Plasma(플라즈마)생성하려면
회로를 구성하고 전원(전압)을 인가하면 됩니다.
회로에 전압을 주면 전기장생성되고,
대기 중 자유 이동 전자(Free-moving Electron)가을의 전기장을 따라
가속이것이되면, 에너지을 갖게 됩니다.
가속된 전자대기 중 가스 입자부딪치면
이온그리고 전자으로 나누거나 반응성이 좋은 입자 라디칼가 생성됩니다.
이 반응이 반복되어 플라즈마를 유지합니다.
이 기사에서는
CCP 방식으로 DC 전압으로 플라즈마를 생성하는 방법에 대해 공부하고 정리해 보았습니다.
CCP란?
Capacitively Coupled Plasma 약어로
번역하면 축전 결합 플라즈마입니다.
CCP 방식실버 챔버(Chamber) 중간 2개의 금속 전극(Metal electrode) 일정 거리를 두고 나란히 전압을 인가합니다.
그럼 두 개의 금속 전극 사이에 전기장이 생성이 되어, 자유 이동 전자들어가다 전기장따라 가속 가스 입자그리고충돌하면서 플라즈마(Plasma)가 생성됩니다.
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이 구성은 전기 회로 커패시터(Capacitor)와 비슷합니다.
축전 결합 플라즈마라고 부릅니다.
* 금속 전극은 웨이퍼의 형상에 맞추어 통상 원판의 형상입니다.
샘플의 모양에 따라 다를 수 있습니다.
패널(Panel) 프로세스의 경우 정사각형 모양도 있습니다.
* 여기서 챔버(Chamber)란 반도체 설비에서 진공을 형성하여 플라즈마(Plasma)가 만들어지는 공간을 말합니다.
여기서 양 전극에 인가하는 파워는 DC 전압을 가할 수 있고, 고주파의 AC 전압을 가할 수도 있습니다.
이번 기사에서는 CCP 방식에 DC 전압을 걸어 만드는 DC glow discharge Plasma에 대해 정리해 보았습니다.
CCP DC glow discharge Plasma
DC 전원연결 CCP 방식을 간단하게 그려 보면 다음과 같이 됩니다.
도면에서는 생략했지만, 2개의 전극(Electrode)은 진공을 형성할 수 있는 챔버 내에 구성되어 있어,
반응 가스를 주입한 상태에서 전압을 인가합니다.
DC 전압추가하면 Electorde각각 고정 (+) 애노드 및 생성됩니다.
그럼 음극에서 양극으로 전기장이 만들기가 될 것입니다.
전극간의 자유 이동 전자전기장을 따라 가속이것이되면, 에너지을 갖게 됩니다.
가속된 전자들어가다 가스 입자와 충돌그러면 양이온그리고 전자(Electron)로우 분리(이온화) 되기 Plasma가 생성됩니다.
(이온화 반응뿐만 아니라, 복수의 반응이 포괄적으로 일어난다)
충돌로 인한 고립 된 전자도로 양극 전극 방향으로 가속되고 이동 중 기체 입차와 충돌그러면 재이온화되기 연쇄적로 발생합니다.
그리고 별도의 양이온실버 음극 방향으로 가속되기 캐소드 전극에 충돌하지만,
이때 전극에서 대량 이차전자(SE:Secondary Electron)가을방출(SEE: Secondary Electron Emission). 2차 전자마찬가지로 양극 전극 방향으로 가속되면 가스와의 충돌과 반응을 안내합니다.
상기와 같이 반응이 반복되면, 플라즈마 생성이 유지된다.
여기에서 음극은 양이온이 충돌하면서 환원 반응을 하기 위해 음극, 양극은전자가 충돌하여 산화 반응을 하기 때문에 애노드(Anode)됩니다.
Plasma 빛은 가속 전자가 가스 입자와 충돌 여기 (Excitation)그리고 다시 안정화하는 과정에서 방출되는 빛을 보는 것입니다.
그러나 플라즈마 방전 초기에는 Ionization 반응이 적고 빛이 보이지 않거나 얇은데, 이때의 방전 암방전(Dark Discharge)라고 부릅니다.
플라즈마 방전이 진행되면, 2차 전자와 양이온의 수가 충분히 많아지고, 순간 저항과 전압이 불안정하고 다시 안정화된다.
플라즈마 안정화 상태는 양이온 전자가 생성되는 양과 소비되는 양이 같아지고, 양이온과 전자가 방전이 충분히 된 상태입니다.
이 상태에서 밝은 빛볼 수 있으며 이러한 상태 글로우 방전(Glow Discharge)라고 말합니다.
플라즈마에서 양이온과 전자는 각각 음극과 양극으로 이동합니다.
전자의 질량이 양이온에 대해 매우 작고 이동 속도가 빠릅니다.
그러니까 전극의 경계면에 존재하는 양이온그리고 전자의 양(밀도)이것이 다르다 (전기 중성이 깨진) 잠재력 차이(Potential Difference, 전위차)을 발생시킵니다.
경계면 부근밀도 차이로 전위차(Potential Difference)발생한 지역은 밝고 빛나는 플라즈마 벌크 영역달리 어두운 영역(Dark space)보이지만, 시스라고 말합니다.
외장 지역그럼 급격한 전위차(Potential Difference)으로 양이온이 쉽게 가속더 많은 2차전자를 방출할 수 있습니다.
* Vp = Plasma potential, Plasma의 Maximum potential을 말한다.
Dry Etching의 Vp 값의 변화로 Etch rate의 변화를 예측할 수도 있습니다.
일반적으로 Vp 값이 클수록 Etch Rate가 증가합니다.
**시스에 대해서는, 별도로 자세히 공부하고, 다음의 투고로 정리할 예정입니다.
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CCP DC glow discharge plasma 방식의 경우, 양이온이 캐소드 방향으로 가속하면서 전극에 충돌하면서 다량의 2차 전자를 방출할 필요가 있기 때문에 전극(Electrode) 도체넣어.
Electrode 표면에 부도체로 코팅되어 있는 경우, 양이온이 전극에 충돌하면서 (+)에서 Charge가 발생하여 2차 전자가 나오지 않게 하여 Plasma가 꺼집니다.
CCP DC glow discharge plasma 방식은 보통 Sputter에서 사용되는 것 같습니다.
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