ICP RF 주파수와 공정 Chamber 크기의 상관관계
2021.11.08 17:20
안녕하십니까 교수님. 플라즈마를 이용하는 반도체 장비업체를 다니는 연구원입니다.
언제나 친절한 답변 감사 드립니다.
다름이 아니라 책을 통해서 Study를 하던 중 궁금한 것이 생겨서요.
Microwave plasma에 대해 공부하는데, Radio 와는 다르게 2.45GHz의 고주파 플라즈마를 형성하면
파장이 12.5cm로 훨씬 작아지게 되고 따라서 플라즈마의 크기도 이에 따라 작아진다고 하는데
왜 파장 길이 이상의 플라즈마 형성이 안되는 것인지 궁금합니다.
저는 지금 13.56MHz CCP방식으로 Chamber에 플라즈마를 형성하는데 이 주파수의 경우 파장의 길이보다 플라즈마가 형성되는 챔버의 크기가 훨씬 작게 되는데,
플라즈마가 형성되는 공간이 파장보다 작은 것은 괜찮은데 더 큰것은 왜 안되는지 그 이유가 궁금합니다.
감사합니다
RF 파장의 의미는 전극을 통해서 챔버 내부로 전파되는 전기장의 파장을 의미합니다. 전기장에서 전자가 가속을 받고 플라즈마를 만들기 때문에서 전기장이 큰 곳에 플라즈마 형성이 활발하겠습니다/. 따라서 파장의 길이가 .chamber 보다 작게 되면 플라즈마가 중심부 쪽에 국부적으로 만들어지는 경향을 가지게 됩니다. 전기장의 파장 계산은 빛의 C/주파수 로 얻을 수 있습니다. 하지만 플라즈마는 이온화 입자들의 기체 상태로서 쉽게 확산이 일어납니다. 따라서 전기장이 큰 곳에만 국부적으로 존재하지는 않게 많이 퍼지게 됩니다. 물론 전기장이 큰 곳에는 밀도가 상대적으로 높겠지요/
최슨 CCP 식각에서는 60MHz 고주파를 사용하는데, 이 파장의 길이가 300mm 를 넘는데, 현장에서는 중심부 밀도가 높아 식각이 크게 일어나는 hot spot 이 존재합니다. 구조와 플라즈마 운전 조건에 따라 다르기는 하지만 대부분 hot spot 은 약 50mm 중심부에 형성되곤 합니다. 이는 60Mh의 고조파에 의해서 만들어지는 standing wave effect (SWE)발생하게 됩니다. 보다 정확하게 표현하면 Plasma series resonance (PSR)-SWE가 형성됩니다. 플라즈마 쉬스 경계에서 밀도 구배가 생겨서 쉬스 C 값이 여럿 값을 갖고, Bulk plasma 의 L 값과 coupled .되어서 LC(sheath)와 resonance 구도가 형성되기 때문입니다. 여기서 3-5 차 고조파가 만들어져 30-50의 파장에 큰 전기장이 형성되기 때문입니다. 최신 CCP-etch 공정에 이슈이니 알아 두시면 도움이 될 것 같습니다.