초록 ▼

반도체 공정에 사용되는 플라즈마는 낮은 압력하에서 전기적 에너지에 의하여 부분적으로 이온화된 기체로서 양이온, 음이온, 전자 및 중성원자나 분자 등으로 구성되어 있다. 따라서, 플라즈마 반응기를 해석하기 위하여는 플라즈마 반응기구,전기장 분포, 이온이나 라디칼들의 반응 및 전달현상, 표면반응 등의 복잡한 현상들을 고려하여야 한다. 또한 플라즈마 공정의 성능에 영향을 미치는 조작 변수로서는 압력, power,excitation frequency, 전극물질, 유량, 온도, 반응기체 성분 등이 있다. 이와 같은 조작

반도체 공정에 사용되는 플라즈마는 낮은 압력하에서 전기적 에너지에 의하여 부분적으로 이온화된 기체로서 양이온, 음이온, 전자 및 중성원자나 분자 등으로 구성되어 있다. 따라서, 플라즈마 반응기를 해석하기 위하여는 플라즈마 반응기구,전기장 분포, 이온이나 라디칼들의 반응 및 전달현상, 표면반응 등의 복잡한 현상들을 고려하여야 한다. 또한 플라즈마 공정의 성능에 영향을 미치는 조작 변수로서는 압력, power,excitation frequency, 전극물질, 유량, 온도, 반응기체 성분 등이 있다. 이와 같은 조작변수는 전자에너지 분포함수, 반응물의 농도, 이온농도 및 이온에너지와 같은 플라즈마의 특성에 영향을 주어 플라즈마 공정의 성능을 좌우한다. 조작변수와 공정의 성능과의 상관관계는 매우 복잡하여 플라즈마 반응기의 형태나 반응기체의 성분을 변경하거나 조작변수를 조절하는 일은 현재까지도 상당부분 시행착오법에 의존하고 있다.본 연구에서는 플라즈마 에칭의 중요한 문제점 중의 하나인 radiation damage를 줄일수 있는 것으로 알려진 마이크로웨이브 에너지를 이용하여 전자 싸이클로트론 공명 현상을일으키는 downstream 플라즈마 반응기를 연구의 대상으로 하였다. 2차년도에 걸친 연구기간 중, 1차년도에는 플라즈마 반응기내의 유체의 흐름, 온도분포, 반응성분의 전달현상, 기상반응 및 표면반응 등을 동시에 고려할 수 있는 수학적 모델을 설정하였으며, 유한요소법에 근거하여 전산모사를 수행하는 프로그램이 개발되었다. 또한 마이크로웨이브 에너지를이용하여 전자싸이클로트론 공명을 일으키는 플라즈마 에칭 시스템을 구성하였다. 2차년도에는 전산모사를 수행하여 반응기의 압력, power, 반응기체의 유량과 같은 운전조건의 변화가 반응기의 성능변화에 미치는 영향을 예측하였으며, 예측된 결과가 실험적으로 측정한데이터와 일치하는지를 검토함으로써 제시한 수학적 모델의 타당성을 검증하고자 하였다.본 연구의 결과는 미래의 반도체 공정에서 요구되는 보다 개선된 성능을 가진 플라즈마 반응기의 설계기술 확립과 최적의 운전조건을 도출하는데 기여할 수 있다.

Abstract ▼

Plasmas used for semiconductor processing are partially ionizedgas by electrical energy at low pressure and consist of positive and negative ions,electrons and neutrals. To analyze a plasma reactor, one should consider the plasmakinetics, potential distribution, the transport and reaction

Plasmas used for semiconductor processing are partially ionizedgas by electrical energy at low pressure and consist of positive and negative ions,electrons and neutrals. To analyze a plasma reactor, one should consider the plasmakinetics, potential distribution, the transport and reaction of ions and radicals and surfacechemistry. The operating parameters which affect the reactor performance arepressure, power, excitation frequency, electrode materials, flow rate, temperature, and gascomposition. The operating parameters dictate the outcome of a plasma processthrough their effect on the plasma properties such as the electron energy distributionfunction, reactive species concentrations, ion flux and ion bombardment energy. Theinterrelationship between operating parameters and process outcome is so complex that achange in reactor geometry, gas composition, or operating parameters continues to relyheavily upon trial-and-error procedures.In this study, the electron cyclotron resonance downstream-plasma etching reactorusing microwave excitation was considered, since it is known to reduce the radiationdamage which is one of the important problems of the plasma etching. In the firstyear, a mathematical model that accounts for fluid flow, temperature distribution,transport and reaction of charged and neutral species, and surface phenomena at thegas-solid interface was formulated and a computer-simulation program based on thefinite element method was developed. In addition, an ECR etching system usingmicrowave excitation was set up. In the second year, the effect of the operatingparameters such as reactor pressure, power, and gas flow rate on the reactorperformance was predicted through computer simulations. In order to validate themathematical model, simulation results were compared with the experimental dataobtained from the ECR plasma apparatus constructed in the first year.The results from this study may be useful for the design of improved and novelplasma reactors to meet the future requirements of the microelectronics processing, andalso for the process optimization and control.

목차 Contents

• 1. 서 론...8
• 2. 수학적 모델 및 전산모사 방법...10
• 3. 실 험...16
• 4. 결과 및 고찰...19
• 5. 결 론...34
• 6. 참고문헌...35
• 연구수행관련 논문발표 목록서...36
• 자체평가서...37