KR102584990B1 - 고 종횡비 에칭을 위한 플라즈마 에칭 툴 - Google Patents
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Abstract
고 종횡비 피처들은 저 에너지의 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 것과 고 에너지의 불활성 가스 종의 양이온들을 가속화하는 것 사이에서 교번할 수 있는 플라즈마 에칭 장치를 사용하여 에칭된다. 플라즈마 에칭 장치는 이온화 공간으로부터 플라즈마 생성 공간을 분리하는, 적어도 2 개의 영역들로 분할될 수 있다. 반응성 종의 음이온들은 플라즈마가 플라즈마 생성 공간에서 점화될 때 이온화 공간에서 전자 부착 이온화에 의해 생성될 수 있다. 불활성 가스 종의 양이온들은 플라즈마가 플라즈마 생성 공간에서 ??칭될 때 이온화 공간에서 페닝 이온화 (Penning ionization) 에 의해 생성될 수 있다.
Description
플라즈마 에칭 프로세스들은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조에 사용된다. 반도체 디바이스들이 많아질수록 점점 좁아지는 설계 규칙들로 스케일링된다. 피처 사이즈들이 감소하고, 점점 더 많은 피처들이 보다 고밀도 구조체들을 생성하도록 단일 웨이퍼 상에 패킹된다. 디바이스 피처들이 축소되고 구조체들의 밀도가 증가함에 따라, 에칭된 피처의 종횡비가 증가한다. 고 종횡비 (HAR) 피처들을 효과적으로 에칭하는 것은 많은 반도체 디바이스들의 설계 요건들을 충족하는데 중요할 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적들이다. 이 배경기술에 기술되는 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술 (description) 의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
참조로서 포함
PCT 신청 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권 또는 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 포함되었다.
플라즈마 에칭 장치가 본 명세서에 제공된다. 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 생성 소스, 플라즈마 생성 소스에 커플링되고 이온들을 생성하도록 구성된 이온화 공간, 이온화 공간과 플라즈마 생성 소스 사이의 제 1 그리드, 이온화 공간에 커플링되고 가속 공간의 기판으로 이온들을 전달하도록 구성된 가속 공간, 바이어스되도록 구성되고 가속 공간의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 이온화 공간 내로 반응성 종을 도입하고 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가함으로써 가속 공간의 기판으로 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작, 및 이온화 공간 내로 비반응성 종을 도입하고 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가함으로써 가속 공간의 기판으로 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성된다.
일부 구현 예들에서, 네거티브 바이어스는 포지티브 바이어스보다 절대값이 실질적으로 크다. 일부 구현 예들에서, 포지티브 바이어스는 약 0.5 V 내지 약 10 V이고, 네거티브 바이어스는 약 -50 kV 내지 약 -1 kV이다. 일부 구현 예들에서, 제어기는, 반응성 종의 음이온들을 가속화할 때 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 점화하는 동작, 및 비반응성 종의 양이온들을 가속화할 때 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 ??칭하는 (quench) 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성된다. 일부 구현 예들에서, 제어기는, 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 반응성 종을 이온화하고 이온화 공간에서 반응성 종의 음이온들을 형성하도록 플라즈마로부터 이온화 공간으로 전자들을 추출하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성된다. 일부 구현 예들에서, 제어기는, 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 비반응성 종을 이온화하고 이온화 공간에서 비반응성 종의 양이온들을 형성하도록 플라즈마로부터 이온화 공간으로 준안정 종의 확산을 유발하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성된다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치는 이온화 공간과 가속 공간 사이에 제 2 그리드를 더 포함한다. 이온화 공간의 압력은 가속 공간의 압력보다 높을 수도 있다.
또 다른 양태는 플라즈마 에칭 장치를 수반한다. 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 생성 소스, 플라즈마 생성 소스에 커플링되고 이온들을 생성하도록 구성된 이온화 공간, 이온화 공간과 플라즈마 생성 소스 사이의 제 1 그리드, 이온화 공간에 커플링되고 가속 공간의 기판으로 이온들을 전달하도록 구성된 가속 공간, 바이어스되도록 구성되고 가속 공간의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 이온화 공간에 반응성 종 및 비반응성 종을 도입하는 동작, 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 점화하는 동작, 반응성 종을 이온화하고 반응성 종의 음이온들을 형성하고 그리고 플라즈마가 점화될 때 기판으로 반응성 종의 음이온들을 가속화하도록 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가하는 동작, 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 ??칭하는 동작, 및 비반응성 종의 양이온들을 형성하고 플라즈마가 ??칭될 때 기판으로 비반응성 종의 양이온들을 가속화하도록 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성된다.
일부 구현 예들에서, 포지티브 바이어스는 약 0.5 V 내지 약 10 V이고, 네거티브 바이어스는 약 -50 kV 내지 약 -1 kV이다. 일부 구현 예들에서, 이온화 공간과 가속 공간 사이의 제 2 그리드, 제 1 그리드는 바이어스되도록 구성되고 제 2 그리드는 바이어스되도록 구성되고, 이온화 공간의 압력은 가속 공간의 압력보다 높다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 생성 소스는 유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma; ICP) 반응기 또는 용량 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma; CCP) 반응기이다. 일부 구현 예들에서, 제어기는, 플라즈마가 점화될 때 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가하는 동작 및 플라즈마가 ??칭될 때 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가하는 동작을 반복하고 교번하는 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성된다.
도 1은 에칭을 위해 유도 결합 플라즈마를 생성하는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이다.
도 2는 에칭을 위해 용량 결합 플라즈마를 생성하는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이다.
도 3a 내지 도 3c는 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 를 에칭하기 위한 예시적인 반응 메커니즘의 개략적인 예시들을 도시한다.
도 4a는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4b는 단일 그리드로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4c는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 리모트 플라즈마 소스에서 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4d는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 용량 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 5는 일부 구현 예들에 따른 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 사용하는, 예시적인 플라즈마 에칭 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 구현 예들에 따른 도 6a의 개질 동작과 도 6b의 제거 동작 사이를 교번하는, 예시적인 플라즈마 에칭 프로세스의 개략적인 예시들을 도시한다.
도 7은 일부 구현 예들에 따른 개질 동작과 제거 동작 사이를 교번하는 플라즈마 에칭 프로세스에서 플라즈마 소스 및 기판 지지부에 인가된 전압의 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다.
도 2는 에칭을 위해 용량 결합 플라즈마를 생성하는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이다.
도 3a 내지 도 3c는 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 를 에칭하기 위한 예시적인 반응 메커니즘의 개략적인 예시들을 도시한다.
도 4a는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4b는 단일 그리드로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4c는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 리모트 플라즈마 소스에서 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 4d는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 용량 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다.
도 5는 일부 구현 예들에 따른 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 사용하는, 예시적인 플라즈마 에칭 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 구현 예들에 따른 도 6a의 개질 동작과 도 6b의 제거 동작 사이를 교번하는, 예시적인 플라즈마 에칭 프로세스의 개략적인 예시들을 도시한다.
도 7은 일부 구현 예들에 따른 개질 동작과 제거 동작 사이를 교번하는 플라즈마 에칭 프로세스에서 플라즈마 소스 및 기판 지지부에 인가된 전압의 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다.
본 개시에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호 교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 이하의 상세한 기술 (description) 은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들, 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
도입
플라즈마는 기판들의 프로세싱에 오랫동안 채용되었다. 플라즈마 에칭은 목표된 패턴을 형성하기 위해 기판 상에 증착된 재료들을 에칭하는 것을 수반한다. 구체적으로, 반응성 이온 에칭 (Reactive Ion Etching; RIE) 은 기판들 상에 증착된 재료들을 제거하기 위해 화학적으로 반응성 플라즈마를 사용한다. 플라즈마는 반응 가스들을 플라즈마 생성 챔버에 공급하고 전자기장을 인가함으로써 생성된다. 예를 들어, 플라즈마 생성은 용량 결합 플라즈마 기술 (technology), 유도 결합 플라즈마 기술, 전자 사이클로트론 기술, 또는 마이크로파 기술을 채용할 수도 있다. 플라즈마로부터의 고 에너지 이온들 및 라디칼들이 기판 표면으로 전달되고, 기판 상에 증착된 재료들과 반응한다.
플라즈마 생성 챔버에서, 반응 가스들이 도입되고, 플라즈마는 강한 RF (Radio-Frequency) 전자기장을 인가함으로써 생성된다. 전자들은 오실레이팅하는 (oscillating) 전기장에 의해 가속화되고, 전자들은 반응 가스 분자들을 이온화하고 이들의 전자들을 스트리핑하도록 (strip) 반응 가스 분자들과 충돌하여, 이온들 및 보다 많은 전자들의 플라즈마를 생성한다. 플라즈마는 일반적으로 이온들, 라디칼들, 중성 종들 및 전자들을 포함한다. 오실레이팅 전기장의 사이클 각각에서, 자유 전자들은 플라즈마 생성 챔버 내에서 위아래로 전기적으로 가속화된다. 많은 자유 전자들은 기판 표면과 같은 전극에서 네거티브 바이어스를 유도할 수도 있다. 보다 느리게 이동하는 이온들은 바이어스된 전극을 향해 가속화되고, 에칭될 기판 표면 상의 재료들과 반응한다. 보다 느리게 이동하는 이온들은 시스 (sheath) 또는 플라즈마 시스로 지칭될 수도 있는 영역을 형성할 수도 있다. 통상적인 시스 두께는 대략 수 밀리미터이다. 이온 플럭스는 일반적으로 프로세싱될 기판의 표면에 수직이다.
유도 결합 플라즈마 반응기들 및 용량 결합 플라즈마 반응기들과 같은 플라즈마 반응기들은 상이한 특성들을 갖는 플라즈마들을 생성할 수도 있다. 일반적으로 말하면, 유도 결합 플라즈마 반응기들은 전도체 에칭 프로세스들을 수행하는데 효과적일 수도 있고, 용량 결합 플라즈마 반응기들은 유전체 에칭 프로세스들을 수행하는데 효과적일 수도 있다.
유도 결합 플라즈마 반응기들을 사용하면, 외부 코일의 고 RF 전류는 플라즈마 영역에서 RF 자기장을 생성할 수도 있고, 이는 결국 플라즈마 영역에서 RF 전기장을 생성한다. 유도 결합 플라즈마 반응기들은 플라즈마 밀도 및 이온 에너지를 독립적으로 제어하기 위해 2 개의 RF 생성기를 활용할 수도 있다. 용량 결합 플라즈마 반응기들을 사용하면, 전극에 RF 전압을 인가함으로써 플라즈마 방전 시 전자들에 에너지가 전달된다. 복수의 RF 여기 주파수들은 플라즈마 특성들을 변경하기 위해 개별적으로 또는 동시에 사용될 수 있다. 용량 결합 플라즈마 반응기들은 통상적으로 유도 결합 플라즈마 반응기들보다 높은 이온 에너지들을 달성할 수 있고, 플라즈마 밀도 및 이온 에너지는 유도 결합 플라즈마 반응기들에서 디커플링되기보다는 (decouple) 커플링된다.
도 1은 에칭을 위해 유도 결합 플라즈마를 생성하는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이다. 플라즈마 에칭 장치 (100) 는 상부 전극 (102) 및 하부 전극 (104) 을 포함하고, 그 사이에 플라즈마 (140) 가 생성될 수도 있다. 기판 (106) 이 하부 전극 (104) 상에 위치될 수도 있고, 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 에 의해 제자리에 홀딩될 수도 있다. 다른 클램핑 메커니즘들이 또한 채용될 수도 있다.
도 1의 예에서, 플라즈마 에칭 장치 (100) 는 상부 전극 (102) 에 접속된 RF 소스 (110) 및 하부 전극 (104) 에 접속된 RF 소스 (112) 를 갖는, 2 개의 RF 소스들을 포함한다. 플라즈마 에칭 장치 (100) 는 유도 결합 플라즈마 반응기일 수도 있다. 플라즈마 에칭 장치 (100) 가 유도 결합 플라즈마 반응기로서 예시되지만, 플라즈마 에칭 장치 (100) 는 단일 RF 전력 소스를 갖는 용량 결합 플라즈마 반응기일 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도 1에서, RF 소스들 (110 및 112) 각각은 2 ㎒, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 및 60 ㎒를 포함하는 임의의 적절한 주파수의 하나 이상의 소스들을 포함할 수도 있다. 반응 가스는 하나 이상의 가스 소스들 (114) 로부터 프로세싱 챔버 (120) 로 도입될 수도 있다. 예를 들어, 가스 소스 (114) 는 아르곤 (Ar) 과 같은 불활성 가스, O2와 같은 산소-함유 가스, CF4와 같은 불소-함유 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 반응 가스는 유입구 (122) 를 통해 프로세싱 챔버 (120) 로 도입될 수도 있고, 과잉 가스 및 반응 부산물들은 배기 펌프 (124) 를 통해 배기된다.
제어기 (130) 가 가스 소스 (114) 와 연관된 밸브들뿐만 아니라 RF 소스들 (110 및 112) 에 연결된다. 제어기 (130) 는 배기 펌프 (124) 에 더 연결될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기 (130) 는 플라즈마 에칭 장치 (100) 의 모든 액티비티들을 제어한다.
도 2는 에칭을 위해 용량 결합 플라즈마를 생성하는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이다. 플라즈마 에칭 장치 (200) 는 상부 전극 (202) 및 하부 전극 (204) 을 포함한다. 하부 전극 (204) 은 기판 (206) 을 홀딩하기 위한 척 또는 다른 클램핑 메커니즘과 같은 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 하부 전극 (204) 은 RF 소스 (212) 로부터 RF 전력을 공급받을 수도 있다. RF 소스 (212) 는 2 ㎒, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 및 60 ㎒를 포함하는 임의의 적절한 주파수를 제공할 수도 있다. RF 소스 (212) 는 에칭 동안 하부 전극 (204) 에 RF 바이어싱을 제공할 수도 있다. RF 소스 (212) 는 플라즈마 (240) 를 생성하기 위해 상부 전극 (202) 과 하부 전극 (204) 사이의 갭 (220) 내에서 프로세스 가스를 여기시키기 위한 전력을 제공한다. RF 소스 (212) 는 갭 (220) 내에 고밀도 플라즈마 (240) 를 생성하는 단일 RF 소스일 수도 있다. 프로세스 가스는 가스 소스 (214) 로부터 갭 (220) 으로 공급될 수도 있다. 프로세스 가스는 샤워헤드 장치 (216) 로 공급되고, 갭 (220) 으로 들어가도록 채널들을 통해 흐를 수도 있다.
제어기 (230) 가 플라즈마 에칭 장치 (200) 로 구현될 수도 있다. 제어기 (230) 는 플라즈마 에칭 장치 (200) 의 일부 또는 모든 액티비티들을 제어할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기는 하부 전극 (204), RF 소스 (212), 및 가스 소스 (214) 와 연관된 밸브들에 연결될 수도 있다.
플라즈마는 보통 이온들과 중성 종 (예를 들어, 라디칼들) 의 혼합물을 포함한다. 중성 종은 방향성이 결여되고 넓은 각도 분포를 제공하는 경향이 있다. 중성 종은 등방성 에칭 및 측벽 에칭에 기여하는 경향이 있다. 한편, 이온들은 기판 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 방향성을 갖고 좁은 각도 분포를 제공하는 경향이 있다. 이온들은 이방성 에칭에 기여하는 경향이 있다. 이온들 및 중성 종의 혼합물이 종횡비 종속 에칭에 사용된다. 플라즈마의 비들, 밀도들, 및 다른 특성들은 플라즈마 반응기에서 제어될 수도 있지만, 종횡비 종속 에칭은 여전히 이온들 및 중성 종 모두를 사용하여 진행된다.
이온 빔 에칭 반응기가 스퍼터링 (sputtering) 에 의해 재료들을 에칭하기 위해 이온 빔을 사용한다. 이 유형의 에칭은 매우 이방성이고 비선택적이다. 화학 에칭 반응기가 기판 표면에서 화학 반응들에 의해 재료들을 에칭하고 휘발성 생성물들을 형성하기 위해 에천트 (etchant) 가스들을 사용한다. 이 유형의 에칭은 매우 등방성이고 선택적이다. 플라즈마 에칭 반응기는 일반적으로 이온 충돌 (ion bombardment) 에 의해 그리고 기판 표면 상의 화학 반응들에 의해 재료들을 에칭하기 위해 이온들 및 중성 종 (예를 들어, 라디칼들) 을 사용한다. 이는 이온 강화 에칭으로 지칭될 수도 있다. 이 유형의 에칭은 적당히 이방성이고 적당히 선택적일 수도 있다. 에칭 방향성 및 에칭 프로파일은 이온 플럭스, 이온 에너지, 중성/이온 플럭스 비, 증착 또는 패시베이션 화학 물질, 기판 표면의 온도, 및 압력을 제어함으로써 영향을 받을 수도 있다. 그러나, 보다 높아지는 종횡비 피처들과 함께, 종래의 플라즈마 에칭 기법들 및 반응기들은 종횡비 종속 에칭에서 에칭 방향성 및 에칭 프로파일을 충분히 제어하지 못할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 를 에칭하기 위한 예시적인 반응 메커니즘의 개략적인 예시들을 도시한다. 종횡비 종속 에칭의 많은 적용 예들은 반응성 종 및 비반응성 종의 조합을 수반한다. 플라즈마는 반응성 종 및 비반응성 종으로 생성될 수도 있고, 플라즈마는 반응성 종의 라디칼들 및 비반응성 종의 이온들을 포함할 수도 있다. 반응성 종은 플루오로카본 전구체 (CxFy) 와 같은 폴리머 전구체들을 포함할 수도 있고, 예시적인 플루오로카본 전구체들은 CF4 및 C4F8을 포함할 수도 있다. 비반응성 종은 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 제논 (Xe), 및 크립톤 (Kr) 과 같은 하나 이상의 불활성 가스들을 포함할 수도 있다.
도 3a에서, CxFy의 라디칼들은 SiO2의 층을 갖는 기판의 표면으로 확산될 수도 있고, Ar+의 이온들은 바이어싱 하에서 기판의 표면으로 가속화될 수도 있다. 라디칼들 및 이온들은 혼합될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 라디칼들은 방향성이 결여될 수도 있고, 수평 컴포넌트들의 크기는 수직 컴포넌트들과 유사하다. 이온들은 수직 컴포넌트들이 수평 컴포넌트들보다 큰 기판 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 방향성을 가질 수도 있다. 라디칼들은 이온들보다 기판 표면으로 보다 느리게 이동한다.
이온 충돌 하의 라디칼들은 도 3b에서 SiCx-FyOz의 화학적으로 반응성인 층을 형성할 수도 있다. 라디칼들은 기판 표면 상에서 포화되는 경향이 있을 수도 있고, 기판 표면과 화학적으로 반응할 수도 있다. 게다가, 라디칼들은 기판 표면 상에 응결되고 막들을 형성하는 경향이 있을 수도 있다. 어떠한 이론으로도 제한되지 않고, CxFy의 라디칼들과 혼합된 이온 빔은 화학적으로 반응성 층의 형성에 중요한 기여를 할 수도 있다.
도 3c에서, Ar+의 에너제틱 (energetic) 이온들은 기판 표면과 충돌하고 기판 표면으로 침투할 수도 있다. 이는 SiCxFyOz의 화학적으로 반응성 층으로 하여금 SiF4 및 CO2와 같은 에칭 부산물들로서 탈착되게 한다. 이들 에칭 부산물들은 SiCxFyOz의 화학적으로 반응성인 층으로부터 제거될 수도 있어서, SiO2의 일부를 에칭한다.
도 1의 플라즈마 에칭 장치 또는 도 2의 플라즈마 에칭 장치와 같은 종래의 플라즈마 에칭 반응기에서, 플라즈마는 이온들 및 중성 종의 혼합물을 포함하여 생성된다. 고 종횡비 피처들을 에칭하는 것은 플라즈마 생성 동안 증가하는 양의 RF 전력을 공급함으로써 발생할 수도 있고, 이에 따라 전자 충돌들에 의해 보다 높은 이온 에너지들을 생성한다. 이온들의 두꺼운 시스가 생성되고, 이온들은 RF 바이어싱에 의해 두꺼운 시스를 통해 가속화될 수도 있다. 그러나, 보다 높은 이온 에너지들을 생성하고 이온들을 가속화하는 이 방식은 비효율적이고 비용이 많이 들고, 여전히 넓은 이온 에너지 분포 함수 (Ion Energy Distribution Function; IEDF) 및 넓은 이온 각도 분포 함수 (Ion Angular Distribution Function; IADF) 를 발생시킨다. 따라서, 종래의 플라즈마 에칭 반응기는 고 종횡비 에칭 적용 예들에 대한 유효성이 제한될 수도 있다.
종래의 플라즈마 에칭 반응기는 이온들이 에칭을 위해 완전히 분리되도록 이온 빔 에칭 반응기로 대체될 수도 있지만, 플라즈마로부터의 반응성 종 (예를 들어, 중성 종) 이 또한 고 종횡비 피처들을 에칭하기 위해 종종 필요하다. 따라서, 이온 빔 에칭 반응기를 사용하는 것은 많은 고 종횡비 에칭 적용 예들에 대해 비실용적일 수도 있다.
상기 언급된 바와 같이, 이온/중성 플럭스 비와 같은 파라미터들을 제어하는 것은 에칭 방향성 및 에칭 프로파일에 영향을 줄 수도 있다. 이온/중성 플럭스 비는 종횡비 종속 에칭에서 종횡비로 조정될 수도 있다. 보다 높은 이온/중성 플럭스 비는 보다 이방성인 에칭을 제공할 수도 있고, 보다 낮은 이온/중성 플럭스 비는 보다 선택적인 에칭을 제공할 수도 있다. 이온/중성 플럭스 비는 에칭 동안 변화할 수도 있다. 예를 들어, 종래의 플라즈마 에칭 반응기에서, 이온/중성 플럭스 비는 혼합 모드 펄싱 (Mixed Mode Pulsing; MMP) 에 의해 조정될 수도 있다. 가스 사이클의 펄스 각각은 비반응성 종 (예를 들어, 불활성 가스) 에 대해 가변하는 양의 반응성 종 (예를 들어, 중성 종) 을 가질 수도 있다. 플라즈마 전력 및/또는 주파수는 가스 사이클의 펄스 각각 동안 상이할 수도 있다. 즉, RF 설정들 및 플로우 설정들은 이온/중성 플럭스 비를 변화시키기 위해 펄스 각각에 대해 교번적으로 변화될 수도 있다. 혼합 모드 펄싱을 사용하여, 중성 종에 대한 이온들의 비는 일시적으로 변화될 수도 있다. 그러나, 혼합 모드 펄싱은 반응성 종과 비반응성 종 사이의 일정한 가스 스위칭으로 인해 상대적으로 느릴 수도 있다. 게다가, 혼합 모드 펄싱이 펄스 각각에 대해 상이한 RF 전력들/주파수들을 제공할 수 있지만, 상이한 RF 전력들/주파수들은 화학 물질들을 근본적으로 변경하지 않는다. 종래의 플라즈마 에칭 반응기에서 발생하는 전자 충격 이온화와 함께, 중성 종 및 이온들은 혼합 모드 펄싱을 사용하여도 에칭 동안 완전히 분리되지 않는다.
종횡비 종속 에칭을 위해 이온들 및 중성 종 모두에 의존하는 종래의 플라즈마 에칭 반응기는 또한 중성 종이 피처의 하단부를 향해 매우 느리게 확산된다는 과제를 갖고 있다. 고 종횡비 피처들을 에칭하는 것은 노출된 표면 상에 흡착하고 반응성 층을 형성하도록 중성 종을 흘리는 것, 및 반응성 층을 제거하기 위해 표면을 향해 이온들을 가속화하는 것을 수반할 수도 있다. 종래의 플라즈마 에칭 반응기에서 생성된 플라즈마는 통상적으로 넓은 IEDF 및 넓은 IADF를 갖는다. 중성 종은 약 수 eV의 에너지를 갖고, 이온들은 약 수십 또는 수백 eV의 에너지를 갖는다. 중성 종은 방향성이 결여되고, 넓은 IEDF 및 넓은 IADF를 사용하여 고 종횡비 피처들 (예를 들어, 깊은 트렌치들) 을 에칭하기 어렵다. 고 이온 에너지들을 갖는 이온들이 바이어스 펄싱으로 가속화될 수도 있지만, 저 이온 에너지들을 갖는 중성 종은 모든 방향들로 매우 느리게 확산된다. 중성 종은 피처의 하단부에 반드시 도달할 필요는 없지만 피처의 측벽들 상에 충돌할 수도 있다. 이는 낮은 에칭 레이트를 발생시킨다.
고 종횡비 피처들을 에칭할 때, 종래의 플라즈마 에칭 반응기들에서 이온들을 가속화하는 것은 마스크들 상에 전하들의 축적 (buildup) 을 발생시킬 수도 있다. 마스크들 상의 전하 축적은 이온들이 피처의 하단부에 도달하는 것을 밀어낼 (repel) 수도 있다. 이는 피처의 하단부에서 에칭을 감소시키고 측벽들에서 에칭을 증가시켜, "보잉 (bowing)"을 발생시킨다. 종래의 플라즈마 에칭 반응기는 전하 반발을 극복하고 고 종횡비 피처들의 하단부에 도달하도록 이온 에너지들을 증가시킬 수도 있지만, 이는 비용을 증가시킨다.
이에 더하여, 종래의 플라즈마 에칭 반응기는 기판으로부터 재료들을 제거할 때 다양한 에칭 부산물들을 형성할 수도 있다. 통상적으로, 에칭 부산물들은 하나 이상의 펌핑 메커니즘들에 의해 플라즈마 에칭 반응기로부터 펌핑된다. 그러나, 에칭 부산물들은 완전히 제거되지 않을 수도 있다. 플라즈마가 점화될 때, 이러한 에칭 부산물들은 이온화되고 기판 상에 재증착될 수도 있다. WAC (Waferless Automatic Clean) 가 에칭 부산물들을 제거하기 위해 동작들 사이에서 수행될 수도 있지만, 이는 비용을 증가시킨다.
플라즈마 에칭 장치
본 개시의 플라즈마 에칭 장치는 고 종횡비 에칭의 전술한 과제들을 해결할 수도 있다. 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 생성 공간 및 이온화 공간을 분리하는 2 개 이상의 볼륨들로 분할될 수 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 생성 공간, 이온화 공간, 및 가속 공간을 분리하는 적어도 3 개의 볼륨들로 분할될 수 있다. 일부 구현 예들에서, 그리드는 적어도 플라즈마 생성 공간과 이온화 공간을 분리하고, 그리드는 바이어스되거나 접지될 수도 있다. 기판을 지지하기 위한 전극 또는 기판 지지부가 그리드와 함께 전기장을 생성하도록 DC 전압에 의해 바이어스될 수도 있다. 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 (phase) 동안, 플라즈마 생성 공간에서 생성된 전자들은 전자 부착 이온화에 의해 이온화 공간에서 음이온들을 형성하도록 반응성 종과 반응할 수도 있고, 음이온들은 기판 표면에서 재료들을 개질하기 위해 기판 표면으로 가속화된다. 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 동안, 플라즈마는 ??칭되고 (quench), 잔류 준안정 중성 종은 페닝 이온화 (Penning ionization) 에 의해 이온화 공간에서 양이온들을 형성하도록 불활성 가스 종과 반응할 수도 있고, 양이온들은 기판 표면에서 개질된 재료들을 에칭하도록 기판 표면으로 가속화된다. 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 및 제 2 페이즈는 에칭 프로세스를 완료하도록 교번되고 반복될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 음이온들은 또한 "고속 중성자들 (neutrals)", "가속화된 중성자들", "해리되지 않은 반응성 이온들" 또는 "반응성 이온들"로 지칭될 수도 있다. 양이온들은 또한 "비반응성 이온들" 또는 "불활성 가스 이온들"로 지칭될 수도 있다. 플라즈마 에칭 장치는 고속 중성자들 및 비반응성 이온들을 완전히 분리함으로써 고 종횡비 에칭을 수행할 수도 있다.
도 4a는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다. 플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성 소스 (410), 플라즈마 생성 소스 (410) 에 커플링되고 이온들을 생성하도록 구성된 이온화 공간 (420), 및 이온화 공간 (420) 에 커플링되고 가속 공간 (430) 에 위치된 기판 (436) 으로 이온들을 전달하도록 구성된 가속 공간 (430) 을 포함한다. 플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 플라즈마 생성 소스 (410) 와 이온화 공간 (420) 사이에 제 1 그리드 (424) 를 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 이온화 공간 (420) 과 가속 공간 (430) 사이에 제 2 그리드 (434) 를 더 포함할 수도 있다. 플라즈마 생성 소스 (410) 는 이온화 공간 (420) 으로부터 업스트림일 수도 있고, 이온화 공간 (420) 은 가속 공간 (430) 으로부터 업스트림일 수도 있다.
제 1 가스 또는 제 1 가스 혼합물이 제 1 가스 소스 (412) 로부터 플라즈마 생성 소스 (410) 내로 도입될 수도 있다. 제 1 가스 소스 (412) 는 플라즈마 생성 소스 (410) 와 유체로 연통할 (in fluid communication) 수도 있다. 하나 이상의 밸브들, MFC들 (Mass Flow Controllers), 및/또는 혼합 매니폴드들이 플라즈마 생성 소스 (410) 내의 제 1 가스의 플로우를 제어하기 위해 제 1 가스 소스 (412) 와 연관될 수도 있다. 제 1 가스는 헬륨, 아르곤, 제논, 또는 크립톤과 같은 비활성 가스 (noble gas) 를 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 가스는 에칭 프로세스 동안 연속적으로 전달될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 가스는 에칭 프로세스의 별개의 페이즈들에서 펄싱될 수도 있다.
RF 전력이 플라즈마 생성 소스 (410) 내에서 제 1 가스의 플라즈마를 생성하도록 플라즈마 생성 소스 (410) 에 공급될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 생성 소스 (410) 는 RF 생성기 (416) 에 커플링된 RF 안테나 (414) 를 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, RF 생성기 (416) 는 매칭 네트워크에 커플링된 RF 전력 공급부를 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, RF 안테나 (414) 는 평면형 나선 코일을 포함할 수도 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치 (400a) 의 플라즈마 생성 소스 (410) 는 유도 결합 플라즈마 (Inductively-Coupled Plasma; ICP) 반응기이다. 그러나, 본 개시는 플라즈마를 생성하기 위해 용량 결합 플라즈마 (Capacitively-Coupled Plasma; CCP) 반응기 또는 다른 유형의 플라즈마 반응기를 채용할 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 사용 시, 제 1 가스는 플라즈마 생성 소스 (410) 로 전달되고, 플라즈마 생성 소스 (410) 내에서 플라즈마를 생성하도록 RF 전력은 RF 생성기 (416) 로부터 RF 안테나 (414) 로 공급된다. 전자 충격 이온화를 사용하여, 전자들은 제 1 가스와 충돌하고, 이온들뿐만 아니라 보다 많은 전자들을 생성하도록 이들의 전자들을 스트리핑한다. 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 동안, 플라즈마 생성 소스 (410) 내에서 제 1 가스의 플라즈마를 생성하도록 RF 전력이 공급될 수도 있다. 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 동안, 플라즈마 생성 소스 (410) 내에서 플라즈마를 ??칭하도록 RF 전력이 턴 오프될 수도 있다.
이하에 보다 상세히 논의된 바와 같이, 에칭 프로세스는 2 개의 페이즈들로 분리된 에칭 사이클을 구성할 수도 있다. 제 1 페이즈는 플라즈마가 턴 온되는 개질 페이즈를 구성할 수도 있고, 제 2 페이즈는 플라즈마가 턴 오프되는 제거 페이즈를 구성할 수도 있다.
플라즈마 생성 소스 (410) 는 제 1 그리드 (424) 를 통해 이온화 공간 (420) 에 커플링된다. 이온들, 전자들, 또는 중성 종은 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 생성된 플라즈마로부터 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 그리드 (424) 는 이온들, 전자들, 또는 중성자들이 통과할 수도 있는 복수의 개구부들 또는 애퍼처들 (apertures) 을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 그리드 (424) 는 복수의 개구부들 또는 애퍼처들을 갖는 전도성 플레이트를 포함할 수도 있고, 전도성 플레이트는 바이어스되거나 접지될 수도 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 일부 구현 예들에서, 제 1 그리드 (424) 는 전기 접지부 (446) 에 의해 접지될 수도 있다. 그러나, 일부 구현 예들에서 제 1 그리드 (424) 가 바이어스될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 제 1 그리드 (424) 는 제 2 그리드 (434) 또는 기판 지지부 (438) 와 함께 전기장을 형성할 수도 있다. 전기장의 전위 변화량 (gradient) 에 따라, 특정한 대전된 종 및/또는 중성 종은 플라즈마로부터 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출될 수도 있다. 전자들은 전자 부착 이온화를 위해 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 동안 추출될 수도 있고, 준안정 중성 종은 페닝 이온화를 위해 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 동안 추출될 수도 있다. 제 1 페이즈는 전자들이 플라즈마로부터 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출되는 개질 페이즈를 구성할 수도 있고, 제 2 페이즈는 준안정 중성 종이 플라즈마 잔광으로부터 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출되는 제거 페이즈를 구성할 수도 있다.
전자 부착 이온화 및 페닝 이온화는 이온화 공간 (420) 에서 발생할 수도 있다. 제 2 가스 또는 제 2 가스 혼합물이 하나 이상의 부가적인 가스 소스들 (422) 로부터 이온화 공간 (420) 내로 도입될 수도 있다. 제 2 가스는 반응성 가스 또는 반응성 종을 포함할 수도 있다. 반응성 종의 예들은 염소 (Cl2), 브롬 (Br2), 불소 (F2), 또는 요오드 (I2) 와 같은 할로겐 가스들, 테트라플루오로메탄 (CF4), 옥타플루오로사이클로부탄 (C4F8), 및 헥사플루오로사이클로부텐 (C4F6) 과 같은 퍼플루오로카본들, 트리플루오로메탄 (CHF3), 디플루오로메탄 (CH2F2), 및 플루오로메탄 (CH3F) 과 같은 하이드로플루오로카본들, 및 산소 (O2) 를 포함한다. 일반적으로, 제 2 가스는 음전기 반응성 가스이다. 제 3 가스 또는 제 3 가스 혼합물이 하나 이상의 부가적인 가스 소스들 (422) 로부터 이온화 공간 (420) 내로 도입될 수도 있다. 제 3 가스는 헬륨, 아르곤, 제논, 또는 크립톤과 같은 비반응성 종을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 3 가스는 제 1 가스와 상이하다. 일부 구현 예들에서, 제 2 가스 및 제 3 가스는 하나 이상의 부가적인 가스 소스들 (422) 에 유체로 커플링된 상이한 가스 유입구들을 통해 이온화 공간 (420) 내로 전달될 수도 있다. 하나 이상의 밸브들, MFC들, 및/또는 혼합 매니폴드들은 제 2 가스 및 제 3 가스의 이온화 공간 (420) 내로의 플로우를 제어하기 위해 하나 이상의 부가적인 가스 소스들 (422) 과 연관될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 2 가스 및 제 3 가스는 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 및 제 2 페이즈 동안 이온화 공간 (420) 내로 연속적으로 공급될 수도 있다. 일부 다른 구현 예들에서, 제 2 가스 및 제 3 가스는 제 2 가스가 제 1 페이즈에 제공되고 제 3 가스가 제 2 페이즈 동안 제공되도록, 이온화 공간 (420) 내로 펄스들로 공급될 수도 있다.
제 1 그리드 (424) 를 통해 추출된 전자들은 제 2 가스의 전자 부착 이온화를 유발할 수도 있다. 이는 반응성 종의 음이온들을 형성한다. 반응성 종의 음이온들은 전자 부착 이온화에 의한 해리 없이 형성된다. 전자 부착 이온화는 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 동안 발생할 수도 있다. 따라서, 반응성 종의 음이온들을 형성하기 위한 전자 부착 이온화는 에칭 프로세스의 개질 페이즈 동안 발생한다. C4F8을 사용한 전자 부착 이온화에 대한 일 예시적인 공식이 이하에 제공된다:
e- + C4F8 --> C4F8 -
제 1 그리드 (424) 를 통해 추출된 준안정 중성 종은 제 3 가스의 페닝 이온화를 유발할 수도 있다. 이는 비반응성 종의 양이온들을 형성한다. 준안정 중성 종은 플라즈마 생성 소스 (410) 의 플라즈마가 ??칭되거나 턴 오프된 후에도 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 준안정 중성 종은 여기된 상태일 수도 있다. 준안정 중성 종은 제 1 그리드 (424) 를 통해 확산하고 비반응성 종과 충돌하도록 충분히 긴 수명을 가질 수도 있다. 충돌은 비반응성 종이 전자로 스트리핑되도록 비반응성 종의 페닝 이온화를 유발할 수도 있다. 페닝 이온화는 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 동안 발생할 수도 있다. 따라서, 비반응성 종의 양이온들을 형성하기 위한 페닝 이온화는 에칭 프로세스의 제거 페이즈 동안 발생한다. Ar 및 준안정 He*를 사용한 페닝 이온화에 대한 일 예시적인 공식이 이하에 제공된다:
He* + Ar --> Ar+ + He + e-
기판 (436) 이 가속 공간 (430) 내의 기판 지지부 (438) 상에 지지될 수도 있다. 기판 (436) 은 일부 구현 예들에서 복수의 고 종횡비 피처들을 포함할 수도 있다. 고 종횡비 피처들은 적어도 10:1, 적어도 20:1, 적어도 50:1, 또는 적어도 100:1의 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 피처들을 포함할 수도 있다. 기판 지지부 (438) 는 DC 전압에 의해 바이어스되도록 구성된다. 기판 지지부 (438) 는 기판 (436) 을 홀딩하기 위한 척 또는 다른 클램핑 메커니즘을 포함할 수도 있다. 기판 지지부 (438) 는 기판 지지부 (438) 에 네거티브 DC 전압 또는 포지티브 DC 전압을 인가하기 위해 DC 전력 공급부 (442) 에 전기적으로 접속된 전극을 포함할 수도 있다. 바이어스된 기판 지지부 (438) 는 이온들로 하여금 기판 (436) 을 향해 가속화되게 할 수도 있다. 음이온들 또는 고속 중성자들은 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 (개질 페이즈) 동안 포지티브 바이어스의 인가에 의해 기판 (436) 을 향해 가속화될 수도 있고, 양이온들 또는 비반응성 이온들은 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 (제거 페이즈) 동안 네거티브 바이어스의 인가에 의해 기판 (436) 을 향해 가속화될 수도 있다.
포지티브 바이어스는 음이온들이 저 에너지들에서 가속화되도록 기판 지지부 (438) 와 제 2 그리드 (434) 또는 제 1 그리드 (424) 사이에 약한 전기장을 생성할 수도 있다. 네거티브 바이어스는 양이온들이 고 에너지들에서 가속화되도록 기판 지지부 (438) 와 제 2 그리드 (434) 또는 제 1 그리드 (424) 사이에 강한 전기장을 생성할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 네거티브 바이어스는 포지티브 바이어스보다 절대값이 실질적으로 클 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 포지티브 바이어스는 약 0.5 V 내지 약 10 V일 수도 있고, 네거티브 바이어스는 약 -50 kV 내지 약 -1 kV일 수도 있다. 에칭 프로세스의 개질 페이즈 동안 가속화된 음이온들은 기판 표면을 개질하거나 활성화하는 역할을 하고, 기판 표면 상에 반응성 층을 형성할 수 있다. 에칭 프로세스의 제거 페이즈 동안 가속화된 양이온들은 기판 표면 상의 반응성 층을 에칭하는 역할을 한다.
도 4a에 도시된 바와 같은 일부 구현 예들에서, 이온화 공간 (420) 은 제 2 그리드 (434) 를 통해 가속 공간 (430) 에 커플링된다. 제 1 그리드 (424) 는 이온화 공간 (420) 으로부터 플라즈마 생성 소스 (410) 를 분할할 수도 있고, 제 2 그리드 (434) 는 가속 공간 (430) 으로부터 이온화 공간 (420) 을 분할할 수도 있다. 제 1 그리드 (424) 및 제 2 그리드 (434) 모두의 활용은 이온화를 향상시킬 수도 있다. 제 1 그리드 (424) 및 제 2 그리드 (434) 를 사용하면, 이온화 공간 (420) 은 가속 공간 (430) 과 상이한 압력에서 동작할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 이온화 공간 (420) 의 압력은 가속 공간 (430) 의 압력보다 높다. 이온화 공간 (420) 의 보다 높은 압력들은 보다 많은 충돌들 및 보다 많은 이온화를 촉진한다. 일부 구현 예들에서, 이온화 공간 (420) 내의 압력은 약 10 mTorr 내지 약 1000 mTorr, 예컨대 약 500 mTorr이다. 가속 공간 (430) 의 감소된 압력들은 보다 적은 충돌들로 가속을 촉진한다. 일부 구현 예들에서, 가속 공간 (430) 내의 압력은 약 1 mTorr 내지 약 50 mTorr, 예컨대 약 4 mTorr이다.
제 2 그리드 (434) 의 양태들은 제 1 그리드 (424) 와 유사할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 2 그리드 (434) 는 이온들, 전자들, 또는 중성자들이 통과할 수도 있는 복수의 개구부들 또는 애퍼처들을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 2 그리드 (434) 는 복수의 개구부들 또는 애퍼처들을 갖는 전도성 플레이트를 포함할 수도 있고, 전도성 플레이트는 바이어스되거나 접지될 수도 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 일부 구현 예들에서, 제 2 그리드 (434) 는 제 2 그리드 (434) 에 네거티브 DC 전압 또는 포지티브 DC 전압을 인가하기 위해 DC 전력 공급부 (444) 에 전기적으로 접속되는 전극을 포함한다. 예를 들어, 에칭 프로세스의 제 1 페이즈 동안, 제 2 그리드 (434) 는 플라즈마 생성 소스 (410) 로부터 이온화 공간 (420) 내로 전자들을 인출하도록 포지티브로 바이어스될 수도 있다. 에칭 프로세스의 제 2 페이즈 동안, 제 2 그리드 (434) 는 이온화 공간 (420) 으로부터 양이온들을 가속화하도록 네거티브로 바이어스될 수도 있다. 도 4a의 구현 예가 제 1 그리드 (424) 및 제 2 그리드 (434) 를 사용하여 예시되지만, 플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 3 개, 4 개, 5 개, 또는 그 이상의 그리드들과 같은 임의의 수의 그리드들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 배기 펌프 (470) 를 더 포함할 수도 있다. 배기 펌프 (470) 는 가속 공간 (430) 과 유체로 연통하는 러핑 (roughing) 펌프 및/또는 터보분자 (turbomolecular) 펌프를 포함할 수도 있다. 배기 펌프 (470) 는 가속 공간 (430) 내의 압력과 같은 플라즈마 에칭 장치 (400a) 내의 압력을 제어하도록 사용된다. 배기 펌프 (470) 는 가속 공간 (430) 으로부터 다양한 가스들을 배기하도록 더 사용된다.
에칭 프로세스의 개질 페이즈 및 제거 페이즈는 플라즈마 에칭 장치 (400a) 내에서 교번적으로 반복될 수도 있다. 개질 페이즈에서, 플라즈마는 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 생성되고, 전자들은 플라즈마로부터 제 1 그리드 (424) 를 통해 추출되고, 전자 부착 이온화는 반응성 종의 음이온들을 형성하기 위해 이온화 공간 (420) 에서 발생하고, 음이온들은 가속 공간 (430) 에서 기판 지지부 (438) 에 인가된 포지티브 바이어스에 의해 가속화되고, 그리고 기판 표면은 음이온들에 의해 개질된다. 제거 페이즈에서, 플라즈마는 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 턴 오프되고, 준안정 중성 종은 제 1 그리드 (424) 를 통해 플라즈마 잔광으로부터 추출되고, 비반응성 종들의 양이온들을 형성하기 위해 이온화 공간 (420) 에서 페닝 이온화가 발생하고, 양이온들은 가속 공간 (430) 내의 기판 지지부 (438) 에 인가된 네거티브 바이어스에 의해 가속화되고, 그리고 기판 표면 상의 개질된 층은 양이온들에 의해 제거된다.
플라즈마 에칭 장치 (400a) 는 제어기 (450) 를 더 포함할 수도 있다. (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기들을 포함할 수도 있는) 제어기 (450) 는 플라즈마 에칭 장치 (400a) 의 일부 또는 모든 동작들을 제어한다. 제어기 (450) 는 에칭 프로세스의 개질 페이즈 및 제거 페이즈를 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 제어기 (450) 는 교번하는 페이즈들에서 반응성 종 및 비반응성 종을 선택적으로 이온화할 수도 있고, 제어기 (450) 는 교번하는 페이즈들에서 음이온들 및 양이온들의 이온 빔들을 가속화할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는 RF 안테나 (414) 에 연결된 RF 생성기 (416), 제 1 가스를 전달하기 위한 제 1 가스 소스 (412), 제 2 가스 및 제 3 가스를 전달하기 위한 하나 이상의 부가적인 가스 소스들 (422), 제 2 그리드 (434) 에 전기적으로 접속된 DC 전력 공급부 (444), 기판 지지부 (438) 에 전기적으로 접속된 DC 전력 공급부 (442), 배기 펌프 (470), 또는 이들의 조합들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는 개질 페이즈 동안 플라즈마 생성 소스 (410) 에 RF 전력을 인가하고 제거 페이즈 동안 플라즈마 생성 소스 (410) 로 RF 전력을 턴 오프하기 위한 인스트럭션들로 구성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는 플라즈마 생성 소스 (410) 로부터 전자들을 추출하고 기판 (436) 으로 반응성 종의 음이온들을 가속화하기 위해 개질 페이즈 동안 기판 지지부 (438) 에 포지티브 바이어스를 인가하고, 그리고 기판 (436) 으로 비반응성 종의 양이온들을 가속화하기 위해 제거 페이즈 동안 기판 지지부 (438) 에 네거티브 바이어스를 인가하기 위한 인스트럭션들로 구성될 수도 있다. 포지티브 바이어스의 인가는 반응성 종을 이온화하고 반응성 종의 음이온들을 형성하도록 플라즈마로부터 전자들을 추출할 수도 있다. 네거티브 바이어스의 인가는 비반응성 종을 이온화하고 비반응성 종의 양이온들을 형성하도록 플라즈마 또는 이의 잔광으로부터 준안정 종의 확산을 유발할 수도 있다.
제어기 (450) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 프로세서는 CPU (Central Processing Unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부들 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝퍼 (stepper) 모터 제어기 보드들, 및 다른 유사한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행된다. 이들 인스트럭션들은 제어기 (450) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고 이들은 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 제어기 (450) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 시스템 제어 소프트웨어는 다음 챔버 동작 조건들: 가스들의 혼합물 및/또는 조성, 가스들의 플로우 레이트들, 챔버 압력, 챔버 온도, 기판/기판 지지부 온도, 기판 위치, 기판 지지부 틸팅, 기판 지지부 회전, 그리드에 인가된 전압, 기판 지지부에 인가된 전압, 코일들, 안테나, 또는 다른 플라즈마 생성 컴포넌트들에 인가된 주파수 및 전력, 및 툴에 의해 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들 중 임의의 하나 이상의 크기 및/또는 적용 타이밍을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 배기 펌프 (470) 를 통해 퍼지 동작들 및 세정 동작들을 더 제어할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 (subroutines) 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작들을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어가 임의의 적합한 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (Input/Output Control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함한다. 예를 들어, 반도체 제조 프로세스의 페이즈 각각은 제어기 (450) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 예를 들어, 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 레시피 페이즈들은 플라즈마 에칭 프로세스의 단계들이 그 프로세스 페이즈에 대해 특정한 순서로 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 레시피가 제 1 페이즈 동안 플라즈마 생성 및 음이온들의 가속, 및 제 2 페이즈 동안 플라즈마 전력이 턴 오프되어 양이온들의 가속을 수행하도록 구성될 수도 있다.
다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 구현 예들에서 채용될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 프로그램, 프로세스 가스 조성 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 RF 전력 공급 제어 프로그램을 포함한다.
제어기 (450) 는 센서 출력 (예를 들어, 전력, 전위, 압력, 가스 레벨들, 등이 특정한 문턱값에 도달할 때), 동작의 타이밍 (예를 들어, 프로세스의 특정한 시간들에 전력을 인가함) 에 기초하여, 또는 사용자로부터 수신된 인스트럭션들에 기초하여 이들 및 다른 양태들을 제어할 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기 (450) 는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고 (enable), 엔드포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 기판 상에서 또는 반도체 기판에 대한 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기 (450) 로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 동작 파라미터들은 플라즈마 에칭 동안 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는 시스템에 포함되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (450) 는 기판 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드 (cloud)" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기 (450) 는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기 (450) 가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 유형 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기 (450) 는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기 (450) 의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기 (450) 는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 기판들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는, 이온화 공간 (420) 내로 반응성 종을 도입하고 기판 지지부 (438) 에 포지티브 바이어스를 인가함으로써 가속 공간 (430) 에서 기판 (436) 으로 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작, 및 이온화 공간 (420) 내로 비반응성 종을 도입하고 기판 지지부 (438) 에 네거티브 바이어스를 인가함으로써 가속 공간 (430) 에서 기판 (436) 으로 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성된다. 제어기 (450) 는, 반응성 종의 음이온들을 가속화할 때 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 플라즈마를 점화하는 동작, 및 비반응성 종의 양이온들을 가속화할 때 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 플라즈마를 ??칭하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 제어기 (450) 는, 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 반응성 종을 이온화하고 이온화 공간 (420) 에서 반응성 종의 음이온들을 형성하도록 플라즈마로부터 이온화 공간 (420) 으로 전자들을 추출하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 이는 기판 지지부 (438) 에 포지티브 바이어스를 인가함으로써 발생할 수도 있다. 제어기 (450) 는, 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 비반응성 종을 이온화하고 이온화 공간 (420) 에서 비반응성 종의 양이온들을 형성하도록 플라즈마로부터 이온화 공간 (420) 으로 준안정 종의 확산을 유발하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 이는 기판 지지부 (438) 에 네거티브 바이어스를 인가함으로써 발생할 수도 있다. 제어기 (450) 는, 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 기판 (436) 의 재료 층 상에 반응성 층을 형성하는 동작, 및 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 기판 (436) 의 재료 층을 에칭하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있고, 재료 층은 유전체 재료 또는 전기적으로 전도성 재료를 포함한다. 제어기 (450) 는, 반응성 종의 음이온들을 가속화하하는 동작 및 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작을 반복하고 교번하는 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다.
도 4b는 단일 그리드로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다. 도 4b의 플라즈마 에칭 장치 (400b) 의 양태들은 제 2 그리드가 플라즈마 에칭 장치 (400b) 내에 존재하지 않는 것을 제외하고, 도 4a의 플라즈마 에칭 장치 (400a) 와 유사할 수도 있다. 따라서, 이온화 공간 (420) 및 가속 공간 (430) 은 통합된 볼륨을 점유하고, 어떠한 물리적 구조체로도 분할되지 않는다. 이온화 공간 (420) 및 가속 공간 (430) 내의 압력은 동일할 수도 있다. 이온들은 플라즈마 에칭 장치 (400b) 의 동일한 통합된 볼륨 내에서 효과적으로 생성되고 가속화된다.
도 4c는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 리모트 플라즈마 소스에서 유도 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다. 도 4c의 플라즈마 에칭 장치 (400c) 의 양태들은 플라즈마 생성 소스 (410) 가 플라즈마 에칭 장치 (400c) 내의 리모트 유도 소스 (472) 에 커플링되는 것을 제외하고, 도 4a의 플라즈마 에칭 장치 (400a) 와 유사할 수도 있다. RF 생성기 (476) 로부터의 RF 전류는 리모트 유도 소스 (472) 에서 RF 전기장을 생성하고 플라즈마 생성 소스 (410) 에서 다운스트림 플라즈마를 형성하도록 코일들 (474) 에 인가될 수도 있다. 유도 결합 리모트 플라즈마 반응기들은 용량 결합 플라즈마 반응기들보다 고밀도 플라즈마들을 생성할 수도 있다. 따라서, 유도 결합 리모트 플라즈마 반응기는 전자 밀도 및 준안정 종 밀도를 상승시키도록 사용될 수도 있다. 이는 또한 용량 결합 플라즈마 반응기들과 비교하여 용량 결합 리모트 플라즈마 반응기들에 대해 참일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치 (400c) 는 2 개 이상의 그리드들 대신 단일 그리드를 포함할 수도 있다.
도 4d는 적어도 2 개의 그리드들로 분할된 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시이고, 플라즈마 에칭 장치는 일부 구현 예들에 따라 용량 결합 플라즈마를 생성하고 에칭하기 위해 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 전달한다. 도 4d의 플라즈마 에칭 장치 (400d) 의 양태들은 플라즈마 생성 소스 (410) 가 플라즈마 에칭 장치 (400d) 내의 용량 결합 플라즈마 반응기인 것을 제외하고, 도 4a의 플라즈마 에칭 장치 (400a) 와 유사할 수도 있다. RF 전력은 플라즈마 생성 소스 (410) 내에서 플라즈마를 생성하도록 RF 생성기 (416) 로부터 전극 (418) 으로 공급될 수도 있다. 제 1 그리드 (424) 는 바이어스되거나 접지될 수도 있고, 플라즈마는 용량 결합 플라즈마 반응기에서 전극 (418) 과 제 1 그리드 (424) 사이에 형성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 에칭 장치 (400d) 는 2 개 이상의 그리드들 대신 단일 그리드를 포함할 수도 있다. 이에 더하여, 도 4a 내지 도 4d의 플라즈마 에칭 장치들 (400a 내지 400d) 이 임의의 수의 그리드들을 활용할 수도 있고, CCP 기술, ICP 기술, 전자 사이클로트론 기술, 또는 마이크로파 기술과 같은 임의의 적합한 플라즈마 생성 기술을 활용할 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도 5는 일부 구현 예들에 따른 양이온 및 음이온의 교번하는 이온 빔들을 사용하는, 예시적인 플라즈마 에칭 방법의 흐름도를 도시한다. 도 5의 프로세스 (500) 의 동작들은 부가적인, 보다 적은, 또는 상이한 동작들을 포함할 수도 있다. 도 5의 프로세스 (500) 의 기술 (description) 은 도 6a의 개질 동작 및 도 6b의 제거 동작을 도시하는 일련의 단면 개략적인 예시들을 동반한다. 도 6a 및 도 6b는 일부 구현 예들에 따른 도 6a의 개질 동작과 도 6b의 제거 동작 사이를 교번하는, 예시적인 플라즈마 에칭 프로세스의 개략적인 예시들을 도시한다. 프로세스 (500) 의 동작들은 도 4a 내지 도 4d의 플라즈마 에칭 장치들 (400a 내지 400d) 중 하나와 같은 플라즈마 에칭 장치를 사용하여 수행될 수도 있다.
프로세스 (500) 의 블록 510에서, 반응성 종 및 비반응성 종이 이온화 공간으로 도입된다. 반응성 종 및 비반응성 종은 가스상 (gas phase) 으로 플라즈마 에칭 장치의 이온화 공간 내로 직접 흐를 수도 있다. 이온화 공간은 플라즈마 생성 소스로부터의 별개의 볼륨일 수도 있고, 제 1 그리드가 이온화 공간과 플라즈마 생성 소스를 분할할 수도 있다. 이온화 공간은 플라즈마 생성 소스로부터 다운스트림일 수도 있다. 제 1 그리드는 비활성 가스의 이온들, 전자들, 및 중성 종이 이를 통해 통과할 수도 있는, 복수의 개구부들 또는 애퍼처들을 갖는 전도성 플레이트를 포함할 수도 있다. 반응성 종은 할로겐, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, 또는 산소와 같은 음전기 반응성 가스 종을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반응성 종은 C4F8을 포함한다. 비반응성 종은 헬륨, 아르곤, 제논, 또는 크립톤과 같은 불활성 가스를 포함할 수도 있다. 비반응성 종은 플라즈마 생성 소스에 제공된 비활성 가스와 상이할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 반응성 종 및 비반응성 종은 프로세스 (500) 내내 또는 프로세스 (500) 동안 명시된 시간 기간 동안 연속적으로 도입될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 반응성 종 및 비반응성 종은 프로세스 (500) 동안 별개의 펄스들로 도입될 수도 있다. 예를 들어, 반응성 종 및 비반응성 종 중 하나 또는 모두가 프로세스 (500) 의 제 1 페이즈 동안 도입될 수도 있고, 또는 반응성 종 및 비반응성 종 중 하나 또는 모두가 프로세스 (500) 의 제 2 페이즈 동안 도입될 수도 있다.
제 1 페이즈는 개질 페이즈를 구성하고, 적어도 프로세스 (500) 의 블록 520 및 블록 530을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 페이즈는 블록 510을 더 포함한다. 제 2 페이즈는 제거 페이즈를 구성하고, 적어도 프로세스 (500) 의 블록 540 및 블록 550을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 2 페이즈는 블록 510을 더 포함한다.
프로세스 (500) 의 블록 520에서, 비활성 가스의 플라즈마가 플라즈마 생성 소스에서 점화된다. 일부 구현 예들에서, 비활성 가스는 블록 520 전에 또는 블록 520 동안 플라즈마 생성 소스 내로 도입된다. 비활성 가스는 헬륨, 아르곤, 제논, 또는 크립톤을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 비활성 가스는 헬륨을 포함한다. 비활성 가스의 플라즈마는 비활성 가스의 이온들, 전자들, 및 중성 종의 혼합물을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 생성 소스는 CCP 반응기 또는 ICP 반응기일 수도 있다. 블록 520에서 플라즈마 점화 동안, 플라즈마가 턴 온된다.
프로세스 (500) 의 블록 530에서, 플라즈마 생성 소스로부터 전자들을 추출하고 반응성 종의 음이온들을 기판으로 가속화하기 위해 포지티브 바이어스가 기판 지지부에 인가된다. 기판은 가속 공간에서 기판 지지부 상에 지지될 수도 있고, 가속 공간은 이온화 공간과 통합되거나 이온화 공간으로부터 별개인 플라즈마 에칭 장치의 볼륨을 나타낼 수도 있다. 가속 공간은 이온화 공간으로부터 다운스트림일 수도 있다. 기판은 에칭될 재료 층을 포함할 수도 있고, 재료 층은 유전체 재료 또는 전기적으로 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 기판은 적어도 10:1, 적어도 20:1, 적어도 50:1, 또는 적어도 100:1의 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 고 종횡비 피처들을 포함할 수도 있다.
전자들은 제 1 그리드를 통해 플라즈마 생성 소스의 플라즈마로부터 추출될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제 1 그리드는 전기적으로 접지될 수도 있고, 플라즈마 생성 소스 외부의 기판 지지부는 제 1 그리드를 통해 전자들을 추출하도록 포지티브로 바이어스된다. 일부 구현 예들에서, 제 1 그리드는 네거티브로 바이어스될 수도 있고, 플라즈마 생성 소스 외부의 기판 지지부는 제 1 그리드를 통해 전자들을 추출하도록 포지티브로 바이어스된다. 전자들은 포지티브로 바이어스된 기판 지지부와 접지되거나 네거티브로 바이어스된 그리드 사이에 확립된 전기장의 결과로서 플라즈마로부터 추출된다. 전자들은 플라즈마가 턴 온되는 동안 추출된다. 어떠한 이론으로도 제한되지 않고, 추출된 전자들은 반응성 종과 충돌할 수도 있고, 전자 부착 이온화에 의해 반응성 종의 음이온들을 형성할 수도 있다. 반응성 종의 이온들은 해리되지 않는다. 전자들은 비반응성 종이 아닌 반응성 종과의 전자 부착 이온화를 유발하는 에너지들로 추출된다. 예를 들어, 전자들은 C4F8-를 형성하도록 C4F8의 전자 부착을 위해 약 1 eV 내지 약 5 eV의 에너지들로 추출될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 기판 지지부에 인가된 포지티브 바이어스는 약 0.5 V 내지 약 10 V, 또는 약 1 V 내지 약 5 V이다.
반응성 종의 음이온들이 전자 부착 이온화에 의해 형성되기 때문에, 기판 지지부에 인가된 포지티브 바이어스는 음이온들의 기판으로의 가속을 유발한다. 반응성 종의 음이온들은 기판 표면에서 스퍼터링을 제한하거나 방지하는 방식으로 기판으로 가속화된다. 구체적으로, 기판 지지부에 인가된 포지티브 바이어스는 약 0.5 V 내지 약 10 V, 또는 약 1 V 내지 약 5 V로 유지될 수도 있다. 작은 포지티브 바이어스를 인가함으로써, 가속화된 음이온들은 기판 표면으로부터 원자들/분자들을 스퍼터링하는 대신 기판 표면을 개질하거나 활성화시킬 수 있다. 일부 구현 예들에서, 가속화된 음이온들은 에칭을 위한 반응성 층을 형성하도록 기판 표면 상에 흡착된다. 기판 상의 재료 층은 반응성 층으로 변환될 수도 있고, 반응성 층은 프로세스 (500) 의 제거 페이즈 동안 에칭될 수도 있다.
개질 페이즈의 블록 520 및 블록 530에서의 동작들은 동시에 또는 순차적으로 수행될 수도 있다. 블록 510에서의 동작은 블록 520 및 블록 530에서의 동작들 전에 또는 동작들 동안 수행될 수도 있다.
도 6a는 에칭 프로세스의 개질 페이즈를 겪는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 이러한 개질 페이즈는 도 5의 프로세스 (500) 의 블록 510, 블록 520, 및 블록 530에서의 동작들을 포함할 수도 있다. 헬륨 가스가 CCP 반응기와 같은 플라즈마 생성 소스 내로 전달된다. 플라즈마 생성 소스가 CCP 반응기로서 도시되지만, 플라즈마 생성 소스는 임의의 적합한 플라즈마 반응기일 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 헬륨 플라즈마는 플라즈마 생성 소스에 의해 생성된다. 기판이 상부에 지지되는 기판 지지부에 포지티브 DC 전압이 인가된다. 포지티브 바이어스는 전자들로 하여금 플라즈마 생성 소스와 이온화 공간 사이의 그리드를 통해 추출되게 한다. C4F8과 같은 반응성 가스 및 Ar과 같은 비반응성 가스가 이온화 공간 내로 도입된다. 추출된 전자들은 반응성 가스의 음이온들을 형성하기 위해 반응성 가스의 해리 없이 이온화를 유발한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, C4F8은 C4F8 -을 형성하도록 전자 부착 이온화에 의해 이온화된다. 반응성 가스의 음이온들은 기판의 기판 표면을 활성화시키거나 개질하기 위해 포지티브 바이어스에 의해 기판으로 가속화된다. 예를 들어, C4F8 -는 기판 표면 상에 반응성 층을 형성할 수도 있다. 단일 그리드가 플라즈마 에칭 장치에 도시되지만, 이온화가 발생하는 이온화 공간과 기판이 위치되는 가속 공간 사이에 이온화 공간을 분할하기 위해 플라즈마 에칭 장치 내에 제 2 그리드가 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 에칭 프로세스의 개질 페이즈는 플라즈마를 점화하도록 플라즈마를 턴 온하고, 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가하고, 플라즈마로부터 전자들을 추출하고, 반응성 종의 음이온들을 형성하도록 반응성 종을 이온화하고, 그리고 기판 표면을 개질하도록 기판으로 음이온들을 가속화하는 것을 수반할 수도 있다.
도 5를 다시 참조하면, 프로세스 (500) 의 블록 540에서, 플라즈마는 플라즈마 생성 소스에서 ??칭된다. 플라즈마를 점화하거나 지속시키기 위한 플라즈마 생성 소스에 RF 전력이 인가되지 않는다. 즉, 플라즈마가 턴 오프된다. 플라즈마 방전 없이, 대전된 비활성 가스 종들은 생성되지 않는다. 그러나, 비활성 가스의 준안정 중성 종과 같은 준안정 종은 플라즈마가 턴 오프된 후에도 플라즈마 생성 소스에 남아 있을 수도 있다. 비활성 가스의 준안정 종은 제 1 그리드를 통해 그리고 이온화 공간 내로 확산하기에 충분히 긴 수명을 가질 수도 있다. 특히, 비활성 가스의 준안정 종은 잔광 동안 이온화 공간 내로 확산될 수도 있다.
플라즈마가 턴 오프된 후 이온화 공간 내로 확산하는 준안정 종들은 비반응성 종과 충돌할 수도 있고 비반응성 종의 양이온들을 형성할 수도 있다. 준안정 종은 여기된 상태일 수도 있다. 어떠한 이론으로도 제한되지 않고, 여기된 상태의 준안정 종은 반응성 종이 아닌 비반응성 종과의 페닝 이온화를 유발할 수도 있다. 예를 들어, 여기된 상태의 준안정 헬륨 라디칼들 (He*) 은 수 초의 수명 및 수 eV의 에너지를 가질 수도 있다. 이 수명은 붕괴 (decaying) 전에 충돌들이 발생하도록 충분히 길고, 준안정 헬륨 라디칼들은 Ar과 같은 불활성 가스 종을 이온화하기 위해 여기된 상태에서 충분한 에너지를 소유한다. 준안정 헬륨 라디칼들은 Ar+를 형성하도록 Ar을 이온화할 수도 있다.
프로세스 (500) 의 블록 550에서, 비반응성 종의 양이온들을 기판으로 가속화하기 위해 네거티브 바이어스가 기판 지지부에 인가된다. 불활성 가스 종의 양이온들이 페닝 이온화에 의해 형성되기 때문에, 기판 지지부에 인가된 네거티브 바이어스는 양이온들의 기판으로의 가속을 유발한다. 비반응성 종의 양이온들은 기판 표면에서 이온 충돌 및 화학적으로 강화된 스퍼터링을 촉진하는 방식으로 기판으로 가속화된다. 양이온들은 약 1000 eV 내지 약 50000 eV의 에너지들로 기판 표면을 스트라이킹하고 침투할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 기판 지지부에 인가된 네거티브 바이어스는 약 -50 kV 내지 약 -1 kV, 또는 약 -10 kV 내지 약 -1 kV일 수도 있다. 큰 네거티브 바이어스를 인가함으로써, 가속화된 양이온들은 기판 표면 상에 형성된 재료들을 에칭할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 가속화된 양이온들은 반응성 층으로 하여금 에칭되게 하도록 반응성 층과 혼합된다.
제거 페이즈의 블록 540 및 블록 550에서의 동작들은 동시에 또는 순차적으로 수행될 수도 있다. 블록 510에서의 동작은 블록 540 및 블록 550에서의 동작들 전에 또는 동작들 동안 수행될 수도 있다.
도 6b는 에칭 프로세스의 제거 페이즈를 겪는 예시적인 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 이러한 제거 페이즈는 도 5의 프로세스 (500) 의 블록 510, 블록 540, 및 블록 550에서의 동작들을 포함할 수도 있다. 플라즈마 생성 소스의 플라즈마가 ??칭되도록, 전력이 플라즈마 생성 소스에 인가되지 않는다. 헬륨 플라즈마는 턴 오프되고, 플라즈마 잔광에 준안정 헬륨 라디칼들만을 남긴다. 준안정 헬륨 라디칼들은 여기된 상태일 수도 있고, 그리드를 통해 확산될 수도 있다. C4F8과 같은 반응성 가스 및 Ar과 같은 비반응성 가스가 이온화 공간 내로 도입된다. 추출된 준안정 헬륨 라디칼들은 비반응성 가스의 양이온들을 형성하기 위해 비반응성 가스의 이온화를 유발한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, Ar은 Ar+를 형성하기 위해 페닝 이온화에 의해 이온화된다. 기판이 상부에 지지되는 기판 지지부에 네거티브 DC 전압이 인가된다. 네거티브 바이어스는 화학적으로 강화된 스퍼터링에 의해 기판 표면 상의 반응성 층을 제거하기 위해 비반응성 가스의 양이온들로 하여금 기판으로 가속화되게 한다. 예를 들어, Ar+는 기판 표면 상에 흡착된 C4F8 -에 의해 형성된 반응성 층을 제거할 수도 있다. 따라서, 에칭 프로세스의 제거 페이즈는 플라즈마를 ??칭하도록 플라즈마를 턴 오프하고, 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가하고, 준안정 중성 종을 추출하고, 비반응성 종의 양이온들을 형성하도록 비반응성 종을 이온화하고, 그리고 기판 표면으로부터 재료들을 에칭하도록 기판으로 양이온들을 가속화하는 것을 수반할 수도 있다.
도 5를 다시 참조하면, 프로세스 (500) 는 블록 520 및 블록 530에서 개질 페이즈 및 블록 540 및 블록 550에서 제거 페이즈를 교번하는 방식으로 반복하는 것을 더 포함할 수도 있다. 개질 페이즈 및 제거 페이즈는 플라즈마 에칭을 위한 프로세스 (500) 를 완료하도록 연속적으로 교번할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 개질 페이즈 및 제거 페이즈는 기판 상의 고 종횡비 피처들을 플라즈마 에칭하기 위한 프로세스 (500) 를 완료하도록 연속적으로 교번할 수도 있다. 프로세스 (500) 는 개질 페이즈의 전자 부착 이온화와 제거 페이즈의 페닝 이온화 사이에서 교번할 수도 있다. 이에 더하여, 프로세스 (500) 는 개질 페이즈에서 저 에너지로 고속 중성자들을 가속화하는 것과 제거 페이즈에서 고 에너지로 양이온들을 가속화하는 것 사이에서 교번할 수도 있다. 게다가, 프로세스 (500) 는 개질 페이즈의 플라즈마 온과 제거 페이즈의 플라즈마 오프 사이에서 교번할 수도 있다.
도 7은 일부 구현 예들에 따른 개질 동작과 제거 동작 사이를 교번하는 플라즈마 에칭 프로세스에서 플라즈마 소스에 인가된 전력 및 기판 지지부에 인가된 전압의 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다. 개질 동작 및 제거 동작은 에칭 사이클을 구성할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 에칭 사이클은 약 1 ms 내지 약 50 ms 동안 지속될 수도 있다. 개질 동작의 지속 기간은 약 1 ms 내지 약 10 ms일 수도 있고, 제거 동작의 지속 기간은 약 1 ms 내지 약 10 ms일 수도 있다. 개질 동작 및 이의 지속 기간은 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 것과 관련하여 또는 기판 지지부로의 포지티브 바이어스의 인가와 관련하여 발생할 수도 있다. 제거 동작 및 이의 지속 기간은 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 것과 관련하여 또는 기판 지지부로의 네거티브 바이어스의 인가와 관련하여 발생할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전력은 개질 동작 동안 플라즈마 소스에 인가되고, 기판 지지부는 포지티브 DC 전압으로 미미하게 바이어스된다. 포지티브 DC 전압은 약 1 V 내지 약 5 V일 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제거 동작 동안 플라즈마 소스에 전력이 인가되지 않고, 기판 지지부는 네거티브 DC 전압으로 실질적으로 바이어스된다. 네거티브 DC 전압은 약 -50 kV 내지 -1 kV일 수도 있다. 제어기가 개질 동작과 제거 동작 사이에 교번하는 플라즈마 소스에 인가된 전력 및 기판 지지부에 인가된 전압에 대한 인스트럭션들을 제공하도록 구성될 수도 있다.
본 개시의 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 에칭을 위해 반응성 종의 음이온들 및 비반응성 종의 양이온들의 교번하는 이온 빔들을 제공한다. 고속 중성자들은 저 에너지에서 DC 가속에 의해 기판 표면을 개질할 수도 있고, 양이온들은 고 에너지에서 DC 가속에 의해 기판 표면으로부터 재료들을 에칭할 수도 있다. 고속 중성자들은 좁은 IEDF 및 좁은 IADF로 제공된다. 넓은 IEDF 및 넓은 IADF를 발생시키는 종래의 플라즈마 에칭 반응기들에서 RF 바이어스에 의한 시스의 가속 대신, 음이온들 및 양이온들의 가속은 DC 가속에 의해 개별적으로 발생한다. 이온/중성 플럭스 비의 밸런싱을 위한 종래의 플라즈마 에칭 반응기들의 혼합 모드 펄싱 대신에, 본 개시는 고 에너지들에서 양이온들 및 저 에너지들에서 음이온들을 분리함으로써 이온 플럭스와 중성 플럭스를 분리할 수도 있다. 종래의 플라즈마 에칭 반응기가 전자 충격 이온화에 의해 이온화되는 반면, 본 개시는 음이온들을 형성하기 위한 전자 부착 이온화와 양이온들을 형성하기 위한 페닝 이온화 사이에서 선택함으로써 선택적인 이온화를 달성할 수도 있다. 저 에너지들을 갖고 좁은 IADF를 갖는 고속 중성자들은 전자 부착 이온화에 의해 생성될 수도 있고, 이에 따라 중성 종이 고 종횡비 피처의 하단부로 매우 느리게 확산되는 것을 방지한다. 게다가, 마스크들 상의 전하 축적은 양이온 및 음이온의 이온 빔들을 교번시킴으로써 방지된다. 에칭 부산물들의 재증착은 또한 하나 이상의 그리드들을 갖는 에칭 영역으로부터 플라즈마 생성 영역을 분리함으로써 방지되고, 이는 플라즈마 생성 영역 내로의 에칭 부산물들의 백스트리밍 (backstreaming) 을 방지한다. 게다가, 유전체 에칭 및 전도체 에칭은 플라즈마 반응기가 CCP 반응기인지 ICP 반응기인지와 무관하게, 본 개시의 플라즈마 에칭 장치에 의해 수행될 수도 있다.
결론
전술한 기술 (description) 에서, 제시된 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시되었다. 개시된 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시 예들이 구체적인 실시 예들과 함께 기술되었지만, 이는 개시된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.
전술한 실시 예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 본 실시 예들은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 간주될 것이며, 실시 예들은 본 명세서에 주어진 세부사항들로 한정되지 않을 것이다.
Claims (20)
- 플라즈마 생성 소스;
상기 플라즈마 생성 소스에 커플링되고 이온들을 생성하도록 구성된 이온화 공간;
상기 이온화 공간과 상기 플라즈마 생성 소스 사이의 제 1 그리드;
상기 이온화 공간에 커플링되고 가속 공간의 기판으로 상기 이온들을 전달하도록 구성된 상기 가속 공간;
상기 가속 공간의 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부로서, 상기 기판 지지부는 바이어스되도록 구성되는, 상기 기판 지지부; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
상기 기판의 재료들을 개질하기 위하여 상기 이온화 공간 내로 반응성 종을 도입하고 상기 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가함으로써 상기 가속 공간의 상기 기판으로 상기 반응성 종의 음이온들을 가속화하는 동작; 및
상기 기판의 개질된 재료들을 에칭하기 위하여 상기 이온화 공간 내로 비반응성 종을 도입하고 상기 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가함으로써 상기 가속 공간의 상기 기판으로 상기 비반응성 종의 양이온들을 가속화하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 네거티브 바이어스는 상기 포지티브 바이어스보다 절대값이 실질적으로 큰, 플라즈마 에칭 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 포지티브 바이어스는 0.5 V 내지 10 V이고, 그리고 상기 네거티브 바이어스는 -50 kV 내지 -1 kV인, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 기판의 재료 층 상에 반응성 층을 형성하는 동작, 및
상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 기판의 상기 재료 층을 에칭하는 동작으로서, 상기 재료 층은 유전체 재료 또는 전기적으로 전도성 재료를 포함하는, 상기 재료 층 에칭 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화할 때 상기 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 점화하는 동작, 및
상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화할 때 상기 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 ??칭하는 (quench) 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 반응성 종을 이온화하고 상기 이온화 공간에서 상기 반응성 종의 상기 음이온들을 형성하도록 상기 플라즈마로부터 상기 이온화 공간으로 전자들을 추출하는 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 비반응성 종을 이온화하고 상기 이온화 공간에서 상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 형성하도록 상기 플라즈마로부터 상기 이온화 공간으로 준안정 종의 확산을 유발하는 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 그리드는 바이어스되거나 접지되도록 구성되고, 그리고 상기 제어기는,
상기 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 제 1 그리드와 상기 기판 지지부 사이에 약한 전기장을 형성하는 동작, 및
상기 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 상기 제 1 그리드와 상기 기판 지지부 사이에 강한 전기장을 형성하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 적어도 10:1의 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 고 종횡비 피처들을 포함하는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 공간과 상기 가속 공간 사이에 제 2 그리드를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 이온화 공간의 압력은 상기 가속 공간의 압력보다 높은, 플라즈마 에칭 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 그리드는 바이어스되도록 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 소스는 유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma; ICP) 반응기 또는 용량 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma; CCP) 반응기인, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하는 동작 및 상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하는 동작을 반복하고 교번하는 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 1 ㎳ 내지 10 ㎳의 제 1 지속 기간 동안 상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하는 동작, 및
상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하는 동작과 관련하여, 1 ㎳ 내지 10 ㎳의 제 2 지속 기간 동안 상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 플라즈마 생성 소스;
상기 플라즈마 생성 소스에 커플링되고 이온들을 생성하도록 구성된 이온화 공간;
상기 이온화 공간과 상기 플라즈마 생성 소스 사이의 제 1 그리드;
상기 이온화 공간에 커플링되고 가속 공간의 기판으로 상기 이온들을 전달하도록 구성된 상기 가속 공간;
상기 가속 공간의 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부로서, 상기 기판 지지부는 바이어스되도록 구성되는, 상기 기판 지지부; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
상기 이온화 공간에 반응성 종 및 비반응성 종을 도입하는 동작;
상기 플라즈마 생성 소스에서 플라즈마를 점화하는 동작;
상기 기판의 재료들을 개질하기 위하여 상기 반응성 종을 이온화하고 상기 반응성 종의 음이온들을 형성하고, 그리고 상기 플라즈마가 점화될 때 상기 기판으로 상기 반응성 종의 상기 음이온들을 가속화하도록 상기 기판 지지부에 포지티브 바이어스를 인가하는 동작;
상기 플라즈마 생성 소스에서 상기 플라즈마를 ??칭하는 동작; 및
상기 기판의 개질된 재료들을 에칭하기 위하여 상기 비반응성 종을 이온화하고 상기 비반응성 종의 양이온들을 형성하고, 그리고 상기 플라즈마가 ??칭될 때 상기 기판으로 상기 비반응성 종의 상기 양이온들을 가속화하도록 상기 기판 지지부에 네거티브 바이어스를 인가하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 포지티브 바이어스는 0.5 V 내지 10 V이고, 그리고 상기 네거티브 바이어스는 -50 kV 내지 -1 kV인, 플라즈마 에칭 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 이온화 공간과 상기 가속 공간 사이의 제 2 그리드로서, 상기 제 1 그리드는 바이어스되도록 구성되고 상기 제 2 그리드는 바이어스되도록 구성되고, 상기 이온화 공간의 압력은 상기 가속 공간의 압력보다 높은, 상기 제 2 그리드를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치. - 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 소스는 유도 결합 플라즈마 (ICP) 반응기 또는 용량 결합 플라즈마 (CCP) 반응기인, 플라즈마 에칭 장치. - 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 플라즈마가 점화될 때 상기 기판 지지부에 상기 포지티브 바이어스를 인가하는 동작 및 상기 플라즈마가 ??칭될 때 상기 기판 지지부에 상기 네거티브 바이어스를 인가하는 동작을 반복하고 교번하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 플라즈마 에칭 장치.
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |