플라즈마 장치에 대한 특징(DC/CCP/ICP/MW)

Plasma의 구성요소와 특징(전자/이온/라디칼)

전 글에서 플라즈마 기초에 대한 지식을 알아봤다면, 어떻게 플라즈마를 만들까?

여러 장비에 따라 플라즈마 특징이 달라지고, 용도가 다르다.

 

플라즈마 밀도는 보통 DC < CCP < ICP < MW 순으로 높아진다.

 

 

 

 

DC Plasma

Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition)

DC 플라즈마는 두개의 전극에 직류인 DC를 걸어 방전시키는 가장 기본적인 방식이다.

1 : 전자와 원자의 충돌에 의한 이온화

2 : 전극에 이온 충격으로 인한 2차 전자 발생

의 매커니즘을 따르므로, 

 

구조는 간단하지만, 부도체 전극에서 사용할 수 없다는 치명적인 단점이 있다.

용도는 DC Sputtering, 즉 Metal PVD 에서 잘 사용된다.

 

 

 

 

CCP(Capacitively Coupled Plasmas)

DC 전압 대신 RF 교류를 걸은 방식 : 전극을 부도체도 사용 가능하다!

 

• DC Self Bias

RF 을 사용하며 중요한 현상 중 하나가 바로 DC Self Bias이다.

전자와 이온의 기본적인 질량 차이 때문에, 수시로 +/-가 바뀌는 RF 속에서 왔다갔다 전환되는 속도가 다르다.

이때 CCP 장비의 Blocking Capacitor가 개입하여 DC는 차단하고 RF만 통과시킨다.

(전극으로 들어온 총 전하량과 나간 총 전하량은 같아야 하기 때문)

그래서 스스로 전극이 (-)전압으로 슷로 낮춰버려 전자를 덜 다가오고, 양이온은 더 잘 다가오게 하여 균형을 맞춘다.

 

RF 파형이 양전압일때, 전자가 포집되니까

전체적으로 -Vdc만큼 아래로 내리면, 전자 포집 시간이 줄어들고 이온포집 시간이 늘어 질량차에 의한 속도차를 어느정도 보정할 수 있다고 이해해도 괜찮을 것 같다.

 

 

 

 

• 전극 면적비

Assymetric	Symmetric
큰 Negative DC self Bias 발생 강한 이온에너지가 필수적인 Etch에 사용	DC self Bias 발생 X 이온 <화학적 반응성이 높은 라디칼 증착 공정

상부와 하부의 전극의 면적비가 다르면, DC bias가 달라지는데

 

CCP에서는 주로 Etch용이라 하부전극이 상부전극보다 작다

 

 

 

 

ICP(Inductively Coupled Plasmas)

코일에 RF 전원을 흘려 유도전기장으로 고밀도 플라즈마 발생.

하부 Bias Power : Ion energy control

상부 안테나 : Plasam Density

각각 독립적으로 control 하기가 쉽다.

 

 

MW(Microwave) Plasma

매우 높은 이온화율로 라디칼 풍부 : 화학 반응에 특화

 

 

 

 

 

Summary

구분	DC plasma	RF CCP	RF ICP	MW Plasma
구조
특징	도체 전극만 사용 가능	DC Self Bias 형성으로 이온 에너지와 밀도 제어 연동 전극 면적비가 공정 특성 결정	고밀도 플라즈마 이온 에너지 / 밀도 독립제어 가능 오염이 적음	가장 높은 플라즈마 밀도 라디칼로 화학반응에 특화
용도	Sputter(Metal PVD)	Dry Etch(Poly 계열), PECVD	Dry Etch(전도체), PECVD	Dry CLN, Ashing, Oxidation, Annealing

 

 

 

Reference

• Metariver technology
• Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition)
• https://www.youtube.com/watch?v=TkqF4I3sJhE&ab_channel=MetariverTechnologyCo.%2CLtd.

ICP mechanism

해당 채널에 좋은 시뮬레이션이 많아서 이해에 도움이  될 것 같습니다!