KR20210071066A - 에칭 균일도 조절 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

에칭 균일도 조절 장치 및 방법. 상기 장치는 병렬로 연결된 인덕터(81)와 커패시터(82)를 포함한다. 에칭 균일도 조절 장치의 일 단부는 에칭 머신의 정전 척(1)의 에지에 있는 빌트-인 링(3)에 연결되고 다른 단부는 접지된다. 에지 전계를 제어하는 목적은 커패시터(82)의 커패시턴스를 조절하고, 에지의 에칭 속도를 조절하여 에칭 균일도을 달성함으로써 달성된다.

Description

에칭 균일도 조절 장치 및 방법
본 발명은 반도체 기술 분야에 관한 것으로, 특히 에칭 균일도 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
포커싱 링과 빌트-인 링이 기존 에칭 머신의 정전 척 주변에 배치되어 웨이퍼의 에지의 전계가 웨이퍼의 수평 방향과 직각을 이루고 에칭 속도와 방향이 에지 및 웨이퍼의 중심에서 동일하다. 그러나, 플라즈마 에칭 시간이 축적됨에 따라, 정전 척의 에지에 있는 포커싱 링도 플라즈마에 의해 침식되어 포커싱 링의 두께가 감소하고 외장 층의 전계 방향으로 기울어질 수 있다. 결과적으로 웨이퍼 에지의 에칭 속도와 방향이 변경된다.
마찬가지로, 정전 척 주변의 포커싱 링과 빌트-인 링의 배열은 특정 플라즈마 조건과 오직 일치할 수 있다. 에칭 머신이 여러 공정을 실행해야 하는 경우 웨이퍼 에지에서 공정의 균일도 요구 사항을 일반적으로 충족할 수 없거나 에지의 균일도를 개선하도록 교체를 위해 다른 포커싱 링과 빌트-인 링을 사용해야 한다.
전술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 병렬로 연결된 인덕터와 커패시터를 포함하는 에칭 균일도 조절 장치를 개시한다. 에칭 균일도 조절 장치의 일 단부는 에칭 머신의 정전 척의 에지에 있는 빌트-인 링에 연결되고 다른 단부는 접지된다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 장치에 있어서, 바람직하게 인덕터는 공심(air-core) 또는 자심(magnetic-core) 인덕터이고, 인덕터의 자기 공진 주파수(SRF)는 에칭 머신의 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 크다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 장치에 있어서, 바람직하게는, 커패시터는 조절 가능 커패시터 또는 모터 커패시터이다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 장치에 있어서, 바람직하게는 인덕터의 SRF는 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수의 2배 이하이다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 장치에 있어서, 바람직하게는, 커패시터의 SRF는 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수의 5배 이상이다.
본 발명은 에칭 균일도 조절 방법을 추가로 개시하는데, 이는 다음 단계를 포함한다:
상기 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 에칭 머신의 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수와 동일한 지 여부를 판정하는 단계; 및
판정 결과가 "아니오"인 경우, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 커패시터의 커패시턴스를 조절하여, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 공진 주파수가 상기 에칭 머신의 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수에 근접하도록 하여, 웨이퍼의 에지에서의 에칭 속도와 웨이퍼의 중심에서의 에칭 속도를 일치되게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 방법에 있어서, 바람직하게는 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 작을 때, 에칭 균일도 조절 장치의 커패시터의 커패시턴스가 증가하여, 웨이퍼 에지의 에칭 속도가 점차 감소한다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 방법에 있어서, 바람직하게는 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 클 때, 에칭 균일도 조절 장치의 커패시터의 커패시턴스가 감소하여, 웨이퍼 에지의 에칭 속도가 점차 증가한다.
본 발명은 커패시터의 커패시턴스를 제어함으로써 에지 전계를 제어하여, 에지에서 에칭 속도를 조절하여, 에칭 균일도를 달성하는 목적을 달성한다.
도 1은 본 발명의 에칭 균일도 조절 장치의 개략적인 설치도이다.
도 2는 본 발명의 에칭 균일도 조절 방법의 흐름도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해법 및 장점을 더 명확히 하기 위해, 본 발명의 실시예에서의 기술적 해법은 본 발명의 실시예에서 수반하는 도면을 참조하여 명확하고 완벽하게 이하에 기재될 것이다. 본 명세서에서 기재한 특정 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 본 발명을 설명하는데 단지 사용됨을 주목해야 한다. 기재한 실시예는 본 발명의 모든 실시예라기 보다는 일부이다. 본 발명의 기재한 실시예를 기초로, 창의적인 노력 없이 당업자가 획득한 다른 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
본 발명의 설명에서, 용어 "상부", "하부", "수직", "수평" 등으로 표시되는 방향 또는 위치 관계는 동반하는 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계에 기초하며, 표시된 장치 또는 요소가 특정 방향을 가져야 하거나 특정 방향으로 구성 및 작동되어야 함을 나타내거나 암시하기보다는 본 발명을 설명하고 설명을 단순화하기 위한 편의를 위해서만 사용됨을 유의해야 한다. 따라서 이러한 용어는 본 발명을 제한하는 것으로 해석될 수 없다. 또한, "제 1" 및 "제 2"라는 용어는 설명을 위해 사용된 것일 뿐, 표시로서 또는 상대적 중요성을 암시하는 것으로 해석되지는 않는다.
또한, 본 발명의 보다 명확한 이해를 위해 장치의 구조, 재료, 치수, 처리 공정 및 기술과 같은 본 발명의 많은 특정 세부 사항이 아래에 설명된다. 그러나, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항에 따라 구현되지 않을 수 있다. 아래에서 달리 지시하지 않는 한, 장치의 다양한 부분은 당업자에게 알려진 재료 또는 미래에 개발될 유사한 기능을 가진 재료로 만들어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 에칭 균일도 조절 장치의 개략적인 설치도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 정전 에칭 머신의 정전 척(1)의 에지에는 포커싱 링(2) 및 빌트-인 링(3)이 배치된다. 빌트-인 링 또는 빌트-인 링의 아래쪽 표면은 전도성 재료이다. 에칭될 웨이퍼(4)는 정전 척(1) 위에 배치되고 어댑터 패널(5)은 정전 척 아래에 배치된다. 하부 전극 무선 주파수 전원(6)은 매쳐(matcher)(7)를 통해 어댑터 패널(5)에 연결된다. 에칭 균일도 조절 장치(8)는 병렬로 연결된 인덕터(81)와 커패시터(82)를 포함하며, 여기서 인덕터(81)는 공심 또는 자심 인덕터이며 커패시터(82)는 조절 가능 커패시터 또는 모터 커패시터이다. 에칭 균일도 조절 장치(8)의 일 단부는 빌트-인 링(3)에 연결되고 다른 단부는 접지된다. 인덕터(81) 및 커패시터(82)의 값은 하부 전극 무선 주파수 전원(6)의 주파수에 따라 선택된다. 인덕터(81)의 SRF는 하부 전극 무선 주파수 전원(6)의 주파수보다 크고, 또한 바람직하게, 인덕터(81)의 SRF는 하부 전극 무선 주파수 전원(6)의 주파수의 2배 이하이다. 커패시터(82)의 SRF는 하부 전극 무선 주파수 전원(6)의 주파수의 5배 이상이다.
이하에서, 본 발명의 에칭 균일도 조절 장치의 작동 원리를 상세히 설명한다. 플라즈마에서 빌트-인 링과 플라즈마 사이의 간격은 토로이달(toroidal) 플레이트 커패시터와 같을 수 있으며, 빌트-인 링과 기계 하우징 사이의 간격은 원통형 커패시터와 같을 수도 있다. 이 두 개의 분산 커패시터는 병렬로 연결되어 있으며 플라즈마와 함께 무선 주파수 에너지를 전송하기 위한 유전체 커패시터(dielectric capacitor)를 형성한다.
에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 낮을 때, 에칭 균일도 조절 장치는 전기적으로 유도성이다. 에칭 균일도 조절 장치와 전술한 분산 커패시터의 병렬 구조는 등가의 무선 주파수 회로의 유전체 커패시턴스를 감소시킨다. 정합 전력(matched power) 전송을 달성하기 위해, 무선 주파수 매쳐에서 조절 가능한 직렬 정전 용량을 증가시켜 부하 회로의 커패시턴스 감소를 보상한다. 커패시터 직렬 회로에서 전압 분포는 커패시턴스 크기에 반비례한다. 따라서 빌트-인 링과 플라즈마 사이의 전압이 증가하면 에지에서 에칭 속도가 가속화된다. 이 경우, 병렬 커패시터의 커패시턴스를 증가시킴으로써, 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수에 근접하게 된다. 그러면 에칭 균일도 조절 장치의 임피던스가 증가하고 무선 주파수 회로의 임피던스에 대한 영향이 감소하며 에지에서의 에칭 속도가 감소한다.
에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수를 초과할 때, 에칭 균일도 조절 장치는 전기적 용량성이다. 에칭 균일도 조절 장치 및 전술한 분산 커패시터의 병렬 구조는 등가의 무선 주파수 회로의 유전체 커패시턴스를 증가시킨다. 정합된 전력 전송을 달성하기 위해 무선 주파수 매쳐의 조절 가능한 직렬 커패시턴스가 감소되어 부하 회로의 커패시턴스 증가를 보상한다. 커패시터 직렬 회로에서 전압 분포는 커패시턴스 크기에 반비례한다. 따라서 빌트-인 링과 플라즈마 사이의 전압이 감소하면 에지에서 에칭 속도가 감속된다. 이 경우, 병렬 커패시터의 커패시턴스를 감소시킴으로써 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수에 근접한다. 그러면 에칭 균일도 조절 장치의 임피던스가 증가하고 무선 주파수 회로의 임피던스에 대한 영향이 증가하며 에지에서의 에칭 속도가 높아진다. 따라서, 균일도 조절 장치의 공진 주파수의 조절은 에칭 균일도 조절 장치에서 커패시터의 커패시턴스를 조절함으로써 실현될 수 있고, 따라서 에지 및 중심에서의 에칭 속도가 일치하게 된다.
이러한 방식으로, 에지 전계를 제어하는 목적은 병렬 커패시터의 커패시턴스를 제어함으로써 달성된다. 더욱이, 서로 다른 공정 조건에 대해 서로 다른 커패시턴스가 설정되어 웨이퍼의 에지와 중심에서 일관된 에칭 속도를 보장한다. 특정 응용 분야에서 포커싱 링이 에칭에 의해 더 얇아짐에 따라 무선 주파수 전송 매체 역할을 하는 에지 고체 유전체의 일부가 진공으로 대체되어 에칭 속도가 감소한다. 에지에서의 에칭 속도는 조절 가능한 커패시터의 커패시턴스를 감소시켜 에지에서의 에칭 속도를 증가시킴으로써 보상될 수 있으며, 따라서 웨이퍼 에지에서의 에칭 속도가 중심에서의 에칭 속도와 일치하도록 보장한다.
본 발명의 에칭 균일도 조절 장치를 이용하여 에칭 균일도를 조절하는 동안, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 단계(S1)에서, 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수를 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수와 비교한다. 비교 결과, 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 작다는 것을 나타내면, 프로세스는 단계(S2)로 진행한다: 에칭 균일도 조절 장치의 커패시터의 커패시턴스를 증가시키고 그 다음 비교를 위해 단계 S1을 다시 수행하는 단계. 이 절차는 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수와 같을 때까지 여러 번 반복된다. 비교 결과 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 큰 것으로 나타나면, 프로세스는 단계(S3)로 진행한다: 에칭 균일도 조절 장치의 커패시터의 커패시턴스를 감소시키고 그 다음 비교를 위해 단계(S1)를 다시 수행하는 단계. 이 절차는 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수와 같을 때까지 여러 번 반복된다.
상기 기재는 단지 본 발명의 특정 실시예를 기재하지만, 본 발명의 범위는 이들로 제한되지 않는다. 본 발명에 기재한 기술 범위 내에서 당업자가 용이하게 생각해 내는 변화나 대체는 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (8)

  1. 에칭 균일도 조절 장치로서,
    병렬로 연결된 인덕터 및 커패시터를 포함하고, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 일 단부는 에칭 머신의 정전 척의 에지에 위치한 빌트-인 링에 연결되고 다른 단부는 접지되는, 에칭 균일도 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인덕터는 공심 인덕터 또는 자심 인덕터이며, 상기 인덕터의 자기 공진 주파수(SRF: Self-Resonance Frequency)는 상기 에칭 머신의 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 큰, 에칭 균일도 조절 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 커패시터는 조절 가능 커패시터 또는 모터 커패시터인, 에칭 균일도 조절 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 인덕터의 SRF는 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수의 2배 이하인, 에칭 균일도 조절 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 커패시터의 SRF는 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수의 5배 이상인, 에칭 균일도 조절 장치.
  6. 청구항 1에 기재된 에칭 균일도 조절 장치를 사용하는 에칭 균일도 조절 방법으로서,
    상기 방법은:
    상기 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 에칭 머신의 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수와 동일한 지 여부를 판정하는 단계; 및
    판정 결과가 "아니오"인 경우, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 커패시터의 커패시턴스를 조절하여, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 공진 주파수가 상기 에칭 머신의 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수에 근접하도록 하여, 웨이퍼의 에지에서의 에칭 속도와 웨이퍼의 중심에서의 에칭 속도를 일치되게 하는 단계를 포함하는, 에칭 균일도 조절 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 작을 때, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 커패시터의 커패시턴스는 증가하여, 상기 웨이퍼의 상기 에지의 에칭 속도는 점차 감소하는, 에칭 균일도 조절 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 에칭 균일도 조절 장치의 공진 주파수가 상기 하부 전극 무선 주파수 전원의 주파수보다 클 때, 상기 에칭 균일도 조절 장치의 상기 커패시터의 커패시턴스는 감소하여, 상기 웨이퍼의 상기 에지의 에칭 속도는 점차 증가하는, 에칭 균일도 조절 방법.

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