KR100295430B1 - 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 플라즈마 균일성이 제어가능한 상태에서 반도체 장치 제조공정이 이루어지도록 하는 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비에 관한 것으로서, 반도체 장치 제조를 위한 소정 공정이 수행되는 공정챔버와, 이 공정챔버의 내부 하측에 웨이퍼가 재치되도록 설치되며, 단일 제1전원을 공급받는 다수의 제1감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되고, 다수의 전극으로 이루어지는 하부전극이 설치되며, 상기 공정챔버의 내부 상측에 설치되고, 단일 제2전원을 공급받는 다수의 제2감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되며 다수의 전극으로 이루어지는 상부전극이 구비되어 이루어진다.

Description

멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비{Apparatus for fabricating semiconductor devices used by multiple electrode}
본 발명은 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 상태에서 공정을 수행하는 설비에 공급되는 고주파전원이 다수의 전극을 통해 공급되어 공정중의 플라즈마 균일도를 제어할 수 있는 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비에 관한 것이다.
스퍼터링(Sputtering) 공정, 화학기상증착 공정 및 식각공정 등의 반도체 장치 제조공정에서는 반응가스를 플라즈마 상태로 변형함으로써 웨이퍼 상에 박막을 형성하거나 웨이퍼의 소정영역을 식각하고 있다.
그리고, 상기 플라즈마를 이용한 반도체 장치 제조공정이 진행되는 공정챔버는 내부에 전극이 구비되고, 상기 전극과 고주파발생기가 연결됨으로써 고주파발생기에서 발생된 고주파전력이 각 전극에 공급되어 반응가스가 플라즈마 상태로 전환되는 CCP(Capacitively Coupled Plasma)타입이 있다. 또한 공정챔버 내부에 전극이 구비되고, 공정챔버 내측 또는 외측에 코일이 구비되며, 전극 및 코일에 고주파발생기가 연결됨으로써 고주파발생기에서발생된 고주파전력이 각 전극에 공급되어 반응가스가 플라즈마 상태로 전환되는 ICP(Inductively Coupled Plasma)타입이 있다.
도1은 고주파 CCP(High Frequency CCP) 타입에서의 공정챔버가 예시되어 있는데, 공정챔버(10)에는 챔버월(12)에 단일극성의 상부전극(14)이 형성되어 소스정합부(20)에 연결되어 있고, 소스정합부(20)는 전원(V1)에 연결되어 고주파전력을 공급받는다.
그리고, 공정챔버(10) 내의 하측에는 단일극성의 하부전극(16)이 바이어스정합부(22)와 연결되어 있으며, 바이어스정합부(22)에도 전원(V2)이 연결되어 있다. 공정챔버(10)의 상측으로부터 공정가스가 공급되며, 하측에서는 공정챔버(10) 내부를 진공으로 형성하기 위한 펌핑이 이루어진다.
전술한 바와 같이 이루어지는 종래의 공정챔버(10)에서는 고주파전력이 상부전극(14)으로부터 공급되어 공정챔버(10) 내부가 플라즈마 상태로 되고, 이 때 발생된 이온들이 하부전극(16)의 영향으로 웨이퍼(18) 상의 소정 부위에 부딪히면서 스퍼터링, 증착 또는 식각 등의 공정이 수행된다.
그런데, 플라즈마가 형성된 상태에서 공정이 이루어질 때에는 공정챔버(10) 내부가 균일한 조건으로 되는 것이 필수적이며, 플라즈마 균일성에 관계있는 것으로는 전극의 구조 및 설치형태와 공정챔버 내의 압력분포 등 여러가지 요인에 의해 영향을 받는 것으로 알려진다. 이들 요인중 가장 중요한 것으로는 전극의 영향이라고 할 수 있다.
종래의 고주파 CCP 타입에서는 이러한 요건을 만족시키지 못하는 문제점이있었는데, 플라즈마 균일성(Plasma Uniformity) 제어측면에서 한계가 있었다. 단일전극이 사용되면서 플라즈마 형성에 있어서 공정챔버(10) 내에 균일하게 형성되지 않았고, 공정 또한 균일하게 이루어지지 않았다.
따라서, 전술한 바와 같이 종래에는 플라즈마 형성을 위한 전극이 단일전극으로 사용되면서 플라즈마 균일성을 이루기가 어려웠고, 웨이퍼 상에서 실제 이루어지는 공정의 균일성 또한 보장할 수 없는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 플라즈마 상태에서 공정이 수행되는 설비에서 단일 고주파전원이 다수의 전극에 소스전원으로 공급되어 플라즈마 균일도가 향상되도록 제어하기 위한 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 상태에서 공정이 수행되는 설비에서 단일 고주파전원이 웨이퍼가 재치되는 다수의 전극에 바이어스전원으로 공급되어 바이어스전원이 제어되며, 그에 의해 공정균일도가 향상되도록 하기 위한 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 공정챔버에 전극이 형성되어 있는 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도3은 도2의 하부전극을 나타내는 평면도이다.
도4는 도2의 감쇄기의 상세구조와 제어기를 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 30 : 공정챔버 12, 32 : 챔버월(Chamber Wall)
14, 34 : 상부전극 16, 36 : 하부전극
18 : 웨이퍼 20 : 소스정합부
22 : 바이어스정합부 38 : 소스제어부
40 : 바이어스제어부 42 : 내전극
44 : 외전극 46a : 내전극정합부
46b : 외전극정합부 48a, 48b, 58a, 58b, 58c, 64 : 감쇄기
50 : 센터(Center)전극 52 : 미들(Middle)전극
54 : 에지(Edge)전극 56a : 센터정합부
56b : 미들정합부 56c : 에지정합부
60 : 모터 62 : 제어부
L1, L2 : 코일
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비는, 반도체 장치 제조를 위한 소정 공정이 수행되는 공정챔버와, 이 공정챔버의 내부 하측에 웨이퍼가 재치되도록 설치되며 단일제1전원을 공급받는 다수의 제1감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되고 다수의 전극으로 이루어지는 하부전극이 설치되며, 상기 공정챔버의 내부 상측에 설치되고 단일 제2전원을 공급받는 다수의 제2감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되며 다수의 전극으로 이루어지는 상부전극이 구비되어 이루어진다.
이 때 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 동심원 모양으로 될 수 있는 둘 이상의 전극이 서로 절연되어 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1 및 제2감쇄기는 소정 모터의 구동을 제어하는 제어부에 의해 일차코일과 이차코일의 권선비가 가변됨으로써 공급전원의 크기가 조절되도록 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비의 일 실시예가 도2에 개략적으로 도시되어 있다. 도2에 의하면, 공정챔버(30)는 챔버월(32) 내의 상측에 상부전극(34)이 설치되어 있고, 하측에 하부전극(36)이 설치되어 있다.
상부전극(34)에는 단일 제너레이터인 전원(V1)으로부터 공급되는 전원의 크기를 조절하는 소스제어부(38)가 연결되어 있다. 상부전극(34)은 두 개의 전극으로 이루어지는 데, 상부전극(34)의 중앙에는 내전극(42)이, 외측에는 외전극(44)이 형성되어 있다. 내전극(42)에는 소스제어부(38)를 이루는 내전극정합부(46a)와 감쇄기(48a)가 직렬로 연결되어 있고, 외전극(44)에도 역시 소스제어부(38)를 이루는 외전극정합부(46b)와 감쇄기(48b)가 직렬로 연결되어 있으며, 이들은 전원(V1)에 대하여 병렬로 연결되어 있다.
하부전극(36)의 중심에는 센터전극(50)이, 외측에는 미들전극(52)이, 그리고 최외각에는 에지전극(54)이 설치되어 이루어진다.
하부전극(36)을 이루는 전극들(50, 52, 54)은 단일 제너레이터인 전원(V2)으로부터 전원을 공급받고, 전원의 크기는 바이어스제어부(40)에서 조절된다. 전극들(50, 52, 54)에 공급되는 전원의 크기는 바이어스제어부(40)를 이루는 정합부들(56a, 56b, 56c) 및 감쇄기들(58a, 58b, 58c)에 의해 조절된다. 즉, 센터전극(50)에는 센터정합부(56a)와 감쇄기(58a)가 연결되고, 미들전극(52)에는 미들정합부(56b)와 감쇄기(58b)가 연결되어 있으며, 에지전극(54)에는 에지정합부(56c)와 감쇄기(58c)가 각각 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 이들 전극들(50, 52, 54)은 도3에 도시된 바와 같이 동심원을 그리며 서로 절연되도록 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예는 상부전극(34)을 이루는 내전극(42) 및 외전극(44)에 의해 플라즈마 균일도가 향상되도록 조절되며, 하부전극(36)을 이루는 센터전극(50), 미들전극(52) 및 에지전극(54)에 의해 공급되는 전력량이 다르게 설정가능하므로 웨이퍼(18) 상에 형성되는 공정의 균일도가 향상되도록 조절할 수 있다.
소스제어부(38)와 바이어스제어부(40)는 각각의 제너레이터가 사용되어서 서로 다른 크기의 전력량을 갖는 전원(V1, V2)이 공급되도록 이루어지며, 각각의 전원으로부터 공급되는 전력이 정합되어서 공급되도록 한다.
소스제어부(38)에 의해 공정챔버(30) 내부가 플라즈마 상태로 형성되기 위한 전원이 정합되며, 플라즈마의 균일도 향상을 위해 상부전극(34)의 내전극(42)과 외전극(44)에 서로 다른 크기의 전력이 공급된다. 전원(V1)으로부터 공급되는 전력은 감쇄기(48a)를 통해 소정 크기를 갖는 전압으로 조절되고, 해당 전압이 외소스정합기(46a)로 공급되어 공정챔버(30)와 정합되어진 후 외전극(44)으로 공급된다.
감쇄기(48a)에서의 전압의 크기를 조절하는 것은 구체적인 한 방법이 도4에 도시되어 있으며, 일차코일(L1)로부터 상호유도에 의해 권선비가 다른 이차코일(L2)이 유도되도록 조절되어 출력전압이 가변될 수 있다. 이차코일(L2)의 권선비의 선택은 공정챔버(30)를 제어하는 제어부(62)에 의해 이루어지며, 공정에 따른 레시피(Recipe)에 따라 모터(60)를 구동시켜서 코일의 적정 권선비를 선택할 수 있도록 이루어진다.
전술한 감쇄기(48a)를 통해 이루어지는 출력전압 선택방법은 본 실시예에 제시된 다른 감쇄기들에도 동일하게 적용된다.
또한, 하부전극(36)에 있어서도 전술한 상부전극(34)의 경우와 유사한 작용에 의해 전원이 공급된다. 즉, 센터전극(50)의 예를 들면 전원(V2)으로부터 고주파전원이 감쇄기(58a)로 공급되고, 감쇄기(58a)에서 적정 전압으로 조절된 후 센터정합부(56a)로 공급되어 정합되어진 후 센터전극(50)으로 공급된다.
이때 센터전극(50), 미들전극(52) 및 에지전극(54)으로 공급되는 전력량이 다르게 설정될 수 있는데, 이는 공정챔버(30)의 특성, 플라즈마의 형성상태 및 웨이퍼의 중앙 및 변부에서 이루어지는 통계적인 공정결과에 따라 다르게 설정될 수 있다. 이로써 식각공정의 경우에는 식각의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 증착공정에서도 균일한 증착이 이루어지도록 할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상부전극(34)을 두 개로 형성하고, 하부전극(36)을 세 개로 형성한 예가 제시되었으나, 전극의 수가 동일하게 구성될 수도 있으며, 더 많은 전극이 설치되어 더욱 정밀한 공정이 수행되도록 할 수 있음은 당연한 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 의하면 공정챔버에 형성되는 플라즈마 상태가 균일하게 유지되도록 조절가능하며, 또한 공정이 이루어지는 웨이퍼 상에서의 공정균일도가 보장되는 이점이 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 플라즈마 상태에서 공정이 수행되는 설비에서의 플라즈마 균일도가 향상됨과 동시에 플라즈마 손상(Damage)이 방지되며, 단일 고주파전원이 웨이퍼가 재치되는 다수의 전극에 바이어스전원으로 공급되어 바이어스전원의 크기가 제어되며, 그에 따른 공정균일도가 향상되며, 프로파일(Profile) 조절이 용이한 효과가 있다.
또한, 소스 및 바이어스에는 각각 하나의 고주파 제너레이터에 의해 전원이 공급될 수 있는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

  1. 반도체 장치 제조를 위한 소정 공정이 수행되는 공정챔버;
    상기 공정챔버의 내부 하측에 웨이퍼가 재치되도록 설치되고, 단일 제1전원을 공급받는 다수의 제1감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되며, 다수의 전극으로 이루어지는 하부전극; 및
    상기 공정챔버의 내부 상측에 설치되고, 단일 제2전원을 공급받는 다수의 제2감쇄기에 각각 연결되어서 임피던스 정합된 전원이 공급되며, 다수의 전극으로 이루어지는 상부전극;
    이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부전극 및 상기 하부전극은 둘 이상의 전극으로 이루어지며, 서로 절연되어서 동심원 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2감쇄기는 소정 모터의 구동을 제어하는 제어부에 의해 일차코일과 이차코일의 권선비가 가변됨으로써 공급전원의 크기가 조절된것을 특징으로 하는 상기 멀티전극을 이용한 반도체 장치 제조설비.
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