질문 ::

안녕하세요 항상 좋은 정보를 얻어가고 있습니다.
ICP를 사용하여 물질을 식각할 때 고밀도 플라즈마일수록 식각 속도가
높은것을 알수 있습니다. 즉 플라즈마 밀도와 식각 속도가 어느정도 비례하는것을 볼수 있는데요.... 대부분의 식각가스가 전기적으로 음성이므로 wafer의 높이를 높이면 양이온 손실 영역이 줄어 플라즈마 밀도가 높아질거라 생각됩니다.
아래 그림처럼 말이죠..

o o o o o o      <- ICP coil ->    o o o o o o  
____________                            ____________
------------    <- quartz ->      ------------

                                                --------    
                                                [          ]    
  --------        <- wafer        
  [          ]        <- substrate

이러한 생각이 타당한것인지..
타당하다면 웨이퍼를 높임으로써 발생할수 있는
다른 문제가 있는지 궁금합니다. 아울러 실제 상용화 되고 있는
ICP의 Quartz와 하부 전극간의 거리(아무래도 최적화 되었을거라 생각하기 때문..)가 대략 어느정도인지 궁금합니다.
그럼 좋은 답변 기다리겠습니다.

답변 ::

질문은 electronegative plasma 에 관한 내용입니다.
일반적인 플라즈마는 전자와 이온으로 구성되어 있습니다. 하지만 식각 플라즈마와 같은 경우에는 이온과 음이온 및 전자가
존재하게 됩니다. electronegative plasma라 부르며 일반적인 플라즈마를 electropositive plasma 라 합니다.
Electronegative plasma의 형성은 전자 친화력이 큰 입자가 (대부분의 6/7족 물질들/ 즉 F, Cl, O ...) 플라즈마 내의 전자와 흡착반응을
통하여 음이온을 형성하게 됩니다. 따라서 대부분의 음이온은 양이온과 질량의 크기는 같거나 유사한고 전하량은 같고,
전기적인 극성은 반대입니다. 따라서 일반적인 플라즈마의 거동과 음이온이 포함된 electronegative plasma의 거동은
서로 다르게 됩니다. 따라서 공간내에서 음이온의 발생이 많아지면 상대적으로 전자의 양은 줄어들게 되며 양이온과 음이온의
결합에 의해서 손실되게 됩니다. 이들 음이온은 쉬스 전위를 극복할 만큼의 에너지를 갖지 못함으로 쉬스내에는 존재하기
힘들지만 쉬스전위에 의한 장벽 앞까지는 분포하게 됩니다. 음이온의 발생 경향은 저희가 수행한 산소플라즈마에 관한 실험
결과로 부터 유추하면 운전 압력에 따라 급격하게 변하게 되며 인가 전력에 따라서도 크지는 않지만 변화하고 있음을
알 수 있습니다. 하지만 일정 압력 이상에서는 오히려 그 밀도가 줄어들어가는 재결합에 의한 손실이 많이 생김을
알 수 있었습니다.
이 분야는 최근 연구가 많이 진행되고 있는 분야이기도 합니다. Electronegative plasma에서도 플라즈마의 준 중성상태가
그대로 유지되고 있음을 명심하여 이러한 플라즈마를 관찰하기 바랍니다. 즉, 이온 밀도 = 전자 밀도 + 음이온 밀도로
음 전하량과 양전하량은 거의 같고 음이온은 플라즈마의 이온화에 의해서 만들어 지는 것이 아니라 전자 흡착 반응에
의해서 만들어 지는 것입니다. 이들 반응은 이온화 반응에 비해서 매우 낮은 에너지의 전자에 의해서 일어나게 됩니다.
이런 특징을 잘 고려해서 문제를 다시 생각해 보시기 바랍니다.