유도 결합 플라즈마에서 플라즈마 변수와 전자 에너지 분포에 대한 극판 전력 인가의 영향

Abstract

진공을 기초로 한 극판 전력이 인가된 유도 결합 플라즈마 소스에 관한 대부분의 연구는 자기 바이어스 효과에만 한정되어 있으며, 다양한 반도체 및 디스플레이 식각 공정에서 공정 결과와 소자 품질에 결정적인 역할을 하는 플라즈마 변수들(전자 온도, 플라즈마 밀도)과 극판 전력의 상관관계에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 극판 전력이 플라즈마 변수에 미치는 영향에 관한 내용을 다루고 있으며, 최근의 연구 결과에 대한 리뷰를 포함하고 있다. 플라즈마 밀도는 극판 전력 인가에 의하여 감소 또는 증가하였으며, Fluid global model에 의한 결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. 전자 온도는 RF 바이어스에 의하여 증가하였으며, 전자 에너지 분포 측정을 통하여 전자 가열 메커니즘을 관찰하였다. 또한, 플라즈마 밀도의 공간 분포는 극판 전력에 의하여 더욱 균일해짐을 알 수 있었다. 이러한 극판 전력과 플라즈마 변수들의 상관관계와 전자 가열 메커니즘에 대한 연구는 방전 특성의 물리적 이해뿐만 아니라, 반도체 식각 공정에서 소자 품질 및 공정 개선을 위한 최적의 방전조건 도출과 외부 변수 제어에 큰 도움을 주리라 예상된다. RF biased inductively coupled plasma (ICP) is widely used in semiconductor and display etch processes which are based on vacuum science. Up to now, researches on how rf-bias power affects have been focused on the controls of dc self-bias voltages. But, effect of RF bias on plasma parameters which give a crucial role in the processing result and device performance has been little studied. In this work, we studied the correlation between the RF bias and plasma parameters and the recent published results were included in this paper. Plasma density was changed with the RF bias power and this variation can be explained by simple global model. As the RF bias was applied to the ICP, increase in the electron temperature from the electron energy distribution was measured indicating electron heating. Plasma density uniformity was enhanced with the RF bias power. This study can be helpful for the control of the optimum discharge condition, as well as the basic understanding for correlation between the RF bias and plasma parameters.