KR20100089642A - 다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치는 챔버에 구비되는 복수의 전극, 복수의 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 RF 발생부, 복수의 전극에 각각 연결되고, 연결된 전극에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 복수의 전력 제어부 및 복수의 전력 제어부와 RF 발생부 사이에 연결되고, RF 발생기와 각각의 전극 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부를 포함한다.
플라즈마, 매칭, 전극, 다중 전극, 반도체

Description

다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템{Apparatus for controlling multi electrode and plasma processing system}
본 발명은 다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 복수의 공정 장비의 다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
최근에 반도체 장비는 반도체 소자의 고집적화, 반도체 기판의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 고용량 및 고기능화를 추구하고 있다. 이에 따라 한정된 영역에서 보다 많은 소자의 직접이 필요하게 되어 반도체 장비는 원하는 패턴을 극미세화 및 고집적화 시키도록 연구 및 개발되고 있다. 또한, 이러한 극미세화 및 고집적화와 더불어 생산력을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
플라즈마 처리 장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체 기판의 소정 영역을 식각하는 건식 식각 기술을 많이 이용하고 있다.
플라즈마를 발생시키기 위해서는 챔버 내 전극을 구비하고 전극에 고주파 유도 전력을 가하는 방법이 사용된다. 보다 자세히는, 챔버 내에 상부 전극과 하부 전극을 형성하고 상부 전극 아래에 유전체를 형성한 후 고주파의 유도 전력을 가하면 전극에서 방출된 활성화된 전자에 의해 챔버내 주입된 반응가스는 플라즈마 상태가 된다.
도 1은 플라즈마를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 공정 장치가 복수 개 존재하는 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도시되어 있는 것과 같이 다수의 플라즈마 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)를 구비하는데, 각각의 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에는 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 포함될 수 있다. 본 발명은 다수의 플라즈마 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에 구비된 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 고주파 전력을 가하며 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 제어하는 장치(200)에 관한 것이다.
도 2는 종래의 다수의 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에 구비된 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 제어하는 장치(200)를 도시한 도면인데, 도 1과 같이 6 개의 플라즈마 공정 장치가 구비되었을 때, 각각의 공정 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에는 하나의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 구비될 수 있다. 물론, 각 공정 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f) 내부에 상부 전극과 하부 전극이 구비되면 총 12개의 전극이 형성될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 각각의 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f) 내에는 하나의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 구비된 것으로 본다. 즉, 도 2에서 하나의 전극은 도 1의 하나의 플라즈마 챔버 내부에 구비된 전 극에 대응된다고 볼 수 있다.
이때, 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에는 RF 전력을 발생시켜 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 공급하는 각각의 RF 발생기(230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f)와 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)과 RF 발생기(230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f) 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 유닛(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)이 형성된다. 즉, 종래에는 다수의 플라즈마 공정 장치가 구비되었을 때 각각 개별적으로 제어하는 방법이 사용되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 다수의 플라즈마 공정 챔버가 구비된 시스템에서 각 플라즈마 공정 챔버 내에 구비된 전극을 통합적으로 제어하도록 하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치는 챔버에 구비되는 복수의 전극; 상기 복수의 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 RF 발생부; 상기 복수의 전극에 각각 연결되고, 상기 연결된 전극에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 복수의 전력 제어부; 및 상기 복수의 전력 제어부와 상기 RF 발생부 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기와 각각의 상기 전극 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템은 챔버; 및 상기 챔버 내부에 형성되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 포함하는 플라즈마를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 공정 장치가 복수 개 존재하는 플라즈마 처리 시스템에 있어서, 각각의 상기 챔버에 구비된 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 RF 발생부; 상기 공정 장치에 구비된 전극에 각각 연 결되고, 상기 연결된 전극에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 복수의 전력 제어부; 및 상기 복수의 전력 제어부와 상기 RF 발생부 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기와 상기 공정 장치에 구비된 전극 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 다수의 RF 발생기 및 다수의 매칭 유닛을 구비할 필요가 없이 다중 전극을 제어할 수가 있어서 제작 단가를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 각 전극의 임피던스 변화를 감지하여 각 전극에 인가되는 전력의 배분 비율을 조절할 수 있어서 공정 성능을 향상시킬 수 있다는 장점도 있다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 다중 전극을 제어하는 장치 및 플라즈마 처리 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
챔버(100)는 일측면에 형성된 가스 주입구(105)를 통하여 주입되는 가스를 공급받고, 플라즈마 상태로 여기시키는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 공정이 수행되는 기판(W)의 크기보다 넓은 단면적을 가지는 원통이나 다각형 단면을 가지는 밀폐된 용기로 이루어진다. 챔버(100)는 공정 후에 챔버(100) 내에 있는 잔유물이나 가스를 외부로 배출시키는 배출구(미도시)를 챔버(100)의 바닥 또는 측벽에 형성할 수 있다. 또한, 챔버(100)의 하단에 기판을 장착할 수 있는 척(150)이 형성될 수 있다. 척(150)은 상하 이동이 가능하도록 구성됨이 바람직하다.
상부 전극(110)은 챔버(100) 내의 상부에 위치하며 하부 전극(150)에 대향되게 설치된다. 상부 전극(100)에는 RF 발생부(230)가 연결되어 상부 전극(110)과 하부 전극(150) 사이에 주입된 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
하부 전극(150)은 챔버(100) 내부에 상부 전극(110)과 서로 대향되게 형성되며 접지된다. 전술한 척(150)이 하부 전극(150)을 포함하도록 구성될 수도 있다.
유전체(120)는 상부 전극(110) 아래에 형성되어 전극(110, 150) 사이를 절연 시킨다.
상기와 같이 구성되는 플라즈마 공정 장치의 작용을 설명하면, 먼저 챔버(100)의 가스 주입구를 통해 플라즈마 소스가 유입된다. 그리고, 상부 전극(110)에 고주파 전원이 공급되면 상부 전극(110)과 접지된 하부 전극(150) 사이에 활성화된 전자가 방출되고, 방출된 전자는 반응 가스와 충돌하여 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 이때, 플라즈마는 전기장과 이에 수직하는 자기장의 힘으로 기판(W)으로 분사되어 기판(W)에 대하여 플라즈마를 이용한 공정이 수행된다.
전술한 바와 같이 본 발명은 도 3과 같은 플라즈마 공정 장치가 도 1과 같이 복수개 구비되어 있을 때, 각각의 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f) 내에 구비된 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 통합적으로 제어하는 장치에 관한 것이다. 이하, 도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치의 구성도이고, 도 5는 도 4의 전력 제어부의 세부 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치(300)는 복수의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f), RF 발생부(330), 복수의 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f) 및 매칭부(320)를 포함하여 구성될 수가 있다.
복수의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 전술한 바와 같이 복수의 각 플라즈마 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에 구비되는 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이다. 도 4에서는 6개의 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)에 각각 하나의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 대응되도록 구성되는 것으로 이해될 수가 있다. 즉, 하나의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 하나의 공정 챔버(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)로 확대 해석하여 이해될 수 있다.
RF 발생부(330)는 복수의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급한다. 본 발명에서는 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 대하여 각각의 RF 발생부가 형성되지 않고, 하나의 RF 발생부(330)로부터 각 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 전력을 공급할 수가 있다.
복수의 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)는 각 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 대응되도록 각각 연결되고, 연결된 각 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 일정한 전력이 공급되도록 제어한다. 보다 자세히는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 센서부(352)와 제어부(354)를 포함하여 구성될 수가 있다.
센서부(352)는 연결된 전극(110)의 임피던스와 전력을 측정한다. 전극(110)의 임피던스는 공정 진행 중에 챔버(100) 내의 압력, 가스 종류, 및 플라즈마 상태 등의 조건에 따라 변화될 수가 있다. 따라서, 이러한 변화되는 전극(110)의 임피던스를 센서부(352)가 측정할 수 있고, 동시에 출력되는 전력도 측정할 수가 있다.
제어부(354)는 센서부(352)에서 측정한 임피던스와 전력을 기초로 전극(110) 에 목표 전력값이 공급되도록 제어한다. 예를 들어, 목표한 전력값이 a일 때, 센서부(352)에서 감지한 임피던스와 출력되는 전력값을 기초로 목표한 전력값 a가 나오도록 내부의 소자(356)를 제어할 수가 있다. 여기서 내부의 소자(356)라고 하면, 전력 제어부(350) 내부의 임피던스를 형성하는 가변 캐퍼서티, 가변 인덕턴스 등의 가변 소자를 포함할 수가 있다.
매칭부(320)는 도시되어 있는 것과 같이 복수의 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)와 RF 발생부(330) 사이에 연결되고, RF 발생기(330)와 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f) 사이에서 임피던스 매칭을 수행한다.
이때, 도시되어 있는 것과 같이 하나의 매칭부(320)를 이용하여 복수의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)과 RF 발생부(330) 사이의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 그러나, 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 공정 조건에 따라 전극의 임피던스가 각각 다를 수가 있고, 공정 중에도 임피던스 값이 바뀔 수가 있으므로, 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)의 임피던스는 다를 수가 있다. 이때, 각 전극에 연결된 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)의 가변 소자를 제어하여 각 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)과 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)를 포함하는 어셈블리(360a, 360b, 360c, 360d, 360e, 360f)의 임피던스가 모두 동일하도록 제어할 수가 있다. 따라서, 본 발명은 각각의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)과 전력 제어부(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)를 포함하는 각각의 어셈블 리(360a, 360b, 360c, 360d, 360e, 360f)의 임피던스가 동일하도록 제어한 다음 매칭부(320)를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수가 있다. 즉, 하나의 매칭부(320)를 이용하여 복수의 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에 대하여 임피던스 매칭을 수행할 수가 있는 것이다.
또한, 본 발명은 전력 제어부(350)의 내부 소자(356)를 제어부(354)에 의해 제어를 할 수 있으므로, 공정 중에 센서부(352)가 출력 전력값과 전극(110)의 임피던스 값을 측정하도록 하여 출력 전력값에 이상이 생기면 내부의 소자(356)를 제어하여 목표 전력값이 출력되도록 할 수가 있으므로, 전극(110)을 통해 출력되는 전력값이 일정하게 유지될 수 있도록 할 수가 있다. 따라서, 공정 성능을 향상시킬 수가 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 플라즈마를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 공정 장치가 복수 개 존재하는 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 다수의 챔버에 구비된 전극을 제어하는 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극을 제어하는 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 전력 제어부의 세부 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 챔버 110: 상부 전극
120: 유전체 150: 하부 전극(척)
320: 매칭부 330: RF 발생부
350: 전력 제어부 352: 센서부
354: 제어부 356: 소자

Claims (4)

  1. 챔버에 구비되는 복수의 전극;
    상기 복수의 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 RF 발생부;
    상기 복수의 전극에 각각 연결되고, 상기 연결된 전극에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 복수의 전력 제어부; 및
    상기 복수의 전력 제어부와 상기 RF 발생부 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기와 각각의 상기 전극 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부를 포함하는 다중 전극을 제어하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 복수의 상기 챔버에 각각 구비되는 다중 전극을 제어하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 연결된 전극의 임피던스와 전력을 측정하는 센서부;
    상기 센서부에서 측정한 임피던스와 전력을 기초로 상기 연결된 전극에 목표 전력값이 공급되도록 내부의 임피던스를 조절하는 제어부를 포함하는 다중 전극을 제어하는 장치.
  4. 챔버; 및
    상기 챔버 내부에 형성되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 포함하는 플라즈마를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 공정 장치가 복수 개 존재하는 플라즈마 처리 시스템에 있어서,
    각각의 상기 챔버에 구비된 전극에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하는 RF 발생부;
    상기 공정 장치에 구비된 전극에 각각 연결되고, 상기 연결된 전극에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 복수의 전력 제어부; 및
    상기 복수의 전력 제어부와 상기 RF 발생부 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기와 상기 공정 장치에 구비된 전극 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부를 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
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