ICP ICP reflecot power [Insulator와 rf leak]
2019.11.13 16:44
안녕하세요 교수님
반도체 공정 장비엔지니어로 근무중인 엔지니어입니다.
게시판과 질문글 내용을 찾아보다 궁금한점을 해소할수 없어 게시판에 질문글을 올리게 되었습니다.
sputter장비 ICP power 인가와 관련된 특이점이 지속적으로 발생되어 확인중에 있습니다.
장비 구조
-. RF etch chamber
-. ICP power 2.1Mhz 375W (none matching) _ Chamber 상단에 ICP power
-. RF power 13.5hMhz 150W (RF matching) _ Process stage bias power
process sequence와 특이점은 다음과 같습니다.
1. Ar gas boost 200sccm
2. Ar gas input 80sccm
3. ICP power 375W & RF power 150W 동시 인가 : Striking plasma 과정에서 RF (Bias) matching 동작
4. Striking Plasma 정상 이후 process 진행됨
문제점 : 3번 항목에서 ICP power 인가시 간헐적인 reflect power 발생으로 Power on 인식 불가
간헐적이라 함은, 장비 가동후 40분~1시간 까지는 상기 reflect power 발생없이 진행되나
40분~1시간 이후부터는 50%확률로 reflect power가 발생되는 부분입니다.
제품 진행을 멈추고 1시간 정도 대기했다가 다시 장비 가동시 문제 현상이 반복되고 있습니다.
추측하기로는
1번. ICP power와 RF power가 동시 인가되나, ICP power의 matcher 부재로 인한 reflect power 제어 불가
: 원래 장비 concept은 RF power 인가 이후 ICP power인가되어야 하나, 장비 개조(with 장비 maker) 이후
동시 인가되는 방식으로 변경됨. 개조 이후 1년 경과시점부터 해당 문제 발생
2번. ICP chamber 상단의 냉각 능력 저하
: 안테나 코일과 냉각 라인이 설치되어 있음. 정확한 냉각 라인내부 온도 측정 및 flow meter 확인이 어려움
이와 같은 상황에서 어떠한 방식으로 점검 point를 맞춰나갈지
조언을 부탁드리고자 글을 올리게 되었습니다.
구조를 보면 좋을 것 같습니다만 추측하건대, ICP는 부도체 (quartz/ceramic)등의 밖에 안테나에 RF을 인가하여 반응기 내부에 유도기전력을 생성하고 이 전자기장의 힘으로 전자를 가속시켜 플라즈마를 방전하는 구조입니다. 따라서 전원으로 부터 매처를 통해서 rf 전력이 흐르게 되고 이는 안테나와 생성되는 플라즈마 전류와의 결합된 부하(load)에 rf 전력의 에너지가 전달하는 구조입니다. 매처는 이들 부하의 임피던스를 50옴이 되도록 맞춤으로서 전원(power)로 부터 sine 파형의 전류/전압이 전달되게 합니다. 여기서 따라서 reflect라면 부하의 임피던스의 변화가 커지면서 매처가 정합시킬 범위를 벗어나고 있다는 뜻이 되므로, 부하(load) 임피던스 변화를 예상해 볼 수가 있겠습니다.
시간이 지남에 따라서 부하가 변한다면 insulator 내벽에 상태를 의심해 볼 수 있겠습니다. 즉 sputter 물질들이 내부 부도체 벽에 쌓이면서 (미세한 코팅) 하전도 많이 되는 조건 (표면의 재료 구성 성분 변화 및 미세 구조 변화)이 생길 수 있을 것 같습니다. 현장에서는 주기적으로 이 부분을 교체하는데, 혹시 교체해도 같은 현상이 반복되는가 확인해 보시고, 발생시 전원, 하부/상부 rf leak 등을 고려해 보시는 것이 좋을 것 같습니다. 일단 상부 insulator 판 (혹은 dome)을 원재료 조건으로 교체해 보시기를 권합니다. 혹은 내벽을 한번 세정해 보시는 것도 방법이 되겠습니다.
좋은 결과가 있기를 바랍니다.