아르곤과 산소 혼합 플라즈마에서 충돌 방사 모델을 이용하여 전자온도의 측정에 관한 연구

Abstract

아르곤과 산소 혼합 가스 유도 결합 플라즈마에서 광 방출 분석법(Optical Emission Spectroscopy, OES)을 이용하여 산소가스(O2)비율을 증가시킴에 따른 전자 온도 변화를 측정하였다. 이 광 방출 분석법은 아르곤의 4p레벨에서 발생되는 선스펙트럼의 광도를 이용하여 간단한 충돌-방사 모델(Simple Collisional-Radiative model : CR - model)을 적용하였으며, 측정된 전자온도 값은 단일 랑뮤어 탐침법 (Single Langmuir probe method)과 부유 고조파 탐침법 (Floating harmonic method)을 이용하여 비교하였다. 광 방출 분석법으로 낮은 압력(5mTorr)에서는 산소가스 비율이 증가함에 따라, 전자온도는 3.32에서 3.58까지 점차적으로 증가하였다. 이 결과는 단일 탐침법과 부유 탐침 법으로 비교한 결과 잘 일치하였다. 하지만 압력이 증가할수록 광진단 법에 의해 측정된 전자온도는 상대적으로 약간 높은 값을 보였다. 그 이유는 간단한 CR모델이 준안정상태의 여기 아르곤 밀도와 낮은 에너지 전자 밀도의 변화에 민감하고, 계산 과정에 필요한 반응 상수 값의 오차 때문이다. 하지만 측정된 전자온도 값은 신뢰할만한 값을 보였으며, 혼합 기체 비율에 따른 경향성도 잘 일치함을 보였다. 따라서 본 연구에서 제시한 아르곤의 발생되는 스펙트럼 라인의 광도를 이용하여 측정하는 전자온도는 경향성과 일치성으로 볼 때 아르곤/산소 혼합가스에서도 적용이 가능함을 알 수 있다. 이에 따라, 실제 혼합가스를 사용하는 공정 플라즈마에서 비침투식으로 전자온도를 예측 할 수 있는 좋은 방법이 될 것이다.