CCP anode sheath 질문드립니다. [Sheath 형성 메커니즘]
2021.07.15 08:42
안녕하십니까. 플라즈마 관련 회사를 다니는 사람입니다.
쉬스에 관해서 조금 공부를 하고 있습니다..
1. ccp방식에서 전극을 캐소드, 애노드 라고 표현하는 이유를 알고 싶습니다. 배터리와 같은 관점으로 전류가 나오는 곳을 캐소드라고 하는건가요?
2. 캐소드 쉬스가 애노드 쉬스 보다 두꺼운 이유는 무엇인가요?(단순히 A/C ratio때문인지...?), 두 전극의 면적차이가 같을 경우에도... 쉬스의 두께 차이가 존재하나요?
인터넷으로 블로그에 나와있는 글을 봤는데 거기서는, "양이온은 애노드로 접근하기 힘들겠지만, 전자들은 이보다 훨씬 빠르게 애노드로 들어갈수 있기 때문에, 그만큼 애노드에서는 중화되버리고, 전위의 차이가 매꿔지게 된다. 즉 , 쉬스 포텐셜의 차이가 줄어들게 되고, 얇은 쉬스가 될수 밖에 없다" 라고 되어있더라구요... 오히려 더 헷갈리는거 같습니다..
(쉬스라는것은 전자와 이온의 속도차이에 의해서, 전극 표면에 쌓인 음전하들로 대전되어, 전위가 플라즈마 보다 낮고, 전자는 들어가기 힘들고, 양이온은 많이 들어가는... 그러한 공간을 말하는것 아닌가요?)
먼저 플라즈마를 구속하는 전극에는 양이온에 의한 양전류와 전자(음이온)에 의한 음전류가 모두 흐릅니다. 따라서 양전류가 흐르는 곳은 양전류가 음전류에 비해서 주된 기여를 한다고 생각하면 좋습니다. 반대의 경우도 같습니다.
전극의 이름은 cation (양이온)이 흘러가는 전극을 cathode 로 명하고, anion(음이온)이 흐르는 곳을 anode 라고 부르게 되었습니다. 따라서 주로 양이온 전류가 지배적인 전극이 캐소드 전극이 되고, cathode 전극에 시편을 놓으면 양이온과 재료 표면 물질과의 반응을 조절할 수가 있게 됩니다. 주로 power 전극, 또는 RF bias 전극이라 할 수 있습니다. (RIE 운전 모드로 운영할 때 시표가 놓이는 전극입니다)
따라서 반대 전극인 양전극에는 전자 전류의 크기가 상대적으로 크다 혹은 이온 전류가 상대적으로 적게 흐른다고 할 수 있고, 이온에 의한 약한 반응을 원하는 경우 이 전극에 시편을 놓고 공정을 진행합니다. (plasma mode라고도 부릅니다)
전극에 흐르는 전자전류와 이온 전류 간의 주도권 경쟁에 일어나는 곳이 쉬스입니다. 쉬스는 경계면, 즉 시편 혹은 장비 벽면의 전위가 공간 전위에도 영향을 미치는 공간을 의미합니다. 쉬스는 전위 분포로서 플라즈마 내에서 가장 전기장이 큰 곳이며, 이 전기장은 시편에 입입사하는 이온의 에너지를 제공할 수 있으므로, 장비 개발 혹은 공정 리시피 개발에서 가장 신경쓰는 영역 중에 하나가 됩니다. 따라서 쉬스 형성 메카니즘에 대한 이해는 분명히 중요합니다. 본 게시판에서 여러번 설명이 되었으니 참고하시기 바랍니다.