KR20140122548A

KR20140122548A - 전력 공급 장치, 전력 공급 방법, 그리고 그를 이용한 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20140122548A
Application number: KR20130039366A
Authority: KR
Inventors: 김용식; 서원범; 박지훈; 남승경
Original assignee: 피에스케이 주식회사
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-20
Also published as: JP2014207221A; TW201444422A; CN104105329A

Abstract

본 발명은 전력 공급 장치, 전력 공급 방법, 및 그를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원부; 상기 RF 신호를 공급받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부; 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자 및 상기 복수의 부하 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자를 포함하며, 각각의 부하로 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절부; 각각의 부하로 인가되는 RF 신호를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

전력 공급 장치, 전력 공급 방법, 그리고 그를 이용한 기판 처리 장치{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING POWER, AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE USING THE SAME}

본 발명은 전력 공급 장치, 전력 공급 방법, 및 그를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 공정에는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 포함되어 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중에서 건식 식각에 사용되는 식각 장치 또는 애싱(ashing)에 사용되는 애싱 장치는 플라즈마를 생성하기 위한 챔버를 포함하며, 기판은 상기 플라즈마를 이용하여 식각 또는 애싱 처리될 수 있다.

이러한 기판 처리 장치는 플라즈마를 생성하기 위해, 챔버에 설치된 코일에 시변 전류를 흘려 챔버 내에 전자기장을 유도하고, 유도된 전자기장을 이용하여 챔버에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 또한, 기판 처리 장치가 다수의 플라즈마 챔버를 포함하여 여러 스테이션에서 기판을 처리하는 경우, 각각의 플라즈마 챔버로 동일한 전력을 전달하는 것이 중요한 사항이 된다.

나아가, 공정의 진행에 따라 플라즈마 챔버의 임피던스가 변경되는 경우, 각 챔버에서 전력량이 변동될 수 있으며, 이러한 전력량 변동은 플라즈마 챔버 내 플라즈마 플리커(flicker) 현상 유발 및 임피던스 매칭 시간 증가 등 공정에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 다수의 플라즈마 챔버로 일정한 전력을 정확하고 신속하게 전달할 수 있는 전력 공급 장치, 전력 공급 방법 및 기판 처리 장치를 제 공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 다수의 플라즈마 챔버로 전력을 효율적으로 전달할 수 있는 전력 공급 장치, 전력 공급 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원부; 상기 RF 신호를 공급받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부; 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자 및 상기 복수의 부하 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자를 포함하며, 각각의 부하로 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절부; 각각의 부하로 인가되는 RF 신호를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 부하는 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.

상기 복수의 부하는 서로 병렬로 연결될 수 있다.

상기 가변 임피던스 소자는 커패시턴스가 변경되는 가변 커패시터를 포함하고, 상기 고정 임피던스 소자는 커패시턴스가 고정된 고정 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 센서부는 상기 RF 신호의 전압, 전류 및 위상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.

상기 임피던스 매칭부는: 상기 RF 신호 중 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 기 설정된 허용범위 내로 감소하도록 임피던스가 조절될 수 있다.

상기 제어부는: 상기 임피던스 매칭부가 상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭시킨 뒤, 상기 감지 데이터를 기반으로 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하고, 상기 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 조절되도록 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어할 수 있다.

상기 임피던스 매칭부는: 상기 제어부가 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어한 뒤, 상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법은, RF 신호를 생성하는 단계; 상기 RF 신호를 인가받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭하는 단계; 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하는 단계; 및 상기 전력량이 기 설정된 목표 전력범위를 벗어나는 경우, 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 임피던스를 매칭하는 단계는: 상기 RF 신호 중 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 측정하는 단계; 및 상기 반사파가 기 설정된 허용범위를 벗어나는 경우, 상기 반사파가 상기 허용범위 내로 감소하도록 임피던스 매칭부의 임피던스를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 전력 공급 방법은, 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계 뒤에, 상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭하는 단계; 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하는 단계; 및 상기 전력량이 상기 목표 전력범위를 벗어나는 경우, 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계;를 반복할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, RF 전력을 공급하는 전력 공급 장치; 및 상기 RF 전력으로 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 복수의 플라즈마 장치를 포함하며, 상기 전력 공급 장치는: RF 신호를 제공하는 RF 전원부; 상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부; 상기 복수의 플라즈마 장치 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자 및 상기 복수의 플라즈마 장치 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자를 포함하며, 각각의 플라즈마 장치로 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절부; 각각의 플라즈마 장치로 인가되는 RF 신호를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 플라즈마 장치는: 내부에 기판이 배치되어 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 처리부; 플라즈마를 생성하여 상기 공정 처리부로 공급하는 플라즈마 생성부; 및 상기 공정 처리부 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 플라즈마 장치는 상기 전력 공급 장치에 병렬로 연결될 수 있다.

상기 임피던스 매칭부는: 상기 RF 신호 중 상기 플라즈마 장치로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 기 설정된 허용범위 내로 감소하도록 임피던스가 조절될 수 있다.

상기 제어부는: 상기 임피던스 매칭부가 상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시킨 뒤, 상기 감지 데이터를 기반으로 각각의 플라즈마 장치로 공급되는 전력량을 측정하고, 상기 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 조절되도록 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어할 수 있다.

상기 임피던스 매칭부는: 상기 제어부가 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어한 뒤, 상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법은, 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 플라즈마 챔버로 일정한 전력을 정확하고 신속하게 전달할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 플라즈마 챔버로 전력을 효율적으로 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치를 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절부의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 과정을 예시적으로 설명하는 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 처리 장치(1)는 전력 공급 장치(10) 및 복수의 플라즈마 장치(21, 22)를 포함할 수 있다. 상기 전력 공급 장치(10)는 플라즈마 장치(21, 22)로 RF 전력을 공급할 수 있다. 상기 플라즈마 장치(21, 22)는 상기 RF 전력으로 플라즈마를 생성하여 기판을 처리할 수 있다.

도 1에서 기판 처리 장치(1)는 두 개의 플라즈마 장치(21, 22)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 상기 기판 처리 장치(1)에 포함되는 플라즈마 장치의 개수는 이에 제한되지 않고 셋 또는 그 이상이 될 수도 있다.

상기 플라즈마 장치(21, 22)는 전력 공급 장치(10)에 대하여 부하로서 작용할 수 있다. 또한, 상기 복수의 플라즈마 장치(21, 22)는 전력 공급 장치(10)에 병렬로 연결될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치(21, 22)를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 장치(21, 22)는 공정 처리부(processing part)(100), 플라즈마 생성부(plasma generating part)(200) 및 배기부(exhausting part)(300)를 포함할 수 있다. 공정 처리부(100)는 애싱 공정(ashing process), 에칭 공정(etching process) 등과 같은 기판 처리 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 기판 공정에 필요한 플라즈마를 생성하여 공정 처리부(100)로 공급할 수 있다. 배기부(300)는 공정 처리부(100) 내부의 가스 및 반응 부산물 등을 외부로 배출할 수 있다.

구체적으로, 공정 처리부(100)는 공정챔버(110), 제 1 및 제 2 척(chuck)(120a, 120b), 밀폐 커버(140), 제 1 및 제 2 샤워헤드(shower head)(150a, 150b)를 포함할 수 있다.

공정챔버(110)는 기판 처리 공정을 수행하는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(110)의 내부 공간은 제 1 공간(FS) 및 제 2 공간(SS)으로 구획될 수 있으며, 기판 처리 공정 시 제 1 공간(FS) 및 제 2 공간(SS)에 각각 기판(W)이 로딩되어 제 1 및 제 2 공간(FS, SS) 각각에서 공정이 이루어질 수 있다.

공정챔버(110)의 측벽에는 기판(W)의 출입이 이루어지는 기판 출입구(112a)가 제공될 수 있으며, 기판 출입구(112a)는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 공정챔버(110)의 바닥면(111)에는 배기구들(111a, 111b, 111c)이 제공될 수 있다. 배기구들(111a, 111b, 111c)은 공정챔버(110) 내부의 가스나 반응 부산물을 배출할 수 있으며, 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)의 둘레에 형성될 수 있으며, 배기부(300)와 연결될 수 있다.

공정챔버(110)의 내부에는 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)이 설치될 수 있다. 제 1 척(120a)은 제 1 공간(FS)에 설치되며, 제 2 척(120b)은 제 2 공간(SS)에 설치될 수 있다. 공정 시 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)에는 각각 기판(W)이 안착되며, 기판들(W)은 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)에 안착된 상태에서 처리된다. 여기서, 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)은 정전척(electrode chuck)일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

또한, 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)은 공정 시 안착된 기판(W)을 기 설정된 공정온도로 가열할 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)은 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위한 리프트 핀(lift pin)들 및 적어도 하나의 히터(heater)를 각각 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치(10)로부터 RF 신호를 인가받을 수 있으며, 상기 전력 공급 장치(10)는 기 설정된 크기의 바이어스 전력을 연결된 척(120a, 120b)에 공급할 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)의 상부에는 밀폐 커버(140)와 제 1 및 제 2 샤워헤드(150a, 150b)가 설치될 수 있다. 밀폐 커버(140)는 공정챔버(110)의 상부에 구비되고, 공정챔버(110)와 결합하여 제 1 및 제 2 공간(FS, SS)을 밀폐시킬 수 있다. 다시 말해, 밀폐 커버(140)는 제 1 및 제 2 공간(FS, SS)에 일대일 대응하게 형성된 제 1 커버부(141)와 제 2 커버부(142)로 이루어질 수 있다. 제 1 및 제 2 커버부(141, 142)는 각각 플라즈마 생성유닛(200)과 결합할 수 있고, 플라즈마 생성유닛(200)으로부터 오는 플라즈마가 유입되는 유입구들이 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 커버부(141, 142)의 내부에는 유입구들을 통해 유입된 플라즈마를 제 1 및 제 2 샤워 헤드(150a, 150b)에 제공하기 위한 유도 공간들(GS1, GS2)이 제 1 및 제 2 척(120a, 120b)에 일대일 대응하게 형성될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 상기 각 유도 공간(GS1, GS2)은 역 깔때기(inverted funnel) 형상으로 형성될 수 있다.

제 1 커버부(141)의 아래에는 제 1 샤워헤드(150a)가 설치될 수 있고, 제 2 커버부(142)의 아래에는 제 2 샤워헤드(150b)가 설치될 수 있다. 제 1 샤워헤드(150a)는 제 1 척(120a)의 상부에 설치될 수 있으며, 제 1 커버부(141)의 유도 공간(GS1)에 유입된 플라즈마를 제 1 척(120a)에 안착된 기판(W)을 향해 분사할 수 있다. 제 2 샤워헤드(150b)는 제 2 척(120b)의 상부에 설치될 수 있으며, 제 2 커버부(142)의 유도 공간(GS2)에 유입된 플라즈마를 제 2 척(120b)에 안착된 기판(W)을 향해 분사할 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 커버부(141, 142)의 상부에는 플라즈마 생성부(200)가 설치될 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 각각 플라즈마를 생성하는 제 1 및 제 2 원격 플라즈마 생성 유닛(210, 220)을 포함할 수 있다. 제 1 원격 플라즈마 생성 유닛(210)은 제 1 커버부(141)의 상부에 설치될 수 있고, 플라즈마를 생성하여 제 1 커버부(141) 내의 유도 공간(GS1)에 제공할 수 있다. 제 2 원격 플라즈마 생성 유닛(220)은 제 2 커버부(142)의 상부에 설치될 수 있고, 플라즈마를 생성하여 제 2 커버부(142) 내의 유도 공간(GS2)에 제공할 수 있다.

구체적으로, 제 1 및 제 2 원격 플라즈마 생성부(210, 220)는 마그네트론들(211, 221), 도파관들(212, 222), 플라즈마 소스부들(213, 223) 및 가스 공급관들(214, 224)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 마그네트론들(211, 221)은 플라즈마 생성을 위한 마이크로파(microwave)를 발생시킬 수 있으며, 상기 도파관들(212, 222)은 연결된 마그네트론(211, 221)에서 생성된 마이크로파를 플라즈마 소스부들(213, 223)로 유도할 수 있다. 가스 공급관들(214, 224)은 플라즈마 소스부들(213, 223)에 연결되고, 플라즈마 생성에 필요한 반응가스를 연결된 플라즈마 소스부(213, 223)에 공급할 수 있다.

플라즈마 소스부들(213, 223)의 안에서는 상기 가스 공급관들(214, 224)로부터의 반응가스와 마그네트론들(211, 221)로부터의 마이크로파에 의해 플라즈마가 생성될 수 있다.

상기 플라즈마 소스부들(213, 223)은 제 1 및 제 2 커버부(141, 142)에 결합될 수 있으며, 상기 플라즈마 소스부들(213, 223)에서 생성된 플라즈마는 제 1 및 제 2 커버부(141, 142)의 유도 공간들(GS1, GS2)에 제공될 수 있으며, 제 1 및 제 2 샤워헤드(150a, 150b)를 통해 제 1 및 제 2 공간(FS, SS)에 제공될 수 있다.

한편, 공정 처리부(100)의 아래에는 배기부(300)가 설치될 수 있다. 배기부(300)는 제 1 및 제 2 공간(FS, SS)의 압력 조절 및 내부 공기의 배기를 수행할 수 있다. 배기부(300)는 메인 배기부(310), 보조 배기부들(320a, 320b) 및 밸브 유닛(330)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 메인 배기부(310)는 공정챔버(110)의 바닥면(111)에 형성된 메인 배기홀(111a)과 연통될 수 있다. 메인 배기홀(111a)은 제 1 척(120a)과 제 2 척(120b) 사이의 영역에 위치할 수 있으며, 메인 배기부(310)는 메인 배기홀(111a)을 통해 유입된 제 1 및 제 2 공간(FS, SS) 내의 가스 및 반응 부산물을 배기할 수 있다. 서브 배기부들(320a, 320b)는 공정챔버(110)의 바닥면(111)에 형성된 서브 배기홀들(111b, 111c)과 연통될 수 있다. 서브 배기홀들(111b, 111c)은 공정챔버(110)의 측벽(112)과 인접하게 위치할 수 있으며, 서브 배기부들(320a, 320b)은 서브 배기홀들(111b, 111c)을 통해 유입된 제 1 및 제 2 공간(FS, SS) 내의 가스 및 반응 부산물을 배기할 수 있다. 서브 배기부들(320a, 320b)의 출력단은 메인 배기부(310)에 연결될 수 있다.

메인 배기부(310)는 공정챔버(110)의 바닥면(111)에 연결된 제 1 배기 라인(311), 제 1 배기 라인(311)에 연결된 제 2 배기 라인(312), 및 제 2 배기 라인(312)에 연결된 제 3 배기 라인(313)을 포함할 수 있다.

제 1 배기 라인(311)은 공정챔버(110)의 바닥면(111)에 형성된 메인 배기홀(111a)과 연통될 수 있고, 지면에 대해 대체로 수직하게 연장될 수 있다. 제 2 배기 라인(312)은 입력단이 제 1 배기 라인(311)에 연결될 수 있고, 제 1 배기 라인(311)으로부터 지면에 대해 경사지도록 연장될 수 있다. 제 3 배기 라인(313)은 입력단이 제 2 배기 라인(312)에 연결되고, 지면에 대해 제 2 배기 라인(312)과 반대 방향으로 경사지도록 연장될 수 있다. 제 3 배기 라인(313)은 진공 펌프(340)와 연결될 수 있다. 진공 펌프(340)는 메인 배기부(310) 및 서브 배기부(320)를 통해 제 1 및 제 2 공간(FS, SS) 내의 가스를 강제 흡입하여 공정챔버(110)의 내부 압력을 조절하고, 제 1 및 제 2 공간(FS, SS) 내의 반응 부산물 또한 강제 흡입하여 외부로 배기할 수 있다.

한편, 제 2 배기라인(312) 내에는 진공펌프(340)로부터의 진공압이 제 1 및 제 2 공간(FS, SS)에 제공되는 것을 온/오프하는 밸브 유닛(330)이 설치될 수 있다. 밸브 유닛(330)은 제 2 배기라인(312)과 제 3 배기라인(313)이 연결되는 지점에 대응하게 설치되고, 제 2 배기라인(312)과 제 3 배기라인(313) 간을 연통 및 차단시킬 수 있다.

도 2를 참조하여 설명된 플라즈마 장치(21, 22)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 장치이지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 CCP 타입 외에도 다양한 타입의 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치(10)를 예시적으로 나타내는 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력 공급 장치(10)는 RF 전원부(11), 임피던스 매칭부(12), 전력 조절부(13), 센서부(14) 및 제어부(15)를 포함할 수 있다.

상기 RF 전원부(11)는 RF 신호를 제공할 수 있다. 상기 임피던스 매칭부(12)는 상기 RF 신호를 공급받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 상기 전력 조절부(13)는 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자(132) 및 상기 복수의 부하 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자(131)를 포함할 수 있으며, 각각의 부하로 공급되는 전력량을 조절할 수 있다. 상기 센서부(14)는 각각의 부하로 인가되는 RF 신호를 감지할 수 있다. 상기 제어부(15)는 상기 센서부(14)의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스를 제어할 수 있다.

상기 RF 전원부(11)는 RF 신호를 생성하여 부하로 출력할 수 있다. 상기 RF 전원부(11)는 RF 신호를 통해 부하에 전력을 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원부(11)는 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 출력할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 구형파, 삼각파, 톱니파, 펄스파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부하는 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 장치(21, 22)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 부하는 상기 RF 전원부(11)에 병렬로 연결될 수 있다.

상기 임피던스 매칭부(12)는 상기 RF 전원부(11)의 출력단에 연결되어, RF 전원부(11)의 출력 임피던스와 부하의 입력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭부(12)는 가변 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 임피던스 매칭부(12)는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭부(12)는 스텝핑 모터와 기어단이 결합된 구동 수단을 이용하여 상기 가변 커패시터를 구성하는 도전체 간의 간격을 조절함으로써 커패시턴스를 변경할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭부(12)는 다수의 커패시터 및 상기 다수의 커패시터를 부하에 연결시키는 다수의 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 임피던스 매칭부(12)는 각각의 커패시터에 연결된 스위치를 열고 닫음으로써 전체 커패시턴스 값을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 임피던스 매칭부(12)는 RF 전원부(11)로부터 부하로 제공되는 RF 신호 중 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 측정하고, 상기 반사파가 기 설정된 허용범위를 벗어나는 경우, 상기 반사파가 상기 허용범위 내로 감소하도록 임피던스 매칭부(12)의 임피던스를 조절할 수 있다.

상기 전력 조절부(13)는 각각의 부하로 공급되는 전력량을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전력 조절부(13)는 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자(132), 및 복수의 부하 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자(131)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력 조절부(13)는 두 개의 플라즈마 장치 중에서 제 1 플라즈마 장치에 연결된 고정 임피던스 소자(131)와, 제 2 플라즈마 장치에 연결된 가변 임피던스 소자(132)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절부(13)의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가변 임피던스 소자(132)는 커패시턴스가 변경될 수 있는 가변 커패시터를 포함할 수 있으며, 상기 고정 임피던스 소자(131)는 커패시턴스가 고정된 고정 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 가변 커패시터(132)는 후술하는 바와 같이 제어부(15)가 출력하는 제어신호에 따라 커패시턴스가 변경될 수 있다.

실시예에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가변 임피던스 소자(132)는 인덕턴스가 변경될 수 있는 가변 인덕터를 포함할 수도 있으나, 상기 가변 임피던스 소자의 종류는 이에 제한되지 않고 소자값이 변경되어 임피던스가 바뀔 수 있는 임의의 소자를 포함한다.

마찬가지로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고정 임피던스 소자(131)는 인덕턴스가 고정된 고정 인덕터를 포함할 수도 있으나, 상기 고정 임피던스 소자의 종류는 이에 제한되지 않고 일정한 소자값을 가져 임피던스가 고정되는 임의의 소자를 포함한다.

실시예에 따라, 상기 가변 임피던스 소자(132)는 가변 소자를 포함하여 둘 이상의 소자로 구성된 회로 블록일 수도 있으며, 상기 고정 임피던스 소자(131)는 둘 이상의 고정 소자로 구성된 회로 블록일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 복수의 부하 전부에 가변 임피던스 소자가 연결되는 대신, 복수의 부하 일부에만 가변 임피던스 소자가 연결되고 나머지 부하에는 소자값이 고정된 고정 임피던스 소자가 연결되는 경우, 각 부하에 목표전력을 용이하게 분배할 수 있으며 임피던스 매칭 및 전력 분배에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 센서부(14)는 각각의 부하의 입력단에 연결되어 부하로 인가되는 RF 신호를 감지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부(14)는 각각의 부하로 인가되는 RF 신호의 전압, 전류 및 위상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다. 감지된 RF 신호에 관한 데이터는 제어부(15)로 전달되어, 부하로 공급되는 전력량을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

상기 제어부(15)는 센서부(14)로부터 수신한 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(15)는 임피던스 매칭부(12)가 복수의 부하의 임피던스를 매칭시킨 뒤, 상기 감지 데이터를 기반으로 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정할 수 있다. 그러고 나서, 상기 제어부(15)는 상기 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 조절되도록 상기 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스를 제어할 수 있다. 다시 말해, 상기 제어부(15)의 전력량 조절 동작은, 상기 임피던스 매칭부(12)의 임피던스 매칭 동작이 완료된 후에 수행될 수 있다.

예를 들어, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 임피던스 매칭부(12)는 RF 전원부(11)로부터 부하로 제공되는 RF 신호 중, 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 기 설정된 허용범위를 초과하는 경우, 반사파가 상기 허용범위 내로 감소하도록 임피던스 매칭부에 포함된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절할 수 있다.

그러고 나서, 상기 임피던스 매칭부(12)의 임피던스 매칭 동작이 완료되면, 상기 제어부(15)는 센서부(14)로부터 각 부하에 인가되는 RF 신호에 관한 감지 데이터를 수신할 수 있다. 수신된 감지 데이터를 기반으로 상기 제어부(15)는 각 부하로 공급되는 전력량을 측정하고, 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 진입하도록 전력 조절부(13)에 포함된 가변 커패시터(132)의 커패시턴스를 조절할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부(15)는 각 부하에 동일한 전력량이 공급되도록 전력을 분배할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 상기 제어부(15)는 각 부하마다 상이한 전력량이 공급되도록 전력을 분배할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어부(15)는 고정 임피던스 소자(131)가 연결된 제 1 플라즈마 장치에는 100 W의 전력이 공급되고, 가변 임피던스 소자(132)가 연결된 제 2 플라즈마 장치에는 300 W의 전력이 공급되도록 전력을 분배할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 부하로 공급되는 전력량이 목표 전력범위를 벗어나 제어부(15)에 의해 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스가 조절된 경우, 상기 임피던스 매칭부(12)는 상기 제어부(15)의 임피던스 제어 동작이 완료된 뒤, 다시 복수의 부하의 임피던스 매칭 동작을 수행할 수 있다.

그러고 나서, 상기 임피던스 매칭부(12)의 임피던스 매칭 동작이 완료되면, 상기 제어부(15)는 다시 각 부하로 공급되는 전력량을 측정하여 목표 전력범위와 비교하고, 부하에 공급되는 전력량이 상기 목표 전력범위에 해당되면 제어 동작을 종료할 수 있다. 하지만, 부하에 공급되는 전력량이 상기 목표 전력범위를 벗어난 경우, 또다시 제어부(15)에 의한 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스 조절 동작과 임피던스 매칭부(12)에 의한 임피던스 매칭 동작을 반복할 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법을 예시적으로 설명하는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전력 공급 방법(400)은 RF 신호를 생성하는 단계(S41), 상기 RF 신호를 인가받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭하는 단계(S42), 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하는 단계(S43), 및 상기 전력량이 기 설정된 목표 전력범위를 벗어나는 경우((S44)에서 아니오), 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계(S45)를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법(400)은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치(10)에 의해 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 과정(S42)을 예시적으로 설명하는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스를 매칭하는 단계(S42)는, RF 신호 중 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 측정하는 단계(S421), 및 상기 반사파가 기 설정된 허용범위를 벗어나는 경우((S422)에서 아니오), 상기 반사파가 허용범위 내로 감소하도록 임피던스 매칭부(12)의 임피던스를 조절하는 단계(S423)를 포함할 수 있다.

상기 임피던스 매칭부(12)의 임피던스를 조절하는 단계(S423)는 임피던스 매칭부(12)에 포함된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

이와 같은 임피던스 매칭부(12)의 매칭 동작에 의해 반사파가 허용범위 내로 진입한 경우, 제어부(15)는 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하고, 상기 전력량이 목표 전력범위에 해당하는지 결정할 수 있다.

부하로 공급되는 전력량이 상기 목표 전력범위에 해당하는 것으로 결정된 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 방법은 종료하고, 각 플라즈마 장치에서 기판을 처리하는 공정이 수행될 수 있다.

하지만, 부하로 공급되는 전력량이 상기 목표 전력범위를 벗어나는 것으로 결정된 경우, 상기 제어부(15)는 부하에 연결된 가변 임피던스 소자(132)의 임피던스를 조절하여 상기 전력량이 목표 전력범위 내로 진입하도록 제어할 수 있다.

그러고 나서, 도 6에 도시된 바와 같이, 가변 임피던스 소자의 임피던스 조절 과정이 완료되면, 부하의 임피던스를 매칭시키는 과정이 수행될 수 있으며, 임피던스 매칭이 완료되면, 또다시 전력량 측정 및 비교 과정이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 임피던스 매칭 과정(S42), 전력량 측정 과정(S43), 전력량 비교 과정(S44) 및 임피던스 조절 과정(S45)은, 임피던스 매칭이 완료된 직후 측정된 각 부하의 전력량이 목표 전력범위 내에 해당하는 것으로 결정될 때까지((S44)에서 예) 반복하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부하는 RF 전력으로 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 플라즈마 장치(21, 22)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 장치는 내부에 기판이 배치되어 플라즈마 처리가 수행되는 공간을 제공하는 공정 유닛(100), 상기 공정 유닛의 내부로부터 공정 가스 및 반응 부산물을 배출하고, 상기 공정 유닛 내의 압력을 설정 압력으로 유지하는 배기 유닛(200), 및 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 상기 공정 유닛으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 유닛(300)을 포함할 수 있다.

이상, 복수의 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 장치, 전력 공급 방법 및 그를 이용한 기판 처리 장치가 설명되었다. 상기 전력 공급 장치, 전력 공급 방법 및 기판 처리 장치에 따르면, 복수의 플라즈마 장치에 소정의 전력을 정확하고 신속하게 전달하고 전력 전달 효율을 향상시킴으로써, 플라즈마 플리커 현상을 방지하고 반응기 간의 공정편차를 개선시킬 수 있다.

1: 기판 처리 장치
10: 전력 공급 장치
11: RF 전원부
12: 임피던스 매칭부
13: 전력 조절부
14: 센서부
15: 제어부
21, 22: 플라즈마 장치

Claims

RF 신호를 제공하는 RF 전원부;
상기 RF 신호를 공급받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부;
상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자 및 상기 복수의 부하 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자를 포함하며, 각각의 부하로 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절부;
각각의 부하로 인가되는 RF 신호를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 제어부;
를 포함하는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 부하는 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 장치를 포함하는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 부하는 서로 병렬로 연결되는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 임피던스 소자는 커패시턴스가 변경되는 가변 커패시터를 포함하고,
상기 고정 임피던스 소자는 커패시턴스가 고정된 고정 커패시터를 포함하는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센서부는 상기 RF 신호의 전압, 전류 및 위상 중 적어도 하나를 감지하는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는:
상기 RF 신호 중 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 기 설정된 허용범위 내로 감소하도록 임피던스가 조절되는 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 임피던스 매칭부가 상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭시킨 뒤, 상기 감지 데이터를 기반으로 각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하고, 상기 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 조절되도록 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 전력 공급 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는:
상기 제어부가 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어한 뒤, 상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭시키는 전력 공급 장치.
RF 신호를 생성하는 단계;
상기 RF 신호를 인가받는 복수의 부하의 임피던스를 매칭하는 단계;
각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하는 단계; 및
상기 전력량이 기 설정된 목표 전력범위를 벗어나는 경우, 상기 복수의 부하 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계;
를 포함하는 전력 공급 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 임피던스를 매칭하는 단계는:
상기 RF 신호 중 상기 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 측정하는 단계; 및
상기 반사파가 기 설정된 허용범위를 벗어나는 경우, 상기 반사파가 상기 허용범위 내로 감소하도록 임피던스 매칭부의 임피던스를 조절하는 단계;
를 포함하는 전력 공급 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계 뒤에,
상기 복수의 부하의 임피던스를 매칭하는 단계;
각각의 부하로 공급되는 전력량을 측정하는 단계; 및
상기 전력량이 상기 목표 전력범위를 벗어나는 경우, 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하는 단계;
를 반복하는 전력 공급 방법.
RF 전력을 공급하는 전력 공급 장치; 및
상기 RF 전력으로 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 복수의 플라즈마 장치를 포함하며,
상기 전력 공급 장치는:
RF 신호를 제공하는 RF 전원부;
상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부;
상기 복수의 플라즈마 장치 중 일부에 연결된 가변 임피던스 소자 및 상기 복수의 플라즈마 장치 중 나머지에 연결된 고정 임피던스 소자를 포함하며, 각각의 플라즈마 장치로 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절부;
각각의 플라즈마 장치로 인가되는 RF 신호를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부의 감지 데이터를 기반으로 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 플라즈마 장치는:
내부에 기판이 배치되어 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 처리부;
플라즈마를 생성하여 상기 공정 처리부로 공급하는 플라즈마 생성부; 및
상기 공정 처리부 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기부를 포함하는 기판 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 플라즈마 장치는 상기 전력 공급 장치에 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 가변 임피던스 소자는 커패시턴스가 변경되는 가변 커패시터를 포함하고,
상기 고정 임피던스 소자는 커패시턴스가 고정된 고정 커패시터를 포함하는 기판 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 센서부는 상기 RF 신호의 전압, 전류 및 위상 중 적어도 하나를 감지하는 기판 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는:
상기 RF 신호 중 상기 플라즈마 장치로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 기 설정된 허용범위 내로 감소하도록 임피던스가 조절되는 기판 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 임피던스 매칭부가 상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시킨 뒤, 상기 감지 데이터를 기반으로 각각의 플라즈마 장치로 공급되는 전력량을 측정하고, 상기 측정된 전력량이 기 설정된 목표 전력범위 내로 조절되도록 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어하는 기판 처리 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는:
상기 제어부가 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 제어한 뒤, 상기 복수의 플라즈마 장치의 임피던스를 매칭시키는 기판 처리 장치.