KR20070116505A

KR20070116505A - 반도체 기판 처리장치

Info

Publication number: KR20070116505A
Application number: KR1020060050598A
Authority: KR
Inventors: 김명운; 한문형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-12-10
Also published as: KR100878467B1; US20070277931A1; CN101086953A

Abstract

본 발명은 반도체 기판 처리장치에 관한 것으로, 서로 다른 형태의 균일도를 생성하는 상,하부 전극에 동일한 주파수의 RF 전력을 공급하고, RF 전력의 파워 비율을 조절하여 반도체 기판의 처리 균일도를 개선하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 반도체 기판이 수용되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극; 상기 상부 및 하부 전극에 연결되어 고주파 RF 전력을 공급하는 고주파수 전력공급기; 상기 하부 전극에 추가로 연결되어 저주파 RF 전력을 공급하는 저주파수 전력공급기; 및 상기 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하는 제어부;를 포함하는 것이다.

Description

반도체 기판 처리장치{Apparatus for processing of semiconductor wafer}

도 1a는 종래 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 예,

도 1b는 도 1a의 식각 균일도를 나타낸 도면,

도 2a는 종래 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 다른 예,

도 2b는 도 2a의 식각 균일도를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력 파워 비율에 따른 식각 균일도를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력 파워 비율에 따른 식각률을 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력비에 따른 식각률 및 식각 균일도를 나타낸 표.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20 : 진공 챔버 22,24 : 상부 및 하부 전극

26 : 가스공급기 28,30 : 제1 및 제2고주파수 전력공급기

32,34 : 제1 및 제2고주파수 정합기

36 : 저주파수 전력공급기 38 : 저주파수 정합기

40 : 제어부

본 발명은 플라즈마를 이용한 반도체 제조공정 중 식각 및 증착 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 플라즈마의 균일도를 개선하여 식각 균일도를 조절할 수 있는 반도체 기판 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치의 제조공정에서는 피 처리기판인 반도체 기판에 대하여 플라즈마에 의해서 에칭(혹은 증착)을 실시하는 플라즈마 에칭(혹은 증착)이 많이 사용되고 있다. 플라즈마 에칭(혹은 증착)장치에는 여러 가지의 것이 이용되고 있지만 그 중에서도 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 처리장치가 주로 사용되고 있다.

용량 결합형 평행 평판 플라즈마 처리장치는 진공상태의 챔버 내에 한 쌍의 평행 평판 전극(상부 및 하부 전극)을 배치하고, 처리 가스를 진공 챔버 내에 공급함과 동시에 전극의 한쪽에 고주파를 인가하여 전극 사이에 고주파 전계를 형성한다. 이 고주파 전계에 의해서 진공 챔버 내 가스는 플라즈마 상태로 여기되어 이 플라즈마에서 나오는 이온과 전자를 이용하여 반도체 막질을 깎고(etching; 에칭) 쌓는(depositon; 증착) 것은 일반적인 반도체 전공정 장비의 기술이다.

이러한 전공정용 플라즈마 진공 챔버에서 가스를 플라즈마 상태로 여기시키 기 위해 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 고출력 RF 전력공급기를 사용하는데, 이때에 사용되는 RF 전력공급기의 사용 주파수와 전력량이 공정의 특성에 영향을 준다.

초기의 기술에서는 한 개의 RF 전력공급기를 사용하였으나, 반도체 집적도 증가에 따라 반도체 기판 처리 공정에서 요구되는 특성들이 증가하게 되었고, 이를 해결하기 위한 방법으로 두 개의 주파수를 사용한 방법들이 개발되었으며 최근에는 세 개 이상의 주파수를 사용한 공정 장비들도 개발되고 있다.

도 1a는 두 개의 주파수를 사용하는 방식 중 미국 등록번호 제6423242호에 개시된 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 것이다.

도 1a는 진공 챔버(1) 내에 평행하게 배치된 상부 및 하부 전극(3,5)에 2개의 RF 전력공급기(7,9)를 각각 1개씩 연결하여 상부 및 하부 전극(3,5)에 서로 다른 두 개의 RF 전력을 공급하는 것으로, 공급되는 RF 전력 중 낮은 주파수는 플라즈마의 구성 요소 중에서 이온의 에너지를 조절하고, 높은 주파수는 이온의 밀도를 조절해서 식각률(혹은 증착률)에 기여하도록 하였다.

도 2a는 두 개의 주파수를 사용하는 방식 중 미국 등록번호 제4579618호에 개시된 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 것이다.

도 2a는 진공 챔버(11) 내에 배치된 하부 전극(13)에 2개의 RF 전력공급기(15,17)를 연결하여 하부 전극(13)에만 서로 다른 두 개의 RF 전력을 공급하는 것으로, 공급되는 RF 전력 중 낮은 주파수는 플라즈마의 구성 요소 중에서 이온의 에너지를 조절하고, 높은 주파수는 이온의 밀도를 조절해서 식각률(혹은 증착률)에 기여하도록 하였다.

이와 같이, 두 개의 서로 다른 주파수를 사용하는 도 1a 또는 도 2a에 도시한 RF 전력공급시스템은 반도체 공정이 더 높은 식각률을 요구함에 따라 더 높은 플라즈마 밀도(플라즈마 밀도가 높을수록 식각률이 개선됨)가 필요하여 높은 주파수를 사용한 장비들이 개발되었다. 그러나 이렇게 높은 주파수를 사용하는 장비는 높은 주파수가 전극[(3,5) 또는 (13)]에서 발생시키는 정현파 때문에 도 1b 또는 도 2b에 도시한 바와 같이, 공정의 식각 균일도에 문제가 생기게 된다.

또한, 전극[(3,5) 또는 (13)]에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절할 수 없기 때문에 식각 균일도 조절이 어렵다는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 상부 전극의 형태를 변형하여 공정 균일도를 해결하는 방식도 제안되었으나, 이 경우 반도체 기판 처리 공정 변화에 따른 균일도 변화에 대응이 어렵다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 형태의 균일도를 생성하는 상,하부 전극에 동일한 주파수의 RF 전력을 공급하고, RF 전력의 파워 비율을 조절하여 반도체 기판의 처리 균일도를 개선할 수 있는 반도체 기판 처리장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판이 수용되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극; 상기 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급기; 및 상기 RF 전력공급기로부터 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 RF 전력공급기는 상부 및 하부 전극에 연결된 한 쌍 이상의 고주파수 전력공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고주파수 전력공급기의 사용 주파수는 2MHz 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 RF 전력공급기는 하부 전극에 추가로 연결되는 저주파수 전력공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저주파수 전력공급기의 사용 주파수는 고주파수 전력공급기의 사용 주파수보다 낮은 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 반도체 기판이 수용되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 반도체 기판 처리를 위한 가스를 공급하는 가스공급기; 및 공급된 가스로부터 플라즈마 생성을 위한 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급기를 포함하는 반도체 기판 처리장치에 있어서, 상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력량과 비율을 조절하기 위해 상기 RF 전력공급기를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 높은 RF 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력은 한 개 이상의 RF 전력공급기 에서 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 반도체 기판이 수용되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극; 상기 상부 및 하부 전극에 연결되어 고주파 RF 전력을 공급하는 고주파수 전력공급기; 상기 하부 전극에 추가로 연결되어 저주파 RF 전력을 공급하는 저주파수 전력공급기; 및 상기 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고주파수 전력공급기는 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 높은 RF 전력을 공급하는 한 쌍 이상의 RF 전력공급기인 것을 특징으로 한다.

상기 저주파수 전력공급기의 사용 주파수는 2MHz 보다 낮은 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템을 나타낸 구성도이다.

도 3에서, 본 발명 반도체 기판 처리장치는 진공 챔버(20), 상부 및 하부 전극(22,24), 가스공급기(26), RF 전력공급기 및 제어부(40)를 포함한다.

상기 진공 챔버(20)는 플라즈마를 이용한 반도체 제조공정이 이루어지는 공정 챔버로서, 공급된 가스를 RF 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기시켜 진공 챔버(20) 내에 투입된 반도체 기판(도시되지 않음)의 식각 공정을 처리하는 반응기이 다.

상기 상부 전극(22)은 진공 챔버(20)의 상부에 배치되어 공급된 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 진공 챔버(20) 내부에 RF 전력을 공급하는 판 형태의 도체이다.

상기 하부 전극(24)은 진공 챔버(20)의 하부에 상기 상부 전극(22)과 평행하게 배치되어 상부 전극(22)과 마찬가지로 공급된 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 진공 챔버(20) 내부에 RF 전력을 공급함과 동시에 반도체 기판 등의 공정 대상물이 놓여지는 판 형태의 도체이다.

상기 가스공급기(26)는 진공 챔버(20)에 투입된 반도체 기판의 처리를 위한 가스를 공급한다.

상기 RF 전력공급기는 상부 및 하부 전극(22,24)에 RF 전력을 공급하는 것으로, 공급되는 RF 전력의 범위는 수 kHz ~ 수 GHz이다.

상기 RF 전력공급기는 상부 및 하부 전극(22,24)에 2MHz 이상 고주파수의 RF 전력을 공급하기 위해 상부 및 하부 전극(22,24)에 연결되는 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)와, 상기 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)로부터 공급되는 RF 전력의 최대 파워를 상부 및 하부 전극(22,24)에 전달하기 위해 임피던스를 정합하는 제1 및 제2고주파수 정합기(32,34)와, 상기 상부 및 하부 전극(22,24)에 연결되는 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)의 주파수보다 낮은 저주파수의 RF 전력을 하부 전극(24)에 공급하기 위해 하부 전극(24)에 연결되는 저주파수 전력공급기(36)와, 상기 저주파수 전력공급기(36)로부터 공급되는 RF 전력의 최대 파워를 하부 전극(24)에 전달하기 위해 임피던스를 정합하는 저주파수 정합기(38)를 포함한다.

상기 제어부(40)는 상기 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하기 위해 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)의 전력 공급비를 제어하는 것으로, 상기 진공 챔버(20) 내부에 배치된 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 RF 전력량과 비율을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)를 제어한다.

이하, 상기와 같이 구성된 반도체 기판 처리장치의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

본 발명 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템은 종래 시스템과 달리 동일한 고주파수 전력을 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급하며, 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 고주파수 전력의 파워 비율을 조절하여 식각 균일도를 가변시킴으로서 반도체 기판 처리 공정조건의 변화에 따른 식각(혹은 증착) 균일도 조절이 가능하도록 한다.

반도체 제조공정이 진행되면, 도시되지 않은 스위치 작동을 통해 가스공급기(26)로부터 진공 챔버(20)에 공정을 위한 처리 가스가 공급되고, 제1 및 제2고주파수 전력공급기(28,30)와 저주파수 전력공급기(36)로부터 공급된 RF 전력이 제1 및 제2고주파수 정합기(32,34)와 저주파수 정합기(38)를 통해 진공 챔버(20) 내부의 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급된다.

이에 따라, 진공 챔버(20)에 공급된 가스는 플라즈마 상태로 여기되고, 이 플라즈마에서 나오는 이온과 전자를 이용하여 하부 전극(24)에 놓여진 반도체 기판의 막질을 깎고(etching; 에칭) 쌓는(depositon; 증착) 식각(혹은 증착) 공정을 실시한다.

이때, 제어부(40)는 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 고주파수 RF 전력의 파워 비율을 조절하여 플라즈마의 이온과 전자의 밀도 분포를 바꾸어 줄 수 있으며, 이로 인해 하부 전극(24)에 놓여진 반도체 기판 상에 식각(혹은 증착) 공정이 영향을 받아 식각(혹은 증착) 균일도 및 식각률(혹은 증착률)을 조절할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템에서 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 10:0, 7:3, 0:10으로 조절하였을 때 변화하는 식각 균일도를 나타낸 것으로, 상부 및 하부 전극(22,24)에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 7:3으로 조절한 경우의 식각 균일도가 다른 파워 비율의 식각 균일도에 비해 개선되었음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명 반도체 기판 처리장치의 RF 전력공급시스템은 상부 및 하부 전극(22,24)에 동일한 주파수의 고주파수 RF 전력을 공급하는데 있어서 공급되는 RF 전력의 파워 비율(전력비)을 조절하여 식각률을 조절할 수 있기 때문에 공정 변화에 따라 하드웨어 변경 없이 전력비만 변경하여 공정 변수를 제어할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치의 RF 전력 파워 비율에 따른 식각률을 나타낸 그래프로서, 도 4와 같이 상부 전극(22)에 70%, 하부 전극(24)에 30%로 동일한 주파수의 고주파수 RF 전력을 공급하였을 때 위치에 따른 식각률이 일정하게 유지되며, 상부 전극(22)과 하부 전극(24)에 공급되는 RF 전력의 파워 비율에 따라 식각률을 다양하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.

도 6은 도 4 및 도 5에서 도시한 RF 전력의 파워 비율(전력비)에 따른 식각률과 식각 균일도를 정리한 표로서, 도 6에서도 알 수 있듯이 상부 및 하부 전극(22,24)에 동일 주파수를 사용하면서 전력비를 조절하여 공정 특성을 조절할 수 있다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치에 의하면, 서로 다른 형태의 균일도를 생성하는 상,하부 전극에 동일한 주파수의 RF 전력을 공급하고, RF 전력의 파워 비율을 조절하여 반도체 기판의 처리 균일도를 개선할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공정 변화에 따라 하드웨어 변경 없이 RF 전력의 파워 비율만 변경하여 공정 변수를 제어할 수 있다는 효과가 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 반도체 기판 처리장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

반도체 기판이 수용되는 진공 챔버;

상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극;

상기 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급기; 및

상기 RF 전력공급기로부터 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하는 제어부;를

포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 RF 전력공급기는 상부 및 하부 전극에 연결된 한 쌍 이상의 고주파수 전력공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 고주파수 전력공급기의 사용 주파수는 2MHz 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 RF 전력공급기는 하부 전극에 추가로 연결되는 저주파수 전력공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 4항에 있어서,

상기 저주파수 전력공급기의 사용 주파수는 고주파수 전력공급기의 사용 주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
반도체 기판이 수용되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 반도체 기판 처리를 위한 가스를 공급하는 가스공급기; 및 공급된 가스로부터 플라즈마 생성을 위한 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급기를 포함하는 반도체 기판 처리장치에 있어서,

상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력량과 비율을 조절하기 위해 상기 RF 전력공급기를 제어하는 제어부;를

더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 6항에 있어서,

상기 제어부는 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 높은 RF 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 7항에 있어서,

상기 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력은 한 개 이상의 RF 전력공급기에서 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
반도체 기판이 수용되는 진공 챔버;

상기 진공 챔버 내에 배치된 상부 및 하부 전극;

상기 상부 및 하부 전극에 연결되어 고주파 RF 전력을 공급하는 고주파수 전력공급기;

상기 하부 전극에 추가로 연결되어 저주파 RF 전력을 공급하는 저주파수 전력공급기; 및

상기 상부 및 하부 전극에 공급되는 RF 전력의 파워 비율을 조절하는 제어부;를

포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 9항에 있어서,

상기 고주파수 전력공급기는 상부 및 하부 전극에 동일한 주파수의 높은 RF 전력을 공급하는 한 쌍 이상의 RF 전력공급기인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 9항에 있어서,

상기 고주파수 전력공급기의 사용 주파수는 2MHz 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.
제 9항에 있어서,

상기 저주파수 전력공급기의 사용 주파수는 2MHz 보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리장치.