Chamber component matcher, ESC, Heater에 대해 질문 드립니다.
2019.07.05 14:01
늘 좋은 글과 답변에 감사드립니다.
반도체 장비 회사에 근무하는 재직자 입니다.
플라즈마 테스트 시 matcher에서 나오는 결과 값에 대해 의문이 있어 질문 드립니다.
1. 측정 값 중 RF_V_PEAK 라는 값이 있습니다.
이게 플라즈마 생성기에 인가되는 V의 피크값이라고 알고 있습니다.
이 값이 ESC 척에 걸리는 DC bias 값과 동일하다고 생각해도 되나요?
2. 측정 값 중 RF TUNE, RF LOAD, MFC01, MFC02 값이 있습니다.
RF TUNE 값은 제너레이터와 직렬로 연결된 cap 로, 플라즈마 리액턴스 값에 영향을 주고
RF LOAD 값은 제너레이터와 병렬로 연결되어 플라즈마의 임피던스 실수부에 영향을 주는것으로 알고 있습니다.
이 두값은 측정된 임피던스와 대조를 통해서 확인이 끝난 상황인데요, (Raw 데이터로 그래프 뽑아보면 그래프 형상이 거의 동일하게 나옵니다.)
문제는 MFC01, MFC02값입니다.
이게 실제로 연결된 가변 Cap 값이라고 추정중인데, 이 값들과 임피던스 값, RF load, tune 값이랑은 상관관계를 알 수가 없습니다.
이 값들이 실제로 cap 값을 의미하는건지, 그 값이 맞다면 어떤 상관관계를 가지는지,
혹은 다른 값인데 오해를 하고 있는건지..
3. 챔버 내에 장착된 ESC척이나 Heater의 스펙(크기나 cap 값 등)이 챔버의 impedance(RF generater 에서 플라즈마 까지의 impedance) 에 영향을 주는지 알고 싶습니다.
4. 식각, 증착, ESC 성능에 있어서 정전척(또는 Heater)의 cap값이 성능에 직접적인 영향을 주는 것으로 알고 있습니다.
ESC나 heater에서 cap 값이 충분히 확보가 안되면 self bias 에 손실을 주게 되고 이는 식각과 증착 속도와 퀼리티에 영향을 주며
ESC에서 처킹능력은 cap 값에 직접적인 영향을 받는 것으로 알고 있습니다.
따라서 저희 chamber 에 쓰이는 ESC 와 heater의 capacitance 와 impedance 를 정확히 측정하고 싶은데 여기에 어려움이 있습니다.
- ESC하나만 측정하기에는, ESC에서는 단자가 1개밖에 존재하지 않으므로, 실제 공정에서 상대 극판으로 이용되는 plasma가 있어야 하는데 이를 impedance analyzer 에서 측정 시 특정 짓기에 어렵습니다.
- 플라즈마를 대체하여 ESC표면에 금속 판을 올려서 측정할 경우, ESC 내의 grond plate(금속판)에서 반대편 금속 판 까지 ESC body, 공기층(ESC표면에 단차가 있습니다.), 경우에 따라서 웨이퍼까지 존재하는데,
이렇게 구성 될 경우 두 유전체가 일렬로 존재하여 커패시턴스가 직렬로 있는 효과를 가지게 되버려 본래 esc 척의 cap 측정이 불가능해집니다.
여기에 참고 할 수 있을만한 문헌이나 특허, 책이 있다면 소개 부탁드립니다.
질문을 하다 보니 정말 길어졌습니다만...
의지할 곳이 여기밖에 없어 도움 부탁드립니다.
감사합니다.
댓글 3
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김곤호
2019.07.09 06:50
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cassowary
2019.07.09 14:36
감사합니다 교수님.
제가 이해하기로, 챔버를 회로 모델로 근사한다면(ICP모델기준)
ground - RF genrerater(AC source) - matcher (L type circuit) - plasma antenna(RL circuit) - plasma+ESC(RC circuit) - ground
로 회로 구성이 될 것 같습니다.
조언을 토대로 RF V peak 값에 대한 해석은 잘 해결되었습니다.
다만 wafer chuck의 해석에 있어서 의문점이 많이 남아있습니다.
1. chuck을 RC회로로 근사하여 해석해야한다는 사실까지는 이해하였습니다.
다만 RC회로로 근사한 chuck과 dc bias의 안정화 시간까지의 상관관계가 잘 이해되지 않습니다.
어떤 상관 관계를 가지며, 이를 어떻게 R값과 C값으로 수치적으로 나타낼지 모르겠습니다.
2. 챔버내의 모든 소자들은 온도, 시간, 전압, 플라즈마 농도 등 여러 인자에 따라 impedance 값이 변하여 소자의 impedance값은 절대적인 수치가 아닌 가변적인 값으로 생각해야 한다는 사실은 인지하였습니다.
따라서 이러한 주변 조건들을 최대한 배제하고, 하나의 소자로서 chuck의 impedance를 측정 하려고 합니다.
현재는 chuck 위에 금속 plate 를 올려 금속 plate와 chuck 내부의 plate를 연결하여 impedance analyzer로 측정을 하려고 합니다.
이 값이 실제 chamber와 plasma환경에서의 impedance 값과는 다소 상이할 수 있으나,
chuck 소자의 성능을 해석하는데는 유의미한 값을 가질 수 있다고 생각합니다.
이 아이디어에 문제가 있거나, 보완할 부분이 있다면 지적 부탁드립니다.
매번 전문적이고 정성스런 답변 다시한번 감사드립니다.
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김곤호
2019.07.10 09:50
아이디어는 훌륭합니다. 다만 다음 2가지를 염두에 두고 부품 개발을 하시면 좋을 것 같습니다.
1. 플라즈마 장비임을 고려하는 것입니다. 우리가 부품의 특성을 알고자 함은 플라즈마 생성/유지 등의 관리와 제어의 정확성을 유지하기 위함입니다. 결국 플라즈마가 주어가 되는 주변 문제임을 염두에 두시고, 다양한 실험을 통해 부품 특성을 관찰하는 것을 추천드립니다. 따라서 궁극적으로는 플라즈마를 포함한 상황까지 포함시켜 보기 바랍니다.
2. 부품은 시스템 전체와 상관관계를 갖습니다. 따라서 특정 장비 내에서의 부품 성능이 결정될 수 있습니다. 따라서 검사를 표준화 방법까지 고려해야 해당 데이터의 확장성을 제고시키를 수 있습니다. 데이터 수급 방법과 환경도 데이터 임을 염두에 두고 기술 개발하시기를 추천드립니다.
장치를 회로 모델로 가정해서 보시고, 관련 자료를 찾아 보세요.
플라즈마가 있을 경우에는 회로가 주로 플라즈마를 통해서 완성된다고 생각할 수 있으며, 이때 플라즈마 임피던스는 plasma dielectric constant (대부분의 책자에 잘 나와 있습니다, 진공 유전상수/ 플라즈마 주파수,/ 충돌 주파수 의 함수로 표시가 되며) 로 부터 회로 모델을 만들어 이해 하면 좋습니다. 아울러 가열 모델을 참고해서 저항 항목을 직렬로 추가합니다.
플라즈마가 없을 경우, 일반적으로 chamber impedance로 표현이 되겠고, 위의 플라즈마 등가 회로와 직병렬로 구성이 되어 있겠습니다. 대략 두가지 경우가 만들어 질 수 있는데, CCP 인 경우 chamber를 큰 cap으로 하고 병렬로 플라즈마 회로를 넣는 경우와 ICP의 경우에는 트랜스포머 형태의 인덕터 조합으로 구성할 수가 있습니다.
이를 matcher 회로와 연결해서 전체 회로도 모델을 만들어 볼 수 있으며, 이를 기반으로 외부 조절인자와 내부 플라즈마 거동 및 동작 제어에 대해서 분석하게 됩니다.
여기서 wafer chuck은 하단의 전극의 회로 모델이 되겠고, 기본적으로 정전척은 전하 축전 장치로서 cap의 형태로 가정해도 무관할 것입니다만 충전된 전하는 궁극적으로 방전이 될 터이니 chuck의 leak current path로 가는 R 이 있겠습니다. 따라서 정전척은 하나의 RC 값을 가진 특성으로 관찰해 좋을 것입니다. 에전에 경험은 self bias가 안정되는 시간으로 정전척의 고유 RC 값을 결정해 본 경험이 있고, 아직도 정전척의 특성을 관찰하는데 유용할 것 같습니다.
하지만 모든 값은 근사값으로서, 구조의 변경과 부품의 종류 및 상태가 각 부품 및 chamber의 impedance 값을 바꾸게 하니, 우리가 측정하는 부품의 impedance 들을 한시적 (그 때)인 값으로, 가능하면 변화를 관찰하는데 촛점을 맞추는 것이 데이터의 쓸모를 높여 줄 것입니다. 이를 통해서 경시변화 및 PM 등의 판단 자료를 만들수가 있으니 가능하면 시계열 data를 정확하게 축적하고, 장비 간의 차이점에 대한 자료를 충분히 확보하는 것이 좋습니다. TTTM 자료를 준비하는 것이 장비 개선에 큰 도움이 되겠습니다. (TTTM: tool to tool match 는 부품 impedance. match로 부터 시작됩니다)
가능하면 회로 모델을 많이 만들고 데이터를 확보해 보세요.