비대칭 면적의 이중 탐침을 통한 플라즈마 분포 측정 연구

Abstract

본 논문에서는 두 탐침의 면적이 비대칭인 이중 탐침을 이용한 측정 방법을 연구하였다. 두 탐침의 면적이 대칭인 이중 탐침은 제3고조화 전류의 크기가 제1 고조화 전류에 비해 매우 작기 때문에 전자 온도와 이온 밀도의 정확한 측정이 어렵다. 반면에 두 탐침의 면적이 비대칭인 경우, 제2고조화 전류를 통해 전자 온도와 이온 밀도를 측정하는데 제3고조화 전류에 비해 수 배 크기 때문에 정확한 측정이 가능하다. 면적 비에 따른 제2고조화 전류의 크기가 다르기 때문에 제2고조화 전류를 최대로 갖는 면적 비를 찾아 측정 방법에 적용하였다. 측정을 위한 회로를 구성했고 무선으로 측정 데이터를 PC로 수신 실시간으로 측정 결과 관찰이 가능하다. 우리의 측정 방법은 단일 랑뮤어 탐침법, 부유 고조화 탐침법(2-D Floating harmonics probe, 2-D FHP)과 비교되었다. 다양한 압력과 전력 조건에 따라 두 측정 방법과 선 분포(1-D)와 공간 분포(2-D)를 비교했고 전자 온도와 이온 밀도가 기존의 측정 방법과 잘 일치하였다. 또한 두 탐침에 유전체가 증착 된 경우와 극판에 RF bias 전력을 인가한 경우에도 측정이 가능하다. 우리의 측정 방법은 외부와 연결없이 독립적이며 전기적으로 부유 상태에서 측정이 가능하기 때문에, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 레벨의 플라즈마 공간 분포 측정을 통해 최적 공정 조건 도출에 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.