KR100839909B1 - 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그의 처리 방법 - Google Patents

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그의 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 농도를 실시간으로 모니터링하여 양질의 막을 형성하는 공정을 처리하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 정전척 가장자리에 복수 개의 플라즈마 농도 측정 센서들을 구비한다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 챔버 내부로 소스 가스가 주입되고 동시에 플라즈마가 발생되면, 플라즈마 농도 측정 센서를 업시켜서 실시간으로 플라즈마 농도를 측정한다. 따라서 제어부는 측정된 플라즈마 농도를 모니터링하여 공정에 적합한 조건이 아니면, 고주파 발생 장치의 전원 전압을 조절한다. 본 발명에 의하면, 실시간으로 플라즈마 농도를 모니터링하여 정확하고 신속한 공정 처리가 가능하다.
반도체 제조 설비, HDP-CVD, 플라즈마 농도, 센서, 고주파 전원

Description

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그의 처리 방법{HIGH DENSITY PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION EQUIPMENT AND METHOD FOR PROCESSING OF THE SAME}
도 1은 일반적인 고밀도 플라즈마 증착 설비의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 정전척을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 증착 설비의 일부 구성을 도시한 블럭도;
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 정전척의 구성을 나타내는 도면들; 그리고
도 6은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 증착 설비의 동작 수순을 나타내는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비
102 : 제어부
104 : 구동부
106 : 챔버
108 : 고주파 발생 장치
110 : 정전척
112, 112a, 112b : 플라즈마 농도 측정 센서
114 : 관통홀
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 농도 측정 센서를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition : HDP-CVD) 설비 및 그의 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 설비 중 플라즈마를 사용하여 웨이퍼에 공정을 처리하는 설비는 예를 들어, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 설비는 공정을 효과적으로 수행하기 위해서 챔버 내부의 플라즈마 전위, 전자 온도, 전자 밀도, 이온 밀도 등의 플라즈마 특성을 파악하는 것이 매우 중요하다. 이러한 플라즈마 특성 변수들을 구할 수 있는 방법으로 플라즈마 농도 측정 센서 예컨대, 랑뮤어 프로브(langmuir probe)를 통하여 플라즈마 밀도를 측정한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(2)는 플라즈마 분위기(30)가 형성되는 챔버(4)와, 챔버(4) 내부에 구비되어 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(10)과, 챔버(4) 일측에 배치되는 안테나(8) 및, 챔버(4) 내부의 플라즈마 분위기(30)를 형성하기 위해 안테나(8)로 전원 전압을 인가하는 고주파(RF) 발생 장치(6)를 포함한다.
구체적으로, 챔버(4)는 외부로부터 밀폐되며 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하며, 공정 진행 중 진공 상태를 유지한다. 안테나(8)는 예컨대, 코일 형상으로 챔버(4) 상부 또는 측벽을 감싸도록 배치되며, 고주파 발생 장치(6)로부터 전원을 인가받고, 챔버(4) 내부로 분사된 소스 가스들을 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 제공한다. 그리고 정전척(10)은 챔버(4) 내부에 웨이퍼(W)가 안착되며, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착 고정하고, 증착 공정이 수행되는 동안에는 챔버(4) 내부에서 형성된 플라즈마와 일정 거리를 유지하도록 승강된다.
이러한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(2)는 챔버(4) 내부의 플라즈마의 상태를 모니터링하고, 그 결과로부터 각종 파라미터를 제어하여 원하는 공정 결과물을 얻도록 제어한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 랑뮤어 프로브(langmuir probe)를 이용하여 플라즈마 특성을 측정하는 방법은 플라즈마 분위기(30)가 형성된 챔버(4) 내부로 금속 프로브(20)를 삽입하고, 금속 프로브(20)에 전원 전압을 인가하여 전류의 변화를 측정함으로써, 플라즈마에 의한 전자 밀도나 전자 온도를 판단한다.
그러나 랑뮤어 프로브를 이용하는 방법은 필요할 때마다 챔버(4) 내부로 금속 프로브(20)를 삽입하여 플라즈마 특성을 측정하므로, 실시간으로 플라즈마 특성을 측정할 수 없으며, 이로 인하여 플라즈마 발생시, 플라즈마 밀도를 정확히 측정, 수치화할 수 없고, 또 양질의 막을 형성시키기 위하여 여러가지 분석적인 시간이 소비된다. 또한 플라즈마를 발생시켜서 증착 공정을 처리함으로써, 챔버(4) 내부의 에너지 값 대비 플라즈마 밀도를 실시간으로 측정하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 실시간으로 플라즈마 농도를 측정하기 위한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실시간으로 플라즈마 농도를 측정하여 공정 조건에 적합한 플라즈마 특성을 정확하고 신속하게 조절하기 위한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 특성을 실시간으로 모니터링하여 양질의 공정을 수행하기 위한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 실시간으로 플라즈마 농도를 측정하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 실시간으로 플라즈마 농도를 모니터링하여 정확하고 신속한 공정 처리가 가능하다.
본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는, 공정을 처리하는 챔버와; 전원을 공급받아서 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성하는 고주파 발생 장치와; 상기 챔버 내부에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과; 상기 정전척에 설치되고 상기 정전척 상부로 업되어 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도를 측정하는 적어도 하나의 센서 및; 상기 센서를 업다운시키는 구동부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는; 상기 챔 버 내부에 소스 가스가 주입되고 동시에 플라즈마가 발생되면 상기 센서를 업하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 센서로부터 측정된 플라즈마 농도를 모니터링하고, 상기 센서로부터 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합한지를 판별하여 상기 고주파 발생 장치의 전원을 조절하도록 제어하는 제어부를 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 센서는 상기 정전척의 가장자리에 구비된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 센서는 랑뷰머 프로브로 구비된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 정전척은 가장자리에 상기 센서가 삽입되어 업다운되도록 적어도 하나의 관통홀이 형성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 제어부는; 상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하면 상기 공정을 진행하고, 상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하지 않으면, 상기 고주파 발생 장치의 전원을 조절하되; 상기 공정은 상기 웨이퍼에 막을 형성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 실시간으로 플라즈마 농도를 모니터링하기 위한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 처리 방법이 제공된다. 이 처리 방법에 의하면, 플라즈마 농도 측정 센서를 다운시킨 상태에서 챔버 내부에 플라즈마를 발생한다. 상기 플라즈마 농도 측정 센서를 업시킨다. 상기 플라즈마 농도 측정 센서를 통해 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도를 실시간으로 측정한다. 상기 측정된 플라즈마 농도가 양질의 막을 형성하기 위한 공정에 적합한지를 판별한다. 이어서 상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하지 않으면, 상기 플라즈마 발생을 위한 고주파 발생 전압을 조절한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어 방법은; 상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하면, 상기 공정을 진행한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 공정은 웨이퍼에 막을 형성하는 증착 공정이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 정전척(110)에 구비되어, 챔버(106) 내부의 플라즈마 농도를 실시간으로 측정하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 구비한다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 상하로 이동(UP/DOWN)시키는 구동부(104)와, 가스가 주입되고 동시에 플라즈마가 발생되면 구동부(104)를 제어(DRIVE)하여 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 업(UP)시켜서 챔버(106) 내부의 플라즈마 농도를 측정(SENSE)하고, 공정에 적합한 플라즈마 농도를 조절하기 위해 고주파 발생 장치(108)의 전원 전압(POWER)을 조절하도록 제어(CONTROL)하는 제어부(102)를 포함한다.
플라즈마 농도 측정 센서(112)는 정전척(110)에 웨이퍼(도 4의 W)가 안착되는 부위 가장자리에 배치되고 상하로 업다운되도록 구비된다. 플라즈마 농도 측정 센서(112)는 챔버(106) 내부에 플라즈마 분위기가 형성되면 구동부(104)에 의해 플라즈마 분위기에 근접되도록 업(UP)되어 플라즈마 농도를 실시간으로 측정한다. 이 때, 제어부(102)는 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 업(UP)하도록 구동부(104)를 제어하고, 업(UP)된 상태의 플라즈마 농도 측정 센서(112)로부터 측정된 플라즈마 농도를 실시간으로 받아서 플라즈마 농도를 모니터링한다. 따라서 제어부(102)는 모니터링 중인 플라즈마 농도가 공정에 적합한지를 판별하고, 판별 결과에 따라 고주파 발생 장치(108)의 전원 전압(POWER)을 조절(CONTROL)한다.
그러므로 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 실시간으로 플라즈마 농도를 모니터링하여 고주파 발생 장치(108)를 제어함으로써, 양질의 막 형성을 위한 공정을 정확하고 신속하게 처리 가능하다.
구체적으로 도 4 및 도 5를 참조하면, 정전척(110)은 웨이퍼(W)가 안착되는 부분의 가장자리에 복수 개의 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 구비한다. 이를 위해 정전척(110)은 플라즈마 농도 측정 센서(112)가 업다운(UP/DOWN)되도록 관통홀(114)들이 형성된다. 즉, 도 4는 구동부(104)의 업다운(UP/DOWN) 동작에 의해 플라즈마 농도 측정 센서(112)가 다운(down)된 상태(112a)를 나타내며, 도 5는 플라즈마 농도 측정 센서(112)가 업(up)된 상태(112b)를 나타낸다.
따라서 제어부(102)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 플라즈마 농도 측정 센서(112)들에 의해 측정된 플라즈마 농도에 따른 감지 신호(SENSE)를 받아서 챔버(106) 내부의 플라즈마 농도를 모니터링한다. 모니터링 결과, 플라즈마 농도가 막 형성을 위한 공정에 적합하면 공정을 진행하고, 그렇지 않으면 고주파 발생 장치(108)의 전원 전압(POWER)을 제어(CONTROL)하여 플라즈마 농도를 조절한다.
계속해서 도 6은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 동작 수순을 나타내는 흐름도이다. 이 수순은 제어부(102)가 처리하는 프로그램으로, 이 프로그램은 제어부(102)의 메모리 장치(미도시됨)에 저장된다.
도 6을 참조하면, 제어부(102)는 단계 S120에서 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 다운(DOWN)시킨 상태에서 챔버(106) 내부로 소스 가스가 주입되고 동시에 플라즈마가 발생되면, 단계 S122에서 구동부(104)를 제어(DRIVE)하여 플라즈마 농도 측정 센서(112)를 플라즈마 분위기에 근접하도록 업(UP)시킨다. 단계 S124에서 플라즈마 농도 측정 센서(112)로부터 플라즈마 농도를 측정한다. 제어부(102)는 단계 S126에서 실시간으로 플라즈마 농도를 모니터링하고, 측정된 플라즈마 농도가 양질의 막을 형성하기 위한 공정에 적합한지를 판별한다.
판별 결과, 제어부(102)는 측정된 플라즈마 농도가 공정에 적합하면 단계 S128으로 진행하여 공정을 진행하고, 그렇지 않으면 단계 S130으로 진행하여 고주파 발생 전압(POWER)을 조절(CONTROL)한다. 그 결과, 플라즈마 농도를 조절하여 양질의 막 형성을 위한 공정을 처리할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 챔버 내부에 플라즈마 농도 측정 센서를 구비하여 실시간으로 플라즈마 농도를 측정 및 모니터링함으로써, 양질의 막 형성 공정을 정확하고 신속하게 처리한다.

Claims (9)

  1. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비에 있어서:
    공정을 처리하는 챔버와;
    전원을 공급받아서 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성하는 고주파 발생 장치와;
    상기 챔버 내부에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과;
    상기 정전척에 설치되고 상기 정전척 상부로 업되어 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도를 측정하는 적어도 하나의 센서 및;
    상기 센서를 업다운시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비는;
    상기 챔버 내부에 소스 가스가 주입되고 동시에 플라즈마가 발생되면 상기 센서를 업하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 센서로부터 측정된 플라즈마 농도를 모니터링하고, 상기 센서로부터 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합한지를 판별하여 상기 고주파 발생 장치의 전원을 조절하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 정전척의 가장자리에 구비되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서는 랑뷰머 프로브(langmuir probe)로 구비되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 정전척은 가장자리에 상기 센서가 삽입되어 업다운되도록 적어도 하나의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는;
    상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하면 상기 공정을 진행하고, 상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하지 않으면, 상기 고주파 발생 장치의 전원을 조절하되;
    상기 공정은 상기 웨이퍼에 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  7. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 제어 방법에 있어서:
    플라즈마 농도 측정 센서를 다운시킨 상태에서 챔버 내부에 플라즈마를 발생하고;
    상기 플라즈마 농도 측정 센서를 업시키고;
    상기 플라즈마 농도 측정 센서를 통해 상기 챔버 내부의 플라즈마 농도를 실시간으로 측정하고;
    상기 측정된 플라즈마 농도가 양질의 막을 형성하기 위한 공정에 적합한지를 판별하고; 이어서
    상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하지 않으면, 상기 플라즈마 발생을 위한 고주파 발생 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 방법은;
    상기 측정된 플라즈마 농도가 상기 공정에 적합하면, 상기 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 제어 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 공정은 웨이퍼에 막을 형성하는 증착 공정인 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 제어 방법.
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