본 논문에서는 60 MHz 축전 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma, CCP) 시스템에 가변 진공 커패시터 (Variable Vacuum Capacitor, ...
본 논문에서는 60 MHz 축전 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma, CCP) 시스템에 가변 진공 커패시터 (Variable Vacuum Capacitor, VVC)를 병렬로 연결하여, CCP와 VVC 간에 병렬 공진을 이용하여 플라즈마로 흡수되는 전력 전달 효율을 높이는 방법에 대해 연구하였다. CCP에서 일반적으로 높은 전자 밀도를 얻기 위해 높은 구동 주파수를 사용한다. 또, 높은 RF 전력을 인가하는 것으로 높은 전자 밀도를 얻을 수 있다. 하지만 CCP에서 두 전극 사이 플라즈마의 저항은 전자 밀도와 반비례 관계에 있다. 따라서 높은 전자 밀도를 얻기 위해 인가하는 RF 전력을 높이게 되면 전자 밀도가 증가하고, 전자 밀도가 증가함에 따라 플라즈마 저항이 더욱 감소하기 때문에 높은 RF 전력 조건으로 갈수록 플라즈마에서 흡수하는 전력 전달 효율이 낮아진다. 그러므로 높은 RF 전력에서 CCP의 전력 전달 효율을 향상시킬 필요가 있다. CCP는 전원 공급 라인, 전극 및 플라즈마로 구성되고, CCP의 리액턴스는 60 MHz에서 (+)의 값을 가져 유도 부하처럼 작용한다. VVC를 이 유도 부하와 병렬로 연결하여 VVC와 CCP 사이의 병렬 공진을 이용하였다. VVC의 커패시턴스가 병렬 공진점에 가까워짐에 따라 병렬 공진 회로의 저항은 VVC가 없는 경우 보다 매우 높아져 매칭 네트워크를 통해 흐르는 전류가 감소하고, 전극 전압이 증가하였다. CCP는 일반적으로 쉬스에 대부분의 전압이 걸리기 때문에, 전극에 더 큰 전압이 가해지게 되면 플라즈마가 흡수하는 전력이 증가한다. 따라서 전력 전달 효율의 증가이 증가하게 되고, 동일한 RF 전력 조건에서 더 높은 전자 밀도를 얻을 수 있다. 전력 전달 효율과 전자 밀도는 60 MHz 100 W 조건에서 각각 3%, 4%, 60 MHz 200 W 조건에서 각각 6%, 21%의 향상을 확인하였고, 인가하는 RF 전력이 높아질수록 병렬 공진 구조로 인한 전력 전달 효율의 개선 효과가 더 두드러짐을 확인하였다. 최근 반도체 공정에서 점점 더 높은 종횡비를 얻고자 하는, 즉 HARC (High Aspect Ratio Contact) 공정의 필요성이 커지고 있어, 이를 위해 사용하는 RF 전력을 높이는 추세에서, 본 연구의 내용인 60 MHz CCP 설비에서의 전력 전달 효율 증가에 대한 방안이 추후 반도체 산업에 기여하기를 기대한다.
본 논문에서는 60 MHz 축전 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma, CCP) 시스템에 가변 진공 커패시터 (Variable Vacuum Capacitor, VVC)를 병렬로 연결하여, CCP와 VVC 간에 병렬 공진을 이용하여 플라즈마로 흡수되는 전력 전달 효율을 높이는 방법에 대해 연구하였다. CCP에서 일반적으로 높은 전자 밀도를 얻기 위해 높은 구동 주파수를 사용한다. 또, 높은 RF 전력을 인가하는 것으로 높은 전자 밀도를 얻을 수 있다. 하지만 CCP에서 두 전극 사이 플라즈마의 저항은 전자 밀도와 반비례 관계에 있다. 따라서 높은 전자 밀도를 얻기 위해 인가하는 RF 전력을 높이게 되면 전자 밀도가 증가하고, 전자 밀도가 증가함에 따라 플라즈마 저항이 더욱 감소하기 때문에 높은 RF 전력 조건으로 갈수록 플라즈마에서 흡수하는 전력 전달 효율이 낮아진다. 그러므로 높은 RF 전력에서 CCP의 전력 전달 효율을 향상시킬 필요가 있다. CCP는 전원 공급 라인, 전극 및 플라즈마로 구성되고, CCP의 리액턴스는 60 MHz에서 (+)의 값을 가져 유도 부하처럼 작용한다. VVC를 이 유도 부하와 병렬로 연결하여 VVC와 CCP 사이의 병렬 공진을 이용하였다. VVC의 커패시턴스가 병렬 공진점에 가까워짐에 따라 병렬 공진 회로의 저항은 VVC가 없는 경우 보다 매우 높아져 매칭 네트워크를 통해 흐르는 전류가 감소하고, 전극 전압이 증가하였다. CCP는 일반적으로 쉬스에 대부분의 전압이 걸리기 때문에, 전극에 더 큰 전압이 가해지게 되면 플라즈마가 흡수하는 전력이 증가한다. 따라서 전력 전달 효율의 증가이 증가하게 되고, 동일한 RF 전력 조건에서 더 높은 전자 밀도를 얻을 수 있다. 전력 전달 효율과 전자 밀도는 60 MHz 100 W 조건에서 각각 3%, 4%, 60 MHz 200 W 조건에서 각각 6%, 21%의 향상을 확인하였고, 인가하는 RF 전력이 높아질수록 병렬 공진 구조로 인한 전력 전달 효율의 개선 효과가 더 두드러짐을 확인하였다. 최근 반도체 공정에서 점점 더 높은 종횡비를 얻고자 하는, 즉 HARC (High Aspect Ratio Contact) 공정의 필요성이 커지고 있어, 이를 위해 사용하는 RF 전력을 높이는 추세에서, 본 연구의 내용인 60 MHz CCP 설비에서의 전력 전달 효율 증가에 대한 방안이 추후 반도체 산업에 기여하기를 기대한다.
A parallel resonance circuit is applied to improve the power transfer efficiency of 60 MHz capacitively coupled plasma. As the plasma resistance is inversely proportional to electron density, power transfer efficiency decreases with increasing input power. A parallel variable vacuum capacitor (VVC) ...
A parallel resonance circuit is applied to improve the power transfer efficiency of 60 MHz capacitively coupled plasma. As the plasma resistance is inversely proportional to electron density, power transfer efficiency decreases with increasing input power. A parallel variable vacuum capacitor (VVC) is connected to the inductive load to improve power transfer efficiency. The inductive load is a series circuit consisted of a power line (usually denoted as an inductor), electrode, and plasma. As the capacitance of VVC approaches the parallel resonant point, the resistance of the parallel resonant circuit becomes much higher than without VVC, and the current flowing through the matching network decreases. Therefore, power transfer efficiency and electron density were increased. In addition, this effect is increased with increasing input power. At 100 W, the power transfer efficiency and the electron density increase by 3% and 4%. However, at 200 W, the power transfer efficiency and the electron density increase by 6% and 21%
A parallel resonance circuit is applied to improve the power transfer efficiency of 60 MHz capacitively coupled plasma. As the plasma resistance is inversely proportional to electron density, power transfer efficiency decreases with increasing input power. A parallel variable vacuum capacitor (VVC) is connected to the inductive load to improve power transfer efficiency. The inductive load is a series circuit consisted of a power line (usually denoted as an inductor), electrode, and plasma. As the capacitance of VVC approaches the parallel resonant point, the resistance of the parallel resonant circuit becomes much higher than without VVC, and the current flowing through the matching network decreases. Therefore, power transfer efficiency and electron density were increased. In addition, this effect is increased with increasing input power. At 100 W, the power transfer efficiency and the electron density increase by 3% and 4%. However, at 200 W, the power transfer efficiency and the electron density increase by 6% and 21%
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