KR20180101598A - 건식 에칭 공정의 사후 열처리의 공정 완료를 결정하는 시스템 및 방법 - Google Patents
건식 에칭 공정의 사후 열처리의 공정 완료를 결정하는 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180101598A KR20180101598A KR1020187024595A KR20187024595A KR20180101598A KR 20180101598 A KR20180101598 A KR 20180101598A KR 1020187024595 A KR1020187024595 A KR 1020187024595A KR 20187024595 A KR20187024595 A KR 20187024595A KR 20180101598 A KR20180101598 A KR 20180101598A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pht
- product layer
- layer
- substrate
- removal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 259
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 100
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims abstract description 87
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 50
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 31
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 18
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 claims description 9
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000012369 In process control Methods 0.000 claims description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims 2
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims 2
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 claims 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- -1 ammonium fluorosilicate Chemical compound 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
- H01J37/32963—End-point detection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
- H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
- H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
- H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Abstract
건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 공정 챔버 내에 기판 - 상기 기판은 막층 및 하위층을 가지며, 상기 막층은 하나 이상의 영역을 가짐 - 을 제공하는 단계; 상기 막층 또는 상기 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 단계; 및 상기 부산물층의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계; 상기 부산물층의 측정된 하나 이상의 특성에 기초하여 PHT 공정을 조정하는 단계; 상기 기판 상의 상기 부산물층을 제거하기 위해 상기 PHT 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 PHT 공정은 상기 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한다.
Description
본 출원은 2015년 6월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/184,003호와 관련된 것이고 이것의 우선권을 청구하며, 이 가특허 출원의 내용 전체는 참조로서 본 명세서 내에서 원용된다.
본 발명은 기판 처리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히, 사후 열처리(post heat treatment; PHT)의 종료점(endpoint)을 결정하고 공정 제어를 위해 종료점 데이터를 사용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 PHT를 필요로 하는 박막의 건식 화학적 에칭에 관한 것이다. 건식 화학적 에칭을 사용하여 박막이 제거될 때, 부산물층이 기판의 표면 상에 남겨진다. 이 부산물층 또는 막의 제거는 주로 고온 PHT를 사용하여 행해진다. 부산물층이 제거되었던 때를 실시간으로 알면 매우 유용할 것이고, 상당히 공정 제어를 증가시키고, 쓰루풋을 증가시키고, 결함을 감소시키며, 상당한 수율 개선을 유도할 것이다. 건식 화학적 에칭 PHT와 같은 공정들은 에칭 부산물층들의 실시간 인시츄(in-situ) 완전 승화(complete sublimation)를 결정하는 방법을 현재 갖고 있지 않다.
현재의 에칭 부산물층 제거는 경험적으로 행해져서, 부산물층의 완전 승화는 이전 특성 및 처리 이력에 기초하여 추정된다. 이 '시기 적절한(timed)' 방법은 실시간이 아니므로, 막 변형, 공정 챔버 컨디셔닝, 및 공정 변경을 고려할 때 오류가 발생하기 쉽다. 제안된 기술은 실시간으로 완전한 에칭 부산물층 제거를 결정하기 위해 에칭 종료점(etch endpoint) 장비 및 방법을 사용하는 것이다.
이 새로운 기술의 장점에는 (1) 개선된 건식 화학적 에칭 PHT 공정 제어, (2) 툴 쓰루풋 증가, 및 (3) PHT 변동성의 감소가 포함된다.
건식 에칭 공정의 PHT의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은: 공정 챔버 내에 기판 - 상기 기판은 막층(film layer) 및 하위층(underlying layer)을 가지며, 상기 막층은 하나 이상의 영역을 가짐 - 을 제공하는 단계; 기판 상의 막층 또는 영역 제거의 하나 이상의 시퀀스를 수행하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 시퀀스는, 막층 또는 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 단계; 및 기판 상의 부산물층을 제거하기 위해 사후 열처리(PHT) 공정을 수행하는 단계를 포함하며, PHT 공정은 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한다.
건식 에칭 공정의 PHT의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 다른 방법이 또한 제공되며, 상기 방법은: 공정 챔버 내에 기판 - 상기 기판은 막층 및 하위층을 가지며, 상기 막층은 하나 이상의 영역을 가짐 - 을 제공하는 단계; 막층 또는 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 단계; 및 부산물층의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계; 부산물층의 측정된 하나 이상의 특성에 기초하여 PHT 공정을 조정하는 단계; 기판 상의 부산물층을 제거하기 위해 PHT 공정을 수행하는 단계를 포함하며, PHT 공정은 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한다.
또한, 공정 제어에서의 이용을 위한 건식 에칭 공정의 PHT의 공정 완료 데이터를 결정하고 이용하도록 구성된 제조 시스템이 제공되며, 상기 제조 시스템은: 사후 열처리(PHT) 시스템의 공정 챔버; PHT 시스템에 결합된 화학적 산화물 제거(chemical oxide removal; COR) 또는 원자층 에칭(atomic layer etch; ALE) 시스템; 및 PHT 시스템에 결합되고 COR 시스템 또는 ALE 시스템에 결합된 제어기를 포함하며; COR 시스템은, 막층 또는 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 것에 의해, 그리고 기판 상의 부산물층을 제거하기 위해 사후 열처리(PHT) 공정을 수행하는 것에 의해, 기판을 처리하며, PHT 공정은 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한다. 제어기는 또한 PHT 시스템으로부터 PHT 건조 완료 정보를 수신하고, PHT 건조 완료 정보를 이용하여 PHT 시스템에서의 하나 이상의 동작 변수를 조정함으로써 부산물층의 제거의 균일성을 증가시키고 기판 쓰루풋을 증가시킨다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 도시하고, 전술한 본 발명의 일반적인 설명 및 이하에서 주어지는 상세한 설명과 함께, 본 발명을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 에칭 공정의 시작시의 화학적 산화물 제거(COR) 또는 원자층 에칭(ALE) 공정에서의 기판의 예시적인 개략도를 도시하고, 도 1b는 에칭 공정의 종료시의 기판의 예시적인 개략도를 도시하며, 도 1c는 PHT 공정의 종료시의 기판의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 COR 또는 ALE 공정에서의 기판의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 COR 또는 ALE 및 PHT 공정에서의 기판의 개략도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에서의 PHT 공정의 개략도를 도시한다. 도 4b는 본 발명의 실시예에서의 PHT 공정 전후의 기판층들의 측면도의 이미지들을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에서의 통합 공정 제어를 위한 데이터 이용과 함께 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT를 수행하기 위한 예시적인 시스템 차트이다.
도 7은 동작들의 공정 제어를 용이하게 하고 통합 목표를 달성하기 위한 계측 데이터를 처리하는 통합 시스템의 제어기를 도시하는 예시적인 시스템 차트이다.
도 1a는 에칭 공정의 시작시의 화학적 산화물 제거(COR) 또는 원자층 에칭(ALE) 공정에서의 기판의 예시적인 개략도를 도시하고, 도 1b는 에칭 공정의 종료시의 기판의 예시적인 개략도를 도시하며, 도 1c는 PHT 공정의 종료시의 기판의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 COR 또는 ALE 공정에서의 기판의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 COR 또는 ALE 및 PHT 공정에서의 기판의 개략도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에서의 PHT 공정의 개략도를 도시한다. 도 4b는 본 발명의 실시예에서의 PHT 공정 전후의 기판층들의 측면도의 이미지들을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에서의 통합 공정 제어를 위한 데이터 이용과 함께 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT를 수행하기 위한 예시적인 시스템 차트이다.
도 7은 동작들의 공정 제어를 용이하게 하고 통합 목표를 달성하기 위한 계측 데이터를 처리하는 통합 시스템의 제어기를 도시하는 예시적인 시스템 차트이다.
측벽 형상부를 패터닝하기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 하지만, 관련 기술의 당업자라면 다양한 실시예들이 하나 이상의 본 상세한 설명들 없이 실시될 수 있거나, 또는 다른 대체물 및/또는 추가적인 방법들, 물질들, 또는 컴포넌트들로 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예시들에서, 공지된 구조들, 물질들, 또는 동작들은 본 발명의 다양한 실시예들의 불명료한 양태들을 피하기 위해 상세히 도시되거나 기술되지는 않는다.
마찬가지로, 설명을 목적으로, 특정 숫자들, 물질들, 및 구성들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 진술된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 특정 상세사항들 없이 실시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 실척도로 도시될 필요는 없다는 것을 이해한다. 도면들을 참조할 때, 동일한 숫자들은 도면들에 걸쳐 동일한 부분들을 가리킨다.
본 명세서 전반에 걸친 "하나의 실시예" 또는 "실시예" 또는 그 변형예에 대한 언급은 해당 실시예와 관련하여 기술된 특정한 피처, 구조, 물질, 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 내에 포함된다는 것을 의미하지만, 이들이 모든 실시예에서 존재한다는 것을 나타내지는 않는다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서의 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 어구들의 출현들은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 더 나아가, 특정한 피처들, 구조들, 물질들 또는 특징들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 다양한 추가적인 층들 및/또는 구조물들이 포함될 수 있고 및/또는 설명된 피처들은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다.
추가적으로, 단수 표현은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 "하나 또는 그 이상"을 의미할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
다양한 동작들은 본 발명을 이해하는데 가장 도움을 주는 방식으로, 여러 개의 개별적인 동작들로서 차례로 설명될 것이다. 하지만, 본 설명의 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서 의존적임을 나타내는 것이라고 해석되어서는 안된다. 특히, 이러한 동작들은 제시된 순서로 수행될 필요는 없다. 설명된 동작들은 설명된 실시예와는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 다양한 추가적인 동작들이 수행될 수 있고/있거나 설명된 동작들은 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 그 위에서 물질이 형성되는 기저 물질 또는 구축물을 의미하고 이를 포함한다. 기판은 단일 물질, 상이한 물질들의 복수의 층들, 내부에 상이한 물질들 또는 상이한 구조물들의 영역들을 갖는 층 또는 층들 등을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 물질들은 반도체, 절연체, 전도체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 반도체 기판, 지지 구조물 상의 기저 반도체층, 하나 이상의 층, 구조물, 또는 영역이 그 위에 형성되어 있는 금속 전극 또는 반도체 기판일 수 있다. 기판은 종래의 실리콘 기판일 수 있거나 또는 반도체 물질층을 포함하는 다른 벌크 기판일 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "벌크 기판"은 실리콘 웨이퍼뿐만이 아니라, 실리콘 온 사파이어(silicon-on-sapphire; "SOS") 기판 및 실리콘 온 글래스(silicon-on-glass; "SOI") 기판과 같은 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator; "SOI") 기판들, 기본 반도체 기저부 상의 실리콘의 에피택셜층들, 및 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 및 인듐 인과 같은 다른 반도체 또는 광전자 물질들을 의미하고 이를 포함한다. 기판은 도핑되거나 또는 도핑되지 않을 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 동일한 참조 번호들은 여러 도면들에 걸쳐서 동일하거나 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1a는 에칭 공정의 시작시의 화학적 산화물 제거(COR) 또는 원자층 에칭(ALE) 공정에서의 기판(116)의 예시적인 개략도(100)를 도시한다. 기판(116)은 막층(108) 및 하위층(112)을 포함하는데, 막층(108)은 일반적으로 실리콘 산화물(SiOx)이고, 여기서 x는 0보다 큰 수이다. 실시예에서, SiOx는 실리콘 이산화물이다. 일 실시예에서, 하위층(112)은 베어 실리콘(bare silicon)이다. 기판(116)은 기판 막층(108) 상의 구조물을 에칭하는 에칭 가스(104)에 노출된다.
도 1b는 일반적으로 실리콘 산화물인 막층(128)과 일반적으로 베어 실리콘인 하위층(132)에 대한 화학적 산화물 제거(COR) 또는 원자층 에칭(ALE) 공정에서의 기판(136)의 예시적인 개략도(120)를 도시한다. ALE 또는 COR 공정 후, 사후 열처리(PHT) 공정으로 제거될 필요가 있는 부산물 막(140)이 형성된다.
도 1c는 열이 기판(156)에 가해지는 PHT 공정에서의 기판(156)의 예시적인 개략도(140)를 도시한다. 미리 결정된 온도 범위 및 시간에서 열을 가한 후, 부산물 막은 가스(160)로 승화되어 기판(156)의 막층(144)과 하위층(152)이 남는다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 에칭 처리 시스템의 개략도(200)를 도시한다. 전술한 바와 같이, 에칭 공정는 ALE 또는 COR일 수 있다. 일 실시예에서, 에칭 처리는 암모니아(204)와 플루오르화 수소산 가스(208)를 이용하는 COR이며, 암모니아(204)와 플루오르화 수소산 가스(208)는 기판(244)의 층을 에칭하는데 사용된다. 암모니아(204)와 플루오르화 수소산 가스(208)는 가스 분배 시스템(212)에서 혼합되어 공정 챔버(224) 내의 플라즈마(216)를 형성하고 기판(244)을 에칭 가스에 노출시킨다. 플라즈마(216)는 에칭 가스 출구(228)에서 처분된다. 공정 챔버(224)의 온도는 50℃ 내지 275℃의 범위 내 또는 200℃ 내지 400℃의 범위 내이다. 반응 챔버(216)의 온도를 제어하기 위해 물(232)이 척(242) 내의 전달 시스템(240)을 통해 순환된다. 암모니아와 플루오르화 수소산 가스가 사용되는 경우, 부산물층(220)인 암모늄 플루오로실리케이트가 기판(244)의 최상부 상에 생성된다. COR 공정에서의 화학적 반응은 다음과 같다:
SiO2 + 4NH3 → SiF4 + 2H2O + 4NH3, 그리고
SiF4 + 2HF + 2NH3 → (NH4)2SIF6
다른 실시예에서, 에칭 공정은 PHT 공정을 사용하여 또한 제거될 부산물층을 생성하는 ALE일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 COR과 PHT 통합 방식의 개략도(300)를 도시한다. 공정 시퀀스(358)는 부산물층이라고도 불리우는 반응 생성물 막(370), 산화물(354), 및 실리콘(350)을 포함하는 기판(302)의 다양한 조성물을 도시한다. 공정 시퀀스(358)는 5개의 스테이지들을 포함하는데, 처음 3개의 스테이지(304)는 COR 또는 ALE의 스테이지들을 포함하고, 마지막 2개의 스테이지(308)는 PHT 공정의 스테이지들을 포함한다. 에칭 가스가 암모니아와 플루오르화 수소산 가스(362)를 포함하는 실시예에서, 반응 생성물 막 또는 부산물층은 암모늄 플루오로실리케이트(AFS)(370)이다. 스테이지들은 다음과 같다: (1) 기판 표면 상에서의 에칭 가스(362)의 흡착 및 반응을 도시하는 제1 스테이지(318), (2) 암모늄 플루오로실리케이트(AFS) 막 속으로의 확산 및 에칭 가스(362)와 산화물막(354)의 반응을 도시하는 제2 스테이지(322), (3) 에칭 가스(362)의 확산율을 감소시키는 두꺼운 AFS 막(370)을 도시하는 제3 스테이지(326), (4) AFS 고형 부산물(370)의 탈착(366)을 도시하는 제4 스테이지(330), 및 (5) AFS 고형 부산물이 완전히 제거된 PHT 완료를 도시하는 제5 스테이지(334).
도 4a는 본 발명의 실시예에서의 PHT의 개략도(400)를 도시한다. 사후 열처리(PHT)는 50℃ 내지 275℃의 범위, 또는 120℃ 내지 180℃의 범위로 가열될 수 있는 기판에 근접하게 배치된 히터(424)로 공정 챔버(408)를 가열한다. 이것은 기판(412)의 AFS 고형 부산물층(도시되지 않음)이 상부(404)로 승화되도록 하고, 증기는 가스 배출구(420)를 사용하여 제거된다. 히터(424)는 척(416)과 통합될 수 있거나 또는 공정 챔버(408) 내의 다른 위치에 배치될 수 있다. 히터(424)는 냉각 능력을 갖는 가열 스테이지, 전기 히터, 아크 램프, 및/또는 할로겐 램프 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 기판(412)을 가열하면 아래의 화학적 반응에서 도시된 바와 같은 가스들로의 AFS 고형 부산물층의 탈착이 발생한다:
(NH4)2SiF6 → SiF4 + 2NH3 + 2HF
도 4b는 본 발명의 실시예에서의 PHT 공정 전(454)과 PHT 공정 후(476)의 기판층들의 측면의 이미지들(450)을 도시한다. 기판의 하위층들은 이미지들(472, 488)에 대응하는 실리콘층의 최상부 상에 있는, 이미지들(470, 484)에 대응하는 실리콘 산화물층을 포함한다. 이미지(454)에서 도시된 바와 같은 AFS 고형 부산물(468)은 약 50.0㎚이다. 이미지(476)에서 도시된 바와 같이 사후 열처리(PHT)의 종료점에 도달한 후, SiO2층(488)은 AFS 고형 부산물이 완전히 승화되었음을 보여준다.
도 5a는 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트(500)이다. 동작(504)에서, 에칭 및 PHT 공정을 필요로 하는 막층과 하위 막층을 갖는 기판이 제공된다. 에칭 공정은 화학적 산화물 제거 또는 원자층 에칭 공정일 수 있다. 동작(508)에서, 막층 또는 막층의 일부분을 제거하기 위해 건식 에칭 공정이 수행되며, 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성한다. 동작(512)에서, 부산물층을 제거하기 위해 PHT 공정이 수행된다. 동작(516)에서, 부산물층의 제거의 완료가 PHT 공정과 동시에 인시츄(in situ) 결정된다. 동작(520)에서, 에칭 및 PHT 공정을 제어하기 위해 부산물층 제거 동작의 완료 데이터가 이전 공정 단계들 또는 이후 공정 단계들로 전송된다. 동작(524)에서, 통합 방식의 공정 제어를 위해 부산물 제거 동작의 완료 데이터가 이전의 공정 동작 또는 이후 공정 동작에서 사용된다.
PHT 공정은 열을 발생시키기 위한 레이저 소스, 전기 소스, 또는 무선 주파수 소스, 및/또는 마이크로파 소스를 비롯한 에너지 소스들의 사용을 포함할 수 있다. PHT 공정은 50℃ 내지 275℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 공정 챔버 내의 압력은 50mTorr 내지 3,000mTorr의 범위 내일 수 있고; 부산물층의 두께는 1옹스트롬 내지 500옹스트롬일 수 있다. 부산물층의 하나 이상의 특성의 측정은 반사계(reflectometer), 엘립소미터(ellipsometer), 또는 분광계(spectrometer) 또는 레이저 계측 툴 또는 잔류 가스 분석(residual gas analysis; RGA)과 같은 가스 분석과 같은 광대역 계측 툴을 사용하여 수행될 수 있다.
부산물층 제거의 완료로부터 PHT 공정의 종료까지 지연 시간이 있는데, 이를 PHT 지연 시간이라 한다. 실시예에서, 부산물 제거의 완료로부터 PHT 공정의 종료까지의 지연 시간은 1초 내지 25초 또는 30초 이하의 범위 내이다. 에칭 공정 및 PHT 공정의 다른 동작 변수들은 이온 전류, 암모니아, 플루오르화 수소산 가스 분압와 같은 가스 성분, COR 또는 ALE 공정의 에칭 시간, PHT 승화 시간, PHT 온도, PHT 압력, 및 PHT 지연 시간을 포함한다.
제거 공정 목표는 PHT 지연 시간 타겟, PHT 승화 시간 타겟, 에칭 시간 타겟, PHT 툴 쓰루풋 타겟, 및/또는 부산물 제거 타겟을 백분율로서 충족시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, PHT 지연 시간 타겟은 1초 내지 15초 이하의 범위 내일 수 있고, 부산물층 제거 타겟은 80% 내지 100%의 범위 내일 수 있다.
도 5b는 본 발명의 실시예에서의 통합 방식의 공정 제어를 위해 종료점 PHT 데이터가 이용되는, 에칭 및 PHT를 필요로 하는 기판에 대한 통합 공정을 수행하는 방법의 예시적인 공정 플로우 차트(550)이다. 동작(554)에서, 기판의 막층 또는 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정이 수행되며, 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성한다. 전술한 바와 같이, 건식 에칭 공정은 화학적 산화물 제거(COR) 또는 원자층 에칭(ALE) 공정일 수 있다. 동작(558)에서, 부산물층의 하나 이상의 특성이 측정된다. 하나 이상의 특성은 부산물층 또는 부산물층으로 덮혀진 기판의 일부분의 두께 또는 두께 분포를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 건식 에칭 공정은 COR이고, 기판의 층을 에칭하는데 사용되는 가스 혼합물은 암모니아와 플루오르화 수소산 가스를 포함하고, 부산물층은 AFS이다. 동작(562)에서, 부산물층의 측정된 하나 이상의 특성에 기초하여 PHT 공정이 조정된다. 예를 들어, 부산물층의 두께가 상기 범위의 상한에 있는 경우, PHT 공정에서 둘 이상의 가열 장치들이 턴 온될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 가열 장치들의 설정은 더 높은 온도 범위로 설정될 수 있다. 부산물층의 두께가 상기 범위의 하한에 있는 경우, PHT 공정에서 단하나의 가열 장치가 턴 온될 수 있거나, 또는 대안적으로, 가열 장치들은 더 낮은 온도 범위로 설정될 수 있다.
동작(566)에서, 부산물층을 제거하기 위해 PHT 공정이 수행된다. 동작(570)에서, 부산물층의 제거의 완료가 PHT 공정과 동시에 인시츄(in situ) 결정된다. 동작(574)에서, 에칭 및 PHT 공정을 제어하기 위해 제거 동작의 완료 데이터가 이전 공정 단계들 또는 이후 공정 단계들로 전송된다. 동작(578)에서, 통합 방식의 공정 제어를 위해 부산물 제거 동작의 완료 데이터가 이전의 공정 단계들 또는 이후 공정 단계들에서 사용된다. 전술한 바와 같이, PHT 공정은 열을 발생시키기 위한 레이저 소스, 플라즈마 소스, 전기 소스, 또는 무선 주파수 소스, 및/또는 마이크로파 소스를 비롯한 에너지 소스들의 사용을 포함할 수 있다. PHT 공정은 50℃ 내지 275℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 공정 챔버 내의 압력은 50mTorr 내지 3,000mTorr의 범위 내일 수 있고; 부산물층의 두께는 1옹스트롬 내지 500옹스트롬일 수 있다. 부산물층의 하나 이상의 특성의 측정은 반사계, 엘립소미터, 또는 분광계 또는 레이저 계측 툴 또는 잔류 가스 분석(RGA)과 같은 가스 분석과 같은 광대역 계측 툴을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명자들은 PHT 공정에서의 가열 시간이 단축되었고 부산물층의 승화가 보다 균일해졌으며 최적의 온도로 설정되었음을 발견하였다. 또한 기판 쓰루풋이 증가하여, 소유 비용이 절감시켰다.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 에칭 및 PHT를 수행하기 위한 예시적인 시스템 차트(600)이다. 위에서 확인된 공정 조건들을 수행하도록 구성된 에칭 및 PHT 시스템(600)이 도 6에서 도시되며, 이 시스템(600)은 처리 챔버(610), 처리될 기판(625)이 부착되는 기판 홀더(620), 및 진공 펌핑 시스템(650)을 포함한다. 기판(625)은 반도체 기판, 웨이퍼, 평면 패널 디스플레이, 또는 액정 디스플레이일 수 있다. 처리 챔버(610)는 기판(625)의 표면 부근의 처리 영역(645)을 에칭하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 이온화가능한 가스 또는 공정 가스들의 혼합물이 가스 분배 시스템(640)을 통해 유입된다. 공정 가스의 주어진 흐름에 대해, 공정 압력은 진공 펌핑 시스템(650)을 사용하여 조정된다. 공정은 기판(625)의 노출면들로부터의 물질의 제거를 도와줄 수 있다. 에칭 처리 시스템(600)은 200㎜ 기판들, 300㎜ 기판들, 또는 이보다 큰 기판들과 같은, 임의의 원하는 크기의 기판들을 처리하도록 구성될 수 있다.
기판(625)은 기계적 클램핑 시스템 또는 전기적 클램핑 시스템(예를 들어, 정전 클램핑 시스템)과 같은 클램핑 시스템(628)을 통해 기판 홀더(620)에 부착될 수 있다. 또한, 기판 홀더(620)는 기판 홀더(620) 및 기판(625)의 온도를 조정 및/또는 제어하도록 구성된 가열 시스템(도시되지 않음) 또는 냉각 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 가열 시스템 또는 냉각 시스템은 냉각시 기판 홀더(620)로부터 열을 받고 열교환기 시스템(도시되지 않음)으로 열을 전달하거나, 가열시 열 교환기 시스템으로부터 기판 홀더(620)로 열을 전달하는 열 전달 유체의 재순환 흐름을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 저항성 가열 엘리먼트들, 또는 열 전기 히터/냉각기와 같은 가열/냉각 엘리먼트들이 기판 홀더(620)뿐만이 아니라, 처리 챔버(610)의 챔버 벽 및 처리 시스템(600) 내의 임의의 다른 컴포넌트 내에 포함될 수 있다.
추가적으로, 기판(625)과 기판 홀더(620) 사이의 가스 갭 열 전도성을 개선시키기 위해 열 전달 가스가 후면 가스 공급 시스템(626)을 통해 기판(625)의 후면으로 전달될 수 있다. 이러한 시스템은 승온 시 또는 감온 시 기판의 온도 제어가 요구될 때 이용될 수 있다. 예를 들어, 후면 가스 공급 시스템은 헬륨 가스 갭 압력이 기판(625)의 중앙과 가장자리 사이에서 독립적으로 변할 수 있는 2개 구역 가스 분배 시스템을 포함할 수 있다.
도 6에서 도시된 실시예에서, 기판 홀더(620)는 전극(622)을 포함할 수 있으며, 이 전극을 통해 RF 전력이 처리 영역(645)에 결합된다. 예를 들어, 기판 홀더(620)는 RF 발생기(630)로부터 선택적인 임피던스 정합 네트워크(632)를 거쳐서 기판 홀더(620)로 RF 전력이 전송되는 것을 통해 RF 전압에서 전기적으로 바이어스될 수 있다. RF 전기적 바이어스는 전자를 가열하여 플라즈마를 형성하고 유지시키는 역할을 할 수 있다. 이 구성에서, 본 시스템은 반응 이온 에칭(reactive ion etch; RIE) 반응기로서 동작할 수 있으며, 챔버 및 상부 가스 주입 전극은 접지면들로서 역할을 한다. RF 바이어스를 위한 전형적인 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 80MHz의 범위일 수 있다. 플라즈마 처리를 위한 RF 시스템은 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다.
또한, RF 전압에서의 전극(622)의 전기적 바이어스는 펄스형 바이어스 신호 제어기(631)를 사용하여 펄싱될 수 있다. RF 발생기(630)로부터의 RF 전력 출력은, 예를 들어, 오프 상태와 온 상태 사이에서 펄싱될 수 있다. 대안적으로, RF 전력은 다중 주파수들에서 기판 홀더 전극에 인가된다. 또한, 임피던스 정합 네트워크(632)는 반사된 전력을 감소시킴으로써 플라즈마 처리 챔버(610)에서 플라즈마로의 RF 전력의 전달을 개선시킬 수 있다. 정합 네트워크 토폴로지(예를 들어, L형, Π형, T형 등) 및 자동 제어 방법은 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다.
가스 분배 시스템(640)은 공정 가스들의 혼합물을 유입시키기 위한 샤워헤드 설계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가스 분배 시스템(640)은 공정 가스들의 혼합물을 유입시키고 기판(625) 위에서의 공정 가스들의 혼합물의 분배를 조정하기 위한 다중 존 샤워헤드 설계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 존 샤워헤드 설계는 기판(625) 위의 실질적으로 중앙 영역으로의 공정 가스 흐름 또는 조성의 양에 대해, 기판(625) 위의 실질적으로 주변 영역으로의 공정 가스 흐름 또는 조성을 조정하도록 구성될 수 있다.
진공 펌핑 시스템(650)은 초당 8000리터(및 그 이상)까지의 펌핑 속도가 가능한 터보 분자 진공 펌프(turbo-molecular vacuum pump; TMP) 및 챔버 압력을 스로틀링하기 위한 게이트 밸브를 포함할 수 있다. 건식 플라즈마 에칭에 이용되는 종래의 플라즈마 처리 디바이스들에서는, 초당 800리터 내지 3000리터의 TMP가 사용될 수 있다. TMP는 일반적으로 약 50mTorr 미만의 저압 처리에 유용하다. 고압 처리의(즉, 약 80mTorr보다 큰) 경우, 기계식 부스터 펌프 및 건식 러핑(roughing) 펌프가 사용될 수 있다. 또한, 챔버 압력을 모니터링하기 위한 디바이스(도시되지 않음)가 플라즈마 처리 챔버(610)에 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어기(655)는 처리 시스템(600)에 대한 입력들을 전달 및 활성화시키는 것은 물론, 처리 시스템(600)으로부터의 출력들을 모니터링하기에 충분한 제어 전압들을 생성할 수 있는 마이크로프로세서, 메모리, 및 디지털 I/O 포트를 포함한다. 또한, 제어기(655)는 RF 발생기(830), 펄스형 바이어스 신호 제어기(631), 임피던스 정합 네트워크(632), 가스 분배 시스템(640), 진공 펌핑 시스템(650)뿐만이 아니라, 기판 가열/냉각 시스템(도시되지 않음), 후면 가스 공급 시스템(626), 및/또는 정전 클램핑 시스템(628)에 결합되고 이것들과 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 기판(625) 상에서, 플라즈마 에칭 공정 또는 PHT 공정과 같은 플라즈마 지원 공정을 수행하기 위한 공정 레시피에 따라 처리 시스템(600)의 전술한 컴포넌트들에 대한 입력들을 활성화시키기 위해 메모리에 저장된 프로그램이 이용될 수 있다.
또한, 처리 시스템(600)은 RF 전력이 RF 발생기(672)로부터 선택적인 임피던스 정합 네트워크(674)를 거쳐서 결합될 수 있는 상부 전극(670)을 더 포함할 수 있다. 상부 전극으로의 RF 전력의 인가를 위한 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 200MHz의 범위일 수 있다. 추가적으로, 하부 전극으로의 전력의 인가를 위한 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 80MHz의 범위일 수 있다. 또한, 제어기(655)는 상부 전극(670)으로의 RF 전력의 인가를 제어하기 위해 RF 발생기(672) 및 임피던스 정합 네트워크(674)에 결합된다. 상부 전극의 설계 및 구현은 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다. 상부 전극(670) 및 가스 분배 시스템(640)은 도시된 바와 같이 동일한 챔버 어셈블리 내에서 설계될 수 있다. 대안적으로, 상부 전극(670)은 기판(625) 위에서의 플라즈마에 결합된 RF 전력 분배를 조정하기 위한 다중 존 전극 설계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(670)은 중앙 전극과 가장자리 전극으로 분리될 수 있다.
응용들에 따라, 센서 또는 계측 장치와 같은 추가적인 장치가 처리 챔버(610)에 그리고 제어기(655)에 결합되어 실시간 데이터를 수집하고 그러한 실시간 데이터를 사용하여 통합 방식의 퇴적 공정들, RIE 공정들, 풀 공정들, 프로파일 개질 공정들, 가열 처리 공정들 및/또는 패턴 전사 공정들을 수반하는 2개 이상의 단계들에서의 2개 이상의 선택된 통합 동작 변수들을 동시에 제어할 수 있다. 또한, PHT의 완료, 패터닝 균일성(균일성), 구조물들의 풀다운(풀다운), 구조물들의 슬리밍(슬리밍), 구조물들의 종횡비(종횡비), 선폭 거칠기, 기판 쓰루풋, 소유 비용 등을 비롯한 통합 타겟들이 달성되는 것을 보장하기 위해 동일한 데이터를 사용할 수 있다.
도 7은 동작들의 공정 제어를 용이하게 하고 통합 목표를 달성하기 위해 시스템들 간에 데이터를 처리하고 전송하는 통합 시스템(740)의 제어기(712)를 도시하는 예시적인 시스템 차트(700)이다. 제어기(712)는 에칭 공정 시스템(704), PHT 공정 시스템(720), 및 통합 시스템(740)의 상류 또는 하류의 다른 시스템들(도시되지 않음)에 결합된다. 에칭 공정 시스템(704)은 인시츄 온라인 계측 장치(702)를 포함하고, PHT 공정 시스템(720)은 COR 또는 ALE 공정 및 PHT 공정의 완료를 결정하는데 사용되는 계측 데이터를 수집하는 인시츄 온라인 계측 장치(722)를 포함한다. 실시예에서, 에칭 공정 시스템(704)으로서 그리고 PHT 공정 시스템(720)으로서 동일한 공정 챔버가 사용될 수 있다. 도 5b와 관련하여 논의된 바와 같이, 동작(558)에서, 인시츄 온라인 계측 장치(722)는 부산물층의 하나 이상의 측정을 할 수 있다. 예를 들어, 부산물층의 두께가 측정될 수 있고, PHT 공정은, 제어기(712)의 컴퓨터 능력들을 활용하고, 데이터 전송 경로들(708, 736, 733, 724)를 이용하여, 부산물층의 측정된 하나 이상의 특성에 기초하여 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 부산물층의 두께가 상기 범위의 상한에 있는 경우, PHT 공정에서 둘 이상의 가열 장치들이 턴 온될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 가열 장치들의 설정은 더 높은 온도 범위로 설정될 수 있다. 부산물층의 두께가 상기 범위의 하한에 있는 경우, PHT 공정에서 단하나의 가열 장치가 턴 온될 수 있거나, 또는 대안적으로, 가열 장치들은 더 낮은 온도 범위로 설정될 수 있다. 또한, PHT 공정에 관한 완료 데이터에 기초하여, PHT 공정을 종료하기 위한 명령이 제어기(712)를 사용하여 보내질 수 있다.
추가적인 장점들 및 수정들이 본 업계의 당업자에게 용이하게 나타날 것이다. 그러므로, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 도시되고 설명된 특정 세부사항, 대표적인 장치 및 방법 및 예시적인 예시들로 한정되지 않는다. 이에 따라, 일반적인 발명 사상의 범위를 벗어나지 않고서 일탈들이 이러한 세부사항으로부터 행해질 수 있다.
Claims (20)
- 건식 에칭 공정의 사후 열처리(post heat treatment; PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법에 있어서,
공정 챔버 내에 기판 - 상기 기판은 막층(film layer) 및 하위층(underlying layer)을 가지며, 상기 막층은 하나 이상의 영역을 가짐 - 을 제공하는 단계;
상기 기판 상의 막층 또는 영역 제거의 하나 이상의 시퀀스를 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 하나 이상의 시퀀스는,
상기 막층 또는 상기 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 단계; 및
상기 기판 상의 상기 부산물층을 제거하기 위해 PHT 공정을 수행하는 단계
를 포함하며,
상기 PHT 공정은 상기 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄(in-situ) 공정을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정은 화학적 산화물 제거 또는 원자층 에칭 공정인 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제2항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정을 수행하는 단계는 상기 건식 에칭 공정이 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제3항에 있어서,
상기 PHT는 열을 발생시키기 위한, 냉각 능력을 갖춘 가열 스테이지, 전기 히터, 및/또는 할로겐 램프의 사용을 포함하고, 및/또는
상기 PHT는 열을 발생시키기 위한, 레이저 소스, 플라즈마 소스, 또는 무선 주파수(radio frequency; RF) 소스의 사용을 포함한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제4항에 있어서,
상기 PHT 공정은 50℃ 내지 275℃의 온도 범위에서 수행되고, 및/또는
상기 공정 챔버 내 압력은 50mTorr 내지 3,000mTorr의 범위 내에 있고, 및/또는
상기 부산물층의 두께는 1옹스트롬 내지 500옹스트롬의 범위 내에 있는 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제5항에 있어서,
상기 부산물층 두께의 측정은 레이저 계측 툴, 반사계(reflectometer), 엘립소미터(ellipsometer), 또는 분광계(spectrometer)를 사용하여 수행되고; 및/또는
PHT 공정의 완료를 결정하는 상기 실시간 인시츄 공정은 상기 PHT 공정의 가스 생성물의 조성의 측정을 이용하거나; 또는
PHT 공정의 완료를 결정하는 상기 실시간 인시츄 공정은 잔류 가스 분석(residual gas analysis; RGA)을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정은 COR(chemical oxide removal)이고 불소 가스 또는 불화 수소 가스를 사용하고; 및/또는
상기 건식 에칭 공정은 COR이고 퍼지 가스(purge gas)로서 암모니아 및/또는 하나 이상의 희가스(noble gas)를 사용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제7항에 있어서,
부산물층 제거의 완료로부터 상기 PHT 공정의 종료까지의 지연 시간은 30초 미만이고, 및/또는
부산물층 제거의 완료로부터 상기 PHT 공정의 종료까지의 지연 시간은 1초 내지 25초의 범위 내에 있는 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제8항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정 및 PHT 공정의 동작 변수들은 이온 전류, 가스 성분 분압, 에칭 시간, PHT 승화(sublimation) 시간, PHT 온도, PHT 압력, 및 PHT 지연 시간을 포함한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제9항에 있어서,
층 또는 영역 제거 공정 목표들은 PHT 지연 시간 타겟, PHT 승화 시간 타겟, 에칭 시간 타겟, PHT 툴 쓰루풋 타겟, 및/또는 부산물 제거 타겟을 만족시키는 것을 포함하고; 및/또는
상기 PHT 지연 시간 타겟은 1초 내지 15초 이하의 범위 내이고, 부산물층 제거 타겟은 80% 내지 100%의 범위 내인 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법에 있어서,
공정 챔버 내에 기판 - 상기 기판은 막층 및 하위층을 가지며, 상기 막층은 하나 이상의 영역을 가짐 - 을 제공하는 단계;
상기 막층 또는 상기 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 단계;
상기 부산물층의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계;
상기 부산물층의 상기 측정된 하나 이상의 특성에 기초하여 PHT 공정을 조정하는 단계; 및
상기 기판 상의 상기 부산물층을 제거하기 위해 상기 PHT 공정을 수행하는 단계
를 포함하며,
상기 PHT 공정은 상기 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제11항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정은 화학적 산화물 제거 또는 원자층 에칭 공정인 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제12항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정을 수행하는 단계는 상기 건식 에칭 공정이 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 PHT는 열을 발생시키기 위한, 냉각 능력을 갖춘 가열 스테이지, 전기 히터, 및/또는 할로겐 램프의 사용을 포함하고, 및/또는
상기 PHT는 열을 발생시키기 위한, 레이저 소스, 플라즈마 소스, 또는 무선 주파수(RF) 소스들의 사용을 포함한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 PHT 공정은 50℃ 내지 275℃의 온도 범위 또는 200℃ 내지 400℃의 범위에서 수행되고, 및/또는
상기 공정 챔버 내 압력은 50mTorr 내지 3,000mTorr의 범위 내에 있고, 및/또는
제거된 상기 부산물층의 두께는 2옹스트롬 내지 40옹스트롬의 범위 내에 있는 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제15항에 있어서,
상기 부산물층 두께의 측정은 레이저 계측 툴, 반사계, 엘립소미터, 또는 분광계를 사용하여 수행되고; 및/또는
PHT 공정의 완료를 결정하는 상기 실시간 인시츄 공정은 상기 PHT 공정의 가스 생성물의 조성의 측정을 이용하거나; 또는
PHT 공정의 완료를 결정하는 상기 실시간 인시츄 공정은 잔류 가스 분석(RGA)을 이용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정은, COR(chemical oxide removal)이고, 불소 가스 또는 불화 수소 액체를 사용하고; 및/또는 퍼지 가스로서 암모니아 및/또는 하나 이상의 희가스를 사용한 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제17항에 있어서,
상기 부산물층 제거의 완료로부터 상기 PHT 공정의 종료까지의 지연 시간은 30초 미만이고, 및/또는
상기 부산물층 제거의 완료로부터 상기 PHT 공정의 종료까지의 지연 시간은 1초 내지 25초의 범위 내에 있는 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 제18항에 있어서,
상기 건식 에칭 공정 및 PHT 공정의 동작 변수들은 이온 전류, 가스 성분 분압, 에칭 시간, PHT 승화 시간, PHT 온도, PHT 압력, 및 PHT 지연 시간을 포함하고,
층 또는 영역 제거 공정 목표들은 PHT 지연 시간 타겟, PHT 승화 시간 타겟, 에칭 시간 타겟, PHT 툴 쓰루풋 타겟, 및/또는 부산물 제거 타겟을 만족시키는 것을 포함하며;
상기 PHT 지연 시간 타겟은 1초 내지 15초 이하의 범위 내이고,
상기 부산물층 제거 타겟은 80% 내지 100%의 범위 내인 것인 건식 에칭 공정의 사후 열처리(PHT)의 공정 완료를 결정하고 이용하기 위한 방법. - 공정 제어에서의 이용을 위한 건식 에칭 공정의 PHT의 공정 완료 데이터를 결정하고 이용하도록 구성된 제조 시스템에 있어서,
사후 열처리(PHT) 시스템의 공정 챔버;
상기 PHT 시스템에 결합된 화학적 산화물 제거(chemical oxide removal; COR) 시스템;
상기 PHT 시스템에 그리고 상기 COR 시스템에 결합된 제어기; 및
퇴적, 플라즈마 에칭, 건식 에칭, 습식 에칭, 세정, 어닐링, 또는 도핑 시스템 중 하나 이상을 포함하는 제조 서브시스템
을 포함하고,
상기 제조 서브시스템은 상기 제어기, 상기 COR 시스템, 및 상기 PHT 시스템에 결합되고,
상기 COR 시스템은, 막층 또는 상기 막층의 영역을 제거하기 위해 건식 에칭 공정 - 상기 건식 에칭 공정은 부산물층을 생성함 - 을 수행하는 것에 의해, 그리고 기판 상의 상기 부산물층을 제거하기 위해 사후 열처리(PHT) 공정을 수행하는 것에 의해, 상기 기판을 처리하며,
상기 PHT 공정은 상기 부산물층의 제거가 완료된 때를 동시에 결정하기 위해 실시간 인시츄 공정을 이용한 것인 공정 제어에서의 이용을 위한 건식 에칭 공정의 PHT의 공정 완료 데이터를 결정하고 이용하도록 구성된 제조 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662289476P | 2016-02-01 | 2016-02-01 | |
| US62/289,476 | 2016-02-01 | ||
| PCT/US2017/015731 WO2017136306A1 (en) | 2016-02-01 | 2017-01-31 | System and method of determining process completion of post heat treatment of a dry etch process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180101598A true KR20180101598A (ko) | 2018-09-12 |
Family
ID=59499966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187024595A KR20180101598A (ko) | 2016-02-01 | 2017-01-31 | 건식 에칭 공정의 사후 열처리의 공정 완료를 결정하는 시스템 및 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180101598A (ko) |
| CN (1) | CN108701612B (ko) |
| WO (1) | WO2017136306A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3766095A4 (en) * | 2018-05-04 | 2021-12-15 | The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of the Navy | ACTIVATION OF IMPLANT DOPANT FOR BROADBAND SEMICONDUCTOR ELECTRONICS WITH FORBIDDEN ENERGY |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7877161B2 (en) * | 2003-03-17 | 2011-01-25 | Tokyo Electron Limited | Method and system for performing a chemical oxide removal process |
| KR20080011541A (ko) * | 2006-07-31 | 2008-02-05 | 삼성전자주식회사 | 식각공정을 모니터링하기 위한 방법 |
| JP4919860B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-04-18 | 東京エレクトロン株式会社 | ガス分析装置及び基板処理装置 |
| KR100827529B1 (ko) * | 2007-04-17 | 2008-05-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 다중채널을 갖는 반도체 소자 및 그의 제조 방법 |
| US8026180B2 (en) * | 2007-07-12 | 2011-09-27 | Micron Technology, Inc. | Methods of modifying oxide spacers |
| JP2012089805A (ja) * | 2010-10-22 | 2012-05-10 | Toshiba Corp | エッチング装置およびエッチング方法 |
| US8747686B2 (en) * | 2012-01-27 | 2014-06-10 | Applied Materials, Inc. | Methods of end point detection for substrate fabrication processes |
| JP6110848B2 (ja) * | 2012-05-23 | 2017-04-05 | 東京エレクトロン株式会社 | ガス処理方法 |
| JP6072613B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2017-02-01 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理方法 |
| JP6161972B2 (ja) * | 2013-06-25 | 2017-07-12 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法及び記録媒体 |
| US9171736B2 (en) * | 2014-03-03 | 2015-10-27 | Tokyo Electron Limited | Spacer material modification to improve K-value and etch properties |
-
2017
- 2017-01-31 CN CN201780014542.6A patent/CN108701612B/zh active Active
- 2017-01-31 WO PCT/US2017/015731 patent/WO2017136306A1/en active Application Filing
- 2017-01-31 KR KR1020187024595A patent/KR20180101598A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108701612A (zh) | 2018-10-23 |
| CN108701612B (zh) | 2023-05-16 |
| WO2017136306A1 (en) | 2017-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10290553B2 (en) | System and method of determining process completion of post heat treatment of a dry etch process | |
| US9786503B2 (en) | Method for increasing pattern density in self-aligned patterning schemes without using hard masks | |
| US9240315B1 (en) | CVD oxide surface pre-conditioning by inductively coupled O2 plasma | |
| US7094613B2 (en) | Method for controlling accuracy and repeatability of an etch process | |
| KR100985953B1 (ko) | 플라즈마 처리 방법 | |
| US7431795B2 (en) | Cluster tool and method for process integration in manufacture of a gate structure of a field effect transistor | |
| US6933239B2 (en) | Method for removing conductive residue | |
| KR101821056B1 (ko) | 다중 패턴화 스킴에 대한 선택적 스페이서 에칭을 위한 방법 및 시스템 | |
| US7815812B2 (en) | Method for controlling a process for fabricating integrated devices | |
| KR20160102356A (ko) | 10ｎｍ 이하의 패터닝을 달성하기 위한 물질 처리 | |
| US20060154486A1 (en) | Low-pressure removal of photoresist and etch residue | |
| CN100423181C (zh) | 在蚀刻处理中控制关键尺寸的方法 | |
| KR20080044340A (ko) | Ｓｆ６계 화학 조성을 이용하여 도핑된 실리콘을 에칭하기위한 프로세스 및 시스템 | |
| WO2021096657A1 (en) | Methods for etching a structure for mram applications | |
| US7517818B2 (en) | Method for forming a nitrided germanium-containing layer using plasma processing | |
| US7517812B2 (en) | Method and system for forming a nitrided germanium-containing layer using plasma processing | |
| TWI681443B (zh) | 整合架構之各種階段期間用於圖案化之修整方法 | |
| CN108701612B (zh) | 确定干法蚀刻工艺的后热处理的工艺完成的系统和方法 | |
| US20230071505A1 (en) | Cryogenic atomic layer etch with noble gases | |
| TWI797088B (zh) | 在原位硬遮罩移除方法 | |
| KR20220108111A (ko) | 선택적 갭 충전을 위한 듀얼 플라즈마 사전-세정 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |