KR20170024922A - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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김태화
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윤준호
조정현
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Abstract

플라즈마 발생 장치는 외부와 격리 가능한 반응공간을 정의하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극과, 상기 챔버의 하부에 배치되는 하부 전극과, 상기 챔버의 측벽에 배치되는 측벽 전극과, 상기 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나에 RF 펄스 전원을 공급하는 RF 펄스 전원 공급부와, 상기 측벽 전극에 직류 펄스 전원을 공급하는 직류 펄스 전원 공급부를 포함한다.

Description

플라즈마 발생 장치{Plasma generating apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 특히 RF 펄스 전원에 의해 동작하는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
RF 펄스 플라즈마 발생 장치를 이용해 웨이퍼의 식각, 증착 등의 웨이퍼 처리 공정을 수행하는 경우에는, 지속파(continuous wave, CW) 플라즈마를 이용하는 경우보다 전자 온도를 낮출 수 있어, 주입된 반응성 가스의 분해가 과도하게 이루어져 생기는 웨이퍼 손상 발생률을 낮출 수 있다. 한편, 챔버 내에서 전자들이 특정 영역에 편중되어 위치함으로써 발생할 수 있는 공정 오차를 줄이기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정 산포를 개선할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 플라즈마 발생 장치는 외부와 격리 가능한 반응공간을 정의하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극과, 상기 챔버의 하부에 배치되는 하부 전극과, 상기 챔버의 측벽에 배치되는 측벽 전극과, 상기 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나에 RF 펄스 전원을 공급하는 RF 펄스 전원 공급부와, 상기 측벽 전극에 직류 펄스 전원을 공급하는 직류 펄스 전원 공급부를 포함한다. 상기 직류 펄스 전원의 온 주기는 상기 RF 펄스 전원의 오프 주기와 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 중 제1 구간은 상기 RF 펄스 전원의 오프 주기와 오버랩되고, 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 중 상기 제1 구간을 제외한 나머지 제2 구간은 상기 RF 펄스 전원의 온 주기의 일부 구간과 오버랩될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안의 전압값은 실질적으로 일정할 수 있다. 또는, 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안의 전압값은 변화할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 전자 밀도가 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 전자 밀도보다 높을 경우, 상기 직류 펄스 전원 공급부는 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안 양의 전압을 공급할 수 있다.
상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 전자 밀도가 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 전자 밀도보다 낮을 경우, 상기 직류 펄스 전원 공급부는 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안 음의 전압을 공급할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 발생 장치는 상기 RF 펄스 전원 공급부에 제1 펄스 신호를 공급하고, 상기 직류 펄스 전원 공급부에 상기 제1 펄스 신호에 동기화된 제2 펄스 신호를 공급하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 제1 전자 밀도 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 제2 전자 밀도를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 전자 밀도에 기초하여 상기 직류 펄스 전원의 전압값을 조절할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 상기 직류 펄스 전원 및 상기 챔버 내의 전자 밀도 간의 상관 관계 모델이 저장된 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 데이터베이스에 저장된 상기 상관 관계 모델에 기초하여 상기 직류 펄스 전원의 전압값을 조절할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 외부와 격리 가능한 반응공간을 정의하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극과, 상기 챔버의 하부에 배치되는 하부 전극과, 상기 챔버의 측벽에 배치되는 측벽 전극과, 상기 상부 전극에 제1 RF 펄스 전원을 공급하는 제1 RF 펄스 전원 공급부와, 상기 하부 전극에 제2 RF 펄스 전원을 공급하는 제2 RF 펄스 전원 공급부와, 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들의 오프 주기 동안, 상기 측벽 전극에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들은 위상차를 가지며 공급되고, 상기 직류 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들이 모두 펄스 오프될 때 직류 전원을 공급할 수 있다.
상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들은 위상차를 가지며 공급되고, 상기 직류 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들 중 선택되는 RF 펄스 전원의 오프 주기 동안 직류 전원을 공급할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원 공급부들 각각에 동기화된 제1 및 제2 펄스 신호를 공급하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들의 온 주기 및 오프 주기에 동기화되도록 상기 직류 전원을 조절할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 플라즈마 발생 장치는 직류 펄스 전원이 공급되는 측벽 전극들을 구비하여, 챔버 내의 중앙 영역 및 외측 영역 각각에서의 전자 밀도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 RF 펄스 전원의 듀티 비가 높은 경우에도 챔버 내에서 전자들이 특정 영역에 편중되어 위치하는 현상을 완화하여 상기 중앙 영역과 외측 영역에서의 공정 산포를 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작과, 상기 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원에 따른 챔버 내 전자 밀도를 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작을 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작과, 상기 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원에 따른 챔버 내 전자 밀도를 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 제1 및 제2 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작을 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 발생 장치는 RF 전압이 가해지는 지점에 웨이퍼가 배열되는 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma:CCP) 방식, 플라즈마 공간에 자장을 인가하여 이온 발생 확률을 높여서 에칭하는 CCP-MERIE(Magnetically-Enhanced RIE) 방식, 마이크로웨이브 주파수를 입사시켜 공명을 발생시켜서 중성입자들을 이온화시키는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 방식, RF 코일을 사용하되 코일이 공정 챔버의 상부에만 감기는 TCP(Transformer Coupled Plasma) 방식, RF 코일을 사용하되 코일이 공정 챔버의 측면에 감기는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plama: ICP) 방식, 나선형 형태로 RF 코일을 사용하는 헬리컬 플라즈마(Helical plasma) 방식, 플라즈마를 생성하는 부분과 이온 에너지를 조절하는 부분이 서로 독립적으로 제어되는 HDP(High density plasma) 방식 등을 사용할 수도 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, RF 파워를 펄스 형태로 인가할 수 있는 플라즈마 발생 장치라면 어떤 방식도 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100)는 챔버(110), RF 펄스 전원 공급부(120), 직류 펄스 전원 공급부(130) 및 제어 유닛(140)을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 외부와 격리되는 플라즈마 반응 공간을 제공하는 것으로서, 내부에 일정 크기의 밀폐 공간을 형성하게 되며, 공정이 수행될 웨이퍼(W)의 크기나 공정 특성에 따라 다양한 크기와 형태로 구비될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 챔버(110)는 금속, 절연체 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 챔버(110)의 내부는 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 챔버(110)는 직육면체 또는 원통형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
챔버(110)의 하부에는 하부 전극(112)이 배치될 수 있다. 상기 하부 전극(112)은 웨이퍼 척(wafer chuck)으로서의 역할을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(112)은 정전력에 의해 웨이퍼를 흡착 지지하는 정전 척(Electrostatic Chuck: ESC) 일 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(112)은 기계적 클램핑(clamping) 방식의 척 또는 진공압에 의해 웨이퍼를 흡착 지지하는 진공 척(Vacuum Chuck) 일 수 있다. 도시되지 않았으나, 상기 하부 전극(112)에는 웨이퍼를 공정 온도로 가열하는 히터가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(112)은 접지될 수 있다.
상기 챔버(110)의 상부에는 상부 전극(114)이 배치될 수 있다. 상기 상부 전극(114)에는 반응가스의 플라즈마 발생을 위하여 RF 펄스 전원을 인가하는 상기 RF 펄스 전원 공급부(120)가 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 상부 전극(114)에 RF 펄스 전원 공급부(120)가 연결되고, 하부 전극(112)이 접지된 것으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 달리 상부 전극(114)이 접지되고, 하부 전극(112)에 RF 펄스 전원 공급부(120)가 연결될 수도 있다.
상기 RF 펄스 전원 공급부(120)는 상기 상부 전극(114)에 RF 펄스 전원을 공급함으로써, 챔버(110) 내부에 확산된 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되어 상기 하부 전극(112)에 배치된 웨이퍼(W)와 반응하게 할 수 있다. 즉, 상기 반응가스는 챔버(110) 내에 확산됨과 동시에 상기 상부 전극(114)에 인가되는 상기 RF 펄스 전원에 의해 플라즈마 상태로 변환되고, 이 플라즈마가 웨이퍼(W) 표면과 접촉되어 물리적 또는 화학적으로 반응하게 된다. 이러한 반응을 통해 플라즈마 어닐링, 식각, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 플라즈마 세정 등의 웨이퍼 처리 공정을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 RF 펄스 전원 공급부(120)는 RF 전원 발생기(122) 및 정합기(124)를 포함할 수 있다. 상기 RF 전원 발생기(122)는 예를 들면 고주파 RF 전원을 발생시킬 수 있다. 상기 정합기(124)는 상기 RF 전원 발생기(122)로부터 발생한 RF 전원과 후술할 제어 유닛(140)으로부터 출력된상기 펄스 신호를 혼합하여 펄스 변조된 RF 펄스 전원을 출력할 수 있다.
이에 따라 상기 RF 펄스 전원 공급부(120)가 공급하는 RF 펄스 전원은 펄스 모드로 동작될 수 있다. 이렇게 RF 전원을 펄스화하여 인가함으로써 펄스 플라즈마를 형성할 수 있다. 즉, 펄스의 온 주기(on time)에 플라즈마가 생성되며, 오프 주기(off time)에 플라즈마가 소멸될 수 있다. 상기 펄스 플라즈마를 웨이퍼 처리 공정에 이용함으로써, 지속파(CW: Continuous Wave) 플라즈마를 이용하는 경우보다 전자 온도를 낮출 수 있어, 주입된 반응성 가스의 분해가 과도하게 이루어져 생기는 웨이퍼 손상 발생률을 낮출 수 있다.
상기 챔버(110)의 측벽들에는, 복수의 측벽 전극들(116)이 배치될 수 있다.
상기 측벽 전극들(116)에는 상기 챔버(110) 내에서의 전자 또는 양이온 식각가스의 산포를 조절하기 위한 직류 펄스 전원을 공급하는 직류 펄스 전원 공급부(130)가 연결될 수 있다. 상기 측벽 전극들(116)에 상기 직류 펄스 전원이 공급됨으로써, 상기 챔버(110) 내의 중앙 영역(C 영역) 및 상기 중앙 영역(C 영역)을 둘러싸는 외측 영역(E 영역) 각각에서의 전자 밀도를 조절할 수 있게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
상기 RF 펄스 전원 공급부(120) 및 직류 펄스 전원 공급부(130)에는, 상기 RF 펄스 전원 공급부(120) 및 직류 펄스 전원 공급부(130)를 제어하는 제어 유닛(140)이 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제어 유닛(140)은 상기 RF 펄스 전원 공급부(120)에 제1 펄스 신호를 공급할 수 있다.
상기RF 펄스 전원 공급부(120)는, 상기 정합기(124)를 통해 상기 RF 전원 발생기(122)로부터 발생한 RF 전원과 상기 제어 유닛(140)으로부터 출력된 제1 펄스 신호를 혼합하여 펄스 변조된 RF 펄스 전원을 출력할 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛(140)은 상기 RF 전원의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하여, 상기 RF 전원이 펄스 변조되도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제어 유닛(140)은 상기 직류 펄스 전원 공급부(130)에 제2 펄스 신호를 공급할 수 있다. 상기 제2 펄스 신호는, 상기 제1 펄스 신호에 동기화된 펄스 신호일 수 있다. 상기 직류 펄스 전원 공급부(130)는 직류 전원과 상기 제어 유닛(140)으로부터 출력된 제2 펄스 신호를 혼합하여 직류 펄스 전원을 출력할 수 있다.
다른 일부 실시예들에서, 상기 제어 유닛(140)은 상기 제1 펄스 신호의 온 주기 및 오프 주기에 따라, 상기 직류 펄스 전원 공급부(130)가 직류 펄스 전원을 출력할 수 있도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(140)은 상기 제1 펄스 신호의 오프 주기 동안에만, 상기 직류 펄스 전원 공급부(130)가 측벽 전극들(116)에 직류 전원을 공급하도록 상기 직류 펄스 전원 공급부(130)를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작과, 상기 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원에 따른 챔버 내 전자 밀도를 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 2를 참조하는 설명에 있어서, 도 1에 도시된 플라즈마 발생 장치(100)의 일부 구성이 참조될 수 있으며, 이에 대하여는 도 1을 상호 참조하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, RF 펄스 전원(RFPP)이 RF 펄스 전원 공급부(120)로부터 상부 전극(114)으로 공급될 수 있다.
상기 RF 펄스 전원(RFPP)은 RF 전원이 펄스 모드로 공급되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 동안에 RF 전원이 공급되며, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf) 동안은 RF 전원이 공급되지 않는다. 이에 따라, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)에 플라즈마가 생성되며, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf) 동안에는 플라즈마가 소멸된다.
상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 동안, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 주파수는 예를 들면 대략 13.56MHz일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 주파수는 대략 1MHz 이상 100MHz 이하 범위에서 선택될 수 있다.
상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 듀티 비(duty ratio)는 예를 들면, 50% 이상일 수 있다. 상기 듀티 비란 플라즈마의 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)와 오프 주기(RF_Tf)의 비를 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 듀티 비가 60%인 경우 온 주기가 60%, 오프 주기가 40%인 것을 의미하며, 듀티 비가 50%인 경우 펄스 플라즈마의 온 주기와 오프 주기가 동일하다는 것을 의미할 수 있다. 듀티 비는 요구되는 웨이퍼 처리 공정에 따라 달라질 수 있으며, 듀티 비가 달라질 경우 생성되는 펄스 플라즈마의 특성에 영향을 미칠 수 있다.
직류 펄스 전원(DCPP1)은 직류 펄스 전원 공급부(130)로부터 측벽 전극들(116)로 공급될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원(DCPP1)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)에 동기화될 수 있다. 예를 들어, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 동안 펄스 오프되고, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf) 동안 펄스 온될 수 있다. 즉, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)의 온 주기(DC1_To)는 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)와 실질적으로 동일하고, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)의 오프 주기(DC1_Tf)는 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 및 오프 주기(RF_Tf)가 서로 동일할 경우, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)의 듀티 비(DC1_To/(DC1_To + DC1_Tf))는 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 듀티 비(RF_To/(RF_To + RF_Tf))와 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 동안에, 챔버(110) 내에 존재하는 전자들(미도시)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)에 의해 발생된 플라즈마 내에 트랩(trap)되나, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 펄스 오프 주기(RF_Tf) 동안에는 상기 플라즈마가 소멸하여 상기 전자들은 트랩되지 않고 자유 운동을 할 수 있게 된다. 본 실시예에서와 같이, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 펄스 오프 주기(RF_Tf) 동안에 측벽 전극들(116)에 직류 전원을 공급할 경우, 상기 자유 운동을 할 수 있는 전자들은 상기 직류 전원에 따라 웨이퍼(W)의 상면과 평행한 방향(도 1의 +X 방향 또는 -X 방향)으로 이동할 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)의 온 주기(DC1_To) 동안 측벽 전극들(116)에 +전압이 인가되어, 상기 챔버(110) 내의 전자들(미도시)은 측벽 전극들(116)로부터 인력(attractive force)을 받을 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(110) 내의 중앙 영역(C 영역)에서의 중앙 전자 밀도(Cd)는 시간에 따라 감소하게 되고, 상기 챔버(110) 내의 외측 영역(E 영역)에서의 외측 전자 밀도(Ed)는 시간에 따라 증가하게 된다.
이와 같이 측벽 전극들(116)에 +전압을 가지는 직류 펄스 전원(DCPP1)을 공급할 경우, 챔버(110) 내에서 전자들이 중앙 영역(C 영역)에 편중되어 위치하는 현상을 완화하여 중앙 영역(C 영역)과 외측 영역(E 영역)에서의 공정 산포를 개선할 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작을 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 3a 내지 도 3d에 있어서, 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
또한, 도 3a 내지 도 3d를 참조하는 설명에있어서, 도 1에 도시된 플라즈마 발생 장치(100)의 일부 구성이 참조될 수 있으며, 이에 대하여는 도 1을 상호 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면, RF 펄스 전원(RFPP)이 RF 펄스 전원 공급부(120)로부터 상부 전극(114)으로 공급되고, 직류 펄스 전원(DCPP2)이 직류 펄스 전원 공급부(130)로부터 측벽 전극들(116)로 공급될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원(DCPP2)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)에 동기화되어 공급되되, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)보다 td (s) 만큼 쉬프트(shift)되어 공급될 수 있다. 즉, 상기 직류 펄스 전원(DCPP2)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)이 온 주기(RF_To)로부터 오프 주기(RF_Tf)에 도입한 후 바로 펄스 온 되지 않고, td(s) 만큼의 시간이 경과된 후 펄스 온될 수 있다. 또한, 상기 직류 펄스 전원(DCPP2)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)이 오프 주기(RF_Tf)로부터 온 주기(RF_To)에 도입한 후 바로 펄스 오프 되지 않고, td (s) 만큼의 시간이 경과된 후 펄스 오프될 수 있다.
이와 같이 상기 직류 펄스 전원(DCPP2)이 쉬프트되어 공급될 경우, 공정상의 오차 등에 의해 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 위상이 변하는 경우에도 펄스 오프 주기에 맞춰 직류 전원을 공급할 수 있게 된다.
도 3b를 참조하면, RF 펄스 전원(RFPP)이 RF 펄스 전원 공급부(120)로부터 상부 전극(114)으로 공급되고, 직류 펄스 전원(DCPP3)이 직류 펄스 전원 공급부(130)로부터 측벽 전극들(116)로 공급될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원(DCPP3)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)에 동기화되어 공급되며, 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)뿐 아니라 온 주기(RF_To)의 일부 구간에서도 펄스 온될 수 있다. 즉, 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)의 온 주기(DC3_To) 중 제1 구간(X1)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 펄스 오프 주기(RF_Tf)와 오버랩되고, 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)의 온 주기(DC3_To) 중 제1 구간(X1)을 제외한 나머지 제2 구간(X2, X3)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)의 일부 구간과 오버랩될 수 있다.
구체적인 예를 들면, 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)가 온 주기(RF_To)로부터 펄스 오프 주기(RF_Tf)에 도입되기 전, td1 (s) 만큼의 시간 이전에 펄스 온 되고, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)가 펄스 오프 주기(RF_Tf)로부터 온 주기(RF_To)에 도입한 후, td2 (s) 만큼의 시간 이후에 펄스 오프될 수 있다. 이 경우, 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)의 온 주기(DC3_To)는 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)보다 길 수 있다.
이와 같이 상기 직류 펄스 전원(DCPP3)의 온 주기(DC3_To)가 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)의 일부 구간과 오버랩될 경우, 반사파(reflected wave) 등에 의해 상기 RF 펄스 전원(RFPP)이 왜곡 또는 상쇄되어 형성될 수 있는 동안에도 충분한 직류 전원을 공급할 수 있게 된다.
도 3c를 참조하면, RF 펄스 전원(RFPP)이 RF 펄스 전원 공급부(120)로부터 상부 전극(114)으로 공급되고, 직류 펄스 전원(DCPP4)이 직류 펄스 전원 공급부(130)로부터 측벽 전극들(116)로 공급될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)에 동기화되어 공급되며, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)의 일부 구간에서만 펄스 온될 수 있다. 예를 들어, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)가 온 주기(RF_To)로부터 오프 주기(RF_Tf)에 도입된 후, td3 (s) 만큼의 시간 이후에 펄스 온 되고, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)가 오프 주기(RF_Tf)로부터 온 주기(RF_To)에 도입하기 전, td4 (s) 만큼의 시간 이전에 펄스 오프될 수 있다.
이와 같이 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)이 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)의 일부 구간에서만 펄스 온될 경우, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To)동안 진행될 수 있는 플라즈마 처리 공정에 충분히 영향을 미치지 않는 범위 내에서 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)을 공급할 수 있게 된다.
도 3d를 참조하면, RF 펄스 전원(RFPP)이 RF 펄스 전원 공급부(120)로부터 상부 전극(114)으로 공급되고, 직류 펄스 전원(DCPP4)이 직류 펄스 전원 공급부(130)로부터 측벽 전극들(116)로 공급될 수 있다.
본 실시예에서와 같이, 측벽 전극들(116)에 직류 펄스 전원(DCPP4)을 공급할 경우, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 펄스 오프 주기(RF_Tf) 동안에 자유 운동을 할 수 있는 전자들이 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)에 따라 웨이퍼(W)의 상면과 평행한 방향(도 1의 +X 방향 또는 -X 방향)으로 이동할 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)의 온 주기(DC4_To) 동안 측벽 전극들(116)에는 -전압이 인가되어, 상기 챔버(110) 내의 전자들(미도시)은 측벽 전극들(116)로부터 척력(repulsive force)을 받을 수 있다. 이에 따라, 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 챔버(110) 내의 중앙 영역(C 영역)에서의 중앙 전자 밀도(Cd)는 시간에 따라 증가하게 되고, 상기 챔버(110) 내의 외측 영역(E 영역)에서의 외측 전자 밀도(Ed)는 시간에 따라 감소하게 된다.
이와 같이 측벽 전극들(116)에 -전압을 가지는 직류 펄스 전원(DCPP4)을 공급할 경우, 챔버(110) 내에서 전자들이 외측 영역(E 영역)에 편중되어 위치하는 현상을 완화하여 중앙 영역(C 영역)과 외측 영역(E 영역)에서의 공정 산포를 개선할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 온 주기(RF_To) 동안 펄스 오프되고, 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf) 동안 펄스 온되는 것으로 도시되었으나, 도 3a를 참조하여 상술한 것과 유사하게 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 상기 RF 펄스 전원(RFPP)보다 일정 시간만큼 쉬프트되어 공급될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 도 3b를 참조하여 상술한 것과 유사하게 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)뿐 아니라 온 주기(RF_To)의 일부 구간에서도 펄스 온될 수 있다.
다른 일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원(DCPP4)은 도 3c를 참조하여 상술한 것과 유사하게 상기 RF 펄스 전원(RFPP)의 오프 주기(RF_Tf)의 일부 구간에서만 펄스 온될 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다. 도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작과, 상기 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원에 따른 챔버 내 전자 밀도를 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 4 및 도 5를 상호 참조하면, 플라즈마 발생 장치(200)는 챔버(110), RF 펄스 전원 공급부(120), 직류 펄스 전원 공급부(230), 제어 유닛(240) 및 모니터링부(250)를 포함할 수 있다.
모니터링부(250)는 상기 챔버(110) 내 공간에 존재하는 전자들의 밀도를 모니터링하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 모니터링부(250)는 상기 챔버(110) 내 중앙 영역(C 영역)에서의 중앙 전자 밀도(Cd)와, 외측 영역(E 영역)에서의 외측 전자 밀도(Ed)를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 모니터링부(250)는 중앙 전자 밀도(Cd) 및 외측 전자 밀도(Ed)에 관한 데이터를 제어 유닛(240)으로 전달할 수 있다. 상기 제어 유닛(240)은 상기 모니터링부(250)로부터 전달받은 중앙 전자 밀도(Cd) 및 외측 전자 밀도(Ed)에 기초하여, 직류 펄스 전원 공급부(230)가 측벽 전극들(116)에 공급하는 직류 펄스 전원(DCPP6)의 전압값을 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 그래프들에 기초하여 구체적인 예를 들면, RF 펄스 전원 공급부(120)가 공급하는 RF 펄스 전원(RFPP)이 온 주기(RF_To)로부터 오프 주기(RF_Tf)에 도입하는 순간(ta1, ta2, ta3, ta4 (s))에서의 상기 중앙 전자 밀도(Cd)가 외측 전자 밀도(Ed)보다 높은 경우(예를 들면, ta1, ta2, ta4 (s)), 상기 직류 펄스 전원(DCPP6)은 펄스 온 주기 동안 + 전압을 공급할 수 있다. 반대로, RF 펄스 전원 공급부(120)가 공급하는 RF 펄스 전원(RFPP)이 온 주기(RF_To)로부터 오프 주기(RF_Tf)에 도입하는 순간(ta1, ta2, ta3, ta4 (s))에서의 상기 중앙 전자 밀도(Cd)가 외측 전자 밀도(Ed)보다 낮은 경우(예를 들면, ta3 (s)), 상기 직류 펄스 전원(DCPP6)은 펄스 온 주기 동안 - 전압을 공급할 수 있다.
이와 같이 상기 챔버(110) 내 공간에 존재하는 전자들의 밀도를 모니터링하고, 이에 기초하여 직류 펄스 전원(DCPP6)의 전압값을 조절함으로써 중앙 영역(C 영역)과 외측 영역(E 영역)에서의 공정 산포를 개선할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(300)는 챔버(110), RF 펄스 전원 공급부(120), 직류 펄스 전원 공급부(330), 제어 유닛(340) 및 데이터베이스(360)를 포함할 수 있다.
데이터베이스(360)에는 테스트 등을 통하여 획득한 직류 펄스 전원 공급부(330)가 공급할 수 있는 직류 펄스 전원 및 전자 밀도(예를 들면, 도 5의 중앙 전자 밀도(Cd) 및 외측 전자 밀도(Ed)) 간의 상관 관계 모델이 저장될 수 있다.
상기 직류 펄스 전원 및 전자 밀도 간의 상관 관계 모델은 신경망(Neural Network) 알고리즘 등의 모델링적 접근법뿐 아니라, 의사결정나무(decision tree) 분석 알고리즘 등의 비 모델링적 접근법(non modeling approach)에 의해 수립된 상관 관계를 포함하는 개념일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원 및 전자 밀도 간의 상관 관계 모델은 예를 들면 다중 선형 회귀 분석(Multiple Linear Regression) 알고리즘, 다중 비선형 회귀 분석(Multiple Nonlinear Regression) 알고리즘, 신경망(Neural Network) 알고리즘, 지지벡터회귀(Support Vector Regression) 분석 알고리즘, 최근접 이웃(KNN: K Nearest Neighbor) 회기 분석 알고리즘, 실험 계획(DOE: Design Of Experiment) 분석 알고리즘 등의 다양한 알고리즘을 통해 수립될 수 있다.
데이터베이스(360)는 상기 직류 펄스 전원 및 전자 밀도 간의 상관 관계 모델을 제어 유닛(340)으로 전달할 수 있다. 상기 제어 유닛(340)은 상기 직류 펄스 전원 및 전자 밀도 간의 상관 관계 모델에 기초하여, 직류 펄스 전원 공급부(330)가 측벽 전극들(116)에 공급하는 직류 펄스 전원을 제어할 수 있다.
이와 같이 상기 직류 펄스 전원 및 전자 밀도 간의 상관 관계 모델에 기초하여 직류 펄스 전원 공급부(330)가 공급하는 직류 펄스 전원을 제어함으로써 중앙 영역(C 영역)과 외측 영역(E 영역) 각각에서의 전자 밀도를 제어할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(400)는 챔버(410), 제1 및 제2 RF 펄스 전원 공급부들(420_1, 420_2), 직류 펄스 전원 공급부(430) 및 제어 유닛(440)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(410)는 하부 전극(412), 상부 전극 구조물(414), 측벽 전극들(416) 및 가스 배출부(418)를 포함할 수 있다.
상기 상부 전극 구조물(414)은 가스 공급부(414a), 노즐(414b) 및 상부 전극(414c)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 가스 공급부(414a)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 상부 전극 구조물(414) 내에 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 상기 가스 공급부(414a)는 상기 상부 전극 구조물(414)과 별개로 챔버(410)의 외측에 배치될 수도 있다.
상기 가스 공급부(414a)는 노즐(414b)을 통해 반응가스를 챔버(410)에 공급하고, 상기 가스 배출부(418)는 통해 가스를 배기하여 챔버(410)를 진공 상태로 유지할 수 있다.
상기 상부 전극(414c)에는 제1 RF 펄스 전원을 인가하는 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)가 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)는 제1 RF 전원 발생기(422_1) 및 제1 정합기(424_1)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 RF 전원 발생기(422_1)로부터 발생한 RF 전원과 제어 유닛(440)으로부터 출력된펄스 신호는 상기 제1 정합기(424_1)에서 혼합되어 펄스 변조된 RF 펄스 전원으로 출력할 수 있다.
상기 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)가 공급하는 제1 RF 펄스 전원은 예를 들면 소스 전원(source power)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 RF 펄스 전원은 예를 들면 대략 13.56 MHz 이상 60 MHz 미만범위의 고주파(HF: high frequency) 펄스 또는 대략 60 MHz 이상 수백 MHz 미만 범위의 초고주파(VHF: very high frequency) 펄스일 수 있다.
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 RF 펄스 전원은 다중 주파수(multi-frequency)가 혼합된 RF 펄스일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 RF 펄스 전원은 상기 초고주파(VHF) 및 고주파(HF)의 혼합 등으로 다양하게 변화시킬 수 있다.
상기 하부 전극(412)은 웨이퍼 척으로서의 역할을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(412)은 정전력에 의해 웨이퍼를 흡착 지지하는 정전 척(ESC) 일 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(412)은 기계적 클램핑 방식의 척 또는 진공압에 의해 웨이퍼를 흡착 지지하는 진공 척 일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 하부 전극(412)에는 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)가 연결될 수 있다. 상기 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)는 제2 RF 전원 발생기(422_2) 및 제2 정합기(424_2)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 RF 전원 발생기(422_2)로부터 발생한 RF 전원과 제어 유닛(440)으로부터 출력된펄스 신호는 상기 제2 정합기(424_2)에서 혼합되어 펄스 변조된 RF 펄스 전원으로 출력할 수 있다.
상기 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)가 공급하는 제2 RF 펄스 전원은 바이어스 전원(bias power)일수 있다.
상기 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)는 상기 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)가 공급하는 제1 RF 펄스 전원에 비해 낮은 주파수를 가지는 제2 RF 펄스 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 RF 펄스 전원은 예를 들면 대략 0.1 MHz 이상 13.56 MHz 미만범위의 저주파(LF: low frequency) 펄스일 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치(400)는 축전 결합 플라즈마(CCP) 방식을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상부 전극(414c)에 제1 RF 펄스 전원을 공급하고, 하부 전극(412)에 제2 RF 펄스 전원을 공급하면, 상부 전극(414c) 및 하부 전극(412) 사이에는 전기장이 유도될 수 있다. 이와 동시에 챔버(410)의 상부에 설치된 가스 주입구(414a)를 통해 반응가스가 챔버(410) 내부로 주입되면, 챔버(410)의 내부에 유도된 전기장에 의해 반응가스가 플라즈마 상태로 변형될 수 있다. 상기 생성된 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 대한 식각 또는 박막 증착 공정 등의 웨이퍼 처리 공정이 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 상부 전극(414c)에 공급되는 제1 RF 펄스 전원은 플라즈마를 점화하는 역할을 수행하고, 하부 전극(412)에 공급되는 제2 RF 펄스 전원은 플라즈마를 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 챔버(410)의 측벽들에는, 복수의 측벽 전극들(416)이 배치될 수 있다. 상기 측벽 전극들(416)에는 상기 챔버(410) 내에서의 전자 또는 양이온 식각가스의 산포를 조절하기 위한 직류 펄스 전원을 공급하는 직류 펄스 전원 공급부(430)가 연결될 수 있다.
제어 유닛(440)은 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원 공급부들(420_1, 420_2) 및 직류 펄스 전원 공급부(430)를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제어 유닛(440)은 제1 및 제2 RF 전원 발생기(422_1, 422_2) 각각에서 발생한 RF 전원과, 직류 펄스 전원 공급부(430) 내에서 발생한 직류 전원이 펄스 변조되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(440)은 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원 공급부들(420_1, 420_2) 각각이 공급하는 제1 및 제2 RF 펄스 전원과, 직류 펄스 전원 공급부(430)가 공급하는 직류 펄스 전원이 동기화되어 공급되도록 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 8을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(500)는 챔버(510), 제1 및 제2 RF 펄스 전원 공급부들(420_1, 420_2), 직류 펄스 전원 공급부(430) 및 제어 유닛(440)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(510)는 하부 전극(412), 상부 전극 구조물(514), 측벽 전극들(416) 및 가스 배출부(418)를 포함할 수 있다.
상기 상부 전극 구조물(514)은 가스 공급부(514a), 노즐(514b), 절연판(514c) 및 안테나(514d)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 가스 공급부(514a)는 도 8에 도시된 바와 같이 상부 전극 구조물(514) 내에 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 상기 가스 공급부(514a)는 상부 전극 구조물(514)과 별개로 챔버(510)의 외측에 배치될 수도 있다.
상기 가스 공급부(514a)는 노즐(514b)을 통해 반응가스를 챔버(510)에 공급하고, 상기 가스 배출부(418)는 통해 가스를 배기하여 챔버(510)를 진공 상태로 유지할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치(500)는 유도 결합 플라즈마(ICP) 방식을 사용할 수 있다. 구체적으로, 가스 배출부(418)에 의해 챔버(510)가 진공화되도록 배기된 후, 가스 공급부(514a)로부터 챔버(510)에 플라즈마를 발생하기 위한 반응가스가 공급된다. 이어서, 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)로부터의 제1 RF 펄스 전원이 안테나(514d)에 인가된다. 제1 RF 펄스 전원이 안테나(514d)에 인가됨에 따라, 안테나(514d)의 주변에는 자기력선(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 자기력선으로 인하여, 챔버(510) 내부에 유도 전기장이 형성되고, 유도 전기장은 전자를 가열하여 유도 결합 플라즈마(ICP)를 발생시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 절연판(514c)은 안테나(514d)와 하부 전극(412) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연판(514c)은 안테나(514d)와 플라즈마(미도시) 사이의 용량성 결합(Capacitive Coupling)을 감소시킴으로써, 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)로부터 공급받은 에너지가 유도성 결합(Inductive Coupling)에 의해 플라즈마로 전달되는 것을 돕는 역할을 수행할 수 있다.
안테나(514d)는 평면도 상으로 볼 때, 하나 이상의 나선 코일 형태(Spiral Coil Shape)를 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나(514d)의 형상은 나선 코일 형태 이외에도 다양한형상으로 구비될 수 있다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 제1 및 제2 RF 펄스 전원 및 직류 펄스 전원의 동작을 예시적으로 나타낸 그래프들이다.
도 9a 및 9b를 참조하는 설명에 있어서, 도 7에 도시된 플라즈마 발생 장치(400)의 일부 구성이 참조될 수 있으며, 이에 대하여는 도 7을 상호 참조하여 설명하기로 한다.
도 9a를 참조하면, 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)이 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)로부터 상부 전극(414c)으로 공급되고, 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)이 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)로부터 하부 전극(412)으로 공급되며, 직류 펄스 전원(DCPP7)이 직류 펄스 전원 공급부(430)로부터 측벽 전극들(416)로 공급될 수 있다.
상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 동기화되어 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 위상차 없이 동시에 펄스 온 및 펄스 오프될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 온 주기(RF1_To) 및 오프 주기(RF1_Tf) 각각은, 상기 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)의 온 주기(RF2_To) 및 오프 주기(RF2_Tf) 각각과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 직류 펄스 전원(DCPP7)은 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)과 동기화되어 공급될 수 있다.
예를 들어, 상기 직류 펄스 전원(DCPP1)은 도 9a에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2)의 온 주기(RF1_To, RF2_To) 동안 펄스 오프되고, 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2)의 오프 주기(RF1_Tf, RF2_Tf) 동안 펄스 온될 수 있다. 즉, 상기 직류 펄스 전원(DCPP7)의 온 주기(DC7_To)는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2)의 펄스 오프 주기(RF1_Tf, RF2_Tf)와 실질적으로 동일하고, 상기 직류 펄스 전원(DCPP7)의 오프 주기(DC7_Tf)는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2)의 온 주기(RF1_To, RF2_To)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)이 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)로부터 상부 전극(414c)으로 공급되고, 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)이 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)로부터 하부 전극(412)으로 공급되며, 직류 펄스 전원(DCPP8)이 직류 펄스 전원 공급부(430)로부터 측벽 전극들(416)로 공급될 수 있다.
상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 상호 동기화되되, 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 위상차를 가지며 공급될 수 있다. 즉, 상기 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)보다td5 (s) 만큼 쉬프트되어 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)이 온 주기(RF1_To)로부터 오프 주기(RF1_Tf)에 도입한 후 바로 펄스 온 되지 않고, td5 (s) 만큼의 시간이 경과된 후 펄스 온될 수 있다. 또한, 상기 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)이 펄스 오프 주기(RF1_Tf)로부터 온 주기(RF1_To)에 도입한 후 바로 펄스 오프 되지 않고, td6 (s) 만큼의 시간이 경과된 후 펄스 오프될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원(DCPP8)은 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2)이 모두 펄스 오프된 경우, 즉 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 펄스 오프 주기(RF1_Tf) 및 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)의 펄스 오프 주기(RF2_Tf)가 중복되는 구간에서만 펄스 온될 수 있다.
이 경우, 상기 직류 펄스 전원(DCPP8)의 온 주기(DC8_To)는 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 오프 주기(RF1_Tf) 또는 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)의 오프 주기(RF2_Tf)보다 짧고, 상기 직류 펄스 전원(DCPP8)의 오프 주기(DC8_Tf)는 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 온 주기(RF1_To) 또는 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)의 온 주기(RF2_To)보다 길 수 있다.
도 9c를 참조하면, 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)이 제1 RF 펄스 전원 공급부(420_1)로부터 상부 전극(414c)으로 공급되고, 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)이 제2 RF 펄스 전원 공급부(420_2)로부터 하부 전극(412)으로 공급되며, 직류 펄스 전원(DCPP9)이 직류 펄스 전원 공급부(430)로부터 측벽 전극들(416)로 공급될 수 있다.
도 9b를 참조하여 설명한 것과 같이 상기 제2 RF 펄스 전원(RFPP2)은 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)보다td5 (s) 만큼 쉬프트되어 공급될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 직류 펄스 전원(DCPP9)은 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들(RFPP1, RFPP2) 중 선택되는 RF 펄스 전원의 오프 주기 동안에 펄스 온될 수 있다. 예를 들어, 상기 직류 펄스 전원(DCPP9)은 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 오프 주기(RF1_Tf) 동안에 펄스 온될 수 있다.
이 경우, 상기 직류 펄스 전원(DCPP9)의 온 주기(DC9_To)는 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 오프 주기(RF1_Tf)와 실질적으로 동일하고, 상기 직류 펄스 전원(DCPP9)의 오프 주기(DC9_Tf)는 상기 제1 RF 펄스 전원(RFPP1)의 온 주기(RF1_To)와 실질적으로 동일할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
100: 플라즈마 발생 장치 110: 챔버
112: 하부 전극 114: 상부 전극
116: 측벽 전극들 120: RF 펄스 전원 공급부
122: RF 전원 발생기 124: 정합기
130: 직류 펄스 전원 공급부 140: 제어 유닛
250: 모니터링부 360: 데이터베이스

Claims (10)

  1. 외부와 격리 가능한 반응공간을 정의하는 챔버와,
    상기 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극과,
    상기 챔버의 하부에 배치되는 하부 전극과,
    상기 챔버의 측벽에 배치되는 측벽 전극과,
    상기 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나에 RF 펄스 전원을 공급하는 RF 펄스 전원 공급부와,
    상기 측벽 전극에 직류 펄스 전원을 공급하는 직류 펄스 전원 공급부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 직류 펄스 전원의 온 주기(on time)는 상기 RF 펄스 전원의 오프 주기(off time)와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 직류 펄스 전원의 온 주기 중 제1 구간은 상기 RF 펄스 전원의 오프 주기와 오버랩되고,
    상기 직류 펄스 전원의 온 주기 중 상기 제1 구간을 제외한 나머지 제2 구간은 상기 RF 펄스 전원의 온 주기의 일부 구간과 오버랩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 전자 밀도가 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 전자 밀도보다 높을 경우, 상기 직류 펄스 전원 공급부는 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안 양의 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 전자 밀도가 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 전자 밀도보다 낮을 경우, 상기 직류 펄스 전원 공급부는 상기 직류 펄스 전원의 온 주기 동안 음의 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기RF 펄스 전원 공급부에 제1 펄스 신호를 공급하고,
    상기 직류 펄스 전원 공급부에 상기 제1 펄스 신호에 동기화된 제2 펄스 신호를 공급하는 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 중앙 영역에서의 제1 전자 밀도 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 외측 영역에서의 제2 전자 밀도를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 전자 밀도에 기초하여 상기 직류 펄스 전원의 전압값을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 직류 펄스 전원 및 상기 챔버 내의 전자 밀도 간의 상관 관계 모델이 저장된 데이터베이스를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 데이터베이스에 저장된 상기 상관 관계 모델에 기초하여 상기 직류 펄스 전원의 전압값을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 외부와 격리 가능한 반응공간을 정의하는 챔버와,
    상기 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극과,
    상기 챔버의 하부에 배치되는 하부 전극과,
    상기 챔버의 측벽에 배치되는 측벽 전극과,
    상기 상부 전극에 제1 RF 펄스 전원을 공급하는 제1 RF 펄스 전원 공급부와,
    상기 하부 전극에 제2 RF 펄스 전원을 공급하는 제2 RF 펄스 전원 공급부와,
    상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들의 오프 주기 동안, 상기 측벽 전극에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들은 위상차를 가지며 공급되고,
    상기 직류 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 RF 펄스 전원들이 모두 펄스 오프될 때 직류 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
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