Large area CCP chamber is necessary to many industrial processes, especially upcoming semiconductor industry which conduct large area substrate. However, uniformity problem is occurred when electrode size of CCP is enlarged, such as standing wave effect and skin effect. Past researchers investigated plasma problems after construct chambers. In this problem, large area CCP chamber and its electrodes are expensive and consume large amount of resource when these are constructed in real. For overcome this obstacle, simulation program (CST microwave studio) is used.
First investigation was done at three CCP chambers which have different size. The simulation program revealed that standing wave effect is enlarged at electrode size of CCP and RF frequency are increased. After adjust plasma parameter at different gas pressure environment, second investigation was done. The gas pressure effect for field uniformity was very little.
To solve non-uniformity effect on large area CCP, multi feeding and electrode concept were suggested. However, multi feeding concept was not useful from the investigation using simulation. Therefore, to establish multi electrode concept at imaginary chambers, appropriate electrode gap size including diffusion property was studied. Two multi electrode CCP models were constructed from two symmetry of circular single electrode. From these two chamber, the phenomena that electric field at center calculated sub-normally large was studied.
본 연구에서는 기판의 대면적화 추세에 따라 축전 결합 플라즈마 챔버의 크기가 증가하면서 발생하는 전기장 균일도의 문제를 컴퓨터 프로그램을 사용한 모의 실험으로 분석하였다. 또한 균일도를 해결하기 위해 단일 전극 대신 다중 전극 형식을 도입하여 모의 실험을 수행했다.
대면적 축전 결합 플라즈마 챔버에서 대두되는 문제인 정상파 효과를 확인하기 위하여 구조는 같고 크기가 다른 세 가지 챔버를 가상으로 제작하여 인가되는 전원의 주파수를 바꾸면서 모의실험을 하였다. 그 결과 챔버의 크기가 증가할수록, 전원의 주파수가 증가할수록 정상파 효과가 증가하는 것을 직접 확인할 수 있었다. 특히 전극 위치에 따른 전기장의 세기는 타 실험결과와도 매우 유사하였다. 한편 동일한 챔버 내에서 아르곤 기체의 압력을 1mTorr부터 100mTorr까지 변화를 주어 모의실험을 한 결과 기체 압력 변화에 따른 균일도 차이가 거의 발견되지 않았다.
대면적 축전 결합 플라즈마 챔버의 전기장 균일도를 해결하기 위한 방법으로 다중 송전 방식과 다중 전극 방식이 거론되어 왔었다. 모의 실험으로 확인한 결과 단일 전극 하에 다중 송전 방식을 적용했을 때는 균일도 개선 효과가 거의 나타나지 않았다. 따라서 균일도를 해결하기 위하여 다중 전극 방식을 도입하고자 하였다. 다중 전극 방식을 채택할 경우 전극과 전극 사이에 예기치 못한 축전 현상이 발생하거나, 전극 사이의 전기장이 전극 부분의 전기장과 다를 가능성이 있었다. 이를 해결하고자 임시로 다중 전극 챔버를 가상적으로 제작하여 모의 실험을 수행하였으며, 전극 간격이 10~20mm인 것이 가장 적합하다고 결론을 내렸다.
총 두 가지의 다중 전극 챔버를 만들어 각각의 특성을 확인하였다. 첫 번째 챔버는 단일 전극의 중심을 기준으로 점 대칭을 이루도록 분할하였으며, 두 번째 챔버는 단일 전극의 지름을 기준으로 선 대칭을 이루도록 분할하였다. 두 가지 챔버 모두 전극 하나 하나의 크기가 감소함으로서 정상파 효과가 약해지는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 점 대칭 분할의 경우 중심부에 비정상적으로 강한 전기장이 관찰되었으며, 선 대칭 분할의 경우 대칭축 방향으로 정상파 효과가 여전히 남아있는 것을 확인하였다.
