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Sheath

Sheath와 Darkspace에 대한 질문입니다. [쉬스와 Bulk Plasma 영역]

작성자
작성일
2012-10-16
조회
11000

반도체업종에서 종사하고있고 얕으나 RF를 이용한 Plasma에 대해 공부를 하는 사람입니다.

질문은 플라즈마 반응용기내에서 발생되는 플라즈마는 빛을 발생시키는데 쉬스영역은 하전입자 밀도가 낮기 때문에

발광현상이 없다고 알고있습니다. 또 쉬스는 부도체, Floating된 물체 표면에 플라즈마를 감싸는 형태로 존재한다고

알고있습니다. 그렇다면 플라즈마 반응용기는 Bulk 플라즈마를 제외하고 모든 영역이 쉬스로 감싸져있다고

생각하면 틀린건가요?

또 만약 쉬스가 반응용기내에서 Bulk 플라즈마를 감싸고 있는 형태라면 반응용기를 관찰하기 위한 Glass view port또한

감싸져 있을텐데 view port에서는 Bulk 플라즈마에서 발생되는 빛이 보입니다. 이건 어떻게 이해해야 될까요?

이해하기 쉽게 설명좀 부탁드립니다. 감사합니다.^^

전체 1
  • 2012-11-12 14:55
    반도체 소자 제조에 있어 플라즈마의 역할은 매우 중요합니다. 특히 플라즈마와 시편 혹은 반응기 등 접촉하고 있는 물체의 경계 면에 형성되어 플라즈마 전위가 급격하게 감소하는 영역을 플라즈마 쉬스라 합니다. 플라즈마 쉬스는 플라즈마를 구성하는 전하들, 즉 이온과 전자 혹은 음이온들의 이동도가 서로 다르기 때문에 공간 전위가 생기는데, 가벼운 전자는 쉽게 플라즈마 대면 재료와 접촉하게 되고 이온은 그 뒤를 따르게 되어 (따라서 이동도는 질량에 반비례 합니다) 전위는 재료 표면으로 가면서 점차 떨어지는 것이며, 전위 분포 이후에 전자들은 쉬스 속으로 들어가기 힘들게 되고 이온은 꾸준하게 같은 속도로 빠져나갑니다. 하지만 이온 속과 전자속은 늘 일정하니, 쉬스 내에는 다수의 이온과 소수의 고속 전자들이 존재하게 되는, 비교적 빛이 나지 않는 영역이 됩니다. 이 경계에서 벗어난 지역을 플라즈마를 일반적으로 Bulk plasma라 부르고, bulk plasma의 전위는 비교적 균일하다고 가정할 수 있어 전기장이 매우 작습니다. 따라서 플라즈마는, 즉 bulk plasma 주변이 sheath 로 감싸져 있다는 생각은 옳으며, 여기서 플라즈마와의 대면재료로는 도체 (장비 벽) 뿐만아니라 유리/석영/Al2O3 등의 부도체를 포함합니다. 다른 점은 표면의 전위가 ground 되었거나 부유 된 것의 차이 뿐이고 쉬스 현상을 동일합니다.
    플라즈마의 대부분의 빛은 전자 충돌에 의해서 여기된 원자 혹은 분자 및 이온들이 기저상태로 돌아오면서 방출하게 되는 원자 반응 현상으로 대략 3-4eV 정도의 에너지를 가진 빛은 가시광선으로 눈에 보이게 됩니다. 하지만 다양한 여기 에너지가 존재하고, 그 에너지는 원자 종에 따라 틀려서 분광신호로 부터 가스 종을 역으로 추적하기도 하여 OES를 이용한 EPD가 그 활용 예입니다. 상대적으로 여기 반응이 많이 일어 날 수 있는 곳은 전자가 많은 bulk 영역이 되겠으며 따라서 view port를 통해서 보이는 빛은 대부분 bulk 영역에서 발생한 빛을 보고 있는 것이라 할 수 있고, 한편 인가 전력을 바꾸면서 빛의 세기를 관찰해 보거나. bias power르 바꾸면서 빛의 세기의 변화를 관찰해 봄으로써 빛 발생의 위치를 확인해 볼 수 있을 것입니다.