A one-dimensional analysis of electron heating process in a weakly magnetized, inductively coupled plasma (MICP) is presented. It is found that the main difference in the heating process of an MICP from that of a usual unmagnetized ICP is in that circularly polarized wave modes can exist in the plasma. The right handed circularly polarized wave (R-wave) can propagate into the plasma and its amplitude can be enhanced by cavity resonance effect at an appropriate chamber length and external magnetic field strength. The enhanced R-wave amplitude can raise the heating efficiency significantly. It is also found that a bounce cyclotron-resonance effect can exist, which, however, is not as significant as the cavity resonance effect.
A new antenna configuration for uniform plasma generation in large-area inductively coupled plasma (ICP) source is presented and investigated using numerical analysis. The numerical results show that a properly tuned segmented coil system with an external variable capacitor can allow antenna current distribution and plasma uniformity to be controlled in the large-area ICP source. The key element of this new concept is to induce LC-resonance in the coil system by the external capacitance variation. Through the LC-resonance, a selected coil current near a low plasma density regime can be significantly enhanced. Self-consistent fluid simulations for Ar and $Cl_2$ plasmas indicate that the radial plasma spread can be optimized near the LC-resonance condition.
A self-consistent model has been developed to investigate electron heating, plasma transport, and etching charateristics in a large-area inductively coupled plasma (ICP) source. The new LC-resonance type antenna for uniform plasma etching in the large-area ICP source is investigated using the developed model. Simulation results for silicon etching using $Cl_2$ discharges indicate that near the resonance point, where a selected coil current near a low plasma density regime is significantly enhanced, sufficiently uniform etch rate can be achieved. This type ICP could be applied to 300 mm next generation wafer processing.
A detailed model for gas phase reactions in $CF_4/H_4$ discharges, which is widely used in selective oxide etching, has been presented for the ICP source. We have investigated the density of dominant radicals and ions, and C/F ratio for various processing parameters such as the fraction of $H_2$ in inlet gas, pressure, and input RF-power. The simulation results agree well with the general trends of selectivity change when the processing parameters vary.
약하게 자화된 유도결합 플라즈마(MICP)에서의 전자가열과정에 대한 1차원적 해석을 제시하였다. MICP에서 전자가열과정이 일반적인 유도결합 플라즈마(ICP)에 비해 보다 효율적으로 이루어지는 것은 원편광된 파동모드가 플라즈마내에 존재할 수 있기 때문인 것으로 보인다. 오른방향으로 원편광된 파(R-파)의 경우 MICP내를 진행해 나갈 수 있으며, 적절한 챔버길이와 외부자장 조건에서 공동 공명효과에 의해 파의 세기가 매우 커질 수 있는데, 이렇게 강화된 R-파의 세기는 전자가열효율을 크게 높일 수 있음을 보았다. 전자의 왕복운동에 의한 싸이클로트론 공명효과도 존재할 수 있지만, 그 효과는 공동 공명효과에 비해 매우 작았다.
차세대 대구경 유도결합 플라즈마 장비에서 균일한 플라즈마 생성을 위한 새로운 형태의 안테나를 제시하였고, 그 특성을 수치적 해석을 통해 조사하였다. 기존의 나선형 안테나 대신 원형코일들이 병렬로 연결된 안테나에 외부가변축전기를 연결시킨후 적절히 튜닝시키면, 안테나 전류분포 및 플라즈마 균일도를 조절할 수 있음을 발견하였다. 외부가변축전기를 사용해 안테나를 적절히 튜닝시키는 경우, 안테나 내부에 LC 공명이 일어날 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 밀도가 낮은 영역에 위치한 안테나 코일에 전류를 집중시킬 수 있음을 보았다. Ar 과 $Cl_2$ 플라즈마에 대한 유체 시뮬레이션을 한 결과, LC 공명조건 근방에서 플라즈마 균일도가 최적화 됨을 볼 수 있었다.
전자가열, 플라즈마 수송, 식각 특성을 조사할 수 있는 시뮬레이션 코드를 개발하였고 이를 앞서 언급한 LC 공명형 안테나를 사용했을 경우 플라즈마 식각 균일도가 향상되는지를 조사하는데 사용하였다. $Cl_2$ 플라즈마로 실리콘을 식각하는 경우에 대해 시뮬레이션 해본 결과 LC 공명 근처에서 매우 균일한 식각이 이루어짐을 볼 수 있었다. 따라서 이와같은 LC 공명형 안테나를 이용한 ICP 장비는 앞으로 300 mm 대구경 웨이퍼 가공에 적용될 수 있을 것으로 보인다.
끝으로 선택적 산화막 식각에 사용되는 $CF_4/H_2$ 방전에 대한 모델링을 하였으며, 이를 ICP 장비에 적용해 보았다. 주요 활성종과 이온들의 밀도를 가스주입비, 압력, 입력 파워를 변화시켜가며 조사해 선택비에 중요한 영향을 미치는 C/F 비를 조사하였다. 앞으로 이 모델은 그리드 바이어스나 펄스형의 파워로 전자온도를 조절하여 선택비를 높이는 경우를 조사할 때 유용하게 적용될 수 있을 것으로 보인다.
