Plasma in general CVD 막질의 성질에 대해 질문드립니다. [챔버 벽면 성질 및 가스 손실]
2021.08.17 06:51
안녕하세요. 반도체 회사 재직중인 엔지니어 입니다.
질문에 앞서서 항상 정성스러운 답변 주셔서 정말 감사드립니다.
저는 wafer의 적층을 하는 PKG 부서에 있으며 wafer간의 부착과 탈착을 함에 있어
그 사이에 Deposition을 하게 되고 탈착이 양호하게 이루어지려면 막질의 적당한 hardness가 중요한 공정입니다.
막질의 hardness를 측정하기 위해서 Deposition후 wet clean을 하여 etch amount를 측정하는데
chamber의 pm을 변경점으로 wafer의 wet etch 후 center 부분만 막질이 거의 사라져서 막질에
구멍이 난것처럼 보이는(막질 색이 거의 없어지고 wafer Si의 색만 남음)현상이 발생하고 있습니다.
(기존에는 약 센터처인트200A정도만 etch되었었는데 현재는 1000A이상 etching됨)
RF Plasma에 문제가 있다고 판단하여 점검해본 사항은 아래와 같습니다.
1. Heater의 tilt확인 및 shower head와의 gap 최적화 > 현상동일
2. shower head 교체 > 현상동일
3. Heater unit 재장착 > 현상동일
4. Power가 약해 막질이 약해졌을거라 추정하여 RF Generator RF PWR 실계측 시 양호
5. Generator가 정확히 RF를 쏴주지만 matcher가 챔버로 파워를 정확히 전달하지 못할거라 추정하여 matcher swap -> swap 후에도 현상동일
6. RF ROD Swap > 현상동일
게시글들을 살펴봤을때 Plasma의 밀도는 확산에 의해 분포하므로 중앙에서 가장 높다고 하니
단편적으로 생각하면center 영역에서의 막질이 더욱 단단하고 멀어질수록 무를것이라고 생각했는데..
막질이 약해져 wet etch 후 ER이 wafer center 부분만 높아진 현상 관련 추가적으로 점검해야할 point가 어떤것이 있을까요...?
또한 막질의 단단하고 약한정도에 영향을 주는 Factor는 어떤것을이 있을까요?
RF 및 Plasma에 대한 기초적인 지식이 부족하여 교수님 도움을 얻고자합니다.
참고로 해당 공정은 상온(25도)에서 진행되며 약 200W 정도의 약한 전력을 사용합니다.
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제가 이해한 문제는, PM 전과 후에 center 막질의 hardness가 감소한 원인을 찾으시는 것 같습니다.
일단 막질의 hardness가 변하는 여러 이유에 대해서는 지식이 없으니, 단지 플라즈마 밀도와 이온에너지에 의해 변할 것이라는 막연한 가정을 하고 말씀을 드립니다.
현재 반응은 공간에 분포된 플라즈마의 밀도 분포와 결과가 대응되는 것 같고, 이 가정이라면 PM 전후에 해당 chamber 에서 플라즈마 밀도가 변하고 있다는 것으로, PM 후 recovery 공정 조건 (혹은 seasoning 공정)을 수립하시는 방법을 추천드립니다. 참고하실 점은 공간에서 생성된 플라즈마는 타킷과 벽면 및 샤워헤드 부분으로 손실되므로, 손실이 변하면 일정량으로 상대적으로 중앙에서의 밀도는 올라가게 될 것입니다. 따라서 공정을 일정하게 유지하려면 손실의 변화가 보상되도록 생성량을 조금씩 늘려가거나, 가능하면 벽면의 상태를 golden chamber 에 맞추어서 운전이 되도록 관리해야 공정 drift를 최소화 할 수 있겠습니다.
여기서 플라즈마 손실에 대한 벽면의 상태는, 특히 PM후 삽입된 파트들은 화학세정과 고온/고압세정을 거치고, chamber에서 가능하면 공정 조건의 플라즈마와 친숙해 지는 과정을 거쳐주는 것이 좋습니다. 이 과정을 충분히 함으로서, 벽면으로 플라즈마 전하의 손실을 비교적 일정하게 유지할 수 있게 되며, 한가지 더 생각하실 점은 가스의 흡착률도 조절이 되어야 합니다. 중성입자가 이온화되고 플라즈마를 만들고 라디컬이 만들어지는 과정의 시작은 중성입자와 가속 전자의 충돌로 부터 시작하니, 전자는 운전 압력, 후자는 전력을 조절 knob으로 쓰는 이유이고, 여기서 집중하려는 미세 변화는 일정압력과 일정전력에서의 변동을 유발하는 요인, 즉 벽으로의 가스 손실을 고려해 보자는 취지입니다.
따라서 최적화 리시피를 개발함에 플라즈마의 확산과 벽면으로 손실에 대해서도 같이 고려해 보시면 좋을 것 같습니다. 예상하시듯이 최적 값은 chamber와 chamber 간에 다르고, 공정 이력에 따라 다릅니다. 따라서 Tool to Tool Match 관점으로 정리를 해 나가시기를 추천합니다. .