Remote Plasma ICP dry etch 장비에서 skin depth가 클수록 좋다고 볼 수 있는 건가요? [ICP의 skin depth와 공정 균일도]
2012.02.25 11:04
ICP dry etch 장비에 대해 이제막 공부를 시작하고 있는데요..
RF Power로 부터 가해지는 전자기파가 도체 내를 통과할 수 있는 깊이가 skin depth라고 알고 있는데
그렇다면 skin depth가 클수록 전자기파가 플라즈마에 영향을 주어 플라즈마 밀도도 높아져서
etch rate 측면에서 볼 때 좋아진다고 생각이 되는데... 이런 메카니즘으로 이해하는것이 맞는 건지요..?
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전자기 파가 전도성 매질 속으로 투과하는 깊이를 skin depth라 합니다. 전도도가 좋을 수록 skin depth는 얇아지게 되며 전자기 파의 주파수가 높을 수록 투과하는 깊이는 얇아지게 됩니다. 플라즈마의 전도도는 플라즈마 밀도에 비례하므로., 정리하면 skin depth는 플라즈마 밀도와 전자기 파의 주파수에 반비례 하게 됩니다. (실제 밀도와 주파수 곱의 제곱근에 반비례 합니다.) 따라서 고주파를 사용하고, 고밀도의 플라즈마가 만들어 진다면 전자기 파의 투과 깊이는 점차 얇아지게 되며 대부분의 전자기 파의 에너지를 이곳에서 손실합니다.
약간 혼돈이 있을 수 있는데, 안테나로 부터 전자기파가 만들어지고, 이 전자기 파로 부터 전자가속이 일어나 고속전자에 의한 이온화로 플라즈마가 생성되게 됩니다. 대부분의 ICP 반응기 내의 플라즈마 생성을 의미하는데, 생성되는 플라즈마에 의해서 전자기 파가 깊이 투과하지 못하게 됩니다.
위의 두 이야기를 정리해서 공정에 활용한다면 ICP는 고속전자를 효율적으로 이온화에 활용할 수 있어 고밀도 플라즈마를 만들수 있습니다. 따라서 ICP는 고밀도, 즉 고 수율의 공정을 수행할 수 있는 장점을 가지게 되는 것입니다. 따라서 고밀도화 되면서 투과 깊이가 얕아지므로, 고밀도 플라즈마 공정을 위한 ICP에서는 투과 깊이가 얕아지는 특징을 가지게 됩니다.
하지만, 질문을 공정의 각도에서 해석해 본다면, skin depth에서 대부분의 ICP 전자기 파의 전력이 소모되므로 높은 에너지의 전자가들이 그 전력을 가져 갔을 것으로 예상해도 좋을 것이고, 따라서 skin depth 부근에는 이온화 외에도 다량의 라디컬 등의 생성이 많아질 확률이 있습니다. 따라서 skin depth 영역이 공정 시편과 가까이 감에 따라서 오히로 공정의 불균일도가 커질 염려가 있으니 skin depth를 길게 가져 가는, 즉 저밀도 공정에서 공정 균일도에 대한 우려를 함께 해야 합니다.