KR100698066B1 - 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법 - Google Patents

건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 건식식각 장비에서 드라이 크리닝(dry creaning)시 또는 공정진행 중에 막질의 변화를 드로틀 밸브 스텝(throttle valve step)의 변화를 이용하여 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템은 건식식각시의 압력을 나타내는 진공펌프라인; 상기 진공펌프라인의 압력에 따라 움직이고, PID (Proportional Integral Derivative) 제어기가 피드백(feedback)한 드로틀 밸브의 움직임에 대한 정보로 진공펌프라인의 압력을 제어하는 드로틀 밸브; 상기 드로틀 밸브의 움직임을 읽는 모노미터(monometer); 및 상기 모노미터의 움직임에 대한 정보를 수집하여 드로틀 밸브에 피드백하는 PID 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
건식식각, 막질, 드로틀 밸브, 모노미터, PID 제어

Description

건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법{The system and method for detecting the variation of film on the way of dry etching}
도 1은 종래의 반도체 제조장비의 건식식각장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 공정진행 중에 변화하는 드로틀 밸브의 변화를 데이터화하여 도식한 결과를 나타낸 것이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 진공펌프라인 200 : 드로틀 밸브
300 : 모노미터 400 : PID 제어기
본 발명은 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 건식식각 장비에서 드라이 크리닝(dry creaning)시 또는 공정진행 중에 막질의 변화를 드로틀 밸브 스텝(throttle valve step)의 변화를 이용하여 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 반도체 제조장비의 건식식각장치의 구조를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 막대형의 제1도파관(2)과 원형의 제2도파관(4)이 서로 일체로 형성되어 있고, 상기 제1도파관(2)의 입구 측에는 마그네트론(1)이 설치되며, 제2도파관(4)의 외부에는 전자코일(3)이 감싸고 있다.
그리고, 상기 제2도파관(4) 내부에는 방전관(5)이 설치되어 반응실(6)이 형성되고, 상기 방전관(5) 하부에는 배기관(10)이 형성된 지지체(15)가 결합되며, 상기 지지체(15) 중앙부에는 웨이퍼(7)가 안치되고 고주파 전원부(9)가 연결되는 하부시료(16)가 설치된다.
또한, 상기 방전관(5)의 일측에는 가스도입관(11)이 설치되고, 상기 제2도파관(4)의 일측에는 플라즈마 모니터(8)가 연결되며, 상기 하부시료(16)의 최상부에 웨이퍼가 안치되어 반응실(6) 내부에 위치한다.
상기와 같이 이루어진 종래 반도체 제조장비의 건식식각장치는 마그네트론(1) 소스에서 발생된 약 2.2GHz의 마이크로 웨이브가 제1도파관(2)을 따라 석영벨자인 제2도파관(4)으로 진행하면 마이크로파의 전계자장과 상기 제2도파관(4)을 둘러싼 전자코일(3)에 의한 수직방면으로 형성된 자장과의 상승작용에서 반응실(6) 안의 전자에 사이크로트론 운동을 발생시킴에 따라 가스도입관(11)으로부터 유입되는 가스와 서로 반응하여 저압력에서도 고밀도의 균일한 플라즈마를 안전하게 얻어 식각하고자 하는 가공웨이퍼(7)에 도달시킴으로서 건식식각이 이루어진다.
이때, 하부시료(16)에 고주파 전원부(9)에 의해 고주파 전원을 인가함으로서 플라즈마 생성에 의한 이온이나 래디컬이 웨이퍼로 향하는 방향성을 증대시킴으로 서 웨이퍼에 입사할 이온의 에너지를 플라즈마 생성과 독립적으로 제어할 수 있는 고전력 식각장비일 뿐만 아니라, 상부전원이 없는 관계로 오염원인이 없으며, 전자코일을 사용함으로서 고밀도의 이온식각이 가능하게 된다.
상기와 같은 종래와 같은 반도체 제조과정 중의 건식식각에 있어 다중 막질을 식각할 때 원하는 막질만을 식각하기 위해서는 고도의 선택비를 가진 조건과 식각 중에 막질이 들어날 때를 감지할 수 있는 방법이 소자의 구현과 데미지(damage)의 발생을 최소화하기 위한 중요한 요소이다.
종래의 식각공정에서는 여러가지 방법을 이용하여 상기와 같은 막질의 변화를 감지하고 있다. 예를 들면, 플라즈마(plasma)에서 발생하는 특정 파장을 이용한 방법과 막질의 두께를 간섭파장을 이용하여 간접적으로 측정하여 모니터링하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기 방법들은 투자비용이 많이 들기 때문에 챔버에 장착할 때 제약이 많아 효율적으로 공정을 진행할 수 없고, 드라이 크리닝(dry creaning)시 또는 공정진행 중에 챔버(chamber) 내의 누적막의 변화를 폭넓게 모니터링할 수 없어 공정시간을 효율적으로 관리할 수 없는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 건식식각 장비에서 드라이 크리닝(dry creaning)시 또는 공정진행 중에 막질의 변화를 드로틀 밸브 스텝(throttle valve step)의 변화를 이용하여 감지하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 건식식각 장비에서 드라이 크리닝(dry creaning)시 또는 공정진행 중에 막질의 변화를 드로틀 밸브 스텝(throttle valve step)의 변화를 이용하여 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템은 건식식각시의 압력을 나타내는 진공펌프라인; 상기 진공펌프라인의 압력에 따라 움직이고, PID (Proportional Integral Derivative) 제어기가 피드백(feedback)한 드로틀 밸브(throttle valve)의 움직임에 대한 정보로 진공펌프라인의 압력을 제어하는 드로틀 밸브; 상기 드로틀 밸브의 움직임을 읽는 모노미터(monometer); 및 상기 모노미터의 움직임에 대한 정보를 수집하여 드로틀 밸브에 피드백하는 PID 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법은 건식식각시에 진공펌프라인이 압력을 나타내는 제1단계; 드로틀 밸브가 상기 진공펌프라인의 압력에 따라 움직이는 제2단계; 모노미터가 상기 드로틀 밸브의 움직임을 읽는 제3단계; PID 제어기가 상기 모노미터의 움직임에 대한 정보를 수집하여 상기 드로틀 밸브에 피드백하는 제4단계; 및 드로틀 밸브가 상기 PID 제어기가 피드백한 상기 드로틀 밸브의 움직임에 대한 정보로 상기 진공펌프라인의 압력을 제어하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 진공펌프라인(100)은 건식식각시의 압력을 나타낸다. 그리고 드로틀 밸브(200)는 상기 진공펌프라인(100)의 압력에 따라 움직이고, PID 제어기(400)가 피드백한 드로틀 밸브(200)의 움직임에 대한 정보로 진공펌프라인(100)의 압력을 제어한다. 또한, 모노미터(300)는 상기 드로틀 밸브(200)의 움직임을 읽고, PID 제어기(400)는 상기 모노미터(300)의 움직임에 대한 정보를 수집하여 드로틀 밸브(200)에 피드백한다.
상기 시스템에서 PID 제어기(400)를 이용하는 이유는 다음과 같다. 일반적으로, 가장 간단한 제어 시스템의 제어기는 상수 이득 K를 가진 간단한 증폭기였다. 이러한 제어기는 출력에서 동작신호가 제어기의 입력에 어떤 비례상수를 곱한 것에 비례하므로 비례 제어라고 한다. 그러나, 선형 연속값 제어기는 간산, 감산과 같은 비례 연산이나 간단한 대수 연산 이외에 입력 신호를 시간에 대해서 미분과 적분을 할 수 있어야 한다. 그러므로 비례 연산과 미분, 적분의 효과를 나타낼 수 있는 제어기가 사용되는데 이러한 제어기를 비례 미적분 제어기, 즉 PID 제어기(400)라 한다.
상기 본 발명의 시스템을 이용하여 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 건식식각시에 진공펌프라인(100)이 압력을 나타낸다(S100).
다음, 드로틀 밸브(200)가 상기 진공펌프라인(100)의 압력에 따라 움직인다 (S200).
다음, 모노미터(300)가 상기 드로틀 밸브(200)의 움직임을 읽는다(S300).
다음, PID 제어기(400)가 상기 모노미터(300)의 움직임에 대한 정보를 수집하여 상기 드로틀 밸브(200)에 피드백한다(S400).
마지막으로, 드로틀 밸브(200)가 상기 PID 제어기(400)가 피드백한 상기 드로틀 밸브(200)의 움직임에 대한 정보로 상기 진공펌프라인(100)의 압력을 제어한다(S500).
상기 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법을 공정과 관련하여 설명해 보면 다음과 같다. 건식식각 진행과정 중에 발생하는 부산물(byproduct)의 양은 막질의 성질이나 가스비(gas ratio) 또는 전력/압력의 양에 따라 변화하게 되고, 막질의 식각이 진행이 완료된 시점에서는 이러한 부산물의 전체량이 급격히 변화하게 된다.
그리고, 거의 모든 식각장비는 공정조건의 중요한 요소인 압력을 유지하기 위하여 진공펌프라인에 연결되어 있는 드로틀 밸브를 변화시켜 압력을 제어한다. 이때, 드로틀 밸브를 변화시켜 압력을 읽는 모노미터에서 수집된 정보를 PID 제어로 드로틀 밸브에 피드백하여 준다.
따라서, 공정진행 중에 발생되는 부산물의 양의 변화는 압력의 변화로 나타나지 않고, 이를 제어해주는 드로틀 밸브의 변화로 나타나게 된다. 특히, 10mT 이하의 진공에서는 미세한 변화에도 드로틀 밸브의 변화가 크게 측정이 된다.
도 3은 본 발명의 공정진행 중에 변화하는 드로틀 밸브의 변화를 데이터화하 여 도식한 결과를 나타낸 것이다. 횡축은 시간의 변화를 나타내고 있고, 종축은 압력의 변화를 나타내고 있다. 시간에 따른 변화에 따라 각각의 여러 가지의 공정에 대한 밸브의 변화가 생기는 것을 보이고 있다. 밸브의 변화는 시간이 흐름이 따라 불연속적으로 변화하고, 이는 드로틀 밸브의 변화가 크게 측정된 것을 의미한다. 즉, 공정진행 중에 부산물의 양이 변화하면 드로틀 밸브의 변화로 나타나게 되며 이런 변화가 특정한 시간에서 불연속적으로 나타나게 된다.
따라서, 본 발명의 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템 및 방법은 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 종래의 장비의 밸브 스텝 파라미터(valve step parameter)를 모니터링함으로써 추가적인 투자없이 효율적으로 공정관리를 할 수 있도록 한다.
둘째, 드라이 크리닝(dry creaning) 공정에서는 챔버(chamber) 내의 누적막의 변화를 폭넓게 모니터링함으로써 공정시간을 효율적으로 관리할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법은 추가적인 투자없이 효율적으로 공정관리를 할 수 있도록 하고, 공정시간을 효율적 으로 관리할 수 있도록 한다.

Claims (4)

  1. 건식식각시의 압력을 나타내는 진공펌프라인;
    상기 진공펌프라인의 압력에 따라 움직이고, PID(Proportional Integral Derivative) 제어기 및 상기 진공펌프라인으로부터의 정보를 수집하여 상기 진공펌프라인의 압력을 제어하는 드로틀 밸브;
    상기 드로틀 밸브의 움직임을 읽는 모노미터(monometer); 및
    상기 모노미터의 움직임에 대한 정보를 수집하여 드로틀 밸브에 피드백하는 PID 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 시스템.
  2. 건식식각시에 진공펌프라인이 압력을 나타내는 제1단계;
    드로틀 밸브가 상기 진공펌프라인의 압력에 따라 움직이는 제2단계;
    모노미터가 상기 드로틀 밸브의 움직임을 읽는 제3단계;
    PID 제어기가 상기 모노미터의 움직임에 대한 정보를 수집하여 상기 드로틀 밸브에 피드백하는 제4단계; 및
    드로틀 밸브가 상기 PID 제어기가 피드백한 상기 드로틀 밸브의 움직임에 대한 정보를 통해 상기 진공펌프라인의 압력을 제어하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 드로틀 밸브의 움직임은 10mT 이하에서 측정이 되는 것을 특징으로 하는 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3단계는 셀프 드라이 크리닝(self dry cleaning)에서 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 건식식각시 막질의 변화를 감지하는 방법.
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