Plasma in general 공정 진행 중 의도적인 섭동 효과에 대해서 질문 드립니다.
2021.06.15 16:50
안녕하세요.
반도체 장비 회사에서 근무하는 엔지니어 입니다.
다름이 아니라 현재 평가중인 공정이 2000W 이상의 높은 RF power를 인가하고 있습니다.
RF power가 켜지기 전 까지는 일정한 온도로 유지 하고 있다가 RF power가 켜지면
높은 power로 인해 열이 많이 발생하여 Plasma 초기에 10도 정도의 온도가 상승하는 문제가 있습니다.
온도 조절 장치가 있어서 60초 정도에는 원하는 온도로 제어가 되지만 RF power가 켜지는 시간의 1/8 수준이라 전체적인 막질에 적지않은 영향을 줄 것으로 예상 됩니다.
물론 온도 제어 방식을 바꿔서 더 빠른 시간에 온도를 맞춘다던지 Plasma가 켜지기 전에 온도를 조금 낮게 유지하여 상승하는 온도를 보상하는 방법이 개발되어야 겠지만 공정적으로도 방법을 찾아보려고 합니다.
방안1) Plasma가 켜진 상태에서 RF power를 점진적으로 상승
방안2) Plasma가 켜진 상태에서 Gas 유량에 변화를 줌
방안3) Plasma가 켜진 상태에서 전극의 거리를 조금씩 움직임
위와 같은 방안들 중에서 안정적인 Plasma는 유지하되 온도 상승을 줄여보고자 하는데 참고할만한 문헌이나 연구 자료가 있을까요?
너무 도전적인 실험들이라 관련 연구가 전혀 없다고 한다면 이론적으로 저런 시도들이 어떤 의미를 가질 수 있을까요?
박막 조건으로 운전 경험이 없어 제 의견에는 한계가 있음을 전제하고, 제 의견을 드리면 저는 1번 방법을 선택하겠습니다.
ramp 운전은 많이 사용하는 것으로 알고, 있으며, 전력을 인가해서 생성되는 플라즈마 상태에 대한 연구는 펄스 플라즈마에서
찾으실 수 있겠습니다. 펄스 시간에 따라서 온도와 밀도 시분포를 연구한 내용이 많이 있으니, 이 자료를 참고하시는데, 두 값을 곱한 값이
플라즈마에서 플라즈마와 대면하고 있는 재료 표면으로 전달되는 열에너지 속 값이 되겠으니, 이를 순차적으로 올리는 시간 step을 설계하실 수 있지 않을까 생각해 봅니다. 다만 이들 조건은 초기 박막 (계면의 박막 특성)에 민감할 것 같으니 이를 고려해서 rise rate를 찾아 보시면 좋을 것 같네요.
아울러 가능하다면 3번도 가능한 방법입니다. 플라즈마 유지 공간을 키우면 플라즈마 온도가 감소하는 경향이 있어, 기존 공정을 재현하는데 시간이 걸릴 수도 있음을 전제합니다.
만일 2번을 선택하시면 high pressure 에서 low pressure로 움직여 보시기를 추천합니다. 하지만 2번과 3번은 모두 knob 으로서 한계가 잇을 것 같습니다.