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KR100851455B1 - 챔버 조건에 대한 공정 민감도를 감소시키는 방법 - Google Patents

챔버 조건에 대한 공정 민감도를 감소시키는 방법 Download PDF

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KR100851455B1
KR100851455B1 KR1020077030924A KR20077030924A KR100851455B1 KR 100851455 B1 KR100851455 B1 KR 100851455B1 KR 1020077030924 A KR1020077030924 A KR 1020077030924A KR 20077030924 A KR20077030924 A KR 20077030924A KR 100851455 B1 KR100851455 B1 KR 100851455B1
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Abstract

챔버 조건에 대한 반도체 처리공정의 민감도를 감소시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일반적인 공정의 공정 신뢰도는 챔버 표면에 대한 처리 화합물의 재결합율을 변경시키는 표면 조건의 변경에 의해 영향을 받는다. 본 발명의 일면으로서, 하나 이상의 에칭제의 조성은 에칭 성능을 최대화하고 챔버 표면 상의 증착을 감소시키도록 선택된다. 하나 이상의 에칭제는 챔버 표면상의 적층을 최소화함으로써 상이한 표면 조건과 자유 라디칼의 상이한 재결합율로 인한 에칭율의 변경을 최소화하도록 챔버 표면조건을 제어하여 에칭 신뢰도를 달성한다. 다른 실시예에서, 에칭제 화학물은 세정 싸이클 이후의 내면 조건에 대한 변경을 감소시키도록 조절된다. 또다른 실시에에서, 처리 공정은 챔버 조건에 대한 에칭 공정의 민감도를 감소시키도록 선택된다. 또다른 실시예에서, 챔버 표면재료는 표면 재료 상의 자유 라디칼과 처리 공정 중에 상기 재료에 형성된 부수적인 증착물의 재결합율의 차이를 최소화하도록 선택된다.

Description

챔버 조건에 대한 공정 민감도를 감소시키는 방법 {NEW METHODOLOGIES TO REDUCE PROCESS SENSITIVITY TO THE CHAMBER CONDITION}
본 발명은 플라즈마 처리 공정에 관한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 에칭 공정 도중의 챔버 환경에 대한 공정 민감도를 최소화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적 회로 및 다른 여러 전자 장치의 제조에 있어, 제조 공정 도중에 여러층의 전도체, 반도체 및 유전체 물질층이 기판에 증착되고 또한 제거된다. 기판으로부터 물질을 제거할 목적으로 장치의 제조에 사용되는 기판 에칭 방법 및 장치는 이미 주지되어 있다. 통상의 에칭 기법은 습식 및 건식 에칭을 포함한다. 그러나, 습식 에칭은 통상적으로 가로 치수가 마이크론 단위이거나 그보다 큰 구성요소의 제조에 제한된다. 솔리드 스테이트 장치 및 집적 회로는 현재 1마이크론 이하 또는 심지어 나노미터 단위의 구성요소로 제조되는 것이 일상화되어 있다. 따라서, 이제는 건식 에칭이 보다 선호된다.
한가지 건식 에칭 기술은 플라즈마 강화 에칭("플라즈마 에칭")으로 흔히 알려져 있다. 플라즈마 에칭은 나노미터 크기의 장치의 제조에 매우 적합하다. 종 래의 플라즈마 에칭 반응기는 반응 챔버 및 이러한 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 장치를 포함한다. 플라즈마는 예를들어 RF 코일을 이용하여 유도성으로, 및/또는 예를들어 병렬 플레이트 글로(glow) 방출 반응기를 이용하여 용량성으로 생성될 수 있다. 통상적으로, 용량성 및 유도성 양쪽 모두로 생성 및 유지된다.
일반적으로, 플라즈마 에칭은 에칭될 기판의 노출부분을 형성하기 위해 상부 기판 표면 위에 마스크를 놓는 단계를 포함한다. 그런 다음, 기판 혹은 여러장의 기판들이 반응기 챔버 내에 놓여진다. 반응기 챔버 내로 에칭 가스가 주입되고 플라즈마가 가해진다. 처리공정 도중, 플라즈마 내에서 반응 성분이 기판의 노출부분과 접촉하여 금속, 유전체, 또는 반도체 물질의 노출부분을 에칭한다.
분자 레벨에서, 에칭 공정은 플라즈마 내의 반응 성분과 기판의 노출 표면층 간의 반응이다. 상기 반응 성분은 자유 라디칼, 이온 및 다른 여러 입자를 포함한다. 기판과 자유 라디칼 간의 반응은 본질적으로 화학적 고유성을 가지나, 에칭에 도움을 주며 표면 반응에 있어 활성화 에너지를 공급하는 이온 충격(ion bombardment)에 의해 크게 강화된다. 플라즈마와 기판 간의 반응은 에칭 부산물, 즉, 표면에서 제거되고 연이어 반응기 챔버 내로 확산된 작은 휘발성 분자들을 생성한다. 이후 이러한 휘발성 부산물의 대부분은 반응기 챔버 밖으로 펌핑되어 나간다.
단층 물질의 에칭은 대체로 주 에칭 공정 및 오버에칭(overetch) 공정의 두 가지 주요 단계를 포함하여 이루어진다. 주 에칭 공정은 원하는 형태를 얻기 위해 노출된 기판 표면으로부터 물질을 대량으로 제거한다. 오버에칭 공정은 기판으로 부터 잔여 물질을 제거하는 한편 언더컷(즉, 등방성 에칭)을 피하고 경계층들, 예컨대 폴리실리콘/산화물 경계층 간의 선택도의 과도한 감소를 피하기 위해 필요하다. 각 단계를 위한 화학공정 및 공정 변수들은 비등방성, 일정하며 바람직하게는 높은 에칭률, 균일성, 고선택도, 및 재현성을 달성하도록 선택된다.
성공적인 에칭은 각 개별 기판에 대해서는 물론 하나의 기판에서 다음으로 천이되는 과정에도 통제되고 일정한 비율의 균일한 에칭을 보장하는 통제된 공정을 요한다. 에칭률이 통제되지 않고 변화하면 장치의 기하구조 및 치수에 변화를 초래할 수 있다. 특정 기판에 대한 그리고 하나의 기판에서 다음 기판으로의 과정에 대한 에칭률의 변화는 약 10% 미만인 것이 바람직하다.
공정의 안정성은 업계에서 흔히 사용되고 있는 다양한 방법 및 기술의 영향을 받는다. 예를들어, 에칭률의 실질적 변화는 세척 공정 후에 점검된다. 공정 도중에 내부 챔버 표면 상에 형성된 부산물의 증착을 제거하기 위해 주기적으로 세척 공정이 필요하다. 에칭 도중에 형성되는 휘발성 부산물의 대부분은 챔버 밖으로 펌핑된다. 그러나, 이같은 부산물은 휘발성 부산물의 형성을 줄이기 위해 산소 첨가제 등의 할로겐 플라즈마에 의해 실리콘 에칭에 사용되는 여러 가스 성분과 종종 반응할 수 있다. 다른 경우로, 에칭되는 물질이나 에칭 화학반응에 따라 부산물 자체의 휘발성이 약할 수 있다. 휘발성이 약한 성분은 챔버벽 및 챔버 내부에 둘러싸인 다른 노출 표면 상에 증착될 수 있다. 여러번에 걸쳐, 이같은 증착은 챔버 표면을 엷은 조각으로 가르거나 엷은 조각으로 벗겨내어서 주요 미립자 오염원을 형성할 수 있다. 이러한 미립자는 종종 마스크나 기판 표면에 찌들거나 결함있 는 장치를 생성한다. 에칭된 형태의 크기가 작아질수록, 미립자의 영향은 뚜렷해진다.
따라서, 오염의 축적을 조절하기 위해, 챔버 표면이 주기적으로 세척된다. 건식 세척으로 알려진, 챔버 세척의 한가지 방법은 챔버 내에 더미(dummy) 기판을 놓는 단계 및 후속하여 플라즈마를 점화하는 단계를 포함한다. 플라즈마 화학반응은 챔버 상의 증착물과 화학적 및 물리적으로 반응하도록 선택되어, 이로써 상기 증착물이 챔버 밖으로 펌핑될 수 있는 부산물을 형성할 수 있도록 한다. 그러나, 챔버의 세척과 관련한 문제는 후속 공정의 에칭률이 나쁜 영향을 받는다는 것이다. 통상의 실리콘 플라즈마 에칭에서, 챔버 세척 운전 이후에 에칭률의 33%의 과잉 하락이 발생하였다. 에칭률의 변화는 공정 재현성, 또는 반복성의 손실을 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. 에칭 공정은 미리 정해진 비율(recipe)에 따라 시간 조절되므로 에칭률의 동요는 오버에칭 또는 언더에칭된 기판을 야기한다. 결과적으로, 기판들간의 반복성을 잃게 된다.
세척 공정 이후 에칭률 변화의 불리한 영향을 최소화하기 위해, 현재의 업계는 세척 운전에 이어 챔버를 컨디셔닝하는 시즈닝(seasoning) 사이클을 채용하고 있다. 시즈닝이라 함은 챔버 표면 상에 필름의 증착을 허용하는 챔버의 운행을 가리킨다. 회복 기간 동안 챔버 내에 플라즈마를 가하고 챔버 내의 내부 노출 표면 상에 필름을 증착함으로써 챔버 표면 상에 시즈닝 코팅의 형성이 허용된다. 이러한 챔버 시즈닝은 세척 이전의 에칭률이 완전히 회복될 때까지 계속된다. 회복 기간은 어떤 기판도 처리되지 않는다는 점에서 시간 소모적이며 비생산적이다. 따라 서, 시스템의 작업량이 상당히 감소된다.
공정 안정성과 관련된 다른 문제가 고농도의 부식성 화학물질이 사용될 때 발생한다. 예를 들어, 평탄화 또는 리세스-에칭 등에서 불소가 주요 에천트(etchant)인 경우에 문제가 발생한다. 불소는 챔버 표면을 공격하는 매우 부식성이 높은 에천트여서 표면의 형태의 변화를 초래하고 및/또는 예컨대 Al2O2 챔버 표면의 경우 AlFx와 같은 부산물의 증착을 가져온다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 세척 등의 비침투성 세척 방법에 의해 제거될 수 있는 SiOx의 증착과는 달리, 불소 에칭의 효과는 챔버를 개방하고 챔버 표면을 다시 손질함으로써 처리되어야 한다. 따라서, 작업량이 실질적으로 영향을 받는다. 또한, 세척 공정 후에 에칭률의 동요가 관측되는데 이것은 에칭률의 안정성을 해친다.
본 발명자들은 세척 이후가 아닌 상황에서 챔버 환경에 대한 민감도를 관측하였다. 예를 들어, 동일한 챔버가 교번적 화학반응을 포함하는 상이한 적용을 수행하도록 이용될 때, 에칭률의 변화가 관측된다. 따라서, 불소에 기반을 둔 화학반응 및 불소가 없는 화학반응 사이에서 교번적으로 수행되는 공정들은 각 사이클 간의 에칭률의 불안전성을 경험한다. 예를 들어, 챔버가 먼저 하드 마스크 개방 또는 리세스 에칭과 같은 불소-기반 공정 도중에 다수의 기판을 처리하는데 이용될 수 있다. 후속하여, 챔버는 커패시터 에칭과 같이 불소를 사용하지 않는 두 번째 공정을 수행하는데 이용될 수 있다. 이전에는 이해되지 않던 이유들에 의해, 이같은 환경하에서 에칭률이 동요하게 되고 공정 반복성의 손상을 초래한다.
따라서, 챔버 표면 조건에 대한 처리 챔버의 공정 민감도를 감소시킬 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 챔버 환경에 대한 에칭 공정 민감도를 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 에칭 공정 민감도는 에칭 화학반응, 공정 변수 및/또는 챔버 재료의 변경을 포함하는 다양한 방법에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 한가지 양태로, 에칭 성능을 최적화하고 챔버 표면 상의 증착을 감소시키도록, 하나 또는 그 이상의 에천트의 조성이 선택된다. 하나 이상의 에천트는 챔버 표면 상의 축적을 최소화하여, 상이한 표면 조건에 대한 자유 라디칼의 재결합 비율의 변화로 인한 에칭률의 변화를 최소화하도록 챔버의 표면 조건을 조절함으로써, 에칭 반복성을 가능케 하게끔 선택된다. 일 실시예에서, 챔버 내부로 하나 이상의 에천트가 주입되고 플라즈마가 가해져서 제 1 에천트로부터 제 1 자유 라디칼 밀도를 형성한다. 에천트는 자유 라디칼 밀도가 반응하여 챔버의 내부 표면 상에 증착을 생성하는 비율을 최소화하도록 선택되고, 이때 내부 표면 상에 형성된 증착 상의 자유 라디칼 밀도의 재결합 비율이 내부 표면 상의 자유 라디칼 밀도의 재결합 비율과 실질적으로 상이하다.
다른 실시예에서, 염소와 브롬은 각각 제 1 유속 및 제 2 유속으로 챔버에 도입된다; 여기서 제 1 유속이 제 2 유속보다 높다. 염소의 브롬에 대한 비는 약 3:1보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 제 1 에칭제 및 제 2 에칭제는 에칭 챔버로 유입되는데, 여기서 제 1 에칭제는 챔버 내부 표면을 세정하여 부산물이 증착되는 것을 방지하면서, 동시에 기판을 에칭하기에 적합하다. 제 1 에칭제는 불소를 함유하는 용액인 것이 바람직하며 제 2 에칭제는 염소나 브롬과 같은 할로겐인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 챔버 표면의 부식을 최소로 하도록 에칭 화학반응이 선택된다. 부식성이 있는 제 1 에칭제는, 제 1 에칭제보다 부식성이 약하거나 부식성이 없는 것이 바람직한 제 2 에칭제로 희석된다. 제 1 에칭제는 챔버 내부면과 접하게 될 때 부식 효과를 나타내는 유체이다. 제 2 에칭제는 제 1 에칭제와 혼합되어, 챔버 표면에서 제 1 에칭제의 부식성을 감소시킨다. 혼합에 의해 생기는 혼합물은, 챔버 표면에서의 부식성이 낮아져서, 연속되는 다수의 기판에 대한 처리가 거의 유사한 챔버면 조건 아래에서 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 제 1 에칭제는 CF4, SF6 또는 NF3와 같이 불소를 함유하는 유체이다. 제 2 에칭제는 Cl2와 같이 염소를 함유하는 유체인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 챔버 압력이 제어되어, 챔버 표면의 조건에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시킨다. 챔버 압력은, 과도한 에칭 처리가 이루어지는 동안에는, 자유 라디칼에 대한 이온의 비를 증가시키도록 제어되어, 이온의 도움에 의한 에칭을 증가시키고 순수한 자유 라디칼 에칭을 감소시킨다. 한 실시예에서, 다결정 실리콘 층이 과도하게 에칭되는 동안의 압력은 약 30mTorr보다 낮은 것이 바람직하다. 에칭 처리는 브롬에 기초되거나 염소에 기초되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 챔버 압력 및 챔버 내의 산소 농도가 제어되어, 챔버 표면 상태에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시킨다. 챔버 압력이 과도 에칭(overetch) 처리 동안 제어되어, 이온의 자유 라디칼에 대한 비를 증가시킴으로써, 이온의 도움에 의한 에칭을 증가시키고 자유 라디칼 에칭을 감소시킨다. 산소 농도는, 에칭되는 기판 표면의 산화를 감소시키도록 제어된다. 한 실시예에서, 다결정 실리콘 층의 과도 에칭이 이루어지는 동안의 압력은 약 10mTorr보다 낮고, 산소 농도는 챔버 내로 유동하는 전체 가스 부피의 약 25%보다 낮은 것이 바람직하다. 에칭 처리는 브롬에 기초되거나 염소에 기초되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 챔버 압력, 챔버 내의 산소 농도, 그리고 전력이 제어되어, 챔버 표면 상태에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시킨다. 챔버 압력이 제어되어, 자유 라디칼에 대한 이온의 비를 증가시킴으로써, 이온의 도움에 의한 에칭을 증가시키고 자유 라디칼 에칭을 감소시킨다. 산소 농도가 제어되어, 에칭되는 기판 표면의 산화를 감소시킨다. 유도 코일에 공급되는 전력이 조정되어 기판 표면의 산화와 에칭을 감소시킨다. 한 실시예에서, 다결정 실리콘 층의 과에칭이 일어나는 동안의 압력은 10mTorr보다 낮고, 산소 농도는 챔버로 유입되는 전체 가스 유동의 부피 중 25%보다 낮으며, 전력은 약 100-500W인 것이 바람직하다. 산소 농도 및 공급 전력은 역으로 조정되어, 산소 농도가 증가될 때 공급 전력은 감소되며 산소 농도가 감소될 때는 공급 전력이 증가된다. 에칭 처리는 브롬에 기 초되거나 염소에 기초되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 챔버 표면의 상태에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시키도록 챔버 재료가 선택된다. 챔버 재료는 자유 라디칼과의 재결합률에 따라 선택된다. 선택된 재료와 자유 라디칼의 재결합률은, 에칭 처리에서 형성되어 챔버 표면에 증착되는 부산물과 자유 라디칼의 재결합률과 거의 같게 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 따라서, 에칭 속도는, 증착물이 챔버 표면에 형성되는 경우에도, 시간에 대해 거의 일정하다. 한 실시예에서, 실리콘 에칭 챔버 환경에 노출되는 챔버 구성요소, 예를 들어 챔버 바디 및 챔버 돔/리드는 대체로 석영으로 이루어진다. 챔버 구성요소는 석영으로 이루어지거나 석영으로 라이닝될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 챔버 온도가 제어되어, 챔버 표면 상태에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시킨다. 온도는 노출된 챔버 표면에의 증착을 감소시킬 수 있도록 충분히 높은 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 다결정 실리콘 층은 적어도 약 200℃의 온도에서 에칭된다.
상술한 본 발명의 목적, 특징, 이점이 구체적으로, 앞서 요약되었던 본 발명에 대한 보다 상세한 설명은, 첨부된 도면에 나타난 실시예를 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 나타내며, 따라서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 될 것인데, 이는 다른 균등한 실시예도 본 발명에 포함될 것이기 때문이다.
본 발명은 넓게는 챔버 상태에 따른 에칭 처리의 민감도를 감소시키는 방법에 대한 것이다. 에칭 처리의 민감도는 에칭 반응 및/또는 처리 변수의 변화와 챔버 재료의 변화와 같은 다양한 방법에 의해 제어될 수 있다.
명확성을 높이고 설명을 쉽게 하기 위해, 이하 실리콘 에칭 시스템 및 그 안에서 이루어지는 다결정 실리콘의 에칭을 포함한 처리에 대해 주로 설명한다. 그러나 본 발명은, 기판 위에 화학물질을 증착하거나 기판으로부터 물질을 에칭하며, 표면 상태에 따라 응답하는, 다른 형태의 처리에 대해서도 동등하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 화학기상증착 공정이 본 발명에 유리하게 이용될 수 있다.
본 발명에 따라 유리하게 사용될 수 있는 하나의 챔버(10)가 도 1에 개략적으로 나타나 있다. 챔버(10)는 양극화 처리된 알루미늄과 같은 금속으로 제조되는 것이 바람직한 바디(12), 세라믹과 같은 유전체로 만들어지는 것이 바람직한 천장(13)을 포함한다. 챔버(10)는 안에 지지 부재(16)가 배치된 플라즈마 영역(14)을 규정한다. 지지 부재(16)는 안에 홈이 있는 기계적 척 또는 정전 척일 수 있다. 이 홈 내에서는 예를 들어 헬륨과 같은 냉각 가스가 들어 있어, 처리가 이루어지는 동안 지지 부재(16) 위에 배치된 기판(20)의 온도를 제어한다. 지지 부재(16)의 적어도 일부는 전기적으로 도전성이 있고 공정에서 음극으로 기능하여야 한다. 지지 부재(16)는 접지된 바디(12)와 결합되는데, 이 바디(12)는 양극으로 작용하여, 플라즈마 영역(14) 내에서 전극을 형성한다.
프로세스 가스는 지지 부재(16)에 대해 둘레 방향으로 배치된 가스 분배 기(22)를 통해 챔버(10) 내로 도입된다. 플라즈마는 플라즈마 발생기를 사용하여 프로세스 가스로부터 형성되는데, 플라즈마 발생기는 전자기장을 플라즈마 영역(14)에 결합시킨다. 플라즈마 발생기는 처리 챔버(10)의 돔 천장(13)에 인접하여 배치되는 인턱터 코일(26)을 포함할 수 있다. 인덕터 코일(26)은 돔 천장(13) 둘레에 둘러싸이며, 코일 전원(27)에 의해 전력을 받을 때 챔버 내에 유도 전기장을 형성할 수 있다.
인덕터 코일(26)에 더해, 지지 부재(16)는 전극 전원(28)에 의해 전력을 받아, 처리 챔버(10) 내에 용량성 전기장을 발생시킨다. 보통, 지지 부재(16)에는 RF 전압이 인가되는 반면, 바디(12)는 전기적으로 접지된다. 용량성 전기장은 지지 부재(16)의 평면에 대해 수직이며, 유도적으로 형성된 플라즈마 종을 기판(20)을 향하여 가속시켜, 보다 수직으로 향하는 이방성의 기판(20) 에칭을 제공한다.
소비 처리 가스와 식각 부산물들은 처리 챔버(10)로부터 배기 시스템(30)을 통해 배출된다. 스로틀 밸브(32)는 챔버(10)내의 압력을 제어하기 위하여 배기 포트(34)에 제공된다. 또한, 검지 가능한 가스체 종별에 따른 특정 파장의 광 방사의 변화를 측정함으로써 특정 층을 위한 에칭 처리의 완료를 결정하는데 광학 종단점 측정 기술이 사용될 수 있다. 검지가능한 가스체 종별의 양에 대한 돌연 감소 또는 증가는 어떠한 층의 에칭의 완료와 다른 층의 에칭이 개시된 것을 나타낸다.
이후에 설명된 처리과정은 도 1을 참조하여 전술한 챔버내에서 수행된다. 그러나, 사용된 특정 처리 챔버는 본 발명을 제한하지는 않는다. 다른 챔버들도 특징적으로 사용될 수 있다.
전술한 바에 따라, 에칭 결과의 반복성을 확실시하기 위하여 에칭동안에 처리 안정성이 요구된다. 또한, 챔버 세정과 같은 에칭 챔버에서 사용된 다양한 공통 절차들이 에칭율 변화의 수준을 받아들일 수 없는 결과를 가져온다는 사실이 주목되어졌다. 본 발명자는 처리 안정성이 챔버 벽 표면 상태와 같은 소극적인 챔버 조건에 의존한다는 것을 발견하였다. 종종, 이러한 챔버 조건은 수반되는 에칭 처리에 충돌하는 결과에 관계없이, 또는 그 결과의 인식없이 변경된다.
본 발명자는 에칭율이 불안정한 원인중 적어도 한가지는 상이한 챔버 표면상에서의 민감성 자유 라디칼의 상이한 재결합율에 기인한다고 추정한다. 예를 들어, 실리콘 에칭인 경우에는, SiOX(여기에서, x = 1-2) 성분이라고 확인된 부산물이 내부 챔버 표면에 증착된다. 세정 주기 이후에, 부산물이 제거되고 근본적인 챔버 표면이 드러난다. 여기에서 부산물과 라디칼의 재결합율이 세라믹과 산화 피막된 알루미늄과 같은 통상적인 챔버 물질과 라디칼의 재결합율보다 낮고, 플라즈마내의 자유 라디칼 밀도는 부산물로 덮여진 챔버 표면만큼 증가한다. 그리하여, 세정 주기 직후와 같은 챔버 표면에 증착물이 없을 때, 자유 라디칼은 챔버 표면과 제 1비율로 재결합한다. 일정 주기의 시간에 걸쳐, 부산물의 층은 챔버 표면과 자유 라디칼의 제 2결합 비율로 챔버 표면에 형성되고, 여기에서 제 2결합 비율은 제 1결합비율보다 적다. 부산물 증착의 두께가 용납되는 수준을 일단 초과하면, 챔버는 원래의 챔버 표면을 드러내도록 다시 세정되므로써, 연속적인 처리에 대한 자유 라디칼의 제 1 재결합 비율을 초래한다. 광학적 광량측정을 이용하여, 본 발명자는 이후의 세정 진행중에 Cl과 Br이 기초를 이루는 에칭의 자유 라디칼 밀도가 50%~70%감소되는 것을 목격하였다. 다양한 재결합율은 플라즈마내에서 기판을 에칭하는데 대한 가용할 수 있는 변동적인 라디칼 밀도를 가져오고, 에칭 비율은 챔버 표면과 상태의 함수에 따른 시간으로 가변된다.
일반적으로, 폴리실리콘 에칭 처리에 대하여, 에칭율은 챔버 표면에 형성된 SiOX (여기에서 x=1-2)와 같은 증착에 따라 증가된다. 그러나, 에칭 처리의 농도와 반복성이 상당히 경감하는 에칭율의 어떠한 변화도 불리한 것으로 여겨진다. 가변되는 자유 라디칼 밀도의 영향은 에칭 처리에서의 오버에칭 처리와 같은 자유 라디칼 밀도에 의해 지배되는 반응을 수반하는 과정의 경우에 특별히 불리하다. 위에서 주목된 바와 같이, 오버에칭 처리는 기판으로부터의 잔여 물질이 고도로 조절된 조건하에서 기판의 특징을 형성하도록 선택적으로 제거되는 과정이다.
본 발명의 일 실시예에서, 에칭의 화학적 성질은 챔버 표면에서 증착되는 물질과의 라디칼 재결합율이 챔버 표면 물질과의 재결합율과 상당이 차이가 있을 때 챔버 표면에서의 부산물 증착을 최소화하도록 조절된다. 기본적인 에칭은 챔버 표면의 부산물이 증착되는 에칭 포텐셜에 따라 선택된다. 기본적인 에칭은 챔버로 유동되는 화학적 혼합물의 개별적인 조성의 에칭에 상대적인 높은 용적 유동을 갖는 에칭으로 형성된다. 바람직하게는, 기본적 에칭은 챔버 표면에 증착되는 부산물의 형성을 최소화하도록 선택된다.
본 발명의 한가지 실례가 테이블 Ⅰ과 테이블 Ⅱ에 참고로 도시되었다. 테 이블 Ⅰ은 본 에칭 처리와 실리콘의 오버에칭 처리에 대한 통상적인 "베이스라인" 처리 방법을 보여준다. 본 에칭 처리는 비례적으로 Br의 성분이 높은 Cl과 Br 혼합물과 같은 할로겐으로 이루어져 있다. 오버에칭 처리는 Br이 기초된 화학적 성분으로 구성되고 본 에칭 처리에 대하여 상대적으로 높은 압력에서 수행된다. 오버에칭 공정뿐만아니라 주 에칭 공정을 위한 Br함유 플라즈마의 사용으로 높은 선택도를 갖는 이방성 폴리 에칭을 제공한다. Cl에 비해서, Br은 폴리 : 산화물 선택도를 증가시키며 에칭 프로파일의 보다 양호한 제어를 가능하게 한다. 표 1에 주어진 공정 변수는 통상적으로 기판 상의 폴리실리콘 층을 에칭시키기 위한 것이다.
변수 주 에칭 오버에칭
조성 Cl2, HBr(1Cl:2Br), O2(<체적비로 5%) HBr O2(<체적비로 3%)
유동율 200sccm 155-160sccm
코일 전력 500W 500-1000W
바이어스 전력 80W 100-150W
압력 4mTorr 50mTorr
온도 50℃ 50℃
본 발명자는 염소의 비율이 보다 높은 일반적인 경향과 예상과는 대조적으로, 자유 라디칼에 의해 주로 에칭이 실행되는 오버에칭에서의 변화율과 같은 챔버 표면 조건을 변경시키는 주요 영향을 최소하도록 결정했다. 도 2는 3000Å의 폴리실리콘의 Cl2 에칭을 위한 증착 곡선과 HBr 에칭을 위한 증착 곡선을 나타내는 비교 그래프이다. 상기 곡선들은 O2 농도가 변화하는 챔버 표면 상에서 SiOx(여기서, x = 1 -2)의 증착 두께가 그려져 있다. 양 곡선의 변수는 실질적으로 동일하며 다음과 같다. Cl-계 : 50℃, 100 sccm(Cl2 및 O2), 3 mTorr, 400W(코일), 60W(바이어스). HBr-계 : 50℃, 100 sccm(HBr 및 O2), 6 mTorr, 400W(코일), 60W(바이어스).
도 2는 HBr와 같은 Br_계 화학물의 사용으로 Cl2와 같은 Cl-계 화학물에 의해 증착된 것에 비해서 챔버 내의 증착물의 적층 높이를 높게 한다. 이러한 결과는 폴리 에칭 중에 SiCl 및 SiBr 화합물이 형성되게 한다. SiCl은 휘발성이며 챔버로부터 배출된다. 그러나, SiBr은 덜 휘발성이고 O2와의 반응으로 챔버 표면 상에 증착되는 SiOx 화합물을 생성한다.
전술한 바와 같이, 플라즈마 내의 자유 라디칼의 밀도는 팸버 표면조건과 직접적인 관계가 있다. SiOx와 라디칼의 재결합율이 세라믹과 양극처리된 알루미늄과 같은 통상적인 챔버 재료와 라디칼의 재결합율 보다 낮기 때문에, 플라즈마 내의 라디칼 밀도는 챔버 표면이 SiOx로 피복되면서 증가한다. 따라서, 챔버 표면 조건이 시간에 대해 변화하면서 에칭율도 변경된다. 특히, 자유 라디칼이 폴리실리콘의 에칭에 기여하므로, 에칭은 챔버 표면상의 증착물이 증가함에 따라 증가한다. 에칭율의 그러한 변화는 에칭 신뢰도를 하락시키므로 바람직하지 않다. 자유 라디칼 밀도는 오버에칭과 같은 자연스런 화학적 상태에 있고 통상적으로 소정의 에칭율을 유지하기 위한 라디칼의 고 농도에 의존하는 공정 중에 특히 중요하다. 자유 라디칼의 밀도의 변화는 오버에칭율의 변화를 초래하며 그 결과로 신뢰도의 상실을 초래한다. 따라서, 성공적인 에칭에는 에칭율이 시간의 경과에 대해 실질적으로 일정하도록 제어되어야 한다.
본 발명자들은 Br에 비해 Cl의 비율이 높도록 에칭 화학물을 조절함으로써 에칭 중에 챔버 표면 상의 SiOx 화합물의 증착을 감소시킬 수 있다. 챔버 표면상의 증착물 적층을 최소화함으로써 에칭 플라즈마 내의 자유 라디칼의 밀도를 거의 일정하게 하고 그 결과, 에칭율을 실질적으로 일정하게 제어한다.
표 2는 본 발명에 따른 처리법을 나타낸다.
변수 주 에칭 오버에칭
조성 Cl, HBr(4Cl : 1Br), HBr,
O2(<체적비로 5%) O2(<체적비로 3%)
유동율 100-200 sccm 100-200 sccm
코일 전력 300-500W 300-500W
바이어스 전력 80 W 100 W
압력 4 mTorr 50 mTorr
온도 10-30℃ 10-30℃
표 1과 표 2의 비교로 종래의 방법에 비해 현저한 효과가 있음을 알 수 있다. 본 발명의 처리방법은 바람직하게 Cl : Br의 비율이 약 3 : 1 내지 5 : 1 범위이다. 더 바람직하게, Cl : Br의 비율은 표 2에 나타낸 바와 같이 약 4 : 1이다.
표 Ⅰ에 따른 프로세스에 의해 단주기 시간에 걸쳐 내부 챔버 표면 상에 실질적인 증착이 이루어진다. SiOx 화합물의 증착율이 50-100 Å/min로 측정되었다. 한편, 표 Ⅱ의 프로세스 방법에 의한 증착율은 10-30 Å/min로 측정되었다. 이러한 감소된 증착율은 브롬(Br)에 대한 염소(Cl)의 비율이 보다 높기 때문이다.
표 Ⅱ의 오버에칭(overetch) 프로세스 동안 사용되는 주요 식각제가 브롬(Br)일 때, 챔버 상에 생성된 부산물 증착은 무시될 수 있다. 오버에칭 프로세스는 주요 에칭 공정 동안 실질적으로 형성된 소자 피쳐(device features)로부터 잔류 물질을 제거하는 역할만 한다. 따라서, 주요 에칭 프로세스 동안 바람직하지 못한 챔버 표면 증착이 주로 형성되는 동안, 오버에칭 프로세스는 챔버 표면 상의 증착이 무시가능하게 하는데 기여한다.
그러나, 염소 및 브롬에 근거한 에칭은 본 발명의 장점으로 이용될 수 있는 프로세스의 일례에 불과하다. 본 발명은 유리기(free radicals)의 재결합률에 변화를 가져오게 하는, 챔버 표면 상의 부산물의 증착을 발생시키는 임의의 플라즈마 프로세스에 적용가능하다. 이러한 프로세스는 예컨대 플라즈마 강화 화학 기상 증착을 포함한다. 또한, 표 Ⅰ 및 표 Ⅱ에 대해 전술한 설명은 오버에칭 상에서 실리콘 주요 에칭의 영향을 설명하지만, 본 발명은 챔버 표면 상태를 변경시키는 임의의 단계 또는 단계들에 대한 적용을 고려한다.
에칭 화학 작용에 추가로, 압력과 같은 프로세스 파라미터도 에칭율에 영향을 준다. 다시 표 Ⅰ을 참조하면, 기저선 에칭 방법에서의 프로세싱 압력은 50mTorr이다. 전형적으로, 압력이 높을 수록 폴리 대 산소 선택비가 높아지게 하므로, 오버에칭 프로세스에서 프로세스 파라미터는 50mTorr이상이다. 50mTorr 이상의 압력에서, 래디컬-대-이온 비(radical-to-ion ratio)는 낮은 압력과 비교해 볼 때 보다 높기 때문에, 에칭은 현실적으로 보다 화학 작용에 의한다. 압력이 감소함에 따라, 래디컬-대-이온 비도 감소하여 이온 우열 또는 이온-보조식 에칭으로 된다. 이온 보조식 에칭은 유리기에 의해 에칭됨을 의미하며, 여기서 이온 충돌은 표면 반응의 활성 에너지 때문이다. 이온 보조식 에칭은 유리기 밀도에 대한 에칭 처리의 민감도를 감소시키며, 이에 따라 챔버벽 조건의 변화에 따른 유리기 밀도의 변화에 대한 민감도가 감소된다.
도 3은 브롬에 근거한 에칭에 대한 압력의 함수로서 오버에칭율 드롭과 유리기 밀도 드롭을 도시하고 있다. 퍼센트로 계산된 에칭율/밀도 드롭은, 챔버 표면이 축적되는 건습 세정 과정 전의 오버에칭율/밀도와 비교하여 건습 세정 과전 후의 오버에칭률/밀도에서 감소된다. 도 3의 오버에칭에 대한 처리방법은 다음과 같았다: 150sccm HBr 그리고 10HeO2sccm, 50℃, 1000W(전원), 100W(바이어스 전원). 약 4mTorr의 압력에 상응하는 에칭율 드롭은 단지 약 10%이고, 브롬 밀도 드롭은 약 50%이다. 압력이 증가함에 따라, 에칭율 드롭과 밀도 드롭 또한 증가한다. 약 50mTorr에서, 에칭율 드롭은 약 33%이고 유리기 밀도 드롭은 약 58%이다. 도 4는 Cl2에 근거한 에칭에 대한 압력의 함수로서 에칭율 드롭과 유리기 밀도를 도시하고 있다. 에칭이 유리기에서 보다 의존적일 경우, 압력이 증가하는 곳에서 에칭율 드롭과 밀도 드롭 역시 압력의 증가와 함께 증가한다.
발명인은 고압에서의 실질적인 에칭율 드롭이 내부 챔버 표면내 래디칼의 재결합율에 의한 것으로 가정한다. 세정 과정 후에, 챔버 표면내 래디칼의 재결합율은 내재하는 챔버 표면이 증착물에 의해 커버링되는 전-세정 과정에서보다 높다. 세정 과정의 결과로, 내재하는 챔버 표면이 노출된다. 내재하는 챔버 표면에 의한 유리기의 재결합율이 챔버 증착에 의한 재결합율보다 높기 때문에, 플라즈마 내 이용가능한 래디칼의 밀도는 감소되고, 오버에칭과 같은 래디칼의 고농축에 의존하는 처리 단계에서의 에칭율이 떨어진다. 그러나, 저압에서의 에칭은 이온에 의해 지배되고 유리기에 의한 화학 에칭이 감소된다. 압력의 감소는 이온율에 대한 유리기를 감소시키고, 이에 따라 이온 에칭율은 증가하고 유리기 에칭율을 감소한다. 따라서, 이런 과정은 유리기 밀도에 보다 덜 의존하게 된다.
따라서, 오버에칭 과정에서 챔버의 세정은 본 발명의 저압 처리에 따라 완화될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 폴리실리콘에 대한 오버에칭 과정 방법은 30mTorr 보다 낮은 압력, 보다 바람직하게는 약 10mTorr의 압력을 포함한다. 압력은 특정 에칭 화학 및 처리 파라미터에 대해 최적화될 수 있다. 따라서, 종래의 실행과 달리, 본 발명은 챔버 벽 조건의 영향을 최소화하기 위해 오버에칭의 저압법을 제공한다. 이 해결책은 반직관적이다. 왜냐하면 압력이 낮은 경우, 선택도가 좁아지기 때문이다. 하지만, 본 발명의 저압에서의 선택도는 다른 처리 파라미터를 제어함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 바이어스 전원은 이온이 기판에 에칭되는 비율 보다 낮게 감소될 수 있다. 또한, 산소 유동율은 기판 표면의 산화를 증가시키기 위해 증가될 수 있고, 이에 따라 에칭율은 감소한다.
다른 실시예에서, 저압 에칭의 결과는, 보다 높은 선택도를 달성하기 위해 추가로 사용되는 에칭 화학물인 산소의 농도를 최적화함으로써 추가로 개선될 수 있다. 도 5 및 도 6은 Hbr에 근거한 에칭에 대한 오버에칭 드롭과 오버에칭율을 각각 도시하고 있다. 도 7 및 도 8은 Cl2에 근거한 오버에칭율 드롭과 오버에칭율을 각각 도시하고 있다. HBr과 Cl2에 근거한 에칭은 기판의 표면 산화를 야기하는 산소의 농도를 증가시킴으로써 결정적으로 영향을 받았다.
건습 세정 과정 후에, 유리기 식각제, 예를 들면 Cl 및 Br의 농도는 감소되고, 산소의 농도는 이에 비례하여 증가한다. 산소는 에칭될 기판 표면을 산화시키고, 이에 따라 식각제와 기판 표면간에 반응을 제한한다. 결과적으로, 에칭율은 감소된다. 산소의 일부가 보다 높은 선택도를 달성하는 것이 바람직하지만, 산소 농도는 기판의 과도한 산화로 인한 에칭율에 대한 심각한 충돌을 배제하기 위해 제어되어야 한다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 바람직한 산소 농도는 사용된 식각제 화학물에 달려있다. HBr에 근거한 에칭에 있어, 도 6에 도시된 바와 같이, 산소 농도는 약 0% 내지 5%사이가 바람직하다. Cl2에 근거한 에칭에 있어, 도 8에 도시된 바와 같이, 산소 농도는 약 0% 내지 15% 사이가 바람직하다.
하지만, 최적의 산소 농도는 다른 프로세스 파라미터에 따라 변화될 수 있고 이에 따라 조절되어야 한다. 예를 들면, 바람직한 산소 농도는 전원, 즉 도 1에 도시된 코일(26)과 같은 유도 코일이 제공된 유도성 전원에 달려 있다. 도 9는 Cl2에 근거한 에칭에 대한 두 그래프를 도시하고 있다. 여기서, Cl2 유동은 약 50sccm이고, 지지 부재에 대한 바이어스 전원은 약 40W이며, 챔버 압력은 약 3mTorr이다. 제 1 그래프(50)는 약 200W에서의 오버에칭율에 대한 산소 농도의 영향을 나타내고 있으며, 제 2 그래프(52)는 약 400W에서의 오버에칭율에 대한 산소 농도의 영향을 나타내고 있다. 그래프(50)는 약 10%의 산소 농도와 약 400W의 전원에서의 피크 에칭율을 표시하고 있다. 그래프(52)는 약 15%의 산소 농도와 200W의 전원에서의 피크 에칭율을 표시하고 있다.
양 그래프는 정점(54, 56)을 통과한 후 산소 농도의 증가와 함께 에칭율의 감소를 나타내고 있으며, 그래프(52)는 높은 산소의 농도에서 높은 에칭율을 유지한다. 따라서, 약 25% 산소에서, 그래프(50)는 약 800Å/min의 에칭율을 나타내고 그래프(52)는 약 2000Å/min의 에칭율을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따라, 산소 농도와 전원 레벨은 에칭율을 최적화하기 위해 조정된다. 높은 산소 레벨이 바람직한 경우에는, 전원 레벨이 최적의 에칭율을 수용하기 위해 감소될 수 있다. 반대로, 낮은 산소 레벨이 바람직한 경우에는, 보다 높은 전원 레벨이 최적의 에칭율을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 도 9에 도시되지는 않았지만, HBr과 다른 식각제는 산소의 존재하에서 전원 레벨을 변화하기 위한 유사한 반응을 나타낸다.
하지만, 정점(54, 56) 이후에 하향하는 그래프(50, 52)에 도시된 바와 같이, 상한선에서 전원은 에칭율 드롭을 야기한다. 에칭율 드롭은 높은 전원 레벨에서의 표면 산화를 가속화한다. 도 10은 약 4%의 산소 농도를 가진 HBr에 근거한 에칭 처리에 대한 에칭율 드롭을 나타내고 있다. 약 6000W의 전원에서, 에칭율 드롭은 기판상에서의 과다한 표면 산화로 인하여 갑자기 증가한다. 따라서, 최적의 프로세싱은 산소의 레벨과 전원을 제어함으로써 달성된다.
산소가 존재하는 저압 오버에칭 과정의 두 실시예가 표 Ⅲ에 도시되어 있다. 한 실시예에서는 Cl에 근거한 화학 작용이 사용된다. 다른 실시예에서는 Br-계 화학약품이 사용된다.
Figure 112007094787804-pat00001
표 Ⅲ은 단지 실리콘 에칭용 Cl 기저 화학물과 HBr 기저 화학물을 나타내지만, 본 발명은 통상적으로 고압 영역에서 수행되고 표면 조건에 민감한 다른 공정을 예상한다. 소정의 에칭 화학물에 대한 최적의 변수는 전술된 압력, 산소 농도, 및 공급 전력 사이의 관계에 따라 결정된다.
본 발명에 따른 또다른 실시예는 에칭 중에 세정 촉매를 사용한다. "세정 촉매"라는 용어는 챔버 표면을 주기적으로 세정하는데 사용되는 고휘발성 가스를 지칭한다. 본 발명은 에칭 공정 중 유리하도록 이러한 가스를 이용한다. 그러므로, 세정 촉매는 에칭 뿐만 아니라 챔버 표면을 청정하게 유지시키는 이중 작용을 한다.
주에칭 공정 중 유리하도록 사용되는 세정 가스는 플루오르이다. 표 Ⅳ와 표 Ⅴ는 본 발명에 따른 바람직한 공정 처리법을 나타낸다.
Figure 112007094787804-pat00002
Figure 112007094787804-pat00003
표 Ⅳ는 Cl 기저 에칭 화학물을 이용하는 바람직한 처리법을 나타낸다. 표 Ⅴ는 HCl 및/또는 HBr 기저 에칭 화학물을 이용하는 바람직한 처리법을 나타낸다. 상기 두 처리법이 주에칭 공정 처리법이다. 본 발명에 따른 휘발성 세정 촉매의 사용은 주세정 공정에 적합하며 높은 에칭 속도로 인해 장치의 미세구조물로부터 대부분의 재료가 제거된다. 보다 큰 선택도를 요구하는 연속적인 과에칭 공정은 전술된 소정의 통상적인 처리법 또는 본 발명에 따른 처리법에 따라 수행될 수도 있다.
작동 중에, 챔버의 내부 표면은 기판의 소정의 영역을 에칭하면서 주에칭 공정 중에 형성된 부산물 및 챔버 표면 상에 형성된 증착물과 반응하는 플루오르 기저 유체와 같은 세정 촉매에 노출된다. 플루오르 기저 유체와 부산물은 챔버로부터 배기되는 휘발성 화합물을 형성한다. 그러므로, 챔버 표면 상의 증착은 최소화되고 챔버 표면은 실질적으로 일정한 조성을 유지한다. 일정한 챔버의 표면 조건을 유지시킨 결과, 챔버 표면 상의 증착물과 자유 라디칼과의 재조합은 통상적인 에칭 방법으로 가능한 시간보다 더 긴 시간 동안 실질적으로 일정하게 유지된다. 챔버는 주기적인 세정을 요구하지 않기 때문에, 세정 사이클 사이의 가동 시간은 에칭 시스템의 개선된 생산성을 허용하도록 증가된다.
실질적인 양의 부산물을 생산하는 공정에 소정의 플루오르 함유 가스의 첨가는 부산물이 챔버 표면 상에 증착되는 것을 방지하지만, 평탄화 및 리세스 에칭과 같은 플루오르가 주 에칭액인 경우 문제점이 존재한다. 플루오르는 챔버 표면을 가격하는 고부식성 에칭액이다. 챔버 표면이 변화하면 부식으로 인해 부산물을 형성할 수 있으며, 자유 라디칼은 청정한 챔버 표면에서의 재조합 속도와 상이한 재조합 속도를 나타낸다. 부가적으로, 챔버 표면이 변화하면 노출 표면적을 증가시킬 수 있는 챔버 내부 표면의 구조를 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 자유 라디칼의 재조합 위치를 증가시킨다. 일정 시간 후에, 챔버 표면은 재마무리되어야 하며, 또는 극도의 경우 몸체와 돔과 같은 챔버 부재는 폐기되고 교체되어야 한다. 그렇지 않으면, 에칭 결과는 표면 조건의 변화에 따라 변할 것이다.
발명자는 에칭 화학물이 챔버 표면 상에서 플루오르 기저 에칭의 부식 효과를 감소시키도록 변할 수도 있음을 발견하였다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, Cl이 에칭 화학물에 첨가된다. 표 Ⅵ은 실리콘 에칭과 관련된 본 발명의 바람직한 처리법을 나타낸다.
Figure 112007094787804-pat00004
일반적으로, Cl 대 F의 비, 즉 Cl : F는 바람직하게 약 1 : 2 내지 2 : 1 범위이며, 가장 바람직하게 약 1 : 1이다. F 기저 화학물에 Cl의 첨가는 챔버 표면 상에서의 플루오르의 부식성을 감소시킨다고 공지되어 있다. 그러므로, 챔버의 조건은 통상적인 처리법을 사용하여 가능한 시간 보다 더 긴 시간에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지된다. 결과적으로, 챔버 표면 상에서 자유 라디칼의 재조합 속도는 하나의 기판 뿐만 아니라 여러 기판의 처리 중에 실질적으로 일정하게 유지된다.
본 발명에 따른 또다른 실시예에서, 챔버 벽의 온도는 챔버 표면 상에 부산물의 증착을 감소시키도록 조절된다. 현재, 챔버 벽의 온도는 약 60 내지 80℃에서 유지된다. 발명자는 온도가 증가함에 따라 챔버 표면에 증착하는 부산물이 감소됨을 발견했다. 그러므로, 온도는 공정 중에 챔버 표면에 증착되는 부산물의 양을 감소시키도록 조절될 수 있다. 바람직하게, 챔버 벽의 온도는 챔버 표면에 형성되는 증착을 최소화시키기 위해 약 200℃ 보다 높으며, 이에 의해 공정 중에 표면 프로파일의 변화를 방지한다.
본 발명에 따른 또다른 실시예에서, 에칭 챔버의 재료는 표면 조건의 변화에 대한 에칭 공정의 선택도를 감소시키도록 선택된다. 전술된 것처럼, 챔버의 세정 사이클 후 에칭 속도 요동의 한 원인은 표면이 변할 때 에칭액의 자유 라디칼 재조합 속도이다. 그러므로, 자유 라디칼은 알루미늄 또는 세라믹과 같은 제 1 재료를 포함하는 챔버 표면 상에서 제 1 재조합 속도를 가질 수도 있으며, 공정 중에 챔버 표면 상에 증착되는 공정 부산물 상에 제 2 재조합 속도를 가질 수도 있다. 일정 시간 후에, 챔버의 표면 재료는 부산물의 증착에 의해 덮히며, 이에 의해 에칭액에 노출된 표면 조성을 변화시켜 에칭 속도를 변화시킨다.
자유 라디칼의 재조합 속도의 변화 효과는 에칭 중에 형성된 부산물을 포함하는 박막이 챔버 표면 재료를 덮도록 챔버 상에 증착되는 경험 사이클(seasoning cycle)에 의해 최소화되거나 제거된다. 그러나, 경험 사이클은 시간을 요하며 생산이 중지됨으로 시스템의 작업처리량을 감소시킨다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 자유 라디칼의 재조합 속도에 따른 챔버 재료의 선택과 관련된다. 바람직하게, 챔버 재료와 관련된 자유 라디칼의 재조합 속도는 시간에 따라 챔버 표면 상에 형성하는 부산물 재료 증착과의 재조합 속도와 실질적으로 동일하다. 그러므로, 실질적으로 일정한 에칭 속도가 챔버 표면의 조건 변화 중에 유지된다. 바람직하게, 선택된 재료는 챔버의 내부 표면의 80% 이상을 포함한다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 다중 에칭 챔버는 석영과 같은 하나 이상의 재료로 제조된 내부 표면을 포함한다. 그러나, 선택된 재료는 에칭 화학물에 의존한다. 각각의 경우에, 재료는 챔버 상에 형성하는 증착물의 재조합 속도와 실질적으로 동일한 자유 라디칼 재조합 속도를 나타내도록 선택된다. 도 1을 참조하면, 선택된 재료는 바람직하게 챔버 몸체(12) 및/또는 챔버 돔 리드(13)의 내부 표면을 형성하도록 사용된다.
전술한 실시예는 명확성을 위해 일부 분리되어 설명되었다. 그러나, 본 발명은 에칭 속도, 반복 가능성 및 선택도를 최적화하기 위해 전술한 실시예의 하나 이상을 사용한다.
전술한 설명들은 본 발명의 양호한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 기본 범위로부터 벗어남이 없이 고안될 수도 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.
도 1은 에칭 챔버의 개략적인 도면이다.
도 2는 에칭제의 증착 속도를 산소의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 3은 HBr에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도 강하 및 자유 라디칼의 밀도 강하를 압력의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 4는 Cl2에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도 강하 및 자유 라디칼의 밀도 강하를 압력의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 5는 HBr에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도 강하를 산소의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 6은 HBr에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도를 산소의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 7은 Cl2에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도 강하를 산소의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 8은 Cl2에 기초된 에칭에 대해, 에칭 속도를 산소의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 9는 Cl2에 기초된 에칭에 대해, 공급 전력 레벨을 바꾸면서, 에칭 속도를 산소의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 10은 에칭 속도 강하를 공급 전력에 대한 함수로서 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

  1. 내면을 갖춘 챔버 내부의 기판을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 제 1 에칭제의 용적 유동이 제 2 에칭제의 용적 유동 보다 큰 적어도 제 1 에칭제와 제 2 에칭제를 상기 챔버 내측으로 유동시키는 단계,
    (b) 상기 제 1 및 제 2 에칭제가 분해되도록 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성시키는 단계, 및
    (c) 상기 챔버 내측으로 산소를 유입시키는 단계를 포함하며,
    분해된 상기 제 1 에칭제가 상기 내면 상에 재료를 증착시키는 제 1 비율이 분해된 상기 제 2 에칭제가 상기 내면 상에 재료를 증착시키는 제 2 비율 보다 작은 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 에칭제는 염소를 포함하는 에칭 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 에칭제는 브롬을 포함하는 에칭 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 에칭제는 염소를 포함하고 상기 제 2 에칭제는 브롬을 포함하는 에칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    (d) 실리콘 층을 포함하는 하나 이상의 층을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계를 더 포함하는 에칭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에 상기 내면을 세정하는 단계를 더 포함하는 에칭 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에칭제는 염소를 포함하고 상기 제 2 에칭제는 브롬을 포함하는 에칭 방법.
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