KR20130075632A - 효과적인 무손상 인-시투 애싱을 갖는 플라즈마 에처 설계 - Google Patents
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Abstract
일부 실시형태에 있어서, 본 개시는 처리 챔버와 연통하여 직류 및 국한 플라즈마원를 갖는 플라즈마 에칭 시스템에 관한 것이다. 직류 플라즈마는 반도체 작업물을 에칭하기 위해 처리 챔버에 직류 플라즈마를 제공하도록 작동된다. 직류 플라즈마는 고전위를 갖고, 작업물에 큰 바이어스 전압을 인가함으로써 형성된다. 에칭이 완료된 후에 바이어스 전압 및 직류 플라즈마원은 오프된다. 그 다음에, 국한 플라즈마원은 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버 내에 위치에 저전위의 국한 플라즈마를 제공하도록 작동된다. 공간적 분리의 결과는 작업물과 접촉하는 영전위/저전위를 갖는 확산 플라즈마의 형성이다. 영전위/저전위의 확산 플라즈마는 양의 플라즈마 전위에 의해 발생된 이온 충격으로부터 초래되는 작업물 손상을 경감시키면서 반응성 애싱을 수행할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 에칭된 작업물을 손상시키지 않는 효과적인 인-시투 애싱을 수행하는 플라즈마 에처에 관한 것이다.
집적 회로는 하나 이상의 반도체 디바이스를 형성하기 위해 작업물에 상이한 처리 단계가 실시되는 복잡한 제조 공정에 의해 형성된다. 많은 처리 단계(예를 들어, 주입, 에칭 등)가 마스킹층을 이용한다. 마스킹층은 작업물의 선택적인 영역에 처리가 행해지지만, 작업물의 다른 영역에는 처리가 행해지지 않도록 할 수 있다. 마스킹층은 감광 포토레지스트 물질을 함유하는 경우가 있다. 포토레지스트 물질은 전형적으로 반도체 작업물에 스핀(spin)된 후, 처리 단계 동안에 반도체 작업물의 표면을 마스킹하도록 패터닝된다.
처리 단계가 완료되면 포토레지스트 물질은 다음 처리 단계가 수행되기 전에 반도체 작업물로부터 제거된다. 현대 제조 공정에 있어서, 포토레지스트는 애싱 공정을 이용하여 작업물로부터 제거된다. 애싱은 전형적으로 애셔(asher)라 불리는 플라즈마 에쳐(etcher)에서 수행되고, 애시(ash)를 형성하기 위해 포토레지스트와 상호작용하는 반응성 가스의 혼합을 함유한 애싱 화학을 갖는 플라즈마를 발생한다. 그 다음에, 애시는 작업물의 표면으로부터 제거된다.
반도체 작업물의 플라즈마 에칭은 실리콘, 유전체 및 금속을 에칭하기 위해 염소 및 불소 에칭 화학을 포함하는 반응성 가스를 사용하는 경우가 있다. 에칭하는 동안에 반응성 가스는 반도체 작업물의 표면에 충격을 가하는 이온을 함유한 에칭 플라즈마를 초래하는 고주파수 전자계에 의해 활성화된다. 플라즈마 에칭 공정이 완료된 후에 포토레지스트는 애싱 가스 화학(예를 들어, 02, N2, 및 H2)을 갖는 개별의 애싱 플라즈마를 사용하여 작업물로부터 제거된다. 수분과의 상호작용으로부터 에칭 부산물에 관련된 수율 손실을 방지하기 위해서 인-시투(in-situ) 애싱 공정이 선진의(advanced) 에칭 공정에서 사용될 수 있다. 그러나, 인-시투 애싱 공정은 작업물과 애싱 이온 사이에서 고전위차를 갖는 직류 애싱 플라즈마를 사용한다. 고전위차는 불소 이온 등의 처리 챔버 벽 상에 증착된 에칭 부산물이 재분리되도록 하고, 애싱 동안에 작업물을 손상시킨다.
따라서, 본 개시는 인-시투 애싱 공정 동안에 작업물 손상을 방지하도록 구성된 플라즈마 에칭 시스템에 관한 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 플라즈마 에칭 시스템은 처리 챔버와 접촉하여 직류(direct) 플라즈마원 및 국한(localized) 플라즈마원을 포함한다. 직류 플라즈마원은 반도체 작업물을 에칭하기 위해 처리 챔버에 직류 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 직류 플라즈마는 고전위를 갖고, 작업물에 큰 바이어스 전압을 인가함으로써 형성된다. 에칭이 완료된 후에 바이어스 전압 및 직류 플라즈마원은 오프된다. 그 후에, 국한 플라즈마원은 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버 내의 위치에 저전위의 국한 플라즈마를 제공하도록 작동된다. 공간적 분리는 작업물과 접촉된 영(zero)전위/저전위의 확산(diffused) 플라즈마의 형성을 초래한다. 영전위/저전위의 확산 플라즈마는 양의(positive) 플라즈마 전위에 의해 발생된 이온 충격으로부터 초래되는 작업물 손상을 경감시키면서 반응성 애싱을 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 인-시투 애싱을 수행하도록 구성된 플라즈마 에칭 시스템의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 2는 유도 결합된 직류 및 국한 플라즈마원을 포함하는 플라즈마 에칭 시스템의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 3은 중공 캐소드를 포함하는 국한 플라즈마원을 갖는 플라즈마 에칭 시스템의 일부 대안의 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 4는 중공 캐소드를 포함하는 국한 플라즈마원의 일부 실시형태의 보다 상세한 블럭도를 예시한다.
도 5는 작업물을 손상시키지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 방법의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다.
도 6은 작업물을 손상시키지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 대안의 방법의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 방법에 따라 작동하는 처리 챔버의 블럭도이다.
도 2는 유도 결합된 직류 및 국한 플라즈마원을 포함하는 플라즈마 에칭 시스템의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 3은 중공 캐소드를 포함하는 국한 플라즈마원을 갖는 플라즈마 에칭 시스템의 일부 대안의 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 4는 중공 캐소드를 포함하는 국한 플라즈마원의 일부 실시형태의 보다 상세한 블럭도를 예시한다.
도 5는 작업물을 손상시키지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 방법의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다.
도 6은 작업물을 손상시키지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 대안의 방법의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 방법에 따라 작동하는 처리 챔버의 블럭도이다.
여기의 설명은 도면을 참조하여 이루어지고, 같은 참조 번호는 일반적으로 전반에 걸쳐 같은 요소를 지칭하기 위해 이용되며, 각종 구조는 일정한 비율로 그려질 필요는 없다. 다음의 설명에 있어서, 설명을 목적으로 여러 구체적인 세부 사항이 이해를 용이하게 하기 위해 기재된다. 그러나, 당업자에게 여기 설명된 하나 이상의 양상은 그러한 구체적인 세부 사항의 정도가 덜하여 시행될 수 있다는 것이 분명할 수 있다. 다른 경우에, 공지의 구조 및 디바이스가 이해를 용이하게 하기 위해 블럭도 형태로 도시된다.
도 1은 인-시투 애싱을 수행하도록 구성된 플라즈마 에칭 시스템(100)의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다. 플라즈마 에칭 시스템(100)은 반도체 작업물(106)을 유지하도록 구성된 웨이퍼 척(104)을 갖는 처리 챔버(102)를 포함한다. 포토레지스트 하드 마스크층(108)은 반도체 작업물(106) 상에 위치결정된다. 직류 플라즈마원(116) 및 국한 플라즈마원(118)은 처리 챔버(102)와 연통한다.
직류 플라즈마원(116)은 처리 챔버(102)의 제 1 영역(120)에 제 1 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 제 1 영역(120)은 제 1 플라즈마가 반도체 작업물(106)과 접촉되도록 위치결정된다. 각종 실시형태에 있어서, 직류 플라즈마원(116)은 용량성 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma; CCP)원, 유도성 결합 플라즈마(inductive coupled plasma; ICP)원, 또는 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 플라즈마원을 포함한다. 국한 플라즈마원(118)은 처리 챔버(102)의 국한된 제 2 영역(122)에 국한된 제 2 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 제 2 영역(122)은 제 2 플라즈마가 반도체 작업물(106)로부터 공간적으로 분리되게 하도록 위치결정된다. 제 1 및 제 2 영역(120 및 122)의 사이즈는 작동중에 변할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, 제 1 영역(120)은 이후의 제 2 시간보다 제 1 시간에서 더 큰 영역을 포함할 수 있다.
기판 바이어스원(110)은 반도체 작업물(106)에 전기적으로 접속된다. 기판 바이어스원(110)은 반도체 작업물(106)에 바이어스 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 제어 유닛(114)은 직접 및/또는 국한 플라즈마원(116 및 118)에 의한 플라즈마 발생 동안에 기판 바이어스원(110)과 반도체 작업물(106)을 선택적으로 접속 또는 접속해제하게 스위칭 소자(112)를 작동하도록 구성된다. 바이어스 전압은 반도체 작업물(106)과 플라즈마에서 충전된 이온 사이에서 전위차를 형성한다. 전위차는 에칭을 개선하기 위해 반도체 기판(106)을 향하여 플라즈마로부터 충전된 이온을 가속화한다.
작동중에 처리 챔버(102)는 예를 들어, 약 10mTorr 내지 약 100mTorr의 범위의 저압 진공에서 유지된다. 플라즈마의 형성을 가능하게 하는 하나 이상의 반응성 가스이 처리 챔버(102)에 제공된다. 일부 실시형태에 있어서, 반응성 가스는 직류 플라즈마원(116) 및/또는 국한 플라즈마원(118)으로부터 제공된다.
직류 플라즈마원(116)은 에칭을 위해 처리 챔버(102)의 제 1 영역 내에 고전위의 직류 플라즈마[즉, 플라즈마는 반도체 작업물(106)에 직접적으로 노출되는 플라즈마]를 제공하도록 구성된다. 여러 실시형태에 있어서, 직류 플라즈마는 산소(02), 질소(N2), 불소(F2) 등의 에칭 가스를 함유한 에칭 가스 화학을 포함하고, 반도체 작업물(106)의 마스킹되지 않은 면적을 에칭하기 위한 고에너지 이온을 형성할 수 있다. 고전위 직류 플라즈마는 기판 바이어스원(110)이 작업물(106)에 큰 바이어스 전압을 인가하도록 작동시킴으로써 성취될 수 있고, 그것은 직류 플라즈마 내의 이온과 반도체 작업물(106) 사이에 고전위차를 발생시킨다. 에칭이 완료되면 직류 플라즈마원(116) 및 기판 바이어스원(110)에 의해 제공되는 바이어스 전압은 오프된다(즉, 실질적으로 0 전력이 된다).
국한 플라즈마원(118)은 애싱을 위해 제 2 영역(122) 내에 저전위의 국한 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 여러 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 산소(02), 질소(N2), 불소(F2) 등의 애싱 가스를 함유한 애싱 가스 화학을 포함하고, 반도체 작업물(106) 상에 포토레지스트 하드 마스크층(108)을 애싱할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 인-시투 형성되고, 또는 다르게 말하면 국한 플라즈마는 직류 플라즈마가 형성된 후에 중단 없이 처리 챔버(102) 내에 형성된다.
반도체 작업물(106)과 제 2 영역(122) 내의 국한 플라즈마 사이의 공간적 분리는 제 1 영역(120) 내의 확상 플라즈마 형성에서 초래하고, 그것은 국한 플라즈마와 반도체 작업물(106)을 분리시킨다. 기판 바이어스원(110)은 실질적으로 0이므로 확산 플라즈마는 실질적으로 0 전위를 갖는다. 국한 플라즈마로부터의 애싱 가스 이온(예를 들어, O2)은 확산 플라즈마를 통해 확산되고, 반도체 작업물(106)을 손상시키지 않는 저에너지에서 포토레지스트 하드 마스크층(108)으로 확산하는 중성 라디칼(neutral radical)이 된다. 확산된 애싱 가스 이온은 처리 챔버(102)로부터 제거될 수 있는 애시(ash)를 형성하는 포토레지스트 하드 마스크층(108)과 상호작용한다.
직류, 확산 및 국한 플라즈마는 각종 수단에 의해 발생될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 도 2 내지 도 4는 여기서 제공되는 바와 같이 직류 플라즈마원 및 국한 플라즈마원을 갖는 플라즈마 에칭 시스템의 여러 비제한적인 실시형태의 블럭도를 예시한다.
도 2는 유도 결합된 플라즈마원을 포함하는 직류 플라즈마원(116) 및 국한 플라즈마원(118)을 포함한 플라즈마 에칭 시스템(200)의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다.
직류 플라즈마원(116)은 직류 플라즈마 가스원(202), 제 2 RF 전력 공급장치(204), 및 제 1 안테나(206)를 포함한다. 직류 플라즈마 가스원(202)은 직류 플라즈마 가스 도관을 통해 처리 챔버(102)와 연통하고, 처리 챔버(102)에 하나 이상의 에천트 가스를 제공하도록 구성된다. 처리 챔버(102)로 제공된 에천트 가스는 에칭될 물질에 따라 변할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 에칭될 물질은 산화 물질을 포함하고, 에천트 가스는 예를 들어 O2 또는/및 H2를 포함하는 하나 이상의 에칭 가스 화학의 혼합을 포함할 수 있다.
제 1 RF 전력 공급장치(204)는 제 1 안테나(206)에 접속된다. 제 1 RF 전력 공급장치(204)는 설정 주파수(예를 들어, 13.56㎒)에서 작동하는 RF 신호를 발생하도록 구성된다. RF 신호는 제 1 안테나(206)에 제공되고, 그것은 RF 신호로부터 처리 챔버(102) 내의 에천트 가스 입자로 유도 결합된 에너지를 제공한다. 에천트 가스 입자에 충분한 전력이 전달되면 직류 플라즈마는 점화된다.
국한 플라즈마원(118)은 국한 플라즈마 가스원(208), 제 2 RF 전력 공급장치(210) 및 제 2 안테나(212)를 포함한다. 국한 플라즈마 가스원(208)은 국한 플라즈마 가스 도관을 통해 처리 챔버(102)와 연통하고, 처리 챔버(102)에 하나 이상의 애싱 가스를 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 애싱 가스는 예를 들어 O2, H2 또는/및 N2 등의 포토레지스트 물질의 애싱을 수행하는 애싱 가스 화학을 포함한다.
제 2 RF 전력 공급장치(210)는 제 2 안테나(212)에 접속된다. 제 2 RF 전력 공급장치(210)는 설정 주파수(예를 들어, 13.56㎒)에서 작동하는 RF 신호를 발생하도록 구성된다. RF 신호는 제 2 안테나(212)에 제공되고, 그것은 RF 신호로부터 처리 챔버(102) 내의 애싱 가스 입자로 유도 결합된 에너지를 제공한다. 애싱 가스 입자에 충분한 전력이 전달되면 국한 플라즈마는 점화된다.
제 3 RF 전력 공급장치(214)는 반도체 작업물(106)에 바이어스 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 3 RF 전력 공급원(214)은 제 2 RF 전력 공급장치(210)와 독립적으로 작동하도록 구성된다.
일부 실시형태에 있어서, RF 전력 공급장치(204, 210 및 214)는 처리 챔버(102) 내의 플라즈마 부하에 거의 매치되지 않는 출력 임피던스(예를 들어, 50ohm)를 갖는 출력 전력에서 작동하므로 매칭 회로망은 안테나 및/또는 플라즈마 부하(즉, 임피던스)에 의해 설정된 복합 임피던스에 RF 전력 공급장치의 출력 임피던스를 매치함으로써 RF 전력 공급장치로부터의 전력을 플라즈마로 효율적으로 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2는 작업물(106) 및 플라즈마 부하에 의해 설정된 복합 임피던스에 전력원(216)의 출력 임피던스를 매치하도록 구성된 매칭 회로망(218)을 포함하는 제 3 RF 전력 공급장치(214)를 예시한다.
일부 실시형태에 있어서, 제 1 RF 전력 공급장치(204)는 약 100W 내지 약 200W의 범위 또는 약 1000W 내지 약 2500W의 범위의 전력을 갖는 RF 신호를 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 2 RF 전력 공급장치(210)는 약 50W 내지 약 200W의 범위의 전력을 갖는 RF 신호를 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 3 RF 전력 공급장치(214)는 약 0V 내지 약 200V의 범위의 바이어스 신호를 제공하도록 구성된다.
도 2에 나타낸 제 1 및 제 2 안테나(206 및 212)의 위치는 비제한적인 실시형태이고, 그 위치는 상이한 실시형태에서 변할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나(206 및 212)는 처리 챔버(102)와 함께 특정 장소 내에서 플라즈마를 형성할 수 있는 위치에서 구성된다. 예를 들어, 일부 실시형태에 있어서 제 1 안테나(206)는 제 2 안테나(212)보다 반도체 작업물(106)에 더 가까운 위치에서 위치된다. 그러한 안테나 구성은 제 1 안테나(206)가 반도체 작업물(106)과 접촉하여 직류 플라즈마를 발생하도록 하고, 제 2 안테나(212)가 확산 플라즈마에 의해 인-시투 애싱 동안에 작업물로부터 분리된 국한 플라즈마를 발생하도록 한다.
도 3은 플라즈마 에칭 시스템(300)의 대안의 실시형태를 예시한다. 플라즈마 에칭 시스템(300)은 유도 결합된 플라즈마원을 포함한 직류 플라즈마원(116) 및 중공 캐소드(hollow cathode)(302)를 포함한 국한 플라즈마원(118)을 포함한다.
제 3 항에 나타낸 바와 같이, 중공 캐소드(302)는 반도체 작업물(106)로부터 국한 플라즈마 생성을 분리하는 위치에서 플라즈마 에칭 시스템(300)의 처리 챔버(102)로 통합된다. 중공 캐소드(302)는 중공 캐소드(302)로부터 처리 챔버(102)로 애싱 가스 화학(예를 들어, 02, H2 또는 N2)을 갖는 국한 플라즈마(304)를 출력하도록 구성된다. 국한 플라즈마(304)가 처리 챔버(102) 내에 있으면 감금 수단(102)이 처리 챔버(102) 내의 영역에 국한 플라즈마(304)를 감금하도록 국한 플라즈마(304)에 작동하도록 구성된다. 여러 실시형태에 있어서, 감금 수단(312)은 예를 들어 정전기 플라즈마 감금 수단 및/또는 자기 플라즈마 감금 수단을 포함할 수 있다.
반도체 작업물(106)로부터 국한 플라즈마 생성을 분리함으로써 확산 플라즈마(306)는 국한 플라즈마와 반도체 작업물(106) 사이에서 저전위를 가지고 형성된다. 확산 플라즈마(306)는 국한 플라즈마 내의 반응성 애싱 가스 이온이 애시를 형성하기 위해 포토레지스트 하드 마스크층(108)과 반응하는 중성 라디칼로서 포토레지스트 하드 마스크층(108)으로 확산되도록 한다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 국한 플라즈마(308) 내의 이온은 확산 플라즈마(310) 내의 이온/중성 라디칼보다 높은 전위(화살표에 의해 예시됨)를 갖는다. 확산 플라즈마(310) 내의 이온/중성 라디칼의 상대적으로 낮은 전위는 애싱 동안 반도체 작업물(106)의 손상을 방지하기 위해 반도체 작업물(106) 상에 국한 플라즈마 이온(308)이 입사되는 에너지를 감소시킨다.
도 4는 처리 챔버(102) 내의 전자빔-발생 플라즈마를 발생하도록 구성된 중공 캐소드(302)를 포함하는 국한 플라즈마원의 보다 상세한 예시를 갖는 플라즈마 에칭 시스템(400)의 일부 실시형태의 블럭도를 예시한다.
일부 실시형태에 있어서, 중공 캐소드(302)는 도전성 중공 캐소드 튜브(402)에 고전압을 제공하도록 구성된 고전압 DC 전력 공급장치(404)에 연결된 도전성 중공 캐소드 튜브(402)를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 중공 캐소드(302)는 튜브 형상이 아닌 형상의 도전성 중공 캐소트를 포함할 수 있다. 슬롯 애노드(slotted anode)(406) 및 종단 애노드(termination anode)(408)는 도전성 중공 캐소드 튜브(402)의 하류측에 위치된다. 일부 실시형태에 있어서, 슬롯 애노드(406) 및 종단 애노드(408)는 처리 챔버(102) 내에 위치된다. 슬롯 애노드(406) 및 종단 애노드(408) 모두는 접지에 고정된다.
도전성 중공 캐소드 튜브(402)와 애노드(406 및 408) 사이의 큰 전위차는 중공 캐소드(302)로부터 애노드(406 및 408)를 향하여 전자를 당기는 전계를 발생한다. 전자는 전자빔으로서 챔버로 방전된다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 자기 소자(414)가 전자빔에 평행하여 자계(B)를 제공하도록 구성된다. 자계는 고에너지 전자의 빔을 자기로 콜리메이팅한다. 전자는 하나 이상의 애싱 가스와 충돌하여 애싱 가스가 이온화하여 국한 플라즈마를 포함한 플라즈마 시트를 형성하도록 한다.
일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 자기 소자(414)는 처리 챔버(102)의 제 2 영역 내의 국한 플라즈마(304)를 감금하도록 또한 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 자기 소자(414)는 어처리 챔버(102) 내에 자계를 발생하도록 구성된 하나 이상의 막대 자석을 포함한다. 여러 실시형태에 있어서, 하나 이상의 자기 소자(414)는 처리 챔버(102) 내부 및/또는 외부에 위치될 수 있다. 도 4는 국한 플라즈마(304) 위에 위치결정된 것처럼 자기 소자를 예시하였지만, 자기 소자는 국한 플라즈마의 하나 이상의 측면을 따라 위치결정될 수 있다. 예를 들어, 자기 소자(414)는 국한 플라즈마(304) 위와 아래 모두에서 위치결정될 수 있다.
도 5는 작업물을 손상시키지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 방법(500)의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다. 여기에 개시된 방법은 일련의 동작 또는 이벤트로서 이하 예시 및 설명되는 반면, 그러한 동작 또는 이벤트의 예시된 순서는 제한하는 의미로 해석하지 않아야 한다는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 여기에 예시 및/또는 설명된 것을 제외한 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 및/또는 상이한 순서로 일어날 수 있다. 추가적으로, 예시된 모든 동작이 여기의 설명의 하나 이상의 양상 또는 실시형태를 구현하기 위해 필요한 것은 아닐 수 있다. 또한, 여기에 기재된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계에서 수행될 수 있다.
단계(502)에서 국한 플라즈마는 제 1 영역에 의해 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버의 국한 제 2 영역에 제공된다.
단계(504)에서 확상 플라즈마는 처리 챔버의 제 1 영역에 제공된다. 처리 챔버의 제 1 영역은 반도체 작업물과 접촉한다. 저전위 확산 플라즈마에 의해 국한 플라즈마 및 반도체 작업물을 분리함으로써 국한 플라즈마 내의 이온에 의한 반도체 작업물의 손상이 경감되도록 확산 플라즈마가 국한 플라즈마보다 낮은 전위를 갖는다.
도 6은 작업물을 손상하지 않고 작업물 상에 포토레지스트 물질의 인-시투 애싱을 수행하는 방법(600)의 일부 실시형태의 흐름도를 예시한다.
단계(602)에서 바이어스 전압이 처리 챔버 내의 반도체 작업물에 인가된다. 일부 실시형태에 있어서, 바이어스 전압은 예를 들어 약 50V 내지 500V의 범위에 있다.
단계(604)에서 직류 플라즈마는 처리 챔버에 제공된다. 직류 플라즈마는 직류 플라즈마 또는 그 생산물이 반도체 작업물과 접촉하도록 처리 챔버 내의 위치에 제공된다. 여러 실시형태에 있어서, 직류 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마원, 유도성 결합 플라즈마원, 또는 사이클로트론 공명 플라즈마원에 의해 발생된다.
일부 실시형태에 있어서, 직류 플라즈마는 먼저 단계(606)에서 처리 챔버에 하나 이상의 에천트 가스를 제공함으로써 발생된다. 단계(608)에서 제 1 RF 신호로부터 에천트 가스로 전력을 유도 결합하도록 구성된 제 1 안테나에 제 1 RF 신호가 인가된다. 제 1 RF 신호의 전력은 에칭 적용에 의존하여 변한다. 예를 들어, 제 1 RF 신호는 프론트 엔드(front end) 에칭 적용을 위해 약 100W 내지 약 200W의 범위에서, 또는 백 엔드(back end) 에칭 적용을 위해 약 1000W 내지 약 2000W의 범위에서 RF 전력을 가질 수 있다. 에천트 가스에 충분한 에너지가 제공되면 반도체 작업물과의 고전위차를 갖는 복수의 이온을 함유한 직류 플라즈마가 점화된다.
단계(610)에서 바이어스 전압 및 직류 플라즈마원은 오프된다. 일부 실시형태에 있어서, 바이어스 전압 및 직류 플라즈마원을 오프시키는 것은 고전위 직류 플라즈마를 소멸시키는 실질적으로 0값으로 바이어스 전압 및 RF 전력 공급을 조절하는 것을 포함한다.
단계(612)에서 국한 플라즈마가 작업물로부터 분리된 처리 챔버 내의 위치에 제공된다. 여러 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 중공 캐소드, 용량성 결합 플라즈마원, 유도성 결합 플라즈마원, 또는 사이클로트론 공명 플라즈마원에 의해 발생된다. 일부 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 먼저 단계(614)에서 처리 챔버에 하나 이상의 애싱 가스를 제공함으로써 발생된다. 단계(616)에서 제 2 RF 신호로부터 애싱 가스로 전력을 유도 결합하도록 구성된 제 2 안테나에 제 2 RF 신호가 인가된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 2 RF 신호의 전력은 약 100W 내지 약 200W의 범위에 있다.
국한 플라즈마와 작업물의 공간적 분리의 결과는 국한 플라즈마와 작업물 사이에 위치된 영전위/저전위의 확산 플라즈마의 형성이다. 저전위-영전위의 확산 플라즈마는 국한 플라즈마로부터의 이온이 저에너지 중성 라디칼로서 작업물에 입사되도록 한다.
일부 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 스텝(616)에서 작업물의 에칭을 수행하기 위해 이용된다. 국한 플라즈마와 반도체 작업물 사이의 확산 플라즈마의 배치로 인해 결과의 저에너지 중성 라디칼이 실리콘 손실이 없는 어떤 섬세한 에칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 국한 플라즈마는 라인 트랜지스터 디바이스 게이트 구조 에칭의 프론트 엔드에 사용될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 국한 플라즈마는 단계(618)에서 포토레지스트의 인-시투 애싱을 수행하기 위해 이용된다. 전형적으로 애싱 공정 동안에 02 등의 반응성 애싱 가스가 작업물에 충격을 가한다. 그러나, 확산 플라즈마는 반응성 애싱 가스를 작업물로 확산시키는 버퍼를 제공한다. 확산된 반응성 애싱 가스는 작업물 손상을 일으키지 않는다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 방법의 예시적인 적용에 따라 작동된 처리 챔버의 블럭도이다. 도 7 내지 도 9에 사용된 값은 플라즈마 에칭 시스템에 대한 방법(600)의 잠재적인 적용을 예시하기 위해서만 의도된 비제한 예이다.
도 7은 처리 챔버(102) 내에 직류 플라즈마(702)를 갖는 플라즈마 에칭 시스템(800)의 블럭도를 예시한다. 직류 플라즈마(702)는 1000W의 RF 전력을 갖는 직류 플라즈마원(116)을 작동시킴으로써 제공된다. 처리 챔버(102) 내의 직류 플라즈마(702)의 위치는 직류 플라즈마(702)가 반도체 작업물(106)과 접촉되도록 한다. 전력원(216)은 직류 플라즈마(702)의 이온과 반도체 작업물(106) 사이에 고전위차를 제공하도록 작업물(106)에 100V의 바이어스 전압을 인가하도록 구성된다. 고전위를 갖는 이온은 반도체 작업물(106)의 마스킹되지 않은 면적을 에칭하도록 구성된다.
도 8은 전압 바이어스 및 직류 플라즈마원이 오프된 플라즈마 에칭 시스템(800)의 블럭도를 예시한다. 직류 플라즈마원(116)의 RF 전력 및 전력원(216)의 바이어스 전압을 오프시킴으로써(즉, 0W의 RF 전력 및 0V의 바이어스 전압으로 작동함으로써 직류 플라즈마가 소멸된다.
도 9는 처리 챔버(102) 내에 국한 플라즈마(304)를 갖는 플라즈마 에칭 시스템(900)의 블럭도를 예시한다. 국한 플라즈마(304)는 100W의 RF 전력으로 국한 플라즈마원(118)을 작동시킴으로써 제공된다. 국한 플라즈마(304)는 반도체 작업물(106)로부터 분리되어 확산 플라즈마(306)를 형성한다. 확산 플라즈마(306)는 국한 플라즈마(304)의 저전위 애싱 가스 이온이 반도체 작업물(106)에 충격을 가하는 것을 방지한다. 대신에, 저전위/영전위의 확산 플라즈마(306)는 국한 플라즈마(304)의 애싱 가스 이온이 포토레지스트 하드 마스크층(108)으로 확산되도록 하고, 애싱 가스는 반응하여 애시를 형성한다.
또한, 동등한 변경 및/또는 수정이 명세서 및 부속 도면의 판독 및/또는 이해에 의거하여 당업자에게 발생할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 본 개시는 그러한 수정 및 변경 모두를 포함하고, 일반적으로 그에 따라 제한되는 것을 의도하지 않는다. 추가적으로, 특정 특징 또는 양상이 여러 구현 중 하나에만 관하여 개시될 수 있지만 그러한 특징 또는 양상은 소망될 수 있는 바에 따라 다른 구현의 하나 이상의 다른 측징 및/또는 양상과 조합될 수 있다. 게다가, "수반하다", "갖는", "갖다", "구비한" 및/또는 그 변형이 여기서 사용되는 경우 그러한 용어는 "포함하는"과 같은 의미를 포함하도록 의도된다. 또한, "예시적인"은 최상보다는 단지 예를 의미한다. 여기서 도시된 특징, 층 및/또는 소자는 이해의 간이함 또는 용이함을 목적으로 구체적인 치수 및/또는 서로에 대한 방향과 함께 예시되고, 실제 치수 및/또는 방향은 여기에 예시된 것과 실질적으로 다를 수 있다.
그러므로, 본 발명은 에칭된 작업물을 손상시키지 않는 효과적인 인-시투 애싱을 수행하는 플라즈마 에처에 관한 것이다.
일부 실시형태에 있어서, 본 발명은 반도체 작업물을 하우징하도록 구성된 프로세싱 챔버를 포함하는 플라즈마 에칭 시스템에 관한 것이다. 제 1 플라즈마원은 반도체 작업물과 접촉된 프로세싱 챔버의 제 1 영역 내에 제 1 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 제 2 플라즈마원은 제 1 영역에 의해 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 프로세싱 챔버의 제 2 영역 내에 국한된 제 2 플라즈마를 상기 제 1 플라즈마와 함께 인-시투(in-situ) 제공하도록 구성된다. 기판 바이어스원은 반도체 작업물에 바이어스 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 인-시투 에칭 및 포토레지스트 애싱을 위한 플라즈마 에칭 시스템에 관한 것이다. 플라즈마 에칭 시스템은 포토레지스트 물질을 갖는 반도체 작업물을 하우징하도록 구성된 처리 챔버를 포함한다. 국한 플라즈마원은 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버 내의 위치에 저전위를 갖는 국한 플라즈마를 제공하도록 구성된다. 공간적인 분리는 국한 플라즈마와 반도체 작업물 사이의 상기 처리 챔버 내의 위치에 실질적으로 영전위를 갖는 확산 플라즈마를 형성한다. 국한 플라즈마로부터의 애싱 가스 이온은 확산 플라즈마를 통하여 포토레지스트 물질로 확산되어 반도체 작업물을 손상시키지 않고 포토레지스트 물질을 애싱할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법에 관한 것이다. 방법은 제 1 영역에 의해 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버의 제 2 영역인 위치에 국한 플라즈마를 제공하는 단계를 포함하고, 국한 플라즈마는 복수의 애싱 가스 이온을 갖는다. 방법은 반도체 작업물과 접촉하는 처리 챔버의 제 1 영역 내에 확산 플라즈마를 제공하는 단계를 더 포함한다. 국한 플라즈마로부터의 애싱 가스 이온은 확산 플라즈마를 통하여 확산되고, 반도체 작업물을 손상시키지 않는 저에너지에서 반도체 작업물 상의 포토레지스트 물질로 확산하는 중성 라디칼이 된다.
Claims (10)
- 반도체 작업물을 하우징하도록 구성된 프로세싱 챔버;
상기 반도체 작업물과 접촉된 상기 프로세싱 챔버의 제 1 영역 내에 제 1 플라즈마를 제공하도록 구성된 제 1 플라즈마원;
상기 제 1 영역에 의해 상기 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 상기 프로세싱 챔버의 제 2 영역 내에 국한된 제 2 플라즈마를 상기 제 1 플라즈마와 함께 인-시투(in-situ) 제공하도록 구성된 제 2 플라즈마원; 및
상기 반도체 작업물에 바이어스 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 기판 바이어스원
을 포함하는 플라즈마 에칭 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마는 직류 플라즈마를 포함하며, 상기 직류 플라즈마는 상기 반도체 작업물과 상기 직류 플라즈마의 이온 사이에 고전위차를 갖고, 상기 기판 바이어스원이 상기 반도체 작업물에 큰 바이어스 전압을 인가하도록 작동시킴으로써 형성되는 것인 플라즈마 에칭 시스템. - 인-시투 에칭 및 포토레지스트 애싱을 위한 플라즈마 에칭 시스템에 있어서,
포토레지스트 물질을 갖는 반도체 작업물을 하우징하도록 구성된 처리 챔버; 및
상기 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 상기 처리 챔버 내의 위치에 저전위를 갖는 국한 플라즈마를 제공하도록 구성된 국한 플라즈마원
을 포함하고,
상기 공간적인 분리는 상기 국한 플라즈마와 상기 반도체 작업물 사이의 상기 처리 챔버 내의 위치에 영(zero)전위를 갖는 확산 플라즈마를 형성하고,
상기 국한 플라즈마로부터의 애싱 가스 이온은 상기 확산 플라즈마를 통하여 포토레지스트 물질로 확산되어 상기 반도체 작업물을 손상시키지 않고 상기 포토레지스트 물질을 애싱할 수 있는 것인 플라즈마 에칭 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 처리 챔버의 영역 내에서 상기 국한 플라즈마를 공간적으로 감금하는 상기 처리 챔버 내의 자계를 발생하도록 구성된 하나 이상의 자기 소자를 더 포함하는 플라즈마 에칭 시스템 - 제 3 항에 있어서,
상기 반도체 작업물의 에칭을 수행하도록 구성된 고전위의 직류 플라즈마를 발생하도록 구성된 직류 플라즈마원을 더 포함하는 플라즈마 에칭 시스템. - 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법에 있어서,
제 1 영역에 의해 반도체 작업물로부터 공간적으로 분리된 처리 챔버의 제 2 영역의 위치에 국한 플라즈마 - 복수의 애싱 가스 이온을 가짐 - 를 제공하는 단계; 및
상기 반도체 작업물과 접촉하는 처리 챔버의 제 1 영역 내에 확산 플라즈마를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 국한 플라즈마로부터의 애싱 가스 이온은 상기 확산 플라즈마를 통하여 확산되고, 상기 반도체 작업물을 손상시키지 않는 저에너지에서 상기 반도체 작업물 상의 포토레지스트 물질로 확산하는 중성 라디칼이 되는 것인 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 영역에 직류 플라즈마를 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 직류 플라즈마를 제공하는 단계는,
처리 챔버 내의 반도체 작업물에 100V 내지 200V의 범위 내의바이어스 전압을 인가하는 단계; 및
상기 처리 챔버 내에 위치된 제 1 안테나에 1000W 내지 2000W의 범위 내의 전력을 갖는 RF 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것인 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 국한 플라즈마를 제공하는 단계는 상기 처리 챔버 내에 위치된 제 2 안테나에 50W 내지 200W의 범위 내의 전력을 갖는 RF 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것인 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 반도체 작업물 상의 트랜지스터 디바이스 게이트 구조의 에칭을 수행하기 위해 상기 국한 플라즈마를 이용하는 단계를 더 포함하는 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 반도체 작업물 상의 포토레지스트 물질의 애싱을 수행하기 위해 상기 국한 플라즈마를 이용하는 단계를 더 포함하는 인-시투 포토레지스트 애싱의 방법.
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