KR20050089114A - 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조설비에서 고주파 파워 공급 시 고주파파워 소스와 챔버간의 임피던스를 안정적으로 정합시키는 고주파 파워 정합장치에 관한 것이다.

고주파 파워의 정합이 안정되게 이루어질 수 있도록 하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치는, AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력하는 파워공급부와, 상기 파워공급부로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동 되는 제1 및 제2 모터와, 고주파 파워소스와 쳄버간의 임피던스를 정합하도록 상기 제1 및 제2 모터의 구동을 제어하는 콘트롤보드와, 상기 제1 및 제2 모터의 회전 동력을 전달하기 위한 제1 및 제2 복수의 기어와, 상기 제1 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동조절용으로 사용되는 제1 진공가변 캐패시터과, 상기 제2 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 미세조절용으로 사용되는 제2 진공가변 캐패시터와, 상기 제2 진공가변 캐패시터로 출력되는 고주파 파워의 직류성분을 제거하기 위한 인덕터와, 상기 인덕터를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출하여 상기 콘트롤보드로 제공하는 피크전압 검출기를 포함한다.

Description

반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치{EQUIPMENT FOR MATCHING RADIO FREQUENCY POWER OF SEMICONDUCTOR PRODUCT DEVICE}

본 발명은 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조설비에서 고주파 파워 공급 시 고주파파워 소스와 챔버간의 임피던스를 안정적으로 정합시키는 고주파 파워 정합장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에 이용되는 쳄버 내부의 전기적 임피던스는 쳄버 내부에 조성된 환경에 의해서 변경될 수 있는 요소를 갖고 있으며, 특히 고주파 파워소스가 가해지는 플라즈마 쳄버의 경우 변수적 요인이 크게 작용하게 된다. 예를 들면 증착재료로 사용되는 타킷이 있는 스퍼터링 공정을 행하는 경우 타킷이 부식됨에 따라 쳄버 내부의 임피던스도 변화하게 되고, 에칭이나 애싱공정 등에 있어서는 피처리 기판의 사이즈 및 필요 식각율에 대한 쳄버 내부의 가스, 온도 등의 요건에 따라 달라지게 된다. 플라즈마 쳄버시스템에서 가장 이상적인 고주파 정합은 고주파 파워소스의 내부 임피던스와 쳄버의 내부 임피던스가 동일하게 되는 상태이다. 따라서 고주파 파워소스와 쳄버의 전극 사이의 임피던스 정합을 시키기 위해 고주파 매치박스를 사용하여 전력의 이용도를 높일 수 있다. 이러한 고주파 매치박스를 사용하여 전력의 이용도를 높일 수 있도록 임피던스 정합하는 기술이 대한민국 공개특허공보 93-003272호에 개시되어 있다. 이와 같은 매치박스를 이용하여 임피던스 정합하는 반도체 제조설비가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 쳄버(10)는 고주파매치박스(60)를 통해 정합된 고주파전력에 의해 가스를 이온화시켜 플라즈마가 발생되도록 하여 공정을 진행한다. 이때 전력검출부(40)는 쳄버(10)로 공급되는 RF전력레벨을 검출하여 튜닝컨트롤러(50)로 인가한다. 튜닝컨트롤러(50)는 전력검출부(50)로부터 피드백된 검출신호에 의해 쳄버(10) 내부에서 소모되는 고주파 전력을 모니터링하고, 이 모니터링한 값을 미리 설정된 알고리즘에 따라 처리하여 고주파 전력을 일정하게 유지시키고, 고주파 파워소스(20)와 쳄버(10)간의 임피던스를 정합하도록 제어한다. 고주파 파워소스(20)는 상기 튜닝컨트롤러(50)의 제어를 받아 고주파전력을 발생한다. 고주파 매치박스(60)는 상기 고주파 파워소스(20)와 쳄버(10) 간의 임피던스 정합을 조절한다.

그런데 고주파 파워소스(20)와 쳄버간의 임피던스 정합을 조절하는 고주파 매치박스(60)는 도 2와 같이 구성되어 있다.

도 2를 참조하면, AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력하는 파워공급부(61)와, 상기 파워공급부(61)로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동 되는 제1 및 제2 모터(M1, M2)와, 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 구동 제어하는 콘트롤보드(63)와, 상기 모터(M1, M2)의 회전 동력을 전달하기 위한 복수의 기어(62)와, 상기 복수의 기어(62)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동(COARSE)조절용으로 사용되는 에어가변 캐패시터(C1)과, 상기 복수의 기어(62)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 미세조절용 진공가변 캐패시터(C2)와, 상기 진공가변 캐패시터(C2)로 출력되는 고주파파워의 직류성분을 제거하기 위한 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)에 연결되어 직류바이어스 전압을 검출하기 위한 저항(R1)과, 상기 인덕터(L1)를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출하는 피크전압 검출기(64)로 구성되어 있다.

파워공급부(61)는 AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력한다. 제1 및 제2 모터(M1, M2)는 상기 파워공급부(61)로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동한다. 콘트롤보드(63)는 피크전압 검출기(64)로부터 검출된 피크전압에 대응하여 임피던스 정합이 되도록 제1 및 제2 모터(M1, M2)를 구동한다. 복수의 기어(62)는 상기 모터(M1, M2)의 회전 동력을 에어가변 캐패시터(C1)과 진공가변 캐패시터(C2)로 전달한다. 에어가변 캐패시터(C1)는 에어상태에 놓여 있으며, 상기 복수의 기어(62)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동(COARSE)조절용으로 사용된다. 진공가변 캐패시터(C2)는 진공상태에 노출되어 있으며, 상기 복수의 기어(62)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되도록 하여 미세 조절한다. 인덕터(L1)는 상기 진공가변 캐패시터(C2)로 출력되는 고주파파워의 직류성분을 제거한다. 저항(R1)은 상기 인덕터(L1)에 연결되어 직류바이어스 전압을 검출한다. 피크전압 검출기(64)는 상기 인덕터(L1)를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출한다.

상기와 같은 종래의 고주파 파워 정합장치중 에어가변 캐패시터(C1)는 에어중에 노출되어 있기 때문에 이물질이 끼거나 과부하에 의해 아킹(Arching)이 발생발 수 있으며, 아킹발생으로 인해 리플렉트 파워(Reflect Power) 증가로 인해 제2 모터(M2)가 파손될 우려가 있다.

또한 에어가변 캐패시터(C1)에 아킹이 발생하면 고주파 파워 정합을 위해 제1모터(M1)가 반복 구동되어 복수의 기어(62)에 마모가 발생하여 수명이 단축되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 고주파 파워 정합장치에서 가변캐패시터가 에어중에 노출되지 않도록 하여 아킹발생을 방지하여 모터의 파손이나 기어마모로 인한 수명단축을 방지할 수 있는 고주파 파워 정합장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고주파 파워의 정합이 안정되게 이루어질 수 있는 고주파 파워 정합장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치는, AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력하는 파워공급부와, 상기 파워공급부로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동 되는 제1 및 제2 모터와, 고주파 파워소스와 쳄버간의 임피던스를 정합하도록 상기 제1 및 제2 모터의 구동을 제어하는 콘트롤보드와, 상기 제1 및 제2 모터의 회전 동력을 전달하기 위한 제1 및 제2 복수의 기어와, 상기 제1 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동조절용으로 사용되는 제1 진공가변 캐패시터과, 상기 제2 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 미세조절용으로 사용되는 제2 진공가변 캐패시터와, 상기 제2 진공가변 캐패시터로 출력되는 고주파 파워의 직류성분을 제거하기 위한 인덕터와, 상기 인덕터를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출하여 상기 콘트롤보드로 제공하는 피크전압 검출기를 포함함을 특징으로 한다.

상기 제1 진공가변 캐패시터는 2000PF으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제2 진공가변 캐패시터는 500PF으로 사용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 파워 정합장치의 구성도이다.

AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력하는 파워공급부(61)와, 상기 파워공급부(71)로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동 되는 제1 및 제2 모터(74, 75)와, 제1 및 제2 모터(74, 75)의 구동을 제어하여 고주파 파워소스(20)와 쳄버(10)간의 임피던스를 정합하도록 제1 및 제2 진공가변 캐패시터(76, 77)의 캐패시턴스를 조절하도록 제어하는 콘트롤보드(73)와, 상기 모터(74, 75)의 회전 동력을 전달하기 위한 제1 및 제2 복수의 기어(72, 73)와, 상기 제1 복수의 기어(72)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동(COARSE)조절용으로 사용되는 제1 진공가변 캐패시터(76)과, 상기 제2 복수의 기어(73)들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 미세조절용으로 사용되는 제2 진공가변 캐패시터(77)와, 상기 제2 진공가변 캐패시터(77)로 출력되는 고주파 파워의 직류성분을 제거하기 위한 인덕터(L11)와, 상기 인덕터(L11)에 연결되어 직류바이어스 전압을 검출하기 위한 저항(R11)과, 상기 인덕터(L11)를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출하는 피크전압 검출기(78)로 구성되어 있다. 상기 제1 진공가변 캐패시터(76)는 예를 들어 2000PF을 사용하고, 제2 진공가변 캐패시터(77)는 예를 들어 500PF을 사용한다.

도 4a 및 도 4b는 도 4a 및 도 4b는 고주파 파워의 임피던스 정합 상태의 전압 및 전류의 위상을 나타낸 파형도이다.

상술한 도 3 및 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

파워공급부(71)는 AC전원을 입력하여 전압강하 하여 24V의 직류전압을 출력한다. 상기 파원공급부(71)로부터 출력된 24V의 직류전압은 제1 및 제2 모터(74, 75)에 공급된다. 이때 콘트롤보드(79)는 제1 및 제2 모터(74, 75)의 구동을 제어하여 고주파 파워소스(20)와 쳄버(10)간의 임피던스를 정합하도록 제1 및 제2 진공가변 캐패시터(76, 77)의 캐패시턴스를 조절하도록 한다. 이렇게 하여 제1 및 제2 진공가변 캐패시터(76, 77)에 의해 캐패시턴가 정합된 고주파 파워는 인덕터(L11)에 의해 직류성분을 제거된다. 그리고 피크전압 검출기(78)는 직류성분이 제거된 고주파파워의 피크-대-피크(peak-to-peak)전압을 검출하여 콘트롤보드(79)로 제공한다. 이때 저항(R11)은 인덕터(L11)로부터 직류성분이 제거된 전압을 검출하게 된다. 저항(R11)에 의해 검출되는 직류 바이어스 전압은 통상적으로 0V를 유지하고 있으나, 외부환경변화에 의해 0V보다 높은 하이상태의 직류바이어스 전압이 검출된다.

그런데 종래에는 고주파 파워의 임피던스 정합을 위해 1000PF의 에어가변 캐패시터(C1)와 500PF의 진공가변 캐패시터(C2)를 사용하고 있기 때문에 에어가변 캐패시터(C1)가 에어에 노출되어 있어 이물질이 끼거나 과부하 시 도 4a와 같이 고주파 파워의 전압과 전류간의 위상차가 발생하여 고주파 파워의 정합이 이루어지지 않았다.

그러나 본 발명에서는 고주파 파워의 임피던스 정합을 위해 2000PF의 제1 진공가변 캐패시터(76)와 500PF의 제2 진공가변 캐패시터(77)를 사용하고 있기 때문에 가변 캐패시터가 에어에 노출되지 않고 진공상태로 있기 때문에 이물질이 끼지 않게 되어 과부하가 걸릴 우려가 적어 도 4b와 같이 고주파 파워의 전압과 전류 간의 고주파 파워의 위상차가 발생하지 않고 일치하게 되어 고주파 파워의 정합이 안정적으로 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 쳄버를 사용하는 반도체 제조설비에서 고주파 파워의 임피던스를 정합을 위한 가변개패시터를 모두 진공가변 캐패시터를 사용하여 고주파 파워의 임피던스를 정합하므로, 이물질이 끼지 않게 되어 과부하가 걸리지 않아 아킹이 발생되지 않고, 이로 인해 모터나 콘트롤보드의 파손을 방지할 수 있으며, 또한 고주파 파워 정합이 잘 이루어져 플라즈마를 안정적으로 형성할 수 있고, 또한 고주파 파워소스와 챔버 간의 임피던스 정합을 위한 정합포지션을 찾는 소요시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 고주파 매치박스를 이용한 임피던스 정합을 위한 반도체 제조설비의 구성도

도 2는 종래의 고주파 파워소스(20)와 쳄버(10) 간의 임피던스 정합을 조절하는 고주파 매치박스의 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 파워소스(20)와 쳄버간의 임피던스 정합을 조절하는 고주파 파워 정합장치의 구성도

도 4a 및 도 4b는 고주파 파워의 임피던스 정합 상태의 전압 및 전류의 위상을 나타낸 파형도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 쳄버 20: 고주파 파워 소스

40: 전력검출부 50: 튜닝컨트롤러

60: 고주파 매치박스 61, 71: 파워공급부

62: 다수의 기어 63, 79: 콘트롤보드

64, 78: 피크전압 검출기 72, 73: 제1 및 제2 다수의 기어

74, 75: 제1 및 제2 모터 76, 77: 제1 및 제2 진공가변 캐패시터

Claims (3)

1. 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치에 있어서,

   AC전원을 입력하여 전압강하 하여 직류 24V의 전압을 출력하는 파워공급부와,

   상기 파워공급부로부터 공급되는 직류전압을 받아 소정의 모터구동 제어신호에 의해 정방향이나 역방향으로 회전구동 되는 제1 및 제2 모터와,

   고주파 파워소스와 쳄버간의 임피던스를 정합하도록 상기 제1 및 제2 모터의 구동을 제어하는 콘트롤보드와,

   상기 제1 및 제2 모터의 회전 동력을 전달하기 위한 제1 및 제2 복수의 기어와,

   상기 제1 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 조동조절용으로 사용되는 제1 진공가변 캐패시터과,

   상기 제2 복수의 기어들을 통해 전달된 각 동력에 의해 조절노브가 회전되는 미세조절용으로 사용되는 제2 진공가변 캐패시터와,

   상기 제2 진공가변 캐패시터로 출력되는 고주파 파워의 직류성분을 제거하기 위한 인덕터와,

   상기 인덕터를 통해 임피던스 정합된 고주파 파워의 피크 전압을 검출하여 상기 콘트롤보드로 제공하는 피크전압 검출기를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 진공가변 캐패시터는 2000PF임을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 진공가변 캐패시터는 500PF임을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 고주파 파워 정합장치.