균일도와 효율 개선을 위한 유도 결합 플라즈마에 관한 연구

Abstract

최근 들어 높은 집적도의 에칭이나 박막 제조 공정을 위하여 플라즈마가 이용되고 있다. 공정에 응용되는 플라즈마는 수득율을 높이기 위하여 밀도가 높고(~1011cm-3), 균일성이 좋아야하고, 이온들의 비등방성을 높이기 위하여 압력이 낮을 수록 좋다. 또 이온들의 bombardment energy를 낮추기 위하여 낮은 플라즈마 포텐셜도 유리하다. ECR, Helicon등은 ICP에 비하여 높은 전자 밀도를 얻을 수 있기 때문에 높은 공정 속도를 낼 수 있지만 높은 자기장을 사용하기 때문에 플라즈마의 균일도 측면에서 좋지 않을 뿐만 아니라, 기판에 손상을 주게 되는 단점을 지니고 있다. 이런 단점들로 인하여 ICP가 많이 사용되고 있다. ICP(Inductively Coupled Plasma)는 코일의 위치와 모양에 따라 크게 두가지로 분류된다. 하나는 안테나가 챔버 옆면에 감겨있는 Solenoidal 방식이 있고, 다른 하나는 챔버의 위벽에 안테나가 위치한 Planar 방식이 있다. Planar방식은 TCP(Transfer Coupled Plasma)방식이라고도 부른다. ICP는 실제 공정에 80년대부터 이용되기 시작하였으며, 특히 요즘은 12inch wafer공정이 대부분이지만, 높은 수득율과 빠른 속도를 내기위하여 차세대 18inch wafer공정 장비의 개발이 이루어지고 있다. ICP에 사용되는 코일은 보통 고주파(~Mhz)의 파워를 넣어준다. 때문에 코일에 발생되는 전기장은 플라즈마의 밀도와 균일도에 큰 영향을 주므로 ICP 장비에서는 안테나의 모양이나 위치, 주변 환경이 플라즈마의 상태에 영향을 많이 미치게 된다. 또한 장비의 대면적화로 인하여 플라즈마와 안테나 사이의 dielectric 물질의 크기와 무게도 늘어나게 된다. 이를 지탱하기 위하여 안테나 이외의 물질도 안테나 주위에 있게 된다. 이로 인하여 안테나에 발생되는 전기장, 자기장이 주위의 물질에 영향을 받아 파워 전달 효율에도 큰 영향을 미친다. 때문에 대면적 장비에서 안테나의 디자인과 위치, 주변 환경은 플라즈마에 영향을 주는 중요한 요소들이다. 이런 요소들을 알아보고 효율을 높이기 위하여 안테나의 위치와 주위 구조물에 따른 플라즈마 특성변화를 알아 보는 것이 우선이라고 생각하였다. 이 논문에서의 첫 번째 실험은 1-turn 안테나를 제작하여 dielectric과 안테나 사이의 거리를 변경해가면서 안테나 높이에 따른 플라즈마의 밀도변화를 관찰하여 보았다. 두 번째는 공정 주파수에 따른 플라즈마의 균일도를 관찰하였다. 세 번째는 안테나 주위의 구조물이 미치는 영향을 알아보기 위하여 안테나 주위에 금속띠를 두른 후 금속띠가 플라즈마에 어떤 영향을 미치는지 알아 보았고, 실험은 주파수, 압력, 파워를 변화해가면서 하였다. 측정 장비는 플라즈마트사의 SLP2000과 MKS사의 V-I Probe를 사용하였다.