그룹(3110a)에 의해 결정되고, 10의 단위는 제2커패시터그룹(3110b)에 의해 결정되고, 100의 단위는 제3커패시터그룹(3110c)에 의해 결정되고, 1000의 단위는 제4커패시터그룹(3110d)에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라 각 커패시터그룹(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)들이 10진수를 기반으로 서로 다른 단위의 자리수의 정전용량을 결정하므로 제1가변커패시터(3110)의 정전용량을 결정하는 것이 용이할 수 있다.

도 6은 도 3의 제1가변커패시터(3110)의 다른 실시예의 회로도이다.

한편, 이러한 제1가변커패시터(3110)에서 각 스위치들(3112)는 디지털스위치, 예를 들어, 핀다이오드로 제공될 수 있다. 디지털스위치를 이용하면 각 커패시터(3111)를 빠르게 단속할 수 있으므로, 제1가변커패시터(3110)가 공정챔버(1000)의 임피던스에 대하여 빠르게 응답할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 제2가변커패시터(3120)에 관하여 제2가변커패시터(3120)가 4개의 커패시터그룹(3120a, 3120b, 3120c, 3120d)을 가지고, 또 각 커패시터그룹(3120a, 3120b, 3120c, 3120d)은 4개의 커패시터(3121-1, 3121-2, 3121-3, 3121-4)와 4개의 스위치(3122-1, 3122-2, 3122-3, 3122-4)를 가지는 경우를 기준으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하므로 커패시터그룹의 수 및 커패시터그룹에 속하는 커패시터(3121)의 수는 필요에 따라 적절히 가감될 수 있다.

도 7은 도 3의 제2가변커패시터(3120)의 일 실시예의 회로도이다.

제2가변커패시터(3120)는 전송라인(110)에 직렬로 연결된다. 제2가변커패시터(3120)는 제1커패시터그룹(3120a), 제2커패시터그룹(3120b), 제3커패시터그룹(3120c) 및 제4커패시터그룹(3120d)를 포함할 수 있다.

여기서, 제2가변커패시터(3120)의 각 커패시터그룹(3120a, 3120b, 3120c, 3120d)들은 각각 제1가변커패시터(3110)의 각 커패시터그룹(3110a, 3110b, 3110c, 3110d)와 동일한 구성으로 제공될 수 있다.

다만, 제1커패시터그룹(3120a)의 커패시터들(3121a-1, 3121a-2, 3121a-3, 3121a-4)는 일측이 공정챔버(1000)와 연결되고, 타측이 각각 스위치(3122a-1, 3122a-2, 3122a-3, 3122a-4)를 통해 고주파전원(2000)과 연결될 수 있다. 물론, 스위치(3122a-1, 3122a-2, 3122a-3, 3122a-4)는 고주파전원(2000) 측 대신 공정챔버(1000) 측에 위치할 수도 있다. 또한, 이는 제2커패시터그룹(3120b), 제3커패시터그룹(3120c) 및 제4커패시터그룹(3120d)에 속하는 커패시터들(3121)과 스위치들(3122)에 대해서도 마찬가지이다.

이러한 구성에 따라 각 커패시터그룹(3120a, 3120b, 3120c, 3120d)는 제1커패시터그룹(3120a)의 최소 정전용량을 가지는 커패시터(3120a-1)의 정전용량을 단위로 각각 0~10, 0~100, 0~1000, 0~10000까지의 범위에서 정전용량이 가변될 수 있다.

또 제2가변커패시터(3120)의 정전용량은 0~11110까지의 범위에서 정전용량이 가변될 수 있으며, 1의 단위는 제1가변커패시터그룹(3120a)에 의해, 10단위는 제2가변커패시터그룹(3120b)에 의해, 100단위는 제3가변커패시터그룹(3120c)에 의해, 1000단위는 제4가변커패시터그룹(3120d)에 의해 결정될 수 있다.

이에 따라 매칭회로(3100)는 제2가변커패시터(3120)를 이용하여 넓은 범위의 임피던스를 세밀하게 정합할 수 있다. 또한, 제2가변커패시터(3120)의 정전용량을 결정하는 것이 용이할 수 있다.

도 8은 도 3의 제2가변커패시터(3120)의 다른 실시예의 회로도이다.

한편, 이러한 제2가변커패시터(3120)에서 각 스위치들(3122)는 디지털스위치, 예를 들어, 핀다이오드로 제공될 수 있다. 디지털스위치를 이용하면 각 커패시터(3121)를 빠르게 단속할 수 있으므로, 제2가변커패시터(3120)가 공정챔버(1000)의 임피던스에 대하여 빠르게 응답할 수 있다.

이상에서는 단일한 주파수의 고주파전력이 인가되는 용량결합형플라즈마발생기(1200a)를 구비하는 공정챔버(1000)를 기준으로 기판처리장치(100)에 관하여 설명하였으나, 기판처리장치(100)는 이와 상이하게 구성될 수도 있다.

도 9 내지 도 11은 도 1의 기판처리장치(100)의 변형예들의 구성도이다.

도 9를 참조하면, 기판처리장치(100)에서 공정챔버(1000)에는 용량결합형플라즈마발생기(1200a) 대신 유도결합플라즈마발생기(ICPG: inductively coupled plasma generator, 1200b)가 사용될 수 있다. 유도결합형플라즈마발생기(1200b)는 공정챔버(1000)로 소스가스가 유입되는 부위에 설치되어 유도전기장을 형성할 수 있다. 이에 따라 공정챔버(1000)에 유입되는 소스가스는 유도전기장에 의해 이온화되어 플라즈마상태가 될 수 있다.

또한, 기판처리장치(100)에서 공정챔버(1000)는 동시에 서로 상이한 주파수의 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 수행할 있다. 플라즈마에칭공정의 경우에는 복수의 서로 다른 고주파전력을 사용하여 플라즈마공정을 수행하면, 단일한 주파수의 고주파전력을 이용하는 경우보다 뛰어난 에칭효과를 얻을 수 있다.

도 10을 참조하면, 기판처리장치(100)에서 용량결합형플라즈마발생기(1200a)의 양 전극(1210a, 1210b)는 각각 서로 다른 주파수의 고주파전력을 발생시키는 두 개의 고주파전원(2000a, 2000b)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라 제1전극(1210a)과 제2전극(1210b)에는 서로 상이한 고주파전력이 인가되어 동시에 두 가지 서로 다른 주파수의 고주파전력을 이용하여 플라즈마공정을 진행할 수 있다.

도 11를 참조하면, 기판처리장치(100)에서는 세 개 이상의 서로 다른 주파수를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 공정챔버(1000)에는 하우징(1100) 내의 상부에 제1전극(1210a)이 배치되고, 그 아래로 이격되어 제2전극(1210b)와 제3전극(1210c)가 배치될 수 있다. 이때, 서로 다른 제1고주파전력, 제2고주파전력, 제3고주파전력을 발생시키는 고주파전원들(2000a, 2000b, 2000c)들이 각각 전극(1210a. 1210b 1210c)에 연결될 수 있다. 이에 따라 공정챔버(1000)에서는 동시에 세 가지의 고주파전력에 의해 플라즈마공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1고주파전력, 제2고주파전력, 제3고주파전력은 각각 2Mhz, 13.6Mhz, 100Mhz일 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 제2전극(1210b)와 제3전극(1210c)가 일체로 제공될 수 있다.

이상에서 언급된 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 기재된 것이므로, 본 발명이 상술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상술한 실시예 및 그 구성요소를 선택적으로 조합하거나 공지의 기술을 더해 구현될 수 있으며, 나아가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 치환 및 변경이 가해진 수정예, 변형예를 모두 포함한다.

또한, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 발명은 모두 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 기판처리장치
1000: 고주파전원
110: 전송라인
1000: 공정챔버
1100: 하우징
1200: 플라즈마발생기
1210: 전극
3000: 임피던스매칭장치
3100: 매칭회로
3200: 제어기
3300: 임피던스측정기
3400: 반사전력측정기

Claims

공정챔버;
상기 공정챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마발생기;
고주파전력을 출력하는 고주파전원;
상기 고주파전원으로부터 상기 플라즈마발생기로 상기 고주파전력을 전송하는 전송라인; 및
상기 전송라인에 연결되는 가변커패시터 및 상기 가변커패시터로 제어신호를 송출하는 제어기를 포함하는 임피던스매칭장치;를 포함하되,
상기 가변커패시터는, 서로 병렬로 배치되고, 정전용량의 비율이 1:2:3:…:n(n은 4 이상의 자연수)으로 제공되는 복수의 커패시터 및 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 커패시터를 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터그룹을 포함하는
기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 커패시터는, 정전용량의 비율이 1:2:3:4로 제공되는 4개의 커패시터를 포함하는
기판처리장치.