Modeling of Two-dimensional Self-consistent RF Plasmas on Discharge Chamber Structures

Plasma researches using parallel-plate electrodes are widely used in semiconductor application such as etching and thin film deposition. Therefore, a quantitative understanding and control of plasma behavior are becoming increasingly necessary because their important applications and simulation techniques have been actively carried out in order to solve such problems above. In this paper, we developed a two-dimensional(2D) self-consistent fluid model, because 2D models can deal with real reactor geometries. The fluid model is based on particle continuity equations for taking account of an electrode system in a cylindrical geometry. An pure Ar gas was used at 500[mTorr] and radio-frequency (13.56(MHz)). Four models were simulated under the different electrode geometries which have chamber widths of 5.25, 6.0, 8.0, and 10.0[cm] and we compared their results with each other. Plasma uniformity and a do self-bias voltage were also discussed.

전극 구조에 관한 2차원 RF 플라즈마의 모델링

본 연구에서는 2차원적 유체 모델을 통하여 보다 실질적인 플라즈마를 이해하고자 하였으며, 기하학적인 방전전극 구조를 반영하도록 전극단에서 챔버 외벽의 거리를 변화시키면서 플라즈마의 특성을 정량적으로 비교 분석하고자 하였다. 방전 챔버의 구조로서, 전극의 반경과 방전 챔버의 높이는 일정하게 유지하면서 방전 챔버의 넓이를 변화시킴에 따라 형성되는 플라즈마의 특성을 분석하였다. 그 결과, 전극단과 챔버 외벽의 거리가 짧을수록 그 영역에서 전계가 강하게 형성되어, 외벽을 향하는 각 입자들의 움직임도 매우 활발하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 전각단과 외벽과의 거리가 짧을수록 전극 면상에서 형성되는 입자들의 수밀도와 유속의 변화가 일정하게 형성되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 웨이퍼의 대구경화에 따른 플라즈마의 균일성을 고려할 경우에 매우 효과적일 것으로 고려되어 진다.