안녕하세요, 송송입니다. 원래는 저번 시간에 모두 소개하려했던 것인데.. 글을 적다보니 이것도 중요하고~ 저것도 알아야할 듯 싶고~ 해서 적다보니 결국은 Sputtering 방식 밖에 설명하지 못했네요;; 이번 시간엔 플라즈마 식각에 영향을 주는 요인을 간단하게 얘기하고 식각 장비를 얘기해볼게요.
▶ 플라즈마 식각에 영향을 주는 요인
1) 챔버 벽(Chamer wall)
플라즈마 식각에서 챔버 벽과 같이 플라즈마에 직접적으로 노출되는 부분은 식각 특성에 영향을 줄 수 있습니다.
이는 챔버 벽 뿐만 아니라, 장비 내 소모성 부품들도 포함됩니다.
특히나 고밀도 플라즈마 환경에서는 챔벼 벽 및 샤워헤드 포커스링과 같은 부품들이 플라즈마에 의해 부식되고 오염 입
자를 발생시켜 수율 감소의 주 원인이 되기도 합니다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 플라즈마에 노출되는 부품을 플라즈마 내식성이 높은 소재로 만들거나, 그 소재를 코팅
하여 플라즈마로부터의 부식 및 침식을 보호하고 있습니다.
Al2O3, Y2O3 와 같은 세라믹 소재들이 주로 사용되고 있으며, 이는 알루미나 막을 성장시키는 Anodizing 공법 및 플라즈
마 아크 코팅과 같은 방법이 사용되고 있습니다.
이렇게 플라즈마 저항성이 높은 것들로 보호하여도 반복된 공정에 의해 부식되고 침식되어 결국은 오염 입자를 발생시키
게 되니, 항상 실시간 공정 진단을 통해 철저한 관리가 되어야 수율을 확보할 수 있습니다.
2) 압력 및 온도
압력이 낮을수록, 온도가 높아질수록 평균자유행로(Mean Free Pass)가 높아져 이온이 Sheath 전압에 의해 더 많이 가속되어 식각 속도가 증가함
평균자유행로는 진공공학 간단히 알아보기에서 설명했으니, 꼭 참고바랍니다~
그럼 쉬쓰는 모야? 또.. 이어서 안가고 부가 설명이 진행되게 되네요 죄송합니다.
▶ 쉬쓰(Sheath)
- 플라즈마와 기판간의 경계지역. 즉, 플라즈마와 기판을 분리하는 지역
* 플라즈마에서 기판으로 입사시
전자의 수: 전극에 가까울수록 지수적으로 감소
이온 밀도 : 전극에 가까울수록 선형으로 감소
→ Sheath 영역은 Positive charge가 형성 @ (+)로 전하 축적된다는 말
즉, 기판은 (-)전하를 / Sheath 영역은 (+)전하를 / 플라즈마 영역은 중성을 띰
다시 플라즈마 식각에 영향을 주는 요인으로 이어갈게요!
3) Gas flow
낮은 가스 유동 속도에서는 주입하는 반응성 가스가 모두 소모되어 부족해지기 때문에 식각 속도가 느립니다.
반대로, 가스 유동 속도가 과하게 되면 가스가 펌프로 빠져나가는 속도가 증가하여 분해된 가스나, 라디칼 등의 활성종이 반응하기도 전에 빠져나가 식각 속도가 느려지게 됩니다.
따라서 적당한 가스 유동 속도를 찾아 유지시켜주는 것이 중요합니다.
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이제 플라즈마 식각 모드를 얘기해볼게요
1) CCP-Etcher (Capacitively Coupled Plasma)
- 평행한 두 전극에 RF를 인가해 플라즈마를 형성하는 장치
- 균일한 플라즈마 형성 가능
* 매우 간단합니다. 정말 그냥 위 아래, 전극을 넣고 가스와 함께 RF를 인가해주면 플라즈마가 방전되게 됩니다.
CCP-Type은 예전 부터 사용된 플라즈마 방전 방식이였습니다. 지금도 물론 많이 사용되고 있지만, 저마다 조금씩 CCP-Type의 단점을 보완하여 사용하고 있습니다.
CCP-Type의 경우는 고밀도 플라즈마 환경을 만들기 어렵기 때문에 다른 Type의 Etcher가 만들어졌습니다.
왜 고밀도가 어렵냐고..? 바로 CCP-Type은 플라즈마 안에 있는 전자들이 가속되어 이온화 및 여기현상에 힘을 완전히 쓰는게 아니라, 얘네들이 챔버 벽과 같은 곳으로 소모되기 때문에 고밀도 환경을 만들어주기 어렵습니다.
고로 이를 막기 위해 전극 부분에 강한 마그네틱을 연결하기도 합니다.
2) ICP-Etcher (Inductively Coupled Plasma)
- 코일이 들어간 식각 장비이다.
- 코일에 교류전류를 가하면 자기장이 챔버 내부의 플라즈마에 침투되어 자기장의 수직인 방향으로 전기장이 발생된다.
- 플라즈마 내 전자가 이 전기장의 방향을 따라 가속되며 에너지를 얻게 되어 이온화 및 여기가 일어남
- 전자가 가속되는 방향이 챔버 내부를 도는 원형을 갖기 때문에 에너지를 받은 가속된 전자들은 이 에어지를 이온화 및 여기현상에 사용된다.
- 낮은 압력에서 고밀도 플라즈마를 형성
ICP-Type은 코일의 방식에 따라 Planar Type과 Cylindrical Type으로 나뉘게 됩니다.
Source로 부터 받은 에너지를 열로 소모하지 않고 이온화 및 여기에 대부분 사용하여 고밀도 플라즈마 형성이 가능해졌다
▶ 고밀도 플라즈마 사용 이유
- 고밀도 플라즈마 식각 장비는 보통 ICP-Type을 많이 사용하게 되는데 이때, 플라즈마를 방전시켜주는 Source power와 이온 충돌을 더 강하게 만들어주는 DC Bias power로 나누어 놓는다.
간단하게 말하면, power를 두개 인가한다는 것이다.
왜? DC bias power로 이온 충돌 에너지를 조절하고, Source power로 플라즈마 밀도를 각각 조절할 수 있다.
그렇다면 기판에 Damage를 줄이면서 식각 속도를 올릴 수 있고, 미세 패턴 식각을 가능하게 해준다.
뿐만 아니라, 고밀도 플라즈마는 이온화율이 높고 가스의 분해도가 높아 식각 속도가 빠른 장점이 있다.
여기서 말하는 고밀도 플라즈마란 1 cm3당 약 1011 이상의 전자나 이온 밀도를 얻는 플라즈마를 뜻하며, 이온화 비율이 약 10-3 이상을 말한다.
좋은 점만 설명했지만 단점은 있다. → 비싸다.
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플라즈마 식각 방법에 대해 설명하다가 이번에도 다른 길로 들어설 뻔! 했으나, 성공적으로 마무리 지었다.
부분부분 더 설명할게 많았지만, 우린 간단히만 배우는 것이기 때문에 충분하다 생각한다.
이렇게 감질나게 지식을 얻어야 궁금하면 알아서 검색해보고 찾아보고 물어보고 한다.
다음 포스팅은 플라즈마 안에서 어떤 일이 벌어지고 있는지 한번 알아볼 예정이다.(간단하게)