Remote Plasma RPSC 시 Pressure와 Throttle Valve Position의 관계
2022.09.19 21:05
RPSC(Remote Plasma Source Cleaning) 시 Pressure, Throttle Valve Position 관계에 대해 질문드립니다.
■ 목적
: PECVD Chamber를 주기적으로 SiNx 박막을 RPSC(NF3 사용)로 세정을 하는데, 세정 효율을 증가(=세정 시간 단축)시키고자 합니다.
■ 현상
: 저희 설비는 ① 압력을 고정(=Throttle Valve가 움직임)시키거나 ② Throttle Valve를 고정(=압력 변함)시키는 두 가지 방법 중 하나를 택합니다. 기존에는 Throttle Valve를 절반 정도 오픈되게 고정하고 RPSC를 진행합니다. 이때, RPSC 시간에 따른 압력 곡선은 하기와 같습니다.
반응식 : NF3 + SiNx → SiF4
RPSC 초기에는 SiNx + NF3이 폭발적으로 일어나는 초기에는 압력이 증가합니다. 이는 NF3와 SiNx 간 반응으로 SiF4가 형성되는 화학반응이 부피가 팽창하는 것으로 보입니다.
상기 곡선에서 Throttle Valve는 상시 Half Open입니다.
다음은 세정 효율을 증가(=세정 시간 단축)시키기 위한 세 가지 방안입니다.
■ 세정 효율 개선 방안(세정 시간 단축)
① RPSC 초기 Throttle Valve Full Open → RPSC 후기 Throttle Valve Half Open
RPSC 초기엔 폭발적인 반응으로 SiF4가 형성되는 데, 압력이 높아진다는 건 생성물(SiF4) 농도가 높음을 의미한다. 따라서 반응 초기에 Throttle Valve를 Full Open하여 SiF4를 배출시키면 NF3에 의한 세정 작용이 활발해질 것이다.
② RPSC 초기 Throttle Valve Half Open → RPSC 후기 Throttle Valve Full Open
RPSC 초기부터 Throttle Valve를 Full Open하면 생성물(SiF4)가 빠르게 제거되겠지만, 반응물(NF3)의 챔버 내 잔류시간이 줄어드므로 되려 효율이 낮아질 수 있다. 다만 압력이 Peak가 되는 시점에서 생성물(SiF4)의 농도가 높은 건 좋지 않으므로, RPSC 후기부터 Throttle Valve를 Full Open하여 RPSC 후기의 반응물(NF3) 농도를 높여 세정 효율을 높인다.
③ Throttle Valve를 고정하지 않고 압력을 고정
상기처럼 세 가지 방안 중 고민하고 있습니다. 세 가지 방안 중에서 적절해보이는 방안이나 그 밖에 제안해주실 수 있는 방안이 있으시면 조언 부탁드립니다.
항상 자세한 답변에 감사드립니다.
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Remote 플라즈마를 이용하는 세정에는 세정 입자의 생성량, 세정면까지의 세정입자의 잔존율, 그리고 세정면에서의 반응 진작이 있을 것 같습니다. 일차적으로 접근할 수 있는 방법은 F 이 많이 생성되는 운전 조건을 찾는 것이 필요하겠고, 나머지는 장비 구조적 문제가 될 수 있을 것 같습니다. 운전 조건에는 방전에 필요한 전기장을 효율적 전달 여부, 즉 RF power coupling 을 진작시키고, remote 관로에서 F 의 손실을 최소화로 유지 (F 이 관로 상의 표면 부식을 심화시킴으로 관리) 하는 것이고, 이 셋업에서 가스 선택은 F은 분자의 해리로 만들어지는 원자이므로 결합에너지가 작은 분자들이 선호되게 됩니다. 이후 이들이 downstream chamber 에서 반응으로 위의 조건들이 있을 것 같고 최적 리시피 개발을 위해서, 전술한 플라즈마 운전 상태 및 해리 가스의 특성을 고려해서 최적 공정 리시피를 개발하기 위한 데이터로 취합이 필요해 보입니다.
(이는 리시피 개발 시간을 크게 단축시킬 수 있으므로, 데이터화 체계를 구축하시기를 적극 권장합니다.)
첨언하면, 최적 공정 리시피 개발을 위해서 현재 실험을 나름대로 자료화 시키는 것이 중요하고, 세정 결과 또한 자료화 시켜서 데이터 간의 상관관계 분석을 할 수 있으면, 리시피 개발을 보다 효율적으로 진행하실 수 있을 것 같습니다. 이유는 장비는 나름대로 운전압력을 정해 주면 TVP와 MFC는 각각 제어를 통해 장비 상의 운전 압력을 맞추게 됩니다. 여기서 하나를 조절하면 제어기는 셋 값으로 운전이 되게 되므로, 장비가 가질 수 있는 동특성 제어 기능을 상실하는 상황이 되고, 이는 장비를 연속운전하게 할 때, 장비가 갖는 자율성은 제한시켰으므로 공정 엔지니어는 항상 그 상태를 관찰해야 하는 어려움을 갖습니다. 따라서 이 방향으로 리시피를 개발하면 사용하기가 무척 어렵게 될 수가 있을 것 같으니, 장비가 갖는 동특성을 최대한 활용하는 방향으로 리시피를 개발하기를 권장합니다.