KR20130095433A - Substrate plasma processing apparatus - Google Patents

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KR20130095433A KR1020120016850A KR20120016850A KR20130095433A KR 20130095433 A KR20130095433 A KR 20130095433A KR 1020120016850 A KR1020120016850 A KR 1020120016850A KR 20120016850 A KR20120016850 A KR 20120016850A KR 20130095433 A KR20130095433 A KR 20130095433A
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이제원
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Abstract

PURPOSE: A plasma processing apparatus for a substrate is provided to deliver more current from a pulsed DC power supply to a plasma electrode, thereby generating high-power plasma under a fixed pulsed voltage condition. CONSTITUTION: A plasma processing apparatus for a substrate (10) comprises a first electrode (120) maintaining the substrate arranged in a reaction chamber (110); a second electrode (140) disposed to face the first electrode in the reaction chamber; a power supply unit (150) configured to apply a DC pulse to the first electrode; and an impedance transformer (155) disposed between the power supply unit and the first electrode, and configured to include at least one resistor element.

Description

기판의 플라즈마 처리장치{SUBSTRATE PLASMA PROCESSING APPARATUS}Substrate Plasma Processing System {SUBSTRATE PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 기판의 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 임피던스 변조기(impedence transformer)가 부가된 펄스 직류 전원 공급기를 이용하여 보다 높은 전류를 인가할 수 있는 기판의 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for a substrate, and more particularly, to a plasma processing apparatus for a substrate capable of applying a higher current by using a pulsed DC power supply to which an impedance transformer is added.

배선 등이 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에서 수행될 때, 기판 상에서는 미세한 처리(minute processing)가 필요로 된다. 이러한 목적을 위해, 통상적으로 플라즈마를 이용하는 플라즈마 처리장치가 종종 이용된다.When wiring and the like are performed on a substrate such as a semiconductor wafer, minute processing is required on the substrate. For this purpose, plasma processing apparatuses which typically employ plasma are often used.

도 1은 이러한 종래의 기판 플라즈마 처리장치의 예의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 1 에 도시된 기판 플라즈마 처리장치(11)는 소위 평행 평판형으로 불리워지는 플라즈마 처리장치이다. 기판 플라즈마 처리장치(10)에 있어서, 고주파(RF) 전극(12)과 카운터 전극(13)이 챔버(11) 내에서 서로 면하여 배열된다. 카운터 전극(13)과 면하는 RF 전극의 주면 상에는 처리가 수행되어질 기판(S)이 유지된다. 플라즈마를 발생시키고 그에 의해 기판(S)을 처리하기 위해 이용되는 가스가 화살표로 표시된 바와 같이 챔버(11) 내로 가스 도입 파이프(14)로부터 도입된다. 이에 따라, 도시되지 않은 진공 펌프가 배출 포트(15)로부터 챔버(11)의 내부를 비우는데 이용된다. 이 때, 챔버(11) 내부의 압력은 예컨대 약 1Pa이다.1 is a schematic view showing the structure of an example of such a conventional substrate plasma processing apparatus. The substrate plasma processing apparatus 11 shown in FIG. 1 is a plasma processing apparatus called a parallel flat plate type. In the substrate plasma processing apparatus 10, a high frequency (RF) electrode 12 and a counter electrode 13 are arranged facing each other in the chamber 11. On the main surface of the RF electrode facing the counter electrode 13, the substrate S to be processed is held. The gas used to generate the plasma and thereby treat the substrate S is introduced from the gas introduction pipe 14 into the chamber 11 as indicated by the arrow. Accordingly, an unshown vacuum pump is used to empty the interior of the chamber 11 from the discharge port 15. At this time, the pressure inside the chamber 11 is, for example, about 1 Pa.

다음에, RF가 13.56MHz의 상업 RF 전원공급기(17)로부터 매칭 장치(16)를 매개로 RF 전극(12)에 인가된다. 따라서, 플라즈마가 RF 전극(12)과 카운터 전극(13) 사이에서 발생된다.Next, RF is applied to the RF electrode 12 from the commercial RF power supply 17 at 13.56 MHz via the matching device 16. Thus, plasma is generated between the RF electrode 12 and the counter electrode 13.

이 때, 플라즈마(P)의 포지티브 이온이 RF 전극(12) 상에서 발생된 네가티브 셀프-바이어스 전위(Vdc)에 의해 RF 전극(12) 상의 기판(S) 상에 고속으로 투사된다. 결과적으로, 이때의 기판 투사 에너지는 기판(S) 상에서 표면 반응을 유도하는데 이용되고 그에 따라 RIE(reactive ion etching), PCVD(plasma chemical vapor deposition), 스퍼터링, 이온 주입 등과 같은 플라즈마 기판 처리를 수행한다.
At this time, the positive ions of the plasma P are projected on the substrate S on the RF electrode 12 at high speed by the negative self-bias potential Vdc generated on the RF electrode 12. As a result, the substrate projection energy at this time is used to induce a surface reaction on the substrate S and accordingly performs plasma substrate processing such as reactive ion etching (RIE), plasma chemical vapor deposition (PCVD), sputtering, ion implantation, and the like. .

종래의 경우 이와 같은 플라즈마의 발생과 응용에 있어, 교류인 RF에 의한 플라즈마 발생용 전력 전달방법이 산업과 연구 분야에서 가장 많이 사용되어 왔다. 이는 교류 대신 일반적인 직류 전원을 사용하는 경우, 열 발생과 아크 발생이 많으며 안정적인 플라즈마 발생이 상대적으로 어렵기 때문이었다.In the conventional case, in the generation and application of such a plasma, a power transmission method for plasma generation by RF, which is an alternating current, has been most used in the industrial and research fields. This is because when a general DC power source is used instead of AC, heat generation and arc generation are more difficult and stable plasma generation is relatively difficult.

그러나, 플라즈마 발생을 위해 RF 등의 교류를 사용하는 경우, 1) 교류 발생 장치와 별도로 부가적 매칭 박스를 함께 사용하여 전원장치의 임피던스를 최적화하여야 하므로, 부가적 매칭 박스를 사용하지 않고 RF 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 어렵다는 점, 2) 교류를 사용하여 플라즈마를 발생시키면 반응기 내부에서 압력 센서 등 다른 직류 전원 전자 장치와 전기적 간섭이 발생하여 오작동 및 고장의 우려가 높다는 점, 3) 교류의 경우, 축전결합 플라즈마 발생시 샘플 기판에서 열 발생이 많아, 공정 중 소재 표면을 훼손시킬 수 있다는 점 등의 문제점이 있다.
However, in the case of using alternating current such as RF for plasma generation, 1) an additional matching box must be used separately from the alternating current generator to optimize the impedance of the power supply. Therefore, RF plasma is not used without using an additional matching box. It is difficult to generate stably. 2) Plasma generation using alternating current causes electrical interference with other direct current power electronic devices such as pressure sensors inside the reactor, which increases the risk of malfunction and failure. 3) In case of alternating current, There is a problem in that a large amount of heat is generated in the sample substrate when the coupled plasma is generated, which may damage the surface of the material during the process.

이에 따라 이러한 교류 사용시 발생하는 문제점을 해결하기 위해 플라즈마 발생 전원으로서 펄스 직류를 사용하는 출원이 있었다(대한민국 특허 출원번호 10-2010-0042497). 이러한 종래 펄스 직류를 사용하는 플라즈마 발생 장치에 있어서, 펄스 직류는 주로 펄스발생기만을 사용하여 발생시켰다. 그러나, 펄스 전원 발생기만을 사용하는 경우 주어진 펄스 전압에서 펄스 전류 및 전원의 공급 범위를 독립적으로 변화시키기 어렵다는 문제점이 있었다.
Accordingly, there has been an application that uses a pulsed direct current as a plasma generating power source to solve the problems caused when using alternating current (Korean Patent Application No. 10-2010-0042497). In such a plasma generator using a conventional pulsed direct current, the pulsed direct current is mainly generated using only a pulse generator. However, when only the pulse power generator is used, it is difficult to independently change the supply range of the pulse current and the power at a given pulse voltage.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 펄스 직류를 사용하는 플라즈마 발생 장치에 있어서, 종래의 펄스 직류 전원공급기를 그대로 사용하면서도 플라즈마 반응기 내부의 플라즈마 전극에 고전류를 공급하여 펄스 직류 플라즈마의 강도를 보다 효율적으로 향상시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention is to solve the problems of the prior art, in the plasma generating apparatus using a pulsed direct current, while using a conventional pulsed DC power supply as it is by supplying a high current to the plasma electrode inside the plasma reactor of the pulsed DC plasma It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of improving the strength more efficiently.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내 기판을 유지하는 제1전극; 상기 반응 챔버 내에, 상기 제1전극과 대향하도록 배치된 제 2 전극; 소정의 DC 펄스를 상기 제1전극에 인가하도록 구성된 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부와 상기 제1 전극 사이에 위치하는 임피던스 변조기를 포함하는 기판의 플라즈마 처리장치를 제공한다.
The present invention is a reaction chamber to solve the above problems; A first electrode holding a substrate in the reaction chamber; A second electrode disposed in the reaction chamber so as to face the first electrode; A power supply configured to apply a predetermined DC pulse to the first electrode; And an impedance modulator positioned between the power supply unit and the first electrode.

종래의 펄스 직류 전원 공급 장치를 사용하더라도 본 발명에서 제안한 임피던스 트랜스포머를 펄스 직류 전원장치와 플라즈마 전극 사이에 전기적으로 연결하게 되면, 플라즈마 전극에 인가되는 전류의 양을 독립적으로 변화시켜 동일한 전압에서 플라즈마 발생을 보다 용이하게 하며, 공정 속도를 높여서, 본 발명에서 플라즈마 강도를 높여 처리 효율을 향상시키게 된다.
Even when a conventional pulsed DC power supply is used, when the impedance transformer proposed in the present invention is electrically connected between the pulsed DC power supply and the plasma electrode, plasma is generated at the same voltage by changing the amount of current applied to the plasma electrode independently. To make it easier, and to increase the process speed, to increase the plasma intensity in the present invention to improve the treatment efficiency.

본 발명에 사용하는 임피던스 변조기의 원리는 다음의 공식으로 이해할 수 있다.The principle of the impedance modulator used in the present invention can be understood by the following formula.

V = IZ (1)V = IZ (1)

상기 식에서 V는 전압, I는 전류, Z는 임피던스이다. 즉 전압은 전류와 임피던스의 곱으로 얻어진다. Where V is voltage, I is current, and Z is impedance. That is, voltage is obtained as the product of current and impedance.

펄스 직류 전압 플라즈마 장치의 경우 일정 주파수의 전압을 일정하게 공급할 수 있다. 따라서 종래의 펄스 직류 플라즈마 장치는 펄스 직류 전원 공급기를 플라즈마 반응기의 전극에 직접 연결함으로서 펄스 직류 전류를 제어하는 변수를 효율적으로 사용하기 어려웠다. In the case of a pulsed DC voltage plasma apparatus, a voltage of a constant frequency may be supplied constantly. Therefore, in the conventional pulsed DC plasma apparatus, it is difficult to efficiently use the variable controlling the pulsed DC current by directly connecting the pulsed DC power supply to the electrode of the plasma reactor.

본 발명의 경우 펄스 직류 전원 공급기 외에 추가적인 임피던스 변조기를 도입, 종래의 축전결합형 플라즈마 전극과 병렬로 부가하여 전체 임피던스인 Z 값을 낮출 수 있다. 이에 따라 낮은 임피던스를 구현하게 되고, 이러한 낮은 임피던스는 동일한 전압(V) 조건에서 고전류를 출력하는 것을 의미한다. 즉, 상기 (1)의 식에서 펄스 전원에서 저항에 해당하는 임피던스 값을 낮추어서 동일한 전압에서 전류의 값을 높일 수 있게 된다. 본 발명은 이 원리를 이용하여 종래의 펄스 직류 전원 공급기를 사용하면서도 임피던스 변조기를 더 연결하여 보다 많은 전류를 플라즈마 전극에 보내어 플라즈마의 세기를 높여 공정 효율을 개선할 수 있다.In the case of the present invention, an additional impedance modulator may be introduced in addition to the pulsed DC power supply, and added in parallel with a conventional capacitively coupled plasma electrode to lower the Z value of the overall impedance. Accordingly, low impedance is realized, and this low impedance means outputting a high current under the same voltage (V) conditions. That is, in the formula (1), the value of the current at the same voltage can be increased by lowering the impedance value corresponding to the resistance in the pulse power supply. The present invention can improve the process efficiency by increasing the intensity of the plasma by sending more current to the plasma electrode by further connecting the impedance modulator while using a conventional pulsed DC power supply using this principle.

본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 임피던스 변조기는 적어도 하나 이상의 저항 성분을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the impedance modulator includes at least one resistance component.

본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 임피던스 변조기는 상기 전원 공급부와 상기 제 1 전극 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 임피던스 변조기의 저항 성분이 상기 제 1 전극과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 임피던스 변조기의 저항 성분이 상기 제 1 전극과 병렬로 연결되어 전체 임피던스를 감소시키게 되어 동일한 전압에서 플라즈마 발생을 보다 용이하게 하며, 상기 저항 성분의 크기에 따라 플라즈마 전극에 인가되는 전류의 양을 독립적으로 변화시킬 수 있게 되어 플라즈마 처리 효율을 향상시키게 된다. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the impedance modulator is electrically connected between the power supply and the first electrode, the resistance component of the impedance modulator is connected in parallel with the first electrode do. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the resistance component of the impedance modulator is connected in parallel with the first electrode to reduce the overall impedance, making it easier to generate plasma at the same voltage, the size of the resistance component Accordingly, the amount of current applied to the plasma electrode can be changed independently, thereby improving the plasma processing efficiency.

본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 저항 성분은 커패시터 또는 인덕터인 것을 특징으로 한다. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the resistance component is a capacitor or an inductor.

본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 전원 공급부로부터 공급되는 DC 펄스의 펄스 주파수는 100 kHz 이상인 것을 특징으로 한다. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the pulse frequency of the DC pulse supplied from the power supply is characterized in that 100 kHz or more.

본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 전원 공급부로부터 공급되는 DC 펄스의 펄스 전압은 450 V 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 기판의 플라즈마 처리 장치는 DC 펄스의 펄스 전압이 450 V 인 경우에도 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다. In the plasma processing apparatus of the substrate of the present invention, the pulse voltage of the DC pulse supplied from the power supply is characterized by being 450 V or more. The plasma processing apparatus of the substrate of the present invention can generate plasma even when the pulse voltage of the DC pulse is 450V.

플라즈마 반응기 내에는 플라즈마 발생에 필요한 반응가스 등이 가스공급부를 통해서 제공될 수 있으며, 챔버 내를 진공 또는 특정 압력으로 조정하기 위한 압력 제어부 또는 내부 기체를 배출하기 위한 배기부 등이 적용될 수가 있다. 기화기를 포함하는 가스공급부, 압력 제어, 배기부 등은 종래의 설비 구성을 참조할 수 있으며, 당업자라면 본 발명의 기술적 내용을 이용하여 다양한 설비를 추가할 수가 있다.
In the plasma reactor, a reaction gas necessary for generating plasma may be provided through a gas supply unit, and a pressure controller for adjusting a vacuum or a specific pressure in the chamber or an exhaust unit for discharging the internal gas may be applied. The gas supply unit including the vaporizer, the pressure control, the exhaust unit and the like can refer to the conventional equipment configuration, and those skilled in the art can add various equipment using the technical contents of the present invention.

본 발명의 임피던스 변조기(impedance transformer)가 부가된 펄스 직류 플라즈마 처리장치의 경우 임피던스 변조기(impedance transformer)를 추가하지 않은 경우보다 비교적 낮은 펄스 전압(300 V)에서도 플라즈마를 쉽게 발생시킬 수 있으며, 동일한 전압에서 펄스 직류 전원 공급기로부터 더 많은 전류를 플라즈마 전극으로 보낼 수 있어, 고정된 펄스 전압 조건에서 보다 고출력의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
In the case of the pulsed DC plasma processing apparatus to which the impedance transformer is added, the plasma can be easily generated even at a relatively low pulse voltage (300 V) than without the addition of the impedance transformer. More current can be sent from the pulsed DC power supply to the plasma electrode, resulting in a higher output plasma at a fixed pulse voltage condition.

도 1은 종래 사용되는 플라즈마 처리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 사용한 펄스 전원 공급기, 임피던스 트랜스포머(155)와 플라즈마 전극의 회로 구성 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 트랜스포머를 부가하지 않은 상태에서 플라즈마 전극으로 인가되는 전류를 오실로스코프로 측정한 전류 값이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 트랜스포머를 부가한 상태에서 플라즈마 전극으로 인가되는 전류를 오실로스코프로 측정한 전류 값이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 변화에 따른 반응기 전극의 전류 값을 오실로스코프로 측정한 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 주파수 변화에 따른 반응기 전극의 전류 값을 오실로스코프로 측정한 결과 그래프이다. 1 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus conventionally used.
2 is a block diagram of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of the circuit configuration of the pulse power supply, the impedance transformer 155, and the plasma electrode used in the present invention.
4 is a value of current measured by an oscilloscope to apply a current to the plasma electrode in the state in which an impedance transformer is not added according to an embodiment of the present invention.
5 is a value of current measured by an oscilloscope to apply a current applied to the plasma electrode in the state where the impedance transformer is added according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a result of measuring a current value of a reactor electrode according to a voltage change according to an embodiment of the present invention with an oscilloscope.
7 is a graph illustrating a result of measuring a current value of a reactor electrode with an oscilloscope according to a frequency change according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements and can be described with reference to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성도이다2 is a block diagram of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 펄스 직류 전원을 이용하여 샘플의 표면에서 식각, 증착 등을 수행할 수 있는 표면 처리 장치(100)로서, 일반적으로 반도체 장비가 될 수 있으며, 다르게는 이러한 원리가 적용될 수 있는 다른 산업적 목적의 장비가 될 수 있다. 따라서, 샘플 역시 웨이퍼나 반도체 기판이 될 수 있으며, 다른 소재의 물리적 몸체가 될 수가 있다.Referring to FIG. 2, the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment is a surface treatment apparatus 100 that may perform etching, deposition, and the like on a surface of a sample by using a pulsed DC power source. Alternatively, it could be another industrial purpose equipment to which this principle could be applied. Thus, the sample may also be a wafer or a semiconductor substrate, and may be a physical body of another material.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치(100)는 반응 챔버(110), 반응 챔버(110) 내부 중앙에 배치되는 제 1 전극(120), 상기 제 1 전극(120)의 상면에서 샘플(10)을 고정하기 위한 척(130), 상기 제 1 전극(120)의 주변으로 배치되는 제 2 전극(140), 및 상기 제 1 전극(120)으로 펄스 직류 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(150)와 임피던스 변조기(impedance transformer) (155)를 포함한다. In the present invention, the plasma processing apparatus 100 includes a reaction chamber 110, a first electrode 120 disposed in the center of the reaction chamber 110, and a sample 10 on an upper surface of the first electrode 120. And a power supply unit 150 for supplying pulsed DC power to the chuck 130 for fixing the first electrode 120, the second electrode 140 disposed around the first electrode 120, and the first electrode 120. An impedance transformer 155.

본 실시예에서 제 1 전극(120) 및 척(130)은 도체로 형성되어 일체로 제공되며, 반응 챔버(110)의 중앙에 위치한다. 도면에서 반응 챔버(110)는 외부와 장치 내부를 구분하는 공간으로서, 그 내부는 대기압 또는 상압으로 유지될 수 있으나, 산소(O2), 육불화황가스(SF6), 염소(Cl2) 등 반응성 가스 사용에 유리한 환경을 조성하기 위한 진공으로 유지될 수도 있으며, 이를 위해 밀폐 구조로 제공될 수 있다. 챔버(110) 내부에는 전극, 척 외에도 샘플 이송장비 등이 제공될 수 있지만, 본 발명에 따른 기술적 내용을 명확하게 설명하기 위해 종래의 기본적인 부가 장비에 대한 설명은 생략될 수 있다.In the present embodiment, the first electrode 120 and the chuck 130 are formed as a conductor and integrally provided, and are located at the center of the reaction chamber 110. In the drawing, the reaction chamber 110 is a space that separates the outside from the inside of the apparatus. The inside may be maintained at atmospheric pressure or atmospheric pressure, but oxygen (O 2 ), sulfur hexafluoride gas (SF 6 ), and chlorine (Cl 2 ) It may also be maintained in a vacuum to create an environment favorable for the use of reactive gas, such as may be provided in a sealed structure. In addition to the electrode and the chuck, the sample transport equipment may be provided in the chamber 110, but the description of the conventional basic additional equipment may be omitted to clearly describe the technical contents according to the present invention.

반응 챔버(110)에는 가스공급부(170) 및 배기부(180)가 연결될 수 있으며, 반응 챔버(110) 내의 반응 조건을 측정하기 위하여 압력 센서나 온도 센서(160) 등이 제공될 수가 있다. The gas supply unit 170 and the exhaust unit 180 may be connected to the reaction chamber 110, and a pressure sensor or a temperature sensor 160 may be provided to measure reaction conditions in the reaction chamber 110.

제 1 전극(120)은 반응 챔버(110)와 절연된 상태를 유지하며, 그 사이에 절연체(125)가 놓여있다. 제 1 전극(120)은 펄스 직류 전원을 공급하는 전원 공급부(150), 임피던스 변조기(impedance transformer) (155)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전원 공급부(150)는 상기 제 1 전극(120)으로 약 1 ~ 10,000 W 정도의 전원을 공급할 수 있으며, 바람직하게는 약 100 ~ 5,000 W 정도의 전원을 공급할 수 있다. 또한, 펄스 직류 전원의 펄스 주파수는 약 900 KHz 이하의 범위에서 사용할 수 있다.
The first electrode 120 is insulated from the reaction chamber 110, and an insulator 125 is disposed therebetween. The first electrode 120 is electrically connected to a power supply unit 150 and an impedance transformer 155 for supplying pulsed DC power, and the power supply unit 150 is connected to the first electrode 120. The power of about 1 to 10,000 W can be supplied, and preferably the power of about 100 to 5,000 W can be supplied. In addition, the pulse frequency of a pulse DC power supply can be used in the range of about 900 KHz or less.

전원 전극(120) 및 척(130)의 상면은 임의의 형태로 제공되며, 전원 전극(120)의 주변으로 제 2 전극인 접지 전극(140)이 제공된다. 본 발명에 있어서, 제 2 전극은 상기 제 1 전극과 대향하도록 배치되며, 배치되는 형태가 특별히 한정되지는 않는다. 도 2에는 제 1 전극의 주변에 링 형태로 형성된 제 2 전극을 나타내었다. Top surfaces of the power supply electrode 120 and the chuck 130 may be provided in any form, and a ground electrode 140 serving as a second electrode may be provided around the power supply electrode 120. In the present invention, the second electrode is disposed to face the first electrode, and the form of the second electrode is not particularly limited. 2 shows a second electrode formed in a ring shape around the first electrode.

상기 반응 챔버(110)는 밀폐된 상태로서 진공 상태를 유지하며, 가스공급부(170)를 통해서 SiH4 등 증착용 가스, O2, N2O 등 산소 성분을 포함하는 가스, CF4 나 SF6 등 불소 성분을 포함하는 가스, Cl2, BCl3 등 염소 성분을 포함하는 가스, 또는 Ar나 N2 등의 불활성 가스 등이 단독 또는 혼합된 형태로 제공될 수 있다. The reaction chamber 110 maintains a vacuum state as a sealed state, and includes a gas for deposition such as SiH 4 , an oxygen component such as O 2 , N 2 O, or a CF 4 or SF 6 through the gas supply unit 170. A gas containing a fluorine component, a gas containing a chlorine component such as Cl 2 , BCl 3 , or an inert gas such as Ar or N 2 may be provided alone or in a mixed form.

기판(10)이 기판지지대인 척(130)에 고정된 상태에서, 가스공급부(170)에 의한 반응 가스가 공급되고, 압력이 제어되면, 전원공급부(150)를 통해 펄스 직류 전원이 인가될 수 있다. 펄스 직류 전원이 인가됨에 따라 제 1 전극(120) 및 척(130)의 주변으로 플라즈마가 발생 및 전이될 수 있으며, 웨이퍼 등의 샘플 표면으로 식각이나 증착 등이 수행될 수 있다.When the substrate 10 is fixed to the chuck 130, which is a substrate support, the reaction gas is supplied by the gas supply unit 170, and when the pressure is controlled, pulsed DC power may be applied through the power supply unit 150. have. As the pulse DC power is applied, plasma may be generated and transferred around the first electrode 120 and the chuck 130, and etching or deposition may be performed on a sample surface such as a wafer.

도 2를 참조하면, 상기 가스공급부(170)는 가스공급라인(172), 가스유량조절기(174), 가스탱크(176), 및 기화기(178)를 포함할 수 있다. 가스공급라인(172)에는 산소 등의 기체가 기체 상태로 저장된 가스탱크(176)를 직접 연결하여 사용할 수도 있지만, 다르게는 액체나 고체 상태로 저장된 기체를 기화기(178)에 넣고 기화시켜 사용할 수 있다. 상기 가스는 가스유량조절기(174)에 의해 그 압력과 흐름을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 2, the gas supply unit 170 may include a gas supply line 172, a gas flow controller 174, a gas tank 176, and a vaporizer 178. The gas supply line 172 may be used by directly connecting a gas tank 176 in which gas such as oxygen is stored in a gas state, but alternatively, gas stored in a liquid or solid state may be put into the vaporizer 178 and vaporized. . The gas may be controlled by the gas flow controller 174 to control the pressure and flow.

상기 배기부(180)는 진공펌프(182), 배기라인(184), 쓰로틀밸브(186)를 포함할 수 있다. 배기부(180)는 진공펌프로서 로터리 펌프, 부스터 펌프, 드라이 펌프를 포함하는 저진공 펌프, 터보 분자 펌프, 확산 펌프, 크라이오 펌프를 포함하는 고진공 펌프 등을 이용하여 제공될 수 있다. 배기부(180)가 기체 배기 및 압력 제어를 할 수 있지만, 경우에 따라서는 별도로 압력을 제어하기 위한 압력 제어 모듈을 추가로 포함할 수도 있다.
The exhaust unit 180 may include a vacuum pump 182, an exhaust line 184, and a throttle valve 186. The exhaust unit 180 may be provided using a rotary pump, a booster pump, a low vacuum pump including a dry pump, a turbo molecular pump, a diffusion pump, and a high vacuum pump including a cryo pump as a vacuum pump. Although the exhaust unit 180 may perform gas exhaust and pressure control, in some cases, the exhaust unit 180 may further include a pressure control module for separately controlling the pressure.

본 발명에 있어서, 상기 임피던스 변조기(impedance transformer) (155)는 커패시터, 인덕터를 포함하는 적어도 하나 이상의 저항 성분을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the impedance transformer 155 is characterized in that it comprises at least one or more resistance components including a capacitor, an inductor.

도 3은 본 발명에 사용한 펄스 전원 공급기, 임피던스 변조기(155)와 플라즈마 전극의 회로 구성 개념도이다. 3 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of the pulse power supply, the impedance modulator 155, and the plasma electrode used in the present invention.

도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 임피던스 변조기는 적어도 하나 이상의 저항 성분을 포함하여 구성되며, 상기 저항 성분은 커패시터 또는 인덕터 인 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3, the impedance modulator of the present invention includes at least one resistive component, and the resistive component is preferably a capacitor or an inductor.

본 발명에 있어서, 상기 임피던스 변조기(155)는 상기 전원 공급부와 제 1 전극 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 임피던스 변조기의 저항 성분이 상기 제 1 전극과 병렬로 접지전극과 연결되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the impedance modulator 155 is electrically connected between the power supply and the first electrode, characterized in that the resistance component of the impedance modulator is connected to the ground electrode in parallel with the first electrode. .

본 발명에 있어서, 상기 임피던스 변조기(impedance transformer) (155)를 펄스 직류 전원 공급기와 함께 사용함으로써 펄스 전원 공급기에서 고정된 펄스 전압에서도 독립적으로 전류의 값을 변화시켜 플라즈마 전극에 전달할 수 있다.
In the present invention, the impedance transformer 155 can be used in conjunction with a pulsed DC power supply to independently change the value of the current even at a fixed pulse voltage in the pulsed power supply and transmit the current to the plasma electrode.

도 4와 도 5는 본 발명 장치를 사용한 실시 실험 결과의 예로 임피던스 트랜스포머의 부가 유무에 따른 전류 값을 오실로스코프로 측정한 그래프들이다. 4 and 5 are graphs of current values measured with an oscilloscope according to the presence or absence of an impedance transformer as an example of an experimental test result using the apparatus of the present invention.

보유하고 있는 펄스 직류 전원 플라즈마 장치(100)에 본 발명에 사용한 임피던스 트랜스포머(155)를 연결하여 실험한 결과 이 임피던스 트랜스포머를 사용하면 RMS 전류값이 증가함을 알 수 있었다. 즉, 임피던스 트랜스포머를 사용하지 않은 도 4의 경우와 비교하여, 임의의 실험 조건(예, 10 sccm N2, 450 V, 100 kHz, 0.7 μs 리버스 시간)에서 임피던스 트랜스포머를 사용한 경우가 플라즈마 반응기 전극에 공급하는 펄스 전류의 RMS 전류 값을 사용하지 않은 도 4의 396 mA (도 4의 오른쪽 4번째 칸에 있음)에서 도 5의 424 mA로 증가시킨 것을 측정값을 통해 알 수 있었다.As a result of connecting the impedance transformer 155 used in the present invention to the pulsed DC power plasma apparatus possessed by the present invention, it was found that the RMS current value increased when the impedance transformer was used. That is, compared to the case of FIG. 4 without using an impedance transformer, the use of an impedance transformer at any experimental condition (eg, 10 sccm N 2 , 450 V, 100 kHz, 0.7 μs reverse time) is applied to the plasma reactor electrode. It was found from the measured value that the RMS current value of the supplied pulse current was increased from 396 mA in FIG. 4 (in the fourth column on the right side of FIG. 4) to 424 mA in FIG. 5.

도 6는 본 발명 장치를 사용한 실시 실험 결과의 예로 전압 변화에 따른 반응기 전극의 전류 값을 오실로스코프로 측정한 결과를 그린 그래프이다. 본 발명에 의하여 임피던스 트랜스포머를 부가하는 경우 전압이 450 V 이상이 되었을 때 플라즈마 전극에 공급되는 펄스 전류의 값이 임피던스 트랜스포머를 사용하지 않은 경우보다 펄스 직류 전류 값이 크게 증가하며, 전압이 증가할수록 그 차이가 더 커지는 것을 알 수 있다. 6 is a graph showing the results of measuring the current value of the reactor electrode according to the voltage change with an oscilloscope as an example of the experimental results using the apparatus of the present invention. When the impedance transformer is added according to the present invention, when the voltage reaches 450 V or more, the value of the pulse current supplied to the plasma electrode increases more than the case where the impedance transformer is not used, and the voltage increases as the voltage increases. You can see that the difference is bigger.

동일한 펄스 전압조건에서 반응기 전극에 공급되는 펄스 전류의 증가는 곧 전극 전력의 증가를 의미한다. 이 전력 증가는 실제 공정에서 증착 및 식각 등의 플라즈마 처리 속도를 높일 수 있음을 쉽게 예상할 수 있다.An increase in pulse current supplied to the reactor electrode under the same pulse voltage condition means an increase in electrode power. It is easy to anticipate that this increase in power can speed up plasma processing such as deposition and etching in actual processes.

도 7은 주파수 변화에 따른 전류 값을 측정한 것이다. 주파수가 증가할수록 임피던스 트랜스포머의 부가 유무 차이에 따른 전류 값의 차이가 커지며, 특히 주파수가 100 KHz 이상에서 그 차이가 분명하게 나타나는 것을 알 수 있다. 임피던스 트랜스포머를 사용하게 되면 주파수가 커지면 더 많은 전류를 플라즈마 전극에 보내는 효과가 발생하는 것을 알 수 있다. Figure 7 measures the current value according to the frequency change. As the frequency increases, the difference in the current value according to the difference between the addition of the impedance transformer increases and, in particular, the difference is clearly seen when the frequency is 100 KHz or more. Using an impedance transformer, it can be seen that as the frequency increases, the effect of sending more current to the plasma electrode occurs.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 고전류 펄스 직류 플라즈마 처리 장치를 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the high current pulsed direct current plasma processing apparatus has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art will be aware of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made to the invention.

Claims (6)

반응 챔버;
상기 반응 챔버 내 기판을 유지하는 제1전극;
상기 반응 챔버 내에, 상기 제1전극과 대향하도록 배치된 제 2 전극;
소정의 DC 펄스를 상기 제1전극에 인가하도록 구성된 전원 공급부; 및
상기 전원 공급부와 상기 제1 전극 사이에 위치하는 임피던스 변조기를 포함하는 기판의 플라즈마 처리장치.
A reaction chamber;
A first electrode holding a substrate in the reaction chamber;
A second electrode disposed in the reaction chamber so as to face the first electrode;
A power supply configured to apply a predetermined DC pulse to the first electrode; And
And a impedance modulator positioned between the power supply and the first electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 변조기는 적어도 하나 이상의 저항 성분을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리장치.
The method of claim 1,
And said impedance modulator comprises at least one resistive component.
제 2 항에 있어서,
상기 임피던스 변조기는 상기 전원 공급부와 상기 제 1 전극 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 임피던스 변조기의 저항 성분이 상기 제 1 전극과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리장치.
3. The method of claim 2,
And the impedance modulator is electrically connected between the power supply and the first electrode, and a resistance component of the impedance modulator is connected in parallel with the first electrode.
제 3 항에 있어서,
상기 저항 성분은 커패시터 또는 인덕터인 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리장치.
The method of claim 3, wherein
And the resistive component is a capacitor or an inductor.
제 1 항에 있어서,
상기 전원 공급부로부터 공급되는 DC 펄스의 펄스 주파수는 100 kHz 이상인 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리장치.
The method of claim 1,
And a pulse frequency of the DC pulse supplied from the power supply unit is 100 kHz or more.
제 1 항에 있어서,
상기 전원 공급부로부터 공급되는 DC 펄스의 펄스 전압은 450 V 이상인 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리장치.The method of claim 1,
And a pulse voltage of the DC pulse supplied from the power supply unit is 450 V or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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