KR100708313B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 시스템은 RF 전력을 발생하기 위한 RF 발생기, 반도체 기판을 처리하기 위하여 상기 RF 전력을 수신하는 플라즈마 챔버, 상기 RF 발생기의 임피던스와 상기 플라즈마 챔버 내부의 임피던스의 매칭을 위한 매칭 네트워크, 그리고 상기 RF 발생기에 접속되며, 상기 RF 발생기에서 제공되는 RF 주파수의 크기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 매칭 네트워크는 공정진행 중 고정된 값을 가지는 소자로 구성된 회로를 가지고 상기 RF 발생기는 임피던스 매칭을 위하여 공정진행 전에 각 공정단계에 알맞게 설정된, 그리고 공정단계에 따라 각각의 주파수를 갖는 RF 전력을 제공한다.

본 발명에 의하면 공정진행 중 매칭 네트워크에 사용되는 소자들의 커패시턴스 또는 인덕턴스의 크기가 고정되고, RF 발생기로부터 제공되는 RF 주파수는 공정단계별로 설정된 크기에 따라 변화되므로, 일반적인 경우에 비해 RF 발생기와 플라즈마 처리 챔버간에 임피던스 매칭을 위한 시간을 필요로 하지 않아 공정을 보다 안정화 시키고 처리량을 증대할 수 있는 효과가 있다.

매칭 네트워크, 반도체 제조 장치 RF 주파수

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING PLASMA}

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면;

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 처리 단계를 순차적으로 보여주는 플로차트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 플라즈마 챔버 120 : 평판형 전극

140 : 정전척 200 : 매칭 네트워크

300 : RF 발생기 400 : 제어기

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 사용하여 증착 및 식각과 같은 소정의 공정을 진행하는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

플라즈마를 이용한 증착 및 식각 기술은 반도체 제조 등의 미세 가공 분야에 적용되어 급속히 발전하고 있다. 특히 플라즈마를 기초로 한 반도체 처리 장치는 식각이나 증착공정에 많이 사용된다.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면으로 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 챔버(10), RF 발생기(30), 그리고 매칭 네트워크(20)로 구성된다.

공정 진행중에 상기 플라즈마 챔버(10) 내의 임피던스는 공정 진행 중 상기 플라즈마 챔버(10) 내의 압력, 가스 종류, 및 플라즈마 상태 등의 조건에 따라 변화되어 상기 RF 발생기(30)의 임피던스와 일치하지 않게 되며, 이로 인해 반사파가 발생하여 상기 플라즈마 챔버(10)에는 정확한 RF전력이 공급되지 않는다.

상기 RF 발생기(30)의 임피던스와 변화하는 상기 플라즈마 챔버(10)의 임피던스를 매칭시키기 위하여 내부에 자신의 임피던스를 가지는 상기 매칭 네트워크(20)가 상기 RF 발생기(30)와 상기 플라즈마 챔버(10)사이에 위치된다.

임피던스는 RF 주파수 또는 인덕턴스나 커패시턴스의 값에 따라서 변화되는 데 일반적인 매칭 네트워크(20)는 RF 주파수 값을 고정하고 소자들의 인덕턴스나 커패시턴스의 값을 변화하여 임피던스를 조절한다. 이를 위해 상기 매칭 네트워크(20)는 가변 인덕턴스 또는 가변 커패시턴스를 가지는 소자들로 구성된 회로를 구비하여 상기 플라즈마 챔버(10)의 임피던스에 알맞도록, 상기 매칭 네트워크(20)는 RF센서를 사용하여 RF의 크기와 위상을 측정하고, 이것을 이용하여 가변소자들의 값을 변화시킨다.

상기 RF 발생기(30)와 상기 플라즈마 챔버(10)간의 임피던스 매칭에 소요되는 시간은 제조 라인에서 공정 안정성에 매우 중요한 영향을 미친다. 그러나 상기 가변소자들은 모터에 의해 구동된다. 따라서 일반적인 매칭 방법은 모터에 의해 구동되기까지 소정시간이 소요되므로 상기 RF 발생기(30)와 상기 플라즈마 챔버(10)간의 임피던스의 매칭이 상대적으로 느리고 항상 일정하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 RF 발생기와 플라즈마 챔버간의 임피던스 매칭에 소요되는 시간을 최소화할 수 있는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 플라즈마 처리 시스템은 RF전력을 발생하기 위한 RF 발생기, 반도체 기판을 처리하기 위하여 상기 RF전력을 수신하는 플라즈마 챔버, 상기 RF 발생기의 임피던스와 상기 플라즈마 챔버 내부의 임피던스의 매칭을 위한 매칭 네트워크, 그리고 상기 RF 발생기에 접속되며, 상기 RF 발생기에서 제공되는 RF 주파수의 값을 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 매칭 네트워크는 공정진행 중 고정된 크기를 가지는 소자로 구성된 회로를 가지고 상기 RF 발생기는 공정진행 전에 설정된, 그리고 공정단계에 따라 임피던스 매칭이 이루어지는 주파수를 갖는 RF 전력을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법은 중심주파수(예:13.560MHz)에서 임피던스 매칭이 이루어지는 매칭 네트워크 내의 소자들의 크기를 결정하는 단계, 상기 결정된 크기를 가지는 상기 소자들로 구성된 상기 매칭 네트워크를 이용하여 각 공정 단계별로 임피던스 매칭이 이루어지는 중심 주파수 부근의 주파수 값을 찾는 단계, 상기 RF 발생기에서 제공되는 RF 주파수의 크기를 공정단계별로 설정하는 단계, 그리고 상기 RF 주파수의 크기를 설정된 값으로 변화시키면서 상기 공정을 진행하는 단계를 포함한다.

상술한 구조를 가진 플라즈마 처리 시스템에 의하면 매칭네트워크는 고정된 크기의 인덕턴스 또는 커패시턴스를 가지는 소자를 사용하므로 일반적인 경우에 비해 소자들의 크기를 가변하기 위한 모터를 필요로 하지 않고, 상기 플라즈마 챔버와 상기 RF 발생기의 임피던스를 매칭하기 위해 가장 적합한 RF 주파수를 실험에 의해 공정진행 전 설정하고, 공정진행시에는 공정 단계별로 설정된 RF 주파수를 제공하므로, 공정진행 중 상기 플라즈마 챔버와 상기 RF 발생기의 임피던스가 매칭된 상태를 유지한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 및 도 3를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

도 2는 본 발명인 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 2 를 참조하면 상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버(Plasma Chamber)(100), 매칭 네트워크(Macthing Network)(200), RF 발생기(Radio Frequence Generator)(300), 그리고 제어기(Controller)(400)를 구비한다. RF 발생기와 제어기는 일체형 또는 분리형일 수 있다.

상기 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마를 이용하여 식각, 증착과 같은 소정공정이 진행되는 챔버이다. 상기 플라즈마 챔버(100) 내부에는 평판형으로 된 전극(120)과 정전척(Electrostatic Chuck)(140)이 배치된다. 상기 정전척(140)은 하부전극으로 작용하며 웨이퍼(W)를 유지하는 기능을 하고, 상기 평판형 전극(120)은 상부 전극으로 작용하며 상기 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 상기 전극(120)은 평판형으로 도시하였으나 이와는 달리 코일형으로 이루어질 수 있다.

상기 RF 발생기(300)는 RF전력을 상기 플라즈마 챔버(100)의 상기 평판형 전극(120) 또는 상기 정전척(140)과 같은 부하(150)로 제공하기 위한 것이다. 상기 부하(150)에 제공되는 전력의 극대화는 상기 RF 발생기(300)의 임피던스와 상기 부하(150)의 임피던스가 서로 켤레 복소수일 때 달성된다. 그러나 상기 부하(150)의 임피던스는 공정진행 중 상기 플라즈마 챔버(100)내의 압력, 가스 종류, 및 플라즈마 상태 등과 같은 변수에 따라 가변된다. 따라서 상기 RF 발생기(300)의 임피던스와 상기 부하(150)의 임피던스가 일치하지 않고 반사파가 발생하여 원하는 RF 전력을 상기 부하에 공급할 수 없게 된다.

본 발명인 플라즈마 처리 장치는 상기 RF 발생기(300)와 상기 부하(150)의 임피던스를 매칭시켜 상기 부하(150)에 최대의 전력을 제공하기 위해 매칭 네트워크를 구비한다. 상기 매칭 네트워크는 상기 RF 발생기(300)와 상기 부하(150)사이에 설치된다. 즉, 상기 RF 발생기(300)는 동축케이블에 의해 상기 매칭 네트워크(200)에 연결되고, 상기 매칭 네트워크(200)는 동축 케이블 또는 적당한 방법에 의해 상기 부하(150)에 각각 연결된다.

상기 매칭 네트워크(200)는 공정이 진행되는 동안 상기 부하(150)와 상기 RF 발생기(300) 사이의 임피던스를 매칭시키는 매칭 네트워크 회로를 구비한다. 상기 매칭 네트워크 회로는 커패시턴스나 인덕턴스와 같은 임피던스 소자를 포함한다.

본 발명의 특징 중의 하나는 상기 매칭 네트워크 회로가 소정 크기의 커패시턴스와 인덕턴스를 가지는 소자들을 사용하거나, 공정 진행 중 소정 크기로 고정된 가변소자를 사용하는 점이다. 상기 소자들은 RF 주파수가 중심주파수의 값을 가질 때 임피던스 매칭이 이루어지도록 값을 가진다. 상기 중심주파수는 일반적으로 사용되는 고정된 주파수 값을 의미하며, 예컨데 13,560MHz가 될 수 있다.

일반적인 매칭 네트워크는 가변 커패시턴스나 가변 인덕턴스와 같은 소자를 사용하고 상기 가변소자들은 모터에 의해 구동되는데, 구동을 위한 시간때문에 임피던스 매칭이 이루어지기까지 소정의 시간이 필요하다. 그러나 본원발명에 의하면 매칭 네트워크 회로는 공정진행동안 고정된 크기의 커패시턴스나 인덕턴스를 가지는 소자를 사용하므로, 상기 매칭 네트워크(200)는 상기 소자들의 크기를 변화시키기 위한 구동모터를 필요로 하지 않아 일반적인 경우에 비해 구조가 매우 단순하다. 다만, 가변소자들을 사용하는 경우에는 상기 소자들의 값의 실험에 의해 결정 된 값으로 변경하기 위해 구동모터를 사용할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같이 본 발명에서는 공정진행동안 매칭 네트워크 회로내의 소자들의 값이 고정되어 있는 데 반하여, 상기 부하(150)의 임피던스가 변화하므로, 상기 부하(150)와 상기 RF 발생기(300)의 임피던스를 매칭하기 위해 상기 RF 발생기(300)로부터 제공되는 RF 주파수 값이 각각의 공정조건에 맞도록 다르게 적용된다.

상기 RF 발생기(300)내부 또는 외부에는 상기 매칭 네트워크(200)에 제공되는 RF 주파수의 값 및 상기 RF 발생기(300)를 전반적으로 제어하는 제어기(400)가 설치된다. 상기 RF 발생기(300)에서 제공되는 RF 주파수 값은 실험에 의해서 각 공정단계별로 설정된다. 최초에 RF 주파수의 값은 중심주파수를 제공한다. 이후 공정 진행동안 RF 전력, 소스가스의 종류, 공정압력, 공정온도등의 실제 공정조건을 고려하여 상기 부하와 상기 RF 전원의 임피던스를 매칭하기 위해 가장 적합한 RF 주파수를 실험을 통해서 결정 후 프로그램한다. 이때 RF 주파수는 사용하고자 하는 중심주파수 부근에서 결정된다. 그리고 이후에 실제 공정이 진행될 때에는 상기 RF 발생기(300)는 이미 프로그램되어 정해진, 그리고 그 값이 각각 다른 RF 주파수를 갖는 RF 전력을 제공한다.

따라서 본 발명에 의하면 상기 매칭 네트워크(200)에 제공되는 RF는 공정진행 전에 프로그램되고, 공정진행시에는 이리 설정된 주파수를 순차적으로 변화시켜가면서 제공하므로, 매칭이 항상 이루어진 상태에서 공정이 진행된다.

본 실시예에서는 상기 RF 발생기(300) 자체에서 상기 제어기에 의해 RF 주파 수의 조절이 가능한 것으로 설명하였다. 그러나 상기 RF 발생기(300) 자체에서 RF 주파수의 조절이 어려운 경우에는 상기 RF 발생기의 RF주파수 조절을 위한 신호발생기를 외부에 구비할 수 있다.

상기 플라즈마 처리 시스템은 상기 평판형 전극(120) 및 상기 정전척(140)에 연결되는 상기 매칭 네트워크(200)와 상기 RF 발생기(300)를 각각 구비하고, 매칭 네트워크의 사용되는 소자들의 값과 RF 발생기(300)에서 제공되는 RF 주파수의 크기는 각각 다르게 설정될 수 있다.

다음에는 상술한 플라즈마 처리장치를 사용하여 플라즈마를 처리하는 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명인 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 순차적으로 보여주는 플로차트이다.

도 3을 참조하면, 처음에 다양한 공정조건의 사전 실험을 통해서 중심 주파수에서 상기 부하(150)의 임피던스가 매칭이 되는 적합한 크기의 커패시턴스와 인덕턴스를 가지는 소자를 선택하거나, 가변소자의 경우 상기 크기로 고정한다(단계 S11). 이 값들을 고정하고 공정조건, 공정 단계의 변화시 각각 임피던스 매칭이 이루어지는 각각의 RF 주파수의 값을 찾는다.(단계 S12). 상기 부하(150)와 상기 RF 발생기(300)의 임피던스를 매칭하기 위해 적합한 RF 주파수의 크기를 공정단계별로 설정하여 프로그램한다(단계 S13). 상기 제어기(400)는 상기 프로그램된 크기의 RF주파수를 갖는 RF 전력을 제공하도록 상기 RF 발생기(300)를 제어하고, 제공된 주파수에 의해 임피던스 매칭이 이루어지면서 식각 또는 증착과 같은 소정의 공정을 진행한다(단계 S14).

본 발명에 의하면, 공정진행 중 매칭 네트워크에 사용되는 소자들의 커패시턴스 또는 인덕턴스의 크기가 고정되고, RF 발생기로부터 제공되는 RF 주파수는 공정단계별로 설정된 크기에 따라 변화되므로, 일반적인 경우에 비해 RF 발생기와 플라즈마 처리 챔버간에 임피던스를 매칭을 위한 시간을 필요로 하지 않아 공정이 안정화되고 처리량을 증대할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 매칭 네트워크는 그 내부에 소자들의 크기를 가변하기 위한 모터를 필요로 하지 않을 수 있으므로 구성을 단순화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 반도체 소자를 제조하기 위해서 RF 발생기와 플라즈마 챔버간에 임피던스를 매칭하여 공정을 진행하는 플라즈마 처리 시스템에 있어서,

   RF전력을 발생하기 위한 RF 발생기와;

   반도체 기판을 처리하기 위하여 상기 RF전력을 수신하는 플라즈마 챔버와;

   상기 RF 발생기의 임피던스와 상기 플라즈마 챔버 내부의 임피던스의 매칭을 위한 매칭 네트워크와;

   상기 RF 발생기에 접속되며, 상기 RF 발생기에서 제공되는 RF 주파수의 크기를 제어하는 제어기를 포함하되;

   상기 매칭 네트워크의 회로에 사용되는 소자들의 크기는 공정진행 중 고정되고,

   공정 진행시 상기 RF 발생기로부터 제공되는 RF 주파수의 크기는 공정 단계에 따라 변화되고, 상기 공정 단계에 따른 상기 RF 주파수의 크기는 공정 진행 전에 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
2. 반도체 소자를 제조하기 위해서 매칭 네트워크를 사용하여 RF 발생기와 플라즈마 챔버간에 임피던스를 매칭함으로써 플라즈마를 처리하는 방법에 있어서,

   공정 단계에 따라 상기 RF 발생기로부터 제공되는 RF 주파수의 크기를 공정 진행 전에 설정하는 단계와; 그리고

   공정 진행 중 매칭 네트워크의 회로에 사용되는 소자들의 크기는 고정되고, 상기 RF 발생기로부터 제공되는 RF 주파수의 크기를 설정된 크기로 변화하면서 상기 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.

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