KR20080114615A

KR20080114615A - 디커플링된 플라즈마 제어부를 갖는 하이브리드 에칭 챔버

Info

Publication number: KR20080114615A
Application number: KR1020080061014A
Authority: KR
Inventors: 장규 양; 마이클 반스; 테리 블럭
Original assignee: 인테벡, 인코포레이티드
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2008-12-31
Also published as: EP2012342A2; TW200908139A; EP2012342A3; US20090004873A1; CN101335193A; JP2009010376A

Abstract

유전체 에칭 챔버, 및 플라즈마 파라미터들의 개선된 제어를 위한 방법이 개시된다. 플라즈마 챔버는, RF 에너지를 플라즈마에 용량성 커플링시키는 듀얼-주파수 바이어스 소스, 및 RF 에너지를 플라즈마에 유도성 커플링시키는 단일 또는 듀얼 주파수 소스를 포함한다. 유도성 소스는 개선된 에칭 균일도를 위해 변조될 수도 있다.

하이브리드 에칭 챔버

Description

디커플링된 플라즈마 제어부를 갖는 하이브리드 에칭 챔버{HYBRID ETCH CHAMBER WITH DECOUPLED PLASMA CONTROLS}

본 발명은 플라즈마 파라미터들의 독립적인 제어부를 갖는 에칭 챔버에 관한 것이다.

플라즈마 에칭 챔버는 수년 동안 반도체 분야에서 사용되어 왔다. 일반적으로, 플라즈마 에칭 챔버는 애플리케이션 및 플라즈마 소스에 의한 타입들로 분할될 수 있다. 애플리케이션에 관하여, 플라즈마 챔버는, 폴리실리콘 및 금속을 에칭하는데 사용되는 도전체 에칭기, 및 실리콘 옥사이드, USG (undoped silicate glass), BPSG (boron-phosphorous silicate glass) 등과 같은 절연체를 에칭하는데 사용되는 유전체 에칭기로 분할된다. 플라즈마 소스에 관하여, 본 출원에 관련된 2개의 주요한 타입은 용량성 커플링된 챔버 및 유도성 커플링된 챔버이다. 주지된 바와 같이, 용량성 커플링된 챔버는, 캐소드 및 애노드를 사용하고 그들 사이에 RF 전위를 인가하여 구성된다. 한편, 유도성 커플링된 챔버에서, 그 챔버 위에 또는 주변에 위치된 안테나에 의하여 RF 에너지가 챔버로 커플링된다.

유도성 커플링된 챔버는, 고밀도 플라즈마 및 그에 의한 높은 에칭 레이트를 발생시키는 능력으로 인해 도전체 에칭 애플리케이션에 주로 사용되어 왔다. 한편, 용량성 커플링된 챔버는, 이러한 챔버가 일반적으로 저밀도 플라즈마 내지 중간 밀도의 플라즈마를 생성하고 그에 의해 에칭 레이트를 낮추지만, 개선된 선택도를 제공하는 능력으로 인해 유전체 에칭 애플리케이션에 주로 사용되어 왔다.

그러나, 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 제기된 이슈들을 해결하기 위해 다양한 솔루션이 개발되어야 했던 일부 유전체 에칭 애플리케이션에 대해 유도성-커플링된 플라즈마 소스가 당업계에서 이전에 사용되어 왔다. 즉, 유도성-커플링된 플라즈마 챔버는 전구체 (precursor) 가스 분자를 작은 구성으로 분해하는 경향이 있다. 플루오르와 같은 다수의 작은 이온들은 플라즈마 에칭 프로세스에 악영향을 준다. 플루오르의 양을 감소시키기 위하여, 챔버내에 가열된 실리콘 부품을 사용하여 플루오르 포착제 (scavenging agent) 로서 작용시키는 것이 제안되었다. 또 다른 제안은 안테나의 RF 에너지를 펄스화하거나 변조하는 것이었다.

사용된 플라즈마 소스에 관계없이, 플라즈마 파라미터들의 독립적인 제어를 가능하게 하기 위한 지속적인 탐구가 당업계에 존재해 왔다. 예를 들어, 유도성-커플링된 챔버에서, 하나의 RF 주파수는 플라즈마를 발생시키고 이온 밀도를 제어하기 위해 안테나에 인가되고, 하나의 RF 바이어스 주파수는 이온 에너지 충격을 제어하기 위해 캐소드에 인가된다. 이러한 방식으로, 안테나에 인가된 에너지는 플라즈마 밀도를 제어하는데 사용될 수 있지만, 캐소드에 인가된 에너지는 이온 에너지를 제어하는데 사용될 수 있다. 용량성-커플링된 챔버에서 유사한 능력을 가능하게 하기 위해, 듀얼-주파수 용량성 커플링된 챔버가 개발되었다. 그러한 챔버에서, 고주파수 RF 에너지는 플라즈마 밀도를 제어하는데 사용되지만, 저주파수 RF 에너지는 이온 에너지를 제어하는데 사용된다.

반도체 기술에서의 최근의 발전은, 유전체 에칭 능력에 증가된 요건을 부가한다. 이러한 요건은 다양한 플라즈마 파라미터들의 더 양호한 제어 및 독립적인 제어를 필요로 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해, 용량성-커플링된 챔버에서 유전체 에칭을 위해 다중의 주파수들을 사용하는 것이 최근에 제안되었다. 특히, 플라즈마 해리를 제어하기 위한 2개의 상이한 고주파수 RF 에너지 및 이온 에너지를 제어하기 위한 더 낮은 주파수를 사용하는 것이 제안되었다.

상기 종래 기술의 이슈에 관한 추가적인 정보는, 예를 들어, 미국 특허 제 6,589,437 호 및 7,144,521 호, 및 미국 공개 공보 제 2005/0264218 및 2005/0133163 호에서 발견될 수 있다. 그러나, 모든 제안된 솔루션에도 불구하고, 플라즈마 파라미터들의 더 양호한 제어 및 독립적인 제어를 가능하게 하는 개선된 에칭 챔버에 대한 필요성이 여전히 존재한다. 현재의 에칭 챔버 기술이 직면한 이슈들 중 일부는, 가스 해리를 독립적으로 제어할 수 없는 능력, 높은 에칭 레이트를 갖는 높은 선택도를 획득할 수 없는 능력, 불충분한 플라즈마 밀도로 인해 플라즈마 챔버 세정 프로세스를 수행할 시의 어려움, 저압력, 예를 들어, 10mTorr 보다 작은 압력에서 동작할 수 없는 능력, 및 샤워헤드와 같은 챔버 부품의 높은 부식 레이트를 포함한다.

본 발명의 다음의 요약은, 본 발명의 일부 양태들 및 특성들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 제공된다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개관이 아니며, 그로써, 본 발명의 키 또는 중요 엘리먼트를 상세히 식별하거나, 본 발명의 범 위를 서술하도록 의도되지는 않는다. 이러한 요약의 유일한 목적은, 아래에서 제공되는 더 상세한 설명에 대한 도입부로서, 간략화된 형태로 본 발명의 일부 개념들을 제공하는 것이다.

본 발명의 다양한 양태들은, 플라즈마에 영향을 주는 다양한 파라미터들의 상이한 제어를 제공함으로써 플라즈마 에칭의 개선된 제어를 제공한다. 개선된 제어를 달성하기 위해, 유도성 커플링된 플라즈마 소스를 사용하여 중성 플럭스가 제어되고, 물리적인 스퍼터링 수율 및 이온 향상된 에칭 수율은 하나의 용량성 커플링된 소스에 의해 제어되지만, 이온 플럭스는, 그 하나의 용량성 커플링된 소스보다 더 높은 주파수의 또 다른 용량성 커플링된 소스에 의해 제어된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 그 상에 유전체층을 갖는 기판을 에칭하기 위한 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버가 제공되며, 그 챔버는,

a) 비-도전성 측벽, 실링 (ceiling), 및 웨이퍼 지지 디바이스를 포함하는 저부 클로우져 (closure) 를 포함하는 반응기 용기로서, 상기 실링 및 상기 웨이퍼 지지 디바이스는 평행판 반응기를 정의하는, 상기 반응기 용기;

b) 프로세스 가스의 플라즈마를 개시하고 유지하는데 충분한 주파수 ω_pd 에서 RF 에너지를 상기 웨이퍼 지지 디바이스에 제공하는 제 1 RF 전원;

c) 상기 플라즈마에서 발생된 이온들의 운동 특성들을 제어하는데 충분한 주파수 ω_ion 에서 RF 에너지를 상기 웨이퍼 지지 디바이스에 제공하는 제 2 RF 전원으로서, ω_ion＜ ω_pd 인, 상기 제 2 RF 전원;

d) 상기 반응기 용기의 상기 비-도전성 측벽 둘레에 위치하고 있는 유도성 권선; 및

e) 상기 플라즈마에 제 3 RF 전원을 유도적으로 커플링시키기 위해 상기 유도성 권선에 RF 에너지를 제공하는 상기 제 3 RF 전원을 포함한다.

제 3 RF 전원은, 주파수 ω_ion보다 작은주파수ω_icp 에서 유도성 권선에 RF 에너지를 제공할 수도 있다. 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버는, 제 3 RF 전원을 변조하고 그에 의해 선택가능한 진폭, 폭, 및 인터-펄스 간격을 갖는 펄스를 출력하는 변조 장치를 더 포함할 수도 있다. 유도성 권선은 상기 측벽에 관해 축방향으로 분포될 수도 있다. 유도성 권선은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함할 수도 있다. 제 3 RF 전원은, 전력을 제 1 코일에 커플링시키는 제 1 전원 공급부, 및 전력을 제 2 코일에 커플링시키는 제 2 전원 공급부를 포함할 수도 있다. 제 1 전원 공급부 및 제 2 전원 공급부의 주파수는 2MHz 이하일 수도 있으며, 제 1 전원 공급부 및 제 2 전원 공급부 중 하나의 공급부의 주파수는 다른 공급부의 주파수의 약 절반일 수도 있다. 제 1 전원 공급부 및 제 2 전원 공급부의 주파수는 2MHz 이하일 수도 있으며, 제 1 전원 공급부 및 제 2 전원 공급부의 주파수는 동일할 수도 있다. 측벽은 수직부 및 수평부를 포함할 수도 있으며, 제 1 코일은 수직부에 관해 수직 방향으로 감겨질 수도 있고, 제 2 코일은 수평부에 관해 수평 방향으로 감겨질 수도 있다. 제 1 RF 전원은 10MHz 초과의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있고, 제 2 RF 전원은 10MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있으며, 제 3 RF 전원은 2MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있다. 제 1 RF 전원은 15MHz 초과의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있고, 제 2 RF 전원은 15MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있으며, 제 3 RF 전원은 2MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있다. 제 1 RF 전원은 약 60MHz 의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있고, 제 2 RF 전원은 약 2MHz 의 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있으며, 제 3 RF 전원은 1MHz 를 초과하지 않는 주파수에서 RF 에너지를 제공할 수도 있다. 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버는, 플라즈마가 배기 매니폴드 (exhaust manifold) 로 진입하는 것을 방지하는 배플 (baffle) 을 더 포함할 수도 있다. 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버는, 제 3 RF 전원과 제 1 및 제 2 코일 사이에 커플링된 스위칭 회로를 더 포함할 수도 있다. 스위칭 회로는, 제 3 RF 전원으로부터 제 1 코일 및 제 2 코일로 인가된 RF 전력의 전력 비율을 제어할 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 플라즈마 반응기를 동작하는 방법이 제공되며, 그 방법은,

a. 상기 반응기에 워크피스를 도입하는 단계;

b. 상기 반응기에 프로세스 가스를 도입하는 단계;

c. 상기 반응기내에서 프로세스 플라즈마를 개시하고 유지하기 위해 고주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 용량성 커플링시키는 단계;

d. 상기 플라즈마내에서 이온들의 이온 에너지를 제어하기 위해 저주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 용량성 커플링시키는 단계; 및

e. 상기 플라즈마내에서 중성 플럭스를 제어하기 위해 RF 에너지를 상기 반응기로 유도성 커플링시키는 단계를 포함한다.

그 방법은, 변조된 유도성 커플링을 발생시키기 위해 RF 에너지를 변조하는 단계를 더 포함할 수도 있다. RF 에너지를 유도성 커플링하는 프로세스는, 제 1 주파수에서 제 1 코일을 에너자이징하는 단계, 및 제 2 주파수에서 제 2 코일을 에너자이징하는 단계를 포함할 수도 있다. 제 1 주파수는 제 2 주파수의 약 절반일 수도 있다. 제 1 주파수 및 제 2 주파수의 주파수들은 거의 동일할 수도 있다. 그 방법은,

f. 반응기로부터 워크피스를 제거하는 단계; 및

g. 제 2 저주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 유도성 커플링시켜 플라즈마를 점화하여 잔류물로부터 상기 반응기를 세정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

단계 e는 변조된 유도성 커플링을 발생시키기 위해 저주파수 RF 에너지를 변조하는 단계를 포함할 수도 있다. 단계 g에서의 전력 레벨은 단계 e에서의 전력 레벨보다 더 높을 수도 있다.

본 발명은, 가스 해리, 플라즈마 밀도, 및 이온 에너지의 독립적인 제어를 가능하게 함으로써 진보된 에칭 프로세스를 가능하게 하는 에칭 챔버를 제공한다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 부분을 구성하는 첨부한 도면은 본 발명의 실시형태들을 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명 및 예시하 도록 기능한다. 도면은 도식적인 방식으로 예시적인 실시형태의 주요한 특성들을 예시하도록 의도된다. 도면은, 실제 실시형태의 모든 특성, 또는 나타낸 엘리먼트들의 상대적인 디멘션을 나타내도록 의도되지 않으며, 축척으로 도시되지도 않았다.

본 발명은, 가스 해리, 플라즈마 밀도, 및 이온 에너지의 독립적인 제어를 가능하게 함으로써 진보된 에칭 프로세스를 가능하게 하는 에칭 챔버를 제공한다. 본 발명의 발명자는, 하나의 주파수에서 구동되는 유도성-커플링 안테나를 듀얼 주파수 바이어스 RF 전력과 결합시킴으로써 플라즈마 프로세싱 파라미터들의 개선된 제어가 획득될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명의 발명자는, 안테나로의 전력을 변조함으로써 개선된 제어가 추가적으로 향상된다는 것을 발견하였다.

수학식 1은 플라즈마의 다양한 엘리먼트들에 대한 에칭 레이트의 관계를 추정한다.

여기서, -k₀ 및 E_a 는 자발적인 화학적 에칭에 대한 레이트 파라미터이고,

는 중성 플럭스이고, Y_P 는 물리적 스퍼터링 수율이고,

는 반응종에 의해 점유된 표면측의 부분이고,

는 이온 플럭스이며, Y_IE 는, 그 표면이 반응종으로 포화 되는 동안, 이온 개선된 에칭 수율이다. 제 1 항, 즉,

는 화학적 에칭 및 챔버 세정에 대한 가장 주요한 (dominant) 항이고, 제 2 항, 즉,

는 물리적 에칭, 즉, 이온 충격에 대한 주요한 항이며, 마지막 항, 즉,

는 이온 개선된 에칭에 대한 주요한 항이다. 이러한 관계를 이해함으로써, 본 발명의 발명자는 다양한 파라미터들을 독립적으로 제어하는 방식을 연구하였다.

특히, 발명자는, 수학식 1의 다양한 파라미터들의 상이한 제어를 제공하고 그에 의해 플라즈마의 다양한 엘리먼트들에 대한 에칭 레이트의 관계를 제어함으로써, 플라즈마 에칭의 개선된 제어가 획득될 수도 있다는 것을 결정하였다. 개선된 제어를 달성하기 위하여, 발명자는, 유도성 커플링된 플라즈마 소스를 사용하여 중성 플럭스

를 제어함으로써 유익한 효과가 획득될 수 있다는 것을 결정하였다. 또한, 이것은 반응종에 의해 점유된 표면측의 부분, 즉,

를 제어한다. 한편, 양자 모두 이온 에너지에 직접적으로 관련되는 물리적 스퍼터링 수율 Y_P 및 이온 개선된 에칭 수율 Y_IE 은 하나의 용량성 커플링된 소스에 의해 제어되어야 하지만, 이온 플럭스

는, 제 1 용량성 커플링된 소스보다 더 높은 주파수의 또 다른 용량성 커플링된 소스에 의해 제어되어야 한다.

위에서 제공된 가이드라인을 따라 플라즈마 챔버를 설계함으로써, 수학식 1의 제 1 항, 즉, 화학적 에칭 및 챔버 세정은 유도성 커플링된 소스에 인가된 전력 에 의해 제어된다. 제 2 항, 즉, 에칭을 위한 이온 에너지는 저주파수 용량성 커플링된 소스에 인가된 전력에 의해 제어된다. 제 3 항, 즉, 이온 플럭스 개선항은, 유도성 소스, 저주파수 소스, 및 고주파수 소스에 인가된 전력의 결합에 의해 제어된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 챔버 (100) 의 개략적인 단면도이다. 챔버 (100) 는, 일반적으로 원형이고, 그곳을 통해 RF 에너지의 커플링을 허용하는 재료로 이루어진 상부 챔버 보디 (body) (107) 를 포함한다. 챔버 (100) 는, 도전성인 하부 챔버 보디 (105), 수직벽 (104), 수평 부분 (109), 및 저부 (106) 를 더 포함한다. 하부 챔버 보디 (105), 상부 챔버 보디 (107) 및 실링 (110) 은 함께 진공 챔버를 형성한다. 수직벽 (104) 및 수평 부분 (109) 은 챔버의 도전성 측벽을 형성한다. 상부 챔버 보디 (107) 는 챔버의 비-도전성 측벽을 형성하며, 상부 챔버 보디 (107) 에는 도전성일 수도 있거나 캐소드 (115) 에 대향하는 도전성 전극 (160) 을 포함할 수도 있는 실링 (110) 이 피팅 (fit) 된다. 또한, 실링은 전구체 가스를 챔버로 주입하기 위한 가스 주입 제공부 (150) 를 더 포함할 수도 있다. 주입 제공부 (150) 는, 당업계에 공지된 바와 같은, 단일 주입기, 다중 주입기, 샤워헤드일 수도 있다. 캐소드 (115) 는 임의의 종래의 캐소드일 수도 있고, 일반적으로 삽입된 전극판 (155) 을 포함하며, 그 전극판은 DC 바이어스의 인가에 의해 웨이퍼 (120) 를 척킹 (chuck) 하고, 실링 (110) 의 대향 전극 (160) 과 협력하여 RF 에너지를 용량성 커플링시키기 위해 사용된다. 챔버 (100) 는 배기 매니폴드 (125) 를 통해 배기된다.

코일 (130) 은 상부 챔버 벽 (107) 둘레에 제공되며, RF 전원 공급부 (135) 로부터 RF 에너지를 제공받는다. 이러한 실시형태에서, RF 전원 공급부 (135) 는, 일반적으로, 약 2MHz 또는 1MHz 이하인 낮은 RF 주파수를 발생시킨다. 이러한 특정 예에서, 전원 공급부 (135) 는 약 600 내지 900KHz 의 RF 주파수를 발생시킨다. 또한, 챔버 (100) 는, 2개의 RF 전원 공급부 (140 및 145) 를 사용하여 캐소드 (115) 로부터 에너자이징된다. RF 주파수를 캐소드 (115) 에 인가할 경우, 실링 (110) 은, 플라즈마로의 RF 에너지의 용량성 커플링을 가능하게 하기 위해 대향 접지로서 기능한다. 이러한 실시형태에서, RF 전원 공급부 (140) 는 10MHz 이하의 RF 주파수를 발생시키지만, RF 전원 공급부 (145) 는 10MHz 초과의 RF 주파수를 발생시킨다. 이러한 특정 예에서, 전원 공급부 (140) 는 2MHz 에서 RF 전력을 발생시키지만, 전원 공급부 (145) 는 더 높은 전력, 예를 들어, 27MHz 또는 60MHz 에서 RF 주파수를 발생시킨다.

도 1의 챔버를 동작할 시에, 유도성 코일 (130) 은 전원 공급부 (135) 에 의해 연속적으로 또는 펄스화된 전력으로 전력을 공급받을 수도 있다. 코일 (130) 을 펄스화된 전력으로 에너자이징할 경우, 예를 들어, 그 전체의 개시물이 여기에 참조로서 포함된 Pribyl 의 미국 특허 제 7,100,532 에 개시된 것과 같은 "인스턴트 온 (instant on)" 전력 공급부를 사용하는 것이 바람직하다.

전원 공급부 (135) 로부터 코일 (130) 로 인가된 전력은, 프로세싱을 위해 약 100W 내지 2000W 및 플라즈마 챔버 세정을 위해 약 1kW 내지 5kW 일 수도 있다. 전원 공급부 (135) 가 "스위칭" 되거나 "펄스화된" 전원 공급부인 실시형태에 서, 그 전원 공급부는 (연속적인 듀티 (duty) 에서) 600 내지 900kHz 와 같은 정현파 파형을 생성하며, 임의의 개별 펄스 또는 펄스들의 트레인의 폭, 진폭 및 인터펄스 딜레이 또는 듀티 사이클을 제어하기 위해 변조기 (138) 에 영향을 준다. 원하는 진폭, 폭 및 인터펄스 간격을 실현하기 위해 전원 공급부 (135) 의 스위칭 제어부에 관한 간단한 동작에 의하여 원하는 변조가 획득될 수 있다. 용량성-커플링된 저주파수 전원 공급부 (140) 에 의해 공급된 전력은 약 0 내지 10kW 일 수도 있지만, 고주파수 용량성-커플링된 전원 공급부 (145) 의 전력은 약 0 내지 5kW 일 수도 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 용량성-커플링된 RF 바이어스는 임피던스 매칭 및 커플러 네트워크 (147) 를 통해 프로세스 플라즈마에 인가되어 웨이퍼 (120) 를 통한다.

상술된 바와 같은 본 발명의 챔버를 사용하여, 발명자는 이전에는 획득될 수 없었던 개선된 결과들을 달성할 수 있었다. 특히, 발명자는, 유도성-커플링된 챔버의 낮은 선택도 및 용량성-커플링된 에칭 챔버의 낮은 에칭 레이트의 본질적인 문제들을 극복할 수 있었다. 저주파수 유도성 소스와 듀얼-주파수 용량성 소스의 결합을 사용함으로써, 발명자는 높은 선택도에서 높은 에칭 레이트를 달성할 수 있었다. 또한, 이러한 배열은, 유도성 소스에 의해 발생된 고-밀도 플라즈마의 가용성에 의해 높은 챔버 세정 효율을 가능하게 한다.

본 발명의 챔버의 설계의 일부 이점을 예시하기 위해, 다음의 프로세스 사이클을 고려한다. 유전체 에칭이 챔버의 내부 상에 폴리머와 같은 재료들이 증착하게 한다는 것은 당업계에 일반적으로 공지되어 있다. 그러한 증착이 프로세 싱될 후속 기판에서 결점을 야기할 수 있다는 점 또는 플라즈마 프로세스에서 변화를 야기하여 그 변화가 플라즈마 화학조성에 영향을 줄 수 있고 플라즈마 구성을 변경시킬 수 있다는 점에서, 그 증착은 불리할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 프로세스는 이러한 문제들을 제거하기 위해 본 발명의 챔버 설계를 이용하여 구현된다. 단계 (200) 에서, 도 1의 화살표 A에 의해 도시된 바와 같이, 웨이퍼와 같은 에칭될 기판은 로딩 슬릿을 통해 챔버로 삽입된다. 단계 (210) 에서, 플라즈마의 존재시 전극 (155) 에 척킹 전위를 인가함으로써 웨이퍼가 척킹된다. 단계 (220) 에서, 연속적인 또는 펄스화된 RF 전력을 코일 (130) 에 인가함으로써 플라즈마 에칭 프로세스가 수행된다. 코일에 인가된 RF 전력은 약 100W 내지 2000W 이다. 동시에, 듀얼-주파수 RF 바이어스 전력이 2MHz 의 약 0 내지 10kW 및 60MHz 의 약 0 내지 5kW 로 전극 (155) 에 인가된다. 에칭 프로세스가 완료될 경우, 단계 (230) 에서, 웨이퍼는 디-척킹되며, 단계 (240) 에서 챔버로부터 꺼내진다. 그 후, 단계 (250) 에서, 챔버의 내부로부터 모든 잔류물들을 세정하기 위하여 RF 전력을 코일 (130) 에 인가함으로써 플라즈마가 다시 점화된다. 그러나, 세정 단계에 있어서, 물리적이 아닌 대부분 화학적이도록 프로세스가 조정된다. 따라서, 약 1kW 내지 5kW RF 전력을 코일 (130) 에 인가함으로써 고밀도 플라즈마가 발생된다. 이것은 플라즈마의 종이 산소 라디컬과 같은 매우 작은 구성물로 해리되게 하며, 그 구성물은 잔류물의 화학적 에칭에 매우 도움이 된다. 일단 세정이 완료되면, 에칭될 다음의 웨이퍼를 삽입함으로써 프로세스가 반복된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태의 개략적인 단면도이다. 도 3의 챔버 (300) 는 도 1의 챔버와 유사하므로, 여기에서는 상이한 특성만을 설명할 것이다. 특히, 도 3의 챔버에서, 하부 챔버 보디 (305) 의 수평 부분 (309) 은 RF 에너지에 대해 투과적인 재료로 구성되므로, 실제로 그 부분은 상부 챔버 보디 (307) 의 일부가 되고, 즉, 상부 챔버 보디 (307) 및 그 부분 (309) 은 RF 코일(들)이 제공되는 비-도전성 측벽을 형성한다. 또한, 도 3의 챔버는 2개의 유도성 코일들 (330 및 330') 을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 2개의 코일들 (330 및 330') 은 스위칭 회로 (360) 를 통하여 RF 전원 공급부 (335) 에 의해 선택적으로 에너자이징될 수도 있다. 스위칭 회로 (360) 는, 온/오프 방식, 또는 예를 들어, 당업계에 공지된 바와 같은 가변 커플링 회로를 사용하는 가변 전력 방식으로 각각의 코일에 RF 전력을 인가할 수도 있다. 이러한 방식으로, 플라즈마 및 플라즈마 분포의 개선된 제어가 달성될 수도 있다. 예를 들어, 코일들 중 하나의 코일은 플라즈마 에칭 동안 사용될 수도 있지만, 플라즈마 챔버 세정 동안 양자의 코일들이 사용될 수도 있다. 또한, 도 3은 플라즈마가 매니폴드 (325) 에 도달하는 것을 방지하기 위한 배플 (365) 의 사용을 또한 도시한다. 배플 (365) 은 당업계에서 사용되는 임의의 공지된 배플일 수도 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태의 개략적인 단면도이다. 2개의 코일들 (430 및 430') 이 제공된다는 점에서 도 4의 챔버는 도 3의 챔버와 유사하다. 그러나, 도 4의 실시형태에서, 별개의 전원 공급부들 (435 및 435') 이 코일들을 에너자이징하기 위해 사용된다. 일 실시형태에 따르면, 전원 공급부들 (435 및 435') 양자는 동일한 주파수, 예를 들어, 1MHz 이하에서 동작한다. 그러나, 또 다른 실시형태에 따르면, 2개의 전원 공급부 (435 및 435') 는, 각각이 1MHz 이하인 상이한 주파수들에서 동작한다. 하나의 특정 예에 따르면, 하나의 전원 공급부는 600KHz 에서 동작하지만, 다른 하나는 900KHz 에서 동작한다.

요약하여, 본 발명의 다양한 실시형태들은, 단일 또는 듀얼 유도성 커플링된 플라즈마 소스와 결합하여 듀얼-주파수 용량성-커플링된 플라즈마 바이어스 소스를 이용한다. 듀얼-주파수 용량성-커플링된 플라즈마 소스는, 에너지를 이온에 전달하도록 선택되는 주파수 ω_i 에서 동작하는 제 1 RF 발생기, 및 주파수 ω_p≫ω_i 에서 동작하는 제 2 RF 발생기에 의해 에너자이징된다. 양자의 RF 주파수들은 상호 RF 격리되어 반도체 웨이퍼 지지부에 인가되지만, 실링은 접지 전위로서 기능한다. 제 2 RF 발생기 주파수 ω_p 는 ω_i 와 비교하여 크도록 선택되고, 즉, (ω_p/ω_i) 는 약 2 보다 크도록 선택되며, 하나의 특정 예에서는 30으로 설정된다. 유도성-커플링된 여기 기여도는 RF 바이어스 주파수들과 독립적이며, 웨이퍼 표면에 근접하여 형성된 플라즈마 시스 (sheath) 에 현저한 영향을 주지 않는다. 유도성-커플링된 주파수는 ω_i 보다 낮도록 설정되며, 일반적으로 바이어스 주파수 ω_i 의 절반 또는 절반보다 작도록 선택된다.

웨이퍼에 인가된 더 높은 듀얼-주파수 RF 바이어스와 유도성 커플링을 위한 낮은 임피던스 스위칭 타입 RF 소스의 제공의 조합을 사용하여, 본 발명의 챔버는 플라즈마 파라미터들에 걸친 안정된 플라즈마 프로세싱 및 개선된 제어를 제공한다. 먼저, 낮은 임피던스 부하에 대한 낮은 임피던스 소스의 임피던스 매칭은 실질적인 매칭 네트워크에 대한 필요성을 부정 (negate) 한다. 둘째로, 임피던스 매칭을 위한 네트워크의 부재는, 부하가 높은 충실도를 갖는 RF 스위칭 소스 출력의 파형에 후속한다는 것을 의미한다. 변조 장치와 결합하여, 유도성 커플링을 위한 저주파수 RF 소스는 펄스 폭 및/또는 인터-펄스 딜레이 변조를 제공하도록 인에이블된다. 단일 펄스들, 인터-펄스 딜레이 및 펄스 폭 변조 사이에서 우수한 재현성 (reproducibility) 이 달성된다. 따라서, 유도성 커플링의 변조를 통한 플라즈마 전자 에너지 분포의 선택적인 제어가 달성되지만, 플라즈마 밀도는, 바이어스로서 웨이퍼에 인가되는 (실질적으로) 선택된 플라즈마 주파수의 안정된 RF 전력 (고주파수) 을 통해 독립적으로 유지된다. 정확한 인터펄스 딜레이는 플라즈마 전자들의 완화 (relaxation) 가 제어된 방식으로 진행하도록 허용하고, 선택된 시간 평균된 전자 에너지 분포의 포메이션은, 플라즈마의 화학조성을 조작하고 그에 의해 선택된 라디컬 포메이션을 강조 또는 강조하지 않는 수단을 제공한다. 스위칭된 유도성-커플링 전원은 보조 회로의 조정없이 (스위칭 기능의 제어를 통해) 약 +/- 50% 의 광범위한 주파수 범위가 가능하다.

마지막으로, 여기에 설명된 프로세스들 및 기술들이 임의의 장치에 본질적으로 관련되지 않으며, 컴포넌들의 임의의 적절한 조합에 의해 구현될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다양한 타입의 범용 디바이스가 여기에 설명된 교시에 따라 사용될 수도 있다. 또한, 여기에 설명된 방법 단계들을 수행하기 위 해 특수화된 장치를 구성하는 것이 유리하다고 증명할 수도 있다. 본 발명은 특정 예들에 관해 설명되었으며, 그 예들은 모든 관점에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 상이한 조합들이 본 발명을 실행하는데 적절할 것이라는 것을 당업자는 인식할 것이다. 예를 들어, 설명된 소프트웨어는, Assembler, C/C++, perl, shell, PHP, Java 등과 같은 광범위하게 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수도 있다.

본 발명은 특정 예들에 관해 설명되었으며, 그 예들은 모든 관점에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 상이한 조합들이 본 발명을 실행하는데 적절할 것이라는 것을 당업자는 인식할 것이다. 또한, 본 발명의 다른 구현은, 당업자에게는 명세서의 고려사항 및 여기에 설명된 발명의 실행으로부터 명백할 것이다. 설명된 실시형태들의 다양한 양태들 및/또는 컴포넌트들은 단일로 또는 플라즈마 챔버 분야에서의 임의의 조합으로 사용될 수도 있다. 명세서 및 예는 단지 예시로서 고려되며, 본 발명의 실제 범위 및 사상은 다음의 청구항에 의해 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 에칭 챔버의 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 프로세스의 흐름도의 개략적인 도면.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태의 개략적인 단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태의 개략적인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 에칭 챔버 104: 수직벽

105: 하부 챔버 보디 106: 저부

107: 상부 챔버 보디 109: 수평 부분

110: 실링 120: 웨이퍼

115: 캐소드 125: 배기 매니폴드

130: 코일 135: RF 전원 공급부

138: 변조기 140: RF 전원 공급부

145: RF 전원 공급부 147: 커플러 네트워크

150: 가스 주입 제공부 155: 전극판

160: 대향 전극

Claims

유전체층을 그 상부에 가진 기판을 에칭하기 위한 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버로서,

a) 비-도전성 측벽,

실링 (ceiling), 및

웨이퍼 지지 디바이스를 포함하는 저부 클로우져 (closure)

를 포함하는 반응기 용기로서, 상기 실링 및 상기 웨이퍼 지지 디바이스는 평행판 반응기를 정의하는, 상기 반응기 용기;

b) 프로세스 가스의 플라즈마를 개시하고 유지하는데 충분한 주파수 ω_pd 에서 RF 에너지를 상기 웨이퍼 지지 디바이스에 제공하는 제 1 RF 전원;

c) 상기 플라즈마에서 발생된 이온들의 운동 특성들을 제어하는데 충분한 주파수 ω_ion 에서 RF 에너지를 상기 웨이퍼 지지 디바이스에 제공하는 제 2 RF 전원으로서, ω_ion＜ ω_pd 인, 상기 제 2 RF 전원;

d) 상기 반응기 용기의 상기 비-도전성 측벽 둘레에 위치하고 있는 유도성 권선; 및

e) 상기 유도성 권선에 RF 에너지를 제공하는 제 3 RF 전원으로서, 상기 유도성 권선은 상기 플라즈마에 상기 제 3 RF 전원을 유도적으로 커플링시키는, 상기 제 3 RF 전원을 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 RF 전원은 주파수 ω_icp ＜ω_ion 에서 상기 유도성 권선에 RF 에너지를 제공하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 RF 전원을 변조하여, 선택가능한 진폭, 폭, 및 인터-펄스 간격을 갖는 펄스들을 출력하는 변조 장치를 더 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 유도성 권선은 상기 측벽에 관해 축방향으로 분포되는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 4 항에 있어서,

상기 유도성 권선은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 5 항에 있어서,

상기 제 3 RF 전원은, 상기 제 1 코일에 전력을 커플링시키는 제 1 전원 공 급부, 및 상기 제 2 코일에 전력을 커플링시키는 제 2 전원 공급부를 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 전원 공급부의 주파수는 2MHz 이하이며, 상기 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 전원 공급부 중 하나의 주파수는 다른 하나의 주파수의 약 절반인, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 전원 공급부의 주파수는 2MHz 이하이며, 상기 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 전원 공급부의 상기 주파수는 동일한, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 5 항에 있어서,

상기 측벽은 수직부 및 수평부를 포함하며,

상기 제 1 코일은 상기 수직부에 관해 수직 방향으로 감겨있고, 상기 제 2 코일은 상기 수평부에 관해 수평 방향으로 감겨있는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 RF 전원은 10MHz 초과의 주파수에서 RF 에너지를 제공하고, 상기 제 2 RF 전원은 10MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공하며, 상기 제 3 RF 전원은 2MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 RF 전원은 15MHz 초과의 주파수에서 RF 에너지를 제공하고, 상기 제 2 RF 전원은 15MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공하며, 상기 제 3 RF 전원은 2MHz 이하의 주파수에서 RF 에너지를 제공하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 RF 전원은 약 60MHz 의 주파수로 RF 에너지를 제공하고, 상기 제 2 RF 전원은 약 2MHz 의 주파수로 RF 에너지를 제공하며, 상기 제 3 RF 전원은 1MHz 를 초과하지 않는 주파수로 RF 에너지를 제공하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 1 항에 있어서,

플라즈마가 배기 매니폴드 (exhaust manifold) 로 진입하는 것을 방지하는 배플 (baffle) 을 더 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 5 항에 있어서,

상기 제 3 RF 전원과 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 사이에서 커플링된 스위칭 회로를 더 포함하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
제 14 항에 있어서,

상기 스위칭 회로는, 상기 제 3 RF 전원으로부터 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일로 인가된 RF 전력의 전력 비율을 제어하는, 에칭 플라즈마 프로세싱 챔버.
플라즈마 반응기를 동작하는 방법으로서,

a. 상기 반응기에 워크피스를 도입하는 단계;

b. 상기 반응기에 프로세스 가스를 도입하는 단계;

c. 상기 반응기내에서 프로세스 플라즈마를 개시하고 유지하기 위해 고주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 용량성 커플링시키는 단계;

d. 상기 프로세스 플라즈마내에서 이온들의 이온 에너지를 제어하기 위해 저주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 용량성 커플링시키는 단계; 및

e. 상기 프로세스 플라즈마내에서 중성 플럭스를 제어하기 위해 RF 에너지를 상기 반응기로 유도성 커플링시키는 단계를 포함하는, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 16 항에 있어서,

변조된 유도성 커플링을 발생시키기 위해 상기 RF 에너지를 변조하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 RF 에너지를 유도성 커플링하는 단계는, 제 1 주파수에서 제 1 코일을 에너자이징하는 단계, 및 제 2 주파수에서 제 2 코일을 에너자이징하는 단계를 포함하는, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제 1 주파수는 상기 제 2 주파수의 약 절반인, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수의 주파수들은 거의 동일한, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 16 항에 있어서,

f. 상기 반응기로부터 상기 워크피스를 제거하는 단계; 및

g. 제 2 저주파수 RF 에너지를 상기 반응기로 유도성 커플링시켜 플라즈마를 점화하여 잔류물로부터 상기 반응기를 세정하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 반 응기 동작 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 단계 e는 변조된 유도성 커플링을 발생시키기 위해 상기 저주파수 RF 에너지를 변조하는 단계를 포함하는, 플라즈마 반응기 동작 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 단계 g의 전력 레벨은 상기 단계 e의 전력 레벨보다 더 높은, 플라즈마 반응기 동작 방법.