KR20230049741A - 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스를 제공한다. 상기 임피던스 매칭 방법은, 공정이 시작될 때, 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계; RF 전원이 켜지면, 사전 저장된 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라, 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 단계 - 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함함 - ; 및 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 단계를 포함한다.본 발명에서 제공하는 상기 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스는 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 임피던스의 미세 조정을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 공정 디바이스의 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스에 관한 것이다.
플라즈마 처리 디바이스에서 RF(radio frequency) 전원은 임피던스 매처를 통해 RF 에너지를 공정 챔버로 전달하여, 공정 챔버 내의 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성한다. 플라즈마에는 대량의 전자, 이온, 여기 상태의 원자, 분자, 자유 라디칼 등 활성 입자가 함유된다. 이러한 활성 입자와 웨이퍼가 상호 작용하여, 웨이퍼 재료 표면에 다양한 물리적 및 화학적 반응을 일으켜, 웨이퍼의 에칭 또는 증착 등의 공정 과정이 완료된다.
RF 에너지 전달 과정에서, RF 전원의 출력 임피던스는 일반적으로 50Ω이고, 공정 챔버의 입력 임피던스는 일반적으로 실수부 임피던스와 허수부 임피던스가 있는 50Ω이 아닌 임피던스 값이므로, 임피던스가 매칭되지 않게 된다. 이 경우, 직접 RF 에너지를 공정 챔버로 전달되면, RF 에너지의 반사가 발생하게 된다. 즉, 충분하지 않은 RF 에너지를 공정 챔버로 전달하므로, 플라즈마가 정상적으로 여기되어 형성되지 않는다. 이는 RF 전원과 공정 챔버 사이에 하나의 임피던스 매처를 연결하고, RF 전원 후단의 입력 임피던스를 50Ω으로 조정하여, RF 에너지의 정상적인 전달을 구현해야 한다. 즉, 임피던스 매칭을 구현해야 한다.
종래의 임피던스 매처는 센서, 조절 가능한 요소, 실행 유닛 및 제어 유닛을 포함한다. 여기에서, 센서는 RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 제어 유닛으로 전송하는 데 사용된다. 제어 유닛은 센서에서 검출된 신호에 따라 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 조정량을 계산하고, 임피던스 매칭 상태에 도달할 때까지, 해당 조정량에 따라 실행 유닛이 조절 가능한 요소의 매개변수 값(예를 들어, 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스 값)을 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 이를 통해 최대의 RF 전력을 공정 챔버에 전달하여 플라즈마를 여기시켜 형성한다.
그러나, 상술한 매칭 과정에서, 특히 ICP(Inductively Coupled Plasma, 유도 결합 플라즈마)의 경우, 플라즈마가 글로우 과정에서 E-H 모드 점프(즉, E 모드에서 H 모드로 점프)의 불안정한 상태에 있으므로, 상이한 공정의 매칭 경로에 차이 및 반복 불가능성이 존재한다. 따라서 상이한 웨이퍼를 가공하는 공정에 사용되는 매칭 시간에 차이가 존재하게 되며, 이로 인해 웨이퍼 간의 공정 결과가 달라질 수 있다. 특히 공정 시간이 비교적 짧은 공정의 경우, 이러한 공정 결과의 차이는 더욱 현저해진다.
본 발명은 종래 기술에 존재하는 기술적 문제 중 하나를 적어도 해결하기 위해, 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스를 제공한다. 이는 공정의 반복 가능성 및 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공정 결과의 일치성을 향상시킬 수 있다. 또한 플라즈마 임피던스에 대한 미세 조절을 구현할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예는 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법을 제공한다. 여기에는 하기 단계가 포함된다.
공정이 시작될 때, 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절한다.
RF 전원이 켜지면, 사전 저장된 상기 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함한다.
상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
선택적으로, 상기 최적 매칭 경로의 획득 방법은 하기 단계를 포함한다.
상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 상기 초기값으로 조절한다.
상기 RF 전원을 켜고, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 전체 매칭 과정에서 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 기록하여, 매칭 경로를 획득한다.
상기 매칭 경로를 획득하는 단계를 N회 반복 수행한다. N은 지정된 값보다 크거나 같은 정수이다.
N개의 상기 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장한다.
선택적으로, 상기 N개의 상기 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장하는 단계는, 구체적으로 하기 단계를 포함한다.
N개의 상기 매칭 경로로부터 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로를 선택한다.
상기 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로로부터 반복 출현 횟수가 가장 많은 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장한다.
선택적으로, 상기 임피던스의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계 이전에, 하기 단계를 더 포함한다.
상기 공정에 대응하는 상기 최적 매칭 경로가 이미 저장되어 있는지 판단한다.
그러하면, 상기 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계를 수행한다.
그러하지 않으면, 상기 최적 매칭 경로를 획득하는 방법을 실행한다. 또한 상기 공정에 대응하는 상기 최적 매칭 경로가 이미 저장되어 있는지 판단하는 상기 단계로 되돌아간다.
선택적으로, 상기 지정된 값은 20보다 크거나 같다.
선택적으로, 상기 초기값은 플라즈마 글로우 조건을 충족시키는 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값이다.
선택적으로, 동일한 상기 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 소정의 상기 초기값은 동일하다.
선택적으로, 상기 조절 가능한 요소는 조절 가능한 커패시터이다. 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값은 상기 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스 값 또는 커패시터 위치이다.
다른 기술적 해결책으로서, 본 발명의 실시예는 임피던스 매처를 더 제공한다. 여기에는 RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 검출하는 데 사용되는 센서, 조절 가능한 요소, 실행 유닛, 저장 유닛 및 제어 유닛이 포함된다. 상기 실행 유닛은 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 데 사용된다.
상기 저장 유닛은 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 초기값 및 상이한 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 저장하는 데 사용된다. 상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함한다.
상기 센서는 상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 상기 제어 유닛에 전송하는 데 사용된다.
상기 제어 유닛은 공정이 시작되면, 상기 저장 유닛에 저장된 상기 초기값을 호출하고, 상기 저장 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 상기 초기값으로 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 또한 RF 전원이 켜지면, 상기 저장 유닛에 저장된 현재 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 호출하고, 상기 최적 매칭 경로에 따라 상기 실행 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 또한 상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 상기 전압 신호 및 전류 신호에 따라, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 실행 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어하는 데 사용된다.
다른 기술적 해결책으로서, 본 발명의 실시예는 반도체 공정 디바이스를 더 제공한다. 여기에는 공정 챔버 및 임피던스 매처를 통해 상기 공정 챔버에 RF 전력을 인가하는 RF 전원이 포함된다. 상기 임피던스 매처는 본 발명의 실시예에서 제공하는 임피던스 매처를 채택한다.
선택적으로, 상기 반도체 공정 디바이스에 채택되는 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 소스 또는 용량 결합 플라즈마 소스이다.
본 발명 실시예의 유익한 효과는 하기와 같다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스의 임피던스 매칭 방법과 임피던스 매처의 기술적 해결책에 있어서, 먼저 사전 저장된 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 그 후 소정 매칭 시간 구간에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 동일한 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 글로우 단계에서 모두 사전 저장된 최적 매칭 경로를 채택하여 매칭을 수행한다. 이는 상이한 피가공 공작물을 가공하는 공정이 글로우 단계에서 채택하는 매칭 경로가 대체적으로 같도록 만들 수 있다. 동시에 최적 매칭 경로에 따라 매칭을 수행하여 글로우 소멸 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 공정 결과의 일치성을 높일 수 있다. 또한 최적 매칭 경로를 완료한 후, 자동 매칭 알고리즘으로 전환하여 자동 매칭을 수행하여, 플라즈마 임피던스가 공정 시간 변화에 따라 발생시키는 미세 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서 플라즈마 임피던스의 미세 조절을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스는, 본 발명의 실시예에서 제공하는 임피던스 매처를 채택한다. 이를 통해 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시켜, 공정 결과의 일치성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 임피던스의 미세 조절을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명 제1 실시예에 따른 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법의 흐름도이다.
도 2는 임피던스 매처의 원리도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 채택된 매칭 경로의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 채택된 매칭 과정도이다.
도 5는 본 발명 제2 실시예에 따른 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법의 흐름도이다.
도 2는 임피던스 매처의 원리도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 채택된 매칭 경로의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 채택된 매칭 과정도이다.
도 5는 본 발명 제2 실시예에 따른 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법의 흐름도이다.
본 발명이 속한 기술분야의 당업자가 본 발명의 기술적 해결책을 보다 잘 이해할 수 있도록, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법, 임피던스 매처 및 반도체 공정 디바이스을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하며, 본 발명의 제1 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법은 하기 단계를 포함한다.
S1: 공정이 시작될 때, 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절한다.
도 2에 도시된 임피던스 매처(1)를 예로 들면, 해당 임피던스 매처(1)는 RF 전원(3)과 공정 챔버(2) 사이에 연결된다. 이는 RF 전원(3) 후단의 입력 임피던스를 조절하여, RF 에너지의 정상적인 전달을 구현하는 데 사용된다. 즉, 임피던스 매칭을 구현한다. 구체적으로, 임피던스 매처(1)는 센서(11), 매칭 네트워크(12), 실행 유닛(14) 및 제어 유닛(13)을 포함한다. 여기에서, 센서(11)는 RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 제어 유닛(13)으로 전송하는 데 사용된다. 매칭 네트워크(12)는 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)를 포함한다. 이들 둘은 조절 가능한 요소로 사용된다. 이들 둘의 커패시턴스 값 또는 커패시터 위치는 바로 조절 가능한 요소의 매개변수 값이다. 제어 유닛(13)은 2개의 모터(M1, M2)가 각각 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시터 위치를 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 이는 상이한 커패시터 위치가 상이한 커패시턴스 값에 대응하도록 하여, RF 전원(3) 후단의 입력 임피던스를 조절함으로써, 임피던스 매칭의 목적을 달성한다. 물론 실제 적용에서 임피던스 매처의 구조는 도 2에 도시된 임피던스 매처의 구조에 한정되지 않는다. 이의 조절 가능한 요소는 RF 전원(3) 후단의 입력 임피던스를 조절할 수 있는 기타 임의 구조를 채택할 수도 있다. 예를 들어 조절 가능한 인덕터 또는 조절 가능한 커패시터와 조절 가능한 인덕터의 조합 등이 있다.매칭 네트워크(12)는 예를 들어 L형, π형, T형 등이다.
일부 선택적 실시예에 있어서, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 초기값은 플라즈마 글로우 조건을 충족시킨다. 즉, 플라즈마 글로우 구현에 필요한 조절 가능한 요소의 매개변수 값이다. 해당 플라즈마 글로우 조건은 다음과 같다. 즉, 공정 챔버에 인가되는 RF 전력이 챔버 공진으로 인한 전기장 강도를 극대화하기에 충분하므로, 전자가 가속되어 충돌하고 여기되며 플라즈마를 형성할 수 있다.
통상적인 경우, 공정 챔버의 하드웨어 조건이 고정적일 때, 해당 공정 챔버이 플라즈마 글로우를 구현하는 조건도 고정된다. 이를 기반으로, 선택적으로, 동일한 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 소정의 초기값이 동일하다. 즉, 상이한 피가공 공작물을 가공하는 공정이 시작되면, 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 모두 동일한 초기값으로 조절한다. 이는 공정의 반복 가능성을 향상시키는 데 도움이 되며, 공정 결과의 일치성을 높일 수 있다.
S2: RF 전원(3)이 켜지면, 사전 저장된 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함한다.
소위 최적 매칭 경로에 따라 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다는 것은, 소정 매칭 시간 구간 내에, 어느 시각에 매개변수 값이 어느 값으로 조절되는 것이 모두 미리 설정된 것을 의미한다. 즉, 각 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값이 모두 사전 설정된 것이며, 시간 순서에 따라 설정된 이러한 매개변수 값이 매칭 경로를 구성한다. 해당 매칭 경로에 따라 매칭을 수행하는 과정에서, 제어 유닛(13)은 각 시각에 직접 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하여, 이것이 해당 시각에 대응하는 사전 설정된 매개변수 값과 동일하도록 만들기만 하면 된다.
소위 최적 매칭 경로는, 글로우 소멸 현상이 없거나, 반복성이 가장 높거나, 안정성이 가장 우수한 조건 등을 충족시키는 매칭 경로를 의미한다.
동일한 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 글로우 단계에서 모두 사전 저장된 최적 매칭 경로를 채택하여 매칭을 수행한다. 즉, 상이한 피가공 공작물을 가공하는 공정이 글로우 단계에서 채택하는 매칭 경로가 대체적으로 같다. 동시에 최적 매칭 경로에 따라 매칭을 수행하여 글로우 소멸 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 공정 결과의 일치성을 높일 수 있다.
상술한 최적 매칭 경로의 획득 방법은 다양할 수 있다. 예를 들어 상기 획득 방법은 하기 단계를 포함한다.
단계 1: 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 초기값으로 조절한다.
해당 초기값은 상기 단계 S1에서의 초기값과 같을 수 있다.
단계 2: RF 전원을 켜고, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 전체 매칭 과정에서 상이한 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 기록하여, 매칭 경로를 획득한다.
상기 자동 매칭 알고리즘은 센서(11)를 이용하여 RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 해당 전압 신호 및 전류 신호를 기반으로, 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 조정량을 계산하고, 임피던스 매칭 상태에 도달할 때까지 해당 조정량에 따라 조절 가능한 요소의 매개변수 값(예를 들어 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스 값 또는 커패시터 위치)을 자동으로 조절하는 것을 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 매칭 경로에 따라 임피던스 매칭을 수행하는 전체 매칭 과정에서, 소정의 매칭 시간 구간으로부터 n개 시각(t1, t2, ......, tn-1, tn)을 선택한다. 또한 각 시각에 대응하는 파라미터 값을 기록한다. 시각의 수량 n은 구체적인 공정 상황에 따라 설정할 수 있다. n개 시각에 대응하는 한 세트의 매개변수 값은 하나의 매칭 경로를 구성한다. 예를 들어, 도 3은 3세트 매개변수 값으로 구성된 3개 매칭 경로를 도시하였으며, 이는 각각 경로 1, 경로 2 및 경로 3이다. 조절 가능한 요소의 매개변수 값이 2개 조절 가능한 커패시터(C1 및 C2)의 커패시턴스 값인 경우를 예로 들어, 하기 표 1에서는 각 매칭 경로가 나타내는 시각과 커패시턴스 값의 대응 관계표를 나타내었다.
| 시각 | C1 커패시턴스 값 | C2 커패시턴스 값 | |
| t1 | C11 | C21 | 시작점 시각 |
| t2 | C12 | C22 | - |
| t3 | C13 | C23 | - |
| t4 | C14 | C24 | - |
| t5 | C15 | C25 | - |
| t6 | C16 | C26 | - |
| ... | ... | ... | - |
| tn-1 | C1n-1 | C2n-1 | |
| tn | C1n | C2n | 종료점 시각 |
상기 표 1 및 도 3에서 알 수 있듯이, 3개 매칭 경로의 시작점 시각(t1)에 대응하는 매개변수 값(C11, C21)은 같다. 해당 매개변수 값은 예를 들어 플라즈마 글로우 조건을 충족시키도록 설정된 초기값과 같다. 이때 시작점 시각(t1)은 글로우점으로 칭할 수 있다. 이 3개 경로의 종료점 시각(tn)에 대응하는 매개변수 값(C1n, C2n)은 같다. 또한 해당 종료점 시각 tn은 모두 임피던스 매칭에 도달한다. 이때 종료점 시각(tn)은 매칭점으로 칭할 수 있다. 상기 시작점 시각(t1)과 종료점 시각(tn) 사이의 시간 구간이 바로 상기 단계 S2에서의 소정 매칭 시간 구간임을 쉽게 이해할 수 있다. 해당 소정 매칭 시간 구간은 매칭 경로에 따라 임피던스 매칭을 수행하는 전체 과정이다.
단계 3: 매칭 경로를 획득하는 단계(즉, 상기 단계 2)를 N회 반복 수행한다. N은 지정된 값보다 크거나 같은 정수이다.
상기 지정된 값은 구체적인 공정 상황에 따라 설정할 수 있다. 획득한 매칭 경로의 수량 N이 하나의 최적 매칭 경로를 선택하기에 충분하기만 하면 된다. 상기 지정된 값은 예를 들어 20보다 크거나 같다.
단계 4: N개의 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 최적 매칭 경로로 선택하고 저장한다.
최적 매칭 경로를 선택하는 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 단계 4는 구체적으로 하기 단계를 포함한다.
단계 41: N개의 매칭 경로로부터 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로를 선택한다.
단계 42: 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로로부터 반복 출현 횟수가 가장 많은 매칭 경로를 최적 매칭 경로로 선택하고 저장한다.
S3: 최적 매칭 경로의 종료점 시각(즉, tn)에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
상기 자동 매칭 알고리즘은 센서(11)를 이용하여 RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 해당 전압 신호 및 전류 신호를 기반으로, 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 조정량을 계산하고, 임피던스 매칭 상태에 도달할 때까지 해당 조정량에 따라 조절 가능한 요소의 매개변수 값(예를 들어 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스 값 또는 커패시터 위치)을 자동으로 조절하는 것을 의미한다.
일부 실시예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 시간축(T) 상에서, RF 전원이 켜져서 RF 전원이 꺼지는 과정, 즉 전체 공정 과정에서, 해당 공정 과정에는 제1 매칭 시간 구간(T1)과 제2 매칭 시간 구간(T2)이 포함된다. 조절 가능한 요소의 매개변수 값이 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스 값인 경우를 예로 들면, 제1 매칭 시간 구간(T1)에서, 최적 매칭 경로에 따라 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스 값을 조절한다. 여기에서, RF 전원이 켜지는 시각이 바로 해당 최적 매칭 경로의 시작점 시각(t1)이며, 이에 대응하는 커패시턴스 값이 각각 (C11, C21)이다. 최적 매칭 경로의 종료점 시각(tn)에 대응하는 최적 매칭 경로은 (C1n, C2n)이다. 또한 해당 종료점 시각(tn)은 모두 임피던스 매칭에 도달한다. 또한 제어 유닛(13)은 시작점 시각(t1)과 종료점 시각(tn) 사이의 각 시각에 대응하는 커패시턴스 값에 따라 2개 조절 가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스 크기를 조절한다.
제2 매칭 시간 구간(T2)에서, RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 해당 전압 신호 및 전류 신호에 따라 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 자동 매칭을 수행한다. 이는 플라즈마 임피던스의 공정 시간 변화에 따라 발생하는 미세 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서 플라즈마 임피던스의 미세 조절을 구현할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법은, 상기 제1 실시예의 하나의 구체적인 실시방식이다. 구체적으로, 임피던스 매칭 방법은 하기 단계를 포함한다.
S101: 현재 공정에 대응하는 최적 매칭 경로가 이미 저장되었는지 판단한다.
그러하면, 단계 S102를 수행하고, 그러하지 않으면, 단계 S107을 수행한다.
S102: 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절한다.
S103: RF 전원이 켜졌는지 판단한다.
그러하면, 단계 S104를 수행하고, 그러하지 않으면, 단계 S103으로 되돌아간다.
S104: 사전 저장된 현재 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
S105: 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각(즉, tn)에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
S106: 임피던스 매칭에 도달했는지 판단한다.
그러하면, 프로세스가 종료하고, 그러하지 않으면, 임피던스 매칭에 도달하지 않은 문제를 순차적으로 조사한다.
S107: 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 초기값으로 조절한다.
S108: RF 전원이 켜졌는지 판단한다.
그러하면, 단계 S109를 수행하고, 그러하지 않으면, 단계 S108로 되돌아간다.
S109: 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다.
S110: 임피던스 매칭에 도달했는지 판단한다.
그러하면, 단계 S111을 수행하고, 그러하지 않으면, 임피던스 매칭에 도달하지 않은 문제를 순차적으로 조사한다.
S111: 전체 매칭 과정 중 상이한 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 기록하여, 매칭 경로를 획득한다.
S112: RF 전원을 닫는다.
S113: 매칭 경로를 획득하는 단계(즉, 상기 단계 2)를 N회 수행했는지 판단한다.
그러하면, 단계 S114를 수행하고, 그러하지 않으면, 단계 S101로 되돌아간다.
S114: N개의 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 최적 매칭 경로로 선택하고 저장한다.
본 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스에 적용되는 임피던스 매칭 방법은, 현재의 공정에 저장된 것에 대응하는 최적 매칭 경로가 없는 경우, 최적 매칭 경로의 획득을 자동으로 수행할 수 있다. 따라서 모든 공정의 임피던스 매칭에 적용될 수 있다.
다른 기술적 해결책으로서, 본 발명의 실시예는 임피던스 매처를 더 제공한다. 도 2에 도시된 임피던스 매처(1)를 예로 들면, 해당 임피던스 매처(1)는 센서(11), 조절 가능한 요소(예를 들어 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)), 실행 유닛(14), 저장 유닛(미도시) 및 제어 유닛(13)을 포함한다.
여기에서, 실행 유닛(14)은 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 데 사용된다. 해당 실행 유닛(14)은 예를 들어 모터이다. 조절 가능한 요소가 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)인 경우를 예로 들면, 실행 유닛(14)은 2개의 모터(M1, M2)를 포함한다. 이는 2개의 조절 가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시터 위치를 각각 조절함으로써 이들 둘의 커패시턴스 크기를 조절하는 데 사용된다. 저장 유닛은 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 초기값 및 상이한 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 저장하는 데 사용된다. 상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함한다. 센서(11)는 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 제어 유닛(13)으로 전송하는 데 사용된다. 제어 유닛(13)은 공정이 시작되면, 저장 유닛에 저장된 초기값을 호출하고, 실행 유닛(14)이 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 초기값으로 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 또한 RF 전원(3)이 켜지면, 저장 유닛에 저장된 현재 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 호출하고, 상기 최적 매칭 경로에 따라 실행 유닛(14)이 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어하는 데 사용된다. 또한 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 제어 유닛(13)은 수신한 전압 신호 및 전류 신호에 따라, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 실행 유닛(14)이 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어한다.
요약하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스의 임피던스 매칭 방법과 임피던스 매처의 기술적 해결책에 있어서, 먼저 사전 저장된 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 그 후 소정 매칭 시간 구간에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절한다. 동일한 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 글로우 단계에서 모두 사전 저장된 최적 매칭 경로를 채택하여 매칭을 수행한다. 이는 상이한 피가공 공작물을 가공하는 공정이 글로우 단계에서 채택하는 매칭 경로가 대체적으로 같도록 만들 수 있다. 동시에 최적 매칭 경로에 따라 매칭을 수행하여 글로우 소멸 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 공정 결과의 일치성을 높일 수 있다. 또한 최적 매칭 경로를 완료한 후, 자동 매칭 알고리즘으로 전환하여 자동 매칭을 수행하여, 플라즈마 임피던스가 공정 시간 변화에 따라 발생시키는 미세 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서 플라즈마 임피던스의 미세 조절을 구현할 수 있다.
다른 기술적 해결책으로서, 본 발명의 실시예는 반도체 공정 디바이스를 더 제공한다. 여기에는 공정 챔버 및 임피던스 매처를 통해 공정 챔버에 RF 전력을 인가하는 RF 전원이 포함된다. 상기 임피던스 매처는 본 발명의 실시예에서 제공하는 임피던스 매처를 채택한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정 디바이스에 채택되는 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 소스 또는 용량 결합 플라즈마 소스이다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 공정 디바이스는, 본 발명의 실시예에서 제공하는 임피던스 매처를 채택한다. 이를 통해 공정의 반복 가능성과 안정성을 향상시켜, 공정 결과의 일치성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 임피던스의 미세 조절을 구현할 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된 예시적인 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않음을 이해할 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상과 본질을 벗어나지 않고 다양한 수정 및 개선을 진행할 수 있다. 이러한 수정 및 개선은 본 발명의 보호 범위로 간주된다.
Claims (11)
- 반도체 공정 디바이스에 적용하는 임피던스 매칭 방법에 있어서,
공정이 시작될 때, 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계;
RF 전원이 켜지면, 사전 저장된 상기 공정에 대응하는 최적 매칭 경로에 따라, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 단계 - 상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함함 - ; 및
상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제1항에 있어서,
상기 최적 매칭 경로의 획득 방법은,
상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 상기 초기값으로 조절하는 단계;
상기 RF 전원을 켜고, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하고, 전체 매칭 과정에서 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 기록하여, 매칭 경로를 획득하는 단계;
상기 매칭 경로를 획득하는 단계를 N회 반복 수행하는 단계 - N은 지정된 값보다 크거나 같은 정수임 - ; 및
N개의 상기 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 N개의 상기 매칭 경로로부터 하나의 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장하는 단계는,
N개의 상기 매칭 경로로부터 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로를 선택하는 단계; 및
상기 글로우 소멸 현상이 없는 매칭 경로로부터 반복 출현 횟수가 가장 많은 매칭 경로를 상기 최적 매칭 경로로 선택하고 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계 이전에,
상기 공정에 대응하는 상기 최적 매칭 경로가 이미 저장되어 있는지 판단하는 단계;
그러하면, 상기 임피던스 매처의 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 소정의 초기값으로 조절하는 단계를 수행하는 단계; 및
그러하지 않으면, 상기 최적 매칭 경로를 획득하는 방법을 실행하고, 상기 공정에 대응하는 상기 최적 매칭 경로가 이미 저장되어 있는지 판단하는 상기 단계로 되돌아가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 지정된 값은 20보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초기값은 플라즈마 글로우 조건을 충족시키는 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값인 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
동일한 상기 공정을 채택하여 상이한 피가공 공작물을 가공할 때, 소정의 상기 초기값이 동일한 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조절 가능한 요소는 조절 가능한 커패시터이고, 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값은 상기 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스 값 또는 커패시터 위치인 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법. - 임피던스 매처에 있어서,
RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 검출하는 데 사용되는 센서, 조절 가능한 요소, 실행 유닛, 저장 유닛 및 제어 유닛을 포함하고,
상기 실행 유닛은 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하는 데 사용되고,
상기 저장 유닛은 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값의 초기값 및 상이한 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 저장하는 데 사용되고, 상기 최적 매칭 경로는 소정 매칭 시간 구간 내의 상이한 시각에 대응하는 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 포함하고,
상기 센서는 상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, RF 전송선 상의 전압 신호 및 전류 신호를 실시간으로 검출하고, 상기 제어 유닛에 전송하는 데 사용되고,
상기 제어 유닛은 공정이 시작되면, 상기 저장 유닛에 저장된 상기 초기값을 호출하고, 상기 저장 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 상기 초기값으로 조절하도록 제어하고; RF 전원이 켜지면, 상기 저장 유닛에 저장된 현재 공정에 대응하는 최적 매칭 경로를 호출하고, 상기 최적 매칭 경로에 따라 상기 실행 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어하고; 상기 소정 매칭 시간 구간의 종료점 시각에 도달한 후, 상기 전압 신호 및 전류 신호에 따라, 자동 매칭 알고리즘을 채택하여 임피던스 매칭에 도달할 때까지 상기 실행 유닛이 상기 조절 가능한 요소의 매개변수 값을 조절하도록 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매처. - 반도체 공정 디바이스에 있어서,
공정 챔버 및 임피던스 매처를 통해 상기 공정 챔버에 RF 전력을 인가하는 RF 전원을 포함하고, 상기 임피던스 매처는 제9항에 따른 임피던스 매처를 채택하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 디바이스. - 제10항에 있어서,
상기 반도체 공정 디바이스에 채택되는 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 소스 또는 용량 결합 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 디바이스.
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |