KR101765360B1 - 프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템, 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼를 에칭하는 방법은, 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 다수의 중공 음극 공동들 안으로 소스 가스 혼합물을 주입하는 단계 및 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계를 포함한다. 중공 음극 공동들에서 플라즈마를 생성하는 단계는 중공 음극 공동들에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함한다. 생성된 플라즈마 또는 활성화된 종들은 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터 프로세스 챔버의 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 출력된다. 웨이퍼 프로세싱 영역은 중공 음극 공동들의 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치한다. 에천트 가스 혼합물이 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 주입된다. 플라즈마는 또한, 웨이퍼 프로세싱 영역에서 생성 및/또는 지원될 수 있다.

Description

프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템, 방법 및 장치{SYSTEM, METHOD AND APPARATUS FOR PLASMA ETCH HAVING INDEPENDENT CONTROL OF ION GENERATION AND DISSOCIATION OF PROCESS GAS}
본 발명은 일반적으로 플라즈마 에칭 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 플라즈마 에칭 프로세스의 간략화된 설명은 그 안에 프로세스 가스를 갖는 플라즈마 챔버이다. 이 프로세스는 프로세스 가스에 전기적으로 커플링된 RF 또는 마이크로파 신호에 의해 활성화된다. 프로세스 가스를 활성화시켜 프로세스 가스 내에 이온들 및 라디컬들이 형성되게 한다. 이온들 및 라디컬들은 그 후, 에칭될 표면을 향하게 된다. 이온들 및 라디컬들은 플라즈마 챔버 내의 각종 표면들의 전기적 바이어싱 및 가스 흐름들을 사용하여 에칭될 표면을 향할 수 있다. 이온들 및 라디컬들은 에칭될 표면에서의 재료와 반응한다.
에칭 플라즈마의 밀도를 증가시키는 것은, 에칭면이 얼마나 빠르게 에칭되는지 (예를 들어, 일반적으로 분당 옴스트롱 단위로 표현된 에칭 속도) 를 증가시키는 일 방법이다. 에칭 플라즈마의 밀도를 증가시켜 이온들의 농도를 증가시키고, 이에 따라 프로세스 가스, 이온들과 에칭 표면 간의 반응성을 증가시킨다.
그러나, 플라즈마 밀도를 증가시키는 것은 또한, 최적인 해리 레벨 이상으로 구성 원소들 또는 분자들 안으로의 프로세스 가스 혼합물의 과도한 해리 (dissociation) 를 야기할 수 있다.
예를 들어, 증가된 플라즈마 밀도는 통상적으로 원자 플루오르 라디컬로 하여금 플루오르카본 프로세스 가스 혼합물로부터 해리되게 한다. 해리된 플루오르는 에칭될 층 아래에 있는 에칭 스톱 층 또는 피처 측벽의 에칭 마스크의 바람직하지 않은 에칭을 가속화할 수도 있다. 또한, 플루오르카본 소스 가스의 과도한 해리는, 과도한 플루오르와 유사한 효과를 갖고, 플라즈마에서의 플루오르카본 라디컬 종들의 비 최적의 조성을 유발할 수도 있다.
프로세스 가스가 너무 많이 해리되는 경우 발생할 수 있는 감소되거나 바람직한 것보다 더 적은 제어 및 균일도의 다른 문제들이 존재한다. 상기의 관점에서, 프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템 및 방법이 필요하다.
대체로, 본 발명은 프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템 및 방법을 제공함으로써 이들 필요성들을 충족시킨다. 본 발명은, 프로세스, 장치, 시스템, 컴퓨터 판독가능 매체, 또는 디바이스를 포함하는 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 본 발명의 여러 발명의 실시형태들이 후술된다.
일 실시형태는, 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 다수의 중공 음극 공동들 안으로 소스 가스 혼합물을 주입하는 단계 및 중공 음극 공동 (hollow cathod cavity) 들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 에칭 방법을 제공한다. 중공 음극 공동들에서 플라즈마를 생성하는 단계는 중공 음극 공동들에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함한다. 생성된 플라즈마는 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 출력된다. 웨이퍼 프로세싱 영역은 중공 음극 공동들의 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치한다. 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 에천트 가스 혼합물이 주입된다. 에천트 가스 혼합물은, 에천트 가스 혼합물이 중공 음극 공동들의 유출구들로부터 출력된 플라즈마와 혼합하도록 상부 전극의 다수의 주입 포트들을 통해 주입된다. 중공 음극 공동들의 유출구들로부터 흐르는 플라즈마 및 소스 가스 혼합물에 의해 에천트 가스 혼합물이 중공 음극 공동들의 유출구들 안으로 흐르는 것이 실질적으로 방지된다. 에천트 가스 혼합물 및 플라즈마를 혼합하여 웨이퍼 프로세싱 영역에서 원하는 화학적 종들의 세트를 생성하여, 에칭될 표면에서 최적의 에칭 결과들을 초래한다.
중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계는 상부 전극을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 중공 음극 공동들을 바이어싱하는 단계는 상부 전극의 제 2 도전층에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있고, 중공 음극 공동들은 제 2 도전층에 형성된다. 제 1 바이어싱 신호는 RF 바이어싱 신호를 포함할 수 있다. 제 1 바이어싱 신호는 약 1㎒ 내지 약 15 ㎒의 범위 내의 RF 신호를 포함할 수 있다.
다수의 주입 포트들은 실질적으로 상부 전극의 웨이퍼 프로세싱 영역 표면 전체에 걸쳐 분포된다. 중공 음극 공동들은 실질적으로 상부 전극의 웨이퍼 프로세싱 영역 표면 전체에 걸쳐 분포된다. 다수의 중공 음극 공동들 및 다수의 주입 포트들은 상부 전극의 웨이퍼 프로세싱 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 균등하게 배치된다.
중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터, 생성된 플라즈마를 출력하는 단계는 하부 전극에 제 2 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계는 중공 음극 공동들의 유출구들에 제 3 바이어스 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 제 3 바이어스 신호는 그라운드 전위일 수 있다.
에칭될 표면을 에칭하는 단계는 웨이퍼 프로세싱 영역에 커플링된 웨이퍼 지지 전극에 또는 다른 전극에 제 4 바이어스 신호를 인가하는 단계를 포함하여, 중공 음극 공동들로부터 흐르는 플라즈마에 의해 제공된 웨이퍼 이온 충격 및 플라즈마 생성을 증가시킬 수 있다.
에칭될 표면을 에칭하는 단계는 웨이퍼 프로세싱 영역으로부터 에칭 부산물들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 그라운드 전위가 또한, 상부 전극의 제 1 도전층에 인가될 수 있다. 중공 음극 공동들은 다수의 중공 음극 트렌치들을 포함할 수 있다. 상부 전극 내의 다수의 주입 포트들은 다수의 주입 트렌치들을 포함할 수 있다. 소스 가스 혼합물은 불활성 가스일 수 있다. 에천트 가스 혼합물은 플루오르카본 함유 가스를 포함할 수 있다. 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 유출구는 플라즈마 시스 (sheath) 두께의 2 배보다 더 큰 폭을 가질 수 있다.
다른 실시형태는 소스 가스 혼합물 소스, 에천트 가스 소스 및 프로세스 챔버를 포함하는 에칭 종들을 생성하기 위한 시스템을 제공한다. 이 프로세스 챔버는 상부 전극 및 하부 전극을 포함한다. 상부 전극은 다수의 중공 음극 공동들을 포함하고, 소스 가스 혼합물 소스가 중공 음극 공동들의 각 공동의 유입구에 커플링된다. 상부 전극은 또한, 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 대응하는 유출구 및 중공 음극 공동들의 각 공동에 커플링된 제 1 바이어싱 신호 소스를 포함한다. 대응하는 유출구들은 프로세스 챔버의 웨이퍼 프로세싱 영역에 개방되어 있다. 웨이퍼 프로세싱 영역은 중공 음극 공동들 각각의 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치한다. 상부 전극은 또한, 에천트 가스 소스에 커플링된 다수의 주입 포트들을 포함한다. 주입 포트들은 에천트 가스를 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 주입할 수 있다. 하부 전극은 반도체 웨이퍼를 지지할 수 있고, 이 반도체 웨이퍼는 에칭될 표면을 포함한다.
대응하는 유출구들의 각 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 더 큰 폭을 가질 수 있다. 다르게는, 대응하는 유출구들의 각 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배 이하의 폭을 가질 수 있다.
다른 실시형태는, 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 다수의 중공 음극 공동들 안으로 소스 가스 혼합물을 주입하는 단계는, 복수의 중공 음극 공동들에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함하는 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계, 중공 음극 공동들에서 활성화된 종들을 생성하는 단계 및 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터, 프로세스 챔버의 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 생성된 활성화된 종들을 출력하는 단계를 포함하는, 소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 에칭 방법을 제공한다. 웨이퍼 프로세싱 영역은 중공 음극 공동들 각각의 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치한다. 에천트 가스 혼합물은 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 주입된다. 웨이퍼 프로세싱 영역에 전기적으로 커플링되는 웨이퍼 지지 전극 또는 다른 전극에 제 2 바이어싱 신호를 커플링함으로써 웨이퍼 프로세싱 영역에서 플라즈마가 생성된다. 에천트 가스 혼합물은, 에천트 가스 혼합물이 중공 음극 공동들의 유출구들로부터 출력된 활성화된 종들과 혼합하도록 상부 전극 내의 하나 이상의 주입 포트들을 통해 주입되고, 웨이퍼 프로세싱 영역에서 원하는 화학적 종들을 생성하는 단계를 포함한다. 중공 음극 공동들 각각의 유출구들로부터 흐르는 활성화된 종들에 의해 에천트 가스 혼합물이 중공 음극 공동들 각각의 유출구들 안으로 흐르는 것이 실질적으로 방지된다. 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 적은 폭을 갖는다. 그 후, 에칭될 표면이 에칭된다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 본 발명의 원리를 예로써 나타내는, 첨부된 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른, 상부 전극 내의 다수의 중공 음극 플라즈마 공동들을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태들에 따른, 다수의 중공 음극 플라즈마 공동들 중 단일 공동의 보다 상세한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태들에 따른, 상부 전극 내의 DC 또는 RF-전력 공급된 중공 음극 (HC) 공동들의 2 차원 어레이의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태들에 따른, 상부 전극 내의 DC 또는 RF-전력 공급된 중공 음극 트렌치들의 2 차원 어레이의 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 증가된 해리 없이 증가된 플라즈마 밀도를 생성하는데 있어서 수행된 방법 동작들을 나타내는 흐름도이다.
프로세스 가스의 이온 생성 및 해리의 독립적인 제어를 갖는 플라즈마 에칭을 위한 시스템 및 방법에 대한 여러 예시적인 실시형태들을 설명한다. 본원에 설명된 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 본 발명이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 자명하다.
유전체 웨이퍼 필름들을 에칭하기 위한 통상적인 플라즈마 챔버들은 공통적인 문제를 갖는다. 목표가 되는 재료의 에칭 속도는 표면에 도달하는 이온 플럭스에 의해 종종 제한된다. 보다 높은 에칭 속도 및 이에 따라 보다 효율적인 에칭 프로세스를 획득하기 위해, 이온 플럭스가 증가될 수 있다. 프로세스 제어 파라미터들이 조정되어 에칭될 웨이퍼 표면에 대해 비교적 높은 이온 플럭스를 생성하기 때문에, 플라즈마 밀도에서의 대응하는 증가는 프로세스 가스(들)의 해리에서의 증가를 초래한다. 이는, 플라즈마에 존재하는 화학적 종들의 조합을 변화시킨다. 보다 구체적으로, 웨이퍼에 대한 이온 플럭스를 증가시키는 동일한 파라미터 변화들은 또한, 일반적으로 플라즈마의 전자 밀도를 증가시킨다. 전자 밀도는, 플라즈마의 프로세스 가스(들) 화학물질의 분자 해리 속도에 직접 영향을 주고, 이에 의해 플라즈마의 화학적 조성 (예를 들어, 상이한 라디컬들, 프로세스 가스 페어런트 분자들, 및 에칭 부산물들 간의 비율) 을 변화시키는 플라즈마 컨디션이다. 플라즈마 밀도가 증가함에 따라 더 많은 해리가 존재하고, 전체 플라즈마 화학물질에서 대응하는 변화들을 야기한다.
플루오르카본 (또는 수소화불화탄소) 소스 가스들 (FC 가스들) 은 통상적으로, Si02, SiNx, SiOCHx, 및 다른 실리콘계 유전체들을 에칭하는데 사용된다. 과도한 해리는 적합하지 않은 플라즈마 컨디션들 및 최적보다 덜한 프로세스 결과들을 초래한다. 구체적으로, 매우 많은 해리는, 표면들을 에칭하는 경향이 너무 강하고 플루오르카본 (FC) 박막들을 형성함으로써 표면들을 패시베이팅하는 경향이 너무 약함을 의미하는, 너무 "기울어지는 (lean)" 플라즈마 화학물질을 생성한다. 너무 많은 해리는, CxFy (X=2, 3, 4) 과 같은 중합 중성 종들을 표면 상의 소스 가스들의 감소된 중합을 초래하는 CFx (X=1, 2, 3) 및 F 와 같은 에칭 중성 종들로 변환한다. 과도한 해리 및 결과적인 소스 가스들의 낮은 중합은 마스크 및 기판 필름들에 대한 낮은 에칭 선택도, 뿐만 아니라 바람직하지 않은 측벽 에칭을 야기한다.
때때로, 플라즈마 화학물질의 가스 혼합물을 조정하는 것은 과도한 해리를 적어도 부분적으로 보상할 수 있다. 그러나, 가스 혼합물을 조정하는 것은 고 밀도의 플라즈마의 낮은 중합 한계들을 완전히 극복할 수 없다. 이 문제의 극단적인 예는, 고 밀도의 유도 결합 플라즈마 (ICP) 소스들이 FC 가스들과 함께 사용될 때 보여진다. 이 결과는 유기 마스크 재료들에 대한 낮은 선택도이다.
이온 플럭스와 전자 밀도 간의 밀접한 커플링 (close coupling) 은 높은 이온 플럭스 및 최적의 플루오르카본 플라즈마 화학물질을 조합하는 플라즈마 컨디션을 획득하는 것을 어렵게 만든다. 이 밀접한 커플링은 높은 에칭 속도와 높은 선택도 간의 트레이드오프를 강요한다. 이 트레이드오프는 보통, 높은 애스펙트비 (high-aspect-ratio; HAR) 콘택 또는 셀 에칭에 맞닥뜨리는데, 여기서 비교적 두꺼운 필름들로 인해 높은 에칭 속도들이 바람직하고, 두꺼운 마스크 필름들을 공급하는 복잡성 및 비용으로 인해 높은 선택도가 요망된다.
증가된 해리 없이 증가된 플라즈마 밀도를 제공하기 위한 일 접근법은 HAR 유전체 에칭을 위한 통상의 컨디션들과 비교하여 보다 낮은 전자 온도를 갖지만 고 밀도의 플라즈마를 생성하는 것이다. 이는 높은 이온 플럭스들이 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 가능하게 하지만, 프로세스 가스의 해리를 유도하기 위한 충분한 에너지를 갖는 전자들의 일부 (fraction) 를 감소시킨다. 이는, 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로의 플라즈마 및 프로세스 가스 양자의 균일한 주입을 허용하는 방식으로, 프로세스 가스 해리로부터 플라즈마 활성화 또는 생성을 공간적으로 분리시킴으로써 달성될 수 있다. 이 방식에서, 프로세스 가스들로부터 분리되는 영역에서 플라즈마가 생성되거나 또는 다르게는 가스들이 미리 활성화되기 때문에, 프로세싱될 기판과 상호작용하는 플라즈마는 낮은 해리이지만 높은 플라즈마 밀도의 이점을 가질 것이다.
해리를 증가시키지 않고 플라즈마 밀도를 증가시키는 일 접근법은 플라즈마 소스로부터 웨이퍼 프로세싱 영역으로 플라즈마를 직접 주입하는 것을 포함한다. 웨이퍼 프로세싱 영역에서의 플라즈마 밀도는 주입된 플라즈마에 의해 제공 및/또는 증가되므로, 전자 온도 및 이에 따른 프로세스 가스 해리 속도가 증가되지 않는다.
해리를 증가시키지 않고 플라즈마 밀도를 증가시키기 위한 다른 접근법은 플라즈마 소스로부터 웨이퍼 영역으로 활성화된 종들을 주입하는 것을 포함한다. 이들 종들은 준안정의 전자적으로 여기된 원자들 및 분자들, 진동으로 여기된 분자들, 또는 분자 해리에 의해 생성된 라디컬들을 포함할 수도 있어서, 이들 종들은 소스 가스 혼합물에 존재하는 페어런트 원자들 및 분자들 보다 실질적으로 더 낮은 이온화 에너지를 갖는다. 플라즈마 소스의 여기와 구별되는 전기적 여기에 의해 웨이퍼 프로세싱 영역에서 플라즈마가 생성된다. 예로써, 하부 전극 (104) 은 인가된 RF 바이어싱 신호 (S2)(예를 들어, 27 ㎒) 를 가질 수 있고, 상부 전극의 제 3 도전층 (112) 은 인가된 그라운드 전위 (S3) 를 가질 수 있다. 활성화된 종들의 일부는 웨이퍼 프로세싱 영역에서 플라즈마에 의해 이온화될 것이다. 활성화되지 않은 소스 가스 혼합물에 대하여 활성화된 종들을 특징짓는 감소된 이온화 전위들로 인해, 낮아진 전자 에너지들로 플라즈마 평형이 달성될 것이고, 이에 따라 웨이퍼 프로세싱 영역에서의 플라즈마가 조정되어 전자 온도를 낮출 것이다. 이 낮아진 전자 온도는 동일한 플라즈마 밀도에서 에천트 가스 혼합물의 보다 적은 해리를, 또는 보다 높은 플라즈마 밀도에서 동일한 해리를 생성하는 경향이 있다. 두 경우에서, 웨이퍼 프로세싱 영역에서의 플라즈마 밀도의 증가는 웨이퍼 프로세싱 영역에서의 프로세스 가스의 해리 속도로부터 크게 디커플링된 플라즈마 소스(들) 에 인가된 전력에 의해 제어될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른, 상부 전극 (103) 내의 다수의 중공 음극 플라즈마 공동들 (108) 을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (100) 의 개략도이다. 도 2 는 본 발명의 실시형태들에 따른, 다수의 중공 음극 플라즈마 공동들 (108) 중 단일의 공동의 보다 상세한 도면이다. 시스템 (100) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (101) 및 제어기 (125) 를 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (101) 는 상부 전극 (103) 및 하부 전극 (104) 을 포함한다. 하부 전극 (104) 은 웨이퍼 (102) 를 지지하고 웨이퍼에 전기적으로 커플링되는 척을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (101) 는 또한, 상부 전극 (103) 과 하부 전극 (104) 사이의 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 을 포함한다. 웨이퍼 프로세싱 영역은 약 16 mm 와 약 36 mm 사이의 갭 (D11) 을 가질 수 있다.
다수의 가스 소스들 (129, 141) 이 플라즈마 프로세싱 챔버 (101) 에 커플링된다. 2 개의 가스 소스들 (129, 141) 이 도시되었으나, 2 개보다 많은 가스 소스들이 또한 시스템 (100) 에 포함되거나 시스템에 커플링될 수 있다. 가스 소스들 (129, 141) 은 또한, 가스 흐름 속도 및 혼합을 제어하기 위한 서브시스템들 (예를 들어, 밸브, 매니폴드, 흐름 모니터 및 흐름 제어기) 을 포함한다. 가스 소스들 (129, 141) 은 또한, 그 안에 포함된 가스들의 가스 압력을 제어하는 서브시스템들을 포함한다.
다수의 바이어싱 (RF 및/또는 DC) 신호 소스들 (S1 내지 S5) 이 또한, 시스템 (100) 에 포함된다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 바이어싱 신호 소스들 (S1 내지 S5) 은 상부 전극 (103) 의 일부분 및 하부 전극 (104) 의 일부분에 커플링된다.
상부 전극 (103) 은 상부 전극의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템 (122A) 을 포함한다. 상부 전극 (103) 은 또한, 다수의 중공 음극 플라즈마 공동들 (108) 을 포함한다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상부 전극 (103) 은 또한, 각각의 가스 소스들 (129, 141) 로부터 각각의 사용 포인트들로 각각의 가스들 (128, 140) 을 분배하는 전달 플래넘들 (124 및 126) 을 포함한다.
상부 전극 (103) 은 다수의 층들로 형성될 수 있다. 예로써, 온도 제어 층 (122) 은 우수한 열 전도성 재료, 예컨대 금속 (알루미늄, 스테인리스 스틸, 다른 적합한 열적으로 전도성 재료 또는 재료들의 조합들), 탄화 규소일 수 있다. 온도 제어 층 (122) 은 임의의 적합한 치수의 두께 (D10) 를 갖는다. 예로써, 두께 (D10) 는 약 3mm 미만과 약 100mm 초과 사이일 수 있다.
HC 공동들 (108) 위에는 제 1 도전층 (120) 이 형성될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 1 도전층 (120) 은 바이어싱되어 HC 공동들 (108) 에 형성된 플라즈마 (140A) 를 다이렉팅하는 것을 도울 수 있다. 제 1 도전층 (120) 은 약 3mm 와 약 10mm 사이의 두께 (D9) 를 갖는다. 온도 제어 층 (122) 과 제 1 도전층 (120) 사이에는 전기적으로 절연층 (미도시) 이 선택적으로 포함될 수 있다.
제 2 도전층 (116) 은 HC 공동들 (108) 을 포함한다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도전층에 HC 공동들 (108) 을 형성하는 것은 HC 공동들에 바이어싱 신호 (S1) 를 인가하기 위한 비교적 단순한 구조를 가능하게 한다. 제 1 절연층 (118) 은 제 1 도전층 (120) 으로부터 제 2 도전층 (116) 을 전기적으로 절연시킨다. 제 1 절연층 (118) 은 약 1mm 와 약 6mm 사이의 두께 (D8) 를 갖는다.
제 2 절연층 (114) 은 제 3 도전층 (112) 으로부터 제 2 도전층 (116) 을 전기적으로 절연시킨다. 제 2 절연층 (114) 은 약 1mm 와 약 6mm 사이의 두께 (D7) 를 갖는다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 3 도전층 (112) 은 바이어싱되어 HC 공동들 (108) 에 형성된 플라즈마 (140A) 를 다이렉팅하는 것을 도울 수 있다. 제 3 도전층 (112) 은 약 3mm 와 약 10mm 사이의 두께 (D6) 를 갖는다.
제어기 (125) 는 로직, 소프트웨어, 프로세서(들), 하드웨어, 입/출력 서브 시스템, 디스플레이 서브시스템, 데이터 저장 시스템, 메모리 시스템, 통신 및 네트워킹 서브시스템을 포함하는 제어기 서브시스템들을 포함한다. 제어기 (125) 는 플라즈마 챔버 시스템 (110) 의 원하는 동작을 정의하는 레시피를 포함한다. 제어기 (125) 는 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 각종 센서 시스템들 (예를 들어, 전기, 광학, 압력, 온도 등) 에 커플링되어, 플라즈마 프로세싱 시스템 내의 프로세싱을 모니터링한다. 제어기 (125) 는 또한, 바이어싱 신호 소스들 (S1 내지 S5) 의 제어 입력들 및/또는 피드백 출력들, 가스 소스들 (129, 141), 온도 제어 시스템 (122A) 에, 그리고 각종 컴포넌트들 및 일부 실시형태에서는 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 웨이퍼 (102) 를 이동시키는 (예를 들어, 상승 하강, 측방 이동, 개폐 등) 각종 액츄에이터에 커플링된다.
도 3 은 본 발명의 실시형태들에 따른 상부 전극 (103) 내의 DC 또는 RF 전력공급된 중공 음극 (HC) 공동들의 2 차원 어레이의 개략도이다. 도 4 는 본 발명의 실시형태들에 따른 상부 전극 (103) 내의 DC 또는 RF 전력공급된 중공 음극 (HC) 트렌치들의 2 차원 어레이의 개략도이다. 도 1, 2 및 3 은 상부 전극 (103) 의 표면에서의 다수의 별개의 HC 들 (108) 및 별개의 주입 포트들 (127) 을 나타낸다. 도 4 에 도시된 실시형태는 상부 전극 (103) 의 표면에서의 별개의 HC 들 (108) 및 별개의 주입 포트들 (127) 의 적어도 일부를 트렌치들 (108' 및 127') 로 각각 대체한다. 트렌치들 (108' 및 127') 은 제조 및 조립을 단순화할 수 있다. 실시형태들은 단순화된 개략적 형태로 도시되었고, 반드시 일정한 비율로 그려지지 않은 것으로 이해되어야 한다.
HC 공동들 (108) 은, 고 에너지 전자들이 캐소드 벽들 사이에 트랩되는 중공 음극 효과를 통해 플라즈마를 생성한다. HC 공동 (108) 는 약 3mm 와 약 25mm 사이의 폭 (D4) 을 갖는다. HC 공동 (108) 은 약 3mm 와 약 25mm 사이의 높이 (D5) 를 갖는다.
별개의 HC 들 (108), 별개의 주입 포트들 (127), 및 트렌치들 (108' 및 127') 은 상부 전극 (103) 의 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분포되는 것으로 도시된다. 그러나, 별개의 HC 들 (108), 별개의 주입 포트들 (127), 및 트렌치들 (108' 및 127') 의 분포가 도시된 바와 같이 균등하게 분포되지 않을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 별개의 HC 들 (108), 별개의 주입 포트들 (127), 및 트렌치들 (108' 및 127') 의 상대적인 크기들은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같지 않을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 증가된 해리 없이 증가된 플라즈마 밀도를 생성하는데 있어서 수행된 방법 동작들 (500) 을 나타내는 흐름도이다. 본원에 도시된 동작들은 예시의 방식이고, 일부 동작들은 서브 동작들을 가질 수도 있고 다른 경우에서, 본원에 설명된 소정 동작들이 도시된 동작들에 포함되지 않을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 이를 염두에 두고, 방법 및 동작들 (500) 이 이제 설명된다.
동작 505 에서, HC 공동들 (108) 및/또는 트렌치들에는 분배 플래넘들 (126) 을 통해 소스 가스 (140) 가 공급된다. 동작 510 에서, 제 1 신호 (S1) 는 HC 공동들 (108) 에 인가되어 그 안에 플라즈마 (140A) 및/또는 활성화된 종들을 생성한다. 약 20 mT 내지 약 5000 mT 사이의 보통의 압력에서 그리고 더 구체적으로는 약 50 mT 내지 약 1000 mT 사이의 압력에서 고 밀도 플라즈마 (140A) 가 생성될 수 있다. 동작 515 에서, 플라즈마 (140A) 및/또는 활성화된 종들은 에칭될 표면 (102A) 과 HC 공동들 (108) 의 유출구들 (108A) 사이에 위치한 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 전달된다.
소스 가스 (140) 가 HC 공동들 (108) 의 상부로부터 공급되어 HC 공동들 내에 최적의 압력을 제공한다. 소스 가스 (140) 는 2 이상의 가스들의 가스 혼합물 또는 순 (pure) 가스일 수 있다. 소스 가스 (140) 는 실질적으로 불활성이고 에칭될 표면과 반응하지 않는다. 예로써, 소스 가스(들)(140) 은 아르곤, 제논 또는 심지어 N2 나 02 와 같은 분자 가스 중 하나 또는 혼합물을 포함할 수 있다. N2 및 02 는 보통 불활성으로 간주되지 않지만, 소스 가스, N2 및 02 및 그 임의의 해리가 HC 공동 (108) 또는 트렌치의 내측 표면들에 주목할 만한 변형을 야기하지 않고, 낮은 레벨의 해리를 갖도록 의도되는 플루오르카본 가스들과 같은 가스들을 포함하지 않는다면, 이 경우에서 소스 가스는 불활성인 것으로 간주될 수도 있다.
활성화된 종들이 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 주입되는 경우, 소스 가스가 선택되어 그러한 원하는 종들을 생성한다. 예를 들어, 통상적인 플라즈마 컨디션 하에서 준안정의 전자적으로 여기된 원자들을 생성하기 위해 아르곤 및 제논과 같은 희가스 원자들이 알려져 있다. 이들 준안정의 원자들은 그라운드-상태 원자보다 매우 낮은 이온화 전위를 가질 수도 있다. 유사하게, N2 분자는 또한, 통상적인 플라즈마 컨디션 하의 조밀한 (populating) 준안정의 전자 상태들에서 상대적으로 효율적이다. 다른 예로서, CO 분자는 또한, CO 분자보다 더 낮은 이온화 전위를 갖는 원자 C 라디컬들을 생성하기 위해 소스 영역에서 해리할 수 있기 때문에, 유리할 수도 있다.
플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 는, HC 공동 (108) 의 내측 표면들 및 에칭될 표면 (102A) 상에 디파짓 (deposit) 들을 형성하거나 에칭할 수도 있기 때문에, 불활성으로 간주되지 않는다. 플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 의 해리는 또한, 전술된 바와 같은 에칭 결과들에 강하게 영향을 줄 수 있다. 따라서, 플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 는 HC 공동 (108) 을 통해 주입되지 않는다. 그러나, 플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 는 에칭될 표면 (102A) 과의 에칭/화학적 반응을 위해 여전히 필요하다.
플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 는 또한, 가스들의 혼합물을 포함할 수 있다. 에천트 가스 혼합물에서의 일부 가스들은 불활성일 수도 있고, 혼합물에서의 일부 가스들은 반응성일 수도 있다. 에천트 가스 혼합물에서의 가스들의 비율이 조정되어 원하는 비율을 달성할 수도 있다. 에천트 가스 (128) 는, 에칭될 표면 (102A) 에서 화학적 에천트로서 작용하는 화학적 종들 또는 그 전구체들을 함유하는 가스 혼합물 또는 단일 가스일 수 있다. 예로써, 에천트 가스 (128) 는 Si02 에칭용 플루오르카본들 또는 Si 에칭용 Cl2 를 포함할 수 있다. 02, CH4, 또는 HBr 과 같은 다른 가스들이 플루오르카본 함유 가스(들)과 혼합되어, 측벽 패시베이션 또는 다른 이로운 효과들을 제공할 수도 있다.
동작 520 에서, 플루오르카본 또는 다른 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 를 포함하는 제 2 가스가 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 주입된다. 제 2 가스는 HC 공동들 (108) 을 바이패스하고, 주입 포트들 (127) 을 통해 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 직접 주입된다. 주입 포트들 (127) 은 HC 공동들 (108) 의 유출구들 (108A) 사이에 위치된다. 에천트 가스 (128) 를 주입하는 것은 에천트 가스 소스 (129) 로부터 하나 이상의 전달 플래넘들 (124) 로 에천트 가스를 전달하는 것을 포함할 수 있다. 전달 플래넘들 (124) 은 에천트 가스 (128) 를 주입 포트들 (127) 로 분배한다. 에천트 가스 (108) 는 주입 포트들 (127) 로부터 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 주입된다. 따라서, 플루오르카본 또는 할로겐화물 함유 에천트 가스 (128) 는 HC 공동들 (108) 을 바이패스하고, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 직접 주입된다.
동작 530 에서, 에천트 가스 (128) 는 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에서 HC 유출구들 (108A) 로부터 출력된 활성화된 종들 및/또는 플라즈마 (140A) 와 혼합한다. HC 유출구들 (108A) 로부터 활성화된 종들이 출력되는 경우, 하부 전극 (104) 에 바이어싱 신호 (S2) 를 인가하고 상부 전극의 제 3 도전성 층 (112) 에 그라운드 전위 신호 (S3) 를 인가함으로써 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 플라즈마 (140A) 및/또는 활성화된 종들이 HC 들 (108) 의 유출구 (108A) 로부터 흐르기 때문에, 소스 가스 (140) 의 선택된 흐름 속도 및 유출구들 (108A) 의 폭 (D2) 및 유출구들 (108A) 의 수직 길이 (D6+D7) 의 조합이 압력 드롭을 결정한다. 유출구들 (108A) 의 폭 (D2) 은 약 1.0 mm 와 약 15 mm 사이일 수 있고, 유출구들 (108A) 의 길이 (D6+D7) 는 약 1.0 mm 와 약 12 mm 사이일 수 있다. 어퍼처를 통과하는 가스 흐름에 대해, 면적에 대한 순유속의 비는 플럭스를 나타내고, 이 파라미터는 반대 방향에서의 바람직하지 않은 가스 이송을 방지하기 위한 순 가스 흐름의 능력을 결정하도록 조정될 수 있다. 유출구들 (108A) 을 통과하는 플라즈마 (140A) 및 가스 (140) 의 플럭스는, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에 존재하는 가스 종들이 이 개구들 (108A) 을 통과하여 HC 들 (108) 로 진입하는 것을 실질적으로 방지한다. 따라서, 에천트 가스 (128) 및 그 해리 및 반응 산물들이 HC 들 (108) 내의 표면들과 상호작용하는 것이 실질적으로 방지된다.
가스 (140) 는 HC 들 (108) 안으로 흐르기 때문에, 소스 가스 (140) 의 선택된 흐름 속도 및 포트(들) (140B) 의 폭 (D3) 및 포트(들)(140B) 의 수직 길이 (D12) 의 조합이 압력 드롭을 결정한다. 포트(들)(140B) 및 폭 (D3) 을 통과한 가스 (140) 의 플럭스는 플라즈마가 소스 가스 공급 플래넘 (126) 안으로 확장되는 것을 실질적으로 방지한다. 포트(들)(140B) 은 명목상 약 2x 플라즈마 시스 두께 보다 작은 폭 (D3) 을 갖는다. 예로써, 폭 (D3) 은 약 0.1 mm 와 약 0.7 mm 사이일 수 있다. 어퍼처(들)(140B) 의 길이 (D12) 는 약 1 mm 와 약 12 mm 사이일 수 있다.
에천트 가스 (128) 의 선택된 흐름 속도 및 어퍼처들 (127B) 의 폭 (D1) 및 길이 (D13) 의 조합은 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로의 에천트 가스 (128) 의 압력 드롭을 결정한다. 어퍼처 (127B) 의 폭 (D1) 은 약 0.3 mm 와 약 0.8 mm 사이일 수 있고, 어퍼처의 길이 (D13) 는 약 2.0 mm 와 약 20.0 mm 사이일 수 있다. 에천트 가스 (128) 의 플럭스 및 어퍼처들 (127B) 의 폭 (D1) 은 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에 존재하는 가스 종들이 주입 포트들 (127) 로 진입하는 것을 실질적으로 방지한다. 소스 가스 (140) 및 에천트 가스 (128) 의 흐름 속도들의 비는, 예컨대 각각의 가스 소스들 (129, 141) 의 압력들을 변경함으로써 선택적으로 제어될 수 있다.
예로써, 소스 가스 (140) 및 에천트 가스 (128) 의 흐름 속도들의 비는, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로의 총 가스 흐름 중 더 큰 부분이 HC 들 (108) 로부터 유출된 플라즈마 이온들 (140A) 및 소스 가스 (140) 이도록 선택적으로 제어될 수 있다. 유사하게, 소스 가스 (140) 및 에천트 가스 (128) 의 흐름 속도들의 비는, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로의 총 가스 흐름의 더 큰 부분이 주입 포트들 (127) 로부터 유출되도록 선택적으로 제어될 수 있다. 또한 유사하게, 소스 가스 (140) 및 에천트 가스 (128) 의 흐름 속도들의 비는, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로의 총 가스 흐름이 주입 포트들 (127) 로부터 유출된 에천트 가스 (128) 및 HC 들 (108) 로부터 유출된 소스 가스 (140) 와 플라즈마 이온들 (140A) 사이에서 실질적으로 균등하게 분배되도록 선택적으로 제어될 수 있다.
HC 공동들 (108) 의 개구들 (108A) 의 폭 (D2) 은 에천트 가스 (128) 가 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 으로부터 그리고 HC 공동들 안으로 흐르는 것을 실질적으로 방지한다. 폭 (D2) 은 플라즈마의 선택에 의해 결정되고/되거나 활성화된 종들은 HC 들 (108) 로부터 그리고 특정 플라즈마 (140A) 의 다이내믹에 의해 출력되도록 요망된다. 예로써, 폭 (D2) 은, 플라즈마가 개구들 (108A) 을 통해 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 이송되는 것을 보장하도록, 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 넓다. 반대로, 플라즈마 (140A) 가 아니고 단지 활성화된 종들만 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 주입되도록 의도되면, 폭 (D2) 은, 플라즈마가 개구들 (108A) 에서 반드시 없어지게 하도록 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 더 작아질 것이다.
HC 들 (108) 및/또는 트렌치들 (108') 은, 에칭될 표면 (102A) 및 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 전체에 걸쳐 플라즈마 이온들 (140A) 및 에천트 가스 (127) 의 혼합물 (208) 및 실질적으로 균일한 흐름을 전달하도록 상부 전극 (103) 의 면 전체에 걸쳐 분포된다. 동작 540 에서, 플라즈마 (140A) 의 전자들은 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에서 에천트 가스들 (127) 과 상호작용하여, 제어된 해리를 유도하고 표면 (102A) 과의 연관된 패시베이션 및 에칭 반응에 필요한 원하는 화학적 종들 (208) 을 생성한다. 플라즈마 소스(들)(108) 의 원격의 (remote) 성질 및 HC 들 (108) 로부터 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로의 플라즈마 (140A) 의 확산으로 인해, 또는 HC 들 (108) 로부터 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 안으로 낮아진 이온화 전위를 갖는 활성화된 종들의 이송으로 인해, 웨이퍼 프로세싱 영역에서의 전자 온도는 HAR 유전체 에칭을 위해 현재 통상적인 전자 온도보다 상당히 낮아진다.
동작 550 에서, 플라즈마 (140A) 의 일부 및 원하는 화학적 종들 (208) 이 에칭될 표면 (102A) 으로 전달되어, 에칭될 이 표면을 에칭한다. 표면 (102A) 을 에칭하는 것은 에칭 부산물들을 생성한다. 동작 560 에서, 에칭 부산물들이 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 으로부터 제거된다. 플라즈마 (140A) 및 원하는 화학적 종들 (208) 을 에칭될 표면 (102A) 으로 전달하는 것은 또한, 신호 소스 (S2) 로부터 하부 전극 (104) 으로 신호를 인가하는 것을 포함한다. 신호 (S2) 는 이온 충격 에너지를 제어하기 위한 RF 바이어스일 수 있다. RF 바이어스는 DC 바이어스에 비해 잘 알려진 이점을 갖고, RF 바이어스는 최소의 전위 드롭을 갖는 유전체 필름들 (예를 들어, 웨이퍼 표면 상의 산화물 필름들 또는 ESC 내의 세라믹 층들) 을 통해 인가될 수 있다. 신호 (S2) 는 하부 전극 (104) 을 바이어싱하기 위한 RF 신호 및 DC 신호 양자를 포함할 수 있다. 하부 전극 (104) 에 인가된 바이어스 신호 (S2) 는 또한, 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에서 플라즈마 밀도를 생성 및/또는 증가시킬 수도 있다.
바이어스 신호들 (S3 및 S4) 은 HC 공동들 (108) 의 각각의 상단 (120) 및 하단 (112) 에 제공되어 HC 공동들로부터 플라즈마 (140A) 의 전달을 향상시킬 수 있다. 바이어스 신호들 (S3 및 S4) 은 그라운드 전위일 수 있다. 온도 제어 층 (122) 은 제 1 도전층 (120) 과 동일한 바이어싱 신호 (S4) 로 바이어싱될 수 있다. 다르게는 그리고 전술된 바와 같이, 선택적 절연층이 온도 제어 층 (122) 을 제 1 도전층 (120) 으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있고, 따라서 온도 제어 층이 제 1 도전층에 인가된 바이어스 신호 (S4) 와 상이한 신호 (S5) 로 바이어싱되는 것을 가능하게 한다.
소스 가스 (140) 는 폭 (D3) 을 갖는 하나 이상의 포트들 (140B) 을 통해 HC 공동들 (108) 의 상부 안으로 주입된다. 다수의 작은 포트들 (140B) 은 실질적으로, 플라즈마 (140A) 가 HC 공동들 (108) 로부터 상방으로 그리고 전달 플래넘 (126) 안으로 누설되는 것을 방지한다. 반대로, HC 들 (108) 의 유출구 (108A) 에서의 플라즈마 주입은 최소의 가능한 가스 전도도를 갖고 플라즈마 이송 및/또는 활성 종들 이송을 가능하게 하도록 단일의 개구이다.
예시적인 실시형태에서, 신호 (S1) 는 전극 표면 상의 DC-플로팅 표면 필름들로 가능한 문제들을 회피하기 위해 1 내지 15 ㎒ 범위에서의 RF 일 것이다. 소스 가스 (140) 는 아르곤일 것이고, 에천트 가스 (128) 는 플루오르카본들, 수소화불화탄소들, 및/또는 O2 의 혼합물일 것이다.
많은 대안의 가능한 실시형태들이 존재한다. 예로써, HC 공동들 (108) 의 캐소드 및 그라운드 신호들 (S1, S3, S4) 은, 신호 (S1) 가 HC 공동들의 상단 위로 연장되는 선택적 도전층 (116A) 에 인가될 수 있도록 배열될 수 있다. 실질적으로 어레이의 대안의 포인트들에서 2 개의 별개의 가스들 (128, 140) 이 웨이퍼 프로세싱 영역 (106) 에 공급되기 때문에, 가스 공급 지오메트리에서 다른 변형들이 또한 가능하다.
온도 제어 층 (122) 은 온도 제어 시스템 (122A) 에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 온도 제어 층 (122) 을 냉각하는 것은 HC 공동들 (108) 로부터 열을 빼낼 것이다. 예로써, 온도 제어 층 (122) 은 온도 제어 시스템 (122A) 을 통과하는 냉각수를 포함하여, 상부 전극 (103) 으로부터 외부 열 소산 시스템 (미도시) 으로 열을 운반할 수 있다. 온도 제어 시스템 (122A) 은 당해 분야에 잘 알려진 바와 같은 상부 전극 (103) 의 온도를 제어하는 다른 시스템들 및 방법들을 포함할 수 있다. 예로써, 온도 제어 시스템 (122A) 은 열 싱크, 열전 냉각, 가열, 임의의 적합한 냉각 매체를 포함할 수 있다.
에천트 가스가 C4F8 및 02 로 구성되는 일 예에서, C4F8 분자 해리들이 다양한 작은 원자들 및 분자들을 형성하고, 이 중 일부는 화학적으로 반응성 라디컬들이다. 특히, C2F4, C3F5, 및 다른 멀티 카본 종들은 부분적으로, 마스크, 측벽 및 정지 층을 폴리머 퇴적을 통해 패시베이팅하는 중합 프로세스들에 책임이 있다. 그에 반해, CF3 및 F 라디컬 종들은 이온 충격과 결합하여 작용하여 에칭될 Si02-계 필름을 에칭한다. O 라디컬들은 O2 의 해리에 의해 생성된다. O 라디컬들은 폴리머, 특히 이온 충격과 결합하여 에칭하고, 따라서 제어 가능한 정도의 순 중합을 가능하게 한다. 통상의 프로세스들보다 낮은 정도의 해리를 가능하게 함으로써, 본 프로세스들은 에천트에 더 많은 비율의 패시베이션을 제공하고, 이는 선택적 에칭을 위해 더욱 유리하다.
상기 실시형태들을 염두에 두고, 본 발명은 컴퓨터 시스템들에 저장된 데이터를 포함하는 각종 컴퓨터 구현된 동작들을 활용할 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 이들 동작들은 물리적 양들의 물리적 조작을 필요로 하는 것들이다. 대개, 반드시는 아니지만, 이들 양들은 저장, 전송, 조합, 비교, 및 다르게는 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호들의 형태를 취한다. 또한, 수행된 조작들은 종종 생성, 식별, 결정 또는 비교와 같은 용어들로 지칭된다.
본 발명은 또한, 컴퓨터 판독가능 매체 상의 컴퓨터 판독가능 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 그 후에 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예들로는, 하드 드라이브, NAS (network attached storage), 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, CD-ROMs, CD-Rs, CD-RWs, DVDs, 플래시, 자기 테이프들, 및 다른 광학 및 비-광학 데이터 저장 디바이스들이 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한, 컴퓨터 판독가능 코드가 분배된 방식으로 저장 및 실행되도록 네트워크 커플링된 컴퓨터 시스템들에 분배될 수 있다.
본 발명의 일부를 형성하는 본원에 설명된 동작들 중 임의의 것은 유용한 머신 동작들이다. 본 발명은 또한, 이들 동작들을 수행하기 위한 디바이스 또는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 필요한 목적을 위해 특별하게 구성될 수도 있고, 또는 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화 또는 구성된 범용 컴퓨터일 수도 있다. 특히, 각종 범용 머신들은 본원의 교시들에 따라 기입된 컴퓨터 프로그램들을 갖고 사용될 수도 있고, 또는 필요한 동작들을 수행하기 위해 더 특별화된 장치를 구성하기에 더욱 편리할 수도 있다.
상기 발명은 이해의 명확성을 위해 일부 상세에서 설명되었으나, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 소정의 변화 및 변형들이 실시될 수도 있다. 따라서, 본 실시형태들은 제한이 아닌 예시적인 것으로서 간주되어야 하고, 본 발명은 본원에 제공된 상세들에 제한되는 것이 아니고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 변형될 수도 있다.

Claims (22)

  1. 반도체 웨이퍼를 에칭하는 방법으로서,
    소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계로서,
    상기 소스 가스 혼합물을 상기 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 복수의 중공 음극 공동 (hollow cathod cavity) 들 안으로 주입하는 단계로서, 상기 상부 전극은 제 1 도전층, 상기 제 1 도전층 아래의 제 1 절연층, 상기 제 1 절연층아래의 상기 복수의 중공 음극 공동들을 포함하는 제 2 도전층, 상기 제 2 도전층 아래의 제 2 절연층 및 상기 제 2 절연층 아래의 제 3 도전층을 포함하는, 상기 소스 가스 혼합물을 상기 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 복수의 중공 음극 공동들 안으로 주입하는 단계;
    상기 복수의 중공 음극 공동들에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계및 상기 제 1 도전층 위의 상기 상부 전극의 온도 제어 층에 의해 상기 상부 전극을 냉각하는 단계를 포함하는, 상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터 상기 프로세스 챔버의 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 상기 생성된 플라즈마를 출력하는 단계로서, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역은 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치하는, 상기 생성된 플라즈마를 출력하는 단계를 포함하는, 상기 소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계;
    상기 웨이퍼 프로세싱 영역에서 원하는 화학적 종들을 생성하는 단계를 포함하는, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 에천트 가스 혼합물을 주입하는 단계로서, 상기 에천트 가스 혼합물이 상기 복수의 중공 음극 공동들의 상기 유출구들로부터 출력된 상기 플라즈마와 혼합하도록 상기 에천트 가스 혼합물은 상기 상부 전극 내의 복수의 주입 포트들을 통해 주입되고, 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들로부터 흐르는 상기 플라즈마 및 상기 가스에 의해 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들로 상기 에천트 가스 혼합물이 흐르는 것이 실질적으로 방지되는, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 에천트 가스 혼합물을 주입하는 단계; 및
    상기 에칭될 표면을 에칭하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들을 바이어싱하는 단계는 상기 상부 전극의 제 2 도전층에 상기 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 중공 음극 공동들은 상기 제 2 도전층에 형성되는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이어싱 신호는 RF 바이어싱 신호를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이어싱 신호는 l ㎒ 내지 15 ㎒의 범위 내의 RF 신호를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 주입 포트들은 실질적으로, 상기 상부 전극의 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 표면 전체에 걸쳐 분포되는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들은 실질적으로, 상기 상부 전극의 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 표면 전체에 걸쳐 분포되는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들 및 상기 복수의 주입 포트들은 실질적으로, 상기 상부 전극의 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 표면 전체에 걸쳐 균등하게 배치되는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터 상기 생성된 플라즈마를 출력하는 단계는 하부 전극에 제 2 바이어싱 신호를 인가하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계는 상기 복수의 중공 음극 공동들의 상기 유출구들에 제 3 바이어스 신호를 인가하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계는 상기 복수의 중공 음극 공동들의 상기 유출구들에 제 3 바이어스 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 제 3 바이어스 신호는 그라운드 전위인, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭될 표면을 에칭하는 단계는 상기 웨이퍼 프로세싱 영역으로부터 에칭 부산물들을 제거하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극의 제 1 도전층에 그라운드 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들은 복수의 중공 음극 트렌치들을 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극 내의 복수의 주입 포트들은 복수의 주입 트렌치들을 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 가스 혼합물은 불활성 가스인, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 에천트 가스 혼합물은 플루오르카본 함유 가스를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 상기 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 큰 폭을 갖는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
  19. 에칭 종들을 생성하기 위한 시스템으로서,
    소스 가스 혼합물 소스;
    에천트 가스 소스;
    프로세스 챔버를 포함하고,
    상기 프로세스 챔버는,
    상부 전극으로서,
    상기 상부 전극을 냉각시키기 위한 온도 제어 층;
    상기 온도 제어 층 아래의 제 1 도전층;
    상기 제 1 도전층 아래의 제 1 절연층;
    복수의 중공 음극 공동 (hollow cathod cavity) 들의 각 공동의 유입구에 상기 소스 가스 혼합물 소스가 커플링된, 상기 복수의 중공 음극 공동들을 포함하는 상기 제 1 절연층 아래의 제 2 도전층;
    상기 제 2 도전층 아래의 제 2 절연층;
    상기 제 2 절연층 아래의 제 3 도전층;
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에 커플링된 제 1 바이어싱 신호 소스;
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 대응하는 유출구로서, 상기 대응하는 유출구들은 상기 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 프로세싱 영역에 개방되어 있고, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역은 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치하는, 상기 대응하는 유출구; 및
    상기 에천트 가스 소스에 커플링되고, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 상기 에천트 가스를 주입시킬 수 있는 복수의 주입 포트들을 포함하는, 상기 상부 전극; 및
    상기 에칭될 표면을 포함하는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 하부 전극을 포함하는, 에칭 종들을 생성하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 대응하는 유출구들의 각 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 큰 폭을 갖는, 에칭 종들을 생성하기 위한 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 대응하는 유출구들의 각 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배 이하의 폭을 갖는, 에칭 종들을 생성하기 위한 시스템.
  22. 반도체 웨이퍼를 에칭하는 방법으로서,
    소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계로서,
    상기 소스 가스 혼합물을 상기 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 복수의 중공 음극 공동 (hollow cathod cavity) 들 안으로 주입하는 단계로서, 상기 상부 전극은 제 1 도전층, 상기 제 1 도전층 아래의 제 1 절연층, 상기 제 1 절연층아래의 상기 복수의 중공 음극 공동들을 포함하는 제 2 도전층, 상기 제 2 도전층 아래의 제 2 절연층 및 상기 제 2 절연층 아래의 제 3 도전층을 포함하는, 상기 소스 가스 혼합물을 상기 프로세스 챔버의 상부 전극 내의 복수의 중공 음극 공동들 안으로 주입하는 단계;
    상기 복수의 중공 음극 공동들에 제 1 바이어싱 신호를 인가하는 단계및 상기 제 1 도전층 위의 상기 상부 전극의 온도 제어 층에 의해 상기 상부 전극을 냉각하는 단계를 포함하는, 상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 중공 음극 공동들에서 활성화된 종들을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 대응하는 유출구들로부터 상기 프로세스 챔버의 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 상기 생성된 활성화된 종들을 출력하는 단계로서, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역은 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들과 에칭될 표면 사이에 위치하는, 상기 생성된 활성화된 종들을 출력하는 단계를 포함하는, 상기 소스 가스 혼합물을 프로세스 챔버 안으로 주입하는 단계;
    상기 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 에천트 가스 혼합물을 주입하는 단계로서,
    상기 에천트 가스 혼합물이 상기 복수의 중공 음극 공동들의 상기 유출구들로부터 출력된 상기 활성화된 종들과 혼합하도록 상기 에천트 가스 혼합물은 상기 상부 전극 내의 복수의 주입 포트들을 통해 주입되고,
    상기 웨이퍼 프로세싱 영역에서 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 프로세싱 영역에서 원하는 화학적 종들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들로부터 흐르는 상기 활성화된 종들에 의해 상기 복수의 중공 음극 공동들 각각의 상기 유출구들 안으로 상기 에천트 가스 혼합물이 흐르는 것이 실질적으로 방지되고,
    상기 복수의 중공 음극 공동들의 각 공동에 대한 상기 유출구는 플라즈마 시스 두께의 2 배보다 작은 폭을 갖는, 상기 웨이퍼 프로세싱 영역 안으로 에천트 가스 혼합물을 주입하는 단계; 및
    상기 에칭될 표면을 에칭하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 에칭 방법.
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