KR20130023390A - 전극 피스의 독립적 움직임을 이용한 에칭 레이트 균일성 개선 - Google Patents

전극 피스의 독립적 움직임을 이용한 에칭 레이트 균일성 개선 Download PDF

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Abstract

플라즈마 리액터는 챔버, 하부 전극, 상부 전극, 상기 하부 전극에 인접하며 실질적으로 에워싸는 하부 접지 연장부를 포함한다. 상부 접지 연장부는 상부 전극에 인접하며 실질적으로 평행한다. 상부 전극은 또한 접지된다. 상부 접지 연장부는 독립적으로 상승되거나 하강될 수 있어서 상기 하부 접지 연장부 위의 영역으로 연장될 수 있다.

Description

전극 피스의 독립적 움직임을 이용한 에칭 레이트 균일성 개선{IMPROVEMENT OF ETCH RATE UNIFORMITY USING THE INDEPENDENT MOVEMENT OF ELECTRODE PIECES}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.
통상적인 플라즈마 에칭 장치는 반응성 가스 또는 가스들이 통과하여 흐르는 챔버가 존재하는 리액터를 포함한다. 챔버 내부에서, 가스들은, 통상적으로 무선 주파수 에너지에 의해서, 플라즈마로 이온화된다. 플라즈마의 높은 반응성의 이온들은 집적 회로 (IC) 들로 프로세싱되는 동안에 반도체 웨이퍼의 표면 상의 폴리머 마스크 또는 상호 접속점들 사이의 유전체와 같은, 물질로 반응할 수 있다. 에칭 이전에, 웨이퍼는 챔버내에 위치되며, 웨이퍼의 상부 표면을 플라즈마에 노출시키는 척 또는 홀더에 의해서 적절한 위치에서 유지된다.
반도체 프로세싱에서, 각 프로세스 동안 웨이퍼에 걸친 에칭 또는 증착 레이트 균일성은 직접적으로 디바이스 수율에 영향을 준다. 이것은 프로세스 리액터에 대한 주요한 적격 요구 사항들 중 하나이며 따라서 그 설계 및 개발 동안 매우 중요한 파라미터로 고려된다. 웨이퍼 직경의 크기가 증가하면서, 집적 회로들의 각각의 배치의 균일성을 보장하는 문제는 점점 어려워진다. 예를 들어, 200 mm 에서 300 mm 로의 웨이퍼 크기 증가 및 웨이퍼 당 더 작은 회로 크기를 가질 경우, 에지 제외 (edge exclusion) 는, 예를 들어, 2 mm 로 줄어든다. 따라서 균일한 에칭 레이트, 프로파일, 및 임계 치수 (critical dimension) 를 내내 웨이퍼의 에지로부터 2 mm 밖으로 유지하는 것은 매우 중요해진다.
플라즈마 에칭 리액터에서, 에칭 파라미터들 (에칭 레이트, 프로파일, CD 등) 의 균일성이 몇몇 파라미터들에 의해서 영향을 받는다. 균일한 플라즈마 방전 및 그에 따라 웨이퍼 위의 플라즈마 화학을 유지하는 것은 균일성을 개선시키는 데 매우 중요하다. 샤워헤드 (showerhead) 를 통한 가스 흐름 주입을 조작하는 것, 샤워헤드의 설계를 수정하는 것, 및 웨이퍼 주위에 에지 링을 배치시키는 것에 의해서 웨이퍼의 균일성을 개선시키려는 많은 시도가 생각되었다.
용량적으로 커플링된 에칭 리액터에서의 한가지 문제점은 특히 웨이퍼의 에지 주변에서의 균일한 RF 커플링의 부족이다. 도 1 은, 기판을 에칭하는 데 통상적으로 사용되는 타입의 예시적 플라즈마 프로세싱 챔버를 나타내는, 종래의 용량적으로 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 를 도시한다. 플라즈마 리액터 (100) 는 챔버 (102), 하부 전극 (104), 및 상부 전극 (106) 으로 구성된다. 하부 전극 (104) 은 중앙 하부 전극 (108) 및 에지 하부 전극 (110) 을 포함한다. 상부 전극 (106) 은 중앙 상부 전극 (112) 및 에지 상부 전극 (114) 을 포함한다. 에지 상부 전극 (114) 및 에지 하부 전극 (110) 은 각각 중앙 상부 전극 (112) 및 중앙 하부 전극 (108) 을 에워싸는 링의 형태로 단일 평면을 형성한다.
상부 전극 (106) 및 에지 하부 전극 (110) 이 상부 전극 (106) 과 하부 전극 (104) 사이에 생성된 플라즈마 (116) 로부터 전하를 내보내기 위해서 접지되는 반면에 중앙 하부 전극 (108) 은 RF 전원 공급부 (118) 에 접속된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 글로우 (glow) 방전 영역 (플라즈마 (116)) 의 형상은 접지된 에지 하부 전극 (110) 때문에 중앙 하부 전극 (108) 의 에지 주변에서 왜곡된다. 그 왜곡은 중앙 하부 전극 (108) 상에 배치된 기판 (미도시) 상의 불균일한 에칭 레이트를 야기한다.
플라즈마 프로세싱 동안에, 양 이온들은 등위 필드 라인을 가로질러 가속되어 기판의 표면 상에 작용하고, 그에 따라 에칭 방향성을 개선시키는 것과 같은, 소망하는 에칭 효과를 제공한다. 상부 전극 (106) 및 하부 전극 (104) 의 구조 때문에, 그 필드 라인들은 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일하지 않을 수도 있고 웨이퍼 (104) 의 에지에서 상당히 변할 수도 있다. 따라서, 접지된 링 (110) 이 통상적으로 전체 웨이퍼 표면에 걸친 프로세스 균일성을 개선하기 위해서 제공된다.
상부 전극 (106) 의 부분들은 정지되어 있기 때문에, 에칭 레이트는 웨이퍼의 중앙 및 에지에서 개별적으로 제어될 수 없다. 에칭 프로세스 동안 불균일성은 중앙과 에지 사이의 상이한 치수를 초래하여 웨이퍼 당 신뢰성높은 디바이스들의 수율을 낮출 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 중앙 및 에지에서의 에칭 레이트를 독립적으로 제어하는 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명의 주요한 목적은 이러한 필요성을 해결하고 또한 관련된 장점들을 제공하는 것이다.
플라즈마 리액터는 챔버, 하부 전극, 상부 전극, 하부 전극에 인접하고 실질적으로 하부 전극을 에워싸는 하부 접지 연장부를 포함한다. 상부 접지 연장부는 상부 전극에 인접하고 실질적으로 상부 전극에 평행한다. 상부 전극은 또한 접지된다. 상부 접지 연장부는 하부 접지 연장부 상부의 영역으로 연장하기 위해서 독립적으로 상승 또는 하강될 수도 있다.
본 명세서의 일부를 구성하고 본 명세서에 병합된, 첨부된 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시형태를 도시하며, 첨부된 도면들과 함께, 본 발명의 구현 형태 및 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1 은 종래 기술에 따른 플라즈마 리액터를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2 는 일 실시형태에 따른 플라즈마 리액터를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 플라즈마 리액터를 동작시키는 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 실시형태들은 플라즈마 리액터의 관계에서 본 명세서에서 설명된다. 당업자는 본 발명의 다음의 상세한 설명은 오직 예시적이며 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 다른 실시형태들이 본 설명의 이점을 취할 그러한 당업자들에 쉽게 제시될 것이다. 첨부된 도면에 도시된 것처럼 본 발명의 구현 형태들에 대해서 참조가 상세히 행해질 것이다. 동일한 참조 표시가 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해서 도면 및 다음의 상세한 설명 전체를 통하여 사용될 것이다.
명확성의 관점에서, 본 명세서에서 설명된 구현 형태들의 통상적 특성들의 전부가 도시되거나 설명되지는 않는다. 그러한 실제 구현 형태들의 개발 과정에서, 에플리케이션- 및 비지니스- 관련 조건들의 만족과 같은, 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해서, 수많은 구현 형태 관련 특정 결정들이 행해져야 하고, 이러한 특정 목적들은 일 구현 형태에서 다른 구현 형태에 따라 및 일 개발자에서 다른 개발자에 따라 변할 수 있다는 것이 물론 이해될 것이다. 또한, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고, 본 설명의 이점을 취할 당업자에게는 통상적 작업임을 이해할 것이다.
도 2 는 챔버 (202), 하부 전극 (208), 하부 전극 연장부 (210), 상부 전극 (212) 및 상부 전극 연장부 (214) 를 포함하는 플라즈마 리액터 (200) 의 일 실시형태를 도시한다. 일 실시형태에 따라서, 하부 전극 연장부 (210) 는 하부 전극 (208) 에 평행하고 인접하며 하부 전극 (208) 을 에워싸는 접지된 링 (210) 을 포함한다. 상부 전극 연장부 (214) 는 상부 전극 (212) 에 평행하고 인접하며 상부 전극 (212) 을 에워싸는 조정가능 접지된 링 (214) 을 포함한다.
상부 전극 (212), 상부 전극 연장부 (214), 및 하부 전극 연장부 (210) 가 상부 전극 (212) 과 하부 전극 (208) 사이에 생성된 플라즈마 (216) 로부터 전하를 내보내기 위해서 접지되는 반면에, 하부 전극 (208) 은 RF 전원 공급부 (218) 에 접속된다. 예시로써, 하부 전극 연장부 (210) 및 상부 전극 연장부 (212) 는 알루미늄과 같은 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 플라즈마 (216) 는 상부 전극 연장부 (214) 의 위치 (높이) 에 기초하여 상이한 플라즈마 밀도를 가진 두개의 영역들 (220 및 222) 을 포함한다.
하부 전극 (208) 은 공정대상물 (workpiece) 을 수용하도록 구성되고 공정대상물을 수용하도록 구성되는 관련 하부 전극 영역을 포함한다. 하부 전극 (208) 은 적어도 하나의 전원 공급부 (218) 에 커플링된다. 전원 공급부 (218) 는 하부 전극 (208) 에 전달되는 RF 전력을 발생시키도록 구성된다. 오직 예시적 목적으로, 듀얼 주파수 전원 공급부 (218) 는 플라즈마 (216) 를 생성하기 위해서 가스에 인가되는 고 전위를 발생시키는 데 사용될 수도 있다. 보다 상세하게는, 도시된 전원 공급부 (218) 는 Lam Research 에 의해서 제조된 에칭 시스템에 포함된 2 MHz 및 27 MHz 에서 동작하는 듀얼 주파수 전원 공급부이다. 당업자는 프로세싱 챔버 (202) 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 다른 전원 공급부들이 또한 이용될 수도 있음을 이해할 것이다. 당업자는 본 발명이 2 MHz 및 27 MHz 의 RF 주파수에만 국한되지는 않고 넓은 범위의 주파수들에도 적용가능함을 이해할 것이다. 본 발명은 듀얼 주파수 전원 공급부에만 국한되지는 않고 넓은 범위의 주파수들을 가진 3 개 이상의 RF 전원 공급부를 가진 시스템에도 또한 적용가능하다.
상부 전극 (212) 은 하부 전극 (208) 으로부터 소정의 거리에 배치된다. 상부 전극 (212), 상부 전극 연장부 (214) 는 접지 연장부 (210) 와 함께 하부 전극 (208) 으로부터 전달되는 RF 전력을 위한 완벽한 전기 회로를 제공하도록 구성된다. 상부 전극 연장부 (214) 는 하부 전극 (208) 의 에지-플라즈마 영역 (222) 에서 플라즈마 밀도를 조작하기 위해서 상부 전극 (212) 으로부터 독립적으로 상하로 움직일 수 있다. 하부 전극 (208) 의 에지에서 변하는 플라즈마 밀도를 가지면, 그 영역에서의 에칭 레이트는 플라즈마 영역 (220) 에서의 에칭 레이트로부터 독립적으로 제어될 수 있다 (더 빠른 레이트 또는 더 느린 레이트 중 하나로). 당업자는 상부 전극 연장부 (214) 를 상승 및 하강시키는 많은 방법들이 존재하고 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 기계적 또는 동력화된 노브 (knob) 가 챔버 (202) 의 내부를 열거나 엑세스해야 할 필요없이 전극 연장부 (214) 를 상승 및 하강시키는 데 사용될 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 동안에, 양 이온들은 등위 필드 라인을 가로질러 가속되어 기판의 표면 상에 작용하고, 그에 따라, 에칭 방향성을 개선하는 것과 같은, 소망하는 에칭 효과를 제공한다. 상부 전극 (212) 및 하부 전극 (208) 의 구조 때문에, 그 필드 라인은 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일하지 않을 수도 있고 웨이퍼의 에지에서 상당히 변할 수도 있다. 따라서, 상부 및 하부 전극들 연장부 (214 및 210) 는 전체 웨이퍼 표면에 걸친 프로세스 균일성을 개선하기 위해서 제공된다.
플라즈마 리액터 (200) 는 플라즈마 리액터 (200) 에 의해서 플라즈마 (216) 로 변환되는 가스 (미도시) 를 수용하도록 구성된다. 한정적이 아닌, 예시로써, 챔버내로 펌핑되는 상대적으로 높은 가스 유량은 1500 sccm 이다. 1500 sccm 초과뿐만 아니라 1500sccm 미만의 가스 유량이 또한 적용될 수도 있다.
챔버 (202) 내에 플라즈마 (216) 를 발생시키기 위해서, 전원 공급부 (218) 가 사용되고 RF 전력이 하부 전극 (208) 과 상부 전극 (212) 사이에서 전달된다. 가스는 그후 공정대상물 또는 반도체 기판을 프로세싱하는 데 사용되는 플라즈마 (216) 로 변환된다. 한정적이 아닌, 예시로써, 플라즈마 부피 ㎤ 당 2W 의 RF 전력 레벨이 인가될 수도 있다. 플라즈마 부피 ㎤ 당 2W 미만의 RF 전력 레벨이 또한 인가될 수도 있다.
예시적 목적으로, 도 2 에서 설명된 플라즈마 리액터 (200) 는 프로세싱 챔버 (202) 에서 플라즈마 (216) 를 발생시키기 위해서 용량적 커플링을 사용한다. 당업자는 본 장치 및 방법이 유도적으로 커플링된 플라즈마로 사용되도록 적용될 수도 있음을 이해할 것이다.
당업자는 도 2 에서 도시된 상기 구조들이 제한적인 것으로 의도되지 않으며 다른 구성들이 본 명세서에서 설명된 독창적 개념에서 벗어남없이 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 2 개 이상의 인접한 상부 전극 연장부 (214) 는 하부 전극 (208) 의 에지에서 에칭 레이트를 더 제어하기 위해서 위치될 수도 있다.
도 3 은 도 2 에서 도시된 플라즈마 리액터를 사용하는 방법을 도시한다. 단계 302 에서, 상부 전극 연장부 (214) 의 (상승되거나 하강된) 위치가 선택된다. 상부 전극 연장부 (214) 는 상승되고 하강될 수 있어서 하부 전극 연장부 위의 영역으로 연장될 수 있다. 단계 304 에서, 플라즈마 리액터 (200) 는 하부 전극 (208) 에 의해서 지원되는 웨이퍼를 프로세싱한다. 단계 306 에서, 웨이퍼는 웨이퍼의 표면 전체를 통하여 에칭 균일성을 판정하기 위해서 검사된다. 단계 308 에서, 상부 전극 연장부 (214) 의 위치는 웨이퍼의 표면 전체를 통하여 에칭 레이트 균일성을 더욱 개선하기 위해서 단계 306 에서의 분석에 기초해서 조정된다.
본 발명의 실시형태들 및 에플리케이션들이 도시되고 설명되었지만, 본 설명의 이득을 갖는 당업자들은 상술한 것보다 많은 변형 형태들이 본 명세서의 독창적 개념에서 벗어나는 것 없이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 정신의 범위내를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (1)

  1. 본원 발명의 상세한 설명에 기재된 장치.
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