KR101170861B1 - 포토레지스터 제거 레이트를 증가시키는 플라즈마 애싱프로세스 및 냉각 수단을 갖는 장치 - Google Patents

포토레지스터 제거 레이트를 증가시키는 플라즈마 애싱프로세스 및 냉각 수단을 갖는 장치 Download PDF

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Abstract

기판으로부터 포토레지스트 재료 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스는 본질적으로 산소가 없고 질소가 없는 가스 혼합물로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 프로세스 챔버 내로 상기 플라즈마를 도입하는 단계로서, 상기 프로세스 챔버는 상기 플라즈마와 유체 연통되어 있는 배플 판 어셈블리를 포함하는 도입 단계; 상기 배플 판 어셈블리를 통하여 상기 플라즈마를 흐르게 하고 상기 기판으로부터 포토레지스트 재료, 에칭 후 잔여물 및 휘발성 부산물을 제거하는 단계; 산소 플라즈마를 상기 프로세스 챔버 내로 도입함으로써 상기 프로세스 챔버를 주기적으로 클리닝하는 단계; 및 상기 배플 판 어셈블리를 통해 냉각 가스를 흐르게 함으로써 상기 배플 판 어셈블리를 냉각시키는 단계를 포함한다. 다운스트림 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버는 상기 프로세스 챔버의 벽과 열적으로 연통되어 있는 적어도 하나의 열 전도성 스탠드오프를 포함하는 상부 배플 판; 및 상기 상부 배플 판으로부터 이격되어 떨어진 하부 배플 판을 포함한다.
Figure R1020077007512
플라즈마 애싱 프로세스, 프로세스 챔버, 배플 판 어셈블리, 열 전도성 스탠드오프, 기판.

Description

포토레지스터 제거 레이트를 증가시키는 플라즈마 애싱 프로세스 및 냉각 수단을 갖는 장치{PLASMA ASHING PROCESS FOR INCREASING PHOTORESIST REMOVAL RATE AND PLASMA APPARATUS WITH COOLING MEANS}
관련 출원과의 교차 참조
본 출원은 그 전체가 본원에 통합되어 있는 2004년 9월 1일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/603,360호에 관한 것이며, 상기 제60/603,360호에 대한 우선권을 청구한다.
본 명세서는 반도체 제조에 관한 것이며, 특히, 기판으로부터 포토레지스터 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스에 관한 것이다.
최근에, 차세대의 마이크로전자장치에서 사용하기 위한 저 k 유전체 박막을 개발하는데 많은 관심이 집중되고 있다. 집적된 장치가 더 작아짐에 따라, 상호접속부에 따른 신호 전파의 RC-지연 시간은 전체의 칩 속도를 제한하는 지배적인 팩터 중 하나가 된다. 구리 기술의 출현에 의해, R(저항)은 자신의 실제적인 최소 한도로 억제되었다. 이와 같이, 전체 칩 속도를 증가시키기 위하여 C(커패시턴스)를 감소시키는데 관심이 집중된다. 이 태스크를 성취하는 하나의 방법은 상호접속부를 둘러싸는 얇은 절연막의 유전 상수(종종 "k"라 칭해짐)를 감소시킴으로써, C를 감소시키고 전체 칩 속도를 개선시키는 것이다.
통상적으로, 이산화 실리콘(SiO2)이 절연막 재료로서 사용되었다. 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 저 k 및 고 k는 이산화 실리콘(SiO2)의 유전 상수(k)에 관련되는데, 즉, 저 k 재료는 일반적으로 이산화 실리콘보다 적은(예를 들어, 약 3.9보다 적은) 유전 상수를 갖는 재료를 칭하고, 고 k 재료는 일반적으로 이산화 실리콘보다 큰(예를 들어, 약 3.9보다 큰) 유전 상수를 갖는 재료를 칭한다. 저 k 재료는 일반적으로 유기 폴리머, 비정질 플루오르화 탄소, 나노폼, 유기 폴리머를 포함하는 실리콘계 인슐레이터, 실리콘의 탄소 도핑된 산화물, 실리콘의 플루오르 도핑된 산화물, 등을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 집적 회로를 제조 시에, 기판은 일반적으로 완성된 집적 회로가 제조되기 전, 많은 프로세스 단계를 겪게 된다. 저 k 유전체 재료, 특히, 탄소 함유 저 k 유전체 재료는 이러한 프로세스 단계 중 일부에 민감할 수 있다. 예를 들어, "애싱" 단계 동안 사용되는 플라즈마는 포토레지스트 재료를 스트립하고 탄소 함유 저 k 유전체 막의 일부를 제거할 수 있다. 애싱은 일반적으로 잔여 포토레지스트 및 에칭 후 잔여물이 플라즈마에 노출될 시에 기판으로부터 스트립되거나 제거되는 플라즈마에 의해 조정되는 스트립핑 프로세스를 칭한다. 애싱 프로세스는 일반적으로 포토레지스터 재료가 언더라잉 기판 내로 패턴을 에칭하고 기판의 노출된 에어리어 내로 이온을 선택적으로 주입하기 위한 마스크로서 사용되는 에칭 또는 주입 프로세스가 수행된 이후에 발생된다. 애싱 단계는 전형적 으로 에칭 잔여물의 흔적을 제거하기 위한 화학적인 습식 처리보다 선행된다. 그러나, 화학적인 습식 처리는 저 k 유전체의 부가적인 저하, 재료의 손실을 초래할 수 있고, 유전 상수의 증가를 또한 초래할 수 있다.
애싱 프로세스가 에칭 프로세스와 상당히 상이하다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 양 프로세스가 플라즈마에 의해 조정될 수 있을지라도, 에칭 프로세스는 플라즈마 화학제가 포토레지스트 마스크 내의 오프닝을 통하여 기판 표면 부분을 제거함으로써 기판 내로 이미지를 영구적으로 전달하도록 선택된다는 점에서 상당히 상이하다. 플라즈마는 일반적으로 기판의 부분을 제거하기 위하여 저온(예를 들어, 약 실온(약 21℃) 내지 약 140℃) 및 (밀리토르 정도의) 저압에서 고-에너지 이온 충격을 포함한다. 더구나, 이온에 노출된 기판의 부분은 일반적으로 포토레지스트 마스크의 제거 레이트와 동일하거나 이보다 큰 레이트로 제거된다.
에칭 프로세스와 대조적으로, 애싱 프로세스는 일반적으로 포토레지스트 마스크 및 에칭 동안 형성되는 임의의 폴리머 또는 잔여물을 선택적으로 제거하는 것에 관한 것이다. 애싱 플라즈마 화학제는 에칭 화학제보다 훨씬 더 활동적이며, 일반적으로 언더라잉 기판의 제거 레이트보다 휠신 더 큰 레이트로 포토레지스트 마스크 층을 제거하도록 선택된다. 더구나, 대부분의 애싱 프로세스는 플라즈마 반응성을 증가시키기 위하여 기판을 200℃보다 높은 온도로 가열하고, (토르 정도의) 비교적 높은 압력에서 수행된다. 그러므로, 에칭 및 애싱 프로세스는 상당히 상이한 재료의 제거에 관한 것이며, 이와 같이, 완전 상이한 플라즈마 화학제 및 프로세스를 사용한다. 이미지를 기판 내로 영구적으로 전달하는데 연속적인 애싱 프로세스는 사용되지 않는다. 오히려, 연속적인 애싱 프로세스는 언더라잉 층, 예를 들어, 저 k 유전체 층에 영향을 주거나 이 층을 제거함이 없이 포토레지스터, 폴리머, 및 잔여물 제거 레이트에 의해 규정된다.
애싱 플라즈마를 생성하기 위해 산소, 질소, 및/또는 플루오르 함유 가스 소스를 사용하는 것이 포토레지스트 제거 프로세스 동안 저 k 유전체의 저하에 상당히 기여한다는 것이 연구를 통해 제안되었다. 이들 소스를 함유하는 가스 혼합물이 기판으로부터 포토레지스트를 효율적으로 애싱할지라도, 이들 가스 소스를 사용하는 것이 저 k 유전체를 포함하는 기판에 해롭다고 판명되었다. 예를 들어, 산소-함유 플라즈마는 플라즈마 프로세싱 동안 저 k 유전체 하층의 유전 상수를 높일 수 있다. 유전 상수의 증가는 특히, 장치 성능에 직접적으로 영향을 주는 상호접속 커패시턴스에 영향을 준다. 더구나, 산소-함유 플라즈마를 사용하는 것은 구리 금속이 산화되기 쉽기 때문에, 구리 금속 층을 사용하는 발전된 장치 제조에 일반적으로 덜 바람직하다.
이상적으로, 애싱 플라즈마는 언더라잉 저 k 유전체 층에 영향을 주지 않아야 하고 우선적으로 포토레지스트 재료만을 제거해야 한다. Si2와 같은 종래의 유전체를 사용하는 것은 이들 가스 소스(예를 들어, 산소, 질소, 및/또는 플루오르 함유 가스 소스)에 높은 선택도를 제공하며, 이전의 장치 세대에 적합하다. 저 k 유전체에 의한 문제점은 산화 플라즈마 종에 의한 공격에 대한 이 유전체들의 감도이다. 저 k 유전체 재료에 대한 손상을 최소화하기 위하여, 본질적으로 산소가 없고 (예를 들어, 약 20보다 적은 ppm(parts per millon)의 산소(O2)를 포함함) 본질적으로 질소가 없는(예를 들어, 약 20보다 적은 ppm의 질소(N2)를 포함함) 플라즈마 프로세스가 개발되었다. 하나의 이와 같은 프로세스는 Waldfried 등에 의한 미국 특허 제6,630,406에 게시되어 있고, 여기서 상기 프로세스는 희 가스(예를 들어, 헬륨) 및 수소를 함유하는 가스 혼합물로부터 플라즈마를 생성하는 것을 포함한다. 헬륨 및 수소로부터 형성되는 상술된 플라즈마와 같은 산소가 없고 질소가 없는 플라즈마는 덜 활동적이며, 통상적인 의미로 포토레지스트와 완전히 반응하는 것은 아니다. 오히려, 플라즈마가 포토레지스트의 부분이 승화 및 휘발에 의하여 제거될 수 있도록 한다라고 여겨진다. 결과적으로, 본질적으로 산소 및 질소가 없는 플라즈마가 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는데 효율적이지만, 플라즈마 노출은 프로세싱 챔버 내에서, 그리고 배기 라인 및 임의의 내부 컴포넌트에서와 같이 플라즈마 프로세스 챔버로부터 다운스트림 에어리어에서의 부산물 및 승화되거나(증발되거나) 제거된 포토레지스트의 더 큰 본체를 증착시키는 경향이 있다. 결과적으로, 프로세스 챔버의 주기적인 클리닝이 필요로 되는데, 이는 일반적으로 산화 플라즈마를 사용하는 것을 필요로 한다. 산화 플라즈마는 챔버의 인 시추 클리닝(in situ cleaning)을 위한 수단을 제공할 수 있다. 그러나, 산화 플라즈마는 (애싱 플라즈마를 기판에 균일하게 분배하기 위하여 프로세스 챔버에서 통상적으로 사용되는) 배플 판 어셈플리가 특히, 플라즈마가 처음으로 배플 판 어셈블리에 충돌하는 충돌 중심에서 온도가 증가하도록 한다는 것이 발견되었다. 그 다음의 웨이 퍼 처리 동안의 온도 증가는 애싱 레이트를 감소시키고 웨이퍼 표면에 걸친 에칭 프로세스의 균일성, 특히 웨이퍼의 중심 및 에지 사이의 제거 레이트 차에 악영향을 준다는 것이 발견되었다.
산소가 없고 질소가 없는 플라즈마에 의한 부가적인 문제점은 플라즈마 노출의 불균일성이다. 이들 플라즈마가 덜 활동적이기 때문에, 불균일성은 상당한 문제점이다. 일부 다운스트림 플라즈마 애셔는 플라즈마가 생성되는 좁은 직경 구멍 플라즈마 튜브를 갖는다. 기판의 직경은 일반적으로 플라즈마 튜브 구멍의 직경보다 훨신 크다. 이와 같이, 배플 판(들)은 전형적으로 플라즈마 튜브 출구 부근에 위치되어 플라즈마가 프로세스 챔버에 들어가서 플라즈마 내의 종이 기판에 걸쳐 불균일하게 분산될 때 플라즈마를 편향시킨다. 배플 판 어셈블리의 온도는 웨이퍼 당 플라즈마 노출의 지속기간, 1군으로 프로세싱되는 웨이퍼의 수 및 1군들 사이의 시간 길이에 따라서 정상적인 기계 동작 동안 바람직하기 않게 가변될 수 있다. 결과적으로, 애싱 레이트 및 불균일성은 산화 플라즈마 클리닝 프로세스에 대해 상술된 것과 (비록 정도가 줄어들었을지라도) 실질적으로 동일한 방식으로 영향을 받을 수 있다.
따라서, 포토레지스터 제거 레이트를 유지하거나 강화시키면서, 배플 판의 충돌 부분, 즉, 중심 부분에서 온도를 감소시키는 프로세스가 필요하다.
기판으로부터 포토레지스트, 에칭 후 잔여물 및 휘발성 부산물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스가 본원에 게시되어 있다. 하나의 실시예에서, 탄소, 수소 또는 탄소 및 수소의 화합물을 함유하고 저 k 유전체 재료를 포함하는 기판으로부터 포토레지스트 재료 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스는 본질적으로 산소가 없고 질소가 없는 가스 혼합물로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 상기 플라즈마를 배플 판 어셈블리를 통하여, 그리고 기판 상으로 흐르게 해서 상기 기판으로부터 포토레지스트 재료, 에칭 후 잔여물, 및 휘발성 부산물을 제거하는 단계; 플라즈마 흐름에 역방향으로, 그리고 상부 배플 판의 온도를 감소시키는데 효율적인 양의 냉각 가스를 배플 판 어셈블리를 통해 흐르게 하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 탄소, 수소, 또는 탄소 및 수소의 화합물을 함유하고 저 k 유전체 층을 포함하는 기판으로부터 포토레지스트 재료 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스는 본질적으로 산소가 없고 질소가 없는 가스 혼합물로부터 수소 및 헬륨을 포함하는 플라즈마를 형성하는 단계; 상기 플라즈마와 유체 연통되어 있는 배플 판 어셈블리를 포함하는 프로세스 챔버 내로 상기 플라즈마를 흐르게 하는 단계로서, 상기 배플 판 어셈블리는 일반적으로 평면의 하부 배플 판 위에 고정적으로 위치되는 일반적으로 평면의 상부 배플 판을 포함하고, 상기 하부 배플 판은 중심 축에 대해서 배치되는 다수의 개구를 포함하며, 상기 다수의 개구는 상기 중심 축으로부터 상기 하부 배플 판의 외부 에지로 밀도가 증가하는, 상기 플라즈마를 흐르게 하는 단계; 상기 프로세스 챔버 내로 산소 플라즈마를 도입함으로써 상기 프로세스 챔버를 주기적으로 클리닝하는 단계; 및 상기 상부 배플 판의 중심 충돌 영역에서, 그리고 상기 영역에 대해서 냉각 가스를 흐르게 함으로써 상기 배플 판 어셈블리를 냉각하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버는, 일반적으로 평면의 하부 배플 판 위에 위치되는 일반적으로 평면의 상부 배플 판을 포함하는 배플 판 어셈블리, 하부 배플 판, 상기 프로세스 챔버의 벽과 열적으로 연통되어 있는 적어도 하나의 열 전도성 스탠드오프(standoff)를 포함하는 상기 상부 배플 판으로 구성된다.
상술된 특징 및 다른 특징은 다음의 상세한 설명, 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 당업자들에 의해 인식 및 이해될 것이다.
여러 도면에서 동일한 요소에는 동일한 참조 번호가 병기되어 있는 예시적인 도면이 참조된다.
도1은 예시적인 플라즈마 애싱 장치의 사시도.
도2는 가스 분배 시스템이 설치되는 포토레지스트 애셔 프로세스 챔버의 부분 절단 사시도.
도3은 하나의 실시예에 따른 가스 분배 시스템의 평면도.
도4는 라인 6-6를 따라 취해진 도3의 배플 판 어셈블리의 단면도.
도5는 또 다른 실시예를 따른 가스 분배 시스템의 평면도.
도6은 프로세싱 상태 동안 배플 온도의 도식적인 표현.
도7은 배플 판의 중심 부분을 냉각시키기 위한 개별적인 가스 도관을 갖는 상부 배플 판의 단면도.
도8은 열 전도성 스탠드오프를 사용하여 챔버 리드에 부착되는 상부 배플 판의 단면도.
도9는 배플 냉각의 함수로서의 애싱 레이트의 도식적인 표현.
저 k 절연 재료와 함께 사용하기 위한 산소가 없고 질소가 없는 플라즈마를 사용한 플라즈마 애싱 프로세스가 게시되어 있는데, 여기서 애싱 장치는 애싱 플라즈마를 균일하게 분배하는 신규한 배플 어셈블리를 포함한다. 또한, 배플 어셈블리의 충돌 지점을 냉각시키는 프로세스 및 상기 냉각을 위한 바람직한 하드웨어 구성이 게시되어 있다. 상기 프로세스가 저 k 재료 및 예시적인 플라즈마 애셔 장치와 관련하여 설명되어 있지만, 상기 프로세스 및 배플 어셈블리가 더 높은 k 절연 재료 및 변화하는 플라즈마 애셔 장치 디자인에 용이하게 적응될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
용어 "산소가 없는" 및 "질소가 없는"은 본 명세서 전체에 걸쳐서 소정의 산소 또는 질소 성분의 약 20보다 적은 ppm, 더 바람직하게는 약 5보다 적은 ppm, 가장 바람직하게는 약 100보다 적은 ppb(parts per billion)을 함유하는 플라즈마를 나타내는데 사용된다. 소정의 애플리케이션의 경우에, 최적의 레벨이 종종 더 높은 레벨의 산소 및/또는 질소로부터 이익을 얻을 수 있는 애싱 레이트, 및 일반적으로 더 낮은 레벨의 산소 및/또는 질소로부터 이익을 얻을 수 있는 저 k 특성의 유전체 층의 보존 사이에서 절충된다는 것을 당업자들은 이해할 것이다. 용어 "저 k"는 약 3.9의 유전 상수를 갖는 이산화 실리콘보다 더 낮은 유전 상수를 갖는 재료와 관련 된다. 예를 들어, 저 k 재료는 약 3.5보다 적은, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 3.0의 유전 상수를 가질 수 있다. 본 명세서가 의도하는 저 k 유전체는 탄소 함유 유전체, 수소 함유 유전체, 실리콘의 플루오르 도핑된 산화물, 유기 폴리머를 포함하는 실리콘계 유전체, 등을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
본원에 사용되는 바와 같은 탄소 함유 저 k 유전체는 약 3.9보다 적고, 더 바람직하게는 3.5보다 적은 유전 상수를 포함하는 집적 회로 등의 제조에서 사용하기 적합한 탄소 함유 절연 재료이다. 탄소-함유 저 k 유전체 재료는 탄소를 포함하거나 탄소계일 수 있는 팬던트 그룹(pendant group)을 포함할 수 있고, 여기서 유전체 재료의 백본(backbone)은 주로 탄소의 상호연결 네트워크로 이루어진다. 탄소 함유 저 k 유전체는 일반적으로 두 개의 유형: 유기 산화물 및 도핑된 산화물 중 하나로서 분류될 수 있다. 유기 저 k 유전체 재료의 예로는 폴리이미드, 벤조클로로부텐, 파릴렌, 다이아몬드-형 탄소, 폴리(아릴렌 에테르), 시클로텐, 탄화플루오로, 상표 SiLK 또는 BCB 하에서 상업적으로 입수 가능한 유전체와 같은 것 등이 있다. 도핑된 산화물 저 k 유전체 재료의 예로는 메틸 실세스퀴옥산, 수소 실세스퀴옥산, 나노다공성 산화물, 탄소 도핑된 이산화 실리콘, 예를 들어, 상표 CORAL, BLACK DIAMOND 및 AURORA 하에서 상업적으로 입수 가능한 유전체와 같은 것 등이 있다. 탄소 함유 저-k 재료의 유형 둘 모두는 조밀하고 다공성 버전으로 입수 가능하다. 다공성 버전은 LKD, ORION, BOSS 또는 다공성 SiLK와 같은 상표 하에서 상업적으로 입수 가능하다.
마찬가지로, 수소 함유 저 k 유전체는 약 3.9보다 적은, 더 바람직하게는 약 3.5보다 적은 유전 상수를 포함하는 집적 회로 등의 제조에서 사용하기 적합한 수소 함유 절연 재료이다. 상술한 많은 탄소 함유 저 k 유전체는 자신의 화학 구조 내에 탄소 원자에 부착된 수소 원자(들)를 포함한다. 이와 같이, 본 명세서의 적합한 수소 함유 저 k 유전체 재료는 탄소-함유 구조를 배제하고자 하는 것이 아니며, 그 반대도 마찬가지이다.
플라즈마 가스 혼합물의 특정 성분은 플라즈마 형성 조건 하에서 가스 및 플라스마를 형성하는 이들의 성능에 의해 선택된다. 가스 혼합물은 플라즈마 형성 조건 하에서 반응성 산소 종 및 반응성 질소 종을 생성하는 성분이 본질적으로 없다. 더 바람직하게는, 가스 혼합물은 산소-함유 화합물 및 질소-함유 화합물이 본질적으로 없다. 가스 혼합물은 수소 및 탄화수소와 같은 수소를 지니고 있는 다수의 반응성 가스를 포함할 수 있다. 가스 혼합물은 아르곤, 헬륨, 네온, 등과 같은 불활성 희가스를 더 포함할 수 있다. 가스 혼합물로부터 생성되는 플라즈마는 주로 포토레지스트 내의 탄소 및 다른 원자, 폴리머, 및 잔여물과 반응하여 기판의 온도 및 압력 조건 하에서 휘발되는 화합물을 형성하고/하거나 제거 가능한 화합물을 린싱(rinsing)한다. 상기 프로세스에서 사용하기 적합한 수소를 지니는 가스는 수소를 함유하는 화합물을 포함한다. 수소를 지니는 가스는 탄화 수소, 수소 가스, 또는 이의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 수소를 지니는 가스는 플라즈마 형성 조건 하에서 가스 상태로 존재하고, 수소를 릴리스(release)하여 플라즈마 형성 조건 하에서 원자 수소 종 및 다른 수소 기와 같은 반응성 수소를 형성한다. 탄화수소는 일반적으로 치환되지 않는다. 수소를 지니는 탄화수소 가스의 예로는 메탄, 에탄, 및 프로판이 있다.
예시적인 실시예에서, 수소를 지니는 가스는 수소를 지니는 가스 및 희가스의 혼합물이다. 상기 프로세스에서 사용하기 적합한 희가스의 예로는 아르곤, 네온, 헬륨, 등과 같은 주기율표의 VIII족의 가스가 있다. 종래 기술의 산소가 없는 플라즈마가 일반적으로 수소 및 질소 가스 혼합물을 포함하는 형성 가스 조성을 사용할지라도, 게시된 프로세스에서 질소 가스의 사용은 명백하게 배제된다. 바람직하게는, 가스 혼합물은 수소 및 헬륨 가스를 포함한다. 헬륨 가스 원자는 가볍고 기판으로 쉽게 확산되어, 플라즈마 생성된 반응성 수소 종에 대한 캐리어 특성이 우수하다.
안전성을 위하여, 가스 혼합물에서의 수소 가스의 비율은 가스 혼합물의 약 5 용량 퍼센트(vol.%)를 초과하지 않는다. 그러나, 더 높은 양의 수소가 수용 가능하며, 종종 포토레지스트 제거 레이트 및 선택도를 증가시키는데 바람직하다. 바람직하게는, 가스 혼합물에서의 수소의 량은 약 1 vol.% 내지 약 99 vol.%이며, 여기서 용량 퍼센트는 가스 혼합물의 총 용량에 기초한다. 더 바람직하게는, 가스 혼합물에서의 수소의 량은 약 10 vol.%에서 약 30 vol.%까지이다.
상기 프로세스는 플라즈마 소스 및 프로세싱 챔버를 포함하는 플라즈마 애셔에서 실행될 수 있다. 간략히 상술된 바와 같이, 본 명세서는 임의의 특정 플라즈마 애셔에 국한하고자 하지 않는다. 특히 본 명세서를 실행하는데 적합한 플라즈마 애셔는 예를 들어, 매사추세스주, 비버리 소재의 Axcelis Technologies, Inc로부터 상업적으로 입수 가능한 상표 명칭 Axcelis RadiantStrip 320Lk® 하에서 입수 가능한 마이크로파 플라즈마 애셔와 같은 다운스트림 플라즈마 애셔이다. 마이크로파 애셔의 부분들은 미국 특허 번호 제5,591,439호, 제5,498,308호, 제6,082,347호, 제5,980,638호, 제5,961,851, 제6,057,645호, 제6,225,745호 및 제4,341,592호, 및 PCT 국제 출원 번호 제WO/97/37055호에 게시되어 있고, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참조되어 있다. 본 명세서에 따라 사용될 수 있는 플라즈마 생성 및 배출 장치의 다른 예로는 플라즈마를 생성하기 위하여 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하는 애셔가 있다.
이제 도1을 참조하면, 일반적으로 10으로 지정된 예시적인 플라즈마 애싱 장치가 도시되어 있다. 플라즈마 애싱 장치(10)은 일반적으로 마이크로파 플라즈마 생성 컴포넌트(12) 및 프로세스 챔버(14)를 포함한다. 마이크로파 플라즈마 생성 컴포넌트(12)는 마이크로파 인클로저(16)를 포함한다. 일반적으로, 마이크로파 인클로저(16)는 플라즈마 튜브가 통과하는 세로의 섹션으로 분할되는 직사각형 박스이다. 각 섹션은 동작 중에 마이크로파 에너지를 공급받는다. 이와 같이, 각 섹션은 방위각방향 및 축방향 균일성을 갖는 모드의 형성을 촉진하는 입력 마이크로파 에너지에 대한 비교적 짧은 캐비티인 것처럼 보인다. 바람직하게는, 마이크로파 인클로저(16)는 직사각형 TM(110)을 지원하도록 치수조정되고 정사각형 단면을 가질 수 있다. 단면의 치수는 TM(100) 모드가 공진하도록 한다. 각 단면의 길이는 λg/2이며, 여기서 λg는 TE(101) 모드의 캐비티 내의 가이드 길이이다.
마이크로파 트랩(38 및 40)이 마이크로파 투과를 방지하기 위하여 마이크로파 플라즈마 생성 컴포넌트(12)의 단부에서 제공된다. 이와 같은 트랩은 미국 특허 번호 제5,498,308호에 게시된 유형으로 이루어질 수 있다.
마그네트론(48)은 서로 수직인 섹션(52 및 54)을 갖는, TM(101) 모드를 지원하는 도파관에 커플러(50)를 통하여 공급되는 마이크로파를 제공한다. 도파관 섹션(54)의 길이는 조정 가능하다. 도파관 섹션(54)의 판은 마이크로파 에너지를 분할된 마이크로파 구조(16) 내로 결합하는데, 이 구조를 통해 플라즈마 튜브가 신장되므로; 플라즈마가 플라즈마 튜브를 통해 흐르는 가스 혼합물에서 여기될 수 있다.
도1을 다시 참조하면, 단부 캡(58)은 마이크로파 트랩(38) 및 피팅(60)과 물리적으로 연통되어 있다. 가스 입구(70)는 단부 캡(58) 내의 O-링에 의하여 이 단부에서 지지되는 플라즈마 튜브와 유체 연통되어 있다. 플라즈마 튜브의 다른 단부는 단부 부재(66) 내에 위치되며, 플라즈마/가스를 프로세스 챔버(14) 내로 방출하는 오프닝을 가지고 있다. 선택적으로, 오프닝을 형성하는 도관은 플라즈마 튜브 및 프로세싱 챔버(14) 사이의 압력 차를 생성하도록 좁은 개구 피팅(fitting)에 피팅되며, 여기서 상기 압력은 플라즈마 튜브에서 더 크다. 동작 중에, 플라즈마 튜브 내의 압력은 바람직하게는, 약 1 토르 내지 약 1 대기압(약 760 토르)이다. 대조적으로, 동작 중에 프로세스 챔버(14) 내의 압력은 약 100 밀리토르 내지 약 대기압(760 토르)이다.
플라즈마 튜브의 오프닝은 프로세스 챔버(14)의 내부 영역과 유체 연통되어 있다. 플라즈마가 (프로세싱된 기판의 치수에 비하여) 비교적 좁은 구멍으로부터 프로세스 챔버(14)의 내부로 배출되기 때문에, 기판 상으로 균일한 플라즈마 노출을 촉진시키는 가스 분배 시스템(100)(도2 참조)이 프로세스 챔버(14) 내에 배치된다. 가스 분배 시스템(100)은 플라즈마 튜브의 오프닝 및 기판의 중간에 배치된다.
예시적인 실시예에서, 가스 분배 시스템(100)은 기판 표면에 플라즈마의 균일한 분배를 촉진하기 위하여 기판 위에, 그리고 기판과 동축에 배치되는 배플 판(들)을 포함한다. 배플 판(들)은 바람직하게는, 다수의 적층된 배플 판으로 이루어지며, 여기서 각각의 판은 다수의 개구를 포함한다. 예로서, 도2 내지 5는 애싱 장치(10)에 사용하기 적합한 가스 분배 시스템을 도시한다. 도시된 실시예에서, 가스 분배 시스템(100)은 이중 배플 판 어셈블리로서 도시되어 있다. 그러나, 당업자들은 본원에 제공된 개념을 포함하고 단지 가스 분배 시스템을 최적화하는 부가적인 배플 판이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 같이, 본 명세서는 이중 배플 판 구조에 국한하고자 하는 것이 아니다.
도1은 가스 분배 시스템(배플 판 어셈블리)(100)의 실시예가 통합되는 프로세스 챔버(14)를 도시한다. 내부에 설치되는 도2-5의 가스 분배 시스템(100)을 포함하는 애셔 프로세스 챔버(14)는 300 밀리미터(mm) 기판 (웨이퍼) 프로세싱 시스템에서 사용하기 적합하다. 가스 분배 시스템(100)은 또한 본 명세서를 검토 시에 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 200 mm 웨이퍼와 함께 사용하는데 적합할 수 있다. 더구나, 본원에 설명된 가스 분배 시스템(100)은 다운스트림 플라즈마 애셔 장치 내에 구현되는 것으로 도시되어 있을지라도, 잔여물 제거, 스트립핑, 및 등방 성 에칭 장비와 같은 다른 반도체 제조 장비에서 또한 사용될 수 있다.
이제 도2-4를 참조하면, 가스 분배 시스템(100)은 일반적으로 서로 평행하게 위치되고 서로로부터 분리되는(예를 들어, 그들 사이에 공간을 가지는) 개구된 상부 배플 판(102) 및 비교적 큰 개구된 하부 배플 판(104)을 포함한다. 도2에 더 분명히 도시된 바와 같이, 가스 분배 시스템(100)은 프로세싱될 기판(웨이퍼(110))이 배치되는 캐비티(108)를 포함하는 프로세스 챔버(14)의 하부(106)와 물리적으로 연통되어 있다. 서로 평행하게 방향이 맞춰지는 것 이외에 배플 판(102 및 104)은 또한 프로세싱되는 웨이퍼(110)에 평행하게 방향이 맞춰진다.
시일(112)이 가스 분배 시스템(100) 및 프로세스 챔버(14)의 하부(106) 사이의 인터페이스에서 제공되며, 하부 배플 판(104)(도2 및 4 참조)의 그루브(114) 내에 존재한다. 웨이퍼는 입구/출구 통로(116)를 경유하여 로드 록 메커니즘(도시되지 않음)을 통해 프로세스 챔버로 도입되고 상기 프로세스 챔버로부터 제거된다. 프로세스 챔버의 하부(106) 아래에 위치되는 히터 어셈블리(도시되지 않음)는 프로세싱 동안 웨이퍼(110)의 하측을 희망하는 온도로 가열한다.
프로세스 챔버(14)는 일반적으로 홀(118)의 위치에서 플라즈마-생성 컴포넌트(12) 및 히터 어셈블리(도시되지 않음) 중간에서 플라즈마 애싱 장치(10) 내에 설치된다. 동작 중에, 플라즈마 튜브의 비교적 좁은 구멍을 떠나는 활성화된 플라즈마(가스)가 가스 분배 시스템(100)과 마주치게 된다. 예를 들어, 플라즈마 튜브로부터 흐르는 활성화된 플라즈마는 우선 실질적으로 개구가 없는 상부 배플 판(102)의 중심 에어리어(예를 들어, 충돌 지점)에 부딪치게 된다. 이 중심 에어리어는 하부 배플 판(104) 및 프로세스 챔버(14)의 리드 사이에 형성된 플레넘의 적절한 동작을 달성하기 위하여 플라즈마 튜브로부터 나오고 가스/플라즈마 종을 가속하는 활성화된 가스를 반경 방향으로 향하게 할 수 있다. 그 후, 플라즈마는 상기 배플 판(102)의 개구(120) 및 하부 배플 판(104)의 개구(122)를 통하여 프로세스 챔버 내로 분배된다. 일 실시예에서, 하부 배플 판(104)은 입구(126) 및 출구(128)를 경유하여 내부 냉각 통로(124)를 통해 흐르는 냉각 매체로 활발히 냉각될 수 있다. 프로세스 챔버(14)의 하부(106)의 벽(130)은 또한 입구(134) 및 출구(136)를 경유하여 내부 냉각 통로(132)를 통해 흐르는 냉각 매체로 활발히 냉각될 수 있다.
도3 및 4에 더 명백하게 도시된 바와 같은 하부 배플 판(104)은 외부 플랜지(138) 및 개구(122)를 포함한 일반적으로 평면 부분(140)을 포함한다. 설치 홀(도시되지 않음)은 스탠드오프(142)에 의하여 자신에 접속되는 상부 배플 판(102)을 설치하기 위하여 하부 배플 판(104)에 제공될 수 있다. 상부 배플 판(102) 및 하부 배플 판(104) 사이의 거리는 부분적으로 가스 분배 시스템(100)을 통한 가스 프름의 패턴을 결정한다. 200mm 또는 300mm 플라즈마 애셔의 경우에, 상부 및 하부 배플 판(102 및 104) 사이의 거리는 바람직하게는 약 0.25인치(약 0.6cm) 내지 약 2.0인치(약 5.1cm)이며, 더 바람직하게는, 약 0.5인치(약 1.3cm) 내지 약 1.5인치(약 3.8cm)이다. 200mm 구성의 경우에, 상부 배플 판의 개구 밀도는 300mm 구성의 개구 밀도에 비하여 감소될 수 있다.
도3은 도2에 도시된 300mm 가스 분배 시스템(100)의 평면도이며, 도4는 가스 분배 시스템(100)의 이 실시예의 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 가스 분배 시스템(100)은 하부 배플 판 플랜지(138) 내의 설치 홀(146)을 통하여 프로세스 챔버(14)와 상부(106)와 물리적으로 연통되어 있다(예를 들어, 프로세스 챔버의 상부에 설치됨). 개구(122)는 하부 배플 판(104)에서 제공된다. 개구부(122)의 표면적은 자신의 하부에 존재하는 웨이퍼(110)를 커버한다. 이 실시예에서, 개구(122)의 크기는 하부 배플 판(104)의 중심 영역에서 외부 에지로 갈수록 증가한다. 하부 배플 판의 개구(122)의 증가하는 크기가 탄소 함유 및/또는 수소 함유 저 k 유전체와 함께 사용하기 위한 것과 같은 산소가 없고 질소가 없는 플라즈마에 대해서 플라즈마 균일성을 개선시킨다는 것이 밝혀졌다. 대조적으로, 상부판의 개구의 크기는 일정하며, 개구가 없는 중앙 충돌 영역을 더 포함한다.
하부 배플 판의 경우에, 개구의 직경은 약 0.05인치 내지 약 0.25인치이다. 또 다른 실시예에서, 직경은 약 0.075인치 내지 약 0.175인치이다. 상부 배플 판의 경우에, 개구 직경은 약 0.1인치 내지 약 0.5인치이다. 또 다른 실시예에서, 개구 직경은 0.2인치 내지 0.3인치이다.
예로서, 본 명세서에서 사용하기 적합한 상부 및 하부 배플 판 구성은 다음과 같다. 상부 배플 판은 직경이 4인치이고 하부 배플 판은 직경이 7.5인치이며, 여기서 상부 및 하부 배플 판은 1.0인치만큼 이격되어 떨어진다. 하부 배플 판의 직경은 약 0.09인치 직경의 중심에서부터 4인치 반경까지, 그리고 약 0.15인치 직경에서부터 7.5인치 반경까지, 즉, 하부 배플 판의 에지까지 반경방향으로 증가한다. 이 예시적인 하부 배플 판 구성에서, 하부 배플 판은 판의 가장 중심 영역에서 개구를 가질 수 있다. 상부 배플 판은 1-인치 반경까지의 중심 영역에서는 개구가 없고, 4 인치 반경, 즉, 판의 에지까지는 직경이 0.25인치의 개구를 가질 수 있다.
도5는 또 다른 실시예에 따른 하부 배플 판(104)의 평면도를 도시한다. 여기서, 개구(122)의 밀도는 하부 배플판(104)의 중심 지점으로부터 외부 에지로 갈수록 증가하며, 여기서 개구의 크기는 동일하다. 본원에 설명된 다양한 실시예에서 하부 배플 판은 바람직하게는, 석영(SiO2), 사파이어 코팅된 석영, 사파이어, 세라믹, 또는 양극처리된 알루미늄으로 제조된다.
상부 배플 판(102)의 개구(120)는 일반적으로 반경방향 또는 동심의 여러 원형 패턴으로 배열된다. 상부 배플 판(102)은 사파이어-코팅된 용융되는 이산화규소, 석영, 사파이어, 알루미늄, 또는 세라믹 재료로 이루어진다. 상부 배플 판(102)의 개구(120)는 바람직하게는, 하부 배플 판(104)의 가장 큰 개구(122)보다 다소 더 크다. 사파이어, 석영 또는 세라믹 충돌 판(144)을 더 포함할 수 있는 개구가 없는 영역이 상부 배플 판(102)의 중심에 위치되는 것이 바람직하다. 충돌 판(144)은 임의의 적절한 수단을 사용하여 상부 배플 판(102)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 충돌 판(144)을 상부 배플 판에 설치하기 위하여 스크류(들)(146)가 사용될 수 있다. 충돌 판(144)을 가지거나 가지지 않는 상부 배플 판(102) 중심부는 프로세싱되는 웨이퍼(110)의 반경방향 내부가 과열되지 않도록 하기 위하여 플라즈마 튜브(32)로부터 나오는 활성화된 가스를 상부 배플 판(102)의 나머지 개구된 에어리어로 반경방향 외부로 향하게 함으로써, 웨이퍼의 나머지보다 비율적으로 더 높은 레이트로 애싱한다. 대안적인 실시예에서, 상부 배플 판(102)은 바람직하게는, 200mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 개구가 없도록 구성될 수 있다.
간략히 상술된 바와 같이, 헬륨 및 수소로부터 형성된 플라즈마와 같은 산소가 없고 질소가 없는 플라즈마를 사용하면 프로세싱 챔버(14) 내에, 그리고 배기 라인 및 내부의 임의의 컴포넌트 내에서와 같은 플라즈마 프로세스 챔버(14)로부터 아래의 에어리어에서 승화되고, 기화되거나 제거된 포토레지스트 및 부산물이 증착될 수 있다. 프로세스 챔버(14)는 시스템을 통해서 고 전력으로 생성된 산소-함유 플라즈마를 주기적으로 흐르게 함으로써 인 시추 클리닝될 수 있다. 그러나, 이 클리닝 프로세스는 도6에 도시된 바와 같이 상부 배플 판(102)의 가열을 초래할 수 있다. 도6이 단지 설명을 위해 제공되며 당업자들이 배플 온도를 제어하기 위한 노력에서 예를 들어, 프로세스 시간 및 프로세싱되는 웨이퍼의 수(웨이퍼 군 크기)를 용이하게 변경시킬 수 있다는 점을 주의해야 한다.
도6에서, 시간의 함수로서의 배플 판 온도가 이중 배플 판 어셈블리를 갖는 프로세스 챔버를 포함하는 마이크로파 플라즈마 애셔에 대해 측정되었다. 상부 배플 판 온도는 거의 판 중심(플라즈마가 프로세스 챔버에 들어가는 플라즈마의 충돌 지점)에서 측정되었고, 판 에지에서 기록된 상부 배플 판 온도와 비교되었다. 15개의 웨이퍼가 약 총 2,250초 동안 산소 및 질소가 없는 플라즈마에 순차적으로 노출되고 나서, 약 500초 동안 산소 플라즈마를 사용하여 인 시추 클리닝이 수행되고, 그 후에, 산소 및 질소가 없는 플라즈마로 6개의 부가적인 웨이퍼를 프로세싱하였다. 처음의 15개의 웨이퍼의 프로세싱 동안, 상부 배플 판의 중심 및 에지의 온도 는 약 150℃ 내지 약 200℃였다. 그러나, 인 시추 클리닝 동안, 상부 배플의 중심의 온도는 약 350℃ 내지 약 400℃로 증가되어, 판의 중심에서 상당한 온도 증가를 초래한 반면, 판 에지 온도는 프로세싱 온도로부터 어떤 상당한 온도로 변화하지 않았다. 챔버를 주기적으로 클리닝하기 위하여 필요로 되는 고전력 산소 클리닝 프로세스는 상부 배플 판 충돌 중심에서 과도한 열을 초래하였다. 부가적인 6개의 웨이퍼의 그 다음 프로세싱은 약 200 내지 250℃였다. 충돌 지점에서의 온도 증가가 애싱 불균일성(NU)의 증가를 초래한다는 것이 밝혀졌다. 더구나. 본질적으로 산소 및 질소가 없는 플라즈마에 의한 포토레지스트 제거가 감소되었다. 그러므로, 본질적으로 산소 및 질소가 없는 플라즈마는 저 k 유전체를 포함하는 애싱 기판에 바람직하지만, 상부 배플 판 어셈블리의 온도 불균일성의 결과로서 불균일성의 증가 및 애싱 레이트의 감소를 초래할 수 있다.
인 시추 플라즈마 클린 프로세스에 기인하는 온도 불균일성을 감소시키기 위하여, 프로세싱 중에 상부 배플 판의 중심 상에 및/또는 상기 중심을 통하여 가스를 주기적으로 흐르게 하는 것이 예상외로 온도 불균일성을 효율적으로 감소시킨다는 것이 발견되었다. 일 실시예에서, 냉각 가스는 도7의 구성을 사용하여 도시된 바와 같이 상부 배플 판의 중심에서 오프닝을 갖는 냉각 가스 도관(160)을 경유하여 상부 배플 판(102)의 하측을 통해 흐른다. 냉각 가스는 들어오는 플라즈마의 방향으로 흐르는데, 이는 냉각 가스가 충돌 영역 상으로 편향되어 상부 배플 판의 중심 영역을 냉각시키도록 한다.
또 다른 실시예에서, 냉각 가스는 플라즈마가 튜브 내에서 점화되지 않는 동작 기간 동안 상부 배플 판의 충돌 중심 상으로 흐르도록 지향될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 프로세스 챔버(14)의 내외로 웨이퍼를 교환하는 동안 및 웨이퍼 프로세스 레서피(wafer process recipe)의 시작 동안 점화되지 않고, 여기서 기판의 온도 뿐만 아니라, 프로세스 챔버(14) 내의 압력이 조정될 수 있다. 가스 흐름 레이트가 애플리케이션에 따라 변할 수 있는데, 예시적인 실시예는 약 100sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 약 100slm(standard liters per minute)의 냉각 가스 흐름 레이트를 포함한다. 더구나, 당업자들이 냉각 가스의 온도 및 압력을 변경시키도록 본 명세서를 용이하게 적응시킬 수 있다는 점에 주의하라.
또한, 냉각 가스의 흐름 레이트, 온도, 압력, 유형, 등이 배플의 중심(충돌 지점)을 냉각시키기 위하여, 즉, 포토레지스트 제거 레이트를 유지하거나 증가시키는데 충분한 온도로 배플의 온도를 감소시키기 위하여 선택될 수 있다는 점에 주의하라. 예를 들어, 배플 판의 충돌 지점의 온도는 약 25℃보다 크거나 이와 동일하고, 바람직하게는, 약 25℃ 내지 50℃의 양으로 감소할 수 있다. 예시적인 냉각 가스는 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스, 다른 가스, 그리고 수소와 수소 및 헬륨의 혼합물과 같은 가스 혼합물을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
부가적으로, 웨이퍼 프로세스 레서피의 시작에서의 시간(초기 시간)은 배플 판을 냉각시키는데 도움을 주도록 선택적으로 증가될 수 있다. 본원에 게시된 바와 같은 냉각 가스를 사용하지 않고, 레서피에서 평균 플라즈마-온 시간을 증가시키는 것은 배플 판의 충돌 중심의 온도가 증가하도록 해서 상술된 문제를 초래할 수 있다. 예를 들어, 프로레지스트 제거 레이트가 감소하여 웨이퍼 처리량의 감소를 초래한다. 높은 포토레지스트 제거 레이트를 유지하면 유용하게도 웨이퍼 처리량이 증가된다. 웨이퍼 프로세스 레서피의 시작 시에 냉각 가스를 사용하고 시간을 최적화시키면 예를 들어, 더 긴 플라즈마-온 시간이 더 긴 레서피에 기인하는 배플 가열의 충격이 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 포토레지스트 제거 레이트는 바람직하게는, 5 내지 60초, 더 바람직하게는 20 내지 40초의 냉각 시간을 갖는 웨이퍼 프로세스 레서피의 시작 시에 냉각 가스를 사용함으로써 증가된다.
또 다른 실시예에서, 애셔 장치에서 사용되는 배플의 중심 지점을 냉각시키기 위한 프로세스는 애셔 장치 상의 하나 이상의 질량 흐름 제어기를 통해 냉각 가스를 흐르게 하는 단계를 포함하며, 선택적으로, 냉각 시간을 웨이퍼 가열 단계와 중첩시킬 수 있다.
도8에 도시된 또 다른 실시예에서, 상부 배플 판(102)은 알루미늄과 같은 비교적 열 전도성 재료로 이루어지며, 적어도 하나의 히트 싱크 몸체에 또한 부착된다. 예를 들어, 적절한 히트 싱크 몸체는 프로세스 챔버 내에서 통상적으로 발견되는 수-냉 리드(164)로서, 열 전도성 스탠드오프(162)로 상부 배플 판에 결합될 수 있다. 열 전도성 스탠드오프는 알루미늄과 같은 임의의 열 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상부 배플 판은 일반적으로 더 높은 열 전도성을 가진 재료로 구성된다.
본 명세서는 다음의 비-제한적인 예에 의해 더 설명된다.
예 1
이 예에서, 상부에 약 8,300 옹스트롬 Shipley UV-6 포토레지스트의 층을 갖 는 4 세트의 웨이퍼가 Axcelis Technologies, Inc로부터 상업적으로 입수 가능한 ES3Lk 플라즈마 애셔를 사용하여 본질적으로 산소 및 질소가 없는 플라즈마 애싱 프로세스에 노출되었다. 플라즈마 애셔는 도2-4에 도시된 바와 같은 이중 배플 판 어셈블리를 포함하였다. 특히, 플라즈마는 헬륨 내의 4% 수소의 10,000sccm(standard cubic centimeters per minute) 및 산소의 100μL/초(microliters per minute)의 흐름 레이트에서 수소, 헬륨의 가스 혼합물, 및 미량의 산소로부터 형성되었다. 각각의 웨이퍼는 동일한 조건, 예를 들어, 300℃, 30초 플라즈마-온, 1 토르 압력, 및 1,200W 전력 하에서 프로세싱되었다. 웨이퍼에 걸친 퍼센트 불균일성 및 애싱 레이트가 측정되었고, 포토레지스트 Cauchy 계수에 기초한 표준 두께 측정을 사용하여 설정된 각각에 대해 평균화되었다. 그 결과가 도9에 도시되어 있다.
실행 1은 비교 예이며, 여기서 냉각 단계는 사용되지 않는다. 실행 2-4는 냉각 단계를 사용했고, 여기서, 헬륨 내의 4% 수소가 37slm의 냉각 가스 흐름 레이트에서 사용되었다. 더 구체적으로는, :Rnu 2"는 웨이퍼 가열 동안 15초 냉각 퍼지(purge)를 사용하였고; "실행 3"은 웨이퍼 가열이 시작되기 전에 15초 냉각 퍼지를 사용하였으며; "실행 4"는 웨이퍼 가열을 시작하기 전에 30초 퍼지를 사용하였다.
그 결과는 냉각 가스를 사용하지 않은 경우에 애싱 레이트의 상당한 감소가 발생된다는 것을 명백하게 제시한다. 예를 들어, 실행 1은 약 0.59μm/초(레지스트 제거의 분당 마이크론)의 애싱 레이트를 나타내지만, 냉각 단계를 추가하면 애싱 레이트가 실행 2의 경우에 0.62μm/분, 실행 3의 경우에 0.64μm/분, 및 실행 4의 경우에 0.62μm/분까지 증가되었다.
유용하게도, 배플 판의 충돌부를 냉각시키는 게시된 방법은, 냉각 단계를 사용하지 않는 장치 디자인 및 애싱 프로세스에 비하여, 애싱 레이트가 유지 및/또는 증가되도록 한다. 더구나, 다양한 실시예에서, 애셔 장치의 처리량은 영향을 받지 않는데, 그 이유는 애싱 레이트의 증가가 냉각 단계에 필요로 되는 시간을 오프셋시키기 때문이다.
예 2
이 예에서, 약 0.5 인치만큼 이격된 상부 및 하부 판을 갖는 이중 배플 판 어셈블리가 사용되었고, 여기서, 상부 석영 배플 판은 도7에 도시된 방식으로 냉각 가스 도관으로 구성되었다. 상술된 바와 같이, 냉각 가스 도관은 배플 판 어셈블리의 상부 배플 판을 냉각시키고 과도한 가열을 방지하기 위하여 상부로부터 상부 배플 판 상에 충돌하는 플라즈마에 역-흐름을 제공하는 두 가지 역할을 한다. 헬륨 가스가 상부 배플을 냉각시키는데 사용되었고, 0에서 440sccm의 범위의 흐름으로 도입되었다.
웨이퍼는 약 8,200 옹스트롬의 Shipley UV-6 포토레지스트로 코팅되었고, 베이킹(baking)되었으며, 두께가 측정되었다. 그 후, 코팅된 웨이퍼가 예 1에서와 같이 Axcelis Technologies 애셔에서 프로세싱되었다. 흐름 레이트는 헬륨 내의 4% 수소의 10,000sccm 및 산소의 100μL/분(microliters per minute)이었다. 그 실행은 배플 판에 제공된 역-흐름 냉각 헬륨의 양에서만 상이하였다. 그 후, 플라즈마 프로세싱 후의 두께 손실(즉, 포토레지스트의 제거)이 계산되었다. 역-흐름 냉각 헬륨이 없는 경우의 두께 손실은 2,700 옹스트롬이었고, 이는 160sccm의 역-흐름에서 2,775 옹스트롬으로, 그리고 440sccm의 역-흐름에서 2,850 옹스트롬으로 증가되었다. 명백하게, 냉각 가스 역-흐름의 존재는 애셔 레이트를 증가시키는 것을 도왔다.
예 3
이 예에서, 두 개의 배플 판 디자인의 비교는 Axcelis Technologies, Inc로부터 상업적으로 입수 가능한 ES3Lk 플라즈마 애셔에서 수행되었다. 플라즈마 애셔는 약 0.5 인치만큼 분리된 상부 및 하부 판을 갖는 이중 배플 판 어셈블리를 포함하였다. 하나의 비교적인 구성에서, 상부 배플 판은 석영으로 구성되었고 하부 배플 판 상에 존재하는 3개의 석영 레그에 의해 지지되었다. 제2 구성은 열 전도성 재료를 사용하였다. 도8에 도시된 바와 같이 이 구성에서, 상부 배플 판은 하부 배플 판으로부터 0.5 인치 현수된 알루미늄 판으로 형성된다. 현수는 플라즈마 애셔의 수-냉 리드에 상부 배플판을 고정적으로 부착하기 위하여 열 전도성 알루미늄 스탠드오프 및 적절한 연결 볼트로 형성된 설치 하드웨어를 사용함으로써 달성된다.
웨이퍼는 약 8,200 옹스트롬의 Shipley UV-6 포토레지스트로 코팅되었고, 베이킹되었으며 두께 측정되었다. 그 후, 코팅된 플라즈마는 상술된 두 개의 상이한 배플 판 어셈블리를 사용하여 300℃, 30초 플라즈마-온, 1 토르 압력, 및 1,200W 전력의 플라즈마 애셔에서 프로세싱되었다. 흐름 레이트는 헬륨 내의 4% 수소의 10,000sccm 및 산소의 100μL/분(microliter per minute)이었다. 그리고 나서, 각 배플 판 구성에 의한 플라즈마 프로세싱 후의 두께 손실(즉, 포토레지스트의 제거)이 계산되었다.
그 실행은 여러 면에서 상이하다. 첫 번째는 상부 배플 판의 유형(석영 또는 알루미늄) 및 지지 방법(하부 배플 판 상에 존재하는지 또는 수-냉 리드로부터 현수되는지)이었다. 두 번째는 애셔 기계의 즉시 이력-이 기계가 유휴로 되어서 "콜드"였는지, 또는 웨이퍼 군의 중간에 있어서 "웜"이었는지의 여부였다. 툴 이력은 배플 판 어셈블리에 대한 온도 관리 면에서의 팩터(t)일 수 있다.
그 결과가 테이블 1에 도시되어 있다. 평균 포토레지스트가 석영 상부 배플의 경우에 더 높을지라도, 콜드 및 웜 조건 사이의 차는 석영 상부 배플의 경우에 850 옹스트롬이고 수-냉 챔버 리드에 부착된 알루미늄 상부 배플의 경우에 450 옹스트롬이다. 이는 알루미늄 상부 배플이 웨이퍼간 재현성에 더 바람직하게 기여한다는 것을 의미하고, 이것은 매우 바람직한 특성이며 상당한 상업적인 장점을 제공한다.
테이블 1.
배플 판 유형 애셔 시작 조건 두께 제거
석영 콜드 3,950 옹스트롬
석영 웜 3,100 옹스트롬
알루미늄 콜드 3,200 옹스트롬
알루미늄 웜 2,750 옹스트롬
유용하게도, 배플 판의 충돌부를 냉각시키는 게시된 방법은 냉각 단계를 사용하지 않는 장치 디자인 및 애싱 프로세스에 비하여 애싱 레이트가 유지되고 및/또는 증가되도록 한다. 더구나, 다양한 실시예에서, 애셔 장치의 처리량은 영향을 받지 않는다.
본 명세서가 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 다양한 변경이 행해질 수 있고 명세서에서 요소들이 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 본 명세서의 본질적인 범위를 벗어남이 없이 본 명세서의 지침에 특정 상황 또는 재료를 채택하도록 많은 수정이 행해질 수 있다. 그러므로, 본 명세서는 상기 본 명세서를 실행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 설명된 특정 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에 존재하는 모든 실시예를 포함할 것이다.

Claims (22)

  1. 탄소, 수소, 또는 탄소 및 수소의 조합을 함유하는 저 k 유전체 재료를 포함하는 기판으로부터 포토레지스트 재료 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스에 있어서:
    필수적으로 산소가 없고 질소가 없는 가스 혼합물로부터 플라즈마를 형성하는 단계;
    배플 판 어셈블리를 통하여, 그리고 상기 기판 상에 상기 플라즈마를 흐르게 하고 상기 기판으로부터 포토레지스트 재료, 에칭 후 잔여물 및 휘발성 부산물을 제거하는 단계;
    애싱 프로세스 동안, 상기 플라즈마 흐름에 역방향으로, 그리고 상부 배플 판의 온도를 감소시키는데 효율적인 양으로 배플 판 어셈블리를 통해 냉각 가스를 흐르게 하는 단계를 포함하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배플 판은 상부 배플 판 및 상기 상부 배플 판으로부터 이격되고 상기 상부 배플 판과 동일평면인 적어도 하나의 부가적인 배플 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마는 수소 및 희가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 희가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 흐름에 역방향으로 냉각 가스를 흐르게 하는 단계는, 100sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 100slm(standard liters per minute)의 흐름 레이트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 가스를 흐르게 하는 단계는, 냉각가스 흐름과 동시에 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 헬륨, 아르곤, 수소 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 상부 배플 판으로부터 이격되고 상기 상부 배플 판과 동일평면인 적어도 하나의 부가적인 배플 판은 중심 축으로부터 자신의 외부 에지로 갈수록 밀도가 증가하는 중심 축에 대해서 배치되는 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 상부 배플 판 어셈블리는 자신의 중심부와 물리적으로 연통되도록 배치되는 충돌 판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판으로부터 포토레지스트, 에칭 후 잔여물, 및 휘발성 부산물을 제거하는 상기 단계는 웨이퍼 프로세스 레서피의 시작에 앞서 냉각 가스 흐름을 사용함으로써 개선되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 배플 판으로부터 이격되고 상부 배플 판과 동일평면인 적어도 하나의 부가적인 배플 판은, 적어도 하나의 배플 판의 중심 축으로부터 외부 에지로 갈수록 직경이 증가하도록 중심 축에 대해서 배치된 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  13. 탄소, 수소, 또는 탄소 및 수소의 조합을 함유하고 저 k 유전체 층을 포함하는 기판으로부터 포토레지스트 재료 및 에칭 후 잔여물을 제거하는 플라즈마 애싱 프로세스에 있어서:
    필수적으로 산소가 없고 질소가 없는 가스 혼합물로부터 수소 및 헬륨을 포함하는 플라즈마를 형성하는 단계;
    프로세스 챔버 내로 상기 플라즈마를 흐르게 하는 단계로서, 상기 프로세스 챔버는 상기 플라즈마와 유체 연통되어 있는 배플 판 어셈블리를 포함하고, 상기 배플 판 어셈블리는 일반적으로 평면의 하부 배플 판 위에 고정적으로 위치되는 일반적으로 평면의 상부 배플 판을 포함하며, 상기 하부 배플 판은 중심 축에 대해서 배치된 다수의 개구를 포함하고, 상기 다수의 개구는 중심 축으로부터 상기 하부 배플 판의 외부 에지로 갈수록 밀도가 증가하는, 상기 플라즈마를 흐르게 하는 단계;
    산소 플라즈마를 상기 프로세스 챔버 내로 도입함으로써 상기 프로세스 챔버를 주기적으로 클리닝하는 단계; 및
    애싱 프로세스 동안, 상기 상부 배플 판의 중심 충돌 영역에서, 그리고 상기 중심 충돌 영역에 대해서 냉각 가스를 흐르게 함으로써 상기 배플 판 어셈블리를 냉각시키는 단계를 포함하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배플 판 어셈블리를 통해 냉각 가스를 흐르게 하는 단계는, 100sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 100slm(standard liters per minute)의 흐름 레이트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 배플 판 어셈블리를 통해 냉각 가스를 흐르게 하는 단계는 플라즈마 흐름에 역방향인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 헬륨, 아르곤, 수소 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 애싱 프로세스.
  18. 제1항 또는 제13항에 따른 플라즈마 애싱 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 챔버로서,
    일반적으로 평면의 하부 배플 판 상에 위치되는 일반적으로 평면의 상부 배플 판을 포함하는 배플 판 어셈블리, 상기 하부 배플 판, 상기 프로세스 챔버의 벽과 열적으로 연통되는 적어도 하나의 열 전도성 스탠드오프를 포함하는 상부 배플 판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버의 벽은 수-냉되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 상부 배플 판은 열 전도성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 상부 배플 판은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 수용하도록 적응되는 프로세스 챔버.
  22. 제18항에 따른 프로세스 챔버를 포함하는 다운스트림 플라즈마 애셔.
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