Remote Plasma Remote Plasma 가 가능한 이온
2017.09.23 14:13
안녕하세요
Remote Plasma 를 활용한 depo chamber 의 설계를 준비하고 있습니다.
현재 막질 depo 후 후속 radical 을 이용하여 막질의 densification 을 하기 위해 post plasma treatment 를 하고자 하는데요
현재 N2, H2, NH3 를 radical source 로 고려하고 있습니다.
N2 의 remote plasma 는 가능한 걸로 알고 있는데, H2 의 경우 H* (radical ion) 는 생성 후 먼거리 도달의 한계가 있거나, 또는
쉽게 H2 로 변한다는 것으로 알고 있어서 radical souce 로 활용이 가능한지 궁금합니다.
NH3 도 가능한지 궁금합니다.
Remote plasma 의 설비 설계시 ion 들의 직진성이 고려되도록 설계가 되어야 하는지요.. path 가 복잡할 시 plasma 효과를 볼 수 없게 되는지요..
조언 부탁드립니다.
감사합니다.
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어렵게 생각할 필요 없을 것 같습니다. 일단 remote plasma는 대부분 플라즈마 발생부와 시편 처리 공간이 떨어져 있는 장비에서 만들어진 플라즈마를 의미합니다. 즉, 플라즈마 생성 공간 (당연히 라디컬이 많이 생성되는 공간)이 시편 처리 공간과 떨어져 있으니, 플라즈마가 경로를 거쳐서 확산되고 (역시 라디컬들도 확산되면서) 시편이 있는 곳으로 가게 될 것입니다.
여기서 생각해 보아야 할 점은 라디컬의 생성과 확산입니다. 먼저 플라즈마는 전자/이온 전하 덩어리이며, 이들은 주입 가스(위에서는 주로 세정 가스를 가정해도 좋습니다)와 충돌하면서 이온화를 통해서는 플라즈마를 유지시키고, 이온화에 충분히 에너지를 얻지 못한 경우(많은 경우)에는 라디컬이나 여기종, 해리종, 등으로 존재하게 됩니다. (N2의 경우 N으로 나눠지면 해리, N2* 등이 되면 라디컬이나 여기종이 됩니다) 따라서 플라즈마 밀도가 높은 곳에 라디컬이 많습니다.
플라즈마는 전하이므로 이동은 전기장에 지배를 받습니다. 물론 이동하다가 라디컬도 만들고 하는 충돌을 지속하므로 가스의 유동에도 당연히 지배를 받게 됩니다. 가스 및 라디컬은 전기장이 미치는 힘이 없으므로, 유동 경로를 따라 가게 됩니다. 플라즈마 만들어지는 공간 (소스)에서는 다양한 방향으로 전기장이 형성되는데 그 이유는 플라즈마가 공간에서 재결합도 하고 벽면으로 쉽게 빠져 나가면서, 시료가 있는 공간(프로세스 챔버)로 확산하게 됩니다. 물론 이 확산은 양극성확산(ambipolar diffusion)이라는 특성을 가지며 (전자가 먼저가면서 이온이 따라가는 특징의 플라즈마 확산: 플라즈마의 특성을 볼 때 전자와 이온을 때로는 나눠서 고려해 보고, 때로는 묶어서 생각하는 것이 필요합니다), 결국은 플라즈마 밀도는 소스에서 부터 프로세스 공간으로 이동하면서 점차 줄어들게 됩니다.
따라서 라디컬들은 소스에서 다수 생성이 되고, 프로세스 공간에서도 일부 생성이 될 것이며, 이는 라디컬의 여기 수명과 함께, 소스 플라즈마의 밀도, 공간 (벽면 구조와 재료)과 소스와 프로세스 공간까지의 거리가 주요인자가 되게 됩니다.
복잡하여 대부분 장치를 설계할 때 먼저 전기장의 구조를 보며, 가스 주입구에서 주입 가스의 경로를 따져 보는 것이 제일 순위의 장비 설계가 될 것 입니다. 아울러 가스의 여기, 이온화 특성에 대한 기초 자료 확보가 매우 요긴할 것입니다. 이 경우는 플라즈마 유동에 크게 영향을 받는 경우로, fluid 기반의 플라즈마 시뮬레이션등으로 연구된 결과를 참고하는 방법이 운영과 제작에도 도움이 될 것입니다. 특히 타 경험은, 위와 같은 이유로 장비의 구조 기반으로 이해를 하셔야 실질적인 도움을 받을 수가 있을 것입니다.