병렬 공명 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 원 개발 및 플라즈마 변수 제어에 관한 연구

Abstract

차세대 공정을 위한여 새로운 유도 결합 플라즈마 원을 개발하였다. 병렬 공명 안테나로 불리는 새로운 플라즈마 원은 높은 안테나 인덕턴스에 의해 야기되는 문제점들을 해결하여 대면적 공정에서 높은 플라즈마 균일도를 가진다. 안테나 코일의 병렬 연결에 의하여 전체 안테나의 인덕턴스를 매우 낮추었으며, 외부에 가변 축전기를 삽입하여 균일도를 조절할 수 있도록 하였다. 실험 결과로써 LC 공명 현상에 의해 낮은 안테나 전압과 전류 분포의 조절이 이루어졌다. 여러가지 다양한 입력 파워와 압력에 따라서 외부 가변 축전기를 조절함으로써 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 플라즈마 변수의 제어를 위하여 구동 주파수 증가, 바이어스 주파수 변조, 펄스 ICP등의 방법을 이용하였다. 병렬 공명 안테나는 낮은 인덕턴스를 가지므로 쉽게 고주파 (>27.12MHz) 방전이 용이하다. 27.12MHz에서 플라즈마를 방전하여 측정한 결과, 5%이하의 높은 균일도를 확보하였고, 전자 온도에서 일반적인 방전보다 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다. IV 모니터를 이용한 13.56MHz에서와 비교 실험을 통하여 27.12MHz에서 파워 전달 효율이 낮아짐으로써 낮은 전자 밀도를 가지게 된다. 바이어스 주파수를 2 MHz에서 27.12 MHz로 바꾸어 가며 전자 밀도등을 측정하였따. 펄스 ICP를 이용하여 전자 밀도는 유지한 채, 전자 온도를 매우 낮출 수 있음을 확인하였다.