Etch RIE에 관한 질문이 있습니다. [Sheath 이온 거동 및 bias power]
2017.06.10 22:21
안녕하세요 반도체장비 기업에서 Etch 관련 업무에 종사하는 직장인입니다.
다름이 아니라 입사한지 얼마 안된 신입사원이라 이것 저것 공부를 하고 있는데 궁금증이 몇가지 있습니다.
CCP Type 의 경우는 Plasma의 Density는 높지 않지만 강한 힘으로 이온을 당길 수 있어 반도체의 Metal Contact이나 Trench공정에 사용되지 않습니까? 그리고 Plasma의 Sheath 영역이 Reactor의 내벽과 내부 Part들을 경계로 생긴다고 알고 있고, 전극은 Wafer의 하부에서 Bias Power를 가해 이온을 당기는 것으로 알고 있습니다.
1. Wafer의 Edge에서 Wafer 주변 Ring 같은 구조물이 없다면 Plasma의 Sheath가 Wafer의 Edge에서 Wafer를 둘러싸게 되고 Wafer의 Edge로 이온의 입사가 집중되어 Wafer Edge의 Etch Rate나 Temp가 변하고 Uniformity가 안좋아지는 것으로 알고 있는데 맞나요??
2. 만약 1번이 맞다면 아래로 당기는 Bias Power의 방향은 아래로만 향하는데 어째서 Sheath영역이 Wafer를 둘러싸기에 Etch에 불균일이 생기는 건가요?
3. 플라즈마의 균일도 향상을 위해서 Focus Ring이라는 부품이 Plasma의 Sheath가 Wafer면 위에 고루 퍼지게, Edge부분과 Center부분의 균일도를 개선하는 역할을 한다고 알고 있습니다. 이는 그렇다면 Sheath 영역이 변하면서 균일도가 좋아지는 것인가요?
4. 플라즈마에서 Radical과 양이온이 Etch에서 주요한 역할을 한다고 알고 있고 CCP에서는 양이온의 Etch가 큰 영역을 차지한다고 알고 있습니다. 헌데 Radical의 경우엔 어떻게 식각을 하나요? Radical은 전기적으로 중성아닌가요? 중성인데 Bias Power로 인한 E Field에 영향을 받고 움직일 수 있는것인가요???
다소 두서없고 앞뒤가 없는 질문입니다만 막 Plasma 공부를 시작한 초심자이니 넓은 아량으로 답변해주시면 정말 감사하겠습니다.
질문과 관련된 사항에 대해서 일부 본 게시판에서 참고 자료를 찾으실 수 있을 것입니다. RIE / PE 모드의 차이, sheath 와 이온의 관계 등과 bias power 에 대해 설명이 있었습니다. 그리고 식각은 이온의 물리적 힘 만으로 이뤄지는 공정은 아닙니다. 먼저 대상 물질과 화학적인 반응 특성이 큰 물질, 특히 입자가 선택되어야 하고, 반응에 필요한 에너지를 전달시켜야 표면 반응이 더욱 활발해 (활성화) 집니다.
따라서 반응성 입자, 대부분 원자나 간단한 분자 (라디컬 들 그래야 반응이 원활합니다)를 형성시키고, 이들이 이온이 되면 더욱 좋겠으며 아니면 반응성 물질(라디컬 들)의 반응에 가속화 되기 위한 방법으로 이온 에너지를 쓸 수가 있습니다. 물론 가속에너지가 충분하면 이온 만으로도 식각시킬 수 있는데, 이는 스퍼터링이라 합니다. 따라서 반응성 입자를 만드는 과정은 주로 원래 넣은 가스를 해리시키는 반응을 통해서 생성시킬 수 있는데, 기상에서 해리는 주변 온도를 높여서 자신들끼리의 충돌을 빈번히 해서 이루고, 플라즈마에서는 전자가 그 일을 매우 효율적으로 합니다. 또한 이온의 에너지는 질문과 같이 쉬스에서 얻어지는데, 쉬스는 플라즈마 내의 전자의 움직임 (이동도:mobility)가 이온보다 매우 커서 쉽게 대면재로 빠져 나감으로써 생기는 전위차를 일컫습니다. 따라서 이온이 쉬스 에너지 만큼의 운동에너지를 얻어서 시편에 입사되게 됩니다. 따라서 이온과 전자들의 역할을 선택적으로 조절함으로써 식각을 제어할 수가 있겠습니다. 당연히 화하적인 가스 선택은 배경이 되므로, 식각 현상을 플라즈마-화학 반응이라고도 합니다. 이점을 염두에 두고 문제를 보면 도움이 될 것입니다.