KR100251273B1

KR100251273B1 - Rf전력에따른임피던스정합방법

Info

Publication number: KR100251273B1
Application number: KR1019970003680A
Authority: KR
Inventors: 조국형; 김철희
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2000-05-01
Also published as: KR19980067572A

Abstract

본 발명은 RF 전력에 따른 임피던스 정합 방법에 관한 것으로, 여러 환경에서 RF 전력을 테스트하여 각각의 전력에 따른 임피던스 정합 값을 구하고, 각각의 임피던스 정합 값에 ID 번호를 부여한 후 설비에 저장한다. 이와 같이 임피던스 정합 정보가 설비에 저장되면 다른 레시피 환경에서 공정을 진행하기 위해서 RF 전력을 급격하게 변화시키더라도 RF 전력에 대응하는 임피던스를 신속하게 정합시킬 수 있다. 따라서, 설비를 조기 ??업(set-up)시킬 수 있고 안정적인 플라즈마 상태를 유지할 수 있어 생산성 향상 및 시스템 안정에 기여할 수 있다.

Description

RF(Radio Frequency) 전력에 따른 임피던스 정합 방법{Method of Impedance matching corresponded to Radio Frequency power supply}

본 발명은 HDP(High Density Plasma) CVD 설비의 임피던스 정합 시스템(impedance matching system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증착 공정이 완료된 후 다른 공정을 진행하기 위해서 프로세서 레시피 중 RF 전력을 급속하게 변화시킬 경우 이에 상응하는 임피던스를 신속하게 정합시키기 위한 RF 전력에 따른 임피던스 정합 방법에 관한 것이다.

일반적으로 HDP CVD(고밀도 플라즈마 화학기상증착)는 0.5㎛ 이하급 반도체 소자 제조 과정에서 메탈층과 메탈층 사이에 형성되는 절연층의 스페이스를 채우기 위해 사용되는 공정으로 이 공정은 보통 CMP(Chemical Mechanical Polishing;화학적·기계적 연마) 공정과 함께 진행되어 고품질의 산화막을 제작한다.

이와 같은 공정이 진행되는 HDP CVD 설비는 프로세서 챔버 내부 분위기를 조성하는 소스(source) RF 시스템과, 공정 진행중에 프로세서 챔버에 도포된 폴리머를 제거하기 위한 베이스 쉴드(bias shiled) RF 시스템과, 웨이퍼 반응을 향상시키는 척(chuck) RF 시스템등 복수개의 RF 시스템이 사용된다. 각각의 RF 시스템에는 RF 제너레이터와 RF 발생장치의 임피던스를 정합시켜주기 위한 임피던스 정합 장치가 사용된다. 그러나, 이러한 임피던스 정합 장치는 정합 조건이 좁은 영역(RF 전력이 변화되는 범위가 적을 경우)에서는 신속하게 임피던스를 정합시킬 수 있으나 프로세서 레시피 환경, 즉, RF 전력이 급속하게 변화되면 임피던스 정합이 불가능하게 되어 공정을 진행할 수 없다는 단점이 있다.

도 1은 HDP CVD 설비의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도시된 바와 같이 챔버(3) 양측 벽(5) 내부 각각에는 공정 진행중에 도포된 폴리머를 제거하기 위한 막대형상의 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)가 설치되어 있고, 각각의 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)의 후면에는 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)와 일정간격 이격되어 있으며 코일로 형성된 소스 RF 발생장치(20)가 설치되어 있다. 또한, 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)와 소스 RF 발생장치(20) 각각에는 베이스 쉴드 및 소스 RF 발생장치(10)(20)에 최대전력을 공급하기 위한 베이스 쉴드 및 소스 임피던스 정합 장치(11)(21)가 연결되어 있고, 각각의 베이스 쉴드 및 소스 임피던스 정합 장치(11)(21)에는 각각의 베이스 쉴드 및 소스 RF 발생장치(10)(20)에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터(13)(23)와 임피던스를 정합시키기 위한 베이스 쉴드 및 소스 제어부(15)(25)가 연결되어 있으며, 베이스 쉴드 제어부(15)와 소스 제어부(25)는 시스템 전체를 제어하는 시스템 제어부(30)에 연결되어 있다.

또한, 챔버(3) 상부면에는 세정용 가스 또는 공정용 가스를 공급하기 위한 인젝터 튜브(7)가 형성되어 있고, 챔버(3) 하부면에는 공정이 진행될 웨이퍼가 놓여지는 스테이지(9)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 HDP CVD 설비의 임피던스 정합 방법에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 프로세서 레시피중 증착 공정을 진행하기 위해 인가되는 RF 전력과 이에 상응하는 임피던스 정합 값을 설비에 세팅(S50)한 후 증착 공정을 진행한다(S51).

공정이 진행되는 단계를 도 1을 참조하여 좀더 상세히 언급하면, 먼저, 챔버(2) 내부에 공정용 가스가 주입되면 RF 제너레이터(13)에서 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 전력을 인가한다. 여기서, RF 제너레이터(13)에서 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 전력을 인가하면 베이스 쉴드 제어부(15)는 RF 제너레이터(13)로부터 신호를 전달받아 이에 대응하는 신호를 베이스 쉴드 임피던스 정합 장치(11)의 모터(미도시)에 전달한다. 베이스 쉴드 제어부(15)의 신호를 입력한 모터는 임피던스가 정합되는 방향으로 회전하여 베이스 쉴드 임피던스 정합 장치(11)에 설치되어 있는 캐패시터(C) 값을 변화시킴으로써 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)와 RF 제너레이터(13) 사이의 임피던스를 정합시킨다.

이와 같이, 임피던스 정합에 의해 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 최대 전력이 공급되면 챔버(3)내에 주입된 반응성 가스들은 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에서 발생되는 고주파에 의해서 활성화된다. 이와 같이 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 의해서 반응성 가스들이 활성화되면 소스 RF 발생장치(20)에 RF 전력을 인가시켜 챔버(3) 내부 분위기 조성하고 웨이퍼 온도를 상승시킨다. 여기서, 소스 RF 발생장치(20)와 RF 제너레이터(23) 사이의 임피던스를 정합시키는 방법은 상기와 동일한 방법에 의해서 이루어진다.

한편, 다른 환경에서 증착 공정을 진행하기 위해 특정한 프로세서 레시피의 환경, 즉, RF 전력을 상기 공정을 진행하기 위해서 설비에 설정했던 RF 전력에서 좁은 범위에서 변화시켜 설비에 세팅할 경우 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터와 RF 발생장치 사이의 임피던스를 신속하게 정합시킬 수 있다.

그러나, 프로세서 레시피 환경중 RF 전력을 상기 공정을 진행하기 위해서 설비에 설정했던 전력보다 큰 범위에서 급속하게 변화시킬 경우 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터와 RF 발생장치 사이의 임피던스를 정합시키지 못하는 정합 불능 상태가 되어 더 이상 증착 공정을 진행할 수 없게 되고 이로 인해 설비가동률이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 프로세서 레시피의 환경, 즉, RF 전력이 급속하게 변화시켜 HDP CVD 설비에 세팅할 경우 설비에서 레시피 환경에 적합한 신호를 신속하게 임피던스 정합장치에 전달하여 설비를 조기 ??업시킴으로 설비가동률을 향상시키도록 한 프로세서 레시피 환경에 따른 임피던스 정합 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 HDP CVD 설비를 개략적으로 나타낸 단면도이고,

도 2는 종래의 증착 공정이 진행되는 순서를 나타낸 순서도이고,

도 3은 본 발명에 의한 시스템 제어부에 저장되어 있는 메모리 맵을 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명에 의한 증착 공정이 진행되는 순서를 나타낸 순서도이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 여러 범위의 RF 전력을 테스트하여 각각의 RF 전력 범위에 상응하는 임피던스 정합 값을 설정하는 단계와, 상기 여러 범위의 RF 전력과 각각의 상기 RF 전력에 상응하는 상기 임피던스 정합 값 등의 임피던스 정합 정보를 설비에 저장하는 단계와, 상기 설비에 공정을 진행하기 위해서 공정이 진행될 RF 전력을 입력하는 단계와, 상기 설비에 입력된 RF 전력에 상응하는 임피던스 정합 값을 상기 설비에 기 저장된 상기 임피던스 정합 정보를 서치(search)하는 단계와, 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 의한 프로세서 레시피 환경에 따른 임피던스 정합 방법을 첨부된 도면 도 1 및 도 3과 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 HDP CVD 설비의 구성은 도 1에 도시된 것과 동일하므로 생략하기로 한다.

도 3은 도 1의 시스템 제어부에 입력되어 있는 메모리 맵을 나타낸 도면으로 메모리 맵(100)의 행에는 증착 공정을 진행하기 위해서 설비에 인가되는 여러 범위의 RF 전력(110)과, 각각 RF 전력에 따른 임피던스 정합 값(130)과, 각각의 RF 전력에 따른 각각의 임피던스 값의 고유 번호인 ID 번호(120)가 기록되어 있다.

이와 같이 구성된 HDP CVD 설비에서 각각의 RF 전력에 따라 임피던스를 정합시키는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 프로세서 레시피 환경중에서 RF 전력을 여러 환경에서 테스트하여 각각의 RF 전력에 따른 임피던스 정합 값을 설정(S200)하고, 각각 다른 임피던스 정합 값에 각각 다른 ID 번호를 부여(S201)한다. 이를 도 3을 참조하여 좀더 상세히 언급하면, 예를 들어 RF 제너레이터에서 발생장치에 전력 50㎑를 인가하여 RF 제너레이터와 RF 발생장치 사이의 임피던스 정합 값을 구하였을 때 임피던스 정합 값이 aΩ이라고 가정하면 RF 전력 50㎑와 임피던스 정합 값 aΩ에 ID 번호 1을 부여한다. 그리고, RF 제너레이터에서 각각 다른 RF 전력, 예를 들어 400㎑, 800㎑,……,10㎒, 13㎒를 차례대로 RF 발생장치에 인가했을 경우 RF 제너레이터와 RF 발생장치 사이의 임피던스 정합 값을 각각 구하여 그 결과에 따른 각각의 임피던스 정합 값에 각각 다른 ID 번호를 부여한다.

이와 같이 여러 환경에서 각각의 RF 전력을 테스트하여 각각의 임피던스 정합 값이 결정되면 도 3에 도시된 임피던스 정합 정보, 즉, RF 전력과 ID 번호 및 임피던스 정합 값을 설비에 입력(S202)한다.

이후, 증착 공정을 진행하기 위해서 작업자가 공정에 적합한 RF 전력을 설비에 입력(S203)하면, 시스템 제어부는 기 저장되어 있는 임피던스 정합 정보에서 작업자가 입력한 RF 전력과 대응되는 ID 번호를 찾아 임피던스 정합 값을 소스 제어부에 전달(S204)한다. 이후, 설비에 반응성 가스와 RF 전력을 인가하여 증착 공정을 진행한다(S205).

증착 공정 진행하는 단계(S205)를 도 1을 참조하여 좀더 상세히 설명하면, RF 제너레이터(13)에서 HDP CVD 설비(1)에 작업자가 입력한 RF 전력, 예를 들어 작업자가 10㎒를 설비에 입력했으면 RF 제너레이터(13)에서 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 10㎒ 전력을 인가한다. 여기서, 10㎒ 전력에 상응하는 임피던스를 정합시키기 위해서 RF 제너레이터(13)에서 베이스 쉴드 제어부(15)에 신호를 전달하면 베이스 쉴드 제어부(15)는 시스템 제어부(30)로부터 전달 받은 임피던스 정합 값 χΩ을 베이스 쉴드 임피던스 정합 장치(11)에 전달한다. 베이스 쉴드 제어부(15)의 신호를 전달받은 베이스 쉴드 임피던스 정합 장치(11)는 모터(미도시)를 구동시킨다. 이때, 모터가 임피던스 정합되는 방향으로 회전하면 베이스 쉴드 임피던스 정합 장치(11)에 설치되어 있는 캐패시터(C) 값이 변화되면서 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)와 RF 제너레이터(13) 사이의 임피던스를 정합시킨다.

이와 같이, 임피던스 정합에 의해 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에 최대 전력이 공급되면 챔버(3)내에 주입된 반응성 가스들은 베이스 쉴드 RF 발생장치(10)에서 발생된 고주파에 의해서 활성화된다. 이와 같이 반응성 가스들이 활성화되면 소스 RF 발생장치(20)에 RF 전력을 인가하여 챔버(3) 내부 분위기를 조성하고 웨이퍼 온도를 상승시킨다. 여기서, 소스 RF 발생장치(20)와 RF 제너레이터(23) 사이의 임피던스를 정합시키는 방법은 상기와 동일한 방법에 의해서 이루어진다.

한편, 다른 환경에서 증착 공정을 진행하기 위해서 작업자는 설비에 예를 들어 600㎑의 전력을 입력하였을 경우 시스템 제어부(30)는 설비에 기 저장되어 있는 임피던스 정합 정보(100)를 서치(search)하여 600㎑의 전력에 해당하는 ID 번호를 찾아 베이스 쉴드 제어부(15) 또는 소스 제어부(25)에 임피던스 정합 값 cΩ을 전달한다. 베이스 쉴드 및 소스 제어부(15)(25)에 임피던스 정합 값이 전달되면 베이스 쉴드 및 소스 제어부(15)(25)는 임피던스 정합 장치에 신호를 전달하여 임피던스를 정합시켜 공정을 진행한다. 이와 같이 다른 레시피 환경에서 공정을 진행하기 위해서 RF 전력을 급격하게 변화시키더라도 설비에 그에 해당하는 임피던스 정합 정보(100)가 이미 저장되어 있기 때문에 작업자가 원하는 RF 전력에 대응하는 임피던스를 신속하게 정합시킬 수 있다. 따라서, 설비를 조기 ??업시킬 수 있고 안정적인 플라즈마 상태를 유지할 수 있어 생산성 향상 및 시스템 안정에 기여할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 여러 범위의 RF 전력을 테스트하여 각각의 RF 전력에 따른 임피던스 정합 값을 산출하고 각각의 임피던스 정합 값에 ID 번호를 부여하여 임피던스 정합 정보를 설비에 입력시킴으로써 RF 전력이 급속하게 변화되어도 그에 해당하는 임피던스를 신속하게 정합시킬 수 있어 설비가동률을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

챔버에 설치된 베이스 쉴드 RF 발생장치와 제 1 RF 제너레이터 사이 및 소스 RF 발생장치와 제 2 RF 제너레이터 사이에 개재된 베이스 쉴드 임피던스 정합장치와 소스 임피던스 정합장치, 상기 베이스 쉴드 임피던스 정합장치와 소스 임피던스 정합장치를 각각 제어하는 베이스 쉴드 제어부와 소스 제어부 및 상기 베이스 쉴드 제어부와 소스 제어부에 연결되어 시스템 전체를 제어하는 시스템 제어부를 구비하는 고밀도 플라즈마 CVD 장치의 임피던스 정합시스템에서,

여러 범위에 대응하는 RF 전력을 테스트하여 각각의 RF 전력에 상응하는 임피던스 정합값을 설정하는 단계;

상기 테스트된 RF 전력과 이에 상응하는 상기 임피던스 정합값을 한 세트로 하는 임피던스 정합정보를 저장하는 단계;

상기 챔버내에 소정의 공정을 진행하기 위해서 상기 공정에 적용되는 RF 전력을 입력하는 단계;

상기 입력된 RF 전력에 상응하는 임피던스 정합값을 상기 저장된 임피던스 정합정보로부터 검색하는 단계;

상기 검색된 임피던스 정합값을 상기 베이스 쉴드 임피던스 정합장치 또는 소스 임피던스 정합장치에 전달하여 상기 베이스 쉴드 RF 발생장치와 제 1 RF 제너레이터 사이 및 상기 소스 RF 발생장치와 제 2 RF 제너레이터 사이에 임피던스를 정합시킨 후, 상기 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 전력에 따른 임피던스 정합 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 한 세트 단위로 대응하는 ID 번호를 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 전력에 따른 임피던스 정합 방법.