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KR20130115826A - 가변 인덕터, 이를 포함하는 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

가변 인덕터, 이를 포함하는 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20130115826A
KR20130115826A KR1020120038510A KR20120038510A KR20130115826A KR 20130115826 A KR20130115826 A KR 20130115826A KR 1020120038510 A KR1020120038510 A KR 1020120038510A KR 20120038510 A KR20120038510 A KR 20120038510A KR 20130115826 A KR20130115826 A KR 20130115826A
Authority
KR
South Korea
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high frequency
frequency power
inductor
inductor coil
plasma
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020120038510A
Other languages
English (en)
Inventor
성효성
손덕현
멜리키안
Original Assignee
세메스 주식회사
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 세메스 주식회사 filed Critical 세메스 주식회사
Priority to KR1020120038510A priority Critical patent/KR20130115826A/ko
Publication of KR20130115826A publication Critical patent/KR20130115826A/ko
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Abstract

본 명세서는 플라즈마 공정에서 임피던스를 정합하는 가변 인덕터, 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치를 개시한다. 본 발명의 일 양상에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생기; 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원; 상기 공정 챔버로 상기 고주파 전력을 전송하는 전송 라인; 및 상기 전송 라인 상에 제공되고, 가변 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 장치;를 포함하되; 상기 가변 인덕터는, 인덕터 코일; 및 제어 신호에 따라 단속되고, 상기 인덕터 코일의 중심축으로부터 상이한 방향에 연결되는 복수의 스위치;를 포함하고, 상기 복수의 스위치의 단속 상태에 따라 그 유도 용량이 조절된다.

Description

가변 인덕터, 이를 포함하는 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치{ADJUSTABLE INDUCTOR, IMPEDANCE MATCHING APPARATUS AND SUBSTRATE TREAING APPARATUS WITH THE SAME}
본 발명은 가변 인덕터, 이를 포함하는 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 공정에서 임피던스를 정합하는 가변 인덕터, 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마 공정에서는 플라즈마를 공급하기 위하여 고주파 전력을 이용하므로 임피던스 정합(impedance matching)이 필수적으로 요구된다. 임피던스 정합이란 전력을 효과적으로 전송하기 위하여 전력의 송신단과 수신단의 임피던스를 동일하게 조정하는 것으로, 플라즈마 공정에서는 고주파 전력을 제공하는 전원과 이를 전송받아 플라즈마를 생성 및 유지하는 공정을 수행하는 챔버 간의 임피던스의 정합한다.
플라즈마의 임피던스는 소스 가스의 종류, 온도, 압력을 비롯한 다양한 조건에 따라 정해지므로, 공정 챔버의 임피던스는 플라즈마 공정이 진행되는 동안 지속적으로 변화하며, 일반적으로 임피던스 매칭 장치를 이용하여 변화하는 임피던스를 보상함으로써 임피던스를 정합시킨다. 종래의 임피던스 매칭 장치에서는 주로 커패시터의 정전 용량을 조절하여 변화하는 임피던스를 보상한다. 그러나, 정전 용량만으로 해 왔다.
본 발명의 일 과제는, 유도 용량을 세밀하게 조절하여 임피던스를 정합하는 가변 인덕터, 임피던스 매칭 장치 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생기; 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원; 상기 공정 챔버로 상기 고주파 전력을 전송하는 전송 라인; 및 상기 전송 라인 상에 제공되고, 가변 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 장치;를 포함하되; 상기 가변 인덕터는, 인덕터 코일; 및 제어 신호에 따라 단속되고, 상기 인덕터 코일의 중심축으로부터 상이한 방향에 연결되는 복수의 스위치;를 포함하고, 상기 복수의 스위치의 단속 상태에 따라 그 유도 용량이 조절된다.
상기 복수의 스위치의 연결 지점 중 서로 인접한 두 지점은, 상기 중심축에 대하여 일정한 각도를 이룰 수 있다.
상기 복수의 스위치는, 상기 중심축을 기준으로 서로 대칭되는 방향에 연결될 수 있다.
상기 일정한 각도는, 45도 또는 90도일 수 있다.
상기 복수의 스위치는, 적어도 하나의 제1 스위치 및 적어도 하나의 제2 스위치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 스위치는, 상기 중심축으로부터 제1 방향에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 스위치는, 상기 중심축으로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에 연결될 수 있다.
상기 임피던스 매칭 장치는, 상기 인덕터 코일을 지지하는 지지 부재;를 더 포함하고, 상기 복수의 스위치는, 상기 지지 부재를 통해 상기 인덕터 코일에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 지지 부재는, 상기 인덕터 코일에서 발생하는 열을 방산할 수 있다.
상기 지지 부재는, 열 전도성(thermally conductive)이고 동시에 전기 전도성(electrically conductive)일 수 있다.
본 발명은 임피던스 매칭 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 임피던스 매칭 장치는, 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생기로 고주파 전력을 전송하는 전송 라인 상에 제공되고, 임피던스를 정합하는 임피던스 매칭 장치에 있어서, 인덕터 코일; 및 제어 신호에 따라 단속되고, 상기 인덕터 코일의 중심축으로부터 상이한 방향에 연결되는 복수의 스위치;를 포함한다.
상기 복수의 스위치는, 적어도 하나의 제1 스위치 및 적어도 하나의 제2 스위치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 스위치는, 상기 중심축으로부터 제1 방향에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 스위치는, 상기 중심축으로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에 연결될 수 있다.
상기 인덕터 코일을 지지하는 지지 부재;를 더 포함하고, 상기 복수의 스위치는, 상기 지지 부재를 통해 상기 인덕터 코일에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 지지 부재는, 상기 인덕터 코일에서 발생하는 열을 방산할 수 있다.
본 발명은 가변 인덕터를 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 가변 인덕터는, 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생기로 고주파 전력을 전송하는 전송 라인 상에 제공되고, 그 유도 용량이 조절되는 가변 인덕터에 있어서, 인덕터 코일; 및 제어 신호에 따라 단속되고, 상기 인덕터 코일의 중심축으로부터 대칭되는 방향에 연결되는 복수의 스위치;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 인덕터 코일의 각부에 연결된 스위치를 단속함에 따라 가변 인덕터의 유도 용량을 미세 조절하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 가변 인덕터의 유도 용량이 디지털 방식의 스위치 단속에 의해 조정되므로 유도 용량을 신속하게 조정하여 임피던스를 효과적으로 정합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인덕터 코일을 지지하는 지지 부재를 통해 가변 인덕터에 스위치를 용이하게 연결할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인덕터 코일을 지지하는 지지 부재가 열 전도성 재질로 제공됨에 따라 가변 인덕터에서 발생한 열이 효과적으로 방산될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 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 기판 처리 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 도 2의 정합기의 일 실시예의 회로도이다.
도 4는 도 2의 정합기의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 가변 인덕터의 일 실시예의 구성도이다.
도 6은 핀 다이오드(PIN diode) 스위치를 적용한 도 5의 가변 인덕터의 구성도이다.
도 7은 도 3 및 도 4의 가변 인덕터의 다른 실시예의 구성도이다.
도 8은 핀 다이오드 스위치를 적용한 도 7의 가변 인덕터의 구성도이다.
도 9는 도 7의 가변 인덕터의 단면도이다.
도 10은 도 9의 가변 인덕터의 변형예의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 다른 실시예의 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 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 기판 처리 장치(100)에 관하여 도 1을 참조하여 설명한다.
기판 처리 장치(100)는 플라즈마 공정을 수행한다. 여기서, 플라즈마 공정이란 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 모두 포함하는 포괄적인 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어, 플라즈마 공정은 플라즈마 증착 공정, 플라즈마 식각 공정, 플라즈마 애싱 공정, 플라즈마 클리닝 공정일 수 있다. 플라즈마 공정에서 플라즈마는 소스 가스에 고주파 전력을 가하여 형성될 수 있다.
한편, 여기서, 기판은 반도체 소자나 평판 표시 장치(FPD: flat panel display) 및 그 외의 박막에 패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 의미로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 고주파 전원(1000), 전송 라인(1100), 공정 챔버(2000) 및 임피던스 매칭 장치(3000)를 포함할 수 있다. 고주파 전원(1000)은 고주파 전력을 출력한다. 전송 라인(1100)은 고주파 전원(1000)과 공정 챔버(2000)를 연결하고, 고주파 전원(1000)으로부터 공정 챔버(2000)로 고주파 전력을 전송한다. 공정 챔버(2000)는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마 공정을 수행한다. 임피던스 매칭 장치(3000)는 전송 라인(1100) 상에 제공되고, 공정 챔버(1000)와 고주파 전원(2000) 간의 임피던스를 정합한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 일 실시예에 관하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 일 실시예의 구성도이다.
고주파 전원(1000)은 고주파 전력을 출력한다. 여기서, 고주파 전원(1000)은 고주파 전력을 펄스 모드(pulse mode)로 출력할 수 있다. 고주파 전원(1000)은 특정 주파수로 고주파 전력을 출력할 수 있다. 예를 들어, 고주파 전원(1000)은 2Mhz, 13.56Mhz, 1000Mhz 등의 주파수로 고주파 전력을 출력할 수 있다.
전송 라인(1100)은 고주파 전력을 전송한다. 전송 라인(1100)은 고주파 전원(1000)과 공정 챔버(2000)를 연결하고, 이에 따라 고주파 전원(1000)이 출력하는 고주파 전력을 공정 챔버(2000)에 공급할 수 있다.
공정 챔버(2000)는 고주파 전력을 이용해 플라즈마 공정을 수행할 수 있다. 공정 챔버(2000)는 하우징(2100) 및 플라즈마 발생기(2200)을 포함할 수 있다.
하우징(2100)은 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 하우징(2100)은 외부의 소스 가스 공급원(미도시)에 연결되어, 이로부터 소스 가스를 공급받을 수 있다.
플라즈마 발생기는 하우징(2100)에 플라즈마를 제공한다. 플라즈마 발생기(2200)는 소스 가스에 고주파 전력을 가하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 공정 챔버(2000)에 소스 가스가 유입되면, 플라즈마 발생기(2200)는 유입된 소스 가스에 고주파 전력을 인가하고, 이에 따라 소스 가스는 이온화되어 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
플라즈마 발생기(2200)는 용량 결합형 플라즈마 발생기(CCPG: capacitively coupled plasma generator)가 사용될 수 있다. 용량 결합형 플라즈마 발생기는 하우징(2100) 내부에 위치하는 복수의 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 용량 결합형 플라즈마 발생기는 제1 전극(2210) 및 제2 전극(2220)을 포함할 수 있다. 제1 전극(2210) 및 제2 전극(2220)은 공정 챔버 내에 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1 전극(2210)은 하우징(2100)의 상부에 배치되고, 제2 전극(2220)은 하우징(2100)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 전극(2210)은 전송 라인(1100)을 통해 고주파 전원(1100)에 연결되고, 제2 전극(2220)은 접지될 수 있다. 전송 라인(1100)을 통해 제1 전극(2210)에 고주파 전력이 인가되면, 양 전극(2210, 2220)의 사이에 축전 전기장이 형성된다. 양 전극(2210, 2220) 사이의 소스 가스는 축전 전기장에 의해 전기 에너지를 받아 이온화되고, 이에 따라 플라즈마가 생성될 수 있다.
임피던스 매칭장치(3000)는 고주파 전원(1000)과 공정 챔버(2000)를 연결하는 전송 라인(1100) 상에 제공되고, 고주파 전원(1000) 측과 공정 챔버(2000) 측의 임피던스를 정합한다.
고주파 전력이 커패시터나 인덕터와 같은 비소모성 회로 소자를 통과하며 전송될 때 송신단과 수신단의 임피던스가 불일치하면, 비소모성 회로 소자에 의해 고주파 전력에 위상차가 발생한다. 위상차가 발생하면, 전력의 전송이 지연되고, 이에 따라 반사파가 일어나 반사 전력이 발생하게 된다. 반사 전력은 전력의 전송 효율을 저하시킬 뿐 만 아니라, 고주파 전력의 전송을 불균일하게 하는 요인으로 작용할 수 있다. 구체적으로 전송 라인(1100)을 통해 고주파 전원(1000)으로부터 공정 챔버(2000)로 고주파 전력이 전송될 때 반사 전력이 발생하면, 전력이 불균일하게 전달됨에 따라 공정 챔버(2000)에서 플라즈마 밀도에 편차가 발생하여 기판의 수율이 저하될 수 있다. 또한, 공정 챔버(2000)에 반사 전력이 축적되면 공정 챔버(2000) 내에 아크(arc) 방전이 유발되어 기판이 직접적으로 손상될 수도 있다.
암피던스 매칭 장치(3000)는 임피던스를 정합함으로써, 반사 전력을 제거하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.
이하에서는 임피던스 매칭장치(3000)에 관하여 보다 구체적으로 설명한다.
임피던스 매칭 장치(3000)는 임피던스 측정기(3100), 반사 전력 측정기(3200), 제어기(3300) 및 정합기(3400)를 포함할 수 있다.
임피던스 측정기(3100)는 공정 챔버(2000)의 임피던스를 측정한다. 공정 챔버(2000)의 임피던스는 플라즈마 공정이 진행되는 동안 공정 챔버(2000) 내부의 플라즈마의 임피던스가 변화함에 따라 변화할 수 있다. 플라즈마의 임피던스는 소스 가스의 종류, 내부 압력, 내부 온도 등의 다양한 조건에 의해 결정된다. 임피던스 측정기(3100)는 공정 챔버(2000)의 임피던스를 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)로 송출한다.
반사 전력 측정기(3200)는 반사파에 의한 반사 전력을 측정한다. 반사 전력 측정기(3200)는 전송 라인(1100) 상에 설치되어 반사 전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)로 송출할 수 있다.
제어기(3300)는 임피던스 측정기(3100)과 반사 전력 측정기(3200)로부터 그 측정값들을 수신하여 이에 따라 임피던스를 보상하기 위한 제어 신호를 생성하고, 이를 정합기(3400)로 송출할 수 있다. 제어 신호는 디지털 신호, 예를 들어, 온/오프 신호(on/off signal)일 수 있다.
제어기(3300)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.
하드웨어적으로 제어기(3300)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), 마이크로 콘트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors)나 이들과 유사한 제어 기능을 수행하는 전기 장치로 구현될 수 있다.
또 소프트웨어적으로 제어기(3300)는 하나 또는 복수의 프로그램 언어에 따른 소프트웨어 코드 또는 소프트웨어 어플리케이션으로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어적으로 구현된 제어기(3300)에 의해 실행될 있다. 또 소프트웨어는 서버 등의 외부 기기로부터 상술한 하드웨어적인 구성으로 송신되어 설치될 수 있다.
정합기(3400)는 고주파 전원(1000) 측과 공정 챔버(2000) 측의 임피던스를 정합한다. 정합기(3400)는 저항, 커패시터, 인덕터 및 그 외의 다양한 회로 소자로 구성된 전기 회로로 구현될 수 있다.
정합기(3400)는 제어 신호에 따라 임피던스를 정합할 수 있다. 정합기(3400)의 회로 소자들은 제어 신호에 따라 동작되고, 이에 따라 정합기의 저항, 정전 용량, 유도 용량 및 그 외의 전기적인 특성이 조절되고, 이에 따라 정합기(3400)가 임피던스를 정합할 수 있다.
이하에서는 정합기(3400)에 관하여 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2의 정합기(3400)의 일 실시예의 회로도이다. 도 3에서 “in”은 전력의 송신단을 의미하고, “out”은 전력의 수신단을 의미한다. 이는 다른 도면에서도 마찬가지이다.
일 실시예에 따르면, 정합기(3400)는 도 3에 도시된 바와 같이 역 엘 회로(inverse L type circuit)로 구현될 수 있다. 정합기(3400)의 일 실시예는 제1 커패시터(3410a), 제2 커패시터(3410b) 및 가변 인덕터(3420)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터(3410a)는 전송 라인(1100)에 병렬로 연결되고, 제2 커패시터(3410b)는 전송 라인(1100)에 직렬로 연결될 수 있다. 가변 인덕터(3420)는 전송 라인(1100)에 직렬로 연결되고, 제1 커패시터(3410a)와 제2 커패시터(3410b)의 사이에 제공될 수 있다.
제1 커패시터(3410a) 및 제2 커패시터(3410b)는 그 정전 용량이 조절되는 가변 커패시터일 수 있다. 가변 커패시터인 제1 커패시터(3410a) 및 제2 커패시터(3410b)는 제어기(3300)의 제어 신호에 따라 그 정전 용량이 조절될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 달리 제1 커패시터(3410a) 및 제2 커패시터(3410b) 중 적어도 하나는 고정된 정전 용량을 가지는 고정 커패시터로 제공될 수 있다.
가변 인덕터(3420)는 그 유도 용량이 조절될 수 있다. 가변 인덕터(3420)는 제어기(3300)의 제어 신호에 따라 동작하여 그 유도 용량이 조절될 수 있다. 정합기(3300)는 가변 인덕터(3420)의 유도 용량을 조절하여 임피던스를 정합할 수 있다.
도 4는 도 2의 정합기(3400)의 다른 실시예의 회로도이다.
다른 실시예에 따르면, 정합기(3400)는 도 4에 도시된 바와 같이 파이 회로(π type circuit)로 구현될 수 있다. 정합기(3400)의 다른 실시예는 제1 커패시터(3410a), 제2 커패시터(3410b) 및 가변 인덕터(3420)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터(3410a) 및 제2 커패시터(3410b)는 전송 라인(1100)에 병렬로 연결될 수 있다. 가변 인덕터(3420)는 전송 라인(1100)에 직렬로 연결되고, 제1 커패시터(3410a)와 제2 커패시터(3410b)의 사이에 제공될 수 있다.
한편, 정합기(3400)가 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 정합기(3400)는 상술한 예 이외에도 엘 회로(L type cirucuit)를 비롯한 공지의 다양한 회로 및 이를 적절히 변경한 회로로 구현될 수 있다. 정합기(3400)에서 회로 소자의 종류, 수, 배치 형태는 적절히 변경될 수 있으며, 정합기(3400)는 임피던스를 증폭하는 트랜스포머(transformer) 등을 더 포함할 수 있다. 즉, 정합기(3400)는 회
이하에서는 가변 인덕터(3420)의 일 실시예에 관하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다,.
도 5는 도 3 및 도 4의 가변 인덕터(3420)의 일 실시예의 구성도이고, 도 6은 도 5의 가변 인덕터(3420)에 핀 다이오드(PIN diode) 스위치를 이용한 구성도이다.
가변 인덕터(3420)는 인덕터 코일(3421) 및 복수의 스위치(3422)를 포함한다.
인덕터 코일(3421)은 전송 라인(1100) 상에 제공된다. 인덕터 코일(3421)은 일단은 송신단(in)에 연결되고, 타단은 접지되도록 제공된다.
인덕터 코일(3421)은 복수 회 꼬인 나선 형태로 제공될 수 있다. 이때 인덕터 코일(3421)의 내부에는 유전체가 배치될 수 있다. 또는 선택적으로 인덕터 코일(3421)의 내부는 빈 공간으로 제공될 수 있다.
복수의 스위치(3422) 각각은 일단이 인덕터 코일(3421)에 연결되고, 타단이 수신단(out)에 연결되도록 제공된다. 복수의 스위치(3422) 각각은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
복수의 스위치(3422)는 각각 인덕터 코일(3421)의 상이한 지점에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(3422a)는 인덕터 코일(3421)의 제1 지점(3423a), 제2 스위치(3422b)는 인덕터 코일(3421)의 제2 지점(3423b)에 연결되고, 제n 스위치(3422n)는 인덕터 코일(3421)의 제n 지점(3423n)에 연결될 수 있다. 여기서, “n”은 자연수인 변수이다.
복수의 스위치(3422) 각각은 일단이 인덕터 코일(3421)에 연결되고, 타단이 수신단(out)에 연결되도록 제공된다. 복수의 스위치(3422) 각각은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
복수의 스위치(3422)는 각각 제어기(3300)로부터 제어 신호를 전송받아 이에 따라 단속(open/close)될 수 있다. 인덕터 코일(3421)에서 전류가 흐르는 경로는 복수의 스위치(3422)의 단속 상태에 따라 조절될 수 있다. 결과적으로, 복수의 스위치(3422)의 단속 상태에 따라 가변 인덕터(3420)의 유도 용량이 조절될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 복수의 스위치(3422) 중 제1 스위치(3422a)와 제2 스위치(3422b)만 연결되면, 전류는 인덕터 코일(3421)의 1회전만큼을 거쳐 송신단(in)으로부터 수신단(out)으로 전송된다. 다른 예를 들어, 복수의 스위치(3422) 중 제1 스위치(3422a)와 제n 스위치(3422n)만 연결되면 전류는 인덕터 코일(3421)의 전체 감긴 수만큼을 거쳐 송신단(in)으로부터 수신단(out)으로 전송된다. 인덕터 코일(3421)의 유도 용량은 코일이 감긴 회수에 의해 결정되므로, 이와 같이 스위치(3422)를 단속하여 가변 인덕터(3420)의 유도 용량을 조절할 수 있다.
상술한 예에서는 복수의 스위치(3422) 중 어느 두 개의 스위치(3422)만을 연결하는 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 두 개보다 많은 수의 스위치(3422)를 연결하는 것도 가능하다.
한편, 스위치(3422)로는 디지털 스위치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 스위치(3422)는 도 6에 도시된 것과 같은 핀 다이오드(3422’)를 비롯한 다이오드, 모스펫(MOSFET: metal-oxide semiconductor field effect transistor) 등의 트랜지스터, 고주파 릴레이(RF realy) 등으로 구현될 수 있다.
이하에서는 가변 인덕터(3420)의 다른 실시예에 관하여 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 가변 인덕터(3420)의 다른 실시예에 대해서는 상술한 가변 인덕터(3420)의 일 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 7은 도 3 및 도 4의 가변 인덕터(3420)의 다른 실시예의 구성도이고, 도 8은 핀 다이오드 스위치를 적용한 도 7의 가변 인덕터(3420)의 구성도이고, 도 9는 도 7의 가변 인덕터(3420)의 단면도이다.
복수의 스위치(3422) 각각은 인덕터 코일(3421)의 상이한 지점에 연결될 수 있다. 여기서, 복수의 스위치(3422)는 인덕터 코일(3421)의 중심축으로부터 상이한 방향에 연결될 수 있다. 한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 가변 인덕터(3420)의 다른 실시예에서도 가변 인덕(3420)의 일 실시예와 마찬가지로 디지털 스위치가 스위치(3422)로 사용될 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 제1 스위치(3422a)는 제1 방향으로 인덕터 코일(3421)에 연결된다. 제2 스위치(3422b)는 인덕터 코일(3421)의 중심축을 기준으로 제1 방향과 반 시계 방향으로 90 도 각도를 이루는 제2 방향으로 인덕터 코일(3421)에 연결된다. 제3 스위치(3422c)는 인덕터 코일(3421)의 중심축을 기준으로 제1 방향과 180 도 각도를 이루는 제3 방향으로 인덕터 코일(3421)에 연결된다. 제4 스위치(3422d)는 인덕터 코일(3421)의 중심축을 기준으로 제1 방향과 시계 방향으로 90 도 각도를 이루는 제4 방향으로 인덕터 코일(3421)에 연결된다.
도 9에는 인덕터 코일(3421)에 4 개의 스위치(3422a, 3422b, 3422c, 3422d)가 연결되는 것으로 도시하였으나, 인덕터 코일(3421)에는 이보다 많은 수의 스위치(3422)가 연결될 수 있다. 이때, 서로 인접한 두 개의 스위치(3422)는 인덕터 코일(3421)의 중심축을 기준으로 서로 90도 각도를 이루면서 인덕터 코일(3421)에 연결될 수 있다. 도 7을 참조하면, 인덕터 코일(3421)의 송신단(in)에 가까운 위치로부터 (4m-3)번째 스위치들(3422)은 제1 스위치(3422a)와 동일한 방향에서 인덕터 코일(3421)에 연결될 수 있다. 또 (4m-2)번째 스위치들(3422)은 제2 스위치(3422b)와 동일한 방향에서 인덕터 코일(3421)에 연결될 수 있다. 마찬가지로 (4m-3)번째 스위치들(3422)은 제3 스위치(3422c), (4m)번째 스위치들(3422)은 제4 스위치(3422d)와 동일한 방향에서 인덕터 코일(3421)에 연결될 수 있다. 여기서, “m”은 자연수인 변수이다.
인덕터 코일(3421)에 스위치(3422)를 연결할 때에 이처럼 서로 다른 방향으로 연결하면 공간적으로 연결이 용이한 장점이 있다.
또한, 도 7 및 도 9에서는 인덕터 코일(3421)의 서로 다른 권선째에 스위치(3422)를 연결하는 것으로 도시하고 있으나, 스위치(3422)는 인덕터 코일(3421)의 동일한 권선째에서 방향을 달리하여 복수 개 연결될 수 있다. 이 경우에는 도 5 및 도 6에 도시된 가변 인덕터(3420)에 비해 인덕터 코일(3421)에 스위치(3422)를 보다 조밀하게 연결할 수 있어 유도 용량을 보다 미세하게 조절할 수 있다.
구체적으로 도 5 및 도 6의 가변 인덕터(3420)에서 전류가 흐르는 경로가 인덕터 코일(3421)의 1 회전 단위로 결정되는 반면, 도 7 내지 도 9의 가변 인덕터(3420)에서는 인덕터 코일(3421)의 1/4 회전 단위로 결정될 수 있다.
인덕터 코일(3421)에 스위치(3422)가 연결되는 지점이 상술한 예로 한정되는 것은 아니다.
도 10은 도 9의 가변 인덕터의 변형예의 단면도이다. 예를 들어, 복수의 스위치(3422)는 도 10에 도시된 바와 같이, 인덕턴스 코일(3421)에 그 중심축을 기준으로 각각 45 도 각도를 이루면서 연결될 수 있다.
다른 예를 들어, 서로 인접한 스위치(3422)가 일정한 각도를 가지면서 인덕터 코일(3421)에 연결될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 복수의 스위치(3422)는 인덕터 코일(3421)에 연결되는 지점은 중심축을 기준으로 선대칭 또는 점대칭이 되도록 연결될 수 있다.
복수의 스위치(3422)는 이외에도 인덕터 코일(3421)에 그 중심축을 기준으로 서로 다른 방향에 다양한 방식으로 연결될 수 있다.
한편, 정합기(3400)는 지지 부재(3424)를 더 포함할 수 있다. 지지 부재(3424)는 인덕터 코일(3421) 지지할 수 있다. 지지 부재(3424)는 인덕터 코일(3421)의 각부에 접촉하여 이를 지지할 수 있다. 여기서, 지지 부재(3424)는 복수일 수 있으며, 지지 부재(3424)는 인덕터 코일(3421)에 스위치(3422)가 연결되는 배치와 유사한 방법으로 인덕터 코일(3421)에 접촉할 수 있다.
지지 부재(3424)가 제공되는 경우에는 스위치(3422)는 지지 부재(3424)를 통해 인덕터 코일(3421)에 전기적으로 연결될 수 있다. 지지 부재(3424)는 예를 들어 금속 등의 전기 전도성 재질(electrically conductive material)일 수 있다. 이에 따라 전류는 송신단(in)으로부터 인덕터 코일(3421), 지지 부재(3424), 스위치(3422)를 거쳐 수신단(out)으로 흐를 수 있다.
반드시 모든 지지 부재(3424)마다 각각 스위치(3422)가 연결되어야 하는 것은 아니며, 복수의 지지부재(3424) 중 일부에는 스위치(3422)가 연결되고, 다른 일부에는 스위치(3422)가 연결되지 않을 수 있다.
지지 부재(3424)는 인덕터 코일(3421)에서 발생한 열을 방산할 수 있다. 이를 위해 지지 부재(3424)는 열 전도성 재질(thermally conductive material)로 제공될 수 있다. 인덕터 코일(3421)에 전류가 흐르면 열이 발생하는데, 발생한 열은 인덕터 코일(3421)로부터 지지 부재(3424)를 거쳐 주변 대기 환경으로 방산(dissipation)될 수 있다. 인덕터 코일(3421)과 스위치(3422)가 직접적으로 연결되는 경우에 열에 의해 인덕터 코일(3421)의 온도가 상승하면 인덕터 코일(3421)과 스위치(3422) 간의 접촉력이 저하되어 이들의 연결이 끊어질 수 있는데, 지지 부재(3424)를 통해 연결되는 경우에는 발열에 따른 연결의 단락이 방지될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 일 실시예에서는 플라즈마 발생기(2200)에 대하여 제1 전극(2210)만 전송 라인(1100)에 연결되는 용량 결합형 플라즈마 발생기로 설명하였으나, 이는 적절히 변경될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 다른 실시예의 구성도이다.
도 11을 참조하면, 용량 결합형 플라즈마 발생기(2200)의 제1 전극(2210)과 제2 전극(2220)에는 각각 두 개의 고주파 전원(1000a, 1000b)가 연결될 수 있다. 이때, 고주파 전원(1000a, 1000b)는 서로 다른 주파수의 고주파 전력을 출력할 수 있다. 이에 따라 플라즈마 발생기(2200)는 동시에 두 개의 주파수로 고주파 전력을 인가할 수 있다. 이때, 임피던스 매칭 장치(3000)는 제어기(3300)와 임피던스 측정기(3100)를 공유하는 두 개의 임피던스 매칭 장치(3000a, 3000b)로 구성될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 또 다른 실시예의 구성도이다.
도 12를 참조하면, 공정 챔버(2000)에는 플라즈마 발생기(2200)로 유도 결합 플라즈마 발생기(ICPG: inductively coupled plasma generator)가 사용될 수 있다. 유도 결합형 플라즈마 발생기는 공정챔버(2000)로 소스 가스가 유입되는 부위에 설치될 수 있다. 이에 따라 공정 챔버(2000)에 유입되는 소스 가스는 유도 전기장에 의해 이온화되어 플라즈마 상태가 될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(100)에서 공정 챔버(2000)는 동시에 서로 상이한 주파수의 고주파 전력을 이용하여 플라즈마 공정을 수행할 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 공정의 경우에는 복수의 서로 다른 고주파 전력을 사용하여 플라즈마 공정을 수행하면, 단일한 주파수의 고주파 전력을 이용하는 경우보다 뛰어난 에칭 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용하는 임피던스 매칭 방법에 관하여 설명한다. 다만, 임피던스 매칭 방법은 상술한 기판 처리 장치(100) 이외에도 이와 동일 또는 유사한 다른 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 이러한 임피던스 매칭 방법은 이를 수행하는 코드 또는 프로그램의 형태로 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
임피던스 매칭 방법에서는 먼저 소스 가스 공급원(미도시)로부터 공정 챔버(2000)로 소스 가스가 유입된다. 소스 가스가 유입되면, 고주파 전원(1000)이 고주파 전력을 출력하고, 전송 라인(1100)을 통해 고주파 전력이 플라즈마 발생기(2200)로 공급된다. 플라즈마 발생기(2200)는 고주파 전력을 이용하여 소스 가스를 이온화시켜 플라즈마로 여기시킨다. 플라즈마가 형성되면, 공정 챔버(2000)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다.
이와 같이, 플라즈마를 생성하고 기판을 처리하는 과정에서 기판으로부터 발생하는 이물질이나, 플라즈마의 밀도, 소스 가스의 종류, 공정 챔버(2000)의 내부 온도와 내부 압력 등의 다양한 조건에 의해 플라즈마 임피던스 또는 공정챔버(2000)의 임피던스가 변화하게 된다. 특히, 플라즈마 공정에서 펄스 모드로 고주파 전원(1000)을 공급되면 그 임피던스가 급격하게 변화할 수 있다.
임피던스 측정기(3100)는 플라즈마 임피던스나 공정 챔버(2000)의 임피던스를 측정하여, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. 또한, 임피던스가 변화함에 따라 임피던스 매칭이 깨져 반사파가 발생할 수 있는데, 반사 전력 측정기(3200)는 고주파 전원(1000) 측의 반사 전력을 측정하고, 그 측정값을 제어기(3300)에 인가한다. 제어기(3300)는 임피던스 측정기(3100)와 반사 전력 측정기(3200)로부터 측정값들을 획득하여 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 정합기(3400)로 송출한다.
정합기(3400)에서는 복수의 스위치(3422)가 제어 신호에 따라 열리거나 닫히게 된다. 복수의 스위치(3422)의 개폐 상태에 따라 인덕터 코일(3421)에서 전류가 통과하는 회전 수 내지는 길이가 조절되고 가변 인덕터(3420)의 그 유도용량이 조절된다. 이에 따라 고주파 전원(1000) 측과 공정 챔버(2000) 측의 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 여기서, 정합기(3400)가 가변 커패시터를 가지는 경우에는 제어기(3300)는 가변 커패시터로 제어 신호를 더 송출하여 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 것을 병행하여 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭 장치(3000)는 유도 용량과 정전 용량을 동시에 조절하여 보다 다양한 범위와 방식에 따라 변화되는 임피던스를 보상할 수 있게 된다.
이러한 임피던스의 정합 과정에서 제어기(3300)는 디지털 신호를 송신하고, 핀 다이오드 등과 같이 디지털 방식으로 구현된 스위치(3422)는 제어 신호에 따라 단속되어 기계적 스위치에 비해 빠르게 임피던스를 보상할 수 있다. 이에 따라 임피던스 매칭 장치(3000)는 신속한 응답속도를 가지고 임피던스를 정합할 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: 기판 처리 장치
1000: 고주파 전원
1100: 전송 라인
2000: 공정 챔버
2100: 하우징
2200: 플라즈마 발생기
3000: 임피던스 매칭 장치
3100: 임피던스 측정기
3200: 반사 전력 측정기
3300: 제어기
3400: 정합기
3420: 가변 인덕터
3421: 인덕터 코일
3422: 스위치
3424: 지지 부재

Claims (2)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생기;
    고주파 전력을 출력하는 고주파 전원;
    상기 공정 챔버로 상기 고주파 전력을 전송하는 전송 라인; 및
    상기 전송 라인 상에 제공되고, 가변 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 장치;를 포함하되;
    상기 가변 인덕터는, 인덕터 코일; 및 제어 신호에 따라 단속되고, 상기 인덕터 코일의 중심축으로부터 상이한 방향에 연결되는 복수의 스위치;를 포함하고, 상기 복수의 스위치의 단속 상태에 따라 그 유도 용량이 조절되는
    기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는, 적어도 하나의 제1 스위치 및 적어도 하나의 제2 스위치를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 스위치는, 상기 중심축으로부터 제1 방향에 연결되고,
    상기 적어도 하나의 제2 스위치는, 상기 중심축으로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에 연결되는
    기판 처리 장치.
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