• 플라즈마? (고체 > 액체 > 기체 > 플라즈마?)

  • 플라즈마 내에는 전자와 이온이 존재
  • 전기적 성질을 가지는 중성상태?
    • 플라즈마의 입자들은 전자, 양이온, 라디칼로 구성 라디칼은 전기적으로 중성
  • 원자나 분자에 열, 압력을 가해 플라즈마를 생성
  • 높은 에너지( Thermal, energitic beam, electric field, magnetic field)에 의해 원자가 전자 + 이온 형태로 분리된 상태

• RF(Radio Frequency) 플라즈마

  • 고주파수의 교류를 가해 플라즈마를 생성
  • 플라즈마를 발생시키는 핵심 부분품 RF발생기
  • 양극 음극이 고정되지않고 계속해서 서로 바뀜

• 아크 방전(electric arc)는 전극에 전위차가 발생해서 전극 사이의 기체에 지속적으로 발생하는 절연 파괴의 일종

• 플라즈마 아크의 발생 순서

  • 플라즈마 기동신호가 장치에 가해지면 (전극과 칩 사이)에 혹은 (전극과 절단재)사이에 전류가 가해짐. 동시에 가스공급 장치로부터 가스 발생.
  • 위 상황 발생시에는 기체의 전기 저항치가 높아 아직 전기가 흐르지않는상태
  • 후에 고주파 발생 장치로부터 고저압의 고주파가 전극과 칩의 사이에 가해짐. 이째 전극과 칩의 사이에서 아크가 발생
  • 이 아크열로 인해 작동 가스는 플라즈마화 되어 외부로 분출. 이상태의 아크를 파일럿 아크라고 함

• 주 목적 : 웨이퍼 손실 절감 및 수율 증가

• 플라즈마 처리 도중 아크가 발생되면 대상과 챔버가 손상되어 기판이 손상되고 입자가 생성됨. 피처 크기가 감소함에 따라 마이크로 전자 장치는 아크에 의한 손상에 점점 더 취약. 웨이퍼 표면에 결함을 을 초래하기도 함. 아킹은 iPVD(ionized Physical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 에칭 등의 모든 플라즈마 보조 공정에서 발생할 수 있음. 아크 검출기는 중요한 첫 번째 방어선을 제공. 이 시스템은 플라즈마 마이크로 아킹 현상을 실시간으로 탐지하고 분석. 이 검출기에서 추출되는 데이터 분석을 이용해 경쟁력을 만드는 것!!

• 반도체 제조공정중 가장 비중이 높은 것은 아킹사고(약 40%)

• 플라즈마 공정에서 arcing 발생시 강한 Light Intensity(광도) 가 관찰

• 플라즈마를 이용하는 건식식각장치

  • 진공펌프
  • 일렉트로드
  • RF발전기
  • 유량흐름 조절기(MFC Mass Flow Controller)
  • 정전척(ESC Electrostatic Chuck)

플라즈마 공정진단 배경기술

• 일반적으로 반도체 제조공정에서 사용되는 플라즈마 처리 장치는 RF발생기를 이용하며, 이때 플라즈마 처리 공정시에 공정 챔버 내부에 구조적인 결함 또는 작은 입자들이 생길경우, 플라즈마 공정의 안정성을 저하시키는 아크(Arc)가 발생.
• 이 아크로 인해 발생하는 공정 문제를 아킹 사고라고하며 이는 반도체 제조공정중 가장 많은 비율을 차지(약 40%)
• 이에 따라 플라즈마 처리 공정의 안정성을 모니터링하기 위해 공정 챔버 내부에서 아크의 발생 여부를 모니터링하기 위한 기술이 요구, RF 센서와 광학센서를 통해 전기적, 광학적 데이터를 실시간으로 모니터링하고 이상치를 검출하는 과정을통해 공정 내의 발생하는 오류를 최소화
• 적절한 플라즈마 상태를 균일하게 유지하는 것이 중요, 진단 결과를 이용해 파라미터 값에 변화를 주어 공정 제어, 장비 성능 향상 ⇒ 이를 통해 수율향상 및 자원 낭비를 줄임
• 반도체 공정 중 플라즈마를 이용한 공정은 인위적으로 가스를 해리시켜 화학반응을 일으키거나 이온의 충돌을 물리적으로 일으키는 방법으로 막을 증착시키거나 식각시키는 공정을 진행한다

[반도체 특강] 반도체 공정의 카운셀러, 플라즈마

반도체 수율 핵심인 플라즈마, 실시간으로 진단한다 - 머니투데이