ICP ( Inductively Coupled Plasma ) 전기적 특성

1. ICP와 전기적 특성

  - ICP(Inductively Coupled Plasma)는 Impedance, 전기장, 자기장의 공간 분포와 관련이 깊습니다. 특히 ICP 안테나, 플라스마의 Impedance에 의해 결정됩니다.  급격한 Impedance 변화를 막으려면 ICP source의 허수 Impedance가 -100 ohm ~ +100 ohm 영역에 있는 것이 좋습니다.

 

ICP의 경우 coil형태의 antenna를 장착해 플라스마를 발생시킵니다. 전극을 이용해 플라스마를 발생시키는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) source는 축전 전기장을 이용해 전자의 에너지를 전달하는 반면 ICP는 말 그대로 유도 전기장을 이용해 전자에 에너지를 전달합니다.

 

ICP는 CCP보다 10배 이상의 고밀도 플라스마 생성 및 높은 전자 온도를 유지할 수 있고 기체 해리율이 높아 중성 활성종과 이온 밀도가 높습니다.

 

** 중성 활성종? 이온화되지 않고 있는 대다수 공정 가스 입자, 일부 전자나 이온들과 충돌하면서 화학적으로 반응하는 활성 에너지를 얻기도 합니다. 기판에 반응 없이 올라갔을 경우 이온들과 충돌하면 활성 에너지가 충족되어 반응이 게시되기도 하는 특징이 있고 이를 이용해 식각, 박막, 세정 등에 사용합니다.

 

ICP로 생성한 플라스마 전위는 CCP에 비해 상대적으로 낮고 플라스마 전위가 RF 주파수에 따라 변화하는 폭이 작기 때문에 ICP Plasma source로 플라스마 발생 시키고 난 후 기판에 고주파 전력을 추가로 인가할 경우 기판에 입사하는 이온의 에너지는 주로 기판에 인가된 전력에 의해서만 영향을 받아 이온 에너지의 독립 제어가 가능한 장점이 있습니다.

 

ICP에 주로 사용되는 13.56 MHz 고주파 전력을 사용하면 일반적으로 Standard L-type 형태의 Matcher를 구성합니다.

이러한 type matcher 사용 시 적절한 impedance 영역은 허수 저항의 경우 -100 ohm ~ + 100 ohm, 실수 저항의 경우 1 ohm~50 ohm 사이입니다. 이 영역을 벗어나면 안테나에 과전류가 흐르거나 고전압이 형성되어 Arc 발생 가능성이 높고 고전압/고전류 사양의 가변소자를 사용해야 해서 소자 선택폭이 좁아서 Impedance matcher 구현이 어렵습니다.

 

 

(a), (b)는 13.56 MHz 전력을 사용하는 플라스마 source에서 가장 일반적으로 사용되는 L Type입니다. (a)는 ICP, (b)는 CCP로 사용됩니다. L type은 impedance 실저항이 50 ohm이하이고, 허수 저항 성분이 -100 ~ 100 ohm 사이일 경우 적절하고 CCP에서는 RF 출력단에 직렬로 inductor를 달아줍니다.

 

 

 

 

참고 문헌 :

이상원, 한국진공학회지 제18권 3호, 전기적 특성을 고려한 ICP Source 설계