172nm&222nm 엑시머 램프의 무선 주파수 방전의 중요성

172nm&222nm 엑시머 램프의 무선 주파수 방전의 중요성

3.5.5 무선 주파수 방전

저압-글로우 방전에는 DC 글로우 방전, 중{1}}~-주파수 방전, 무선 주파수(RF) 방전 및 마이크로파 방전이 포함됩니다. 후자의 두 가지 형태는 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD) 및 플라즈마 중합에 널리 사용됩니다. 표 3-7에는 여러 전원의 주파수가 나열되어 있습니다[6,8,13-15]. 이 섹션에서는 주로 무선 주파수 방전에 대해 소개합니다.

표 3-7 여러 전원의 주파수

RF 방전의 특성진공 용기에는 두 개의 전극이 배치되어 고주파수 전원(주파수 13.56MHz)에 연결됩니다-. 전원을 켜면 고주파-주파수 방전이 발생하는데, 이를 무선-주파수 글로우 방전(RF 방전)이라고 합니다[6,8,13-15]. 두 전극의 극성이 급격히 바뀌면서 전자가 판 사이를 앞뒤로 진동하게 되어 가스 원자와의 충돌 이온화 가능성이 높아집니다. 질량이 크기 때문에 이온은 고주파수에서 고정된 것으로 간주될 수 있으며 전극에서의 재결합은 DC 방전보다 낮아서 전극을 용기 외부에 배치할 수 있습니다. 방전 시 점화/유지 전압은 DC 방전보다 낮으며 플라즈마 밀도는 ~1011–1012/cm3에 도달할 수 있습니다.

높은-주파수 방전 현상고주파-주파수 방전은 두-전극 방전의 특성이 저주파-방전과 다릅니다.

저주파-방전: 저주파-AC가 전극에 적용되면 글로우가 극 사이에서 번갈아 가며 각 반주기는 DC 글로우 방전과 유사합니다.-

고주파-방전: 전극 사이에 번갈아가는 빛이 없습니다. 각 영역의 발광 강도/색상이 안정적이고 플라즈마 기둥이 중앙에 있으며 두 전극 근처의 방전이 완전히 대칭입니다(전기장 방향이 변경되면 공간 전하/플라즈마 영역에 재분배 또는 탈이온화할 시간이 없기 때문입니다). (그림 3-16: 저주파-주파수 방전과 고주파{4}}주파수 방전에서 전극 간 빛의 분포: a) 저주파-주파수 방전; b) 고주파 방전)

RF 방전의 전극 구성RF 방전 전극은 방전관 내부 또는 외부에 배치할 수 있습니다. 내부 전극은 일반적으로 평판형-인 반면, 외부 전극은 유도 코일을 사용하는 경우가 많습니다.

(1) 내부전극그림 3-17은 평판 전극 RF 방전 장치를 보여줍니다.- RF 전원에 연결된 전극에는 차폐 커버가 장착되어 있습니다. 접지된 전극(작업대)은 공작물을 고정하고 방전 챔버와 함께 접지됩니다. 고주파-주파수 전기장에서 전자는 여러 번 진동하여 충돌 확률을 높이고 ~1011–1012/cm3의 플라즈마 밀도를 달성합니다. 방전 압력은 ~1~100 Pa로 반도체, 광전자 장치 등에 적용되는 대면적 균일한 박막이 가능합니다. 이 장치는 또한 보조 처리를 위해 172 nm 엑시머 광 및 222 nm UV 광과 결합하여 박막의 표면 특성과 구조적 균일성을 향상시킬 수 있습니다. (그림 3-17: 전극, RF 전압, 가공물, 플라즈마, 열전대, 가스 노즐, 진공 펌프, SiH₄, NH₃, 압력 게이지를 포함한 평판 내부 전극 RF 방전 장치)

(2) 외부전극(무전극 방전)외부 전극 장치는 반응 챔버 외부에 유도 코일을 갖추고 있습니다[6,8,10,13-15]. 그림 3-18은 무전극 RF 방전 장치[10]를 보여줍니다. 이 장치는 플라즈마를 여기시키는 유도 전기장을 생성하기 위해 고주파수 자기장에 의존합니다. 소자 내부에 전극이 없어 순수한 플라즈마를 얻을 수 있어 고순도 박막 제조에 유리하다. 고주파 전기장에서는 전자 속도가 이온 속도를 크게 초과하므로 충돌 확률이 높아 낮은 압력(~1~10 Pa)에서도 안정적인 방전 유지가 가능합니다.

RF 전원 공급 장치의 임피던스 매칭 [6,8]고주파 전력 전송을 극대화하려면 부하와 전원 사이에 정합 회로(정합 커플링 회로)가 필요합니다. 평판 전극용 용량성 커플링-; 고주파 유도 무전극 장치용 유도 결합.

RF 방전의 응용

절연필름 스퍼터링DC 전원으로 절연막을 스퍼터링하면 절연막이 이온을 차단하여 전하 축적 및 파괴를 일으킵니다. RF 전력은 전극 극성을 번갈아 가며 전극 전하를 중성화하고 정상적인 방전을 보장합니다. 또한 스퍼터링 중에 172nm 엑시머 광과 222nm UV 광을 도입하면 절연막의 밀도와 접착력을 더욱 최적화하여 결함을 줄일 수 있습니다.

고주파수 전극에 의해 생성된-자기 바이어스-[6,8]용량 결합 평판 전극 장치에서는 전자 이동도가 이온의 이동도를 크게 초과하므로 -고주파 전극은 대부분의 사이클 동안 음극으로 유지되어 DC 글로 방전의 음극 강하와 유사하게 자체{2}}바이어스(500~1000V)를 형성하여 안정적인 방전을 유지합니다.

대기압에서의 배출 보조대기압 글로 방전 및 유전체 장벽 방전에서 중요한 역할을 합니다.-

3.5.6 마이크로파 방전

마이크로파 방전은 마이크로파 에너지를 내부 에너지로 변환하여 가스를 여기/이온화하고 2.45GHz의 공통 주파수로 플라즈마를 생성합니다. 그림 3-19는 마이크로파 방전 장치의 개략도를 보여줍니다[6]. 이온화 메커니즘: 전자 충돌 후 전기장은 적시에 방향을 바꾸어 전자 속도/에너지가 지속적으로 증가합니다. 플라즈마 밀도는 ~101⁵ /cm3에 도달하며, 전극 없이 전력 집중이 가능합니다. 마이크로파는 도파관 또는 동축 케이블을 통해 전송되고 방전 공동과 공진적으로 결합됩니다(마이크로파 PECVD에서 볼 수 있는 결합 형태). (그림 3-19: 마이크로파 발생기(2.45GHz, 1.25kW), 냉각수, 3스터브 튜너, 아이솔레이터, 전력계, 방전관, 공동 공진기 등을 포함한 마이크로파 방전 장치)

3.5.7 대기압에서의 글로우 방전

저압-방전에는 진공 시스템이 필요하므로 비용이 많이 들기 때문에 대기압 글로우 방전 기술이 개발되었습니다. 주요 형태로는 코로나 방전, DBD(유전체 장벽 방전) 및 대기압 글로우 방전(높은 항복 전압 또는 RF/마이크로파 전력 필요)이 있습니다.

코로나 방전양극 및 음극 코로나로 구분되는 대기압에서의 방전 형태[6,8,16]: 장치(그림 3-20a [16]): 음극은 필라멘트(와이어 전극)이고 양극은 판 또는 원통형이며 상당한 곡률 차이가 있습니다. 매개변수: 방전 전압 ~10–100 kV, 압력 ~10⁵ Pa, 전류 밀도 ~10⁻⁶–10⁻⁴ A/cm². 특성: 작은 방전 범위, 낮은/불균일한 에너지, 깜박임 및 오존 냄새가 있음; 대부분 실험실로 제한됩니다. (그림 3-20: 음극 코로나 방전: a) 장치; 나) 사진)

DBD(유전체 장벽 방전)전극은 절연 유전체로 덮여 있으며 고{0}}전압 AC는 DBD-CVD(대기-압력 플라즈마-강화된 화학 기상 증착)라고도 알려진 방전[6,8,16{4}}18]을 생성합니다. 구조(그림 3{16}}21[16]): 유리 또는 베이클라이트와 같은 유전체가 있는 평판 또는 관형 구조. 매개변수: 압력 ~10⁵ Pa, 주파수 50Hz–1MHz, 진폭 최대 100kV. 응용 분야: 화학 반응기용 관형; 폴리머/금속의 변형/그라프팅에 사용되는 평판. 치료 중 172nm 엑시머광과 222nm UV광을 결합하면 표면 화학그룹을 보다 효율적으로 제어할 수 있어 변형 효과가 향상됩니다. 방전 특성: 고전압에서는 필라멘트형 미세 방전이 발생합니다(그림 3-22 [16]), 원통형(반경 0.1~0.3mm), 지속 시간 10~100ns, 전류 밀도 0.1~1kA/cm². 전극 간격 ~3 mm; 균일한 간격으로 안정된 방전을 보장합니다.

대기{0}}압력 코팅의 중요성(그림 3-23 [19])저-압력 처리(그림 3-23a): 대형 진공 시스템이 필요합니다. 대기-압 DBD 처리(그림 3-23b): 진공 시스템이 필요하지 않으며 직물 등의 롤{11}}가공에 더 적합합니다. (그림 3-21: 일반적인 유전체 장벽 방전 구조; 그림 3-22: 필라멘트 방전 사진; 그림 3-23: 화학 섬유 제품 처리 장치 비교: a) 진공 시스템; b) 대기압 DBD)