KR100951971B1 - 포토마스크 플라즈마 에칭 방법 및 장치 - Google Patents

포토마스크 플라즈마 에칭 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

포토마스크를 에칭하는 방법 및 장치가 제공된다. 상기 장치는 기판 지지체 위에 차폐물을 갖는 프로세스 챔버를 포함한다. 차폐물은 개구부를 갖는 플레이트를 포함하며, 플레이트는 서로 상이한 물질 또는 전위 바이어스와 같은 적어도 하나의 특성을 갖는 2개의 구역을 포함한다. 상기 방법은 차폐물을 통과하는 이온 및 중성 종의 분포로 포토마스크 기판을 에칭하도록 제공된다.

Description

포토마스크 플라즈마 에칭 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PHOTOMASK PLASMA ETCHING}
본 발명의 실시예들은 전반적으로 플라즈마 포토마스크 에칭을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 종 분포의 개선된 제어를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 마이크로전자공학 또는 집적회로 장치들의 제조는 반도체, 유전체 및 도체 기판 상에서 수행되는 수백개의 개별적인 단계들을 요구하는 복잡한 프로세스 시퀀스를 수반한다. 이러한 프로세스 단계들의 일례로는 산화, 확산, 이온 주입, 박막 증착, 세정, 에칭 및 리소그래피를 포함한다. 리소그래피 및 에칭(패턴 전사 단계로도 불림)의 사용으로, 원하는 패턴이 예를 들어, 포토레지스트와 같은 광감성 물질층으로 먼저 전사된 다음 순차적 에칭 동안 하부에 놓인 물질층으로 전사된다. 리소그래피 단계에서, 블랭킷 포토레지스트층은 패턴 이미지가 포토레지스트에 형성되도록 패턴을 포함하는 레티클 또는 포토마스크를 통해 방사원에 노출된다. 적절한 화학적 용액에서 포토레지스트를 현상함으로써, 포토레지스트의 부분들이 제거되고 패터닝된 포토레지스트층이 형성된다. 마스크로 작용하는 이러 한 포토레지스트 패턴으로, 하부에 놓인 물질층은 예를 들어, 습식 또는 건식 에칭을 이용하여 반응성 환경에 노출되어, 하부에 놓인 물질층으로 패턴이 전사된다.
유리 또는 석영 기판 상에서 지지되는 금속-함유층에 형성되는, 포토마스크 상의 패턴은 포토레지스트 패턴의 에칭에 의해 생성된다. 그러나 이 경우, 포토레지스트 패턴은 레티클을 통해 포토레지스트를 노출시키는 것과는 대조적으로, 예를 들어, 전자 빔 또는 다른 적절한 방사 빔을 이용하는 직접 기록 기술에 의해 생성된다. 마스크로서 패터닝된 포토레지스트를 이용하여, 패턴은 플라즈마 에칭을 이용하여 하부에 놓인 금속-함유층으로 전사될 수 있다. 개선된 장치 제조의 사용에 적합한 상업적으로 이용가능한 포토마스크 에칭 장비로는 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 입수가능한 테트라TM 포토마스크 에칭 시스템이 있다. "마스크", "포토마스크" 또는 "레티클"이란 용어는 일반적으로 패턴을 포함하는 기판을 나타내는데 상호교환되어 사용된다.
계속 감소추세에 있는 장치 치수에 따라, 개선된 기술에 대한 포토마스크의 설계 및 제조는 점차적으로 복잡해졌으며, 임계치수의 제어 및 프로세스 균일성이 보다 중요해졌다. 따라서, 포토마스크 제조에서 개선된 프로세스 모니터 및 제어에 대한 요구조건이 지속되고 있다.
본 발명은 전반적으로 포토마스크를 에칭하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 플라즈마 에칭을 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 프로세스 챔버, 프로세스 챔버에 배치되며 포토마스크를 수용하도록 구성된 기판 페데스탈, 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 RF 전력원, 페데스탈 상의 챔버에 배치되는 차폐물을 포함하며, 상기 차폐물은 다수의 개구부를 가지는 페데스탈을 포함하며 페데스탈을 통과하는 하전된 중성 종의 분포를 제어하도록 구성되며, 상기 페데스탈은 서로 상이한 물질 또는 전위 바이어스와 같은 적어도 하나의 특성을 갖는 2개의 구역을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 포토마스크를 에칭하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 지지 페데스탈을 갖는 프로세스 챔버를 제공하는 단계; 지지 페데스탈 상에 차폐물을 제공하는 단계 - 상기 차폐물은 각각 다수의 개구부를 포함하는 제 1 구역 및 제 2 구역을 가지는 플레이트를 포함하며 플레이트를 통과하는 하전된 중성 종의 분포를 제어하도록 구성되며, 상기 제 1 구역은 제 2 구역과 상이한 물질 또는 전위 바이어스와 같은 적어도 하나의 특성을 가짐 - ; 페데스탈 상에 포토마스크를 위치시키는 단계; 프로세스 챔버로 프로세스 가스를 주입하는 단계; 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및 플레이트를 통과하는 이온 및 중성 종들로 포토마스크를 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 플라즈마 에칭 장치를 제공한다. 상기 장치는 프로세스 챔버, 프로세스 챔버에 배치되며 포토마스크를 수용하도록 구성된 지지 페데스탈, 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 RF 전력원, 및 페데스탈 상의 챔버내에 배치된 차폐물을 포함하며, 상기 차폐물은 다수의 개구부를 가지는 플레이트를 포함하며 플레이트를 통과하는 하전된 중성 종의 분포를 제어하도록 구성되며, 상기 플레이트는 4 이상의 유전 상수를 갖는 물질 및 이트리아로 구성된 그룹에서 선택된 물질을 포함한다.
본 발명의 앞서 언급된 특징들을 본 발명의 보다 상세한 설명, 상기 간략한 설명을 통해 이해할 수 있도록, 첨부되는 도면에 도시된 몇 가지 실시예를 참조한다. 그러나 첨부되는 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예만을 나타내는 것으로, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 발명은 등가적인 다른 실시예를 구현할 수 있다는 것을 주지해야 한다.
발명의 이해를 돕기 위해 도면에서 공통되는 동일한 부재들을 나타내는데 가능한 동일한 참조번호를 사용했다. 일 실시예의 부재들 및 특징들은 추가 언급없이도 다른 실시예에 바람직하게 적용될 수 있다.
그러나 첨부되는 도면은 단지 본 발명의 일례를 나타내는 것으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니며 다른 유효 실시예가 허용될 수 있다.
본 발명은 포토마스크 기판의 에칭을 개선하는 방법 및 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은 플라즈마 에칭 챔버에서 하전된 중성 종의 공간 분포를 제어하기 위한 개선된 차폐물에 관한 것이다. 또한 차폐물은 이온-라디칼 또는 이온-중성 차폐물로도 간주된다.
플라즈마 에칭 챔버에 사용되는 이온-라디칼 차폐물의 일례는 쿠마르 등에 의해 2004년 6월 30일자로 출원된 "METHOD AND APPARATUS FOR PHOTOMASK PLASMA ETCHING"이란 명칭의 미국 특허 출원 S/N 10/880,754호에 이미 공개되어 있다.
도 1은 이온-라디칼 차폐물(170)을 갖는 에칭 반응기(100)의 개략도를 나타낸다. 본 명세서에 개시된 내용을 사용하기에 적합한 반응기로는 예를 들어, 분리 플라즈마 소스(DPS
Figure 112007062519183-pat00001
)Ⅱ 반응기, 또는 테트라Ⅰ 및 테트라Ⅱ 포토마스크 에칭 시스템이 포함되며, 이들 모두는 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 입수가능하다. 본 명세서에 도시된 반응기(100)의 특정 실시예는 설명을 위해 제공되는 것으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명은 다른 제조자로부터의 챔버를 포함하는, 다른 플라즈마 프로세싱 챔버에서 이용될 수 있다.
일반적으로 반응기(100)는 전도성 바디(챔버 벽(104))내의 기판 지지 페데스탈(124)을 갖는 프로세스 챔버(102) 및 제어기(146)를 포함한다. 프로세스 챔버(102)는 실질적으로 평탄한 유전체 실링 또는 리드(108)를 갖는다. 프로세스 챔버(102)의 다른 변형으로 예를 들어 돔형상 실링과 같은 다른 형태의 실링을 포함할 수 있다. 안테나(110)는 실링(108) 위에 배치되며 선택적으로 제어될 수 있는 하나 이상의 유도성 코일 부재(도 1에는 2개의 동축 부재(110a, 110b)가 도시됨)를 포함한다. 안테나(110)는 제 1 매칭 네트워크(114)를 통해 통상적으로 약 50kHz 내지 약 13.56MHz 범위의 동조가능한 주파수에서 약 3000W에 이르는 전력을 생성할 수 있는 플라즈마 전력원(112)과 결합된다.
기판 지지 페데스탈(캐소드)(124)은 제 2 매칭 네트워크(142)를 통해 바이어싱 전력원(140)과 결합된다. 일반적으로 바이어싱 전력원(140)은 연속형 또는 펄스형 전력을 생성할 수 있는 대략 13.56MHz 주파수에서 약 500W에 이르는 소스이 다. 선택적으로 바이어싱 전력원(140)은 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
일 실시예에서, 기판 지지 페데스탈(124)은 적어도 하나의 클램핑 전극(132)을 가지며 척 전력 공급부(166)에 의해 제어되는 정전기 척(160)을 포함한다. 선택적 실시예에서, 기판 지지 페데스탈(124)은 서셉터 클램프 링, 기계적 척 등과 같은 기판 보유 메커니즘을 포함할 수 있다.
레티클 어댑터(182)는 기판 지지 페데스탈(124) 상에 기판(예를 들어, 마스크 또는 레티클)을 고정하는데 이용된다. 일반적으로 레티클 어댑터(182)는 기판 지지 페데스탈(124)(예를 들어, 정전기 척(160))의 상부 표면을 커버하는 하부 부분(184)과 기판(122)을 보유는 크기 및 형상인 개구부(188)를 갖는 상부 부분(186)을 포함한다. 일반적으로 개구부(188)는 기판 지지 페데스탈(124)을 기준으로 실질적으로 중심설정된다. 일반적으로 어댑터(182)는 에칭을 견디고, 폴리이미드 세라믹 또는 석영과 같이 고온을 견디는 물질의 단일 부품으로 형성된다. 에지 링(126)은 기판 지지 페데스탈(124)에 어댑터(182)를 커버 및/또는 고정할 수 있다.
승강 메커니즘(138)은 어댑터(182) 및 기판(122)을 기판 지지 페데스탈(124)의 위 또는 아래로 하강 또는 승강시키기 위해 이용된다. 일반적으로, 승강 메커니즘(138)은 각각의 가이드 홀(136)을 통해 이동하는 다수의 리프트 핀(130)(하나의 리프트 핀이 도시됨)을 포함한다.
동작시, 기판(122)이 온도는 기판 지지 페데스탈(124)의 온도를 안정화시킴으로써 제어된다. 일 실시예에서, 기판 지지 페데스탈(124)은 저항성 히터(144) 및 히트 싱크(128)를 포함한다. 일반적으로 저항성 히터(144)는 적어도 하나의 가열 부재(134)를 포함하며 히터 전력 공급부(168)에 의해 조절된다. 가스 소스(156)로부터의 헬륨(He)과 같은 후방 가스가 기판 지지 페데스탈(124)과 기판(122) 사이의 열 전달이 용이하도록 기판(122) 아래에 형성된 채널들로 가스 도관(158)을 통해 제공된다. 프로세싱 동안, 기판 지지 페데스탈(124)은 후방 가스와 조합되어 기판(122)의 균일한 가열을 조장하는 정상-상태 온도로 저항성 히터(144)에 의해 가열될 수 있다. 이러한 열적 제어를 이용하여, 기판(122)은 섭씨 약 0 내지 350℃ 사이의 온도로 유지될 수 있다.
이온-라디칼 차폐물(170)은 기판 지지 페데스탈(124) 위의 프로세스 챔버(102)에 배치된다. 이온 라디칼 차폐물(170)은 플레이트로부터 접지로의 접지가 제공되지 않도록, 챔버 벽(104)과 기판 지지 페데스탈(124)로부터 전기적으로 접지된다. 이온-라디칼 차폐물(170)의 일 실시예는 실질적으로 평탄한 플레이트(172) 및 플레이트(172)를 지지하는 다수의 레그(176)를 포함한다. 프로세스 요구조건들과 호환되는 다양한 물질들로 구성될 수 있는 플레이트(172)는 플레이트(172) 내에 원하는 개구 면적을 한정하는 하나 이상의 개구부(구멍)를 포함한다. 이러한 개구 면적은 프로세스 챔버(102)의 상부 프로세스 볼륨(178)에 형성된 플라즈마로부터 이온-라디칼 차폐물(170)과 기판(122) 사이에 위치된 하부 프로세스 볼륨(180)으로 통과하는 이온의 양을 조절한다. 개구 면적이 클수록, 보다 많은 이온이 이온-라디칼 차폐물(170)을 통과할 수 있다. 이처럼, 구멍(174)의 크기는 볼륨(180)내의 이온 밀도를 조절하며, 차폐물(170)은 이온 필터로서 작용한다. 플레이트(172)는 스크린 또는 메쉬를 포함할 수 있으며, 스크린 또는 메쉬의 개구 면적은 구멍(174)에 의해 제공되는 원하는 개구 면적에 해당한다. 선택적으로, 플레이트와 스크린 또는 메쉬의 조합이 이용될 수 있다.
프로세싱 동안, 플라즈마로부터 전자 충돌의 결과로서 플레이트(172)의 표면상에 전위가 전개된다. 전위는 플라즈마로부터 이온들을 끌어당겨, 플라즈마로부터 이온들을 효과적으로 필터링하면서, 예를 들어, 라디칼과 같은 중성 종이 플레이트(172)의 구멍(174)을 통과하게 한다. 따라서, 이온-라디칼 차폐물(170)을 통과하는 이온의 양을 감소시킴으로써, 중성 종 또는 라디칼에 의한 마스크 에칭은 보다 제어된 방식으로 처리될 수 있다. 이는 레지스트의 부식 뿐만 아니라 패터닝된 물질층의 측벽 상에서 레지스트의 스퍼터링을 감소시켜, 결과적으로 에칭 바이스 및 임계치수 균일성이 개선된다.
본 발명은 선택적인 물질 및 구성을 포함하여, 이온-라디칼 차폐물(170)에 대한 다양한 환경을 제공한다. 예를 들어, 플레이트(172)를 위해 석영 또는 세라믹을 사용하는 것이 양극산화된 알루미늄을 사용하는 것보다 바람직할 수 있으며, 이는 알루미늄 플레이트에서는 와전류가 형성되어 프로세스 균일성에 악영향을 미치는 것으로 여겨지기 때문이다. 또 다른 실시예에서, 플레이트(172)는 약 4 이상의 유전 상수를 갖는 물질로 형성된다. 이러한 물질들의 예로는 세라믹, 예를 들어, 알루미나, 이트리아(이트리아 산화물), 및 K140(Kyocera로 부터 입수가능한 전매 물질) 등이 포함된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 이온-라디칼 차폐물(170)은 서로 상이한 적어도 하나의 특성을 갖는 2개의 구역 또는 세그먼트를 포함한다. 예를 들어, 차 폐물은 다양한 기하학구조(예를 들어, 크기, 형상 및 개구 면적)를 포함하여 상이한 구성을 갖는 다수의 구역을 포함할 수 있으며, 상기 구역은 동일한 또는 상이한 물질들로 구성되거나 또는 상이한 전위 바이어스를 갖도록 구성될 수 있다. 구역 구성, 물질 및/또는 전위 바이어스의 조합을 제공함으로써, 플라즈마의 이온 및 중성자들의 공간적 분포가 국한된 방식으로 변형될 수 있어, 에칭 균일성과 같은 프로세스 특성의 고객화(customization), 또는 국부적으로 강화된 또는 감소된 에칭률(마스크의 상이한 부분들에서 상이한 패턴 밀도로 조절되도록) 등이 허용된다. 예를 들어, 이러한 다중-구역 차폐물은 플라즈마 종 분포의 활성적 제어를 위해 사용될 수 있고 강화된 프로세스 제어를 허용한다.
일 실시예에서, 차폐물의 적어도 2개의 구역은 상이한 유전 상수를 가지는 상이한 물질로 형성된다. 적절한 물질로는 다양한 세라믹(예를 들어, 알루미나, 이트리아), 양극산화된 알루미늄, 석영, 약 4 보다 높은 유전 상수를 가지는 물질, 예를 들어 Kyocera로부터 입수가능한 K140 및 프로세스 케미스트리와 호환되는 다른 물질들이 포함된다. 또 다른 실시예에서, 차폐물은 주로 하나의 물질로 형성되나, 서로 물리적으로 분리된 또는 전기적으로 절연된 상이한 구역 또는 세그먼트로 분할된다. 이러한 구역들은 각각 상이한 전위로 독립적으로 바이어스될 수 있도록 구성된다. 선택적으로, 차폐물은 상이한 기하학구조 또는 공간적 구성, 물질 및/또는 전위 바이어스의 조합을 갖는 다수의 구역을 포함한다.
도 2a는 본 발명의 차폐물(170)의 일 실시예를 위에서 본 개략도이다. 본 실시예에서, 차폐물(170)은 다수의 구멍(174) 및 다수의 레그(176)를 가지는 플레 이트(172)를 포함한다. 플레이트(172)는 상이한 구역 또는 세그먼트(172A, 172B, 172C, 172D)로 분할된다. 적어도 2개의 구역은 세라믹(예를 들어, 알루미나 또는 이트리아), 석영, 양극산화된 알루미늄과 같은 상이한 물질 또는 프로세스 케미스트리와 호환되는 다른 물질로 형성된다. 상이한 유전 상수를 갖는 물질의 사용은 플라즈마 특성 및 에칭 결과의 조절을 가능케한다. 예를 들어, 높은 유전 상수의 물질로 구성된 구역은 낮은 유전 상수 물질로 형성된 다른 구역에 비해 높은 전하 충전이 야기시킨다. 따라서, 보다 많은 이온이 낮은 유전 상수 물질을 갖는 구역을 통과하게 된다.
선택적으로, 모든 구역들이 동일한 물질로 형성될 수도 있고 인접한 구역들은 도 2b에 도시된 것처럼 갭(172G) 또는 절연 물질에 의해 서로 분리될 수 있다. 갭을 갖는 구성에서, 인접한 구역들은 부가적으로 각각의 레그에 의해 지지되는 기계적 안정성을 제공하기 위해 하나 이상의 탭(173)(구역들과 상이한 물질로 형성)에 의해 선택적으로 접속될 수 있다. 또한, 하나 이상의 구역(172A, 172B, 172C, 172D)은 각각의 구역에 대해 독립적으로 제어될 수 있는 전위 바이어스를 공급하기 위해 각각의 전력원에 접속될 수 있다. 예를 들어, 구역(172A)은 구역(172B)으로부터 상이한 전위로 전력원(190A)에 의해 바이어스될 수 있다. 전력원 접속부는 도 2c에 도시되며, 이는 레그들(176)에 의해 기판 지지 페데스탈(124)과 결합된 구역(172A)의 단면도를 나타낸다. 전력원(190A)으로부터의 전기적 접속은 레그들(176)로부터 구역(172A)에 제공된다. 일반적으로, 포지티브 또는 네거티브 바이어스 전압이 하나 이상의 구역에 인가될 수 있다. 일 실시예에서, 약 0볼트 내지 약 500볼트의 DC 바이어스 전압이 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 약 0볼트 내지 약 100볼트, 또는 약 0볼트 내지 약 20볼트의 DC 바이어스 전압이 이용될 수 있다.
예를 들어, 포지티브 DC 바이어스 전압이 구역(172A)에 인가되고, 인접한 구역들(172B, 172D)은 바이어스되지 않는(예를 들어, 플로팅) 경우, 구역(172A)으로부터 방출된 포지티브 이온들은 구역(172B, 172D) 부근에 축적된다. 구역(172B, 172D) 부근의 전자들로부터 축적된 네거티브 전위에 의해 중성화되지 않는다면, 과도한 양의 포지티브 이온들은 상기 구역에 있는 구멍(174)을 통과하여 기판(122)의 에칭에 기여하게 된다. 따라서, 플레이트(172) 상의 하나 이상의 구역을 선택적으로 바이어싱함으로써, 이온-중성 차폐물(170)을 통과하는 이온들의 분포는 제어된 방식으로 변형되어, 결과적으로 에칭 결과에 상응하는 변화가 야기된다.
또 다른 실시예에서, 플레이트(172)는 플레이트(172) 상의 2개 위치에 대해 인가되는 전위 바이어스를 갖는 하나의 물질을 포함한다. 본 실시예에서는, 위치(172X, 172Y) 부근의 상이한 전위 바이어스의 2개의 구역들 사이에 갭 또는 물리적 분리가 없다. 이는 도 2d에 도시되어 있고, 여기서 2개의 전압원(190C, 190D)은 위치(172X, 172Y) 사이에 전위 변화를 제공하도록 접속된다. 일반적으로, 전위 변화는 플레이트(172) 상의 임의의 2개 위치에 대해 설정될 수 있다. 도 2d의 실시예에서, 위치(172X, 172Y)는 플레이트 중심부의 대향 측면 상에서, 주변부 부근의 직경(DD')을 따라 배치된다. 또 다른 실시예에서, 전위 변화는 플레이트(172)의 중심부 부근의 제 1 위치와 플레이트(172)의 주변부 부근의 제 2 위치 사이에서 적용된다. 플레이트(172)의 구멍(174)을 통과하는 플라즈마의 이온 및 중성 종의 분포는 전위 변화에 의해 변경된다.
도 3a-b는 차폐물(170)의 2개 실시예를 위에서 본 개략도로, 다양한 배치, 예를 들어 동심 링(도 3a)으로서 172A, 172B와 그리드 또는 슬라이스 패턴(도 3b)의 172A, 172B, 172C, 172D, 172E 및 172F의 상이한 구역을 나타낸다. 예를 들어, 동심 링 구성은 챔버의 불균일 가스 흐름 패턴에서 야기될 수 있는 에칭 불균일성(방사상 방향)을 보상하는데 유용할 수 있다.
각각의 실시예는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어 단일 물질로 구성되든지 또는 상이한 물질로 구성되든지 간에, 플레이트는 상이한 구역 구성을 포함하거나, 또는 플레이트에 대한 상이한 전위 바이어스가 공급될 수 있다.
또한, 플레이트(172)의 상이한 구역에서 구멍(174)은 크기, 공간 및 기하학적 배열이 변경될 수 있다. 구멍(174)은 일반적으로 0.03인치(0.07cm) 내지 약 3인치(7.62cm) 범위의 치수를 가지며, 플레이트(172)의 각각의 구역내에 약 2 퍼센트 내지 약 90 퍼센트로 개구 면적을 한정하도록 배열된다. 구멍(174)은 다른 기하학구조 또는 불규칙 패턴 및 다양한 치수로 배열될 수 있다. 구멍(174)의 크기, 형상 및 패터닝은 하부 프로세스 볼륨(180)에서의 원하는 이온 밀도에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 플레이트(172)의 특정 구역에서 작은 직경의 많은 구멍들은 볼륨(180)의 해당 영역에서의 이온 밀도 비율로 라디칼(또는 중성자) 대 이온 밀도 비율을 증가시키는데 이용된다. 선택적으로, 보다 많은 구멍들이 플레이트(172)의 구역내에서 작은 구멍으로 분산되어 볼륨(180)의 해당 영역에서의 이온 대 라디칼(또는 중성자) 밀도 비율을 증가시킬 수 있다.
도 2-3에 도시된 예는 주로 도시를 목적으로 한 것이며, 프로세스 특성이 특정 요구조건에 적합하도록 개별화될 수 있도록, 특정 마스크 패턴으로 조절되도록 설계된 구역 구성(예를 들어, 크기, 형상, 개구 면적, 물질 및/또는 바이어스)의 조합을 포함하는 다수의 상이한 변형들이 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 마스크가 상이한 패턴 밀도 또는 로딩 영역들을 갖는 경우, 이들 영역에 대해 요구되는 에칭률을 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 원하는 에칭 결과를 달성하기 위해 특정 마스크 패턴을 기초로 차폐물 플레이트(172) 상에 구역 또는 세그먼트를 구성하는 것이 가능하다. 도 4는 구역(172A, 172B)로 나뉜 플레이트(172)의 일 실시예를 상부에서 본 것으로, 구역(172A, 172B)의 공간적 구성은 상이한 패턴 밀도를 갖는 마스크 상에서의 개별 영역들에 해당하거나 또는 상기 개별 영역들과 상관된다. 예를 들어, 구역(172A)이 마스크의 레스트(rest) 보다 상대적으로 높은 에칭률을 요구하는 마스크 상의 영역들에 해당하는 경우, 구역(172A)은 이온 대 중성 종의 높은 비율을 제공하도록 큰 직경의 개구가 제공될 수 있다. 서택적으로, 구역(172A, 172B)은 구역(172A)을 통과하는 이온의 양(또는 이온 대 중성자 비율)이 구역(172B)에 비해 증가할 수 있도록, 상이한 유전 상수 및/또는 상이한 바이어스를 갖는 물질로 구성될 수 있다. 상이한 유전 상수 및/또는 상이한 바이어스를 갖는 물질로 구성된 구역을 제공함으로써, 구멍 크기만을 변경하여 얻어지는 것에 비해 이온 대 중성 종 비율의 보다 나은 제어가 달성될 수 있다.
이온-라디칼 차폐물(170)이 지지되는 높이는 에칭 프로세스 제어가 조장되도록 변할 수 있다. 이온-라디칼 차폐물이 실링(108)과 가깝게 위치될수록, 상부 프로세스 볼륨(178)은 작아져, 보다 안정된 플라즈마가 조장된다. 일 실시예에서, 이온-라디칼 차폐물(170)은 실링(108)으로부터 약 1인치(2.54cm)에 위치된다. 보다 빠른 에칭률은 이온-라디칼 차폐물(170)을 기판 지지 페데스탈(124) 및 기판(122)에 보다 가깝게 위치시킴으로써 얻어질 수 있다. 선택적으로, 보다 제어되기는 하지만 낮은 에칭률은 기판 지지 페데스탈(124)로부터 이온-라디칼 차폐물(170)을 보다 멀리 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 따라서 이온-라디칼 차폐물(170)의 높이를 조절함으로써 에칭률을 제어하여 보다 개선된 임계 치수 균일성 및 감소된 에칭 바이어스를 갖는 균형적인 빠른 에칭률이 허용된다. 일 실시예에서, 이온-라디칼 차폐물(170)은 기판 지지 페데스탈(124)로부터 약 2인치(5cm)에 배치된다. 이온-라디칼 차폐물(170)이 높이는 기판(122)과 실링(108) 간에 약 6인치(15.24cm)의 간격을 갖는 챔버에서 약 1.5인치(3.81cm) 내지 약 4인치(10.16cm) 범위일 수 있다. 이온-라디칼 차폐물(170)은 상이한 기하학적 크기를 가지는 챔버들, 예를 들면 보다 큰 챔버 또는 보다 작은 챔버에서 상이한 높이에 위치될 수 있다.
일반적으로 기판(122)을 기준으로 이격된 관계로 플레이트(172)를 지지하는 레그들(176)은 일반적으로 기판 지지 페데스탈(124) 또는 에지 링(126)의 외부 주변부 부근에 위치되며 플레이트(172)와 동일한 물질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 이온-라디칼 차폐물(170)을 지지하는데는 3개의 레그(176)가 이용된다. 일반적으로 레그들(176)은 기판(122) 또는 기판 지지 페데스탈(124)을 기준으로 실질 적으로 평행한 배향으로 플레이트(172)를 유지하지만, 가변 길이의 레그들(176)을 가짐으로써 각진 배향이 이용될 수 있다.
레그들(176)은 플레이트(172)에 형성된 해당 홀들로 레그들의 상단부에 끼워맞춰지거나, 또는 플레이트(172) 또는 플레이트(172)의 밑면에 고정된 브래켓(bracket) 속에 장착될 수 있다(threaded). 레그들(176)은 기판 지지 페데스탈(124), 어댑터(182), 또는 에지 링(126) 상에 위치되거나, 또는 기판 지지 페데스탈(124), 어댑터(182), 또는 에지 링(126)에 형성된 수용 홀들(미도시)로 연장될 수 있다. 특히 나사결합(screwing), 볼트결합(bolting), 본드결합(bonding)과 같이 프로세싱 조건과 일치하는 다른 종래의 고정 방법들도 사용될 수 있다. 에지 링(126)이 고정될 때, 이온-라디칼 차폐물(179)은 사용, 유지보수, 교체 등이 용이하도록 쉽게-교체가능한 프로세스 키트의 일부일 수 있다. 이온-라디칼 차폐물(170)은 현재 프로세스 챔버에서 쉽게 개조되도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 플레이트(172)는 챔버 벽(104) 또는 프로세스 챔버(102) 내의 다른 구조물에 부착된 브래켓(미도시)을 사용하는 것과 같은 다른 방식으로 기판 지지 페데스탈(124) 상에서 지지된다. 플레이트(172)가 챔버 벽(104) 또는 프로세스 챔버(102)의 다른 구조물에 부착될 때, 플레이트(172)는 일반적으로 접지(106)와 같은 임의의 접지 경로로부터 절연된다.
플라즈마 에칭 이전에, 하나 이상의 프로세스 가스가 예를 들어, 기판 지지 페데스탈(124) 위에 배치된 하나 이상의 입구(116)(예를 들어, 개구부, 인젝터, 노즐 등)을 통해, 가스 패널(120)로부터 프로세스 챔버(102)로 제공된다. 도 1의 실 시예에서, 프로세스 가스는 챔버 벽(104)에 결합된 가스 링(미도시) 또는 챔버 벽(104)에 형성될 수 있는 환형 가스 채널(118)을 사용하여 입구들(116)에 제공된다. 에칭 프로세스 동안, 프로세스 가스들은 플라즈마 전력원(112)으로부터 안테나(110)로 전력을 인가함으로써 플라즈마로 점화된다.
프로세스 챔버(102)의 압력은 트로틀 밸브(162) 및 진공 펌프(164)를 사용하여 제어된다. 챔버 벽(104)의 온도는 챔버 벽(104)을 통해 연장되는 액체-함유 도관들(미도시)을 사용하여 제어될 수 있다. 통상적으로, 챔버 벽(104)은 금속(예를 들어, 특히 알루미늄, 스테인레스 스틸)으로 형성되며 전기적 접지(106)에 결합된다. 또한 프로세스 챔버(102)는 프로세스 제어, 내부 진단, 엔드 포인트 결정 등을 위한 종래의 시스템들을 포함한다. 이러한 시스템을 총체적으로 지지 시스템(154)으로 도시했다.
제어기(146)는 중앙 처리 장치(CPU)(150), 메모리(148), 및 CPU용 지지 회로(152)를 포함하며 프로세스 챔버(102)의 부품들 및 하기에 보다 상세히 설명되는 에칭 프로세스의 부품들의 제어를 조장한다. 제어기(146)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 산업적 셋팅(setting)에서 이용될 수 있는 임의의 형태의 범용성 컴퓨터 프로세서일 수 있다. CPU(150)의 메모리, 또는 컴퓨터-판독가능 매체(642)는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드디스크, 또는 디지털 저장기, 로컬 또는 리모트와 같이 쉽게 입수가능한 하나 이상의 메모리일 수 있다. 지지 회로(152)는 종래의 방식으로 프로세서를 지지하기 위해 CPU(150)에 결합된다. 이러한 회로들로는 캐쉬, 전력원들, 클록 회로 들, 입/출력 회로 및 서브시스템 등이 포함된다. 본 발명의 방법은 일반적으로 소프트웨어 루틴으로서 메모리(148)에 저장된다. 선택적으로, 이러한 소프트웨어 루틴은 CPU(150)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격적으로 위치된 제 2 CPU(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 이온-라디칼 차폐물을 갖는 에칭 챔버에서 포토마스크 기판을 에칭하는 방법(500)을 나타낸다. 방법(500)은 기판이 프로세스 챔버에 있는 이온-라디칼 차폐물 아래에서 기판 지지 페데스탈 상에 위치 되는 단계(502)에서 시작된다. 차폐물은 예를 들어 물질 또는 전이 바이어스와 같이 서로 상이한 적어도 하나의 특성을 갖는 2개의 구역을 포함한다. 일반적으로 전형적인 기판은 석영 표면 상에 배치된 불투명한 광-차단층을 가지는 석영(즉, 실리콘 이산화물, SiO2)과 같은 광학적으로 투과성있는 실리콘계 물질을 포함한다. 포토마스크에 사용되는 전형적인 금속으로는 크롬 또는 크롬 산질화물이 포함된다. 또한 기판은 석영과 크롬 사이에 삽입된 몰리브덴(Mo)으로 도핑된 실리콘질화물(SiN)층을 포함할 수 있다.
단계(504)에서, 하나 이상의 프로세스 가스가 가스 입구를 통해 프로세스 챔버로 주입된다. 예시적인 프로세스 가스로는 금속층을 에칭하기 위해 일산화탄소(CO)와 같은 산소(O2) 또는 산소-함유 가스 및/또는 염소-함유 가스와 같은 할로겐-함유 가스를 포함할 수 있다. 프로세싱 가스는 불활성 가스 또는 다른 산소-함유 가스를 더 포함할 수 있다. 일산화탄소는 패터닝된 레지스트 물질 및 에칭된 금속층에 형성된 개구부들 및 패턴들의 표면, 특히 측벽 상에 패시베이팅 폴리머 증착물을 형성하는데 바람직하게 이용된다. 염소-함유 가스는 염소(Cl2), 사염화실리콘(SiCl4), 삼염화붕소(BCl3), 및 이들의 조합의 그룹에서 선택되며 금속층을 에칭하기 위해 반응성 라디칼을 공급하는데 사용된다.
예를 들어, Cl2는 10 내지 1000sccm의 유량으로 제공될 수 있으며, O2는 0 내지 1000sccm의 유량으로 제공될 수 있다. 5 내지 500W 사이의 기판 바이어스 전력이 정전기 척에 인가될 수 있고 기판은 약 150℃ 보다 낮은 온도로 유지된다. 프로세스 챔버의 압력은 약 1 내지 약 40mTorr 사이로 제어될 수 있다. 석영 또는 MoSi를 에칭하는 것과 같은 다른 실시예에서, 프로세스 가는 불소-함유 가스, 예를 들어 특히 트리플루오로메탄(CHF3), 테트라플루오로메탄(CF4)을 포함할 수 있다.
선택적으로, 단계(506)에서, DC 바이어스 전압은 이온-라디칼 차폐물의 적어도 하나의 구역에 인가된다. 단계(508)에서, 플라즈마는 예를 들어 플라즈마 전력원으로부터 안테나로 약 200 내지 약 2000W의 RF 전력을 인가함으로써, 이온-라디칼 차폐물 위의 프로세스 볼륨에서 하나 이상의 프로세스 가스로부터 형성된다. 플라즈마로부터의 이온 및 중성 종들은 이온-라디칼 차폐물에 대해 플라즈마 및 인가된 바이어스 전압에 의해 설정된 전위에 의해 결정된 분포 패턴에 따라 이온-라디칼 차폐물을 통과한다. 기판은 하부 프로세스 볼륨의 이온 및 중성 종에 의해 에칭된다.
지금까지 본 발명의 실시예에 관한 것이었지만, 본 발명의 다른 실시예들이 하기 본 발명의 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 기본 사상 및 개념을 이탈하지 않고 고안될 수 있다.
도 1은 차폐물을 갖는 에칭 반응기의 개략도.
도 2a-b는 도 1의 차폐물의 2개 실시예를 상부에서 본 개략도.
도 2c는 차폐물의 일부분의 개략적 단면도.
도 2d는 차폐물에 대한 전위 바이어스를 나타내는 일 실시예를 상부에서 본 개략도.
도 3a-b는 차폐물의 2개의 선택적 실시예를 상부에서 본 개략도.
도 4는 차폐물의 또 다른 실시예를 상부에서 본 개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 포토마스크를 에칭하는 방법의 흐름도.

Claims (20)

  1. 플라즈마 에칭 장치로서,
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되는 지지 페데스탈 - 상기 지지 페데스탈의 상부에는 포토마스크가 수용됨 - ;
    상기 챔버 내에서 플라즈마를 형성하는 RF 전력원; 및
    상기 챔버내에서 상기 페데스탈 위로 배치되는 차폐물
    을 포함하며, 상기 차폐물은 다수의 구멍을 가지는 플레이트를 포함하며, 상기 플레이트는 2개의 구역을 포함하며, 상기 2개의 구역은 서로 상이한 적어도 하나의 특성을 가지며, 상기 적어도 하나의 특성은 물질 또는 전위 바이어스 중 하나인, 플라즈마 에칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 구역 각각은 서로 상이한 유전 상수를 갖는 물질을 포함하며, 상기 물질은 양극산화된 알루미늄, 세라믹, 알루미나, 이트리아, 및 4 이상의 유전 상수를 갖는 물질들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 플라즈마 에칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 2개의 구역은 서로 상이한 2개의 개구 면적에 의해 특성화되며, 상기 2개의 개구 면적은 상기 다수의 구멍으로부터 하나 이상의 구멍들에 의해 한정되는, 플라즈마 에칭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 구역은 각각 서로 상이한 전위 바이어스를 갖는, 플라즈마 에칭 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 2개의 구역은 물리적으로 서로 분리되는, 플라즈마 에칭 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 웨지, 동심 링 또는 그리드 패턴 중 적어도 하나로 배열되는 구역들을 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 구역은 상이한 패턴 밀도들에 의해 특성화되는 상기 포토마스크 상의 개별 영역들과 상관되는 공간 구성들을 갖는, 플라즈마 에칭 장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 2개의 구역은 서로 상이한 전위 바이어스를 갖는, 플라즈마 에칭 장치.
  12. 포토마스크를 에칭하는 방법으로서,
    지지 페데스탈을 포함하는 프로세스 챔버를 제공하는 단계;
    상기 지지 페데스탈 위로 차폐물을 제공하는 단계 - 상기 차폐물은 각각 다수의 구멍을 포함하는 제 1 구역 및 제 2 구역을 갖는 플레이트를 포함하며, 상기 제 1 구역은 상기 제 2 구역과 상이한 물질 또는 전위 바이어스 중 적어도 하나를 가짐 - ;
    상기 페데스탈 상에 포토마스크를 위치시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버로 프로세스 가스를 주입하는 단계;
    상기 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 플레이트를 통과하는 이온 및 중성 종들로 상기 포토마스크를 에칭하는 단계
    를 포함하는, 포토마스크 에칭 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나의 물질로 이루어진 제 1 구역을 제공하는 단계; 및
    상이한 물질로 이루어진 제 2 구역을 제공하는 단계
    를 더 포함하는, 포토마스크 에칭 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역의 물질은 양극산화된 알루미늄, 세라믹, 알루미나, 이트리아, 및 4 이상의 유전 상수를 갖는 물질들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 포토마스크 에칭 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에 상기 제 2 구역과 상이한 전위 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는, 포토마스크 에칭 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    하나의 물질로 이루어진 플레이트를 제공하는 단계; 및
    상기 플레이트 상의 2개 위치에 대한 전위 변화를 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 포토마스크 에칭 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 구역의 제 2 개구 면적과 상이한 제 1 개구 면적을 갖는 제 1 구역을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 개구 면적 및 제 2 개구 면적은 각각의 구역에 있는 다수의 구멍에 의해 한정되는, 포토마스크 에칭 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 플라즈마 에칭 장치로서,
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버에 배치되는 지지 페데스탈 - 상기 지지 페데스탈 상부에는 포토마스크가 수용됨 -;
    상기 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 RF 전력원; 및
    상기 챔버내에서 상기 페데스탈 위로 배치되는 차폐물
    을 포함하며, 상기 차폐물은 다수의 구멍을 갖는 플레이트를 포함하며, 상기 플레이트는 2개의 구역을 포함하며, 상기 2개의 구역은 서로 상이한 적어도 하나의 특성을 가지며, 상기 적어도 하나의 특성은 물질 또는 전위 바이어스 중 하나이며, 상기 플레이트는 이트리아 및 4 이상의 유전 상수를 가지는 물질로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
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