KR101225815B1 - 플라즈마 프로세싱 시스템용 여러 조각으로 된 배플플레이트 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 프로세싱 시스템은 하나 이상의 조각으로 된 배플 플레이트를 포함한다. 여러 조각으로 된 배플 어셈블리는 개구 및 상기 개구 내에 위치된 특정 치수로 만들어진 삽입부를 포함하는 하나 이상의 환형의 링부분을 포함하는 것이 일반적이다
상기 두 개 이상의 조각이 개구 및 상기 개구 내에 위치된 특정 치수로 만들어진 삽입부를 포함하는 하나 이상의 환형의 링부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 배플 플레이트의 균열 방지 방법.
플라즈마 프로세싱 시스템, 배플 어셈블리, 개구, 삽입부, 링부분
Description
본 발명은 프로세싱되는 반도체 웨이퍼를 포함하는 근접한 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 분배하는 배플 플레이트 어셈블리에 관한 것이다.
집적 회로의 제조에서, 사진 석판 기술(photolithography techniques)은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판상에 집적 회로 패턴을 구성하기 위해서 사용된다. 전형적으로, 기판은 포토레지스트(photoresist)로 코팅되고, 이들의 일부는 마스크를 통해 자외선(UV)에 노출되어 포토레지스트 상에 희망하는 회로 패턴의 상을 만든다. UV에 노출되지 않게 남겨진 포토레지스트 일부는 프로세싱 용액에 의해서 제거되어, 기판상에서 단지 노출된 일부를 남긴다. 이런 남아있는 노출된 부분은 포토레지스트가 다음의 프로세싱을 견딜 수 있게 하기 위해서 포토스타빌리제이션 프로세스(photostabilization process) 동안에 베이크(bake)될 수 있다.
집적 회로 소자가 구성되는 이런 프로세싱 이후에, 일반적으로 웨이퍼로부터 구워진 포토레지스트를 제거할 필요가 있다. 게다가, 에칭과 같은 프로세스를 통해 기판 표면상에 도입되어온 잔여물이 제거되어야만 한다. 전형적으로, 포토레지스트는 "애싱(ash)"되거나 "버닝(burn)"되고 애싱되거나 버닝된 포토레지스트는 잔여물과 함께 기판의 표면으로부터 "스트립(strip)"되거나 "소거된다(clear)".
포토레지스트 및 잔여물을 제거하는 한 방법은 적외선 방사에 의한 현재 온도로 진공 챔버 내에서 포토레지스트로 덮여진 기판을 재빨리 가열하고, 마이크로파로 에너자이징(energize)되거나 무선 주파수(RF)로 에너자이징된 반응 가스(즉, 플라즈마)가 가열된 기판 표면을 향하게 하는 것이다. 결과적인 프로세스에서, 반응 플라즈마는 포토레지스트에 반응하여, 포토레지스트를 애싱함으로써, 웨이퍼로부터 연속적인 제거하게 된다.
애싱 프로세스는 실질적으로 동일한 레이트로 웨이퍼의 표면에 걸쳐 발생시키는 것이 중요하다. 포토레지스트의 이런 동일한 애싱을 보장하기 위해서, 프로세스 환경은 정확하게 제어되어야만 한다. 그렇게 제어되어야만 하는 프로세스 환경은 프로세스 챔버의 온도 및 웨이퍼의 온도를 포함한다.
에너자이징된 플라즈마가 균일하게 웨이퍼 표면을 향하기 위해서 공지된 가스 분배 또는 배플 플레이트가 하나 또는 두 개의 평행한 구멍난 플레이트를 포함하는데, 이는 석영으로 만들어지거나, 두 개의 평행한 플레이트의 경우에 최상부는 석영 플레이트로 만들어지고 최하부는 메탈 플레이트로 만들어진다. 석영은 일반적으로 높은 프로세스 온도를 견디도록 그의 성능이 선택된다. 그러나 석영의 사용은 허용 가능한 웨이퍼 및 프로세스 온도 균일성을 달성하기 어렵게 한다. 온도 비-균일성은 석영의 양호하지 않은 열전도 특성으로 인해서 석영 플레이트의 표면에 걸쳐 발생할 수 있는 큰 온도 기울기에 의해 야기될 수 있다. 게다가, 석영의 바람직하지 않은 적외선(IR) 파장 흡수 특성이 배플 플레이트에 의해 흡수되는 열에너지에 더해진다. 결과적으로, 프로세스 균일성 및 시스템 작업 처리량에 불리하게 영향을 미친다.
플루오르 화학 물질(fluorine chemistries)의 사용을 필요로 하는 플라즈마 툴에 대해서, 최상부 석영 플레이트는 사파이어 코팅으로 더 코팅될 수 있다. 사파이어 코팅의 존재는, 반응 플루오르 종에 대한 노출에 따른 플레이트의 에칭을 보호한다. 견고한, 단일 플레이트는 전체적으로 사파이어로 만들어질 수 있지만; 이는 일반적으로 엄청나게 비싼 비용일 것이라고 당업자에게 인식된다. 게다가 사파이어로 코팅된 석영 플레이트는 세라믹 재료로 구성된 중앙 충돌 디스크를 포함하여, 프로세스 챔버 플레늄(process chamber plenum)에 주입되는 도입 플라즈마를 편향시키고 또한 코팅된 사파이어 재료가 고온에 노출되는 것을 감소시킨다.
이런 유형의 배플 플레이트에 대한 몇몇 문제점이 존재한다는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 사파이어로 코팅된 플레이트에 대해서, 사파이어 코팅은 오래 사용된 후에 얇은 조각으로 떨어지는 경향이 있는데, 이는 플레이트의 최상부 및 최하부 표면에 배치된 구멍에 대해 동일하지 않고 등각이 아닌 측벽 코팅으로 인한 것으로 여겨진다. 또한, 사파이어로 코팅된 플레이트 및/또는 세라믹 디스크의 주기적인 교환은, 사파이어 코팅은 석영 플레이트에 상당한 비용을 부가하기 때문에 최종 비용이 더 높아진다.
견고한 세라믹 배플 플레이트는 종래 기술에 직면한 다수의 문제점을 해결하는데 사용될 수 있다. 그러나 플라즈마 프로세스 챔버에서 사용되는 크기의 견고한 세라믹 플레이트가 플라즈마의 동작 동안 열적 변화를 겪는 것은 엄청난 실패를 가 져올 수 있다. 5인치 이상의 배플 플레이트 반지름에서, 플레이트 내의 소위 "후프" 스트레스(hoop stress)는 세라믹 재료의 성능을 넘어서서 플레이트에 균열이 가게 한다. 플레이트의 균열은 유독하게 입자를 발생하는 결과를 가져올 뿐만 아니라 프로세스 챔버를 오염시킴으로써, 비용이 많이 드는 정지 시간, 수리 및 교체를 필요로 한다.
따라서, 종래 기술에서는 플라즈마 균일성을 유지하고 플라즈마 프로세스 동안에 사용되는 다양한 환경을 견딜 수 있는 즉, 열적 기울기에 관련된 스트레스를 견딜 수 있는 것이고/이거나, 경제적인 실용성이고/이거나, 플루오르 화학 물질과 양립할 수 있는 개선된 배플 플레이트 어셈블리에 대한 요구가 있다.
본 발명에 개시된 것은 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리, 플라즈마 프로세싱 챔버, 및 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것이다. 한 실시예에서, 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리는 프로세싱되는 웨이퍼로부터 이격되고 상기 웨이퍼 상에 고정되게 위치되는 일반적으로 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트를 포함한다.
반도체 웨이퍼를 프로세싱하는 플라즈마 프로세싱 챔버가 최상부 벽을 포함하는 벽에 의해서 부분적으로 한정되고, 웨이퍼가 프로세싱 동안에 삽입될 수 있는 웨이퍼 프로세싱 공동; 및 에너자이징된 가스를 분배하기 위해서 상기 웨이퍼 프로세싱 공동에 근접하게 위치된 배플 플레이트 어셈블리를 포함하는데, 상기 배플 플레이트 어셈블리가 일반적으로 평면인 하부 배플 플레이트 상에 고정되게 위치된 일반적으로 평면인 상부 배플 플레이트를 포함하며, 상기 상부 배플 플레이트는 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링 부분 및 상기 개구 내에 위치된 특정 치수로 만들어진 삽입부를 포함한다.
기판을 처리하기 위한 다운 스트림 플라즈마 처리 장치는, 가스원; 상기 가스원과 유체 연통된 플라즈마를 발생시키는 구성 요소; 및 상기 플라즈마 튜브와 유체 연통된 프로세스 챔버를 결합하여 포함하는데, 상기 플라즈마를 발생시키는 구성 요소가 플라즈마 튜브를 포함하고, 플라즈마 발생기는 상기 가스원으로부터 플라즈마 튜브 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 플라즈마 튜브에 연결되며, 상기 프로세스 챔버는 프로세싱되는 상기 기판으로부터 이격되고 상기 기판상에 고정되게 위치되는 일반적으로 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트를 포함하는 배플 플레이트 어셈블리를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 다운 스트림 플라즈마 처리 장치는, 가스원, 상기 가스원에 유체 연통된 플라즈마를 발생시키는 구성 요소; 및 상기 플라즈마 튜브에 유체 연통된 프로세스 챔버를 결합하여 포함하는데, 상기 플라즈마를 발생시키는 구성 요소가 플라즈마 튜브를 포함하고, 플라즈마 발생기는 상기 가스원으로부터 플라즈마 튜브 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 플라즈마 튜브에 연결되며, 상기 프로세스 챔버는 일반적으로 평면인 하부 배플 플레이트 상에 고정되게 위치된 일반적으로 평면인 상부 배플 플레이트를 포함하는 배플 플레이트 어셈블리를 포함하고, 상기 상부 배플 플레이트는 개구 및 상기 개구 내에 위치된 특정 치수로 만들어진 삽입부를 포함하는 하나 이상의 환형의 링부분을 포함하는 두 개 이상의 조각을 포함한다.
플레이트에 걸쳐서 상기 세라믹 배플 플레이트가 열적 기울기를 겪는 플라즈마 매개 프로세스(plasma mediated process) 동안에 4인치보다 큰 반지름을 갖는 세라믹 배플의 균열 방지 방법은 세라믹 배플 플레이트를 두 개 이상의 조각으로 구성하는 단계; 및 상기 세라믹 배플 플레이트의 두 개 이상의 조각을 상기 플라즈마 매개 프로세스 동안에 형성된 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하는데, 상기 두 개 이상의 플레이트에 의해 형성된 갭이 0.010인치 미만이다.
상술된 특징 및 다른 특징은 다음 도면 및 상세한 설명에 의해서 예시된다.
이제 도면을 참조하는데, 예시적인 실시예이고, 여기서 동일한 요소는 동일한 번호가 부여된다.
도1은 본 발명에 따라 구성된 배플 플레이트 어셈블리의 제1 실시예에 통합된 예시적인 포토레지스트 애셔(asher)의 단면도;
도2는 소정의 열적 기울기에서 세라믹 배플에서 접선 스트레스(tangential stress)의 그래프;
도3은 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리의 기계를 분해하여 부품의 상호 관계를 나타내는 사시도;
도4는 선 4--4를 따라 얻어진 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리의 횡단면도;
도5는 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리에 대한 예시적인 삽 입부의 평면도; 및
도6은 선 6--6을 따라 얻어진 예시적인 삽입부의 횡단면도.
이제 도면을 참조하면, 도1은 예시적인 포토레지스트 애셔(10)인데, 이는 가스 박스(12), 마이크로파 플라즈마 발생기 어셈블리(14), 웨이퍼와 같은 반도체 기판이 처리되는 내부 공동을 한정하는 프로세스 챔버(16), 및 프로세스 챔버의 최하부에 위치된 웨이퍼(18)를 가열하는 방사 히터 어셈블리(20)를 일반적으로 포함한다. 열전대와 같은 온도 프로브(24)는 동작 동안에 웨이퍼(18)의 온도를 모니터링하는데 사용된다. 진공 펌프(26)는 진공 상태를 필요로 하는 프로세스를 위해서 프로세스 챔버(16)를 배기하는데 사용된다.
선택적인 단색화장치(monochromator)(28)는 챔버 내 가스의 광학 방출 특성을 모니터링하여 프로세스 종료점 결정에 도움을 주기 위해 사용된다. 웨이퍼(18)는 입구/출구 경로(30)를 통해서 적합한 로드록(load lock) 메커니즘(도시되지 않음)을 통해 프로세스 챔버(16)로 도입되거나 제거된다. 선택적으로, 웨이퍼(18)는 툴이 로드록에 장착되지 않는다면, 입구/출구 경로(30)를 통해서 프로세스 챔버(16) 내에 즉시 도입된다. 본 발명이 포토레지스트 애셔 내에서 구현되는 것으로 보여지고 특징지어질지라도, 또한 잔여물 제거 및 스트립 프로세스와 같은, 다른 반도체 제조 장치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 수정을 위해 특히 적합한 다운 스트림 축류 플라즈마 장치(downstream axial flow plasma apparatuses)는 예컨대, 상품명 RadiantStrip320에 사용 가능한 이런 마이크로파 플라즈마 애셔 및 Axcelis Technologies Corporation에서 통상 사용 가능한 플라즈마 애셔다. 마이크로파 플라즈마 애셔의 일부가 미국 특허 제5,498,307호 및 제4,341,592호 및 PCT 국제 출원 WO/97/37055호에 개시되는데, 이들은 본원에 완전히 참조되어 통합된다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 본원은 이런 실시예 및 다음 실시예에서 임의의 특정 플라즈마 애셔에 국한되는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 프로세싱 플라즈마는 DC 마그넷 시스템과 함께 그리고 DC 마그넷 시스템 없이, 평행한 플레이트, 용량성으로 연결된 플라즈마원, 유도적으로 연결된 플라즈마원, 및 그의 임의의 결합을 사용하여 형성된다. 선택적으로, 프로세싱 플라즈마는 전자 사이클로트론 공명을 사용하여 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로세싱 플라즈마는 헬리콘파(Helicon wave)의 개시로부터 형성된다.
동작에서, 가스의 바람직한 혼합물은 입구 도관(34)을 통해서 가스 박스(12)로부터 플라즈마 튜브(32) 내로 도입된다. 플라즈마 튜브(32)는 알루미나(Al2O3) 또는 사파이어로 만들어질 수 있어서, 에칭, 분해, 및/또는 플루오르 화학 물질에 관련된 다른 이슈(issue)없이 플루오르 화학 물질을 수용한다. 희망하는 혼합물을 구성하는 가스는 분리된 서플라이(도시되지 않음)에 저장되고, 밸브(36) 및 배관(38)에 의해서 가스 박스(12)에서 혼합된다. 희망하는 가스 혼합물의 하나의 예는 질소-구성 가스(낮은 비율의 수소를 갖고 주로 질소인), 및 산소이다. 카본 테트라플루오라이드(CF4)와 같은, 가스를 함유하는 플루오르는 가스 혼합물에 부가되어 임의의 프로세스 동안에 애싱 레이트를 증가시킬 수 있다.
희망하는 가스 혼합물은 마이크로파 플라즈마 발생기 어셈블리(14)에 의해서 에너자이징되어 방사 히터 어셈블리(20)에 의해 가열될 때 프로세스 챔버(16) 내에서 웨이퍼(18) 상에 포토레지스트를 애싱할 반응 플라즈마를 구성한다. 도파관(42)에 연결된 마그네트론(40)은 마이크로파 에너지를 발생시킨다. 마이크로파 에너지는 마이크로파 인클로저(44)에서 구멍(도시되지 않음)을 통해 도파관으로부터 공급되는데, 마이크로파 인클로저(44)은 플라즈마 튜브(32)를 둘러싼다.
외부 석영 냉각 튜브(46)는 플라즈마 튜브(32)를 둘러싸는데, 그들로부터 약간 떨어져 있다. 가압된 공기는 튜브(32,46) 사이에 갭으로 공급되어 동작 동안에 튜브(32)를 효율적으로 냉각시킨다. 마이크로파 인클로저(44)는 가상선(45)으로 도시된 구획으로 분할될 수 있다. 인클로저(44)의 분할은 알루미나 또는 사파이어 플라즈마 튜브의 길이에 걸쳐 동일한 마이크로파 파워 분배를 제공하고, 적합한 입력 파워가 제공될 때, 허용할 수 없게 큰 열적 기울기가 그의 축 길이를 따라 발달하는 것을 방지함으로써 인클로저의 과도한 가열을 방지한다. 인클로저(44)의 각각의 구획은 석영 튜브(46) 및 그를 통해서 통과하는 알루미나 또는 사파이어 튜브(32)를 통과하는 마이크로파 에너지를 개별적으로 공급받는다.
플라즈마 튜브(32) 내의 가스 혼합물은 에너자이징되어 플라즈마를 생성한다. 마이크로파 트랩(48,50)은 마이크로파 인클로저(44)의 단부에 제공되어 마이크로파 손실을 방지할 수 있다. 에너자이징된 플라즈마(전형적으로 150℃ 정도의 온도)는 프로세스 챔버(16)의 최상부 벽(52)의 개구(51)를 통해 프로세스 챔버(16) 내로 인입한다.
프로세싱되는 웨이퍼(18) 및 플라즈마 챔버(16)의 최상부 벽 사이에 위치되는 것은 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)이다. 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리로서 도시될지라도, 이는 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 상부 및 하부 배플 플레이트를 포함하는 이중층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리의 형태를 취할 수 있는데, 여기서 상부 배플 플레이트는 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리에 관하여 상술된 방법으로 여러 조각으로 된 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리는 프로세싱되고 있는 웨이퍼(18)의 표면에 걸쳐 반응 플라즈마를 고르게 분배한다. 게다가, 여러 조각으로 된 구조는 동작 동안에 열 스트레스를 최소화할 수 있는데, 이는 단일 조각의 세라믹 재료로부터 제조된 층을 갖는 세라믹 유형 배플 플레이트 어셈블리에서 엄청난 실패를 야기한다는 것이 발견된다.
예를 들어, 도2에 도시된 바와 같이, 세라믹(알루미나) 배플 플레이트 어셈블리가 배플 플레이트에 걸쳐 열적 기울기에 노출되면, 후프 스트레스의 결과로서 동작 동안에 플레이트에 균열이 가게 된다. 배플 플레이트로서 사용하기에 적합한 세라믹 재료는 일반적으로 장력에 비해 더 강하다. 이로 인해, 플라즈마 프로세싱 동안에 플레이트에 발생하는 열적 기울기에 의해서 야기되는 후프 스트레스는 재료 강도를 초과할 수 있다. 이런 특정한 예에서, 세라믹의 장력은 1E8 MPa 내지 2E8 MPa이고, 이는 거의 4인치 내지 5인치의 플레이트 반지름으로 도시된 최대값이다. 여기에 도시된 바와 같이 여러 조각으로 된 구조를 사용하는 것은 후프 스트레스가 재료 강도를 초과하는 것을 방지함으로써 미리 균열이 가지 않는 배플 플레이트(들)를 제조하기 위해서 세라믹과 같은 재료를 사용하는 것을 허용한다. 그 자체로, 세라믹인 여러 조각으로 된 배플 어셈블리가 저렴한 대안을 사파이어로 코팅된 배플 플레이트 어셈블리에 제공하고, 사파이어 코팅의 사용으로 인한 문제점을 제거한다. 다수 조각 세라믹 배플 플레이트는 특히 플루오르 화학을 포함하는 공정에 바람직하다.
도1로 다시 돌아가서 참조하면, 동작에서, 반응 플라즈마가 여러 조각으로 된 배플 플레이트(54)를 통과하고 웨이퍼 상의 잔여물 및/또는 포토레지스트를 애싱하는데 사용될 수 있다. 방사 히터 어셈블리(20)는, 프로세스 챔버(16) 내에서, 석영이나 세라믹 핀(68) 상에 위치된 웨이퍼(18)의 후면을 향하는 램프에 의해서 발생된 열을 반사시키고 다시 보내는 반사기(56) 내에 존재하는 다수의 텅스텐 할로겐 램프(58)를 포함한다. 열전대와 같은 하나 이상의 온도 센서(72)는 프로세스 챔버 측벽(53)의 내부에 고정되어 벽 온도를 표시할 수 있다.
단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)는 일반적으로 평면인 가스 분배 중앙부(74)를 포함하는데 그 내부에 구멍(76)을 가지며, 플랜지(flange)(78)로 둘러싸인다. 플랜지(78)는 중앙부를 둘러싸고, 프로세스 챔버 측벽(53) 및 최상부 벽(52) 사이에 놓인다. 밀봉체(79,81)는 각각 플랜지(78) 및 측벽(53), 및 플랜지(78) 및 최상부 벽(52) 사이에 기밀 연결을 제공한다. 밀봉체(79,81)는 플랜지(78)에 위치된 글러브에 존재한다. 플랜지(78)는 또한 최상부 벽(52) 및 측벽(53)을 고정하기 위해서 고정된 홀(도시되지 않음)을 제공한다.
도3-6에 더욱 상세하게 도시된 바와 같이, 도시된 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)가 두 개의 조각으로 된 구조를 포함한다. 그러나 도면은 두 개의 조각으로 된 구조를 도시할지라도, 두 개 이상의 조각이 고려되고, 사실 임의의 애플리케이션에서 바람직하다. 게다가, 배플 플레이트를 구성하기 위해서 여러 조각의 형태가 임의의 특정 형태 또는 구멍 패턴에 제한되는 것이 아니라는 것이 당업자에게 명백해야만 한다. 배플 플레이트를 구성하기 위해서 다수의 조각의 사용이 플라즈마 동작 동안에 도입된 열 스트레스를 유리하게 경감하고, 이들의 디자인은 본원에서 보여지는 종래 기술에서 당업자에 의해 명백해지는 바와 같이 사실상 제한되지 않는다는 것이 발견된다.
도3에서, 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)의 기계를 분해하여 부품의 상호 관계를 나타내는 사시도가 있다. 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)는 일반적으로 환형의 링(90) 및 상기 일반적으로 환형의 링(90)에 의해 한정된 개구(94) 중앙에 위치된 삽입부(92)를 일반적으로 포함한다. 도시된 바와 같이, 예시적인 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트(54)는 6각형 모양의 개구(94) 및 6각형 모양의 삽입부(92)를 포함한다. 이런 실시예에서, 6각형 모양은 특정한 플라즈마 애싱 애플리케이션을 위해 희망하는 흐름 패턴을 수용하기 위해서 선택된다. 이미 상술된 바와 같이 환형의 링뿐만 아니라 단층의 배플 플레이트 어셈블리를 구성하는 조각의 수는 임의의 개구 형태를 한정할 수 있다. 또한, 출원인이 환형의 링에 관하여 언급할지라도, 다양한 조각이 환형의 링을 포함하지 않는다는 것이 고려되어야 한다. 오히려, 단층의 배플 플레이트를 구성하도록 다수의 조각이 구성된다. 로킹 수단(locking means)은 일반적으로 평면인 구성으로 배플 플레이트를 유지하도록 의도될 것이고, 종래 기술에서 당업자에게 잘 알려져 있다.
도4는 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리(54)의 횡단면도를 도시한다. 환형의 링(90)의 개구(94)는 삽입부(92)(도6에서 명백하게 도시됨)의 외부 엣지에 대해 구성된 숄더부(shoulder portion)(98)를 수용하도록 치수가 규정된 오목부(96)를 포함한다. 선택적으로, 세 개 이상의 지지핀(100: 핀)이 환형의 오목부에 대해 등거리의 위치에서 숄더(98)에 방사형으로 위치되어 삽입부 및 환형의 링 사이의 스크랩핑(및 가능한 입자 발생)을 최소화한다. 삽입부(92) 및 환형의 링(90) 사이에 형성된 갭은 거의 0.010 인치보다 작아서 플라즈마 동작 동안에 방사형의 팽창을 허용하여, 배플 플레이트가 단일 조각으로 구성된 것처럼 플라즈마에 의해 젖은 넷 표면(net surface)을 제공한다. 도5 및 도6은 삽입부를 도시한다. 도시된 바와 같이, 삽입부(92)는 구멍이 없는 중앙부를 포함한다.
그렇게 구성된 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는 다수의 구멍을 일반적으로 포함하는데, 상기 다수의 구멍은 방사형(또는 동심원으로 다수가 겹친 원형) 패턴으로 배열된다. 단층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는 임의의 플라즈마 애플리케이션에서 희망하는 바에 따라 구멍이 없는 중앙부를 포함할 수 있거나 포함할 수 없다. 배플 플레이트 어셈블리(단층 또는 이중층)의 디자인은 적용된 가스 다이나믹스, 재료 엔지니어링, 및 프로세스 데이터에 의해 일반적으로 결정되어 프로세스 챔버 내의 바람직한 압력, 가스 흐름, 및 온도 기울기를 보장한다.
이중층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리의 경우에, 상부 배플 플레이트 및/또는 하부 배플 플레이트가 상술된 방법으로 다수의 조각으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 배플 플레이트는 다수의 조각으로 구성될 수 있고, 하부 배플 플레이트는 단일 조각으로 구성될 수 있다. 이중 층으로 된 구조에서, 상부 배플 플레이트의 구멍은 하부 배플 플레이트의 구멍보다 약간 더 크다. 게다가, 상부 배플 플레이트 내에 구멍이 없는 중심부를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이런 방법으로, 구멍이 없는 부분은 에너자이징된 가스를 플라즈마 튜브로부터 방사형으로 바깥쪽으로 상부 배플 플레이트의 나머지 구멍이 난 에어리어를 향하게 하여, 웨이퍼의 바깥쪽 부분보다 전에 웨이퍼의 방사형 안쪽 부분이 프로세싱되는 것을 방지한다. 상부 및 하부 배플 플레이트 사이의 거리는, 부분적으로 이중층인 배플 플레이트 어셈블리를 통해 가스 흐름의 패턴을 결정한다. 구멍은 하부 배플 플레이트의 방사형 안쪽에 제공되지만 일반적으로 방사형 바깥쪽에는 없게 된다. 하부 배플 플레이트의 방사형 안쪽 부분의 표면 에어리어는 그의 하부에 존재하는 웨이퍼를 커버하기에 충분하다. 한 실시예에서, 구멍은 일반적으로 모든 방향에서 서로로부터 등거리에 위치되는 것이 일반적이다. 즉, 서로 상호 인접한 구멍은 정삼각형을 이룬다. 배플 플레이트 상에 홀에 대한 다른 분포는 또한 예를 들어 애싱 균일성을 증진시키기 위해서 내부 지름 상에 더 작은 홀을 제외하고 외부 지름 상의 더 큰 구멍과 같은 특정한 애플리케이션에 사용되는 것일 수 있다. 게다가, 이중층인 배플 어셈블리는 일반적으로 컴팩트해서 프로세스 챔버 내에 1인치보다 작은 세로 공간을 필요로 한다는 것을 주의해야 한다.
상부 여러 조각으로 된 배플 플레이트는 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 적합한 세라믹 물질은 알루미나(다양한 알루미늄 옥사이드), 지르코늄 다이옥사이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드와 같은 다양한 카바이드, 예를 들어 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물과 같은 다양한 질화물, 석영, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드 등뿐만 아니라 마그네슘, 이트륨, 프라세오디뮴, 하프늄, 등을 갖는 안정된 세라믹을 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 선택적으로, 하부의 단일 조각으로 된 배플 플레이트는 동일하거나 다른 재료로 되어있고, 전형적으로는 양극 처리된 알루미늄이다.
본원은 다음의 비제한적인 예들에 의해 더 상세히 설명된다.
예시
다음 예에서, 플라즈마 애셔는 이중층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리와 함께 구성되고, 통상적인 이중층인 배플 플레이트 어셈블리와 함께 개별적으로 구성된다. 전형적인 데이터는 획득되어 해석되는데, 이는 두 개의 구조를 비교한다. 이중층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리의 상부 배플 플레이트는 도3 내지 도6에 도시된 것과 유사한 두 개의 조각으로 된 구조이고, 고순도 알루미나로 구성된다. 두 개의 조각으로 된 구조에 대해서 배플 플레이트 어셈블리는, 이중층인 여러 조각으로 된 배플 플레이트 어셈블리에 있어서, 상부 배플 플레이트의 여러 조각으로 된 구조를 제외하고 동일하게 된다. 배플 플레이트 어셈블리는 저온 플라즈마 애싱 프로세스(120℃) 및 고온 플라즈마 애싱 프로세스(270℃)를 겪는다. 가스 흐름, 압력, 및 마이크로파 전력은 동일하게 된다. 결과는 표1 및 표2에 각각 도시된다. 애싱 레이트 및 플라즈마 동일성은 두 개의 배플 플레이트 어셈블리에 대해 비교된다.
표1
| 배플 플레이트 유형 | 애싱 레이트 (㎛/min) |
표준 편향 (㎛/min) |
% 비균일성(1σ) | 표준 편향(1σ) |
| 제어 | 0.13 | 0.002 | 8.71 | 0.012 |
| 여러 조각으로 된 세라믹 | 0.12 | 0.001 | 11.14 | 0.209 |
표2
| 배플 플레이트 유형 | 애싱 레이트 (㎛/min) |
표준 편향 (㎛/min) |
% 비균일성(1σ) | 표준 편향(1σ) |
| 제어 | 7.75 | 0.10 | 4.1 | 0.26 |
| 여러 조각으로 된 세라믹 | 7.27 | 0.02 | 4.75 | 0.16 |
이런 결과는 여러 조각으로 된 구조를 사용하면 유사한 애싱 비해비어(ashing behavior)가 제공된다는 것을 나타낸다.
이런 예에서, 플라즈마 애싱 동안에 웨이퍼 상에 위치된 0.12나노미터보다 더 큰 입자 부가물의 생성이 모니터링된다.
표3
| 배플 플레이트 유형 | 애싱 레이트(㎛/min) | 표준 편향(1σ) |
| 제어 | 53 | 16.82 |
| 여러 조각으로 된 세라믹 | 87 | 10.02 |
이런 결과는 세라믹으로 된 다수의 조각의 사용이 입자 부가물 발생에 상당히 기여하지 않는다는 것을 보여준다.
이런 예에서, 종료점에서 시간은 플라즈마 애싱 프로세스 동안에 모니터링된다. 포토레지스트는 1.0 마이크론의 두께에서 300밀리미터 웨이퍼 상에 코팅된다. 결과는 도4에서 보여진다.
표4
| 배플 플레이트 | 종료점에서 시간 | 표준 편차 |
| 제어 | 10.43 | 0.41633 |
| 여러 조각으로 된 세라믹 | 11.80 | 0.10000 |
결과는 설명된 바와 같은 여러 조각으로 된 세라믹 배플 어셈블리와 함께 구성된 플라즈마 애셔에 대해서 포토레지스트를 애싱하기 위한 시간이 상당히 다르지 않다는 것을 보여준다.
본원이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되는 동안에, 다양한 변화가 행해지고 등가물이 본원의 범위를 벗어나지 않는 그의 엘리멘트로 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 게다가, 많은 수정은 특이한 상황 또는 재교가 본질적인 본원의 범위를 벗어나지 않고 본원의 기술에 적응하도록 행해질 수 있다. 그러므로 본원을 수행하기 위해서 고려되는 최상의 모드로써 개시된 특정한 실시예에 본원이 국한되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 내에 존재하는 모든 실시예를 포함하게 된다.
Claims (32)
- 플라즈마를 프로세싱되는 반도체 웨이퍼를 포함하는 근접한 프로세스 챔버 내에 분배하는 배플 플레이트 어셈블리에 있어서,프로세싱되는 웨이퍼로부터 이격되고 상기 웨이퍼 상에 고정되게 위치되는 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트를 포함하고,상기 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는, 복수의 구멍과 하나의 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 복수의 구멍을 갖는 삽입부를 포함하고,상기 환형의 링부분 및 삽입부는, 플라즈마 동작 동안에 방사형의 팽창을 허용하도록 치수가 정해진 갭을 형성하여, 배플 플레이트가 단일 조각으로 구성된 것처럼 플라즈마에 의해 젖은 넷 표면(net surface)을 제공하는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 개구가 환형의 오목부를 포함하고, 상기 삽입부는 상기 환형의 오목부 상에 위치되도록 적응된 숄더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 제 3항에 있어서,상기 환형의 오목부가 상기 환형의 오목부에 대해서 등거리로 이격된 세 개 이상의 핀을 더 포함하고, 상기 삽입부는 상기 세 개 이상의 핀에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 제 1항에 있어서,상기 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 구멍이 없는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 제 1항에 있어서,상기 배플 플레이트 어셈블리가 상부 배플 플레이트 및 하부 배플 플레이트를 포함하는데, 상기 상부 배플 플레이트는 여러 조각으로 된 배플 플레이트를 포함하고, 상기 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 구멍이 없는 중앙부를 갖는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징 으로 하는 배플 플레이트 어셈블리.
- 반도체 웨이퍼를 프로세싱하는 플라즈마 프로세싱 챔버에 있어서,최상부 벽을 포함하는 벽에 의해서 부분적으로 한정되고, 프로세싱 동안에 웨이퍼가 삽입될 수 있는 웨이퍼 프로세싱 공동; 및상기 웨이퍼 프로세싱 공동에 근접하게 위치되어 에너자이징된 가스를 상기 웨이퍼 프로세싱 공동 내부에 분배하기 위한 배플 플레이트 어셈블리를 포함하고,상기 배플 플레이트 어셈블리는 평면인 하부 배플 플레이트 상에 고정되게 위치된 평면인 상부 배플 플레이트를 포함하고, 상기 상부 배플 플레이트는 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 삽입부를 포함하는 두 개 이상의 조각을 포함하고,평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는, 복수의 구멍과 하나의 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 복수의 구멍을 갖는 삽입부를 포함하고,상기 환형의 링부분 및 삽입부는, 플라즈마 동작 동안에 방사형의 팽창을 허용하도록 치수가 정해진 갭을 형성하여, 배플 플레이트가 단일 조각으로 구성된 것처럼 플라즈마에 의해 젖은 넷 표면(net surface)을 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 제 9항에 있어서,상기 상부 배플 플레이트가 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 제 9항에 있어서,상기 개구가 상기 환형의 오목부를 포함하고, 상기 삽입부는 상기 환형의 오목부 상에 위치되도록 적응된 숄더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 제 11항에 있어서,상기 환형의 오목부가 상기 환형의 오목부에 대해서 등거리로 이격된 세 개 이상의 핀을 더 포함하고, 상기 삽입부는 상기 세 개 이상의 핀에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 제 9항에 있어서,상기 상부 배플 플레이트가 구멍이 없는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 삭제
- 제 9항에 있어서,상기 챔버는 지름이 적어도 200밀리미터인 웨이퍼를 수용하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세싱 챔버.
- 기판을 처리하기 위한 다운 스트림 플라즈마 처리 장치에 있어서,가스원;플라즈마 튜브 및 상기 가스원으로부터 상기 플라즈마 튜브 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 상기 플라즈마 튜브에 연결되는 플라즈마 발생기를 포함하고, 상기 가스원과 유체 연통된 플라즈마를 발생시키는 구성 요소; 및프로세싱되는 상기 기판으로부터 이격되고 상기 기판상에 고정되게 위치되는 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트를 포함하는 배플 플레이트 어셈블리를 포함하는, 상기 플라즈마 튜브와 유체 연통된 프로세스 챔버를 포함하고,상기 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는, 복수의 구멍과 하나의 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 복수의 구멍을 갖는 삽입부를 포함하고,상기 평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는, 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 삽입부를 포함하고,상기 환형의 링부분 및 삽입부는, 플라즈마 동작 동안에 방사형의 팽창을 허용하도록 치수가 정해진 갭을 형성하여, 배플 플레이트가 단일 조각으로 구성된 것처럼 플라즈마에 의해 젖은 넷 표면(net surface)을 제공하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 16항에 있어서,상기 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 제 16항에 있어서,상기 개구가 환형의 오목부를 포함하고, 상기 삽입부가 상기 환형의 오목부 상에 위치되도록 적응된 숄더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 19항에 있어서,상기 환형의 오목부에 대해서 등거리로 이격된 세 개 이상의 핀을 더 포함하고, 상기 삽입부는 상기 세 개 이상의 핀에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 16항에 있어서,상기 여러 조각으로 된 배플 플레이트가 구멍이 없는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 기판을 처리하기 위한 다운 스트림 플라즈마 처리 장치에 있어서,가스원;플라즈마 튜브 및 상기 가스원으로부터 상기 플라즈마 튜브 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 상기 플라즈마 튜브에 연결되는 플라즈마 발생기를 포함하고, 상기 가스원과 유체 연통된 플라즈마를 발생시키는 구성 요소; 및상기 플라즈마 튜브와 유체 연통된 프로세스 챔버를 포함하고, 상기 프로세스 챔버는 평면인 하부 배플 플레이트 상에 고정되게 위치된 평면인 상부 배플 플레이트를 포함하는 배플 플레이트 어셈블리를 포함하고, 상기 상부 배플 플레이트는 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 삽입부를 포함하는 두 개 이상의 조각을 포함하고,평면인 여러 조각으로 된 배플 플레이트는, 복수의 구멍과 하나의 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 복수의 구멍을 갖는 삽입부를 포함하고,상기 환형의 링부분 및 삽입부는, 플라즈마 동작 동안에 방사형의 팽창을 허용하도록 치수가 정해진 갭을 형성하여, 배플 플레이트가 단일 조각으로 구성된 것처럼 플라즈마에 의해 젖은 넷 표면(net surface)을 제공하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 23항에 있어서,상기 상부 배플 플레이트가 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 23항에 있어서,상기 상부 배플 플레이트가 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 25항에 있어서,상기 개구가 환형의 오목부를 포함하고, 상기 삽입부가 상기 환형의 오목부 상에 위치되도록 적응된 숄더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 26항에 있어서,상기 환형의 오목부에 대해서 등거리로 이격된 세 개 이상의 핀을 더 포함하고, 상기 삽입부는 상기 세 개 이상의 핀에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 제 23항에 있어서,상기 상부 배플 플레이트가 구멍이 없는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 스트림 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 플레이트에 걸쳐서 세라믹 배플 플레이트가 열적 기울기를 겪는 플라즈마 매개 프로세스 동안에 4 내지 5인치의 반지름을 갖는 상기 세라믹 배플 플레이트의 균열 방지 방법에 있어서,상기 세라믹 배플 플레이트를 두 개 이상의 조각으로 구성하는 단계; 및상기 세라믹 배플 플레이트의 두 개 이상의 조각을 상기 플라즈마 매개 프로세스 동안에 형성된 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하는데, 상기 두 개 이상의 조각에 의해 갭이 형성되고,상기 두 개 이상의 조각이, 복수의 구멍과 하나의 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 복수의 구멍을 갖는 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 배플 플레이트의 균열 방지 방법.
- 제 30항에 있어서,상기 두 개 이상의 조각이 개구를 갖는 하나 이상의 환형의 링부분 및 상기 개구 내에 위치되도록 치수가 정해진 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 배플 플레이트의 균열 방지 방법.
- 제 30항에 있어서,상기 세라믹 배플 플레이트의 두 개 이상의 조각이 플라즈마에 노출되면 상기 두 개 이상의 조각이 세라믹에 대한 재료 스트레스보다 작은 후프 스트레스를 겪는 것을 특징으로 하는 세라믹 배플 플레이트의 균열 방지 방법.
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