플라즈마 공정을 위한 이차원 플라즈마 분포 및 챔버 벽면에 증착된 유전막 두께 진단법 연구

Abstract

본 논문에서는 플라즈마 사용 공정에서 플라즈마의 공간 분포 측정을 위한 진단법 및 챔버 벽면에 증착된 유전막 두께 측정에 관해 연구를 하였다. 첫 번째 연구에서는 전기적으로 부유 상태인 무선 웨이퍼 형태의 탐침 시스템을 이용하여 플라즈마 변수 진단을 하기 위해 이중 탐침법에 고조파 분석법을 적용해 보았다. 이중 탐침에 정현파 전압 신호를 인가하여 측정된 전류의 제1, 3 고조파 전류 크기를 이용해 전자 온도, 이온 선속, 이온 밀도를 얻을 수 있었다. 부유 랑뮤어 탐침을 이용하여 이온 밀도와 전자 온도 측정 결과의 비교 실험을 진행 하였고 동일한 경향 확인을 하였다. 실제 공정 챔버에서의 안테나 전류비 조정을 통해 인위적으로 플라즈마 공간 분포를 변화시켰을 때, 방전 조건에 따라 측정된 이차원 플라즈마 분포가 변화함을 확인할 수 있었고, 이 결과는 이중 탐침을 이용한 플라즈마 밀도의 가로 축 측정 결과와 매우 잘 일치함을 확인 할 수 있었다. 두 번째 연구에서는 광 다이오드를 이용하여 플라즈마 광량의 공간 균일도 진단을 해보았다. 정확한 균일도 진단을 위해서 모든 측정 지점에서의 측정 광량 보정을 수행하였다. 광 다이오드를 이용한 플라즈마 공간 분포 측정 결과는 부유형 단일 탐침을 이용한 가로 축 이온 밀도 측정 결과와 매우 잘 일치하였다. 안테나 위치에 따른 플라즈마 공간 분포 측정 실험에서는 이차원 탐침을 이용한 이온 밀도 측정 결과와 매우 유사한 경향을 얻었다. 또한, 공정 챔버에서 안쪽-바깥쪽 안테나의 전류비 조정에 따라서 플라즈마 공간 분포의 변화를 모니터링이 가능하였다. 마지막 연구에서는 평판 탐침 표면 근처의 쉬스의 정전 용량을 고려하여 증착된 유전체 박막의 두께 측정을 해보았다. 인가 전력, 아르곤 : 산소 혼합비 등의 플라즈마 방전 조건을 변화 시키면서 플라즈마 방전 조건을 변화하였을 경우에도 플라즈마의 상태에 독립적으로 증착된 유전막의 두께 측정이 가능하였다. SiO2 실제 증착 공정에서 실시간 챔버 벽면 모니터링이 가능함을 보였으며, 실 공정 적용 가능성 확인할 수 있었다. 본 연구는 기존의 학계에서 일반적으로 사용되는 진단법과 달리, 실제 공정에 적용 가능하였으며, 차후 플라즈마 공정 모니터링에 도움이 되기를 기대한다.