Plasma in general standing wave effect에 대한 질문이 있습니다.
2021.11.18 11:00
교수님 안녕하세요. 디스플레이 장비사에서 근무중인 회사원입니다.
좋은 내용 정말 감사합니다. 많이 배우고 있습니다.
PECVD의 챔버와 standing wave effect에 관한 질문입니다.
챔버의 크기가 클수록 standing wave effect에 의해 챔버 내의 플라즈마가 불균일 하게 형성되어 불균일한 필름이 증착되는 것으로 알고있습니다.
'용량결합형 전극에서 가이드링에 의한 전기장 제어' 논문(http://doi.org/10.5370/KIEE.2019.68.11.1465)의 2.1 전기장 불균일도 원인 내용에서 'Wave는 전도체 표면을 따라 전극 아래 중앙부로 이동한다. 이 현상은 축대칭으로 인해 전극 중앙 하부에서 축방향 전기정은 radial 방향으로 미분 값이 0이 되어야 한다. 따라서 전극 아래 중앙부에서는 시간에 따른 전기장이 가장 크거나 가장 작다.'
라고 설명이 나와있습니다.
제가 드리고 싶은 질문은 wave가 중앙부에서 가장 강한지 궁금합니다. 또한 중심부에서 가장 큰 전기장이 형성 되더라도 전기장 에너지가 플라즈마 내부에서 확산되기 때문에 챔버 전체적으로 동일한 플라즈마 밀도를 가져야 하는것 아닌지가 궁금합니다.
감사합니다.
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우리가 관심을 갖고 있는 웹이브는 전자기파를 의미하고, 전자기 파동은 파장 (전기장 또는 자기장의 크기가 바뀌는 거리 주기)와
주파수 (시간 주기의 의미, 일초에 몆번 peak 값의 변동 빈도수)이며 파장과 주파수를 곱하면 파동의 전파 속도를 구할 수 있고, 전자기 파의 전파 속는 빛의 속도를 가집니다. 여기서 빛의 c=3c10e8m/sec 이고 파동의 주파수로 나누면 파장의 길이를 얻을 수 있고, sine 형태를 가정하면 반주기 동안에 신호는 최소-최대-최소의 값을 갖게 됩니다. 여기서 최소와 최대가 되는 파장의 거리를 전체 파장의 거리에 1/4이 됩니다. 즉, 이 거리의 안테나 구조 상에는 전기장이 크기 변화를 가진다는 의미입니다.
여기서 정상파라면, standing wave 라면 wave 가 마치 정체되어 있는 것 같이 공간의 전기장의 세기 분포를 형성하고 있다는 표현입니다. 따라서 장비 구조가 길어지면, 즉 안테나의 길이, 혹은 전극의 길이가 커지고, 주파수가 커지면 안테나 상의 전기장의 세기 분포가 파동 형태로 형성된 채로 존재하다는 의미가 standing wave 형성이라 볼 수 있습니다. 여기서 전기장이 센 곳에 전자들이 가속될 에너지가 큼으로 이온화가 크게 일어나게 됨으로 standing wave 가 형성되면 플라즈마 밀도 분포가 만들어지게 되고 이는 대부분, 공정 균일도에 매우 큰 영향을 미치게 됩니다. 따라서 가능하면 standing wave 효과가 만들어지 지지 않게 운전 조건을 만들거나, 안테나를 설게하게 됩니다.
하지만 공정 대상의 크기가 커짐에 따라서, 공정을 빠르게 진행하기 위해서 줖파수를 높이게 되면, 공정 균일도는 낮아지는 부담에 대응책을 같이 마련해야 합니다. 상보적인 관게가 존재해서, 우리 엔지니어들은 균형점을 찾는 일이 필요하지요.
따라서 이런 경우에 장비사로 부터 공정 균일도에 대한 정보를 미리 얻어 두시는 것이 좋습니다. 그 해석에는 불활성 가스에서의 데이터를 기반으로 자료를 얻고 공정과 유사한 조건의 가스에서의 플라즈마 균일도 데이터를 얻어, 이를 기반으로 공정 리시피를 개발하는 방법을 추천드립니다. .