2.8 Plasma Tekanan Rendah, Kerapatan Tinggi
Plasma discharge tekanan rendah, kerapatan tinggi sebagai alternatif untuk discharge kapasitif rf (dioda rf). Salah satu kerugian dari dioda rf adalah tegangan dan arus tidak bisa dikontrol secara bebas satu sama lain, kecuali saat menggunakan frekuensi berbeda-beda.
Kombinasi fluks ion rendah dan energi ion tinggi menyebabkan proses window yang relatif kecil untuk banyak aplikasi. Proses tingkat rendah akibat fluks ion terbatas dalam dioda rf sering menghambat multi-wafer atau proses batch, dengan akibat hilangnya reproduksibilitas wafer ke wafer. Untuk mengatasi masalah ini, ion memborbardir energi yang harus dapat dikontrol sendiri dari ion dan fluks-fluks netral. Berbagai dioda rf magnetik dan trioda juga telah dikembangkan untuk meningkatkan kerapatan plasma dan karenanya fluks ion, MERIE, yang paling banyak dikenal.
Generasi baru dari sumber plasma tekanan rendah, kerapatan tinggi dapat diketahui, seperti dari nama, oleh tekanan rendah (biasanya 0,1 – 10 Pa) dan kerapatan plasma yang lebih tinggi (biasanya 1011 – 1013 cm-3 pada kondisi tekanan rendah), akibatnya ion fluks lebih tinggi dari discharge cc rf pada tekanan yang sama.
Meskipun kebutuhan tekanan rendah, fluks tinggi dan energi ion terkontrol telah mendorong pengembangan sumber kerapatan tinggi dalam beberapa tahun terakhir, masih banyak masalah yang perlu diselesaikan. Masalah kritis adalah mencapai keseragaman proses yang diperlukan atas permukaan wafer yang luas. Sumber kerapatan tinggi silinder pada dasarnya dua dimensi. Maka, pembentukan plasma dan pengangkutan memiliki sifat radial tak seragam. Masalah kritis lainnya adalah transfer power efisien (kopling) melewati jendela dielektrik melalui berbagai operasi plasma. Degradasi dan deposisi pada jendela juga dapat menyebabkan sifat sumber tidak tidak reproduksibel dan seringnya, siklus pembersihan mahal. Akhirnya, operasi tekanan rendah mengarah ke persyaratan untuk deposisi tingkat tinggi dan karenanya, pompa vakum mahal.
2.8.1 Electron cyclotron resonance sources (ECRs)
Plasma electron cyclotron resonance (ECR) dihasilkan dari interaksi antara sebuah medan listrik, dengan jalan bahwa elektron-elektron dalam resonansi dengan medan gelombang mikro. Dari gambar, reaktor ECR terdiri dari dua bagian: bagian resonansi dan bagian proses. Aliran plasma sepanjang garis medan magnet dari bagian resonansi ke bagian proses di mana ion energik dan radikal bebas dari plasma bisa menyerang permukaan.
Ketika medan magnet digunakan, partikel yang diisi akan dikarakterisasikan oleh sebuah putaran sekitar garis medan magnet, dengan frekuensi 
. Frekuensi ini disebut angular cyclotron frequency. Oleh karena itu, frekuensi cyclotron dari elektron adalah parameter sistem.
. Frekuensi ini disebut angular cyclotron frequency. Oleh karena itu, frekuensi cyclotron dari elektron adalah parameter sistem. Medan magnetik d.c. pada ECR dihasilkan oleh satu atau lebih lilitan elektromagnetik dan divariasikan dalam arah aksial. Medan gelombang mikro dipolarisasi secara linear digunakan secara aksial melalui dinding dielektrik ke plasma. Medan ini bisa didekomposisi dalam dua gelombang dipolarisasi bundar, berotasi dalam arah berlawanan; right-handed circularly polarized wave (RHP) dan left-handed circularly polarized wave (LHP).
2.8.2 Helicon sources
Pelepasan helicon merupakan bentuk dari wave-heated discharge. Sebuah dielektrik silinder membentuk ruang sumber yang dikelilingi oleh magnet koil.
rf-powered antenna menghasilkan gelombang rf yang menyebar sepanjang tabung plasma. Elektron plasma dipanaskan dengan mengabsorbsi energi dari gelombang. Oleh karena itu, transfer energi terjadi dari interaksi partikel gelombang.
Sama halnya dengan ECRs, plasma mengalir lagi dari ruang sumber ke ruang proses, dimana subtrat berada. Jika dibandingkan dengan ECRs, medan magnet yang dibutuhkan jauh lebih kecil untuk perambatan dan penyerapan gelombang dan sumber rf, disamping sumber gelombang mikro digunakan yang membuat helicon lebih murah.
2.8.3 Helical Resonator Sources
Dalam sumber helical resonator, ruang discharge dielektrik dikelilingi oleh sebuah helix eksternal dan sebuah conducting cylinder yang digroundkan, yang merupakan struktur resonant dalam skala MHz. Ini dapat digunakan untuk generasi plasma efisien pada tekanan yang rendah. Plasma helical resonator bekerja baik pada frekuensi radio (3-30 MHz)dengan hardware sederhana, dan tidak membutuhkan sebuah medan magnetik d.c seperti ECRs dan Helicon.
2.8.4 Inductively Coupled Plasmas (ICPs)
Inductively coupled plasma adalah sebuah jenis sumber plasma yang energinya berasal dari arus elektrik yang dihasilkan dari induksi elektromagnetik. ICP merupakan instrumen yang digunakan untuk menganalisis kadar unsur-unsur logam dari suatu sampel menggunakan spektrofotometer emisi. Terdapat dua tipe geometri ICP:
· Planar: kumparan dari logam datar yang dibentuk spiral
· Silindris: berbentuk seperti pegas heliks
Aplikasi ICP:
a. ICP-AES (ICP- Atomic Emission Spectroscopy)
Dikenal juga sebagai Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry. Merupakan teknik analisis untuk mendeteksi logam. Merupakan jenis emisi spektrokopi yang menggunakan ICP untuk menghasilkan atom dan ion yang mengeluarkan radiasi elektromagnetik.
|
| ||||
Aplikasi ICP-AES:
· Menentukan kadar logam dalam wine, arsenik dalam makanan, dan unsur-unsur dalam protein.
· Digunakan dalam analisis unsur-unsur dalam tanah. ICP-AES digunakan dalam forensik untuk menentukan asal dari sampel tanah yang ditemukan pada TKP.
b. ICP-MS (ICP- Mass Spectrometry)
ICP-MS merupakan spektrometri massa yang sangat sensitif dan mampu dalam menentukan skala dari logam dan beberapa non-logam pada konsentrasi di bawah satu bagian dalam 1012. ICP-MS didasarkan pada ICP sebagi metode penghasil ion dan spektrometri massa sebagai metode pemisahan dan menemukan ion.
|
Aplikasi ICP-MS:
· Pada bidang medis dan forensik, khususnya toxicology
· Mendeteksi keracunan logam berat,
· Diagnosa pasien melalui darah, urin, plasma, serum.
· Analisis material tanah dan air.
c. ICP-RIE (ICP- Reactive Ion Etching)
ICP-RIE merupakan suatu cara etching yang digunakan dalam microfabrication. ICP-RIE menggunakan plasma reactive kimia untuk memindahkan material pada wafer. Plasma dihasilkan pada keadaan vakum oleh medan elektromagnet. Ion dengan energi yang tinggi dari plasma menabrak permukaan wafer dan bereaksi dengannya.
Diagram RIE: RIE terdiri dari dua elektroda(1 dan 4) yang dihasilkan oleh medan elektrik (3) yang berfungsi mempercepat pergerakan ion-ion (2) terhadap permukaan sampel (5)
2.9 Microwave induced plasma
Semua plasma yang diciptakan oleh injeksi microwave daya, radiasi elektromagnetik yaitu di rentang frekuensi 300 MHz sampai 10 GHz, dapat microwave pada prinsipnya disebut 'induksi' plasma (MIPS). Hal ini, bagaimanapun, seorang jenderal istilah yang terdiri dari berbagai plasma jenis, misalnya rongga induksi plasma, bebas memperluas plasma atmosfer obor, ECRs, gelombang permukaan pelepasan (SWD), dll plasma ini berbeda jenis beroperasi di berbagai macam kondisi, yaitu tekanan berkisar dari kurang dari 0,1 Pa ke beberapa atmosfer, kekuatan antara W dan beberapa beberapa ratusan kW, berkelanjutan di kedua mulia gas dan gas molekul. Beberapa yang berbeda jenis plasma yang dihasilkan oleh kekuatan microwave akan dijelaskan di bawah ini secara lebih rinci, kecuali yang ECR debit, yang telah dijelaskan di atas.
2.9.1 Rongga Resonan Plasma
Resonator rongga adalah sistem tertua untuk menghasilkan microwave plasma. Sebuah gelombang berdiri adalah dihasilkan dan energi digabungkan ke dalam debit. Mereka biasanya dapat dioperasikan baik di atmosfer dan mengurangi tekanan. Yang paling terkenal resonan rongga adalah rongga Beenakker. Itu frekuensi resonansi dalam resonator berbentuk silinder tergantung, antara lain, pada jari-jari rongga. Ini berarti bahwa rongga tertentu hanya resonan dalam rentang frekuensi yang terbatas. Hasil ini, di satu sisi, kopling sangat efisien dalam kekuasaan, tetapi pada Di lain pihak, juga di distorsi parah daya penyerapan dengan perubahan frekuensi kecil.
2.9.2 Bebas memperluas obor plasma atmosfer
Perluasan bebas obor plasma atmosfer beroperasi di udara terbuka, maka pada atmosfer tekanan, dan mereka dapat dianggap sebagai alternative ke ICPs atmosfer dalam kimia analitik. Dibandingkan dengan ICP, mereka mendapat manfaat dari yang kompak set-up dan konsumsi gas rendah. Dua contoh adalah TIA (Torche Axiale Injeksi `) dan MPT (microwave Plasma Torch). The TIA menciptakan bebas memperluas plasma terdiri dari tipis, hampir seperti jarum konvergen filamentari kerucut dengan ekor api di atasnya. MPT akan membuat plasma dengan struktur yang sama, meskipun kerucut plasma biasanya berongga dengan diameter yang lebih besar dan panjang lebih pendek.
Plasma kerucut TIA dan MPT adalah, dalam setiap kasus, lebih kecil daripada plasma tebal dari ICP analitis. The TIA adalah, seperti namanya, obor dengan aksial gas injeksi, yang biasanya digerakkan dengan 1-2 kW microwave power. Suhu gas biasanya sekitar 3.000 K, sedangkan suhu elektron berada di urutan 20 000 K [80]. MPT ini dioperasikan pada daya microwave dari urutan nomor 100 Elektron kepadatan W. kepadatan jumlah elektron dan suhu dalam kisaran 10-14 - 10-15 cm-3 dan 16 000-18 000 K. masing. Kedua TIA dan plasma MPT jauh dari LTE. Sedangkan fungsi distribusi energi elektron di TIA lebih atau kurang Maxwellian, ini bukan kasus dalam MPT ini. Eksitasi dan ionisasi kekuatan TIA tampaknya lebih kuat dari itu dari MPT.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar