KR20230137429A - 온도 제어된/전기적으로 바이어싱된 웨이퍼 서라운드 - Google Patents

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KR20230137429A
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케빈 알. 앵글린
사이먼 러펠
케빈 베리에
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

균일한 방식으로 작업물들을 식각하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 리본 이온 빔을 생성하는 반도체 처리 시스템, 및 리본 이온 빔을 통해 작업물을 주사하는 작업물 홀더를 포함한다. 작업물 홀더는 헤일로로 지칭되는, 작업물을 넘어 연장되는 부분을 포함한다. 헤일로는 식각률 불균일성들을 보상하기 위해 독립적으로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 그의 전위가, 작업물에 인가되는 전위와 상이하도록 독립적으로 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에서, 헤일로는, 개별적으로 제어될 수 있는 복수의 열 구역들로 분할될 수 있다. 이러한 방식으로, 헤일로의 다양한 열의 온도 및/또는 전위를 제어함으로써 다양한 식각률 불균일성들이 해결될 수 있다.

Description

온도 제어된/전기적으로 바이어싱된 웨이퍼 서라운드
본 출원은 2021년 2월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 17/167,416의 우선권을 주장하고, 상기 미국 특허 출원의 개시내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용의 실시예들은 식각률 균일성을 개선하기 위한, 더 구체적으로, 리본 이온 빔을 통해 주사되는 작업물의 식각률 균일성을 개선하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
이온 빔들은 도펀트들을 주입하거나, 물질을 식각하거나, 작업물들, 예컨대, 규소 기판들을 비정질화하는 데 사용될 수 있다. 이러한 이온 빔들은 원하는 종들의 이온들을 생성하는 이온 공급원을 포함하는 반도체 처리 시스템을 사용하여 생성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 이러한 이온들은, 원하는 종들을 선택하고 이온들을 작업물을 향해 안내하는 복수의 구성요소들에 의해 추출되고 조작된다. 다른 실시예들에서, 이온 공급원은 작업물에 근접하여 위치되고, 이온들은 이온 공급원으로부터 작업물을 향하여 끌어당겨진다.
일부 구현들에서, 다양한 파라미터들의 균일성이 엄격하게 제어될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 응용들에서, 웨이퍼 폭(WiW) 식각률이 3-5%(3 시그마 값) 이내 또는 더 양호한 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 그 폭에 걸친 빔 전류의 변동 및 다른 현상들로 인해, 이것은 달성하기 어려울 수 있다.
예를 들어, 리본 이온 빔의 경우, 이 리본 빔들은 X 방향으로, 특히, 리본 빔의 단부들에서, 불균일한 빔 전류를 갖는 것이 전형적이다.
또한, 작업물은 리본 이온 빔을 통과하는 작업물 홀더 상에 배치될 수 있다. 이러한 작업물 홀더는 작업물을 넘어 연장되는 부분을 포함할 수 있다. 이 부분은 서라운드 또는 헤일로로 지칭될 수 있다. 작업물과 헤일로 사이의 임의의 전기적 또는 열적 불연속성들은 식각률 균일성에 변동을 야기할 수 있다.
그러므로, 주사된 리본 이온 빔을 사용하여 원하는 식각률 균일성을 달성하기 위한 시스템 및 방법이 있다면 유익할 것이다. 또한, 시스템이, 상이한 식각 종들에 쉽게 적응가능하다면 유익할 것이다.
균일한 방식으로 작업물들을 식각하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 리본 이온 빔을 생성하는 반도체 처리 시스템, 및 리본 이온 빔을 통해 작업물을 주사하는 작업물 홀더를 포함한다. 작업물 홀더는 헤일로로 지칭되는, 작업물을 넘어 연장되는 부분을 포함한다. 헤일로는 식각률 불균일성들을 보상하기 위해 독립적으로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 그의 전위가, 작업물에 인가되는 전위와 상이하도록 독립적으로 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에서, 헤일로는, 개별적으로 제어될 수 있는 복수의 열 구역들로 분할될 수 있다. 이러한 방식으로, 헤일로의 다양한 열의 온도 및/또는 전위를 제어함으로써 다양한 식각률 불균일성들이 해결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 식각 시스템이 개시된다. 식각 시스템은, 리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템; 작업물 홀더; 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로; 및 리본 이온 빔을 통해 작업물 홀더를 이동시키기 위한 주사 모터 - 헤일로는 헤일로의 온도를 변경하기 위한 저항성 가열기들을 포함함 - 를 포함한다. 특정 실시예들에서, 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함하고, 저항성 가열기들은 보호 커버링 내에 또는 보호 커버링 상에 배치된다. 특정 실시예들에서, 저항성 가열기들은 전기 전도성 프레임을 향하는 보호 커버링의 외측 표면 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 식각 시스템은 헤일로의 온도를 모니터링하기 위해 헤일로 상에 배치된 온도 센서를 포함한다. 특정 실시예들에서, 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링, 및 전기 전도성 프레임을 작업물 홀더에 인가된 전압과 상이한 전압으로 바이어싱하기 위한 헤일로 바이어스 전력 공급부를 포함한다. 일부 실시예들에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부가 작업물 홀더를 기준으로 하여 헤일로는 작업물 홀더로부터 일정한 전압 오프셋을 유지한다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 절연 물질을 사용하여 작업물 홀더로부터 전기적으로 격리된다.
다른 실시예에 따르면, 식각 시스템이 개시된다. 식각 시스템은, 리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템; 작업물 홀더; 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로; 및 리본 이온 빔을 통해 작업물 홀더를 이동시키기 위한 주사 모터 - 헤일로는 방사상 및 선형 식각률 불균일성들 양쪽 모두를 보상하기 위해 복수의 열 구역들을 포함함 - 를 포함한다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 프레임 및 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함하고, 저항성 가열기들은 보호 커버링 내에 또는 보호 커버링 상에 배치된다. 특정 실시예들에서, 저항성 가열기들은 프레임을 향하는 보호 커버링의 외측 표면 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 복수의 열 구역들로 분할된다. 일부 추가의 실시예들에서, 복수의 열 구역들은 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 식각 시스템은 열 제어기를 포함하고, 열 제어기는 복수의 열 구역들과 통신하는 복수의 전력 공급부들 및 열 제어기와 통신하는 제어기를 포함하고, 작업물 유형 및 식각 종들이 제어기에 입력되고 열 제어기는 원하는 온도 프로파일을 달성하기 위해 복수의 열 구역들에 전력을 공급한다. 특정 실시예들에서, 식각 시스템은 적어도 하나의 열 구역의 온도를 모니터링하기 위해 적어도 하나의 열 구역에 배치된 온도 센서를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 식각 시스템이 개시된다. 식각 시스템은, 리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템; 작업물 홀더; 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로 - 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함함 -; 작업물 홀더를 리본 이온 빔을 통해 이동시키기 위한 주사 모터; 및 전기 전도성 프레임을 작업물 홀더에 인가된 전압과 상이한 전압으로 바이어싱하기 위한 헤일로 바이어스 전력 공급부를 포함한다. 일부 실시예들에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부가 작업물 홀더를 기준으로 하여 헤일로는 작업물 홀더로부터 일정한 전압 오프셋을 유지한다. 일부 실시예들에서, 헤일로는 절연 물질을 사용하여 작업물 홀더로부터 전기적으로 격리된다. 특정 실시예들에서, 전기 전도성 프레임은 복수의 전도성 영역들로 분할되고, 각각의 전도성 영역에 인가되는 전압은 독립적으로 제어된다. 특정 실시예들에서, 식각 시스템은 헤일로 바이어스 전력 공급부와 통신하는 제어기를 포함하고, 작업물 유형 및 식각 종들이 제어기에 입력되고, 헤일로 바이어스 전력 공급부는 에지 식각률의 원하는 변화를 달성하기 위해 전기 전도성 프레임에 전력을 공급한다.
본 개시내용의 더 양호한 이해를 위해, 첨부 도면들이 참조되고, 첨부 도면들은 참조로 본원에 포함되며 첨부 도면들에서:
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 처리 시스템이고;
도 2a-2c는 헤일로 바이어스 전력 공급부를 사용하는 3가지 실시예들을 도시하고;
도 3은 일 실시예에 따른 저항성 가열기를 도시하고;
도 4는 다수의 열 구역들을 갖는 헤일로의 제1 실시예이고;
도 5a-5e는 다양한 식각 종들 및 작업물 유형들에 대한 식각률 맵들을 도시하고;
도 6a-6e는 다양한 식각률 맵들에 대한, 도 4의 헤일로에 대한 가열 패턴들을 예시한다.
위에서 언급된 바와 같이, 본 시스템은 리본 이온 빔을 통해 주사되는 작업물을 채용하는 시스템들에서 식각률 균일성을 개선하는 데 사용될 수 있다.
반도체 처리 시스템(1)은 복수의 챔버 벽들(101)로 구성된 이온 공급원 챔버(100)를 포함하는 이온 공급원을 포함한다. 특정 실시예들에서, 이러한 챔버 벽들(101) 중 하나 이상은 유전체 물질, 예컨대, 석영으로 구성될 수 있다. RF 안테나(110)는 제1 유전체 벽(102)의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. RF 안테나(110)는 RF 전력 공급부(120)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. RF 안테나(110)에 전달되는 에너지는 가스 유입구(130)를 통해 도입되는 피드 가스를 이온화하기 위해 이온 공급원 챔버(100) 내에서 복사된다.
다른 실시예들에서, 이온 공급원은 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 공급원, 용량성 결합된 플라즈마 공급원 또는 다른 유형의 공급원일 수 있다.
추출 플레이트(104)로 지칭되는 하나의 챔버 벽은 추출 애퍼쳐(105)를 포함하고, 추출 애퍼쳐를 통해 이온 빔(106)이 이온 공급원 챔버(100)를 빠져나갈 수 있다. 이온 빔(106)은, 높이 방향보다, X 방향으로 또한 지칭되는 수평 방향으로 훨씬 더 넓을 수 있다. 이러한 특성들을 갖는 이온 빔은 리본 이온 빔으로 지칭될 수 있다. 추출 플레이트(104)는 전기 전도성 물질, 예컨대, 티타늄, 탄탈럼 또는 다른 금속으로 구성될 수 있다. 추출 플레이트(104)는 폭이 300 밀리미터를 초과할 수 있다. 또한, 추출 애퍼쳐(105)는 작업물(10)의 직경보다 X 방향으로 더 넓을 수 있다. 이러한 추출 플레이트(104)는 추출 전압으로 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추출 플레이트(104)는 접지될 수 있다.
반도체 처리 시스템(1)에 추가적으로, 작업물 홀더(155)가 존재한다. 작업물 홀더(155)는 추출 애퍼쳐(105)에 근접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 작업물 홀더(155)는 추출 애퍼쳐(105)로부터 0 내지 25 cm에 있을 수 있다. 특정 실시예들에서, 작업물 홀더(155)는 추출 애퍼쳐(105)의 약 1 cm 내에 있을 수 있다.
작업물(10)은 작업물 홀더(155) 상에 배치될 수 있다. 작업물 홀더(155)는 수직 방향(171)으로 이동하는 주사 모터(160)를 사용하여 주사된다. 이 방향은 Y 방향으로 또한 지칭된다. 따라서, 작업물 홀더(155)는 이온 빔(106)과 작업물 홀더(155) 사이에 상대적인 수직 이동이 있도록 구성된다.
작업물 홀더(155)는 작업물(10)을 유지하는 정전 클램프를 포함한다. 정전 클램프는 작업물을 작업물 홀더(155)에 유지하기 위해 정전기력들을 사용한다. 정전 클램프는 베이스, 유전체 최상부 표면, 및 베이스와 유전체 최상부 표면 사이에 배치된 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 원하는 정전기력들을 생성하기 위해 가변 전압들이 전극들에 인가될 수 있다.
헤일로(165)는 정전 클램프 및 작업물(10)를 둘러싸고, 헤일로의 중심에, 작업물 홀더(155)의 위치에 대응하는 개구부를 갖는다. 헤일로(165)는 전기 전도성 물질, 예컨대, 금속으로 구성될 수 있는 프레임(168)을 포함한다. 프레임(168)은 티타늄, 알루미늄 또는 다른 물질로 만들어질 수 있다. 특정 실시예들에서, 프레임(168)은 니켈 도금된 알루미늄, 양극산화된 알루미늄, 또는 니켈일 수 있다. 특정 실시예들에서, 프레임(168)은 형상이, 작업물 홀더(155)를 수용하기 위해 원형 컷아웃을 갖는 직사각형일 수 있다. 예를 들어, 프레임(168)은 약 600 mm 폭 및 1000 mm 높이일 수 있고, 원형 개구부는 약 300 mm의 직경을 갖는다. 다른 실시예들에서, 프레임(168)은 원형 또는 다른 형상일 수 있다.
추가적으로, 헤일로(165)는 프레임(168)의 정면 표면 상에 배치될 수 있는 보호 커버링(166)을 포함할 수 있다. 보호 커버링(166)은 프레임(168)을 이온들에 대한 노출로부터 보호하고, 프레임(168)의 수명을 연장하고 작업물(10)의 오염을 최소화한다. 보호 커버링(166)은 프레임(168)의 정면 표면에 부착된 유전체 물질 또는 규소 기판일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 복수의 규소 타일들이 프레임(168) 상에 배치되고, 보호 커버링(166)으로서 역할을 한다. 보호 커버링(166)은 임의의 원하는 두께, 예컨대, 약 3 mm일 수 있다. 보호 커버링(166)은 프레임(168) 전체를 커버하도록 치수가 정해질 수 있다.
작업물 홀더(155)는 작업물 바이어스 전력 공급부(170)를 사용하여 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에서, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)로부터의 출력은, 5 kHz 내지 50 kHz의 주파수 및 100 내지 5,000 볼트의 진폭을 갖는 펄스식 DC 전압이다.
헤일로(165)는 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 사용하여 독립적으로 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 프레임(168)은 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)와 통신할 수 있다. 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)로부터의 출력은 또한, 5 kHz 내지 50 kHz의 주파수 및 100 내지 5,000 볼트의 진폭을 갖는 펄스식 DC 전압일 수 있다.
특정 실시예들에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)는 작업물 바이어스 전력 공급부(170)를 기준으로 하고, 그에 의해 헤일로(165)는 작업물 홀더(155)로부터 일정한 전압 오프셋에 있다. 예를 들어, 이 실시예에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)의 출력은 일정한 DC 전압으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 2a-2c는 3가지 상이한 실시예들을 도시한다. 도 2a는 헤일로(165)가 항상 작업물 홀더(155)와 동일한 전압에 있는 실시예를 도시한다. 이는, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)를 기준으로 하는 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 0 볼트로 설정함으로써 달성될 수 있다. 도 2b에서, 헤일로(165)는 항상 작업물 홀더(155)에 대하여 양의 오프셋에 있다. 이는, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)를 기준으로 하는 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 양의 전압으로 설정함으로써 달성될 수 있다. 도 2c에서, 헤일로(165)는 항상 작업물 홀더(155)에 대하여 음의 오프셋에 있다. 이는, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)를 기준으로 하는 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 음의 전압으로 설정함으로써 달성될 수 있다. 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)는 작업물 홀더(155)에 대하여 -500 V 내지 +500 V의 전압들을 공급할 수 있다. 이러한 방식으로, 일부 실시예들에서, 이온 공급원 챔버(100)에 대한 헤일로(165)의 바이어스는 헤일로 바이어스 전력 공급부(175) 및 작업물 바이어스 전력 공급부(170)에 의해 공급되는 전압들의 합이다.
다른 실시예들에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)는 접지를 기준으로 할 수 있고, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)의 출력은 작업물 바이어스 전력 공급부(170)와 동위상일 수 있고, 그에 의해 2개의 전력 공급부들로부터의 펄스들은 동기화된다. 또한, 특정 실시예들에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)의 출력은 이러한 펄스들 동안에만 작업물 바이어스 전력 공급부(170)와 상이하다.
상기 개시내용은 작업물 바이어스 전력 공급부(170)로부터의 출력을 펄스식 DC 전압인 것으로서 설명하지만, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)는 일정할 수 있는 한편, 추출 플레이트(104)를 바이어싱하는 추출 전압 전력 공급부는 펄스식 DC 출력을 제공한다는 것이 이해된다. 이 실시예에서, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)는 일정한 전압을 유지할 수 있다.
작업물 홀더(155) 및 헤일로(165)에 상이한 전압들을 인가하기 위해, 이러한 2개의 구성요소들 사이에, 작업물 홀더(155)를 프레임(168)으로부터 전기적으로 격리시키기 위해 배치된 전기 절연 물질(167)이 존재할 수 있다. 이러한 전기 절연을 제공하기 위해, PEEK와 같은 물질들이 사용될 수 있다.
프레임(168) 및 작업물 홀더(155)가 항상 동일한 전압으로 유지된다면, 전기 절연 물질(167)이 활용되지 않을 수 있다는 점을 주목한다.
펄스화될 때, 작업물 홀더(155)에 인가되는 전압은 추출 플레이트(104)에 인가되는 전압보다 더 음이다. 다시 말해서, 추출 플레이트(104)가 접지되는 경우, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)는 음의 펄스들을 생성한다. 이러한 음의 펄스들 동안, 양이온들은 이온 공급원 챔버(100)의 내부로부터 작업물(10)로 끌어당겨진다. 추출 플레이트(104)가 양으로 바이어싱되는 경우, 작업물 바이어스 전력 공급부(170)는 더 적은 양의 또는 음의 펄스들을 생성하고, 그에 의해 양이온들은 이러한 펄스들 동안 이온 공급원 챔버(100)의 내부로부터 작업물(10)로 끌어당겨진다.
또한, 도 1은 단일의 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 도시하지만, 특정 실시예들에서, 헤일로(165)는 수개의 전도성 영역들로 분할될 수 있고, 여기서 각각의 전도성 영역은 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 프레임(168)은 전기 절연 물질(167)을 사용하여 서로로부터 분리되는 복수의 전기 전도성 구조들일 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 헤일로(165)의 특정 부분들은 작업물 홀더(155)보다 큰 전압에 있을 수 있는 한편, 헤일로(165)의 다른 부분들은 작업물 홀더(155)와 동일한 전압 또는 작업물 홀더보다 낮은 전압에 있을 수 있다. 추가적으로, 이 실시예에서, 헤일로(165)의 특정 부분들은 작업물 홀더(155)보다 낮은 전압에 있을 수 있는 한편, 헤일로(165)의 다른 부분들은 작업물 홀더(155)와 동일한 전압 또는 작업물 홀더보다 높은 전압에 있을 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 헤일로(165)의 각각의 세그먼트에 인가할 전압의 선택은 채용되는 식각 종들에 기초할 수 있다.
열 제어기(190)는 또한, 헤일로(165)와 통신할 수 있다. 열 제어기(190)는, 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 헤일로(165)의 복수의 열 구역들 각각에 전압 또는 전류를 공급하는 복수의 전력 공급부들을 포함할 수 있다.
제어기(180)는 작업물 바이어스 전력 공급부(170), 헤일로 바이어스 전력 공급부(175), 작업물 홀더(155), 열 제어기(190) 및 다른 구성요소들과 통신할 수 있다. 제어기(180)는 처리 유닛(181), 예컨대, 마이크로제어기, 개인용 컴퓨터, 특수 목적 제어기, 또는 다른 적합한 처리 유닛을 포함할 수 있다. 제어기(180)는 또한, 비일시적 저장 요소(182), 예컨대, 반도체 메모리, 자기 메모리, 또는 다른 적합한 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 비일시적 저장 요소(182)는 제어기(180)가, 본원에 설명된 기능들을 수행할 수 있게 하는 명령어들(183) 및 다른 데이터를 포함할 수 있다. 제어기(180)는 주사 모터(160)를 통해 작업물 홀더(155)의 이동을 제어할 수 있다. 제어기(180)는 열 제어기(190) 및 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)를 통해 헤일로(165)의 온도 및 전압을 각각 제어할 수 있다.
2가지 유형의 식각률 불균일성이 존재할 수 있다. 방사상 불균일성으로 지칭되는 제1 유형은 작업물의 에지에서의 불연속성들의 결과이다. 이러한 불연속성들은 화학적, 열적 또는 전기적일 수 있다. 예를 들어, 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 작업물(10) 주위에, 프레임(168) 및 보호 커버링(166)을 포함하는 헤일로(165)가 존재할 수 있다. 헤일로(165)를 구성하는 데 사용되는 물질이 작업물보다 화학적 식각에 더 저항성이라면, 이 계면에, 이용가능한 식각 종들의 잉여분이 있을 수 있고 이는 작업물의 외측 에지의 더 빠른 식각으로 이어질 수 있다. 반대로, 헤일로(165)를 구성하는 데 사용되는 물질이 작업물보다 화학적 식각에 덜 저항성이라면, 헤일로(165)는 싱크로서 역할을 할 수 있고, 이 계면에, 이용가능한 식각 종들의 부족분이 있을 수 있고 이는 작업물의 외측 에지의 더 느린 식각으로 이어질 수 있다. 헤일로(165)의 유전 상수가 작업물과 상이하다면, 작업물의 에지에서 전기장들의 왜곡이 있을 수 있다. 이러한 왜곡은 추출 바이어스가 펄스화될 때 작업물(10)의 에지로부터 이온들을 끌어당기거나 밀어낼 수 있다. 추가적으로, 헤일로(165)가 작업물보다 더 차갑다면, 이는 중합 가스 화학물질들로부터 더 빠른 속도로 퇴적을 수집할 수 있고, 이는 또한, 작업물의 에지에서의 식각률에 영향을 미칠 수 있다.
제2 유형의 불균일성은 선형 불균일성으로 지칭된다. 위에서 언급된 바와 같이, 작업물(10)은 리본 이온 빔을 통해 Y 방향으로 주사된다. 종종, X 방향의 리본의 빔 전류 프로파일이 일정하지 않다. 오히려, 종종, 리본 이온 빔의 단부들 부근의 전류 프로파일들은 리본 이온 빔의 중심 부근의 전류 프로파일보다 낮거나 클 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤일로(165)의 온도는 헤일로(165)의 표면 상의, 또는 헤일로(165) 내에 내장된 저항성 가열기들(335)의 배치에 의해 제어될 수 있다. 표면 상에 배치될 때, 저항성 가열기들(335)은 이온 빔(106)에 노출되지 않도록, 프레임(168)을 향하는 보호 커버링(166)의 후면 상에 배치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 저항성 가열기들(335)은 헤일로(165)의 표면 상에 퇴적된 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항성 가열기들(335)은 보호 커버링(166)의 후면 상에 퇴적된 니켈 크로뮴(NiCr) 패턴일 수 있다. 그 다음, 이러한 패턴은 그를 프레임(168)으로부터 절연하기 위해 절연 물질, 예컨대, 폴리이미드 스프레이 코팅 또는 캡톤 테이프로 코팅될 수 있다. 물론, 저항성 가열기들은 다른 방식들로 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 패턴은 보호 커버링(166)과 프레임(168) 사이에 배치된다. 또한, 특정 실시예들에서, 저항성 가열기들(335)은 보호 커버링(166) 내에 배치되거나 내장될 수 있다.
다른 실시예들에서, 저항성 가열기들(335)은 프레임(168)의 후면 상에 배치될 수 있고, 프레임(168)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 실시예들 각각에서, 저항성 가열기(335)는, 저항성 가열기들(335)을 이온 빔(106)에 노출시키지 않으면서 헤일로(165)의 가열을 허용하는 위치에 배치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 저항성 가열기(335)의 단부들은 열 제어기(190)의 일부인 전력 공급부, 예컨대, DC 또는 AC 전력 공급부와 통신한다. 예를 들어, 최대 10 A를 생성할 수 있는 208 VAC 전력 공급부가 각각의 저항성 가열기(335)에 사용될 수 있다. 물론, 다른 전력 공급부들, 예컨대, 120 VAC 전력 공급부 또는 DC 전력 공급부가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저항성 가열기(335)는 작업물(10) 근처의 헤일로(165)의 온도에 영향을 미치도록, 가능한 한 내측 직경에 가깝게 배치된다.
온도 센서(336), 예컨대, 열전대(thermocouple) 또는 서미스터(thermistor)가 또한, 헤일로(165)의 후면 상에 배치될 수 있다. 온도 센서(336)는 온도 센서(336)에 의해 측정된 온도에 기초하여 저항성 가열기들(335)에 공급되는 전압 및/또는 전류를 조절하는 열 제어기(190)와 통신할 수 있다. 다른 실시예에서, 온도 센서(336)가 사용되지 않도록 개방 루프 제어가 채용될 수 있다.
도 3은 2개의 저항성 가열기들(335)을 도시하는데; 좌측 상의 하나는 제1 열 구역을 생성하고, 우측 상의 제2 저항성 가열기는 제2 열 구역을 생성한다. 그러나, 본 개시내용은 이러한 실시예로 제한되지 않는다. 또한, 도 3은 저항성 가열기(335)를 사행(serpentine) 패턴으로서 도시하지만, 다른 패턴들이 또한 사용될 수 있다. 헤일로(165)는 임의의 개수의 열 구역으로 분할될 수 있다. 특정 실시예들에서, 저항성 가열기들(335)은 열 구역의 온도를 최대 100 ℃만큼 상승시킬 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 헤일로(165)는 4개의 열 구역들(302, 303, 304, 305)로 분할될 수 있다. 각각의 열 구역은 독립적으로 제어되는 저항성 가열기(335)를 포함한다. 선택적으로, 각각의 열 구역은 각각의 열 구역의 온도를 독립적으로 제어하기 위해 전용 온도 센서(336)를 포함할 수 있다. 4개의 열 구역들을 활용함으로써, 아래에 설명되는 바와 같이, 방사상 불균일성들 및 선형 불균일성들 양쪽 모두가 해결될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 열 구역들 사이의 경계들은 45 °, 135 °, 225 ° 및 315 °에 있다. 그러나, 다른 크기들이 또한 가능하다. 예를 들어, 2개의 열 구역들(302, 304)은 다른 2개의 열 구역들(303, 305)보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 2개의 열 구역들(302, 304)이 다른 2개의 열 구역들보다 커야 하는 경우, 열 구역들 사이의 경계들은 60 °, 120 °, 240 ° 및 300 °에 있을 수 있다. 유사하게, 2개의 열 구역들(302, 304)이 다른 2개의 열 구역보다 작아야 하는 경우, 열 구역들 사이의 경계들은 30 °, 150 °, 210 ° 및 330 °에 있을 수 있다.
특정 실시예들에서, 이러한 열 구역들(302-305) 각각은 독립적으로 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 둘 이상의 열 구역들이 공통으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 리본 이온 빔의 단부들이 작업물에 부딪히는 위치들에 대응하는 2개의 열 구역들(303, 305)이 공통으로 제어될 수 있다. 유사하게, 다른 2개의 열 구역들(302, 304)이 공통으로 제어될 수 있다.
도 5a-5e는 식각 종들 및 작업물 유형의 5가지 상이한 조합들에 대한 식각률 맵들을 도시한다. 이러한 식각률 맵들은, 식각 작동 전에 복수의 위치들에서 작업물의 두께를 측정하고 식각 작동 후에 그러한 동일한 위치들의 두께를 측정함으로써 생성된다. 영역들(580)은 다른 영역들보다 더 큰 정도로 식각된다. 영역들(582)은 다른 영역들보다 더 적은 정도로 식각된다. 영역들(581)은 식각률이 이러한 2개의 극단 사이에 있는 영역들이다.
이러한 식각률 맵들 각각은 방사상 불균일성, 선형 불균일성, 또는 2가지 유형들의 불균일성의 중첩을 표시한다는 점을 주목한다. 구체적으로, 도 5a 및 5c는 주로 선형 불균일성을 도시한다. 도 5b 및 5d는 주로 방사상 불균일성을 도시한다. 도 5e는 양쪽 모두의 유형의 불균일성을 도시한다. 구체적으로, 도 5e에서, 작업물의 중심보다 외측 에지가 더 많이 식각되게 하는 방사상 불균일성이 존재한다. 추가적으로, 리본 이온 빔의 단부들이 이온 빔의 중심보다 적게 식각되게 하는 선형 불균일성이 존재한다. 이러한 2가지 불균일성들이 조합될 때, 작업물의 최상부 및 바닥 에지들만이 작업물의 나머지보다 더 많이 식각된다.
도 6a-6e는, 각각, 도 5a-5e에 대응하는 식각률 맵들을 보상하는 데 사용될 수 있는 온도 프로파일을 도시한다. 도 5a 및 5c에서, 좌측 및 우측 에지들을 따른 식각률은 작업물 상의 다른 위치들보다 작다는 것을 주목한다. 따라서, 이 상황에서, 도 6a 및 6c에 도시된 바와 같이, 열 구역들(303, 305)은 다른 열 구역들과 상이한 온도로 설정된다. 많은 작업물들 및 식각 종들에 대해, 식각률은 온도에 정비례한다. 따라서, 작업물의 좌측 및 우측 에지들을 따라 식각률을 증가시키기 위해, 열 구역들(303, 305)은 다른 열 구역들보다 높은 온도로 설정된다. 물론, 일부 식각 화학물질들에 대해, 식각률이 온도와 역의 관계를 갖는 것이 가능하다. 이 경우에, 작업물의 좌측 및 우측 에지들을 따라 식각률을 증가시키기 위해, 열 구역들(303, 305)은 다른 열 구역들보다 낮은 온도로 설정된다.
도 5b 및 5d는 방사상 불균일성을 도시하고, 여기서 외측 에지는 작업물의 나머지보다 낮은 식각률을 갖는다. 이러한 경우들에서, 도 6b 및 6d에 도시된 바와 같이, 모든 열 구역들(302-305)은 상이한 온도로 유지된다. 식각률이 온도에 정비례하는 경우, 열 구역들(302-305)은 작업물보다 높은 온도로 설정된다. 식각률이 온도에 반비례하는 경우, 열 구역들(302-305)은 작업물보다 낮은 온도로 설정된다.
도 5e는 작업물의 최상부 및 바닥 에지들이 작업물의 나머지보다 높은 식각률을 갖는 예를 도시한다. 따라서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 식각률이 온도에 정비례하는 경우, 열 구역들(302, 304)은 열 구역들의 나머지보다 낮은 온도로 설정된다. 식각률이 온도에 반비례하는 경우, 열 구역들(302, 304)은 열 구역들의 나머지보다 높은 온도로 설정된다.
따라서, 도 4의 헤일로(165)는 방사상 불균일성 및 선형 불균일성 양쪽 모두를 보상하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 제어기(180)는 작업물의 유형뿐만 아니라 사용되고 있는 식각 종들에 관한 정보를 수신한다. 이 정보는 입력 디바이스, 예컨대, 키보드 또는 터치스크린을 통해 입력될 수 있다. 이 정보에 기초하여, 제어기(180)는 열 제어기(190)에 헤일로(165)의 열 구역들 각각의 원하는 온도를 지시한다. 그 다음, 열 제어기(190)는 원하는 온도 프로파일을 달성하기 위해 각각의 열 구역에 전력을 공급한다.
열 제어기(190)는 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 작업물 홀더의 각각의 열 구역은 대응하는 전용 전력 공급부를 갖는다. 다른 실시예들에서, 특정 열 구역들은 항상 동일한 온도로 설정될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 초과의 열 구역에 전력을 공급하기 위해 단일 전력 공급부가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 열 제어기(190)는 각각의 전력 수준에 대해 하나의 전력 공급부를 가질 수 있다. 이러한 전력 공급부들의 출력들은 복수의 스위치들 또는 멀티플렉서들에 대한 입력들로서 사용되고, 여기서 각각의 스위치는 어느 출력이 각각의 열 구역에 인가되는지를 선택하는 데 사용된다.
또한, 헤일로(165)가 또한, 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)와 통신하므로, 식각 패턴들은 헤일로(165)에 인가되는 전압을 조작함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 도 5b 및 5d의 식각률 패턴은 방사상 불균일성을 도시한다. 이는, 작업물 홀더(155)에 인가되는 전압과 상이한 전압을 헤일로(165)에 인가함으로써 보정될 수 있다.
이러한 실시예들에서, 제어기(180)는 작업물의 유형뿐만 아니라 사용되고 있는 식각 종들에 관한 정보를 수신한다. 이 정보는 입력 디바이스, 예컨대, 키보드 또는 터치스크린을 통해 입력될 수 있다. 이 정보에 기초하여, 제어기(180)는 에지 식각률의 원하는 변화를 달성하기 위해 인가될 전압을 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)에 명령한다.
마지막으로, 특정 실시예들에서, 불균일성들을 해결하기 위해 헤일로의 전압 및 온도 양쪽 모두의 조작을 활용하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제어기(180)는 방사상 불균일성을 보상하기 위해 헤일로(165)에 인가되는 전압을 변경할 수 있는 한편, 제어기(180)는 선형 불균일성을 보상하기 위해 상이한 열 구역들을 활용할 수 있다.
본 출원에서 위에서 설명된 실시예들은 많은 장점들을 가질 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 특정 프로세스들은 전체 작업물에 걸친 식각률에 대해 매우 엄격한 허용오차, 예컨대, 3% 이하의 3 시그마 값을 활용한다.
헤일로(165)의 전압을 조작함으로써, 작업물의 에지를 따른 식각률이 변화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 시험에서, 100 V의 전압이 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)에 의해 출력되었다. 작업물의 에지를 따른 식각률은, 헤일로가 작업물 홀더(155)와 동일한 전압으로 유지된 식각 프로세스와 비교하여, 2%만큼 변화되었다. 헤일로 바이어스 전력 공급부(175)로부터의 더 높은 출력 전압들은 작업물의 에지를 따른 식각률의 더 큰 변화를 초래할 수 있다.
유사하게, 작업물의 다양한 영역들의 온도를 조작함으로써, 전체 작업물에 걸쳐 더 균일한 결과를 달성하기 위해 각각의 영역과 연관된 식각률이 변경될 수 있다.
본 개시내용은 본원에 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되어서는 안 된다. 실제로, 본 개시내용의 다른 다양한 실시예들 및 본 개시내용에 대한 수정들은, 본원에 설명된 것들에 더하여, 전술한 설명 및 첨부 도면들로부터 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 그러한 다른 실시예들 및 수정들은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 개시내용이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 본원에 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 그의 유용성이 이에 제한되지 않으며, 본 개시내용이 임의의 개수의 목적을 위해 임의의 개수의 환경에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이에 따라, 아래에 제시되는 청구항들은 본원에 설명되는 바와 같은 본 개시내용의 전체 범위 및 사상을 고려하여 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 식각 시스템으로서,
    리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템;
    작업물 홀더;
    상기 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로; 및
    상기 리본 이온 빔을 통해 상기 작업물 홀더를 이동시키기 위한 주사 모터
    를 포함하고,
    상기 헤일로는 상기 헤일로의 온도를 변경하기 위한 저항성 가열기들을 포함하는, 식각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 상기 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함하고, 상기 저항성 가열기들은 상기 보호 커버링 내에 또는 상기 보호 커버링 상에 배치되는, 식각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저항성 가열기들은 상기 전기 전도성 프레임을 향하는 상기 보호 커버링의 외측 표면 상에 배치되는, 식각 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤일로의 온도를 모니터링하기 위해 상기 헤일로 상에 배치된 온도 센서를 포함하는, 식각 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 상기 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함하고, 상기 작업물 홀더에 인가된 전압과 상이한 전압으로 상기 전기 전도성 프레임을 바이어싱하기 위한 헤일로 바이어스 전력 공급부를 포함하는, 식각 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 헤일로 바이어스 전력 공급부는 상기 작업물 홀더를 기준으로 하여 상기 헤일로는 상기 작업물 홀더로부터 일정한 전압 오프셋을 유지하는, 식각 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 헤일로는 절연 물질을 사용하여 상기 작업물 홀더로부터 전기적으로 격리되는, 식각 시스템.
  8. 식각 시스템으로서,
    리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템;
    작업물 홀더;
    상기 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로; 및
    상기 리본 이온 빔을 통해 상기 작업물 홀더를 이동시키기 위한 주사 모터
    를 포함하고,
    상기 헤일로는 방사상 및 선형 식각률 불균일성들 양쪽 모두를 보상하기 위해 복수의 열 구역들을 포함하는, 식각 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 헤일로는 프레임 및 상기 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함하고, 저항성 가열기들은 상기 보호 커버링 내에 또는 상기 보호 커버링 상에 배치되는, 식각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저항성 가열기들은 상기 프레임을 향하는 상기 보호 커버링의 외측 표면 상에 배치되는, 식각 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 헤일로는 복수의 열 구역들로 분할되는, 식각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 열 구역들은 독립적으로 제어될 수 있는, 식각 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    열 제어기를 더 포함하고, 상기 열 제어기는 상기 복수의 열 구역들과 통신하는 복수의 전력 공급부들 및 상기 열 제어기와 통신하는 제어기를 포함하고, 작업물 유형 및 식각 종들이 상기 제어기에 입력되고, 상기 열 제어기는 원하는 온도 프로파일을 달성하기 위해 상기 복수의 열 구역들에 전력을 공급하는, 식각 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    적어도 하나의 열 구역의 온도를 모니터링하기 위해 적어도 하나의 열 구역에 배치된 온도 센서를 더 포함하는, 식각 시스템.
  15. 식각 시스템으로서,
    리본 이온 빔을 생성하기 위한 반도체 처리 시스템;
    작업물 홀더;
    상기 작업물 홀더 주위에 배치된 헤일로 - 상기 헤일로는 전기 전도성 프레임 및 전기 전도성 프레임 상에 배치된 보호 커버링을 포함함 -;
    상기 리본 이온 빔을 통해 상기 작업물 홀더를 이동시키기 위한 주사 모터; 및
    상기 작업물 홀더에 인가된 전압과 상이한 전압으로 상기 전기 전도성 프레임을 바이어싱하기 위한 헤일로 바이어스 전력 공급부
    를 포함하는, 식각 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 헤일로 바이어스 전력 공급부는 상기 작업물 홀더를 기준으로 하여 상기 헤일로는 상기 작업물 홀더로부터 일정한 전압 오프셋을 유지하는, 식각 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 헤일로는 절연 물질을 사용하여 상기 작업물 홀더로부터 전기적으로 격리되는, 식각 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전기 전도성 프레임은 복수의 전도성 영역들로 분할되고, 각각의 전도성 영역에 인가되는 전압은 독립적으로 제어되는, 식각 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 헤일로 바이어스 전력 공급부와 통신하는 제어기를 더 포함하고, 작업물 유형 및 식각 종들이 상기 제어기에 입력되고, 상기 헤일로 바이어스 전력 공급부는 에지 식각률의 원하는 변화를 달성하기 위해 상기 전기 전도성 프레임에 전력을 공급하는, 식각 시스템.
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