ESC Edge ring의 역할 및 원리 질문
2024.02.29 01:39
안녕하세요 교수님
반도체회사에서 icp type 설비(HDP)를 맡고 있는 직장인입니다.
ESC 관련 study 중 아래 사항들에 대해 궁금하여 질문드립니다.
edge ring의 역할이 ' wafer 가장자리 공정 균일도 제어 용의 부품' 이라는 것을 게시글을 보며 알게 되었습니다.
1. edge ring이 있을 때와 없을 때 어떤 차이가 있는지 알고 싶습니다.
2. Edgr ring을 쓰게되면 플라즈마 하부전극의 Cap을 조절되어 플라즈마 밀도변화와 Edge에서 아래로 휜 Sheath 구배를 Flat하게 변화시킨다는 것을 봤습니다.. ICP 구조 설비의 플라즈마 하부에서(ESC) edge영역의 cap 이 병렬로 추가 됨으로써, 쉬스구배가 왜 flat 해지는건지, 기존에는 edge에서 왜 아래로 휘었는지, CAp이 추가되어 왜 flat해지는지 알고 싶습니다. 플라즈마 강의들을 봐도 관련된 수식이나 원리는 찾기가 어려워 질문드립니다.
3. WAFER BURN 이슈가 있습니다. 게시글 내 PLASMA가 침투하여 플라즈마의 높은 온도에 의해 해당현상이 나타날 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 어떤 원리로 PLASMA가 확산하는지 알고 싶습니다.
항상 감사드립니다
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Edge ring의 기능을 이해하려면, 먼저 플라즈마의 확산 성질을 이해하셔야 합니다.
가스상태의 하전입자 군을 플라즈마라 하니, 챔버 내의 플라즈마는 확산, 분포합니다. 확산 방정식을 보면 2계 미분형태이니 가운데가 볼록한 cosine 분포를 가집니다. 즉, 가장자리로 가면서 플라즈마 밀도가 떨어집니다.
또한 노즐 또는 상부 전극으로 부터 입사된 공정가스 또한 유동을 가지고 분포합니다. 가스의 배기는 타킷 주변 (웨이퍼, 전극 주변)을 거쳐서 baffle를 거쳐 배기되어서, 타킷 주변으로 유속이 빠르게 되고, 이 공간의 플라즈마 또한 같이 흘러나가게 됩니다.
따라서 웨이퍼 중심부와 가장자리의 플라즈마 밀도 분포가 차이가 납니다.
다음 생각해야 할 점은 대부분의 플라즈마-표면 반응을 플라즈마 밀도와 이온의 에너지의 곱에 공정률 rate 가 비레합니다. 여기서 주목할 것은 밀도가 분포하면 웨이퍼 표면에 공정 결과가 다르게 됩니다. 또한 플라즈마 밀도는 하전입자의 밀도이고, 플라즈마 입자들은 열 운동을 하고 있음으로 플라즈마 밀도 분포는 해당 공간의 플라즈마 전위를 분포하게 합니다. 즉 플라즈마 밀도 분포 경향을 플라즈마 전위 분포의 경향과 유사하다고 생각하면 됩니다.
한가지 더 생각할 점은 위의 조건에서 이온의 에너지는 플라즈마 전위-타킷 표면 전위 (self bias)의 차이 값으로 크기가 결정됩니다. 전압/거리(쉬스 두꼐) = 쉬스 전기장이 되고, 쉬스 전기장은 이온의 거동을 지배합니다. 따라서 플라즈마 분포는 쉬스 전기장의 크기 분포와 기울기가 가장자리로 가면서 불균일해 짐을 확인할 수 있습니다. 이는 특히 초 미세 공정에서 프로파일을 tilt 시키는 원인이 됩니다.
따라서 가장자리의 플라즈마 밀도와 플라즈마 전위의 제어가 핵심 타킷이 됩니다. 이를 위해서 다양한 방법들이 제안되고 있고, 누구나 생각해 볼 수 있습니다. 생성 플라즈마의 분포가 고정된 상태가 아님으로 제어 방법은 가변기능을 가져야 함도 고려해야 합니다.
이 중에서 링을 덧대서 전극의 넓이를 가상적으로 넓히는 방법은 직관적입니다. 이 링에 바이어스를 인가시키면 전기장 분포까지도 조절할 수 있을 것입니다. 따라서 링을 덧대고 바이어스를 인가하는 방법이 제안되고 있고, 이는 엣지링의 역할이라 할 수 있습니다.
사실 그 다음은 엣지링의 표면 상태에 따라서 기능의 변화가 생깁니다. 이미 언급한 바와 같이 미세한 플라즈마 변화를 조절하려는 목적이므로, 엣지링의 기능의 변화는 균일도 조절 능력을 약화시킵니다. 즉 관리 기술이 운전 기술이 될 것 같네요. Tool Match에도 주목해야 하는 관리 인자이기도 합니다. 생산성을 지배하거든요.
답변이 길었습니다. 핵심 키워드 와 플라즈마 정보를 잘 정리해 보시면 좋을 것 같습니다.