KR100403114B1 - 병렬전극에칭동작을위한중합체없는상부전극의자체세척방법및장치 - Google Patents
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Abstract
상부 전극의 자기 정화를 제공하기 위한 동작의 플라즈마 에칭 챔버 및 관련 방법은 정상 동작동안 중합체 증착물에 의해 코팅된다. 본 발명의 한 형태에서, 무선 주파수(rf) 전력은 연속적인 바이어스상의 상부 전극에 인가되지만, 제 1 rf 전력원의 레벨 보다 낮은 전력 레벨은 반응로에서 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 하부 전극을 통하여 전력을 공급하기 위하여 사용된다. 상부 전극을 통하여 인가된 작은 rf 전력은 전극 재료의 어떤 상당량을 제거없이, 그것들이 형성된 바와같이 연속적으로 전극으로부터 증착물을 제거하기 위한 레벨중에서 선택된다. 본 발명의 다른 형태에서, 전력은 정화 기간 동안 주기적으로 상부 전극에 인가되고 하부 전극에 공급하기 위한 전력은 정화 기간동안 중단된다. 에칭 가공이 중단되는 동안 때때로 또는 주기적 건식 정화로 보충되는 연속적인 정화에 대해, 두 개의 정화 접근법은 결합될수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 플라즈마 에칭 반응기 및, 특히 상기 반응기에서 마이크로 오염물을 제어하고 효과적으로 세척하는 기술에 관한 것이다. 집적 반도체 장치의 제조시 통상적으로 사용되는 건식 에칭 공정에서, 처리가스는 반응기 챔버에 공급되고 무선 주파수(rf) 에너지는 챔버내의 플라즈마 먼지(cloud)를 생성하고 유지한다. 플라즈마 먼지내의 이온은 제품과 범버딩(bombard)하고, 상기 제품은 일반적으로 플라즈마에 바로 인접한 챔버, 또는 플라즈마로부터의 이온이 분리된 독립적인 처리 챔버내에 배치된 반도체 웨이퍼이다. 이온은 제품을 에칭하거나 에칭을 돕고, 에칭 처리는 에칭전에 제품에 제공된 보호 코팅을 패터닝(pattening)함으로써 선택적으로 이루어질 수 있다. 선택적인 에칭은 기판 재료가 마스킹 재료에 비해 먼저 에칭되는 것과 같은, 다른 재료에 대해 다른 속도로 진행하는 에칭 처리를 요구한다. 플루오르 원자 같은 몇몇 플라즈마 입자는 매우 비우선적이고 일반 마스킹 재료인 실리콘 및 실리콘 산화물과 임의적으로 반응한다. 이런 어려움에 대한 하나의 해결책은 세척 전극 재료로서 실리콘을 사용하고, 플라즈마에서 자유 플루오르를 흡수하여 선택성을 개선시키는 것이다. 그러나, 이런 처리가 가지는 본래의 어려움은 실리콘 전극의 표면이 중합체 재료 또는 플루오르와의 반응 부산물에 의해 코팅될 때 세척 효과가 점진적으로 감소된다는 것이다.
일반적으로, 플라즈마 생성 방법에는 3가지 형태가 있다 : 용량성, 유도성, 및 마이크로파. 보다 통상적인 용량성 플라즈마 방법에서, 플라즈마는 무선 주파수(rf) 전력이 인가되는 한쌍의 병렬 판 전극의 하나 또는 양쪽판에 형성된다. 병렬 판 방법의 변형은 자기 강화 반응 이온 에칭(MERIE) 플라즈마 생성 장치이고, 여기에서 자기장은 플라즈마에서 이온의 형성을 향상시킨다. 유도 플라즈마 생성기는 rf 전력을 플라즈마 챔버에 전달하기 위하여 유도 코일, 평면 코일, 원주 코일이나 다양한 형태의 다른 코일을 사용한다. 분리된 rf 발생기는 이온 에너지 및 방향을 제어하기 위하여, 에너지를 챔버의 적어도 한쪽 판 전극에 공급한다.
애노드라 불리는 접지 상부 전극을 가지는 반응기 챔버에서, 역시 접지된 챔버의 노출 표면을 포함하는 애노드 표면은 하부 전극, 즉 캐소드의 표면보다 일반적으로 크다. 이것은 캐소드상에 큰 직류(dc) 바이어스를 유발하여 플라즈마 에너지 및 에칭 속도를 개선시킨다. 그러나, 애노드 표면은 에칭동안 중합체 증착물을 수집하고 상기 증착물은 입자 오염물의 중요한 원인 및/또는 근원일수 있다. 증착물 먼지는 축적된 중합체가 rf 리턴 임피던스를 변경하기 때문에 처리 조건에 상당히 영향을 미친다. 어떤 반응기에서, 이 증착물 먼지는 상부 전극의 재료에 따라 반응 화학성질, 즉 각각의 에칭 반응을 변화시킨다. 입자 오염물로 인한 메카니즘은 완전히 이해되지 않겠지만 다음에 설명된다. 중합체 층이 보다 두꺼워질 때, 전체 애노드 표면상에 일반적으로 불균일하게 분산되는 리턴 rf 전류는 중합체로 코팅되지 않은 영역을 통하여 흐른다. 중합체 증착물을 가지지 않은 유일한 영역은 애노드의 가스 입구 홀(hall)이고, 상기 가스 입구 홀은 처리 가스를 챔버로 도입하기 위하여 사용된다. 가스 홀 주위에 증가된 전류 밀도는 상기 가스 홀 주위 영역에서 "전류 군집 효과"를 제공하고 전기 아킹(arcing)을 발생시킨다. 아킹은 녹아내린 알루미늄 입자를 형성한다. 이들 알루미늄 입자의 형태나 중합체 박편 형태의 입자 오염물은 만약 중합체 층이 세척동안 충분히 두꺼워지면 발생할 수 있다. 상부 전극이 가스 입구 홀을 가지지 않는 구성에서, 중합체 증착물 먼지는 전극 표면 화학 반응 속도를 상당히 변화시킨다. 결과적으로, 선택성 또는 속도 같은 에칭 성능은 생산 문제를 방관하고 유발시킨다.
이런 문제점에 대한 통상적인 해결책은 각 웨이퍼 또는 25개의 웨이퍼를 처리한후 처럼 주기적으로 인시츄에서 건식 세척 처리를 수행하는 것이다. 산화물 에칭 처리를 위하여, 상기 건식 세척은 중합체 증착물 제어, 가스 홀 아킹 제거, 입자 오염물 제어 및 에칭 성능 안정하에 효과적이지만 비싸다. 건식 세척은 처리 작업 처리량을 감소시키고, 자동 처리의 어려움을 증가시키고, "처리 키트(kit)" 즉, 챔버에 설치될 대체 부품의 유효 수명을 단축시킨다.
유사한 문제는 반응 이온 에칭 챔버의 종래 전력 분할 변형 구성과 관련하여 발생한다. 이런 장치에서, 상부 및 하부 전극은 상대적으로 서로 밀접하게 배치되고 단일 소스로부터의 rf 전력은 전극 사이에 똑같이 분할되고, 180° 의 위상차로 제공된다. 이 장치는 전극 사이에 플라즈마를 형성하지만 상부 전극의 침식을 유발하여 결과적으로 전극의 유효 수명을 단축시킨다.
플라즈마 에칭 기술의 개선을 위한 요구가 여전히 있다는 것이 상기 된 바로부터 인식된다. 이상적으로, 요구된 것은 상기 약술된 문제를 피하는 플라즈마 에칭 장치 및, 특히 상부 전극으로부터 증착물을 제거하기 위한 오프 라인(off-line) 건식 세척을 최소하거나 없애고, 전극의 실제적인 부식을 유도하지 않는 장치이다. 본 발명은 상기 요구를 만족시킨다.
본 발명은 자기 세척 기능을 수행하기 위해 전극에 직접 인가될 비교적 작은량의 rf 전력을 사용하는 반응 이온 에칭 장치같은 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 요약하여, 그리고 일반적으로, 본 발명의 장치는 반응기 챔버 ; 챔버에 배치된 제 1 전극 ; 반응기 챔버에서 처리될 제품을 지지하기 위한 제 1 전극으로부터 떨어져 간격을 가진 제 2 전극 ; 처리 가스를 반응기 챔버에 공급하기 위한 하나 이상의 입구 포트 ; 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 출구 포트 ; 반응기 챔버에서 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 제 2 전극 및 접지 사이에 접속된 제 1 고주파수 전력원 ; 및 제 1 전극에 전력을 공급하기 위해 제 1 전극에 접속되는 제 1 고주파수 전력원으로서 필수적으로 동일 주파수를 가지지 않는 제 2 고주파수 전력원을 포함한다. 제 1 전극에 인가된 전력은 일반적으로 제 1 고주파수 전력원에 의해 공급된 전력에 비해 낮은 레벨이고, 전극 재료를 많이 제거하지 않고 제 1 전극의 자기 세척을 이루도록 선택된다. 제 2 고주파수 전력원은 제 1 고주파수 전력원에 의해 공급된 전력과 간섭하지 않는 방식으로 접속된다. 바람직한 실시예에서, 플라즈마 에칭 반응기는 또한, 커플링 커패시터를 포함한다. 제 2 고주파수 전력원은 접지된 한쪽 단자 및 커패시터를 통하여 제 1 전극에 결합된 다른쪽 단자를 가진다. 제 2 고주파수 전력원 및 커패시터는 제 1 고주파수 전력원으로부터 공급된 전력을 위한 가상 접지 경로를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 반응기 챔버 ; 챔버에 배치된 제 1 전극 ; 반응기 챔버에서 처리될 제품을 지지하기 위한 제 1 전극으로부터 떨어져 간격을 가진 제 2 전극 ; 반응기 챔버에 처리 가스를 공급하기 위한 하나 이상의 입구 포트 ; 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 출구 포트 ; 반응기 챔버에서 플라즈마를 생성하기 유지하기 위하여, 제 2 전극 및 접지 사이에 접속된 고주파수 전력원; 및 제 1 전극으로부터 증착물을 세척하기 위한 제 1 전극에 고주파수 전력을 접속하기 위한 회로를 포함하는 전극 세척 메카니즘을 가지는 플라즈마 에칭 반응기를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 고주파수 전력을 제 1 전극에 접속하기 위한 회로는 주기적으로 작동하고 제 2 회로로부터 전력을 동시에 분리하기 위한 제어 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, 고주파수 전력을 제 1 전극에 접속하기 위한 회로는 플라즈마 에칭 반응기가 정상 작동하고 제 1 고주파수 전력원으로부터 전력을 수신하는 동안 본래 기술된 고주파수 전력원보다 낮은 전력의 제 2 고주파수 전력원 및 상기 제 2 고주파수 전력원을 제 1 전극에 접속하기 위한 회로를 포함한다. 두 개의 실시예는 제 2 고주파 전력원이 정상 작동 동안 제 1 전극을 계속 세척하고, 또한 주기적인 세척이 전력을 제 1 전극에만 인가함으로써 수행되도록 결합될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 처리 가스를 플라즈마 에칭 반응기 챔버에 공급하는 단계 ; 챔버에서 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여, 챔버내의 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 고주파수 전력을 공급하는 단계 ; 챔버로부터 사용된 처리 가스를 펌핑하는 단계 ; 및 증착물을 세척하고 제 1 전극의 오프 라인 건식 세척 필요성을 감소시키거나 제거하기 위하여 고주파수 전력을 제 1 전극에 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법의 일실시예에서, 고주파수 전력을 제 1 전극에 인가하는 단계는 임의의 선택된 주파수이고 제 2 전극에 공급하기 위하여 사용된 전력보다 낮은 전력의 분리된 고주파수 전력원으로부터 제 2 전극에 전력을 접속하는 것을 포함한다. 제 1 전극에 인가된 전력은 플라즈마의 이온 에너지를 증가시키고 전극 재료를많이 제거하지 않고 제 1 전극으로부터 증착물을 계속적으로 세척하기 위하여 선택된다.
방법의 다른 측면에 따라, 고주파수 전력을 제 1 전극에 인가하는 단계는 제 2 전극에 전력의 인가를 주기적으로 중지하는 단계 ; 동시에 제 1 전극으로부터 증착물의 세척을 가속화하기 위하여 선택된 시간 동안 제 1 전극에 인가된 전력을 증가시키는 단계 ; 제 2 전극에 전력을 다시 인가하는 단계 ; 및 제 1 전극의 연속적인 세척을 다시 시작하기 위하여 제 1 전극에 감소된 고주파수 전력을 다시 인가하는 단계를 더 포함한다.
본 발명이 플라즈마 에칭의 필드에서 상당한 개선을 나타낸다는 것이 상기된 것으로부터 인식된다. 특히, 본 발명은 플라즈마 에칭 챔버의 상부 전극으로부터 중합체 증착물을 세척하기 위해 필요한 시간의 감소 또는 제거를 위한 오랜 숙원을 충족시킨다. 효과적인 세척 제어와 같은 본 발명의 다른 측면 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 얻어진 본 발명의 다음의 보다 상세한 설명으로부터 나타날 것이다.
본 발명은 플라즈마 에칭 장치 같은 플라즈마 반응기 장치내의 전극을 세척할 필요성을 피하거나 최소화하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를들어, 이런 형태의 에칭 장치는 몇몇 구성에 제공된다. 한가지 형태의 구성은 하나의 웨이퍼 반응기 챔버에서 반도체 웨이퍼같은 기판을 처리한다. 다른 구성은 주 반응 챔버내에 함께 고정된 기판을 일괄적으로 처리한다. 구성과 상관없이, 반응 챔버에는 챔버내의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성, 유지 또는 제어하기 위하여 챔버내에 rf 전력의 인가를 용이하게 하기 위한 캐소드 및 애노드 전극이 제공된다.
이런 기술에서, 용어 "웨이퍼"는 제품을 언급하기 위하여 사용되지만, 본 발명이 반도체 웨이퍼인 제품으로 제한되지 않는다는 것은 이해된다. 제품은 하나 또는 다수의 반도체 웨이퍼, 또는 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 평평한 패널같은 플라즈마 챔버에서 처리하고자 하는 어떤 물품일수 있다. 게다가, 비록 본 발명이 에칭 처리의 상황이 기술되었지만, 전극중 하나에 목표되지 않은 증착물을 유발하는 임의의 플라즈마 처리에 사용된다.
통상적인 하나의 웨이퍼 반응기에서, 전극은 반도체 웨이퍼 같은 제품이 수평으로 얹혀있는 하부 전극(통상적으로 캐소드)과, 상기 캐소드상에서 이격된 상부 전극(일반적으로 애노드)으로서 구성된다. 통상적으로 rf 전력은 캐소드에 인가되고 애노드는 접지된다. 플라즈마 처리동안, 플라즈마, 및 궁극적으로 처리 가스의 부품 및 웨이퍼의 제료로부터의 중합체 증착물은 통상적으로 접지된 전극상에 형성되어, 웨이퍼의 처리가 증착물을 제거하기 위한 건식 세척 처리를 위하여 주기적으로 중단되게 한다. 적시에 제거되지 않으면, 증착물은 조각 조각 떨어져, 입자 오염물을 발생시키고 ; 또는 그것들은 처리 비율의 미봉 상태, 및 처리된 웨이퍼에서 불안정한 에칭 선택 특징을 유발한다.
다른 전극 구성은 하나의 웨이퍼 반응기 및 일괄형 반응기 양쪽, 예를들어 나란한 전극에서 역시 가능하다. 비록 하기될 실시예가 하나의 웨이퍼 반응기 상황일지라도, 비슷한 중합체 증착물 문제는 전극 구성에도 불구하고 문제가 되고, 본 발명은 애노드 및 캐소드 전극이 나란히 다른 공간 구성에서 제공되는 반응기에 똑같이 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 일측면에 따라, 어떤 선택된 주파수의 비교적 작은 량의 rf 전력은 연속적인 자체 세척 효과를 위하여 하나의 전극, 통상적으로 하나의 웨이퍼 반응기 상부 전극에 인가된다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 보다 많은량의 rf 전력은 보다 빠른 오프 라인 건식 세척 효과를 위해 주기적으로 상부 전극에 인가된다. 제 1 도에서 도시된 바와같이, 참고 번호(10)에 의해 지시된 통상적인 단일 웨이퍼 반응 이온 에칭 챔버는 하부 전극(12)(캐소드), 및 상부 전극(14)(애노드)을 가진다. 처리 가스는 화살표(16)에 의해 개략적으로 지시된 바와같이 통상적으로 상부 또는 상부 전극(14)의 개구부(도시되지 않음)을 통하여, 챔버(10)에 도입된다. 전력은 rf 발생기(18)에 의해 지시된 바와같이 하부 전극(12)에 인가되고, 상기 하부 전극은 20으로 지시된 바와같이 하부 전극 및 접지된 다른 전극에 접속된 하나의 단자를 가진다. 이런 구성에서, 양쪽 하부 전극(12) 및 상부 전극(14)은 챔버(10)의 벽으로부터 전기적으로 절연된다. 플라즈마는 하부 전극(12)에 인가된 rf 전력에 의해 생성되어 유지되고, 플라즈마에 대해 어떤 음의 레벨(통상적으로 몇백 볼트)로 자기 바이어싱된다. 플라즈마의 양의 이온은 이런 dc 바이어스의 결과로서 하부 전극(12)쪽으로 가속화되고, 상기 통상적인 수단에 의해 전극에 고정된 반도체 웨이퍼(22)를 에칭하고, 통상적인 수단은 기계 클램프 또는 정전기 척을 포함한다. 가스는 통상적인 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 챔버의 하부 방향 화살표(26)로 표시된 방출 포트(24)에서 챔버(10)로부터 방출된다.
플라즈마 유지 전력은 전극을 통한 용량 결합을 통해 제공되거나, 유지 rf 전력이 반응 체적에 인접한 유도 코일, 또는 마이크로파 결합을 통해 플라즈마에결합되는 유도에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수 있다. 전력 공급기가 첫째로 코일 또는 도파관일 때 조차, 전극은 특히 제어를 위해 예를들어, 이온 에너지 및 방향을 제어하기 위하여 다소간의 전력을 전송하는 데 사용된다.
상기 경우에, 전극은 문제있는 증착물을 가질 수 있다. 예를들어, 상기된 바와같은 플라즈마 에칭에서, 목표되지 않은 부산물은 제 1 도의 하나의 웨이퍼 챔버의 경우 상부 전극(14)인 전극상의 중합체 증착물이다. 오프 라인 세척에서 인시튜 또는 주기적으로 제거되야 하는 상기 증착물은 플라즈마 에칭 장치의 처리 효과를 떨어뜨린다.
본 발명의 일특징에 따라, 상대적으로 작은 rf 전력은 자기 세척 효과를 제공하기 위하여 상부 전극(14)에 인가된다. 이런 목적을 위하여, 본 발명의 장치는 독립된 rf 발생기(30)를 더 포함하고, 상기 rf 발생기의 한쪽 단자는 커패시터(32)를 통하여 상부 전극(14)에 결합된다. 제 2 rf 발생기(30)의 다른쪽 단자는 34로 도시된 바와같이 접지된다. 추가의 rf 발생기(30)에 의해 제공된 전력량은 제 1 rf 발생기(18)에 의해 제공된 전력의 1/10 정도이다. 커플링 커패시터(32)는 제 1 rf 발생기(18)와 간섭하지 않는 것을 보장한다. 통상적으로, 제 1 rf 발생기 주파수는 13.56MHz이다. 만약 추가의 rf 발생기(30)의 주파수가 예를들어 400MHz로 선택되면, 상부 전극(14)은 제 1 rf 발생기(18)에 의해 가상 접지되고, 커플링 커패시터(32)에 의해 상대적으로 낮은 임피던스를 "나타낸다". 플라즈마 반응기에서 일반적인 바와같이, 하부전극(12)(캐소드)의 표면 영역은 챔버(10)의 접지 벽을 포함하는 상부 전극(14)(애노드)의 동일 표면 영역보다 상당히 작다. 전극 영역에서 이런 비대칭의 결과로서, 음의 바이어스는 애노드(14) 및 플라즈마 사이의 전개보다, 캐소드(12) 및 플라즈마 사이에서 작다. 결과적으로, 음의 dc 바이어스(통상적으로 200-500v)는 캐소드(12) 및 플라즈마 사이에서 전개된다. dc 바이어스는 플라즈마 에칭 처리, 및 애노드 재료의 단지 최소 제거 또는 "스퍼터링"시 캐소드(12)의 우선적인 양의 이온 범버딩을 유발한다. 커패시터(32)를 제공함으로써 제 1 rf 발생기(18)는 챔버(10)의 벽을 따라, 애노드가 가상적으로 접지된 상태를 나타내는 것을 보장하여, 전극 표면 영역의 비대칭이 최소화되고 목표된 dc 바이어스는 캐소드(12)상에 전개된다. 그러나, 양쪽 전극(12 및 14)은 챔버(10)의 벽으로부터 전기 절연된다. 통상적으로 보다 낮은 주파수 때문에, 추가의 rf 발생기(30)는 커패시터(32)가 보다 큰 임피던스를 가지는 것으로서 "나타나고", 선택된 보다 작은 레벨의 전력은 상부 전극(애노드)(14)을 통하여 플라즈마에 결합된다. 추가의 rf 발생기(30)로부터 rf 전력을 위한 리턴 접지 경로는 챔버(10)의 접지된 벽뿐 아니라, 캐소드(12) 및 제 1 발생기(18)를 통하여 제공된다. 세부 설계에 따라, 제 1 rf 발생기(18)는 캐소드(12)에 용량 결합되고 임피던스 매칭 회로(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
상부 전극(14)의 자기 세척을 위한 전력은 전극의 재료 및 사용된 특정 에칭 처리에 의해 부분적으로 결정된다. 높은 선택성 플라즈마 환경에서, 상부 전극(14)은 때때로 세척 효과를 위해 실리콘으로 이루어져서 플라즈마로부터 플루오르 원자를 제거하고, 이에 따라 플루오르가 이산화 실리콘같은 실리콘 및 다른 실리콘 화합물 양쪽과 임의적으로 반응하기 때문에 선택성을 증가시킨다. 상기 이산화 실리콘은 반도체 제조시 공통적으로 사용된 마스크 재료이다. 90℃이상으로 가열하거나 50-2000W의 rf 전력을 인가함으로써, 또는 양쪽 모두를 행함으로써, 깨끗한 실리콘 애노드 표면을 유지하는 것은 가능하다. 금속 에칭의 경우에, 순수한 알루미늄 전극이 사용될 수 있다.
일반적으로, 애노드 에칭(또는 증착) 속도 및 상기 애노드를 통하여 공급된 이온 에너지 사이의 관계는 제 2 도에서 그래프 형태로 도시된다.
추가의 rf 에너지가 애노드를 통하여 결합되지 않을 때, 상황은 통상적인 RIE 장치의 상황이다. 애노드는 상기되고 그래프에서 점(40)에 의해 도시된 바와같이 중합체 재료로 증착된다. 많은량의 에너지는 rf 에너지가 상부 및 하부 전극 사이에 똑같이 분배되는 균형있는 구성에서 처럼 애노드를 통하여 공급되고, 재료는 그래프에서 점(42)에서 표시된 바와같이 애노드로부터 제거된다. 본 발명에서, 제 1 목표는 애노드 재료의 증착 또는 제거가 없도록 하는 것이다. 이런 목표는 그래프에서 점(44)에 도달하도록 충분한 rf 전력을 애노드(14)에 공급함으로써 이루어질수 있다. 애노드상에 증착된 재료는 추가의 발생기(30)로부터의 rf 전력에 의해 제공된 연속적인 세척 작용으로 제거된다. 상부 전극 표면 세척을 유지하는 것에 의해, 만약 실리콘 또는 다른 반응 재료가 사용되더라도, 표면 반응 속도는 반복적인 세척 효과를 제공하도록 제어되어, 표면 애노드 재료는 애노드에 증착된 재료를 에칭 제거하기 위한 전력을 인가함으로써 연속적으로 또는 주기적으로 제거된다. 실리콘 및 플루오르의 반응 생산물뿐 아니라 중합체를 제거하는 것은 애노드 표면에 순수한 실리콘을 노출시키고 세척 효과를 유지한다.
진행 그래프에서 짧게 언급된 바와같이, 본 발명의 다른 가능한 작동방법은 충분한 전력을 상부 전극에 주기적으로 인가함으로써 연속적인 것보다 오히려 주기적으로 상부 전극(14)을 세척하는 것이다. 건식 세척 단계를 위해 상부 전극에 전력을 인가하는 것은 전력을 하부 전극(12)에 인가하는 것보다 효과적이어서, 건식 세척 기간은 짧아진다. 게다가, 연속적인 세척 및 때때로 또는 주기적 건식 세척은 결합하여 사용된다.
제 3 도는 두 개의 세척 방법이 rf 스위치(50 및 52)를 사용하여, 동시에 실행되는 방법을 간략화한 다이어그램을 도시한다. 스위치(50 및 52)가 화살표에 의해 도시된 위치에 있을 때, 반응기는 제 1 도와 동일하게 구성되고, rf 전력은 제 1 rf 발생기(18)의 한쪽의 단자로부터 하부 전극(12)에 공급되고, 상기 제 1 rf 발생기의 다른쪽 단자는 접지되고, rf 전력은 분리된 rf 발생기(30)의 한쪽의 단자로부터 커패시터(32)를 통하여 상부 전극(14)에 공급되고, 상기 rf 발생기(30)의 다른쪽 단자는 접지된다. 스위치(50 및 52)가 파선에 의해 도시된 바와같이 다른 위치로 이동될 때, 분리된 rf 발생기(30)는 상부 전극(14)으로부터 분리되고 제 1 발생기(18)로부터 전력은 분리된 rf 발생기의 하부 전력에 제한되지 않는 주기 세척 단계를 위하여 상부 전극(14)에만 인가된다. (다른 위치에서, 하부 전극(12)은 접지된다) 간결하게, 다른 방법은 사용될 수 있다. 예를들어, 분리된 전력 공급기(30)는 표준에칭 작동동안 분리될 수 있거나, 주기 세척 rf 전력은 발생기(18)로부터 보다 오히려 발생기(30)로부터 전송된다.
상기된 바와같이, 추가의 rf 발생기(30)의 주파수는 제 1 rf 발생기(18)의주파수보다 상당히 낮을 수 있다. 전력이 두 개의 전극 사이에서 똑같이 분배되고 180° 의 위상차가 요구되는, 위에서 참조된 분리 전력 구성과 다르게, 본 발명은 rf 전력의 주파수가 동일하게 상부 및 하부 전극에 인가되는 것을 요구하지 않고 그들 사이에 특정 위상 관계를 요구하지 않는다.
본 발명의 중요 장점은 항상 깨끗한 상부 전극 표면을 유지하고 중합체 증착이 없다는 것이다. 이것은 안정되고 반복적인 플라즈마가 챔버에서 생성되고 유지된다는 것을 보장한다. 인시츄 건식 세척을 위한 요구를 감소시키거나 제거하는 본 발명의 사용은 전류 군집 효과를 제거하여, 효과적인 입자 오염물 제어를 제공하고, 에칭 수행을 안정화시킨다. 추가의 장점은 건식 세척의 감소 또는 제거가 챔버에서 사용된 처리 키트의 유효 수명을 역시 길게한다는 것이다. 산화물 에칭의 경우에, 건식 세척 단계는 빠르게 클램프, 밀봉물, O-링 및 중합체 웨이퍼 척 재료를 공격하는 산소 플라즈마를 사용한다.
본 발명의 다른 장점은 챔버에서 수행된 에칭 작동의 형태에 따른다. 만약 상부 전극이 실리콘으로 이루어지면, 산소 대 실리콘(또는 폴리실리콘)의 에칭 선택성은 챔버에서 자유 플루오르 원자의 세척 효과 때문에 개선된다. 전극에서 실리콘은 플루오르와 반응하여 전극은 자유 플루오르를 효과적으로 소비하고, 에칭될 기판내의 실리콘과 반응하는 플루오르를 덜 남긴다. 그 결과 선택성, 즉 실리콘에 대향되는 제품상의 산화물의 우선적인 에칭은 개선된다. 세척이 자유 플루오르와 실리콘의 반응 속도에 의존하기 때문에, 깨끗하고 에칭 처리를 통한 중합체가 없는 전극 표면을 유지하는 것뿐아니라, rf 전력(사용된 특정 처리에 따른 rf 전력 레벨), 또는 온도, 또는 양쪽 다를 변화시킴으로써 반응 속도를 제어하는 것은 중요하다. 실리콘 에칭을 위해, 상부 전극은 순수 실리콘 또는 유사한 효과를 위해 도핑된 실리콘으로 이루어질 수 있다. 금속 에칭을 위하여, 상부 전극은 에칭될 웨이퍼상에 전극 재료의 스퍼터링 형태의 어떤 가능한 오염물을 방지하기 위하여 순수한 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 게다가, 상부 전극에 인가된 작은량의 rf 전력은 알루미늄 산화물의 형성을 방지한다.
본 발명이 반응 이온 에칭의 필드에서 상당한 장점을 표현하는 것은 상기된 것으로부터 인정된다. 특히, 본 발명은 반응 이온 에칭 챔버에서 상부 전극상에 중합 증착물을 감소 또는 제거하는데 간단하지만 매우 효과적인 방식을 제공한다. 비록 이 발명이 Applied Materials' Precision 500 MxP MERIE 같은 반응 이온 에칭 챔버에서 검사되고 증명될지라도, 본 발명의 원칙은 Applied Materials' 유도 부식제(1992년 9월 8일에 출원된 대항 출원 제 07/9741,507호에서 기술된 고 밀도 플라즈마 오메가, 유도 향상 반응 이온 부식제)같은 다른 플라즈마 부식제, 어떤 통상적인 RIE 부식제, TEL's 8500s, 및 Lam Triode 장치같은 다른 자기 부식제로 역시 응용할 수 있다. 본 발명의 사용은 오프 라인 건식 세척을 위한 요구를 감소시키거나 제거하고 챔버에서 처리된 웨이퍼의 입자 오염을 크게 감소시킨다. 비록 본 발명의 특정 실시예가 상세히 기술될 지라도, 다양한 변형은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질수 있다는 것은 역시 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 제한되지 않는다.
제 1 도는 본 발명에 관한 플라즈마 에칭 반응기의 다이어그램.
제 2 도는 플라즈마 이온 에너지와 상부 전극 에칭 속도의 변화를 도시하는 그래프.
제 3도는 세척을 위해 전력을 상부 전극에 인가하기 위한 선택적인 기술을 도시하는 제 1 도와 유사한 다이어그램.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 챔버 12 : 하부 전극
14 : 상부 전극 22 : 반도체 웨이퍼
24 : 방출 포트 30 : rf 발생기
32 : 커패시터 50, 52 : rf 스위치
Claims (27)
- 반응기 챔버 ;챔버내에 배치된 제 1 전극 ;반응기 챔버에서 처리될 제품을 지지하기 위하여, 제 1 전극으로부터 떨어져 간격을 이룬 제 2 전극 ;처리 가스를 반응기 챔버에 공급하기 위한 하나 이상의 입구 포트 ;챔버로부터 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 출구 포트 ;반응기 챔버에서 플라즈마를 생성 및 유지하기 위하여, 제 2 전극 및 접지 사이에 접속된 제 1 고주파수 전력원 ; 및전력을 제 1 전극에 공급하기 위하여 제 1 전극에 접속된 제 2 고주파수 전력원을 포함하고,상기 제 1 전극에 인가된 전력은 제 1 전극의 자체 세척을 수행할수 있도록 선택된 레벨이고,제 2 고주파수 전력원은 제 1 고주파수 전력원에 의해 공급된 전력과 간섭하지 않는 방식으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응기는 커플링 커패시터를 더 포함하고,제 2 고주파수 전력원은 접지된 한쪽 단자 및 커패시터를 통하여 상부 전극에 결합된 다른쪽 단자를 가져서, 제 2 고주파수 전력원 및 커패시터는 제 1 고주파수 전력원으로부터 공급된 전력을 위한 가상 접지 경로를 제공하고,제 1 및 제 2 고주파수 전력원의 주파수는 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기.
- 제 1 항에 있어서, 상부 전극에 인가된 전력은 제 1 고주파수 전력원에 의해 공급된 전력에 비해 낮은 레벨인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기.
- 반응기 챔버;챔버내에 배치된 상부 전극;반응기 챔버에서 처리될 제품을 지지하기 위하여, 제 1 전극으로부터 떨어져 간격을 가진 하부 전극;처리 가스를 반응기 챔버에 공급하기 위한 하나 이상의 입구 포트;챔버로부터 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 출구 포트;반응기 챔버에서 플라즈마를 생성 및 유지하기 위하에 하부 전극 및 접지 사이에 접속된 고주파수 전력원; 및상부 전극으로부터 증착물을 세척하기 위하여 고주파수 전력을 상부 전극에 접속하기 위한 회로를 포함하고,상기 고주파수 전력을 상부 전극에 접속하기 위한 회로는 주기적으로 작동하고 하부 회로로부터 전력을 동시에 분리시키는 제어 회로를 포함하고,상기 고주파수 전력을 상부 전극에 접속하기 위한 회로는 상기 제 1 고주파수 전력원보다 낮은 전력의 제 2 고주파수 전력원 및 플라즈마 에칭 반응기가 정상 작동하고 상기 제 1 고주파수 전력원으로부터 전력을 수신하는 동안 제 2 고주파수 전력원을 상부 전극에 접속하기 위한 회로를 더 포함하고,상기 제 2 고주파수 전력원은 정상 작동 동안 상부 전극을 연속적으로 세척하고 주기적 세척은 상부 전극에만 전력을 인가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기.
- 플라즈마를 유지하기 위한 한쌍의 전극을 가지는 플라즈마 에칭 반응기의 작동 방법에 있어서,처리 가스를 플라즈마 에칭 반응기 챔버에 공급하는 단계 ;챔버내에 플라즈마를 유지하는 중에, 고주파수 전력을 챔버내의 한쪽 전극에 공급하는 단계 ;챔버로부터 사용된 처리 가스를 펌핑하는 단계 ; 및챔버로부터 증착물을 세척하고 전극의 오프 라인 건식 세척 요구를 줄이거나 제거하기 위하여 고주파수 전력을 다른쪽 전극에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기의 작동 방법.
- 제 5 항에 있어서, 임의의 선택된 주파수를 가지며, 한쪽의 전극에 전력을 공급하기 위하여 사용된 것보다 낮은 전력을 분리된 고주파수 전력원으로부터 상기다른쪽 전극에 접속하는 단계를 더 포함하고,상기 다른쪽 전극에 인가된 전력은 플라즈마의 이온 에너지를 증가시키고 전극 재료의 많은 제거없이 상기 다른쪽 전극으로부터 증착물의 연속적인 세척을 위하여 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기의 작동 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 한쪽의 전극에 전력을 인가하는 것을 주기적으로 중지하는 단계 ;상기 다른쪽 전극으로부터 증착물의 가속화된 세척을 위하여 선택된 시간동안 상기 다른쪽 전극에 인가된 전력을 동시에 증가시키는 단계 ;전력을 상기 한쪽 전극에 다시 인가하는 단계 ; 및상기 다른쪽 전극의 연속적인 세척을 다시 시작하기 위하여 상기 다른쪽 전극에 감소된 고주파수 전력을 다시 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기의 작동 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 한쪽의 전극에 전력을 인가하는 것을 주기적으로 중지하는 단계 ;상기 다른쪽 전극으로부터 증착물의 세척을 위하여 선택된 시간동안 상기 다른쪽 전극에 전력을 동시에 접속하는 단계 ; 및상기 한쪽의 전극에 대한 전력 인가를 다시 시작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 반응기의 작동 방법.
- 한쌍의 간격을 가진 전극을 가지는 반응기에서 기판의 플라즈마 처리 방법에 있어서,반응기내의 기판을 처리하기 위하여 반응기내에 플라즈마를 생성하고 플라즈마를 유지하는 고주파수 전력을 한쪽 전극에 공급하는 단계 ; 및전극 세척을 위한 처리 중단 시간이 감소되거나 제거되도록, 증착물을 세척하기 위하여 고주파수 전력을 다른쪽 전극에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서, 증착물을 세척하기 위하여 상기 다른쪽 전극에 공급된 고주파수 전력은 상기 한쪽의 전극에 공급된 고주파 전력보다 상당히 낮은 주파수인 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서, 증착물을 세척하기 위하여 상기 다른쪽 전극에 공급된 고주파수 전력은 상기 한쪽의 전극에 공급된 고주파수 전력보다 실질적으로 낮은 전력인 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 한쪽의 전극은 제 1 고주파수원의 한쪽 출력에 의해 공급되며, 상기 제 1 고주파수원의 다른쪽 출력은 접지되고, 상기 다른쪽 전극은 커패시터를 통하여 제 2 고주파수원의 한쪽 출력에 의해 공급되며, 상기 제 2 고주파수원의 다른쪽 출력은 접지되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 고주파수 전력을 공급하기 전에 상기 반응기의 벽으로부터 상기 한쪽 및 다른쪽 전극 양쪽을 전기적으로 절연하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마를 유지하는 고주파수 전력은 상기 한쪽의 전극 및 접지 사이에 인가된 제 1 고주파수이고, 상기 다른쪽 전극은 상기 제 1 고주파수에 비해 낮은 임피던스를 나타내도록 선택된 커패시턴스를 통하여 접지되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 10 항에 있어서, 증착물을 세척하기 위한 전력 및 플라즈마의 유지 전력 양쪽은 일반적으로 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마를 유지하는 고주파수 전력은 고주파수 전력이 증착물을 세척하기 위하여 공급되는 동안 주기적으로 중단되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 15 항에 있어서, 증착물을 세척하기 위한 전력은 주기적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 플라즈마를 유지하는 전력은 증착물을 세척하기 위한 전력이 증가되는 동안 주기적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 기판의 플라즈마 처리 방법.
- 내부에 플라즈마를 유지하기 위하여 챔버내 고주파수 전력을 전송 및 제어하고, 챔버내에 한쌍의 간격을 가진 전극을 포함하는 전력 공급기를 구비한 플라즈마 기판 처리 챔버에 사용하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,상기 전극들중 제 1 전극에 접속된 플라즈마를 유지하는 고주파수 전력의 제 1 전원 ; 및상기 전극들중 제 2 전극에 접속된 고주파수 전력의 제 2 전원을 포함하고,상기 제 2 전원은 제 1 전원보다 상당히 낮은 전력 레벨이고 전극으로부터 증착물을 세척할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 전원은 상기 제 1 전원보다 실제적으로 낮은 주파수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 전원의 한쪽은 접지에 접속되고, 상기 제 2 전원의 한쪽은 커패시턴스를 통하여 상기 제 2 전극에 접속되는 반면, 상기 제 2전원의 다른쪽은 접지에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 커패시턴스는 상기 제 1 전원에 비해 낮은 임피던스만 나타나는 값인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 전원은 상기 제 1 전원보다 실제적으로 낮은 주파수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극을 위해 상기 챔버에 대해 전기 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서, 고주파수 발생기를 더 포함하고, 상기 발생기는 제 1 및 제 2 고주파수 전원 양쪽을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 전극으로부터 제 2 전원을 주기적으로 분리하고 상기 제 1 전원을 상기 제 2 전극에 접속하는 동안 제 1 전극으로부터 상기 제 1 전원을 분리하기 위하여 고주파수 전력의 제 1 및 제 2 전원과 상호 작용하는 제어 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 26 항에 있어서, 상기 제어 스위치는 접지하기 위해 상기 제 1 전극에 추가로 접속하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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