Plasma in general Decoupled Plasma 관련 질문입니다.
2021.03.15 06:56
안녕하세요, 현재 반도체 회사에서 근무 중입니다.
관리하는 설비 중 Decoupled Plasma를 사용하는 설비가 있습니다.
ICP Type의 설비이고 ESC Chuck은 사용하지않습니다.
pulsed rf power를 사용하는 설비인데, 여기서 decoupled plasma의 개념에 대해 궁금해서 질문남깁니다.
질문) Decoupled Plasma는 ion density와 ion energy를 분리한다는 의미인데 rf power의 상승에 따라 ion density는 상승하지만 ion energy는 낮은 상태를 유지하는 Mechanism이 궁금합니다.
항상 많이 배우고 있습니다.
감사합니다.
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RF 가 인가되면 플라즈마가 형성되는데, 아주 빠른 속도로 안정화됩니다. 대부분의 펄스의 경우 안정화 시간을 보장해서 운전합니다. (아니면 불안정한 플라즈마를 사용하게 되니 공정 제어가 매우 힘들어 집니다)
플라즈마내에 입자의 거동을 고려해 보면 좋습니다. 플라즈마 내에는 이온, 전자, 라디컬 (및 중성입자) 등이 관찰 대상인 입자들이 되겠습니다. 전자는
매우 가볍고, 이온은 매우 무겁고 (전자 질량의 수천배), 대부분의 라디컬들은 이온가 비슷하거나 보다 무겁습니다. 전하를 띈 전자와 이온은 전기장에 반응합니다. 즉 RF pulse가 인가된 경우 공간에 전기장이 형성될 것이고, 이에 전자와 이온이 반응을 하는데, 전자가 먼저 거동을 하고, 이온은 그 뒤를 따른다고 가정해도 큰 무리는 없습니다. 여기에 한가지 더 생각할 것은 식각의 경우 이온이 양이온과 식각원자에 전자가 붙은 음이온이 존재하고, 이들 음이온은 이온의 거동 반응을 따르게 됩니다. 따라서 펄스 인가 시작에는 전자가 반응하고 (해서 펄스 초기에는 전자온도가 높습니다.) 펄스가 off 되면 전자들이 이미 빠져 나가고, 그 뒤에 이온과 음이온들이 움직일 것입니다.
그 배경에는 라디컬 혹은 중성입자들 즉 이들은 전기적으로 중성으로 전기장에 의한 힘을 받지 않고 가스 흐름을 따라서 거동합니다. 따라서 전자 입사 혹은 이온 입사 및 음이온 입사에 의한 에너지를 전달받아서 표면 반응이 진작되게 됩니다.
식각 에서 특히 패턴 식각에서 bottom 쪽 ion charge up을 상쇄하기 위해서 펄스 offtime 동안에 생존해 있는 음이온을 당겨 사용하는 방법도 펄스 운전을 하는 목적이기도 합니다.