표제지
목차
제1장 서론 13
1.1. 반도체 공정에서의 플라즈마 13
1.2. 유도 결합 플라즈마 (Inductively coupled plasma, ICP) 19
1.3. 플라즈마 모델링 23
1.4. 연구 개요 28
제2장 공정용 가스를 포함한 ICP의 화학적 특성 연구 31
2.1. 도입부 31
2.2. 0D 전역 모델에 대한 기술 33
2.2.1. 입자 균형 방정식 33
2.2.2. 전력 균형 방정식 46
2.2.3. 전역 모델 계산 방법 49
2.3. 결과 및 고찰 52
2.3.1. 외부 변수에 따른 종의 밀도 52
2.3.2. 압력에 따른 CF₃, CF₂, CF의 반응률 55
2.3.3. 인가 전력에 따른 CF₃, CF₂, CF의 반응률 59
2.3.4. 플라즈마 특성에 따른 활성종 및 이온종의 밀도 변화 63
2.4. 결론 68
제3장 ICP에서의 전력 전달을 위한 변압기 모델 연구 70
3.1. 도입부 70
3.2. 모델에 대한 기술 74
3.2.1. 플라즈마 내 전기장 및 자기장 74
3.2.2. 1 차원 변압기 모델에서의 회로 성분 79
3.3. 결과 및 고찰 83
3.3.1. 전자 밀도에 따른 1차원 변압기 모델의 회로 성분 83
3.3.2. 전자 밀도에 따른 플라즈마에 흡수된 전력 86
3.4. 결론 88
제4장 대면적 공정용 ICP 소스 병렬화 연구 89
4.1. 도입부 89
4.2. 이론 92
4.3. 결과 및 고찰 96
4.3.1. 두 ICP의 시간에 따른 플라즈마 변수의 변화 96
4.3.2. 두 ICP의 시간에 따른 전기적 변수의 변화 99
4.3.3. 두 ICP의 코일 특성 차이가 플라즈마에 미치는 영향 102
4.4. 결론 106
제5장 고밀도 플라즈마 ICP에서의 다중 하전된 이온 107
5.1. 도입부 107
5.2. 모델에 대한 기술 108
5.3. 결과 및 고찰 112
5.3.1. 전자 밀도에 따른 플라즈마 변수 112
5.3.2. 전자 밀도에 따른 가스 및 이온종의 반응 속도 114
5.3.3. 전자 밀도에 따른 이온의 비율 119
5.4. 결론 121
제6장 요약 122
부록 124
1. 전역 모델 계산 코드 : GUI 포함 124
2. 변압기 모델 계산 코드 181
3. ICP 소스 병렬화 연구 계산 코드 185
4. ICP 다중 하전 이온 모델 계산 코드 194
참고문헌 201
ABSTRACT 213
표 1-1. 축전 결합 방전과 유도 결합 방전의 전형적인 플라즈마 조건 19
표 2-1. CF₄ 플라즈마 반응 및 반응 상수 38
표 2-2. CF₄의 전자 충돌 반응에 소모되는 에너지 47
표 4-1. Ar 플라즈마 내 반응 및 반응 상수 94
표 5-1. Xe 플라즈마 내 반응 및 반응 상수 108
그림 1-1. 시간에 따른 트랜지스터 수 (무어의 법칙) 13
그림 1-2. 집적 회로 제조에서의 기판 위 금속 막 패턴화 공정 14
그림 1-3. 방향에 따른 식각 유형 (가) 식각 전 (나) 등방성 식각 (다) 이방성 식각 16
그림 1-4. 유도 결합 플라즈마 소스 20
그림 1-5. ICP 식각 공정 시스템 21
그림 1-6. 플라즈마 변수 정보의 필요성 23
그림 2-1. 플라즈마 내 입자의 생성 및 소멸 반응 34
그림 2-2. 전역 모델 계산 방법 49
그림 2-3. 압력 및 인가 전력에 따른 전자 온도 변화 51
그림 2-4. 압력 및 인가 전력에 따른 종의 밀도 변화 (가) 인가 전력 = 100 W (나) 인가 전력 = 500 W 53
그림 2-5. CF₃의 압력에 따른 반응률 (가) CF₃ 생성 (나) CF₃ 소멸 57
그림 2-6. CF₂의 압력에 따른 반응률 (가) CF₂ 생성 (나) CF₂ 소멸 57
그림 2-7. CF의 압력에 따른 반응률 (가) CF 생성 (나) CF 소멸 58
그림 2-8. CF₃의 인가 전력에 따른 반응률 (가) CF₃ 생성 (나) CF₃ 소멸 61
그림 2-9. CF₂의 인가 전력에 따른 반응률 (가) CF₂ 생성 (나) CF₂ 소멸 61
그림 2-10. CF의 인가 전력에 따른 반응률 (가) CF 생성 (나) CF 소멸 62
그림 2-11. 전자 밀도 및 전자 온도에 따른 종 밀도 계산 순서 64
그림 2-12. 전자 밀도 및 전자 온도에 따른 활성종 밀도 및 준중성 조건 64
그림 2-13. 전자 밀도 및 전자 온도에 따른 종의 밀도 (압력 10mTorr) 66
그림 2-14. 전자 밀도 및 전자 온도에 따른 종의 밀도 (압력 100mTorr) 67
그림 3-1. (가) 솔레노이드 ICP, (나) 솔레노이드 ICP 변압기 모델의 회로, (다) 솔레노이드 ICP 변압기 모델의 등가 회로 71
그림 3-2. (가) 기존 변압기 모델 및 맥스웰 방정식으로부터 구한 계산값의 전자밀도에 따른 유도 방전에서 흡수된 전력 (나) 맥스웰 방정식으로부터... 73
그림 3-3. 솔레노이드 ICP 방전의 필드 (가) 원통형 좌표계에서의 전기장 및 자기장, (나) 원통형 단면에서 전기장 및 자기장의 방향, (다) 원통형... 75
그림 3-4. 맥스웰 방정식의 해와 제안된 모델에서의 전자 밀도 변화에 따른 필드 프로파일 (가) 전기장, (나) 자기장 (계산 조건 : 챔버 반경 = 4.3 cm,... 78
그림 3-5. 맥스웰 방정식, 1차원 변압기 모델, 기존 변압기 모델에서 계산된 전자 밀도에 따른 기존 변압기 모델의 값으로 정규화된 2차 회로... 84
그림 3-6. 맥스웰 방정식, 1차원 변압기 모델, 기존 변압기 모델로부터 계산된 전자 밀도에 따른 흡수 전력 86
그림 3-7. 맥스웰 방정식 및 1차원 변압기 모델로부터 계산된 전자 밀도에 따른 흡수 전력 (가) 압력 변경 (구동 주파수 = 13.56 MHz) 및 (나) 구동... 87
그림 4-1. 2개의 코일이 병렬화된 ICP 시스템 92
그림 4-2. 변압기 모델 및 전역 모델을 결합한 계산 순서 95
그림 4-3. 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 전자 밀도 및 전자 온도 (초기값 : 전자 밀도 = 10¹⁰ cm⁻³, 10¹²cm⁻³, 전자 온도 = 1 eV) 97
그림 4-4. 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 전자 밀도 및 전자 온도 ((가), (나) - 초기값 : 전자 밀도 = 10⁸cm⁻³, 10⁹cm⁻³, 전자 온도 = 1 eV,... 98
그림 4-5. 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 전기적 변수 (가) 소스 임피던스, (나) 소스 저항, (다) rf 전류, (라) 흡수된 전력 (초기값 : 전자 밀도 =... 100
그림 4-6. 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 전기적 변수 (가) 소스 임피던스, (나) 소스 저항, (다) rf 전류, (라) 흡수된 전력 (초기값 : 전자 밀도 =... 101
그림 4-7. 코일 저항이 다를 때 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 플라즈마 변수 및 전기적 변수 (Rc₁ = 5 Ω, Rc₂= 6 Ω)[이미지참조] 104
그림 4-8. 코일 직경이 다를 때 병렬 연결된 두 ICP의 시간에 따른 플라즈마 변수 및 전기적 변수 (b₁ = 7 cm, b₂ = 7.1 cm) 105
그림 5-1. 전자 밀도 변화에 따른 플라즈마 변수 ((가) 가스 밀도 및 이온의 밀도 (나) 전자 온도 및 가스 온도) 113
그림 5-2. 전자 밀도 변화에 따른 Xe 가스의 상대 반응률 ((가) 생성률 (나) 소멸률) 115
그림 5-3. 전자 밀도 변화에 따른 Xe¹⁺ 이온의 상대 반응률 ((가) 생성률 (나) 소멸률) 117
그림 5-4. 전자 밀도 변화에 따른 Xe²⁺ 이온의 상대 반응률 ((가) 생성률 (나) 소멸률) 118
그림 5-5. 전자 밀도 변화에 따른 이온의 비율 120