CCP CCP에서 접지된 전극에 기판을 놓았을 때 반응 [Self bias]
2021.05.24 15:35
안녕하십니까 교수님. 반도체 장비회사에서 공정개발 직무를 담당하고 있는 엔지니어 입니다.
다름이 아니라 플라즈마 식각기술 책을 읽는 와중에 궁금한 점이 생겨 이렇게 질문을 남깁니다.
책에서 접지된 전극에 기판을 놓을 경우 Radical에 의한 반응이 반응성 이온의 영향보다 크게 되고,
고주파 전극에 기판을 놓게 되면 반대로 되어 이방성이 커진다고 하는데
집지된 전극에 기판을 놓을 경우 왜 Radical 반응이 주가 되는 건가요?
접지라는 것이 이 구조에서 어떻게 영향을 끼치는 것인지 궁금합니다.
항상 많이 배우고 있습니다.
감사합니다
먼저 플라즈마가 전극을 만날때 어떤 현상이 있는가를 생각해 보시기 바랍니다. 일반적으로 알려진 쉬스가 형성되는데, 여기서 쉬스는 쉬스 전기장 혹은 쉬스 전위 분포를 의미합니다. 이는 플라즈마 전위로 부터 전극면의 전압으로 낮아지는 형태를 가집니다. (게시판과 교재에서 확인하시기 바랍니다.) 이 쉬스 형성에서 전자의 거동은 이온보다 매우 빨라서 발리 전극쪽으로 빠져 나가게 됩니다.
일반적으로 전극에 DC를 인가한 경우 (접지도 전극에 DC 전압을 인가한 경우가 됩니다) 에는 일반적으로 설명되는 쉬스가 형성됩니다. 반면 전극이 부도체인 경우 전극으로 전류가 빠져나가기 힘든 구조를 가집니다. 따라서 전극에 전하가 충전되는 값으로 분도체 전극의 전압을 조절하게 됩니다. 이 조절은 전자전류와 이온전류 (쉬스를 지나는) 조절하는데, 이 조절을 위해서 vPP 크기와 주파수를 조절해서 하전 전하량을 조절해서 바이어스 전압을 조절합니다. (SELF BIAS)
여기서 GROUND 바이어스로 만들어진 쉬스 전압은 그 크기가 비교적 작습니다. 이 값이 작으면 쉬스내로 가속되는 이온의 에너지가 작다는 의미가 되고 상대적으로 라디컬에 의한 식각 기여가 커집니다. 상대적으로 부도체 타킷 (전극)에 rf를 인가하여 SELF BIAS를 이용하면 쉬스 크기를 키우고, 전기장이 커짐으로기속 이온의 에너지를 키워 이온에 의한 식각 공정의 역할이 커집니다.
일반적으로 이 방법을 현장에서 사용합니다. 반도체 공정에서는 도체 전극을 반응기에 넣을 수가 없고 웨이퍼를 놓은 esc도 부도체이므로 웨이퍼에 바이어스는 rf를 인가하고 이 인가 크기를 vPP 값으로 설명하거나 esc 에 전압 측정을 위한 전극을 삽입해서 해당 전위로 SELF BIAS 값을 유추하곤 합니다.