Q1.ccp type에서는 sheath라하고 icp type에서는 skin depth라하는데 skin depth를 sheath로 이해하면 되는지 자세한 설명 부탁드립니다.
답 : sheath와 skin depth는 서로 다른 개념입니다. CCP/ICP를 막론하고 sheath는 플라즈마와 만나는 물체(벽, 타겟, substrate, 탐침등)의 경계면에서 전자의 유동도가 큼으로써 플라즈마 전위가 급격히 감소하는 영역(자세한 사항은 본란의 181항을 참고)으로 이온이 가속되며 전자들은 이영역 내로 진입하기 힘들게 됩니다. 따라서 이 현상으로 인해서 잔도체 공정이 진행되게 됩니다. skin depth는 전자기 파가 투과하는 깊이를 의미합니다. 이는 안테나에서 나오는 전자기파가 침투하는 깊이로써 ICP의 경우 상부 안테나의 quartz window근방에 형성되며 대부분의 전자기파의 에너지가 소모되는 영역으로 plasma heating이 일어나기도 하며 당연히 sunstrate쪽에는 형성되지 않습니다. 하지만 quartz근방에 형성되는 sheath영역과 skin depth영역이 서로 overlap되고 CCP에서는 oscillate하는 sheath에서 plasma가 heating 된다는 이론이 있어 서로 혼돈할수는 있습니다만 두가지의 물리적인 의미는 완전히 다릅니다.
Q2.icp가 ccp에 비해 이온화율이 높아 radical의 과잉으로 인해 선택비문제가 발생하는데 이를 해결하기 위해 plasma factor중 전자온도 제어가 상당히 중요하여 연구되고 있다고 읽었습니다. 그중 그리드 전압, 입력 파워를 펄스, 전자석 필터등으로 제어한다는데, 그원리를 알고 싶습니다.
답 : 전자의 온도를 조정한다는 것은 매우 어려운 문제입니다. 각 전자의 에너지에 따라서 비탄성 충돌의 collision cross section은 서로 다릅니다. 예로써 electron attachment(2eV), excitation(2-6eV), dissociation(6-15eV) processes 등으로 전자가 해당 에너지를 갖을 때 발생확률이 높게 됩니다. 여기서 전자의 에너지는 온도로 표시할 수 있으며 플라즈마 내에서의 전자들은 Maxwellian 에너지 분포를 갖고 열적 평형을 이루고 있습니다. 여기서 전자의 온도라는 입자들의 에너지분포에서 분포되 있는 정도를 의미하는 대표값입니다. (일단 온도에 대해서는 여러번 설명했으니 자세한 재용은 기종의 답변을 참고하시기 바랍니다.)만일 낮은온도의 플라즈마가 형성되었다면 흡착반응이 많이 일어날 것이며 그 온도가 약간 상승한다면 excitation등이 많이 일어나게 될것입니다만 이때도 역시 흡착반응의 확률은 계속 존재하게 되며 온도가 높아짐에 따라서 이온하할 수 있는 에너지를 갖는 전자들의 숫자도 늘어나게 됨으로 아온화도 증가하게 될 것 입니다. 따라서 이들 분포는 어느 하나에 국한하여 조절하기는 그리 쉽지는 않습니다. 아시다 시피 이를 조절하기 위해서는 collision rate를 높여 낮은 에너지의 전자를 많이 형성하도록 해 보던가 power를 높여 높은 에너지의 전자를 형성하던가 하는 방법이 사용될 수 있으며 자기장으로 전자들을 구속하던가 할 수 있지만 안성맞춤의 recipe를 찾는데에 정말 많은 연구가 필요할 것 입니다. 따라서 연구자에게는 좋은 테마가 되기도 합니다.
Q3. 의문일 수 있는데, 만약 WAFER표면에 셀프바이어스말고 일정한 음전하가 유지된다면 이것에 의해 이온 에칭을 촉진하는지 궁금합니다.
답 : 물론입니다. 하지만 self bias경우 외부에서 operator에 의한 임의 조절이 가능하나 surface charging에 의한 경우는 control이 어렵습니다.
답 : sheath와 skin depth는 서로 다른 개념입니다. CCP/ICP를 막론하고 sheath는 플라즈마와 만나는 물체(벽, 타겟, substrate, 탐침등)의 경계면에서 전자의 유동도가 큼으로써 플라즈마 전위가 급격히 감소하는 영역(자세한 사항은 본란의 181항을 참고)으로 이온이 가속되며 전자들은 이영역 내로 진입하기 힘들게 됩니다. 따라서 이 현상으로 인해서 잔도체 공정이 진행되게 됩니다. skin depth는 전자기 파가 투과하는 깊이를 의미합니다. 이는 안테나에서 나오는 전자기파가 침투하는 깊이로써 ICP의 경우 상부 안테나의 quartz window근방에 형성되며 대부분의 전자기파의 에너지가 소모되는 영역으로 plasma heating이 일어나기도 하며 당연히 sunstrate쪽에는 형성되지 않습니다. 하지만 quartz근방에 형성되는 sheath영역과 skin depth영역이 서로 overlap되고 CCP에서는 oscillate하는 sheath에서 plasma가 heating 된다는 이론이 있어 서로 혼돈할수는 있습니다만 두가지의 물리적인 의미는 완전히 다릅니다.
Q2.icp가 ccp에 비해 이온화율이 높아 radical의 과잉으로 인해 선택비문제가 발생하는데 이를 해결하기 위해 plasma factor중 전자온도 제어가 상당히 중요하여 연구되고 있다고 읽었습니다. 그중 그리드 전압, 입력 파워를 펄스, 전자석 필터등으로 제어한다는데, 그원리를 알고 싶습니다.
답 : 전자의 온도를 조정한다는 것은 매우 어려운 문제입니다. 각 전자의 에너지에 따라서 비탄성 충돌의 collision cross section은 서로 다릅니다. 예로써 electron attachment(2eV), excitation(2-6eV), dissociation(6-15eV) processes 등으로 전자가 해당 에너지를 갖을 때 발생확률이 높게 됩니다. 여기서 전자의 에너지는 온도로 표시할 수 있으며 플라즈마 내에서의 전자들은 Maxwellian 에너지 분포를 갖고 열적 평형을 이루고 있습니다. 여기서 전자의 온도라는 입자들의 에너지분포에서 분포되 있는 정도를 의미하는 대표값입니다. (일단 온도에 대해서는 여러번 설명했으니 자세한 재용은 기종의 답변을 참고하시기 바랍니다.)만일 낮은온도의 플라즈마가 형성되었다면 흡착반응이 많이 일어날 것이며 그 온도가 약간 상승한다면 excitation등이 많이 일어나게 될것입니다만 이때도 역시 흡착반응의 확률은 계속 존재하게 되며 온도가 높아짐에 따라서 이온하할 수 있는 에너지를 갖는 전자들의 숫자도 늘어나게 됨으로 아온화도 증가하게 될 것 입니다. 따라서 이들 분포는 어느 하나에 국한하여 조절하기는 그리 쉽지는 않습니다. 아시다 시피 이를 조절하기 위해서는 collision rate를 높여 낮은 에너지의 전자를 많이 형성하도록 해 보던가 power를 높여 높은 에너지의 전자를 형성하던가 하는 방법이 사용될 수 있으며 자기장으로 전자들을 구속하던가 할 수 있지만 안성맞춤의 recipe를 찾는데에 정말 많은 연구가 필요할 것 입니다. 따라서 연구자에게는 좋은 테마가 되기도 합니다.
Q3. 의문일 수 있는데, 만약 WAFER표면에 셀프바이어스말고 일정한 음전하가 유지된다면 이것에 의해 이온 에칭을 촉진하는지 궁금합니다.
답 : 물론입니다. 하지만 self bias경우 외부에서 operator에 의한 임의 조절이 가능하나 surface charging에 의한 경우는 control이 어렵습니다.