KR19980066368A

KR19980066368A - 직류 전압을 제어하기 위한 hdp cvd 설비의 세정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR19980066368A
Application number: KR1019970001840A
Authority: KR
Inventors: 조국형; 김일호
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR100234912B1

Abstract

본 발명은 HDP(High Density Plasma) CVD 설비의 세정 장치에 관한 것으로, 챔버 세정 공정시 챔버 벽에 설치되는 세정용 RF 발생장치와 벽면 사이에 걸리는 직류 전압을 제어함으로써 챔버 벽면에 도포되어 있는 파티클을 단시간에 완전히 제거하여 설비 가동률과 웨이퍼 수율을 향상시킬 수 있고, 챔버가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치 및 방법

본 발명은 HDP(High Density Plasma) CVD 설비의 세정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내벽에 도포되어 있는 파티클을 단시간내에 정확히 제거하기 위해서 세정용 RF 발생장치와 챔버 벽면 사이에 걸리는 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 HDP CVD(고밀도 플라즈마 화학기상증착)는 0.5㎛ 이하급 반도체 소자 제조 과정에서 메탈층과 메탈층 사이에 형성되는 절연층의 스페이스를 채우기 위해 사용되는 공정으로 이 공정은 보통 CMP(Chemical Mechanical Polishing;화학적·기계적 연마) 공정과 함께 진행되어 고품질의 산화막을 제작한다.

이와 같은 공정이 HDP CVD 설비에서 진행되면 공정 진행중에 발생되는 폐가스로 인해 챔버 내부 벽면에 폴리머들이 흡착된다. 따라서 챔버 내부를 주기적으로 세정해야 한다. 이 경우 챔버 내부에 세정용 가스를 주입한 후 고주파를 인가하면 세정용 가스가 플라즈마 상태로 활성화되면서 전자와 이온간의 속도차이가 발생되어 챔버 벽면에 양(+) 이온이 모이면서 고주파 발생장치와 챔버 벽면 사이에 직류 전압을 형성한다. 이와 같이 형성된 직류 전압는 챔버 벽면에 흡착된 폴리머들과 반응하여 챔버를 세정하게 된다.

도 1은 종래의 HDP CVD 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이 챔버(11) 내부의 양측 벽(13) 내부 각각에는 공정 진행중에 도포된 폴리머들을 제거하기 위해 막대형상의 세정용 RF 발생장치들(15)이 설치되어 있고, 각각의 세정용 RF 발생장치(15)의 후면에는 세정용 RF 발생장치(15)와 일정간격 이격되고 코일로 형성된 공정용 RF 발생장치들(17)이 각각 설치되어 있다. 또한, 세정용 RF 발생장치(15)에는 임피던스 정합 장치(19)가 연결되어 있고, 세정용 RF 발생장치(15)에 최대전력을 공급하기 위한 임피던스 정합 장치(19)에는 세정용 RF 발생장치(15)에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터(21) 및 임피던스를 정합시켜주기 위한 임피던스 정합 임피던스 정합 제어부(23)가 연결되어 있다.

또한, 챔버(11) 상부면에는 세정용 가스 또는 공정용 가스를 공급하기 위한 인젝터 튜브(27)가 형성되어 있고, 챔버(11) 하부면에는 공정이 진행될 웨이퍼가 놓여지는 스테이지(29)가 설치되어 있고, 또한, 챔버(11) 하부 일측에는 가스들의 파장을 반사하는 반사거울(31)이 설치되어 있으며, 반사거울(31)에는 반사된 가스 파장을 감지하기 위한 EPD 감지부(33)가 연결되어 있다. 여기서, 미설명 부호 35는 공정용 RF 발생장치의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합장치이고, 37은 공정용 RF 발생장치에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터이다.

이와 같이 구성된 종래의 HDP CVD 설비의 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 챔버(11) 내부에 공정용 가스를 주입한 후 RF 전력을 인가하면 챔버(11)에 주입된 가스는 공정용 RF 발생장치(17)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화되어 웨이퍼와 반응하게 된다. 여기서, 플라즈마 상태의 가스와 웨이퍼가 반응하면서 폴리머와 같은 폐가스들이 생성되는데, 이와 같이 생성된 폐가스의 대부분은 챔버(11)에 형성되어 있는 배기장치(미도시)에 의해서 챔버(11) 외부로 배기되지만 폐가스중 일부는 배기되지 않고 챔버(11) 벽면(11)에 도포되어 웨이퍼의 수율을 저하시키는 원인이 되었다.

따라서, 챔버(11) 벽면에 도포되어 있는 파티클로 인해 웨이퍼가 오염되는 것을 방지하기 위해서 챔버(11) 내부 벽면(13)에 도포되어 있는 파티클을 주기적으로 세정해야 한다.

챔버(11) 벽면에 도포되어 있는 파티클을 세정하기 위해서는 먼저, 챔버(11) 내부에 세정용 가스, 예를 들어 NF₃가스를 공급한 후 RF 전력을 인가하면 챔버(11)에 주입된 세정용 가스는 세정용 RF 발생장치(15)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화된다. 여기서, RF 제너레이터(21)에서 전원이 공급되면 그 신호가 임피던스 정합 제어부(23)에 전달되고 RF 제너레이터(21)에서 신호를 전달받은 임피던스 정합 제어부(23)는 임피던스 정합 장치(19)에 설치되어 있는 모터(미도시)를 구동시켜 캐패시터(C) 값을 변환시킴으로써 임피던스를 정합시킨다.

이와 같이 임피던스가 정합되면 세정용 RF 발생장치(15)에 최대 전력이 공급되고 세정용 RF 발생장치(15)의 고주파에 의해 활성화된 세정용 가스는 전자와 이온간의 속도차이에 의해서 세정용 RF 발생장치(15)와 챔버 벽면(13) 사이에 양(+)이온들이 모여 직류 전압가 생성된다. 이와 같이 양(+)이온이 모여서 생성된 볼테지는 챔버 벽면에 도포된 파티클과 반응하는데, 이때, 세정용 가스와 파티클이 반응하면 파티클에 의해서 실리콘(S) 성분의 파장이 반사거울(31)에서 반사되어 EPD 감지부(33)에 감지된다. 이후, 일정시간 경과 후 챔버(11) 세정 공정이 완료되면 세정용 가스가 파티클과 반응하지 않으므로 불소 가스(F) 성분의 파장이 반사거울(31)에서 반사되어 EPD 감지부(33)에 감지되고, EPD 감지부(33)는 시스템 제어부(미도시)에 신호를 전달하여 세정 공정을 중단시킨다.

그러나, 챔버를 세정할 때 챔버에 도포된 파티클의 양에 따라 RF 전력만을 제어함으로써 챔버의 벽면에 도포되어 있는 폴리머를 제거하는데 중요 요소인 직류 전압가 챔버 내벽에 어느 정도 걸리는지 알 수 없어 파티클을 완전히 제거하는데 어려움이 있었다. 즉, RF 전력을 세정용 RF 발생장치에 많이 인가하면 챔버 내부에 공급된 가스중 플라즈마 상태로 활성화되는 가스 입자들이 많아짐과 아울러 직류 전압가 커져 챔버 내벽이 손상되며, RF 전력을 세정용 RF 발생장치에 적게 인가하면 챔버 내부에 공급된 가스중 플라즈마 상태로 활성화되는 가스 입자들이 적어짐과 아울러 직류 전압가 낮아져 챔버 벽면에 도포되어 있는 폴리머들을 제거하는데 많은 시간이 소요되었을 뿐만 아니라 폴리머가 완전히 제거되지 않아 웨이퍼 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 챔버 벽면에 도포된 폴리머를 제거하는데 중요 요소인 직류 전압을 제어할 수 있도록 감지수단을 설치하여 챔버가 손상되는 것을 방지하고, 챔버 세정시간을 단축하여 설비가동시간을 증가시키며 챔버 벽면에 도포된 폴리머를 완전히 제거하여 폴리머로 인한 웨이퍼 수율이 저하되는 것을 방지하도록 한 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은종래의 HDP CVD 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고,

도 2는 본 발명에 의한 HDP CVD 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

51 : 챔버 55 : 세정용 RF 발생장치

59 : 임피던스 정합 장치60 : 고전압 프로브

63 : 임피던스 정합 제어부 65 : 시스템 제어부

67 : 인텍터 튜브 71 : 반사거울

72 : EPD 감지부

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 챔버 벽 내부에 설치되는 세정용 RF 발생장치와, 상기 세정용 RF 발생장치에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터와 상기 세정용 RF 발생장치 사이에 연결되어 상기 세정용 RF 발생장치와 상기 RF 제너레이터 사이의 임피던스를 정합시켜주는 임피던스 정합 장치와, 상기 임피던스 정합 장치에 연결되어 상기 세정용 RF 발생장치와 상기 챔버 벽면 사이에 걸리는 직류 전압을 감지하기 위한 감지수단과, 상기 감지수단과 연결되어 상기 감지수단의 신호에 따라 설비를 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 의한 HDP CVD 설비를 첨부된 도면 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 HDP CVD 설비를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 챔버(51)의 양측 벽(53) 내부 각각에는 공정 진행중에 도포된 폴리머를 제거하기 위한 막대형상의 세정용 RF 발생장치들(55)이 설치되어 있고, 각각의 세정용 RF 발생장치(55)의 후면에는 세정용 RF 발생장치(55)와 일정간격 이격되고 코일로 형성된 공정용 RF 발생장치들(57)이 각각 설치되어 있다. 또한, 세정용 RF 발생장치(55)에는 임피던스 정합 장치(59)가 연결되어 있고, 세정용 RF 발생장치(55)에 최대전력을 공급하기 위한 임피던스 정합 장치(59)에는 세정용 RF 발생장치(55)에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터(61) 및 세정용 RF 발생장치(55)와 벽면 사이에 걸리는 직류 전압(DC voltage)를 감지하기 위한 고전압 프로브(High Voltage Probe)(60)가 연결되어 있으며, 고전압 프로브(60)에서 감지한 직류 전압의 값에 의해서 임피던스를 정합시켜 주기 위한 임피던스 정합 제어부(63)가 연결되어 있다. 또한 임피던스 정합 제어부(63)에는 챔버 벽면(53)에 도포된 폴리머 양에 따라 직류 전압과 시간이 설정된 시스템 제어부(65)가 연결되어 있다.

또한, 챔버(51) 상부면에는 세정용 가스 또는 공정용 가스를 공급하기 위한 인젝터 튜브(67)가 형성되어 있고, 챔버(51) 하부면에는 공정이 진행될 웨이퍼가 놓여지는 스테이지(69)가 설치되어 있고, 또한, 챔버(51) 하부 일측에는 가스들의 파장을 반사하는 반사거울(71)이 설치되어 있고, 반사거울(71)에서 반사된 파장을 감지하기 위해서 EPD 감지부(73)가 반사거울(71)과 연결되어 있다. 여기서, 미설명 부호 75는 공정용 RF 발생장치의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합장치이고, 77은 공정용 RF 발생장치에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 HDP CVD 설비의 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 챔버(51) 내부에 공정용 가스를 주입한 후 RF 전력을 인가하면 챔버(51)에 주입된 공정용 가스는 공정용 RF 발생장치(57)에서 발생된 고주파에 의해 플라즈마 상태로 활성화되어 웨이퍼 위에 막을 증착하게 된다. 여기서, 플라즈마 상태의 가스와 웨이퍼가 반응하면서 폴리머와 같은 폐가스들이 생성되는데, 이와 같이 생성된 폐가스의 대부분은 챔버(51)에 형성되어 있는 배기장치(미도시)에 의해서 챔버(51) 외부로 배기되지만 폐가스중 일부는 배기되지 않고 챔버(51) 벽면(53)에 도포되어 웨이퍼의 수율을 저하시키는 원인이 되었다.

따라서, 챔버(51) 벽면에 도포되어 있는 파티클을 주기적으로 세정해야 한다. 먼저, 챔버(51) 내부에 세정용 가스, 예를 들어 NF₃가스를 공급한 후 RF 제너레이터(61)에서 세정용 RF 발생장치(55)에 전원을 인가한다. 여기서, 세정용 RF 발생장치(55)에 최대 전력이 공급되도록 하기 위해서 임피던스 정합 제어부(63)가 임피던스 정합 장치(59)에 설치되어 있는 모터(미도시)에 신호를 전달하면 모터는 임피던스가 정합되는 방향으로 회전하여 임피던스 정합 장치(59)에 형성되어 있는 캐패시터 값을 조절함으로써 임피던스를 정합시킨다.

이와 같이 임피던스가 정합되어 RF 전력이 세정용 RF 발생장치에 인가되면 챔버(51)에 주입된 세정용 가스는 세정용 RF 발생장치(55)에서 발생된 고주파에 의해서 플라즈마 상태로 활성화되고, 세정용 RF 발생장치(55)와 챔버 벽면(53) 사이에는 전자와 이온간의 속도차이에 의해 생성된 양(+)이온의 직류 전압가 챔버 벽면(53)에 도포되어 있는 파티클을 당김으로써 챔버를 세정한다.

세정 공정이 진행되는 동안 고전압 프로브(60)는 세정용 RF 발생장치(55)와 챔버 벽면(53) 사이에 걸리는 직류 전압을 감지하여 그 감지된 직류 전압에 해당하는 신호를 임피던스 정합 제어부(63)에 출력한다. 이에 따라 임피던스 정합 제어부(63)는 고전압 프로브(60)에서 전달된 직류 전압과 시스템 제어부(65)에서 전달된 직류 전압을 비교하게 되고, 비교 결과 고전압 프로브(60)에서 전달된 직류 전압가 시스템 제어부(65)에서 전달된 직류 전압 보다 클 경우 임피던스 정합 제어부(63)는 그에 해당하는 만큼의 신호를 임피던스 정합 장치(59)의 모터에 전달한다. 이후, 임피던스 정합 제어부(63)의 신호를 받은 모터는 임피던스가 부정합되는 방향으로 회전하여 임피던스 정합 장치(59)에 형성되어 있는 캐패시터의 값을 조절함으로써 임피던스를 부정합시켜 시스템 제어부(65)에 기 설정된 직류 전압과 고전압 프로브(60)에서 감지한 직류 전압을 동일하게 맞춰준다.

반면에, 임피던스 정합 제어부(63)의 비교결과 고전압 프로브(60)에서 전달된 직류 전압가 시스템 제어부(65)에서 전달된 직류 전압 보다 작을 경우 임피던스 정합 제어부(63)는 그 차에 해당하는 만큼의 신호를 임피던스 정합 장치(59)에 설치되어 있는 모터에 전달한다. 이후, 제어부(59)의 신호를 받은 모터는 그 차에 해당하는 만큼 임피던스가 정합되는 방향으로 회전하여 임피던스 정합 장치(59)에 형성되어 있는 캐패시터의 값을 조절함으로써 임피던스를 정합시켜 시스템 제어부(65)에 기 설정된 직류 전압과 고전압 프로브(60)에서 감지한 직류 전압을 동일하게 맞춰준다.

이후, 시스템 제어부(65)에 기 저장된 시간동안 세정 공정이 진행되면 시스템 제어부(65)는 세정 공정을 중단시킨다.

이와 같이 챔버 벽면(53)에 도포된 파티클 양에 따라 세정용 RF 발생장치(55)와 챔버 벽면(53) 사이에 걸리는 직류 전압과 세정 공정이 진행되는 시간을 미리 시스템 제어부(65)에 설정하여 세정용 RF 발생장치(55)와 챔버 벽면(53)에 걸리는 직류 전압을 제어함으로써 단시간내에 챔버 벽면(53)에 도포된 파티클을 정확히 세정할 수 있어 설비가동률이 증가되었고 웨이퍼 수율이 향상될 수 있다.

한편 챔버 벽면(53)에 도포된 파티클을 세정할 때 챔버(51) 하부에 형성되어 있는 반사거울(71)과 EPD 파장 감지부(73)를 직류 전압 감지수단과 함께 사용함으로써 직류 전압을 감지하는 감지수단 또는 제어수단에 이상이 발생되었을 때 반사거울(71)과 EPD 파장 감지부(73)를 이용하여 세정 종료 여부를 판단할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 챔버 세정 공정시 챔버 벽에 설치되는 세정용 RF 발생장치와 벽면 사이에 걸리는 양(+) 이온의 직류 전압을 제어함으로써 챔버 벽면에 도포되어 있는 파티클을 단시내에 정확히 제거하여 설비 가동률과 웨이퍼 수율을 향상시킬 수 있고, 챔버가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

HDP CVD 설비에 있어서,

챔버 벽 내부에 설치되는 세정용 RF 발생장치(55)와, 상기 세정용 RF 발생장치에 전력을 공급해주는 RF 제너레이터(61)와 상기 세정용 RF 발생장치 사이에 연결되어 상기 세정용 RF 발생장치와 상기 RF 제너레이터 사이의 임피던스를 정합시켜주는 임피던스 정합 장치(59)와, 상기 임피던스 정합 장치에 연결되어 상기 세정용 RF 발생장치와 상기 챔버 벽면 사이에 걸리는 직류 전압을 감지하기 위한 감지수단(60)과, 상기 감지수단과 연결되어 상기 감지수단의 신호에 따라 설비를 제어하는 제어수단(63)(65)을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 챔버 벽면에 도포된 폴리머의 양에 따라 상기 직류 전압과 세정 공정이 진행될 시간이 설정되어 있고 상기 설비를 제어하는 시스템 제어부와, 상기 감지수단에 의해서 감지된 상기 직류 전압과 상기 시스템 제어부에서 전달된 상기 직류 전압을 비교하여 상기 임피던스 정합 장치를 제어하는 임피던스 정합 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 감지수단은 고전압 프로브인 것을 특징으로 하는 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 파티클 세정할 경우 발생되는 가스 파장들을 반사하는 반사거울과, 상기 반사거울에서 반사된 파장을 감지하여 신호를 상기 시스템 제어부에 전달하는 EDP 파장 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전압을 제어하기 위한 HDP CVD 설비의 세정 장치.
RF 제너레이터에서 전력 공급 후 RF 제너레이터와 세정용 RF 발생장치 사이에 임피던스를 정합시키는 단계와;

상기 세정용 RF 발생장치에 전력이 인가되면 상기 세정용 RF 발생장치와 챔버 벽면 사이에 걸리는 직류 전압을 감지부에서 감지하는 단계와;

상기 감지부에 의해 감지된 상기 직류 전압과 상기 시스템 제어부에 기 설정된 직류 전압량을 비교하여 상기 감지부에서 감지된 상기 직류 전압이 기 설정된 직류 전압보다 클 경우 임피던스를 부정합시키는 단계와;

비교 결과 상기 감지부에서 감지된 상기 직류 전압이 상기 기 설정된 직류 전압 보다 작을 경우 임피던스를 정합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전압을 제어하기 위한 방법.