본 연구에서는 2차원적 유체 모델을 통하여 보다 실질적인 플라즈마를 이해하고자 하였으며, 기하학적인 방전전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다. 방전 챔버의 구조로서, 전극의 반경과 방전 챔버의 높이는 일정하게 유지하면서 방전 챔버의 넓이를 변화시킴에 따라 형성되는 플라즈마의 특성을 분석하였다. 그 결과, 전극단과 챔버 외벽의 거리가 짧을수록 그 영역에서 전계가 강하게 형성되어, 외벽을 향하는 각 입자들의 움직임도 매우 활발하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 전각단과 외벽과의 거리가 짧을수록 전극 면상에서 형성되는 입자들의 수밀도와 유속의 변화가 일정하게 형성되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 웨이퍼의 대구경화에 따른 플라즈마의 균일성을 고려할 경우에 매우 효과적일 것으로 고려되어 진다.
본 연구에서는 2차원적 유체 모델을 통하여 보다 실질적인 플라즈마를 이해하고자 하였으며, 기하학적인 방전전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다. 방전 챔버의 구조로서, 전극의 반경과 방전 챔버의 높이는 일정하게 유지하면서 방전 챔버의 넓이를 변화시킴에 따라 형성되는 플라즈마의 특성을 분석하였다. 그 결과, 전극단과 챔버 외벽의 거리가 짧을수록 그 영역에서 전계가 강하게 형성되어, 외벽을 향하는 각 입자들의 움직임도 매우 활발하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 전각단과 외벽과의 거리가 짧을수록 전극 면상에서 형성되는 입자들의 수밀도와 유속의 변화가 일정하게 형성되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 웨이퍼의 대구경화에 따른 플라즈마의 균일성을 고려할 경우에 매우 효과적일 것으로 고려되어 진다.
Plasma researches using parallel-plate electrodes are widely used in semiconductor application such as etching and thin film deposition. Therefore, a quantitative understanding and control of plasma behavior are becoming increasingly necessary because their important applications and simulation tech...
Plasma researches using parallel-plate electrodes are widely used in semiconductor application such as etching and thin film deposition. Therefore, a quantitative understanding and control of plasma behavior are becoming increasingly necessary because their important applications and simulation techniques have been actively carried out in order to solve such problems above. In this paper, we developed a two-dimensional(2D) self-consistent fluid model, because 2D models can deal with real reactor geometries. The fluid model is based on particle continuity equations for taking account of an electrode system in a cylindrical geometry. An pure Ar gas was used at 500[mTorr] and radio-frequency (13.56(MHz)). Four models were simulated under the different electrode geometries which have chamber widths of 5.25, 6.0, 8.0, and 10.0[cm] and we compared their results with each other. Plasma uniformity and a do self-bias voltage were also discussed.
Plasma researches using parallel-plate electrodes are widely used in semiconductor application such as etching and thin film deposition. Therefore, a quantitative understanding and control of plasma behavior are becoming increasingly necessary because their important applications and simulation techniques have been actively carried out in order to solve such problems above. In this paper, we developed a two-dimensional(2D) self-consistent fluid model, because 2D models can deal with real reactor geometries. The fluid model is based on particle continuity equations for taking account of an electrode system in a cylindrical geometry. An pure Ar gas was used at 500[mTorr] and radio-frequency (13.56(MHz)). Four models were simulated under the different electrode geometries which have chamber widths of 5.25, 6.0, 8.0, and 10.0[cm] and we compared their results with each other. Plasma uniformity and a do self-bias voltage were also discussed.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 2차원적 유체 모델을 통하여 보다 실질적인 플라즈마를 이해하고자 한다. 또한 기하학 적인 방전 전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다. 유입된 가스는 Ar을 사용하였고, 각 입자들의 밀도의 변화와 전극 표면상의 균일성에 대해 논의하고자 한다.
본 연구에서는 2차원적 유체 모델을 통하여 보다 실질적인 플라즈마를 이해하고자 한다. 또한 기하학 적인 방전 전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다.
또한 기하학 적인 방전 전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다. 유입된 가스는 Ar을 사용하였고, 각 입자들의 밀도의 변화와 전극 표면상의 균일성에 대해 논의하고자 한다.
가설 설정
천극방향으로 입사하는 천지속은 전자 열속도 의 함수로 결정되어진다. 그리고 전극 면으로 향한 전자는 전부 흡수되는 것으로 가정하였다. 전극 면 에너지 및 전자 2차 방출 계수를 0.
가스온도는 273[K]으로 설정 하였다. 또한 결합형 콘덴서 용량(CQe 40[pF], 가 스압력은 500[mTorr]로설정하였다. 전극의 반경은 R=5.
제안 방법
2차원 유체 모델을 통하여 방전 챔버 구조에 대한 Ar RF 플라즈마 특성을 시뮬레이션하였으며, 그에 따른 플라즈마의 특성들을 비교 분석함으로써, 플라 즈마를 구성하는 각 입자들의 공간적인 움직임에 대하여 고찰하였다.
본 시뮬레이션에서는 볼츠만 방정식에서 구해지 는 전송방정식을 기본으로 한 2차원 유체 모델을 이용하여 Ar 플라즈마의 계산을 행하였다. 유체 모델은 각 하전입자의 연속방정식, 전자 에너지 보존 방 정식 및 포아송 방정식으로 구성되어 진다.
01 로 설 정하였다. 본 연구에서는 방전을 a영역으로 해석하였으며, 전극면에서의 .경계 조건으로 2차 전자를 고 려 하였다回
또한 결합형 콘덴서 용량(CQe 40[pF], 가 스압력은 500[mTorr]로설정하였다. 전극의 반경은 R=5.0[cm], 방전 챔버의 높이는 Ht=2.4[cm], 넓이는 &=5.0~10.0[cm]로 변화시키면서 그 특성들을 비교하였다. 각 모델은 다음과 같이 구성되어졌다.
성능/효과
이로 인해 전극단 부근에서 이온의 수밀도의 피크 치가 낮아지게 된다. 따라서 구동 전극에서는 전극 단으로부터 챔버의 외벽의 거리가 짧을수록 전극 반 경 '방향의 이온 수밀도는 일정하게 분포하는 것을 알 수 있다.
입자들의 손실로 동일한 파워에서 양 전극 면에 형성되는 전계 및 전 위가 감소하게 되며, 이로 인하여 직류 바이어스 전 압도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 전극단과 외 벽과의 거리가 짧을수록 전극 면상에서 형성되는 입 자들의 수밀도와 유속의 변화가 일정하게 형성되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 웨이퍼의 대구경 화에 따른 플라즈마의 균일성을 고려할 경우에 매우 효과적일 것으로 고려되어 진다.
그러나 외 벽을 통하여 흘러 나가는. 입자들의 손실로 동일한 파워에서 양 전극 면에 형성되는 전계 및 전 위가 감소하게 되며, 이로 인하여 직류 바이어스 전 압도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 전극단과 외 벽과의 거리가 짧을수록 전극 면상에서 형성되는 입 자들의 수밀도와 유속의 변화가 일정하게 형성되는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과는 웨이퍼의 대구경 화에 따른 플라즈마의 균일성을 고려할 경우에 매우 효과적일 것으로 고려되어 진다. 직류 자기 바이어 스 전압의 형성은 전극의 비대칭성과 콘덴서의 작용 으로 형성되는 것을 확인하였다. 또한 콘덴서가 연 결되지 않는 구조에서는 직류 전류가 형성되는 것을 알 수 있었으며, 이것은 플라즈마와 방전 챔버의 구 조적인 안정성을 고려하여 볼 때, 챔버 외부에 직렬 콘덴서의 연결이 필요하다고 고려되어 진다.
전극단과.챔버 외벽의 거리가 짧을수록 그 영역에서 전계가 강하게 형성되고, 외벽을 향하는 각 입자 들의 움직임도 매우 활발하다는 것을 알 수 있었다. 그러나 외 벽을 통하여 흘러 나가는.
후속연구
이러한 방전 구조에 대한 플라즈마의 고찰은 목적 에 부합되는 방전 챔버를 구성하는데 보다 효과적으로 응용되어질 것으로 기대된다.
참고문헌 (9)
J. P. Boeuf and L. C. Pitchford, 'Two-dimensional model of a capacitively coupled rf discharge and comparisons with experiments in the Gaseous Electronics Conference reference reactor', Phys. Rew. E, Vol.51 No.2, pp. 1376-1390, 1995
D. Herrebout, A. Bogaerts, M. Yan, R. Gijbels, W. Goedheer and A. Vanhulsel, 'Modeling of a capacitively coupled radio-frequency methane plasma: Comparison between a one-dimensional and a two-dimensional fluid model', J. Appl. Phys., Vol.92, No.5, pp. 2290-2295, 2002
하장호, 전용우, 최상태, 신용철, 박원주, 이광식, 이동인, 도대호, 'A Study on the Characteristics of the Inductive Coupled SF6 Plasma', Proceedings of 1999 KIIEE Annual Conference-International Symposium of Electric Discharge and Plasma, pp. 149-152, 1999
박원주, 'A Study on the Characteristics of Radio-Frequency Induction Discharge Plasma', Journal of the Korean Institute of the Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 13, No. 3, pp. 34-39, 1999
D.P. Lymberopoulos and D.J. Economou, 'Fluid simulations of glow discharge: Effect of metastable atoms in argon', J. Appl. Phys., Vol.73, No.8, pp. 3668-3679, 1993
A.A. Kulikovsky, 'A More Accurate Scharfetter Gummel Algorithm of Electron Transport for Semiconductor and Gas Discharge Simulation', J. Com. Phys., Vol.119, pp. 149-155, 1995
F. F. Young and Chwan-hwa John, 'Two Dimensional, Self Consistent, Three Moments Simulation of RF Glow Discharges', IEEE Trans. Plasma Sci., Vol.21 No.3, pp. 312-320, 1993
임장섭, 소순열, 'Modeling and Analysis of Fine Particle Behavior in Ar Plasma', Journal of the Korean Institute of the Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 18, No. 1, pp. 52-59, 2004
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.