11. Plasma (정의, 생성원리, 활용원리)

(1) 정의

• 고체, 액체, 기체가 아닌 제 4의 상태로 많은 수의 자유전자, 이온 및 중성의 원자 또는 분자로 구성된 이온화된 기체 상태.
• chamber 내에 중성의 원자나 분자 가스를 넣고, 전자를 가속하여 충돌을 통해 중성의 원자와 분자, 양이온, 전자들이 혼합된 상태로 유지하게 만든 상태.
  
  

 

(2) 생성 mechanism

1. 진공 chamber 내에 중성 원자 상태인 Ar gas와 일부 자유전자 주입.
2. 외부에서 높은 주파수의 전계나 자계를 가하여 자유전자 매우 빠른 속도로 가속(가속된 전자=hot electron).
3. hot electron과 부딪혀 Ar원자에서 전자가 분리됨. Ar⁺이온과 전자가 공존.
4. 충돌하지 않거나 충돌하여도 중성 상태의 Ar 원자로 남아 있는 상태를 radical. 위의 이온, 전자와 공존.

 

(3) 성질

• 높은 전기 전도도
• 전자기장에 매우 큰 반응성
  
  

 

(4) 생성 방식

• ICP
  : chamber를 도전성 코일로 감싸고, 코일에 RF 교류전원 → 자기장 발생 → chamber 내부에 유도 전기장 발생
   → 전기장으로 자유전자 가속.
• CCP
  : chamber 내에 anode와 cathode 평행판 전극 사이에 RF 교류 전원 → 전극 사이에 전계 발생
   → 전계로 자유전자 가속.
  
  

 

(5) plasma를 etching에 이용하는 원리

 : sheath 영역에서 plasma와 전극 사이에 전위차 존재(=sheath 전압)

  → sheath 전압 크게 만들면 plasma 내부 양이온 가속↑ → 높은 직진성 운동에너지 → etching.

 

*sheath

 : plasma와 경계면에서 생기는 전기적 중성이 깨진 영역.

  plasma 생성 후 chamber 내부 벽 부위와 평행판 전극 부위에 발광하지 않는 얇은 층의 영역.

• 전자와 양이온의 이동 속도 차이에 의해 발생(전자>>양이온).
• 다수의 양이온과 아주 소수의 고속전자들만 존재 → 전자에 의한 이온화가 거의 없는 영역.
• 낮은 전자 밀도로 인해 어둡게 보임.
• sheath 폭은 plasma 생성하기 위한 외부 전압과 plasma의 이온화 정도에 따라 결정.

 

 

 

 

<참고문헌> 이창훈, 반도체 소소제공, 더인 출판사, 2019, pp.156-161.