KR20040037001A - 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 ｒｆ 파워 모니터링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF 파워를 이용하는 반도체 제조장치에 관한 것이다. 본 발명은, 라디오파(Radio Frequency)를 이용한 전력을 사용하여 공정을 진행하는 적어도 하나의 공정챔버를 갖는 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법에 있어서, 일군의 반도체 기판을 하나씩 공정챔버 내에 올려놓고 공정을 진행한다. 이들 각 반도체 기판에 대해서 공정챔버에 인가된 로딩 RF파워를 모니터링한다. 공정챔버 내에서 이들 일군의 반도체 기판에 대한 공정이 완료되면, 모니터링된 로딩 RF 파워의 평균값을 계산하고, 이들 평균값을 기준값과 비교한다.

이렇게 공정챔버 내에서 진행되는 반도체 기판들에 대해서 모든 RF 파워를 모니터링하여 그의 평균값을 기준값과 비교하여 공정챔버 내의 RF 파워 상태를 판단함으로써, 공정챔버의 정비 시기를 보다 정확하게 판단할 수 있어 장비 가동율과 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 ＲＦ 파워 모니터링 방법{Method for monitoring RF power of Semiconductor manufacturing equipment using plasma}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히, 라디오파(radio frequency wave)와 같이 고주파수의 전압을 사용하는 반도체 제조장치에 관한 것이다.

반도체 제조장치 중에 다 수가, 직접 혹은 간접적으로 고주파수인 라디오파 전압(RF Power)을 이용하여 공정을 진행한다. 그 중에서도 특히, 건식각각 공정이나 반도체 장치에 사용되는 박막으로서 후공정에 사용되는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막은 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에서 공정이 진행되므로 필연적으로 고주파수의 라디오파 전압(Radio Freqwency Power)를 사용하여 공정을 진행한다.

이러한 RF 파워는, 고주파수의 전압이기 때문에 전압의 세기의 오차에 따라서 공정이 민감하게 영향을 받는다. 그리하여, 공정 중에는 이러한 RF 파워의 상태를 항상 모니터링 하면서 조절하게 되어 있다.

그런데, 종래의 RF 파워 모니터링 방식은, 반응챔버 내에서 진행되는 반도체 기판 중에서 일부만 모니터링(monitpring)하여 RF 파워의 상태를 판단하였다. 즉, 하나의 공정챔버에 9개의 반도체 기판이 공정 진행된다면, 그 중에서 제1장과 제9장만 RF파워를 모니터링 하던지, 혹은 마지막 장만 모니터링하여, RF 파워 상태를 판단하고는 하였다. 도 6은 공정 챔버 내에서 진행된 9개의 반도체 기판에 대해서 RF 파워를 모두 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다. 이를 참조하면, 1번 기판 부터 6번 기판까지는 별차이가 없으나 제7 및 제8번 기판에서는 RF 파워가 크게 차이가 나고, 마지막 9번 기판에서는 이상이 없는 것으로 모니터링 되었다. 그러면, 제9번 기판을 기준으로 모니터링 되는 RF 파워의 결과는 결론적으로 제1번 기판부터 제9번 기판까지 전체에 적용할 수 없다는 결론을 얻을 수 있다.

그리하여, 도 7의 종래의 모니터링 방법에 따라 RF 파워를 나타낸 그래프에서 본 바와 같이, 비록 다른 반도체 기판에서 문제가 있어도 마지막 반도체 기판에서만 문제가 없다면 문제가 없는 것으로 모니터링 된다. 결국 이러한 종래의 모니터링 방법으로는 정확하게 RF 파워 상태를 모니터링(monitoring)할 수 없어 공정챔버 내에서의 문제를 정확하게 파악할 수 없는 단점이 있다. 그리하여, 공정불량(process fail)이 발생하더라도 그 원인을 찾을 수 없게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반응챔버 내의 RF 파워 상태를 정확히 모니터링(monitoring)하여, 플라즈마(plasma)를 이용한 공정을 에러(error)없이 진행하여 생산성을 향상시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 통상의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치를 나타낸 개략도이다.

도 2는 도 1의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 반응챔버를 모니터링하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 3는 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 모니터에 출력되는 RF 파워의 양식의 일례이다.

도 4는 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 의해서 모니터링된 로딩 RF 파워를 나타낸 그래프이다.

도 6은 반도체 기판들에 대해서 각각의 RF파워를 모니터링한 그래프이다.

도 7은 종래의 기술에 의해 모니터링된 그래프이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체제조장치의 RF 모니터링 방법은, 라디오파(Radio Frequency)를 이용한 전력을 사용하여 공정을 진행하는 적어도 하나의 공정챔버를 갖는 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법에 있어서, 일군의 반도체 기판을 하나씩 공정챔버 내에 올려놓고 공정을 진행한다. 각 반도체 기판에 대해서 공정챔버에 인가된 로딩 RF파워를 모니터링 한다. 공정챔버 내에서 일군의 반도체 기판에 대한 공정이 완료되면, 모니터링된 로딩 RF 파워들의 평균값을 계산하고, 이 평균값을 기준값과 비교한다.

여기서, 반도체 기판이 로딩된 공정챔버는 인가되는 RF 값을 조절할 수 있는RF 파워 매치를 포함하는 것이 공정 챔버 내에 로딩되는 RF파워를 적절하게 조절할 수 있어 바람직하다.

로딩 RF 파워는 반도체 기판이 로딩된 후 공정이 시작되어 공정챔버에 최초로 인가될 때 나타나는 값을 측정하는 것으로서, 공정챔버 내의 RF 파워 상태를 정확히 모니터링할 수 있는 지수이다. 그리고, 이 로딩 RF 파워의 평균값은 동일 공정챔버에서 연속으로 공정이 진행되는 일군의 반도체 기판들로부터 얻은 로딩 RF파워 값들로부터 산출되고, 이러한 평균값은 일군의 반도체 기판들에 대해서 측정된 로딩 RF 파워 값들 중 최대값과 최소값의 평균값이다.

한편, 기준값은 공정챔버 내에서 여러 번에 걸쳐 진행된 일군의 반도체 기판들의 로딩 RF 파워 값들을 근거로 하여 얻은 데이터인 것이 동일 공정챔버 내에서의 실험적 정확성을 확보할 수 있어 바람직하다.

이렇게 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법은, 공정챔버 내에서 진행되는 일군의 반도체 기판들의 모든 로딩 RF 파워들에 대해서 그 평균값을 기준값과 비교하여 공정챔버의 RF 파워상태를 판단하기 때문에, 공정챔버의 상태를 보다 정확히 모니터링(monitoring)할 수 있고, 장치의 공정상태를 정확히 조절할 수 있어 반도체 기판의 공정 실패율을 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도 1은 통상적으로 사용되는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 반도체 장치에서 RF파워가 모니터링 되는 경로를 나타내기 위해서 도시한 블록도이다.

이들을 참조하면, 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 반도체 기판(100)을 담은 카세트(11)를 로딩할 수 있는 로딩 챔버(10)와, 이 로딩 챔버(10)와 일측이 연결되어 중앙에 반도체 기판(100)을 낱개로 이동시킬 수 있는 기판 이동용 로봇(201)을 수용하고 다각형으로 형성된 이동 챔버(20,transfer chamber)와, 이동 챔버(20)의 타측 면에 연결되어 반도체 기판(100)을 소정의 플라즈마를 이용한 공정을 진행할 수 있는 공정챔버(30)와, 이 공정챔버(30) 내에 RF파워를 인가하는 RF 파워 발생기(310) 및 공정챔버(30) 내로 공급되는 RF파워의 세기를 조절하는 RF 매치박스(320)를 포함한다. 그리고, 공정챔버(30) 내의 상태를 외부로 출력하는 모니터(40)가 포함되어 있다. 그리하여, 로딩챔버(10)에 복수의 반도체 기판(100)이 담긴 카세트(11)가 로딩되면, 소정의 공정 레시피(process recipe)를 로딩하여 반도체 기판(100)에 대해서 공정을 시작한다. 그러면, 반도체 기판(100)은 기판 이동용 로봇(201)에 의해서 이동 챔버(20)를 통하여 각각의 공정챔버(30)로 이동된다. 공정챔버(30) 내에 반도체 기판(100)이 로딩되면 공정이 진행되면서 RF 파워발생기(310)로부터 RF 파워가 발생하고 RF 매치박스(320)를 통하여 공정챔버(30)에 소정의 RF 파워가 인가된다. 공정이 끝나면 공정챔버(30) 내의 반도체 기판(100)을 로딩 챔버(10)의 카세트(101)로 이동시키고, 다음에 공정 진행될반도체 기판(100)을 공정챔버(30)에 로딩하여 공정을 진행한다. 이와 같은 공정은 카세트(11) 내에 반도체 기판(100)이 모두 공정 진행될 때까지 반복된다.

도 2는, 도 1의 반도체 제조장치의 공정챔버(30) 내의 공정 상태를 모니터링하기 위해서 주변의 구성요소들 간에 관계를 설명하기 위해서 나타낸 블록도이다.

이를 참조하면, 공정챔버(30) 내의 상태를 모니터링(monitoring)하기 위해서는, 공정챔버(30)의 주변에는 배치된 RF 파워 발생기(310)와 RF 매치(320)와 연결된 중앙 제어부(1000)가 마련되어 있고, 이 중앙 제어부(1000)로부터 감지된 값을 외부로 출력할 수 있는 출력수단으로서 모니터(40)가 마련되어 있다. 그러면, 공정챔버(30) 내에서 공정이 진행되면, RF 매치(320)에서 조절되는 RF 파워 값이 중앙 제어부(1000)로 전달되어 소정의 메모리부(미도시)에 저장되면서 그 값은 출력수단인 모니터(40) 상에 출력된다. 이렇게 출력되는 값은 초기 안정 값만 출력될 수도 있고, 시간에 따라서 연속적으로 변화되는 값을 출력될 수도 있다. 이때, 외부 모니터(40) 상에는 기준값으로서 메모리(memorizing) 하였다가 이미 설정되어 있는 값과 비교하여 동시에 출력될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 값이 모니터(40)에 출력되는 것을 나타낸 도면이다.

이를 참조하면, 각 공정 챔버(도 1의 30)에서 진행된 반도체 기판(100)에 대해서 인가되는 RF 파워값을 각각의 반도체 기판(100)에 대하여 그 값들을 나타낸다. 일 군의 반도체 기판들(도 1의 100)이 공정이 완료되면 이들 값들 중에서 최대값과 최소값을 선택하여 이의 평균값을 산정하고 이 평균값을 모니터(도 1의 40)에 출력한다. 그러면, 이 값을 기준값과 비교하도록 하여, 공정챔버(도 1의 30) 내의 상태를 판단할 수 있는 수치를 제공하여 이 수치가 기준 값보다 평균값이 오차범위 이상으로 높거나 낮으면 공정챔버(도 1의 30)에 대한 예방조치를 취할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 공정챔버 내의 상태를 모니터링하는 방법을 도시한 개략적 흐름도이다.

이를 참조하면, 먼저, 로딩 챔버에 일군의 반도체 기판을 담고 있는 카세트(도 1의 11)를 로딩한다.(s1). 이때 로딩되는 반도체 기판은 통상 최대 25매이며, 로딩 챔버가 두 개일 경우에는 50매를, 그 이상일 경우에는 25의 배수로 로딩(loading)할 수 있다.

그런 다음, 공정챔버(30)에서 반도체 기판(100)을 하나씩 로딩(loading)하여 일군의 반도체 기판(100)을 공정 진행한다. 그러면서, 각 반도체 기판들(100)에 대해서 인가된 로딩 RF 파워(loading RF Power)값을 기록하고 모니터(40)에 차례로 출력한다.(S2) 즉, 로딩 챔버(도 1의 10)에 로딩된 카세트(도 1의 11)의 반도체 기판들(100)을 하나씩 슨서대로 공정챔버(30)에 로딩하고, 플라즈마 공정을 진행한다. 공정 분위기를 조성한 후 RF 파워 발생기(310)를 온(on)시켜 RF 매치(320)를 통해서 소정 파워로 조절된 RF 파워를 인가한다. 그리고, 이때, 인가된 RF 파워 값을 중앙 제어부(1000)에 기록하고 모니터(40)에 출력한다.

이러한 과정을 반복하여 일군의 반도체 기판들(100)의 공정이 완료되면, 각 반도체 기판(100)에 공정이 진행되면서 인가된 RF 파워들을 모니터(40)에 출력하고이들 값들 중 최대값과 최소값의 평균을 계산하여 RF 파워 평균값을 산정한다.(s3)

그리고, 이렇게 계산된 값은 기준값과 그 차이를 비교한다.(s4). 그리하여, 그 차이가 오차 범위이면 계속하여 다음 공정을 진행하고 오차범위를 벗어나면 공정챔버(도 1의 30)에 대한 장비 검사를 실시하고 필요하면 비정기 예방 정비를 실시한다.

도 5는 본 발명의 모니터링 방법에 의해서 기록된 로딩 RF 파워(loading RF Power)값에 대한 그래프이다. 이를 참조하면, 초기에는 안정된 로딩 RF 파워 값을 보이던 공정챔버(30) 내의 조건이 안정되어 있음을 나타내고 있다. 그런데, 시간이 지나면서 로딩 RF 파워값이 증가하여 이전보다 공정챔버(30) 내의 조건이 불안정함을 나타내었다. 이때, 공정챔버(30)를 예방정비(preventive maintenance)하여 다시 이전의 로딩 RF 파워(loading RF Power)값으로 환원되면서 공정이 안정화되었다.

이와 같이, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 모니터링 방법은, 공정챔버(30)에서 진행되는 모든 값을 모니터링(monitoring)하여 그들의 평균값으로 평가하기 때문에 공정챔버(30)의 상태를 보다 정확하게 감시할 수 있고, 따라서, 공정 에러를 현저히 감소시켜 반도체 제조장치의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편 , 본 발명의 모니터링 방법에서 모니터링된 로딩 RF 파워 값들에 대한 평균값에 대해서는 한 번에 진행되는 일군의 반도체 기판 수가 적어 데이터가 많지 않다면, 모든 값에 대한 평균값을 산출하여 정할 수도 있다.

또한, 본 발명은, RF 파워뿐만 아니라, 공정챔버(30)에서모니터링(monitoring)하여 관리해야하는 모든 변수들에 대해서, 예를 들어, 공정가스 유량(process gas flow), 공정 온도(process temperature), 공정챔버 내의 압력(process pressure) 등에 대해서도 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 모니터링 방법은, 각각의 반도체 기판들에 대해서 산출된 공정 데이터를 반영하기 때문에, 공정챔버의 변화를 보다 정확하게 감시하고 판단할 수 있어 공정 예방정비 주기를 정확히 산출할 수 있다.

그리고, 공정 에러에 의한 이상을 용이하고 신속하게 판단할 수 있어, 공정 불량에 의한 반도체 기판 손실률을 크게 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 라디오파(Radio Frequency)를 이용한 전력을 사용하여 공정을 진행하는 적어도 하나의 공정챔버를 갖는 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법에 있어서,

   일군의 반도체 기판들을 하나씩 공정챔버 내에 올려놓고 공정을 진행하는 단계;

   상기 각 반도체 기판에 대해서 상기 공정챔버에 인가된 로딩 RF파워를 모니터링 하는 단계;

   상기 공정챔버 내에서 상기 일군의 반도체 기판에 대한 공정이 완료되면, 상기 모니터링된 로딩 RF 파워의 평균값을 계산하는 단계; 및

   상기 평균값을 기준값과 비교하여 상기 기준값으로부터 소정 오차범위 이상 벗어나면 공정챔버에 대한 조치를 취하는 단계를 포함하는 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정챔버는 인가되는 RF 값을 조절하는 RF 파워 매치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 로딩 RF 파워는 상기 공정챔버에 최초로 인가될 때 나타나는 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 로딩 RF 파워의 평균값은 상기 공정챔버에서 공정이 진행된 반도체 기판들로부터 얻은 로딩 RF파워로부터 얻는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 평균값은 상기 반도체 기판들에 대해서 측정된 로딩 RF 파워 값들 중 최대값과 최소값의 평균값인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF파워 모니터링 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 기준값은 상기 공정챔버 내에서 진행된 반도체 기판들의 로딩 RF 파워 값들을 근거로 하여 얻은 데이터인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 RF 파워 모니터링 방법.