안녕하세요, 송송입니다. 저번 시간엔 식각 공정에 대해 간단히 알아보았죠? 이번 시간엔 건식 식각에서 대표적으로 사용되는 플라즈마에 대해 소개하고자 합니다.
특히, 플라즈마를 이용한 식각은 현재 어디에서나 널리 사용되고 있을 정도로 꼭!! 필수적으로 알고 가시는게 좋습니다.
그럼 시작하죠.
1. 플라즈마(Plasma)란?
- 전체적으로 중성인 부분적으로 이온화 된 기체
- 중성원소, 전자, 이온, 여기된 중성원소, 광자, 라디칼 등 구성되어 있음
- 중성원소가 이온화된 비율은 약 10-6 ~ 10-2 정도임
- 전자와 이온이 전기장의 영향을 받아 전하가 이동하는 전도성 기체
- 전자와 이온간의 정전기적 힘이 영향을 주지만, 방향이 반대여서 상쇄됨 → Free particle처럼 거동함
* 말이 어렵나요? 함께 간단히 이해해 보자구요..
전체적으로 중성인 부분으로 이온화 된 기체? → 플라즈마는 대부분 중성원소로 이루어져 있습니다 그렇기 때문에 멀리서 봤을 떄는 전기적으로 중성인것이죠. 하지만, 자세히 들여다보면 플라즈마는 완전한 중성은 아닙니다.
플라즈마 내에는 전자와 이온이 존재하죠? 그런데 전자는 양이온에 비해 질량이 매우 작습니다. 전자는 질량이 양이온 보다 더 빠른 속도로 이동하게 되는것이죠. 이때, 전자는 까불다가 빠르게 소모됩니다. 그러기 때문에 실제, 플라즈마는 자세히 들여다보면 (+)에 조금 더 가까운 것이죠.
또, 플라즈마에 관해 알아보기 위해서는 용어도 잘 알고 가야합니다. 헷갈리니까요~
▶ 이온(ion) : 전기적으로 중성인 원자 또는 원자단이 전자를 잃어서 양전하(+)를 띠거나 전자를 얻어 음전하(-)를 띤 입자를 말한다.
▶ 전자(electron) : 음(-)의 전하를 띠는 입자
▶ 양이온(cation) : 전자를 잃고 (+) 전기를 띠는 입자
▶ 광자(Photon) : 빛 → 플라즈마엔 광자가 존재하기 때문에 우리가 플라즈마를 육안으로 관찰 가능하다.
▶ 라디칼(Radical) : 홀전자를 가진 원자 또는 분자. → 하나의 홀전자를 가지기 때문에 매우 불안정한 상태이다.
그렇기 때문에 반응성이 매우 강하다.
보통 플라즈마 식각에서 양이온은 물리적 식각을 담당하며, 라디칼은 화학적 식각을 담당하고 있다.
음.. 그래 좋아. 플라즈마란 이런거구나..플라즈마 식각!! 왜 필수고 왜 필요로 하는거지?
!! 플라즈마를 이용한 건식식각 !! → 이방성 식각 → 반도체 pattering 필수 요소
현재 소재 내 여러 물질을 식각하는데 필수적으로 사용되고 있으며, 소자가 소형화, 고집적화가 이루어짐에 따라 더욱 필수적인 기술로 자리잡았다.
* 장점 : High directional etching
Lower chemical costs, Reduced environmental impact
Greater cleanlinessand potenial for production lined automation
Easy endpoint detection
플라즈마를 이용한 식각은 내가 원하는 부분만 식각이 가능하다라는 장점과 화학물질을 사용하지 않는 건식 식각 방법으로 화학물질로 인한 환경 오염이 적다. 뿐만 아니라, 청결하고 자동화가 가능한 장점이 있다.
End point를 dectecting 하기 쉽다. → 이 말이 감이 안올수 있다. 나중에 추가적으로 다루겠지만, 현재는 간단하게 알아만 두자. 플라즈마를 이용한 식각에서 OES(Optical emission spectroscopy)라는 분석장비를 이용한다.
예를 들어보자. 2층 Layer로 생각해보면 Bottom layer는 수박이, Top layer는 사과가 있다. 나는 Top layer의 사과만 모조리 식각해버리고 싶어! 수박은 식각 되면 안돼! 이때, 어찌 우리가 플라즈마 식각 공정 중 사과만 날리고 있는지 알 수 있을까?
엔지니어의 감으로? 말도 안된다. 어쨋든, 지금 나는 사과만 식각하고 있어요~~ 하는 데이터가 필요하다. 그렇기 때문에 실시간으로 플라즈마를 진단할 수 있는 장비를 설치하여 지금 사과만 식각하고 있는지, 수박까지 식각하고 있는지를 파악하고, 수박까지 식각하기 전에 공정을 멈추는 기술이 필요하다. 이 방법은 추후 소개하도록 하겠다.
단점 : Complexity of the physical and chemical processes involved
Poor etch selectivities for some materials
Possible radiation damage and contamination
Charging, Photon impact etc
플라즈마는 어찌보면 다루기 쉽지만, 어찌보면 다루기 어렵다. 널리 퍼져있는 식각 레시피를 활용하면 쉽지만, 그렇지 않은 경우에는 직접 레시피를 짜야하기 때문에 공정 엔지니어의 실력에 따라 결과가 다르다.
저번 시간에서도 소개했듯, 플라즈마 식각은 식각선택도가 낮은편이다.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
이번 시간엔 플라즈마에 대한 기초적 지식을 같이 알아보았습니다. 플라즈마에 대한 정의만 했을 뿐인데 끝났네요..
다음 포스팅은 플라즈마를 만들고 이를 통해 식각하는 플라즈마 식각 장비에 대해 간단히 알아보도록 할게요!
모든 공부는 기초부터 심화까지 가야합니다. 우리도 기초부터 간단히 이해하고 심화로 들어가보시죠.