KR101437522B1 - 플라즈마 반응기 챔버에서 웨이퍼 에지 가스 주입부를 갖는캐소드 라이너 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 반응기 챔버에서 사용되는 웨이퍼 지지체에 관한 것으로, 웨이퍼 지지체는 웨이퍼 에지 부근에서 웨이퍼 에지를 둘러싸는 웨이퍼 에지 가스 인젝터를 갖는다.
Description
본 출원은 댄 카츠 등에 의해 "플라즈마 반응기 챔버에서 웨이퍼 에지 가스 주입부를 갖는 캐소드 라이너"란 명칭으로 2007년 9월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 11/899,614호 및 댄 카츠 등에 의해 "독립적인 웨이퍼 에지 프로세스 가스 주입부를 갖는 플라즈마 반응기에서 제품을 프로세싱하는 방법"이란 명칭으로 2007년 9월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 11/899,613호의 우선권을 청구한다.
본 발명은 집적회로들을 제조하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 제품(workpiece)을 프로세싱하는 플라즈마 반응기 챔버에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 이러한 반응기 챔버에 있는 실링(ceiling) 및 웨이퍼 에지에서의 독립적인 프로세스 가스 주입에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 상의 실리콘 또는 폴리실리콘 박막들을 에칭하기 위한 플라즈마 반응기 챔버에서, 웨이퍼에 걸친 에칭 레이트(rate)의 균일한 분포가 요구된다. 웨이퍼에 걸친 에칭 레이트의 불균일한 분포는 임계선폭(CD: critical dimension)에서의 불균일성에 의해 나타난다. 임계선폭은 박막 회로 패턴에서 전형적인 라인의 폭일 수 있다. CD는 보다 높은 에칭 레이트를 겪게되는 웨이퍼 표면상의 영역들에서는 더 작고 보다 낮은 에칭 레이트의 영역들에서는 더 크다.
실링으로부터 프로세스 가스가 주입되는 실리콘 에칭 챔버들에서, 웨이퍼 표면 상의 다른 영역들에 비해 웨이퍼 에지에서 CD가 매우 작은 것으로 밝혀졌다. 작은 CD의 영향(effect)은 통상적으로 웨이퍼 표면의 외측(outer) 또는 주변부(peripheral)의 1%로 한정된다. 이러한 문제는 종래의 기술들을 사용하여 해결될 수 없다. 구체적으로, 에칭 균일성은 실링에서 가스 분포를 독립적인 내측(inner) 및 외측 가스 주입 구역들로 나누고 내측 및 외측 구역들에 대한 가스 유량(flow rate)들을 조절함으로써 균일성을 최대화시킴으로써 개선될 수 있다. 그러나, 내측 및 외측 가스 주입 구역 유량들의 조절은 웨이퍼 표면의 외측 1%에서의 작은 CD 문제를 해결하지 못한다. 구체적으로, 실링에서 내측 및 외측 가스 주입 구역 유량들의 조절은 웨이퍼 직경의 약 1%인 폭을 갖는 웨이퍼 에지에서의 영역을 제외하고는, 웨이퍼에 걸쳐 꽤 균일한 CD를 생성할 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 다른 영역들에 대해 달성되는 에칭 레이트 분포 균일성을 손상시키지 않고 웨이퍼 에지의 외측 1%에서 CD를 독립적으로 제어하는 것이 요구된다.
제품 지지체(workpiece support)는 플라즈마 반응기에서의 프로세싱 동안 반도체 웨이퍼와 같은 제품을 지지하기 위해 제공된다. 제품 지지체는 제품 지지체 표면을 갖는 페데스탈(pedestal)을 포함한다. 프로세싱 링은 페데스탈의 주변부 위에 놓인다(overlying). 프로세싱 링은 제품 지지 표면의 주변 경계부에 인접하다. 웨이퍼 에지 가스 인젝터는 프로세스 링에 의해 형성되며 제품 지지 표면 위에 놓인 제품 위치를 일반적으로 대면하는 가스 주입 개구(opening)를 갖는다. 프로세스 가스 공급부는 웨이퍼 에지 가스 인젝터와 결합된다(coupled).
일 실시예에서, 웨이퍼 에지 가스 인젝터는 환형 슬릿 개구를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 라이너(liner)는 페데스탈의 측면을 둘러싸며 프로세싱 링 아래에 놓인(underlying) 상부 표면을 갖는다. 라이너 안쪽의 다수의 축 채널들은 라이너의 상부 표면으로 라이너를 통해 연장(extend)된다. 환형 피드(feed) 채널은 프로세싱 링과 라이너 사이에 형성된다. 다수의 축 채널들 각각은 환형 피드 채널과 결합되며 웨이퍼 에지 가스 인젝터는 환형 피드 채널과 결합된다.
또 다른 실시예에서, 라이너는 바닥 표면 및 바닥 표면 아래에 놓이는 베이스를 더 포함하며, 베이스는 환형 플레넘(plenum)을 포함한다. 다수의 축 채널들은 환형 플레넘과 결합된다.
본 발명의 앞서 언급된 실시예들이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명은 첨부되는 도면들에 도시된 실시예를 참조하여 이루어질 수 있다. 그러나 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들만을 나타내는 것으로, 그러므로 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 엘리먼트들을 지정하는데 가능한 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면의 그림들은 모두 개략적이며 실제크기대로 도시된 것은 아니다(not to scale).
도 1을 참조하면, 플라즈마 반응기는 실린더형 측벽(108), 실링(110) 및 플로어(115)에 의해 밀폐된 진공 챔버(100)를 포함한다. 웨이퍼 지지체(125)는 웨이퍼 프로세싱 동안 반도체 웨이퍼(130)를 지지한다. 웨이퍼 지지체(125)는 정전기 척(ESC: electrostatic chuck) 전극으로 또한 작용하는 캐소드 전극(135)을 포함한다. 지지체(125)는 웨이퍼(130)로부터 전극(135)을 분리시키는 절연층(137) 및 웨이퍼 지지체(125)의 하부 부품(component)들로부터 전극(135)을 분리시키는 절연층(139)을 포함한다. 상부 절연층(137)은 상부 웨이퍼-지지 표면(137a)을 갖는다. 반응기는 유도적으로 결합된 소스 전력 애플리케이터 또는 실링(110) 위에 놓인 코일 안테나(140)를 더 포함한다. RF 플라즈마 소스 전력 발생기(145)는 RF 임피던스 매칭(150)을 통해 코일 안테나(140)에 결합된다. RF 플라즈마 바이어스 전력 발생기(155)는 RF 임피던스 매칭(160)을 통해 캐소드 전극(135)과 결합된다. D.C. 척킹 전압 공급부(161)는 ESC 전극(135)으로 제어 스위치(162)를 통해 접속된다. 격리 커패시터(163)는 공급부(161)로부터의 DC 전류를 RF 바이어스 전력 발생기(155)로부터 차단한다.
실링(110) 상의 가스 분배 인젝터(165)에 의해 프로세스 가스가 챔버 내부로 전달된다. 인젝터(165)는 내측 구역 인젝터(170)와 외측 구역 인젝터(175)로 구성된다. 내측 구역 인젝터(170)와 외측 구역 인젝터(175) 각각은 다수의 주입 홀들 또는 대안적으로 슬릿(slit)으로서 구현될 수 있다. 내측 구역 인젝터(170)는 챔버의 중심 영역을 향해 프로세스 가스가 지향되도록 배향(oriented)된다. 외측 구역 인젝터(175)는 챔버의 주변부 영역을 향해 프로세스 가스가 지향되도록 배향된다. 내측 구역 인젝터(170)는 밸브(180)를 통해 가스 분배 패널(185)과 결합된다. 외측 구역 인젝터(175)는 밸브(190)를 통해 가스 분배 패널(185)과 결합된다. 상이한 프로세스 가스 공급부들(101, 102, 103, 104, 105)은 가스 분배 패널(185)에 상이한 프로세스 가스들을 공급한다. 도 1의 도면에 도시된 것처럼, 일 실시예에서, 각각의 가스 공급부는 독립적인 밸브들(195)을 통해 내측 및 외측 밸브들(180, 190) 중 상이한 것들에 개별적으로 접속될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 가스 공급부(101)는 CH2F2 또는 CHF3와 같은 플루오르-탄화수소 가스를 포함하며, 가스 공급부(102)는 브롬화 수소 가스를 포함하며, 가스 공급부(103)는 염소 가스를 포함하며, 가스 공급부(104)는 아르곤 가스를 포함하며 가스 공급부(105)는 산소 가스를 포함한다. 본 명세서에서 참조되는 가스들은 일례들이다. 임의의 적절한 프로세스 가스가 사용될 수 있다.
웨이퍼 지지체(125)는 링-형상 캐소드 라이너(200)에 의해 둘러싸인다(surrounded). 캐소드 라이너(200)는 예를 들어, 석영과 같은 프로세스-호환성 물질로 형성될 수 있다. 프로세스 링(205)은 캐소드 라이너(200)의 상부를 덮고 웨이퍼 지지 표면(137a)의 주변부를 덮는다. 프로세스 링(205)은 석영과 같은 프로세스-호환성 물질로 형성된다. 웨이퍼 지지체(125)는 플라즈마 프로세싱과 호환되지 않는 금속과 같은 물질들을 포함할 수 있고, 라이너(200) 및 링(205)은 플라즈마로부터 웨이퍼 지지체(125)를 격리(isolate)시킨다. 프로세스 링(205)의 방사상 내측 에지(205a)는 웨이퍼(130)의 에지와 인접해 있다. 일 실시예에서, 프로세스 링은 RF 전기장들의 개선된 분포를 제공할 수 있다.
실리콘 또는 폴리실리콘 에칭 프로세스들은 실리콘 물질을 에칭하기 위해 HBr 및 Cl2와 같은 실리콘 에칭 가스들을 사용하며 에칭 프로파일을 개선시키기 위해 CH2F2 또는 CHF3와 같은 중합 종들(polymerizing species)을 이용한다. 폴리머는 에칭 반응과 경쟁하는 폴리머 증착 반응에서 깊은 종횡비(aspect ratio) 개구들의 측벽들 상에 증착된다.
도 1의 반응기는 웨이퍼 에지에서 열악한 임계선폭(CD) 제어의 문제를 가질 수 있다. 전형적으로, CD는 회로 패턴에서 선택된 라인의 폭이다. CD는 웨이퍼(130)의 다른 곳에서 보다 웨이퍼 에지에서 보다 작은 경향이 있다. 작은 CD의 문제는 웨이퍼 직경의 약 1%인 (웨이퍼 에지로부터 안쪽 방향으로 연장하는) 폭을 갖는 웨이퍼(130)의 에지에서의 환형 구역에서 발생하는 경향이 있다. (이후 이러한 좁은 구역은, 본 명세서에서 이후에 논의되는, 도 5에 도시된 웨이퍼 에지 구역(130a)으로 지칭된다.) 웨이퍼(130)의 나머지 부분에 대해, 이러한 문제들은 내측 및 외측 가스 실링 인젝터들(170, 175)에 대한 프로세스 가스 유량들의 최적의 비율을 얻기 위해 밸브들(180, 190)을 조절함으로써 최소화 또는 방지된다. 그러나, 이러한 최적의 조절은 웨이퍼 에지 구역(130a)에서 열악한 CD 제어 문제를 해결하지 못한다. 웨이퍼 에지 구역(130a)에서의 작은 CD는 다른 곳보다 웨이퍼 에지 구역에서 보다 높은 에칭 레이트를 나타낸다.
본 발명자들은 웨이퍼의 대부분의 다른 부분들에 대한 가스 흐름 속도에 비해 웨이퍼 에지 구역(130a) 상에서의 가스 흐름 속도가 극도로 낮다는 것을 발견했다. 예를 들어, 특정 적용들에서, 웨이퍼 표면의 대부분에 대한 가스 흐름 속도는 초당 약 10 내지 20 미터 사이인 반면, 웨이퍼 에지 구역 상에서의 가스 흐름은 제로에 가깝다. 따라서 웨이퍼 에지 구역 상에서의 가스 흐름이 정체된다면, 웨이퍼 에지 구역 상의 가스 잔류 시간은 극도로 높아, 이에 따라 프로세스 가스 종들의 높은 해리(dissociation)를 초래한다. 이러한 높은 해리는 웨이퍼 에지 구역에서 높은 반응성의 종들의 집단(population)을 증가시킬 수 있다. 이러한 높은 반응성의 종들은 (a) 극도로 빠르게 에칭되거나 또는 (b) 폴리머 증착을 방해하는 라디칼(radical)들 또는 뉴트럴(neutral)들을 포함할 수 있다. 이러한 해리에 의해 생성된 높은 반응성의 에칭 종들은 예를 들어, 원자형 HBr 및/또는 원자형 Cl2를 포함할 수 있다. 결과적으로 높은 에칭 레이트 및 이에 대응하여 더 작은 CD가 나타난다.
일 실시예에서, 웨이퍼 에지에서 불균일한 에칭 레이트를 해결(address)하기 위해 웨이퍼 에지에 새로운 가스가 주입된다. 새로운 가스는 예를 들어, 아르곤과 같은 비활성 가스일 수 있다. 일 실시예에서, 새로운 가스의 주입은 웨이퍼 에지 구역 상에서의 가스 흐름 속도를 증가시키며 웨이퍼 에지 구역 상의 프로세스 가스 잔류 시간을 감소시킨다. 잔류 시간의 감소는 웨이퍼 에지 구역 상에서 라디칼들 또는 뉴트럴들과 같은 높은 반응성의 종들의 집단을 감소시킨다. 웨이퍼 에지에서 새로운 가스가 주입되는 속도 또는 유량은 좁은 웨이퍼 에지 구역을 넘어서서 에칭 레이트에 영향을 주는 것을 피하기 위해 충분히 낮을 수 있다. 전형적으로, 웨이퍼 에지 구역의 폭의 약 3mm이다.
일 실시예에서, 웨이퍼 에지에서의 불균일한 에칭 레이트를 해결하기 위해 웨이퍼 에지에 중합 가스가 주입된다. 예를 들어, 중합 가스는 CH2F2 또는 CHF3일 수 있다. 중합 종들의 추가는 웨이퍼 에지 구역에서의 폴리머 증착 레이트를 증가시키며, 이는 에칭 레이트를 감소시킨다. 웨이퍼 에지에서 중합 종들 가스가 주입되는 속도 또는 유량은 좁은 웨이퍼 에지 구역을 넘어서서 에칭 레이트에 영향을 주는 것을 피하기 위해 충분히 낮을 수 있다. 전형적으로 웨이퍼 에지 구역 폭은 약 3mm이다.
일 실시예에서, 프로세스 링(205)은 상부 프로세스 링(210) 및 하부 프로세스 링(212)으로 나뉘며, 이들 사이에는 웨이퍼(130)의 에지를 대면하는(거의 접촉하는) 좁은 원형 슬릿(220)이 형성된다. 원형 슬릿(220)은 0.6mm 내지 3mm의 범위, 예를 들어 웨이퍼 직경의 약 1%인 매우 작은 간격(distance) 만큼 웨이퍼 에지로부터 분리된다. 웨이퍼 에지에서 방사상 안쪽 방향으로 그리고 직접적으로 원형 슬릿(220)으로부터 방출되도록 원하는 가스(이를 테면, 비활성 가스 또는 중합 종들 가스)가 공급된다. 이러한 새로운 가스 또는 중합 종들 가스는 가스 분배 패널(185)로부터 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 환형 가스 플레넘(225)이 캐소드 라이너(200)의 바닥부에 제공된다. 캐소드 가스 흐름 제어 밸브(227)는 도관(229)을 통한 가스 분배 패널(185)로부터 플레넘(225)으로의 가스 흐름을 제어한다. 캐소드 라이너(200) 안쪽의 수직 통로들(240)에 의해 플레넘(225)으로부터 웨이퍼 에지의 환형 슬릿(220)으로 가스가 전도된다.
도 2는 캐소드 라이너(200)의 예시적인 내부 구조물을 나타낸다. 캐소드 라이너(200)는 석영과 같은 절연체로 형성되는 것으로서, 도 1을 참조로 개시되었다. 도 2의 실시예에서, 캐소드 라이너(200)는 금속으로 형성되며, 도 5에 도시된 것처럼, 석영 라이너(126)는 웨이퍼 지지체(125)로부터 금속 캐소드 라이너(200)를 분리시킨다. 캐소드 라이너(200)는 환형 상부 표면(210a)을 가지는 실린더형 벽(201)을 포함한다. 환형 베이스(215)는 실린더형 벽(201)을 지지한다. 숄더(shoulder)(235)는 베이스(215)로부터 방사상 바깥 방향으로 연장되며 가스 공급 주입구(inlet)(230)를 하우징한다. 도 1에 도시된 플레넘(225)은 도 3의 단면도에 도시된 것처럼, 도 2의 캐소드 링 환형 베이스(215) 내에 형성된다. 도 4의 단면도에 도시된 것처럼, 내부 채널(232)은 숄더(235)를 통해 방사상 연장되며 가스 공급 주입구(230)와 한쪽 단부(end)에서 결합되며 맞은편 단부에서 플레넘(225)에 결합된다. 도 2에 도시된 것처럼, 수직 통로들(240)은 실린더형 벽(201)을 통해 축방향으로 연장되며 실린더형 벽(201) 부근에서 방위각으로 이격된다. 각각의 수직 통로(240)의 바닥 단부는 플레넘(225)과 결합되며 각각의 수직 통로(240)의 상부 단부는 실린더형 벽(201)의 환형 상부 표면(210a)에서 개방된다. 일 실시예에서, 실린더형 벽(201)의 두께는 약 0.25인치이며, 수직 통로들(240) 각각은 실린더형 벽(201) 내에서 축방향 0.05인치의 홀이다.
도 1의 실시예에서, 실린더형 벽(201)은 하부 프로세스 링(212)을 지지하며 상부 프로세스 링(210)은 하부 프로세스 링(215) 상에서 지지된다.
도 5에 도시된 것처럼, 내부 석영 라이너(126)는 제품 지지체(125)를 둘러싸며 캐소드 라이너 실린더형 벽(201)에 의해 둘러싸인다. 도 5에 도시된 것처럼, 내부 라이너(126)는 하부 프로세스 링(212)을 지지하는 반면, 캐소드 라이너 실린더형 벽(201)은 상부 프로세스 링(210)을 지지한다. 환형 가스 피드 챔버(260)는 실린더형 벽 상부 표면(210a), 상부 프로세스 링 및 하부 프로세스 링(212)에 의해 경계설정된다(bounded). 환형 피드 통로(262)는 상부 및 하부 프로세스 링들(210, 212) 사이의 갭으로서 형성된다. 상부 프로세스 링(210)의 바닥 표면에서 외측 환형 돌출부(210a)는 하부 프로세스 링(212)의 상부 표면에서의 외측 환형 리세스(recess)(212a)를 대면한다. 내측 환형 리세스(210b)는 상부 프로세스 링(210)의 바닥 표면에 제공된다. 내측 환형 리세스(210b)는 가스 주입 슬릿(220)을 형성하기 위해 하부 프로세스 링(212)의 상승된 숄더(212b)를 대면한다. 돌출부(210a), 리세스(212a), 리세스(212b) 및 숄더(212b)는 도 5에 도시된 것처럼, 꼬불꼬불한(meandering) 통로를 피드 통로(262)에 제공한다. 도 1의 밸브(227)를 통해 공급된 가스는 캐소드 또는 웨이퍼 지지체(125)로 흘러 도 4에 도시된 주입구(230)로 진입한 다음 내부 채널(232)을 통해 플레넘(225)으로 흐른다. 플레넘(225)으로부터, 가스는 수직 채널(240)을 통해 도 5의 피드 챔버(260)로 흐른 다음, 피드 통로(262)를 통해 주입 슬릿(220)으로 흐른다.
도 6의 측면도에 도시된 것처럼, 주입 슬릿(220)의 단부 또는 배출 포트는 웨이퍼(130) 에지의 매우 짧은 간격(D) 이내에 위치하며, 여기서 D는 약 0.6mm 내지 3mm에 있다. 이렇게 짧은 간격이 주어지면, 3mm-폭 웨이퍼 에지 구역(130a)을 넘어서서 프로세싱에 영향을 주지 않도록 주입 슬릿(220)으로부터의 가스 흐름의 영향은 고도로 국한(localize)될 수 있다. 이러한 국한은 주입 슬릿(220) 내에서 매우 낮은 가스 유량을 설정함으로써 실현될 수 있다. 예를 들어, 밸브(227)를 통한 (웨이퍼 에지 주입 슬릿(220)으로의) 가스 유량은 밸브들(180, 190)을 통한 가스 유량의 1% 내지 10% 사이일 수 있다. 이런 방식으로, 주입 슬릿(220)으로부터 흐르는 가스는 웨이퍼(130)의 나머지 부분 상에서의 프로세싱에 영향을 미치지 않고, 좁은 웨이퍼 에지 구역(130a)에서의 프로세싱(예를 들어, 에칭 레이트)에만 영향을 준다.
도 7은 CH2F2 또는 CHF3와 같은 중합 가스가 도 1-6의 웨이퍼 에지 주입 슬릿(220)을 통해 주입되는 반면 HBr 및 Cl2와 같은 에칭 프로세스 가스가 실링 인젝터들(170, 175)을 통해 주입되는 프로세스에서 방사상 위치의 함수로써 웨이퍼 표면 상에서의 SiCl2의 밀도를 나타내는 그래프이다. SiCl2의 밀도는 이러한 프로세스에서 중합의 정도에 대한 표시자이다. 도 7의 그래프는 주입 슬릿(220)으로부터 어떠한 가스 흐름도 없는 경우, 중합은 웨이퍼 에지에서 상당히 약화됨을(곡선 A) 보여준다. 중합 가스가 주입 슬릿(220)을 통해 공급되면, 웨이퍼 에지에서 중합 정도는 상당하게 증가한다(곡선 B). 웨이퍼 에지 주입 슬릿(220)을 통한 중합 가스 흐름은 낮은 레이트로 제한된다. 주입 슬릿 유량의 이러한 제한은 웨이퍼 직경의 외측 1%, 즉 웨이퍼 에지 구역으로 중합시 증가를 한정(confine)한다. 일례에서, 실링 인젝터 노즐들(170, 175)을 통한 에칭 프로세스 가스 유량은 약 150sccm인 반면 웨이퍼 에지 인젝터 슬롯(220)을 통한 중합 가스 흐름은 약 5sccm이다.
도 8은 웨이퍼 에지 구역에서 CD를 증가시키기 위해 도 1-6의 플라즈마 반응기를 동작시키는 예시적인 방법을 나타낸다. HBr 및 Cl2와 같은 실리콘 에천트(etchant) 종들의 가스는 제 1 가스 유량으로 내측 구역 실링 인젝터(170)를 통해 주입되며(도 8의 블록 400), 제 2 가스 유량으로 외측 구역 실링 인젝터(175)를 통해 주입된다(도 8의 블록 405). 내측 및 외측 구역 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 가스 흐름은 웨이퍼 표면에 걸쳐 원하는 평균 에칭 레이트를 얻기에 충분하다. 에칭 레이트 분포는 에칭 레이트 분포 균일성이 최적화될 때까지 내측 및 외측 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 가스 유량들을 독립적으로 조절함으로써 거의 웨이퍼 표면의 주변 1%에 대해 조절된다(도 8의 블록 410). 이는 전형적으로 웨이퍼 표면의 외측 1% 또는 웨이퍼 에지 구역에서 너무 높은 에칭 레이트(또는 너무 낮은 CD)를 산출한다. 에칭 레이트는 웨이퍼 에지 구역에 대한 해리를 감소시키기 위해 (독점적으로) 웨이퍼 에지 구역에 대한 가스 잔류 시간을 감소시킴으로써 웨이퍼 에지 구역에서 하향 조절된다(CD는 상향 조절된다). 일 실시예에서, 웨이퍼 에지 구역에 대한 가스 잔류 시간 감소는 웨이퍼 에지에 대한 가스 흐름을 고무(stir up)시키도록, 비활성 가스 또는 산소와 같은 적절한 가스가 웨이퍼 에지 주입 슬릿(220)을 통해 흐르게 함으로써 수행된다(도 8의 블록 415). 가스 흐름의 증가, 또는 가스 잔류 시간의 감소는 웨이퍼 에지 인젝터 슬릿을 통한 가스 유량을 작은 유량으로 제한함으로써 웨이퍼 에지 구역으로 한정된다. 이러한 작은 유량은 프로세스 가스 종들의 선택에 의해 영향을 받을 수 있는, 가장 균일한 CD 분포를 얻기 위해 선택되며, 예를 들어, 1-20sccm의 범위일 수 있다.
도 9는 웨이퍼 에지 구역에서 CD를 증가시키기 위해 도 1-6의 플라즈마 반응기를 동작시키는 또 다른 예시적인 방법을 나타낸다. HBr 및 Cl2와 같은 실리콘 에천트 종들의 가스는 제 1 가스 유량으로 내측 구역 실링 인젝터(170)를 통해 주입되며(도 9의 블록 420), 제 2 가스 유량으로 외측 구역 실링 인젝터(175)를 통해 주입된다(도 9의 블록 425). 내측 및 외측 구역 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 가스 흐름은 웨이퍼 표면에 걸쳐 원하는 평균 에칭 레이트를 얻기에 충분하다. 에칭 레이트 분포는 에칭 레이트 분포 균일성이 최적화될 때까지 내측 및 외측 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 가스 유량들을 독립적으로 조절함으로써 거의 웨이퍼 표면의 주변 1%에 대해 조절된다(도 9의 블록 430). 이는 전형적으로 웨이퍼 표면의 외측 1% 또는 웨이퍼 에지 구역에서 너무 높은 에칭 레이트(또는 너무 낮은 CD)를 산출한다. 에칭 레이트는 웨이퍼 에지 구역에 대한 에칭 레이트를 감소시키기 위해 (독점적으로) 웨이퍼 에지 구역에 대한 중합을 증가시킴으로써 웨이퍼 에지 구역에서 하향 조절된다(CD는 상향 조절된다). 일 실시예에서, 웨이퍼 에지 구역에 대한 중합 증가는 CH2F2 또는 CHF3와 같은 중합 가스를 웨이퍼 에지 주입 슬릿(220)을 통해 흐르게 함으로써 수행된다(도 9의 블록 435). 폴리머 증착 레이트에서의 결과적인 증가는 CD를 증가시킨다. 이러한 증가는 웨이퍼 에지 인젝터 슬릿을 통한 가스 유량을 작은 유량으로 제한함으로써 웨이퍼 에지 구역으로 한정된다. 이러한 작은 유량은 프로세스 가스 종들의 선택에 의해 영향을 받을 수 있는, 가장 균일한 CD 분포를 얻기 위해 선택되며, 예를 들어, 1-20sccm의 범위일 수 있다.
도 8 또는 도 9의 방법들 중 하나에서, 웨이퍼 에지 슬릿(220)을 통한 가스 유량들의 조절 및/또는 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 가스 유량들의 조절에 의해 추가적인 최적화가 달성된다. 예를 들어, 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 에천트 가스 흐름은 감소될 수 있는 반면 웨이퍼 에지 구역에서 CD를 추가적으로 증가시키기 위해 웨이퍼 에지 슬릿(220)을 통한 비활성 또는 중합 가스 흐름은 증가된다. 그러나, 웨이퍼 에지 구역으로 영향들을 한정하도록 웨이퍼 에지 슬릿을 통한 유량은 충분히 낮을 수 있다. 그러나, 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 에천트 가스 유량은 원하는 만큼 낮게(예를 들어, 제로) 감소될 수 있다. 반대로, 웨이퍼 에지 구역에서의 CD를 감소시키기 위해 웨이퍼 에지 슬릿(220)을 통한 비활성 또는 중합 가스 흐름을 감소시키면서 실링 인젝터들(170, 175)을 통한 에천트 가스 흐름은 증가될 수 있다.
본 발명은 선택된 가스가 연속적인 슬릿 인젝터를 통해 웨이퍼 에지 다음에 주입되는 실시예들을 참조로 개시되었지만, 웨이퍼 에지에서의 인젝터는 다른 형태들, 이를 테면, 웨이퍼 에지 부근의 다수의 가스 주입 오리피스(orifice)들의 연속물 또는 어레이와 같은 형태일 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이며, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어남이 없이 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 나타내는 도면;
도 2는 도 1의 반응기의 캐소드 라이너의 내부 구조적 피쳐들을 나타내는 도면;
도 3은 도 2의 라인들 3-3을 따라 취한 단면도;
도 4는 도 2의 라인들 4-4을 따라 취한 단면도;
도 5는 일 실시예의 프로세스 링들 및 캐소드 라이너의 부분의 상세도;
도 6은 도 5에 대응하는 측면도;
도 7은 웨이퍼 에지 인젝터 슬롯을 지나는 가스 흐름이 있고 없는 도 1의 반응기에서 SiCl2의 방사상 분포를 나타내는 그래프;
도 8은 일 실시예에 따른 방법을 나타내는 도면;
도 9는 또 다른 실시예에 따른 방법을 나타내는 도면.
Claims (15)
- 제품(workpiece)을 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기(plasma reactor)로서,측벽과 실링(ceiling)을 포함하는 챔버 엔클로져;상기 실링을 대면하는 제품 지지 표면을 가지며 상기 챔버내에 있는 제품 지지체;상기 제품 지지체를 둘러싸며 상부 표면과 베이스를 가지며 상기 베이스로부터 상기 상부 표면으로 연장되는(extending) 복수의 내부 가스 흐름(flow) 채널들을 갖는 캐소드 라이너;상기 내부 가스 흐름 채널들 각각과 결합되는(coupled) 상기 베이스의 가스 공급 플레넘;상기 캐소드 라이너의 상기 상부 표면 위에 놓이며(overlying) 상기 제품 지지 표면의 주변 에지에 인접한 내부 에지를 가지는 프로세스 링;상기 내부 에지를 지나는 가스 주입 통로를 가지며 상기 제품 지지 표면을 대면하고 상기 복수의 내부 가스 흐름 채널들과 결합되는 상기 프로세스 링 내의 가스 인젝터; 및상기 가스 공급 플레넘과 결합되는 가스 공급 시스템을 포함하고,상기 내부 에지는 상기 제품 지지 표면의 직경의 1% 미만의 간격으로 상기 제품 지지 표면의 주변부와 이격되는,플라즈마 반응기.
- 제품을 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기로서,측벽과 실링을 포함하는 챔버 엔클로져;상기 실링을 대면하는 제품 지지 표면을 가지며 상기 챔버내에 있는 제품 지지체;상기 제품 지지체를 둘러싸며 상부 표면과 베이스를 가지며 상기 베이스로부터 상기 상부 표면으로 연장되는 복수의 내부 가스 흐름 채널들을 갖는 캐소드 라이너;상기 내부 가스 흐름 채널들 각각과 결합되는 상기 베이스의 가스 공급 플레넘;상기 캐소드 라이너의 상기 상부 표면 위에 놓이며 상기 제품 지지 표면의 주변 에지에 인접한 내부 에지를 가지는 프로세스 링;상기 내부 에지를 지나는 가스 주입 통로를 가지며 상기 제품 지지 표면을 대면하고 상기 복수의 내부 가스 흐름 채널들과 결합되는 상기 프로세스 링 내의 가스 인젝터; 및상기 가스 공급 플레넘과 결합되는 가스 공급 시스템을 포함하고,상기 내부 에지를 지나는 상기 가스 주입 통로는 상기 제품 지지 표면을 대면하는 연속적인 슬릿 개구(slit opening)를 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제품을 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기로서,측벽과 실링을 포함하는 챔버 엔클로져;상기 실링을 대면하는 제품 지지 표면을 가지며 상기 챔버내에 있는 제품 지지체;상기 제품 지지체를 둘러싸며 상부 표면과 베이스를 가지며 상기 베이스로부터 상기 상부 표면으로 연장되는 복수의 내부 가스 흐름 채널들을 갖는 캐소드 라이너;상기 내부 가스 흐름 채널들 각각과 결합되는 상기 베이스의 가스 공급 플레넘;상기 캐소드 라이너의 상기 상부 표면 위에 놓이며 상기 제품 지지 표면의 주변 에지에 인접한 내부 에지를 가지는 프로세스 링;상기 내부 에지를 지나는 가스 주입 통로를 가지며 상기 제품 지지 표면을 대면하고 상기 복수의 내부 가스 흐름 채널들과 결합되는 상기 프로세스 링 내의 가스 인젝터; 및상기 가스 공급 플레넘과 결합되는 가스 공급 시스템을 포함하고,상기 내부 에지를 지나는 상기 가스 주입 통로는 복수의 가스 주입 오리피스(orifice)들을 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 인젝터는 상기 프로세스 링을 상부 및 하부 프로세스 링들로 분리하는 상기 프로세스 링 내의 갭을 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제 4 항에 있어서,상기 프로세스 링과 상기 캐소드 라이너에 의해 경계설정되는(bounded) 내부 피드(feed) 채널을 더 포함하며, 상기 복수의 내부 가스 흐름 채널들은 상기 상부 표면에서 상기 피드 채널과 결합되며, 상기 피드 채널은 상기 프로세스 링 내의 상기 갭과 결합되는, 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 공급 시스템과 결합되는 상기 실링에서의 프로세스 가스 분배기를 더 포함하며, 상기 프로세스 가스 분배기는 내측(inner) 및 외측(outer) 가스 주입 구역들 및 상기 내측 및 외측 가스 주입 구역들로의 각각의 독립적인 가스 흐름 채널들을 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제 7 항에 있어서,(a) 상기 프로세스 링 내의 상기 가스 인젝터, (b) 상기 가스 분배기의 상기 내측 가스 주입 구역 및 (c) 상기 가스 분배기의 상기 외측 가스 주입 구역에 대한 가스 유량(flow rate)들은 독립적으로 제어가능한, 플라즈마 반응기.
- 제 8 항에 있어서,상기 가스 공급 시스템은 상기 가스 분배기에 결합된 제 1 프로세스 가스의 소스 및 상기 프로세스 링 내의 상기 가스 인젝터에 결합된 제 2 프로세스 가스의 소스를 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제 1 항에서,상기 제품 지지체는 일반적으로 실린더형 대칭 축을 가지며 상기 라이너는 상기 제품 지지체와 동축인 실린더형 벽을 포함하며 상기 가스 인젝터는 환형 슬릿을 포함하는, 플라즈마 반응기.
- 제 10 항에 있어서,상기 제품 지지 표면은 상기 제품 지지 표면상에서 지지될 제품의 주변 에지에 대응하는 주변 에지를 가지며, 상기 환형 슬릿은 상기 제품 지지 표면 직경의 1% 미만의 간격으로 상기 주변 에지로부터 이격되는, 플라즈마 반응기.
- 플라즈마 반응기에서 제품을 프로세싱하는 방법으로서,플라즈마 반응기의 챔버 내의 제품 지지체 상에 제품을 위치시키는 단계;상기 제품의 주변 에지에 인접하며 상기 제품의 주변 에지를 둘러싸는 제품 지지 프로세스 가스 인젝터를 통해 제 1 프로세스 가스를 주입하는 단계 ― 상기 제품 지지 프로세스 가스 인젝터를 통해 제 1 프로세스 가스를 주입하는 단계는 상기 제품 지지체의 일부의 안쪽으로 가스 흐름 채널들을 통해 상기 제 1 프로세스 가스를 공급하는 단계; 및 상기 제품을 둘러싸는 프로세스 링을 통해 상기 가스 흐름 채널들로부터 받은 프로세스 가스를 전도시키는 단계를 포함함 ―;상기 플라즈마 반응기 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위해 상기 플라즈마 반응기 내에 플라즈마 RF 소스 전력을 결합시키는 단계;상기 제품 지지체 위에 놓이는 상기 챔버의 실링에 위치된 실링 프로세스 가스 분배기를 통해 상기 챔버 내에 제 2 프로세스 가스를 주입하는 단계; 및상기 제품 지지 프로세스 가스 인젝터를 통한 가스 유량을 상기 실링 프로세스 가스 분배기를 통한 가스 유량과는 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는, 제품 프로세싱 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 실링 프로세스 가스 분배기는 외측 가스 분배기와 내측 프로세스 가스 분배기를 포함하며, 상기 방법은,상기 제품의 대부분(major portion)에 대한 프로세스 균일성을 획득하도록 상기 내측 및 외측 프로세스 가스 분배기들을 통한 가스 유량들을 조절하는 단계; 및상기 제품의 주변 구역에서 프로세스 균일성을 획득하도록 상기 제품 지지 프로세스 가스 인젝터를 통한 프로세스 가스 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는, 제품 프로세싱 방법.
- 삭제
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 프로세스 가스의 영향을 상기 제품의 상기 주변 구역으로 국한시키기 위해 상기 제품 지지 가스 인젝터를 통한 가스 유량을 제한하는 단계를 더 포함하는, 제품 프로세싱 방법.
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