KR100453537B1 - 플라즈마에칭시스템 - Google Patents

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KR100453537B1
KR100453537B1 KR1019970708365A KR19970708365A KR100453537B1 KR 100453537 B1 KR100453537 B1 KR 100453537B1 KR 1019970708365 A KR1019970708365 A KR 1019970708365A KR 19970708365 A KR19970708365 A KR 19970708365A KR 100453537 B1 KR100453537 B1 KR 100453537B1
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브라디미르 이. 레이보비치
마틴 엘. 쥬커
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테갈 코퍼레이션
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Abstract

본 발명은, 향상된 에칭 균일성 및 작업 처리량을 가지고 있는 플라즈마 반응 장치(1)에 관한 것이다. 더욱 높아진 에칭 균일성은 새로운 가스 공급 메커니즘(9a) 및 단열된 웨이퍼 척 어셈블리(42)의 사용을 통해서 이루어진다. 또한, 진공 단열된 웨이퍼 척 어셈블리(42)는 더 낮은 에너지 소비로도 더 높은 작업 처리량을 달성할 수 있다.

Description

플라즈마 에칭 시스템
본 발명은 개선된 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 특히, 에칭 균일성을 향상시키고 작업 처리량을 증가시킬 수 있도록 설계되어 있는 반응기에 관한 것이다.
플라즈마 에칭은 집적 회로(集積 回路)들로 이루어진 반도체(半導體) 소자들의 제조 공정에서 중요한 공정이 되고 있다. 반도체 소자들의 제조 공정에 사용되는 플라즈마 공정의 주요 필요 조건은, 형성된 소자들이 웨이퍼를 가로질러서 균일하고 일정한 전기적 특성들을 가져야 한다는 것이다. 바꾸어 말하면, 플라즈마 에칭 공정은, 두께, 치수 및 횡단면 형상에 있어서 매우 균일한 소자 구조들을 생성할 수 있어야 한다. 그러나, 그러한 균일성은 웨이퍼들의 직경이 증가하고 소자의 치수가 작아짐에 따라서 점점 얻기가 어려워지고 있다. 플라즈마 에칭 반응기들은 생산 비용을 낮추고자 하는 요구를 충족시키면서 향상된 균일성 및 작업 처리량을 가질 수 있어야 한다.
웨이퍼를 가로지르는 소자 구조들의 균일성은, 가스가 챔버내로 유입되는 방식과 웨이퍼를 가로지르는 온도 변화율과 같은 인자들에 달려 있다. 웨이퍼를 가로질러서 균일한 에칭을 하기 위하여, 에칭 가스는 일정한 방식으로 플라즈마 반응기 내측으로 유입되어야만 한다. 일반적으로, 이는, 에칭 가스가 반응 챔버의 내측으로 흘러 들어가게 하는 복수 개의 작은 유입 홀의 사용을 통해서 이루어진다. 상기 유입 홀들은 가공하기가 어려울 뿐만 아니라 웨이퍼 상에 균일성의 문제를 야기한다. 상기 유입 홀들은, 홀들에 인접한 부위 내의 가스 밀도가 최대가 되게하는 국부화 방식으로 반응 챔버내로 가스를 유입시킨다. 따라서, 가스는 균일하게 유입되지 않으며, 웨이퍼를 가로지르는 에칭 균일성은 사용되는 유입 홀의 크기 및 개수에 매우 의존하여 변화한다.
가스 공급 시스템 이외에도, 웨이퍼 상의 온도 변화율의 정도 또한 에칭 균일성에 영향을 미친다. 플라즈마 공정 동안에, 특정 금속 에칭과 같은 특정 플라즈마 공정들은 웨이퍼가 가열되는 것이 필요하다. 웨이퍼를 가로질러서 온도를 일정하게 유지하기 위하여, 플라즈마 에칭 시스템은 웨이퍼가 놓여 있는 웨이퍼로부터의 열 손실량 또는 열 전달량을 줄일 수 있어야 한다. 일반적으로, 플라즈마 공정 동안에, 플라즈마 반응기내에 있는 웨이퍼 척(wafer chuck)의 상부면만이 진공상태에 있고, 반면에, 상기 척의 바닥면은 일반적으로 대기압 상태에 있다. 웨이퍼 척의 바닥면이 대기압 상태에 있음으로 인하여 척 하부에서 대류에 의한 열손실이 발생한다. 대류 열 손실로 인하여 공정 동안에 웨이퍼를 가로지르는 온도 균일성이 저하될 뿐만 아니라, 가열기가 에칭 이전에 웨이퍼를 더 오랫동안 가열하여야 하기 때문에 작업 처리량도 감소된다. 그러므로, 에칭 균일성을 증가시키기 위하여 웨이퍼 척의 바닥 표면으로부터의 열 손실을 줄이는 수단을 개발할 필요성이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 장치의 일 실시예를 도시한 횡단면도.
도 2는 본 발명에 의한 가스 공급 장치의 일 실시예를 도시한 횡단면도.
도 3은 본 발명에 의한 웨이퍼 척 어셈블리의 일 실시예를 도시한 횡단면도.
광의의 의미로서, 본 발명은 향상된 에칭 균일성 및 증가된 작업 처리량을 얻을 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 에칭 가스를 플라즈마 에칭 시스템 내로 유입시킬 수 있는 새롭게 개선된 장치를 개시하고 있다. 배열된 작은 유입 홀들을 통해서 가스를 챔버내측으로 유입시키는 대신에, 연속적인 원형 갭을 통하여 가스를 챔버 내측으로 유입시키는데, 이는, 챔버 내측으로 흘러 들어가는 가스가 일정하고 연속적인 분포층을 형성하도록 한다. 이는, 에칭 균일성에 불리하게 작용하는 국부적인 압력 차이를 제거한다. 상기 연속적인 원형 갭은, 웨이퍼 둘레의 가스 밀도가 균일하게 분포되게 하여 높은 에칭 균일성을 가져오게 하는 반경 방향으로 완만한 가스 흐름의 기울기를 제공한다.
본 발명은 또한, 더 높은 에칭 균일성 및 웨이퍼 작업 처리량에 기여하는 열적으로 단열되어 있는 가열된 척을 개시하고 있다. 본 발명에 사용되는 웨이퍼 척의 후면에 제공되어 있는 진공 단열은, 더 양호한 온도 균일성을 가져와서, 웨이퍼를 가로지르는 더 양호한 에칭 균일성을 가져온다. 본 플라즈마 에칭장치는 웨이퍼의 척의 후면을 대기압 상태에 있도록 하는 대신, 웨이퍼 척의 후면을 진공 단열 상태에 있도록 함으로써, 더 양호한 온도 및 웨이퍼를 가로지르는 에칭 균일성을 가져온다. 진공 상태에서는 열 전달이 잘 되지 않으므로, 진공 상태가 양호한 단열 상태를 제공하는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 척 후면을 약 진공 상태에 있도록 함으로써, 열이 대류에 의해 척 후면으로부터 손실되는 것을 방지한다. 대신, 열은 척 아래의 진공 하우징의 얇은 벽을 따라서 전도에 의해서 전달되어야 한다. 이 같은 열 전달의 감소는 또한, 웨이퍼 공정 동안의 척의 온도를 유지하는 데 소용되는 열량을 줄여서, 에너지 비용을 절약할 수 있고, 허용 오차 범위 내로 척의 온도 변동을 유지시키는 데 소용되는 시간을 줄일 수 있다. 또한 감소된 열 전달은 에칭 이전에 웨이퍼를 가열하는데 필요한 시간을 줄일 수 있어서, 웨이퍼의 작업 처리량을 증가시킨다.
본 발명에 의한 장치의 일 실시예가 도 1에 횡단면으로 도시되어 있다. 상기 장치는, 상부 수정 창(4)에 의해 형성되어 있는 반응 챔버(1), 원통형 챔버 측벽(40), 및 바닥 판과 웨이퍼 척 어셈블리(42)를 포함하고 있다. 가스 공급 시스템(41)은 상부 수정 창(4)의 외주 아래에서 외주를 따라서 장착되어 있다. 가스 입구(14)는 반응물이 챔버내로 유입하도록 제공된다. 반응물이 가스 입구(14)를 통해서 장치 내로 들어간 후, 반응물은, 도 2에 도시된 가스 공급 장치의 일부인, 원형의 가스 공동(空洞)(2a)으로 U 자 형상의 가스 통로(44)를 통하여 흐른다. 도 2에서, 원형의 가스 공동(2a)로부터의 가스는 복수 개의 슬롯(2b)을 통과하여 원형의 가스 충전실(充塡室)(9b) 내측으로 들어간다. 가스 공동(2a) 및 가스 충전실(9b)은 적당한 압력 차이를 유지하기 위하여 도입되었다. 가스는 원형의 가스 충전실(9b)로부터 상부 수정 창(4)과 가스 플랜지(9)사이에 있는 연속적인 원형 갭(9a)을 통하여 챔버(1)내로 유입한다. 결과적으로, 가스는, 연속적인 가스 "벽"을 만드는 가스 플랜지(9)와 상부 수정 창(4) 사이의 연속적인 개구를 통하여 챔버내로 유입된다.
도 3은, 바닥 판과 웨이퍼 척 어셈블리(42)를 상세하게 도시하고 있다. 상기 바닥 판과 웨이퍼 척 어셈블리(42)는 웨이퍼 척(6), 가열 요소(7) 및 후방 판(8)을 포함하고 있다. 상기 가열 요소(7)는 웨이퍼 척(6)과 후방 판(8) 사이에 억지끼움 되어 있다. 용적부(48)는, 진공 발생기(21)에 의해서 가스 배관 이음쇠(19)를 통해서 배기된다. 용적부(48)가 진공 상태에 있기 때문에, 열 전달은 웨이퍼 척(6)의 측벽(46)을 따라서 전도를 통해서 대부분 일어난다.

Claims (30)

  1. 상부 부재를 구비하는 플라즈마 반응 챔버;
    처리되는 웨이퍼를 지지하도록 구비된 척;
    환형 갭을 통하여 상기 챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 가스 유입 수단;
    및
    상기 환형 갭에 인접하게 위치하며, 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하기 위하여 상기 챔버의 내측을 향하여 형성된 환형 외주 플랜지를 포함하고,
    상기 환형 외주 플랜지는 가스가 상기 외주 플랜지와 상기 상부 부재 사이를 통해서 상기 챔버 내에 유입되도록 상기 상부 부재에 인접하게 위치하며,
    상기 플랜지는 웨이퍼를 수용하는 상기 척의 위로 연장되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  2. 플라즈마 반응 챔버;
    처리되는 웨이버를 지지하도록 구비된 척;
    환형 갭을 통해 상기 챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 가스 유입 수단;
    및
    상기 환형 갭에 인접하여 위치하며, 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하기 위하여 상기 챔버의 내측을 향하여 형성된 환형 외주 플랜지를 포함하고,
    상기 가스 유입 수단은 압력 차이가 유지될 수 있도록 하는 복수 개의 가스 충전실을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  3. 상부 부재를 구비하는 플라즈마 반응 챔버;
    처리되는 웨이퍼를 지지하도록 구비된 척;
    환형 갭을 통하여 상기 챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 가스 공급 시스템; 및
    상기 환형 갭에 인접하도록 위치하고, 상기 챔버 내에 가스의 분포층을 제공하기 위해 상기 챔버의 내측을 향하여 형성된 환형 외주 플랜지를 포함하고,
    상기 외주 플랜지는 가스가 상기 외주 플랜지와 상기 상부 부재 사이를 통해서 상기 챔버 내에 유입되도록 상기 상부 부재에 인접하여 위치하며,
    상기 플랜지는 웨이퍼를 수용하는 상기 척의 위로 연장되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  4. 플라즈마 반응 챔버;
    처리되는 웨이퍼를 지지하하도록 구비된 척;
    환형 갭을 통하여 상기 챔버 내측으로 가스를 유입시키는 가스 공급 시스템; 및
    상기 환형 갭에 인접하여 위치하며, 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하기 위하여 상기 챔버의 내측을 향하여 형성된 환형 외주 플랜지를 포함하고,
    상기 가스 공급 시스템은 압력 차이가 유지될 수 있도록 하는 복수 개의 가스 충전실을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 갭은 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템은
    적절한 압력 차이가 유지될 수 있도록 복수 개의 가스 충전 실을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  7. 상부 부재를 구비하는 반응 챔버;
    웨이퍼를 지지하도록 구비된 척;
    상기 챔버 내에 가스를 유입시키도록 형성된 환형 갭; 및
    상기 반응 챔버에 구비된 환형 외주 벽을 포함하고,
    상가 환형 갭은 상기 환형 외주벽에 인접하여 위치하고,
    상기 환형 갭은 웨이퍼를 인접하여 수용하는 상기 척의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 가스를 토출하도록 하며,
    상기 갭은 상기 상부 부재에 인접하여 위치하며, 웨이퍼를 수용하는 상기 척의 위로 연장되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 환형 갭은 상기 척의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 환형 갭은 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 환형의 외주 벽을 구비하고 있고; 상기 환형 갭은 상기 환형 외주 벽에 인접하여 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 환형 갭은 웨이퍼가 상기 척에 고정되었을 때, 웨이퍼의 외주 끝 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  12. 반응 챔버;
    상기 웨이퍼를 지지하도록 구비된 척; 및
    상기 챔버의 내측으로 가스를 유입시키도록 형성된 환형 갭을 포함하고,
    상기 반응 챔버는 상부 부재와 상기 상부 부재에 인접하여 위치하는 외주 플랜지를 포함하며,
    상기 환형 갭은 상기 상부 부재와 상기 외주 플랜지의 사이에 위치하며,
    상기 외주 플랜지는 웨이퍼를 수용하는 상기 척 위로 연장되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플랜지는 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하기 위하여 상기 챔버의 내측을 향하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  14. 반응 챔버;
    웨이퍼를 지지하도록 구비된 척; 및
    상기 챔버의 내측으로 가스를 유입시키도록 형성된 환형 갭을 포함하고,
    상기 반응 챔버는 환형 외주 벽을 구비하며,
    상기 환형 갭은 상기 환형 외주 벽에 인접하여 위치하며,
    상기 환형 갭은 웨이퍼를 인접하여 수용하는 상기 척의 표면에 평행한 방향으로 가스를 토출하도록 하며,
    상기 환형 갭은 연속적인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 상부에 인접하여 위치되어 있는 상부 및 외주 플랜지를 구비하고 있고;
    상기 환형 갭은 상기 상부 및 상기 외주 플랜지사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  16. 반응 챔버;
    처리되는 웨이퍼를 위치시키기 위해 구비된 척; 및
    상기 척를 단열시키기 위해, 상기 반응 챔버로부터 상기 척를 분리하여 상기 척 주위를 진공 환경으로 만드는 발생기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반응기.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 장치는 물림 쇠인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  18. 반응 챔버;
    웨이퍼가 처리되는 위치로 적응되어 있는 물림 쇠; 및
    상기 반응 챔버로부터 분리된 상기 물림 쇠 둘레에 진공 상태를 생성할 수 있는 발생기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  19. 반응 챔버;
    웨이퍼가 처리되는 위치로 적응되어 있는 물림 쇠; 및
    상기 물림 쇠에 인접하여 진공 상태를 유지하기 위하여 제작되어 있고, 상기 물림 쇠 둘레에 위치되어 있는 둘러싼 벽을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  20. 반응 챔버;
    후방 부를 구비하고 있고, 웨이퍼가 처리되는 위치로 적응되어 있는 장치; 및
    진공 상태를 유지할 수 있고, 상기 장치의 후방 부에 인접하여 위치되어 있는 후방 챔버를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  21. 반응 챔버;
    상기 챔버 내측으로 가스를 유입시키도록 형성된 환형 갭; 및
    상부 부재와 상기 상부 부재에 인접하여 위치한 외주 플랜지를 포함하여 구성되고,
    상기 환형 갭은 상기 상부 부재와 상기 외주 플랜지 사이에 형성되며,
    상기 플랜지는 상기 챔버의 내에 가스의 분포층을 제공하기 위해 상기 챔버의 내측을 향하도록 형성되며,
    상기 상부 부재는 수정창으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  22. 상부 부재 부재를 구비하는 플라즈마 반응 챔버;
    처리되는 웨이퍼를 지지하기 위해 구비된 척; 및
    상기 챔버의 내부로 가스를 유입시키며 상기 가스가 상기 웨이퍼를 가로 지르도록 하는 가스 공급 시스템을 포함하고,
    상기 웨이퍼는 평면으로 형성되며, 상기 가스 공급 시스템은 상기 웨이퍼의 평면과 평행한 방향으로 가스를 공급하며;
    상기 가스 공급 시스템은 상기 상부 부재에 인접하며 웨이퍼를 지지하기 위한 상기 척 위로 연장되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하 위한 플라즈마 반응기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 척에 수직인 측벽을 구비하며, 상기 가스 공급시스템은 상기 측벽에 수직으로 가스를 유입시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 환형 외주 플랜지는 인접한 웨이퍼를 고정하기 위해 구비된 상기 척의 일부분과 평행게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  25. 제3항에 있어서,
    상기 환형 외주 플랜지는 인접한 웨이퍼를 고정하기 위해 구비된 상기 척의 일부분과 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  26. 제1항, 제3항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 부재는 창으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  27. 제1항, 제3항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 부재는 수정 창인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  28. 제7항 또는 제12항에 있어서,
    상기 상부 부재는 창인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  29. 제7항 또는 제12항에 있어서,
    상기 상부 부재는 수정 창인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
  30. 반응 챔버;
    상기 챔버의 내로 가스를 유입시키도록 형성된 환형 갭; 및
    상부 부재 및 상기 상부 부재에 인접하여 위치한 외주 플랜지를 포함하고,
    상기 환형 갭은 상기 상부 부재와 상기 외주 플랜지 사이에 위치하며,
    상기 플랜지는 상기 챔버의 내에 가스 분포층을 제공하기 위해 상기 챔버의 내측을 향하도록 형성되며,
    상기 상부 부재는 창으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 반응기.
KR1019970708365A 1995-05-25 1996-03-28 플라즈마에칭시스템 KR100453537B1 (ko)

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