Others N2, Ar Plasma Treatment 질문입니다.
2016.05.05 09:33
안녕하세요. 반도체 관련 엔지니어입니다.
N2, Ar Plasma 를 사용하여 미세 Pattern Pad 표면 세정을 하려고 합니다.
세정물 오염원은 C, Si 등을 포함한 성분인데요.
N2 와 Ar 중 어떤게 더 효과적일지 궁금합니다. ( 사용 원소에 따른 플라즈마 처리 세기의 차이가 있을거 같은데.. )
자료를 찾다보니 아래와 같이 기술된 것도 있던데 맞나요??
- 사용 기체로 산소 및 질소를 사용하였을 경우 아르곤을 사용한 플라즈마 처리 시 보다 에칭 효과 우수
- 산소 사용 시 질소 사용보다 표면 에칭 효과 우수
※ 표면 에칭: 아르곤 < 질소 < 산소
감사합니다.
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먼저 개념적으로 플라즈마 세기라는 용어의 정의가 필요합니다. 세정 등에 필요한 반응은 화학적 반응과 물리적 반응을 통한 세정이 가능합니다. 대부분 플라즈마를 사용하는 건식 공정은 이 두가지 현상을 결합해서 사용할 수 있으므로 습식 공정에 비해 효율이나 미세한 패턴 내의 세정에 적합합니다. 따라서 여기서 세기는 화학적 반응률이 크면 반응에 필요한 에너지를 적절하게 공급받을 수 있다는 뜻이 됩니다. (참고로 시편이나 세정액의 온도가 세정 효과에 영향을 주고 있을 텐데, 이 또한 세정 원소가 반응하는 화학반응이 온도가 높으면 보다 활성화되기 때문이고, 여기서 온도를 플라즈마의 전자/이온의 온도 및 에너지로 보면 좋을 것입니다. 따라서 플라즈마를 쓰면 플라즈마 온도 혹은 이온 + 라디컬의 에너지가 있어 습식에서 보다 낮은 온도에서도 보다 효율적인 세정이 가능하게 됩니다.)
따라서 건식 플라즈마 공정 (세정 포함 대부분의 공정)에서는 플라즈마 이온(공정 가스의 이온화 입자)를 만들어서 이에 에너지를 인가 시켜 (쉬스 전위) 표면의 세정 대상 입자와 반응을 시킵니다. 따라서 에너지는 세정의 활성화에 기여하는 (물리적 효과)와 결합 반응 등의 화학적 반응능력(화학적 효과)가 세정 혹은 플라즈마 공정의 핵심입니다.
이 관점으로 보면 사횽하신 아르곤은 불활성 기체입니다. 화학적 반응 능력이 전혀 없어, 우리가 첨가 가스, 즉 플라즈마의 밀도 등을 올리거나 새로운 반응 부산물을 만들지 않는 공정에 첨가 가스로 사용하게 됩니다. 따라서 알르곤 플라즈마를 만들어서 세정을 한다면 매우 물리적인 반응을 이용한 세정이 되겠습니다. 거의 sputtering 으로 입자를 떼어 내는 일을 계획하는 일이 되겠습니다. 따라서 hard mask stripping 에는 도움이 되지 않을까요?
다음 질소를 보면 약간의 화학 반응을 합니다. 질소 자체가 질소 원자 두개가 맞물린 N2이니 N 원자로 끊어진 상태에서 무언가과 잘 결합하려고 할 것 입니다. 하지만 아시다 시피 질소는 보존용 가스로도 쓰이기도 할 정도로 화학적인 반응은 그리 크지 않을 것입니다.
하지만 산소는 세정에 중요한 화학물입니다. 예를 들어서 철이 공기중에 산화하면서 표면 부식이 일어나는 등, 매우 반응성이 높은 분자입니다. 주기율 표에서 보면 불소 옆에 있으니 불소는 더 심한 화학 반응능력이 있음을 예상해 볼 수 있습니다. 따라서 산소는 세정에 충분히 쓰일 수 있는 가스 종이고, 때론 불소를 추가해서 화학 반응 능력을 높이게 됩니다. 이 모든 진행은 위에서 설명한 플라즈마의 물리적(에너지)와 화학적(활성화 정도)를 쓰는 경우인, 건신 플라즈마 공정 내에서 일어나는 일입니다. 따라서 건식 공정은 세정 대상물과의 반응이 활발한 화학종을 찾고 거기에 효율적으로 에너지를 전달하게 되면 최적의 공정 조건이 만들어지게 됩니다.