KR101020564B1 - 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원격 플라즈마 시스템(RPS)의 파워 모니터링 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 챔버 클리닝을 수행하는 원격 플라즈마 시스템이 소비하는 파워 값을 검출하여 실시간 표시하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 플라즈마 소스를 생성하는 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결되어 원격 플라즈마 시스템으로 전원 공급을 유지하면서 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 검출하는 검출기와, 상기 검출기로부터 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 실시간 표시하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치를 제공한다. 이와 같이, 본 발명은 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간 확인할 수 있기 때문에 불완전한 챔버 클리닝에 의한 웨이퍼 불량을 방지하고 챔버 클리닝 시간을 효율적으로 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
RPS, 플라즈마, 챔버 클리닝, 파워

Description

원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치{POWER MONITORING APPARATUS FOR REMOTE PLASMA SYSTEM}
본 발명은 원격 플라즈마 시스템(RPS)의 파워 모니터링 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 챔버 클리닝을 수행하는 원격 플라즈마 시스템이 소비하는 파워 값을 검출하여 실시간 표시하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 챔버(chamber) 내에 있는 웨이퍼 상에 불순물 이온 주입, 박막 증착(deposition), 식각(etching), 평탄화(polishing) 등 여러 프로세스를 진행하여 제조된다. 그 중 CVD(화학 기상 증착)에 의한 박막 증착 프로세스 수행 후에는 챔버 내의 불순물을 제거하는 챔버 클리닝(chamber cleaning) 과정이 필수적이다. 챔버 클리닝을 하지 않으면 CVD 프로세스 후 잔존하는 파티클이 웨이퍼를 오염시켜 반도체 디바이스를 불량으로 만든다.
챔버 클리닝을 위해서 통상 RPS(Remote Plasma System)라고 불리는 제품을 사용한다. RPS는 챔버에 연결되어 챔버로 플라즈마 소스(plasma source)를 공급하고 플라즈마 소스는 챔버에 남아 있는 파티클을 제거하여 챔버 내부를 세정한다.
RPS로 불소(F) 계열 혼합 가스를 투입하고 전기적 에너지를 가하면 가속된 전자의 충돌에 의하여 투입된 가스가 플라즈마 상태로 활성화된다. 이러한 플라즈마 소스 내의 F 라디칼(radical)이 챔버 내의 파티클을 제거한다.
RPS는 F 계열 혼합 가스의 양, 압력, 온도 등을 감지하여 출력 파워를 자동으로 제어하도록 설계되어 있다.
그러나 종래의 RPS는 출력 파워를 자동으로 제어하면서도 실제 출력 파워 값을 시각적으로 표시하지 못하고 있다. 이에 따라, RPS 사용자가 출력 파워 값을 확인할 수 없어서 반도체 프로세스를 관리하는데 몇 가지 문제가 발생한다.
즉, RPS를 수년간 사용하거나 RPS 성능 저하로 비정상적인 출력 파워가 발생하여도 이를 알 수 없어서, 만약 비정상적인 출력 파워가 발생한 경우 챔버 클리닝이 불완전하게 수행되어 챔버 클리닝 후에 들어오는 웨이퍼가 오염되기 때문에 금전적으로 큰 손실을 보게 되는 문제점이 있다.
또한, 출력 파워를 모르면 가스량과 프로세스 시간을 결정할 수 없기 때문에 챔버 클리닝 프로세스를 효율적으로 개선할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 원격 플라즈마 시스템(RPS)이 챔버 클리닝을 수행할 때 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간으로 검출하여 표시할 수 있는 장치를 제공하는 것 이다.
이를 위하여, 본 발명은 투입되는 가스에 전기적 에너지를 가하여 플라즈마 소스를 생성하고 생성한 플라즈마 소스를 챔버로 공급하면서 가스량에 따라 출력 파워를 제어하는 원격 플라즈마 시스템에 있어서, 상기 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결되어 상기 원격 플라즈마 시스템으로 전원 공급을 유지하면서 상기 플라즈마 소스 생성 시 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 검출하는 출력 파워 검출수단과, 상기 출력 파워 검출수단으로부터 출력 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간 표시하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 소스를 생성하는 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결되어 원격 플라즈마 시스템으로 전원 공급을 유지하면서 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 검출하는 검출기와, 상기 검출기로부터 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 실시간 표시하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 원격 플라즈마 시스템이 투입된 가스에 전기적 에너지를 가하여 플라즈마 소스를 생성하는 단계와, 상기 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결된 검출기가 상기 플라즈마 소스 생성 시 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 검출하는 단계와, 상기 검출기에 연결된 컨트롤러가 상기 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 실시간 표시하는 단계와, 상기 표시된 파워 값이 상기 원격 플라즈마 시스템의 최대 파워 값보다 적은 경우 투입되는 가스의 양을 증가시키는 단계를 포함하여, 여유 파워 값 확인에 따라 가스량을 증가시킴으로써 챔버 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링을 이용한 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
상기와 같이, 본 발명은 원격 플라즈마 시스템의 챔버 클리닝 수행 시 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간으로 확인하면서 챔버 클리닝의 비정상 동작을 체크할 수 있기 때문에 불완전한 챔버 클리닝에 의한 반도체 디바이스의 불량을 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간 확인할 수 있기 때문에 그에 따라 투입되는 가스량을 조절함으로써 챔버 클리닝의 시간을 단축시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템의 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 수용되어 각종 반도체 프로세스가 수행 되는 챔버(10)에 원격 플라즈마 시스템(20)이 연결되고, 원격 플라즈마 시스템(20)은 챔버 클리닝을 위한 플라즈마 소스를 생성하여 챔버(10)로 공급한다. 원격 플라즈마 시스템(20)에는 원격 플라즈마 시스템(20)의 출력 파워 값을 검출하는 검출기(30)가 연결되고, 검출기(30)에는 출력 파워 값을 받아 시각적으로 표시하는 컨트롤러(40)가 연결된다.
원격 플라즈마 시스템(20)은 전원 커넥터(21)를 통해 검출기(30)와 연결되고 검출기(30)는 전원선(50)을 통해 외부 전원과 연결된다. 즉, 원격 플라즈마 시스템(20)은 검출기(30)를 통해 전원을 공급받는다. 원격 플라즈마 시스템(20)으로 F 계열 혼합 가스가 투입되고 검출기(30)를 통해 혼합 가스에 전기적 에너지가 가해지면 플라즈마 소스가 생성된다. 생성된 플라즈마 소스는 챔버(10)로 공급되어 챔버(10) 내의 파티클을 제거한다.
검출기(30)는 챔버 클리닝이 수행되는 동안 원격 플라즈마 시스템(20)의 출력 파워 값을 검출한다. 원격 플라즈마 시스템(20)은 투입되는 가스량에 따라서 출력 파워를 자동적으로 조절하며 검출기(30)는 그에 따라 변하는 출력 파워 값을 실시간 검출한다.
컨트롤러(40)는 검출기(30)로부터 검출된 출력 파워 값을 수신하여 컨트롤러(40)에 구비된 디스플레이에 실시간 표시하고 사용자가 출력 파워 값을 관리할 수 있도록 여러 형태의 신호로 변환시키는 기능을 한다.
도 2는 본 발명에 의한 파워 모니터링 동작을 설명한 것이다.
검출기(RPM detector)(30)를 통해 원격 플라즈마 시스템(RPS)(20)으로 외부 의 전원이 공급되면 플라즈마 소스가 생성되어 챔버(chamber)(10) 내부에서 클리닝이 수행된다. 원격 플라즈마 시스템(20)이 플라즈마 소스를 생성하면서 소비하는 출력 파워 값은 검출기(30)에 의해 검출되어 컨트롤러(RPM controller)(40)로 전달된다. 컨트롤러(40)는 출력 파워 값을 처리하여 실시간 표시하거나 컨트롤러(40)에 연결된 컴퓨터(60)가 처리할 수 있는 신호로 변환한다.
일반적으로 원격 플라즈마 시스템(20)은 외부 교류 전원으로부터 표준 주파수(50-60Hz)를 공급받아 SMPS(Switching Mode Power Supplies)를 통해 고주파수(400kHz)로 변환하여 원하는 전압을 만든 후 PWM 방식을 이용하여 직류를 생성하므로, 모델별로 SMPS 파워 방식의 특성 값을 가진다. 따라서 원격 플라즈마 시스템(20)의 SMPS 특성 값을 컨트롤러(40)에 입력하고, 검출기(30)는 원격 플라즈마 시스템(20)의 실제 사용 전압과 전류를 측정한 후 이를 컨트롤러(40)에 보내면 컨트롤러(40)는 특성 값을 고려하여 실제 출력 파워 값을 표시하게 된다.
사용자는 컨트롤러(40)에 연결된 컴퓨터(60)를 이용하여 원격 플라즈마 시스템(20)의 출력 파워 값을 관리할 수 있다.
즉, 사용자는 컴퓨터(60)에서 원격 플라즈마 시스템(20)의 적정 출력 파워의 상한치와 하한치를 설정할 수 있다. 여기서, 상한치와 하한치는 원격 플라즈마 시스템(20)의 실제 출력 파워 값의 +/- 25% 이내로 설정할 수 있다. 컴퓨터(60)는 컨트롤러(40)로부터 출력 파워 값을 수신하고 출력 파워 값이 상한치와 하한치의 범위를 벗어난 것으로 판단되면 경고 신호를 출력할 수 있다.
종래에는 챔버 클리닝 시간을 줄이기 위해 원격 플라즈마 시스템(20)을 작은 용량에서 큰 용량으로 교체하는 것이 대부분이었다. 그러나 본 발명에 의한 파워 모니터링 장치(RPM: RPS Power Monitor)를 사용하게 되면 기존 원격 플라즈마 시스템(20)의 용량 증가 없이도 챔버 클리닝 시간을 효율적으로 단축시킬 수 있다. 즉, 기존 원격 플라즈마 시스템(20)의 출력 파워 대역을 측정하고 실제 파워 값을 확인하여 투입되는 가스량을 조절함으로써 챔버 클리닝 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, Hi-Temp Nitride 공정을 위한 AMAT Producer 장비에 장착된 원격 플라즈마 시스템에 대하여 본 발명의 파워 모니터링 장치를 사용하여 챔버 클리닝 시간을 단축시킨 사례를 설명한다.
본 발명의 실시예에서 사용된 원격 플라즈마 시스템은 최대 파워가 5kW로서 최초 NF3 가스를 2800sccm 투입 받아 53초간 챔버 클리닝을 수행하고 있었다. 이러한 원격 플라즈마 시스템에 본 발명의 파워 모니터링 장치를 장착하여, 챔버 클리닝 동안의 실제 파워 값이 2.9kW 대역에 있음을 알 수 있었고 최대 파워가 5kW이므로 약 2kW 정도의 여유 파워가 있음을 확인하였다. 이에 따라 NF3 가스를 3300sccm으로 늘려 챔버 클리닝 시간을 53초에서 40초로 13초간 단축시킴으로써 웨이퍼의 총 생산량을 증가시킬 수 있었다.
표 1은 상기의 챔버 클리닝 시간의 단축 사례를 나타낸 것이다.
Figure 112008083056543-pat00001
본 발명의 실시예에서는 검출기(30)와 컨트롤러(40)가 분리되어 원격 플라즈마 시스템(20)에 장착되고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 일체형으로 구성될 수도 있다. 따라서 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하다. 그러므로 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한된다는 것을 알아야 한다.
도 1은 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템의 구성도.
도 2는 파워 모니터링의 동작을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 챔버 20 : 원격 플라즈마 시스템
21 : 전원 커넥터 30 : 검출기
40 : 컨트롤러 50 : 전원선
60 : 컴퓨터

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 투입되는 가스에 전기적 에너지를 가하여 플라즈마 소스를 생성하고 생성한 플라즈마 소스를 챔버로 공급하면서 가스량에 따라 출력 파워를 제어하는 원격 플라즈마 시스템에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결되어 상기 원격 플라즈마 시스템으로 전원 공급을 유지하면서 상기 플라즈마 소스 생성 시 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 검출하는 출력 파워 검출수단과,
    상기 출력 파워 검출수단으로부터 출력 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 실시간 표시하는 제어수단과,
    상기 제어수단에 연결되어 상기 출력 파워 값을 수신하고 적정 출력 파워의 상한치와 하한치를 설정하여 상기 출력 파워 값이 상한치와 하한치의 범위를 벗어난 경우 경고 신호를 출력하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상한치와 하한치는 실제 출력 파워 값의 +/- 25% 이내로 설정되는 것을 특징으로 하는 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어수단은 원격 플라즈마 시스템의 모델별 SMPS 특성 값을 입력받고, 상기 출력 파워 검출수단이 상기 원격 플라즈마 시스템의 실제 사용 전압과 전류를 측정하여 이를 상기 제어수단으로 전송하면, 상기 제어수단은 상기 SMPS 특성 값을 고려하여 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 표시하는 것을 특징으로 하는 파워 모니터링 기능을 구비한 원격 플라즈마 시스템.
  5. 삭제
  6. 플라즈마 소스를 생성하는 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결되어 원격 플라즈마 시스템으로 전원 공급을 유지하면서 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 검출하는 검출기와,
    상기 검출기로부터 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 실시간 표시하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 원격 플라즈마 시스템의 모델별 SMPS 특성 값을 입력받고, 상기 검출기가 상기 원격 플라즈마 시스템의 실제 사용 전압과 전류를 측정하여 이를 상기 컨트롤러로 전송하면, 상기 컨트롤러는 상기 SMPS 특성 값을 고려하여 상기 원격 플라즈마 시스템의 출력 파워 값을 표시하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링 장치.
  7. 원격 플라즈마 시스템이 투입된 가스에 전기적 에너지를 가하여 플라즈마 소스를 생성하는 단계와,
    상기 원격 플라즈마 시스템의 전원 커넥터에 연결된 검출기가 상기 플라즈마 소스 생성 시 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 검출하는 단계와,
    상기 검출기에 연결된 컨트롤러가 상기 파워 값을 수신하여 상기 원격 플라즈마 시스템에서 출력되는 파워 값을 실시간 표시하는 단계와,
    상기 표시된 파워 값이 상기 원격 플라즈마 시스템의 최대 파워 값보다 적은 경우 투입되는 가스의 양을 증가시키는 단계를 포함하여,
    여유 파워 값 확인에 따라 가스량을 증가시킴으로써 챔버 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링을 이용한 챔버 클리닝 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 시스템의 적정 파워 값의 상한치와 하한치를 설정하는 단계와,
    상기 검출된 파워 값이 상기 상한치와 하한치의 범위를 벗어난 경우 경고 신 호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링을 이용한 챔버 클리닝 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상한치와 하한치는 실제 출력 파워 값의 +/- 25% 이내로 설정되는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 시스템의 파워 모니터링을 이용한 챔버 클리닝 방법.
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