Hole structure, first invented by Paschen a century ago, has been known to enhance the density of the plasma. As the need of high density capacitively coupled plasma for high speed deposition of micro crystalline silicon of thin film solar cell rises, multi-hole structure started to be applied to the electrode of the process capacitively coupled plasma chamber. In this dissertation, the multi-hole electrode capacitive RF discharge is characterized and analyzed for the optimization of the high speed capacitive plasma process and to provide physical insight on the multi-hole electrode capacitively coupled RF discharge.
Multi-hole electrode capacitively coupled plasma is discharged with various gas species, pressure, power, power frequency, hole diameter and various electrode structure. And the optimum condition for high-density plasma discharge is determined in various discharge condition. In the multi-hole electrode discharge, the bulk plasma could intrude into the hole when the diameter of the hole is larger than double the sheath length and by making the hole diameter not too wider than double the sheath length most of ionization could occur in the sheath region rather in the bulk plasma region. So the ionization avalanche in the hole could be well facilitated to make high-density plasma when the diameter of the hole is as large as approximately triple the sheath length regardless of pressure range, gas species, power or hole diameter used in the experiment.
Not only multi-hole electrode but also high frequency and electrode enlargement are adopted in capacitive plasma process to establish high productivity. So the frequency effect on the multi-hole capacitive discharge is experimentally studied. The increase in the plasma power frequency, increased the density of the plasma and decreased the temperature of the plasma at fixed voltage, which in turn decreased the length of the sheath. Thus at higher frequency, smaller hole diameter became optimized discharge condition.
In the study of large area electrode, 64 planar probe array is inserted on the ground electrode of the chamber for the measurement of 2-d spatial distribution of ion current on to the electrode, which can be a criterion of plasma non-uniformity. And a computer program is coded for automatic high speed (~ few seconds) collection of the 64 channel ion current probe array data. Using the divided multi-hole electrode it was possible to control spatial profile of plasma parameter. In the recent photovoltaic industry and flat panel display industry, the need for large area fast process is being satisfied by application of high frequency large area plasma source. In the experiment the potential of the divided multi-hole electrode, which enables the need, is experimentally verified and studied.
1 세기 이전, Paschen 에 의해 고안된 홀 구조는 플라즈마의 밀도를 향상하기 위한 방법의 하나로 알려져 있다. 최근 태양전지 산업의 부상과 함께, 박막 태양전지 제작을 위한 마이크로 결정질 실리콘 증착 공정의 속도의 향상이 중요한 문제로 대두되고 있으며 이를 위한 고밀도 축전결합 플라즈마원의 개발이 필요한 현실이다.
본 학위 논문에서는, 차세대 대면적 균일도 고밀도 축전결합 플라즈마원으로 사용되는 다수의 구멍이 있는 전극을 이용한 RF 주파수 축전결합방전의 특성을 규명하고 이를 최적화하기 위한 물리적인 분석을 실시하였다.
다수의 구멍이 있는 전극을 다양한 방전 조건에서 방전하여, 외부 조건이 플라즈마 밀도에 끼치는 영향을 실험적으로 분석하여 최적의 방전을 이루기 위한 전극의 조건을 분석하였다. 또한 방전을 일으키는 전력 장치의 주파수가 변할 경우, 최적 홀의 조건의 변화를 실험적으로 측정 분석하였다. 이를 통해 효율적인 고밀도 플라즈마원으로서의 다수의 구멍이 있는 전극을 이용한 축전결합방전을 분석하였다.
또한 대면적 방전으로서 다수의 구멍이 있는 전극을 이용하기 위한 방법의 하나로 분할 다공 전극 개념을 제시하며 이를 실험적으로 구현하여, 대면적에 따른 플라즈마 균일도 저하 문제에 대한 해결책을 제시하고자 최적의 다수홀 분할 전극 디자인을 위한 기초적인 연구가 수행되었다.
