안녕하세요, 송송입니다. 이번 시간엔 플라즈마 식각 장비를 함께 간단히 알아보겠습니다. 사실 식각 장비의 경우 기업마다 고유의 노하우 기술을 담고 있기 때문에 모든 것을 설명할 수 없으니 큰 틀 안에서만 보시면 좋겠습니다.
그럼 시작하겠습니다.
▶ 플라즈마 식각 메커니즘
1) 물리적 식각(Physical etch) : 스퍼터링 식각(Sputtering)라고 부름. 플라즈마에서 형성된 Ar+이 실리콘 기판을 강하게 출동(때려서)하여 표면을 이타시키는 방법
스퍼터링의 경우는 진공 챔버 내 비활성가스인 Ar 가스를 채워넣고 전압을 인가하여 플라즈마를 띄웁니다. 이때 Self bias를 기판에 가해 기판(식각 대상 물질) 방향으로 이온이 가속되도록 함으로써 이온이 기판과 빠른 속도로 충돌하여 뜯어내는 방식입니다. 보통 플라즈마에서는 DC 방전과 RF 방전을 사용합니다. 고주파(RF)의 경우는, 절연체를 식각하기 위해 사용되는 방식입니다. 그럼 왜 절연체를 식각하기 위해서는 고주파(RF) 방전을 사용해야 할까요?
한번 간단히 알아보겠습니다.
▶ DC Plasma에서 절연체를 사용할 경우
위 그림처럼 (-) 전압을 가했을 때, 당연히 양이온들이 득달같이 달려오겠죠.. 척력 인력 다들 아시죠?
다음은 어떻게 되냐..
표면에 (+)이 붙어 가득 차게 된다면 중성이 되어 더 이상의 (-)극의 역할이 안될겁니다. 이후엔 어찌되냐
원래는 (-)를 인가해줬으니 계속해서 (+) 전하가 달라붙어야하지만, 포화가 일어나니 이젠 (+)들이 척력의 힘을 받아 밀려나게 됩니다.
더 이상 양이온의 충돌이 없으니, 플라즈마의 방전의 원천인 이차전자가 발생하지 않아 결국은 플라즈마가 꺼지게 되는것입니다.
▶ RF Plasma에서 절연체를 사용할 경우
교류 고주파인 RF는 13.58 MHz를 사용하게 된다.(물론 이게 정답은 아님. 더 강한 고주파도 많이들 사용함. 예시니까~) 13.56 MHz란 1초에 13,460,000회의 음극과 양극이 번갈아 바뀐다는 말이다.
자세히 들여다 보자. (-) 전원이 인가되는 순간, 플라즈마 내 양이온들이 전극을 향해 가속될 것이다. DC Plasma와는 달리 RF에서는 매우 빠르게 전하가 반전되므로 (+) 전원으로 바뀌면서 전극 표면에 있던 양이온들이 다시 튕겨저 나가 전하 축적이 일어나지 않게 된다.
!! 전하가 축적되지 않는다 !! → 계속하여 이온화가 발생!! → 플라즈마 방전 유지!!
2. 유도 바이어스(Self-bias)
물리적 식각의 경우, 유도 바이어스에 의한 이온 충돌이 일어난다. 이를 강하게 하면 Sputterring이 더 잘 일어나게 되는것이다. 물론 스퍼터는 증착도 되지만 식각도 된다. (어찌 사용하는냐에 따라 다르다. 이번 시간엔 식각 파트니 스퍼터링 식각임을 생각하자)
▶ 계속 강조하고 있는 부분입니다. 전자가 양이온보다 빠르다 Why? 가벼우니까.
고류 방전(RF plasma)의 경우는 양전압이 인가될 때 전자가 Charging 되고, 음전압이 인가되면 이온이 Chaging된다.
이때, 전압의 변화가 생기게 되는데, 바로 위에 이유로 전자가 더 많이 Charging되어 음전압으로 전압 감소가 일어난다.
그래프를 보면 폭이 곡선이 되는데, 그 이윤ㄴ 처음의 이온 및 전자가 전극의 전압을 내리거나 높여 주기 때문에 수집되는 이온과 전자양이 줄어들게 된다. 그러다가 점차 음전압이 강해지게 되면 결국은 양이온이 많이 수집되고 전자가 덜 수집되기 때문에 이온 전류와 전자 전류가 같아지는 지점이 생긴다.
물리적 식각인 Sputterting의 경우, 이온의 질량을 바탕으로 충돌시켜 식각하는 원리이기 때문에 스퍼터 식각에서는 불활성기체의 종류(더 무거운 원소를 쓰느냐) 또는, 전압, 압력에 의한 변수를 고려해야합니다.
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플라즈마 식각 장비를 소개하려 했더니.. 다른 것들로 인해 삼천포로 빠져버렸네요.ㅎㅎ
결국은 Sputtering만 얘기하다니.. 다음 포스팅은 ICP, CCP, RIE 모드 및 플라즈마 식각에 영향을 주는 요인에 대해 간단히 얘기해보도록 하겠습니다!!
모두 고생하셨어요.