11. RF Plasma에 대하여

 

DC Capacitive Charge-up

 

Ion이 부도체의 표면에서 자유전자를 흡수하면 전자를 다시 채워주지 못한다.

없어진 전자 때문에 부도체의 표면은(+) 상태가 되고 후속으로 들어오는 Ion(+)을 밀어내게 됨, 즉 Plasma 없어짐

 

플라즈마 구름은 양의 가스 이온들로 구성되어 있고, 이들이 전기 절연체 표면 위에 전하를 축적함. 절연체는 DC 전압원에 연결되어 있으며, 이를 통해 표면에 전하가 축적되는 것을 나타냄. 이 과정은 절연체 표면의 정전기적 충전을 유발하고, 이는 재료의 표면 속성을 변화시키는 데 기여함.

 

 AC Capacitive Discharge

 

 

(+)반파장 동안 Plasma 운으로부터 전자를 끌어옴.

표면이 “discharge”된다.  (자유전자로 다시 채워짐)

(-)반파장 동안 Ion(+)들에 의해 Process가 진행된다.

 

 AC 전압원이 하단에 연결된 전기 절연체가 있고, 그 위로 플라즈마 구름이 형성되어 있음. 이 플라즈마 구름은 양(+)과 음(-) 가스 이온들로 구성되어 있으며, 이들이 전기 절연체의 표면 전하를 중화하는 것을 목적으로 함. 이 과정은 표면에 축적된 전하를 줄여주며, 이는 일반적으로 플라즈마 처리 과정에서 재료의 표면 특성을 개선하기 위해 사용됨. AC 용량성 방전은 재료 표면에 전하를 균일하게 분포시키는 데 효과적임.

 

 

RF Plasma 구분(Symmetric)

 

 RF 플라즈마 발생기의 대칭형 구조.. 여기서 13.56MHz의 RF 전원이 플라즈마 생성에 사용됨. 전극은 위아래에 배치되어 있고, 플라즈마와 웨이퍼 사이에는 각각 플라즈마 전압(Vp)과 웨이퍼 전압(Vw)이 적용됨. 이 구성은 반도체 공정에서 균일한 플라즈마 처리를 위해 사용됨. 가변 커패시터는 전원과 플라즈마 챔버 간의 임피던스 매칭을 조정하여 효율적인 전력 전달을 가능하게 함.

 

RF Plasma 구분(Asymmetric)

 

RF전원을 공급 받는 Cathode의 넓이가 Ground와 접속된 Anode 보다 작은 것

이때 생기는 특별한 DC Bias 를 Self DC Bias라고 부른다.

 

구조는 두 전극 사이에 형성된 플라즈마를 보여주는데, 한쪽 전극이 양극(Anode)으로 다른 쪽이 음극(Cathode)으로 표시됨. 양극과 음극 사이의 전압 차이는 각각 Vp(플라즈마 전압)와 Vw(웨이퍼 전압)로 나타남. 이 시스템은 13.56MHz의 RF 전원을 사용하여 플라즈마를 발생시키고, C1과 C2는 각각 양극과 음극에 형성된 용량을 나타냄. 비대칭 구조는 플라즈마 내에서 전기장의 분포를 조정하여, 일반적으로 식각이나 증착과 같은 플라즈마 기반 공정에 다양한 영향을 미침. 전극 간의 비대칭 배치는 플라즈마의 성질과 웨이퍼 처리 결과에 특별한 특성을 부여할 수 있음.

 

Self DC Bias

 

13.35MHz에 의하여 전위가 계속 바뀜

상쇄되지 못한 전자들로 인하여 Cathode에 (-)의 DC Bias가 생기되 되어 Ion을 당김

 

전기장의 세기가 1,000V/m일때, 13.56MHz에서 이온의 이동거리는 수 ㎛이고 전자는 5cm 정도 움직인다. Cathode가 음의 전위를 갖고 Anode가 양의 전위를 가지면 전자들이 음의 전위를 갖는 Anode쪽으로 몰리게 되며 이때 Anode의 면적이 넓기 때문에 모두 Anode에 흡수 된다.

 

이 설정에서 음극(Cathode)은 플라즈마로부터 발생한 전자들이 모이는 곳이며, 양극(Anode)은 이온들이 모이는 곳임. 전자들은 양전하를 띤 이온보다 훨씬 빠르게 움직이기 때문에, 음극에서는 상대적으로 더 많은 전자가 존재하여 음의 전위를 형성하고, 양극에서는 이온들이 모여 양의 전위를 형성함. 이로 인해 자체 DC 바이어스가 형성되어, 전자와 이온의 에너지와 움직임에 영향을 줌. 

 

전기적 모형

 

 

Self DC Bias 의 크기는 Cathode와 Anode의 면적에 따라 결정됨

 

DC Biasing of RF

왼쪽 그래프는 지상(ground)에 기준을 둔 RF 신호를 나타내며, 신호의 평균 전압이 0V를 중심으로 상하로 진동함. 오른쪽 그래프는 DC 바이어스가 적용된 RF 신호를 나타내며, 이 경우 신호는 음의 DC 바이어스가 추가되어 평균 전압이 0V 아래로 이동함. DC 바이어스는 RF 신호의 평균 레벨을 변경하여, 전자 또는 이온을 표면으로 유도하는 플라즈마 공정에서 자주 사용됨. 이러한 바이어스는 플라즈마 내의 입자들이 가지는 에너지와 그들의 표면 상호작용을 조절하는 데 중요함.