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• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 가끔씩은 부적절한 용어 때문에 엔지니어들 사이의 기술적 의사소통이 방해 받게 되는데 이 경우가 특히 그러한 경우라 생각된다. 그러나 TEL의 특허 내용에서 유래하여 많은 엔지니어들이 이 용어를 사용하고 있기 때문에 본 기술해설에서도 이를 따르도록 하겠다.
• 디스플레이용 장비개발 엔지니어들이 관심을 가지고 있는 메탈윈도우 유도결합플라즈마를 동작원리 관점에서 확인해 보았다. 향후 메칭회로, 전류분배용 Capacitor 등 외부회로를 포함한 자기만족적인 플라즈마 시뮬레이션을 수행해 본다면 좀 더 다양한 조건에서, 자세한 플라즈마 특성을 분석해 볼 수 있겠다.
• 본 기술해석은 저자가 Metal Window ICP에 대한 자문 의뢰를 받은 이후, 진공학회 workshop 참석 등의 과정을 통해 생각해 보았던 장치의 동작원리 등을 정리한 것이다. 사실 Metal Window ICP라고 하는 용어는 자체로서 형용모순이다.

가설 설정

• 전류 영역의 확산으로 금속 후면부 전류밀도는 전면 중심부에 비해 매우 작아지게 된다. 메탈윈도우 아래 부분은 균일플라즈마를 가정하였다. 플라즈마영역은 금속판과의 절연성을 확보하기 위해 챔버로 부터 1mm 이격되어 있다.
• 안테나는 도전성이 좋은 구리, 금속판은 알루미늄을 가정했으며 표면임피던스 경계조건을 적용하였다. 챔버의 크기는 계산시간 단축을 위해 가로 및 세로 각각 10cm, 공정영역의 높이는 5cm로 설정하였다.

제안 방법

• 챔버의 크기는 계산시간 단축을 위해 가로 및 세로 각각 10cm, 공정영역의 높이는 5cm로 설정하였다. 제시된 시뮬레이션은 학문적 엄밀성을 가진 자기만족적 시뮬레이션이 아니며 기술해석을 위해 가능한 한 간략화하였다. 그림 9는 플라즈마로의 전력전달 분포를 나타내고 있다.

성능/효과

• 따라서 메탈윈도우의 중심부까지는 전류구동이 힘들게 된다. 결론적으로 이 경우에도 유전체 윈도우를 통한 전력전달만이 중요한 전력전달 경로이다. 디스플레이 제조용 식각장치는 반도체 장비와 비교할 때 면적이 매우 크므로 윈도우 전체를 유전체로 만들기가 구조적으로 힘들다.
• 시뮬레이션 결과로부터 메탈판에 형성되는 표면전류에 의한 유도결합이 원리적, 그리고 개략적인 정량 분석으로 공정용 플라즈마 장치에 적용될 수 있음을 알 수 있다. 금속의 높은 전도성에 의한 전류의 확산 때문에 플라즈마의 균일도가 안테나의 모양에 크게 의존하지 않고 일반적인 ICP에 비해 균일한 특성을 얻을 수 있을 것으로 보인다.

후속연구

• 향후 메칭회로, 전류분배용 Capacitor 등 외부회로를 포함한 자기만족적인 플라즈마 시뮬레이션을 수행해 본다면 좀 더 다양한 조건에서, 자세한 플라즈마 특성을 분석해 볼 수 있겠다. 본 기술해석이 반도체, 디스플레이 장비개발 엔지니어들에게 도움이 되길 바란다.
• 디스플레이용 장비개발 엔지니어들이 관심을 가지고 있는 메탈윈도우 유도결합플라즈마를 동작원리 관점에서 확인해 보았다. 향후 메칭회로, 전류분배용 Capacitor 등 외부회로를 포함한 자기만족적인 플라즈마 시뮬레이션을 수행해 본다면 좀 더 다양한 조건에서, 자세한 플라즈마 특성을 분석해 볼 수 있겠다. 본 기술해석이 반도체, 디스플레이 장비개발 엔지니어들에게 도움이 되길 바란다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
RF 전력	RF안테나와 챔버의 공정 공간사이가 금속판으로만 분리되어 있으면 어떤 경우라도 RF 전력이 전달될 수 없는 이유는?	서론에서 언급한 바와 같이 RF안테나와 챔버의 공정 공간사이가 금속판으로만 분리되어 있으면 어떤 경우라도 RF 전력이 전달될 수 없다. 안테나 전류에 의해 생성된 시변유도자계에 의해 생성된 유도전계가 금속판 위에 반자성 표면전류를 형성하고, 전자기장은 skin depth에 한정되기 때문이다. 금속과 유전체가 공존하는 다양한 경우를 분석해 보면 모든 유형이 3가지 정도의 범주에 들어가게 되는데 각각의 경우에 대한전력전달 경로를 고찰해 본다.
윈도우 전체	디스플레이 제조용의 식각장치윈도우 전체를 유전체로 만드는 것이 구조적으로 힘든 이유는?	결론적으로 이 경우에도 유전체 윈도우를 통한 전력전달만이 중요한 전력전달 경로이다. 디스플레이 제조용 식각장치는 반도체 장비와 비교할 때 면적이 매우 크므로 윈도우 전체를 유전체로 만들기가 구조적으로 힘들다. 따라서 자연스럽게 세그먼트화 된 윈도우를 사용하게 되는데, 장비개발에 있어서 Faraday shielder의 구조를 능동적으로 채용하여 공정 균일도를 최적화 하는 방법을 고려해 볼 수 있겠다.
Metal Window ICP	Metal Window ICP라는 용어가 자체로서 형용모순인 이유는?	사실 Metal Window ICP라고 하는 용어는 자체로서 형용모순이다. ICP 안테나의 RF 전류에 의해 생성된 유도 전자계가 금속판을 통해 직접적으로 전달될 수는 없기 때문이다. 가끔씩은 부적절한 용어 때문에 엔지니어들 사이의 기술적 의사소통이 방해 받게 되는데 이 경우가 특히 그러한 경우라 생각된다.

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참고문헌 (1)

1. Tokyo Electron, US Patent 8597463 B2 

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