KR101249085B1 - 양방향 ｒｆ 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히터의 열에너지와 플라즈마 에너지를 선택적으로 이용하여 퍼니스의 챔버 온도를 상승시키거나 히터의 열에너지와 플라즈마 에너지를 합하여 상승시키는 어닐 시스템을 개시(introduce)한다. 상기 어닐 시스템은, 퍼니스, 히터제어부 및 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함한다. 상기 퍼니스는 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터 및 2개의 RF 플라즈마 안테나를 포함한다. 상기 히터제어부는 상기 퍼니스의 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터의 동작을 제어한다. 상기 양방향 RF 플라즈마 모듈은 RF 전력을 생성하고, 생성된 RF 전력을 상기 2개의 RF 플라즈마 안테나 각각에 분배/공급한다. 여기서 상기 2개의 RF 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 마주 보는 방향에 분리되어 설치된다.

Description

양방향 ＲＦ 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템{Anneal system including 2 way radio frequency plasma module}

본 발명은 어닐 시스템에 관한 것으로, 특히 적어도 2개의 경로를 통해 플라즈마 에너지를 퍼니스의 챔버에 제공하는 어닐 시스템에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)는 이온이나 전자, 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하는데, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나 고주파 전자계(RF Electromagnetic fields)에 의해 생성된다.

반도체 제조 공정에서는 플라즈마에 의한 이온의 운동과 화학적 반응을 이용한 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposioin) 방법을 이용하여 반도체 기판(substrate)에 단결정의 반도체 막이나 절연막 등을 형성하거나, 기판에 일정한 패턴을 생성하는 식각(etching)공정에 사용된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 히터의 열에너지와 플라즈마 에너지를 선택적으로 이용하여 퍼니스의 챔버 온도를 상승시키거나 히터의 열에너지와 플라즈마 에너지를 합하여 상승시키는 어닐 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면(one aspect)에 따른 어닐 시스템은, 퍼니스, 히터제어부 및 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함한다. 상기 퍼니스는 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터 및 2개의 RF 플라즈마 안테나를 포함한다. 상기 히터제어부는 상기 퍼니스의 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터의 동작을 제어한다. 상기 양방향 RF 플라즈마 모듈은 RF 전력을 생성하고, 생성된 RF 전력을 상기 2개의 RF 플라즈마 안테나 각각에 분배/공급한다. 여기서 상기 2개의 RF 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 마주 보는 방향에 분리되어 설치된다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면(another aspect)에 따른 어닐 시스템은, 퍼니스 및 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함한다. 상기 퍼니스는 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터 및 적어도 2개의 RF 플라즈마 안테나를 포함한다. 상기 양방향 플라즈마 모듈은 RF 전력을 생성하고, 생성된 RF 전력을 상기 적어도 2개의 RF 플라즈마 안테나 각각에 분배/공급한다. 여기서 상기 적어도 2개의 RF 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 마주 보는 방향에 분리되어 설치된다.

본 발명에 따른 어닐 시스템은, 고온이 필요한 반도체 제조공정에 사용될 수 있음은 물론 고밀도 플라즈마에서 발생 되는 빛과 가스 이온화 촉진을 통해 저온공정으로 전환할 수 있는 장점이 있다.

즉, 고온이 필요한 어닐 공정 이외에 저온 공정이 요구되는 DPT(Double Patterning Technology) 및 TSV(Through Silicon Via) 등에 사용되어 증착막 재질의 향상에 도움을 줄 수 있다.

또한 챔버 내에 놓인 웨이퍼가 처리되는 동안 고온에 노출되는 시간을 감소시켜 박막의 불순물을 제거하고 밀도를 향상시킬 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템을 나타낸다.
도 2는 퍼니스에 설치된 2개의 플라즈마 안테나 중 하나의 안테나의 실시 예이다.
도 3은 종래의 배치방식 어닐장치의 실시 예이다.
도 4는 종래의 급속열처리 방식 어닐장치의 실시 예이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템(1)은, 퍼니스(10), 히터 온도 센서(22), 히터제어기(24) 및 양방향 RF 플라즈마 모듈(41, 42, 44, 45a, 45b)을 구비한다.

퍼니스(10, furnace)는 히터(20), 전극(32, 34), 플라즈마 안테나(50a, 50b) 및 RF 전달부(43a, 43b)를 포함한다.

양방향 RF 플라즈마 모듈(41, 42, 44, 45a, 45b)은 RR 전력 공급부(41), RF 정합부(42), RF 센서(44) 및 RF 분배부(45a, 45b)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 어닐시스템(1)은, 퍼니스(10)의 내부(chamber, 이하 챔버)의 온도를 상승시키기 위해 히터(20) 뿐만 아니라 양방향 플라즈마 모듈(41, 42, 44, 45a, 45b), RF 전달부(43a, 43b) 및 플라즈마 안테나(50a, 50b)도 동시에 사용한다는 것이다. 즉, 먼저 히터(20)에서 발생시킨 열 에너지를 이용하여 챔버를 일정한 온도로 상승시키고, 동시에 또는 일정한 시간이 경과 한 후 양방향 플라즈마 모듈(41, 42, 44, 45a, 45b), RF 전달부(43a, 43b) 및 플라즈마 안테나(50a, 50b)를 이용하여 플라즈마 에너지도 챔버 내에 부가하여 챔버의 온도를 목표로 하는 온도로 상승시킨다.

여기서 RF 전달부는 제1 RF 전달기(43a) 및 제2 RF 전달기(43b)를 구비하고, 플라즈마 안테나는 제1 플라즈마 안테나(50a) 및 제2 플라즈마 안테나(50b)를 구비한다. 제1 RF 전달기(43a)는 제1 플라즈마 안테나(50a)에 RF 전력을 전달하고, 제2 RF 전달기(43b)는 제2 플라즈마 안테나(50b)에 RF 전력을 각각 전달한다.

가스 주입구(11)를 통해 챔버로 공급된 가스는 플라즈마 안테나(50a, 50b)로부터 발산되는 전기에너지에 의해 플라즈마 상태로 여기(excite)되며, 여기된 플라즈마는 웨이퍼(W)의 온도를 증가시켜 웨이퍼(W)에 주입된 불순물을 어닐시키는데 사용하거나, 웨이퍼(W) 상의 일정한 패턴을 생성하는 식각 공정(etching process)에 사용할 수 있다.

히터(20)는 퍼니스(10)의 내면 또는 외벽에 마련된 복수 개의 열선(20a ~ 20n)을 이용하여 챔버의 내부의 온도를 조절한다. 히터(20)의 온도는 히터 온도 센서(22) 및 히터 제어기(24)에 의해 제어된다.

퍼니스(10) 내부에 설치된 상부전극(32) 및 하부전극(34)은 플라즈마 상태로 된 가스의 이동 경로를 결정한다. 예를 들면 상부전극(32) 및 하부전극(34)이 각각 양의 전극 및 음의 전극이 되는 경우, 이온 상태의 가스들 중 양의 전하를 띤 가스는 음의 전극으로 음의 전하를 띤 가스는 양의 전극으로 이동하게 된다.

도 1에 도시된 것과 같이 웨이퍼(W)가 하부전극(34)에 놓여져 있는 경우, 양의 전하를 띤 가스가 웨이퍼(W)에 전달될 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 안테나(50a, 50b) 및 플라즈마 안테나(50a, 50b)에 RF 전력을 전달하는 RF 전달부(43a, 43b)는 석영(quartz)을 재질로 퍼니스(10)의 내부에 설치된다.

퍼니스(10)의 상부 및 하부에 설치된 2개의 안테나(50a, 50b)에서는 RF 전력 공급부(41)에서 생성된 RF 신호를 발산한다.

본원발명에서는 플라즈마 균일도를 최적화하기 위하여 단방향이 아닌 양방향 플라즈마 분배방식을 사용한다. 즉, RF 전력 공급부(41)에서 생성된 RF 신호는 2개의 RF 분배부(45a, 45b), 2개의 RF 전달부(43a, 43b) 및 2개의 안테나(50a, 50b)를 통한 2개의 경로로 챔버에 RF 전력을 공급한다.

이때, RF 정합부(42)는 RF 센서(44)에 의해 검출된 챔버(10)의 임피던스 변화에 대응하여 RF 전력 공급부(41)로부터 2개의 RF 분배부(45a, 45b)에 각각 공급되는 RF 전력의 비율을 조절하는데, 이러한 방식으로 고밀도 플라즈마에서 발생되는 빛과 열에너지 즉 플라즈마의 균일도를 제어함으로써 결국 반사되는 RF 전력을 최소한으로 조절할 수 있다.

여기서 플라즈마 안테나(50a, 50b)는 구리로 구현할 수도 있지만, 구리와 니켈의 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

도 2는 퍼니스에 설치된 2개의 플라즈마 안테나 중 하나의 안테나의 실시 예이다.

도 2를 참조하면, 2개로 분리된 플라즈마 안테나 중 하나의 안테나를 나타내며, 챔버(10)의 상부 및 하부에 각각 장착된다. 도 3에 도시된 안테나의 형태는 단지 하나의 예에 불과하고 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이러한 형태의 확장도 모두 본 발명의 권리범위에 속하게 된다.

또한 도 2에는 2개의 안테나만 설치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 2개 이상의 플라즈마 안테나를 설치하는 것도 가능하다. 2개 이상의 플라즈마 안테나는 서로 마주 보도록 설치하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본원발명의 효과를 설명하기 위하여 종래의 어닐장치에 대하여 설명한다.

도 3은 종래의 배치방식 어닐장치의 실시 예이다.

도 3을 참조하면, 배치방식은 전체 챔버의 공간면적이 넓어서 챔버에 쌓여진 복수 개의 웨이퍼들 각각에 전달되는 온도의 균일성을 확보하는 데에는 한계가 있었다. 또한 온도 증가, 온도 유지 및 온도 감소와 같은 방식으로 챔버의 온도를 변화시키므로, 어닐 공정에 소요되는 시간이 매우 길어지는 단점이 있다.

도 4는 종래의 급속열처리 방식 어닐장치의 실시 예이다.

도 4를 참조하면, 배치방식 어닐장치의 단점을 극복하기 위하여 제안된 급속열처리 방식 어닐장치의 경우, 근본적으로 고온으로 동작하기 때문에 원하지 않는 불순물이 웨이퍼에 확산 될 수도 있다는 단점이 있으며, 통상적으로 열원으로 램프를 사용하기 때문에 웨이퍼 표면의 온도를 균일하게 분포하도록 하기도 어렵다는 단점도 있다.

본원발명의 경우 히터(20)로부터 공급되는 열에너지 이외에 플라즈마 에너지를 병행하여 사용하기 때문에, 저온 공정 환경에서부터 고온 공정 환경에 이르기까지, 필요에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 내열성을 위하여 플라즈마 모듈을 구성하는 안테나를 니켈합금으로 구현하였고, 고밀도 플라즈마 및 플라즈마의 균일도를 최적화하기 위하여 RF 정합부 및 RF 센서도 추가되었다.

또한 하부전극을 투명하고 열전도도가 좋은 재질로 구현할 경우, 전극의 상부에서 발생되는 열과 빛의 투과성이 좋게 만들 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

1: 어닐 시스템 10: 퍼니스
11: 가스 주입구 12: 가스 배출구
20: 히터 22; 히터 온도 센서
24: 히터 제어부 30: 전극
41: RF 전력 공급부 42: RF 정합부
43a, 43b: RF 전달부 44: RF 센서
45a, 45b: RF 분배부

Claims (12)

1. 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터 및 2개의 RF 플라즈마 안테나를 포함하는 퍼니스;
   상기 퍼니스의 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터의 동작을 제어하는 히터제어부; 및
   RF 전력을 생성하는 RF 전력 공급부와 상기 RF 전력 공급부에서 생성된 RF 전력을 2개의 경로로 분리하여 RF 플라즈마 안테나에 공급하는 RF 분배부를 포함하는 양방향 RF플라즈마 모듈;을 포함하며,
   상기 2개의 RF 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 마주 보는 방향에 분리되어 설치되는 어닐 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는,
   상기 2개의 플라즈마 안테나 각각에 RF 전력을 전달하는 2개의 RF 전달부를 더 포함하는 어닐 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 챔버와 상기 히터의 사이에 설치되는 양방향 RF 플라즈마 모듈을 포함하는 어닐 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 양방향 RF 플라즈마 모듈은,
   상기 퍼니스의 임피던스 변화를 감지하는 RF 센서; 및
   상기 임피던스 변화에 대응하여 퍼니스의 임피던스를 조절하는 RF 정합부를 더 포함하는 어닐 시스템.
6. 제1항에 있어서, 양방향 RF 플라즈마 모듈은,
   RF 분배기로부터 수신한 RF 전력을 상기 2개의 플라즈마 안테나 중 하나의 안테나에 전달하는 제1 RF 전달기와 RF 분배기로부터 수신한 RF 전력을 나머지 하나의 플라즈마 안테나에 전달하는 제2 RF 전달기를 포함하는 RF 전달부를 포함하는 어닐 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 히터 제어부는,
   상기 히터의 온도를 감시하는 히터 온도 센서; 및
   상기 히터의 온도를 제어하는 히터 제어기를 포함하는 어닐 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 2개의 RF 플라즈마 안테나는,
   니켈합금인 어닐 시스템.
   
9. 챔버의 온도를 상승시키는데 사용되는 히터 및 적어도 2개의 RF 플라즈마 안테나를 포함하는 퍼니스;
   RF 전력을 생성하는 RF 전력공급부, 상기 퍼니스의 임피던스 변화를 감지하는 RF센서, 상기 임피던스 변화에 대응하여 퍼니스의 임피던스를 조절하는 RF 정합부 및 상기 RF 전력 공급부에서 생성된 RF 전력을 2개의 경로로 분리하여 RF 플라즈마 안테나에 공급하는 RF 분배부를 포함하는 양방향 RF 플라즈마 모듈;을 포함하며,
   적어도 2개의 상기 RF 플라즈마 안테나는 상기 퍼니스의 마주보는 방향에 분리되어 설치되는 어닐 시스템
   
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,
    상기 히터의 온도를 감시하고 히터의 온도를 조절하는 히터 제어부를 더 포함하는 어닐 시스템.
12. 제9항에 있어서, 상기 적어도 2개의 RF 플라즈마 안테나는,
    니켈합금인 어닐 시스템.

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