Abstract
Magnetic field is commonly used in low temperature processing plasmas to enhance the performance of the plasma reactors. E$\times$B magnetron or surface multipole configuration is the most popular. However, the properties of capacitively coupled rf plasma confined by axial static magnetic field have rarely been studied. With these background, the effect of magnetic field on the characteristics of capacitively coupled 13.56 MHz/40 KHz argon plasma was studied, Ion saturation current, electron temperature and plasma potential were measured by Langmuir probe and emissive probe. At low pressure region (~10 mTorr), ion current increases by a factor of 3-4 due to reduction of diffusion loss of charged particles to the wall. Electron temperature slightly increases with magnetic field for 13.56 MHz discharge. However, for 40 KHz discharge, electron temperature decreased from 1.8 eV to 0.8 eV with magnetic field. It was observed that the magnetic field induces large temporal variation of the plasma potential. Particle in cell simulation was performed to examine the behaviors of the space potential. Experimental and simulation results agreed qualitatively.
본 논문에서는 축 방향으로 자화된 용량결합형 13.65 MHz/40 KHz RF 방전에서 Langmuir Probe, Emissive Probe를 통해 이온 전류 밀도, 전자 온도, 플라즈마 전위의 자장 의존성 및 자기 바이어스 전위를 조사하였다. 자장을 인가함으로서 실험변수 범위 내에서 최대 3배의 이온 전류밀도증가를 얻었고 점화가능한 기체 압력의 최저값을 줄일 수 있었다. 플라즈마가 자화된 경우 공간 전위는 평균적으로 감소하였고 RF 전압의 한주기 동안 시 변동폭이 크게 증가하였다. 플라즈마 전위의 자장 의존성은 Particle-in-Cell Simulation을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 대표적 실험 조건에서 전자 온도는 자장에 따라 약 4 eV에서 5 eV로 약간 증가하는 경향을 보였으나 방전 주파수를 40 KHz로 줄인 경우 1.8 eV에서 0.8 eV로 감소하였다. 실험 장치의 응용 예로서 플루오로 카본 가스에 의한 식각실험이 수행되었다. 자화 플라즈마의 산화막 식각속도 증가를 확인함으로서 축방향 자장이 실제 공정에 긍정정인 영향을 미침을 확인 할 수 있었다.
