KR20120046072A - 플라즈마 반응기용 샤워헤드 구조 - Google Patents

플라즈마 반응기용 샤워헤드 구조 Download PDF

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KR20120046072A
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이벨린 에이. 안젤로프
제임스 이. 캐론
일리아 칼리노프스키
자오 리
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노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

플라즈마 공정 장치에서 이온 에너지를 증가시키기 위한 장치, 디바이스, 및 방법이 제공된다. 다양한 실시예에서, 워크피스와 면하는 샤워헤드의 표면적은 복수의 특징부를 포함한다. 복수의 특징부는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시킨다. 샤워헤드 표면적 증가는 플라즈마 발생에 사용되는 파워의 증가없이 이온 에너지를 증가시킨다. 이러한 샤워헤드를 이용하여 이온 에너지를 증가시킴으로써, 집적 회로 제작에 플라즈마 프로세스를 폭넓게 응용할 수 있다.

Description

플라즈마 반응기용 샤워헤드 구조 {SHOWERHEAD CONFIGURATIONS FOR PLASMA REACTORS}
본 출원은 20101년 10월 29일자 미국특허출원 제12/916,269호(발명의 명칭: "SHOWERHEAD CONFIGURATIONS FOR PLASMA REACTORS"에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용 전체는 본 발명에 참고자료로 포함된다.
다마신 공정 기술이 현대의 많은 집적 회로 제작 기법에 사용되고 있는데, 이는 이러한 기술들이 타 방법에 비해 공정 단계가 적고 양품률이 높기 때문이다. 다마신 공정은 트렌치에 아로새긴 금속 라인을, 그리고 유전층(금속간 유전체)에 비아(vias)를 형성함으로써 집적 회로 상에 금속 전도체를 형성하는 과정을 포함한다. 다마신 프로세스의 일부분으로, 유전층 상에 포토레지스트층이 증착된다. 포토레지스트는 감광식 유기 폴리머로서, 액체 형태로 "스핀 온"(spin on)하여 고체 박막으로 건조될 수 있다. 감광성 포토레지스트는 그 후, 마스크 및 습식 용매를 이용하여 패턴처리된다. 그 후 플라즈마 에칭 프로세스(즉, 건식 에칭)을 이용하여 유전체의 노출부를 에칭하고 유전체 내로 패턴을 전이하여, 유전층에 비아 및 트렌치를 형성한다.
유전층이 에칭되면, 포토레지스트가 박리되고, 소자에 불순물이 삽입되는 것을 방지하기 위해 다음 공정 이전에 에칭 관련 잔류물이 제거된다. 포토레지스트를 박리하기 위한 종래의 프로세스는 플라즈마 내 산소의 존재를 이용하여 가스의 혼합물로부터 형성되는 플라즈마를 이용한다. 고반응성 산소-기반 플라즈마는 유기 포토레지스트와 반응하여 유기 포토레지스트를 산화시키고, 따라서, 웨이퍼 표면으로부터 멀리 운반되는 휘발성 성분들을 형성한다.
플라즈마 공정 장치에 사용하기 위한 샤워헤드가 여기서 제공된다. 다양한 실시예에 따르면, 샤워헤드는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키는 표면 특징부를 포함한다. 이러한 방식으로 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시킴으로써, 샤워헤드 및/또는 공정 챔버 치수를 증가시키지 않으면서, 플라즈마의 이온 에너지가 증가할 수 있다. 플라즈마 공정 장치는, 예를 들어, 워크피스 표면으로부터 물질을 제거하는 데 사용된다. 워크피스 표면으로부터 물질을 제거하기 위한 방법이 또한 제공된다.
한가지 형태는 플라즈마 공정 장치에 관련된다. 플라즈마 공정 장치는 워크피스 지지부와 샤워헤드를 포함한다. 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성된다. 샤워헤드는 상기 워크피스 지지부와 상기 샤워헤드 사이의 영역 내로 기체성 종들을 통과시키도록 구성되는 복수의 구멍을 포함한다. 상기 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함한다.
소정 실시예에서, 복수의 특징부는 동심 마루와 동심 골을 포함한다. 다양한 실시예에서, 복수의 특징부는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 연장되는 마루 및 골, 상기 샤워헤드 사이에서 이어지는 마루 및 골, 주기적으로 배열되는 복수의 특징부, 또는, 임의적 패턴을 갖는 복수의 특징부를 포함한다.
추가 실시예에서, 플라즈마 공정 장치는 플라즈마 소스 챔버를 포함한다. 플라즈마 소스 챔버는 샤워헤드로부터 상향에 위치하고, 샤워헤드를 통과하도록 허가된 기체성 종들은 플라즈마 소스 챔버로부터의 라디칼을 포함한다.
소정 실시예에서, 장치는 RF 파워를 상기 워크피스 지지부에 인가하도록 구성되는 RF 파워 소스를 또한 포함한다. 상기 RF 파워 소스는 일부 경우에 저주파수 파워 소스를, 다른 경우에 고주파수 파워 소스를 포함한다.
소정 실시예에서, 샤워헤드 내 복수의 구멍은 약 24,000개의 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 샤워헤드는 알루미늄 합금을 포함한다. 상기 샤워헤드의 표면과 워크피스 지지부 간의 간격은 일부 실시예에서 약 0.1 내지 0.9 인치이고, 다른 실시예에서 약 1.2인치다.
다른 형태는 반도체 리소그래피용 장치에 관련된다. 이 장치는 포토레지스트 도포용으로 구성된 디바이스와, 포토레지스트 노출용으로 구성된 디바이스와, 포토레지스트 제거용으로 구성된 상술한 플라즈마 공정 장치를 포함한다.
다른 형태는 플라즈마 공정 장치에 사용하도록 구성된 샤워헤드에 관련된다. 샤워헤드는 기체성 종들을 통과시키도록 구성된 복수의 구멍과, 워크피스에 면하도록 구성된 표면을 포함한다. 표면은 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함한다.
소정 실시예에서, 복수의 특징부는 동심 마루와 동심 골을 포함한다. 다양한 실시예에서, 복수의 특징부는, 샤워헤드의 중심으로부터 연장되는 마루와 골, 샤워헤드 사이에서 이어지는 마루와 골, 주기적으로 배열되는 복수의 특징부, 또는, 임의적 패턴을 갖는 복수의 특징부를 포함한다. 일부 실시예에서, 샤워헤드 내 복수의 구멍은 약 24,000개의 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서 샤워헤드는 알루미늄 합금이다.
다른 형태는 방법에 관련된다. 이 방법은 샤워헤드 내 복수의 구멍을 통해 공정 챔버 내로 기체를 유입시키는 단계와, 샤워헤드와 워크피스 지지부 사이에 플라즈마를 발생시키는 단계로서, 상기 워크피스 지지부에 면하는 샤워헤드의 표면은 플라즈마의 플라즈마 쉬스가 특징부의 윤곽을 따르도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하고, 상기 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성되는, 단계와, 플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 특징부는 복수의 특징부의 특징부들 사이에서 아크 발생이 방지되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 샤워헤드의 표면 상의 특징부 윤곽을 따르는 플라즈마의 플라즈마 쉬스는 샤워헤드의 유효 표면적을 증가시킨다.
소정 실시예에서, 제거되는 물질은 포토레지스트를 포함하고, 상기 포토레지스트는 저유전율 유전체 위에 놓인다. 물질은 폴리이미드를 포함할 수 있다.
소정 실시예에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는, 워크피스 지지부에 RF 파워를 인가하는 단계를 포함한다. RF 파워는 약 13.56MHz, 또는, 약 27MHz의 고주파수 파워를 포함한다. 다른 경우에, RF 파워는 약 1MHz, 또는, 약 400kHz의 저주파수 파워를 포함한다.
소정 실시예에서, 플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계는, 물질 제거를 위해 충분한 운동 에너지를 가진 이온을, 약 20 내지 25℃의 온도에서 워크피스와 충돌시키는 단계를 포함한다. 샤워헤드 내 복수의 구멍을 통해 공정 챔버 내로 유입되는 기체는 유도 연결 플라즈마로부터 발생되는 라디칼을 포함한다. 상기 기체는 산소 라디칼을 포함한다. 상기 공정 챔버 내 기체의 압력은 일부 실시예에서 25 밀리토르 내지 100 토르다.
다른 관련 방법은, 공정 챔버 내에서 기체성 종으로부터 플라즈마를 발생시키는 단계와, 플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계를 포함한다. 공정 챔버는 워크피스 지지부와 샤워헤드를 포함하며, 상기 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성되고, 상기 샤워헤드는 워크피스 지지부와 샤워헤드 사이의 영역 내로 기체성 종들을 통과시키도록 구성되는 복수의 구멍을 포함하며, 상기 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은, 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함한다.
본 발명의 이같은 형태 및 그외 다른 형태가 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1A는 소정의 실시예에 따른 하향 플라즈마 장치의 개략도.
도 1B는 소정의 실시예에 따른 용량성 연결 플라즈마 장치의 개략도.
도 2는 고주파수 (13.6MHz) RF 파워로 발생된 플라즈마 및 저주파수 (100kHz) RF 파워로 발생된 플라즈마에 대한 이온 에너지와 이온 플럭스(플라즈마의 단위 시간 당 단위 면적을 통과하는 이온 수)를 나타내는 그래프.
도 3는 샤워헤드의 일 실시예의 도면.
도 4A-4C는 샤워헤드의 추가적인 실시예의 도면.
도 5는 플라즈마 쉬스를 갖는 플라즈마를 포함하는 용량성 연결 플라즈마 장치의 개략도로서, 한 세트의 작동 조건에 대해 공정 챔버에서 연산된 피복 두께와 압력과의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 소정의 실시예에 따른 박리 공구의 개략도.
도 7은 소정의 실시예에 따른 프로세스 순서도.
도 8은 서로 다른 샤워헤드를 장착한 용량성 연결 플라즈마 장치를 이용한 플라즈마 파워와 열산화물 제거율의 관계를 나타내는 그래프.
본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 실시예들이 다음의 상세한 설명에서 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 구체적인 세부사항없이, 또는 대안의 요소나 프로세스를 이용하여서도 실시될 수 있다. 다른 경우에, 잘 알려진 프로세스, 절차, 및 구성요소들이 본 발명의 본질을 흐리지 않기 위해 생략되었다.
본 출원에서 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "부분적으로 제작된 집적 회로"는 상호혼용가능하게 사용된다. "부분적으로 제작된 집적 회로"는 집적 회로 제작의 여러 단계들 중 임의의 단계 중의 실리콘 웨이퍼를 의미한다. 다음의 상세한 설명은 본 발명이 웨이퍼 상에서 구현됨을 가정한다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형태, 크기, 및 물질을 가질 수 있다. 반도체 웨이퍼에 추가하여, 본 발명을 이용할 수 있는 다른 워크피스들은, 인쇄 회로 보드 등과 같은 다양한 품목을 포함한다.
집적 회로 제작에 사용되는 플라즈마 반응기 챔버 장치는 부분 제작된 집적 회로로부터 포토레지스트 물질 및 다른 잔류 물질을 제거하도록 구성되는 장치를 포함한다. 이러한 장치의 예는 미국, 캘리포니아주, San Jose에 소재한 Novellus Systems, Inc. 사에서 공급하는 Gamma 2100, 2130 I2CP(Interlaced Inductively Coupled Plasma), G400, GxT, 및 SIERRA를 포함한다. 다른 시스템은 미국, 머릴랜드주, Rockville에 소재한 Axcelis Technologies Inc. 사의 Fusion line과, 한국의 PSK Tech Inc. 사의 TERA21과, 미국, 캘리포니아주, Fremnont에 소재한 Mattson Technology Inc. 사의 Aspen을 포함한다. 추가적으로, 다양한 플라즈마 반응 챔버가 클러스터 툴과 연계될 수 있다. 예를 들어, 미국, 캘리포니아주, Santa Clarra에 소재한 Applied Materials사의 Centura 클러스터 툴에 스트립 챔버가 추가될 수 있다.
도 1은 소정의 실시예에 따른 하향 플라즈마 장치(100)의 개략도다. 장치(100)는 샤워헤드 조립체(106)에 의해 분리되는 하향 플라즈마 소스 챔버(102)와 노출 챔버(104)를 포함한다. 샤워헤드 조립체(106)는 샤워헤드(108)를 포함한다. 노출 챔버(104) 내부에서, 웨이퍼(112)가 플래튼(platen), 스테이지, 또는 워크피스 지지부(114) 상에 놓인다. 일부 실시예에서, 플래튼(114)과 면하는 샤워헤드(108)의 표면은 플래튼(114) 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 0.5 내지 2 인치 이격된다. 추가적인 실시예에서, 플래튼(114)과 면하는 샤워헤드(108)의 표면은 플래튼(114) 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 1.2 인치 이격된다. 또 다른 실시예에서, 플래튼(114)과 면하는 샤워헤드(108)의 표면은 플래튼 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 0.1 내지 0.9 인치 이격된다. 웨이퍼의 두께는 일반적으로 약 1mm 미만이어서, 웨이퍼가 플래튼 바로 위에 놓일 때 샤워헤드 표면과 웨이퍼 표면 간의 간격이 일반적으로 샤워헤드 표면과 플래튼 간의 간격으로 간주될 수 있다. 웨이퍼가 플래튼 상의 지지 구조물(예를 들어, 리프트 핀 또는 기류 블랭킷) 상에 놓일 때, 샤워헤드 표면과 웨이퍼 표면 간의 간격은 일반적으로 샤워헤드 표면과 지지 구조물 간의 간격으로 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 플래튼(114)은 가열/냉각 요소와 끼워맞춰진다. RF 파워 소스(116)가 플래튼(114)에 RF 파워를 공급하도록 구성된다. RF 파워 소스(116)는 일부 실시예에서 저주파수(LF) 파워 소스이고, 다른 실시예에서 고주파수(HF) 파워 소스다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 저주파수 파워 소스는 약 50kHz 내지 1MHz의 주파수를 갖고, 고주파수 파워 소스는 약 2 내지 200 MHz의 주파수를 갖는다. 다른 실시예에서, 저주파수 파워 소스는 약 400 kHz의 주파수를 갖고, 고주파수 파워 소스는 약 13.56 MHz의 주파수를 갖는다. 추가적인 실시예에서, RF 파워 소스는 저주파수 및 고주파수 파워 소스를 모두 갖는다.
진공 펌프(도시되지 않음)와 도관(118)을 통해 노출 챔버(104)에 저압이 구현된다. 기체 소스(도시되지 않음)는 장치(100)의 플라즈마 소스 챔버(102) 내로 유입구(120)를 통해 공정 기체의 흐름을 제공한다. 플라즈마 소스 챔버(102)는 유도 코일(122)에 의해 부분적으로 둘러싸이며, 유도 코일(122)은 파워 소스(124)에 연결된다. 플라즈마 소스 챔버(102) 및 유도 코일(122)의 다양한 구성 및 기하구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(122)은 인터레이스된 패턴(interlaced patern)으로 플라즈마 소스 챔버(102) 주위로 루프를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 플라즈마 소스 챔버(120)가 실린더 대신에 돔 형태로 구성될 수 있다. 장치(100)의 작동을 제어하기 위해 장치(100)의 구성요소에 컨트롤러(126)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(126)가 파워 서플라이(124)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(126)는, 예를 들어, 공정 기체 조성 및 압력과 플래튼(114)의 온도를 제어하기 위해 장치(100)의 다른 구성요소에 또한 연결될 수 있다. 기계-판독형 매체가 컨트롤러(124)에 연결되어, 장치(100)의 작동을 위한 공정 조건들을 제어하기 위한 명령들을 지닐 수 있다.
작동 중, 기체 혼합물이 플라즈마 소스 챔버(102) 내로 유입되고 유도 코일(122)이 파워 소스(124)를 이용하여 여기되어 플라즈마를 발생시킨다(즉, 유도 코일이 플라즈마 소스 챔버(102) 내에서 유도 연결 플라즈마를 발생시킨다). 샤워헤드(108)는 복수의 구멍 또는 통로(도시되지 않음)을 포함하며, 이러한 구멍 또는 통로를 통해 플라즈마로부터 플라즈마 종들이 노출 챔버(104)로 유입될 수 있다. 일부 실시예에서, 샤워헤드(108)는, 전압 인가시, 플라즈마로부터 이온 흐름을 종료시키고 플라즈마로부터 노출 챔버(114) 내로 라디칼 및 다른 중성 종을 흐르게 한다.
그 후, RF 파워 소스(116)를 이용하여 플래튼(114)에 RF 파워가 인가된다. 이러한 RF 파워는 샤워헤드(108)를 통과하는 라디칼로부터 추가 이온들을, 그리고, 플라즈라로부터 다른 중성종을 생성한다(즉, RF 파워 소스(116)가 용량성 연결 플라즈마를 생성한다). 노출 챔버의 압력은 일부 실시예에서 약 300 밀리토르(mtorr) 내지 1.5 토르이고, 다른 실시예에서 5 mtorr 내지 200 mtorr 이상이다. 플래튼(114)에 인가되는 RF 파워로 인해 샤워헤드(108)와 워크피스(112) 사이에 DC 바이어스 전압이 생성된다. 이러한 DC 바이어스 전압은 이온을 플래튼을 향해 가속시켜서 이온이 플래튼 상의 웨이퍼나 다른 워크피스에 충돌하게 된다. 웨이퍼에서의 이온 충돌은, 플라즈마 내 이온의 에너지와 반응성에 따라, 이온과 웨이퍼 상의 물질 사이에 등방성 스퍼터링 및/또는 이온-보조 화학적 반응이 나타난다. 이라헌 하향 플라즈마 장치(100)의 특징은, 플라즈마 소스 챔버(102)에 인가되는 파워가 플래튼의 바이어스 파워로부터 분리된다는 것이다. 이러한 파워 분리는 이온 밀도 및 이온 에너지에 대해 더 우수한 제어를 가능하게 한다.
일부 실시예에서, RF 파워 소스(116)는 고주파수 RF 파워만을 이용하여 노출 챔버(104)에 플라즈마를 발생시킨다. 이온은 고주파수 RF 필드를 따르거나 "타지"(ride) 않으며, 이는 고주파수 RF 파워의 반-사이클 동안 플라즈마 쉬스(plasma sheath)(아래 설명됨)을 통해 이온이 가속되지 않음을 의미한다.
다른 실시예에서, RF 파워 소스(116)는 고주파수 및 저주파수 RF 파워를 모두 이용하여, 또는, 저주파수 RF 파워만을 이용하여, 노출 챔버(104)에 플라므자를 발생시킨다. 이온들은 어느 정도까지 저주파수 RF 필드를 따르거나 타지 않으며, 이는 이온 에너지의 폭넓은 분포를 유동하여 샤워헤드(108)의 스퍼터링 또는 웨이퍼 손상을 야기할 수 있다.
도 1B는 소정의 실시예에 따른 용량성-연결 플라즈마 장치의 개략도다. 장치(150)는 하향 플라즈마 장치(100)와 유사하지만, 장치(150)는 하향 플라즈마 소스 챔버를 갖지 않는다. 장치(150)는 샤워헤드 조립체(154)와 함께 공정 챔버(152)를 포함한다. 샤워헤드 조립체는 샤워헤드(156)를 포함한다. 공정 챔버(154) 내부에서, 웨이퍼(160)가 플래튼, 스테이지, 또는 워크피스 지지부(158) 상에 놓인다. 샤워헤드(156)의 표면과 플래튼(158) 상의 웨이퍼나 워크피스 간의 간격은 상술한 바와 같다. 일부 실시예에서, 플래튼(158)은 가열/냉각 요소와 끼워맞춰진다. RF 파워 소스(162)는 일부 실시예에서 저주파수 파워 소스이고 다른 실시예에서 고주파수 파워 소스다. 예를 들어, 저주파수 파워 소스는 약 50kHz 내지 1MHz의 주파수를 갖고, 고주파수 파워 소스는 약 2 내지 200 MHz의 주파수를 갖는다. 다른 실시예에서, 저주파수 파워 소스는 약 1MHz의 주파수를 갖고, 고주파수 파워 소스는 약 27MHz의 주파수를 갖는다. 추가적인 실시예에서, 저주파수 파워 소스는 약 400 kHz의 주파수를 갖고, 고주파수 파워 소스는 약 13.56 MHz의 주파수를 갖는다. 또 다른 실시예에서, RF 파워 소스는 저주파수 및 고주파수 파워 소스를 모두 갖는다. 이러한 이중 주파수 구성은 이온 밀도 및 이온 에너지의 더욱 독립적인 제어를 제공하도록 구성되는 것이 일반적이다. 이는 플라즈마 밀도가 일반적으로 주파수 제곱에 대응하기 때문에 가능하다. 예를 들어, 컨트롤러(168)가 파워 서플라이(162)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(168)는, 예를 들어, 플래튼(158)의 온도를 제어하기 위해, 장치(150)의 다른 구성요소들에 연결될 수 있다. 기계-판독형 매체가 컨트롤러(168)에 연결되어, 장치(150)에서의 작동을 위한 공정 조건들을 제어하기 위한 명령을 지닐 수 있다. 진공 펌프(도시되지 않음) 및 도관(164)을 통해 공정 챔버(152) 내에서 저압이 나타난다.
작동 중, 기체 소스(도시되지 않음)로부터 샤워헤드(156)의 유입구(166) 및 복수의 구멍 또는 통로(도시되지 않음)를 통해 공정 챔버(152) 내로 기체나 기체 혼합물이 유입된다. 공정 챔버 내의 압력은 일부 실시예에서 약 5 내지 밀리토르 내지 100 토르이고 다른 실시예에서 약 600 mtorr다. 다른 실시예에서, 공정 챔버 내의 압력은 약 25 mtorr 내지 200 torr다. 그 후 RF 파워 소스(162)를 이용하여 플래튼(158)에 RF 파워가 인가된다. 이러한 RF 파워가 공정 챔버(152) 내 기체 또는 기체 혼합물로부터 이온을 생성한다. 이온은 웨이퍼 표면과 충돌하여 웨이퍼 표면 상에서 스퍼터링되거나 웨이퍼 표면 상의 물질과 화학적으로 반응한다.
추가 실시예에서, 기체는 슬라이드 또는 다른 유입구로부터, 샤워헤드를 통하지 않으면서, 용량성-연결 플라즈마 장치의 공정 챔버 내로 유입된다. 이러한 실시예에서, 판(즉, 구멍이나 통로없는 샤워헤드) 또는 다른 표면이 샤워헤드 대신에 사용된다.
상술한 장치 내로 유입되는 가스는 애플리케이션에 따라 다르다. 일부 실시예에서, 가스는 산소를 포함하거나, 산소 및 질소를 포함한다. 산소 기반 플라즈마에서의 이온화된 산소는, 포토레지스트 또는 그외 다른 폴리머 물질을 포함한, 웨이퍼 표면 상의 유기 물질과 반응하여, 물질을 태운다. 다른 실시예에서, 기체는 카본 테트라플로라이드 또는 나이트로젠 트리플로라이드와 같은 플루오르화 종을 포함한다. 추가 실시예에서, 기체는 아르곤을 포함한다. 화학적으로 반응성인 이온이 플라즈마에 형성되는 실시예에서, 이온의 운동 에너지는 아래 설명되는 바와 같이, 화학적 반응에 필요한 활성화 에너지의 일부를 공급할 수 있다. 플라즈마 형성에 비활성 가스(가령, 아르곤)만이 사용되는 실시예에서, 이온은 웨이퍼 표면 상의 물질을 물리적으로 스퍼터링한다.
도 2는 고주파수 (13.6MHz) RF 파워를 이용하여 발생되는 플라즈마와, 저주파수 (100kHz) RF 파워를 이용하여 발생되는 플라즈마에 대해 이온 플럭스(플라즈마에서 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 이온 수)와 이온 에너지 간의 관계를 나타내는 그래프(200)다. 플라즈마 공정 작동에서, 이온 에너지는 화학적 반응에 필요한 활성화 에너지 및/또는 워크피스 상의 물질을 스퍼터링하는데 필요한 에너지를 제공한다. 이온 에너지 및 저주파수 RF 파워로 발생되는 더 높은 이온 에너지의 폭넓은 분포가 일부 실시예의 애플리케이션에 유용하다. 고주파수 RF 파워로 발생되는 이온 에너지의 폭좁은 분포는 다른 실시예의 애플리케이션에 대해 유용하다. 예를 들어, 웨이퍼로부터 물질을 스퍼터링시키거나 및/또는 반응이 이루어지기에 충분한 이온 에너지를 달성하기 위해 일부 실시예에서 저주파수 RF 발생 플라즈마를 이용하는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 저주파수 RF 발생 플라즈마는 웨이퍼 내 하부 특징부 또는 표면을 손상시킬 수 있다.
이온 에너지는 샤워헤드와 플래튼 간의 바이어스에 의해 직접 영향받는다. 이러한 바이어스는 샤워헤드(또는 접지 전극)의 표면적과 플래튼(또는 파워 전극)의 표면적에 의해 부분적으로 통제된다. 바이어스 전압을 통제하는 수식은 다음의 수식 1로 주어진다.
[수식 1]
V파워/V접지 = (A접지/A파워)5/2
V파워는 파워 전극 상의 쉬스 전압이고, V접지는 접지 전극 상의 쉬스 전압이며, A접지는 접지 전극의 표면적, A파워는 파워 전극의 표면적이다. 하향 플라즈마 장치(100) 및 용량성-연결 플라즈마 장치(150)에서, 샤워헤드는 접지 전극이고 플래튼은 파워 전극이다. 수식 1에 따르면, 파워 전극의 표면적에 비해 접지 전극의 표면적의 차이가 클 경우, 접지 전극과 파워 전극 간의 바이어스가 크다.
도 3은 샤워헤드(300)의 일 실시예를 도시한다. 이 샤워헤드는 하향 플라즈마 장치(100), 용량성 연결 플라즈마 장치(150), 및 유사 장치를 포함하는 장치에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 샤워헤드(300)는 알루미늄 합금으로 제조된다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 애노드화된다. 상술한 바와 같이, 샤워헤드는 일부 프로세스에서 스퍼터링되며, 공정 챔버 내 알루미늄 합금의 스퍼터링은 일부 프로세스에서 과도하게 해롭지 않다. 다른 실시예에서, 샤워헤드(300)는 스틸, 알루미나, 또는, 알루미늄 나이트라이드로 제조된다. 일부 실시예에서, 플래튼과 면하는 샤워헤드 표면이 코팅으로 코팅된다. 추가 실시예에서, 코팅은 알루미늄 플로라이드 코팅이다. 상술한 바와 같이, 샤워헤드는 플라즈마로부터의 플라즈마 종 또는 기체가 통과할 수 있는 복수의 구멍이나 통로를 포함한다. 일부 실시예에서, 샤워헤드(300)는 약 24,000개의 구멍을 포함한다. 구멍은 일부 실시예에서, 구멍 내에 플라즈마가 형성되지 않도록 충분히 작다.
샤워헤드(300)는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드 표면을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 또한 포함한다. 샤워헤드(300)의 복수의 특징부는 동심 마루(304)와 동심 골(306)을 포함하고, 샤워헤드 중심에서 동심 마루와 동심 골의 중심이 만난다. 소정의 실시예에서, 동심 마루와 동심 골의 중심은 샤워헤드 상에 있으나, 샤워헤드의 중심과는 이격된다. 추가 실시예에서, 동심마루와 동심 골의 중심은 샤워헤드 상에 놓이지 않는다. 즉, 샤워헤드의 복수의 특징부가 아크를 포함한다. 샤워헤드(300)의 경우, 마루 및 골이 동일한 주기성을 갖는다. 즉, 마루와 골이 샤워헤드 중심으로부터 가장자리까지 그려진 선을 따라 주기적인 파동으로 구성된다. 다른 실시예에서, 마루와 골이 동일한 주기성을 갖지 않는다. 샤워헤드(300)는 플래튼 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 것이 일반적이다. 예를 들어, 플래튼이 300mm 웨이퍼를 지지하도록 구성될 때, 샤워헤드(300)의 직경은 약 320mm이고, 주기적인 파동의 진폭은 약 0.5인치이며, 주기적인 파동의 파장은 약 1인치다. 표면 특징부의 일정한 주기성은 아래 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서 균일 플라즈마를 발생시키는데 유용할 수 있다.
도 4A-4C는 샤워헤드의 직경을 증가시키지 않으면서 달성되는, 증가된 표면적을 갖는 샤워헤드의 추가 실시예를 도시한다. 도 4A-4C에 도시되는 샤워헤드는 샤워헤드 표면 상의 복수의 특징부로 인해 증가된 표면적을 갖는다. 일부 실시예에서, 도 4A-4C에 도시되는 샤워헤드는 알루미늄 합금으로 제조된다. 도 4A-4C에 도시되지 않으나, 설명되는 샤워헤드의 실시예는 플라즈마로부터의 플라즈마 종 또는 기체가 통과할 수 있는 복수의 구멍 또는 통로를 포함한다.
도 4A는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 갖는 샤워헤드(400)의 다른 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 샤워헤드(400)의 직경은 약 320mm다. 샤워헤드(400)는 샤워헤드(400)의 중심을 통과하는 3개의 마루(402, 404, 406)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 3개의 마루는 약 1인치의 폭을 가질 수 있고, 샤워헤드의 표면의 다른 영역으로부터 약 0.4 인치만큼 연장될 수 있다.
도 4B는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 갖춘 샤워헤드의 다른 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 샤워헤드(420)의 직경은 약 320mm다. 샤워헤드(420)는 샤워헤드(420)를 통과하는 5개의 마루(422, 424, 426, 428, 430)를 포함한다. 이러한 마루들 사이에는 골이 위치한다. 샤워헤드(420)의 경우, 마루 및 골이 동일한 주기성을 갖는다. 즉, 마루와 골이 샤워헤드 중심을 통과하면서 샤워헤드의 상측 에지로부터 하측 에지까지 그려지는 선을 따라 주기적인 파동으로 구성된다. 상측 에지와 하측 에지는 도 4B에 도시되는 방위에서 샤워헤드를 설명하는데 사용된다. 왜냐하면, 샤워헤드가 플라즈마 장치의 일부 실시예에서 수평면에 장착되기 때문에, 상측 에지 및 하측 에지는 샤워헤드를 관찰하는 자의 시각에 따라 좌우된다. 다른 실시예에서, 마루와 골은 동일한 주기성을 갖지 않는다. 샤워헤드(420)의 직경은 약 320mm이고, 주기적인 파동의 진폭은 약 0.4인치이며, 주기적인 파동의 파장은 약 1인치다. 표면 특징부의 일정한 주기성은 일부 실시예에서 균일 플라즈마를 발생시키는 데 유용할 수 있다.
도 4C는 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 갖춘 샤워헤드의 다른 실시예를 도시한다. 샤워헤드(440)의 복수의 특징부는 주기적으로 배열되는 복수의 원형 특징부 또는 스팟을 포함한다. 원형 특징부 중 하나는 원형 특징부(422)다. 원형 특징부의 직경은 약 1인치이고, 샤워헤드의 표면의 다른 영역으로부터 약 0.4인치만큼 연장된다. 표면 적징부의 일정한 주기성은 일부 실시예에서 균일한 플라즈마를 발생시키는 데 유용할 수 있다.
여기서 설명되는 실시예들이 약 320mm의 직경을 갖춘 샤워헤드 또는 접지 전극을 식별하고 있으나, 샤워헤드의 실제 치수는 워크피스를 지지하도록 구성되는 플래튼의 크기에 따라 상당한 정도로 변할 수 있다. 플래튼은 플래튼이 지지하는 워크피스와 동일한 크기인 것이 일반적이며, 샤워헤드는 플래튼보다 약간 큰 것이 일반적이다. 여기서 설명되는 320mm 샤워헤드는 30mm 웨이퍼를 처리하도록 구성된다. 그러나, 해가 갈수록 웨이퍼 크기가 꾸준히 증가하고 있고, 계속하여 증가할 것으로 예상된다. 웨이퍼가 크기 때문에 웨이퍼를 지지하기 위해 더 큰 플래튼이 필요할 것이고, 따라서 더 큰 샤워헤드가 요구될 것이다.
샤워헤드의 표면적을 증가시킬 수 있는 임의의 구조의 특징부들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 소정 실시예에서, 샤워헤드의 복수의 특징부가 나선을 포함한다. 일부 실시예에서 나선의 중심은 샤워헤드의 중심에 있고, 다른 실시예에서 나선의 중심은 샤워헤드 상에 있으나 샤워헤드의 중심과는 이격된다. 추가 실시예에서, 나선의 중심은 샤워헤드 상에 있지 않다. 즉, 샤워헤드의 복수의 특징부가 나선의 곡선을 포함한다. 소정 실시예에서, 샤워헤드의 표면적을 증가시키는 특징부의 구조는 아래 설명되는 제한사항에 귀속된다(즉, 중공 캐소드 방전이라 발려진 특징부 내의 고강도 플라즈마를 지원하기 위해 충분한 기하 구조 및 치수를 갖는 특징부를 통과하는 플라즈마 쉬스). 다른 실시예에서, 복수의 특징부는 주기적으로 배열되지 않거나 임의적으로 배열되는 특징부를 포함한다. 특징부들은 마루, 골, 스팟, 범프들을 포함할 수 있고, 주기적인, 또는 주기적이지 않은, 및/또는 임의적 배열로 위 특징부들의 조합을 포함할 수 있다. 특징부들은 일부 실시예에서 서로로부터 약 0.5 내지 3.0 인치만큼 이격된다. 특징부는 일부 실시예에서 약 0.1 내지 0.8 인치만큼 샤워헤드의 표면으로부터 연장되거나 돌출한다. 더욱이, 특징부는 샤워헤드의 중심 주위로 대칭일 수도 있고 비대칭일 수도 있다. 샤워헤드는 원형, 정사각형, 육각형, 또는, (플래튼 상에 지지되는 워크피스에 적합한) 다른 형상일 수 있다.
상술한 바와 같이, 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키는 임의의 구조의 특징부가 사용될 수 있다. 그러나, 소정 실시예에서, 특징부는, 플라즈마의 플라즈마 쉬스가 특징부 표면을 따르도록, 이격된다. 플라즈마 쉬스는 더 높은 양이온 밀도를 갖는, 따라서, 전체적으로 과량의 양전하를 갖는, 플라즈마층으로서, 접촉하고 있는 물질의 표면 상에서 반대의 음전하와 균형을 이루는 플라즈마층이다(가령, 샤워헤드 및 웨이퍼 표면). 플라즈마 쉬스의 두께는 아래 설명되는 다양한 플라즈마 특성에 따라 좌우된다. 샤워헤드 상의 특징부 표면을 따르는 플라즈마 쉬스가 없을 경우, 여기서 설명되는 샤워헤드의 장점이 실현될 수 없다. 더욱이, 특징부들이 서로 밀접하게 이격되거나 높은 주기성을 가질 경우, 플라즈마는 특징부의 표면을 따르지 않을 수 있고, 복수의 특징부는 수식 1과 관련하여 평탄한 표면의 표면적을 효과적으로 나타낼 것이다. 예를 들어, 플라즈마 쉬스 두께가 클 경우, 특징부가 너무 작을 때 플라즈마 쉬스가 샤워헤드의 특징부 표면을 따르지 않을 것이다. 일반적으로, 특징부 크기가 감소하여 쉬스 두께의 작은 일부분이 될 경우, 샤워헤드 상의 복수의 특징부의 영향이 이온 밀도 증가로 나타나지 않을 것이다.
플라즈마 쉬스가 샤워헤드 상의 특징부의 두께를 따르는 지를 부분적으로 결정하는 플라즈마 쉬스 두께는, 플라즈마 및 전자 밀도 및 온도의 함수이고, 플라즈마 및 전자 밀도와 온도는 플라즈마 발생에 사용되는 RF 파워 레벨, 여기 주파수, 압력, 기체 종류, 및 전극 크기에 따라 좌우된다. 도 5는 플라즈마 쉬스(503a, 503b)를 갖는 플라즈마를 포함하는 용량성 연결 플라즈마 장치의 개략도(502)와, 한 세트의 작동 조건에 대해 챔버 내 압력과 쉬스의 연산 두께 간의 관계를 나타내는 그래프(504)를 포함한다. 쉬스 두께는 약 1 mtorr 내지 10 torr의 예상 작동 압력 범위를 채택한 플라즈마 모델을 이용하여 연산되었다. 이 모델에 대해 특정된 추가적인 파라미터는 13.56MHz에서 1000 와트의 RF 파워와, 13 인치 접지 및 파워 전극과, 전극들 간 1.2 인치 갭과, 아르곤 가스를 포함한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 이러한 연산은 수천분의 1인치로부터 1/2인치까지의 범위로 압력에 따라 좌우되는 예상 쉬스 두께를 나타낸다. 그래프(504)에 따르면, 더욱 정밀하고 밀접하게 이격된 특징부들이, 높은 작동 압력을 이용할 때 샤워헤드의 표면 상의 복수의 특징부에 대해 사용될 수 있고, 높은 작동 압력에서 얇은 플라즈마 쉬스로 인해, 플라즈마 쉬스는 더 정밀하고 더 밀접하게 이격된 특징부들을 따를 수 있을 것이다. 그러나, 높은 작동 압력에서, 중공 캐소드 방전을 지원하기 위해 충분한 기하 구조 및 치수를 갖는 특징부를 통과하는 플라즈마 쉬스가 나타날 가능성이 높다. 이러한 요인들은 복수의 특징부들을 갖는 샤워헤드를 구성할 때를 책임져야 한다.
도 3 및 도 4A-4C에 도시된 구조 중 어느 하나의 구조로 샤워헤드의 표면적을 증가시키면 바이어스가 증가하고, 그 결과 이온 에너지가 증가한다. 예를 들어, 도 2에 도시되는 고주파수 RF 파워로 발생되는 플라즈마의 경우, 플라즈마 챔버에서 샤워헤드 중 하나를 이용할 때, 곡선이 우측으로(즉, 높은 이온 에너지를 향해) 이동할 것이다.
상술한 방식으로 샤워헤드의 면적을 변화시킴으로써 이온 에너지를 증가시키는 기능은, 복수의 서로 다른 집적 회로 제작 작동에 플라즈마 프로세스를 사용할 수 있게 한다. 예를 들어, 웨이퍼 표면 상의 물질과 웨이퍼 표면 상에서의 이온 충돌 간에 반응이 이루어지기 위해 프로세스에 의해 요구되는 활성화 에너지는, 웨이퍼 표면 상에서의 충돌하는 이온의 운동 에너지나 열 에너지(즉, 웨이퍼 가열에 의한 열 에너지)에 의해 공급될 수 있다. 웨이퍼 가열이 불가능한 제조 프로세스(가령, 프로세스에 대한 열 예산(thermal budget)이 낮은 경우)에서, 활성화 에너지의 전부 또는 일부가 이온의 운동 에너지에 의해 제공될 수 있다. 이는 이온 에너지를 제어하는 능력으로 인해 가능해질 수 있다.
이러한 방식으로 이온 에너지를 제어하는 능력은, 집적 회로의 백-엔드 공정에서, 특히, 낮은 열 예산을 갖는 프로세스에서, 표면으로부터 물질을 박리/제거하기 위한 플라즈마 프로세스의 이용을 가능하게 한다. 백-엔드 공정은 집적 회로의 최종 조립 및 패키징을 포함한다. 거의 완전하게 제조된 집적 회로에 손상을 미치지 않는 주문형 이온 에너지를 갖는 이온을 이용하여 트렌치(일부 예에서, 약 100미크론 x 100미크론)로부터 폴리머 물질이 제거될 수 있다. 예를 들어, 땜납이 이러한 트렌치에 증착될 수 있도록 이러한 폴리머 물질이 제거될 필요가 있다. 일부 예에서, 폴리머 물질은 폴리이미드를 포함한다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 공정 장치의 일부 실시예에서, 플래튼에 면하는 샤워헤드의 표면은, 플래튼 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 0.5 내지 2 인치만큼 이격된다. 추가 실시예에서, 플래튼과 면하는 샤워헤드의 표면은 플래튼 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 1.2 인치 위치에 놓인다. 다른 추가 실시예에서, 플래튼에 면하는 샤워헤드 표면은, 플래튼 상의 웨이퍼 표면으로부터 약 0.1 내지 0.9 인치 위치에 놓인다. 일부 실시예에서, 플라즈마에 존재할 수 있는 불균일성에 웨이퍼가 노출되지 않도록 간격이 충분히 크다.
상술한 바와 같이, 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 갖는 샤워헤드의 한가지 장점은, 샤워헤드와 관련한 구성요소 및 샤워헤드의 직경을 증가시키지 않으면서 플라즈마의 이온 에너지를 증가시킬 수 있다는 점을 포함한다. 이러한 샤워헤드의 다른 장점은, 낮은 RF 파워로 높은 이온 에너지를 달성함으로써 샤워헤드가 시스템의 효율을 증가시킬 수 있고, 따라서, 소정의 플라즈마 프로세스를 가동하는데 필요한 RF 파워를 감소시킴으로써 잠재적인 에너지 절감을 달성할 수 있다는 것이다. 이러한 샤워헤드의 추가적인 장점은, 파워 전극에서의 이온 에너지 증가 및 샤워헤드에서의 이온 에너지 감소로 인한 샤워헤드의 스퍼터링 감소와, 공정 챔버의 크기 감소에 의한 장치 비용의 절감 가능성과, 더욱 국한된 플라즈마의 생성으로 인한 시스템의 에너지 효율 증가를 포함한다.
일부 집적 회로 제작 툴에서, 툴은 복수의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있도록 복수 개의 웨이퍼 처리 스테이션을 갖는다. 도 6은 복수 스테이션 웨이퍼 박리 유닛 툴(600)의 평면도를 도시하는 간단한 블록도다. 박리 유닛 툴(600)은 5개의 박리 스테이션(604, 606, 608, 610, 612)과 하나의 로드 스테이션(load station)(602)을 포함한다. 각각의 박리 스테이션은 장치(100) 또는 장치(150)의 다양한 구성요소들을 포함한다. 박리 유닛 툴(600)은 각각의 박리 스테이션이 하나의 웨이퍼를 처리할 수 있도록 구성된다. 모든 스테이션은 공통 진공에 노출될 수 있다. 각각의 박리 스테이션(604, 606, 608, 610, 612)은 자체 RF 파워 서플라이를 갖는다. 로드 스테이션(602)은 일반적으로 로드-락 스테이션을 구비하여, 진공 중단없이 박리 유닛 툴(600)로 웨이퍼를 투입할 수 있게 한다. 로드 스테이션(602)은 가열 램프를 또한 구비하여, 박리 스테이션으로 전달하기 전에 웨이퍼를 예열할 수 있다. 박리 스테이션(612)은 로드-락 스테이션을 일반적으로 구비하여, 진공 중단없이 박리 유닛 툴(600)로부터 웨이퍼를 배출할 수 있게 한다. 로봇 암(614)이 스테이션 간에 웨이퍼를 전달한다.
전형적인 제작 프로세스 중, 웨이퍼는 배치 모드(batch mode)로 제작된다. 배치 모드 공정은 웨이퍼 처리량을 증가시킬 수 있고, 제작 작동에 통상적으로 사용된다. 배치 모드에서, 각각의 웨이퍼는 스테이션(602, 604, 606, 608, 610, 612) 각각에 전달되고, 그 각각 내에서 처리된다. 예를 들어, 전형적인 배치 모드 프로세스는 다음과 같이 진행될 것이다. 웨이퍼는 로드 스테이션(602) 내로 로딩되어 가열 램프로 예열된다. 그 다음, 로봇 암(614)이 웨이퍼를 박리 스테이션(614)으로 전달하여, 포토레지스트의 약 1/5를 벗겨내기에 충분한 시간동안 플라즈마로 플라즈마 처리된다. 로봇 암(614)은 그 후 박리 스테이션(606)에 웨이퍼를 전달하고, 박리 스테이션(604)에서 나머지 포토레지스트의 다른 약 1/5를 벗겨내기에 충분한 시간동안 웨이퍼가 플라즈마로 처리된다. 이러한 시퀀스는 웨이퍼가 박리 스테이션(608, 610, 612)에서 처리되도록 계속된다. 박리 스테이션(612)에서, 포토레지스트는 크게 제거되어야 하고 웨이퍼는 그후 박리 유닛 툴(600)로부터 하적(unloading)된다.
개시되는 장치 및 디바이스는 반도체 제작을 위한 리소그래피 및/또는 패턴처리 하드웨어를 포함한 시스템에서 또한 구현될 수 있다. 더욱이, 개시되는 방법은 개시되는 방법에 선행하거나 이어지는 리소그래피 및/또는 패턴처리 프로세스와 함께 구현될 수 있다.
방법
도 7은 소정의 실시예에 따른 프로세스 순서도를 도시한다. 도 7은 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하기 위한 방법(701)을 도시한다. 소정 실시예에서, 제거되는 물질은 포토레지스트를 포함하며, 포토레지스트는 웨이퍼 상의 저유전율 유전체 위에 놓인다. 다른 실시예에서, 제거되는 물질은 폴리이미드를 포함한다. 방법(701)의 실시예는 상술한 장치 및 디바이스와 함께 실행될 수 있다.
단계 702에서, 샤워헤드 내 복수의 구멍을 통해 기체가 공정 챔버 내로 유입된다. 물리적 스퍼터링 메커니즘을 이용하여 물질이 제거되는 실시예에서, 기체는 아르곤과 같은 비활성 기체다. 산화 프로세스를 이용하여 물질이 제거되는 실시예에서, 기체는 산소 또는 산소 함유 종을 포함한다. 추가 실시예에서, 기체는 유도 연결 플라즈마로부터 발생되는 라디칼을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 라디칼은 산소 라디칼을 포함한다. 다른 프로세스 기체가 또한 사용될 수 있고, 수소, 암모니아, 카본 테트라플로라이드, 및 질소를 포함할 수 있다.
단계 704에서, 샤워헤드와 워크피스 지지부 사이에서 플라즈마가 발생된다. 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성된다. 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은 플라즈마의 플라즈마 쉬스가 특징부의 윤곽을 따르도록 구성되는 복수의 특징부를 포함한다. 샤워헤드의 특징부 윤곽을 따르는 플라즈마 쉬스는, 추가 실시예에서 샤워헤드의 유효 표면적을 증가시킨다. 복수의 특징부가 일부 실시예에서 특징부 간 플라즈마의 아크 발생을 방지하도록 또한 구성된다. 소정 실시예에서, 플라즈마는 워크피스 지지부에 RF 파워를 인가함으로써 발생된다. RF 파워는 약 13.56 MHz의 고주파수 파워, 또는, 약 400 kHz의 저주파수 파워, 또는, 고주파수 파워 및 저주파수 파워 모두를 포함할 수 있다.
단계 706에서, 워크피스 표면으로부터 물질을 제거하기 위해 워크피스 표면 상에서 플라즈마로부터의 이온이 충돌한다. 상술한 바와 같이, 물질이 스퍼터링 프로세스에 의해 제거될 수도 있고, 산화 또는 다른 화학적 프로세스에 의해 제거될 수도 있다. 소정 실시예에서, 이온이 워크피스 표면에 충돌할 때 워크피스는 약 20 내지 25℃의 온도에 놓인다. 플라즈마의 플라즈마 쉬스가 특징부의 윤곽을 따르도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하는 샤워헤드를 이용할 경우, 샤워헤드의 표면적이 증가하고 이온 에너지가 증가한다. 이러한 방식으로 이온 에너지를 증가시키면, 워크피스 가열없이 물질을 산화시킴으로써 워크피스로부터 물질을 제거할 수 있고, 워크피스를 가열함으로써 발생되는 열 에너지에 의해서가 아니라, 이온의 운동 에너지에 의해, 물질 산화에 필요한 활성화 에너지가 제공된다.
워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 방법의 다른 실시예에서, 공정 챔버 내 기체 종으로부터 플라즈마가 생성된다. 공정 챔버는 워크피스를 지지하도록 구성되는 워크피스 지지부를 포함한다. 공정 챔버는 샤워헤드를 또한 포함하는데, 상기 샤워헤드는 워크피스와 샤워헤드 사이의 영역 내로 기체성 종들을 통과시키도록 구성되는 복수의 구멍을 포함한다. 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함한다. 플라즈마로부터의 이온은 워크피스의 표면 상에서 충돌하여, 워크피스 표면으로부터 물질을 제거하게 된다.
실험 결과
평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 갖춘 샤워헤드의 장점을 보여주기 위해 실험이 수행되었다. 도 8은 여러 가지 샤워헤드를 구비한 용량성 연결 장치를 이용하여 열 산화물 제거율과 플라즈마 파워와의 관계를 도시하는 그래프다. 워크피스 상의 열산화물은, 플라즈마에서 발생되는 아르곤 이온이 27eV의 에너지를 가질 때 아르곤 이온으로 스퍼터링된다. 따라서, 플라즈마 파워를 증가시키고 열 산화물의 스퍼터링이 시작될 때를 결정함으로써, 이온 에너지가 27eV인 파워 레벨이 결정될 수 있다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 복수의 특징부(샤워헤드 1의 특징부 및 샤워헤드 2의 특징부)를 갖춘 샤워헤드의 경우, 평탄한 샤워헤드(평탄한 샤워헤드 1 및 평탄한 샤워헤드 2)에 비해 낮은 플라즈마 파워에서 이온 에너지가 높다(즉, 열 산화물이 스퍼터링되기 시작하는 이온 에너지, 적어도 27eV). 특징부 샤워헤드 1 및 특징부 샤워헤드 2는 도 3에 도시된 샤워헤드(300)와 유사하게 구성되는 2개의 샤워헤드다. 특징부 샤워헤드 1은 0.437 인치의 진폭 및 1 인치의 파장을 갖는 복수의 특징부를 구비한, 애노드화되지 않은, 알루미늄 합금 샤워헤드다. 특징부 샤워헤드 2는 0.317 인치의 진폭과 1 인치의 파장을 갖는 복수의 특징부를 갖춘, 애노드화되지 않은, 알루미늄 합금 샤워헤드다. 평탄한 샤워헤드 1은 평탄한, 애노드화된 알루미늄 합금 샤워헤드다. 평탄한 샤워헤드 2는 평탄한, 애노드화되지 않은, 알루미늄 합금 샤워헤드다.
다양한 세부사항이 명료성을 위해 생략되었으나, 다양한 설계 대안이 구현될 수 있다. 따라서, 본 예는 예시적인 것인지 제한적인 것으로 간주되어서는 안되며, 본 발명은 여기서 주어진 세부사항만으로 제한되어서는 안되며, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 수정될 수 있다.

Claims (39)

  1. 플라즈마 공정 장치에 있어서,
    워크피스를 지지하도록 구성된 워크피스 지지부와,
    샤워헤드
    를 포함하며, 상기 샤워헤드는 상기 워크피스 지지부와 상기 샤워헤드 사이의 영역 내로 기체성 종들을 통과시키도록 구성되는 복수의 구멍을 포함하고, 상기 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 동심 마루와 동심 골을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 연장되는 마루 및 골을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 상기 샤워헤드 사이에서 이어지는 마루 및 골을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 주기적으로 배열되는 복수의 특징부를 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 임의적 패턴을 갖는 복수의 특징부를 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    RF 파워를 상기 워크피스 지지부에 인가하도록 구성되는 RF 파워 소스
    를 더 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 RF 파워 소스는 저주파수 파워 소스를 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 RF 파워 소스는 고주파수 파워 소스를 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 내 복수의 구멍은 24,000개의 구멍을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 알루미늄 합금을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 표면과 워크피스 지지부 간의 간격은 0.1 내지 0.9 인치인
    플라즈마 공정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 표면과 워크피스 지지부 간의 간격이 1.2 인치인
    플라즈마 공정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드로부터 상향에 위치한 플라즈마 소스 챔버로서, 샤워헤드를 통과하도록 허가된 상기 기체성 종은 플라즈마 소스 챔버로부터의 라디칼을 포함하는
    플라즈마 공정 장치.
  15. 반도체 리소그래피용 장치에 있어서,
    포토레지스트 도포용으로 구성된 디바이스와,
    포토레지스트 노출용으로 구성된 디바이스와,
    포토레지스트 제거용으로 구성된 제 1 항에 따른 플라즈마 공정 장치
    를 포함하는 반도체 리소그래피용 장치.
  16. 플라즈마 공정 장치에 사용하도록 구성된 샤워헤드에 있어서,
    기체성 종들을 통과시키도록 구성된 복수의 구멍과,
    평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하는, 워크피스에 면하도록 구성된 표면
    을 포함하는 샤워헤드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 동심 마루와 동심 골을 포함하는
    샤워헤드.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 샤워헤드의 중심으로부터 연장되는 마루와 골을 포함하는
    샤워헤드.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 샤워헤드 사이에서 이어지는 마루와 골을 포함하는
    샤워헤드.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 주기적으로 배열되는 복수의 특징부를 포함하는
    샤워헤드.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 임의적 패턴을 갖는 복수의 특징부를 포함하는
    샤워헤드.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 내 복수의 구멍은 24,000개의 구멍을 포함하는
    샤워헤드.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 알루미늄 합금을 포함하는
    샤워헤드.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부가 나선을 포함하는
    샤워헤드.
  25. 샤워헤드 내 복수의 구멍을 통해 공정 챔버 내로 기체를 유입시키는 단계와,
    샤워헤드와 워크피스 지지부 사이에 플라즈마를 발생시키는 단계로서, 상기 워크피스 지지부에 면하는 샤워헤드의 표면은 플라즈마의 플라즈마 쉬스가 특징부의 윤곽을 따르도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하고, 상기 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성되는, 단계와,
    플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 복수의 특징부의 특징부들 사이에서 아크 발생이 방지되도록 구성되는
    방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    제거되는 물질은 포토레지스트를 포함하고, 상기 포토레지스트는 저유전율 유전체 위에 놓이는
    방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 물질이 폴리이미드인
    방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    플라즈마를 발생시키는 단계는, 워크피스 지지부에 RF 파워를 인가하는 단계를 포함하는
    방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    RF 파워는 13.56MHz의 고주파수 파워를 포함하는
    방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    RF 파워는 27 MHz의 고주파수 파워를 포함하는
    방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    RF 파워는 1MHz의 저주파수 파워를 포함하는
    방법.
  33. 제 29 항에 있어서,
    RF 파워는 400kHz의 저주파수 파워를 포함하는
    방법.
  34. 제 25 항에 있어서,
    플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계는, 물질 제거를 위해 충분한 운동 에너지를 가진 이온을, 20 내지 25℃의 온도에서 워크피스와 충돌시키는 단계를 포함하는
    방법.
  35. 제 25 항에 있어서,
    샤워헤드 내 복수의 구멍을 통해 공정 챔버 내로 유입되는 기체는 유도 연결 플라즈마로부터 발생되는 라디칼을 포함하는
    방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 기체가 산소 라디칼을 포함하는
    방법.
  37. 제 25 항에 있어서,
    샤워헤드의 표면 상의 특징부 윤곽을 따르는 플라즈마의 플라즈마 쉬스는 샤워헤드의 유효 표면적을 증가시키는
    방법.
  38. 제 25 항에 있어서,
    상기 공정 챔버 내 기체의 압력은 25 밀리토르 내지 100 토르인
    방법.
  39. 공정 챔버 내에서 기체성 종으로부터 플라즈마를 발생시키는 단계로서, 상기 플라즈마 공정 챔버는 워크피스 지지부와 샤워헤드를 포함하며, 상기 워크피스 지지부는 워크피스를 지지하도록 구성되고, 상기 샤워헤드는 워크피스 지지부와 샤워헤드 사이의 영역 내로 기체성 종들을 통과시키도록 구성되는 복수의 구멍을 포함하며, 상기 워크피스 지지부와 면하는 샤워헤드의 표면은, 평탄한 표면에 비해 샤워헤드의 표면적을 증가시키도록 구성되는 복수의 특징부를 포함하는, 단계와,
    플라즈마로부터의 이온을 워크피스의 표면 상에서 충돌시켜서 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는 방법.

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