혼합 플라즈마 반응기 document_id A220623061282

플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 라디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예를 들어, 식각(eching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ahing) 등에 사용된다. 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선주파수(radio frezuency)를 사용한 용량결합플라즈마(CCP, capacity coupled plasma)와 변압기 결합 플라즈마(TCP, transformer coupled plasma)가 일례이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나, 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다. 한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나, 유도 코일이 플라즈마 이온 에너지를 거의 또는 전혀 제어하지 못함으로 이온 에너지의 조절을 위해서는 별도의 개별적인 장치를 부가하여야만 했다. 예를 들어, 공정 챔버의 내부에 구비되는 기판 지지대에 독립된 무선 주파수를 인가하는 바이어스 기술이 그 일 예이다. 그러나, 기판 지지대에 인가되는 바이어스에 인가되는 무선 주파수 전원은 플라즈마 이온 에너지의 제어성이 낮아서 공정 생산력이 낮다는 문제점이 있었다. 한편, 기판 사이즈의 증가에 따라 기판이 처리되는 플라즈마 반응 챔버의 사이즈도 증가되는데 이 경우 플라즈마 소스에 의해 발생된 플라즈마가 플라즈마 반응 챔버 내부에 균일하게 분포하기 어렵다. 즉, 플라즈마 반응 챔버 내부에서 중심영역의 플라즈마 밀도와 주변영역에서의 플라즈마 밀도가 상이하여 기판이 균일하게 처리되지 못하는 문제점이 있었다.