Ashing Ashing 공정에 필요한 O2 plasma에 대해 궁금한 점이 있습니다.
2023.05.22 21:03
안녕하세요. 반도체 공정 & 소자제작과 관련하여 연구중인 대학원생 서대재라고 합니다.
Photolithography 이후에 남아있는 PR 잔여물들을 PR asher를 통해 조건을 바꿔가며 최대한 제거해보는 작업을 계속 진행중입니다.
현재 장비를 통해 바꿀 수 있는 조건들은 흘려주는 O2의 유량(ml), 플라즈마를 생성하기 위한 파워, 그리고 공정 시간인데
여기서 저는 공급해주는 파워가 더 증가했을 때 Ashing에 어떤 식으로 영향이 가는지 궁금합니다.
Sputter에서 파워를 증가시켜주면, 그만큼 이온화된 기체원자가 더 가속을 받아 강한 힘으로 충돌하므로 sputtering rate이 증가하게 됩니다.
그래서 비슷하게 PR ashing에서도 인가하는 파워가 증가하면, O2 plasma를 구성하는 산소 이온들이 더 강한 힘으로 시료에 충돌하여
C+O2 -> CO2 로 탄소를 이산화탄소와 같은 휘발성기체로 만들어 날려버리는 반응이 더 잘 일어날 것이라는 예상을 우선 했습니다.
(산소가 너무 많으면 저 반응이 포화되어 어느순간부터는 반응이 잘 일어나지 않을 것이라는 가정은 일단 제외했습니다)
다만 제가 염려되는 점은, 무작정 인가하는 파워를 올렸을 때 혹시 발생할 수 있는 문제점들이 있을지입니다.
1. 가해준 파워가 플라즈마에 어떤식으로 영향을 끼치는지 정확히는 알지 못하고 있어 이 점이 궁금합니다.
2. 파워를 너무 많이 인가했을 때, O2 plasma가 샘플에 끼칠 부정적인 영향이 혹시 있을지 궁금합니다. 기판은 SiO2 기판입니다.
3. Paschen's curve를 보면 기체의 압력이 너무 낮거나 높을 때 발생하는 문제점들을 해결하는 방법은 결국 인가하는 전압을 올려야 해결되는 것으로 이해됩니다. 그러면 Sputtering 공정에도 인가해주는 파워가 높을수록 무조건적으로 증착률이 올라간다고 이해해야 하는건가요? 부작용이 있을 것으로 보이지만, 어디까지나 추측이라 확실하지 않습니다.
매우 긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 좋은 하루 보내세요.
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이렇게 생각해 보면 어떨까요?
우리가 파워를 주는 이유는? 그리고 공정 압력을 높이는 이유는?
모두 원하는 반응입자를 많이 만들어서 공정 시간을 단축시키려는 노력들입니다.
하지만 두 인자가 반응입자를 만드는 기전은 서로 다릅니다.
반응입자(라티컬이라 가정)이 만들어지는 빈도는 (1)전자 밀도 x (2) 전자 열운동 속도 x (3) 타킷 가스의 충돌 단면적 x (4) 타킷 입자 밀도 입니다.
전자 밀도와 전자 속도 (온도함수)가 커지려면 전력을 크게 가져 가면 좋을 것 같지요/ 전력의 함수입니다.
타킷 가스 갯수는 운전 압력으로 결정됩니다. 하지만 전자가 에너지를 얻더라도 타킷 입자와의 충돌이 빈번하게 되면 에너지를 잃게 되니,
전력과 운전 압력을 마냥 키운다고 이들 반응, 즉 타킷 라디컬들이 마냥 늘어나지 않을 것입니다. 따라서 특정 운전 전력과 압력 범위로
공정 window 가 만들어 집니다.
따라서 O2 는 반응성이 작으니 이를 2[O] 로 만드는 것이 ashing 효율을 증가시킬 수 있겠습니다. 하지만 [O] 는 전자 친화력이 좋은 (주기율표 오른쪽) 이어서 음이온 (전자가 흡착된 산소이온 따라서 O- 의 음극 이온을 잘 만듧니다. 위에서 설명한 바와 같이 전자가 에너지를 얻고 이들이 이온화 및 해리 반응을 개시하게 하는데, 전자의 수가 줄어드니 플라즈마 생성 효율을 떨어뜨는 가스가 산소입니다. 따라서 산소 플라즈마에서는 전자 흡착 반응을 반드시 고려해서 공정을 해야 하고, 이는 문제점이 아니라 속성을 이해하는 것입니다.
전자가 에너지를 얻는 과정과 충돌 반응 (이온화 및 해리 반응을 통한 라디컬 생성)은 모두 충돌 반응의 산물입니다. 이들 전자 충돌 및 이온화 반응 및 해리 반응과 흡착 반응에 대해서 본 게시판 내용을 참고하시면 좋습니다. 일반적인 플라즈마 교재에 입자 충돌에서도 관련 사항에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
이상은 bulk 플라즈마 내에서의 라디컬 또는 반응입자 생성에 대한 소개였고,
우리는 이들 입자들을 타킷 표면으로 끌고 와서 반응을 생각합니다. 이공간을 플라즈마 쉬스 공간이라 합니다. 이온들은 쉬스 전기장으로 에너지를 얻어서 스퍼터링 식각을 심화게 되면, 그 에너지를 줄여서 스퍼터링 효과를 줄이면 박막 형성을 진작하는 박막공정 확녕이 만들어 집니다. 즉 공정을 잘 하려면 플라즈마를 잘 만들어서 쉬스 전기장의 세기 잘 조절해야 합니다. 이 두 공간, 벌크 플라즈마 공간과 쉬스 공간에 대해서 공부해 보시면, 독자적인 라시피 개발에 도움을 받을 수 있을 것입니다. 관련 키워드로 공부해 보세요.