KR20140140627A - 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 가스 체류 시간을 효과적으로 감소시키기 위한 방법들 및 장치들 - Google Patents
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Abstract
부산물 가스들의 유효 체류 시간을 감소시키거나 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 특정한 폴리머 프리커서 또는 반응 부산물들의 농도를 실시간으로 제어하기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마 생성을 제어하기 위한 방법들 및 장치가 개시된다. 가스 체류 시간은 프로세스 시간의 적어도 일부에 대해 플라즈마 반응을 감소시킴으로써 "효과적으로" 감소된다. 문턱값들은 플라즈마 반응이 전체 레이트로 진행하도록 허용될 때 그리고 플라즈마 반응이 감소된 레이트로 진행하도록 허용될 때를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 프로세스 시간의 적어도 일부에 대해 플라즈마 부산물 생성 레이트를 감소시킴으로써, 부산물 가스 체류 시간은 프로세스 결과들을 개선하기 위해 효과적으로 감소될 수도 있다.
Description
플라즈마는 다양한 전자 제품들 (예를 들어, 스마트 폰들, 컴퓨터, 등) 로 통합할 전자 디바이스들 (예를 들어, 집적 회로 다이들) 로 기판들 (예를 들어, 웨이퍼들, 플랫 패널 디스플레이들, 액정 디스플레이들, 등) 을 프로세싱하기 위해 오랫동안 채택되었다.
플라즈마 프로세싱에서, 하나 이상의 플라즈마 프로세싱 챔버들을 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템이 하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위해 채택될 수도 있다. 각각의 챔버에서, 플라즈마 생성은 용량 결합 플라즈마 기술, 유도 결합 플라즈마 기술, 전자-사이클로트론 기술 (electron-cyclotron technology), 마이크로파 기술, 등을 채택할 수도 있다.
웨이퍼의 프로세싱 동안, 예를 들어, 예를 들어, 반응 가스 (하나 또는 다수의 타입들의 가스들을 채택할 수도 있음) 는 플라즈마 생성 영역 내로 릴리즈되고 플라즈마를 형성하기 위해 에너자이징된다. 예를 들어, 플라즈마가 기판의 평면 부분 (베벨 부분에 반대되는) 을 에칭하도록 채택되면, 플라즈마는 기판 위에 중심을 둔 플라즈마 프로세싱 영역으로 한정되고, 일반적으로 기판, 상부 전극 또는 상부 챔버 벽/컴포넌트 및/또는 한정 링 세트에 의해 제한된다. 이어서 플라즈마는 웨이퍼 표면의 노출된 영역들을 에칭, 증착, 또는 다르게 프로세스하도록 채택된다.
프로세싱 동안, 플라즈마는 기판 상의 노출된 영역들과 상호작용하고, 상호작용은 노출된 영역들을 프로세스하고 부산물들을 생성하는 것 둘 다이다. 부산물 가스는 플라즈마가 공급된 반응 가스로부터 계속해서 생성됨에 따라 나중에 펌프 아웃 (pump out) 된다. 플라즈마 내의 다른 컴포넌트들 (이온들 또는 라디컬들) 은 이방성 에칭을 보장하기 위해 에칭된 구조체들의 측벽 보호에 가장 중요한 특정한 프리커서들을 형성할 수도 있다. 예로서, 이러한 프리커서들은 에칭 지향성을 개선하기 위해 피처 측벽들 상에 폴리머 증착을 유발할 수도 있다. 다른 프리커서들은 유리하게 다르게는 달성하기 어려운 상이한 재료의 막들 사이에서 특정한 에칭 선택비들을 발생할 수도 있다.
도 1은 플라즈마 프로세싱 시스템 (하나 또는 다수의 챔버들을 가질 수도 있음) 내의 통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버 (102) 를 도시한다. 도 1에서, 하부 전극을 형성하는 정전 척 (ESC) (106) 상에 배치된 기판 (104) 이 도시된다. 절연체 링 (108) 및 그라운드 링 (110) 은 ESC (106) 를 둘러싸는 것으로 도시된다. 플라즈마 프로세싱 영역 (120) 은 챔버 천장 (122), 하부 전극/ESC (106), 및 한정 링들 (124) 의 세트로 제한되는 것으로 도시된다. 용량 결합 플라즈마 프로세싱 시스템의 경우, 예를 들어, 챔버 천장 (122) 은 상부 전극을 나타낼 수도 있다. 다른 시스템들에서, 챔버 천장은 단순히 플라즈마를 한정하기 위한 챔버 구조체를 나타낼 수도 있다.
반응 가스들은 상부 전극 (122) 의 온도를 제어하기 위한 가열 장치를 또한 포함할 수도 있는, 외부 가스 공급부들 (통상적이고 미도시) 로부터 가스 플레넘 (gas plenum)(130) 을 통해 공급된다. 도 1의 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (102) 는 용량 결합된 플라즈마 챔버여서, 챔버 천장 (122) 은 상부 전극을 나타낼 수도 있고, 예를 들어 접지될 수도 있거나 RF 에너지가 제공될 수도 있다.
도 1의 예에서, RF 전력 공급부의 형태인, 플라즈마 생성 전력 소스 (170) 는 플라즈마 프로세싱 영역 (120) 내에서 플라즈마를 점화시키기 위해 하부 전극/ESC (106) 으로 RF 에너지를 공급한다. 다른 챔버 설계들 또는 상이한 플라즈마 생성 기술을 사용하는 챔버에서, 플라즈마 생성 전력 소스 (170) 는 챔버의 상이한 컴포넌트들에 RF 에너지를 제공하기 위한 다수의 전력 소스들을 포함할 수도 있고, 또는 RF 이외의 다른 타입의 플라즈마 생성 기술 (예를 들어, 마이크로파와 같은) 일 수도 있다.
부산물 가스는 챔버 측면 또는 챔버 하단 또는 양자를 통해 배기될 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (102) 및 용량 결합 플라즈마 또는 상이한 플라즈마 생성 기술들을 사용하여 생성된 다른 플라즈마를 사용하는 다른 기존의 플라즈마 생성 챔버들의 컴포넌트들은 통상적이고 당업자에게 공지되었고 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.
일부 플라즈마 프로세싱 챔버들 내에서, 기판 (104) 의 중심 영역 (150) 으로부터 기판 (104) 의 에지 영역 (152) 까지 특정한 정도의 프로세스 불균일성 (프로세싱 레이트 또는 프로세싱 결과로) 이 존재한다는 것이 관찰되었다. 좁은 갭 챔버들 (좁은 갭 챔버들은 기판 상부 표면과 상부 전극의 하부 표면 사이의 갭이 기판 직경의 10 ％보다 작은 챔버들을 나타냄) 내에서의 에칭 및/또는 보다 큰 기판들 (450 ㎜ 이상의 웨이퍼들과 같은) 을 프로세싱할 때, 불균일성 문제들이 악화되는 경향이 있다.
일부 경우들에서, 고 애스팩트비 피처들의 에칭은 ARDE (Aspect Ratio Dependent Etching) 라고 공지된 현상을 겪는 경향이 있다. 일부 증거는 ARDE에 책임이 있는 일 메커니즘은 고 애스팩트비 홀들 (또는 트렌치들) 과 같은 깊은 구조체들의 보다 낮은 부분들로부터의 반응 부산물들을 이들이 펌프될 수 있는 웨이퍼의 표면으로 확산시키기 위해 비교적 긴 시간을 취한다고 암시한다. 깊은 피처들의 하단부에서 증가된 풍부한 에칭 부산물들은 새로운 에천트의 재공급을 느리게 하여 이들의 농도를 감소시킨다. 이는 에치 프론트 (etch front) 가 피처 내로 보다 깊게 진행하기 때문에 마스크 바로 아래의 레이트에 비해 에치 프론트의 레이트가 느려지게 한다.
전술한 관점에서, 개선된 에칭 기법들 및 장치들이 필요하다.
일 실시예에서, 본 발명은 기판을 프로세싱하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것이다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 지지하기 위한 하부 전극 및 프로세싱 동안 기판의 상부 표면과 챔버 천장 (ceiling) 사이에 플라즈마 프로세싱 영역이 존재하도록 하부 전극 위에 배치된 챔버 천장을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 또한 공급된 반응 가스로부터 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스 및 플라즈마 프로세싱 영역으로 제 1 광을 발광하기 위한 발광 장치를 포함한다. 제 2 광을 수광하기 위한 수광 장치로서, 제 2 광은 제 1 광이 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 제 1 광의 변경된 버전을 나타내는, 상기 수광 장치가 더 포함된다. 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상인지 또는 제 2 문턱값 이하인지 여부를 확인하기 위해 제 2 광을 분석하기 위한 로직이 추가적으로 포함되고, 로직은 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상이라면 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시키기 위한 제 1 신호를 전송하고, 로직은 제 2 광의 상기 파라미터가 제 1 문턱값 이하라면 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시키기 위한 제 2 신호를 전송한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 시스템 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법에 관한 것이고, 챔버는 기판을 지지하기 위한 적어도 하부 전극, 프로세싱 동안 기판의 상부 표면과 챔버 천장 사이에 플라즈마 프로세싱 영역이 존재하도록 하부 전극 위에 배치된 챔버 천장, 및 공급된 반응 가스로부터 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스를 포함한다. 이 방법은, 플라즈마 프로세싱 영역 내에 제 1 광을 발광하기 위한 발광 장치를 제공하는 단계 및 제 2 광을 수광하기 위한 수광 장치를 제공하는 단계로서, 제 2 광은 제 1 광이 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 제 1 광의 변경된 버전을 나타내는, 상기 수광 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값을 초과하는지 또는 제 2 문턱값보다 아래인지 여부를 확인하기 위해 제 2 광을 분석하기 위한 로직이 또한 포함된다. 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상이라면, 이 방법은 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시킨다. 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이하라면, 이 방법은 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시킨다.
본 발명은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아닌 예로서 예시된다.
도 1은 논의를 용이하게 하도록 플라즈마 프로세싱 시스템 (하나 또는 다수의 챔버들을 가질 수도 있음) 내의 통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 간략화된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 간략화된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간의 함수로서 형광 또는 흡수의 신호 강도의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 발광된 형광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광역 (백색) 스펙트럼 (broad spectrum) 의 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 흡수 매질을 통과한 후 투과된 광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위하여 가스의 유효 체류 시간을 감소시키는 방법을 도시한다.
도 1은 논의를 용이하게 하도록 플라즈마 프로세싱 시스템 (하나 또는 다수의 챔버들을 가질 수도 있음) 내의 통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 간략화된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 간략화된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간의 함수로서 형광 또는 흡수의 신호 강도의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 발광된 형광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광역 (백색) 스펙트럼 (broad spectrum) 의 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 흡수 매질을 통과한 후 투과된 광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위하여 가스의 유효 체류 시간을 감소시키는 방법을 도시한다.
본 발명은 이제 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 발명의 전체적인 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 상세들이 언급된다. 그러나, 본 발명은 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부가 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않는다.
방법들 및 기법들을 포함하는 다양한 실시예들이 이하에 기술된다. 본 발명은 또한 창의적인 기법의 실시예들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 인스트럭션들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제작 물체들을 커버할 수도 있다는 것을 유념해야 한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 예를 들어, 반도체, 자기, 광학-자기, 광학, 또는 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하기 위한 다른 형태의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 또한 본 발명의 실시예들을 실시하기 위한 장치들을 커버할 수도 있다. 이러한 장치는 본 발명의 실시예들을 포함하는 태스크들을 수행하기 위한 전용 및/또는 프로그램가능한 회로들을 포함할 수도 있다. 이러한 장치의 예들은 적절히 프로그램될 때 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 디바이스를 포함하고 본 발명의 실시예들과 관련된 다양한 태스크들을 위해 구성된 컴퓨터/컴퓨팅 디바이스 및 전용/프로그램가능 회로들의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 부산물 가스들의 유효 체류 시간을 감소시키기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서의 플라즈마 생성을 제어하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 유효 체류 시간은 '에칭' 상태 (정상 에칭 레시피를 따르는) 의 플라즈마를 사용하는 가스/플라즈마 구성성분이 기판 위에 체류하는 평균 시간으로서 규정될 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 예를 들어, 플라즈마/가스 구성성분이 웨이퍼 위에서 웨이퍼 외부 영역으로 물리적으로 이동하기 위해 걸리는 시간보다 적은 양의 시간으로 에칭-상태 플라즈마 지속기간을 감소시키기 위해, RF 전력을 조정함으로써 유효 체류 시간을 감소시키려고 한다. 예를 들어, 정상 (종래 기술의 레시피) 가스 체류 시간이 주어진 챔버에 대해 20 ㎳이고 본 발명의 일 실시예에 따른, RF-온 시간이 이 20 ㎳ 중 단지 5 ㎳이면, 유효 체류 시간은 20 ㎳의 약 25 ％인 약 5 ㎳인 것으로 간주될 수도 있다.
불균일성 문제와 관련하여, 본 명세서의 발명자에 의해 부산물 가스 농도는 기판의 중심에 존재하는 부산물 가스 농도에 비해 기판의 에지를 향해 상승할 수도 있다고 이론화되었다. 이는 대부분의 챔버들에서, 부산물 가스는 챔버 측면 또는 챔버 하단부 또는 양자로부터 배기되기 전에 기판의 중심으로부터 기판의 에지를 향하여 이동한다. 기판의 상이한 영역들 상의 부산물 가스 농도 차는 프로세스 불균일성에 기여하는 한 요인이 될 수도 있다.
가스 체류 시간 (즉, 가스가 배기되기 전에 챔버 내에 체류하는 시간) 을 감소시키는 것은 프로세스 불균일성 (수반되는 프로세싱 타입에 따라 에칭 불균일성, 증착 불균일성, 에칭 레이트 불균일성, 증착 레이트 불균일성, 에칭 깊이 불균일성, 및/또는 증착 두께 불균일성이라고도 함) 을 개선할 수도 있다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 가스 체류 시간은 기판 위의 플라즈마 볼륨, 배기 펌프 장치의 펌핑 스피드, 및 프로세스 가스 압력에 따른다. 예를 들어, 플라즈마 볼륨이 특정한 펌핑 스피드 및 압력에 대해 무한정 감소될 수 없기 때문에, 얼마나 많은 가스 체류 시간이 감소될 수 있는지에 대한 하한이 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라, 가스 체류 시간은 프로세스 시간의 적어도 일부에 대해 플라즈마 반응을 감소시킴으로써 "효과적으로" 감소된다. 본 명세서에 용어가 채용될 때, 프로세스 시간은 주어진 레시피에 따라 기판을 프로세싱하기 위해 요구되는 시간을 지칭한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라, 플라즈마 프로세싱 챔버는 프로세스 시간 지속기간의 일부에 대해 제공된 프로세싱 레시피에 따른 정상 프로세싱 모드에서 동작된다. 프로세싱 시간 지속기간의 일부의 다른 부분에 대해 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판의 노출된 부분들과의 반응을 감소시키거나 중단하기 위해 "감소된" 모드에서 동작되어 플라즈마 생성 에너지 (RF 또는 마이크로파 또는 일부 다른 형태의 플라즈마 생성 에너지) 가 감소된다.
대안적으로, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라, 가스 체류 시간은 "실제" 가스 체류 시간의 적어도 일부에 대해 플라즈마 반응을 감소시킴으로써 "효과적으로" 감소된다. 본 명세서에서 용어가 채용될 때, "실제" 가스 체류 시간은 챔버 내에서 가스가 실제로 사용한 시간을 지칭하고 챔버로부터 가스의 제거 레이트로 나눠진 가스를 홀딩하기 위한 챔버의 용량비에 관련된다 (결국 가스 압력 및 볼륨에 관련됨). 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라, 플라즈마 프로세싱 챔버는 실제 가스 체류 시간 지속기간의 일부에 대해 제공된 프로세싱 레시피에 따라 정상 프로세싱 상태에서 동작된다. 실제 가스 체류 시간 부분의 다른 부분에 대해, 플라즈마 프로세싱 챔버는 "감소된" 모드에서 동작되어 기판의 노출된 부분들과의 반응을 감소시키거나 중단하기 위해 플라즈마 생성 에너지 (RF 또는 마이크로파 또는 일부 다른 형태의 플라즈마 생성 에너지) 가 감소된다.
"감소된 모드" 시간 동안, 반응 부산물 가스는 기판의 노출된 부분과의 2차 반응들을 상당히 체결하지 않고 기판의 에지를 향해 이동한다. 일단 감소된 모드 시간이 만료되면, 플라즈마 생성 에너지는 최고 레벨 (full level) 에서 기판을 프로세싱하기 위해 다시 증가된다. 하나 이상의 실시예들에서, 챔버 내로의 반응 가스 플로우는 "감소된 모드" 시간 동안 변하지 않은 채로 남는다. 하나 이상의 실시예들에서, 간격 길이들의 범위는 1 ㎳ 내지 에칭 단계의 최고 길이일 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 플라즈마는 감소된 모드의 시작 및 종료를 제어하기 위해 능동적으로 모니터링된다. 하나 이상의 실시예들에서, 발광 장치는 플라즈마 프로세싱 영역으로 발광하고 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 변경된 광을 모니터링하기 위해 채용된다. 예를 들어, 광은 이의 파장의 어떤 부분이 흡수됨으로써 변경될 수도 있다. 예를 들어, 광은 형광을 발광함으로써 변경될 수도 있다. 무관하게, 변경된 광은 파장의 함수로서 2 개의 문턱값들에 대해 모니터링되고 비교된다.
파라미터 (예를 들어, 흡수된 파장의 강도 또는 형광 발광된 파장의 강도와 같은) 가 제 1 문턱값 이상이면, 플라즈마는 감소된 모드로 진입하도록 제어된다. 감소된 모드에서, 반응이 감소되거나 중단하고 부산물 가스 농도가 시간에 따라 감소된다. 파라미터가 제 2 문턱값 이하이면, 플라즈마는 감소된 모드를 나오도록 제어된다. 감소된 모드를 나온 후, 반응은 예를 들어, 최고 레벨로 다시 증가될 수도 있다. 본 발명의 실시예들의 맥락에서, 감소된 모드는 정상 에칭 모드에 비해 보다 낮은 RF 전력 레벨을 지칭하고 플라즈마 오프 상태를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플라즈마는 크게 감소되지만, 플라즈마 재점화 및 안정화와 연관된 복잡한 문제들 및 지연들을 방지하기 위해 감소된 모드 동안 완전히 소화되지는 않는다. 다른 예로서, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 플라즈마는 감소된 모드 동안 오프될 수도 있다.
본 발명의 실시예들의 특징들 및 장점들은 도면들 및 이하의 논의들을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 단순화된 도면이다. 도 2를 참조하면, 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버 (204) 를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템은 프로세싱 동안 기판 (208) 을 지지하기 위한 하부 전극 (206) 을 포함한다. 예를 들어, 용량 결합된 플라즈마 프로세싱 챔버의 경우의 상부 전극 또는 유도 결합된 플라즈마 프로세싱 챔버의 경우에 유전체 윈도를 나타내는 챔버 천장 (210) 은 플라즈마 프로세싱 영역 (212) 의 상부 경계를 형성한다. 예를 들어, 분광기 (collimator) 를 갖는 광원의 형태의 발광 장치 (214) 는 플라즈마 프로세싱 영역 (212) 을 통해 발광한다. 발광된 광은 단색 (예를 들어, 레이저) 일 수도 있고 또는 광대역 (broad-band) 일 수도 있다. 광이 플라즈마 프로세싱 영역 (212) 을 가로지름에 따라, 광은 플라즈마 및/또는 가스 및/또는 플라즈마 프로세싱 영역 (212) 내에 존재하는 물질을 가로지르고 변경된다. 변경된 광은 도 2의 예에서 OES (optical emission spectroscopy) 를 나타내는, 수광 장치 (220) 에 의해 수신된다. 렌즈 (222) 는 OES 센서 상에 변경된 광을 포커스하도록 제공될 수도 있다.
수광 장치 (220) 는 변경된 광의 파라미터 (예를 들어, 흡수된 파장의 강도 또는 형광 발광된 광의 강도와 같은) 를 2 개의 문턱값들에 비교하는 분석 서브-유닛을 포함할 수도 있고 분석 결과에 응답하여 신호들을 제공할 수도 있다. 파라미터 (예를 들어, 흡수된 파장의 강도 또는 형광 발광된 광의 강도와 같은) 가 제 1 문턱값 이상이면, 신호는 플라즈마가 감소된 모드에 진입하도록 (RF 전력을 감소시키기 위해) 제어하기 위해 제어기 (280) (수광 장치 (220) 와 통신하고 개별 컴포넌트일 수도 있음) 에 의해 RF 전력 공급부 (240) (도 2의 예에서 플라즈마 생성 전력 소스를 나타냄) 로 전송된다. 감소된 모드에서, 반응은 감소되거나 중단되고 부산물 가스 농도는 시간에 따라 감소한다. 파라미터가 제 2 문턱값 이하이면, 다른 신호가 플라즈마가 감소된 모드를 나가도록 (RF 전력을 증가시키기 위해) 제어하기 위해 제어기 (280) 에 의해 RF 전력 공급부 (240) 로 전송된다. 감소된 모드를 나온 후, 반응은 예를 들어 최고 레벨로 다시 상승될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위해 유효 가스 체류 시간을 감소시키기 위한 본 발명의 챔버의 일부의 단순화된 도면을 도시한다. 도 3을 참조하여, 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템은 프로세싱 동안 기판 (308) 을 지지하기 위한 하부 전극 (306) 을 포함한다. 예를 들어, 용량 결합된 플라즈마 프로세싱 챔버의 경우의 상부 전극 또는 유도 결합된 플라즈마 프로세싱 챔버의 경우에 유전체 윈도를 나타내는 챔버 천장 (310) 은 플라즈마 프로세싱 영역 (312) 의 상부 경계를 형성한다. 예를 들어, 분광기를 갖는 광원의 형태의 발광 장치 (314) 는 플라즈마 프로세싱 영역 (312) 을 통해 발광한다. 발광된 광은 단색 (예를 들어, 레이저) 일 수도 있고 또는 광대역일 수도 있다.
광이 플라즈마 프로세싱 영역 (312) 을 가로지름에 따라, 광은 플라즈마 및/또는 가스 및/또는 플라즈마 프로세싱 영역 (312) 내에 존재하는 물질을 가로지르고 변경된다. 변경된 광은 도 3의 예에서 포토다이오드 (328) 및 간섭 필터 (330) 를 나타내는, 수광 장치에 의해 수신된다.
수광 장치 (320) 는 변경된 광의 파라미터 (예를 들어, 흡수된 파장의 강도 또는 형광 발광된 광의 강도와 같은) 를 2 개의 문턱값들에 비교하는 분석 서브-유닛을 포함할 수도 있고 분석 결과에 응답하여 신호들을 제공할 수도 있다. 파라미터 (예를 들어, 흡수된 파장의 강도 또는 형광 발광된 광의 강도와 같은) 가 제 1 문턱값 이상이면, 신호는 플라즈마가 감소된 모드에 진입하도록 (RF 전력을 감소시키기 위해) 제어하기 위해 (예를 들어 도 2에 도시된 제어기를 사용하여) RF 전력 공급부 (340) (도 3의 예에서 플라즈마 생성 전력 소스를 나타냄) 로 전송된다. 감소된 모드에서, 반응은 감소되거나 중단되고 부산물 가스 농도는 시간에 따라 감소한다. 파라미터가 제 2 문턱값 이하이면, 다른 신호가 플라즈마가 감소된 모드를 나가도록 (RF 전력을 증가시키기 위해) 제어하기 위해 RF 전력 공급부 (340) 로 전송된다. 감소된 모드를 나온 후, 반응은 예를 들어 최고 레벨로 다시 상승될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간의 함수로서 형광 또는 흡수의 신호 강도의 그래프를 도시한다. 시간 T1동안, 플라즈마 프로세싱 챔버는 정상 모드에서 동작하고 프로세싱은 최고 레벨에서 발생한다. 신호 강도 (402) 는 모니터링되고 신호 강도 (402) 가 문턱값 (420) 이상이면, 플라즈마는 감소된 모드로 진입하도록 RF 전력을 변화시킴으로써 제어된다. 감소된 모드 지속기간은 시간 T2로 도시된다. 신호 강도 (402) 가 계속 모니터링되고 신호 강도 (402) 가 문턱값 (430) 이하이면, 플라즈마는 감소된 모드를 나가기 위해 RF 전력을 변화시킴으로써 제어된다. 도 4의 예에서, 챔버가 감소된 모드를 나온 후, 플라즈마 프로세싱은 최고 레벨에서 재개된다. 시간 T1 및 T2동안, 챔버로의 반응 가스의 플로우 레이트는 하나 이상의 실시예들에서 일정하게 유지된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 발광된 형광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 파장 (WL) 을 갖는 레이저는 플라즈마 프로세싱 영역의 부산물 가스의 일부 가스가 파장 W1을 갖는 형광을 발광하도록 한다. 형광의 강도를 모니터링함으로써, 부산물 가스의 농도는 근사화되거나 계산되고 앞서 논의된 방식으로 2 개의 문턱값들과 비교된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광역 (백색) 스펙트럼의 광 빔이 발광 장치로부터 발광되고 수광 장치에 의해 수광된 후 발광된 흡수된 광의 파장 대 신호 강도의 그래프이다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 부산물 가스는 백색 광의 스펙트럼의 파장 (WS) 의 일부를 흡수한다. 얼마나 많은 광이 파장 (WS) 에서 흡수되는지 모니터링함으로써, 부산물 가스의 농도가 근사화되거나 계산되고 앞서 논의된 방식으로 2 개의 문턱값들과 비교된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 균일성을 개선하기 위하여 가스의 유효 체류 시간을 감소시키는 방법을 도시한다. 이 방법은 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 시스템에서 실행된다. 챔버는 적어도 기판을 지지하기 위한 하부 전극 및 프로세싱 동안 기판의 상부 표면과 챔버 천장 사이에 플라즈마 프로세싱 영역이 존재하도록 하부 전극 위에 배치된 챔버 천장을 포함한다.
플라즈마 프로세싱 챔버는 또한 공급된 반응 가스로부터 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스를 포함한다. 단계 702에서, 플라즈마 프로세싱 영역으로 제 1 광을 발광하기 위한 발광 장치가 제공된다. 단계 704에서, 제 2 광을 수광하기 위한 수광 장치가 제공되고, 제 2 광은 제 1 광이 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 제 1 광의 변경된 버전을 나타낸다. 단계 706에서, 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상인지 또는 제 2 문턱값 이하인지 여부를 확인하기 위해 상기 제 2 광을 분석하기 위한 로직이 제공된다. 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상이라면 (712), 단계 708은 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시키는 단계를 수반한다. 그렇지 않다면 (단계 712), 프로세스는 단계 702로 돌아가 발광된 광을 계속 모니터링한다.
제 2 광의 파라미터가 제 2 문턱값 이하라면 (714), 단계 710는 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시키는 단계를 수반한다. 그렇지 않다면 (단계 714), 프로세스는 단계 702로 돌아가 발광된 광을 계속 모니터링한다. 도 7의 단계들은 기판 프로세싱이 완료될 때까지 반복적으로 (화살표 720) 실행될 수도 있다.
전술한 바로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 가스 체류 시간을 효과적으로 감소시킴으로써 균일성을 개선한다. RF 소스들이 감소된 모드로 진입하거나 나오도록 조정되면, 감소된 모드와 최고 프로세싱 모드 사이의 조정은 전자 온도에 상당한 영향을 주도록 너무 긴 경향이 있는 ㎳ 범위에 있을 수도 있다. 그러나, 유효 가스 체류 시간은 챔버 압력 감소에 대한 제한, 챔버 볼륨 또는 펌핑 레이트 증가에 대한 제한으로 인해 이전에 가능했던 방식들로 감소된다. 감소된 유효 가스 체류 시간으로, 균일성이 유리하게 개선된다.
본 명세서의 예들이 기판의 에지 영역과 기판의 중심 영역 사이의 부산물 농도 차로 인해 불균일성 감소의 맥락으로 논의되었지만, 본 발명의 실시예들은 반응 부산물 농도 또는 프리커서 농도를 모니터링하고 이들의 유효 체류 시간을 감소시키기 위해 정상 모드와 감소된 모드 사이에서 RF 전력을 조정하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 폴리머 프리커서 농도는 폴리머 증착 량에 영향을 미치기 위해, 정상 모드와 감소된 모드의 파라미터들 (지속기간 또는 RF 전력 레벨과 같은) 을 제어하기 위해 모니터링될 수도 있다. 공지된 바와 같이, 일부 에칭 프로세스들은 목표된 에칭 결과를 달성하기 위해 증착 메커니즘/서브단계와 에칭 메커니즘/서브단계 사이의 균형을 수반할 수도 있다. 이들 에칭 애플리케이션들에서, 예를 들어, 너무 많거나 너무 적은 폴리머 증착은 감소된 에칭 레이트들, 불균일성, 결함성 에칭 프로파일, 등과 같은 바람직하지 않은 결과들을 유발할 수도 있기 때문에, 폴리머 증착을 제어하는 것이 바람직하다. 상기에 논의된 본 발명의 실시예들은 에칭을 제어하기 위한 추가적인 제어 수단을 제공하기 위해 대안적으로 또는 추가적으로 프리커서 농도를 모니터링하고 정상 동작 시간과 감소된 모드 시간의 지속기간 및/또는 RF 전력 레벨을 조정하도록 구성될 수도 있다.
게다가, 기판을 에칭하는 동안 센서 측정치에 대충 응답하여, 폴리머 프리커서 또는 부산물 농도를 제어하기 위한 능력이 또한 전술한 ARDE (aspect ratio dependent etching) 문제를 해결할 수도 있다. 예를 들어, 감소된 모드 동작 기간들 또는 펄스들 동안 보다 높은 애스팩트 비 피처들 밖으로 확산시키기 위해 에칭 부산물들을 더 많은 시간 제공함으로써, 이들 고 애스팩트 비 홀들 및 트렌치들 내의 에칭 부산물들의 농도는 보다 양호하게 제어될 수도 있어서, ARDE를 완화시킨다.
본 발명이 몇몇 바람직한 실시예들로 기술되었지만, 대체, 치환, 및 등가물들이 본 발명의 범위 내에 있다. 다양한 예들이 본 명세서에 제공되지만, 이들 예들은 예시적인 것이고 본 발명에 대해 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 제목 및 개요는 편의성을 위해 본 명세서에 제공되었고 본 명세서의 청구항들의 범위를 해석하는 것으로 사용되지 않아야 한다. 또한, 요약은 매우 간략화된 형태로 기록되었고, 편의성을 위해 본 명세서에 제공되어서, 청구항들에 표현된 전체적인 발명으로 해석하거나 제한하는 것으로 채택되지 않아야 한다. 용어 "세트 (set)" 이 본 명세서에서 채택되면, 이러한 용어는 제로, 1 개, 2 개 이상의 부재를 커버하는 일반적으로 이해되는 수학적 의미를 갖는 것으로 의도된다. 또한 본 발명의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들이 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 모든 이러한 대체, 치환, 및 등가물들을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.
Claims (21)
- 기판을 프로세싱하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
상기 기판을 지지하기 위한 하부 전극;
상기 프로세싱 동안 상기 기판의 상부 표면과 챔버 천장 (ceiling) 사이에 플라즈마 프로세싱 영역이 존재하도록 상기 하부 전극 위에 배치된 상기 챔버 천장;
공급된 반응 가스로부터 상기 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스;
상기 플라즈마 프로세싱 영역으로 제 1 광을 발광하기 위한 발광 장치;
제 2 광을 수광하기 위한 수광 장치로서, 상기 제 2 광은 상기 제 1 광이 상기 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 상기 제 1 광의 변경된 버전을 나타내는, 상기 수광 장치; 및
상기 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상인지 또는 제 2 문턱값 이하인지 여부를 확인하기 위해 상기 제 2 광을 분석하기 위한 로직을 포함하고,
상기 로직은 상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이상이라면 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시키기 위한 제 1 신호를 전송하고, 상기 로직은 상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이하라면 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시키기 위한 제 2 신호를 전송하는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 천장은 상부 전극을 나타내는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 상기 상부 전극에 RF 에너지를 제공하도록 구성된 RF 전력 공급부를 나타내는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 상기 하부 전극에 RF 에너지를 제공하도록 구성된 RF 전력 공급부를 나타내는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 마이크로파 전력 소스를 나타내는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극의 상부 표면과 상기 챔버 천장 사이의 갭은 상기 기판의 직경의 10 ％보다 작은, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로직은 분석을 위해 상기 로직을 구현하는 제어 소프트웨어 및 상기 감소와 상기 증가를 수행하기 위해 상기 제어 소프트웨어를 실행하도록 구성된 컴퓨터를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 장치는 광역 스펙트럼 (broad spectrum) 의 광을 발광하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 장치는 레이저 광을 발광하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 시스템 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
상기 챔버는 상기 기판을 지지하기 위한 적어도 하부 전극, 상기 프로세싱 동안 상기 기판의 상부 표면과 챔버 천장 사이에 플라즈마 프로세싱 영역이 존재하도록 상기 하부 전극 위에 배치된 상기 챔버 천장, 및 공급된 반응 가스로부터 상기 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스를 포함하고,
상기 방법은,
상기 플라즈마 프로세싱 영역 내에 제 1 광을 발광하기 위한 발광 장치를 제공하는 단계;
제 2 광을 수광하기 위한 수광 장치를 제공하는 단계로서, 상기 제 2 광은 상기 제 1 광이 상기 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 상기 제 1 광의 변경된 버전을 나타내는, 상기 수광 장치를 제공하는 단계;
상기 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값을 초과하는지 또는 제 2 문턱값보다 아래인지 여부를 확인하기 위해 상기 제 2 광을 분석하기 위한 로직을 제공하는 단계;
상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이상이라면, 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시키는 단계; 및
상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이하라면, 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시키는 단계를 포함하는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 챔버 천장은 상부 전극을 나타내는, 기판 프로세싱 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 상기 상부 전극에 RF 에너지를 제공하도록 구성된 RF 전력 공급부를 나타내는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 상기 하부 전극에 RF 에너지를 제공하도록 구성된 RF 전력 공급부를 나타내는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 전력 소스는 마이크로파 전력 소스를 나타내는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 전극의 상부 표면과 상기 챔버 천장 사이의 갭은 상기 기판의 직경의 10 ％보다 작은, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 로직은 분석을 위해 상기 로직을 구현하는 제어 소프트웨어 및 상기 감소와 상기 증가를 수행하기 위해 상기 제어 소프트웨어를 실행하도록 구성된 컴퓨터를 포함하는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 발광 장치는 광역 스펙트럼의 광을 발광하도록 구성되는, 기판 프로세싱 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 발광 장치는 레이저 광을 발광하도록 구성되는, 기판 프로세싱 방법. - 기판을 프로세싱하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 프로세싱 챔버를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
상기 기판을 지지하기 위한 하부 전극;
공급된 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 에너지를 제공하기 위한 플라즈마 생성 전력 소스로서, 상기 플라즈마는 상기 기판 위의 플라즈마 프로세싱 영역 내에서 생성되는, 상기 플라즈마 생성 소스;
상기 플라즈마 프로세싱 영역으로 제 1 광을 발광하기 위한 수단;
제 2 광을 수광하기 위한 수단으로서, 상기 제 2 광은 상기 제 1 광이 상기 플라즈마 프로세싱 영역을 통과한 후 상기 제 1 광의 변경된 버전을 나타내는, 상기 제 2 광을 수광하기 위한 수단; 및
상기 제 2 광의 파라미터가 제 1 문턱값 이상인지 또는 제 2 문턱값 이하인지 여부를 확인하기 위해 상기 제 2 광을 분석하기 위한 수단을 포함하고,
상기 제 2 광을 분석하기 위한 수단은 상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이상이라면 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 감소시키기 위한 제 1 신호를 전송하고, 상기 제 2 광을 분석하기 위한 수단은 상기 제 2 광의 상기 파라미터가 상기 제 1 문턱값 이하라면 상기 플라즈마 생성 전력 소스에 의해 제공된 플라즈마 생성 에너지의 양을 증가시키기 위한 제 2 신호를 전송하는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 발광 수단은 광역 스펙트럼의 광을 발광하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 발광 수단은 레이저 광을 발광하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 시스템.
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