RF plasma

: DC대신 높은 주파수의 교류(13.5 MHz)를 두 전극판에 인가하여 발생한 플라즈마

plasma는 발생 메커니즘에 따라

1) DC를 이용한 plasma

: 한 방향으로만 E-field가 형성되어 플라즈마가 유지될 수 없다.

2) AC를 이용한 plasma

3) RF 제너레이터 (13.5 MHz)를 이용한 plasma

3-1) CCP type

3-2) ICP type

로 구분할 수 있다.

: capacitor와 같은 구조로 Anode, Cathode의 두 전극 표면에 분포된 전하로 인해 형성된 전기장에 의해 플라즈마 형성

- 특징:

1. 플라즈마 밀도가 낮다.(전극판이 챔버 내에 전체적으로 펼쳐 저 있다)

→ uniformity(균일도)가 높다.

2. 결합이 강한 부분을 etching 하는데 용이(양단의 높은 전압 → 이온화 에너지가 크다)

3. 강한 플라즈마 에너지에 의해 웨이퍼에 손상을 줄 수 있다.

→ High-technology에 적합하지 않다.

: 챔버 주변에 코일을 감아 유도기전력으로 플라즈마 형성

- 특징:

1. 저압에서도 플라즈마 밀도를 높게 생성 가능하다.

2. 부분적으로 입자 밀도가 높다. (uniformity가 낮다)

3. 전극과 챔버가 분리되어 웨이퍼 오염이 적다.

4. 플라즈마 밀도, 라디칼의 수 등을 자유롭게 조절할 수 있다.

RF의 경우 전극의 극성이 1초에 130만 번 바뀜에 따라 단위 면적당 전극으로 유입되는 양이온 수와 전자의 수가 다르기 때문에 나타난다.

그러나, 반도체 공정에 적용하기 위해서는 특정 전극이 양극, 음극으로 고정되어 있는 것이 좋다.

→ self - bias현상에 의해 전극이 고정된 것 같은 효과를 본다.

: 두 전극의 크기를 서로 다르게 하고, 한쪽 전극에만 capacitor를 직렬로 연결하여 이러한 효과를 극대화할 수 있다.

왼쪽 그림에서는 큰 양극이 전자를 흡수하지만, 오른쪽 그림에서 양극의 면적이 좁아 전자가 다 흡수되지 못하고 축적되게 된다. → 평균 전위가 음의 전위를 가지게 되고 이를 자기 바이어스 효과라 한다.

RF 주파수가 낮을수록, 전압이 클수록, 압력이 낮을수록 전극에서 축적되는 전자의 양이 더 많아지므로 더 음의 값으로 이동하게 된다.

※ self - bias에서 전극의 면적이 중요한 이유

: 자기 바이어스 효과는 RF plasma에서만 나타나는 현상으로, 음극의 면적이 양극의 면적보다 작을 때 전자가 다 흡수되지 못하여 발생한다.

두 전극의 크기가 같으면 이러한 효과가 일어나지 않는다.

※ RF sputter 방식에서 Blocking capacitor가 필수인 이유

: DC 전압을 RF 교류 전압으로 인가한다 했을 때, 교류 방전은 일어날 수 있지만 자기 바이어스 효과는 일어나지 않는다.

사실 교류 전압은 직류 성분 + 교류 성분이고 이때에도 자기 바이어스 효과는 일어나지 않는다.

Blocking capacitor를 통해 DC 성분을 완전히 차단해 주어 교류 성분만을 가졌을 때 자기 바이어스 효과가 일어난다.

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