KR20080106417A - 플라즈마 에칭 챔버를 위한 통합된 용량성 전원과 유도성 전원 - Google Patents

플라즈마 에칭 챔버를 위한 통합된 용량성 전원과 유도성 전원 Download PDF

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Abstract

넓게 말하면, 본 발명은 개선된 챔버 세정 메커니즘을 제공함으로써 이들 필요성을 충족한다. 또한, 본 발명은 추가적 스위치들을 제공하는데 사용되어 에칭 프로세스들을 조정할 수 있다. 일 실시형태에서, 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버는 하부 전극을 갖는 하부 전극 어셈블리를 포함하고, 여기서 하부 전극은 기판을 수용하도록 구성된다. 플라즈마 처리 챔버는 상부 전극을 갖는 상부 전극 어셈블리와 상부 전극을 둘러싼 유도 코일을 포함한다. 유도 코일은 챔버 내부에 정의된 영역 내에 가스를 플라즈마로 변환시키도록 구성되고, 여기서 그 영역은 하부 전극의 상부 표면 위에 정의된 면적 외부에 있다.
유도 플라즈마, 용량 플라즈마, 유도 코일, 챔버 세정 메커니즘

Description

플라즈마 에칭 챔버를 위한 통합된 용량성 전원과 유도성 전원{INTEGRATED CAPACITIVE AND INDUCTIVE POWER SOURCES FOR A PLASMA ETCHING CHAMBER}
발명자: Rajinder Dhindsa, Mukund Srinivasan, Kenji Takeshita, Alexei Marakhtanov 및 Andreas Fischer 에 의함
배경
반도체 기판 디바이스 (예를 들어, 집적 회로 또는 평판 패널 디스플레이) 의 제조 시, 재료의 층들은 기판 표면 (예를 들어, 반도체 웨이퍼나 유리 패널) 상에 성막되거나 그로부터 에칭될 수도 있다. 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 성막된 층(들)에 대한 에칭은 플라즈마-강화 에칭을 포함한 다양한 기술들에 의해 달성될 수도 있다. 플라즈마-강화 에칭 시, 기판에 대한 실제 에칭은 플라즈마 처리 챔버 내부에서 발생한다. 에칭 프로세스 동안, 플라즈마는 적절한 에천트 소스 가스로부터 형성되어 원하는 패턴을 남기는 에칭 마스크에 의해 보호되지 않는 워크피스의 영역들을 에칭한다.
기판의 플라즈마 에칭 동안, 포토레지스트 또는 에칭 케미스트리를 갖고 재료층을 에칭함에 의해 형성되는 폴리머들로부터 이루어진 에칭 부산물은 주로 주변 챔버 하드웨어 상에 퇴적된다. 퇴적된 부산물은 후속 기판 에칭에 따라 축적된다. 기판 제조의 디바이스 수율을 개선하기 위하여, 재생산 가능한 챔버를 유지시키는 것이 중요하고, 여기서 재생산 가능한 챔버는 하나 이상의 기판이 에칭된 후 주기적으로 챔버 세정 프로세스를 수행함으로써 달성될 수 있다. 통상, 챔버 세정은 기판마다 에칭한 후 수행된다.
용량 결합 진공 플라즈마 시스템들은 자주 반도체 기판으로부터 절연체 재료를 에칭하도록 사용된다. 용량 시스템들은 낮은 플라즈마 손상을 야기하고, 하부층 및 포토레지스트층에 대한 보다 높은 선택도를 갖는 이점들을 갖는다. 그러나, 용량 결합 플라즈마는 기판 에칭 후 챔버를 세정하는데 사용되는 경우, 상대적으로 높은 이온 에너지를 갖는 용량 결합 플라즈마는 노출된 정전 척을 공격할 것이다. 정전 척은 기판 에칭 동안 기판을 지지하는데 사용되고, 그 노출된 정전 척을 공격하는 것은 정전 척의 사용주기 열화 및 파티클의 생성을 야기한다. 또한, 챔버 내의 상부 전극 및 하부 전극에 의해 생성되는 용량 결합 플라즈마는 정전 척 위의 중심 영역에 주로 집중되고, 주변 챔버 하드웨어를 세정 시 효과적이지 못하다. 주변 챔버 하드웨어를 완전히 세정하기 위하여, 연장된 세정 시간이 요구되고, 이것은 제조 스루풋에 영향을 미친다. 현재의 용량 결합 플라즈마 반응기들에서, 에칭 기판을 처리 (또는 에칭) 한 후의 챔버 세정은 일반적으로 위에서 언급된 제한사항 내에서 최적화된다.
상기 관점에서, 개선된 챔버 세정 메커니즘을 제공하여 정전 척의 사용주기를 증가시키고, 기판 수율을 향상시키며, 제조 스루풋을 증가시키는 방법 및 장치의 필요성이 있다.
개요
넓게 말하면, 본 발명의 실시형태들은 개선된 챔버 세정 메커니즘을 제공함 으로써 이들 필요성을 충족한다. 또한, 본 발명의 실시형태들은 추가 스위치들을 제공하여 에칭 프로세스들을 조정한다. 본 발명은 프로세스, 장치, 또는 시스템과 같은 것을 포함한 다양한 방식들로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 이하에서는 본 발명에 대한 몇몇 신규한 실시형태들을 서술한다.
일 실시형태에서, 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버는 하부 전극을 갖는 하부 전극 어셈블리를 포함하고, 하부 전극은 기판을 수용하도록 구성된다. 또한, 플라즈마 처리 챔버는 상부 전극 및 상부 전극을 둘러싼 유도 코일을 갖는 상부 전극 어셈블리를 포함한다. 유도 코일은 플라즈마 처리 챔버 내에 정의된 영역 내에서 가스를 플라즈마로 변화시키도록 구성되고, 상기 영역은 하부 전극의 상부 표면 위에 정의된 영역 외측에 있다.
다른 실시형태에서, 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버는 하부 전극을 갖는 하부 전극 어셈블리를 포함하고, 하부 전극은 기판을 수용하도록 구성된다. 또한, 플라즈마 처리 챔버는 상부 용량 전극, 상부 용량 전극 위에 배치되는 내부 유도 코일 및 외부 유도 코일을 포함한 상부 전극 어셈블리를 포함한다. 외부 유도 코일은 하부 전극의 주위의 외측에 정의되는 표면 상부에 배치된다. 상부 용량 전극은 하부 전극 바로 위에 배치된다. 하부 전극 및 상부 용량 전극은 제 1 가스를 제 1 플라즈마로 변환시키도록 구성된다. 외부 유도 코일은 제 2 가스를 제 2 플라즈마로 변환시키도록 구성된다.
또 다른 실시형태에서, 플라즈마 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 방법은 플라즈마 처리 챔버 내로 프로세스 가스를 공급하는 방법 동작들을 포함한다. 플라즈마를 생성하는 방법은 유도 코일에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 것을 포함한다. 유도 코일은 상부 전극 어셈블리의 일부이고, 상부 전극 어셈블리의 상부 전극의 주변을 둘러싼다. 또한, 유도 코일은 상부 용량 전극 밑에 배치되는 하부 전극의 주위의 외측에 정의된 표면 상부에 배치된다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적 방식으로 본 발명의 원리를 서술하는 다음의 상세한 설명으로부터 명확하게 된다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해되고, 동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 1a 는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 1b 는 플라즈마 시스템 내에서 세정 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름을 도시한다.
도 1c 는 플라즈마 시스템 내에서 에칭 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름을 도시한다.
도 2 는 기판 에칭 시스템의 다른 실시형태의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 3a 는 기판 에칭 시스템의 다른 실시형태의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 3b 는 플라즈마 시스템 내에서 세정 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름을 도시한다.
도 3c 는 플라즈마 시스템 내에서 에칭 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름 을 도시한다.
도 4 는 기판 에칭 시스템의 또 다른 실시형태의 개략적인 도면을 나타낸다.
예시적 실시형태들의 상세한 설명
이하에서는 개선되고, 더욱 효과적이고 더욱 유연한 챔버 세정 및 에칭 시스템, 방법 및 장치를 위한 몇몇 예시적 실시형태들을 서술한다. 당업자에게는 본 명세서에서 개시되는 구체적 상세함의 일부 또는 전부 없이도 본 발명을 실시할 수도 있음이 명백하다.
이미 서술된 바와 같이, 각 기판을 에칭한 후 챔버 벽 표면 조건의 재현 가능성이 수율을 개선할 것이다. 효과적인 인-시튜 챔버 세정은 차세대 플라즈마 에칭 반응기를 위한 중요한 특성이 되었다. 본 발명의 일 실시형태는 기판 지지체를 둘러싼 제 2 플라즈마 소스를 제공한다. 플라즈마 챔버의 주변에 인접하게 배치되는 제 2 플라즈마 소스는 기판 에칭 후 챔버 세정 동작 동안 개시되어 기판 에칭 중에 에칭 부산물을 축적한 주변 챔버 하드웨어를 세정할 수 있다. 도 1a 는 기판 지지체를 둘러싼 제 2 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 프로세싱 장치 (100) 의 단면도를 나타낸다. 본 실시형태는 도전성 재료로 구성되는 하부 전극 (131) 을 포함하며, 여기서 하부 전극 (131) 은 RF (무선 주파수) 매치 (138) 및 RF 전원 공급부 (139) 와 동작 가능하게 결합된다. 또한, 하부 전극 (131) 은 기판 지지체이고, 하부 전극 어셈블리 (130) 의 일부이다. 일 실시형태에서, RF 전원 공급부 (139) 는 다중 주파수 전원 공급부이다. 예를 들어, 전원은 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 인 범위의 주파수들의 혼합을 가질 수 있다. 플 라즈마는 하부 전극 (131) 으로부터 프로세스 챔버 내부의 가스까지 RF 전력이 전달되는 경우 생성된다. 일 실시형태에서, RF 전원 공급부는 약 1 와트 내지 약 10 와트까지인 RF 전력 레벨을 전달한다.
일 실시형태에서, 하부 전극 어셈블리 (130) 는 약 -20 ℃ 내지 약 70 ℃ 인 온도 범위로 기판을 냉각시킬 수 있는 내장형 냉각 메커니즘 (미도시) 을 갖는다. 기판 프로세싱 동안 플라즈마를 위한 추가적인 접지 경로를 제공하는 도전성 링 (133) 은 기판 지지체를 둘러싸고 있다. 하부 전극 (131) 과 도전성 링 (133) 간에서는 기판 지지체 및 도전성 링 (133) 을 절연시키는 유전체 링 (132) 이 있다.
제한하지 않는 예로서, 하부 전극 (131) 은 300 mm 기판을 수용하도록 적응되는 영역을 갖는다. 일 실시형태에서, 전력이 공급된 하부 전극 (131) 은 기판 (미도시) 을 수용하도록 구성되고, 기판 에칭 공정 동안 하부 전극 (131) 에 기판을 고정시키도록 구성된다. 기판은 공지된 시스템들 및 방법들을 이용하여 하부 전극과 정전기적으로 고정되거나 "척킹 (chucked)" 된다. 이들 공지된 시스템들 및 방법들은 척킹 (chucking) 및 디척킹 (dechucking) 목적으로 고전압 전극들 (미도시) 과 병합하는 유전체 재료로 하부 전극 (131) 을 코팅하는 것을 포함한다. 플라즈마 처리 장치 (100) 는 접지 (135) 를 통해 접지되는 챔버 벽들 (140) 을 포함한다. 접지 (135) 는 유전체 재료 (136) 에 의해 하부 전극 (131) 로부터 분리된다.
제 1 상부 전극 (111) 은 하부 전극 (131) 위로 짧은 거리에 배치된다. 일반적으로, 상부 전극 (111) 은 오염을 회피하도록 기판과 양립할 수 있는 재료로 이루어진다. 제 1 상부 전극 (111) 은 상부 전극 어셈블리 (110) 의 부분이며, 여기서 상부 전극 어셈블리 (110) 는 접지 (148) 에 연결되고 RF 전력을 위한 완전한 전기 회로를 제공한다. 제 1 상부 전극 (111) 은 하부 전극 (131) 의 표면 면적로부터 가변할 수도 있는 표면 면적을 갖는다. 상부 전극 어셈블리 (110) 는 챔버 커버 (117) 와 결합되고, 여기서 챔버 커버 (117) 는 접지 (118) 를 통해 접지된다. 제한하지 않는 예로서, 제 1 상부 전극 (111) 은 규소 또는 탄화규소와 같은 도전성 재료로 이루어진다. 또한, 제한하지 않는 예로서, 제 1 상부 전극 (111) 은 하부 전극으로부터 약 2 cm 내지 약 3 cm 곳에 위치된다.
유도 코일 (112) 로 이루어진 제 2 상부 전극 (112) 은 상부 전극 (111) 을 둘러싸고 있다. 유도 코일 (112) 는 유전체 재료 (113) 내에 매립된다. 코일 (112) 는 RF 매치 (126) 와 결합되고, 여기서 RF 매치 (126) 는 RF 전원 (127) 과 결합된다. 일 실시형태에서, RF 전원 (127) 은 혼합된 주파수 전력을 공급할 수 있다. RF 전원 (127) 의 전력의 주파수는 약 400 kHz 내지 약 26 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다중 주파수일 수 있다. 일 실시형태에서, 유도 결합 플라즈마를 생성하는 전력은 약 0 와트 내지 약 2000 와트이다.
패러데이 차폐 (114, Faraday shield) 는 유전체 재료 (113) 의 아래에 배치된다. 패러데이 차폐 (114) 와 전기적 콘택을 행하여 하부 전극 (131) 으로부 터 RF 전력을 위한 접지 경로를 제공하는 도전성 블록 (115) 은 유전체 재료 (113) 를 둘러싸고 있다. 리세스된 유전체 링 (116) 은 패러데이 차폐 (114) 의 외부 에지를 둘러싸고 그 하부에 있다. 일 실시형태에서, 유전체 링 (116) 은 석영으로 이루어진다.
패러데이 차폐 (114) 는 임의의 전극으로부터 생기는 RF 전력에 RF 접지 경로를 제공한다. 또한, 패러데이 차폐 (114) 는 용량 결합 플라즈마 프로세싱 동안 챔버 내의 전압 강하가 유도 코일 (112) 의 도입과 대체하지 않도록 접지 면적 및 프로세스 챔버 내의 전력이 공급되는 면적 간의 면적 비율을 유지시키도록 돕는다. 동일한 면적 비율을 유지시키는 것은 심지어 유도 코일 (112) 의 도입의 경우에도 에칭 프로세스들을 일정하게 남아 있게 한다. 또한, 패러데이 차폐 (114) 는 유도 소스로부터 전기장을 막아 챔버 컴포넌트들의 스퍼터링을 회피하도록 유도 플라즈마 프로세싱 동안 유도 코일 (112) 으로부터의 용량 결합을 최소화시킨다. 패러데이 차폐를 어떻게 설계하는지에 대한 보다 상세함은 공통으로 양도된, 2002 년 08 월 30 일에 출원되고, 명칭이 "Faraday Shield Disposed within an Inductively Coupled Plasma Etching Chamber" 인 미국 특허 출원 제 10/232,564 호와, 2003 년 01 월 15 일에 출원되고, 명칭이 "Dual Interleaved Faraday Shields For An Inductively Coupled Plasma Etching Chamber" 인 미국 특허 출원 제 10/345,582 호에서 볼 수 있다. 챔버 세정 동안, 코일 (112) 은 RF 전원 (127) 에 의해 전력이 공급되어 영역 (150) 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 챔버 세정 동안, 도전성 링 (133) 은 접지되고, 하부 전극은 플로팅되 어; 결국, 영역 (150) 내의 유도 결합 플라즈마는 유도 코일 (112) 과 도전성 링 (133) 간에 주로 집중된다.
절연체 (120) 는 제 1 상부 전극 (111) 및 제 2 상부 전극 (112) 을 둘러싸고 있다. 플라즈마 한정 링들 (121, 122, 123) 은 절연체 (120) 하부에 있다. 하나 이상의 플라즈마 한정 링들이 있을 수 있음이 이해되어야 한다. 한정 링들 (121, 122, 123) 은 프로세싱 챔버 내에 생성되는 플라즈마에 대한 억제를 제공한다. 일 실시형태에서, 한정 링들 (121, 122, 및 123) 은 석영으로 이루어진다. 플라즈마 한정 링들에 대한 보다 상세함은 공통으로 양도된, 2004 년 06 월 01 일에 발행되고, 명칭이 "Plasma Processing Apparatus And Method For Confining An RF Plasma Under Very High Gas Flow and RF Power Density Conditions" 인 미국 특허 제 6,744,212 호와, 2005 년 03 월 29 일 발행되고, 명칭이 "Chamber Configuration For Confining A Plasma" 인 미국 특허 제 6,872,281 호에서 볼 수 있다.
가스 공급부 (128) 는 상부 전극 어셈블리 (110) 의 중앙과 결합된다. 가스 공급부 (128) 에 의해 프로세스 챔버 (100) 로 공급된 가스는 단일 가스 또는 둘 이상의 가스 혼합물일 수 있다. 일 실시형태에서, 일단 상부 전극 어셈블리 (110) 에 가스가 도달하는 경우, 가스 공급부 (128) 는 제 1 상부 전극 (111) 의 중앙 및 에지 모두로부터 프로세스 챔버로 가스를 공급한다. 또한, 일 실시형태에서, 제 1 상부 전극 (111) 은 가스 분배 샤워헤드이다. 제한하지 않는 예로서, 전체 가스 유량 (gas flow rate) 은 1500 sccm 까지이다. 또한, 일 실시 형태에서, 상부 전극 어셈블리 (110) 는 약 22 ℃ 내지 약 200 ℃ 로 될 상부 전극 (111) 의 온도를 유지하는데 사용될 수 있는 히터 플레이트 (미도시) 를 갖는다.
이미 기술된 바와 같이, 상부 전극 (111) 은 접지 (148) 를 통해 접지된다. 또한, 상부 전극 (111) 은 RF 전원 (미도시) 또는 DC 전원 (미도시) 에 결합될 수 있다. 제 1 상부 전극 (111) 과 하부 전극 (131) 간의 용량 결합 플라즈마를 위한 전원은 하부 전극 (131) 대신 제 1 상부 전극 (111) 와 결합된 전원으로부터 발생할 수 있다. 상부 전극 (111) 로부터 전력이 공급되는 경우, 하부 전극 (131) 은 접지된다. 또한, 상부 전극 및 하부 전극은 교대로 RF 전원을 공급할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제 1 상부 전극 (111) 을 위한 RF 전원은 약 2 MHz, 27 MHz, 및 60 MHz 에서 주파수의 혼합을 가질 수 있다.
유도 플라즈마 소스는 챔버 벽 재료들의 어떤 현저한 스퍼터링 없이 주변 영역 (150) 에서 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 이미 기술된 바와 같이, 챔버 벽 재료들의 스퍼터링은 챔버를 오염시키거나 부품의 사용주기를 감소시킬 수 있다. 유도 플라즈마 소스는 에칭 프로세스 플라즈마와 접촉하는 주변 챔버 하드웨어 상에 퇴적된 폴리머 (또는 에칭 부산물) 를 효과적으로 세정할 수 있다.
도 1b 는 챔버 세정 플라즈마를 위한 프로세스 흐름의 일 실시형태를 나타낸다. 공정 (161) 에서, O2, CF4, 등과 같은 챔버 세정 가스는 플라즈마 프로세스 챔버로 공급된다. 공정 (163) 에서, RF 전력은 플라즈마 프로세스 챔버 (100) 의 유도 코일 (112) 에 공급되어 챔버 세정 플라즈마를 생성한다. 이후, 챔버 세정 플라즈마는 챔버를 세정하는데 사용될 수 있다. 챔버 세정 동안, 하부 전극 (131) 은 플로우팅 상태이다. 영역 (150) 의 챔버 세정 플라즈마는 하부 전극 (131) 로부터 멀어지고 도 1a 의 유도 전극 (112) 과 도전성 링 (133) 간에 주로 배치된다.
통상 평행한 플레이트 용량 결합 플라즈마는 에칭 프로세스 동안 기판 (또는 웨이퍼) 의 에지 근방에서 플라즈마 밀도의 강하를 나타낸다. 유도 플라즈마 소스는 방사 균일 제어 스위치 (control knob) 를 제공한다. 유도 플라즈마는 에칭 프로세스 동안 턴-온되어 주 용량성 전력의 RF 접지 경로에 영향을 미치지 않는 기판의 에지에서 추가적인 플라즈마 밀도를 제공할 수 있다. 패러데이 차폐의 사용 때문에 RF 접지 경로가 영향을 받지 않음이 이해되어야 한다. 또한, 유도 소스 플라즈마는 고 플라즈마 밀도 및 기판 상에 매우 낮은 이온 에너지를 요구하는 프로세스들, 예를 들어, 로우-k 절연체 에칭를 위한 포토레지스트 스트리핑에 플라즈마를 제공할 수 있다. 따라서, 유도 소스 플라즈마의 사용은 반응기의 에칭 프로세스 윈도우를 증가시킬 수 있다.
도 1c 는 에칭 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름의 일 실시형태를 나타낸다. 공정 (171) 에서, 높은 종횡비 콘택 에칭 (HARC: high aspect ratio contact) 를 위한 Ar, C4F8, 및 O2, 또는 산화물 에칭을 위한 Ar, CF4, CHF3, 및 O2 와 같은 에칭 가스(들)는 플라즈마 처리 챔버로 공급된다. 프로세스 챔버로 에칭 가스가 들어간 후, 용량 전극 및 유도 전극에 RF 전력이 공급되어 공정 (173) 에서 에칭 플라즈마를 생성한다. 생성된 에칭 플라즈마는 용량 컴포턴트 및 유도 컴포넌트를 갖는다. 기판의 에지 근방의 유도 컴포넌트는 기판 에지에서 플라즈마 밀도를 증가시켜 위에서 서술된 바와 같이 기판의 에지에서 플라즈마 밀도의 강하를 보상할 수 있다. 따라서, 에칭 플라즈마는 기판의 에지에서 유도 컴포넌트의 추가에 의해 기판의 전역에 걸쳐 보다 균일하게 될 수 있다.
도 2 는 도 1 의 이전 실시형태 (100) 의 차이 (200) 를 도시한다. 유도 코일의 2 개의 세트들 (212A, 212B) 은 상부 전극 어셈블리 (210) 내에 배치된다. 유도 코일들의 2 개의 세트들은 내부 코일 (212A) 과 외부 코일 (212B) 로 이루어진다. 패러데이 차폐 (214) 는 내부 코일 (212A) 및 외부 코일 (212B) 을 피복하도록 전체 상부 전극 (211) 상에 배치된다. 패러데이 차폐 (214) 는 위에서 서술된 도 1a 의 패러데이 차폐 (114) 와 같이 유사한 기능들을 갖는다. 코일들 (212A, 212B) 의 모든 세트는 RF 매치 (226) 와 결합되고, 여기서, RF 매치 (226) 은 RF 전원 공급부 (227) 와 결합된다. 코일들의 2 개의 세트들 (212A, 242B) 의 배치에 따라, 프로세스 가스는 중앙 가스 공급부 (228B) 및 에지 가스 공급부 (228A) 를 통해, 샤워헤드일 수도 있는 상부 전극 (211) 에 공급된다. 도 2 의 다른 컴포넌트들은 도 1a 에 이미 언급된 것들과 유사하다.
챔버 세정 동안, 유도 코일 (212A 및 212B) 모두는 전력이 공급되거나 외부 코일 (212B) 에만 전력이 공급되어 세정 플라즈마를 생성한다. 챔버 세정 동안 코일 모두가 전력이 공급되는 경우, 전력의 소정 퍼센티지, 예를 들어 0% 내지 50% 는 내부 코일에 공급되나, 남은 전력, 예를 들어, 50% 내지 100% 는 외부 코일 (212B) 에 공급된다. 소프트 유도 플라즈마가 세정 동안 정전기 척에 손상을 입히지 않음이 이해되어야 한다. 또한, 추가 내부 유도 코일이 챔버 세정 프로세스를 위해 추가 프로세싱 조정 스위치를 제공함이 이해되어야 한다. 내부 코일 및 외부 코일은 상이한 주파수 또는 주파수 혼합에서 전력이 제공될 수 있다. 이러한 상황 하에서, 내부 코일 및 외부 코일은 분리된 전원 공급부들을 요구할 수 있을 것이다. 추가 전원 공급부는 추가될 수 있을 것이다.
일 실시형태에서, 영역 (250) 의 유도 플라즈마는 플라즈마 프로세스 챔버로 세정 가스 (또는 세정 가스 혼합물) 를 우선 공급하고, 이후 코일 (212B) 에 모든 전력을 공급하여 유도 코일들 (212A 및 212B) 에 전력을 공급함으로써 생성된다. 챔버 세정 공정 동안, 하부 전극 (231) 은 플로우팅으로 유지될 수도 있고, 도전성 링 (233) 은 접지된다.
위에서 서술된 바와 같이, 유도 플라즈마 소스는 챔버를 오염시키거나 부품의 사용주기를 감소시킬 수 있는, 챔버 벽 재료에 대한 어떤 현저한 스퍼터링 없이 주변 영역에서 고-밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 유도 플라즈마 소스는 에칭 프로세스 플라즈마와 접촉하는 주변 챔버 하드웨어 상에 퇴적된 폴리머 (또는 에칭 부산물) 를 효과적으로 세정할 수 있다.
또한, 유도 코일들 (212A, 212B) 중 하나 또는 모두는 전력이 공급되고, 뿐만 아니라 용량 플라즈마 전력이 공급되어 에칭 플라즈마 균일도를 조정할 수 있다. 상부 전극 (211) 과 하부 전극 (231) 간에 생성되는 용량 결합 플라즈마뿐만 아니라, 유도 코일들 (212A, 212B) 은 또한 유도 플라즈마를 생성하도록 턴 온 되고, 에칭 프로세스 동안 기판에 걸쳐 플라즈마 균일성을 향상시키도록 조정될 수 있다. 통상 용량 결합 플라즈마의 경우, 플라즈마 밀도는 기판의 에지에서 낮다. 도 1a 의 유도 코일(들) (112) 및 도 2 의 외부 코일(들) (212B) 은 기판의 에지에서 이온 밀도를 상승시키게 도울 수 있다. 또한, 도 2 의 내부 코일(들) (212A) 및 외부 코일(들) (212B) 은 플라즈마 밀도를 조정하도록 동시에 사용될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 전력의 소정 퍼센티지는 내부 코일(들)에 공급되고, 나머지는 외부 코일(들) (212B) 에 공급될 수 있다. 도 2 의 내부 코일 (212A) 및 외부 코일 (212B) 은 에칭 프로세스들을 위해 추가 프로세스 조정 스위치를 제공한다. 몇몇 애플리케이션의 경우, 유도 코일 (내부, 외부, 또는 모두) 로부터의 유도 전력만이 유도 플라즈마를 생성하는데 이용된다.
RF 접지 경로는 패러데이 차폐 (214) 를 이용함에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 유도 소스 플라즈마는 높은 플라즈마 밀도 및 기판 상에 매우 낮은 이온 에너지를 요구하는 프로세스들, 예를 들어, 포토레지스트 스트립핑이나 로우-k 유전체 에칭에 플라즈마를 제공할 수 있다. 따라서, 유도 코일의 2 개의 세트들을 사용은 에칭 프로세스들에 대한 프로세스 윈도우를 증가시킨다. 도 2 에 도시된 실시형태에 의해 에칭 플라즈마를 생성하도록 프로세스 흐름은 단일 유도 전극이 이중 유도 전극들 (코일 (212A, 212B)) 로 교체되는 것을 제외하고 도 1 의 프로세스 흐름과 유사하다. 생성된 에칭 플라즈마는 용량 컴포넌트와 유도 컴포넌트를 구비한다. 유도 컴포넌트는 기판 전역에 걸쳐 플라즈마 균일성을 증 가시키도록 조정될 수 있다.
도 3a 에서는 현재 발명에서의 다른 실시형태 (300) 를 도시한다. 도 3a 에서, 외부 하부 전극 (335) 은 도전성 링 (333) 뿐만 아니라 내부 하부 전극 (331) 밑에 배치된다. 내부 하부 전극 (331) 은 기판을 지지하도록 구성된다. 외부 하부 전극 (335) 는 내부 하부 전극 (331) 과 같이 동일한 RF 전원 (339) 과 결합될 수 있고, 여기서, 내부 하부 전극 (331) 은 하부 전극 어셈블리 (330) 의 일부이다. RF 전원 (339) 은 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다수의 주파수들을 공급할 수 있다. RF 전원 (339) 은 내부 하부 전극 (331) 및 외부 하부 전극 (335) 에 전력을 공급하고, RF 매치 (338) 에 연결된다. 일 실시형태에서, 스위치 (336) 는 전극들에 대한 RF 전력의 애플리케이션을 제어한다. 기판 에칭 동안, 스위치 (336) 는 내부 하부 전극 (331) 에 공급될 RF 전력을 제어한다. 본 프로세스 동안, 외부 하부 전극 (335) 은 접지 (337) 또는 RF 조정 블록 키트 (357) 와 결합될 수 있다. RF 조정 블록 키트 (357) 는 전력 공급부에 의해 내부 하부 전극 (331) 에 공급된 RF 전력의 특정 주파수의 선택적인 접지를 가능케 한다. 예를 들어, 내부 하부 전극 (331) 에 공급된 RF 전력은 2 MHz, 27 MHz, 및 60 MHz 를 포함한다. RF 조정 블록 키트 (357) 에 의해 선택적인 접지는 60 MHz 와 같은 하나 또는 2 개의 특정 주파수들의 접지를 가능케 하여 에칭 프로세싱 균일성을 조정한다.
또한, 분리된 전원들은 내부 하부 전극 (331) 및 외부 하부 전극 (335) 에 동시에 또는 교대로 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 도 3a 의 다른 컴포넌 트들은 도 1a 에 이미 언급된 것들과 유사하다. 챔버 세정 동안, 전력이 외부 하부 전극 (335) 에 공급되어 주변 챔버를 세정하도록 영역 (350) 의 용량 결합 플라즈마를 제공한다. 영역 (350) 의 용량 결합 플라즈마는 상부 전극 (311) 및 외부 하부 전극 (335) 간에 생성된다. 세정 프로세스 동안, 하부 전극은 플로우팅 되어 있을 수도 있어; 따라서, 용량 결합 세정 플라즈마, 및 자신의 파괴적인 효과들은 노출된 내부 하부 전극 (331) (또는 정전 척) 으로부터 멀어지게 유지된다. 다음으로, 세정 플라즈마는 내부 하부 전극 (또는 정전 척) 을 공격하지 않고, 따라서 내부 하부 전극 (또는 정전 척) 의 사용주기를 연장한다. 또한, 이전 세정 기술들과 비교되는 바와 같이 하부 전극 (331) 으로부터 용량 결합 플라즈마를 이용하는 것처럼 많은 파티클들이 생성되지 않는다.
주변 용량 플라즈마 소스는 주변 영역 (350) 에서 고밀도 플라즈마를 생성한다. 용량 플라즈마 소스가 에칭 프로세스 플라즈마와 접촉하는 주변 챔버 하드웨어 상에 퇴적된 폴리머 (또는 에칭 부산물) 을 효과적으로 세정할 수 있음이 이해되어야 한다.
도 3b 는 챔버 세정 플라즈마를 생성하는 프로세스 흐름의 일 실시형태를 도시한다. 공정 (361) 에서, O2, CF4, 등과 같은 챔버 세정 가스는 플라즈마 프로세스 챔버로 공급된다. 공정 (363) 에서, RF 전력은 플라즈마 프로세스 챔버의 외부 하부 전극에 공급되어 챔버 세정 플라즈마를 생성한다. 이후, 챔버 세정 플라즈마는 챔버를 세정하는데 사용될 수 있다. 챔버 세정 동안, 내부 하부 전 극은 플로우팅으로 유지된다. 주변 영역의 챔버 세정 플라즈마는 사실상 하부 전극으로부터 사실상 멀어지고, 외부 하부 전극과 상부 전극 간에 주로 배치된다.
또한, 주변 용량 플라즈마 소스는 방사 균일 제어 스위치를 포함하는 능력을 제공한다. 주변 용량 플라즈마는 에칭 프로세스 동안 턴 온 되어 주로 용량 결합 플라즈마를 위해 에지 근방의 에칭 플라즈마 플로세싱 균일성을 개선시킬 수 있다.
도 3c 는 에칭 플라즈마를 위한 프로세스 흐름의 일 실시형태를 나타낸다. 공정 (371) 에서, HARC 를 위한 Ar, C4F8, 및 O2 이나, 산화물 에칭을 위한 Ar, CF4, CHF3, 및 O2 과 같은 에칭 가스(들)는 플라즈마 처리 챔버로 공급된다. 공정 (373) 에서, RF 전력은 내부 하부 전극 (331) 및 외부 하부 전극 (335) 에 공급되어 에칭 플라즈마를 생성한다. 외부 하부 전극이 기판의 에지 근방에서 플라즈마 밀도를 증가시키도록 돕는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 다른 실시형태는 도 4 에 도시된다. 도 4 에서, 유도 코일에 의해 형성된 제 2 하부 전극 (435) 은 도전성 링 (433) 및 패러데이 차폐 (414) 밑에 배치된다. 제 2 하부 전극 (435) 은 제 1 하부 전극 (431) 에서 동일한 RF 전원과 결합될 수 있다. RF 전원 (439) 은 제 1 하부 전극 (431) 또는 제 2 하부 전극 (435) 에 RF 전력을 공급하고, 스위치 (436) 에 의해 제어된다. RF 전원 (439) 은 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다수의 주파수들을 제공할 수 있다. RF 전원 (439) 은 내부 하부 전극 (431) 및 외부 하 부 전극 (335) 에 전력을 공급하고, RF 매치 (438) 에 연결된다. 일 실시형태에서, 스위치 (436) 는 전극들에 대한 RF 전력의 애플리케이션을 제어한다. 기판 에칭 동안, 스위치 (436) 는 내부 하부 전극 (431) 에 공급될 RF 전력을 제어한다. 본 프로세스 동안, 외부 하부 전극 (335) 은 접지 (437) 나 RF 조정 블록 키트 (457) 와 결합될 수 있을 것이다. RF 전원 (439) 은 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다수의 주파수들을 공급할 수 있다. RF 전원 (439) 은 내부 하부 전극 (431) 과 외부 하부 전극 (435) 에 전력을 공급하고, RF 매치 (438) 에 연결된다. 일 실시형태에서, 스위치 (436) 는 전극들에 대한 RF 전력의 애플리케이션을 제어한다. 기판 에칭 동안, 스위치 (436) 는 내부 하부 전극 (431) 에 공급될 RF 전력을 제어한다. 본 프로세스 동안, 외부 하부 전극 (435) 은 접지 (437) 또는 RF 조정 블록 키트 (457) 와 결합될 수 있다.
또한, 분리된 RF 전원 공급부들은 하부 전극 (431) 또는 제 2 하부 전극 (435) 에 RF 전력을 제공하는데 사용될 수 있다. 기판 에칭 동안, 전력은 하부 전극 (431) 에 공급된다. 도 4 의 다른 컴포넌트들은 도 1a 에 이미 언급된 그들과 유사하다.
챔버 세정 동안, 세정 가스는 우선 플라즈마 프로세스 챔버에 공급된다. 이후, 전력은 제 2 하부 전극 (435) 에 공급되어 주변 챔버 하드웨어를 세정하도록 영역 (450) 내에 유도 결합 플라즈마를 공급된다. 영역 (450) 내에 유도 결합 플라즈마는 상부 전극 (411) 과 제 2 하부 전극 (435) 간에 생성되고, 챔버의 에지 근처에 주로 존재한다. 플라즈마가 챔버의 에지 근방에 있고, 유도 소스 (낮은 이온 에너지) 로부터 생성되기 때문에, 플라즈마는 하부 전극 (또는 정전 척) 을 많이 공격하지 않아 하부 전극 또는 정전 척의 사용 주기를 연장한다. 부가적으로, 플라즈마는 제 1 하부 전극 (431) 로부터의 용량 결합 플라즈마를 이용하는 것처럼 많은 파티클들을 생성하지 않는다.
위에서 서술된 바와 같이, 유도 플라즈마 소스는 챔버를 오염시키거나 부품의 사용주기를 감소시킬 수 있는, 챔버 벽 재료에 대한 어떤 현저한 스퍼터링 없이 주변 영역에서 고-밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 유도 플라즈마 소스는 이전 기술들의 유해한 효과들 없이 에칭 프로세스 플라즈마와 접촉하는 주변 챔버 하드웨어 상에 퇴적된 폴리머 (또는 에칭 부산물) 를 효과적으로 세정할 수 있다.
통상 평행한 플레이트 용량 결합 플라즈마는 에칭 프로세스 동안 챔버의 에지 근처의 플라즈마 밀도의 강하를 나타낸다. 위에서 언급된 유도 플라즈마소스는 방사 균일 제어 스위치를 제공한다. 유도 플라즈마는 에칭 프로세스 동안 주 용량 전력의 RF 접지 경로에 대한 영향 없이 전극들의 에지에서 추가적 플라즈마 밀도를 제공하도록 턴 온 될 수 있다. 또한, 유도 소스 플라즈마는 높은 플라즈마 밀도 및 기판 상에 매우 낮은 이온 에너지를 요구하는 프로세스들, 예를 들어, 포토레지스트 스트립핑 또는 로우-k 절연체 에칭에 플라즈마를 제공할 수 있다. 결국, 엑스트라 주변 전극의 사용은 에칭 프로세스들을 위한 프로세스 윈도우들을 증가시킬 뿐만 아니라 에칭 공정들 간에 챔버를 보다 효과적으로 세정할 수 있다.
위에서 서술된 플라즈마 프로세스 챔버는 용량 및 유도 플라즈마 소스들의 조합에 의해 효과적인 챔버 세정에 따라 듀얼 다마신 다수-단계 프로세스들, 높은 종횡비 콘택 에칭 (HARC), 스트립 등과 같은 프로세스 애플리케이션의 광범위를 위한 플라즈마 밀도의 범위, 이온 에너지, 및 케미스트리 제어를 제공한다. 일 실시형태에서, 효과적인 챔버 세정은 차세대 파티클 제어를 위해 적용되어 수율을 개선하고 에칭 챔버에 사용되는 정전기 척들의 사용주기를 연장할 수 있다.
위에서 서술된 플라즈마 프로세스 챔버는 기판 상의 프로세스 파라미터들에 대한 방사상으로 균일하게 제어하는 스위치들을 제공한다. 다수-단계 방법들을 이용하는 프로세스 애플리케이션들은 광범위한 중앙 대 에지 균일성을 생산하는 프로세스 압력, RF 전력, 및 케미스트리들의 범위를 수반한다. 인-시튜 제어 스위치들의 이용 가능성은 피처 사이즈가 계속 줄어듦에 따라 다수-단계 방법들을 이용하는 프로세스 애플리케이션들에 대한 촘촘한 균일성을 유지하기 위한 유연성을 제공한다.
상기 발명이 이해의 명료함을 위해 일부 상세하게 서술되었지만, 소정 변경 및 변화가 첨부된 청구범위의 범위 내에서 실행될 수도 있음이 명백하다. 따라서, 본 실시형태들은 제한적이지 않고 예시로서 고려되고, 본 발명은 본 명세서에서 주어진 상세함에 제한되지 않으나, 첨부된 청구범위의 범위 및 균등물 내로 변경될 수도 있다.

Claims (24)

  1. 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버로서,
    기판을 수용하도록 구성된 하부 전극을 갖는 하부 전극 어셈블리; 및
    상부 전극 및 상기 상부 전극을 둘러싼 유도 코일을 갖는 상부 전극 어셈블리를 포함하고,
    상기 유도 코일은 상기 플라즈마 처리 챔버 내에 정의된 영역 내에서 가스를 플라즈마로 변환시키도록 구성되고, 상기 영역은 상기 하부 전극의 상부 표면 위에 정의된 영역 외측에 있는, 플라즈마 처리 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 코일 밑에 배치되는 패러데이 차폐 (Faraday shield) 를 더 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 사실상 배치되는 체적을 둘러싼 복수의 한정 링들을 더 포함하고,
    상기 복수의 한정 링들은 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 상기 하부 전극에 평행하게 매달려 있는, 플라즈마 처리 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 전극을 둘러싼 도전성 링을 더 포함하고,
    상기 도전성 링은 유전체 링에 의해 상기 하부 전극으로부터 분리되는, 플라즈마 처리 챔버.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 코일에 RF 전원이 결합되어, 약 400 kHz 내지 약 27 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다수의 주파수들을 갖는 RF 전력을 공급함으로써 상기 플라즈마를 생성하는, 플라즈마 처리 챔버.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 코일은 유전체 재료에 의해 상기 상부 전극으로부터 분리되는, 플라즈마 처리 챔버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 챔버 세정 플라즈마인, 플라즈마 처리 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 접지와 결합되는, 플라즈마 처리 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극, 상기 유도 코일, 및 상기 하부 전극은 에칭 가스(들)를 에칭 플라즈마로 변환시키도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유도 코일, 및 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나는 상기 에칭 가스(들)를 상기 에칭 플라즈마로 변환시키도록 RF 전력이 공급되는, 플라즈마 처리 챔버.
  11. 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버로서,
    기판을 수용하도록 구성된 하부 전극을 갖는 하부 전극 어셈블리; 및
    상부 용량 전극, 상기 상부 용량 전극 위에 배치된 내부 유도 코일 및 외부 유도 코일을 포함하는 상부 전극 어셈블리를 포함하며,
    상기 외부 유도 코일은 상기 하부 전극의 주위의 외측에 정의된 표면 상부에 배치되고, 상기 상부 용량 전극은 상기 하부 전극 바로 위에 배치되고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 용량 전극은 제 1 가스를 제 1 플라즈마로 변환시키도록 구성되며, 상기 외부 유도 코일은 제 2 가스를 제 2 플라즈마로 변환시키도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내부 유도 코일 및 상기 외부 유도 코일 밑에 배치되는 패러데이 차폐 (Faraday shield) 를 더 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 또는 상기 제 2 플라즈마가 사실상 배치되는 체적을 둘러싼 복수의 한정 링들을 더 포함하고,
    상기 복수의 한정 링들은 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 상기 하부 전극에 평행하게 매달려 있는, 플라즈마 처리 챔버.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하부 전극을 둘러싼 도전성 링을 더 포함하고,
    상기 도전성 링은 유전체 링에 의해 상기 하부 전극으로부터 분리되고, 플라즈마 프로세싱 동안 접지되는, 플라즈마 처리 챔버.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 플라즈마는 상기 플라즈마 처리 챔버 내에 정의된 영역 내에 사실 상 배치되고,
    상기 영역은 상기 하부 전극의 상부 표면 위에 정의된 영역 외측에 있는, 플라즈마 처리 챔버.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 플라즈마는 챔버 세정 플라즈마이고, 상기 제 2 플라즈마가 생성될 때 상기 하부 전극은 접지되는, 플라즈마 처리 챔버.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 외부 유도 코일에 RF 전원이 결합되어, 약 400 kHz 내지 약 27 MHz 인 범위의 단일 주파수 또는 다수의 주파수들을 갖는 RF 전력을 공급함으로써 상기 제 2 가스를 상기 제 2 플라즈마로 변환시키는, 플라즈마 처리 챔버.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 용량 전극은 상기 제 1 가스를 상기 제 1 플라즈마로 변환시키도록 RF 전력이 공급되고, 상기 제 1 가스가 상기 제 1 플라즈마로 변환될 때 상기 내부 유도 코일 및 상기 외부 유도 코일도 또한 RF 전력이 공급되는, 플라즈마 처리 챔버.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 상부 용량 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나에 RF 전원이 결합되고, 상기 내부 유도 코일 및 상기 외부 유도 코일에 다른 RF 전원이 결합되는, 플라즈마 처리 챔버.
  20. 플라즈마 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 챔버 내로 프로세스 가스를 공급하는 공정,
    상부 전극 어셈블리의 일부이며, 상기 상부 전극 어셈블리의 상부 전극의 주변을 둘러싸는 유도 코일에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 공정을 포함하고,
    상기 유도 코일은 또한 상부 용량 전극 밑에 배치된 하부 전극의 주위의 외측에 정의된 표면 상부에 배치되는, 플라즈마를 생성하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 생성하는 공정은 상기 하부 전극에 전력이 도달하는 것을 방지하는 것과 상기 하부 전극을 플로우팅 상태로 유지시키는 것을 포함하는, 플라즈마를 생성하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 챔버 세정 플라즈마이고, 사실상 상기 하부 전극의 표면 외 측에 배치되는, 플라즈마를 생성하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 생성하는 공정 동안, 상기 상부 전극은 접지되는, 플라즈마를 생성하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 유도 코일 밑에 패러데이 차폐 (Faraday shield) 가 배치되어 상기 하부 전극으로부터의 전력에 대한 RF 접지 경로를 제공하고 상기 유도 코일로부터의 용량 결합을 억제하는, 플라즈마를 생성하는 방법.
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