In this paper we defined the requirements of the plasma source for new processes and developed several plasma sources having unique functions. As the applications of the plasmas increase it is needed for the plasma sources to be able to operate many processes and fuctions. We defined the functions for the plasma sources to have; Multi-functional plasma source, Very uniform plasma source, Very high density plasma source.
For the multi-fuctional plasma source we propose a dual-ICP system where a remote ICP is combined with a main ICP in order to simultaneously generate remote plasma and direct plasma in one system and one RF power system. A variable capacitor connected with the main ICP antenna in series controls RF power into two ICP antennas. It is shown that by adjusting the capacitance of the variable capacitor, the dual ICP system operates as direct plasma, as a remote plasma, or as a mixed plasma. According to Si etch results, it was observed that Si etch rate increased by 20% as the plasma density in the remote region increased, even though the plasma density in the main region decreased. This might be understood by considering the role of the remote ICP as a radical generator.
For the very uniform plasma source, DoSA was developed to overcome the asymmetry originated from the high antenna voltage and discontinuity of the antenna current. In DoSA, the capacitive electric field was reduced and distributed uniformly by its unique antenna structure. DoSA consists of two or more same shaped antenna pieces and which were parallel connected to each other with making double-stacked geometry. Excellent uniformity of about 3% was obtained at very wide discharge parameter range. The z-window and pressure window were found to be about 100mm and 3--30mTorr.
For the very high density plasma source, the helicon plasma source is developed especailly at Lower hybrid frequency. Helicon plasma is the magnetized plasma with helicon wave structures, fully ionized plasma. Fully analytical solutions for the wave and mode structures are obtained. At lower hybrid frequency, the radial wave mode is purified to a Bessel function and the hollow plasma density profile can be explained by Etheta electric field profile.
플라즈마 응용의 다양화, 소자의 집적화, 생산의 대형화등으로 인해 다양한 공정을 수행하시 위한 여러 기능의 플라즈마 소스와 이의 제어가 요구되고 있으며, 이를 위해 필요한 소스를 고기능성 플라즈마 소스, 고균일도 플라즈마 소스, 초고밀도 플라즈마 소스로 구분하였고 각각의 기능을 갖는 플라즈마 소스를 개발하고 평가하였다. 고기능성 플라즈마 소스는 이중 ICP의 형태로, 안테나에 연결된 가변축전기를 변화시켜 직접플라즈마와 원거리플라즈마의 밀도를 조절하여 시료와의 반응에 필요한 플라즈마와 활성종의 양을 제어할 수 있는 장점을 가진다. 이를 통해 Si 식각률을 20% 향상할 수 있었다. 고균일도 플라즈마 소스는 이중 적층형태의 안테나 구조를 가지며 안테나 내의 RF 전류와 RF 전압의 분포를 회전방향으로 균일하게 하여 대칭성 좋은 플라즈마를 발생시킨다. 회전방향의 대칭성을 통해 넓은 균일도 범위를 확보할 수 있으며 넓은 범위의 압력과 공간 범위에서 식각공정 등에서의 산업적인 기준치인 5% 균일도를 충분히 만족시킨다. 초고밀도 플라즈마 소스는 헬리콘 플라즈마 소스이며 높은 정자기장하에서 발생하는 완전히 이온화된 플라즈마이다. 플라즈마 내에 발생하는 헬리콘파 모드를 완전히 해석적인 방법으로 분석하였으며 lower hybrid frequency에서 일어나는 hollow plasma density profile을 회전방향의 전기장 분포로써 해석하였다.
