Etch ICP와 CCP의 차이 [Self bias와 Maxwellian distribution]
2017.08.22 16:56
안녕하세요?
플라즈마 관련 업체 현업에 종사하고 있습니다.
플라즈마 에쳐장비에서 궁금한점이 몇가지 있어 이렇게 문의 드립니다.
1.에칭하려는 물질에 따라서 달라지겠지만, 현재 에쳐장비의 흐름이 CCP에서 ICP로 옮겨가며, 하이브리드로 사용할려고 하는듯 합니다. 이는 이온의 물리적 에칭보다는 라디칼의 화학적 에칭에 더 중점을 두고 변화하는것이 아닌지요?
(물론 기본적으로 이온의 물리적 에칭이 중요하겠지만, 예를 들면 이온의 물리적 에칭으로 웨이퍼의 구조적 손상문제를 야기하는등 CCP의 한계가 있다고 판단되어서요....전자밀도와 라디칼 분포가 큰 ICP를 선호하는게 아닌가 해서요....)
2. 셀프자기바이어스가 커짐에 따라서, 이온의 식각률이 증가한다고 알고 있습니다. 기본적인 질문이지만, 주파수와 셀프자기바이스간의 관계가 궁금합니다. 수학적으로 판단하기에는 주파수가 커짐에 셀프자기바이어스가 작아진다고 알고있습니다.
3. 전자온도분포함수와 이온에너지분포함수간의 상호 연관성이 있는지요?
(제가 생각하기에는 전자온도가 이온에너지보다 대략 5배정도 크니 단순하게 생각해서...전자에너지분포함수와 이온에너지분포함수간에는 비례관계가 있을듯 합니다.)
답변부탁드립니다.
감사드립니다.
축복이 가득하길 바라겠습니다.
댓글 3
-
김곤호
2017.08.30 20:20
-
베컴
2017.09.01 10:24
안녕하십니까?
1. 셀프자기바이어스와 주파수는 부유전위 안정화에 기여한다는 의미는 잘 이해하였습니다. 그렇다면, 마지막에 말씀하신 주파수와 Vpp와의 상관관계가 궁금합니다. 제가 생각하기에는 주파수가 높아진다면, Vdc 값이 낮아져서, Vpp값이 낮아질것으로 생각됩니다.
2. 전자의 충돌이 많아진다면, 즉 전자밀도가 높아진다면, 전자온도는 낮아지지 않나요? 진공도에 따라 차이가 있겠지만, 통상적으로 중고진공 상태에서, 전자밀도와 온도는 반비례 관게에 있지는 않습니까?
바쁘신 와중에도 답변주셔서 정말감사드립니다.
2가지 의문점에 대한 교수님의 생각이 궁금합니다.
감사드립니다.
-
김곤호
2017.09.01 11:49
1. Vpp에 자기 바이어스 값의 비례는 본 계시판과 관련 정보를 보면 충분히 이해가 가능합니다.
2. 전자온도와 밀도의 관계는 입력, 즉 플라즈마를 생성시키는데 들어가는 전력이 일정하다는 가정을 하면 이해가 쉽습니다. 대부분의 경우에 해당합니다. 하지만 입력 전력에 따라서 반드시 이 경우가 적용된다고 할 수는 없습니다. 실제 운전 압력 (장치 구조 포함), 가스의 종류 즉 이온화 특성들이 밀도/온도를 결정짓는 요소가 되곤 합니다. 또한 정합 특성도 함수가 되겠습니다.
- 다른 분은 또 다른 생각으로 플라즈마를 바라 볼 수는 있습니다. 제 생각을 말씀드렸습니다.
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1. 대상에 따라서, feature 크기에 따라서 다르겠지요. 다만 radical rich 한 ICP와 ion energy driven process를 지향하는 CCP의 특장이 섞이는 상황을 필연적일 것 같습니다. 다만 이 경우 각 특장을 세밀하게 제어할 수 있어야 hybrid 의 의미가 살아날 수가 있겠지요. 따라서 ICP+CCP 보다는 ICP의 특징과 CCP의 특징이 대상 공정의 한계를 극복하는 인자로 정밀 제어가 되는 장비가 필요할 것 같습니다.
2. Self bias는 이온 flux와 전자 flux가 타킷 표면에서 같은 크기가 되도록 하는 표면의 전위, 부유 전위를 의미하는데, 전자는 빠르게 쉬스 공간을 통과하며 상대적으로 이온은 매우 느려서 시간이 걸립니다. 따라서 self bias 는 전자와 이온이 충분히 거동을 한 후에 표면에 형성 되는 하전량에 따르는 전위 값이 되고, 따라서 주파수레 평균한 값으로 관찰 할 수가 있습니다. 여기서 주파수의 영향을 굳이 이야기 한다면 전자 플라즈마 주파수는 충분히 크므로, 이온 주파수를 기준으로 평가를 해 보는 것이 맞겠고, 이온의 거동을 충분히 보장하면 빨리 부유 전위로 안정화가 될 것이고, 이보다 빠르면 부유 전위 안정화는 늦어지게 될 것입니다. 하지만 최종적으로 전위 값에는 영향을 크게 미치는 않을 것입니다. 오히려 bias RF의 Vpp 값이 민감하게 됩니다. (Butler, Kino, Phys. Fluids 6 , 1346 (1963) 참조)
3. 전자온도와 이온 온도는 상관관계가 있습니다. 하지만 분포가 서로 연관이 있다/ 없다는 판단하기 어렵습니다. 먼저 전자 온도는 일반적으로 충돌을 많이하는 가벼운 입자로서 전기장에서 에너지를 얻고, 중성 가스 원자 및 분자들과 충돌을 하면서 에너지를 교환하는 단순 충돌을 겪으면서 열적 평형상태가 됩니다. 이러한 평형상태를 일컫어 전자 온도는 Maxwell 분포를 갖다고 합니다. 전자 분포는 충돌과 밀접함을 알 수 있는데, 공정 플라즈마에서는 해리, 여기, 이온화, 혹은 흡착 등의 충돌이 빈번하며 그 충돌 빈도수도 매우 높습니다. 이들 충돌 반응은 특정 에너지 이상에서 일어나므로 이들 충돌이 빈번해 지는 경우 전자의 분포 함수는 Maxwell 으로 부터 왜곡되게 되고, 이를 non-Maxwellian 를 갖는다고 합니다. 또한 이온들도 가속이 되고 중성원자나 분자들과 충돌을 하게 되므로 자신만의 Maxwell 분포를 가집니다. 우리가 온도라 하는 값은 이 분포의 벌어진 정도를 의미한다고 할 수 있으므로, 전자의 분포는 매우 넓게 벌어져 있는 경우이고, 이온은 매우 좁게 벌어져 있는 경우에 해당합니다. 따라서 전자의 에너지 분포가 이온의 에너지 분포에 영향을 미쳤는가는 매우 미미할 것이나, 높은 에너지를 가진, 즉 전자 온도가 높을 경우의 전자들이 충돌을 많이 한다면 이온 생성이 커질 것입니다 (물로 이들 전자들과 충돌에서 큰 에너지 전달이 가능할 수 있습니다. ) 또한 이 경우에 전자를 가속시키는 전기장이 크다는 의미가 배경에 있으므로, 이온도 그 에너지를 받으면서 열적 평형상태로 존재하게 되므로 이온의 온도도 높아질 가능성이 있게 됩니다.
이해에 도움이 되었으면 합니다.