KR20140041651A - 다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법 - Google Patents

다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법에 관한 것이다.
본 발명의 박막 형성장치는, 다단계 펄스 전압이 인가되는 스퍼터가 설치되고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 진공 반응기; 상기 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하여 스퍼터링에 의한 고체원소를 상기 진공 반응기 내에 발생시키는 타겟; 상기 타겟을 가로질러 상기 진공 반응기 내에 자기장을 인가하는 마그네트론 유닛; 및 상기 타겟에 다단계 펄스 전압인 음의 전압과 양의 전압을 인가하는 다단계전원 인가 유닛;을 포함한다.

Description

다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법{Apparatus and method for thin films fabrication using multi-step pulse}
본 발명은 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치 및 그 형성방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 다단계 펄스(pulse)를 이용하는 스퍼터에 있어서 스퍼터 타겟에 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압인 양의 바이어스 전압이 인가되어 애프터글로우(afterglow) 상태의 이온이 이온빔 형태로 기판에 입사되어 추가적인 에너지원으로 작용함으로써, 박막의 품질이나 특성이 향상되는 박막 형성장치 및 이를 이용한 박막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 공정에 사용되는 PVD 공정에서는 증착(Evaporation), DC 또는 RF 스퍼터링, DC 또는 RF 마그네트론 스퍼터링 및 이온 플레이팅(ion plating) 방식 등 다양한 방법을 이용하여 박막 공정을 수행한다. 이 중 스퍼터링 방식은 높은 에너지를 가진 입자가 타겟에 충돌하여 타겟원자가 방출되는 원리를 이용하여 박막을 증착하는 방식으로, 여러가지 재료(금속, 화합물, 절연체 등)에서도 박막 증착이 가능하고 균일한 박막을 생성할 수 있어 널리 이용되고 있다.
이때, 스터터링은 스퍼터(sputter)에 인가되는 전원 방식에 따라 DC 또는 RF 전원 방식이 사용된다. DC 전원 방식은 전도체 재질의 타겟을 사용하며 구조가 간단하고 성막 속도가 큰 가장 표준이 되는 방식이다. 또한, RF 전원방식은 타겟이 전도체 뿐 만 아니라 절연체 또는 유전체의 사용이 가능하며, 낮은 압력에서도 운전이 가능한 특징이 있다.
일반적인 스퍼터 방식에 영구자석이나 전자석을 타겟 후면에 설치하여 형성되는 자기장 내에 전자를 가두어 플라즈마 밀도를 증가시키는 장점이 있으며, 이로 인해 타겟의 스퍼터율(sputter yield)을 높이는 장점이 있다.
한편, 스퍼터링 방식 이외의 박막 공정 방식 중 이온 플레이팅 방식은 증착하고자 하는 소스를 열이나 전자빔등을 이용해 증발시킨 후 증발된 증착 원자 또는 분자를 챔버 내의 플라즈마를 이용해서 이온화시킨다. 이온화된 증발입자는 음전위가 인가된 기판에 인가해준 음전위와 상응하는 에너지를 가지고 입사하게 된다.
또한, 일반적인 열에너지를 가진 증발 입자보다 높은 에너지를 가지고 입사된 증발 입자에 의한 박막은 박막 표면에 에너지 및 운동량 전달로 인해 치밀하고 물성이 우수한 박막을 형성하게 된다. 그러나, 이온 플레이팅 방식은 추가적인 플라즈마 발생 방법의 추가 및 높은 에너지 입사로 인한 박막의 물리적 충돌로 인한 결함이 발생할 수 있다.
박막 증착 중 기판에 입사되는 이온은 입사되는 이온의 에너지, 밀도, 기판 원자에 대한 이온의 상대적 질량비에 따라 박막의 형태(morphology), 구성요소(composition), 방향(orientation), 역학 성질(mechanical properties) 등을 변화시킨다. 기판의 전압이 너무 높으면 박막내에 결합이 발생하여 응력 상태가 증가하게 되고, 이로 인해 접착성이 저하되고 막의 질의 저하될 수 있다. 또한, 기판에 인가하는 온도 및 음전위는 박막내의 공극 형성 등 내마모, 내부식성에 영향을 주는 조직의 밀도에 영향을 미치게 된다.
이런 이온의 입사를 제어하는 방식으로 기판에 음전위를 인가하는 방식을 이용할 수 있다. 기판에 음전위를 인가하여 박막 공정 시 기판에 입사되는 이온의 에너지를 조절하고 입사되는 이온과 기판의 충돌로 인해 결정성 변화를 관찰하기도 하였다.(ref.Jianliang Lin Moore, J.J. Sproul, W.D. Lee, S.L. Jun Wang, "Effect of Negative Substrate Bias on the Structure and Properties of Ta Coatings Deposited Using Modulated Pulse Power Magnetron Sputtering", Plasma Science, 38, 3071 - 3078, 2010)
또한, 스퍼터된 고체원소가 플라즈마(plasma)를 통과하면서 이온화되고 이온화된 고체이온이 기판에 인가된 전위에 의해 기판에 입사되어 박막의 특성이 변화하는 특성을 관찰하기도 하였다.(ref. Fengjuan Jing, Yukimura, K., Hara, S., Nakano, S., Ogiso, H., Han Huang, "High-Power Pulsed Magnetron Sputtering Glow Plasma in Argon Gas and Pulsed Ion Extraction", Plasma Science, 38, 3016 - 3027, 2010)
그러나, 박막의 특성을 변화시키는 이온의 입사는 추가적인 플라즈마 발생 방법의 추가 및 기판에 전압을 인가시키기 위한 추가적인 전원 구성이 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-0716258호
따라서, 본 발명은 종래 박막 형성장치 및 형성방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 다단계 펄스(pulse)를 이용하는 스퍼터에 있어서 스퍼터 타겟에 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압인 양의 바이어스 전압이 인가되어 애프터글로우(afterglow) 상태의 이온이 이온빔 형태로 기판에 입사되어 추가적인 에너지원으로 작용함으로써, 박막의 품질이나 특성이 향상되는 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치 및 이를 이용한 박막 형성방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 다단계 펄스 전압이 인가되는 스퍼터가 설치되고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 진공 반응기; 상기 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하여 스퍼터링에 의한 고체원소 양이온을 상기 진공 반응기 내에 발생시키는 타겟; 상기 타겟을 가로질러 상기 진공 반응기 내에 자기장을 인가하는 마그네트론 유닛; 및 상기 타겟에 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압인 양의 전압(positive voltage)을 인가하는 다단계전원 인가 유닛;을 포함하는 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치가 제공됨에 의해서 달성된다.
본 발명의 박막 형성 장치는, 상기 진공 반응기 내에 스퍼터링을 발생시킬 때, 상기 타겟에 다단계의 펄스 전압이 인가되어 발생되도록 할 수 있으며, 다단계 펄스 전압의 제1 바이어스 전압(음전압)을 인가하여 플라즈마 이온을 유도함에 의해 스퍼터링이 일어나게 하고, 다단계 펄스 전압의 제2 바이어스 전압(양전압)을 인가하여 주입된 가스가 플라즈마에 의해 이온화된 가스이온과 스퍼터된 원자가 플라즈마를 통과하여 이온화된 양이온을 밀어내어 이온빔을 발생시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 제1 바이어스 전압은 음의 바이어스 전압이고, 상기 제2 바이어스 전압은 양의 바이어스 전압이 인가됨이 바람직하다.
상기 타겟은 기판에 증착하고자 하는 물질, 즉 탄소(C), 실리콘(Si), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 백금(Pt), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화인듐-주석(ITO)등 어느 하나의 원소 또는 화합물과 같이 기판 표면에 증착하고자 하는 원소로 형성됨이 바람직하다.
상기 다단계전원 인가 유닛은 스퍼터링을 위한 전압조절이 가능한 음전압과 양이온의 에너지를 조절할 수 있는 전압조절이 가능한 양전압이 모듈화되어 인가되는 파워 서플라이로 구성될 수 있다.
상기 마그네트론 유닛은 일반적인 마그네트론 스퍼터 유닛이나 타겟인 상기 타겟을 가로질러 상기 타겟 외부로 자기장을 인가하며, 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴이 레이스트랙 배열을 갖도록 함이 바람직하다. 또한 마그넷 유닛이 없는 스퍼터 구조에서도 구현이 가능하다.
상기 다단계 펄스 전압 중 스퍼터에 인가하는 음전압과 양전압의 크기, 주기 및 듀티 주기에 따라 발생된 애프터글로우(afterglow) 상태의 양이온이 기판에 입사되어 박막의 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법은 애프터글로우(afterglow) 상태의 이온이 이온빔 형태로 기판에 입사되어 추가적인 에너지원으로 작용하여 박막의 품질이나 특성을 향상시키는 장점이 있다. 기존에 보고되는 펄스를 이용한 스퍼터링 방식에서 스퍼터에 인가하는 전원의 특성상 발생하는 리버스 타임(reverse time)의 초기에서 오버슈팅(overshooting)된 전압에 의한 양이온의 효과가 박막의 품질을 향상시키는 효과가 있으나 양전압의 크기의 조절이나 지속이 어렵다. 그러나, 본 발명에 따른 방식을 이용하면 양이온을 발생시키기 위한 양전압의 조절이나 지속 시간을 조절하여 원하는 에너지와 플럭스를 가진 양이온을 기판에 입사시켜 박막의 특성이 향상될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 형성장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압의 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압에 따라 형성된 양이온의 에너지 분포도.
도 4는 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압에 따라 형성된 Ti 박막의 결정성 변화의 예
본 발명에 따른 다단계 펄스 기술을 이용한 박막 형성장치 및 박막 형성방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 박막 형성장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압의 예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압에 따라 형성된 양이온의 에너지 분포도이며, 도 4는 본 발명에 따른 박막 형성장치에 적용되는 다단계 펄스 전압에 따라 형성된 Ti 박막의 결정성 변화의 예이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 형성장치는 진공 반응기(100), 타겟(110), 마그네트론 유닛(120) 및 다단계전원 인가 유닛(130)을 포함할 수 있다.
상기 진공 반응기(100)는 스퍼터가 장착되며, 진공 반응기로 유입된 가스가 스퍼터에 인가되는 음전압에 의하여 방전됨에 의해서 플라즈마를 생성하게 된다. 즉, 상기 진공반응기(100) 상부에 설치된 스퍼터에서 플라즈마 이온과 전자들의 집단인 플라즈마가 생성될 수 있다.
이때, 플라즈마는 어느 하나의 방식에 의해서 형성되는 것이 아니라 다양한 방식의 플라즈마 방식에 의해서 생성될 수 있다.
상기 진공반응기 상부에 설치된 스퍼터에서 생성된 플라즈마 이온은 다단계전원 인가 유닛(130)에 의해 음의 전압과 양의 전압이 교대로 인가될 수 있으며, 다단계전원 인가 유닛(130)에서 타겟(110)에 제1 바이어스 전압인 음의 전압이 인가됨에 따라 플라즈마 이온이 타겟(110)과 충돌하여 스퍼터링이 발생되고, 진공 반응기(100) 하부의 기판(140)에 타겟(110)으로부터 스퍼터링된 고체원소(n)에 의해 박막이 형성될 수 있다.
또한, 기판(140)에 박막이 형성된 후 다단계전원 인가 유닛(130)에서 제2 바이어스 전압인 양의 전압이 인가됨에 따라 타겟(110) 근방의 애프터글로우 상태의 양이온(+)이 기판(140)에 입사되어 에너지의 전달이 이루어짐으로써, 기판(140)에 온도를 가하는 것과 같은 효과를 나타내게 됨에 따라 박막의 특성이 향상될 수 있다.
이때, 양이온(+)의 적절한 에너지는 양의 전압을 조절하여 양이온(+)의 에너지 조절이 이루어질 수 있으며, 플럭스의 조절도 가능할 수 있다. 그리고, 상기 타겟(110)의 상부에서 타겟(110)을 가로질러 자기장이 인가될 수 있으며, 자기장의 인가는 상기 진공 반응기(100)의 상부에 설치된 마그네트론 유닛(120)을 통해 인가될 수 있다.
이를 위하여 마그네트론 유닛(120)은 중앙폴(121)과 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴(122)로 이루어진 레이스 트랙 배열을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 레이스 트랙을 따라 회전하는 전자는 중성 상태로 스퍼터링된 고체원소와 충돌하여 플라즈마 상태의 고체원소 양이온을 생성하게 되고, 이를 통해 타겟 근방에서 고체원소 양이온의 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 마그넷 유닛이 없는 스퍼터 구조에서도 구현 가능할 수 있다.
이때, 상기 다단계전원 인가 유닛(130)은 스위칭에 의해 양의 전압과 음의 전압이 교대로 인가되는 파워 서플라이로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 박막 형성장치의 동작 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 진공 반응기(100)에 구비된 가스 유입구(도면 미도시)를 통해 플라즈마 처리가스가 진공 반응기 내부로 유입된다. 유입된 방전 가스는 진공 반응기 상부에 설치된 스퍼터에 다단계전원 인가 유닛(130)을 통해 인가된 다단계 펄스 전압 중 제1 바이어스 전압인 음의 전압에 의해 플라즈마가 발생하게 된다.
또한, 상기 진공 반응기 내의 플라즈마에 의한 양이온의 밀도 증가를 위하여 추가적인 플라즈마 소스 설치가 가능할 수 있다. 이때, 플라즈마는 앞서 설명한 바와 같이 다양한 방식, 즉 축전용량성 플라즈마 방전, 유도결합형 플라즈마 방전, 플라즈마 웨이브를 이용한 헬리콘 방전 및 마이크로웨이브 플라즈마 방전 등의 방식을 통해 전환될 수 있으며, 이러한 방식에 의해 한정되는 것은 아니고 이 외의 방식으로 전환될 수 있다.
다음, 스퍼터에 인가되는 다단계 펄스 전압 중 다단계전원 인가 유닛(130)에서 제1 바이어스 전압인 음의 전압에 의해 발생된 플라즈마의 이온이 타겟(110)과 충돌하여 고체 원소가 스퍼터링된 원자(n)가 기판(140)에 입사하게 됨으로써, 기판 표면에 박막이 형성될 수 있다.
이때, 제1 바이어스 전압 이 후에 방전 전압 이하로 전압이 인가되면 플라즈마는 소멸되지만 플라즈마가 소멸되기 전 애프터글로우(afterglow) 상태가 일정 시간동안 유지된다.
상기 다단계전원 인가 유닛(130)에서 스퍼터에 교대로 인가되는 다단계 펄스 중 제2 바이어스 전압인 양의 전압이 인가되고, 양의 전압이 인가되면 플라즈마가 소멸되기 전인 애프터글로우(afterglow) 상태에서 플라즈마에서의 양이온(+)이 양의 전압이 인가된 타겟(110)의 전압에 의해 이온빔(ion beam)의 형태로 기판(140)에 입사하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 박막 형성방법은, co-sputter를 이용한 방식에서도 상기 양이온에 의한 박막의 특성이 향상되게 상기 기판에 에너지가 인가되게 할 수도 있다.
다단계 펄스 중 제2 바이어스 전압인 양의 전압에 의한 양이온의 에너지를 측정한 실험 결과는 도 3에 도시된 양이온의 에너지 분포도와 같다. 도 3의 실험 조건은 주입가스인 아르곤의 압력이 1.5 mTorr이고, 모듈레이터(modulator)의 주파수(frequency)와 듀티 사이클(duty cycle)은 각각 5 kHz와 20 % 이다.
또한, 스터퍼에 인가되는 다단계 펄스 전압 중 제 1 바이어스 전압은 -400 V 이고 제 2 바이어스 전압은 0, 100, 200, 300 V로 변화하여 실험한 결과이다. 양이온의 에너지는 이온 분석기를 이용하여 측정하였으며 실험결과 스퍼터에 인가하는 다단계 펄스 전압 중 제 2 바이어스 전압이 변화함에 따라 양이온의 에너지가 변화됨을 볼 수 있다.
이와 같이 입사된 양이온은 기판(140)에 열을 인가하는 것과 같이 에너지 전달이 이루어져 박막의 특성을 향상시킬 수 있다. 양의 이온빔 에너지는 다단계전원 인가 유닛(130)에서 제2 바이어스 전압인 양의 전압을 조절하여 조절할 수 있으며, 펄스 주파수(pulse frequency) 및 듀티 사이클(duty cycle)을 조절하여 양의 이온빔 에너지와 플럭스가 조절될 수 있다.
이처럼 다단계 펄스 전압 중 제1 바이어스 전압인 음의 전압에 의해 원하는 물질(타겟의 재질에 따른 물질)을 스퍼터링하여 기판에 박막을 형성하고, 교대로 인가되는 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압인 양의 전압을 인가하여 양의 이온빔을 박막에 입사시켜 에너지를 전달시키는 과정을 반복하여 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 타겟(110)에 인가되는 다단계 펄스 전압 중 음의 전압은 통상 -100V 내지 -2000V, 바람직하게는 -300V 내지 -1000V의 펄스 전압이 인가될 수 있다.
또한, 상기 타겟(110)에 인가되는 다단계 펄스 전압 중 양의 전압은 통상 0V 내지 1000V, 바람직하게는 10V 내지 500V의 전압이 인가될 수 있는데 이는 박막의 특성을 향상시키는 적절한 에너지에 의해서 변화할 수 있다.
상기 인가되는 전압은 기재된 전압에 한정되는 것은 아니고, 고체원소의 종류와 박막의 품질을 향상시키는 적절한 에너지 등을 고려하여 조절될 수 있다.
그리고, 상기 기판에 입사되는 상기 양이온의 에너지 조절이 가능하도록 상기 기판에 전압인가가 가능하도록 할 수도 있으며, 상기 기판에 상기 양이온에 의한 에너지 전달 외에 추가적인 에너지 전달이 이루어지도록 상기 기판에 온도 인가가 가능하도록 할 수도 있다.
한편, 다단계 펄스 전압을 이용하여 박막의 특성 변화는 도 4와 같다.
도 4에 도시된 박막의 특성 변화는 Ti 박막의 결정성 변화를 살펴보기 위한 도면으로, 도 4의 실험 조건은 티타늄(Ti)을 타겟 물질로 이용하였으며 주입가스인 아르곤의 압력은 3.6 mTorr이다. 모듈레이터(Modulator)의 주파수(frequency)와 듀티 사이클(duty cycle)은 각각 15 kHz와 60 % 이며 스터퍼에 인가되는 다단계 펄스 중 제 1 바이어스 전압은 -600V 이고, 제 2 바이어스 전압은 0, 100, 200V로 변화하였다. 티타늄(Ti) 박막의 결정성의 변화를 관찰하기 위해 XRD로 측정하였으며 측정결과 스퍼터에 인가되는 다단계 펄스 전압 중 제 2 바이어스 전압이 변화함에 따라 양이온의 에너지가 변화되고 이로 인해 박막 형성 시 결정면의 변화가 발생되는 것을 확인할 수 있다.
제2 바이어스 전압이 0V인 경우에는 대부분 (002) 결정면 방향으로 증착되지만 제2 바이어스 전압이 200V로 증가하면 대부분 (100) 결정면 방향으로 증착되는 것을 확인할 수 있다.
이는 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압에 의해 박막에 입사하는 양이온에 의한 에너지 전달이 이루어져 박막의 특성이 변화된 것이다.
본 명세서에 기재되는 실시예와 도면에 도시되는 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100. 진공 반응기 110. 타겟
120. 마그네트론 유닛 130. 다단계전원 인가 유닛
140. 기판

Claims (14)

  1. 다단계 펄스 전압이 인가되는 스퍼터가 설치되고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 진공 반응기;
    상기 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하여 스퍼터링에 의한 고체원소를 발생시키는 타겟;
    상기 타겟을 가로질러 상기 진공 반응기 내에 자기장을 인가하는 마그네트론 유닛; 및
    상기 타겟에 다단계 펄스 전압의 제1 바이어스 전압인 음의 전압과 제2 바이어스 전압인 양의 전압을 교대로 인가하는 다단계전원 인가 유닛으로서, 상기 다단계전원 인가 유닛은 음의 전압과 양의 전압의 크기를 독립적으로 제어 가능하도록 구성된 다단계전원 인가 유닛을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟은, 기판에 증착하고자 하는 물질, 즉 탄소(C), 실리콘(Si), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 백금(Pt), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화 인듐-주석(ITO) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막 형성장치는, 상기 진공 반응기 내에 플라즈마를 발생시킬 때, 상기 타겟에 다단계의 펄스 전압이 인가되어 발생되며,
    상기 음의 전압의 인가시 플라즈마 이온이 유도되어 스퍼터링된 원자(n)가 기판에 입사되어 박막이 형성되고,
    상기 양의 전압의 인가시 애프터글로우 상태의 플라즈마 양이온 및 플라즈마에 의해 이온화된 스퍼터링된 고체원소를 밀어내어 이온빔의 형태로 스퍼터된 박막에 입사하여 에너지 전달이 이루어지는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판에 상기 양이온에 의한 에너지 전달 외에 추가적인 에너지 전달이 이루어지도록 상기 기판에 온도를 인가하기 위한 가열수단 또는 추가적인 전압이 상기 기판에 인가되도록 추가 전압인가수단을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 음의 전압의 절대치가 상기 양의 전압의 절대치보다 큰,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 양이온은
    - 주입된 기체가 이온화되어 발생된 양이온; 및
    - 타겟이 스퍼터링되어 발생된 고체원소가 플라즈마에 의해 이온화된 고체양이온인,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성장치.
  7. 다단계 펄스를 이용한 박막 처리방법에 있어서,
    a) 진공 반응기로 방전 가스를 유입시키고, 스퍼터에 다단계 펄스 전압을 인가하여, 플라즈마를 발생시키는 단계;
    b) 상기 스퍼터에 인가된 다단계 펄스 전압 중 제1 바이어스 전압인 음의 전압에 의해 발생된 플라즈마의 이온이 타겟에 충돌하여 스퍼터링된 고체원자(n)가 기판에 입사되어 박막을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 스퍼터에 인가된 다단계 펄스 전압 중 제2 바이어스 전압인 양의 전압에 의해 애프터글로우 상태의 플라즈마의 양이온(+)이 이온빔의 형태로 상기 기판에 입사되어 상기 기판에 에너지 전달에 의해서 박막의 특성을 향상시키는 단계를 포함하는 박막 형성방법으로서,
    상기 다단계 펄스 전압은 음의 전압과 양의 전압의 크기를 독립적으로 제어 가능하도록 구성된 다단계 펄스 기술에 의한,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 음의 전압의 절대치가 상기 양의 전압의 절대치보다 큰,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 박막의 특성을 향상시키는 c) 단계는:
    각 박막 형성 공정에서 적합한 에너지로 조절 가능하도록, 다단계 펄스 기술을 이용하여, 플라즈마 양이온을 발생시키는 음의 전압 및 양이온의 에너지를 변화시키는 양의 전압을 개별적으로 제어하고, 주파수(frequency) 및 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하는 단계를 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 박막의 특성을 향상시키는 c) 단계는:
    co-sputter를 이용한 방식에서도 상기 양이온에 의한 박막의 특성의 향상을 위해 상기 기판에 에너지가 인가되도록, 양의 전압을 제어하는 단계를 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 박막의 특성을 향상시키는 c) 단계는:
    상기 기판에 입사되는 상기 양이온의 에너지 조절이 가능하도록 상기 기판에 추가로 전압을 인가함을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 박막의 특성을 향상시키는 c) 단계는:
    상기 기판에 상기 양이온에 의한 에너지 전달 외에 추가적인 에너지 전달이 이루어지도록 상기 기판을 추가로 가열하는 단계를 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 진공 반응기 내의 플라즈마에 의한 양이온의 밀도 증가를 위하여 추가적인 플라즈마 소스에 의한 양이온을 제공함을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
  14. 제7항에 있어서,
    플라즈마에 의한 고체원소의 이온화를 효과적으로 증가시키기 위해 다단계 펄스 전압 중 제1 바이어스 전압인 음의 전압이 수~수십 kV로 인가되어 높은 플라즈마 밀도에 의한 높은 밀도로 이온화된 고체원소를 양이온을 형성함을 포함하는,
    다단계 펄스를 이용한 박막 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109989040A (zh) * 2017-12-30 2019-07-09 魏永强 一种组合磁场和内衬锥形管与阶梯管复合的真空沉积方法
WO2021158272A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 Tokyo Electron Limited Plasma processing methods using low frequency bias pulses

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