Others Ion과 Radical의 이동 거리 및 거리에 따른 농도와 증착 품질 관련
2019.07.22 16:21
안녕하세요
항상 좋은 정보와 친절한 설명에 감사드리고 있는 회원입니다.
저는 물리 학사 / 신소재 석사 과정 중 플라즈마 이온 농도 측정, 플라즈마 파워에 따른 막질 분석 등
플라즈마 관련 논문을 작성하였고, 졸업 후에도 계속 플라즈마 관련 엔지니어로 근무 중에 있습니다.
오늘 플라즈마 관련, 한 가지 문의드리고자, 이렇게 찾아뵙게 되었습니다.
Si precursor (TEOS)와 O2 Plasma를 이용한 CVD 반응을 통해 SiO2를 증착하는 Process인데,
문제는 최초 Plasma에 의해 Ion, Radical이 생성된 위치에서 너무 멀리 떨어진 위치에서도 정규적인 SiO2 deposition 반응이
일어나는 것처럼 보인다는 것입니다.
좀 더 자세히 말씀드리자면, 플라즈마가 발생되는 위치에서 fore-line을 통해 연결된 펌프나 스크러버 내에서
위에서 말씀드린 정규적인 SiO2가 확인이 되고 있습니다.
공정 챔버에서 미 반응되어 남게되는 소스가 배관을 통해 밖으로 out될 수는 있다고 생각하나,
그 멀리 떨어진 외부에서 정규적인 SiO2 deposition 반응이 일어난다는게 쉽게 이해가 가지 않습니다.
일단 플라즈마 소스에서 그 멀리 떨어져있다는 위치의 파우더를 XPS 분석 진행해 봤을 때,
Pure한 SiO2 peak만 확인이 되고 있습니다. 다른 위치에서는 SiO2가 있다 해도, 다른 성분들과 결합된 채로 존재하나,
플라즈마 소스에서 가장 멀리 있는 그 위치에서만은 SiO2만 분석됩니다.
XPS 외에도 다른 근거도 있습니다만, 업무와 연관된 부분이라 공개가 어렵습니다.
하여 문의드리고 싶은 것은 플라즈마에 의해 발생된 이온이나 래디컬의 이동 거리에 따른 이온 또는 래디컬의의 농도 연구,
혹은 이동 거리에 따른 SiO2 등 증착 상태 연구에 관한 논문이나 자료 Reference 입니다.
현상이 너무 괴이하여 감히 원인 등에 대해 문의드리기가 어려울 것 같고, 대신 관련성이 깊지 않아도 좋으니,
연관된 논문, 특허 혹은 기타 자료에 대해 생각 나시는게 있으시다면 말씀을 부탁드리고자 합니다.
긴 글 읽어주셔서 감사 드립니다.
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좋은 질문입니다. 반응기 내에 플라즈마가 존재하는 공간 (분포되어 있으므로 벽면까지 차있다고 볼 수 있겠으나, 전자 충돌로 해리가 충분히 일어날 수 있는 밀도를 가진 공간을 의미)은 중앙 부근일 것이고, 이로부터 먼 곳, 특히 배기단에서의 deposition이 발생한다는 질문으로 해석됩니다. 일단 플라즈마가 있는 volume 내에서도 SiO2는 만들어지고 있으나 TEOS 해리가 전자 충돌로 해리와 결합 모두 일어나고 있겠으나 volume 에서는 흡착 site를 찾아 film growth가 일어나기 힘들겠습니다. 공간에서 결합한 채로 흘러 나가고, 반응기 배기단 입구에서 그 밀도는 높아지겠고, 온도가 낮은 파이프 벽면과 가까우니 (플라즈마가 도달하기 힘든 위치) film growth가 일어날 확률이 높을 것 입니다. 때론 배기단 근처에 많은 입자들이 쌓였다가 파티클화 되는 경우도 있으면, 특히 벽면에서 파티클 또한 이런 이유로 생성되고 공정을 방해하게 됩니다. cleaning 방법을 찾는 것 만이 답이 될 것 같습니다. (참고로 플라즈마 내에서는 전자와의 충돌 거리와 이온과의 충돌 거리를 기준으로 입자간의 충돌 거리를 예상할 수 있으며, 평균 충돌 거리는 입자 밀도 x 충돌 단면적의 역수로 예상합니다)