KR20140018059A - Hybrid bell jar type electrode and plasma generator using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 벨자형 전극 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CCP 타입과 ICP 타입을 혼합한 형태인 하이브리드 벨자형(Bell Jar Type) 전극과 이 하이브리드 벨자형 전극에 반응성가스를 통과시켜 플라즈마를 발생하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid bell-shaped electrode and a plasma generating device using the same, and more particularly, a hybrid bell-type electrode and a reactive gas applied to the hybrid bell-shaped electrode in the form of a mixture of CCP type and ICP type. It relates to an apparatus for generating a plasma by passing through.
플라즈마 발생장치는 반도체 웨이퍼를 비롯한 각종 전기·전자·광학 등의 소자 제조공정에서 박막 등의 증착이나 식각 뿐만 아니라 기판 내부로의 이온주입이나 고분자 혹은 표면 개질 등에 폭 넓게 사용되고 있으며, 고밀도 플라즈마 소스는 이온주입, 에칭 및 적층과 같은 극소 전자 소자의 제조공정에 응용되는 것이 증가하고 있다.Plasma generators are widely used in not only deposition and etching of thin films, but also ion implantation into the substrate, polymer or surface modification, etc. in the manufacturing process of various electric, electronic and optical devices including semiconductor wafers. Applications are increasing in the fabrication of microelectronic devices such as implantation, etching and lamination.
즉, 근자 반도체 관련 산업이 발달함에 따라 반도체 제조장치는 고용량 및 고기능화를 추구하고 있으며, 이에 따라 한정된 영역에 보다 많은 소자의 집적이 필요하고, 반도체를 제조하는 기술은 패턴을 극미세화, 그리고 고집적화할 수 있도록 연구·개발되고 있는 실정이다.In other words, with the development of the related semiconductor industry, semiconductor manufacturing apparatuses are pursuing high capacity and high functionality. Accordingly, more devices are required to be integrated in a limited area, and semiconductor manufacturing technology is extremely fine and highly integrated in pattern. It is currently being researched and developed.
이러한 극미세화 및 고집적화된 반도체장치를 구현하기 위한 반도체장치 제조공정에서는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 상기 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(radical)이 반도체 기판의 소정영역에 영향을 미치는 플라즈마를 이용한 기술이 많이 이용된다.In the semiconductor device manufacturing process for realizing such an ultra-fine and highly integrated semiconductor device, the reaction gas is activated and transformed into a plasma state, whereby cations or radicals of the reaction gas in the plasma state affect a predetermined region of the semiconductor substrate. The technique using the plasma is widely used.
플라즈마 발생장치는 플라즈마를 형성시키는 방식에 따라 용량결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 발생장치와 유도결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 발생장치로 나눌 수 있는데, 전자는 서로 대향하는 전극에 RF전력을 인가하여 양 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자는 코일형 안테나에 의하여 유도되는 유도전자기장을 이용하여 원료물질을 플라즈마로 변화시키는 방식이다.The plasma generator can be classified into a capacitively coupled plasma (CCP) generator and an inductively coupled plasma (ICP) generator according to the method of forming the plasma. RF power is applied to generate a plasma using an RF electric field formed vertically between both electrodes, and the latter is a method of converting a raw material into a plasma by using an induction electromagnetic field induced by a coil antenna.
즉, ICP는 플라즈마를 생성할 때 RF코일에 흐르는 전류를 이용해서 플라즈마를 만들고, CCP는 플라즈마를 생성할 때 전압이 챔버 전극(Cathode와 Anode)에 인가되어 챔버로 공급된 가스를 이용해서 플라즈마를 만든다.In other words, ICP generates plasma using a current flowing in an RF coil when generating a plasma, and CCP generates a plasma using a gas supplied to a chamber electrode (Cathode and Anode) when a plasma is generated and supplied to the chamber. Make.
한편, 기존의 플라즈마 발생 방식은 플라즈마 발생용 소스(ICP & CCP)에 별도의 전자기장을 공급하는 방식으로 플라즈마를 발생시키는 방법과, 높은 파워를 이용해서 플라즈마를 발생시킨 후 파워를 낮춰서 공정을 진행하는 방법이 적용된다.On the other hand, the conventional plasma generation method is a method for generating a plasma by supplying a separate electromagnetic field to the plasma generation source (ICP & CCP), and by using a high power to generate the plasma and lower the power to proceed the process The method is applied.
즉, 종래 플라즈마 발생 방식은 추가적인 장치와 공정상의 비용이 증가하는 문제점이 있었다.That is, the conventional plasma generation method has a problem in that the additional device and process costs increase.
이를 좀더 자세히 설명하면, 고밀도 플라즈마 생성을 목적으로 기존에 제안된 방법들은 높은 RF 파워 에너지를 필요로 하는 바, 이는 외부에서 공급하는 에너지 양이 고밀도 플라즈마 생성과 밀접한 관계가 있기 때문이다.In more detail, the conventionally proposed methods for generating high density plasma require high RF power energy because the amount of energy supplied from the outside is closely related to the generation of high density plasma.
그러나 챔버 구조상의 문제와 챔버 구성 부품의 손상 및 폴리머 형성 등의 공정상에 영향을 주는 요소들과 연관이 있기 때문에 고밀도 플라즈마를 얻기 위해 필요한 RF 전자기장 에너지를 무한정 높일 수 없다.However, it is not possible to increase the RF field energy required to obtain high density plasma indefinitely because it is related to the problem of chamber structure, process components such as chamber component damage and polymer formation.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 낮은 외부 에너지 공급으로 쉽게 플라즈마를 형성할 수 있고, 하이브리드 벨자형 전극에 반응성가스를 통과시켜 반응성가스를 들뜬 상태로 만들어서 플라즈마를 만들 때 저전력을 사용하여 에너지 절감, 챔버 구성품의 수명연장 및 미세 공정에 적합한 하이브리드 벨자형 전극 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to easily form a plasma with a low external energy supply, to pass the reactive gas through the hybrid bell-shaped electrode to make the reactive gas excited state to produce a low power It is an object of the present invention to provide a hybrid bell-shaped electrode and a plasma generator using the same, which are suitable for energy saving, long life of chamber components, and micro processes.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 벨자형 전극은 통형상의 몸체에 다수의 반응성가스 공급홀이 형성되어, 상기 반응성가스 공급홀을 통과하는 반응성가스를 외부의 전자기장 에너지에 의해 들뜬 상태로 만들어서 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.Hybrid bell-shaped electrode according to the present invention for achieving the above object is a plurality of reactive gas supply holes are formed in the cylindrical body, a state in which the reactive gas passing through the reactive gas supply hole excited by external electromagnetic energy Characterized in that can be supplied by making.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는, 반응성가스 공급부를 포함하는 챔버;In addition, the plasma generating apparatus according to the present invention, the chamber including a reactive gas supply;
통형상의 몸체에 다수의 반응성가스 공급홀이 형성되고 상기 반응성가스 공급부가 형성된 챔버 부위에 설치되는 하이브리드 벨자형 전극;A hybrid bell-shaped electrode formed in a tubular body, wherein a plurality of reactive gas supply holes are formed and installed in a chamber portion where the reactive gas supply unit is formed;
상기 하이브리드 벨자형 전극에 전자기장 에너지를 공급하는 RF코일;An RF coil for supplying electromagnetic energy to the hybrid bell-shaped electrode;
상기 RF코일에 연결되는 파워분배회로 및 소스 매칭 네트워크;A power distribution circuit and a source matching network connected to the RF coil;
상기 챔버 내부에 위치하고 기판이 안착되는 정전척;An electrostatic chuck positioned inside the chamber and having a substrate seated thereon;
상기 정전척에 연결되는 바이어스 매칭 네트워크; 및A bias matching network coupled to the electrostatic chuck; And
상기 소스 매칭 네트워크와 바이어스 매칭 네트워크에 연결되고, 고주파를 발생시켜 외부에서 발진에 필요한 전압의 크기와 위상을 갖는 주파수를 만들어내는 주파수 합성기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A frequency synthesizer connected to the source matching network and the bias matching network to generate a high frequency to generate a frequency having a magnitude and phase of a voltage required for oscillation from the outside; And a control unit.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 낮은 외부 에너지 공급으로 쉽게 플라즈마를 형성할 수 있고, 하이브리드 벨자형 전극에 반응성가스를 통과시켜 반응성가스를 들뜬 상태로 만들어서 플라즈마를 만들 때 저전력을 사용하여 에너지 절감 및 챔버 구성품의 수명을 연장할 수 있으며 미세 공정에 적합하다.According to the above-mentioned means for solving the problem, it is possible to easily form a plasma with a low external energy supply, and pass the reactive gas through the hybrid bell-shaped electrode to excite the reactive gas to make the plasma to save energy by using low power and It can extend the life of chamber components and is suitable for micro processes.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 벨자형 전극의 정면도와 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 벨자형 전극의 정면도와 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 하이브리드 벨자형 전극과 RF코일의 사시도와 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도이다.1A and 1B are front and cross-sectional views of a hybrid bell-shaped electrode according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are front and cross-sectional views of a hybrid bell-shaped electrode according to another embodiment of the present invention.
3A and 3B are perspective and front views of the hybrid bell-shaped electrode and the RF coil.
4 is a configuration diagram of a plasma generator according to a first embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a plasma generator according to a second embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of a plasma generator according to a third embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a plasma generator according to a fourth embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.It is to be noted that the same components of the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 벨자형 전극의 정면도와 단면도이다.1A and 1B are front and cross-sectional views of a hybrid bell-shaped electrode according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 하이브리드 벨자형 전극(10)은 상하로 이루어진 원통 형상의 몸체에 다수의 반응성가스 공급홀(12)이 상하로 형성되어 이루어진다.As shown, the hybrid bell-
이때 하이브리드 벨자형 전극(10)은 사파이어, 세라믹, 퀄츠(Quartz), 규소(Si), 탄화규소(SiC) 등과 같은 절연 물질로 이루어지며 반응성가스 공급홀(12)의 크기는 0.1~11mm인 것이 바람직하다.In this case, the hybrid bell-
상기 하이브리드 벨자형 전극(10)은 챔버의 상부에 설치되어 반응성가스 공급홀(12)의 상부는 반응성가스관과 연결되고 하부는 챔버 내부와 연통된다.
The hybrid bell-
도 2a와 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 벨자형 전극의 정면도와 단면도이다.2A and 2B are front and cross-sectional views of a hybrid bell-shaped electrode according to another embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 하이브리드 벨자형 전극(10)은 상하로 이루어진 육각통 형상의 몸체에 다수의 반응성가스 공급홀(12)이 상하로 형성되어 이루어진다.As shown, the hybrid bell-
이때 하이브리드 벨자형 전극(10)은 사파이어, 세라믹, 퀄츠(Quartz), 규소(Si), 탄화규소(SiC) 등과 같은 절연 물질로 이루어지며 반응성가스 공급홀(12)의 크기는 0.1~11mm인 것이 바람직하다.In this case, the hybrid bell-
상기 하이브리드 벨자형 전극(10)은 챔버의 상부에 설치되어 반응성가스 공급홀의 상부는 반응성가스관과 연결되고 하부는 챔버 내부와 연통된다.The hybrid bell-
이하에서 본 발명에 따른 하이브리드 벨자형 전극(10)은 플라즈마 발생장치의 상부전극뿐만 아니라 하부전극 및 측면전극에 사용할 수 있다.
Hereinafter, the hybrid bell-
도 3a와 도 3b는 하이브리드 벨자형 전극과 RF코일의 사시도와 정면도로서, 하이브리드 벨자형 전극(10)과 RF코일(30)을 동시에 구성하는 모습을 나타낸다.3A and 3B are a perspective view and a front view of the hybrid bell-shaped electrode and the RF coil, and show the configuration of the hybrid bell-
도시된 바와 같이 다수의 반응성가스 공급홀(12)이 형성된 하이브리드 벨자형 전극(10)의 외측에 RF코일(30)이 반분하여 에워싸되, 각 반분된 RF코일(30)은 상측과 하측이 각각 반원형을 이루어 서로 연결되는 것에 의해 하이브리드 벨자형 전극(10)의 반을 에워싸되, 하측의 반원이 상측의 반원보다 크게 형성된다.As shown, the
상기 RF코일(30)은 인가된 고주파 에너지(전류와 전압)가 전달되는 부하(Load)로서, RF 전류가 흐르는 길이며 이 RF코일(30)로 전달된 RF 에너지가 유도되어 새로운 전자기장이 챔버 내부에 형성되는 유도 전자기장을 만드는 역할을 한다.
The
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a plasma generator according to a first embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 플라즈마 발생장치(1)는 하이브리드 벨자형 전극(10), 챔버(20), RF코일(30,40), 정전척(50), 터보펌프(60), 주파수 합성기(70), 매칭 네트워크(80a,80b), RF필터(90) 및 파워분배회로(100)를 포함하여 구성된다.As shown, the plasma generator 1 includes a hybrid bell-
하이브리드 벨자형 전극(10)은 챔버(20)의 상측에 설치되어 반응성가스가 하이브리드 벨자형 전극(10)을 통해 챔버(20) 내부로 공급되며, 소스 전원이 인가되는 RF코일(20,30)은 유도 전자기장을 만드는 역할을 한다.The hybrid bell-
확대도에 나타낸 RF코일(30,40)의 형상은 코일의 형태에 따라서 전류가 동일한 방향으로 흐르도록 설계된 것을 나타낸 것으로, 동일한 방향으로 전류가 흘러야 최대 전자기장이 유도되어 고밀도 플라즈마를 만들 수 있다. The shape of the
또한, 도시하진 않았지만 플라즈마 발생을 위해 사용하는 ICP(Inductively coupled plasma)코일이 챔버(20)의 외측에 위치한다.Although not shown, an inductively coupled plasma (ICP) coil used for plasma generation is located outside the
챔버(20)에는 반응성가스 공급부(22)와 불활성가스 공급부(24) 및 배출구(26)를 포함한다.The
상기 반응성가스 공급부(22)는 챔버(20)의 상측에 설치된 하이브리드 벨자형 전극(10)의 반응성가스 공급홀(12)과 연통되어 반응성가스(CF4,C4F6,CHF6,SF4,BC13 등)를 챔버(20) 내부에 공급한다.The reactive gas supply unit 22 communicates with the reactive
불활성가스 공급부(24)는 챔버(20)의 양측에 설치되어 불활성가스(산소, 질소, 아르콘, 헬륨, H2 등)를 챔버(20) 내부에 공급하며, 상기 불활성가스는 플라즈마 밀도를 높이거나 챔버(20) 내부의 반응에 에너지를 전달한다.Inert
배출구(26)는 반응성가스와 불활성가스를 외부로 배출한다.The
상기 RF코일(30,40)에는 파워분배회로(100), 소스 매칭 네트워크(80b) 및 주파수 합성기(70)가 연결된다.The
파워분배회로(100)는 공급하는 RF 파워(전류와 전원)를 일정한 규칙에 의해서 나누어 상기 RF코일(30,40)에 각각 공급한다.The
소스 매칭 네트워크(Source Matching Network)(80b)는 RF 파워(즉, 소스 전원)의 출력임피던스와 부하(Load)인 RF코일(30,40)의 임피던스가 서로 상이하기 때문에 공급하는 전력의 효율이 감소하는 바, 이를 방지하기 위해 소스 전원의 출력임피던스에 로드 임피던스를 맞춘다.The
주파수 합성기(Frequency synthesizer)(70)는 고주파를 발생시켜 외부에서 발진에 필요한 전압의 크기와 위상을 갖는 주파수를 만들어낸다.The
여기서 상기 주파수 합성기(70)에 연결되는 제3주파수 발진기(F3)는 13.56~60MHz나 1~60MHz 대역의 주파수를 발진한다.Here, the third frequency oscillator F3 connected to the
상기 챔버(20)의 하부에는 기판(W)을 고정하며 바이어스 전원이 인가되는 정전척(electrostatic chuck)(50)이 구비된다.An
상기 정전척(50)에는 바이어스 매칭 네트워크(80a)와 상기 주파수 합성기(70)가 연결된다.A
바이어스 매칭 회로(80a)는 바이어스 전원의 출력임피던스와 로드 임피던스가 서로 상이하면 공급하는 전력의 효율이 감소하는 바, 이를 방지하기 위해 소스 전원의 출력임피던스에 로드 임피던스를 맞춘다.When the output impedance of the bias power supply and the load impedance of the bias power supply are different from each other, the
이때 바이어스 전원의 듀티 비율은 5:5를 제외하는 것이 바람직한데 이는 언발란스 듀티 비율이 공정 가스들과 조합에 가장 적합하기 때문이다.In this case, the duty ratio of the bias power source is preferably 5: 5 because the unbalanced duty ratio is most suitable for combination with the process gases.
또한, 플라즈마를 발생시킬 목적으로 RF코일(30,40)에 인가하는 소스 전원과, 이 소스 전원에서 만든 플라즈마의 이온, 전자 및 레디칼을 이용할 목적으로 챔버(20)의 아래 전극에 인가하는 바이어스 전원 간의 위상 차이는 0~45도, 315~360도인 것이 바람직하다.In addition, a source power source applied to the RF coils 30 and 40 for generating plasma, and a bias power source applied to the lower electrode of the
상기한 범위의 위상을 벗어날 경우 임피던스 매칭과 공정에 문제가 발생되며, 여기서 0-45도는 양의 방향으로 위상 차이를 두고, 음의 방향으로 0-45(315-360)의 위상 차이를 둔다.If the phase is out of the above range, a problem occurs in impedance matching and processing, where 0-45 degrees puts the phase difference in the positive direction and 0-45 (315-360) the phase difference in the negative direction.
상기 주파수 합성기(Frequency synthesizer)(70)는 고주파를 발생시켜 외부에서 발진에 필요한 전압의 크기와 위상을 갖는 주파수를 만들어낸다.The
여기서 상기 주파수 합성기(70)에 연결되어 바이어스 전원을 인가하는 제1주파수 발진기(F1)는 60~100MHz 대역의 주파수를 발진하고, 제2주파수 발진기(F2)는 9KHz~27MHz 대역의 주파수를 발진한다.Here, the first frequency oscillator (F1) connected to the
상기 3가지 주파수(13.56~60MHz나 1~60MHz, 60~100MHz, 9KHz~27MHz)의 범위는 플라즈마를 생성하기 위해서 사용할 수 있는 주파수로서, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치(1)의 플라즈마 생성 방법에 사용할 수 있는 주파수 범위를 나타낸다.The range of the three frequencies (13.56 ~ 60MHz or 1 ~ 60MHz, 60 ~ 100MHz, 9KHz ~ 27MHz) is a frequency that can be used to generate a plasma, in the plasma generation method of the plasma generating apparatus 1 according to the present invention Indicates available frequency range.
예를 들어 상기 9KHz~27MHz 범위 이상의 주파수는 RF코일(30,40)을 이용한 ICP에서 플라즈마를 제어하기 어려운 바, 주파수가 높아질수록 파장의 길이가 짧아지며 플라즈마 생성시 문제점이 발생한다.For example, it is difficult to control the plasma in the ICP using the RF coils 30 and 40 in the frequency range of 9 KHz to 27 MHz. As the frequency increases, the length of the wavelength becomes shorter and a problem occurs when generating the plasma.
즉, 매칭을 시키기 어렵고 챔버(20) 내부에 전압 정재파가 형성되어 스퍼터링 등이 발생하며 챔버(20) 내부의 기기에 손상을 준다.That is, it is difficult to match and a voltage standing wave is formed in the
또한, 정전척(50)과 바이어스 매칭 회로(80a) 사이에 RF 필터(90)가 분기되어 연결된다.In addition, an RF filter 90 is branched and connected between the
바이어스 전원으로 정전척(50)에 고주파를 인가하면 고주파의 특성상 모든 방향으로 RF 에너지를 방사하여 주변에 있는 다른 전자 기기에 영향을 주는 바, RF 필터(90)는 이를 방지하기 위해서 RF 에너지를 차단한다.When a high frequency is applied to the
상기 챔버(20)의 배출구(26)에는 터보펌프(60)가 구비된다.The
터보펌프(Turbo pump)(60)는 챔버(20) 내부를 고진공으로 만들고, 밸브는 챔버(20)와 터보펌프(60) 사이에 압력을 제어한다.
The
상술한 구성에 따른 플라즈마 발생장치(1)의 작용을 설명하면, 먼저 정전척(50)에 기판(W)을 안치시킨 다음 상기 정전척(50)에 전원을 인가하면 기판(W)이 정전력에 의해 정전척(50)에 장착되어 고정되고, 정전척(50)에는 바이어스 전원을, RF코일(30,40)에는 소스 전원을 각각 인가한다.Referring to the operation of the plasma generating apparatus 1 according to the above-described configuration, first placing the substrate (W) in the
이때 바이어스 전원은 5:5의 듀티 비율을 제외한 온 상태 0-99% 또는 오프 상태 1-99%의 듀티 비율로 바이어스 에너지를 공급하고, 이에 상응하는 주파수 영역은 9KHz-27MHz로 하며 바이어스 전원과 소스 전원의 공정 최적화를 위해 위상차 제어 방식을 사용한다.At this time, the bias power supplies the bias energy at the duty ratio of on-state 0-99% or off-state 1-99% except the duty ratio of 5: 5, and the corresponding frequency range is 9KHz-27MHz, and the bias power and source Phase difference control is used for process optimization of power supply.
상기 위상차 제어 방식은 동상, 역상 또는 공정 변수에도 일정한 입사파가 전달되도록 주파수 합성 또는 주파수차 등을 강제로 편이(PHASE SHIFT)시키는 것을 말한다.The phase difference control method refers to forcibly shifting the frequency synthesis or the frequency difference so as to transmit a constant incident wave to in-phase, reverse phase, or process variables.
또한, 소스 전원의 위상과 바이어스 전원의 위상은 공정 진행 스텝과 연동해서 위상차가 0~45도와 315-360도가 되도록 한다.In addition, the phase of the source power supply and the bias power supply phase are coordinated with the process progress step so that the phase difference is 0 to 45 degrees and 315 to 360 degrees.
한편, 반응성가스(CF4,C4F6,CHF6,SF4,BC13 등)가 하이브리드 벨자형 전극(10)의 반응성가스 공급홀(12)을 통과하면서 외부의 RF코일(30)에 의해 공급된 전자기장의 에너지가 이 하이브리드 벨자형 전극(10)을 통과하는 반응성가스에 전달된다.On the other hand, while the reactive gas (CF4, C4F6, CHF6, SF4, BC13, etc.) passes through the reactive
상기 전달된 에너지가 하이브리드 벨자형 전극을 통과한 반응성가스에 흡수되어 들뜬 상태가 된다.The transferred energy is absorbed by the reactive gas passing through the hybrid bell-shaped electrode to be excited.
이 에너지를 흡수한 들뜬 상태의 반응성가스는 활동성이 뛰어나서 챔버(20)로 유입되면서 약한 전자기장 에너지에도 쉽게 이온화하며, 고밀도 플라즈마 또한 쉽게 된다.The excited gas absorbed by the energy is excellent in activity and easily ionized to weak electromagnetic energy as it enters the
이를 좀 더 자세히 설명하면, 하이브리드 벨자형 전극(10)의 상부에 위치한 RF코일(20)에 소스 전원을 인가하여 고주파 전류를 흘리면 이 하이브리드 벨자형 전극(10)을 통과하는 반응성가스는 에너지를 얻게 된다.In more detail, when a high frequency current flows by applying a source power to the
그러나 플라즈마 상태가 되지는 않는다.However, it does not become a plasma state.
상기 하이브리드 벨자형 전극(10)의 중앙부로 반응성가스가 이동하면서 주변의 자장에 의해 형성된 전기장 에너지를 추가로 얻게 된다.As the reactive gas moves to the center portion of the hybrid bell-shaped
이 하이브리드 벨자형 전극(10)을 통과한 반응성가스는 에너지를 품은 상태에서 반응성가스의 기본 성질은 유지하면서 챔버(20) 내로 유입된다.The reactive gas having passed through the hybrid bell-shaped
그러면 RF코일(40)과, 챔버(20) 외곽에 위치한 ICP코일의 RF 에너지로 이온화가 이루어지면서 플라즈마가 생성되게 된다.Then, the plasma is generated while ionizing the
이때 RF코일(40)과, ICP 코일에 낮은 RF 에너지로도 플라즈마 형성이 용이하게 만들 수 있다는 장점이 있다.At this time, there is an advantage that the plasma can be easily formed even with low RF energy in the
또한, 낮은 전력의 사용으로 에너지의 절약이 가능하며 공정 가스의 분해가 쉽게 이루어져 가스 사용량도 최소화할 수 있다.In addition, it is possible to save energy by using low power and to easily dissolve the process gas, thereby minimizing gas consumption.
그리고 챔버(20) 내부를 이루고 있는 소모성 부품의 수명도 연장되어 장비 유지비용도 절감되는 효과가 있다.In addition, the lifespan of the consumable parts forming the
또한, 바이어스 에너지 비율 타이밍 방식을 적용할 경우 CD(critical dimension) 제어 및 균일도 제어와 Rox(Remain Oxide)를 제어할 수 있다.
In addition, when the bias energy ratio timing method is applied, CD (critical dimension) control, uniformity control and Rox (Remain Oxide) can be controlled.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도로서, 도 4와 다른 점은 플라즈마 생성을 위해 소스 전원이 인가되는 RF코일(30)이 2개가 아니고 하나 라는 것이다.FIG. 5 is a configuration diagram of a plasma generator according to a second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 4 is that one
나머지 구성 및 그 구성에 따른 작용은 도 4와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 약한다.
Since the rest of the configuration and the action according to the configuration is the same as in FIG.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도로서, 도 4와 다른 점은 챔버(20) 상부에 하이브리드 벨자형 전극(10)이 다수개 구비되고 그에 따라 RF코일(30,40)도 다수개로 이루어진다는 것이다.FIG. 6 is a configuration diagram of a plasma generating apparatus according to a third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 4 is that a plurality of hybrid bell-shaped
나머지 구성 및 그 구성에 따른 작용은 도 4와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 약한다.
Since the rest of the configuration and the action according to the configuration is the same as in FIG.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도로서, 도 5와 다른 점은 챔버(20) 상부에 하이브리드 벨자형 전극(10)이 다수개 구비되고 그에 따라 RF코일(30)도 다수개로 이루어진다는 것이다.7 is a configuration diagram of a plasma generating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, which is different from FIG. 5, in which a plurality of hybrid bell-shaped
나머지 구성 및 그 구성에 따른 작용은 도 4와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 약한다.
Since the rest of the configuration and the action according to the configuration is the same as in FIG.
상기 플라즈마 발생장치(10)를 통해 용량성 플라즈마 및 유도성 플라즈마를 생성할 수 있는 바. 상기 하이브리드 벨자형 전극(10)을 이용하고 RF코일(30,40)에 공급하는 소스 전원의 양을 파워분배회로(100)를 통해 분배하여 유도성 플라즈마를 생성할 수 있고, 상기 하이브리드 벨자형 전극(10)에 반응성가스만 독립적으로 공급하여 용량성 플라즈마를 생성할 수도 있다.
Capacitive plasma and inductive plasma can be generated through the
1: 플라즈마 발생장치
10: 하이브리드 벨자형 전극 20: 챔버
30,40: RF코일 50: 정전척
60: 터보펌프 70: 주파수 합성기
80a,80b: 매칭 네트워크 90: RF 필터
100: 파워분배회로1: plasma generator
10: hybrid bell-shaped electrode 20: chamber
30,40: RF coil 50: electrostatic chuck
60: turbopump 70: frequency synthesizer
80a, 80b: Matching network 90: RF filter
100: power distribution circuit
Claims (14)
상기 하이브리드 벨자형 전극은 절연 물질로 이루어지며, 반응성가스 공급홀의 크기는 0.1~11mm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 벨자형 전극.The method of claim 1,
The hybrid bell-shaped electrode is made of an insulating material, the size of the reactive gas supply hole is a hybrid bell-shaped electrode, characterized in that 0.1 ~ 11mm.
상기 하이브리드 벨자형 전극을 플라즈마 발생장치의 챔버에 상부전극, 하부전극, 측면전극 중 어느 하나 이상의 전극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 벨자형 전극,The method of claim 1,
A hybrid bell-shaped electrode, wherein the hybrid bell-shaped electrode is used as at least one of an upper electrode, a lower electrode, and a side electrode in a chamber of a plasma generator;
상기 하이브리드 벨자형 전극의 외측에 전자기장 에너지를 공급하는 RF코일이 반분되어 에워싸도록 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 벨자형 전극.The method of claim 1,
The hybrid bell-shaped electrode, characterized in that configured to be surrounded by half the RF coil for supplying electromagnetic energy to the outside of the hybrid bell-shaped electrode.
상기 반분된 RF코일은 상측과 하측이 각각 반원형을 이루어 서로 연결되는 것에 의해 하이브리드 벨자형 전극의 반을 에워싸되, 하측의 반원이 상측의 반원보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 벨자형 전극.5. The method of claim 4,
The half-divided RF coil is a hybrid bell-shaped electrode, characterized in that the upper side and the lower side is surrounded by a half of the hybrid bell-shaped electrode by being connected to each other in a semicircular shape, the lower half-circle is formed larger than the upper half-circle.
통형상의 몸체에 다수의 반응성가스 공급홀이 형성되고 상기 반응성가스 공급부가 형성된 챔버 부위에 설치되는 하이브리드 벨자형 전극;
상기 하이브리드 벨자형 전극에 전자기장 에너지를 공급하는 RF코일;
상기 RF코일에 연결되는 파워분배회로 및 소스 매칭 네트워크;
상기 챔버 내부에 위치하고 기판이 안착되는 정전척;
상기 정전척에 연결되는 바이어스 매칭 네트워크; 및
상기 소스 매칭 네트워크와 바이어스 매칭 네트워크에 연결되고 고주파를 발생시켜 외부에서 발진에 필요한 전압의 크기와 위상을 갖는 주파수를 만들어내는 주파수 합성기; 를 포함하는 플라즈마 발생장치.A chamber comprising a reactive gas supply;
A hybrid bell-shaped electrode formed in a tubular body, wherein a plurality of reactive gas supply holes are formed and installed in a chamber portion where the reactive gas supply unit is formed;
An RF coil for supplying electromagnetic energy to the hybrid bell-shaped electrode;
A power distribution circuit and a source matching network connected to the RF coil;
An electrostatic chuck positioned inside the chamber and having a substrate seated thereon;
A bias matching network coupled to the electrostatic chuck; And
A frequency synthesizer connected to the source matching network and the bias matching network to generate a high frequency to generate a frequency having a magnitude and phase of a voltage required for oscillation from the outside; Plasma generator comprising a.
상기 RF코일은 하이브리드 벨자형 전극의 상부에 위치하여 반응성가스 공급홀을 통과하는 반응성가스를 들뜬 상태로 만드는 제1RF코일인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 6,
The RF coil is a plasma generating apparatus, characterized in that the first RF coil located on the hybrid bell-shaped electrode to make the reactive gas passing through the reactive gas supply hole excited.
상기 RF코일은 하이브리드 벨자형 전극의 상부에 위치하여 반응성가스 공급홀을 통과하는 반응성가스를 들뜬 상태로 만드는 제1RF코일과,
상기 챔버의 상부에 위치하여 챔버 외측의 ICP 코일과 함께 들뜬 상태의 반응성가스를 이온화하는 제2RF코일인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 6,
The RF coil is located on top of the hybrid bell-shaped electrode and the first RF coil to make the reactive gas passing through the reactive gas supply hole excited;
And a second RF coil positioned above the chamber to ionize a reactive gas in an excited state together with the ICP coil outside the chamber.
상기 하이브리드 벨자형 전극은 하나의 챔버에 다수개 설치되고 그에 따라 제1RF코일과 제2RF코일도 다수개 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.9. The method according to claim 7 or 8,
The hybrid bell-shaped electrode is installed in a plurality of chambers and accordingly a plurality of first RF coil and a second RF coil is provided, characterized in that provided.
상기 하이브리드 벨자형 전극을 이용하고 RF코일에 공급하는 소스 전원의 양을 파워분배회로를 통해 분배하여 유도성 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 6,
And generating an inductive plasma by using the hybrid bell-shaped electrode and distributing the amount of source power supplied to the RF coil through a power distribution circuit.
상기 하이브리드 벨자형 전극에 반응성가스만 독립적으로 공급하여 용량성 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 6,
Plasma generator, characterized in that to generate a capacitive plasma by supplying only the reactive gas to the hybrid bell-shaped electrode independently.
상기 정전척에 인가되는 바이어스 전원은 5:5의 듀티 비율을 제외한 온 상태 0-99% 또는 오프 상태 1-99%의 듀티 비율을 갖고 주파수 영역은 9KHz-27MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 6,
The bias power applied to the electrostatic chuck has a duty ratio of on-state 0-99% or off-state 1-99% except for a duty ratio of 5: 5, and the frequency domain is 9KHz-27MHz.
상기 바이어스 전원과 RF코일에 인가되는 소스 전원은 위상차 제어 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method of claim 12,
And a source power applied to the bias power and the RF coil using a phase difference control method.
상기 소스 전원과 바이어스 전원의 위상차는 0~45도이거나 315-360도인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
14. The method of claim 13,
The phase difference between the source power source and the bias power source is a plasma generator, characterized in that 0 ~ 45 degrees or 315-360 degrees.
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