Sheath [기초]CCP Type에서의 Self-Bias(-Vdc) + Vp (plasma potential) 관련 질문입니다.
2012.08.10 14:08
이제 막 Plasma Etch에 대해 공부하게 되었습니다. 일본계 반도체 장비업체에 다니고 있습니다만, 아직 초보라
사소한 잘문 드립니다.
제가 듣기로 CCP Type의 Chamber (Asymmetirc 구조)에서는 Vp<<Vdc 로 인해서 수직으로 입사하는 이온 에너지가 매우
커진다고 들었는데요, 여기서 Vdc가 걸리는 것은 이해가 되는데 Vp (plasma Potential)은 어떤 느낌인지 통 감이 안옵니다.
예를들어 Plasma window와 전극간의 전위차를 의미하는 것인지, Plasma밀도가 높아지면, Vp가 커지는 것인지 이런저런
Chamber 내에서의 물리적 화학적 전기적 움직임에 대한 전반적인 모습이 이미지화 되지 않아서 애를 먹고 있습니다.
기초 전기 자기현상에 대한 지식이 부족한 것 때문인지 모르겠는데, 간단한 설명, 혹은 참고 서적을 추천 부탁 드려도 될까요?
어떤 기초지식이 있어야 현상들을 이해할 수있을지 차근차근 공부하고 싶습니다.
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관련 질문에 대해서 본란에서 여러번 답변을 드린 바 있으니 찾아 보시기 바랍니다.
플라즈마 전위란 플라즈마의 구성이 전자와 이온의 전하들과 다량의 라디컬 및 여기종들과 중성종으로 되어 있으며, 플라즈마 특성은 대부분 여기에 속해 있는 전하인 전자와 이온으로 정의됩니다. 전자와 이온은 대부분 같은 전하량을 갖고 있으나 극성이 반대이며, 질량의 차이가 커서, 전기장 하에서 움직이는 정도인 유동도 (mobility)가 현저히 차이가 납니다. 누가 상대적으로 클까요? 질량이 매우 작은 전자가 아주 큽니다. 따라서 플라즈마 내에서는 전자의 움직임이 상대적으로 크고 플라즈마를 구속하고 있는 장치의 구속면 (벽면)으로 전자들이 빠져나가게 되어 벽면대비 플라즈마 몸체의 전위는 차이가 나고 플라즈마 몸체의 전위, 즉 벽면 전위 대비하여 플라즈마 몸체와의 전위차를 플라즈마 전위라 합니다 (대부분의 벽면 전위를 기준 전위로 보기 때문에서 플라즈마 몸체의 전위 크기로 표현하는 경우가 많기도 합니다. 또한 이 크기를 벽면 기준의 쉬스 전위라도고 부르고, 이때의 Vsh=Vp-Vdc에서 Vdc=0인 경우가 됩니다.
따라서 플라즈마 전위는 일반적인 플라즈마의 확산 (특히 전자의 벽면으로의 확산)에 의해서 만들어지는 플라즈마 몸체의 전위가 되겠습니다. 만일 플라즈마와 만나는 또 다른 물체가 삽입되게 되면 플라즈마 전위는 변할 수 있겠으나, 이는 삽입물체의 면적이 기존의 플라즈마가 대면하는 면적과 차이가 크다면 (즉, 면적비로 삽입 물체의 표면적을 무시할 수 있다면) 플라즈마 전위의 크기는 거의 변하지 않을 것입니다.
조금 복잡한 문제이긴 하지만 앞에서 말씀드린 바와 같이 플라즈마 내에서 전자가 빠져나가는 면적이 공간상의 플라즈마 전위의 정의에 영향을 준다고 하였으므로, 질문자가 경험하시는 장치, 즉 CCP 장치에서는 전극 면 만으로 플라즈마가 구속되어 있다고 보기 어려운 상황과 하부 bias 전극의 표면 전위가 바뀌고 있는 상황 등에서는 Vp가 상하부 전극의 전력에 따라 계속해서 변하고 있을 것입니다. 특히 일부 큰 대면의 크기가 Vdc로 정의되는 상황이므로 Vcd가 음의 값을 가지나 Vp는 bias 전력에 따라서 더욱 음으로 내려가게 되고, 따라서 Vsh (=Vp-Vdc)는 Vp가 변하기 전의 값보다 작아지게 되어, 실제로 원하는 Vsh (이온의 에너지)를 원한다면 예상 보다 큰 bias power를 사용해야 해서, 직관적인 운전보다는 경험이 필요한 것 처럼 느낄 수 있겠습니다만, 곰곰히 생각해 보면 이해가 가는 현상입니다.
관련되어 국문으로 번역되 여러가지 참고서적 들이 있으니 찾아서 보시면 앞의 내용을 이해하시는데 도움이 될 것입니다. 염근영교수님의 플라즈마 식각 기술 도 있고, 정진욱교수님의 공정 플라즈마의 기초와 응용 도 있습니다. 참고하세요.