우리가 일부 용어 정리가 필요해 보입니다.

RF power 는 공정용 전원 소스를 의미합니다. 파동형태로 에너지를 '공급'하는 장치를 일컫습니다. 반도체 공정 엔지니어에게 RF power는 플라즈마 생성에 들어간 전력을 의미합니다. 즉 어떤 형태의 RF 든 입력해서 플라즈마 생성으로 쓰인 값과 전력이 전달되는 과정를 포함해서 RF Plasma라고도 생각하시면 편리합니다.

RF 전원에서 RF 전기장(자기장)은 matcher 를 거쳐서 전극에 도달하고 플라즈마를 지난 것은 Ground로 빠져나가는 것을 반복하고, 중첩되면서 정상파동의 형태를 가진다고 가정합니다. 정상파는 파동의 형태 (일정하게 치고 있는 파도를 상상하면 좋습니다.)  파동의 특성으로 이해할 수 있는 것은 전극에 전기장이 시간에 따라서 형성되며 전극상의 위치에 분포하고 있다고 생각합니다. (위치가 고정되어 있으니, 시간에 따라서 전기장만 변한다고 생각합니다.)

먼저 전기장에서 전자 가속과 가속된 전자에 의해서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성(본게시판의 내용을 참고하시면 좋습니다)이 RF로 확장시키면 RF 전기장에 의해서 플라즈마 전자가 가속되고 가속된 전자에 의해서 플라즈마가 생성되게 됩니다. 여기서 전기장은 주파수를 가진 파동의 형태로 전파가 되고, 이로 부터 만들어진 전자기 파에 의해 공간의 플라즈마도 인가 주파수에 따른 거동을 하며 가속되게 됩니다. (이를 가열이라 합니다). 따라서 가열 특성은 입력 전기장의 주파수에 따르게 됩니다. (이는 시간의 문제입니다.) 고주파를 쓰면 거동이 빠른 전자를 보다 수월하게 움직일 수 있어 전자 가열에 유리하며 고밀도 플라즈마 형성에서 선호하는 전원 스펙이 됩니다.

다음으로 전파하고 있는 전기장은 파동의 특성으로 파장을 가집니다. 파장의 길이는 빛의 속도/주파수로 나눈 값으로 매질의 전자기 특성에 따르나, 진공에서 갖는 빛의 속도를 기준으로 삼아서 예상합니다. 따라서 파장은 주파수 커지면 파장은 짧아집니다. RF 는 고주파를 의미하고, GHz의 마이크로 파는 수십 cm 의 파장을 가지나 우리가 많이 쓰고 있는 13.56 MHz 의 파장은 20여m 가 되고, 고주파 CCP 에서는 현재 60Mhz를 사용하며 이때 파장은 1/4이므로 5m 가 됩니다. 대부분의 플라즈마 반응기는 반도체 경우, 0.5m 내의 크기를 가지나, OLED/LCD 경우에는 13.56MHz 전원에서도 전기장의 공간 분포를 분포를 가짐으로 이 주파수의 전기장은 전극상에 공간 분포를 하고, 분포된 전기장에 의해 가열된 플라즈마도 이에 따릅니다. 이를 정상파 효과 (standing wave effect)라 합니다. 

정상파 현상을 좀더 생각해 봅시다. RF 전원에서 전기장은 파동 형태로 전달이 되고, 파동은 feedthrough (Cu 재질)을 통하고 (주변에 고정재료 등 과 shower head 혹은 ESC 재료 등)에서 플라즈마를 통해서 상대 전극 Ground 로 빠져 가므로, 파동이 전파하는 특성은 플라즈마의 하전입자에 의해서 변할 것을 예상할 수 있습니다. 입력 주파수는 전원에서 고정되어 있음으로 주로 파장의 크기가 변하게 되고, 여기서 파장은 위에서 설명한 바와 같이 정상파의 파장을 의미합니다. 플라즈마가 가열되면서 외부에서 인가한 전기장을 흡수하고, 즉 외부 전기장 파동의 에너지가 플라즈마로 전달이 되므로, 플라즈마와 결합된 파동의 형태, 정상파의 파장 크기는 입력 전기강에 비해서 짧아지고 플라즈마의 반응, 즉 전기장 에너지를 효과적으로 가져가는 현상 등이 추가되면서 그 파장의 길이가 좁하지게 됩니다. 이러한 현상은 60MHz의 좁은 전극 갭을 가지는 CCP 형태의 플라즈마는 파동이 전파하는 공간에 고밀도 형성이 유리해서 더욱 짧은 전자기 파가 집속되고, 즉 전기장이 중심영역에 몰려 중심부 플라즈마 밀도를 키우고 중심부 공정을 가속화 시킵니다. 이를 통합해서 정상파 현상이라 합니다.

따라서 고주파 플라즈마에서는 인가 전력 조건에서 플라즈마 반응 특성으로 인해서 플라즈마 분포 및 에너지 특성이 바뀌고 이는 공정에 지대한 영향을 미치는 것입니다. 특히 high aspect ratio etch 에서 SWE(정상파효과)는 여러 공정 이슈의 원인이 되고 있습니다.