Remote Plasma 안녕하세요 CLEAN GAS 관련 질문이 있습니다. [플라즈마 이온화 및 해리 반응, 반응기 벽면 세정]
2023.05.16 14:36
모 반도체 회사 CVD 기술팀의 엔지니어입니다.
RPS를 사용한 CLEAN을 DEPOSITION 이후 진행하는데 관련 특이 사항이 있습니다.
오염원을 없애줘야할 CLEAN GAS가 반응의 매개체가 되어 오염을 일으키는 경우가 있다고 말하고 있는 사례가 있습니다. CLEAN GAS가 없을경우에는 오염이 안되다가 RPS ON하고 CLEAN이 들어가면 CHAMBER 쪽은 아닌데 특정부위에 오염이 생기는 형태입니다. 오염원의 성분분석 결과도 F성분이 많아서 유일한 공급원인 CLEAN이 오염을 유발한다는 현재까지의 상황입니다.
물론, 그간 테스트에서도 분명 맹점이 존재할 수 있다는것은 염두해두고 있지만 저 또한 CLEAN GAS가 오염에 크게 관여한다는것까지는 받아들이고 있습니다. 온도, 압력 조건등이 보통의 경우라면 현재까지 F RADICAL로써 오염을 만드는 것에 대해서 알려진 것이 있을까요? 혹은 좀 다르게 오염의 직접적 매개체가 아니고서 오염이 된 이후에 단순히 추가 F가 달라 붙는 방식일 수는 없을까요? 기계쪽 전공자인데 플라스마 반응에 대해서 상당히 해석에 어려움이 많고, 지금 해당 문제에 대해서 시뮬레이션도 진행중인데 CLEAN GAS가 오히려 많이 들어가는 쪽이 또 실제 오염이 적은편인 것으로 나타나고 있어서 원래의 기능처럼 CLEAN GAS가 CLEAN을 못해준것이 오염원을 제거 못해서 발생하는 일인지 혼란이 있습니다. 다소 이곳의 일반적 질문과 다른 내용을 질문하는점에 대해서 양해말씀 드립니다.
감사합니다.
일단 RPS 사용에서 생각하셔야 할 점은 높은 해리률을 가지는 소스 부분과 프로세스 부분이 떨어져 있는 소스 형태입니다. 따라서 공간은 플라즈마 생성 공간, 경과 공간, 타킷공간으로 3등분을 생각해 보면 좋을 것 같습니다.
플라즈마 내에서는 이온화와 해리 반응이 활발하게 일어나며, 이들은 공간상에서는 서로 간에 재결합 등 또는 라디컬과 이온으로 존재하고 있겠고, 이들은 확산하고 가스 흐름을 따라서 흘러가게 됩니다. 따라서 벽면에는 이들 입자들이 흡착되거나 또는 붙어 있는 입자들을 탈착시키게 됩니다. 전자는 박막 형성과 유사한 현상으로 생각할 수 있고, 후자는 스퍼터링 현상과 유사한 상황으로 이해해도 좋을 것 같습니다.
소스 공간에서는 아주 높은 밀도의 플라즈마 속에서 라디컬도 많고, 따라서 벽면에서 플라즈마 반응도 실시간으로 빈번하게 일어납니다. 소스 출구 쪽으로 플라즈마 이온과 라디컬들이 가스 유속을 따라서 흐르면서 확산하게 됩니다.
경과 공간은 비교적 짧고 간결하게 만들면, 경과 공간의 벽면에 흡착되는 가스 및 침투하는 이온의 양을 줄일 수 있고, 이는 타켓으로 입자들을 더 효율적으로 보내는 역할을 하게 될 것 같습니다.
또한 소스 공간에는 타킷 주변에 넓은 면적의 반응기 벽면이 존재합니다. 이는 소스까지 내려온 이온과 라디컬 등이 벽면재료에 침투 또는 흡착할 충분히 큰 공간을 제공하게 됩니다.
따라서 경과 공간 및 소스 공간, 특히 이 공간의 벽면은 오염 입자를 지닐 활률이 매우 큽니다. 또한 이들 오염원은 전공정까지 누적된 값들이므로, 오염 문제를 해속하기 위한 벽면 세정 리시프를 갖고 있는 것이 좋을 것 같습니다. 다만 세정 대상이 웨이퍼가 아닌 반응기 벽면이니, 가능하면 플라즈마를 벽면으로 보내거나, 또는 벽면에 흡착되어 있는 세정 타킷 입자 (부산물)과 화학 반응이 좋은 가스를 찾고, 그 가스를 포함해서 고밀도 플라즈마를 만들어 사용하는 것이 필요할 것 같고, 반응기 청소가 끝나고 나면 공정 환경으로 회복을 위한 회복(아이들)시간을 만들어 주는 것이 필요합니다.
따라서 일반적으로 반응기 벽면 세정을 주기적으로 하고, 세정이 잘 되었다면 회복공정의 수행을 결합해서 공정 운전 리시피를 개발하는 경험을 쌓아 보시기 바랍니다. 아마도 어렵지 않게 자료도 찾으실 수 있을 것 같습니다.