Plasma in general Arcing 과 Self-DC Bias Voltage 상관 관계
2023.07.25 23:18
안녕하세요. 반도체 산업현장에서 Dry Etch 업무를 하고 있는 Engineer 입니다.
CCP 방식의 Plasma Etch 과정 중 Arcing 다발하는 문제에 대해 개선을 하려고 하고 있습니다.
해당 현상에 대해 설명드리면, Plasma 형성이 정상적으로 되어 Etch Process가 진행되는 도중에 순간적(Soft Arcing 추정, ms 단위 추정) Bias Reflected Power가 발생하게 됩니다. 원래 잘 형성 되어있던 Self DCBias Voltage가 이때 절반 혹은 그 이상으로 Drop이 되며 Drop된 Level을 유지하며 Process가 진행 됩니다. 그러고 몇십초 후 Bias Reflected Power가 크게 발생하여 Error 가 발생하는 경우 입니다.
해당 Chamber를 열어보면 Wall Liner류 혹은 고정 Screw 등 Random 한 Point로 Arcing이 발생하는데요. 추정은 노화, 열화되어 변형된 부품들에 전하 축적으로 인한 Soft Arcing 발생 이후 Hard Arcing 유발됨으로 보고 있습니다. 이때 DCBias Voltage Drop 되는 것과 Drop 된 Level 을 유지하면서 몇십초간 유지하는것을 어떻게 해석해야 할지 알고 싶습니다.
답변에 미리 감사드립니다.
아크 현상을 설명은 비교적 어렵지 않을 수 있으나, 예방과 해결은 쉽지 않습니다. 장치와 운전이력등 변인이 너무 많습니다.
아무튼 일단 Self bias 에 대해서는 게시판에 설명을 여러번 드렸으니 참고하여 주시고, 하전에 의한 영향을 해석할 때 간단한 모델은
플라즈마는 무한 전하 소스 - cap - ground 또는 coupled power 로 가정하고 cap에서 일어나는 현상에 집중해 보세요.
Soft 방전이란 cap 전극이 미세한 도선으로 연결이 되어 leak 가 생기고 있다는 말이고, 약한 short로 cap 전압이 떨어지는데, 여기서 신경써야 할 것은 일반 전선이 아니 미세한 도선은 streamer 방전으로 가정할 수 있을 것 같습니다. 이 방전은 유지가 되면 점차 성장하게 되는데, 이를 위해서는 양단에서 방전을 유지하는 에너지가 존재해야 합니다. 즉 일정시간 방전이 유지되도록, 공정운전이 지속되고 있으니, streamer는 arc 로 전개가 되고, ARC는 큰 전류를 전달하고, arc spot에는 열 데미지를 줍니다. 즉 변형이 일어나며 이는 다음 arc가 다시 발생하는 요인으로 작용하게 될 수 있습니다.
간략하게 설명은 가능한데, 이를 어떻게 막을 것인가에 대해서는 미세 아크에서 막아야 하지만 근원적인 문제 해결이 되기 힘들어, 위치를 찾는 진단이 필요하고, 부품 교체들의 방법으로 대처하는 것이 일차적 대응방법이 아닐까 합니다. 아크가 심한 공정이라면, 분명 위치를 진단하는 방법에 대한 기술 개발이 필요해 보입니다.
스트리머-아크 진화는 dc glow 방전 을 참고하시기 바랍니다.