Discharges

Discharges

- Radio frequency (RF) Diodes (라디오 주파수 방전)

 

구성:

1) Vacuum chamber: 진공 챔버

2) two parallel planar electrodes (plate separation, l = 2 - 10 cm): 평행한 두 전극 (2 - 10 cm 간격)

3) Gas flow (vacuum pump removes effluent gases): 기체 공급 (진공 펌프가 나가는 기체들 제거)

 

Typical parameters (전형적인 매개변수들):

아래 평행한 두 전극을 가진 capacitive RF discharge 그림이 있다.

 

저번 sheath 시간에 배웠던 것처럼, 전자를 잃어버림으로 인해서 생기는 양전하로 대전된 sheath가 있고, 양이온들은 계속해서 전극을 때리게 된다 (포텐셜 차이로 인해서).

순간적인 방전의 포텐셜은 벽면이나 전극에 대비해 항상 + (positive) 이다.

 

두가지 RF requency를 쓰는 경우,

- 높은 주파수 (high frequency): ion flux를 조절하고

- 예: 27, 60 , or 160 MHz

- 낮은 주파수 (low frequency): ion bombarding energy를 조절한다.

- 예: 2 or 13.56 MHz 

 

 

- High-density Source (높은 밀도

RF diode의 단점들 때문에 낮은 압력 & 높은 밀도의 플라즈마 장치들 계발 되었다.

특징으로는 RF (라디오 주파수)와 Microwave (마이크로파)가 같이 사용된다는 점. 이 둘이 챔버 안에서 섞이게 (coupled) 된다. 그리고 Bias 공급원을 따로 가지고 있다.

 

장점으로는 전극이나 벽 표면에 있는 모든 플라즈마 sheath에서 낮은 전압을 가질 수 있다는 점이다.

- Ion acceleration energy: 20 - 30V

이 에너지를 조절하기 위해서 웨이퍼가 놓여지는 전극을 다른 RF source를 통해서 따로 조절한다. 따라서, ion/radical fluxes를 source power를 통해서 조절 가능하고 ion bombardeing 에너지는 웨이퍼의 전극 파워를 통해서 조절 가능하다.

대표적인 예들로 electron cyclotron resonance (ECR), Helicon, Helical resonator, Inductive 등이 있다.

 

ECR 같은 경우 electromagnet coils (전자석 코일) 들이 원통형 챔버를 감싸고 있고 또 축 방향의 다양한 DC magnetic field (자기장) 를 만든다.

Helicon과 helical resonator는 생략.

Inductive의 경우는 플라즈마가 lossy conductor (도체)의 역할을 한다. RF 파워는 플라즈마에 inductively coupled (유도적으로 섞임?) 된다.

 

High-density source의 단점으로는

1) 300mm 웨이퍼 위에 process uniformity (프로세스 균일성)

2) 효율적인 파워 이동 (power transfer = coupling)

3) Degradation (분해/저하) or depoisition (증착)에 의한 챔버 컨디션 변화와 irreproducibility (반복되지 않음). -> 주기적인 청소 필요 (비용 상승).

4) 빠른 deposition (증착) 혹은 etch (식각) 반응을 위한, low pressure (저압력) 프로세서의 경우 강한 펌핑 (pumping)이 요구되므로 크고 비싼 진공 펌프 (vacuum pump)가 필요함. 

5) 플라즈마 농도 (plasma concentration)와 라디칼 농도 (radical concentration)은 챔버안의 표면 컨디션에 영향을 많이 받기 때문에 aging 이나 process irreproducibility 같은 이슈가 있음.