플라즈마 측정을 위한 무선 비대칭 랑뮤어 탐침 연구

Abstract

본 논문에서는 무선 탐침을 이용해 유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma)와 bias plasma (substrate bias voltage plasma)의 전자 온도와 이온 밀도를 전력과 압력에 따른 상관관계를 측정하였다. 또한 무선 탐침의 장점을 활용하여 넓은 면적의 ICP에서 공간분포를 측정하였다. 기존의 직류 전압을 사용한 단일 랑뮤어 탐침의 경우 공정 조건에 따라 챔버 접지면에 증착이 될 경우 측정이 어렵다는 단점이 있었다. 이를 개선한 것이 이중 탐침법이다. 기존의 이중 탐침의 경우 직류 전압을 사용하여 공정 조건에 따라 탐침이 증착 될 경우 측정이 되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 챔버 내부의 접지면적이 존재하지 않거나, 탐침이 증착 될 수 있는 환경에서도 측정할 수 있는 무선 탐침을 사용하여 연구하였다. 측정된 결과의 신뢰성을 판단하기 위해 Electron Energy Distribution Function (EEDF)를 측정하여 부유 전위 근처에서의 전자 온도를 측정하였고, 추가로 부유 고조화 탐침법과도 전력과 압력에 따라 비교하였다. 비교한 결과 기존의 측정법들과 잘 일치하는 모습을 보여 무선 탐침의 신뢰성도 확인하였다.

또한 bias 에서도 RF보상을 통해 전자 온도와 이온 밀도를 전력에 따라 측정할 수 있었고, 이는 다양한 방전 조건에서도 무선 탐침으로 측정이 가능하다는 것을 보여준다. 결과적으로 무선 탐침은 독립적으로 측정을 진행하므로 대면적 플라-즈마에서 전자 온도나 이온 밀도의 2D 공간분포를 측정하는데 유리하다. |In this study, electron temperature and ion density were measured by wireless probe. The wireless probe has the advantage that it does not affect the plasma by performing measurement independently of the chamber cell. Unlike the conventional double probe, the area of the two metal probes was different to enable measurement at a lower plasma density, which was in good agreement with the floating harmonic method. In order to apply the wireless probe to the actual semiconductor process, electron temperature and plasma density were also measured at ICP power and additional bias power, and it agrees well with the the measurement methods. Since the wireless double probe is a wireless probe and a probe having a relatively small area, it is a suitable measurement method for measuring spatial distribution in a large-area plasma or applied to a plasma for a semiconductor process.