Plasma in general RF Vpp관련하여 문의드립니다. [Self bias와 플라즈마 쉬스]
2018.08.11 16:45
안녕하세요 반도체 회사에 근무하고 있는 회사원입니다.
RF Power 를 이용하여 Film을 Deposition 하는 부서에 있는데요,
주요 관리 항목 중에 RF Vpp 항목이 있습니다.
RF Vpp 관련해서 문의드릴게 있습니다.
1. Ti Film을 RF Power를 이용하여 Dep하는데, Chamber 내부에 Ti Film이 더 많이 Depo 되면 RF Vpp는 조금씩
떨어지는데 왜 그런건지 알 수 있을까요?
업체에서는 Vpp와 Vdc가 반비례 관계여서 Vpp는 떨어지고, Vdc가 올라가게 된다고 하는데
실상은 Vpp와 Vdc는 모두 떨어지는 Trend를 보이고 있습니다.
2. 두 번째로 Chamber의 RF Ground 역할을 하는 Stage Heater를 교체했는데,
이전보다 RF Vpp Level이 떨어졌습니다. 무슨 연유에서 그런건지 모르겠는데 Ground가 바뀐 것만으로도 Vpp가 떨어질 수 있을까요?
설명이 부족하지만 도움 부탁드리겠습니다.
먼저 DC offset 혹은 DC bias, 교재에서는 self bias 등 (본 게시판에서 확인 가능)의 개념을 이해해 보세요. ESC를 간단하게 하나의 도체 전극과 부도체 표면, 그리고 플라즈마로 구성되어 있다고 가정하면 RF 전압 (Vpp)가 인가되면 절연체(capacitor)를 사이에 두고 플라즈마 쉬스와 만나게 됩니다. 여기서 플라즈마 쉬스는 플라즈마 본체로 생각하여 또 하나의 도체로 보는데, 전자 전류와 이온 전류가 동시에 흐를 수 있는 연결체라 생각해 보세요. 이 구조에서 Vp sin wt의 전압이 전극에 걸리면 플라즈마와 맞닿은 절연체 표면에는 +V가 걸리는 시간동안에는 플라즈마 전자 전류가 흘러 절연체에 음전하를 쌓게 될 것 입니다. 반대 위상인 경우 -V 시간동안에는 이온 전류가 들어오게 됩니다. 여기서 잘 생각해 보아야 할 것은 RF의 주기 동안의 이온/전자의 거동을 생각하는 것입니다. 이온이 무거워서 약 usec 정도의 거동 시간을 갖고 전자는 그 보다 수천배 가벼우므로 속도는 수백배 이상 빠르니 수nsec에서 거동합니다. 따라서 RF 주파수에 따라서 이온과 전자의 거동은 전자가 가벼워서 같은 전압이 걸린 경우 전자가 먼저 들어가겠고, 나중에 이온이 따라가며, 이온 전류는 작게, 전자 전류는 크니, 절연체에는 점차 음전하가 쌓이게 됩니다. 하지만 이는 무한히 커질 수는 없겠습니다. 쌓인 전하들이 나가고 중화되고, 그리고 음전하에 따라서 표면 전위가 점차 음으로 내려가 (Vdc) 이에 따라서 이온 전류가 커지는 효과를 유발하며, 결국에는 rf 주파수 주기 동안에 들어오는 전자 전류와 이온전류가 같아지게 됩니다. 이때 표면의 전위를 Vdc라 하며 Vdc 는 플라즈마 종, 밀도, 온도, 그리고 Vpp의 크기와 하전량에 비례하니 막재료의 하전특성 (wafer 표면의 막의 전기적 성질, dielectric constant)에 비례하게 됩니다. Bias power 인가초기에 Vpp 파형은 ground 대비해서 -Vdc로 점차 떨어져 안정화 되며 +Vp는 반드시 ground 대비 양의 값이 존재해야만 하며 이때 이온 전류는 -Vdc-Vp 값 만큼 큰 전위에 반응하여 이온 전류가 커지면서 전자 전류와 같게 됩니다. 따라서 Bias는 플라즈마가 있을때, 플라즈마에 의해서 생기는 Bias이므로 이를 self bias라 할 수 있습니다. 한번 검토해 보시고, bias power 초기에 Vpp 파형을 관찰해 보면 좋습니다. 여기서 Vdc 까지 떨어지는 시간 RC 시간은 위에서 가정한 capacitor (ESC R 과 C)의 특성에 해당하게 되고 부품 자료로 활용이 가능할 것 입니다. (다만 플라즈마 동일 조건의 자료로 비교 필수). 건승하세요.