KR101214861B1 - Plasma generation method using amplitude modulation and plasma generation apparatus for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RF전원으로부터 전달되는 신호를 진폭 변조하여 펄스형 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성 방법을 제공한다. 또한 RF전원과; 상기 RF전원과 연결되는 전극과; 상기 RF전원과 상기 전극 사이에 설치되어 상기 RF전원의 신호를 진폭 변조하는 진폭변조부와; 상기 진폭변조부와 상기 전극 사이에 설치되는 매칭회로를 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.The present invention provides a plasma generation method for generating pulsed plasma by amplitude modulating a signal transmitted from an RF power source. RF power supply; An electrode connected to the RF power source; An amplitude modulator disposed between the RF power source and the electrode to amplitude modulate a signal of the RF power source; Provided is a plasma generating apparatus including a matching circuit provided between the amplitude modulator and the electrode.

본 발명에 따르면, 반도체소자 또는 액정표시소자의 제조과정에서 콘택홀 또는 트렌치를 형성할 때 반응기체가 콘택홀 내부에 정체되지 않도록 주기적으로 외부로 배출시킴으로써 홀의 내측벽을 과도하게 식각하는 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the contact hole or the trench is formed in the manufacturing process of the semiconductor device or the liquid crystal display device, the reactor body is periodically discharged to prevent stagnation in the contact hole, thereby preventing excessive etching of the inner wall of the hole. can do.

진폭변조, 펄스, 플라즈마, RF Amplitude modulation, pulse, plasma, RF

Description

진폭변조를 이용하여 플라즈마를 생성하는 방법 및 이를 위한 플라즈마 발생장치{Plasma generation method using amplitude modulation and plasma generation apparatus for the same} Plasma generation method using amplitude modulation and plasma generation apparatus for the same {Plasma generation method using amplitude modulation and plasma generation apparatus for the same}

도 1은 트렌치의 보우잉(bowing) 현상을 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing the bowing phenomenon of the trench

도 2는 보우잉 형성 메커니즘을 설명하기 위한 도면2 is a view for explaining a bowing forming mechanism;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도3 is a block diagram of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진폭변조부의 구성도4 is a configuration diagram of an amplitude modulator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 진폭변조된 신호를 각각 시간영역 및 주파수영역에서 도시한 도면5A and 5B show an amplitude modulated signal in a time domain and a frequency domain, respectively.

도 6a 내지 도 6c는 변조지수(m)에 따라 달라지는 파형을 나타낸 도면6A to 6C are diagrams showing waveforms that vary depending on the modulation index m.

도 7 내지 도 9는 다른 유형의 플라즈마 발생장치를 나타낸 구성도7 to 9 is a configuration diagram showing another type of plasma generating apparatus

도 10은 종래의 매칭회로 구성도10 is a configuration diagram of a conventional matching circuit

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 매칭회로의 구성도11 is a configuration diagram of a matching circuit according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Description of the Related Art [0002]

100 : 플라즈마 발생장치 110 : 챔버 100: plasma generator 110: chamber

120 : 서셉터 130 : 매칭회로120: susceptor 130: matching circuit

131 : RF센서부 132 : 제1 가변저항131: RF sensor unit 132: first variable resistor

133 : 제2 가변저항 140 : RF전원133: second variable resistor 140: RF power supply

150 : 진폭변조부 151 : 국부발진기150: amplitude modulator 151: local oscillator

152 : 혼합기 153 : 제1 증폭기152: Mixer 153: First Amplifier

154 : 제2 증폭기 155 : 위상고정루프154: second amplifier 155: phase locked loop

160 : 전극160 electrode

본 발명은 반도체소자 또는 액정표시소자(Liquid Crystal Display)의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 진폭변조의 방법으로 펄스형 RF전력을 인가하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display, and more particularly, to a plasma generator for applying pulsed RF power by an amplitude modulation method.

최근 각종 전자기기가 소형 경량화 및 고성능화 되어감에 따라 그에 사용되는 반도체 회로패턴에 있어서도 높은 집적도가 요구되는데, 한정된 면적에 보다 많은 회로패턴을 형성하기 위해 콘택홀이나 트렌치의 폭이 좁아지고 깊이가 깊어지는 추세에 있다.As various electronic devices become smaller and lighter and higher in recent years, a higher degree of integration is also required in semiconductor circuit patterns used therein. In order to form more circuit patterns in a limited area, contact holes or trenches become narrower and deeper. There is a trend.

DRAM의 경우를 예로 들면, 금속배선과 비트라인을 연결하기 위해 형성되는 콘택홀의 종횡비(Aspect Ratio, A/R)가 현재 25:1정도까지 이르고 있으며, 이 또한 향후 계속 증가할 것으로 예상된다.In the case of DRAM, for example, the aspect ratio (A / R) of a contact hole formed to connect a metal line and a bit line is currently reaching about 25: 1, which is also expected to increase in the future.

이와 같이 종횡비가 큰 콘택홀이나 트렌치를 식각하는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이 홀의 내측면이 과다 식각되어 만곡부가 생기는 보우잉(bowing) 현상이나 네킹(necking) 현상이 종종 발생한다. 홀 내측면에 보우잉 현상이나 네킹 현상이 발생하면 인접한 소자패턴과 전기적 간섭을 유발시켜 제품불량의 위험이 높아지는 문제점이 있다. When etching a contact hole or a trench having a large aspect ratio as described above, a bowing phenomenon or a necking phenomenon often occurs in which an inner side surface of the hole is excessively etched and a curved portion is formed as shown in FIG. 1. When bowing or necking occurs on the inner surface of the hole, there is a problem that the risk of product defects is increased by causing electrical interference with adjacent device patterns.

상기 현상의 발생 메커니즘에 대해서는 여러 가지 가설이 주장되고 있으나, 대체로 다음과 같은 분석이 설득력을 가지고 있다.Various hypotheses have been suggested about the mechanism of occurrence of the above phenomenon, but the following analysis is generally persuasive.

즉, 콘택홀 상부에서 입사하는 이온압력(Pi)이 홀 내부의 반응기체 압력(PN)보다 크기 때문에 반응기체가 홀 상부로 배출되지 못하고, 홀 내부에 머물면서 내측벽을 식각하기 때문에 만곡부가 생기는 현상이 발생한다는 것이다.That is, since the ion pressure Pi incident from the upper part of the contact hole is larger than the pressure of the reactor body PN in the hole, the reactant is not discharged to the upper part of the hole, and the curved part is formed because the inner wall is etched while staying inside the hole. The phenomenon occurs.

이를 보다 자세히 설명하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 공정압력(P)이 10mTorr 인 상태에서 SiO2층에 가로, 세로 및 깊이가 각각 0.1㎛, 0.1㎛, 1㎛인 콘택홀이 형성되어 있고, 상기 콘택홀의 상부에서 Ar이온이 수직으로 입사한다고 가정한다. To explain this in more detail, as shown in FIG. 2, contact holes having a width, length, and depth of 0.1 μm, 0.1 μm, and 1 μm are formed in the SiO 2 layer with a process pressure P of 10 mTorr. It is assumed that Ar ions are vertically incident on the contact hole.

공정압력이 10mTorr일 때 Ar의 밀도는 대략 3*1014개/cm3 정도이다. 이 압력 하에서 외부의 고주파전원으로부터 전력을 인가받아 플라즈마 상태가 되면, 플라즈 마 내의 Ar 이온밀도 Ni는 1011개/cm3 정도가 된다. 상온에서 Ar 이온의 속도 Vi는 대략 107cm/sec 이다.When the process pressure is 10 mTorr, the density of Ar is approximately 3 * 10 14 pieces / cm 3 . Under the pressure, when the electric power is applied from an external high frequency power source to the plasma state, the Ar ion density N i in the plasma is about 10 11 atoms / cm 3 . At room temperature, the velocity V i of Ar ions is approximately 10 7 cm / sec.

따라서 Ar 이온의 입사밀도 Jis= Ni*Vi=1018개/cm2sec이고, 표면적 A0가 10-10cm2 이므로, 콘택홀 입구에서의 이온 플럭스 Γio = Jis*A0 =108개/sec 이다. Therefore, since the incident density of Ar ions J is = N i * V i = 10 18 / cm 2 sec and the surface area A 0 is 10 -10 cm 2 , the ion flux at the inlet of the contact hole Γ io = J is * A 0 = 10 8 pieces / sec.

이러한 이온 입사밀도로 인하여 콘택홀 입구에서의 이온 입사압력 Pi는 F/A0 = Jis*Mi*Vi = 66N/m2 = 약 0.5 Torr가 된다. Due to this ion incident density, the ion incident pressure P i at the inlet of the contact hole becomes F / A 0 = J is * M i * V i = 66 N / m 2 = about 0.5 Torr.

참고로, SiO2 층의 체적 V0 = 10-14cm3 내에 포함된 SiO2 분자의 개수, Nsio는 (0.4kg/cm3)/(1*10-25kg/개)*V0 = 4*1010 개 이므로, 상기 이온 플럭스 Γio 를 이용하여 SiO2 층을 체적 V0 만큼 식각하는데 걸리는 시간은 Nsio/ Γio = 400sec 로 약 7분 정도가 소요된다.For reference, the number of SiO 2 molecules included in the volume V 0 = 10 -14 cm 3 of the SiO 2 layer, N sio is (0.4 kg / cm 3 ) / (1 * 10 -25 kg / piece) * V 0 = Since 4 * 10 10 , the time taken to etch the SiO 2 layer by volume V 0 using the ion flux Γ io is about 7 minutes with N sio / Γ io = 400sec.

초기에는 콘택홀 내부의 압력이 공정압력(P)과 동일할 것이므로, 콘택홀 내부압력은 10mTorr 정도에 불과한데, 플라즈마가 발생하여 Ar 이온이 콘택홀 내부로 입사하기 시작하면 콘택홀 입구에 가해지는 이온의 입사압력(Pi)은 0.5 Torr 까지 높아지고 이는 콘택홀 내부의 압력보다 훨씬 높은 것이다.Initially, since the pressure inside the contact hole will be the same as the process pressure (P), the pressure inside the contact hole is only about 10 mTorr. When plasma is generated and Ar ions start to enter the contact hole, the pressure is applied to the contact hole inlet. the incident pressure of the ion (P i) is increased to 0.5 Torr which is much higher than the pressure inside the contact hole.

따라서 콘택홀 내부의 반응기체가 외부로 배출되지 못하고 콘택홀 내부에 머 물면서 측벽을 식각하여 만곡부를 형성하게 된다.Therefore, the reactant inside the contact hole is not discharged to the outside, but stays inside the contact hole to form sidewalls by etching the sidewalls.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 종횡비가 큰 콘택홀 또는 트렌치를 형성하는 공정에서 이온의 입사압력 때문에 홀 내부의 반응기체가 외부로 배출되지 못하고 정체됨으로써 내벽을 과도하게 식각하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.The present invention is to solve this problem to solve the problem of excessively etching the inner wall due to stagnation of the reactant inside the hole is not discharged to the outside due to the incident pressure of ions in the process of forming a contact hole or trench with a high aspect ratio. It is for.

이를 위해 콘택홀 또는 트렌치 내부의 반응기체가 외부로 배출될 수 있는 시간을 주기적으로 부여할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다.To this end, an object of the present invention is to provide a method for periodically giving time for the reactor body inside the contact hole or trench to be discharged to the outside.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, RF전원으로부터 전달되는 신호를 진폭 변조하여 펄스형 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성 방법을 제공한다. The present invention provides a plasma generation method for generating a pulsed plasma by amplitude modulating the signal transmitted from the RF power source to achieve the above object.

이때 상기 진폭변조는 상기 RF전원의 신호와 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 서로 합성함으로써 이루어지며, 상기 RF전원의 주파수는 10 MHz 내지 100 MHz이고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수는 10 Hz 내지 1MHz 인 것이 바람직하다.At this time, the amplitude modulation is made by synthesizing the signal of the RF power and the signal of a lower frequency than the RF power, the frequency of the RF power is 10 MHz to 100 MHz, the frequency lower than the RF power is 10 Hz to 1 MHz Is preferably.

또한 상기 RF전원의 신호를 cosωct 라 하고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 1+mcosωmt (1은 직류성분, m은 변조지수)라 하면, 상기 진폭 변조된 신호는 (1+mcosωmt)cosωct 이고, 이때 ωc≥ 10ωm 또는 0.1≤m≤1.5 인 것이 바람직 하다.In addition, if the signal of the RF power supply is cosω c t and the signal having a frequency lower than that of the RF power supply is 1 + mcosω m t (1 is a DC component and m is a modulation index), the amplitude modulated signal is (1+ mcosω m t) cosω c t, where ω c ≧ 10ω m or 0.1 ≦ m ≦ 1.5.

상기 RF전원에서 공급되는 신호의 세기는 기판의 단위 면적당 20W/cm2이하로 공급되는 것이 바람직하다.The intensity of the signal supplied from the RF power supply is preferably supplied at 20 W / cm 2 or less per unit area of the substrate.

또한 본 발명은, RF전원과; 상기 RF전원과 연결되는 전극과; 상기 RF전원과 상기 전극 사이에 설치되어 상기 RF전원의 신호를 진폭 변조하는 진폭변조부와; 상기 진폭변조부와 상기 전극 사이에 설치되는 매칭회로를 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In addition, the present invention, RF power supply; An electrode connected to the RF power source; An amplitude modulator disposed between the RF power source and the electrode to amplitude modulate a signal of the RF power source; Provided is a plasma generating apparatus including a matching circuit provided between the amplitude modulator and the electrode.

상기 진폭변조부는, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 생성하는 국부발진기와; 상기 RF전원의 신호와 상기 국부발진기의 신호를 합성하는 혼합기(mixer)를 포함한다.The amplitude modulator may include a local oscillator for generating a signal having a frequency lower than that of the RF power supply; And a mixer for synthesizing the signal of the RF power supply and the signal of the local oscillator.

상기 혼합기의 후단에는 진폭변조된 신호를 증폭하는 증폭기가 설치될 수 있으며, 상기 증폭기와 병렬로 연결되며, 상기 증폭기의 출력 신호를 피드백하여 주파수를 고정하는 위상고정루프를 더 포함할 수 있다.An amplifier for amplifying the amplitude-modulated signal may be installed at the rear end of the mixer, and may further include a phase locked loop connected in parallel with the amplifier and fixing a frequency by feeding back an output signal of the amplifier.

또한 상기 매칭회로는, 상기 진폭변조부와 상기 전극의 사이에 설치되는 한편, 상기 국부발진기에도 연결되어 상기 국부발진기의 신호주기에 동기하여 상기 전극으로부터 반사되는 RF전원의 신호를 감지하는 RF센서부를 포함한다.The matching circuit may include an RF sensor unit disposed between the amplitude modulator and the electrode and connected to the local oscillator to sense a signal of an RF power reflected from the electrode in synchronization with a signal period of the local oscillator. Include.

한편, 상기 전극은 기판이 안치되는 서셉터와 독립적으로 설치될 수도 있고, 서셉터와 전극이 일체로 제조될 수도 있다.Meanwhile, the electrode may be installed independently of the susceptor on which the substrate is placed, or the susceptor and the electrode may be manufactured integrally.

본 발명은 플라즈마를 주기적으로 온/오프 시켜 콘택홀 또는 트렌치 내부에서 식각으로 인해 생성된 반응기체가 외부로 배출될 수 있는 시간을 주기 위해 고안된 것이다.The present invention is designed to give a time for the plasma generated by the etching on the inside of the contact hole or trench by periodically turning on / off the discharge time to the outside.

이미 펄스형 RF전원을 이용하여 플라즈마를 주기적으로 온/오프시키는 방식이 공지되어 있기는 하나, 펄스를 온(on)시킬 때 발생하는 아킹현상이나 RF전력의 매칭문제 등 해결되어야 할 문제점이 많기 때문에 아직까지 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.Although a method of periodically turning on / off the plasma by using a pulsed RF power source is known, there are many problems that need to be solved, such as arcing phenomenon or RF power matching problem that occurs when a pulse is turned on. It is not widely used yet.

본 발명은 종래와 같이 단순히 RF전원을 온/오프 시키는 것이 아니라 RF전원을 진폭 변조함으로써 펄스형 플라즈마를 구현하는 방법을 제공하는 것으로서, 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. The present invention provides a method of implementing a pulsed plasma by amplitude-modulating the RF power supply, rather than simply turning on / off the RF power supply as in the related art. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 진폭변조 기법을 적용한 플라즈마 발생장치(100)의 개략 구성도로서, 특히 플라즈마를 이용하는 식각장비를 나타낸 것이다.3 is a schematic configuration diagram of a plasma generating apparatus 100 to which an amplitude modulation technique is applied according to an embodiment of the present invention, and particularly, illustrates an etching apparatus using plasma.

상기 플라즈마 발생장치(100)는 일정한 반응공간을 정의하는 챔버(110)의 내부에 기판(s)을 안치하는 서셉터(120)를 구비하고, 서셉터(120)에 RF전원(140)을 연결한다. 즉, 기판이 안치된 서셉터(120)가 동시에 RF전극으로 사용되는 구성이다.The plasma generator 100 includes a susceptor 120 for placing a substrate s inside the chamber 110 defining a constant reaction space, and connects the RF power source 140 to the susceptor 120. do. That is, the susceptor 120 on which the substrate is placed is simultaneously used as an RF electrode.

RF전원(140)과 서셉터(120)의 사이에는 임피던스를 정합시키는 매칭회로(130)가 연결되며, 매칭회로(130)와 RF전원(140)의 사이에는 RF전원(140)으로부터 공급되는 신호를 진폭변조(Amplitude Modulation)하는 진폭변조부(150)가 설치된 다.A matching circuit 130 for matching impedance is connected between the RF power source 140 and the susceptor 120, and a signal supplied from the RF power source 140 between the matching circuit 130 and the RF power source 140. An amplitude modulator 150 is installed to amplitude modulate the amplitude.

진폭변조부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이, RF전원(140)과는 다른 주파수의 신호를 생성하는 국부발진기(Local Oscillator, 151)와, RF전원(140)의 신호와 상기 국부발진기(151)의 신호를 합성하는 혼합기(mixer, 152)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the amplitude modulator 150 includes a local oscillator 151 for generating a signal having a frequency different from that of the RF power supply 140, a signal of the RF power supply 140, and the local oscillator. And a mixer 152 for synthesizing the signal of 151.

이때 국부발진기(151)에서 생성되는 신호는 RF전원(140)으로부터 공급되는 신호에 비하여 낮은 주파수를 가져야 한다. RF전원(140)의 신호를 cosωct 라 하고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 1+mcosωmt (1은 직류성분, m은 변조지수)라 하면, 상기 혼합기(152)의 출력은 (1+mcosωmt) cosωct 가 된다. In this case, the signal generated by the local oscillator 151 should have a lower frequency than the signal supplied from the RF power source 140. If the signal of the RF power source 140 is cosω c t, and the signal having a frequency lower than that of the RF power source is 1 + mcosω m t (1 is a DC component and m is a modulation index), the output of the mixer 152 is (1 + mcosω m t) cosω c t.

혼합기(152)의 출력신호인 (1+mcosωmt) cosωct 는 도 5a에 도시된 바와 같이 시간에 따라 진폭이 변화하는 파형을 가지는데, 이때 포락선(envelope)의 최대폭을 A, 최소폭을 B라 하면, 변조지수 m 은 (A-B)/(A+B)를 나타낸다.The output signal of the mixer 152 (1 + mcosω m t) cosω c t has a waveform whose amplitude changes with time as shown in FIG. 5A, wherein the maximum width of the envelope is A, the minimum width. If B is B, the modulation index m represents (AB) / (A + B).

(1+mcosωmt) cosωct 를 다시 나타내면,Representing (1 + mcosω m t) cosω c t,

cosωct +(m/2)cos(ωc+ωm)t + (m/2)cos(ωc-ωm)t 가 되므로, 혼합기(152)의 출력신호에는 ωc, ωc+ωm, ωc-ωm 등의 여러 주파수가 포함된다.Since cosω c t + (m / 2) cos (ω c + ω m ) t + (m / 2) cos (ω c -ω m ) t, the output signal of the mixer 152 is ω c , ω c + Several frequencies, including ω m and ω c -ω m , are included.

본 발명에서는 RF전원(140)은 10MHz 내지 100MHz, 바람직하게는 13.56 MHz, 27.12 MHz, 60 MHz 중에서 선택되는 주파수로 제공되며, 국부발진기(151)는 10Hz 내지 1 MHz의 범위에서 제공되는데, 일반적으로는 ωc ≥ 10ωm 의 관계를 가지는 것이 바람직하다.In the present invention, the RF power source 140 is provided at a frequency selected from 10 MHz to 100 MHz, preferably 13.56 MHz, 27.12 MHz, 60 MHz, the local oscillator 151 is provided in the range of 10 Hz to 1 MHz, generally Preferably has a relationship of ω c ≥ 10ω m .

한편, RF전력의 세기는 기판의 크기에 따라 달라지지만, 기판의 단위 면적당 20W/cm2 이하의 범위에서 제공된다.On the other hand, the intensity of the RF power varies depending on the size of the substrate, but is provided in a range of 20 W / cm 2 or less per unit area of the substrate.

도 5a 및 도 5b는 m=0.5일 때, 혼합기(152)의 출력신호를 각각 시간영역과 주파수 영역에서 나타낸 것으로서, 도 5a는 RF전원(140)의 진폭이 혼합기(152)를 통과한 이후에 시간에 따라 변화하는 모습을 나타내고 있다.5A and 5B show the output signal of the mixer 152 in the time domain and the frequency domain, respectively, when m = 0.5, and FIG. 5A shows that after the amplitude of the RF power source 140 passes through the mixer 152. It is changing with time.

도 5b에 의하면 혼합기(152)를 통과한 신호에는 ωc, ωc+ωm, ωc-ωm의 세가지 주파수가 포함되어 있고, RF전원(140)의 주파수(c) 범위에서 최대전력을 가짐을 알 수 있다.According to FIG. 5B, the signal passing through the mixer 152 includes three frequencies of ω c , ω c + ω m , and ω c -ω m , and the maximum power in the frequency c range of the RF power source 140 is obtained. It can be seen that.

한편, 도 5b에는 세가지 주파수만 표시되어 있으나, 혼합기(152)를 통과하면서 고조파 합성이 이루어져 2ωc+ωm, 2ωc-ωm 등 무한개의 주파수가 발생하며, 다만 이러한 고조파신호는 신호전력이 무시할 정도로 작기 때문에 도시를 생략하였다.Meanwhile, although only three frequencies are shown in FIG. 5B, harmonic synthesis is performed while passing through the mixer 152 to generate infinite frequencies such as 2ω c + ω m and 2ω c -ω m . However, these harmonic signals have a signal power. The illustration is omitted because it is small enough to be ignored.

도 6a 내지 도 6c는 변조지수(m)가 각각 0.5, 1, 1.2 인 경우의 파형 형태를 나타낸 것으로서, 변조지수가 작을 때에는 신호의 진폭변화만 있을 뿐이고 신호의 단절이 발생하지 아니하나, 변조지수가 커질수록 신호가 시간축을 침범하여 신호의 손실이 발생하면서 신호의 단절구역이 나타난다. 6A to 6C show waveform shapes when the modulation indexes m are 0.5, 1, and 1.2, respectively, and when the modulation index is small, only the amplitude of the signal is changed and no signal disconnection occurs. The larger is, the signal intrudes the time base, resulting in signal loss, resulting in a disconnection zone of the signal.

m=(A-B)/(A+B) 이므로, 예를 들어, m=1 이면, 포락선의 최소폭 B가 0이 되어 신호의 단절이 발생하기 시작하며, m이 1보다 커질수록 신호의 단절시간이 길어진 다. m=1.2 인 경우를 나타낸 도 6c를 통해 RF전원(140)의 신호가 마치 펄스(pulse) 형태로 온/오프 되고 있음을 알 수 있다.Since m = (AB) / (A + B), for example, when m = 1, the minimum width B of the envelope becomes 0, and signal breakage starts, and as m is greater than 1, the signal break time This lengthens. It can be seen that the signal of the RF power supply 140 is turned on / off in the form of a pulse as shown in FIG. 6C illustrating the case of m = 1.2.

이에 따라 플라즈마가 주기적으로 온/오프 되어, 콘택홀이나 트렌치를 식각하는 과정에서 홀 내부의 반응기체가 외부로 배출될 수 있는 충분한 시간이 주어지게 된다.Accordingly, the plasma is periodically turned on and off, thereby giving sufficient time for the reactor inside the hole to be discharged to the outside in the process of etching the contact hole or trench.

도 6a와 같이 RF전원(140)이 완전히 온/오프 되지 않는 경우에도, RF전력이 플라즈마 발생에 필요한 임계치 이하로 낮아지면 플라즈마가 꺼지거나 이온압력이 낮아질 것이므로 같은 효과를 얻을 수 있다.Even when the RF power source 140 is not completely turned on or off as shown in FIG. 6A, when the RF power is lower than the threshold required for plasma generation, the plasma may be turned off or the ion pressure may be lowered, thereby obtaining the same effect.

변조지수 m 이 지나치게 커지면 RF전원의 오프시간이 길어지므로 본 발명에서는 RF전원(140)의 온/오프시간이 비슷하도록 m을 1.5 이하로 제한하는 한편, 최소한의 진폭변조 효과를 얻을 수 있도록 m을 0.1 이상으로 한다.When the modulation index m is too large, the off-time of the RF power becomes long, so in the present invention, m is limited to 1.5 or less so that the on / off time of the RF power source 140 is similar, and m is obtained to obtain a minimum amplitude modulation effect. 0.1 or more.

다시 도 4에서, 혼합기(152)에서 진폭변조된 신호는 증폭기를 이용하여 증폭된다. 이러한 증폭기는 하나만 설치될 수도 있으나 도시된 바와 같이 이득이 낮은 제1,2 증폭기(153,154)를 연속으로 연결하여 높은 이득을 얻을 수도 있다. 신호 손실이 크지 않다면 이러한 증폭기를 생략할 수도 있음은 물론이다. 4 again, the amplitude modulated signal in mixer 152 is amplified using an amplifier. Although only one such amplifier may be installed, high gain may be obtained by continuously connecting the first and second amplifiers 153 and 154 having low gains. Of course, these amplifiers can be omitted if the signal loss is not significant.

한편, 출력신호의 주파수가 일정하여야 챔버 내부에서 발생하는 플라즈마가 안정해지고, 공정이 균일하게 진행될 수 있으므로, 제1,2 증폭기(153,154)의 출력을 피드백하여 출력주파수를 ωc 와 ωm 으로 고정시키는 위상고정루프(155)를 제 1,2 증폭기(153,154)와 병렬로 설치할 수도 있다.On the other hand, since the plasma generated inside the chamber can be stabilized and the process can be performed uniformly when the frequency of the output signal is constant, the output frequency of the first and second amplifiers 153 and 154 is fed back to fix the output frequencies to ω c and ω m . The phase locked loop 155 may be provided in parallel with the first and second amplifiers 153 and 154.

도 4에서는 기판(s)을 안치하는 서셉터(120)가 RF전원이 인가되는 전극의 역할도 동시에 수행하고 있으나, 플라즈마 발생장치(100)의 구성방식이 이에 한정되는 것은 아니다.In FIG. 4, the susceptor 120 holding the substrate s also plays a role of an electrode to which RF power is applied, but the configuration of the plasma generating apparatus 100 is not limited thereto.

따라서 도 7에 도시된 바와 같이 서셉터(120)는 접지시키고 서셉터(120)의 상부에 전극(160)을 별도로 구비하고, 상기 전극(160)에 RF전원(140), 진폭변조부(150) 및 매칭회로(130)를 연결할 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, the susceptor 120 is grounded and separately provided with an electrode 160 on the susceptor 120, and the RF power source 140 and the amplitude modulator 150 are provided on the electrode 160. ) And the matching circuit 130 may be connected.

또한, 도 8과 같이, 도 7의 구성에 더하여 서셉터(120)에도 제2 RF전원(142)을 연결하거나, 도 9와 같이 서셉터(120)에 매칭회로(130), RF전원(140) 및 진폭변조부(150)를 연결하고 서셉터(120)의 상부에 제2 RF 전원(142)과 이에 연결되는 전극(160)을 설치할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 8, in addition to the configuration of FIG. 7, the second RF power source 142 is also connected to the susceptor 120, or the matching circuit 130 and the RF power source 140 are connected to the susceptor 120 as shown in FIG. 9. ) And the amplitude modulator 150, and the second RF power source 142 and the electrode 160 connected thereto may be installed on the susceptor 120.

이상에서 사용되는 전극(160)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma)방식의 평판 전극일 수도 있고, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 코일형 전극일 수도 있다.The electrode 160 used above may be a flat electrode of a capacitively coupled plasma (CCP) type or a coil type electrode of an inductively coupled plasma (ICP) type.

한편, 이와 같이 진폭 변조된 RF신호를 인가하는 경우에는, 종래와는 다른 방식으로 임피던스 매칭을 수행하여야 한다.On the other hand, when applying the amplitude-modulated RF signal in this way, impedance matching should be performed in a manner different from the conventional method.

종래의 임피던스 매칭회로는 도 10에 도시된 바와 같이, RF전원(10)과 전극(20) 사이의 선로에서 반사파를 감지하는 RF센서부(30), 상기 RF센서부(30)와 상기 전극(20)의 사이에 연결되는 제1 가변커패시터(40), 일단은 상기 제1 가변커패시터(40)와 상기 RF센서부(30) 사이의 선로에 연결되고 타단은 접지되는 제 2 가변커패시터(50)를 포함한다.In the conventional impedance matching circuit, as shown in FIG. 10, the RF sensor unit 30, the RF sensor unit 30, and the electrode (S) detecting a reflected wave in a line between the RF power supply 10 and the electrode 20. The first variable capacitor 40 is connected between the 20, one end of the second variable capacitor 50 is connected to the line between the first variable capacitor 40 and the RF sensor unit 30 and the other end is grounded It includes.

상기 RF센서부(10)는 상기 전극(20)으로부터의 반사전력을 지속적으로 체크하면서, 상기 반사전력이 0이 되도록 상기 제1,2 가변커패시터(40)를 조정하는 역할을 한다.The RF sensor unit 10 continuously checks the reflected power from the electrode 20 and adjusts the first and second variable capacitors 40 so that the reflected power becomes zero.

그러나 본 발명의 플라즈마 발생장치(100)에서 전극(160)에 입사되는 신호는 고주파의 RF전원(140) 신호와 저주파의 국부발진기(151) 신호가 합성된 신호이므로 반사파를 주파수별로 구분하여 감지할 필요가 있다.However, since the signal incident on the electrode 160 in the plasma generator 100 of the present invention is a signal obtained by synthesizing a high frequency RF power 140 signal and a low frequency local oscillator 151 signal, the reflected wave may be detected by frequency. There is a need.

RF전력의 대부분은 고주파 신호(c)에 의해 반송되므로, 상기 신호 대역의 신호를 감지하는 매칭회로(130)를 구성한다. Since most of the RF power is carried by the high frequency signal c, a matching circuit 130 for detecting a signal in the signal band is configured.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 진폭변조부(150)의 출력단에 연결되는 한편 상기 진폭변조부(150)의 국부발진기(151)에 연결되는 RF 센서부(131), RF센서부(131)와 전극(160)의 사이에 설치되는 제1 가변커패시터(132), 일단은 상기 RF센서부(131)와 제1 가변커패시터(132) 사이의 선로에 연결되고 타단은 접지되는 제2 가변커패시터(133)를 이용하여 매칭회로(130)를 구성한다.That is, as shown in FIG. 11, the RF sensor unit 131 and the RF sensor unit 131 connected to the output terminal of the amplitude modulator 150 and connected to the local oscillator 151 of the amplitude modulator 150. ) And a first variable capacitor 132 installed between the electrode 160 and one end of which is connected to a line between the RF sensor unit 131 and the first variable capacitor 132 and the other end of which is grounded. The matching circuit 130 is configured using 133.

이때 RF센서부(131)는 전극(160)으로부터 반사되는 반사신호를 지속적으로 감지하는 것이 아니라, 국부발진기(151)의 저주파 신호주기에 동기하여 주기적으로 RF전원의 고주파신호를 감지하도록 구성된다. In this case, the RF sensor unit 131 is configured not to continuously detect the reflected signal reflected from the electrode 160, but to periodically detect the high frequency signal of the RF power supply in synchronization with the low frequency signal period of the local oscillator 151.

따라서 저주파 신호가 동일한 조건에서, RF센서부(131)는 RF전원(140)에서 공급된 고주파 신호의 반사전력을 감지하고, 제1,2 가변커패시터(132,133)를 조정하여 고주파 반사전력을 0으로 함으로써 경로 임피던스를 매칭시킨다.Therefore, under the same conditions as the low frequency signal, the RF sensor unit 131 detects the reflected power of the high frequency signal supplied from the RF power supply 140 and adjusts the first and second variable capacitors 132 and 133 to zero the high frequency reflected power. Thereby matching the path impedance.

이를 위해 RF센서부(131)가 제1,2 가변커패시터(132,133)와 연결되어 있어야 함은 물론이다.For this purpose, the RF sensor unit 131 should be connected to the first and second variable capacitors 132 and 133.

본 발명에 따르면, 반도체소자 또는 액정표시소자의 제조과정에서 콘택홀 또는 트렌치를 형성할 때 반응기체가 콘택홀 내부에 정체되지 않도록 주기적으로 외부로 배출시킴으로써 홀의 내측벽을 과도하게 식각하는 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the contact hole or the trench is formed in the manufacturing process of the semiconductor device or the liquid crystal display device, the reactor body is periodically discharged to prevent stagnation in the contact hole, thereby preventing excessive etching of the inner wall of the hole. can do.

Claims (13)

RF전원;RF power supply; 상기 RF전원으로부터 전달되는 신호를 상기 RF전원의 신호와 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 서로 합성함으로써 진폭 변조하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 방법에 있어서,In the plasma generation method of generating a plasma by amplitude-modulated by combining the signal from the RF power source with the signal of the RF power source and a signal of a lower frequency than the RF power source, 상기 RF전원의 신호를 cosωct 라 하고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 1+mcosωmt (1은 직류성분, m은 변조지수)라 하면, If the signal of the RF power supply is called cosω c t, and the signal having a frequency lower than that of the RF power supply is 1 + mcosω m t (1 is a DC component and m is a modulation index). 상기 진폭 변조된 신호는 (1+mcosωmt)cosωct 이고, 이때 ωc≥ 10ωm 인 플라즈마 생성방법.Wherein the amplitude modulated signal is (1 + mcosω m t) cosω c t, wherein ω c ≧ 10ω m . 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 RF전원의 주파수는 10 MHz 내지 100 MHz이고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수는 10 Hz 내지 1MHz 인 플라즈마 생성방법.The frequency of the RF power source is 10 MHz to 100 MHz, the lower frequency than the RF power source is a plasma generation method of 10 Hz to 1 MHz. 삭제delete RF전원;RF power supply; 상기 RF전원으로부터 전달되는 신호를 상기 RF전원의 신호와 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 서로 합성함으로써 진폭 변조하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 방법에 있어서,In the plasma generation method of generating a plasma by amplitude-modulated by combining the signal from the RF power source with the signal of the RF power source and a signal of a lower frequency than the RF power source, 상기 RF전원의 신호를 cosωct 라 하고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 1+mcosωmt (1은 직류성분, m은 변조지수)라 하면, If the signal of the RF power supply is called cosω c t, and the signal having a frequency lower than that of the RF power supply is 1 + mcosω m t (1 is a DC component and m is a modulation index). 상기 진폭 변조된 신호는 (1+mcosωmt)cosωct 이고, 이때 0.1≤m≤1.5 인 플라즈마 생성방법.The amplitude modulated signal is (1 + mcosω m t) cosω c t, wherein 0.1 ≦ m ≦ 1.5. RF전원;RF power supply; 상기 RF전원으로부터 전달되는 신호를 상기 RF전원의 신호와 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 서로 합성함으로써 진폭 변조하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 방법에 있어서,In the plasma generation method of generating a plasma by amplitude-modulated by combining the signal from the RF power source with the signal of the RF power source and a signal of a lower frequency than the RF power source, 상기 RF전원에서 공급되는 신호의 세기는 기판의 단위 면적당 20W/cm2 이하로 공급되는 플라즈마 생성방법.The intensity of the signal supplied from the RF power source is a plasma generation method that is supplied to less than 20W / cm 2 per unit area of the substrate. RF전원과;RF power supply; 상기 RF전원과 연결되는 전극과;An electrode connected to the RF power source; 상기 RF전원과 상기 전극 사이에 설치되어 상기 RF전원의 신호를 진폭 변조하는 진폭변조부와;An amplitude modulator disposed between the RF power source and the electrode to amplitude modulate a signal of the RF power source; 상기 진폭변조부와 상기 전극 사이에 설치되는 매칭회로Matching circuit provided between the amplitude modulator and the electrode 를 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,In the plasma generating apparatus comprising: 상기 RF전원의 신호를 cosωct 라 하고, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 1+mcosωmt (1은 직류성분, m은 변조지수)라 하면, If the signal of the RF power supply is called cosω c t, and the signal having a frequency lower than that of the RF power supply is 1 + mcosω m t (1 is a DC component and m is a modulation index). 상기 진폭변조부에서 진폭 변조된 신호는 (1+mcosωmt)cosωct 이고, 이때 ωc≥ 10ωm 인 플라즈마 발생장치.The amplitude modulated signal in the amplitude modulator is (1 + mcosω m t) cosω c t, wherein ω c ≥ 10ω m . 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 진폭변조부는,The amplitude modulator, 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 생성하는 국부발진기와;A local oscillator for generating a signal having a frequency lower than that of the RF power supply; 상기 RF전원의 신호와 상기 국부발진기의 신호를 합성하는 혼합기(mixer)A mixer for synthesizing the signal of the RF power supply and the signal of the local oscillator 를 포함하는 플라즈마 발생장치.Plasma generator comprising a. 제8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 혼합기의 후단에는 진폭변조된 신호를 증폭하는 증폭기가 설치되는 플라즈마 발생장치.And an amplifier for amplifying the amplitude modulated signal at a rear end of the mixer. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 증폭기와 병렬로 연결되며, 상기 증폭기의 출력 신호를 피드백하여 주파수를 고정하는 위상고정루프를 포함하는 플라즈마 발생장치.And a phase-locked loop connected in parallel with the amplifier and for fixing a frequency by feeding back an output signal of the amplifier. RF전원과;RF power supply; 상기 RF전원과 연결되는 전극과;An electrode connected to the RF power source; 상기 RF전원과 상기 전극 사이에 설치되어 상기 RF전원의 신호를 진폭 변조하는 진폭변조부와;An amplitude modulator disposed between the RF power source and the electrode to amplitude modulate a signal of the RF power source; 상기 진폭변조부와 상기 전극 사이에 설치되는 매칭회로Matching circuit provided between the amplitude modulator and the electrode 를 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,In the plasma generating apparatus comprising: 상기 진폭변조부는 상기 RF전원보다 낮은 주파수의 신호를 생성하는 국부발진기와, 상기 RF전원의 신호와 상기 국부발진기의 신호를 합성하는 혼합기(mixer)를 포함하고,The amplitude modulator includes a local oscillator for generating a signal having a frequency lower than that of the RF power supply, and a mixer for synthesizing a signal of the RF power supply and a signal of the local oscillator. 상기 매칭회로는,The matching circuit, 상기 진폭변조부와 상기 전극의 사이에 설치되는 한편, 상기 국부발진기에도 연결되어 상기 국부발진기의 신호주기에 동기하여 상기 전극으로부터 반사되는 RF전원의 신호를 감지하는 RF센서부를 포함하는 플라즈마 발생장치.And an RF sensor unit disposed between the amplitude modulator and the electrode and connected to the local oscillator to sense a signal of an RF power reflected from the electrode in synchronization with a signal period of the local oscillator. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전극은 기판이 안치되는 서셉터와 독립적으로 설치되는 플라즈마 발생장치.The electrode is a plasma generator is installed independently of the susceptor on which the substrate is placed. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전극은 기판이 안치되는 서셉터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The electrode is a plasma generator, characterized in that the substrate is a susceptor is placed.
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