[논문]반도체 Ash 공정용 PWM 제어 Plasma 발생방법

이정호; 최대규; 최상돈; 이병국; 원충연; 김수석

문제 정의

페라이트 코어에 의한 자기 결합과 유도 전기장의 폐 루프 형성으로 전기장을 유도하여 강력한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 발생된 고밀도 플라즈마를 반도체 Ash 공정장비에 적용하여 실제 웨이퍼 상에서의 Ash 공정능력을 확인하고자 하며 이는 플라즈마 부하에서의 400kHz 고주파 전원장치의 안정적인 동작과 페라이트 코어를 사용한 새로운 유도결합 플라즈마발생방법의 유효성을 입증하기 위함이다.
본 논문에서는 기존의 방식에 비해 축전 전기장에 의한 스퍼터링 문제가 거의 없고 낮은 운전 주파수를 이용한 페라이트 코어 플라즈마 발생방식에 대하여 논하였다. 본 논문에서 제안한 플라즈마 전원장치는 기존의 13.
본 논문에서는 기존의 플라즈마 발생방법에 비해 축전 전기장에 의한 Sputtering 문제가 거의 없고 저가의 스위칭 소자 의사용이 가능하고 페라이트 코어를 이용한 플라즈마 발생 장치에 대한 기술이다. 본 논문에서 제안한 플라즈마 발생장치는 RF 전원장치와 페라이트 코어를 이용한 플라즈마 발생 챔버로 구성되어 있다.
단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 범용 전력 소자를 사용한 인버터 1단구성을 통하여 플라즈마 부하에서도 안정적인 영전압 스위칭으로 운전되는 고주파 전력 변환 장치를 제안하고자 한다. 주 전력회로는 하프 브리지 PWM 인버터로 구성되어 있으며 2개의 주스위치 모두 영전압 스위칭으로 동작한다.
본 논문에서는 유도결합 플라즈마 부하에서도 안정적으로 영 전압 스위칭으로 400kHz 고주파 전력을 출력하는 출력장치와 임피던스 정합기 및 페라이트 코어 유도결합 플라즈마의 방전 모델을 결합하여 전기적으로 유도하므로 써 상호 관계성을 '수식적으로 해석하여 반도체 Ash 공정용 플라즈마 발생 방법을 제안하고자 한다.

제안 방법

(1) 플라즈마 발생 시스템의 새로운 플라즈마 발생 방식을 수식적으로 해석하고자 플라즈마 부하를 모델링하고 임피던스 정합 개념을 접목하여 해석하였다.
(3) 400kHz 저주파 전력을 인가한 페라이트 코어 유도결합플라즈마 발생기를 반도체 Ash 공정에 적용하여 실제 웨이퍼 상에서의 Ash 능력과 플라즈마 균일도 측정을 통해 확인하였다.
본 논문에서 제안한 플라즈마 발생장치는 RF 전원장치와 페라이트 코어를 이용한 플라즈마 발생 챔버로 구성되어 있다. RF 전원장치는 기존의 13.56MHz 전원장치에 비하여 400kHz의 낮은 운전 주파수를 사용함으로써 PWM 제어 및 소프트 스위칭을 가능하게 하고 또한 페라이트 코어를 사용함으로 플라즈마와 전원장치의 결합 효율을 향상시키고자 한다. 페라이트 코어에 의한 자기 결합과 유도 전기장의 폐 루프 형성으로 전기장을 유도하여 강력한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
그림 19는 200mm 실리콘 웨이퍼 Ash Rate 시험을 위한 웨이퍼 및 측정을 위한 13 포인트 위치로서 02 3500sccm, N2 250sccm, 2.5Torr 조건에서 실시하였으며 시험 결과 평균 245, 675 A/min의 공정적용 Ash Rate를 측정하였다. 이는 400kHz의 전원을 인가하여 페라이트 코어에 의해 형성된 유도결합에 의하여 발생된 고밀도 플라즈마 형성에 의한 것으로 60, 000 ~70, 000 A/min의 기존 유도결합 플라즈마 발생 방법에 비해 3배 이상의 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
56MHz 유도결합 플라즈마 발생방법은 플라즈마와 안테나 사이어L 절연체가 존재하는 구조로서 안테나에 걸리는 전압이 B-Field 이외에 접지측을 향한 전계가 존재하며 이로 인해 양질의 플라즈마 재현성 문제를 야기 시킨다. 본 논문에서 제안한 페라이트 코어 유도결합 플라즈마 발생 방법은 페라이트 코어의 1차측.권선과 플라즈마 사이가 페라이트 코어가 존재하는 절연된 에너지 전달 구조로서 전기적으로 확실한 절연을 유지할 수가 있다.
기술이다. 본 논문에서 제안한 플라즈마 발생장치는 RF 전원장치와 페라이트 코어를 이용한 플라즈마 발생 챔버로 구성되어 있다. RF 전원장치는 기존의 13.
아르곤 (Ar) 가스를 사용하여 챔버 압력을 변화시키면서플라즈마 특성을 확인하였다. 페라이트 유도결합_플라즈마 경우 역률이 거의 1에 가깝기 때문에 같은 고주파 전력에 대해서 전류와 전압이 기존 유도결합 플라즈마의 1/10이 ■될、수 있는 것이다.
페라이트 코어에 안테나를 감는 방법은 그림 3과 같이 코어 측면을 따라 감는 것과 코어 안쪽으로 감는 방법이 있으며 본 논문에서는 그림 4와 같이 두 개의 페라이트에 의해 유도 전기장과 자기장이 발생하도록 안쪽으로 감는 방법을 적용하였다.
플라즈마 Ash 공정용 플라즈마 발생장치의 성능을 검증하기 위하여 그림 11의 고주파 발생장치의 고주파 출력을 그림 12와 같이 구성된 페라이트 코어 유도결합 플라즈마 발생 장치에 연결하여 플라즈마 발생실험을 진행하였다.
하프 브리지 방식 전력 회로부로 구성된 플라즈마 고주파 출력장치의 챔버 실험은 6.5kW 고주파 출력상태에서 특성 실험을 수행하였다. 그림 13은 모의실험 파형으로 주 스위치 Q1 의 전압파형과 전류의 파형을 나타내었고 그림 14는 주 스위치 Q1 의 전압파형과 전류의 실험파형을 나타내었다.

성능/효과

(2) 본 논문에서 제안된 페라이트 코어 유도결합 플라즈마발생방법은 일반적인 유도결합 플라즈마 발생방법과 비교하여플라즈마 전위, 역률 면에서 제안된 발생방법의 우수성을 실험을 통하여 입증하였다.
플라즈마 발생방식에 대하여 논하였다. 본 논문에서 제안한 플라즈마 전원장치는 기존의 13.56M田의 RF 전원 장치에 비하여 400kHz의 운전 주파수를 사용함으로써 저가의 스위칭 소자를 이용한 PWM 제어 및 소프트 스위칭을 가능하게 하고 부하로의 에너지 전달을 위해 페라이트 코어를 사용함으로 플라즈마와 전자기장의 결합 효율을 향상시킬 수가 있었다. 페라이트 코어에 의한 강한 자기결합과 유도 전기장의 폐루프 형성으로 인해 플라즈마 내에 강한 전기장을 유도하여 플라즈마 생성의 효율을 높일 수 있었다.
페라이트 코어에 의한 강한 자기결합과 유도 전기장의 폐루프 형성으로 인해 플라즈마 내에 강한 전기장을 유도하여 플라즈마 생성의 효율을 높일 수 있었다. 안테나 전압이 기존 13.56MHz의 유도결합 플라즈마에 비해 1/10 수준으로 낮아서 기존 유도결합 플라즈마가 가지고 있는 유전체 스퍼터링 문제가 없음을 확인하였다.
그림 13은 모의실험 파형으로 주 스위치 Q1 의 전압파형과 전류의 파형을 나타내었고 그림 14는 주 스위치 Q1 의 전압파형과 전류의 실험파형을 나타내었다. 이 전압 전류 파형을 통하여 플라즈마 부하 상태에서도 안정적인 영전압 스위칭이 이루어짐을 확인할 수 있다. 그림 15는 모의실험 파형으로 고주파 출력 전압파형이며 그림 16은 고주파 출력 전압실험파 형을 나타내었다.
5Torr 조건에서 실시하였으며 시험 결과 평균 245, 675 A/min의 공정적용 Ash Rate를 측정하였다. 이는 400kHz의 전원을 인가하여 페라이트 코어에 의해 형성된 유도결합에 의하여 발생된 고밀도 플라즈마 형성에 의한 것으로 60, 000 ~70, 000 A/min의 기존 유도결합 플라즈마 발생 방법에 비해 3배 이상의 우수한 결과를 얻을 수 있었다.回
챔버 제작에 유전체를 사용하지 않고 모든 부분을 금속으로 제작할 수 있어서 고열에도 잘 견딜 수 있고, 특히 진공 시에 세라믹 관이나 석영관으로 제작할 수밖에 없는 기존 ICP의 한계를 넘어 전기적인 차폐효과와 진공압력에 견딜 수 있는 범위를 크게 향상 시켰으며.대면적화 하기가 편리하다는 장점이 있다.
나타낸다. 페라이트 유도결합 플라즈마의 경우 압력이 mTorr 단위에서는 기존 유도결합 플라즈마에 비해 약 7~8V 정도 낮은 수준이며, 압력이 높아질수록 약 절반 수준으로 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 낮은 플라즈마 전위는 쉬스 양 단의 전위차가 낮은 것을 의미하고, 이는 이온의 손실 에너지를 감소 시켜 플라즈마의 밀도가 높아지는 결과를 갖는다.
56M田의 RF 전원 장치에 비하여 400kHz의 운전 주파수를 사용함으로써 저가의 스위칭 소자를 이용한 PWM 제어 및 소프트 스위칭을 가능하게 하고 부하로의 에너지 전달을 위해 페라이트 코어를 사용함으로 플라즈마와 전자기장의 결합 효율을 향상시킬 수가 있었다. 페라이트 코어에 의한 강한 자기결합과 유도 전기장의 폐루프 형성으로 인해 플라즈마 내에 강한 전기장을 유도하여 플라즈마 생성의 효율을 높일 수 있었다. 안테나 전압이 기존 13.

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