KR20040011996A - 자동 정전용량 변환장치를 채용한 플라즈마 챔버 장비 - Google Patents

Abstract

챔버 내부에 증착되는 폴리머 등에 의해 웨이퍼간 균일도 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있도록, 챔버 내부 정전용량을 항상 일정하게 유지할 수 있는 플라즈마 챔버 장비가 개시된다. 본 발명에 따른 플라즈마 챔버 장비는, 가스를 이온화하기 위한 전원으로서 RF 파워를 사용하는 고주파발생기와, 웨이퍼들이 안착되는 히터블록에 상기 RF 파워에 의해 발생한 양이온들을 상기 웨이퍼 쪽으로 가속시키기 위한 저주파발생기로 이원화된 플라즈마 소스를 사용한다. 상기 저주파발생기의 잡음을 억제하기 위한 션트(shunt)부로서, 공정 진행에 따라 챔버 내부의 정전용량이 변하더라도 자동적으로 챔버 내부의 정전용량을 일정한 값으로 회복시키는 자동 정전용량 변환장치를 포함하여, 웨이퍼에 균일하고 안정된 플라즈마를 공급한다.

Description

자동 정전용량 변환장치를 채용한 플라즈마 챔버 장비{Plasma chamber apparatus equipped with automatic capacitance variation device}

본 발명은 플라즈마 챔버 장비에 관한 것으로, 특히 챔버 내부에 증착되는 폴리머 등에 의해 웨이퍼간 균일도 차이가 발생하는 것을 억제하기 위하여 챔버 내부 정전용량을 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 정전용량 변환장치에 관한 것이다.

가스 소스로부터 반응가스를 제공받아 챔버내에서 플라즈마에 의한 처리를 진행하는 예로는 PECVD 공정, 건식각 공정 등이 있다. 종래 평행판간에 RF 주파수의 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 방법은 낮은 압력으로 안정하게 방전시키는 것이 곤란하다. 따라서, 수십 MHz 이상의 높은 주파수의 전원에 의하여 플라즈마를 생성하고, 수백 kHz 이하의 낮은 주파수로 웨이퍼의 바이어스 제어를 행하는 방식이 사용되고 있다.

이러한 방식을 사용하는 일반적인 플라즈마 챔버 장비는 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 소스로 챔버벽이나 전극과의 사이에 있는 가스를 이온화시키기 위하여 13.56 MHz의 RF 파워를 사용하는 고주파발생기(10)를 구비한다. 고주파발생기(10)에서 인가된 RF 파워는 필터링을 위한 매칭 네트워크(20)를 거친 후, 코일과 커패시터가 병렬 연결된 분배 네트워크(30)를 통하여 각각의 샤워헤드(미도시)에 분배된다. E1 ~ E6은 각 샤워헤드에 인가되는 전위를 의미한다.

그리고, 250 kHz의 주파수를 가지고 내부에 임피던스 매칭 기능을 가지고 있는 LF 파워인 저주파발생기(40)도 구비한다. 이 저주파발생기(40)는 고주파발생기(10)의 RF 파워에 의해 발생된 양이온들을 활성화시켜 샤워헤드 하단의 히터블록(미도시) 위에 놓여진 웨이퍼 쪽으로 가속시키는 역할을 한다.

히터블록의 저주파발생기 연결부(40a) 반대편으로 다른 연결부(50a)에 의해 접속된 션트(shunt)부(50)는 챔버의 플라즈마 발생으로 히터블록에 유기되는 RF파워를 접지시켜 저주파발생기(40)에 잡음(noise)이 발생되는 것을 억제한다. 또한, 히터블록 내에는 웨이퍼들을 가열하기 위한 히터들(62, 64)이 내장된다. 히터들(62, 64)은 히터전원(66)에 연결된다.

그런데, 이처럼 이원화된 플라즈마 소스(즉, 10과 40)를 사용하는 종래의 챔버 장비는 챔버 습식 세정 후에 매번 션트부(50)의 정전용량을 조절해야 한다는 불편한 점이 있다. 뿐만 아니라, 챔버내의 생산매수 증가시 웨이퍼간의 균일도가 지속적으로 일정 비율로 나빠지는 문제가 있는데, 이는 션트부(50)를 조절하여 저주파 축으로의 RF 필터 기능을 최적화해 놓은 상태가 고정되어 있는 반면, 챔버내 증착 또는 식각에 의해 발생되는 카본이나 폴리머 성분 등이 챔버 RF 세정 공정 중에도 100% 제거되지 못하고 점차 누적되기 때문이다.

그리고, 저주파발생기(40)와 션트부(50)의 각 연결부(40a, 50a)가 히터블록의 양극단에 각자 치우쳐 있기 때문에 큰 챔버 용적에 비하여 파워 분배가 고르지 못하게 되어 있다. 이에 따라, E1 ~ E6이 각기 달라져서 플라즈마 균일도 차이가 발생하므로, 불균일한 플라즈마가 웨이퍼에 유기된다. 플라즈마 균일도 차이는 고품질의 CVD막 제조나 균일한 식각을 저해하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 챔버내의 생산매수 증가시 정전용량 변화에 의하여 웨이퍼간에 균일도 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있는 플라즈마 챔버 장비를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 히터블록 위의 웨이퍼간에 균일한 플라즈마가 분배될 수 있도록 하는 플라즈마 챔버 장비를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 플라즈마 챔버 장비를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 정전용량 변환장치를 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 챔버 장비를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고주파발생기40 : 저주파발생기

40a, 40b : 연결부100 : 자동 정전용량 변환장치

110 : 가변 커패시터120 : DC 모터

130 : V-피크 센서(V-peak sensor)140 : V-피크 콘트롤러

200 : 히터블록210, 212 : 케이블

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 자동 정전용량 변환장치를 채용한 플라즈마 챔버 장비를 제안한다. 본 발명에 따른 플라즈마 챔버 장비는, 가스를 이온화하기 위한 전원으로서 RF 파워를 사용하는 고주파발생기가 접속되며, 웨이퍼들이 안착되는 히터블록에 상기 RF 파워에 의해 발생한 양이온들을 상기 웨이퍼 쪽으로 가속시키기 위한 저주파발생기가 접속되는 이원화된 플라즈마 소스를 사용하는 플라즈마 챔버 장비이다. 상기 저주파발생기의 잡음을 억제하기 위한 션트(shunt)부로서, 공정 진행에 따라 챔버 내부의 정전용량이 변하더라도 자동적으로 챔버 내부의 정전용량을 일정한 값으로 회복시키는 자동 정전용량 변환장치를 포함한다.

상기 자동 정전용량 변환장치는 가변 커패시터, 상기 가변 커패시터의 정전용량을 조절하는 DC 모터, 상기 저주파발생기의 온/오프 신호에 따라 기본적으로 설정되어진 값과의 차이를 검출하는 V-피크 센서(V-peak sensor), 및 상기 V-피크 센서가 검출한 차이를 비교하여 상기 DC 모터 구동 신호를 출력하는 V-피크 콘트롤러를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버 장비는 상기한 자동 정전용량 변환장치를 포함하는 동시에, 상기 저주파발생기에서 분기된 두 개의 케이블이 상기 히터블록에 양단에 대칭적으로 연결되는 구성을 취한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 생산매수가 증가하여 챔버 내부의 정전용량이 변하더라도 변화된 정전용량을 자동적으로 일정한 값으로 회복시킬 수 있기 때문에, 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있어 안정된 증착 또는 식각 공정이 가능해진다. 따라서, 설비 유지 손실이 감소되고 생산성이 향상되며 공정 불량이 개선된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 종래와 동일한 요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 정전용량 변환장치를 도시한 구성도이다. 본 발명에 의한 자동 정전용량 변환장치(100)에서는 V-피크 검출기(V-피크 센서와 V-피크 콘트롤러로 구성됨)를 부착하여 변화되는 정전용량이 일정하게 유지될 수 있도록 한다. 도 2의 C를 참조하면 자동 제어될 수 있는 션트 커패시터를 구성하며, 이것은 가변 커패시터(110)와 이를 자동적으로 조절할 수 있는 DC 모터(120)로 구성된다.

본 발명에서의 자동 정전용량 변환장치(100)의 동작원리는 다음과 같다. 저주파 파워 발생 전원장치인 250kHz 저주파발생기(40)의 LF 온/오프 신호에 의해서 LF 오프시 A점의 V-피크 센서(130)가 기본적으로 설정되어진 값과의 차이를 검출한다. 외부에 연결된 V-피크 콘트롤러(140)는 V-피크 센서(130)가 검출한 차이를 비교하여 DC 모터(120) 구동 신호를 출력한다. V-피크 센서(130)와 V-피크 콘트롤러(140) 중간에는 DC 18V 이하의 적절한 V-피크 변환회로(135)가 구비된다. V-피크 콘트롤러(140)에 의해 출력되어지는 구동 신호는 DC 모터(120) 구동전압으로 입력되고, 이에 따라 커패시터(110)의 정전용량이 자동적으로 변화된다.

이와 같이, 자동 정전용량 변환장치는 폴리머 등의 증착에 의해 변화되는 챔버 내부의 정전용량을 상황에 맞게 자동적으로 변화시켜 항상 일정한 값으로 회복될 수 있도록 한다. 균일한 플라즈마를 프로세스 챔버로 제공하므로, 생산매수에 따른 폴리머 증착이 문제되더라도 균일도 개선으로 챔버 습식 세정 주기를 연장할 수 있고 공정산포도 개선된다. 종래와 달리, 챔버 습식 세정 후에 매번 션트부의 정전용량을 조절해야 할 필요도 없다.

도 2의 자동 정전용량 변환장치(100)는 도 3에서와 같이 플라즈마 챔버 장비에 연결된다. 도 3을 참조하면, 챔버의 저주파발생기(40)와 히터블록(200)의 연결부(40a)의 반대방향으로 다른 연결부(40b)에 저주파 전원을 인가할 수 있도록, 저주파발생기(40)에서 분기된 두 개의 케이블(210, 212)이 히터블록(200)에 양단에 대칭적으로 연결된다. 두 개의 케이블(210, 212)은 길이가 서로 동일한 것이 바람직하다. 도 3과 같은 구조에 의하면, 플라즈마가 히터블록(200)에 균일하게 유기되므로 균일한 증착 또는 식각에 의한 공정 안정화를 가져온다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명에 의하면, 종래의 고정된 션트부대신에 자동 정전용량 변환장치를 포함시킴으로써, 정전용량 변화에 의한 증착이나 식각 균일도 불량이 개선된다. 생산매수 증가시에도 웨이퍼간의 균일도가 유지되어 증착이나 식각 특성이 균일해진다. 챔버 습식 세정 후 매번 션트부를 조절하지 않아도 된다. 따라서, 안정적인 프로세스 효율을 얻을 수 있어 반도체 제조 공정에서 높은 생산성 향상을 기대할 수 있다.

챔버 전원장치 인가구조를 대칭적으로 변경함으로써, 파워 분배가 고르게 되어 E1 ~ E6까지 플라즈마 밀도 차이가 발생하지 않는다. 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있어, 안정된 증착 또는 식각 공정이 가능해진다. 따라서, 설비 유지 손실이 감소되고 생산성이 향상되며 공정 불량이 개선된다.

Claims (4)

1. 가스를 이온화하기 위한 전원으로서 RF 파워를 사용하는 고주파발생기가 접속되며, 웨이퍼들이 안착되는 히터블록에 상기 RF 파워에 의해 발생한 양이온들을 상기 웨이퍼 쪽으로 가속시키기 위한 저주파발생기가 접속되는 이원화된 플라즈마소스를 사용하는 플라즈마 챔버 장비에 있어서,

   상기 저주파발생기의 잡음을 억제하기 위한 션트(shunt)부로서, 공정 진행에 따라 챔버 내부의 정전용량이 변하더라도 자동적으로 챔버 내부의 정전용량을 일정한 값으로 회복시키는 자동 정전용량 변환장치를 포함하는 플라즈마 챔버 장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 자동 정전용량 변환장치는

   가변 커패시터;

   상기 가변 커패시터의 정전용량을 조절하는 DC 모터;

   상기 저주파발생기의 온/오프 신호에 따라 기본적으로 설정되어진 값과의 차이를 검출하는 V-피크 센서(V-peak sensor); 및

   상기 V-피크 센서가 검출한 차이를 비교하여 상기 DC 모터 구동 신호를 출력하는 V-피크 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 장비.
3. 제1항에 있어서, 균일한 플라즈마 공급을 위하여, 상기 저주파발생기에서 분기된 두 개의 케이블이 상기 히터블록에 양단에 대칭적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 장비.
4. 제3항에 있어서, 상기 두 개의 케이블은 길이가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 장비.