Others E-field plasma simulation correlating with film growth profile
2023.03.28 15:20
안녕하십니까? 반도체장비업계에서 개발업무를 하고 있습니다.
PEALD 공정개발을 해왔지만, 플라즈마에 대한 근본적인 이해에 있어서 항상 부족함을 느끼는 바입니다.
최근 회사에서 Microwave 개발에 집중하도록 프로젝트를 진행 중인데,
RF와는 매우 다른 공정결과를 도출하고 있어 이를 하드웨어개발부터 공정개발까지 implement하는데 많은 애로사항을 겪고 있습니다.
공정개발에 있어서 보다 유의미한 시뮬레이션을 RF팀에 의뢰하려면 어떠한 시뮬레이션이 가장 film growth에 연관성이 높은 스터디가 될 수 있을지 알면 좋을텐데 방향성을 잡기 어려워 쉽사리 요청하기가 어려운 상황입니다.
현재는 Langmuir Probe를 이용하여 계측된 Ne를 토대로 E-field simulation을 수행하는 중인데,
이때 변수로는 Pressure, Gas Temperature, MW Frequency & Electron temperature (to consider power dependency) 등이 고려되었으며, Maxwellian distribution으로 Ne profile을 구했다고 합니다.
공정엔지니어 입장에서 simulation data와 process data의 correlation을 찾아보려 하지만 단순히 E-field의 영향보다 훨씬 더 큰 하드웨어적 영향이 있는 것으로 판단되는 상황입니다. 하여 질문을 드리자면 다음과 같습니다.
1. Depo profile에 참고할 수 있는, 유의미한 correlation을 가질 수 있는 Plasma simulation은 어떠한 종류가 있을 지
2. Power, Pressure등 main factor들을 흔들어봐도 웨이퍼 어느 특정 구역의 film이 확연하게 차이나도록 증착이 되지 않는 경우는 plasma의 instability 때문일 가능성이 높은 것인지 = Plasma 영역에 위치가 고정된 dark space? shade가 존재 할 수 있는지
3. 그렇다면 microwave의 한정된 좁은 process gap에서의 플라즈마 ignition과 방전을 유지할 수 있는 가장 핵심적인 요소는 무엇이 있을지
궁금합니다. 부족한 질문에 희망을 주시면 감사하겠습니다.
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- 마이크로웨이브-박막 공정 시뮬레이션 영역은 제가 잘 모릅니다. 다만 마이트로 웨이브 소스는 조금 지난 연구 주제인데 당시 연구들은 모두 강력한 이온화 소스로서 웨이브-플라즈마 가열의 고밀도 플라즈마 생성 관점의 연구들이고 이를 위해서 ECR 즉 전자 사이클로트론 공명 현상을 이용하는 소스 연구와 surface wave 로서 대면적 처리가 가능한 소스 위주의 연구이였던 것으로 기억합니다. 따라서 ALD 공정에는 굳이 이 같은 고밀도 플라즈마 소스 현상이 필요하지는 않을 것 같고, 따라서 시뮬레이션 방향도 많이 다를 것으로 예상됩니다. (플라즈마 영역 만큼 중요한 것이 플라즈마 확산과 가스 확산입니다. 따라서 가스 주입구 구조가 더 중요할 수 있거든요. 따라서 구조에 대한 정확한 자료를 가지고 있어야 하며, 가스 유동에 대한 정보도 중요합니다. 따라서 CFD 시뮬레이션 결과도 같이 요청해 보세요)
- 따라서, 회사에서 시뮬레이션 팀이 이에 기존의 플라즈마 시뮬레이터를 마이크로웨이브 소스 시뮬레이터로 개량이 가능하다면, 그 팀에서 자료를 제공받는 방법이 가장 최선이 될 것입니다. 다만, 탐침 데이터를 제공하여 시뮬레이터 데이터를 검증하려고 하더라도, 대상 공정이 박막이므로, 플라즈마 밀도 분포와 에너지 및 박막종의 분포 및 해리정보가 더욱 중요할 것입니다. 따라서 시뮬레이션를 통해서 우리가 받을 자료는 측정 위치의 플라즈마 밀도 분포 검증을 통해 시뮬레이터 성능을 확인하시고, 공정시편 위치에서의 플라즈마 밀도, 이온 에너지, 라디컬 분포 및 박막종의 밀도 분포와 시편 표면의 온도 정보를 구하면, 공정 개발의 자료 확보가 가능할 것으로 기대합니다.
아마도 다양한 공정 결과, 즉 표면 물리-화학 반응에 대한 정보는 공정엔지니어가 더 많이 가지고 있으실 터이고 시뮬레이션이 제공할 조건과 입력 인자는 유한하니, 공정결과의 시뮬레이션 및 공정 운전 데이터와 통합해서 해석해 보세요. 이 과정에 센서 데이터에서 공정에 기여하는 주요 인자 축출 여부를 판단해서 핵심 관리 인자로 선정하면 좋습니다. 또한 운전 자료와 핵심 관리 인자와의 상관관계를 (민감도 등)을 수치화 해서 관리할 수 있으면 후속 공정 개발이나 센서 모니터용으로 개발이 가능합니다. (이는 센서 회사나 장비사의 역무가 아니라 공정 엔지니어의 역무이니 놓치지 마시길...)
아마도 ALD 공정이니 플라즈마 개입 시간이 짧으니, 짧은 시간에 제공하는 플라즈마 정보 값들을 잘 수집하고 관리할 수 있도록 자료 관리를 준비하시고, 시뮤레이션 데이터를 통합시킬 환경 마련도 병행이 되면 좋을 것 같습니다