Improvement of Repeatability during Dielectric Etching by Controlling Upper Electrode Temperature

Etch process of silicon dioxide layer by using capacitively coupled plasma (CCP) is currently being used to manufacture semiconductor devices with nano-scale feature size below 50 nm. In typical CCP plasma etcher system, plasmas are generated by applying the RF power on upper electrode and ion bombardment energy is controlled by applying RF power to the bottom electrode with the Si wafer. In this case, however, etch results often drift due to heating of the electrode during etching process. Therefore, controlling the temperature of the upper electrode is required to obtain improvement of etch repeatability. In this work, we report repeatability improvement during the silicon dioxide etching under extreme process conditions with very high RF power and close gap between upper and bottom electrodes. Under this severe etch condition, it is difficult to obtain reproducible oxide etch results due to drifts in etch rate, critical dimension, profile, and selectivity caused by unexpected problems in the upper electrode. It was found that reproducible etch results of silicon dioxide layer could be obtained by controlling temperature of the upper electrode. Methods of controlling the upper electrode and the correlation with etch repeatability will be discussed in detail.

Capacitively Coupled Plasma Source를 이용한 Etcher의 상부 전극 온도 변화에 따른 Etch 특성 변화 개선

상부 전극에 RF power 가 직접 인가되는 capacitively coupled plasma source를 이용한 oxide layer etching 공정은 현재 반도체 제조 공정에서 매우 유용하게 사용되고 있는 방식이다. 그러나 디바이스의 사이즈가 점점 작아지면서 공정을 진행하기 위한 RF power도 커지고, plasma ignition 되는 electrode 사이의 간격도 점점 좁아지는 기술적 변화가 이루어지고 있다. 이러한 H/W의 변화에 따라 예상치 못한 문제들로 공정을 적용하는데 많은 문제점이 발생하고 있는데, 공정 진행 시에 plasma의 영향으로 인한 electrode의 온도 변화도 그 중 하나이다. 이러한 온도 변화로 인해 wafer to wafer의 공정 진행 결과가 서로 다르게 나타나게 하는 문제가 야기되고 있다. 아래의 내용에서는 상부 electrode의 온도 변화에 따른 etch 특성을 연구하고, 이를 개선할 수 있는 방법에 대해 논하고자 한다.