플라즈마

플라즈마는 형광등, 네온사인, 오로라 등에서도 볼 수 있지만

반도체 공정을 진행함에 있어 플라즈마는 굉장히 다양한 곳에 활용됩니다.

따라서 플라즈마에 대한 이해가 있어야겠죠?

플라즈마는 물질의 4의 상태라고 불리기도 합니다.

그동안 물질이 고체, 액체, 기체였다면 기체 상태에서 에너지, 열을 더욱 가해주어서 만든 상태가 플라즈마입니다.

 

즉, 높은 에너지에 의해 원자가 전자, 중성입자, 양이온으로 분리된 상태입니다.

또한 높은 에너지를 통해 만들었기 때문에 플라즈마는 고에너지 상태입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

실제로 원자 전자 중성자고 모두다 100% 완벽하게 분리되기는 힘듭니다.

전자와 양성자들이 미친듯이 움직이면서

서로 가까워지면 원자 상태인 것이고 멀어지면 플라즈마가 되는 것입니다.

또한, 가까우면 얼마나 가까운지에 따라서도 또 성질이 바뀌게 되는 것이죠.

우리는 적절한 에너지를 주어서 원하는 성질의 플라즈마를 얻어야 합니다.

 

에너지 공급은 다양한 방법으로 이루어집니다.

열을 가해줄 수도 있고, E-beam을 쏠 수도 있지만

현재 반도체 공정에서 플라즈마를 형성하는 방법은 Electric field와 Magnetic field를 이용한 방법입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

반도체 공정에서 플라즈마를 형성하는 가장 큰 이유는 Radical을 형성하기 위함입니다.

왼쪽의 그림이 Radical 상태인 것이고 오른쪽은 이온화 된 상태입니다.

Radical은 중성이면서도 H가 없는 상태입니다. 이 부분을 댕글링 본드라고 합니다.

이 Radical은 매우 불안정한 상태이고 H를 찾아야 합니다.

즉, 반응성이 매우 높은 상태입니다.

이 반응성이 좋은 중성 GAS, Radical을 얻고자 반도체 공정에서 플라즈마를 형성하는 것입니다.

 

 

 

 

 

 

그렇다면 이 플라즈마가 구체적으로 어떻게 만들어지느냐

고 에너지에 의해 자유전자가 가속이 되고 이 가속된 전자가 다른 전자와 충돌하거나 튕겨저 나가거나하며 형성됩니다.

1. 반발 : Atom elastic collision

에너지가 낮은 경우

전자가 튕겨저 나갑니다.

 

2. 이온화 : Ionization

에너지가 높은 경우

전자가 전자를 쳐내면서 또 다른 자유전자를 만듭니다.

 

3. 여기 : Excitation

에너지가 애매한 경우

전자가 살짝 뜹니다.

 

4. 발광(탈여기) : Relaxation

여기된 전자가 다시 잡합니다.

이 과정에서 운동에너지가 빛의 형태로 방출됩니다.

모든 플라즈마 형성시 한가지 형태만을 만들지 못합니다.

다양한 형태가 공존하게 되고 플라즈마 형성을 한다면 여기와 발광 상태도 있습니다.

따라서 발광, 이 빛이 나오는 것을 육안으로 확인하여 플라즈마가 형성되었는지를 알 수 있습니다.

 

5. 해리 : Dissociation

아까 보았던 이 상태 이렇게 될 때 해리되었다고 합니다.

즉, 플라즈마가 다양한 형태로 형성되지만 해리된 상태, Radical을 얻고자 함입니다.

 

 

6. 해리성 이온화, 재결합 등 다양한 형태의 반응이 있습니다.