KR20050075192A

KR20050075192A - 반도체 제조 장치의 임피던스 정합 장치

Info

Publication number: KR20050075192A
Application number: KR1020040003182A
Authority: KR
Inventors: 하재규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-20

Abstract

반도체 제조 장치의 챔버에 인가되는 RF 전압의 변화를 최소화할 수 있는 임피던스 정합 장치가 개시된다. 챔버에 인가되는 RF 전압을 감지하고 이를 부궤환 경로를 통해 피드-백하여, 각각의 공정에 따라 공정 챔버가 가지는 임피던스의 변화에 기인한 RF 전압의 변동을 최소화한다. 또한, 부궤환 경로를 통해 RF 전압의 변동을 최소화하고, 이에 상응하는 RF 전력을 공급한다.

Description

반도체 제조 장치의 임피던스 정합 장치{Impedance Matching Apparatus of Semiconductor Manufacturing System}

본 발명은 RF(Radio Frequency) 전력을 이용하는 공정 장치에 관한 것으로 더욱 자세하게는 공정 챔버에 인가되는 RF 전압인 Vpp(peak to peak voltage)를 감지하고 피드백하여 공정 챔버의 조건 변화에 따른 Vpp 전압의 변동을 최소화하기 위한 장치에 관한 것이다.

건식 식각 공정에 사용되는 식각 장치나 이온 주입을 위해 사용되는 이온 주입기는 해당 공정이 이루어지는 챔버를 가진다. 이러한 챔버에는 통상의 DC 전압이 아닌 RF 전압이 인가된다. 이러한 RF 전압은 높은 주파수를 가지므로, 전송선의 임피던스나 공정중의 환경 변화에 따른 임피던스에 많은 영향을 받는다. 따라서 이러한 임피던스의 변화를 최소화하고 임피던스 정합을 수행하는 장치가 식각 장치 또는 이온 주입 장치에 구비된다.

도 1은 종래 기술에 따른 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터(101), 임피던스 정합기(103) 및 공정 챔버(105)를 포함한다.

상기 RF 제너레이터(101)는 이미 작성된 소정의 레시피(recipe)에 따라 RF 전력을 발생한다. 발생하는 RF 전력은 임피던스 정합기(103) 및 공정 챔버(105)가 가지는 임피던스에 따라 소정의 RF 전압으로 공정 챔버(105)에 인가된다. 통상 RF 제너레이터(101)가 가지는 출력 임피던스는 50Ω이다. 이러한 출력 임피던스를 가지는 RF 제너레이터(101)로부터 최대 전력이 출력되기 위해서는 임피던스 정합기(103) 및 공정 챔버(105)가 가지는 입력 임피던스는 50Ω이 되어야 한다. 이와 같이 전력을 송출하는 장치에서 최대 전력을 출력하기 위해 전송 라인 상에 위치하는 장치들의 임피던스를 조절하는 것을 임피던스 정합이라 한다.

상기 임피던스 정합기(103)는 임피던스 정합을 수행한다. 즉, 임피던스 정합기(103)와 공정 챔버(105)가 가지는 입력 임피던스가 50Ω이 되도록 임피던스 정합기는 커패시턴스나 코일의 인덕턴스를 변화시킨다.

상기 공정 챔버(105)는 임피던스가 정합된 상태에서 균일한 실효치를 가지는 Vpp 전압을 입력으로 가진다. RF 신호인 Vpp 신호에 따라 공정에는 전력이 전달되고 소정의 공정이 수행된다.

그러나 상술한 RF 제너레이터(101)의 전력, 가스의 종류, 챔버 내의 압력 및 온도 등이 일정하다 하더라도 공정 수행 시간, 챔버 내의 부품의 사용 주기 등에 의해 Vpp 전압은 일정하지 않고 시간에 따라 변동하게 된다. 시간에 따라 불규칙하게 변동하는 Vpp 전압에 의해 공정 불량이 야기됨에 따라 반도체 소자의 수율은 저하되고, 안정적인 수율을 확보하는데 장애 요소가 된다.

이는 장치가 Vpp값을 모니터링하지만 이를 피드백하여 일정한 Vpp값을 공급하는 시스템이 구성되지 아니한 점에 기인한다.

따라서, 실제 공정 챔버(103)에 인가되는 Vpp를 감지하고 이를 피드백하여 일정한 수치를 가진 Vpp를 공정 챔버(105)에 인가하는 임피던스 정합 장치는 반도체 소자의 안정적인 수율의 확보를 위해 필수적으로 요청된다 할 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 공정 챔버에 인가되는 Vpp를 감지하고 이를 부궤환 경로를 통해 피드-백하여 일정한 Vpp를 공정 챔버에 인가할 수 있는 임피던스 정합 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 공정 챔버에 인가되는 Vpp를 감지하고 이를 부궤환 경로를 통해 RF 제너레이터로 피드-백하여 RF 제너레이터가 공급하는 전력을 조절할 수 있는 임피던스 정합 장치를 제공하는 데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터; 상기 RF 제너레이터의 출력 임피던스와 정합하기 위한 임피던스 정합기; 상기 임피던스 정합기의 출력을 입력으로 하고, 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 Vpp를 감지하고, 이를 피드-백하여 일정한 Vpp를 상기 공정 챔버에 공급하기 위한 부궤환 회로를 포함하는 임피던스 정합 장치를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터; 상기 RF 제너레이터의 출력 임피던스와 정합하기 위한 임피던스 정합기; 상기 임피던스 정합기의 출력을 입력으로 하고, 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 Vpp를 감지하고, 이를 상기 RF 제너레이터로 피드-백하여 상기 RF 제너레이터의 출력 전력을 제어하기 위한 부궤환 회로를 포함하는 임피던스 정합 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도들이다.

도 2a는 본 실시예에 따라 배리스터를 가지는 부궤환 회로를 이용하여 Vpp를 조절하는 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도이다.

도 2a를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터(201), 임피던스 정합기(203), 공정 챔버(205) 및 제1 부궤환 회로(208a)를 포함한다.

상기 RF 제너레이터(201)는 이미 작성된 소정의 레시피(recipe)에 따라 RF 전력을 발생한다. 발생하는 RF 전력은 임피던스 정합기(203)를 통해 공정 챔버(205)로 전달된다. 상기 RF 제너레이터(201)로부터 발생하는 RF 전력은 임피던스 정합기(203) 및 공정 챔버(105)가 가지는 임피던스에 따라 소정의 RF 전압으로 공정 챔버(105)에 인가된다. 바람직하게는 RF 제너레이터(101)가 가지는 출력 임피던스는 50Ω이다.

상기 임피던스 정합기(203)는 RF 제너레이터(201)의 출력 신호를 입력으로 가지며, 임피던스 정합을 수행한다. 즉, 임피던스 정합기(203)와 공정 챔버(205)가 가지는 입력 임피던스가 50Ω이 되도록 임피던스 정합기는 커패시턴스나 코일의 인덕턴스를 변화시킨다.

상기 공정 챔버(205)는 임피던스가 정합된 상태에서 균일한 실효치를 가지는 Vpp 전압을 입력으로 가진다. RF 신호인 Vpp 신호에 따라 공정에는 전력이 전달되고 소정의 공정이 수행된다. 바람직하게는 상기 공정 챔버(205)는 건식 식각용 챔버 또는 이온 주입용 챔버이다.

상기 제1 부궤환 회로는 전압 감지부(211), 증폭기(209) 및 전압 조절부를 가진다.

상기 전압 감지부(211)는 공정 챔버(205)에 입력되는 Vpp 전압을 감지하고, 감지된 신호를 증폭기(209)의 부입력단에 입력한다. 바람직하게는 전압 감지부(211)는 적어도 하나의 저항을 직렬 또는 병렬로 배치하고, 임의의 저항에 인가되는 전압을 증폭기(209)의 부입력단에 입력한다. 따라서, 상기 전압 감지부(211)에 의해 감지되는 신호는 Vpp 전압일 수 도 있으며, 이보다 낮은 전압일 수 있다. 다만, Vpp 전압의 변동은 감지되고 증폭기(209)에 의해 증폭된다.

상기 증폭기(209)는 전압 감지부(211)에 의해 감지된 Vpp 전압을 부입력 신호로 가지며, 정입력 신호로는 소정의 기준 전압을 가진다. 바람직하게는 증폭기(209)의 정입력단은 0V의 전위를 가진 접지에 연결한다. 소정의 이득을 가진 상기 증폭기(209)는 2개의 입력단 사이의 전압차를 증폭한다.

상기 전압 조절부는 증폭기(209)의 출력 신호에 따라 임피던스를 조절한다. 바람직하게 상기 전압 조절부는 저항치가 가변인 배리스터(207)이다. 따라서, Vpp가 증가하면, 증폭기(209)는 음의 신호를 발생하고, 이에 따라 배리스터(207)는 저항치를 변경하여 Vpp 전압을 감소시킨다. 이러한 피드-백에 따라 Vpp를 제어하기 위한 부궤환 제어가 일어난다.

도 2b는 본 실시예에 따라 리미터(limitter) 회로를 가지는 부궤환 회로를 이용하여 Vpp를 조절하는 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도이다.

도 2b를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터(201), 임피던스 정합기(203), 공정 쳄버(205) 및 제2 부궤환 회로(208b)를 포함한다.

상기 RF 제너레이터(201), 임피던스 정합기(203) 및 공정 쳄버(205)의 기능 및 연결관계는 상기 도 2a에서 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략키로 한다.

다만, 상기 제2 부궤환 회로(208b)는 전압 감지부(211), 증폭기(209) 및 전압 조절부를 가진다.

상기 전압 조절부는 증폭기(209)의 출력 신호에 따라 Vpp의 레벨을 조절한다. 바람직하게 상기 전압 조절부는 일정한 전압 범위내의 신호만을 출력하는 리미터(limitter) 회로(213)이다.

상기 리미터 회로(213)는 공정 챔버(205)의 입력단에 공통으로 연결된 다이오드들 D1, D2 및 전압 제어 전압원(Voltage Controlled Voltage Source, VCVS) aVf를 가진다.

Vpp가 증가하면, 증폭기(209)는 음의 신호를 발생하고, 음의 레벨을 가진 증폭기(209)의 출력 Vf는 전압 제어 전압원 aVf의 레벨을 제어한다. 증폭기의 출력전압 Vf가 음의 값을 가지는 경우, 전압 제어 전압원의 레벨은 하강하고 이에 따라 다이오드들 D1, D2에 의해 리미팅되는 Vpp의 값은 감소한다. 또한, Vpp가 감소하면, 증폭기(209)는 양의 신호를 발생하고, 양의 값을 가지는 증폭기(209)의 출력 Vf에 따라 전압 제어 전압원의 레벨은 상승하고 이에 따라 다이오드들 D1, D2에 의해 리미팅되는 Vpp의 값은 증가한다. 상술한 피드-백에 따라 Vpp를 제어하기 위한 부궤환 제어가 일어난다.

상술한 임피던스 정합 장치에 의하면, Vpp는 감지되고 감지된 Vpp는 피드-백되어 Vpp의 변화가 최소화되도록 제어된다.

실시예 2

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도들이다.

도 3a는 본 실시예에 따라 배리스터 및 파워 컨트롤러를 가지는 부궤환 회로를 이용하여 Vpp 및 RF 전력을 조절하는 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도이다.

도 3a를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터(301), 임피던스 정합기(303), 공정 챔버(305) 및 제3 부궤환 회로(308a)를 포함한다.

상기 RF 제너레이터(301), 임피던스 정합기(303) 및 공정 쳄버(305)의 기능 및 연결관계는 실시예 1의 상기 도 2a에서 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략키로 한다.

상기 제3 부궤환 회로(308a)는 전압 감지부(311), 증폭기(309), 전압 조절부 및 파워 컨트롤러(315)를 가진다. 제3 부궤환 회로(308a)의 피드-백 동작에 의해 일정한 Vpp 전압이 유지되며, 감지된 Vpp 전압에 상응하는 전력 제어 신호를 상기 RF 제너레이터(301)에 인가할 수 있다.

상기 전압 감지부(311)는 공정 챔버(305)에 입력되는 Vpp 전압을 감지하고, 감지된 신호를 증폭기(309)의 부입력단에 입력한다. 바람직하게는 전압 감지부(311)는 적어도 하나의 저항을 직렬 또는 병렬로 배치하고, 임의의 저항에 인가되는 전압을 증폭기(309)의 부입력단에 입력한다. 따라서, 상기 전압 감지부(311)에 의해 감지되는 신호는 Vpp 전압일 수 도 있으며, 이보다 낮은 전압일 수 있다. 다만, Vpp 전압의 변동은 감지되고 증폭기(309)에 의해 증폭된다.

상기 증폭기(309)는 전압 감지부(311)에 의해 감지된 Vpp 전압을 부입력 신호로 가지며, 정입력 신호로는 소정의 기준 전압을 가진다. 바람직하게는 증폭기(309)의 정입력단은 0V의 전위를 가진 접지에 연결한다. 소정의 이득을 가진 상기 증폭기(309)는 2개의 입력단 사이의 전압차를 증폭한다.

상기 전압 조절부는 증폭기(309)의 출력 신호에 따라 Vpp의 레벨을 조절한다. 바람직하게 상기 전압 조절부는 저항치가 가변인 배리스터(307)이다. 따라서, Vpp가 증가하면, 증폭기(309)는 음의 신호를 발생하고, 이에 따라 배리스터(307)는 저항치를 변경하여 Vpp 전압을 감소시킨다. 또한, Vpp가 증가하면, 증폭기(309)는 양의 신호를 발생시키고, 배리스터(307)는 저항치를 변경하여 Vpp 전압을 상승시킨다. 이러한 피드-백에 따라 Vpp를 제어하기 위한 부궤환 제어가 일어난다.

상기 파워 컨트롤러(315)는 상기 공정 챔버(305)에 입력되는 Vpp를 감지하고, 전력 설정을 위한 신호인 RF set 신호와 비교한다. Vpp와 RF set 신호 사이의 비교치는 레시피(recipe) 신호의 제어에 따라 전력 조절 신호로 변환되어 RF 제너레이터(301)에 입력된다. RF 제너레이터(301)에 입력되는 전력 조절 신호는 RF 전력량을 조절한다. 즉, 감지된 Vpp 전압에 상응하는 전력을 임피던스 정합기(303) 및 공정 챔버(305)에 공급하는 역할을 수행한다.

도 3b는 본 실시예에 따라 리미터 회로 및 파워 컨트롤러를 가지는 부궤환 회로를 이용하여 Vpp 및 RF 전력을 조절하는 임피던스 정합 장치를 도시한 블록도이다.

도 3b를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치는 RF 제너레이터(301), 임피던스 정합기(303), 공정 챔버(305) 및 제4 부궤환 회로(308b)를 포함한다.

상기 제4 부궤환 회로(308b)는 전압 감지부(311), 증폭기(309), 전압 조절부 및 파워 컨트롤러(315)를 가진다. 제4 부궤환 회로(308b)의 피드-백 동작에 의해 일정한 Vpp 전압이 유지되며, 감지된 Vpp 전압에 상응하는 전력 제어 신호를 상기 RF 제너레이터(301)에 인가할 수 있다.

상기 전압 조절부는 증폭기(309)의 출력 신호에 따라 Vpp의 레벨을 조절한다. 바람직하게 상기 전압 조절부는 일정한 전압 범위내의 신호만을 출력하는 리미터(limitter) 회로(313)이다.

상기 리미터 회로(313)는 공정 챔버(305)의 입력단에 공통으로 연결된 다이오드들 D1, D2 및 전압 제어 전압원(Voltage Controlled Voltage Source, VCVS) aVf를 가진다.

Vpp가 증가하면, 증폭기(309)는 음의 신호를 발생하고, 음의 레벨을 가진 증폭기(309)의 출력 Vf는 전압 제어 전압원 aVf의 레벨을 제어한다. 증폭기의 출력전압 Vf가 음의 값을 가지는 경우, 전압 제어 전압원의 레벨은 하강하고 이에 따라 다이오드들 D1, D2에 의해 리미팅되는 Vpp의 값은 감소한다. 또한, Vpp가 감소하면, 증폭기(309)는 양의 신호를 발생하고, 양의 값을 가지는 증폭기(309)의 출력 Vf에 따라 전압 제어 전압원의 레벨은 상승하고 이에 따라 다이오드들 D1, D2에 의해 리미팅되는 Vpp의 값은 증가한다. 상술한 피드-백에 따라 Vpp를 제어하기 위한 부궤환 제어가 일어난다.

상술한 임피던스 정합 장치에 의하면 Vpp는 감지되고, 부궤환에 의해 Vpp의 변화가 최소화되도록 제어되며, 이에 상응하는 전력이 공급되도록 제어된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, Vpp는 부궤환 경로를 통해 제어되므로 Vpp의 변화가 최소화된다. 따라서 공정 챔버에 가해지는 RF 신호인 Vpp는 일정한 실효치를 가지게되며, 공정의 챔버 분위기의 변화에 기인한 반도체 소자의 제조 불량을 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101, 201, 301 : RF 제너레이터 103, 203, 303 : 임피던스 정합기

105, 205, 305 : 공정 챔버 207, 307 : 배리스터

208a : 제1 부궤환 회로 208b : 제2 부궤환 회로

308a : 제3 부궤환 회로 308b : 제4 부궤환 회로

209, 309 : 증폭기 211, 311 : 전압 감지부

213, 313 : 리미터 회로 315 : 파워 컨트롤러

Claims

RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;

상기 RF 제너레이터의 출력 임피던스와 정합하기 위한 임피던스 정합기;

상기 임피던스 정합기의 출력을 입력으로 하고, 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 공정 챔버; 및

상기 공정 챔버의 Vpp를 감지하고, 이를 피드-백하여 일정한 Vpp를 상기 공정 챔버에 공급하기 위한 부궤환 회로를 포함하는 임피던스 정합 장치.
제1항에 있어서, 상기 부궤환 회로는,

Vpp 전압을 감지하기 위한 전압 감지부;

상기 전압 감지부에 의해 감지된 Vpp 신호의 변동폭을 증폭하기 위한 증폭기; 및

상기 증폭기의 출력 신호에 따라 임피던스를 조절하여, 일정한 Vpp를 발생하기 위한 전압 조절부를 가지는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
제2항에 있어서, 상기 전압 조절부는 상기 증폭기의 출력 신호에 따라 저항값이 가변되는 배리스터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
제2항에 있어서, 상기 전압 조절부는 사이 증폭기의 출력 신호에 따라 Vpp를 소정의 범위 내에서 제한할 수 있는 리미터 회로인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;

상기 RF 제너레이터의 출력 임피던스와 정합하기 위한 임피던스 정합기;

상기 임피던스 정합기의 출력을 입력으로 하고, 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 공정 챔버; 및

상기 공정 챔버의 Vpp를 감지하고, 이를 상기 RF 제너레이터로 피드-백하여 상기 RF 제너레이터의 출력 전력을 제어하기 위한 부궤환 회로를 포함하는 임피던스 정합 장치.
제5항에 있어서, 상기 부궤환 회로는,

Vpp 전압을 감지하기 위한 전압 감지부;

상기 전압 감지부에 의해 감지된 Vpp 전압의 변동폭을 증폭하기 위한 증폭기;

상기 증폭기의 출력 신호에 따라 임피던스를 조절하여, 일정한 Vpp 전압을 발생하기 위한 전압 조절부; 및

상기 Vpp 전압과 전력 설정치를 입력으로 하고, 레시피 신호에 따라 상기 RF 제너레이터의 출력 전력을 조절하기 위한 파워 컨트롤러를 가지는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
제6항에 있어서, 상기 전압 조절부는 상기 증폭기의 출력 신호에 따라 저항값이 가변되는 배리스터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
제6항에 있어서, 상기 전압 조절부는 사이 증폭기의 출력 신호에 따라 Vpp를 소정의 범위 내에서 제한할 수 있는 리미터 회로인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.