Numerical simulation of a dual-frequency capacitively coupled plasma (400 kHz and 60 MHz) for plasma by using COMSOL Multiphysics

Abstract

The Capacitively coupled plasma (CCP) is widely used for thin film deposition and etching in industries such as semiconductors, microelectronics, flat panel displays and solar panels. With the improvement of etching process requirements, independent control of ion flux and ion energy is a key technology in the etching process, so dual-frequency capacitively coupled plasma (DF-CCP) sources have gradually developed. DF-CCP has been proposed and has proven to be a very promising method to achieve this goal at a relatively low cost and with great ease. For DF-CCP, the high frequency provides high ion flux by maintaining high ion density, low frequency can achieve high ion energy due to its larger sheath voltage. The ion energy and ion flux are numerically simulated by changing the ratio of low-frequency voltage and a fixed high-frequency voltage by using Comsol Multiphysics. The optimal condition of voltage ratio that maintains the highest level of ion energy flux was obtained in calculations. The simulation can provide a reference for future experimental research or etching processing in semiconductor manufacturing.|축전 결합 플라스마(CCP)는 반도체, 마이크로 일렉트로닉스, 평면 디스플레이, 태양 전지판 등의 산업에서 박막 증착 및 식각 공정에 널리 사용된다. 식각 공정 요건이 개선됨에 따라, 이온 플럭스와 이온 에너지의 독립적 제어가 식각 공정의 핵심 기술이기 때문에, 이중 주파수 축전 결합 플라즈마(DFCCP) 원이 점차 발전하고 있었다. DF-CCP는 제안되었으며 비교적 저렴한 비용과 매우 쉽게 이 목표를 달성할 수 있는 매우 유망한 방법임이 입증되었다. DF-CCP의 경우 고주파수는 높은 이온 밀도를 유지하여 높은 이온 플럭스를 제공하며, 저주파수는 더 큰 쉬스 전압으로 인해 높은 이온 에너지를 얻을 수 있다. 이온 에너지와 이온 플럭스는 COMSOL Multiphysics을 사용하여 저주파 전압과 고정 고주파 전압의 비율을 변경함으로써 수치적으로 시뮬레이션된다. 최고 수준의 이온 에너지 플럭스를 유지하는 전압 비율의 최적 조건을 계산에서 구했다. 시뮬레이션은 반도체 제조에서 향후 실험 연구나 식각 처리에 대한 참조를 제공할 수 있다