미립자 플라즈마란 입경이 수[$\mu\textrm{m}$]이하의 거의 일정한 크기를 가진 미립자가 다수로 생성 및 유지되면서, 정 또는 부외 전하를 가지고 기체 플라즈마 중에 부유하는 상태를 말한다. 플라즈마 프로세스에서는 이러한 미립자가 집적회로에 중착되어 막의 열화, 회로 배선의 불량 및 단선 등의 약영향을 끼치는 것으로 인식되고 있으며, 이러한 부분에 대한 억제나 제어에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 유체 모델을 이용한 시뮬레이션으로부터 방전 챔버내의 Ar 플라즈마의 현상을 이해하고, Ar 플리즈마 중에 미립자를 투입하여 그 움직임을 분석하여, 플라즈마 중의 미립자 운동의 핵석 결과로서는, 하부 전극 면위에 비교적 규칙성을 갖는 미립자가 배열하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 약 전리 플라즈마에서는 전지의 이동로가 크기 때문에 미립자의 대전량은 평균 전자 에너지에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.
미립자 플라즈마란 입경이 수[$\mu\textrm{m}$]이하의 거의 일정한 크기를 가진 미립자가 다수로 생성 및 유지되면서, 정 또는 부외 전하를 가지고 기체 플라즈마 중에 부유하는 상태를 말한다. 플라즈마 프로세스에서는 이러한 미립자가 집적회로에 중착되어 막의 열화, 회로 배선의 불량 및 단선 등의 약영향을 끼치는 것으로 인식되고 있으며, 이러한 부분에 대한 억제나 제어에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 유체 모델을 이용한 시뮬레이션으로부터 방전 챔버내의 Ar 플라즈마의 현상을 이해하고, Ar 플리즈마 중에 미립자를 투입하여 그 움직임을 분석하여, 플라즈마 중의 미립자 운동의 핵석 결과로서는, 하부 전극 면위에 비교적 규칙성을 갖는 미립자가 배열하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 약 전리 플라즈마에서는 전지의 이동로가 크기 때문에 미립자의 대전량은 평균 전자 에너지에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.
Recently, many researches for fine particles plasma have been focused on the fabrication of the new devices and materials in micro-electronic industry, although reduction or elimination of fine particles was interested in plasma processing until now on. In order to enhance their utilization, it is n...
Recently, many researches for fine particles plasma have been focused on the fabrication of the new devices and materials in micro-electronic industry, although reduction or elimination of fine particles was interested in plasma processing until now on. In order to enhance their utilization, it is necessary to control and analyze fine particle behavior. Therefore, we developed simulation model of fine particles in RF Ar plasmas. This model consists of the calculation parts of plasma structure using a two-dimensional fluid model and of fine particle behavior. The motion of fine particles was derived from the charge amount on the fine particles and forces applied to them. In this paper, Ar plasma properties using two-dimensional fluid model without fine particles were calculated at power source voltage 15[V] and pressure 0.5[Torr]. Time-averaged spatial distributions of Ar plasma were shown. The process on the formation of Coulomb crystal of fine particles was investigated and it was explained by combination of ion drag and electrostatic forces. And also analysis on the forces of fine particles was presented.
Recently, many researches for fine particles plasma have been focused on the fabrication of the new devices and materials in micro-electronic industry, although reduction or elimination of fine particles was interested in plasma processing until now on. In order to enhance their utilization, it is necessary to control and analyze fine particle behavior. Therefore, we developed simulation model of fine particles in RF Ar plasmas. This model consists of the calculation parts of plasma structure using a two-dimensional fluid model and of fine particle behavior. The motion of fine particles was derived from the charge amount on the fine particles and forces applied to them. In this paper, Ar plasma properties using two-dimensional fluid model without fine particles were calculated at power source voltage 15[V] and pressure 0.5[Torr]. Time-averaged spatial distributions of Ar plasma were shown. The process on the formation of Coulomb crystal of fine particles was investigated and it was explained by combination of ion drag and electrostatic forces. And also analysis on the forces of fine particles was presented.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 유체 모델을 이용한 시뮬레이션으로부터 방전 챔버내의 Ar 플라즈마의 현상을 이해하고, Ar 플라즈마중에 미립자를 투입하여 그 움직임을 분석하였다. 또한, 미립자간의 쿨롱 결정 현상을 이해 및 분석하고자 하며, 미립자의 대전 및 미립자에 작용하는 힘에 관하여 해석하고자 한다.
본 연구에서 고려된 챔버 모델에서는 양 전극 간에 전계가 강하게 작용하여 플라즈마가 집중적으로 형성되는 것으로부터, 상 . 하부 전극 간에 분포하는 각 입자의 특성에 대한 결과를 중점적으로 설명하고자 한다.
가설 설정
미립자의 속도 및 위치를 계산한다. 플라즈마 중의 미립자는 전자 및 이온이 충돌하는 것으로 대전하지만 비평형 약 전리 플라즈마에서는 전자의 이동 도가 크기 때문에 미립자는 음으로 대전하는 것으로 설정하였다. 미립자의 대전량은 거의 미립자 표면으로의 전자 전류 및 이온 전류로 결정되어지므로 아래와 같은 연속 방정식으로 표현할 수 있다.
제안 방법
RF 플라즈마는 유체모델을 통하여 해석하였으며, 그림 1에서 볼 수 있듯이 방전 챔버가 축 대칭 구조를 형성하고 있으므로 대칭적 3차원 구조를 가진 2차원적 방전공간으로 시뮬레이션을 행하였다. 이러한 유체 모델 플라즈마에서 얻어진 특성을 통하여 미립자의 대전량 및 미립자에 작용하는 힘을 계산하고, 이로부터 운동 방정식을 설정하여 미 립자의속도 및 위치를 계산하였다.
해석을 행하였다. RF 플라즈마에서 실질적인 플라즈마 상태인 벌크 영역과 정 이온 밀도가 상대적으로 높게 형성되는 이온 쉬스 영역으로 구분되는 특성을 확인하였다. 또한 상대적인 낮은 구동 전극의 체적비로 인한 밀도의 피크치의 변화 및 구동 전극 면에서의 직류 바이어스 전압의 형성도 확인하였다.
그러나 이러한 미립자 플라즈마의 이용도를 더욱 증진시키기 위해서는 그 움직임을 명확히 분석할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 유체 모델을 이용한 시뮬레이션으로부터 방전 챔버내의 Ar 플라즈마의 현상을 이해하고, Ar 플라즈마중에 미립자를 투입하여 그 움직임을 분석하였다. 또한, 미립자간의 쿨롱 결정 현상을 이해 및 분석하고자 하며, 미립자의 대전 및 미립자에 작용하는 힘에 관하여 해석하고자 한다.
행하였다(그림 2 참조). 또한 미립자의 형성으로 인한 Ar 플라즈마의 영향은 존재하지 않는 것으로 고려하여, 미립자 모델의 파라메타로서 Ar 플라즈마의 정상 상태의 시간 평균치를 사용하였다. 시뮬레이션의 시간 간격(血)은 RF 1사이클(74 ns)로 설정하였다.
RF 플라즈마에서 실질적인 플라즈마 상태인 벌크 영역과 정 이온 밀도가 상대적으로 높게 형성되는 이온 쉬스 영역으로 구분되는 특성을 확인하였다. 또한 상대적인 낮은 구동 전극의 체적비로 인한 밀도의 피크치의 변화 및 구동 전극 면에서의 직류 바이어스 전압의 형성도 확인하였다.
본 모델은 유체 모델로부터 계산되어진 플라즈마 파라메타를 이용하여 미립자의 대전량을 구하고, 미립자에 작용하는 힘으로부터 운동 방정식을 설정하여, 미립자의 속도 및 위치를 계산한다. 플라즈마 중의 미립자는 전자 및 이온이 충돌하는 것으로 대전하지만 비평형 약 전리 플라즈마에서는 전자의 이동 도가 크기 때문에 미립자는 음으로 대전하는 것으로 설정하였다.
본 연구에서는 RF 플라즈마 특성에 관한 모델과 그에 따라 형성되는 미립자 모델로 분할하여 구성되었다. RF 플라즈마는 유체모델을 통하여 해석하였으며, 그림 1에서 볼 수 있듯이 방전 챔버가 축 대칭 구조를 형성하고 있으므로 대칭적 3차원 구조를 가진 2차원적 방전공간으로 시뮬레이션을 행하였다.
본 연구에서는 미립자가 하부 전극 상에서 주로 형성되는 실험적인 결과로부터 미립자 모델의 계산을 전극 간에서만 행하였다(그림 2 참조). 또한 미립자의 형성으로 인한 Ar 플라즈마의 영향은 존재하지 않는 것으로 고려하여, 미립자 모델의 파라메타로서 Ar 플라즈마의 정상 상태의 시간 평균치를 사용하였다.
본 연구에서는 플라즈마 중 의미 립자 움직임에 관한 시뮬레이션 모델을 구축하고, RF Ar 플라즈마 중에서의 해석을 행하였다. RF 플라즈마에서 실질적인 플라즈마 상태인 벌크 영역과 정 이온 밀도가 상대적으로 높게 형성되는 이온 쉬스 영역으로 구분되는 특성을 확인하였다.
RF 플라즈마는 유체모델을 통하여 해석하였으며, 그림 1에서 볼 수 있듯이 방전 챔버가 축 대칭 구조를 형성하고 있으므로 대칭적 3차원 구조를 가진 2차원적 방전공간으로 시뮬레이션을 행하였다. 이러한 유체 모델 플라즈마에서 얻어진 특성을 통하여 미립자의 대전량 및 미립자에 작용하는 힘을 계산하고, 이로부터 운동 방정식을 설정하여 미 립자의속도 및 위치를 계산하였다. 또한 미립자 모델에서는 상 .
대상 데이터
또한 상부전극으로부터 13 [cm] 높이에 미립자 투하기가 설치되어있고, 방전 발생과 함께 그곳에서 미립자가 배포된다. 방전 가스는 Ar, 미립자는 입경 1.8M 및 질량 밀도 2.0X lO'Wcm3 의 가교 아크릴 입자를 사용하였다.
본 연구에 채용한 유체모델은 연속 방정식, 전자에너지 보존식 및 포아송 식 그리고 외부회로 모델로 구성되어 있다. 연속 방정식으로부터 각 입자의 밀도를, 에너지 보 존식으로부터 평균 전자 에너지를 구할 수 있으며, 외부 회로 방정식으로부터 방전 전류 및 전압을, 포아송 식으로부터 방전 공간내의 전위 분포 및 국소 전계 분포를 구할 수 있다.
또한 미립자의 형성으로 인한 Ar 플라즈마의 영향은 존재하지 않는 것으로 고려하여, 미립자 모델의 파라메타로서 Ar 플라즈마의 정상 상태의 시간 평균치를 사용하였다. 시뮬레이션의 시간 간격(血)은 RF 1사이클(74 ns)로 설정하였다. 초기 투입 미립자 수는 100개로 하였고, 이러한 미립자를 z=1.
성능/효과
것을 확인할 수 있었다. 또한 미립자 운의 분포에 관해서는 실험 결과와 비교적 일치하는 결과를 얻을 수 있었다 미립자에 작용하는 힘의 공간 분포를 분석함으로써, 이온 점성력 및 정전기력이 높게 작용하여 하부 전극 면 위에 미립자 운이 형성하도록 하는 것을 알 수 있었다. 또한 약 전리 플라즈마에서는 전자의 이동 도가 크기 때문에 미립자의 대전량은 평균 전자 에너지에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.
또한 미립자 운의 분포에 관해서는 실험 결과와 비교적 일치하는 결과를 얻을 수 있었다 미립자에 작용하는 힘의 공간 분포를 분석함으로써, 이온 점성력 및 정전기력이 높게 작용하여 하부 전극 면 위에 미립자 운이 형성하도록 하는 것을 알 수 있었다. 또한 약 전리 플라즈마에서는 전자의 이동 도가 크기 때문에 미립자의 대전량은 평균 전자 에너지에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.
플라즈마 중의 미립자 운동의 해석 결과로서는, 하부 전극 면 위에 비교적 규칙성을 갖는 미립 자가 배열하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 미립자 운의 분포에 관해서는 실험 결과와 비교적 일치하는 결과를 얻을 수 있었다 미립자에 작용하는 힘의 공간 분포를 분석함으로써, 이온 점성력 및 정전기력이 높게 작용하여 하부 전극 면 위에 미립자 운이 형성하도록 하는 것을 알 수 있었다.
참고문헌 (8)
10.1063/1.360916
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Fukuzawa, T., Shiratani, M., Watanabe, Y..
Novel in situ method to detect subnanometer-sized particles in plasmas and its application to particles in helium-diluted silane radio frequency plasmas.
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Chu, J. H., I, Lin.
Direct observation of Coulomb crystals and liquids in strongly coupled rf dusty plasmas.
Physical review letters,
vol.72,
no.25,
4009-4012.
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