KR20080023847A - 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법 - Google Patents

반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 고주파 발생 장치는 하드웨어의 변경없이, 고주파 안테나의 최적화된 출력값을 구현하기 위하여, 최소 제곱법을 이용한다. 고주파 발생 장치는 측정된 고주파 안테나의 출력 측정값과 제어부에서 인식하는 데이터를 비교하여 오차값을 최소화하거나, 또는 원하는 출력값과 결과적으로 출력된 원하지 않는 출력값을 비교하여 그 오차값을 최소화한다. 이를 위해 공정에서 필요로 하는 최적화된 출력 응답 곡선과 현재 적용된 RF 안테나 및 하드웨어의 출력 응답 곡선을 세분화하고, 세분화된 부분들을 각각 보정하기 위한 계수를 구한다.
반도체 제조 설비, 고주파 발생 장치, 고주파 안테나, 최소 제곱법

Description

반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법{RADIO FREQUENCY GENERATOR OF SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT AND METHOD FOR PROCESSING OF THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치의 구성을 도시한 도면; 그리고
도 2는 본 발명에 따른 고주파 발생 장치의 최소 제곱법을 설명하기 위한 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 고주파 발생 장치
102 : 제어부
104 : RF 발생기
110 : 챔버
112, 114 : RF 매처
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 제 조 설비의 고주파 발생 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
통상적인 반도체 제조 설비에 있어서, 기판을 식각하는 방식에는 식각액을 이용하는 습식 식각(wet etch)과, 가스를 이용하는 건식 식각(dry etch)으로 분류된다. 건식 식각 방식 중 식각 수단으로서 플라즈마를 이용하는 경우에는 기판을 수용하는 챔버 내부에 가스를 주입하고, 높은 에너지의 고주파를 챔버에 인가한다. 따라서 건식 식각 장치는 주입된 가스의 분자들을 고에너지 준위로 여기시켜 플라즈마 상태로 만든 다음 기판 표면에 여기 된 이온 입자들을 입사시켜 식각을 수행한다.
이러한 식각 장치(etcher)는 공정 중 원하는 안정화된 특성값을 구현하기 위하여, RF 안테나의 하드웨어를 변경하거나 필터의 변경 또는 주파수, 전력 등을 변경하여 안정화된 영역의 출력값을 찾아내는 방식을 취한다.
그러나 이러한 방식은 RF 안테나의 설계 오류 및 각종 외부 외란 요인(예를 들어, 가스 종류, 시간, 공간 등)에 의하여 원하는 안정화된 결과를 얻지 못하였을 경우가 빈번하고, 그에 따른 RF 안테나의 하드웨어 변경이 필연적이었다.
종래의 RF 안테나의 안정화된 출력 및 응답 조건은 RF 안테나의 하드웨어 구성 변경, 경험적 방법에 의한 모수 추정 기법 적용, 고주파 발생 장치의 L, C 성분에 의존하는 필터의 설계 변경 등이 속한다. 그러나 이러한 방식은 충분히 최적의 성능을 발생하고 있는지 경험적으로 의존하므로 RF 안테나에서 더욱 최적화된 응답을 추출하기가 힘들다. 또한, 하드웨어 등의 구조 변경과 같은 외부적 외란 요인의 발생시, 기존 또는 새롭게 원하는 응답을 얻기 위한 측정이 매우 난해하다.
본 발명의 목적은 하드웨어의 변경없이 안정화된 출력 및 응답을 구현하기 위한 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최소 제곱법을 이용하는 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 고주파 발생 장치는 최소 제곱법을 이용하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 고주파 발생 장치는 하드웨어 변경없이 최적화된 출력 및 응답을 구현 가능하게 한다.
본 발명의 고주파 발생 장치는, 챔버와; 상기 챔버 양단에 구비되어, 임피던스를 조절하는 고주파 매처와; 상기 고주파 매처로 전원을 인가하는 고주파 발생기 및; 상기 고주파 발생기의 출력 측정값과 내부에 설정된 데이터를 비교하여 오차값을 제거하도록 상기 고주파 발생기를 제어하는 제어부를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 오차값을 제거하기 위한 최소 제곱법을 이용하는 알고리즘을 구비한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제어부는; 상기 고주파 발생기의 원하는 출력값과 실제로 출력된 원하지 않는 출력값을 비교하여 오차값을 제거하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 반도체 제조 설비에서 이용되는 고주파 발생 장치의 구현 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 상기 고주파 발생 장치의 출력을 측정한다. 상기 측정값과 내부에 기설정된 데이터를 비교한다. 이어서 상기 측정값을 상기 데이터의 오차를 제거하도록 보정한다.
한 실시예에 있어서, 상기 오차를 제거하는 것은, 상기 반도체 제조 설비의 공정에서 필요로 하는 최적화된 출력 응답 곡선과 현재 적용된 상기 고주파 발생 장치의 출력 응답 곡선을 세분화하고, 상기 세분화된 각각의 부분들을 보정하는 계수를 산출한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 최소 제곱법 알고리즘에 의해 처리된다.
본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치를 도시한 도면이다. 반도체 제조 설비는 식각 장치(etcher), 에셔(asher) 또는 CDV 설비이며, 여기서는 식각 장치를 이용하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 고주파 발생 장치(100)는 챔버(110)와, 챔버(110) 양단에 구비되는 RF 매처(Rf matcher)(112, 114)와, RF 매처(112, 114)와 연결되는 RF 발생기(RF generator)(104) 및, RF 발생기(104)를 제어하는 제어부(102)를 포함한다.
RF 매처(112, 114)는 챔버(110) 상단에 구비되는 소스 플레이트(Source Plate : SP)(112)와, 챔버(110) 하단에 구비되는 바이어스 플레이트(Bias Plate : BP)(114)를 포함한다. 그리고 RF 매처(112, 114)는 각각 RF 발생기(104)의 특성 임피던스에 따른 로드 임피던스를 조절한다.
RF 발생기(104)는 고주파를 발생하기 위하여, 각 RF 매처(112, 114)로 소스 전원 및 바이어스 전원을 인가한다. 따라서 챔버(110)는 내부에 플라즈마가 형성되며, 생성되는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 기판을 식각한다.
그리고 제어부(102)는 예컨대, 프로그램어블 로직 컨트롤러(PLC), 컴퓨터(PC) 등으로 구비되어, RF 안테나의 최대 전력 전달 조건을 구현하기 위하여 최소 제곱법을 이용한 알고리즘을 구비한다.
따라서 본 발명의 고주파 발생 장치(100)는 RF 안테나가 S 평면에서 근궤적 또는 나이키스트(nyquist) 선도에서 안정화 영역에 존재할 경우, 그에 따른 전력 및 주파수 등을 이용하여 원하는 안정화된 응답 및 출력을 원하는 대역에서 최적화시키는 방법을 제시한다. 이를 위해, RF 안테나의 최적의 오토 튜닝(optimal auto tuning)을 위한 최적화된 응답을 구현하기 위하여 최소 제곱법(Least Square Method)을 적용시킨다.
구체적으로 제어부(102)는 측정 장치(미도시됨)를 이용하여 측정된 RF 안테나의 출력 측정값과 제어부(102)에서 인식하는 데이터를 비교하여 오차를 최소화한다. 또 제어부는 원하는 출력값과 실제로 출력된 원하지 않는 출력값을 비교하여 그 오차값을 최소화한다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 공정에서 필요로 하는 최적화된 출력 응답 곡선(120)과 현재 적용된 RF 안테나 및 하드웨어의 출력 응답 곡선(122)을 세분화하고, 세분화된 부분들을 각각 보정하기 위하여 계수 'C'를 구한다.
최소 제곱법(Least Square Method Algorithm)은 위의 상황에 대하여 필요로 하는 최적 응답이 하드웨어에서 구하여지나, 이에 대한 최적화를 시키기에 수식적인 그리고 하드웨어적으로 해결하기 어려울 경우에 대한 최적화된 응답을 찾는 기법이다. 즉, 기본명제의 함수에서 원하는 y를 위한 실측 데이터 x를 통하여 함수 f(x)를 수학식 1와 같이 정의하고 계수를 찾아내는 방법이다.
예를 들어, 함수 y = f(x)를 기본 명제로 할 때, y는 최적화된 응답(즉, 도 2의 120)이고, f(x)는 적용된 RF 모듈의 출력값 즉, 실제 측정값 x를 원하는 최적 응답값과의 차이 △t 만큼 보정한 함수를 의미한다. 이 때, 최소 제곱법을 이용하여 근사적인 오차를 해결하기 위한 계수 'C'를 찾아낸다. 실제로는 기울기(slant)와 오프셋(offset)의 차로 인해 y ≒ f(x)로 근사적으로 같아질 것이다.
Figure 112006065738784-PAT00001
여기서 f(x)는 수학시 2로 정의된다.
Figure 112006065738784-PAT00002
이 때, 함수 f(x)를 3 차 함수 정도로 근사화하여 사용하여도 f(x)의 값이 크게 바뀌지 않는다. 여기서 근사적 오류가 발생할 수 있으며, x 차수를 5 차, 7 차계와 같이 차수를 높이면 높일수록 더욱 근사화되어 적용이 가능하며, 구현상 발생 요소를 최적화 시킬 수 있다. 차수에 대한 최적화는 수식을 프로그래밍하여 구현하는 소프트웨어와 이를 처리하는 컨트롤러의 성능에 좌우된다.
만약 x와 y의 함수가 수학식 3과 같이 주어진다면, 이는 수학식 4로 근사화된 함수를 구할 수 있다.
Figure 112006065738784-PAT00003
Figure 112006065738784-PAT00004
결론적으로 함수 y=f(x)에 대입하면, 수학식 5로 정의된다.
여기서 좌항을 Y, 우항의 첫째항을 X, 둘째항을 C로 정의하면(이 때, X가 정방행렬이 아닌 경우), 수학식 6으로 정의되어 구하고자 하는 근사계수 C0와 C1을 구할 수 있다.
Y = X * C
XT * Y = XT * X * C
C = ( XT * X )-1 * XT * Y
여기서 XT는 X의 공액 전치 행렬이며, X가 정방 행렬이면, C = Inverse(X)ㆍY로 원하는 계수를 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 고주파 발생 장치는 하드웨어의 변경없이 최소 제곱법을 이용하여 최적화된 RF 안테나의 출력값을 얻을 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
상술한 바와 같이, 따라서 본 발명의 고주파 발생 장치는 최소 제곱법을 적용하여 측정값과 제어값의 오차를 최소화함으로써, RF 안테나의 안정화된 출력 및 응답 조건으로 안테나의 하드웨어가 안정화 영역으로 수렴하는 경우, 원하고자 하는 출력 및 응답에 대하여 최적의 출력을 발생시킬 수 있다.
또 정확한 알고리즘 및 수식에 의거한 모수 추정 기법을 적용할 수 있으며, 충분한 최적 성능을 이끌기 위한 조건 변경이 매우 용이하며, 응답 특성이 원하는 대역에 최적화될 확률적 분포가 높아질 수 있다.
그리고 하드웨어 등의 구조 변경과 같은 외부적 외란 요인의 발생시 기존 또는 새롭게 원하는 응답을 얻기 위한 측정이 매우 간단하다.
마지막으로, 빠른 시간내에 최적화된 응답에 대한 추출을 할 수 있으므로 새로운 안테나 및 하드웨어에 대한 적합성을 파악할 수 있다.
따라서 고주파 발생 장치를 구비하는 반도체 제조 설비의 공정 성능이 향상된다.

Claims (6)

  1. 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치에 있어서:
    챔버와;
    상기 챔버 양단에 구비되어, 임피던스를 조절하는 고주파 매처와;
    상기 고주파 매처로 전원을 인가하는 고주파 발생기 및;
    상기 고주파 발생기의 출력 측정값과 내부에 설정된 데이터를 비교하여 오차값을 제거하도록 상기 고주파 발생기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 오차값을 제거하기 위한 최소 제곱법을 이용하는 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는;
    상기 고주파 발생기의 원하는 출력값과 실제로 출력된 원하지 않는 출력값을 비교하여 오차값을 제거하는 것을 더 포함하는 반도체 제조 설비의 고주파 발생 장치.
  4. 반도체 제조 설비에서 이용되는 고주파 발생 장치의 구현 방법에 있어서:
    상기 고주파 발생 장치의 출력을 측정하고;
    상기 측정값과 내부에 기설정된 데이터를 비교하고; 이어서
    상기 측정값을 상기 데이터의 오차를 제거하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 고주파 발생 장치의 구현 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오차를 제거하는 것은,
    상기 반도체 제조 설비의 공정에서 필요로 하는 최적화된 출력 응답 곡선과 현재 적용된 상기 고주파 발생 장치의 출력 응답 곡선을 세분화하고, 상기 세분화된 각각의 부분들을 보정하는 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 고주파 발생 장치의 구현 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 방법은 최소 제곱법 알고리즘에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 고주파 발생 장치의 구현 방법.
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