Others ECR 플라즈마에 대해서 질문 드립니다.
2020.02.11 14:31
안녕하십니까 교수님 저는 한양대학교에서 학부연구생으로 공부를 하고 있는 이창경입니다.
제가 플라즈마에 대해서 공부를 하고 있는중에 플라즈마 소스에 대해서 여러가지 알아보았습니다.
그런데 요즘은 ICP 플라즈마 소스의 등장으로 ECR 플라즈마 소스를 잘 사용하지 않는다고 들었는데 그 이유를 정확히 찾지 못하다 교수님의 연구실 홈페이지를 알게 됐고 질문방에 답을 찾다가 찾지 못해서 이렇게 직접 글을 올리게 됐습니다.
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ECR 플라즈마는 플라즈마 소스를 소개하는 여러 종류의 교재에서 파악할 수 있을 것입니다. 플라즈마를 만드는 방법에 대해서는 잘 알고 있을 것이니 생략하고, 핵심은 전기장의 생성과 생성된 전기장을 전자 가열 (에너지) 증진에 쓰이는 메카지즘으로 이름짓습니다. 즉 ECR은 electron cyclotron resonance의 약자로서 전기장이 polarization field라는 것은 잘 아실 것이고, 자화 플라즈마에서 전자들은 이온과 반대 방향으로 회전을 하게 됩니다. 따라서 polarization field 와 gyromotion 하는 전자들의 회전 주파수가 맞으면 전자는 효율적으로 에너지를 얻게 되고 이러한 방법은 자화 플라즈마에서 널리 쓰이고 있는 방법입니다. 이를 ECR이라 하고 따라서 자기장과 고속 회전을 하는 전기장이 필요하므로, 2.45GHz의 전기장을 인가할 때 전자의 gyrofequency를 맞추려면 875G의 자기력 세기가 필요하게 됩니다.
이는 전극의 수직 전기장, E field 에 의한 가속 플라즈마인 capacitively coupled plasma source (CCP)에서 E theta 방향으로 induction electric field로 가열 시키는 inductively coupled plasma source (ICP)로 전력 전달 효율이 좋아지고, wave 에 의한 heating 방법으로 대표적인 ECR로 발전하게 됩니다. 다만 자기장을 추가함으로써 전가 가열의 효율이 너무 훌륭하게 좋아지나 균일도 제어에 문제가 심각할 수 있어, 과유불급한 사정을 맞습니다. 따라서 공정용 플라즈마에서는 자기장의 사용은 플라즈마 밀도 관점에서는 좋으나, 사용이 극히 제한적이게 됩니다. CCP는 전극만 넓은 면적에 다루기가 어렵지 않고 ICP는 안테나 내에 형성되는 EMF의 제한으로 안테나 구조에 민감한 것이 취약점일 수 있습니다.
하지만, 사용 여부는 대상 공정의 특성에 따라 바뀌는 것이니, O와 X의 문제가 아님을 강조합니다. (분명한 것은 지금도 현장에서는 ECR 소스를 사용하고 있습니다) 또한 질문자가 만나게 될 ALE 나 ALD가 결합된 플라즈마 공정에서는 여러 소스를 결합해서 사용할 가능성도 있으니 모든 소스의 특장에 대해서 공부하는 편이 더 좋은 준비가 될 것 같습니다. .