고주파 RF 인가 전극이 저주파 유도결합 플라즈마에 미치는 효과

Abstract

플라즈마는 디스플레이 및 표면 처리, 반도체 제조 과정 등 여러 분야에서 이용되고 있다. 특히 100[nm] 이하의 Device 개발이 가속화되면서 플라즈마에 의한 공정 과정 도입의 필요성이 급격히 증가하였고, 그 결과 여러 가지 플라즈마 소스를 개발하기 위하여 노력하고 있다. 현재 플라즈마 소스로써 많이 사용되고 있는 기존의 유도결합 플라즈마(ICP)는 낮은 결합률에 의해 전력 효율이나 플라즈마 발생 효율이 좋지 않고, 안테나의 전압과 전류가 상당히 높아 냉각장치를 필요로 하는 등 많은 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상대 투자율이 높은 페라이트(Ferrite)를 이용하여 측면형 페라이트 ICP 소스를 개발하게 되었다. 측면형 페라이트 ICP의 경우 안테나와 플라즈마 사이의 유도 결합률을 높여 기존의 ICP가 가지고 있던 문제점인 효율 개선 문제나 고밀도 플라즈마 발생에 관한 문제 등을 해결할 수 있게 되었다. 그러나 플라즈마 생성 부분이 측면에 위치하고 있기 때문에 높은 압력에서 플라즈마의 밀도는 측면이 높고 챔버의 가운데 부분이 낮아지는 밀도의 불균일성이 나타나게 된다. 이러한 플라즈마 밀도의 불균일성을 개선하기 위하여 측면형 페라이트 소스의 챔버 위에 평면형의 나선형 보조 안테나를 부착하여 챔버의 가운데 부분에서 보조 안테나에 의한 플라즈마 생성을 유도하여 불균일성을 개선하기 위한 실험을 수행하였다. 실험 결과 보조 안테나를 사용한 후 플라즈마 밀도의 균일도가 개선되는 결과를 보였지만 전력 공급이 낮을 때는 안테나에서 소비하는 전력량이 적어 플라즈마와 안테나의 결합이 나빠져 전체적으로 플라즈마 발생 효율이 떨어지는 결과를 나타냈다. 이러한 ICP 보조 안테나에 의한 문제점을 해결하기 위하여 보조 전극으로써 평면 전극을 챔버의 중앙에 삽입하여 플라즈마를 밀도의 균일성을 확보하고 플라즈마 발생 효율을 높이기 위한 실험을 수행하였다. 그 결과 챔버 중앙과 바깥부분 사이의 밀도의 균일도가 개선되었고, 플라즈마의 발생 효율 면에서도 상당한 개선이 보였다. 그러나 플라즈마 내부에 전극이 삽입됨으로써 보조 전극의 전력이 플라즈마의 발생과 함께 이온의 에너지 분포에 상당히 소모되므로 전력 효율을 높이기 위한 임피던스 정합 회로를 구현하면 고밀도, 고효율의 플라즈마 소스로서의 반도체 산업에의 적용과 가능성을 바라본다.