KR20030051765A - 기판내의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭 - Google Patents

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KR20030051765A KR10-2003-7006046A KR20037006046A KR20030051765A KR 20030051765 A KR20030051765 A KR 20030051765A KR 20037006046 A KR20037006046 A KR 20037006046A KR 20030051765 A KR20030051765 A KR 20030051765A
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쿠마르아난다
샤핀마이클쥐
콜로덴코아놀드
포들레스니크드라간브이
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어플라이드 머티어리얼즈 인코포레이티드
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Abstract

기판 처리 챔버 (110) 는, 챔버에 가스를 제공하는 가스 공급기 (56), 가스를 에너자이징하기 위해 전기적으로 바이어스되는 제 1 및 제 2 전극 (115, 105), 및 가스를 배출하는 배출기 (110) 를 포함하며, 제 2 전극 (115) 은 약 10 watts/㎠ 이상의 전력 밀도로 하전되도록 구성되고 기판 (10) 을 수용하는 수용 표면 (147) 을 구비한다.

Description

기판내의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭{ETCHING OF HIGH ASPECT RATIO FEATURES IN A SUBSTRATE}
공정 가스 또는 그 플라즈마는 종종 기판 제조 시 챔버 내의 기판을 처리하기 위해 (process) 이용된다. 통상, 재료는 CVD (chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition), 이온 주입법 (ion implantation), 산화 또는 환원 공정 등에 의해 기판 상에 형성된다. 그 후, 통상 층의 형상으로 형성되지만 다른 형상을 가질 수도 있는 기판 재료의 일부는 에칭 등에 의해 처리되어, 캐비티 (cavity), 채널 (channel), 홀 (hole) 또는 트렌치 (trench) 등으로 형상화된 에칭 형성체로 형성될 수 있다.
특히, 형성체가 작은 개구 크기를 갖는 경우, 기판 재료에 고 애스펙트 비 (aspect ratio) 을 갖는 형성체를 에칭하는 것은 어렵다. 통상, 보다 빠르고 효율적인 회로를 제공하려는 기술의 진보는 간격의 미세화를 필요로 하므로, 트렌치, 홀 또는 비아 등의 형성체의 애스펙트 비를 증가시킨다. 애스펙트 비는 형성체의 개구 크기에 대한 깊이의 비다. 고 애스펙트 비 형성체는 최소 약 20의 애스펙트 비를 가지며, 이 형성체의 개구 크기는 약 0.18 ㎛ 이하가 될 수도 있다. 그러나, 형성체의 측벽을 제어 불가능한 등방성 에칭하지 않고, 고 애스펙트 비 형성체 또는 작은 개구 형성체를 에칭하는 것은 어렵다. 등방성 에칭이란, 에칭된 형성체의 측벽이 형성체의 수직 에칭 속도를 초과하는 에칭 속도로 수평 방향으로 에칭되는 것을 의미하며, 이는 바람직하지 않은 형상을 갖는 형성체를 유발할 수 있다.
즉, 고 애스펙트 비 또는 작은 개구 크기를 갖는 형성체를 이방성으로 에칭하는 하는 것이 바람직하다. 또한, 기판에 걸쳐 제어 가능하고 일관성 있는 치수를 갖는 형성체로 에칭하는 것이 바람직하다. 또한, 기판이 생산 가치를 갖도록 에칭되는 것이 바람직하다.
본 발명은 기판을 에칭하는 챔버 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 이와 같은 그리고 다른 특징, 태양, 및 잇점은 본 발명의 실시예를 설명하는 다음의 설명, 첨부된 청구 범위, 및 첨부된 도면에 의해 더욱 이해될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 기판 내의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭 전후의 기판의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 전극, 자기장 발생기, 및 제어기를 갖는 처리 챔버를 나타내는 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2의 자기장 발생기의 개략도이다.
도 4는 챔버 리드 및 유체 순환 라이너를 나타내는 본 발명에 따른 처리 챔버의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 챔버 리드의 부분 단면 평면도이다.
도 6은 도 5의 챔버 리드의 단면선 6-6에 따른 분해 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 챔버 리드의 다른 버전의 부분 단면 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 챔버 라이너의 부분 단면 평면도이다.
도 9는 도 8의 챔버 라이너의 단면선 9-9에 따른 부분 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 처리 챔버의 다른 실시형태의 개략적인 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 컴퓨터 소프트웨어 프로그램의 블록도이다.
도 12는 에칭 처리 시 전력을 증가시킴에 따른 제 2 전극의 온도의 상승을 나타내는 그래프이다.
도 13a는 전극에 인가되는 전력을 증가시킴에 따른 에칭된 형성체의 폭 및 임계 치수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13b는 전극에 인가되는 전력을 증가시킴에 따른 에칭된 형성체의 폭 및 임계 치수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13c는 전극에 인가되는 전력을 증가시킴에 따른 에칭 처리의 에칭 속도 및 에칭 선택성의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14a는 자기장 세기를 증가시킴에 따른 에칭된 형성체의 폭 및 임계 치수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 자기장 세기를 증가시킴에 따른 에칭된 형성체의 에칭 속도 및 애스펙트 비의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14c는 자기장 세기를 증가시킴에 따른 에칭 처리의 에칭 속도 및 에칭 선택성의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 이러한 필요성을 만족시킨다. 일 태양에서, 본 발명은, 챔버에 가스를 제공하는 가스 공급기, 가스를 에너자이징 (energizing) 하기 위해 전기적으로 바이어스되는 제 1 및 제 2 전극, 및 가스를 배출하는 배출기를 포함하고, 제 2 전극은 약 10 watts/㎠ 이상의 전력 밀도로 하전되도록 구성 (adapt) 되고 기판이 수용되는 수용 표면을 포함한다.
본 발명의 다른 태양은, 처리 영역에 기판을 제공하는 단계, 처리 영역으로 가스를 주입하는 단계, 기판 하부의 전극으로 약 10 watts/㎠ 이상의 전력 밀도로 전기 에너지를 인가하여 가스를 에너자이징하는 단계, 및 가스를 배출하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 태양에서, 기판 에칭 챔버는, 기판 지지체, 챔버에 가스를 제공하는 가스 제공기 및 챔버에 가스를 배출하는 배출기, 가스를 에너자이징하기 위해 전기적으로 바이어스될 수 있는 제 1 및 제 2 전극, 챔버에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 제공하도록 구성되는 자기장 발생기, 및 기판 및 챔버 표면의 온도를 제어하도록 구성되는 온도 제어 시스템을 포함하고, 제 2 전극은 약 200 mm의 직경을 갖는 기판에 대해 약 3200 watts이상의 전력으로 하전될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 다른 태양은, 챔버의 처리 영역에 기판을 제공하는 단계, 처리 영역으로 가스를 주입하는 단계, 약 200 mm 직경을 갖는 기판에 대해 약 3200 watts 이상의 전력의 전기 에너지에 가스를 결합시킴으로써 가스를 에너자이징하는 단계, 챔버에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 인가하는 단계, 기판 및 챔버의 표면 온도를 제어하는 단계, 및 가스를 배출하는 단계를 포함하는 기판 에칭 방법을 포함한다.
본 발명의 다른 태양은, 약 30 이상의 애스펙트 비 및 약 0.14 Φm 미만의 개구 크기를 갖는 에칭된 형성체를 포함하는 기판을 포함한다.
본 발명은, 도 1a에 예로서 도시한 바와 같이, 실리콘, 화합물 반도체, 또는 유전체를 구비할 수 있는 하부에 위치되는 기재 (12); 및 기재 (12) 상에 폴리실리콘, 유전체 또는 전도성 재료 등의 하나 이상의 재료 (22, 24, 26) 를 포함하는 기판 (10) 을 처리하기 위해 이용된다. 도 1b에 실시예로서 나타낸 바와 같이, 기판 (10) 은 에칭되어, 재료 (22, 24) 에 트렌치, 홀 또는 비어 등의 고 애스펙트 비 형성체 (29) 가 형성된다. 예를 들면, 홀 및 비어는 실리콘, 폴리실리콘, 또는 유전체 재료에서 에칭될 수 있고, 다른 실시예로서, 트렌치는 알루미늄, 구리 및 금속 실리사이드 등의 금속 또는 금속간 화합물 등의 전도성 재료, 또는, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 질화물 또는 저 유전 재료 (low k dielectric material) 등의 유전체 재료에서 에칭될 수 있다. 에칭을 원하지 않는 기판 (10) 의 일 영역을 보호하기 위해 포토레지스트 재료 (28) 등의 재료가 이용될 수 있다.
본 발명은, 특히, 형성체 (29) 가 고 애스펙트 비를 갖는 경우, 기판 (10) 내에 형성체 (29) 를 에칭하기에 유용하다. 예를 들면, 기재 (12) 상에 하나이상의 재료를 포함하는 기판 (10) 은 에칭되어 약 30 이상, 및 심지어 약 45 이상의 애스펙트 비를 갖는 에칭된 형성체 (29) 가 형성된다. 또한, 이 형성체 (29) 는 약 0.17 ㎛ 미만의 개구 크기로 에칭될 수도 있으며, 심지어 약 0.14 ㎛ 또는 0.10 ㎛ 미만일 수도 있다. 작은 개구 크기를 갖는 형성체 (29) 의 에칭은 개구 크기가 에칭된 형성체의 임계 치수인 경우 특히 유용하다. 또한, 형성체 (29) 는 약 8 ㎛ 이상의 깊이로 에칭될 수 있다. 에칭 처리 동안 형성될 수 있는 보호 측벽 증착물 (30) 은 형성체 (29) 의 측벽이 등방성 에칭되는 것으로부터 보호한다. 형성체가 에칭되는 속도는 약 0.8 Φm/mim 이상이 될 수 있다.
기판 (10) 을 처리하기에 적합한 본 발명에 따른 장치 (50) 예가 도 2에 도시된다. 통상, 장치 (50) 는, 챔버 볼륨 (110) 을 한정하고, 원형의 측벽 (106), 하부벽 (108), 리드 어셈블리 (102) 등의 하나 이상의 벽 (52) 을 갖고, 하나 이상의 라이너 (liner)(104) 를 포함하는 처리 챔버 (100) 를 포함한다. 통상, 챔버 볼륨 (110) 은 처리 영역 (112) 및 펌핑 영역 (114) 으로 분리된다. 챔버 (100) 의 연속적인 원형 표면을 제공하고 공압식 모터 (72) 를 통해 수직으로 작동되는 슬릿 밸브 도어 (slit valve door)(70) 를 갖는 슬릿 개구부 (139) 를 통해, 챔버 (100) 안팎으로 기판 (10) 을 이송하는 로봇 (53) (도 2의 점선) 이 이용될 수 있다. 본 발명을 예시적인 장치 (50) 를 참조하여 설명하였지만, 이러한 설명은 다른 기판을 에칭하거나 PVD 또는 CVD에 의해 기판 (10) 상에 재료를 증착하거나 또는 기판 (10) 상에 재료를 주입하는 다른 장치 구성에도 적용될 수 있는것으로 이해해되어야 한다.
가스 소오스 (97), 밸브 (101) 를 갖는 하나 이상의 가스 라인 (103), 및 가스 분배기 (111) 를 포함하는 가스 공급기 (56) 를 통해 처리 가스 등의 가스를 챔버 (100) 에 주입한다. 가스 분배기 (111) 는, 가스가 가스 분배기 (111) 를 출입할 수 있도록 가스 출구 (98) 를 갖는 가스 분배 플레이트 (113) 를 포함할 수 있으며, 가스 분배 플레이트 (113) 는 또한 전극으로 작용한다. 제어기 (160) 는 처리 가스의 유량, 가스 압력, 및 다른 처리 챔버 기능을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 소모된 처리 가스 및 부산물은, 챔버 (100) 내의 가스 압력을 적절한 레벨, 통상, 약 5 mTorr 내지 약 10 mTorr로 제어하기 위해 이용되는 쓰로틀 밸브 (throttle valve)(60) 가 개재되어 하나 이상의 배출 펌프 (109) 와 연결되는 배출기 (114) 를 통해 배출될 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 펌핑 속도는 에칭된 형성체의 측벽과 챔버 벽들 상에 형성되는 처리 잔류물의 형성에 영향을 주며, 이는 기판 (10) 의 고 애스펙트 비의 에칭 품질에 영향을 주는 것으로 발견되었다. 펌핑 속도의 증가는 챔버 볼륨 내의 초과 잔류물 형성 스페시즈를 효과적으로 제거함으로써, 에칭된 형성체의 측벽 상의 초과 처리 잔류물의 형성을 감소시키는 것으로 생각된다. 깨끗하게 에칭된 형성체의 측벽 상에 처리 잔류물을 최적의 두께로 증착하는 것은, 이 형성체 측벽의 초과적인 이방성 에칭없이 기판으로 수직한 에칭이 진행되도록 한다. 그러나, 특히, 작은 개구 크기를 갖고 매우 깊은 고 애스펙트 비 형성체의 경우, 초과 잔류물 형성은 에칭을 방해하거나 정지시킬 수 있다. 즉, 일 버전에서는,배출기 (114) 에 충분하게 빠른 펌핑 속도를 갖는 하나 이상의 펌프가 포함됨으로써, 기판 (10) 및 챔버 (100) 의 다른 표면으로의 처리 잔류물의 추가 증착이 감소된다. 예를 들면, 배출기 (114) 는 챔버 (100) 로부터 약 25L의 챔버 볼륨에 대해 약 1600L/s 이상의 속도로 배출 가스를 배출할 수 있는 펌프 (109) 를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 버전에서, 펌프 (109) 는 약 25L의 챔버 볼륨에 대해 약 1600 내지 1800L/s의 총 펌핑 용량 및 펌핑 속도를 갖는다.
RF 또는 마이크로웨이브 에너지와 같은 전자기적 에너지가 가스에 결합된, 플라즈마 등의 에너자이징 가스는, 가스 에너자이저 (141) 에 의해 발생될 수 있다. 예를 들면, 가스 에너자이저 (141) 는 챔버 (100) 에서 가스를 에너자이징하기 위해 서로 전기적으로 바이어스되는 제 1 및 제 2 전극 (115, 105) 을 포함할 수 있다. 제 1 전극 (115) 은 챔버 (100) 의 천정 또는 측벽일 수도 있다. 제 2 전극 (105) 은 기판 지지체 (124) 의 기판 (10) 하부에 있다. 통상, 제 2 전극 (105) 은 알루미늄, 구리, 금, 몰리브데늄 (molibdenium), 탄탈륨 (tantalum), 티타늄, 텅스텐, 및 그 합금과 같은 금속 등의 도전성 재료로 이루어진다. 몰리브데늄은 우수한 열 전도성 및 비산화 (non-oxidizing) 분위기에서의 부식에 대한 우수한 저항을 갖는다. 통상, 제 2 전극 (105) 은 기판 (10) 내의 형상 및 크기에 따라 평탄화, 형상화되고, 그 크기가 조절된다. 예를 들면, 제 2 전극 (105) 은 전체 기판 (10) 하부로 연장되는 도전성 와이어 (미도시) 메쉬일 수도 있다. 제 2 전극 (105) 은, RF 에너지 등의 전자기적 에너지가 침투될 수 있는 유전체 (55) 로 피복되어, 전극 (105) 에 인가되는 에너지와 챔버(100) 내의 가스가 결합됨으로써, 가스의 플라즈마를 유지하고 에너자이징한다. 유전체 (55) 의 적어도 일부분은 전극 (105) 을 피복하고, 다른 부분은 전극 (105) 을 부분적으로 둘러싸거나 전체적으로 봉합한다.
제 1 및 제 2 전극 (115, 105) 은, 선택된 주파수 범위의 제 2 전극 (105) 의 로드 임피던스와 전압 공급기 (150) 의 임피던스를 거의 동일하게 매칭하는 임피던스 매칭 회로 (151) 를 통해 전극 전압 공급기 (150) 에 의해 제공되는 RF 전압에 의해 전기적으로 바이어스된다. 전극 (115, 105) 으로 인가되는 RF 전압의 주파수는 약 50 KHz 내지 약 60 MHz일 수 있다. 또한, 전압 공급기 (150) 는 DC 척킹 (chucking) 전압을 전극 (105) 에 제공하도록 이용되어, 기판 (10) 을 고정하는 전극에 정전기적 전하를 형성할 수도 있다. 통상, DC 전압은 약 10 내지 약 2000V일 수 있다. 또한, 전압 공급기 (150) 는 전극 (105) 의 동작을 제어할 수 있는 제어기 (160) 에 의해 제어될 수 있다. 실시예의 가스 에너자이저는 당업자에게 명백한 다른 챔버 버전으로 니티낼 수도 있으며, 가스 에너자이저 (141) 는 RF 에너지가 챔버에 또는 마이크로파 가이드 (미도시) 를 통해 마이크로파 발생기가 챔버에 유도 결합된 하나 이상의 코일을 갖는 유도 안테나 (미도시) 등의 다른 버전를 포함할 수도 있다. 또한, 제 2 전극 (105) 은 통상의 DC 전압에 의해 기판을 정전기적으로 고정하기 위해 전기적으로 하전되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에서, 제 2 전극 (105) 및 피복 유전체 (55) 는 제 2 전극 (105) 이 기판 (14) 의 단위 면적당 전극 (105) 으로 인가되는 전력인 전력밀도가 높게 하전되도록 구성되어, 기판 (14) 의 애스펙트 비 형성체의 양호한 에칭을 제공한다. 전기적으로 바이어스되는 제 2 전극 (105) 은 기판 (10) 의 평면에 대해 실질적으로 수직인 적어도 일부의 전기장 벡터 성분을 발생시킨다. 에너자이징 가스의 하전된 플라즈마 이온은 이러한 수직-배향된 필드 성분에 의해 가속되어 기판 (10) 상에 강력하게 침투된다. 제 2 전극 (105) 의 전력 밀도의 크기가 증가됨에 따라, 식별되는 운동 에너지는 상승하고, 하전되는 플라즈마 이온으로 직접 전달된다. 운동 에너지가 증가함에 따라 플라즈마 이온은 고 애스펙트 비 형성체 (29) 를 보다 효과적으로 에칭할 수 있고, 형성체 (29) 의 치수를 보다 잘 제어할 수 있다. 일 버전에서, 제 2 전극 (105) 및 피복 유전체 (55) 는 약 10 watts/㎠ 이상의 전력 밀도를 지속하도록 구성된다. 약 20 cm (200 mm) 의 직경을 갖는 기판 (10) 에 대해, 제 2 전극 (105) 에 인가되는 적절한 전력 레벨은 약 3200 watts 이상의 전력 레벨이며; 약 30 cm (300 mm) 의 직경을 갖는 기판에 대해, 적절한 전력 레벨은 약 7000 watts 이상이다.
제 2 전극 (105) 을 피복하는 유전체 (55) 는 조성 및 두께가 조절되어 주변의 플라즈마 또는 다른 챔버 구성 요소으로의 초과 전류 리크없이 이와 같은 고 전력 레벨을 견디도록 구성된다. 예를 들면, 일 버전에서, 유전체 (55) 는 약 1×109ohms-cm 내지 약 1×1013ohms-cm 또는 약 1×1010ohms-cm 내지 약 1×1012ohms-cm의 실온 저항을 제공하도록 제조된다. 특히, 고 애스펙트 비 에칭 처리에서 필요한 약 50 에서 90 EC으로 상승되는 처리 온도에서, 이러한 저항값은 유전체 (55) 의 성능을 향상시킴으로써 제 2 전극 (105) 으로 인가되는 전력 레벨이 더욱 높게 유지하도록 한다. 적절한 유전체 (55) 두께는 약 0.02 mm 내지 약 2.00 mm로 결정되고, 0.05 mm 내지 1.00 mm일 수도 있다.
유전체 (55) 는, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 보론 질화물, 보론 탄화물 (carbide), 탄소, 코디어라이트 (cordierite), 세륨 (cerium) 산화물, 다이아몬드, 뮬라이트 (mulite), 실리콘, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 티타늄 붕산화물 (boride), 티타늄 탄화물, 이리듐 산화물, 지르코늄 산화물, 및 이들의 혼합물과 화합물 등의 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 질화물은 약 80 내지 약 240 watts/mK의 높은 열 전도성, 양호한 열 전달 속도, 및 양호한 내부식성을 제공한다. 알루미늄 질화물의 저항값은 약 0.5 내지 5.0wt%의 도펀트 재료를 미량 첨가함으로써 소정의 레벨로 제어될 수 있다. 또한, 유전체 (55) 는, 동결성형 (freeze casting), 사출성형 (injection molding), 압력-형성 (pressure-forming), 열 스프레이 (thermal spraying), 또는 소결 (sintering) 에 의해, 제 2 전극 (105) 을 둘러싸는 모노리스 (monolith) 로 제조될 수 있다. 예를 들면, 세라믹 재료를 상승된 온도에서 가압하여, 10% 미만의 기공율을 갖는 코히어런트 매스 (coherent mass) 로 형성할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 출원 제 08/965,690 호에 개시된 오토클레이브 (autoclave), 플래튼 프레스 (platen press), 및 등압 압축 성형을 포함하는 적절한 압력 형성 장치가 1997년 11월 6일에 출원되었으며, 이는 참조로서 전체에 포함된다.
처리 영역 (112) 의 플라즈마 이온 밀도 및 이온 에너지는 근접하게 이격된 제 1 및 제 2 전극 (115, 105) 에 의해 더욱 향상될 수 있다. 제 2 전극 (105) 이 제 1 전극 (115) 와 비교적 짧은 거리로 이격된 경우, 이들 사이의 가스 경로의 저항이 감소되므로, 2개의 전극 사이의 전기장 벡터 크기는 비교적 증가된다. 그 결과, 근접하게 이격된 전극 (115, 105) 은 보다 효과적으로 챔버 (100) 내의 가스에 에너지를 결합시킨다. 또한, 전극 (115, 105) 들 사이의 짧은 이격 거리로 인해 플라즈마 이온의 식별되는 운동 에너지가 증가될 수 있다. 또한, 전극 간격의 감소는 기판 (10) 에 걸친 처리 가스의 흐름을 보다 평탄하게 하고 (laminar), 불안함 (turbulent) 이 감소되도록 하여, 기판 표면에 보다 균일한 처리를 제공할 수 있다. 따라서, 일 버전에서, 제 1 및 제 2 전극 (115, 105) 은 실질적으로 박판 형상인 플로우를 유지하기에 충분하게 적은 소정의 거리로 이격되며, 이격된 거리는 약 5 cm 미만 및 약 1 cm 내지 3 cm이 될 수 있다. 소망의 간격을 달성하기 위해, 제 2 전극 (105) 을 상승시키거나 또는 제 1 전극 (115) 을 하강시킬 수 있다.
챔버 (100) 내의 자기장의 세기를 증가시키는 것은 기판 (10) 내의 고 애스펙트 비 형성체 (29) 의 에칭을 더욱 향상시킬 수 있다. 자기장 세기는 기판 (10) 내의 깨끗하게 (freshly) 에칭된 형성체 (29) 상에 에칭된 보호 측벽 증착물 (30) 에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 예를 들면, 특정 처리에서, 자기장 세기가 증가함에 따라, 에칭 처리에서 형성된 보호 측벽 증착물 (30) 이 두꺼워지므로, 에칭된 형성체 (29) 의 프로파일에 오목부가 적게 발생된다. 따라서, 특히, 형성체 (29) 의 깊이가 증가하거나 이들의 개구 크기가 작아질수록, 에칭된 형성체 (29) 의 프로파일이 최적화되도록 자기장 세기가 제어될 수 있다. 예들 들면, 트렌치 등의 형성체 (29) 의 에칭 시, 약 100 Gauss 이상 또는 약 120 Gauss 이상의 자기장 세기를 갖는 높은 자기장이 제공되는 것이 바람직하다는 것이 발견되었다.
자기장 발생기 (292) 는 전자기 코일 또는 영구 자석을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 3은 챔버 (100) 에 근접하는 전자석 (295, 300, 305, 310) 을 포함하는 자기장 발생기 (292) 의 일 버전을 개략적으로 도시한다. 챔버 (100) 내에 형성된 자기장은, 처리 영역 (112) 에 대한 위치에 의존하는 전자석 (295, 300, 305, 310) 에 의해 발생된 자기장과 각 전자석에 제공된 전기 에너지의 벡터합이다. 자기장 발생기 (292) 는, 플라즈마를 기판 (10) 상의 처리 볼륨 (112) 으로 한정하는 기판 (10) 평면과 거의 수직한 자기장, 기판 표면과 평행한 자기장, 또는, 처리 영역 (112) 에서 플라즈마 이온을 "교반 (stir)" 하도록 회전되는 자기장을 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 자기장 발생기는 그 내부의 유체를 순환시키는 재킷 (307, 309) 을 포함할 수 있다. 예를 들면, 열 전달 유체는 라이너 유체 소오스 (121), 전도체 유체 소오스 (61) 또는 다른 유체 소오스로부터 제공될 수 있다. 이 유체는 전자석 (305, 310, 295, 300) 에 대한 유체 재킷 (307, 309) 으로 공급되어 자석 온도를 제어한다. 열 전달 유체는 전자석 (305, 310, 295, 300) 을 일정한 온도에서 유지할 수 있으며, 이러한 유체의 순환은 전자석을통해 많은 전류가 인가되는 경우의 전자석의 과열을 감소시킬 수 있다. 이는 큰 전류에 견딜 수 있는 전자석의 성능을 향상시킴으로써, 챔버 (100) 에 높은 자기장 세기를 제공한다. 이 증가된 자기장 세기는 에칭된 형성체 (29) 의 향상된 에칭을 기판 (10) 에 제공한다.
일 버전에서, 자기장 발생기 (292) 는 시간에 따라 변화하는 각도 방위와 크기를 갖는 다-방향 (multi-directional) 자기장을 발생시킨다. 이러한 자기장은 챔버 (100) 와 근접하게 위치되는 복수개의 전자석 (295, 300, 305, 310) (또는, 영구 회전하는 자석 (permanent rotating magnet)) 에 의해 발생될 수 있다. 전자석 전력 소오스는 전자석 (295, 300, 305, 310) 에 인가되는 전류를 변화시키고, 플라즈마 영역에 다-방향 자기장을 발생시킨다. 이 자기장은 서로 쌍을 이루고 위치되어, 기판 (10) 의 평면과 거의 평평한 자기장을 발생시킨다. 전력 소오스는 독립적으로 변화하는 각도 방위와 크기를 갖는 자기장을 발생시키는 쌍을 이룬 전자석을 소정의 시퀀스로 에저자이즈한다. 참조로서 포함되는 미국 특허 제 5,255,024 호에 개시된 바와 같이, 자기장 발생기 (292) 는 챔버 (100) 의 측벽 (106) 에 인접하게 위치되는 대신, 챔버의 천정, 및/또는, 그 내부에 제 2 전극을 갖는 유전체 (55) 하부에 배치될 수 있다.
다른 방법으로, 자기장 발생기 (292) 는 챔버 (100) 측벽 (106) 에 근접하게 위치되는 복수개의 이동 가능한 영구 자석을 포함한다. 자석은 원형 또는 타원형 궤도로 및/또는 선형으로 회전되는 아마츄어 (armature)(미도시) 상에 탑재되어, 처리 볼륨 (112) 내에 다-방향 자기장을 발생시킬 수 있다. 적절한 영구자석은 니켈 페라이트 (ferrite), 코발트 페라이트, 또는 바륨 페라이트 등의 강자성 재료를 포함한다.
자기장 발생기 (292) 는, 각각의 전자석 또는 영구 자석에 의해 발생되는 자기장들의 벡터합이고 챔버 (100) 에 대한 위치와 이들의 동작 모드에 의존하는, 자기장을 발생시킨다. 도 2에 나타낸 버전에서, 자기장 발생기 (292) 는 기판 (10) 의 표면에 거의 평행하고 기판 표면과 수직한 축에 대해 대칭되는 성분들을 갖는 자기장을 발생시키도록 구성된다. 이 버전에서, 플라즈마 내의 전자에게 부여된 E×B 드리프트 속도는 플라즈마 시스 내의 전자를 방위각으로 이동시키고 촉진시켜, 기판 (10) 의 처리 표면과 평행한 면 및 바로 위에서 원형 경로로 이동시킨다. 자기장 발생기 (292) 는, 참조로서 포함되는 미국 특허 제 5,215,619 호에 개시되는, 지지체와 기판 (10) 에 일반적으로 평행하고 상호 수직한 자기 벡터 (By, Bx) 를 제공한다.
자기장 발생기 (292) 는, 전도체 (355, 360, 365, 370) 상에 제공되는 전자석 (295, 300, 305, 310) 으로의 전류의 크기와 방향을 제어하기 위해, 제어 신호를 라인 (315, 320, 325, 330) 을 통해 통상의 전력 시스템 (335, 340, 345, 350) 으로 인가하는 제어기 (160) 에 의해 동작될 수 있다. 결합된 전류는 각각의 전자석에 의해 발생되는 장의 방향과 크기를 결정한다. 다른 방법으로, 제어기 (160) 는 원형/타원형 형상으로 회전 또는 선형으로 진동될 수 있는 아마츄어 내에 위치된 강자성 재료의 일 세트의 영구 자석의 진동을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 자기장 발생기 (292) 에 의해 발생된 수직 장 벡터 (By, Bx) 는 함수Bx=Bcos2 및 By=Bsin2로 한정된다. 소망하는 값의 장, B 및 각도 방위 (2) 가 주어지면, 제어기 (160) 는, 소망의 장 세기와 방위를 제공하여 전자석으로 필요한 전류의 애플리케이션을 제어하거나 영구 자석의 동작을 제어하는 조합된 자기장 벡터 (By, Bx) 를 획득하는 식을 자체적으로 풀어서, 소망의 자기장 벡터 (By, Bx) 를 제공한다.
즉, 자기장의 각도 방위 및 크기는, 전자석 (295, 300 305, 310) 내의 전류 또는 자기장의 회전 동작을 변화시킴으로써, 빠르게 또는 느리게 자체적으로 변경될 수 있다. 제어기 (160) 는 자기장이 각각의 각도 위치에 있는 시간, 앵귤러 스테핑 펑션 (angular stepping function) 의 방향, 또는 자기장 세기를 변경할 수 있다. 따라서, 자기장은 선택된 방위와 시간 증가량을 이용하여 기판 (10) 주변에서 스텝될 수 있다. 원한다면, 처리 조건 또는 챔버 구조가 일정한 장 세기를 필요로 하는 경우, 장 (B2) 의 크기 결과를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 자기장은 2 내지 5 sec/revolution의 저속으로 회전되어 기판 (10) 둘레의 360°에칭 균일도를 증가시킬 수 있다.
다른 실시형태에서, 자기장 발생기 (292) 는 기판 (10) 의 평면과 거의 직교하는 주성분들을 갖는 자기장을 제공하도록 구성된다 (미도시). 또 다른 실시형태에서, 자기장 발생기 (292) 는, 처리 영역 (112) 의 공간 또는 볼륨에 걸쳐 그리고 기판 (10) 의 평면 상에서, 각도를 이루거나 또는 곡선을 이루는 성분을 갖는 자기장을 제공하도록 구성된다 (미도시).
본 발명의 다른 태양에서는, 기판 (10), 또는 내부 벽 (52) 과 기판 지지체(124) 에 대한 표면 등의 챔버 (100) 의 표면에 걸쳐 균일한 온도를 유지하기 위해, 온도 제어 시스템 (400) 을 이용하여, 고 애스펙트 비 형성체의 양호한 에칭을 달성한다. 기판 (10), 챔버 (100) 내의 구성 요소, 또는 일 기판으로부터 다른 기판에 걸친 온도가 비균일하고 일관성을 갖지 않은 경우, 고 애스펙트 비 형성체 (29) 를 에칭하기 위한 에칭 프로파일과 에칭 속도는 온도 의존성이 높고 현저하게 변화될 수도 있는 것으로 발견되었다. 이러한 온도 변화에 의해 에칭된 형성체 (29) 는 일관성을 갖지 않는 깊이 또는 다른 형상을 가질 수도 있다. 실시예의 에칭 처리에서, 적절한 기판 온도는 약 240 EC 미만이고, 기판 홀드에 걸친 온도의 변화는 약 5 EC 미만이며, 예를 들면, 기판 (10) 은 약 -40 내지 약 240 EC의 온도 범위로, 바람직하게는 약 200 내지 240 EC의 동작 온도 범위로 유지될 수 있다.
일 버전에서, 온도 제어 시스템 (400) 은 기판 (10) 하부의 수 압력으로 헬륨 등의 열 전달 가스를 제공함으로써 기판 (10) 에 걸쳐 균일한 열 전달 속도를 유지한다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 열 전달 가스는 열 전달 가스 소오스 (107) 로부터 유전체 (55) 의 수용 표면 상의 상이한 영역 (99i, 99o) 내의 복수개의 열 전달 가스 출구 (117i, 117o) 로 제공될 수 있다. 열 전달 가스는 기판 (10) 과 유전체 (55) 사이의 열 전달을 촉진한다. 일 버전에서, 기판 (10) 배면과 유전체 (55) 의 수용 표면 (147) 사이의 간격은 2개의 영역-1개의 내부 영역 (99i) 과 1개의 외부 영역 (99o) 으로 분할된다. 외부 및 내부 영역 각각으로의 가스 유량의 독립적인 제어를 제공하기 위해 개별 플로우 제어기(107o, 107i) 가 이용된다. 또한, 개별 가스 플로우 제어기 (107i, 107o) 는 각 영역내의 가스가 동일한 압력 또는 다른 압력으로 유지되도록 한다. 예를 들면, 내부 영역은 10-16Torr로 유지되는 반면, 외부 영역은 20Torr로 유지될 수 있다. 처리 동안, 기판 (10) 은 챔버 (100) 내에서 플라즈마에 의해 비균일하게 가열될 수 있지만, 2개의 영역 열 전달 가스 제어를 이용함으로써 기판 (10) 에 걸친 온도를 균일하게 할 수 있다. 예를 들면, 내부 및 외부 영역의 열 전달 가스 압력은 기판 (10) 의 중심에서 외부 에지로의 온도 차이가 약 5 EC 미만으로 조절되거나 거의 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 처리 동안, 내부 및 외부 열 전달 가스 영역 (99i 99o) 은 기판 (10) 에 걸쳐 형성되는 열 경사를 유도하도록 동작될 수 있다. 예를 들면, 내부 및 외부 영역 (99i, 99o) 의 열 전달 가스 압력을 조절하여, 기판 (10) 의 중심의 온도를 기판 (10) 의 외부 에지에서의 온도보다 낮거나 높게 조절할 수 있다. 예컨대, 기판 (10) 에서 중심이 외부 에지보다 빠르게 에칭되는 경우, 또는 외부 에지보다 중심이 온도가 더 높은 경우, 이 버전은 바람직하다.
온도 제어 시스템 (400) 은, 기판 (10) 및 지지체 (124) 사이의 열 전달 속도를 더 제어하기 위해, 유전체 (55) 하부 및 지지 기반 (200) 상부에 배치되는 전도체 (62) 를 더 포함할 수도 있다. 전도체 (62) 는, 전극 (105) 을 피복하고 기판 (10) 과 전도체 (62) 모두에 열 접촉되는 유전체 (55) 를 통해, 기판 (10) 안팎으로 열 에너지를 전달할 수 있는 도전성 소자이다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 전도체 (62) 는 하나 이상의 유체 입구 (63) 를 통해 전도성 유체소오스 (61) 로부터 온도 제어된 열 전달 유체가 제공되는 하나 이상의 채널 (71) 을 포함할 수 있다. 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol) 과 탈이온수 (de-ionized water) 혼합물 등의 열 전달 유체를 전도체 (62) 내의 채널을 통해 순환시켜, 전도체 (62) 의 온도를 일정 레벨로 유지한다. 예를 들면, 전도체 (62) 가 기판 처리 동안 바람직하지 않은 고온으로 가열되는 경우, 채널 (71) 에 제공되는 열 전달 유체는 전도체 (62) 의 온도가 낮아지도록 냉각시킴으로써, 기판 (10) 으로부터 보다 균일한 열 전달 속도를 제공한다. 또한, 열 전달 유체는 전도체 (62) 에 제공되기 전 제어기 (160) 에 의해 제어되어 기판 (10) 을 소망의 온도, 예를 들면, 폴리실리콘의 트렌치 에칭 동안에는 약 80 내지 100 EC의 온도로 유지한다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전도체 (62) 는, 열 전도도가 높고 균일한 재료로 이루어진 접착층 (73) 에 의해 유전체 (55) 으로 접착 또는 접합될 수 있다. 전도체 (62) 와 유전체 (55) 의 접착은 유전체 (55) 로부터 전도체 (62) 의 채널 (71) 내의 유체로의 열 전달 속도를 최대화시킨다. 접착층 (73) 은 알루미늄, 구리, 이리듐, 또는 주석-납 합금 등의 금속을 포함한다. 또한, 접착층 (73) 은 기판 (10) 에 걸쳐 보다 균일한 열 전달 속도를 제공하고 전도체 (62) 와 유전체 (55) 사이의 계면의 열 임피던스 변동을 감소시키는 균질한 성분이다. 또한, 접착층 (73) 은, 유전체 (55) 와 전도체 (62) 사이의 열 팽창 부정합에 의해 발생되는 열 스트레스를, 유전체 (55) 를 손상시키지 않고 흡수할 수 있는, 연성을 갖는 계면을 제공하도록 한다. 금속-접착된 접합부는 보다 균일한 열 전달 속도를 제공하는 반면, 이러한 접합부는 상이한 재료의 열 팽창 계수의 차이로부터 발생되는 열 스트레스에 대해 견디는 것이 어렵다. 따라서, 접착층 (73) 은 열 스트레스를 흡수할 수 있는 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 적절한 접착 재료에는 Chomerics, Inc의 제품 Thermattach T412 (TM) 이 포함된다. Thermattach T412는 티티늄 디보라이드 (titanium diboride) 와 혼합되고 팽창되는 알루미늄 캐리어에 도포되는, 고 접착 강도의 감압 (pressure sensitivity) 아크릴 수지 접착제이다. 접착층 (73) 의 열 성능은 필터, 팽창되는 금속 및 엠보스드 표면의 조합에 의해 향상될 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 온도 제어 시스템 (400) 은 챔버벽 (52) 의 적어도 일부분을 피복하는 하나 이상의 라이너 (104) 를 더 포함할 수 있다. 일 버전에서, 챔버 라이너 (104) 는 제 1 (상부) 라이너 (134), 제 2 (하부) 라이너 (118), 또는 제 1 라이너 (134) 와 제 2 라이너 (118) 모두를 포함할 수 있다. 각 챔버 라이너 (104) 내에 위치된 통로 (119) 에는, 온도 제어된 유체 공급 시스템에 의해 제공된 라이너 유체 소오스 (121) 등의 열 전달 유체가 보유된다. 또한, 라이너 (104) 는, 그의 세정 또는 제거가 가능하도록, 단일 또는 제거 가능한 구조일 수 있다. 하부 챔버 벽 (108) 은 챔버 (100) 의 외부로부터 제 2 라이너 (118) 로의 접근을 제공하는 구멍 (116)(도 4에서는 1개만 나타냄) 을 갖는다. 그루브 (120) 에 배치된 O-링 (122) 은 각 구멍 (116) 을 둘러싼다.
또한, 라이너 (104) 상의 처리 잔류물의 증착을 감소시키기 위해 라이너 (104) 를 가열하여, 기판 (10) 내의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭 품질에 영향을주는 챔버 (100) 내에 존재하는 처리 잔류물의 양을 조절할 수 있다. 일 버전에서, 라이너 유체 소오스 (121) 로부터의 열 전달 유체는 라이너 (104) 를 통과하여 라이너를 가열함으로써 라이너 (104) 상의 처리 잔류물의 형성을 감소시킨다. 챔버 라이너 (104) 상의 잔류물의 증착물 감소는, 라이너 (104) 를 플레이크 오프 (flake off) 하고 기판 (10) 으로 역증착되는 처리 잔류물의 양을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 1 및 4에 나타낸 실시예에서, 온도 제어 시스템 (400) 은 라이너 (118, 134) 에 근접하는, 예를 들면, 챔버 천정 (68) 에 근접하는, 하나 이상의 히터 (heater) 를 포함할 수 있다. 히터 (67) 는 천정 (68) 온도를 조절하는 라이너 (118, 134) 를 통과하는 열 전달 유체와 함께 또는 택일되어 이용될 수 있다. 일 버전에서, 히터 (67) 는, 예를 들면, 리드 어셈블리 (102) 상에 탑재된 가열 코일 (67) 과 같은, 코일 또는 가열 소자를 포함할 수 있다. 히터 (67) 는 기판 (10) 처리 동안 또는 그 이전에 천정 (68) 또는 라이너 (118, 134) 를 가열하도록 동작되어, 챔버 (100) 내의 온도 변동이 감소되도록 한다. 특히, 히터 (67) 로 천정 (52) 을 가열하고, 또한, 천정 (52) 내의 채널 (59) 을 통해 유체를 순환시킴으로써, 천정 온도를 제어하는 것이 바람직한 것으로 발견되었다. 이 버전에서는, 2중 히터 및 유체 제어 방법을 이용함으로써, 챔버 (100) 에서 기판 (10) 을 처리하고 에너자이징 가스로 천정 (52) 을 가열하는 경우 또는 처리 단계 중간에 챔버 (100) 에서 기판 (10) 을 제거하는 경우에 변동되는, 천정 (52) 의 온도가 보다 정확하게 조절될 것이다.
천정 (52) 및 라이너 (104) 는, 다른 버전, 예를 들면, 도 5 및 6에 나타낸 일 버전과 같이, 챔버 천정 (52) 에 제 1 라이너 (134) 및 리드 (202) 를 포함하는 개구 가능한 리드 어셈블리 (102) 가 포함된다. 제 1 라이너 (134) 는 측벽 (106) 상에 위치되어 외부로 연장되는 플랜지 (flange)(342) 를 갖는다. 리드 어셈블리 (102) 는 한 쌍의 클램프 (206) 에 의해 측벽 (106) 으로 클램프된다. 측벽 (106) 과 제 1 라이너 (134) 사이에 위치된 제 1 밀봉부 (예를 들면, 측벽 (106) 내의 그루브 (304) 에 위치된 O-링 봉합부 (302)) 는 제 1 라이너 (134) 와 측벽 (106) 사이에 진공 밀봉을 제공한다. 또한, 리드 (202) 와 제 1 라이너 (134) 사이의 제 2 밀봉부 (예를 들면, 리드 (202) 내의 그루브 (304) 에 위치된 O-링 (306)) 는 이러한 구성 요소들 사이에 단단한 가스 밀봉을 제공한다. 리드 어셈블리 (102) 는, 리드 (202) 가 적절하게 클램프되는 경우 통상 하부로 바이어스되므로, 처리 챔버 (100) 에 인스톨되는 경우 제 2 리드 (118) 상의 압력을 하부로 발생시킨다.
제 1 라이너 (134) 는 양극 처리된 (anodized) 알루미늄, 스테인레스 스틸, 세라믹 또는 다른 적절한 재료 등의 열 전도성 재료로 형성된다. 제 1 라이너 (134) 는 접시-형상의 상부 표면 (312) 과 하부 표면 (316) 을 갖는 중심부 (341) 를 포함한다. 접시 형상의 상부 표면 (312) 은 외부로 연장되는 플랜지 (342) 와 연결되는 돌출부 (314) 를 갖는다. 실린더형 벽 (318) 은 하부 표면 (316) 으로부터 연장된다. 하부 표면 (316) 및 벽 (318) 은 처리 볼륨 (112) 에 노출되는 노출된 표면 (343) 을 갖는다.
본 발명의 다른 태양에서, 제 1 라이너 (134) 상의 처리 잔류물의 증착은, 피크 간의 (peak to peak) RMS 표면 거칠기가 약 32 미만인 상대적으로 매끄러운 표면을 갖는 노출된 표면 (343) 을 제공함으로써 감소된다. 라이너 (134) 상에 증착되는 처리 재료의 양을 감소시켜, 라이너 (134) 상의 초과 처리 잔류물 형성을 감소시킴으로써 기판 (10) 의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭을 향상시키기 때문에, 상대적으로 매끄러운 표면이 바람직하다는 것이 발견되었다. 기판 (10) 주변의 처리 잔류물의 초과 축적은, 기판 (10) 둘레에 처리 잔류물 형성 스페시즈의 농도를 높게 발생시키고, 기판 (10) 의 에칭된 형성체 상에 초과 처리 잔류물의 증착을 유발하는 것으로 알려져왔다. 초과 잔류물은 고 애스펙트 비 특성의 불량한 에칭을 초래한다.
도 5 및 6은 제 1 라이너 (134) 내의 유체 통로의 일 버전을 나타낸다. 이 버전에서, 중심부 (341) 의 오목부 (314) 는, 주조 (casting), 또는 각각 플러그 (210) 에 의해 봉합되는 복수개의 관통홀 (208) (intersecting hole) 을 드릴링함으로써, 형성될 수 있는 유체 통로 (322) 를 포함한다. 유체 통로 (322) 의 각 단부는 보어 (bore, 324) 에 의해 상부 표면 (312) 으로 연결된다. 2개의 보스 (326, 도 6에서는 1개만 나타냄) 는 중심부 (341) 의 상부 표면 (312) 으로부터 돌출된다. 각 보스 (326) 는 각각의 보어 (324) 를 통해 유체 통로 (322) 로 유체가 통과하도록 연결되는 중심 홀 (328) 을 갖는다. 유체 통로 (322) 는 라이너 유체 소오스 (121) 로부터 유체를 수용하고, 이 유체가 제 1 라이너 (134) 로 열을 전달함으로써 제 1 라이너 (134) 의 온도가 조절된다. 유체가 라이너유체 소오스 (121) 로부터 제 1 라이너 (134) 를 통해 순환함으로써, 제 1 라이너 (134) 에 제공되는 열의 양이 제어되어, 제 1 라이너가 소정의 온도로 유지되도록 한다. 액체 및/또는 가스 유체 등의 유체는 유체 통로 (322) 를 통해 흐름으로써, 제 1 라이너 (134) 의 온도를 제어한다. 유체는, 탈이온수 및/또는 에틸렌 클리콜과 같은 액체, 또는 액상 또는 고상 질소 또는 프레온 (Freon, TM Dupont de Nemours, Ailmington, Delaware) 등의 유체일 수 있다.
당업자는 여기에서 제공된 실시예와 다른 구성을 창출할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 리드 어셈블리 (202) 는 제 1 유체 통로 (322a) 및 제 2 유체 통로 (322b) 를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 리드 통로 (322a, 322b) 는 공통 입구 (330i) 및 공통 출구 (330o) 를 공유할 수 있다. 또는, 추가의 입구 및 출구를 이용할 수 있다. 제 1 및 제 2 유체 통로 (322A, 322B) 는 2개의 튜브 통로 구성으로 또한 더블 백 (double back) 될 수 있다. 추가의 튜브 통로 또한 다른 방법으로 포함될 수 있다.
도 5 및 도 6으로 되돌아가면, 챔버 (100) 로부터의 제 1 라이너 (134) 의 빠른 제거 및 교체를 촉진하기 위해, 퀵 커넥트 유체 커플링 (quick connect fluid coupling) 을 이용하여 라이너 유체 공급기 (121) 와 제 1 라이너 (134) 를 유체가 통과하도록 연결시킬 수 있다. 통상, 수 파이프 쓰레드 형상 (male pipe thread-form) 의 퀵 커넥트 (336) 는 보스 (326) 의 중심홀 (328) 의 암 쓰레드 형상 (female thread-form) 에 삽입된다. 쌍을 이룬 커플링 (332) 은 유체 공급 라인 (334) 의 터미널 단부에 고정된다. 유체 공급 라인 (334) 은 통로 (322)를 라이너 유체 공급기 (121) 에 연결한다. 이 구성의 일 장점은 제 1 라이너 (134) 를 교체하는 경우 유체 공급 라인 (334) 이 용이하게 분리될 수 있는 것이다. 그러나, 제 1 라이너 (134) 를 유체 공급 라인 (334) 으로 결합하는 다른 방법으로, 예를 들면, 파이프 쓰레드, 바브드 니플 (barbed nipple), 콜렉트 코넥터 (collect connector) 등이 이용될 수 있다. 퀵 커넥트들은 시중에서 구할 수 있으며, 통상 포트 (port) 크기 (쓰레드-형상 및 유량 용량) 에 따라 선택된다.
라이너 벽 (318) 은 최소의 간격을 갖고 측벽 (106) 내측으로 미끄러지도록 크기가 설정된다. 라이너 벽 (318) 은 높이가 변화될 수 있고, 제 2 라이너없이 이용되는 경우에는 챔버 하부 (108) 으로 연장된다. 통상, 제 1 라이너 (134) 및 제 2 라이너 (118) 모두가 도 4에 나타낸 바와 같이 이용되는 경우, 라이너는, 리드 어셈블리 (102) 가 클램프되는 경우 구멍 (116) 주변의 챔버 하부 (108) 으로 제 2 라이너 (118) 를 밀봉하는 O-링 (122) 에 필요한 압축력을 제공하기 위해, 챔버 (100) 내부에 적합한 형상 및 크기를 갖는다. 라이너 벽 (318) 은 다양한 목적을 위한 복수개의 다른 포트를 추가로 포함할 수도 있다. 이러한 다른 포트의 일 예에는 챔버 (100) 의 슬릿 개구부를 따라 정렬되는 기판 접근 포트가 있다.
도 4를 다시 참조하면, 제 2 라이너 (118) 는 적어도 일부분이 챔버 볼륨 (110) 의 하부를 둘러싼다. 또한, 라이너 (118) 상의 처리 재료의 증착물을 감소시키기 위해, 제 2 라이너가 챔버 볼륨 (110) 내에서 32의 피크간 RMS 거칠기를 갖는 비교적 뜨겁고 매끄러운 표면을 제공하도록 구성될 수 있다. 제 2 라이너 (118) 는 도관 (123) 에 의해 라이너 유체 소오스 (121) 로부터 유체가 제공되는 유체 통로 (119) 를 갖는다. 유체는 유체로부터 제 2 라이너 (118) 로 열을 전달함으로써 제 2 라이너 (118) 의 온도를 조절한다. 유체가 라이너 유체 소오스 (121) 로부터 제 2 라이너 (118) 를 통해 순환됨에 따라, 제 2 라이너 (118) 로 제공되는 열 양이 제어되므로, 제 2 라이너 (118) 가 소정의 온도로 유지되도록 한다.
도 8 및 도 9는 기저부 (502) 및 외부벽 (506) 을 포함하는 제 2 라이너 (118) 의 일 버전을 나타낸다. 기저부 (502) 의 내부 표면 (508) 및 외부벽 (506) 은 펌핑 볼륨 (114) 에 노출된다. 제 2 라이너 (118) 는 양극처리된 알루미늄, 스테인레스 스틸, 또는 다른 호환가능한 재료 등의 열전도재로 이루어질 수 있다. 기저부 (502) 는, 예를 들면, 주조, 또는 개구부를 플러그한 후 그루브 (groove) 를 밀링 (milling) 함으로써 형성될 수 있는 유체 통로 (119) 를 포함한다. 다른 방법으로, 유체 통로 (119) 는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 관통하는 블라인드 홀을 드릴링하고 홀의 개구 단부를 플러깅함으로써 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 유체 통로 (119) 는 제 2 라이너 (118) 를 통과하여 배치되는 배출 포트 (520) 에 근접하여 시작되고 종료되는 원형에 가깝다. 유체 통로 (119) 의 각각의 단부는 기저 (502) 의 외부 표면으로부터 돌출된 보스 (510) 에서 종결된다. 보스 (510) 는 하부벽 (108) 내의 구멍 (116) 과 접촉하고 챔버 (100) 내의 제 2 라이너 (118) 의 적절한 방향을 보장한다 (예를 들면, 포트 정렬). 제 2 라이너 (118) 의 빠른 교환을 촉진하기 위해, 통로 (119) 를 라이너 유체 소오스 (121) 에 유체가 통과하도록 결합되는 도관 (123) 과 제 2 라이너 (118) 사이에 퀵 커넥트 유체 커플링이 이용된다. 통상, 보스 (510) 내의 암 쓰레드-형상으로 삽입되는 수 파이프 쓰레드 형상을 갖는 퀵 커넥트 (512) 또는 O-링과 결합되는 SAE 포트가 이용된다. 쌍을 이룬 커플링 (514) 이 유체 공급기 (121) 에 결합되는 도관 (123) 의 터미널 단부에 부착된다. 즉, 제 2 라이너 (118) 가 변경 또는 교체되는 경우, 도관 (123) 은 용이하게 분리될 수 있다. 그러나, 제 2 라이너 (118) 를 라이너 유체 공급기 (121) 에 결합하는 다른 수단이 다르게 이용될 수 있다.
통상, 외부벽 (506) 은 실린더형이고, 챔버 벽과 최소의 간격을 갖는 크기를 갖는다. 전술한 바와 같이, 외부벽 (506) 은 제 1 라이너 (134) 가 이용되는 경우, 높이가 변화될 수 있다. 외부벽 (506) 은 펌핑 포트 (138) 와 정렬되는 배출 포트 (520) 를 추가로 포함한다. 배출 포트 (520) 는 기저벽 (108) 의 일부분을 부분적으로 포위할 수도 있다. 배출 포트 (520) 는 펌핑 볼륨 (114) 내의 가스의 쓰로틀 밸브 (60) 및 펌프 (109) 로의 유체 접근을 제공한다. 외부벽 (506) 은 다양한 목적을 위한 복수개의 다른 포트를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 다른 포트의 예에는, 측벽 (106) 의 슬릿 개구부 (139) 와 정렬되어, 챔버 (100) 내외부로 기판 (10) 을 이송하도록 하는 기판 접근 포트 (526) 가 있다.
전술한 라이너 구성의 잇점은 한쌍의 라이너 (134, 118) 를 이용함으로써 라이너 세정을 위한 챔버 다운 시간을 최소화할 수 있는 것이다. 라이너 교체가 필요한 경우, 클램프 (206) 는 개구되고 리드 어셈블리 (102) 가 풀어진다. 각각의 라이너는 퀵 커넥트들을 분리시킴으로써 유체 소오스 (121) 로부터 분리된다. 리드 (202) 및 가스 피드쓰루 (212) 는 제 1 라이너 (134) 로부터 분리되고, 제 1 라이너 (134) 는 챔버 (100) 외부로 들어올려진다. 제 1 라이너 (134) 가 제거되면, 제 2 라이너 (118) 도 유사하게 제거된다. 챔버 다운 시간은 라이너 (134, 118) 를 교체함으로써 최소화된다. 리드 (202) 및 가스 피드쓰루 (212) 는 교체 제 1 라이너 (134) 상에 위치된다. 클램프 (206)가 폐쇄, 즉, 밀봉이 압축되고, 챔버 볼륨 (110) 이 밀봉된다. 각각의 교체 라이너들은 유체 소오스 (121) 을 재접속시킴으로써, 라이너 교환 절차가 완료된다. 제거된 라이너는 축적된 부산물을 제거하기 위해 세정된 후, 이후 라이너 교체를 원하는 챔버 (100) 로의 재-설치를 위해 준비될 수 있다.
또한, 또 다른 태양의 온도 제어 시스템 (400) 에서, 지지체 (124) 의 기저 (200) 는 챔버의 온도를 제어하기 위해 하나 이상의 열 전달 유체 도관 (201) 을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도관 (201) 은 기저 (200) 의 주변 지지체 (124) 의 표면들 사이로 열을 전달하고 도관 (201) 내에 열 전달 유체를 전달하기 위해 배치될 수 있다. 처리 챔버의 온도를 제어하는 것 이외에도, 온도 제어된 기저 (201) 는 지지체 (124) 에 대한 표면의 온도가 표면으로의 처리 잔류물의 증착을 방지하기에 충분한 고온으로 유지되도록 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 온도 제어된 라이너 (104) 및 지지체 기저 (200) 의 동작을 도 10에 나타낸다. 동작 시, 제 1 라이너 (134) 및 제 2 라이너 (118) 의 온도는 라이너 유체 소오스 (121) 로부터 각각의 라이너 (118, 134) 내의 통로 (119,322) 를 통해 유체를 흘림으로써 제어된다. 통로 (119, 322) 로부터 배출되면, 열 전달 유체는, 지지체 기저 (200) 내의 열 전달 유체 도관 (201) 으로 흐르고 라이너 유체 소오스 (121) 로 되돌아오기 전에, 단일 도관으로 결합될 수 있다. 열 전달 유체는 라이너 (118, 134) 들 사이 및 기저 (200) 와 유체 사이에 열을 전달함으로써 라이너 (118, 134) 와 기저 (200) 의 온도를 조절하도록 제공된다. 온도 및 라이너 유체 소오스 (121) 로부터의 유체의 유량은, 열 전달 유체에 의해 라이너 (118, 134) 및 기저 (200) 로 전달되는 열을 조절하도록 제어될 수 있다. 일 버전에서, 유저는 라이너 벽 (118, 134) 및 기저 (200) 의 온도에 대한 일 설정 포인트, 예를 들면, 유저 입력된 설정-포인트를 유지하기 위한 라이너 유체 소오스 (121) 로부터 방출되는 유체의 양 및 온도를 조절하였던, 제어기 (160) 에 제공할 수 있다. 라이너 (104) 상의 처리 잔류물의 증착을 감소시킬 수 있는 적절한 라이너 온도는 약 50 내지 약 70 EC가 될 수 있다.
복수개의 영역 배면 열 전달 가스를 갖는 유전체 (55), 열 전달 유체 도관 (201) 을 포함하는 지지체 기저 (200), 전도체 (62) 및 접착층 (73) 을 포함하는 온도 제어 시스템의 구성 요소들, 유체 순환 라이너 (104), 및 히터 (67) 는 기판 (10) 의 온도를, 예를 들면, 기판 (10) 의 플라즈마 공정 시 발생되는 열을 제거함으로써 제어할 수 있다. 온도 제어 시스템 (400) 에 의해 제공된 열 전달 효율은, 챔버에 가해진 고 RF 전력 레벨 및 자기장, 심지어, 3200 watts 이상의 RF 전력 레벨 및 100 Gauss 보다 큰 자기장이, 장 기간 시간동안 유지되도록 보장하기 위해, 이용될 수 있다.
즉, 챔버 (100) 의 태양은 기판 (10) 상의 형성체의 고 애스펙트 비 에칭을 양호한 에칭 속도를 제공하도록 작용한다. 예를 들면, 가스 에너자이저 (141) 는 형성체 (29) 가 높게 에너지적으로 에칭되도록 하는 충분하게 고 전력 밀도를 제공한다. 자기장 발생기 (292) 는 챔버 (100) 에 충분하게 높은 자기장 세기를 제공함으로써 양호한 형성체 프로파일을 유지한다. 온도 제어 시스템 (400) 은 기판 (10) 상에 고 애스펙트 비 형성체를 양호한 에칭 속도로 에칭하기 위해, 예를 들면, 기판 (10) 의 온도를 제어함으로써 챔버에 적절한 온도를 제공한다. 또한, 온도 제어 시스템 (400) 은 챔버 (100) 표면 상에 증착된 처리 잔류물의 양을 감소시킴으로써, 고 애스펙트 비 형성체의 양호한 에칭 속도로의 에칭을 향상시킨다. 예를 들면, 온도 제어 시스템 (400) 은 라이너 (104) 표면으로의 처리 잔류물의 증착을 감소시키기 위해 라이너 (104) 를 가열할 수 있다. 또한, 라이너 (104) 는 라이너 (104) 표면으로의 처리 잔류물의 점착을 촉진하지 않도록 비교적 매끄러운 표면을 포함할 수도 있다. 또한, 배출기 (114) 는, 챔버 (100) 의 표면의 처리 잔류물의 증착을 감소시키기에 충분히 높은 속도로 처리 잔류물을 챔버 (100) 로부터 제거함으로써, 고 애스펙트 비 형성체 (29) 의 양호한 에칭 속도로의 에칭을 돕는다. 처리 잔류물의 챔버 표면으로의 증착 감소는, 표면에서 벗겨져 떨어지고 기판 (10) 에 역으로 증착된 처리 잔류물양을 감소시킴으로써, 고 애스펙트 비 에칭을 양호한 에칭 속도로 제공한다. 챔버 (100) 의 구성 요소들은 양호한 에칭 속도의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭이 기판 내에서 이루어질 수 있는 적절한 챔버 분위기를 제공하도록 작용한다.
챔버 (100) 는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 메모리 (193) 및 주변 컴퓨터 구성 요소에 연결된 California 소재의 Synergy Microsystems의 제품인 68040 마이크로프로세서 또는 California, Santa Clara 소재의 Intel Corporation의 제품인 펜티엄 프로세서 등의 CPU (central processor unit) (174) 를 포함하는 제어기 (160) 에 의해 동작될 수 있다. 메모리 (193) 는그 내부에서 구현되는 컴퓨터 판독가능 프로그램 (189) 을 갖는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 바람직하게는, 메모리 (193) 는 하드 드라이브 (187), CD 또는 플로피 드라이브 (188) 및 램 (172) 을 포함할 수도 있다. 제어기 (100) 는 아날로그 및 디지털 입출력 보드, 인터페이스 보드, 및 모터 제어기 보드 등을 포함하는 복수개의 인터페이스 카드를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 사용자와 제어기 (160) 사이의 인터페이스는 디스플레이 (190) 및 라이트 펜 (194) 을 통해 이루어질 수 있다. 라이트 펜 (194) 은 그 선단 (tip) 내의 광 센서로 모니터 디스플레이 (190) 에서 방출되는 광을 검출한다. 특정 스크린 및 기능을 선택하기 위해, 사용자는 모니터 (190) 상의 스크린의 설계된 영역을 터치 (touch) 하고 라이트 펜 (194) 상의 버튼을 푸쉬 (push) 한다. 통상, 터치된 영역은 색상이 변경되거나, 새로운 메뉴가 표시되어, 유저와 제어기 (160) 사이의 통신이 확인된다.
컴퓨터-판독가능 프로그램 (189) 은 메모리 (193) 에 저장되거나, CD 또는 플로피 디스크 드라이브 (188) 또는 다른 적절한 드라이브 상에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품일 수도 있다. 통상, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 (189) 은, 예를 들면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 챔버 (100) 및 구성 요소들을 동작시키기 위한프로그램 코드, 챔버 (100) 에서 수행되는 처리를 모니터하기 위한 처리 모니터링 소프트웨어, 안전 시스템 소프트웨어, 및 다른 제어 소프트웨어를 포함하는 처리 제어 소프트웨어 (533) 를 포함한다. 컴퓨터-판독 가능 프로그램 (189) 은, 어셈블리 언어 (Assembly language), C++, 파스칼 (Pascal), 또는 포트란 (Portran) 등의 통상의 컴퓨터-판독 가능 프로그래밍 언어로 기록 (written) 될 수 있다. 적절한 프로그램 코드는 통상의 텍스트 편집기를 이용하고 메모리 (193) 의 컴퓨터-이용 가능한 파일로 저장되거나 구현되는, 단일 파일 또는 복수개의 파일로 입력된다. 입력된 코드 텍스트가 고 수준의 언어인 경우, 코드는 컴파일 (compile) 되고, 컴파일러 코드 결과는 프리컴파일 (precompile) 된 라이브러리 루틴 (library routine) 의 목적 코드에 링크 (link) 된다. 컴파일되고 링크된 목적 코드를 실행하기 위해, 유저는 목적 코드 (objective code) 를 불러내어, CPU (174) 가 그 코드를 판독 및 실행하도록 하여, 프로그램 내에서 식별되는 작업을 수행하도록 한다.
도 11은 본 발명에 따른 컴퓨터 가독성 프로그램 (189) 의 소정의 실시 형태에 따른 계층적 제어 구조의 예시적인 블록도이다. 라이트 펜 인터페이스를 이용하여, 유저는 CRT 터미널 상에 표시되는 메뉴 또는 프로그램에 응답하여 처리 설정 및 챔버 번호를 처리 선택 프로그램 (530) 에 입력한다. 처리 챔버 프로그램 (533) 은 소정의 처리에 대한 시간, 가스 조성, 가스 유량, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨, 지지체 위치, 히터 온도, 자기장 발생 및 다른 파라미터 등을 설정하는 프로그램 코드를 포함한다. 처리 설정은 소정의 처리를 수행하는데필요한 처리 파라미터의 소정의 그룹이다. 처리 파라미터는 가스 조성, 가스 유량, 온도, 압력, RF 또는 마이크로웨이브 전력 레벨 등의 가스 에너자이저 설정, 자기장 발생, 열 전달 가스 압력, 및 벽 온도를 포함하는 제한없는 처리 조건이다.
처리 시퀀스 프로그램 (531) 은 처리 선택 프로그램 (530) 으로부터 챔버 타입 및 처리 파라미터의 설정을 수용하고 동작을 제어하는 프로그램 코드를 포함한다. 시퀀스 프로그램 (531) 은, 처리 챔버 (100) 내에서 복수개의 처리 작업을 제어하는 챔버 관리 프로그램 (532) 으로, 소정의 처리 파라미터를 통과시킴으로써 설정된 처리의 실행을 시작한다. 통상, 처리 챔버 프로그램 (533) 은 기판 정위 (positioning) 프로그램 (534), 가스 플로우 제어 프로그램 (535), 가스 압력 제어 프로그램 (536), 가스 에너자이저 제어 프로그램 (535), 온도 제어 시스템 제어 프로그램 (453), 및 자기장 발생 프로그램 (544) 를 포함한다. 통상, 기판 정위 프로그램 (534) 은 기판을 지지체 (124) 상에 로드하고, 추가적으로, 챔버 (100) 에서 기판 (10) 을 소정의 높이로 들어올리기 위해 이용되는 챔버 구성 요소를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 처리 가스 제어 프로그램 (535) 은 처리 가스의 상이한 구성물의 유량을 제어하는 프로그램 코드를 포함한다. 처리 가스 제어 프로그램 (535) 은 소망의 가스 유량을 획득하기 위해 안전 셧-오프 (shut-off) 밸브의 개폐 위치를 제어하고, 가스 플로우 제어기 (107o, 107i) 을 램프 온/다운 (ramp on/down) 한다. 압력 제어 프로그램 (536) 은 챔버 (100) 의 배출 시스템 (110) 의 쓰로틀 밸브 (60) 의 개구 크기를 조절함으로써 챔버 (100) 내의 압력을 제어하는 프로그램 코드를 포함한다. 가스 에너자이저 제어프로그램 (537) 은 챔버 (100) 내의 처리 전극 (115, 105) 으로 가해지는 RF 전력 레벨을 설정하는 프로그램 코드를 포함한다. 온도 제어 시스템 제어부는 챔버 (106) 내의 온도를 제어하는 프로그램 코드를 포함한다. 예를 들면, 온도 제어 시스템 제어부는 챔버 라이너 (104) 또는 지지체 (124) 등의 챔버 구성 요소들의 소망하는 소정의 온도를 획득하기 위해 열 전달 유체 및 열 전달 가스의 온도 또는 유량을 설정할 수 있다. 자기장 발생 프로그램 (544) 은 챔버 (100) 로 가해지는 자기장의 세기를 설정하는 것 등의 자기장 발생기 (292) 를 제어하는 프로그램 코드를 포함한다.
제어기 (160) 에 의해 수용 및/또는 평가된 (evaluated) 데이터 신호가 공장 자동 호스트 컴퓨터 (factory automation host computer)(191) 로 전달될 수 있다. 공장 자동 호스트 컴퓨터 (191) 는 복수개의 시스템, 플랫폼 (platform) 또는 챔버 (100) 로부터의 데이터를 평가하고, 기판 (10) 의 배치에 대해 또는 연장된 기간에 걸쳐, (i) 기판 (10) 상에서 실행되는 처리, (ii) 단일 기판 (10) 에 걸쳐 통계적 관계로 변화될 수 있는 특성, 또는 (iii) 기판 (100) 의 배치를 통계적 관계로 변화시킬 수 있는 특성의 통계적 처리 제어 파라미터를 확인하는 호스트 소프트웨어 프로그램 (192) 을 포함할 수 있다. 또한, 호스트 소프트웨어 프로그램 (192) 은 제위치 처리 평가에서 진행되거나 다른 처리 파라미터를 제어하기 위한 데이터를 이용할 수 있다. 적절한 호스트 소프트웨어 프로그램은 전술한 Applied Materials의 제품인 WORKSTREAMTM소프트웨어 프로그램을 포함한다. 공장 자동호스트 컴퓨터 (191) 는, (i) 기판 특성이 부적합하거나 소정의 범위값내에서 벗어난 경우, 또는, 처리 파라미터가 수용가능한 범위로부터 벗어난 경우, 처리 시퀀스로부터 특정 기판 (10) 의 제거, (ii) 특정 챔버 (100) 에서의 최종 처리, 또는 (iii) 기판 (10) 의 부적절한 특성 또는 처리 파라미터의 결정 시 처리 조건 제어를 위한, 명령 신호를 제공하도록 더욱 구성될 수도 있다. 또한, 공장 자동 호스트 컴퓨터 (191) 는, 호스트 소프트웨어 프로그램 (192) 에 의해 데이터의 평가에 응답하여, 기판 (10) 처리의 시작 또는 마지막 에 명령 신호를 제공할 수도 있다.
예
다음의 예는 본 발명의 효과를 명백하게 하지만; 본 발명은 당업자에게 명백한 다른 처리 및 다른 이용을 위해 이용될 수 있고, 여기에 제공되는 예로 한정되는 것은 아니다. 이러한 예에서, 본 발명에 따른, 단일-웨이퍼 처리 챔버는 약 200 mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판 (10) 을 에칭하기 위해 이용되었다.
기판 (10) 이 기판 지지체 (124) 상에 위치되었고, 이 지지체 (124) 는 그 내부의 전도체 (62) 의 채널을 통해 열 전달 유체가 통과됨으로써 가열 또는 냉각되었다. 기판 (10) 은 챔버 (100) 의 온도로 평형이 이루어졌으며, 챔버 (100) 내의 압력은 배출기 (110) 의 쓰로틀 밸브 (60) 의 개구 크기를 조절함으로써 설정되었다. 에칭 처리에서, 약 25L의 챔버 볼륨에 대해, 100 sccm의 HBr, 18 sccm의 NF3및 36 sccm의 HeO2를 포함하는 처리 가스가 챔버 (100) 에 주입되었다. 그 후, 전극 (105) 에 RF 전압이 RF 전력 레벨로 인가되었다. 자기장 발생기 (292) 는 챔버 (100) 에 자기장을 가하였다. 기판 (10) 은, 열 전달 가스 제어기 (107i, 107o) 에 의해, 기판 수용 표면 (147) 으로 인가되는 상이한 압력으로의 헬륨 열 전달 가스 (107) 에 의해 냉각되었다.
예 1 내지 3
기판 (10) 의 에칭 동안 전극 (105) 의 온도에 따른 RF 전력 레벨의 효과를 결정하기 위해 이러한 예들이 실시되었다. 지지체 (124) 는 90 EC의 온도로 가열되었고, 챔버 (100) 의 압력은 230 mTorr로 유지되었다. 그 후, 에칭 가스 조성이 챔버 (100) 에 제공되었고, RF 전력 레벨이 1800, 2600, 또는 3490 watts로 설정되었으며, 100 Gauss의 자기장이 인가되었다. 열 전달 가스 제어기 (107i, 107o) 는 16 및 20 mTorr 압력의 헬륨 가스를 기판 (10) 의 배면에 공급하였다. 기판 (10) 은 240분 동안 에칭되었다.
도 12는 전극 (105) 으로 인가되는 RF 전력 증가에 따른 전극 (105) 의 온도 변화를 나타낸다. 전극 온도의 증가는 1800 watts의 RF 전력 레벨에서 6.8 EC, 2600 watts에서 8.5 EC, 및 3490 watts에서 13.6 EC 인 것으로 측정되었다. 전극 온도, 즉, 기판 온도는 RF 전력 레벨 함수에 따라 상승하는 것으로 결정되었다. 이 함수를 설명하는 식은 전극 (105, 118) 으로 인가되는 RF 전력 레벨의 다항식함수인 것으로 결정되었다. 이러한 예들은 기판 온도가 전극 (105, 118) 으로 인가되는 RF 전력에 크게 의존한다는 것과 기판 (10) 에서 에칭되었던 형성체 (29) 의 에칭 속도와 프로파일에 영향을 주는 것을 나타낸다.
예 4 내지 6
도 13a 내지 도 13c는 에칭된 형성체 (29) 의 프로파일 상의 RF 전력 레벨 및 형성체 (29) 가 에칭되는 속도의 효과를 나타낸다. 에칭 처리는 상술한 바와 같이 170 mTorr의 챔버 압력, 100 Gauss의 자기장 세기, 90 EC의 전극 온도, 및 1250, 1450, 1600 watts의 RF 전력 레벨로 기판 (10) 에서 수행되었다. 도 13a는 RF 전력 레벨을 증가시키는 경우 획득되는 트렌치 폭과 임계 면적을 나타낸다. 통상, RF 전력 레벨의 증가는 평균 프로파일 폭과 에칭된 형성체의 상부의 평균 임계 면적을 증가시켰다. 0.16 Φm의 평균 폭 및 0.18 Φm의 개구 크기 임계 면적이 1250 watts의 RF 전력에서 획득되는 반면, 평균 폭 및 0.23의 개구 크기 임계 면적이 1600 watts의 RF 전력에서 획득되었다. 도 13b는 RF 전력 레벨이 증가함에 따라 획득되는 에칭 속도 및 애스펙트 비를 나타낸다. RF 전력 레벨이 증가됨에 따라 에칭 속도가 증가되었고 애스펙트 비가 감소되었다. 평균 에칭 속도는 1250 watts에서의 0.72 Φm/min으로부터 1600 watts에서의 0.82 Φm/min로 증가되었다. 1250 watts의 RF 전력 레벨에 대한 평균 애스팩트 비는 36.4이였던 반면, 1600 watts의 RF 전력 레벨에 대한 평균 애스팩트 비는 33.2가 되었다. 도 13c는 RF 전력 레벨을 증가시킴에 따라 획득되는 에칭 속도 및 선택성을 나타낸다. 평균 선택성은 1250 watts에서의 9.8로부터 1600 watts에서의 11.2로 증가되었다. 통상, 이러한 결과는 RF 전력의 증가가 평균 에칭 속도를 증가시키고 양호한 에칭 선택성을 유지하는 것을 나타낸다. 그러나, 또한, RF 전력 레벨의 증가는, 웨이퍼 온도의 RF 전력 레벨의 의존성으로 인한 것으로 믿어지는, 원하지 않게 증가되는 트렌치폭 및 저하된 애스펙트 비를 발생시킨다. 따라서, 에칭 속도를 증가시키기 위해 에칭 처리에 RF 전력 레벨 증가를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 고 애스펙트 비 형성체 (29) 를 획득하기 위해서는, 선택된 RF 전력 레벨에서 다른 처리 파라미터가 최적화되어야 한다.
예 7 내지 8
이러한 예들에서, 자기장 세기 또한 RF 전력 레벨 증가 시 좁은 에칭된 형성체 폭을 유지하기 위해 최적화될 수 있는 파라미터인 것으로 발견되었다. 도 14a 내지 도 14c는 에칭 처리 시 자기장 세기 증가 효과를 도시한다. 에칭 처리는 130, 135, 또는 140 mTorr의 챔버 압력, 1250 watts의 RF 전력 레벨, 90 EC의 캐소드 온도, 및 80 또는 100 Gauss의 자기장 세기로 실시되었다. 도 14a는 자기장 세기를 증가시키는 경우 획득된 트렌치 폭 및 임계 치수를 나타낸다. 에칭된 형성체 (29) 의 평균 폭은 80 Gauss에서 0.18 Φm로부터 100 Gauss에서 0.16 Φm의 평균 폭으로 감소되는 것으로 발견되었다. 에칭된 형성체 (29) 의 임계 치수는 80 Gauss에서 0.18 Φm인 평균 임계 치수로부터 100 Gauss에서 0.16 Φm의 평균 임계 치수로 감소되는 것으로 발견되었다. 도 14b는 자기장 세기 증가에따라 획득되는 에칭 속도 및 애스펙트 비를 나타낸다. 평균 형성체 에칭 속도는 80 Gauss에서 0.67 Φm/min로부터 100 Gauss에서 0.73 Φm/min으로 증가되는 것으로 발견되었다. 평균 에칭 속도의 증가는 에칭된 형성체의 애스펙트 비의 감소에 의해 수반되었다. 80 Gauss의 평균 애스펙트 비가 33.0에서 측정된 반면, 100 Gauss의 평균 애스펙트 비는 32.7로 측정되었다. 도 14c는 자기장 세기의 증가에 따라 획득되는 에칭 속도 및 선택성을 나타낸다. 평균 선택성은 80 Gauss에서 10.4로부터 100 Gauss에서 11.2로 증가되는 것으로 나타난다. 즉, 고 자기장 세기를 이용하는 것은 에칭 속도를 증가시킬 수 있고, 동시에 양호한 에칭 프로파일, 고 애스펙트 비 및 좁은 트렌치 폭을 유지한다. 따라서, 고 자기장 세기에서 고 애스펙트 비 형성체 에칭 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
예 9 내지 10
100 및 120 Gauss의 자기장 세기 및 1450 watts의 RF 전력 레벨에서 실행된 에칭 처리와 비교함으로써, 에칭 처리의 자기장 세기의 증가 효과를 더 테스트하였다. 챔버 압력이 170 mTorr에서 유지되었고, 전극 온도가 90 EC로 설정되었다. 120 Gauss의 자기장 세기에서 실행된 처리용 평균 에칭 속도는 34.0의 애스펙트 비를 갖는 0.78 Φm/min인 것으로 발견되었다. 이러한 값은 100 Gauss의 자기장 세기에서 획득되는 0.756의 평균 에칭 비 및 33.5의 평균 애스펙트 비보다 실질적으로 더욱 바람직하다. 더욱 높은 자기장 세기는 에칭 처리 동안 보호 측벽 스페시스 (30) 의 증착을 조절함으로써 고 애스펙트 비를 유지하고 트렌치 폭을 더욱좁게 하는 것으로 생각된다. 또한, 이 예는 고 자기장 세기가 고 애스펙트 비 형성체의 에칭을 향상시키는 것을 나타낸다.
예 11 내지 18
이러한 비교 예에서는, 더욱 높은 RF 전력을 이용하는 에칭 처리와 더욱 낮은 RF 전력을 이용하는 에칭 처리를 비교하였다. 에칭된 형성체의 형상과 함께 에칭 처리에서 획득되는 에칭 속도를 아래의 표 1에 나타낸다.
예 11 내지 13에서, 에칭 처리는 900 watts의 RF 전력 레벨에서 실행되었으며, 동시에, 전극은 90 EC의 온도에서 유지되었고, 챔버 압력은 200 mTorr로 유지되었으며, 헬륨 압력은 단일 열 전달 가스 영역 (99) 에 대해 지지체 (124) 상에서 14Torr로 유지되었으며, 자기장은 100 Gauss의 고 레벨로 유지되었다.
예 14 내지 16에서, 에칭 처리는 1800 watts의 RF 전력 레벨에서 실행되었으며, 동시에, 전극은 90 EC의 온도에서 유지되었고, 챔버 압력은 230 mTorr에서 유지되었으며, 헬륨 내부 및 외부 출구 압력은 각각 14 및 20Torr에서 유지되었으며, 자기장은 100 Gauss의 고 레벨로 유지되었다.
예 17에서, 에칭 처리는 1800 watts의 RF 전력 레벨에서 실행되었으며, 동시에, 전극은 90 EC의 온도로 유지되었고, 챔버 압력은 200-230 mTorr로 유지되었으며, 헬륨 내부 및 외부 출구 압력은 각각 6-14Torr 및 15-20Torr로 유지되었으며, 자기장은 100 Gauss의 고 레벨로 유지되었다.
예 18에서, 에칭 처리는 2600 watts의 RF 전력 레벨에서 실행되었으며, 동시에, 전극은 70 EC의 온도로 유지되었고, 챔버 압력은 230 mTorr로 유지되었으며, 헬륨 내부 및 외부 출구 압력은 각각 10-16Torr 및 20Torr로 유지되었으며, 자기장은 100 Gauss의 고 레벨로 유지되었다.
이러한 예들은, 고 RF 전력 레벨을 이용하는 에칭 처리가, 더욱 낮은 RF 전력 레벨을 이용하는 에칭 처리보다 더욱 빠른 평균 에칭 속도로 고 애스펙트 비를 갖는 에칭된 형성체를 획득하는 것을 나타낸다.
가능한 예
다음은 양호한 에칭 속도 프로파일을 갖고 고 에칭 속도를 제공하는 본 발명의 예시적 처리를 모의 실험하기에 가능한 예이다. 이 예에서, 에칭 처리는 50 내지 60 EC의 전극 온도, 각각 16Torr 및 20Torr의 내부 및 외부 가스 영역 헬륨 압력, 3500 watts의 RF 전력 레벨, 및 100 Gauss의 자기장 세기에서 실행된다. 처리 가스 조성 및 가스 압력은 여기서 제공되는 것과 동일하다. 이러한 최적화된 파라미터를 이용하여, 약 1.3 Φm/min 이상의 에칭 속도에서 양호한 에칭 프로파일을 이룰 수 있는 것으로 예상된다. 이는 1800 watts의 RF 전력 레벨 및 100 Gauss의 자기장 세기에서 실행되는 기저라인 에칭 처리 이상의 실질적인 증가를 나타낸다. 즉, RF 전력 레벨을 증가시킴으로써 고 에칭 속도 및 양호한 에칭 프로파일이 획득될 것으로 예상된다.
본 발명의 장치 (50) 및 처리는, 양호한 에칭 프로파일 및 일관성있는 에칭 속도를 갖는, 고 애스펙트 비 형성체 (29) 의 양호한 에칭을 기판 (10) 상에 제공한다. 장치 (50) 는 고 RF 전력 레벨을 제공할 수 있으며, 동시에, 높은 세기의 자기장 및 양호한 온도 제어를 제공한다. 소정의 온도에서 기판을 유지하거, 동시에, 고 RF 전력 레벨 및 강한 자기장 세기를 제공하는 기판 (10) 처리는, 양호한 에칭 속도에서의 고 애스펙트 비 형성체의 에칭을 허용한다. 예상치 못하게, 고 RF 전력 레벨은 고 애스펙트 비 형성체에 대해 양호한 에칭 속도를 제공하고 고 자기장 세기는 작은 임계 치수 및 고 애스펙트 비 형성체의 개구 크기를 유지하는 것이 발견되었다. 또한, 소정의 범위의 온도에서 기판을 유지하는 것은 에칭된 형성체 프로파일의 형상을 향상시킨다. 또한, 챔버 (100) 기판으로의 처리 잔류물의 증착은 양호한 에칭 속도로 고 애스펙트 비 형성체의 에칭을 허용하는 것으로 발견되었다. 그 결과, 본 발명에 따른 에칭 장치 및 처리는 고 애스펙트 비 형성체를 고 에칭 속도로 에칭할 수 있고, 에칭된 형성체의 작은 개구 크기 및 양호한 프로파일을 유지할 수 있다.
비록, 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시하여 설명하였지만, 본 발명에 포함되고 본 발명의 범위 이내에서 다른 실시형태를 안출할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다면, 다른 전력 레벨에서 동작되는 추가의 전극이 이용될 수 있다. 또한, 당업자에게 명백한 바와 같이, 자기장 발생기는 다른 자기장 소오스를 포함할 수도 있다. 또한, 이하, 이상, 하부, 상부, 상, 하, 제 1 및 제 2, 및 다른 상대적인 용어 또는 위치 용어는 도면의 예시적인 실시형태와 대응되도록 나타낸 것이며, 상호 호환가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명에서 설명되었던 바람직한 버전, 재료, 공간적인 배치의 설명으로 한정되는 것은 아니다.

Claims (32)

  1. 챔버로 가스를 제공하는 가스 공급기;
    상기 가스를 에너자이징하기 위해 전기적으로 바이어스될 수 있는 제 1 및 제 2 전극으로서, 상기 제 2 전극이 약 10 watts/㎠ 이상의 전력 밀도로 하전될 수 있도록 구성되며 기판을 수용하는 수용 표면을 포함하는, 제 1 및 제 2 전극; 및
    상기 가스를 배출하는 배출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 약 200 mm의 직경을 갖는 기판에 대해 약 3200 watts 이상의 전력으로 하전될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 제공하도록 구성되는 자기장 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 그 내부에 열 전달 유체를 순환시키는 재킷 (jacket) 을 갖는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  5. 제 1 항에 있어서, 약 30 이상의 애스펙트 비를 갖는 기판 형성체를 에칭하기 위한 처리 조건을 설정하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 전극, 자기장 발생기, 및 온도 제어 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  6. 제 5 항에 있어서, 약 0.14 Φm이하의 개구 크기 또는 약 8 Φm이상의 깊이를 갖는 기판 형성체를 에칭하기 위한 처리 조건을 설정하도록 구성되는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버내의 온도를 제어하도록 구성되는 온도 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서, 약 240 EC 이하의 온도 또는 약 5 EC 미만으로 변화되는 온도에서 상기 기판이 유지되도록 하게 하는 온도 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은,
    (a) 기판의 처리 동안 상이한 압력으로 열 전달 가스가 유지될 수 있는 복수개의 영역을 갖는 기판 수용 표면;
    (b) 상기 제 2 전극 하부에 위치되고, 그 내부에서 열 전달 유체를 순환시키는 채널을 포함하는 전도체;
    (c) 매그러운 표면을 포함하는 라이너; 및
    (d) 그 내부에서 열 전달 유체를 순환시키는 통로 또는 챔버벽을 가열하도록 구성되는 히터를 갖는 챔버벽,
    중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은 상기 전도체 하부의 기저에 열 전달 유체를 순환시키는 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극은 약 1 cm 내지 약 5 cm의 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 가스 공급기는 상기 전극들 중 하나에 가스 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 전도체를 피복하는 유전체를 포함하고, 상기 유전체는 약 1×109내지 1×1013ohms-cm의 저항율을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 유전체는 약 1×1010내지 1×1012ohms-cm의 저항율을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 유전체는 약 0.02 내지 약 2 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  16. (a) 처리 영역 내에 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 처리 영역으로 가스를 주입하는 단계;
    (c) 상기 기판 하부의 전극에 약 10 watts/cm2이상의 전력 밀도로 전기 에너지를 인가함으로써 상기 가스를 에너자이징하는 단계; 및
    (d) 상기 가스를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 처리 영역에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 약 240 EC 미만의 온도 또는 약 5 EC 미만으로 변화되는 온도에서 상기 기판을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 약 30 이상의 애스펙트 비 및 약 0.14 Φm 미만의 개구 크기를 갖는 기판 형성체를 에칭하기 위해, 상기 가스의 에너자이징, 자기장 유지, 및 상기 기판 온도의 제어를 포함하는 처리 조건을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  20. 기판 지지체;
    챔버로 가스를 제공하는 가스 제공기 및 상기 챔버 내의 가스를 배출하는 배출기;
    상기 가스를 에너자이징하도록 전기적으로 바이어스될 수 있는 제 1 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극은 약 200 mm의 직경을 갖는 기판에 대해 약 3200 watts이상의 전력으로 하전될 수 있도록 구성되는, 가스 에너자이저;
    상기 챔버에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 제공하도록 구성되는 자기장 발생기; 및
    상기 기판 및 상기 챔버 표면의 온도를 제어하도록 구성되는 온도 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 챔버.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 상기 챔버에 약 120 Gauss 이상의 자기장을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 챔버.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은 상기 기판을 약 240 EC 이하의 온도 또는 약 5 EC 미만으로 변화되는 온도에서 유지하도록 하게 하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 챔버.
  23. 제 20 항에 있어서, 약 30 이상의 애스펙트 비 및 약 0.14 Φm 미만의 개구 크기를 갖는 기판 형성체를 에칭하기 위한 처리 조건을 설정하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 전극, 자기장 발생기, 및 온도 제어 시스템 중 하나 이상을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은 매끄러운 표면을 갖는 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 전도체를 피복하는 유전체를 포함하고, 상기 유전체는 약 1×109내지 약 1×1013ohms-cm의 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  26. (a) 챔버의 처리 영역 내에 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 처리 영역으로 가스를 주입하는 단계;
    (c) 약 200 mm 직경을 갖는 상기 기판에 대해 약 3200 watts 이상의 전력의전기 에너지로 상기 가스를 결합시킴으로써 상기 가스를 에너자이징하는 단계;
    (d) 상기 챔버에 약 100 Gauss 이상의 자기장을 인가하는 단계;
    (e) 상기 기판 및 챔버의 온도를 제어하는 단계; 및
    (f) 상기 가스를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 방법.
  27. 제 27 항에 있어서, 상기 챔버에 약 120 Gauss 이상의 자기장을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 약 1×109내지 약 1×1013ohms-cm의 저항률을 갖는 유전체로 피복되는 전극을 하전시킴으로써 상기 가스를 에너자이징하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 방법,
  29. 제 27 항에 있어서, 약 240 EC 이하의 온도 또는 약 5 EC 미만으로 변화되는 온도에서 상기 기판을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭 방법.
  30. 약 30 이상의 애스펙트 비 및 약 0.14 Φm 미만의 개구 크기를 갖는 에칭된 형성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 에칭된 형성체는 약 45 이상의 애스펙트 비를 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 에칭된 형성체는 약 0.10 Φm 미만의 개구 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
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