Chamber Impedance CCP에서 전극에 쌓이는 막질에 의한 Capacitance 변화가 궁금합니다
2021.04.09 13:25
안녕하세요. 반도체 회사에 근무하는 김화중입니다.
제목에 언급드린대로 CCP 구조에서 chamber에 쌓이는 막질에 의한 capacitance 변화가 어떻게 될지 예상해보던 중 잘 모르겠어서 질문드립니다.
비정질 물질을 사용하는 chamber에서 S/H에 depo 되는 막질이 쌓여감에 따라 capacitance 가 변화하고 이로 인해 impedance 가 변할걸로 예상되는데요. 변화 방향을 계산해보고 싶습니다.
막질 A,B가 쌓인다고 했을 때 A의 cap 값은 물질의 dielectric constant 에 비례하고 막의 두께에 반비례하게 계산하고 이 B도 마찬가지로 계산하여 원래 CCP의 cap과 막질로 의한 cap이 직렬로 연결된 구조로 봐서 총 cap 값을 계산하면 되는걸까요?
다른 질문들을 보면서 학습하던 중 교수님께서 답변 달아주신 "특히 CCP의 경우 전극과 벽면의 erosion 혹은 오염으로 인해 capacitance 특성이 바뀌었습니다. 표면적 변화와 피막의 절연층이 만드는 변화입니다" 라는 내용이 있던데 관련 자료를 찾기 힘들어 이렇게 질문드립니다. 너무 당연한 내용이라면 혹시 어떤 부분을 공부해보면 될지 조언해주시면 감사하겠습니다.
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먼저 두 극판사이에 유전체를 둔 축전기를 가정하면, capacitance C=유전상수 x (표)면적 / 전극 간격 입니다. C 가 크다는 말은 전극 표면에 전하가 많이 쌓일 수 있다는 의미이며 전하가 많이 쌓이면 전하로 부터 전극사이에 공간 전위의 크기를 키울 수 있다는 의미입니다. 이 정의에서 전극 면적은 표면적, 즉 전하가 쌓이는 면이므로 플라즈마와 만나는 면의 면적, 만일 거칠다면 표면적은 상대적으로 커지겠습니다. 또한 두 극판 사이의 유전체는 유전상수에 비례하며, 유전상수는 공기의 유전상수를 기준으로 상대 유전율(비례값)으로 결정이 됩니다. 이 값은 유전체가 가진 유전특성, 분극 특성에 따르고, 이는 재료의 함수가 됩니다.
플라즈마의 경우에 대입하면 두 전극에서 한쪽 전극은 벽면 혹은 SH가 되겠고, 다른 전극은 플라즈마 body가 되며 간격은 쉬스 및 전극 상의 피막이 됩니다. 이를 좀더 구분하면 도체 전극 표면 (anodize 피막)+depo 막 (byproducts)+쉬스+플라즈마 body 가 됩니다.
따라서 cap이 몇층 쌓여 있는 구조로 생각해도 좋겠으나, 쉬스 공간에서는 플라즈마가 만들어지기도 한다는 점을 고려해야 합니다.
여기서 쉬스 전기장은 전극 표면에 쌓인 전하에 의한 전위와 플라즈마 자체의 전위차이가 만드는 전기장이 형성됩니다. 쉬스 공간으로는 매우 높은 에너지를 가진 전자 (쉬스 전위를 극복하는 에너지를 가진 전자 및 이온이 가속되는 영역) 및 이온들과 전하를 띄지 않은 공정 가스 및 공정 후 물질들과 충돌을 통해서 이온화가 가능합니다. 특히 이온+전극 표면 충돌로 전극 표면에서 방출되는 이차전자들은 플라즈마 공간으로 가속되게 됩니다. 이들 전자들이 가속되는 에너지는 쉬스 전기장에 의하므로, 따라서 전기장이 커지는 조건이 만들어지면 이온 가속은 커기고 전극 표면은 sputtering 에 의해서 거칠어 질 수 있고, 쌓여 있는 byproduct를 떼어서 particle 이슈를 만들기도 하고, 플라즈마 특성에 변화도 유발하게 됩니다.
이를 참고해서 SH의 교체 주기를 결정에 플라즈마 특성 변화와 SH impedance 변화 값을 모아서 DB를 확보하시면 좀더 정교한
cleaning 공정 및 PM 공정 리시피 개발에 도움이 될 것으로 기대합니다. 따라서 공정 플라즈마 특성 추적 및 DB 확보에 신경써 보세요.