랑뮤어 탐침 부위 전위에서의 쉬스 두께 측정

Abstract

RF 플라즈마 방전은 반도체 플라즈마 공정에서 많이 쓰여지기 때문에 RF 플라즈마 방전의 플라즈마 쉬스의 주제는 많은 관심을 받고 있다. 특히, 전극 표면에 인접한 쉬스 지역은 많은 연구의 대상이 되고 있다. 반도체 공정의 에칭에 필요한 이온들은 쉬스 안의 필드로부터 에너지를 얻기 때문에 이러한 필드의 공간 분포 변환의 이해는 제조 공정을 디자인함에 있어서 매우 중요하다. 많은 쉬스 모델들이 제안되었지만 그 모델들의 예측은 상반되었고 실험에 의해 거의 확인되지 못했다. 쉬스 가장자리의 위치는 많은 쉬스 모델의 가장 중요한 플라즈마 변수 중의 하나이다. 그리고 실험값은 예전의 쉬스 모델의 더 나은 평가를 확인할 수 있다. 이 논문에서 부유 고조파 방법과 마이크로파를 이용한 컷오프 방법을 사용하여 이온 전류와 전자 온도, 플라즈마 밀도를 알아내고 이온 전류 식에 대입하여 쉬스 두께를 구해내었다. 플라즈마 밀도가 증가함에 따라 쉬스 두께는 감소되었다. 쉬스 두께가 이온 평균 자유 행로 길이보다 작아서 비충돌 쉬스로 고려하여, 실험으로 구한 쉬스 두께를 비충돌 쉬스 이론으로 구한 쉬스 두께와 비교해 보았다. 실험 조건에 타당한 ABR이론으로 계산된 쉬스 두께와의 차이가 10% 범위 내였기 때문에 실험으로 구한 쉬스 두께를 신뢰할 수 있었다.; Sheath thickness is important for plasma diagnostics such as the widely-used Langmuir probe and for plasma etching in semiconductor manufacturing. To understand the electrodynamic properties and a variety of chemical and physical phenomena in processing discharges, many computational plasma models have been presented in the previous literatures. Because the sheath thicknesses are only a few times λDs and the ion mean free path in pre-sheath region could be up to hundreds of λDs in low pressure, high density plasmas, computation of an exact solution is very time consuming. In previous works, sheath models have been proposed and tried to probe the physical mechanism of the sheath. Nevertheless, the sheath thickness should in general be determined by experiments. In this paper, we present a method, a combination of a floating harmonics method and a wave cutoff method, for measuring the plasma sheath thickness at a floating potential. The measured ion current include sheath area. Therefore, if we know unknown factor, such as plasma density, electron temperature, and ion current, the sheath thickness can be obtained. The measured sheath thickness was compared with collisionless sheath theories at the floating potential. The difference of the sheath thicknesses are within the 10% range. The sheath thicknesses obtained by the experimental are reliable.