Plasma in general plasma 공정 중 색변화
2023.04.20 14:36
안녕하세요. 저는 이번에 대학원 석사과정으로 들어오게 된 안서연입니다.
현재 저는 RF마그네트론 스퍼터링을 이용해서 여러 파라미터를 가지고 공정을 진행하고 있습니다.
Ti target에 Ar(50sccm)/O2(1sccm)을 넣고 파워만 조절(60,80,100,120)해서 막이 리니어하게 쌓이는지 보고있었습니다.
60W의 경우 공정 중 plasma 색변화가 생겼는데 presputtering 단계에선 보라-핑크 빛을 띠고 있었습니다. (Ar/O2 모두 넣고 프리스퍼터링 진행) 헌데, 실제 공정에 들어가게되어 타겟의 셔터를 열고 난 후 플라즈마 색이 핑크 빛이 였으나, 약 10분정도 후 푸른색 플라즈마를 띄며 공정이 일어나게 되었습니다.
80W도 동일했으나 바뀌는 텀이 짧았고(약 2분 소요), 100,120W의 경우 셔터를 열면 바로 푸른색 플라즈마를 띄는 것을 볼 수 있었습니다.
공정 중 플라즈마가 압력과 파워의 영향을 받는다는 것은 이햐가 되지만, ( Analysis of plasma-induced morphological changes in sputtered thin films over compliant elastomer Debashis Maji1 and Soumen Das1 참조)
시간이 지남에 따라 플라즈마 색이 변화하는 이유가 궁금합니다.
혹시 관련 매커니즘이나, 참고할만한 서적, 혹은 개념같은 것을 알 수 있을까요?
읽어주셔서 감사합니다.
우선, 다음 질문에 스스로 답을 찾아 보세요. 빛이 변하는 문제를 알아서 공정(코팅) 수립에 도움이 될 것입니다.
1. 플라즈마 분위기에서 왜 빛이 방출될까? 공정 개발을 하려면 플라즈마 상태에 대한 정보가 '꼭' 필요하고, 빛의 파장을 구분할 수 있는 optical emission spectroscpy (OES) 기기 또는 Photodiode 사용해서 빛의 세기 변화등을 모니터링 해서, 눈의로 본 자료와 비교할 수 있는 데이터를 추적해 보세요. (참고로 플라즈마 진단법은 일단 플라즈마 모니터대체로 광진단과 전기적 진단에서 파생된 방법들을 사용하고 있고, 이에 대해서 본 게시판의 수록된 글을 참고하세요. ChatGPT 도 좋겠네요- 물론 최근 자료에는 한계가 있기도 하고, 원하는 내용으로 편향된 답을 주니 이점 또한 참고하세요.)
2. 공정 실험을 할 때, 특히 플라즈마를 발생하기 전 상태를 일관적으로 유지하는 것이 '매우' 중요합니다. 무슨 말인가 하면, 장비를 세정해 놓고 시작하는가 여부, 이전 공정 이력 등에 대한 자료, 운전 전 장비 상태 확인 방법을 갖고 있는 것이 매우 중요합니다. 공정 전 상태가 일정해서 원하는 공정 결과가 일관되게 진행될 수 있습니다. 비록 시편이 적더라도 공정 전 '장비 상태'가 일정하게 유지 되었는가의
자료는 본인 연구 노트에 '분명하게 기술되어'있어야 합니다. - 현업에서는 다양한 표현을 사용하는 장비 관리 방법들이 있고, 이에 소모되는 시간은 공정 전체 시간에 제법 긴 시간이 투자됩니다. 즉 공정 수율에 영향을 미친다는 이야기입니다. (세정, in situ discharge ... )--> 현재 상황을 잘 공부하면 좋은 경험으로 기억될 것 입니다.
3. Ar 플라즈마를 켤 수 있으면 플라즈마 켜기 전부터 시창구 열어 놓고, 플라즈마 색깔이 어떻게 변하는지 자료로 만들어 보세요. 다음날 실험 전에 같은 플라즈마 만들어서 어제 경향과 비교해 보세요. 진단 도구는 찾아야 하고, 기록도 수기로 시작해도 좋습니다. 쉽게는 카메라로 찍어서 파일의 빛 세기를 그래프로 비교해 보세요. 그리고 빛 색깔의 의미와 세기의 차이, 그리고 빛의 색깔과 세기의 차이가 플라즈마의 어떤 특성과 연계 되는가 생각해 보세요. 플라즈마 분광학 등에서 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다
플라즈마와 같이 하는 즐거운 여행이 되길 바랍니다.