KR101036572B1 - 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치에 관한 것으로, 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치는 진공 챔버 내부의 플라즈마 발생 상태를 Optical 센서로 감지하는 Emission 센서부와 Optical 광학 센서에서 검출된 광 신호를 플라즈마 반응 이온 상태의 각각의 고유파장 신호로 변조 및 분류하는 Emission 검출부와 검출된 각 고유파장 특성을 PC에 연결하여 실시간으로 모니터링 하여 사용자가 원하는 공정 조건을 지정하는 Emission 분석 제어부로 구성되어 지며, 제어부에서 지정한 파라미터 값을 Emission검출부로 보내어 검출부 내부의 통신 디바이스를 통한 고주파 발생 전원장치와 공정 프로세스 가스 유량 제어 MFC를 A/D 또는 RS232 통신으로 신호를 주어 Power량과 프로세스 가스 유량을 실 시간 미세 제어하는 프로세스 제어부로 구성된 것이 특징으로 한다.

이 기술로 불안정한 진공 챔버 내부 플라즈마 이온 상태를 실시간으로 측정하여 고주파 발생 전원장치 및 공정 프로세스 반응 가스를 미세 제어 하여 안정적인 미세 건식 화학 식각 또는 화학 증착 공정을 유지함으로 최적의 고 정밀 미세 Plasma 제어 기술을 얻을 수 있다.

Description

반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치{Micro Reactive ion etching or Chemical vapor deposition control device system}

본 발명은 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응 이온을 이용한 식각 공정 또는 화학 증착 공정 진행시 진공 챔버 내부의 불안정한 플라즈마 이온 상태 및 현상 등의 실시간 측정기능을 통한 모니터링기술과 미세 제어 기술로 인한 진공 챔버 내에 공급되는 공정 프로세스 가스 및 고주파 발생 전원장치의 미세 제어 기능에 의한 반응 이온 상태의 안정적 유지 및 최적의 미세 건식 화학 식각 또는 화학 증착 공정을 가능하게 함으로 45나노미터 및 65나노미터 공정 등 고 정밀 미세 플라즈마 제어가 가능하도록 하는 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치에 관한 것이다.

플라즈마 진공 챔버는 MFC를 통한 프로세스 가스의 일정량을 공급받고, 고주파 발생 전원 장치에 의한 전원을 공급 받아 챔버 내부에 플라즈마 반응을 통한 이온을 발생하여 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 식각(Etching), 박리(Stripping), 증착(deposition), 세정(Cleaning)등에서 널리 사용되고 있다.

즉, 반도체 웨이퍼 또는 평판 표시장치 등과 같이 미세 패턴을 형성하여야 하는 기술 분야에서는, 플라즈마를 생성하여 건식 식각, 화학기상 증착, 스퍼터링 등의 각종 표면 처리 공정을 수행하는 경우가 많다. 최근에는 비용절감 및 쓰루풋(through-put) 향상 등을 달성하기 위하여, 반도체 웨이퍼나 평판 표시장치용 기판의 크기가 점점 커지는 추세에 있는데, 반도체 웨이퍼의 경우, 예컨대 직경 300㎜ 이상으로 대형화되는 경향을 보이고 있다. 따라서, 이러한 대형 웨이퍼나 기판을 가공하기 위한 플라즈마 공정장치의 규격도 변화하고 있다.

한편, 플라즈마 발생 방식으로는 다이오드(diode) 방식, 마이크로파 (microwave)방식, 라디오파(radio frequencywave) 방식 등의 고주파 동력을 이용한 방식들이 있다. 그러나, 다이오드 방식에 의하면, 고전압의 제어가 곤란하고 고압의 기체 압력이 필요하기 때문에 미세 패턴을 가공하기에는 적절하지 못하다. 또한, 마이크로파 방식의 일종인 전자 가속 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 방식은 저압 하에서도 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있는 장점을 가지나, 플라즈마의 분포를 균일하게 형성하기가 곤란한 단점을 가지며, 이러한 단점은 플라즈마의 규모가 증가됨에 따라 더욱 현저해진다. 나아가, 유도 결합(inductively coupled) 방식이라고도 불리는 라디오파 방식의 일종인 헬리콘파(helicon wave) 방식에 의하면, 전기장과 자기장의 에너지를 복합하여 여기(excite)시킴으로써 소규모의 플라즈마에서는 균일한 분포를 갖는 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있으나, 플라즈마의 규모가 클 경우에는 밀도 분포가 균일하지 못하다는 단점을 여 전히 갖는다. 또한, 종래의 플라즈마 공정장치는 RF(Radio Frequency) 고주파 전력을 인가하는 방식을 사용하나, 이는 플라즈마 전자온도를 낮추는 데 한계가 있다.

이하, 종래기술의 장치 중 최근에 많이 사용되는 유도 결합 방식의 플라즈마 공정장치를 첨부도면에 의해 설명하면서 그 문제점에 대해 알아보기로 한다.

도 1은 종래의 유도 결합 방식의 플라즈마 공정장치(100)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 플라즈마 공정장치(100)는 진공용기부와 고주파 발생부로 구성되어 있다. 진공용기부는 그 내부에서 플라즈마가 생성되는 진공챔버(110), 반응기체를 공급하기 위한 기체 주입구(108), 반응완료된 기체를 배출하기 위한 진공 펌프 (120) 및 기체 배출구(118)로 구성되어 있다. 진공챔버(110) 내부에는 웨이퍼 또는 기판(116) 등을 안착시키기 위한 척(chuck; 114)이 있으며, 진공챔버(110)의 상단에는 안테나(104)를 올려 놓기 위한 절연체판(106)이 위치한다. 안테나(104)와 진공챔버(110)의 사이에 설치되어 있는 절연체판(106)은 안테나(104)와 플라즈마 사이의 용량성 결합(capacitive coupling)을 감소시킴으로써 고주파 전원으로부터의 에너지가 유도성 결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마로 전달되는 것을 돕는다. 한편, 고주파 발생부는 안테나(104)에 연결되는 제1 고주파 전원(102)과, 척(114)에 연결되는 제2 고주파 전원(122)으로 구성되어 있다. 통상적으로 제1 및 제2 고주파 전원(102, 122)은 20㎒ 이하의 주파수를 갖는 RF 전력을 안테나(104) 및 척(114)에 각각 인가하도록 설치된다.

상기 구조의 플라즈마 공정장치(100)는 다음과 같이 플라즈마를 생성한다. 즉, 초기에 진공챔버(110)의 내부가 진공화되도록 진공펌프(120)를 이용하여 그 내 부를 배기시킨다. 그 다음, 플라즈마 발생용 반응가스를 기체 주입구(108)를 통해 진공챔버(110)의 내부에 주입하고, 필요한 압력으로 유지시킨다. 이어서, 제1 고주파 전원(102)으로부터, 예컨대 13.56㎒의 RF 전력을 안테나(104)에 인가한다. 이 때, RF 전력의 인가에 따라 안테나(104)가 이루는 평면과 수직방향으로 시간적으로 변하는 자기장이 유도된다. 이와 같이 시간적으로 변하는 자기장은 진공챔버(110)의 내부에 유도 전기장을 형성하는데, 이 유도 전기장이 전자를 가열하여 안테나(104)와 유도성으로 결합된(inductively coupled)플라즈마를 발생하게 한다. 이렇게 가열된 전자들은 주변의 중성기체 입자들과 충돌하여 이온 및 라디칼(radical) 등을 생성하고 이들은 플라즈마 식각 및 증착에 이용되게 된다. 한편, 제2 고주파 전원(122)에 의해 척(114)에 인가되는 고주파 전력은 웨이퍼 또는 기판(116)에 입사하는 이온의 에너지를 제어할 수 있게 해준다.

플라즈마 기술 분야에 있어서, 플라즈마 반응을 통한 이온의 안정적으로 유지와, 반응 이온 량의 미세제어 기술을 통한 반도체 웨이퍼 300mm이상의 대형화 및 높은 생산 수율를 위한 극 미세 공정제어 기술을 통한 나노미터 회로 패턴 가공 기술 분야 실현을 위한 공정 기술자들에게 있어 지속적인 연구 과제가 되고 있다.

더불어, 반응 이온의 안정적 유지 및 플라즈마 챔버 내부 플라즈마 반응 이온 상태의 실시간 측정 및 효율적인 고주파 발생 전원 장치와 프로세스 공정 가스의 미세 제어 기술의 연구가 지속적으로 전개되고 있다.

플라즈마를 이용한 공정에서 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 상태가 공정 프로세스 가스 및 진공도, 웨이퍼 특성에 따른 각각의 불안정한 진공 플라즈마 챔버 내부의 반응 이온 상태를 손실 없이 실시간 측정하는 기술과 진공 챔버 내부 환경 측, 플라즈마에 의한 직접적인 데미지에 의한 영향으로 부터 Optical 광학 센서의 보호 디자인 설계등으로 보다 안정적인 플라즈마 검출에 의한 효율적인 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스의 미세 제어를 통한 안정적인 플라즈마 반응 이온의 형성과 극 미세 얇은 막의 균일한 분포의 반응 이온을 통한 반도체 웨이퍼에 진행되는 해당 공정이 효과적으로 진행 될 수 있다 즉, 플라즈마 반응 이온의 상태를 실시간 검출함과 동시에 프로세스 공정가스 및 고주파 발생 전원 장치의 미세 제어를 통한 반도체 웨이퍼 생산 수율 증대 및 불량률 감소를 줄일 수 있기 때문이다.

최근 반도체 웨이퍼 생산 효율을 높이기 위해 웨이퍼 사이즈의 증가 및 회로 페턴의 나노미터 단위로 줄이고 있는 추세이며, 이와 더불어 반도체 제조 공정상에서는 여러 가지 기술적 해결 과제를 발생 시키고 있으며, 그 중 하나로서 플라즈마 진공 챔버 내부의 반응 이온 상태의 실시간 측정 및 프로세스 공정 가스 및 고주파 발생 전원장치의 미세 제어 기술인 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치가 요구 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 플라즈마 진공 챔버 내의 반응 이온 상태의 실시간 측정 및 프로세스 공정 가스 및 고주파 발생 전원장치의 실시간 미세 제어를 통한 플라즈마 진공 챔버 내의 안정된 반응 이온의 형성과 이온의 균일도 및 이온화 율의 미세 제어 공정이 가능 하도록 하기 위한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 플라즈마 진공챔버, Optical센서부와, 프로세스 제어부을 포함한 Emission Main Controller부, Emission Software와 Emission 통신 CARD를 포함한 Emission Software 분석부, 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스 제어 MFC를 포함하여 구성된 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치에 있어서, 상기 플라즈마 진공 챔버는 플라즈마 반응 이온에 의한 반도체 웨이퍼(S)를 식각 또는 증착 등 공정을 하기 위하여 반응 이온을 생성하고, 프로세서 가스를 공급받아 상기 플라즈마 진공챔버 내에 프로세스 가스를 제공하여 공정 가스를 제어하는 MFC와, 고주파 전원에 의하여 플라즈마 진공 챔버내에서 프로세스 공정 가스를 방전하여 반응 이온을 생성하는 고주파 발생 전원장치와, 상기 플라즈마 진공챔버 내부에 구성되어 상기 플라즈마 진공 챔버 내의 반응 이온 상태에 따라 반응 이온의 각각의 광신호를 검출하는 광(Optical) 센서부와, 상기 광(Optical) 센서부와 광케이블로 연결되어 상기 광 센서부에서 검출된 광신호에 따라 각각의 반응 이온의 고유 파장을 전기 신호로 변환하는 Emission Main Controller와, 상기 Emission Main Controller에 의하여 전송된 광신호를 각각의 반응 이온 고유 파장에 대해 전기 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 Emission 통신 CARD와, 상기 Emission 통신 CARD을 통해 변환된 디지털 신호는 각 공정별 사용자가 지정한 파라미터 입력 값에 따라, 입력된 신호를 Emission 통신 CARD에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 Emission Software 분석부와, 상기 Emission Main Controller의 내부 또는 일측에 구성되어 상기의 Emission Software 분석부를 통해 상기 입력된 신호가 Emission 통신 CARD에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경되며, 상기 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스를 공급하는 MFC를 정밀 제어하는 프로세서 제어부로 구성되는 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 Optical 센서부는 상기 플라즈마 진공 챔버 내부에 장착되고, 장착이 용이하도록 NW-Flange 일체형 구조를 가지며, 이를 통한 플라즈마 진공 챔버 내부 감시용 뷰(View)포트를 제거 하고 이 자리에 NW-Flange 일체형 Optical센서를 별도 기구 장치없이 쉽게 장착 설치할 수 있는 구조로 구성되고, Optical센서 내의 광학 쿼츠 렌즈의 앞 단에 설치된 직경 0.2mm 크기의 벌집 형상의 스테인레스 316 재질의 EP처리된 RF 필터를 장착하고, 플라즈마 진공 챔버 내 설치된 Optical센서 내부 광학 쿼츠 렌즈의 반응 이온에 의 한 식각 데미지로부터 보호할 수 있는 RF 필터 기능이 있는 Optical센서 하우징이 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, Emission Main Controller와 Emission Software를 통한 플라즈마 진공 챔버 내 반응 이온의 측정 및 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스의 실시간 미세 제어를 통하여, 반응 이온의 실시간 측정과 이를 통한 Emission Main Controller에 의한 플라즈마 방전을 위한 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스 제어 MFC를 전압VDC 제어에 의한 미세 식각 또는 증착 공정이 가능하고, 상기 Emission Main Controller 는 Optical센서부에서 받은 광신호를 전기 디지털 신호로 변환하는 변환부와 제어하고자 하는 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스량을 통신 프로토콜을 거처 D/A 컨버터로 변환된 신호를 DC 전압으로 변환 송출하는 프로세스 제어부가 일체로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 Emission Software 분석부는 PC에 Emission Software를 설치하고, 설치된 Software에 의한 제어 및 데이터 교환을 수행하고, 상기 Emission 통신 CARD는 반응 이온의 고유 파장 별 분류 및 아날로그 신호를 디지털 신호화 하여 PC내 Emission Software를 보조하고, 범용적인 PC를 이용할 수 있도록 하는 별도 통신 호환기능을 가지고, 상기 프로세스 제어부는 기존 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스 량 제어 MFC 제어, A/D 인터페이스의 호환성을 고려 전압 0V ~ 10VDC의 전압 신호를 제어기능을 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 Emission Main Controller는 다 채널 감시 및 제어가 가능한 모듈형으로 구성되고, 측정 및 제어하고자 하는 플라즈마 진공 챔버 및 프로세스 공정수에 따라 각각 광 컨버터 모듈을 최대 6개까지 슬롯에 추가 장착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치는 플라즈마 진공 챔버내의 반응 이온의 미세 제어를 통하여 반도체 웨이퍼 제조에 있어서 식각 또는 증착 공정시 리엑티브공정의 최적의 조건을 가능하게 함으로 생산 수율 및 고밀도 집접 회로의 웨이퍼를 얻을 수 있다.

또한, 플라즈마 진공 챔버 내부의 플라즈마의 반응 이온 상태를 실시간 모니터링 함과 동시에 고주파 발생 전원 장치의 Power와 공정 프로세스 가스 량의 실시간 제어 함으로써 최적의 반응 이온상태의 안정적 유지 및 이온 발생량의 제어를 통한 미세 플라즈마 공정이 가능함으로 생산 수율(Yield)을 높일 수 있다.

또한, 플라즈마를 이용한 공정에서 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 상태가 공정 프로세스 가스 및 진공도, 웨이퍼 특성에 따른 각각의 불안정한 진공 플라즈마 챔버 내부의 반응 이온 상태를 손실 없이 실시간 측정할 수 있고, 진공 챔버 내부 환경 측, 플라즈마에 의한 직접적인 데미지에 의한 영향으로부터 Optical 광학 센서의 보호 디자인 설계를 함으로써 안정적인 플라즈마 검출에 의한 효율적인 고 주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스의 미세 제어를 통한 안정적인 플라즈마 반응 이온의 형성과 극 미세 얇은 막의 균일한 분포의 반응 이온을 통한 반도체 웨이퍼에 진행되는 해당 공정이 효과적으로 진행될 수 있다.

또한, 플라즈마 반응 이온의 상태를 실시간 검출함과 동시에 프로세스 공정가스 및 고주파 발생 전원 장치의 미세 제어를 통한 반도체 웨이퍼 생산 수율 증대 및 불량률 감소를 줄일 수 있기 때문이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 앞 모습을 보여주기 위한 정면도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 뒤 모습을 보여주기 위한 후면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 내부 모습을 보여주기 위한 등각도이며, 도 7은 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Optical 센서부의 외형을 보여 주기 위한 사시도를 나타내며, 도 8은 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Optical 센서부의 내부를 보여 주기 위한 단면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission 통신 CARD 블록도이고, 도 10은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Software 프로그램 순서도를 나타낸다.

이하, 본 발명에 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 구성 및 동작상태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 전체 구성을 살펴보면,

반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치는 크게 플라즈마 진공챔버(10), Optical센서부(40)와, 프로세스 제어부(80)을 포함한 Emission Main Controller부(50), Emission Software와 Emission 통신 CARD(60)를 포함한 Emission Software 분석부(70), 고주파 발생 전원장치(30) 및 프로세스 공정 가스 제어 MFC(20)을 포함하여 구성된다.

참조번호 10은 플라즈마 진공 챔버(10)로서, 플라즈마 반응 이온에 의한 반도체 웨이퍼(S)를 식각 또는 증착 등 공정을 하기 위하여 반응 이온을 생성하게 되며, 20은 프로세서 가스를 공급받아 상기 플라즈마 진공챔버(10) 내에 프로세스 가스를 제공하여 공정 가스를 제어하는 MFC를 나타낸다.

참조번호 30은 고주파 발생 전원장치로서, 고주파 전원에 의하여 플라즈마 진공 챔버(10)내에서 프로세스 공정 가스를 방전하여 반응 이온을 생성하게 된다.

상기의 절차에 의해 상기의 반응 이온으로 반도체 웨이퍼 표면(S)을 식각 또는 증착 관련 공정이 진행하게 된다.

참조번호 40은 광(Optical) 센서부로서, 광 센서부(40)의 일측이 상기 플라즈마 진공챔버(10) 내부에 구성되어 상기 플라즈마 진공 챔버(10)내의 반응 이온 상태에 따라 반응 이온의 각각의 광신호를 검출하며, 50은 상기 광(Optical) 센서부(40)와 광케이블로 연결되어 상기 광 센서부(40)에서 검출된 광신호에 따라 각각의 반응 이온의 고유 파장을 전기 신호로 변환하는 Emission Main Controller을 나타낸다.

즉, 상기 플라즈마 진공챔버(10)내의 반응 이온 상태를 상기 광 센서부(40)가 반응 이온의 각각의 광신호를 검출하여, 검출된 광신호를 상기 광케이블에 의하여 상기 Emission Main Controller(50)로 검출된 신호를 전송하게 된다.

참조번호 60은 Emission 통신 CARD로서, 이는 상기 Emission Main Controller(50)에 의하여 전송된 광신호를 각각의 반응 이온 고유 파장에 대해 전기 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 것으로, 통상의 PC 내에 설치되며, 70은 Emission Software가 포함되어 상기 Emission 통신 CARD(60)을 통해 변환된 디지털 신호는 각 공정별 사용자가 지정한 파라미터 입력 값에 따라, 입력된 신호를 Emission 통신 CARD(60)에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 Emission Software 분석부를 나타낸다.

참조번호 80은 프로세서 제어부로서, 상기 Emission Main Controller(50)의 내부 또는 일측에 구성되어 상기의 Emission Software 분석부(70)를 통해 상기 입 력된 신호가 Emission 통신 CARD(60)에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경되며, 상기 Emission Main Controller(50)내 상기 프로세스 제어부(80)에 의하여 전압 VDC 제어 신호로 상기 고주파 발생 전원장치(30) 와 프로세스 공정 가스를 공급하는 MFC(20)를 정밀 제어하게 된다.

본 발명의 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치는 플라즈마 진공 챔버 내부의 플라즈마 반응 이온의 상태를 모니터링하는 데 있어 플라즈마에 의한 데미지 즉, 플라즈마 반응 이온에 의한 식각과 파티클(Particle)에 대한 입자 영향으로부터 보호 받고 챔버 내부의 플라즈마 반응 이온의 상태를 실시간으로 측정, 검출할 수 있는 구조의 Optical센서를 구성하고,

또한, Optical센서에서 검출한 플라즈마 반응 이온의 여러 빛 파장 신호를 노이즈 및 신호 왜곡 없이 Emission Main Controller까지 신호를 전달할 수 있도록 광 케이블로 구성하며; 전달받은 광신호를 반응 이온의 각 고유 파장 별 분류 및 광신호를 전기 아날로그 신호로 변조하는 Emission Main Controller, 검출된 아날로그 DATA신호를 USB 데이터 케이블로 PC내 설치된 Emission Software와의 Data 변환 및 통신 제어 소프트웨어의 운영을 담당하는 Emission통신 CARD를 포함하는 Emission Software 분석부를 통한 반응 이온의 플라즈마 Density, 이온량 등 반응 이온의 상태를 실시간 모니터링하여 Emission 통신 CARD의 소프트웨어 제어 신호를 Emission Main Controller 내 포함된 Power 제어부로 보내어 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스 제어를 위한 MFC에 신호를 주어 실시간 미세 제어를 통한 플라즈마 진공 챔버 내 반응 이온을 미세 제어한다.

도 3 내지 도 4에 도시된 Emission Main Controller(50)은 도 2의 구성에서 제시된 바와 같이 상기 플라즈마 진공 챔버(10)내에 설치된 Optical센서부(40)와 상기 Emission Main Controller(50) 정면 판넬에 위치한 광 컨버터 모듈(54)의 일측에 구성된 광케이블 컨넥터 핀(52)과 광케이블로 연결된다.

상기의 연결에 따라 플라즈마 진공 챔버(10)내에 설치된 Optical센서부(40)에서 검출된 반응 이온의 광신호를 광케이블을 통하여 상기 Emission Main Controller(50)로 전송된다.

또한, 프로세스 제어부(80)를 탑재한 Emission Main Controller(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 판넬의 전원 커텍터(81a)에 의하여 전원공급을 받아 SMPS(88)에 의하여 필요한 DC 전류로 변환하며, 전원 스위치(81)에 의하여 동작 전원을 제어할 수 있다.

상기 프로세스 제어부(80) 및 Emission Main Controller(50)의 동작상태는 LCD 화면(82)에 의하여 동작상태가 표시되며, 상태에 따라 필요한 점검을 할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 광 컨버터 모듈(54)은 상기 Optical 센서부(40)에서 받은 광신호를 반응 이온의 각 고유 파장 별로 Wave 디바이스 모듈(55)에 의하여 전기 아날로그 신호로 변경되고, 변경된 아날로그 신호는 상기 Emission Main Controller(50)내의 USB 디바이스모듈(87)에 포함된 USB 컨넥터(83)에 의하여 PC 내 장착된 Emission 통신 CARD(60)로 DATA를 전송하게 된다.

이후, 재 처리된 유저 프로세스 DATA 신호는 다시 Emission 통신CARD(60)와 연결된 USB 컨넥터(83)을 통해 상기 USB 디바이스모듈(87)을 거쳐 Emission Main Controller(50)내의 프로세스 제어부(80)의 DATA증폭기(89)에 의하여 신호증폭을 하게 된다.

상기에 의해 증폭된 아날로그 신호는 전압제어기(86)에 의하여 신호 처리되어 상기 컨넥터 핀(85)에 각각 연결된 고주파 발생 전원장치(30), 프로세스 공정 가스 제어 MFC(20) 컨넥터에 의해 상기 증폭된 아날로그 신호는 정밀 제어하게 된다.

한편, BNC 컨넥터(84)는 제어하고자 하는 제품의 인터페이스에 호환 가능하도록 예비 컨넥터 타입으로 부가적으로 설치 사용할 수 있다.

첨부된 도 8은 본 발명에 따른 Optical 센서부(40)의 외관을 도시한 사시도 이고, 도 9는 도 8에 따른 Optical 센서부(40)의 단면도를 나타낸다.

이하, 상기 Optical 센서부(40)의 구성 및 동작상태를 살펴보면, 상기 Optical센서부(40)는 플라즈마 진공 챔버(10) 내에 장착이 용이하여야 하며, 용이한 장착을 위해 플라즈마 진공 챔버(10) 내부 감시용 뷰(View) 포트를 제거하고 체결할 수 있도록 NW-Flange(43)의 구조로 구성되어 설치되며, 설치된 Optical 센서부(40)는 상기 플라즈마 진공 챔버(10) 내의 반응 이온에 의한 식각등의 플라즈마의 직접적인 손상에 따른 영향을 받지않도록 상기 Optical 센서부(40) 내부 광학 쿼츠(Quartz)(42) 렌즈 앞에 직경 0.2mm 크기의 벌집 형상의 스테인레스의 금속 필터구조의 RF필터(41)가 구성되어 설치된다.

상기 Optical 센서부(40)의 몸체(45)는 스테인레스 316 재질의 EP 처리되는 것이 바람직하다.

또한 반응 이온의 검출된 광 신호를 노이즈 및 신호 왜곡 없이 상기 Emission Main Controller(50)로 전송하기 위해 광 케이블(44)을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예로서, 상기 Optical센서는 플라즈마 진공 챔버 내부에 설치되며, 이때 플라즈마의 직접적 손실(damage)의 영향을 받지 않도록 Optical센서 내부 광학 쿼츠(Quartz)의 반응 이온에 의한 식각이 되지 않도록 광학 렌즈 앞에 직경 0.2mm 크기의 벌집 형상의 스테인레스의 금속 필터를 장착한다.

또한, 상기의 장착이 용이하도록 플라즈마 진공 챔버 내부 감시용 뷰(View) 포트를 이용한 캡을 제거하고 Optical센서가 장착된 뷰 포트 캡(Cap)을 설치할 수 있다.

또한, Optical 센서에서 검출한 광신호의 왜곡 및 노이즈 차폐를 위한 광케이블로 신호를 전송한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 Emission 통신 CARD(60)의 블록도로서, 그 세부 구성을 살펴보면, 상기 Emission 통신 CARD(60)는 Emission Main Controller(50)에서 전송되는 반응 이온의 각 파장별 아날로그 신호를 A/D Converter(61)에 의하여 디지털 신호로 변조되고, DSP(63)에 의하여 반응이온의 고유 파장 별 분류 및 디지털 신호의 실시간 운영을 위해 내부 RAM(64)을 통해 DSP(63)의 처리 속도를 높이도록 구성되어 있다.

한편, 상기 DSP(63)는 ROM(65)내에 저장된 파라미터 DATA값을 기반으로 하여 반응 이온 고유 파장 신호를 분류하며, 또한, DSP(63)은 분류된 반응 이온 파장 신호의 디지털 신호를 PC Interface(66)을 통해 상기 Emission Software 분석부(70)의 Emission Software에 의하여 실시간 반응 이온의 상태를 측정하고, 사용자가 설정한 프로세스 파라미터 DATA 값을 PC Interface(66)를 거처 다시 상기DSP(63)로 전송하며, 상기 DSP(63)은 설정된 프로세스 파라미터 DATA 값과 ROM(65)에 저장된 파라미터 DATA 값을 근거로 설정치 값을 상기 D/A Converter(62)에 의하여 상기 Emission Main Controller(50)내의 프로세스 제어부(80)에 아날로그 신호로 전송하여 상기 프로세스 제어부(80)가 고주파 발생 전원 장치(30)와 프로세스 공정 가스 제어장치인 상기 MFC(20)를 제어할 수 있도록 한다

한편, 상기 Emission 통신 CARD(60)는 PC 내 메인보드 PCI 슬롯에 의한 전원을 공급받아 처리하는 Power Supply(67)에 의하여 필요 전원을 공급받는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, Emission Main Controller는 Optical센서에서 받은 광신호를 전기 디지털 신호로 변환하는 변환부와 제어하고자 하는 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스량을 통신 프로토콜을 거처 D/A 컨버터 로 변환된 신호를 DC전압으로 변환 송출하는 프로세스 제어부가 일체 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, Emission Software 분석부는 PC에 Emission Software를 설치하고 있으며, Software에 의한 제어 및 데이터 교환을 위하여, Emission 통신 CARD가 PC 메인보드 PCI 슬롯에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 프로세스 제어부는 기존 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스 량 제어MFC 제어 A/D 인터페이스의 호환성을 고려 전압 0V ~ 10V DC의 전압신호를 디바이스하는 제어기능이 제공될 수 있다

또한, 각 통신 케이블은 고주파 노이즈 차폐를 위한 실드 케이블에 고주파 차폐용 쵸크 코아를 설치하여 구성되는 것이 바람직하다.

첨부된 도 10은 본 발명에 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Software분석부(70)의 데이터를 처리하는 순서도로서, 그 내부에 Emission Software 프로그램이 저장되어 구성된다..

먼저, 상기 플라즈마 진공챔버(10)내부의 플라즈마의 반응 이온을 미세 식각 또는 증착 공정을 효율적으로 제어하여 사용자가 원하는 반도체 웨이퍼의 효율적인 생산을 제공하기 위해 그 내부에 소프트웨어 즉, Emission Software 프로그램을 실행한다.

본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치를 구동하기 전에 먼저, 반응 이온 미세 제어장치 동작시간 설정(S20 단계)/ 반응 이온 미세 프로세스 증착량 설정(S30 단계)/ 반응이온 미세 프로세스 제어 모드 선택(S40 단계)을 수행하고, 반응이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 구동(S10 단계)을 한다.

상기의 설정 및 구동절차에 따라서, 단계적으로 제어 모드를 통해 Gas의 Flow를 제어하는 MFC Control mode(S50 단계)와 Power Supply를 이용하여 Power의 양을 제어하는 Power Control mode(S60 단계), 그리고 Gas와 Power의 양을 동시에 제어하는 MFC & Power Control Mode(S70 단계)로 절차가 진행된다.

상기의 설정이 완료된 후엔 상기 Emission Software 분석부(70)에서 플라즈마 진공 챔버(10)내에서 발생한 플라즈마는 상기 Optical 센서부(40)에 의해 상기 플라즈마 신호는 상기 광케이블(44)을 통해 상기 Emission Main Controller(50)로 전송되고, 전송된 플라즈마 신호를 전기적 신호로 변환하여 플라즈마의 이온 및 원자량등 반응 이온 상태 분석(S80 단계)을 하고, 분석된 data를 모니터링(S80a 단계)한다. 또한, Desktop PC로 화면에 모니터링된 수치의 값은 플라즈마의 반응 이온상태 및 설정된 이온량의 제어 여부를 확인할 수 있으며, 상기 플라즈마 진공 챔버(10) 내부에서 반응 이온의 상태가 변화하여 상기 Emission Software 분석부(70)에서 반응이온량 변화(S80b 단계)를 감지하였을 경우 상기 Emission Main Controller(50)내의 프로세서 제어부(80)를 통하여 설정된 반응이온 미세 프로세스 증착량을 맞추기 위해 MFC 제어(S50a 단계), Power 제어(S60a 단계), MFC & Power 제어(S70a 단계)절차를 수행하여 변하는 플라즈마 상태를 피드백(feed-back) 받게 된다.

상기의 과정을 반응 이온 장치 동작시간 설정(S20 단계)한 시간만큼 반복적으로 진행되며, 설정된 프로세스 시간이 완료(S90 단계)된 후에는 지금까지 진행되 었던 플라즈마 반응 이온 data 정보 저장(S90a 단계)하게 되며, 반응이온 미세 식각 또는 증착 제어장치종료(S100 단계)하게 된다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

도 1은 종래의 유도 결합 방식의 플라즈마 공정장치(100)를 개략적으로 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도

도 3은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 외관을 보여주는 사시도

도 4는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 앞 모습을 보여주기 위한 정면도

도 5는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 뒤 모습을 보여주기 위한 후면도

도 6은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Main Controller의 내부 모습을 보여주기 위한 사시도

도 7은 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Optical 센서부의 외형을 보여 주기 위한 사시도

도 8은 본 발명에 따른 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Optical 센서부의 내부를 보여 주기 위한 단면도

도 9는 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission 통신CARD 블록도

도 10은 본 발명에 의한 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치의 Emission Software 프로그램 순서도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 플라즈마 진공 챔버 20: MFC

30 : 고주파 발생 전원 장치 40: Optical 센서부

41 : RF 필터 42 : 쿼츠

43 : NW-플랜지 44 : 광 케이블

45 : 몸체부 50: Emission Main Controller

52 : 컨버터 핀 54 : 컨넥터 모듈

55 : 웨이브 디바이스 모듈 60: Emission 통신 CARD

61 : A/D 컨버터 63 : DSP

64 : RAM 65 : ROM

66 : 인터페이스 67 : Power supply

70: Emission Software분석부 80 : 프로세스 제어부

81 : 전원 커넥터 81a : 전원 스위치

82 : LCD 화면 83 : USB 컨넥터

84 : BNC 컨넥터 85 : 커넥터 핀

86 : 전압제어기 87 : USB 디바이스 모듈

89 : DATA 증폭기

Claims (5)

1. 플라즈마 진공챔버, Optical센서부와, 프로세스 제어부를 포함한 Emission Main Controller부, Emission Software와 Emission 통신 CARD를 포함한 Emission Software 분석부, 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스 제어 MFC를 포함하여 구성되고, 상기 플라즈마 진공 챔버는 플라즈마 반응 이온에 의한 반도체 웨이퍼(S)를 식각 또는 증착 등 공정을 하기 위하여 반응 이온을 생성하고, 프로세서 가스를 공급받아 상기 플라즈마 진공챔버 내에 프로세스 가스를 제공하여 공정 가스를 제어하는 MFC와, 고주파 전원에 의하여 플라즈마 진공 챔버내에서 프로세스 공정 가스를 방전하여 반응 이온을 생성하는 고주파 발생 전원장치와, 상기 플라즈마 진공챔버 내부에 구성되어 상기 플라즈마 진공 챔버내의 반응 이온 상태에 따라 반응 이온의 각각의 광신호를 검출하는 광(Optical) 센서부와, 상기 광(Optical) 센서부와 광케이블로 연결되어 상기 광 센서부에서 검출된 광신호에 따라 각각의 반응 이온의 고유 파장을 전기 신호로 변환하는 Emission Main Controller와, 상기 Emission Main Controller에 의하여 전송된 광신호를 각각의 반응 이온 고유 파장에 대해 전기 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 Emission 통신 CARD와, 상기 Emission 통신 CARD을 통해 변환된 디지털 신호는 각 공정별 사용자가 지정한 파라미터 입력 값에 따라, 입력된 신호를 Emission 통신 CARD에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 Emission Software 분석부와, 상기 Emission Main Controller의 내부 또는 일측에 구성되어 상기의 Emission Software 분석부를 통해 상기 입력된 신호가 Emission 통신 CARD에 의하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경되며, 상기 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스를 공급하는 MFC를 정밀 제어하는 프로세서 제어부로 구성된 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치에 있어서,

   상기 Optical 센서부는

   상기 플라즈마 진공 챔버 내부에 장착되고, 장착이 용이하도록 NW-Flange 일체형 구조를 가지며, 이를 통한 플라즈마 진공 챔버 내부 감시용 뷰(View)포트를 제거 하고 이 자리에 NW-Flange 일체형 Optical센서를 별도 기구 장치없이 쉽게 장착 설치할 수 있는 구조로 구성되고,

   Optical센서 내의 광학 쿼츠 렌즈의 앞 단에 설치된 직경 0.2mm 크기의 벌집 형상의 스테인레스 316 재질의 EP처리된 RF 필터를 장착하고,

   플라즈마 진공 챔버 내 설치된 Optical센서 내부 광학 쿼츠 렌즈의 반응 이온에 의한 식각 데미지로부터 보호할 수 있는 RF 필터 기능이 있는 Optical센서 하우징이 구성되는 것을 특징으로 하는 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   Emission Main Controller와 Emission Software를 통한 플라즈마 진공 챔버 내 반응 이온의 측정 및 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스의 실시간 미세 제어를 통하여, 반응 이온의 실시간 측정과 이를 통한 Emission Main Controller에 의한 플라즈마 방전을 위한 고주파 발생 전원장치 및 프로세스 공정 가스 제어 MFC를 전압VDC 제어에 의한 미세 식각 또는 증착 공정이 가능하고,

   상기 Emission Main Controller 는 Optical센서부에서 받은 광신호를 전기 디지털 신호로 변환하는 변환부와 제어하고자 하는 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스량을 통신 프로토콜을 거처 D/A 컨버터로 변환된 신호를 DC 전압으로 변환 송출하는 프로세스 제어부가 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 Emission Software 분석부는 PC에 Emission Software를 설치하고, 설치된 Software에 의한 제어 및 데이터 교환을 수행하고,

   상기 Emission 통신 CARD는 반응 이온의 고유 파장 별 분류 및 아날로그 신 호를 디지털 신호화 하여 PC내 Emission Software를 보조하고, 범용적인 PC를 이용할 수 있도록 하는 별도 통신 호환기능을 가지고

   상기 프로세스 제어부는 기존 고주파 발생 전원장치와 프로세스 공정 가스 량 제어 MFC 제어, A/D 인터페이스의 호환성을 고려 전압 0V ~ 10VDC의 전압 신호를 제어기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 Emission Main Controller는

   다 채널 감시 및 제어가 가능한 모듈형으로 구성되고,

   측정 및 제어하고자 하는 플라즈마 진공 챔버 및 프로세스 공정수에 따라 각각 광 컨버터 모듈을 최대 6개까지 슬롯에 추가 장착이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 반응 이온 미세 식각 또는 증착 제어 장치.

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