KR0160288B1 - 가스 분사 장치 - Google Patents

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KR0160288B1
KR0160288B1 KR1019900012503A KR900012503A KR0160288B1 KR 0160288 B1 KR0160288 B1 KR 0160288B1 KR 1019900012503 A KR1019900012503 A KR 1019900012503A KR 900012503 A KR900012503 A KR 900012503A KR 0160288 B1 KR0160288 B1 KR 0160288B1
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제임스 조셉 드롱
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Abstract

내용 없음

Description

가스분사 장치
제1도는 본 발명에 따르는 플라즈마-에칭 반응기의 단면도.
제2도는 본 발명에 따르는 가스 배출판의 평면도.
제3도는 제2도의 선 3-3을 따라서 취한 가스 배출판의 단면도.
제4도는 가스분사 다기관(多岐管)판의 평면도.
제5도는 제4도의 가스분사 다기관 판의 저면도.
제6도는 제4도의 선 6-6을 따라서 취한 가스분사 다기관 판의 단면도.
제7a도는 다수의 오염입자수대 종래 기술에 있어서 플라즈마 산화 에칭실에서 가공된 다수의 웨이퍼들의 그래프.
제7b도는 다수의 오염입자수대 본 발명에 따른 플라즈마 산화 에칭실에서 가공된 다수의 웨이퍼들의 그래프.
제8도는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭실의 선택적인 실시예의 단면도.
제9도는 본 발명에 따른 일체의 가스분사판의 평면도, 및
제10도는 선 10-10을 따라서 취한 제9도의 가스분사판의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 플라즈마 쳄버 12 : 반도체 웨이퍼
14 : 캐소드 16 : 가스분사구조
18 : 가스분사 다기관 판 20 : 수정가스분사판
22 : 가스흡입구멍 34 : 원형통로
본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게 플라즈마 에처를 위한 가스분사 장치에 관한 것이다.
이전에는 반도체 장치에 있어서, 얇은 산화 필름의 에칭에 사용된 플라즈마 에칭 장치는 폴리머 입자들에 의한 반도체 장치의 오염을 가지는 문제를 가지고 있었었다. 폴리머 재료의 얇은 층들은 재반응실의 내부면 위에서 증착된다. 폴리머들은 산화 에칭 공정에 포함되는 화학 반응의 결과로써 생산된다. 플라즈마 에칭 가공을 위한 가스들은 가스분사판에 있는 가스흡입구멍들을 통하여 재반응실 안으로 주입된다. 이것은 캐소드 구조상에 설치된 반도체 웨이퍼 위에 있는 재반응실 안에 위치된다. 플라즈마는 재반응실 안에서 형성되고, 플라즈마는 가스배출구멍을 통하여 가스공급 다기관 안으로 연장되어져서, 폴리머 재료는 가스흡입구멍에서 형성되고, 심지어 다기관에서도 형성된다. 가스공급 다기관 및 가스분사판의 가스배출구멍에서 형성된 폴리머 재료의 입자들은 에칭된 반도체 웨이퍼상으로 찢어지거나, 또는 떨어진다. 이들 입자들은 웨이퍼를 오염시키고, 결과적으로 얻어지는 웨이퍼의 산출량을 감소시킨다.
본 발명의 목적은 실리콘 이산화물을 위한 플라즈마 에칭 가공에서 입자의 오염을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적에 따른 개선된 장치는 개선된 가스분사판을 포함하고, 반도체 웨이퍼상에 있는 산화층을 플라즈마 에칭하기 위한 개선된 방법을 제공한다. 우리는, 가스흡입구멍과 함께 형성되지 않는 지점으로 플라즈마 에칭실을 따라 가스흡입구멍들의 단면 영역이 감소하여, 실리콘 이산화물을 위한 플라즈마 보조 에칭 가공으로 반도체 웨이퍼상에 떨어지는 폴리머 입자들로 인하여 발생되는 오염도가 크게 감소시킬 수 있는 것을 알았다. 실리콘 이산화물의 에칭을 위한 특수 플라즈마 보조 가공은 쳄버의 내부를 피복하는 폴리머를 CHF3, SiO2와 함께 생산하는 입력가스로서 CHF3, Ar, 및 CF4등을 사용한다. 가스흡입구멍들 안에서 이러한 폴리머의 증착은 가스흡입구멍들의 벽으로부터 폴리머 입자들의 박편화(薄片化)를 추진하도록 나타난다. 이러한 입자들을 웨이퍼상에서 형성된 전자구조를 오염하도록 가공된 웨이퍼상에 떨어진다.
개선된 장치는 반도체 웨이퍼를 수용하는 플라즈마 에칭실을 포함한다. 플라즈마 에칭실은 가스분사 기능을 수행하는 특정부분을 가진다. 이는 플라즈마 에칭실 안으로 가스를 분사하기 위하여 내부에 형성된 다수의 가스흡입구멍들을 가진다. 에칭 가공 척도들의 특별한 배치를 위하여 가스흡입구멍들의 크기가 정해져서, 구멍들의 단면 영역은 구멍안에서 플라즈마가 형성하는 것을 방지하도록 충분하게 작다는 것이 본 발명의 중요한 하나의 모습이다. 구멍들의 내부면상에 폴리머 재료의 형성을 금한다. 이러한 것은 오염 입자들의 연속적인 박편화를 제거한다. 임계 크기보다 작은 구멍들을 가지는 가스분사기의 특별한 실시예는 수정가스분사판이다. 본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 구멍들은 가공되려는 웨이퍼 위에 위치된 수정판과 함께 원형 형태로 등간격으로 떨어져서 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 가스분사판 부재는 다수의 방사상으로 연장된 통로들을 가지고, 각각의 통로들은 웨이퍼 위에서 위치되지 않는 가스흡입구멍들과 함께, 에칭실로 향하고 가스흡입구멍에서 끝난다. 이러한 배치는 웨이퍼상에 입자들이 떨어지면 오염입자들을 허용한다. 통로들은 분사판의 외주변 가장자리 표면상에 위치된 구멍들에서 끝난다. 본 발명의 한 실시예에서, 우리가 사용하였던 0.0508cm의 바람직한 크기와 함께, 0.0889cm이거나 또는 보다 작은 지름을 가지는 가스흡입구멍들이 바람직하다는 것을 알게 되었다.
본 발명에 따르는 개선된 방법은 다수의 가스흡입구멍들을 통하여 반응실 안으로 CHF3, Ar 및 CF4가스를 주입하는 단계를 포함하고, 가스흡입구멍들은 가스구멍 안에서 플라즈마의 형성을 방지하도록, 가스구멍 내부면 상에서 폴리머 재료의 증착을 방지하도록 충분하게 작은 구멍을 가진다. 가스는 알루미늄 및 수정판의 구조적 설명과 연결하여 전기한 바와 같이 구멍들을 통하여 주입된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 재반응실은 바람직하게 0.0889cm의 지름보다 작은 가스흡입구멍을 가지고 대기압보다 작은 압력으로 유지된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 플라즈마 에칭이 될 실리콘 반도체 웨이퍼(12)를 수용하는 원통형상 플라즈마 쳄버 또는 저압 쳄버(10)를 도시한다. 플라즈마 쳄버 및 다음에 기술된 연합 성분들은, 프리시젼 5000에치 장치(the precision 5000Etch System)와 같은 캘리포니아주 산타 클라라시에 소재한 어플라이드 머티어리얼스 회사(Applied Materials, Inc.)에서 생성되는 자성으로 향상되는 플라즈마와 함께 저압 재반응 이온 에칭 장치로 구체화된다.
웨이퍼(12)는 캐소드(cathode) 축받이 조립체(14)상에 설치된다. 저압 쳄버(10)의 상부는, 반도체 집적 회로 장치의 구성에 있어서 통상적으로 요구되는 것으로서, 실리콘 이산화물의 선별적인 에칭때문에 쳄버에 CHF3및 Ar과 같은 가스를 보내기 위한, 가스분사 다기관 판(18) 및 수정가스분사판(20)을 포함하는 가스분사구조(16)를 가진다. 가스분사 다기관 판(18) 및 수정가스분사판(20)은 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼(12) 위에 설치된다.
제2도는 얇은 수정가스분사판(20)의 평면도를 도시한다. 등간격으로 떨어진 다수의 가스흡입구멍(22)들은 수정가스분사판(20)을 관통하여 형성된다. 종래 기술의 수정분사판에서는 0.1778cm의 지름을 가지는 가스흡입구멍이 사용되었다. 그러나, 이는 CHF3가 SiO2와 반응할때 생성되는 폴리머를 가진 플라즈마가 구멍의 내부면상으로 피복되려는 것을 알게 되었다. 에칭 싸이클의 운전중에, 초기 가스 압력은 웨이퍼를 에칭 및 오염시키는, 반도체 웨이퍼 표면상으로 떨어지는 폴리머 재료의 입자를 제거하려 한다. 본 발명에 따르면, 구멍들 크기의 축소는 가스흡입구멍 안에서의 플라즈마 형성과, 구멍들에 의하여 한정된 내부면상에서 일련의 폴리머 재료 증착을 방지한다. 0.0889cm 또는 0.0508cm의 지름으로 되어 등간격으로 떨어진 72개의 구멍은, 특히 가공되는 반도체의 오염을 감소시킨다. 또한, 가스분사판(20)은 중앙부 큰 원(24)과 장착 스크루 볼트용 4개의 구멍(26)들을 포함한다. 판(20)은 또한 강하게 산화 처리된다.
제4, 5 및 6도는 가스분사 다기관 판(18)의 상세도를 도시한다. 수정판(20)의 가스흡입구멍(22)들에 각각 일치하는 가스관통구멍(32)들의 수는 일치한다. 원형통로(34)는 구멍(32)들 및 수정판(20)에 있는 가스흡입구멍(22)으로 가스가 통과하도록 가스분사 다기관 판(18)의 상부면에서 형성된다. 8개의 접시 머리형 구멍(38)들은 쳄버(10)의 상부벽에 판(18)을 부착하기 위하여 또한 제공되고, 중앙부 큰 구멍(40)은 쳄버 안에서 수용된 플라즈마로 접근을 허용하기 위해서 제공된다. 판(18,20)들이 서로 조립되었을때, 판(18,20)들은 각 가스흡입구멍(22)들을 지나서 플라즈마 쳄버 안으로 가스를 향하게 한다.
제7a도는 0.3미크론 보다 큰 입자들의 숫자대 0.1778cm의 지름을 가지는 종래 기술의 가스흡입구멍들을 사용하는 플라즈마 에칭 쳄버를 통하여 가공된 웨이퍼 숫자의 함수를 도시하는 그래프이다. 웨이퍼수가 200이 넘은 후에, 입자들의 수는 100을 초과한다. 입자들의 전체 크기 값은 180이다.
제7b도는 0.3미크론 보다 큰 입자들의 숫자 대 0.0889cm의 가스흡입구멍을 가지는 플라즈마 에칭 쳄버를 통하여 가공된 웨이퍼 숫자의 함수를 도시하는 그래프이다. 입자들의 전체 크기값은 20이라는 것이 적혀 있다. 웨이퍼수가 400이 넘은 후에, 입자들의 수는 여전히 20보다 적고, 종래 기술의 가스흡입구멍들에 대하여 상당히 개선된 것을 보여준다. 구멍들의검사 및 본 발명에 따르는 수정판에 있는 가스 다기관 및 구멍(22)들의 원형의 통로(34)는 웨이퍼에서 폴리머 재료의 증착이 안되는 것에 주목한다. 이 폴리머 형성의 부재는 입자들에 있어서 상당한 감소를 설명하는 것을 믿게 된다.
제8도는 가스 다기관 판 및 수정분사판이 일체의 가스분사판(40)으로 서로 결합되는 것으로 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 제9도는 판(40)이 방사상으로 연장된 다수의 통로들(전형적으로 42로 지시)을 가지는 것을 도시한다. 예를 들면, 72개의 통로들이 판(40)에 제공된다. 제10도는 통로(42)의 단면도를 도시한다. 통로의 지름은 전형 값 0.0508cm을 가지는 0.0889cm과 동일하거나 또는 더 작다. 제8도는 그 통로 단부에 있는 가스흡입구멍(44)들이 웨이퍼 위에서 위치하지 않으나, 웨이퍼 외부에서 위치하는 것을 도시한다. 만일, 미립자들이 형성되게 된다면, 그것들은 웨이퍼의 측면으로 떨어지게 되고 웨이퍼 자체는 오염되지 않는다.
본 발명의 한 특수한 실시예에서, 다음과 같은 650와트의 고주파 전력, 60가우스의 자장, 60 표준체적(sccm)의 Ar, 30 표준체적의 CHF3, 및 2표준체적의 CF4등의 가공 척도들이 어플라이드 머티어리얼스 회사의 프레시전 5000 에칭 장치에서 사용되어진다.
본 발명의 특정 실시예의 선행 설명들은 도시 및 설명의 목적 때문 표현되어졌었다. 이러한 것들은 배제되려 하지 않거나 또는 본 발명을 게재된 엄밀한 형태로 제한하려 하지 않고, 명백하게 많은 변경 및 다양성들이 상기 기술의 모습으로 가능하다. 실시예들은, 완전하게 된 실제 사용에 적절하게 됨으로서, 본 발명 및 다양한 변경들을 가지는 다양한 실시예들을 최적으로 이용하도록 기술에 있어서, 통상의 지식을 가진 사람들이 이용함에 의하여, 본 발명 및 이것의 실제 출원의 주요원리를 가장 양호하게 설명하기 위하여 선택 및 기술되어진다. 본 발명은 첨부된 청구범위 및 이와 동등한 것에 의하여 본 발명의 범위가 제한되려 한다.

Claims (21)

  1. 반도체 웨이퍼상에 산화층을 플라즈마-에칭하기 위한 장치에 있어서, 에칭될 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 플라즈마 쳄버와, 상기 플라즈마 쳄버 안으로 반응가스를 분사하기 위하여 가스분사부에 형성되고, 가스흡입구멍에 플라즈마의 제공을 차단하고, 상기 가스흡입구멍에 의하여 한정되는 내부면들상에 폴리머 재료의 형성을 방지하도록 충분하게 작은 단면 영역의 다수 상기 가스흡입구멍을 가지는 상기 플라즈마 쳄버의 상기 가스분사부와, 로 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스분사부는 상기 가스분사부에 형성된 다수의 상기 가스흡입구멍들을 가지는 가스분사판 부재를 포함하도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스분사판 부재는 상기 가스판 부재에서 상기 가스분사판 부재의 표면을 관통하여 형성된 다수의 상기 가스흡입구멍들을 가지는 수정판을 포함하도록 구성되는 플라즈마 에칭을 하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들이 원형의 형태로 배열되도록 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스분사부는 상기 반도체 웨이퍼 위에 위치된 다수의 상기 가스흡입구멍들과 함께 상기 반도체 웨이퍼 위에 배치되도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 가스분사판 부재는 상기 반도체 웨이퍼 위에서 위치되고, 상기 가스분사판 부재는 상기 반도체 웨이퍼 위에 직접적으로 위치하지 않은 상기 가스분사판의 가스흡입구멍에서 끝나는 각각의 통로와 함께 상기 가스분사판에서 형성된 다수의 방사상으로 연장한 통로들을 포함하도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들은 상기 가스분사판 부재의 외주변 가장자리를 따라서 배열되도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반응가스는 CHF3를 포함하도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들은 0.0889cm(0.034inch)보다 적거나 동일한 지름을 가지도록 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  10. 실리콘 이산화물의 에칭을 위한 플라즈마 보조장치 안으로 가스를 주입하기 위한 가스분사판을 반응실 안으로 반응물질의 주입을 위하여 다수의 가스흡입구멍들을 가지는 판부재로 구성되고, 상기 가스흡입구멍들은 상기 가스흡입구멍 안에서 플라즈마 형성을 방지하고 상기 가스흡입구멍들 안에서 피복하는 불필요한 잔류 폴리머 재료의 형성을 금지하도록 충분하게 작은 단면 영역을 가지도록 구성되는 가스분사판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가스분사판은 수정으로 형성되도록 구성되는 가스분사판.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가스배출구멍들은 상기 반도체 웨이퍼와 마주하여 위치한 표면에서 배열되고, 원형 형태로 배열되도록 구성되는 가스분사판.
  13. 제10항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들은 상기 가스분사판의 외주면 가장자리를 따라서 상기 가스분사판에 배열되도록 구성되는 가스분사판.
  14. 제10항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들은 지름이 0.0889cm으로 구성되는 가스분사판.
  15. 반도체 웨이퍼상에 산화층을 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치에 있어서, 에칭되어질 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 플라즈마 쳄버와, 상기 플라즈마 쳄버 안으로 반응가스를 분사하기 위하여 가스분사부에서 형성된 0.0889cm보다 같거나 또는 작은 다수의 가스흡입구멍들을 가지는 상기 가스분사부와로, 구성되는 플라즈마-에칭을 하기 위한 장치.
  16. 폴리머가 석출되는 플라즈마 보조공정 단계에서 에칭되는 산화규소 표면을 가지는 반도체 웨이퍼의 폴리머 입자오염을 감소시키는 방법에 있어서, 반응실에서 반도체 회로를 위치시키는 단계와, 상기 가스흡입구멍 안에서 플라즈마 형성을 방지하도록 충분하게 작은 다수의 상기 가스흡입구멍들 통하여 상기 반응실 안으로 CHF3가스를 주입하는 단계와, 상기 가스흡입구멍 안에서는 아니나 상기 반응실 안에서 플라즈마를 형성하는 단계와, 폴리머 재료가 상기 가스흡입구멍들로부터 해제되고, 상기 반도체 웨이퍼를 오염시키는 폴리머 입자들에 의한 상기 반도체 회로의 오염을 감소시키도록 상기 가스흡입구멍들에 의하여 한정된 내부면상에 증착되지 않도록, 상기 플라즈마 보조에칭 공정을 작동시키는 단계, 로 구성되는 반도체 웨이퍼의 폴리머 오염을 감소시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 대기압보다 적은 압력으로 상기 반응실의 압력을 유지하는 단계로 구성되는 폴리머 오염을 감소시키는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 0.0889cm보다 작은 지름을 가지는 가스흡입구멍들을 통하여 상기 CHF3가스를 주입하는 단계로 구성되는 폴리머 오염을 감소시키는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 반도체 위에 있는 원형의 형태로 배열된 상기 가스흡입구멍들을 제공하는 단계로 구성되는 폴리머 오염을 감소시키는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 가스흡입구멍들이 상기 반도체 웨이퍼 위에서 직접 위치되지 않도록, 상기 가스흡입구멍들은 상기 분사판의 외주변 가장자리 표면을 따라서 위치되는 것에서, 상기 반도체 웨이퍼 위에 위치된 분사판에 있는 가스흡입구멍들을 통하여 CHF3가스를 주입하는 단계로 구성되는 폴리머 오염을 감소시키는 방법.
  21. 상기 가스흡입구멍들 안에서 상기 폴리머 재료의 형성을 방지하여서, 폴리머 재료의 입자에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 오염을 감소시키도록 충분히 작은 단면 영역을 가지는 가스흡입구멍들을 통하여 반응실 안으로 가스를 주입하는 단계로 구성되는 폴리머 재료의 입자에 의한 반도체 웨이퍼의 오염을 감소시키는 방법.
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