Etch Sticking coefficient 관련 질문입니다.
2022.10.29 13:14
안녕하십니까. 장비사에서 식각 공정 개발 업무를 맡고 있는 김노엘 입니다.
공부하던 중, ESC 온도 증가에 따른 Sticking coefficient 관련 궁금한 점이 생겨 질문을 남기게 되었습니다.
보통 HAR 구조 식각 시 Sticky한 성질을 갖고 있는 gas가 bottom 으로 들어가지 못하고 top 에 쌓여 식각 profile이 불균일해지는 문제가 있음을 알게 되었습니다. 이에 대한 해결책은 ESC 온도를 증가시키는 것이었고 gas가 덜 Sticky해져 profile이 개선됨을 확인할 수 있었습니다.
여기서 궁금한 점이 있습니다.
Q) 본래 기체는 온도 증가에 따라 점성이 증가한다고 알고 있습니다. 식각공정의 경우 ESC 온도를 증가시키면 wafer에 열전달이 일어날 것이고 그 열이 기체에 전달된다면 기체의 점성이 증가해 오히려 더욱 sticky 해 질것으로 생각됩니다만, 오히려 ESC 온도 증가에 따라 gas가 덜 sticky해 진다고 하니 이해가 어렵습니다. 제가 잘못 생각한 부분이 있는 거 같은데 정확한 메커니즘에 대해 설명을 듣고 싶습니다.
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Q) 추가적으로 RF frequency에 따른 ion과 electrom의 거동에 대한 질문이 있습니다. CCP 구조의 식각 chamber의 경우 bias electrode 쪽에 low frequncy(LF)와 high frequncy(HF)의 RF generator를 사용한다고 알고 있습니다. 이때, LF의 용도가 궁금합니다. ion을 더 강하게 당기는 역할을 한다고 알고 있는데,, 각 frequncy에 따른 ion의 움직임을 어떤 plasma theory로 해석해서 생각할 수 있는지 궁금합니다.
타 산업에 종사하다 플라즈마를 다루는 공정개발 업무를 하게 되어 어려운 부분이 많습니다. 교수님께서 만들어 주신 본 홈페이지 덕분에 많이 배우고 공부하고 있습니다. 정말 감사합니다.
김노엘 드림.
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1. HAR = high aspect ratio 조건의 식각 프로파일링을 시뮬레이션 결과를 참고하시면 좋을 것 같습니다. 전북대학교의 임연호 교수님의 발표 논문을 참고해 보시기 바랍니다. HAR 조건에서 보호막 및 이온속의 거동에는 고려할 주제가 여럿이 있습니다. 일단 프로파일 내 이온과 입자 거동을 고려해 보시고, 표면 (여기서는 측면이 되겠지요)과의 반응을 고려하시는데, 입자 운동이 측면 쪽을 향해야 하는 점, 쉬스 이온 가속은 수직 (측면의 평행 방향) 이며 좁은 통로로 주입되는 이온과 화학종들과 바닥 및 측면에서 발생되는 식각 부산물이 배기되는 거동 들이 복잡합니다. 한가지 더 고려할 점은 식각 깊이가 깊어지고 있는 점, 즉 AR 비율로 문제를 봐야 하는 점을 같이 생각해 보아야 합니다. 아울러 하드 마스크의 변형으로 인한 입사 이온 거동의 변화도 함께 고려해 보세요. (한번 진행 과정을 그림으로 그리면서 반응물 거동, 입사입자들 거동, 측면 보호막 형성을 그려 보시면 현황 파악이 수월합니다.)
2. 이온의 거동은 전기장을 따라 갑니다. 물론 이동 중에 충돌을 하면 전기장을 벗어납니다. 따라서 먼저 충돌이 없다는 조건에서 이온 거동을 고려합니다. 공간 전위로 부터 표면 전위의 차이로 전기장의 세기가 결정되는데, 표면 전위는 플라즈마 전자들의 충전으로 형성되는 값입니다. VHF 는 플라즈마 밀도를 높이니, 표면에 전자를 많이 충전시키게 하는 운전 인자가 됩니다. 이온은 전자에 비해 무거우니 RF가 빠르면 거동을 제어하기 힘듧니다. 따라서 LF를 사용해서 이온은 가속시킵니다. (LF 바이어스 로 게시판 내용을 찾아 보시기 바랍니다)
따라서 VHF+LF는 표면에 많은 이온을 가속시키기 위한 조합이라 생각할 수 있습니다. VHF (플라즈마 밀도 증가 = 이온 밀도 증가) 아울러 전자 증가로 (표면 하전 증가 -- 음전위 증가 --> 이온 가속도 증가) 하지만 이온 가속을 조절하려면 보다 이온 가속 knob으로 LF를 사용하면 훨씬 큰 크기의 이온 가속이 가능합니다. 이를 종합하면 가속 이온 에너지 속 = 쉬스 에너지 x Bohm 이온속 ~ 식각률을 지배합니다. 따라서 VHF+LF 의 조합은 공정 식각 속도를 증진시키 위한 조합이라 할 수 있으며, 이 조건에서 미세하게 프로파일을 조절하는 기술이 HARDE 기술이라 할 수 있습니다. 미세한 조절 능력을 찾는 일이 1번 항을 고민하게 하는 이유가 됩니다. 할일이 많지만 꾸준히, 많은 경험을 가질 수록 좋은 리시프를 개발하실 확률이 커집니다. MF 역할도 함께 고려해 보시고, 큰 변화 부터 고민하시고 작은 변화를 조절하는 문제는 별건으로 생각하셔야 좋을 것 같습니다. 일단 조절인자의 역향이 큰 문제 부터 다뤄 보세요.