KR100960759B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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복 현 김
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Abstract

유전체층을 플라즈마 증착하기 위해 플라즈마 불안정성을 감소시키는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 상기 방법은 플라즈마 처리 챔버에 기판을 제공하는 단계, 챔버에 가스 혼합물을 흘려보내는 단계, 챔버에 플라즈마가 형성되도록 전극에 RF 전력을 인가하는 단계, 및 DC 바이어스 정보를 수집하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 플라즈마를 처리하는 방법은 다수의 플라즈마 생성 이벤트에 대한 DC 바이어스 정보를 얻는 단계 및 DC 바이어스 정보로부터 RF 전력 인가 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 방법{METHOD FOR PLASMA PROCESSING}
도 1은 플라즈마 처리 방법의 적어도 일 실시예를 구현할 수 있는 데이터 획득 시스템을 갖춘 예시적인 플라즈마 처리 챔버에 대한 일 실시예의 단면도;
도 2는 플라즈마 처리 방법의 일 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 획득 시스템으로부터 얻어진 DC 바이어스 트레이스;
* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *
100 ; PECVD 챔버 102 : 몸체
104 : 뚜껑 108 : 가스 분배 어셈블리
118, 120 : 처리 영역 119 : 가스 패널
128 : 페데스탈 134 : 시스템 제어기
138 : 메모리 140 : 가스 인입 통로
142 : 샤워헤드 146 : 블로커 플레이트
148 : 매니폴드 160 : 전압 프로브
162 : 데이터 획득 시스템 164 : CPU
164 : 지지 회로
302, 304, 306 : RF 전력 인가 트레이스
본 발명은 전반적으로 반도체 처리 기술에 관한 것으로, 특히 다른 플라즈마 프로세스들 중에서도, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 프로세스에 적합한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
집적회로 제조시, 다양한 물질층들을 증착 또는 에칭하기 위해 종종 플라즈마 프로세스가 이용된다. 플라즈마 처리는 열처리에 있어 다양한 장점을 제공한다. 예를 들면, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)은 증착 프로세스들이 낮은 온도에서 그리고 유사한 열적 프로세스들에서 달성될 수 있는 것보다 높은 증착률로 수행될 수 있게 한다. 따라서, PECVD는 VLSI 또는 ULSI 장치 제조와 같이, 열적 예산이 엄격한 집적회로 제조에 있어 바람직하다.
집적회로 제조시 플라즈마 처리로 인해 직면하게 되는 문제점 중 하나는 전계 변화와 같이, 장치가 불균일한 플라즈마 조건에 노출되어 손상될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 플라즈마 점화 동안 발생하는 RF 전력 돌입(in-rush)은 프로세스 영역에 불균일한 플라즈마 발생 및 분포를 야기할 수 있다. 장치의 손상 민감도(susceptibility) 또는 장치의 손상 정도는 장치 제조 단계 및 특정 장치의 설계에 따라 좌우된다. 예를 들어, 비교적 큰 안테나 비율(게이트 면적에 상호접속되는 금속 면적)을 갖는 기판은 플라즈마 점화 동안 작은 안테나 비율을 가지는 기판 보다 아킹에 더 민감하다. 또한, 비교적 큰 안테나 비율을 갖는 기판은 전하를 수집하여 전하 효과를 증폭시키는 경향이 있어, 기판상에 형성되는 장치의 아킹과 같은 플라즈마 손상에 대한 민감도를 증가시킨다. 기판상에 증착된 절연층 또는 유전층을 포함하는 장치는 유전체층의 표면상에 축적되는 전하 및/또는 전위 변화로 인해 손상되기 쉽다.
부가적으로, 기판상에 전기 변화의 증대 또는 전하의 축적은 파괴성 전류(destructive current)가 금속화된 물질의 부분들로 유도되게 할 수 있다. 유도된 전류는 유전체층들 사이 및/또는 처리 환경(예를 들어, 시스템 부품)에 아킹을 유도한다. 아킹은 장치 파손 및 낮은 제품 수율을 유도할 뿐만 아니라, 처리 시스템의 부품들을 손상시킬 수 있어, 시스템 부품의 유효 수명을 단축시킨다. 손상된 시스템 부품들은 프로세스 변화를 야기하거나 또는 미립자 생성에 기여하여, 제품 수율을 보다 더 감소시킬 수 있다. 장치의 피쳐 크기가 감소되고 유전체층이 얇아짐에 따라, 불안정한 및/또는 불균일한 플라즈마 분포의 방지는 최종 장치의 전기적 성능 및 제품 수율을 보장, 및 시스템 부품의 서비스 수명을 연장시키고 시스템 운용 비용을 관리하는 데 있어 점점 중요시되고 있다.
따라서, 개선된 플라즈마 처리 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 불안정 및/또는 불균일한 플라즈마 분포를 방지하여, 전기 장치의 성능 및 제품 수율을 보장하고, 시스템 부품의 서비스 수명을 연장시키는 개선된 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리 방법들을 제공한다. 일 실시예에서, 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 처리 챔버에 기판을 제공하는 단계, 챔버에 가스 혼합물을 흘려보내는 단계, 챔버에 플라즈마가 형성되도록 전극에 RF 전력을 인가하는 단계, 및 전극의 DC 바이어스를 수집하는 단계를 포함한다.
또 다른 예에서, 플라즈마 처리 방법은 다수의 플라즈마 발생 이벤트에 대한 DC 바이어스 정보를 획득하는 단계 및 DC 바이어스 정보로부터 RF 전력 인가 비율을 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예에서, 플라즈마 처리 방법은 상이한 RF 전력 인가 비율을 사용하여 다수의 기판을 플라즈마 처리하는 단계, 각각의 전력 인가 비율과 관련된 처리를 나타내는 메트릭(metric)을 얻는 단계, 처리를 조장하는 메트릭으로부터 전력 인가 기준(criteria)을 결정하는 단계, 및 전력 인가 기준에 의해 정의된 전력 인가 파라미터로 기판을 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다.
앞서 개시된 본 발명의 특징들은 하기 본 발명의 상세한 설명을 통해 보다 명확히 이해될 것이며, 본 발명의 실시예들은 첨부되는 도면에 도시된다.
그러나 주목할 것은, 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 일례를 나타내는 것으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니며, 등가의 유효 실시예들이 허용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 플라즈마 처리 방법을 포함한다. 상기 방법들은 플라즈마 불안정성의 감소 및/또는 기판 처리 개선에 이용될 수 있다. 플라즈마 프로세스는 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 어닐링 프로세스, 표면 처리 프로세스 또는 다른 적절한 플라즈마 프로세스의 일부일 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에 제공되는 방법은 처리과정 동안 인가되는 RF 전력의 램프-업 속도를 최적화시킴으로써 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마 안정성을 바람직하게 개선한다. 50,000 이상의 안테나 비율의 패터닝된 구조물을 갖춘 기판은 플라즈마 프로세스 동안 발생할 수 있는 방전 효과를 증폭 및/또는 강화시키기 위해 이용된다. 데이터 획득 시스템은 프로세스 동안, RF 전력 램프-업 비율을 최적화시키는데 이용되는 DC 바이어스 정보를 수집하는데 이용된다. RF 전력 램프-업 비율은 램프업 동안 원하는 값보다 작은 DC 바이어스 편차가 얻어지도록 최적화된다. RF 전력 램프업 비율의 최적화는 처리 챔버에서 발생되는 플라즈마가 챔버내의 기판 양단에 균일하게 분포되도록 허용하여, 실질적으로 방전 효과 및 아킹 손상을 감소시켜, 챔버 부품의 수명을 연장시키면서 강건한(robust) 제품 수율을 제공한다.
도 1은 바이어스 전압 정보를 수집하는 데이터 획득 시스템(162)을 갖춘 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 챔버(100)의 개략적 단면도이다. 본 발명에 바람직하게 이용될 수 있는 PECVD 챔버로는 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 입수가능한 Producer
Figure 112007045101585-pat00001
CVD 챔버가 있다. 다른 제조업자로부터 이용가능한 것들을 포함하여, 다른 플라즈마 처리 챔버가 본 발명의 실시에 적용될 수 있다.
챔버(100)는 개별 처리 영역(118, 120)을 한정하는 몸체(102)를 포함한다. 각각의 처리 영역(118, 120)은 챔버(100) 내에서 기판(미도시)을 지지하도록 구성된 페데스탈(128)을 포함한다. 페데스탈(128)은 가열 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 페데스탈(128)은 스템(126)에 의해 각각의 처리 영역(118, 120)의 페데스탈(128)의 상승을 제어하는 구동 시스템(103)에 결합된다. 내부 이동식 리프트 핀들(미도시)이 페데스탈(128)에 제공되어 페데스탈(128) 상에 배치되는 기판의 이동을 용이하게 할 수 있다. 리프트 핀들은 요구에 따라 페데스탈(128)로부터 기판을 상승 또는 하강시키도록 구성된다.
뚜껑(lid)(104)은 챔버 몸체(102)의 상부 부분에 결합된다. 뚜껑(104)은 매니폴드(148), 블록커 플레이트(146) 및 샤워헤드(142)를 포함하는 가스 분산 어셈블리(108)를 포함한다. 가스 인입 통로(140)는 가스 분산 어셈블리(108)에 포함되며 샤워헤드(142)를 통한 처리 영역(118, 120)으로의 처리 가스 흐름이 용이하도록 가스 패널(119)에 결합된다. 샤워헤드(142)는 페데스탈(128) 상에 위치되며 처리 영역(118, 120)으로 처리 가스 혼합물을 분산시킨다. 또한, 샤워헤드(142)는 다양한 가스가 다양한 유량 및/또는 다양한 체적 분포로 챔버(100)에 방출되도록, 상이한 구역들을 포함할 수 있다.
샤워헤드(142)와 페데스탈(128) 사이에서 플라즈마 발생이 용이하도록 샤워헤드(142)에 바이어스 전위를 제공하기 위해 RF(무선 주파수) 소스(125)가 이용된다. 샤워헤드(142) 및 페데스탈(128)은 이격된 한 쌍의 전극을 형성하여 처리 영역(118, 120)에 처리 가스 혼합물의 존재시 플라즈마 발생을 촉진시킨다. 일반적으로, 소스(125)는 RF 발생기(미도시) 및 매칭 네트워크(미도시)를 포함한다. RF 소스(125)는 샤워헤드(142)에 단일 또는 혼합 주파수의 RF 신호 주파수를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 일반적으로 소스(125)는 약 50kHz 내지 60MHz 범위의 RF 신호 주파수에서 5000W에 이르는 연속형 또는 펄스형 전력을 생성할 수 있다. 선택적으로, RF 소스(125)는 페데스탈(128) 또는 샤워헤드(142)와 페데스탈(128) 모두와 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 페데스탈(128)은 플라즈마-강화 화학적 기상 증착 프로세스에서 챔버 몸체(102) 내에 RF 바이어스를 생성하기 위한 캐소드로서의 역할을 한다. 캐소드는 증착 챔버(100)에 용량성 전계를 생성하기 위해 전극 전력원(미도시)에 전기적으로 결합된다. 페데스탈(128)에 인가되는 전력은 기판의 상부 표면 상에 네거티브 전압 형태의 기판 바이어스를 생성한다. 이러한 네거티브 전압은 챔버(100)에 형성된 플라즈마로부터의 이온들이 기판의 상부 표면을 공격하도록 이용된다. 용량성 전계는 증착 동안 보다 수직으로 배향되는 기판의 이방성 막형성(filming) 및 세정 동안 기판의 에칭을 제공하기 위해 기판을 향해 유도적으로 형성된 플라즈마 종들을 가속하는 바이어스를 형성한다.
데이터 획득 시스템(162)은 샤워헤드(142) 또는 페데스탈(128)중 적어도 하나에 결합되어 챔버(100) 내에 플라즈마를 생성하는 적어도 하나의 전극의 바이어스 전압을 수집하는데 이용된다. 데이터 획득 시스템(162)은 예정된 시간 주기에 대한 데이터 샘플들을 수집하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 획득 시스템(162)은 샤워헤드(142)에 결합된 전압 프로브(160)로부터 초당 10 밀리언에 이르는 데이터 샘플을 수집할 수 있다.
처리과정 동안, 처리 가스들은 기판 표면에 양단에 방사상 분포된다. RF 전력원(125)으로부터의 RF 에너지를 샤워헤드(142)에 인가함으로써 하나 이상의 처리 가스로부터 플라즈마가 생성된다. RF 전력이 샤워헤드(142)에 인가됨에 따라, 데이터 획득 시스템(162)은 샤워헤드(142)에서 발생된 바이어스를 수집하도록 동작한다.
시스템 제어기(134)는 중앙 처리 유닛(CPU)(164), 메모리(138), 및 프로세스 시퀀스를 제어하고 가스 패널(119)로부터의 가스 흐름을 조절하는데 이용되며 챔버(100)에 결합되는 지지 회로(166)를 포함한다. CPU(164)는 산업 기준(industrial setting)에 이용될 수 있는 임의의 형태의 범용성 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴은 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장기와 같은 메모리(138)에 저장될 수 있다. 통상적으로 지지 회로(166)는 CPU(164)에 결합되며 캐쉬(cache), 클록 회로, 입/출력 서브시스템, 전력원 등을 포함할 수 있다. CPU(164)에 의해 수행될 때, 소프트웨어 루틴은 프로세스들이 본 발명에 따라 수행되도록, 처리 챔버(100)를 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)(134)로 CPU를 변형시킨다. 또한, 소프트웨어 루틴은 챔버(100)로부터 원격적으로 위치된 제 2 제어기(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 2는 챔버(100) 또는 다른 적절한 플라즈마 처리 챔버에서 수행될 수 있는 플라즈마 처리 방법(200)의 일 실시예에 대한 프로세스 흐름도를 나타낸다. 일 실시예에서, 방법(200)은 샤워헤드(142)의 DC 바이어스를 추적하기 위한 데이터 획득 시스템(162) 또는 바이어스 전압을 나타내는 메트릭(metric)을 제공할 수 있는 다른 전극을 이용함으로써 플라즈마를 점화시키기 위해 인가되는 RF 전력의 인가 파 라미터를 최적화시키도록 수행된다. RF 전력 인가 파라미터는 RF 램프-업 주기 동안 램프-업 속도, 램프-업 주기, RF 신호 물리적 특성(주파수, 주파수 혼합, 주파수 변화, 진폭, 진폭 변화, 전력 인가 곡선 형상 등)을 포함한다.
방법(200)은 단계(202)에서 챔버(100)에 기판을 제공함으로써 시작된다. 기판 상부에는 전위 아킹 또는 플라즈마에 노출될 때 기판에 대한 방전 불균일성을 증폭시키기 위해 비교적 큰 안테나 비율을 갖는 패터닝된 구조물이 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 그 상부에 약 50,000 보다 큰 안테나 비율을 갖는 패터닝된 구조물을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은 약 700,000 보다 큰 안테나 비율을 갖는 패터닝된 구조물을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은 제조 웨이퍼 상에 배치된 구조물과 유사하게 패터닝된 구조물을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은 제조 웨이퍼 또는 다른 제품일 수 있다.
단계(204)에서, 하나 이상의 가스들이 챔버로 유입된다. 챔버에 공급되는 가스 또는 가스 혼합물은 챔버에서 수행되는 하나 이상의 프로세스들을 수행 또는 시뮬레이션하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 가스는 열적으로 분해되어 기판상에 비정질 탄소막과 같은 유전체층을 증착할 수 있다. 증착, 에칭, 어닐링 또는 열처리, 또는 에칭 프로세스를 포함하는 다른 플라즈마 프로세스가 수행될 수 있을 것으로 간주된다. 일 실시예에서, 가스 혼합물은 아르곤(Ar) 및/또는 헬륨(He)과 같은 불활성 가스 및 탄화수소 화합물을 포함한다. 탄화수소 화합물은 일반식 CxHy를 가지며, x는 1 내지 6 사이의 범위를 가지며 y는 2 내지 14의 범위를 갖는다. 예를 들어, 프로필렌(C3H6), 프로핀(C3H4), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 부틸렌(C4H8), 부타디엔(C4H6), 또는 아세틸렌(C2H2), 및 이들의 조합이 탄화수소 화합물로 이용될 수 있다. 유사하게, 수소(H2), 질소(N2), 암모니아(NH3), 또는 이들의 조합과 같은 다양한 가스들이 가스 혼합물에 첨가될 수 있다. 실시예로서, 가스 혼합물은 C3H6, He 및 Ar을 포함한다.
처리 파라미터는 가스 혼합물이 챔버(100)에 공급되는 동안 단계(204)에서 조절된다. 일 실시예에서, 챔버에 분산되는 가스 혼합물의 압력은 약 1 Torr 내지 약 30 Torr, 예를 들어 약 4 Torr 내지 약 10Torr 사이로 조절된다. 기판 온도는 약 75℃ 내지 약 600℃, 예를 들어 약 200℃ 내지 약 550℃ 사이로 유지된다. 샤워헤드(142)와 기판 페데스탈(128) 사이의 간격은 약 50mils 내지 약 2000mils, 예를 들어 약 200mils 내지 약 400mils 사이로 설정된다. C3H6과 같은 탄화수소 화합물의 가스 흐름은 약 200sccm 내지 약 4000sccm, 예를 들어 약 600sccm 내지 약 1800sccm 사이의 유량으로 챔버에 제공된다. Ar과 같은 불활성 가스의 흐름은 약 0sccm 내지 약 10000sccm, 예를 들어 약 0sccm 내지 약 4000sccm 사이의 유량으로 챔버에 유입된다. 불활성 가스가 He인 실시예에서, He 가스 흐름은 약 0sccm 내지 약 2000sccm, 예를 들어, 약 200sccm 내지 약 1000sccm 사이의 유량으로 챔버에 제공된다.
단계(206)에서, 챔버(100) 내에서 가스 혼합물로부터 플라즈마를 생성하기 위해 챔버(100)의 샤워헤드(142)에 RF 전력이 인가된다. 샤워헤드(142)의 DC 바이어스 편차는 RF 전력 인가 동안 모니터링된다. RF 전력 인가에 대한 최적화된 파라미터를 얻기 위해, 플라즈마 프로세스는 다중의 DC 바이어스 데이터 세트가 수집될 수 있도록 상이한 RF 전력 인가를 이용하여 수행된다. 인가 파라미터는 상이한 전력 인가율, 전력이 램프-업되는 상이한 시간 주기 및/또는 최적의 동작 설정점을 검출하도록 분석될 수 있는 다른 파라미터 변화를 가질 수 있다. 예를 들어, RF 램프-업은 RF 전력 인가를 최적화시키기에 적합한 데이터 세트를 생성하기 위해 약 20와트/초 약 5000와트/초 사이, 예를 들어, 약 50 와트/초 내지 1000와트/초 사이의 전력 인가를 가지는 속도에 대해 샘플링될 수 있다. 예정된 범위로의 RF 전력에 대한 램프-업 시간 주기는 0.1초 내지 100초로 설정된다.
단계(206)에서 인가되는 RF 전력은 비정질 탄소 또는 다른 막을 증착하기에 적합한 최종 설정점 값으로 RF 전력을 램프-업할 수 있다. 일 실시예에서, 비정질 탄소 증착 프로세스에 대한 최종 설정점 값은 약 500와트 내지 약 2000와트 사이로 설정될 수 있는 반면, 300mm 기판 처리 챔버에서 약 0.15 W/cm2/sec 내지 약 0.75 W/cm2/sec 사이의 속도에서 RF 전력 밀도가 램프-업된다. 또 다른 예에서, 최종 설정점 값은 약 50 와트 내지 약 500와트 사이의 범위인 반면, 300mm 기판 처리 챔버에서 약 0.01 W/cm2/sec 내지 약 0.75 W/cm2/sec 사이의 속도에서 RF 전력 밀도가 램프-업된다.
단계(208)에서, 샤워헤드(142)에 결합된 데이터 획득 시스템(162)은 RF 램프-업 동안 얻어진 DC 바이어스 정보를 수집하도록 동작한다. 데이터 획득 시스템(162)은 예정된 시간 간격에 걸쳐 전압 프로브(160)로부터 샤워헤드(142)의 DC 바이어스 값을 수집하고 수신한다. 일 실시예에서, 데이터 획득 시스템(162)은 약 0.1 밀리초(ms) 내지 약 500 밀리초(ms) 마다, RF 전력이 안정화되거나 종료될 때까지 DC 바이어스의 메트릭을 샘플링한다. 또 다른 예에서, 데이터 획득 시스템(162)은 약 80ms 내지 약 250ms 마다, 이를테면 200ms 마다 DC 바이어스의 메트릭을 샘플링한다.
단계(210)에서, RF 전력은 비정질 탄소 또는 다른 막을 증착한 후 종료된다. 단계(212)에서, 챔버 속으로의 가스 혼합물 흐름은 중단되고 챔버 트로틀 밸브가 개방되어 RF 전력 종료 이후 챔버로부터 처리 가스 혼합물을 제거한다. 기판은 순차적으로 처리 챔버로부터 제거된다.
단계들(202-212)은 상이한 검사 결과들을 비교함으로써 프로세스 분석이 용이하도록, 도 2에 도시된 루프(218)에 의해 표시된 것처럼, 상이한 RF 전력 인가 파라미터, 램프-업 비율 설정치 및/또는 상이한 전력 인가 주기를 이용하여 처리되는 기판들로부터 다수의 DC 바이어스 데이터 세트를 얻도록 반복적으로 수행될 수 있다. 데이터 세트들은 상이한 프로세스 조건에 대한 샤워헤드의 DC 바이어스 편차 및 막 특성(및/또는 장치 성능) 간의 관계에 대한 정보를 제공한다.
단계(214)에서, DC 바이어스 데이터 세트는 데이터 획득 시스템(162), 제어기(134) 또는 다른 프로세서 중 하나에 의해 분석된다. 처리되는 기판은 스캐닝 전자 현미경(SEM), 두께 측정 장치, 광학적 측정 장치, 컨덕턴스 측정 장치 또는 기판 및/또는 장치 처리, 성능 및/또는 물리적 특성을 평가하는데 적합한 다른 장치와 같은, 검사 장치에 의해 검사되고 평가될 수 있다.
도 3은 RF 전력의 단계적 인가로 처리되는 동일한 안테나 비율을 가지는 기판에 대한 DC 바이어스 트레이스(302)와 비교되는 상이한 RF 전력 램프-업 속도를 이용하여 수행되는 프로세스에 대한 몇 가지 DC 바이어스 트레이스(304, 306)를 나타낸다. RF 전력의 단계적 인가(예를 들어, 9999Watts/s)에 노출될 때(302) 기판은 처리 챔버에 아킹을 나타내며 기판 표면 상에 미립자 오염물을 갖는다. 샤워헤드(142)에 인가되는 RF 전력의 단계적 인가는 기판의 국부적 영역에 원치않는 플라즈마 방전을 조장하는 샤워헤드의 DC 바이어스(10볼트 이상)의 큰 변동(302)을 생성한다. 큰 안테나 비율을 갖는 기판은 방전 효과를 증폭시키는 경향이 있어, RF 스파이크에 노출되는 처리 챔버 및/또는 기판은 손상될 수 있다.
DC 바이어스 트레이스(306)는 트레이스(304)처럼 안정하지는 않지만, 단계적 RF 전력 인가 트레이스(302)에 비해 보다 안정한 프로세스를 나타낸다. DC 바이어스 트레이스(304)는 정상상태 처리 조건에 대해 전력 인가로부터 평활한 변이를 갖는다. DC 바이어스의 평활한 변이는 처리 영역내에서 안정한 플라즈마 생성 및 균일한 플라즈마 분포를 갖는 프로세스를 나타내며, 이는 전하 축적 및 아킹이 최소화된다. 부가적으로, 이러한 방식으로 처리된 기판들은 큰 DC 변동 바이어스를 갖는 프로세스로 처리된 기판들과 비교할 때 높은 제품 수율을 갖는다. 불균일한 플라즈마 분포로 인한 국부적 전하 소거는 기판 및 시스템 부품 상에서 아킹 및 결함 생성을 바람직하게 최소화시켜, 보다 높은 제품 수율을 조장하고 처리 챔버 부품들 의 서비스 수명을 연장시킨다.
단계(216)에서, RF 전력의 최적화되 램프-업 속도는 DC 바이어스 정보를 분석함으로써 결정된다. 또한 검사 결과는 보다 적은 오염 및/또는 프로세스 손상을 나타내는 램프-업 속도를 결정하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 1볼트와 같이 3볼트 미만의 RF 램프-업 동안 DC 바이어스에서 측정된 편차는 양호한 처리 결과를 가능케 한다. 또 다른 예에서, 처리된 기판의 검사는 5볼트 미만의 DC 바이어스 편차는 비교적 높은 제품 수율 및 허용가능한 미립자 카운트를 제공한다는 것을 나타낸다. 1볼트와 같이 3볼트 미만의 DC 바이어스 편차를 달성하기 위해, 최적화된 램프-업 속도는 앞서 개시된 비정질 탄소 증착 프로세스에 대해 약 100 Watts/s 내지 500 Watts/s 사이의 범위에서 선택된다. 최적화된 RF 램프-업 속도의 선택 범위는 아킹이 없는 프로세스 조건을 제공하여, 프로세스 부품의 서비스 수명 연장 및 강건한 제품 수율을 효과적으로 제공한다. 물론, 다른 프로세스들은 상이한 최적화 속도를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 플라즈마 처리 챔버에서의 플라즈마 불안정성을 감소시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 바람직하게 RF 전력 램핑 속도를 최적화시킴으로써 플라즈마의 안정성 및 균일성을 조장한다. 최적화된 프로세스는 기판 및 처리 시스템에 대한 전위 플라즈마 손상을 최소화시켜, 시스템 부품의 서비스 수명을 연장시키고 강건한 제품 수율을 조장한다.
지금까지 본 발명의 실시예에 대해 개시되었지만, 본 발명의 다른 특징 및 실시예들이 하기 첨부되는 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 기본 사상 및 범주를 이탈하지 않고 고안될 수 있다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 처리 방법으로서,
    플라즈마 처리 챔버에 기판을 제공하는 단계;
    상기 챔버에 가스 혼합물을 흘려보내는 단계;
    상기 챔버에 플라즈마가 형성되도록 전극에 RF 전력을 인가하는 단계;
    상기 전극의 DC 바이어스를 나타내는 메트릭(metric)을 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 메트릭에 응답하여 상기 전극에 인가되는 RF 전력의 인가 파라미터를 조절하는 단계
    를 포함하며, 상기 기판은 50,000 보다 큰 안테나 비율을 갖는 패터닝된 구조물을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    처리를 나타내는 데이터를 얻기 위해 처리 이후 상기 기판을 검사하는 단계; 및
    상기 인가 파라미터에 대한 조절을 결정하기 위해 상기 얻어진 데이터와 상기 수집된 메트릭을 상관시키는 단계
    를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인가 파라미터를 조절하는 단계는 RF 전력 램프-업 속도를 조절하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 RF 전력 램프-업 속도는 200 Watts/second 내지 5000 Watts/second 사이인, 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인가 파라미터를 조절하는 단계는 RF 전력 램프-업 주기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 유전체막을 증착하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체막은 비정질 탄소막인, 플라즈마 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물을 흘려보내는 단계는 상기 챔버 속으로 탄화수소 화합물 및 적어도 하나의 불활성 가스를 포함하는 가스 혼합물을 흘려보내는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄화수소 화합물은 C3H6, C3H4, C3H8, C4H10, C4H8, C4H6 및 C2H2로 이루어진 그룹에서 선택되는, 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극의 DC 바이어스를 나타내는 메트릭을 수집하는 단계는 상기 처리 챔버에 배치된 샤워헤드의 DC 바이어스를 감지하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  14. 플라즈마 처리 방법으로서,
    다수의 플라즈마 발생 이벤트들에 대한 DC 바이어스 정보를 얻는 단계;
    적어도 하나의 상기 플라즈마 발생 이벤트들 동안 50,000 보다 큰 안테나 비율을 갖는 기판을 플라즈마에 노출하는 단계; 및
    상기 DC 바이어스 정보로부터 플라즈마를 생성하는 동안 인가되는 RF 전력에 대한 인가 파라미터를 결정하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    처리를 나타내는 데이터를 얻기 위해 적어도 하나의 상기 플라즈마 발생 이벤트 동안 플라즈마에 노출되는 적어도 하나의 기판을 검사하는 단계; 및
    최적화된 인가 파라미터를 결정하기 위해 상기 얻어진 검사 데이터 및 상기 DC 바이어스 정보를 상관시키는 단계
    를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 인가 파라미터를 결정하는 단계는 RF 전력 램프-업 주기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  19. 플라즈마 처리 방법으로서,
    상이한 RF 전력 인가 속도를 이용하여 적어도 제 1 기판을 플라즈마 처리하는 단계 ;
    각각의 RF 전력 인가 속도에 대한 처리를 나타내는 메트릭을 얻는 단계;
    상기 메트릭으로부터 처리를 조장하는 전력 인가 기준을 결정하는 단계; 및
    상기 전력 인가 기준에 의해 한정된 전력 인가 속도로 제 2 기판을 플라즈마 처리하는 단계
    를 포함하며, 상기 제 1 기판은 50,000 보다 큰 안테나 비율을 가지는 패터닝된 구조물을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  20. 삭제
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