High aspect ratio contact (HARC) etching technology is also important at the upcoming semiconductor process. To achieve HARC process, high ion bombarding energy on a substrate is essential. Then we research the ion energy controlling at the plasma system which is very similar as industrial process.
In the semiconductor industry, dual frequency concept and pulsed plasma concept are used widely. Because the dual-frequency CCP have independent control property [29, 30] and the pulsed plasma can relieve charging problem on the substrate. [32] We set a dual frequency CCP system using our large area CCP chamber which is used above. We apply two dual-frequency settings. (High frequency / low frequency) One is 13.56 MHz / 2 MHz and the other is 40 MHz / 3 MHz. A pulse source is connected with LF generator to trigger pulsed LF power.
We measure bias voltage data from the point between the matcher and the chamber with 1000 : 1 probe and oscilloscope. The bias voltage is heavily relate with the ion energy. After bias voltage measurement, we use an impedance measurement system which is developed by Plasmart. [35] From the innovative apparatus, we measure real and imaginary impedance of each signal (high frequency signal and low frequency signal) From these data, we investigate the role of the each signal in our LF pulsed dual frequency plasma at various pressure and duty ratio of the pulse triggering.
본 논문에서는 차세대 반도체 공정에서 사용 할 수 있는 두 가지 축전 결합 플라즈마 기술에 대해 연구하였다. 첫 번째로, 450mm 급 대면적 플라즈마 공정을 가능하게 하기 위해 균일도 확보 방안을 모의 실험을 통해 연구하였으며, 그 결과 중앙의 원형전극 1개와 이를 둘러싼 형태인 가장자리 전극 1개로 이루어진 이중 전극 구조를 설계하여 실험하였다. 균일도 측정에는 한양대학교에서 개발한 probe array를 사용하여 29개의 지점에서 이온 밀도를 동시에 측정하여 계산하였다. 이를 통해 중앙전극과 가장자리 전극에 인가되는 전력을 조절하여 불균일도를 최대 3.7 %까지 낮춘 것을 확인하였다.
이 때, 중앙 전극보다 가장자리 전극에 조금 더 많은 전력이 인가되어야 플라즈마가 균일해지는 현상을 확인하여 이를 추가로 연구하였다. 두 개의 전극 중 하나의 전극에만 전력을 인가하고 다른 전극은 접지시키거나 플로팅(floating) 상태로 두었으며, 이 상태에서 플라즈마 분포를 다시 측정한 결과 가장자리 영역에서 발생된 입자들이 중앙 영역에서 발생된 입자들보다 더 높은 확산도를 보임을 확인하였다.
두 번째로, 펄스 플라즈마와 이중 주파수 플라즈마를 결합한 형태인 ‘저주파 펄스형 이중 주파수 플라즈마 (LF pulsed dual-frequency plasma) 에 대해 연구하였다. 펄스 플라즈마는 공정 상의 전하 축적 현상을 해결할 수 있으며, 이중 주파수 플라즈마는 플라즈마의 밀도와 이온 에너지를 독립적으로 조절이 가능하다고 기존에 많은 연구가 이루어져 왔다. 플라즈마의 측정을 위해 바이어스 전압을 측정하였으며, 플라즈마트 (사) 에서 개발한 임피던스 측정장비를 통해 고주파와 저주파 신호의 실저항과 허수저항을 동시에 측정하였다.
측정 결과 바이어스 전압은 플라즈마의 밀도와 입력 신호의 주파수, 그리고 중성 기체의 종류와 연관이 있었으며 임피던스 측정 결과 저주파 신호가 꺼지는 시점에서 상당한 플라즈마 환경의 변화를 관측할 수 있었다. 또한 펄스 트리거 신호의 듀티 비율 (duty ratio) 과 저주파 신호의 전력을 조절하여 실험한 결과 저주파 신호가 꺼지는 시점에서의 플라즈마 환경 변화는 펄스 트리거 신호가 켜진 기간동안에 인가된 저주파 신호의 에너지와 관계가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 플라즈마 장비의 회로 해석을 통하여 bulk의 실저항과 sheath의 실저항과 허수저항을 계산하고 이를 통해 펄스 플라즈마를 분석할 수 있었다.
