[논문]이중 주파수를 사용한 펄스 유도 결합 플라즈마의 특성 연구

이승민; 김경남; 김태형; 이철희; 김기석; 배정운; 염근영

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이승민 (성균관대학교 신소재공학부) , 김경남 (성균관대학교 신소재공학부) , 김태형 (성균관대학교 신소재공학부) , 이철희 (성균관대학교 신소재공학부) , 김기석 (성균관대학교 신소재공학부) , 배정운 (성균관대학교 신소재공학부) , 염근영 (성균관대학교 신소재공학부)

Plasma를 이용하는 반도체 공정에서 high density, plasma uniformity 및 electron temperature와 같은 plasma 특성을 조절하는 것은 차세대 공정 장비 개발에 있어서 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 이를 위해 2개의 다른 주파수를 사용하는 spiral type의 안테나에 pulse를 적용시켜 각각 인가되는 power를 조절함으로써 plasma의 특성을 조절하고자 하였다. 또한 pulse plasma를 적용하여 다양한 duty ratio 조건에서 plasma 특성을 확인하였으며 식각 공정을 통하여 etch selectivity를 향상시키려 하였다.

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제안 방법

공정 압력은 10mTorr을 유지하였으며 방전된 plasma의 특성분석을 위하여 Ar가스를 사용하였고 분석 장비로는 Langmuir probe와 home-made emissive probe를 사용하였다. Amorphous carbon layer(ACL)를 pattern 마스크로 갖는 SiO2 sample을 Ar/C₄F₈ 혼합가스를 이용하여 실제 식각을 진행하였으며 etch rate와 etch selectivity 결과를 얻을 수 있었다.
Spiral type의 ICP source에 각각 다른 두 개의 주파수 파워를 인가하였으며 langmuir probe를 사용하여 plasma 특성을 분석하였다. 13.
56MHz 파워는 연속파를 사용하였다. 공정 압력은 10mTorr을 유지하였으며 방전된 plasma의 특성분석을 위하여 Ar가스를 사용하였고 분석 장비로는 Langmuir probe와 home-made emissive probe를 사용하였다. Amorphous carbon layer(ACL)를 pattern 마스크로 갖는 SiO2 sample을 Ar/C₄F₈ 혼합가스를 이용하여 실제 식각을 진행하였으며 etch rate와 etch selectivity 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 두 가지 방법으로 나선형 ICP 안테나에 이중 주파수를 이용하여 사용하였다. 내부 안테나에는 12턴으로 2MHz의 RF파워가 연결되었으며, 외부 안테나에는 3턴으로 13.
56MHz의 RF파워를 연결하였다. 이 두 개의 파워를 이용하여 파워 condition에 따라 plasma 특성을 조절하려 하였으며, pulsed power를 13.56MHz와 2MHz에 각각 적용함으로써 13.56MHz 파워는 pulse모드로, 2MHz 파워는 연속파(continuous wave)를 사용하였다. 또한 2MHz 파워가 pulse모드로, 13.

대상 데이터

56MHz 파워는 pulse모드로, 2MHz 파워는 연속파(continuous wave)를 사용하였다. 또한 2MHz 파워가 pulse모드로, 13.56MHz 파워는 연속파를 사용하였다. 공정 압력은 10mTorr을 유지하였으며 방전된 plasma의 특성분석을 위하여 Ar가스를 사용하였고 분석 장비로는 Langmuir probe와 home-made emissive probe를 사용하였다.

성능/효과

Spiral type의 ICP source에 각각 다른 두 개의 주파수 파워를 인가하였으며 langmuir probe를 사용하여 plasma 특성을 분석하였다. 13.56MHz와 2MHz 모두 인가되는 power가 증가함에 따라 plasma density가 선형적으로 증가함을 보였으며, electron temperature는 반대로 감소함을 확인할 수 있었다. 또한 동일한 파워 조건 내에서 2MHz의 비율이 증가할수록 13.
Pulsed plasma를 이용할 경우 동일한 조건에서 duty ratio를 감소시킴에 따라서 주파수와 관계없이 모두 electron temperature가 감소함을 확인할 수 있었으며, plasma uniformity가 향상됨을 확인할 수 있었다. Ar/C₄F₈ 혼합가스를 이용하여 ACL/SiO₂을 etching 시 duty ratio 가 감소함에 따라 SiO₂ etching rate는 감소하였으나, etch selectivity는 증가함을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 확인하기 위하여 optical emissive spectroscopy를 이용하여 실시간으로 변하는 ion species를 확인하였으며, duty ratio가 감소함에 따라 식각에 관여하는 F peak에 비해 polymer를 형성하는 CFx peak의 비율이 상대적으로 증가함을 확인할 수 있었다.
56MHz의 비율이 증가하는 것 보다 크게 증가함을 확인할 수 있었다. Pulsed plasma를 이용할 경우 동일한 조건에서 duty ratio를 감소시킴에 따라서 주파수와 관계없이 모두 electron temperature가 감소함을 확인할 수 있었으며, plasma uniformity가 향상됨을 확인할 수 있었다. Ar/C₄F₈ 혼합가스를 이용하여 ACL/SiO₂을 etching 시 duty ratio 가 감소함에 따라 SiO₂ etching rate는 감소하였으나, etch selectivity는 증가함을 확인 할 수 있었다.
56MHz와 2MHz 모두 인가되는 power가 증가함에 따라 plasma density가 선형적으로 증가함을 보였으며, electron temperature는 반대로 감소함을 확인할 수 있었다. 또한 동일한 파워 조건 내에서 2MHz의 비율이 증가할수록 13.56MHz의 비율이 증가하는 것 보다 크게 증가함을 확인할 수 있었다. Pulsed plasma를 이용할 경우 동일한 조건에서 duty ratio를 감소시킴에 따라서 주파수와 관계없이 모두 electron temperature가 감소함을 확인할 수 있었으며, plasma uniformity가 향상됨을 확인할 수 있었다.
Ar/C₄F₈ 혼합가스를 이용하여 ACL/SiO₂을 etching 시 duty ratio 가 감소함에 따라 SiO₂ etching rate는 감소하였으나, etch selectivity는 증가함을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 확인하기 위하여 optical emissive spectroscopy를 이용하여 실시간으로 변하는 ion species를 확인하였으며, duty ratio가 감소함에 따라 식각에 관여하는 F peak에 비해 polymer를 형성하는 CFx peak의 비율이 상대적으로 증가함을 확인할 수 있었다.

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