KR101341711B1 - 웨이퍼의 베벨 에지 및 이면상의 필름들을 제거하는 장치 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

폴리머 부산물 및 증착된 필름들의 축적을 피하고 공정 수율을 향상시키기 위해, 챔버 내부 및 기판 이면상의 에치 부산물들, 및 기판 베벨 에지 근방의 에치 부산물들, 유전체 필름들 및 금속 필름들의 제거를 위한 개선된 메커니즘들이 제공된다. 기판의 베벨 에지를 세정하도록 구성된 예시적인 플라즈마 에치 공정 챔버가 제공된다. 상기 챔버는, 플라즈마 공정 챔버 내의 기판 지지체를 둘러싸는 하부 에지 전극을 포함하며, 기판 지지체는 상기 기판을 수용하도록 구성되며, 하부 에지 전극 및 기판 지지체는 하부 유전체 링에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 상기 챔버는, 기판 지지체에 대향하는 가스 분배 판을 둘러싸는 상부 에지 전극을 포함하며, 상부 에지 전극 및 가스 분배 판은 상부 유전체 링에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있으며, 상부 에지 전극 및 하부 에지 전극은 세정 플라즈마를 발생시켜 기판의 베벨 에지를 세정하도록 구성된다.

Description

웨이퍼의 베벨 에지 및 이면상의 필름들을 제거하는 장치 및 방법들{APPARATUS AND METHODS TO REMOVE FILMS ON BEVEL EDGE AND BACKSIDE OF WAFER}
본 발명은 일반적으로 기판 제조 기술들에 관한 것이며, 특히 기판의 베벨 에지 (bevel edge) 및 이면으로부터 에치 부산물들의 제거를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
기판, 예를 들면, 반도체 기판 (또는 웨이퍼), 또는 플랫 패널 디스플레이 제조시에 사용되는 것과 같은 유리 패널의 처리시에, 플라즈마가 종종 채용되고 있다. 기판 처리 동안, 기판 (또는 웨이퍼) 은 복수의 다이들 또는 직사각형 영역들로 나눠진다. 복수의 다이들의 각각은 집적회로가 될 것이다. 그후, 기판은 재료들이 선택적으로 제거되고 (또는 에칭) 증착되는 일련의 단계들로 처리된다. 타겟 게이트 길이로부터의 각 나노미터 벗어남은 이들 디바이스들의 동작능력 및/또는 동작 속도로 직접 전이될 수도 있기 때문에, 수 나노미터 정도로 트랜지스터 게이트 임계 치수 (CD) 를 제어하는 것이 최우선 사항이다.
통상적으로, 기판은 에칭 이전에 (포토레지스트 마스크와 같은) 경화된 에멀션의 박막으로 코팅되어 있다. 그후, 경화된 에멀션의 영역들이 선택적으로 제거되어, 하부 층의 일부가 노출되도록 한다. 그후, 기판은 플라즈마 공정 챔버내에서 기판 지지 구조물 상에 놓여진다. 그후, 챔버 안으로 적절한 플라즈마 가스 세트가 도입되고 플라즈마를 발생시켜 기판의 노출된 영역들을 에칭한다.
에치 공정 동안, 에치 부산물들, 예를 들면, 탄소 (C), 산소 (O), 질소 (N), 불소 (F) 등으로 구성된 폴리머들이 종종 기판 에지 (또는 베벨 에지) 근방의 상부 및 하부 표면들상에 형성된다. 일반적으로, 에치 플라즈마 밀도는 기판 에지 근방에서 더 낮으며, 결과적으로 기판 베벨 에지의 상부 및 하부 표면들상에 폴리머 부산물들이 축적된다. 통상적으로, 예를 들면, 기판 에지로부터 약 5mm 내지 약 15mm 사이의 기판 에지 근방에 다이들이 존재하지 않는다. 그러나, 여러 상이한 에치 공정들의 결과로서 베벨 에지의 상부 및 하부 표면들상에 연속적인 부산물 폴리머 층들이 퇴적됨에 따라, 일반적으로 강하고 부착력이 있는 유기 결합들이 후속 처리 단계들 동안 결국 약화될 것이다. 그후, 기판 에지의 상부 및 하부 표면들 근방에 형성된 폴리머 층들은 박리되거나 벗겨져 떨어져서, 기판 수송시에 종종 다른 기판과 접촉하게 될 것이다. 예를 들면, 기판들은 보통, 종종 카세트 (cassette) 들이라고 불리는 실질적으로 청결한 용기들을 통해 플라즈마 처리 시스템들 사이에서 세트들로 이동한다. 보다 높이 위치된 기판이 용기내에서 재위치됨에 따라, 다이들이 존재하는 보다 낮은 기판상에 부산물 파티클들 (또는 플레이크들) 이 내려앉아, 잠재적으로 디바이스 수율에 영향을 미칠 수도 있다.
또한, 에치 부산물들은 에칭 공정 동안 핸들링 (handling) 또는 오염으로 인해 기판 지지체의 이면상에 증착될 수 있다. 기판 이면이 에칭 플라즈마에 노출되지 않기 때문에, 그 이면에 형성된 부산물 폴리머 층은 후속 에치 처리 단계들 동안 제거되지 않는다. 따라서, 기판 에지의 상부 및 하부 표면들 근방의 폴리머 층의 축적과 유사한 방식으로 부산물 폴리머 층이 또한 기판 이면상에 축적될 수 있고, 파티클 문제들을 초래할 수 있다. 게다가, 챔버 벽들과 같은 공정 챔버의 내부에 또한 에치 부산물 폴리머들이 축적될 수 있고, 부산물들 축적 및 챔버 파티클 문제들을 피하기 위해 이 에치 부산물 폴리머들은 주기적으로 제거되어야만 한다.
또한, SiN 및 SiO2와 같은 유전체 필름들과, Al 및 Cu와 같은 금속 필름들이 (상부 및 하부 표면들을 포함하여) 베벨 에지상에 증착될 수 있고, 에칭 공정들 동안 제거되지 못한다. 이들 필름들은 또한 후속 공정시 축적할 수 있고 벗겨져 떨어져서, 다비아스 수율에 영향을 미친다.
상기한 점을 감안하여, 폴리머 부산물들 및 증착된 필름들의 축적을 피하고 공정 수율을 향상시키기 위해, 챔버 내부 및 기판 이면상의 에치 부산물들, 및 기판 베벨 에지 근방의 에치 부산물들, 유전체 필름들 및 금속 필름들의 제거를 위한 개선된 메커니즘들을 제공하는 장치 및 방법이 필요하다.
대체적으로, 본 실시형태들은, 폴리머 부산물 및 증착된 필름들의 축적을 피하고 공정 수율을 향상시키기 위해, 챔버 내부 및 기판 이면상의 에치 부산물들, 및 기판 베벨 에지 근방의 에치 부산물들, 유전체 필름들 및 금속 필름들의 제거를 위한 개선된 메커니즘들을 제공함으로써 상기 필요성을 만족시킨다. 본 발명은, 공정, 장치, 또는 시스템으로서 포함하는, 여러 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 이하, 본 발명의 몇몇 발명의 실시형태들에 대해 서술한다.
일 실시형태에 있어서, 기판의 베벨 에지를 세정하도록 구성된 플라즈마 에치 공정 챔버가 제공된다. 상기 챔버는 상기 플라즈마 에치 공정 챔버 내의 기판 지지체를 둘러싸는 하부 에지 전극 (bottom edge electrode) 을 포함하며, 상기 기판 지지체는 상기 기판을 수용하도록 구성되며, 상기 하부 에지 전극 및 상기 기판 지지체는 하부 유전체 링에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 상기 챔버는 상기 기판 지지체에 대향하는 가스 분배 판을 둘러싸는 상부 에지 전극 (top edge electrode) 을 포함하며, 상기 상부 에지 전극 및 상기 가스 분배 판은 상부 유전체 링에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있으며, 상기 상부 에지 전극 및 상기 하부 에지 전극은 세정 플라즈마를 발생시켜 상기 기판의 상기 베벨 에지를 세정하도록 구성된다.
다른 실시형태에 있어서, 공정 챔버의 챔버 내부를 세정하기 위해 기판 지지체에 연결된 원격 플라즈마 소스를 갖는 공정 챔버가 제공된다. 상기 챔버는 상기 공정 챔버 내의 기판 지지체, 및 상기 기판 지지체에 연결된 원격 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 원격 플라즈마 소스는 세정 플라즈마를 공급하여 상기 공정 챔버의 상기 챔버 내부를 세정한다.
다른 실시형태에 있어서, 플라즈마 에치 공정 챔버 내의 기판의 베벨 에지를 세정하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 상부에 기판이 배치된 기판 지지체, 및 상기 베벨 에지의 세정 동안 상기 기판의 표면의 중심 부분을 덮고 상기 기판의 상기 베벨 에지를 노출시키는 덮개 판을 포함한다. 또한, 상기 장치는 상기 기판 위에 상기 덮개 판을 지지하는 덮개 판 지지체 어셈블리를 포함한다.
또 다른 실시형태에 있어서, 에치 공정 챔버 내에서 기판의 베벨 에지를 세정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 공정 챔버 내의 기판 지지체상에 기판을 배치하는 단계, 및 상기 기판 지지체로부터 이격되어 배치된, 가스 분배 판의 중심 근방에 위치된 가스 공급부를 통해 세정 가스 (또는 세정 공정 가스) 를 유입하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 RF 전원에 의해 하부 에지 전극 또는 상부 에지 전극에 전력공급하고 상기 RF 전원에 의해 전력공급되지 않은 다른 하나의 에지 전극을 접지함으로써 상기 기판의 베벨 에지 근방에 세정 플라즈마를 발생시켜 상기 베벨 에지를 세정하는 단계를 포함하며, 상기 하부 에지 전극은 상기 기판 지지체를 둘러싸고, 상기 상부 에지 전극은 상기 가스 분배 판을 둘러싼다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점은, 본 발명의 원리들을 예를 들어 도시한 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이며, 동일한 참조 부호들은 동일한 구조 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1a는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들을 갖는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1aa는 도 1a의 영역 B의 확대된 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 상부 및 하부 에지 전극들을 사용하여 기판 베벨 에지 근방의 부산물들을 에칭하는 공정 흐름도를 도시한다.
도 1c는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들을 갖는 기판 에칭 시스템의 다른 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1d는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들, 및 둘러싸는 유도 코일들을 갖는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1e는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들, 및 상기 1쌍의 에지 전극들을 둘러싸는 오버행 전극 (overhang electrode) 을 갖는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1f는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들, 및 상기 1쌍의 에지 전극들을 둘러싸는 오버행 전극을 갖는 기판 에칭 시스템의 다른 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1g는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들, 및 상기 1쌍의 에지 전극들을 둘러싸는 오버행 전극을 갖는 기판 에칭 시스템의 또 다른 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1h는 1쌍의 상부 및 하부 에지 전극들, 및 상기 1쌍의 에지 전극들을 둘러싸는 중공 캐소드 전극을 갖는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 2a는 기판 지지체에 연결된 원격 플라즈마 세정 소스를 갖는 기판 에칭 시스템을 도시한다.
도 2b는 기판 이면을 세정하기 위한 공정 흐름도를 도시한다.
도 2c는 챔버 내부를 세정하기 위한 공정 흐름도를 도시한다.
도 3a는 기판 덮개 판을 갖는 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 3b는 기판 덮개 지지체를 갖는 기판 덮개 판의 일 실시형태의 개략 평면도를 도시한다.
도 3c는 기판 덮개 판을 갖는 기판 에칭 시스템 내에서 기판 베벨 에지를 세정하기 위한 공정 흐름도를 도시한다.
몇몇 예시적인 실시형태들은, 폴리머 부산물 및 필름 축적을 피하고 공정 수율을 향상시키기 위해, 챔버 내부 및 기판 이면상의 에치 부산물들, 및 기판 베벨 에지 근방의 에치 부산물들, 유전체 필름들 및 금속 필름들을 제거하기 위한 개선된 메커니즘들을 제공한다. 여기에 설명된 구체적인 상세내용들 중 일부 또는 모두를 가지지 않고 본 발명을 실시할 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1a는 에치 공정 챔버 (100) 의 일 실시형태를 도시한다. 챔버 (100) 는 상부에 기판 (150) 을 갖는 기판 지지체 (140) 를 가진다. 일 실시형태에 있어서, 기판 지지체 (140) 는 RF (radio frequency) 전원 (도시하지 않음) 에 의해 전력공급되는 정전 척이다. 다른 실시형태에 있어서, 기판 지지체 (140) 는 통상의 전극이다. 기판 지지체 (140) 는 DC (직류) 또는 RF 바이어스될 수 있다. 기판 지지체 (140) 에 대향하여, 가스 공급부 (161) 를 갖는 가스 분배 판 (160) 이 있다. 또한, 기판 지지체는 RF 전력공급, 바이어스, 또는 접지될 수 있다. 기판 (150) 의 에칭 동안, 챔버 (100) 는 RF 전력공급되어 용량 결합형 에치 플라즈마 또는 유도 결합형 에치 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도 1a의 영역 B 및 도 1aa의 확대된 영역 B에 도시된 바와 같이, 기판 (150) 은 기판 에지의 상부 및 하부 표면을 포함하는 베벨 에지 (117) 를 가진다. 도 1aa에서, 베벨 에지 (117) 는 굵은 실선과 곡선으로 강조되어 있다.
기판 지지체 (140) 의 에지를 둘러싸는, 알루미늄 (Al) 과 같은 도전성 재료들로 이루어진 하부 에지 전극 (120) 이 있다. 기판 지지체 (140) 와 하부 에지 전극 (120) 사이에, 기판 지지체 (140) 와 하부 에지 전극 (120) 을 전기적으로 분리하는 하부 유전체 링 (121) 이 있다. 일 실시형태에 있어서, 기판 (150) 은 하부 에지 전극 (120) 과 접촉하지 않는다. 하부 에지 전극 (120) 너머에, 기판 (150) 에 대면하여 하부 에지 전극 (120) 의 표면을 연장하는 다른 하부 절연 링 (125) 이 있다.
가스 분배 판 (160) 을 둘러싸는, 알루미늄 (Al) 과 같은 도전성 재료들로 이루어진 상부 에지 전극 (110) 이 있다. 상부 에지 전극 (110) 은 상부 유전체 링 (111) 에 의해 가스 분배 판 (160) 으로부터 전기적으로 절연되어 있다. 상부 에지 전극 (110) 너머에, 기판 (150) 에 대면하여 상부 에지 전극 (110) 의 표면을 연장하는 상부 절연 링 (115) 이 있다.
일 실시형태에 있어서, 하부 에지 전극 (120) 은 RF 전원 (123) 에 연결되고, 상부 에지 전극 (110) 은 접지되어 있다. 기판 베벨 에지 세정 공정 동안, RF 전원 (123) 은 약 100 와트 내지 약 2000 와트 사이의 전력 및 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 주파수에서의 RF 전력을 공급하여 세정 플라즈마를 발생시킨다. 베벨 에지 세정 동안, 기판 지지체 (140) 및 가스 분배 판 (160) 은 전기적 플로팅 상태로 유지된다. 세정 플라즈마는, 상부 유전체 링 (111), 상부 에지 전극 (110), 상부 절연 링 (115), 하부 유전체 링 (121), 하부 에지 전극 (120), 및 하부 절연 링 (125) 에 의해 한정되도록 구성된다. 세정 가스(들)는 가스 공급부 (161) 를 통해 공급된다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부 (161) 는 가스 분배 판 (160) 의 중심 근방에 위치된다. 다른 방식으로, 세정 가스(들)는 또한 공정 챔버 (100) 의 다른 부분에 배치된 가스 공급부(들)를 통해 공급될 수 있다.
에치 부산물 폴리머들을 세정하기 위해, 세정 가스들은 O2와 같은 산소-함유 가스를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시형태에 있어서 10% 미만과 같은 적은 양의 CF4, SF6, 또는 C2F6과 같은 불소-함유 가스를 부가하여 폴리머를 세정할 수 있다. 또한, 그 가스 혼합물에 N2와 같은 질소-함유 가스가 포함될 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 질소-함유 가스는 산소-함유 가스의 해리를 돕는다. 또한, Ar 또는 He와 같은 불활성 가스를 부가하여 가스를 희석하고 및/또는 플라즈마를 유지할 수 있다. 베벨 에지 (117) 에서, SiN 또는 SiO2와 같은 유전체 필름(들)을 세정하기 위해, CF4, SF6 또는 두 가스들의 조합과 같은 불소-함유 가스를 사용할 수 있다. 또한, Ar 또는 He와 같은 불활성 가스를 사용하여 불소-함유 가스를 희석하고 및/또는 세정 플라즈마를 유지할 수 있다. 베벨 에지 (117) 에서, Al 또는 Cu와 같은 금속 필름(들)을 세정하기 위해, Cl2 또는 BCl3, 또는 두 가스들의 조합과 같은 염소-함유 가스를 사용할 수 있다. 또한, Ar 또는 He와 같은 불활성 가스를 사용하여 염소-함유 가스를 희석하고 및/또는 플라즈마를 유지하여 금속 필름(들)을 세정할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 플라즈마가 한정되는 것을 보장하기 위해, 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이의 간격, DEE는 1.5cm 미만이다. 1.5cm 미만의 DEE는 기판 에지 근방의 개구의 폭 (Dw) 과 갭 (DEE) 사이의 비율이 4:1 미만이 되도록 하여, 플라즈마 한정을 보장한다. Dw는 기판 에지 근방의 개구의 폭이다. 일 실시형태에 있어서, Dw는 하부 절연 링 (125) 의 폭 또는 상부 절연 링 (115) 의 폭이다. 챔버 압력은 베벨 에지 세정 공정 동안 약 100mTorr 내지 약 2Torr 사이로 유지된다. 베벨 에지 세정 공정 동안 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이에 플라즈마가 형성되지 않도록 보장하기 위해, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이의 간격, Ds는 0.6mm 미만이다.
다른 실시형태에 있어서, 상부 에지 전극 (110) 에 RF 전원이 연결될 수 있으며, 하부 에지 전극 (120) 은 접지되어 용량 결합형 세정 플라즈마를 발생시킨다. 다른 방식으로, 상부 에지 전극 (110) 또는 하부 에지 전극 (120) 중 어느 하나는 유전체 재료에 내장된 유도 코일로 대체될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 유도 코일은 RF 전원에 연결되고, 대향하는 에지 전극은 접지된다. RF 전원은 전력을 공급하여 유도 결합형 에치 플라즈마를 발생시켜 베벨 에지 (117) 를 세정하다.
상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이 및 기판 에지 근방에 발생된 플라즈마는 기판의 기판 베벨 에지를 세정한다. 세정은 기판 베벨 에지에서 폴리머의 축적을 저감시키는 것을 도와서, 디바이스 수율에 영향을 미치는 파티클 결함의 가능성을 제거 또는 감소시킨다.
도 1b는 기판의 베벨 에지를 세정하기 위한 공정 흐름도 (150) 의 실시형태를 도시한다. 공정은 단계 151에서 공정 챔버 내의 기판 지지체상에 기판을 배치함으로써 시작된다. 그후, 공정은 단계 152에서 가스 분배 판의 중심 근방에 위치된 가스 공급부를 통해 세정 가스(들)를 유입시킨다. 그후, 단계 153에서, RF 전원을 사용하여 상부 에지 전극 또는 하부 에지 전극 중 어느 하나에 전력공급하고 RF 전원에 의해 전력공급되지 않는 다른 하나의 에지 전극을 접지시킴으로써 기판의 베벨 에지 근방에 세정 플라즈마를 발생시킨다.
*도 1c는 베벨 에지 세정 메커니즘의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태의 공정 챔버 (100C) 내의 컴포넌트들은 도 1a에 도시한 것과 매우 유사하다. 차이점은, 이 실시형태에서는, 하부 에지 전극 (120') 이 기판 (150) 의 하부 표면과 접촉되도록 내측으로 이동되어 있다는 점이다. 하부 에지 전극 (120') 은 전적으로 기판 (150) 아래에 있어서 세정 공정 동안 하부 에지 전극 (120') 이 스퍼터링되지 않는 것을 보장한다. RF 전원 (123) 은 RF 전력을 공급하며, RF 전력은 기판 (150) 을 통해 전송되어 접지된 상부 에지 전극 (110') 에 의해 세정 플라즈마를 발생시킨다. 세정 플라즈마는 베벨 에지를 세정한다. 기판을 통한 직접적인 RF로 인해, 기판은 도 1a에 도시된 실시형태에 비해 보다 높은 DC 전위를 가진다. 기판상의 보다 높은 DC 전위는 보다 높은 이온 에너지 및 보다 높은 에치 속도를 초래한다.
도 1d는 베벨 에지 세정 장치의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 공정 챔버 (100D) 내의 컴포넌트들은 도 1a에서의 컴포넌트들과 유사하다. 차이점은, 유도 코일(들) (170) 이 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이의 간격 및 기판 베벨을 둘러싸고 있다는 점이다. 유도 코일 (170) 은 유전체 재료 (171) 에 내장되어 있고 RF 전원 (175) 에 연결되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 유전체 재료 (171) 는 유전체 지지체 (172) 에 연결되어 있다.
유도 코일(들) (170) 은 RF 전원 (175) 에 연결되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 베벨 세정 공정 동안, RF 전원 (175) 은 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 범위의 RF 전력을 공급하여 기판 베벨 근방에 유도 플라즈마를 발생시킨다. 상부 에지 전극 (110) 및 하부 에지 전극 (120) 은 둘다 접지되어 유도 플라즈마를 위한 리턴 경로를 제공한다. 발생된 플라즈마는 베벨 에지 및 기판 이면을 유효하게 세정할 수 있다. 유도 코일 (170) 은 고밀도 플라즈마를 제공하여 베벨 에지를 유효하게 세정할 수 있다.
또한, 도 1d에 도시된 유도 코일 (170) 은 플라즈마를 발생시키는데 사용되어 기판 이면 및 챔버 벽을 세정할 수 있다. 기판 이면 세정 동안, 기판 (150) 은 리프트 핀들 (도시하지 않음) 에 의해 기판 지지체 (140) 로부터 멀어지게 들어올려진다. 일 실시형태에 있어서, 공정 챔버 내의 압력은 500 mTorr 미만으로 유지된다. 보다 낮은 챔버 압력은 세정 플라즈마가 기판 이면 아래에서 확산하도록 한다. 기판 이면 세정을 위해, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이에 플라즈마가 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이의 간격 요건, Ds는 여전히 0.6mm 미만으로 유지되어야만 한다. 그러나, 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이의 간격, DEE는, 더 이상 필요하지 않다. 세정 플라즈마는 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이 또는 상부 절연 링 (115) 과 하부 절연 링 (125) 사이에 한정될 필요가 없다. 세정 플라즈마는 기판 이면을 세정하기 위해 들어올려진 기판 (150) 아래에서 확산되어야만 한다. 또한, 기판 이면을 세정하는데 사용되는 것과 유사한 구성들 및 공정들을 이용하여 챔버 벽들을 포함한 챔버 내부에 축적된 에치 부산물들을 세정할 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 챔버 내부 세정 동안, 기판은 챔버 내에 머무를 수 있고 또는 챔버로부터 제거될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 기판 이면 세정 및 챔버 내부 세정은 동시에 수행될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 용량 결합형 플라즈마를 사용하여 베벨 에지를 세정하고 기판 이면을 세정할 수 있다. 베벨 에지를 세정하기 위해, 사용된 RF 전력의 주파수는 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이이다. 챔버 에지를 세정하기 위해, RF 전력의 주파수는 약 27MHz 내지 약 60MHz 사이이다. 도 1e는 이중 RF 주파수들을 이용하여 베벨 에지, 기판 이면 및 챔버 내부를 세정하도록 하는 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이의 개구를 둘러싸는 도전성 오버행 (171) 이 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 도전성 오버행 (171) 은 고주파 RF 전원 (177) 에 연결되며, 상부 에지 전극 (110) 은 저주파 RF 전원 (175) 에 연결되고, 하부 에지 전극 (120) 은 접지된다. 고주파 RF 전력은 약 27MHz 내지 약 60MHz 사이의 주파수를 가진다. 저주파 RF 전력은 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 주파수를 가진다. 기판 이면 및 챔버 내부 세정 동안, 고주파 RF 전원 (177) 은 RF 전력을 공급하여 세정 플라즈마를 발생시킨다. 상부 에지 전극 (110) 은 접지된다. 일 실시형태에 있어서, 챔버 압력은 500mTorr 미만으로 유지된다. 기판은 리프트 핀들 (도시하지 않음) 에 의해 기판 지지체 위로 들어올려진다. 상부 에지 전극과 하부 에지 전극 사이의 1.5cm 미만의 간격 요건은 더 이상 필요없다. 세정 플라즈마는 기판 이면 아래에서 확산되어 세정을 위해 챔버 내부의 다른 부분들로로 확산되어야만 한다. 그러나, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이에 플라즈마가 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이의 0.6mm 미만의 간격 요건은 여전히 필요하다. 500mTorr 미만의 비교적 낮은 챔버 압력은 처리 플라즈마가 기판 아래에서 확산하도록 하여, 챔버 세정 플라즈마가 전체 챔버를 세정할 수 있다.
베벨 에지 세정 동안, 저주파 RF 전원 (175) 은 RF 전력을 공급하여 세정 플라즈마를 발생시킨다. 도전성 오버행은 접지된다. 일 실시형태에 있어서, 챔버 압력은 약 100mTorr 내지 약 2Torr 사이로 유지된다. 플라즈마가 한정되고 플라즈마가 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이에 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 이 실시형태내에서는 상부 에지 전극과 하부 에지 전극 사이의 1.5cm 미만의 간격 요건 및 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이의 0.6mm 미만의 간격 요건을 따라야만 한다.
(도 1f에 도시된) 다른 실시형태에 있어서, 상부 에지 전극 (110) 은 저주파 RF 전원 (175) 에 연결되며, 하부 에지 전극 (120) 은 고주파 RF 전원 (177) 에 연결된다. 도전성 오버행 (171) 은 접지된다. 공정 조건 및 구성들은 도 1e의 실시형태에 기재된 것과 유사하다. 다른 방식으로, 상부 에지 전극 (110) 은 약 27MHz 내지 약 60MHz 사이의 고주파 RF 전원 (177) 에 연결될 수 있으며, 하부 에지 전극 (120) 은 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 저주파 RF 전원에 연결될 수 있다.
(도 1g에 도시된) 또 다른 실시형태에 있어서, 상부 에지 전극 (110) 과 도전성 오버행 (171) 은 둘다 접지되어 있다. 하부 에지 전극 (120) 은 2종류의 RF 전력들 (하나는 약 2MHz와 약 13MHz 사이이며, 다른 하나는 약 27MHz와 약 60MHz 사이임) 을 공급할 수 있는 2개의 RF 전원들 (175, 177) 에 연결되어 있다. 베벨 세정 동안, 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 전력을 공급하는 RF 전원이 턴온된다. 기판 이면 세정 동안, 약 27MHz와 약 60MHz 사이의 전력을 공급하는 RF 전원이 턴온된다. 다른 방식으로, 상부 에지 전극 (110) 이 2개의 RF 전원들 (175, 177) 에 연결될 수 있고, 하부 에지 전극 (120) 및 도전성 오버행 (171) 이 접지된다.
도 1h는 다른 실시형태를 도시하고 있다. 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 을 각각 둘러싸는 유전체 링들 (115, 125) 외측에, 알루미늄 (Al) 과 같은 도전성 재료로 이루어진 중공 캐소드 링 (174) 이 있다. 중공 캐소드 링 (174) 은 베벨 에지에 대면하는 개구 (176) 를 가진다. 일 실시형태에 있어서, 개구 (176) 의 폭은 약 1.0cm 보다 크다. 중공 캐소드 링 (174) 은 RF 전원 (175) 에 연결되며, 상부 에지 전극 (110) 및 하부 에지 전극 (120) 은 둘다 접지된다. 이 실시형태에서는 가스 분배 판 (160) 및 기판 지지체 (140) 가 플로팅 상태로 유지된다. 일 실시형태에 있어서, 중공 캐소드 링 (174) 은 RF 전원 (175) 에 의해 전력공급되어 플라즈마 공정 가스를 발생시켜 베벨 에지를 세정한다. RF 전원 (175) 은 약 2MHz 내지 약 13MHz 사이의 전력을 공급한다. 다른 실시형태에 있어서, 중공 캐스드 링 (174) 은 RF 전원 (177) 에 의해 전력공급되어 플라즈마 공정 가스를 발생시켜 기판 이면 및/또는 챔버 내부를 세정한다. RF 전원 (177) 은 약 27MHz와 약 60MHz 사이의 전력을 공급한다. 일 실시형태에 있어서, 공정 가스는 기판 중심 근방의 가스 공급부 (161) 를 통해 공급된다. 중공 캐소드 링 (174) 은, 베벨 에지를 세정할 때 매우 유효한, 예컨대, 약 1E10 내지 약 1E11 사이의 범위의 고밀도 플라즈마를 발생시킨다. 이 실시형태에 대하여, 상부 에지 전극 (110) 과 하부 에지 전극 (120) 사이의 1.5cm 미만의 DEE의 간격 요건은 더 이상 필요없다. 그러나, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이에 플라즈마가 형성되지 않도록 보장하기 위해, 가스 분배 판 (160) 과 기판 (150) 사이의 요건은 여전히 필요하다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 공정 챔버 (200) 는 상부 가스 분배 판 (260) 과 기판 지지체 (240) 를 가진다. 일 실시형태에 있어서, 가스 분배 판 (260) 은 또한 전극일 수 있고, 기판 지지체 (240) 는 RF 전원 (245) 에 연결되는 정전 척일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 기판 지지체 (240) 는 기판 지지체 (240) 를 승강 이동시킬 수 있는 이동 어셈블리 (230) 에 연결된다. 기판 (250) 의 에칭 동안, RF 전원 (245) 은 RF 전력을 공급하여 접지된 상부 전극 (260) 에 의해 용량 결합형 에치 플라즈마를 발생시켜 기판 (250) 을 에칭한다. 이 에치 구성은 단지 예시로서 이용된다. 또한, 용량형 또는 유도형 플라즈마를 발생시켜 기판 (250) 을 에칭하기 위한 다른 에치 구성들을 이용할 수 있다.
가스 공급부 (263) 가 기판 지지체 (240) 에 내장되어 있어, 원격 발생된 세정 플라즈마를 기판 (250) 의 이면에 공급하여 기판 이면을 세정하거나 또는 원격 발생된 세정 플라즈마를 챔버 (200) 에 공급하여 공정 챔버 (200) 를 세정한다. 기판 이면 세정 동안, 리프트 핀들 (290) 은 기판 (250) 을 들어올려 기판 지지체 (240) 로부터 분리시킨다. 원격 세정 플라즈마 소스 (270 또는 270') 는 세정 플라즈마를 기판 (250) 이면에 제공하여 기판 이면을 세정한다. 일 실시형태에 있어서, 원격 세정 플라즈마는 도 2a에서 마이크로파 소스 (270) 로서 도시된 마이크로파에 의해 발생된다. 다른 실시형태에 있어서, 원격 세정 플라즈마는 도 2a에서 용량 결합형 플라즈마 (CCP) 소스 (270') 로서 도시된 용량 결합형 플라즈마 (CCP) 로서 1쌍의 용량 결합형 전극들에 의해 발생된다. 또한, 유도 결합형 플라즈마 발생기와 같은 다른 종류의 구성들을 사용하여 원격 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판 이면 세정 동안, 챔버 압력은 500mTorr 미만으로 유지되어 세정 플라즈마가 기판 (250) 아래에서 확산되도록 (또는 퍼지도록) 한다.
또한, 기판 지지체 (240) 에 내장된 가스 공급부 (263) 를 통해 공급된 원격 플라즈마를 사용하여 챔버 벽들 (201) 을 포함한 챔버 내부를 세정할 수 있다. 챔버 내부의 세정 동안, 기판 (250) 은 리프트 핀들 (290) 상에 체류하거나 또는 기판 챔버 (200) 로부터 제거될 수 있다. 챔버 내부 세정 동안, 챔버 압력은 5 Torr 미만으로 유지된다.
도 2b는 기판 이면을 세정하기 위한 공정 흐름도 (250) 의 일 실시형태를 도시한다. 단계 251에서, 공정 챔버 내의 기판 지지체로부터 기판을 들어올린다. 단계 252에서, 기판 지지체에 내장된 가스 공급부를 통해 원격 발생된 세정 플라즈마를 유입하여 기판 이면을 세정한다. 도 2c는 공정 챔버를 세정하기 위한 공정 흐름도 (255) 의 일 실시형태를 도시한다. 단계 256에서, 기판 공정 챔버로부터 기판을 제거한다. 공정 챔버는 증착 챔버, 에치 챔버, 또는 이러한 개념이 이로울 수 있는 다른 종류의 챔버들일 수 있다. 단계 257에서, 기판 지지체에 내장된 가스 공급부를 통해 원격 발생된 세정 플라즈마를 유입하여 공정 챔버 내부를 세정한다.
도 3a는 기판 베벨 에지를 세정하는 메커니즘의 일 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 베벨 세정 동안 기판 (350) 위에 덮개 판 (375) 이 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 기판 표면과 기판 (350) 에 대면되는 덮개 판 (375) 표면 사이의 간격은 약 0.5mm 미만이다. 덮개 판 (375) 은 석영 또는 세라믹과 같은 유전체 재료들로 이루어진다. 덮개 판은 기계적 메커니즘 (373) 에 의해 승강 이동될 수 있는 지지체 어셈블리 (370) 에 의해 지지된다. 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 는 유전체 재료들로 이루어질 수 있고 또는 유전체 코팅을 가진다. 유전체 재료들의 예로는 석영 및 세라믹을 포함한다. 기판 에칭 동안, 덮개 판 (375) 은 기판 표면으로부터 제거된다. 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 는 에칭 공정 동안 기판 (350) 과 동일한 높이로 또는 기판 (350) 아래로 이동된다. 베벨 에지 세정 동안, 용량 결합형 플라즈마 또는 유도 결합형 플라즈마를 발생시켜 기판 베벨 에지를 세정할 수 있다. 도 3a에 도시된 실시형태에 있어서, 유도 코일(들) (360) 이 챔버 (300) 외측에 배치된다. 유도 코일(들) (360) 은 RF 전원 (377) 에 연결된다. 기판 지지체 (340) 는 접지되어 유도 플라즈마를 위한 리턴 경로를 제공한다. 가스 공급부 (361) 를 통해 또는 다른 가스 공급부 구성들에 의해 공정 챔버의 상부에서 공정 가스가 공급될 수 있다.
유도 플라즈마는 기판 베벨 에지를 세정할 수 있고, 덮개 판은 주요 기판 표면을 보호한다. 도 3b는 덮개 판 (375) 및 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 의 평면도를 도시한다. 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 는 덮개 판을 지지하는데 사용되는 다수의 지지체 핑거들 (374) 을 가진다. 일 실시형태에 있어서, 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 는 다수의 조각들 (I, II 및 III) 로 이루어지며, 이 다수의 조각들은 에칭 공정 동안 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 가 기판 (350) 아래로 이동하도록 한다.
도 3c는 베벨 에지 세정 공정 흐름도 (350) 를 도시한다. 공정은, 단계 351에서, 기판 지지체 상에 놓인 기판 위에 덮개 판을 배치함으로써 시작한다. 덮개 판은 덮개 판 지지체 상에 배치된다. 덮개 판은 기판의 중심을 덮으며, 기판 베벨 에지 (또는 덮개 판 (375) 의 에지와 덮개 판 지지체 어셈블리 (370) 의 에지 사이의 영역) 를 노출시킨 채로 둔다. 단계 352에서, 공정 챔버에 세정 가스(들)를 유입한다. 단계 353에서, 전극에 RF 전력을 공급하여 세정 플라즈마를 발생시켜 기판의 베벨 에지를 세정한다.
상기 서술된 실시형태들은 베벨 에지, 기판 이면 및 챔버 내부를 세정하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다. 베벨 에지, 기판 이면 및 챔버 내부를 세정하는 상술한 실시형태들 및 개념들은, 유전체 에치 챔버들, 또는 금속 에치 챔버를 포함하는 도체 에치 챔버들에 적용될 수 있다. 또한, 상기 서술한 실시형태들 및 개념들은 다른 종류의 에치 챔버들, 적용가능한 증착 챔버들, 및 적용가능한 공정 챔버들에 적용될 수 있다.
베벨 에지, 기판 이면, 및 챔버 내부의 세정을 위한 개선된 장치 및 방법들은 챔버 내부 또는 기판상의 원치않는 에치 부산물들 및 증착된 필름들의 축적을 감소시키고 디바이스 수율을 향상시킨다.
전술한 발명에 대해 명료하게 이해시키기 위해 일부 상세하게 서술되었지만, 첨부된 청구범위의 취지내에서 특정 변화 및 변형이 이루어질 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 실시형태들은 한정을 위한 것이 아니라 예시로서 고려되며, 본 발명은 여기에 주어진 상세내용들에 제한되지 않고, 첨부된 청구범위의 취지 및 등가물 내에서 변형될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 공정 챔버의 챔버 내부를 세정하기 위해 기판 지지체에 연결된 원격 플라즈마 소스를 갖는 공정 챔버로서,
    상기 공정 챔버 내의 기판 지지체; 및
    상기 기판 지지체에 연결된 원격 플라즈마 소스를 포함하며,
    상기 원격 플라즈마 소스는 상기 공정 챔버의 상기 챔버 내부를 세정하기 위한 세정 플라즈마를 공급하는, 원격 플라즈마 소스를 갖는 공정 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 마이크로파에 의해 발생되는, 원격 플라즈마 소스를 갖는 공정 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 용량 또는 유도 결합형 플라즈마인, 원격 플라즈마 소스를 갖는 공정 챔버.
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