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문제 정의
- 본 연구는 히터의 접지로드로 빠져나가는 RF current의 효율을 올리기 위해 열선로드에 연결된 RF Filter를 HighZ(impedance)로 설계하여 열선으로 빠져나가는 RF loss를 최소화하여 접지로드로 빠져나가는 RF current를 제어, RF Path의 효율을 올리고 설비 안정성을 확보하는 방법에 대해 기술하고자 한다[4].
제안 방법
- 필터 별 공정 결과 비교를 위해 PE-CVD 설비 공정 중 SiON 공정을 이용하여 필터 별 효율 및 재현성을 비교평가 하였고, 두 필터 간의 주요 공정 결과인 ① Thickness와 Map profile, ② Wafer to wafer (WtW)등의 공정 효율과 재현성 부분을 대상으로 공정 결과 평가 후 비교를 하였다.
- 7(a)와 같은 열화상카메라를 이용한 방법과 측정Fig. 7(b)의 그림처럼 TC(thermal coupler)를 BSP의 core부와 LPF의 Coil부에 각각 부착하여 Data logger를 통해 공정 중 온도 변화를 측정하였다.
- High-Z 필터의 경우 기존 사용하던 LPF와 동일한 외관에 PCB 회로만 변경하여 제작하여 H/W 장착상에 이슈 없이 평가하였고, 기존 필터와 비교 평가 항목은 ① 필터 임피던스, ② 필터 온도평가, ③ 설비 Log ④ 공정 결과 등 크게 네가지 항목으로 평가하였고, H/W 안정성 및 공정의 재현성을 확인 가능한 항목으로 선정 평가 및 결과를 도출하였다.
- 공정 진행 중 설비 Log 분석은 주요 공정 인자인 RF 제어인자(Load, Tune)와 RF deliver power (HF, LF reflect power) 등을 비교하였으며, LPF와 High-Z 필터 간에 Log Trace data 분석 시 필터 별 trend 차이나 특이사항은 검출되지 않았다. Fig.
- 과 인덕터와 커패시턴스의 직·병렬 회로를 BSF (band stop filter) 형태로 구성 특정 대역의 주파수 통과를 막고 직·병렬 공진 을 잘 배치하도록 조합하여 Fig. 4(b) 회로와 같이 구성하여 필터의 반사손실(S11)과 삽입손실(S21)을 제어할 수 있도록 설계하였다.
- 필터 변경에 따른 설비 안정성 및 재현성에 대한 확인 하고자 설비log data를 분석하였고 기존에 사용하던 LPF와 High-Z filter 두 필터 간의 ① 공정 진행 중 차이점 및 특이사항을 분석하는 부분과 ② 필터 변경 전/후 RF 인자의 Δ 산포를 비교함으로써 안정성과 재현성을 비교하였다.
성능/효과
- (b) BSF의 경우는 직·병렬 공진을 잘 배치하고 조합하여 구현 특정 대역의 주파수 통과를 막는 필터를 구성할 수 있다.
- High-Z 필터 회로와 등가회로를 기초로 P-Spice Simulation 을 진행하였을 때 Table. 1처럼 히터 열선과 접지선 사이에 전류비(current ratio)를 구할 수 있고 Hig-Z 필터 사용 시 약 14% 전류비 개선을 볼 수 있을 것으로 계산된다. (10.
- logger의 경우 process와 clean 진행 중 Max. 31.9(℃)로 측정되어 공정 진행 중 필터의 발열은 안정적으로 관측되어 필터의 동작에 문제가 없는 것을 확인할 수 있었다. Table 3은 공정 중 최대 발열온도를 측정한 온도 그래프이다.
- SiON 공정 중 주요 두 가지 공정에 대한 필터 별 공정비교 시 전체적으로 D/R (Deposition rate) 상승하였고 Range 및 map profile은 유사한 수준으로 확인되었다. 이는 LPF에 서 High-Z 필터로 변경되며 히터 열선의 임피던스 증가로 (약4배) 인해 접지라인(ground)으로 빠지는 RF current가 증가하면서(~14%) 전체적인 plasma 효율이 상승하여 D/R이 상승한 것으로 판단되며, 공정 별 평균 1.
- 각 필터 별 임피던스 측정 비교 시 기존 LPF 대비 HighZ 필터의 경우 반사손실(return loss, S11)의 임피던스가 기존 필터 대비 약4배증가 된 (0.32㏀ → 1.29㏀) 것으로 측정되 었고, 삽입손실(insertion loss, S21)의 경우 동등 수준의 감쇠율(attenuation)이 측정되었다.
- 본 연구에서는 High-Impedance를 가지는 Filter를 개발하여 PE-CVD 챔버 구조에서 히터 열선으로 흐르는 RF Loss 를 줄여 접지선으로 흐르는 RF Current를 개선하는 연구를 진행하였고, 기존 LPF 대비 약 4배 높은 임피던스가 구현 되었고 전류비도 14% 개선된 결과를 확보할 수 있었다. 이러한 높은 임피던스를 가지는 RF Filter를 사용함으로써 D/R향상, RF Parameter 안정성을 확보하고 PE-CVD 설비의 RF Path 최적화를 진행할 수 있었다.
- 상부와 하부 전극에 인가하는 RF전력과 AC 전력 상호 간섭을 줄이면서 상부 전극에서 하부 전극으로 흐르는 RF Path에 손실(loss)을 최소화하는 필터를 High-impedance로 구현함으로써, RF power의 삽입손실(insertion loss, S11)을 최소화하고 히터 접지로 빠져나가는 RF current의 효율을 올리고 챔버 내 임피던스 변화를 최소화하여 재현성 있는 공정결과를 확보할 수 있다.
- 연속공정 시 웨이퍼의 산포를 비교하는 수치인 Wafer to wafer 수치 비교 시 SiON 공정 Multi-6X 기준 LPF 대비 High-Z의 WtW 수치가 ~4Å에서 ~1Å으로 개선된 결과를 Fig. 11 통해 확인할 수 있었으며 이는 High-Z 필터로 변경되면서 히터 열선으로 빠지는 RF loss가 줄어들며 공정산 포도 개선된 것으로 판단되며 High-Z 필터를 이용한 RF Current 제어의 효과가 공정결과로 도출됨을 확인할 수 있었다.
- SiON 공정 중 주요 두 가지 공정에 대한 필터 별 공정비교 시 전체적으로 D/R (Deposition rate) 상승하였고 Range 및 map profile은 유사한 수준으로 확인되었다. 이는 LPF에 서 High-Z 필터로 변경되며 히터 열선의 임피던스 증가로 (약4배) 인해 접지라인(ground)으로 빠지는 RF current가 증가하면서(~14%) 전체적인 plasma 효율이 상승하여 D/R이 상승한 것으로 판단되며, 공정 별 평균 1.3% D/R 상승을 확인할 수 있었다. Fig.
- 본 연구에서는 High-Impedance를 가지는 Filter를 개발하여 PE-CVD 챔버 구조에서 히터 열선으로 흐르는 RF Loss 를 줄여 접지선으로 흐르는 RF Current를 개선하는 연구를 진행하였고, 기존 LPF 대비 약 4배 높은 임피던스가 구현 되었고 전류비도 14% 개선된 결과를 확보할 수 있었다. 이러한 높은 임피던스를 가지는 RF Filter를 사용함으로써 D/R향상, RF Parameter 안정성을 확보하고 PE-CVD 설비의 RF Path 최적화를 진행할 수 있었다.
- 필터 변경 전/후 RF 인자의 산포 비교 부분에서는 대표적인 RF 인자인 Matcher의 Load position (%)의 산포 비교 시 기존 LPF의 경우 Δ0.2%의 변화량을 가졌으나 High-Z 필터 의 경우 Δ0.06%의 산포 차이를 보여 High-Z 필터 적용 시 설비 Log 중 Load position 산포가30% 산포가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
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