KR102215499B1 - 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링 및 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

웨이퍼 기판의 변형을 모니터링 및 제어하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하고 제어하는 방법 및 시스템이 개시된다. 본 방법은:
- 웨이퍼의 전체 상면이 노출되도록 공정 챔버 내에 플래튼 어셈블리 상에 웨이퍼 기판을 배치하는 단계;
- 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 통과시키는 단계;
- 상기 플래튼 어셈블리에 무선 주파수 바이어스 전압을 인가하는 단계;
- 상기 공정 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계;
- 에칭 과정 동안, 상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 전압차를 모니터링하는 단계;
- 임계 모니터링된 전압에 도달하면, 추가 에칭을 방지하기 위해 상기 플라즈마를 감쇠시키거나 소멸시키는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼 기판의 변형을 모니터링 및 제어하는 방법 및 시스템{A METHOD AND SYSTEM OF MONITORING AND CONTROLLING DEFORMATION OF A WAFER SUBSTRATE}
본 발명은 플라즈마 에칭 공정 동안 웨이퍼의 휨(deflection)을 모니터링하고 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전자 및 광전자 어플리케이션에 사용하기 위한 웨이퍼 기판들을 처리할 때, 웨이퍼 표면들이 매우 평탄하고 클린하다는 것을 보장할 필요가 있다. 벌크 웨이퍼가 제조되면, 다양한 연삭, 연마 및 에칭 단계들이 평탄하고 균일한 표면들을 제조하기 위해 필요하다. 그러나, 주로 기계적 마모 단계의 결과로서, 웨이퍼의 표면 근처에 축적된 응력이 있을 수 있다는 것으로 나타났다. 웨이퍼의 전방과 후방 사이의 응력 불균형은 웨이퍼 휨(bow)을 가져올 수 있으며, 결과적으로, 후속 공정 단계들에 대해 불리한 결과를 가질 수 있다. 응력 불균형을 최소화하기 위해, 습식 화학적 에칭, 화학적 기계적 연마 또는 플라즈마 에칭, 또는 이들 공정의 조합과 같은 다양한 방법들이 사용될 수 있다.
응력을 완화시키거나 웨이퍼 기판 상에 표면 텍스처(texture)를 생성하기 위해 플라즈마 에칭을 사용할 때, 중요한 요구 사항은 웨이퍼 손상을 일으키지 않으면서, 가능한 한 높은 속도로, 표면으로부터 재료를 균일하게 제거하는 것이다. 이러한 플라즈마 에칭 공정에서 내재된 것은 웨이퍼 변형을 가져올 수 있는 웨이퍼 내의 응력 변화다. 과도한 변형은 웨이퍼 파단을 가져올 수 있는데, 이후, 에칭 챔버가 파편을 제거하기 위해 일반적으로 제거되어야 하기 때문에 매우 바람직하지 않다. 이는 순차적으로 플라즈마 에칭 툴에 대해 비용이 많이 드는 비가동 시간(downtime)을 가져올 수 있다.
종래의 플라즈마 에칭에서, 기판은 기계적 또는 정전기 클램프를 사용하여 제 위치에 유지되며, 예를 들어, 헬륨과 같은 냉각제의 사용을 통해 냉각된다. 그러나, 웨이퍼의 전체 표면이 에칭되어야 할 필요가 있을 때, 클램프가 웨이퍼 접촉을 하고, 따라서 웨이퍼를 커버하는 경우, 기계적 클램핑은 웨이퍼의 영역으로서 사용될 수 없으며, 웨이퍼의 노출되거나 커버되지 않은 영역에 대해 상이한 에칭 속도를 수용할 것이다. 또한, 기판이, 예를 들어, 사파이어 또는 글라스와 같은 절연체인 경우, 정전기 클램프 또는 척(chuck)은 사용될 수 없다.
이제, 플라즈마 에칭 공정 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하는 방법 및 시스템을 고안하였다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하고 제어하는 방법이 제공되는데, 본 방법은:
-웨이퍼의 전체 상면이 노출되도록 공정 챔버 내의 플래튼 어셈블리 상에 웨이퍼 기판을 배치하는 단계;
-상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 통과시키는 단계;
-상기 플래튼 어셈블리에 무선 주파수 바이어스 전압을 인가하는 단계;
-상기 공정 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계;
-에칭 공정 동안, 상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 전압차를 모니터링하는 단계;
-임계 모니터링된 전압에 도달하면 추가 에칭을 방지하기 위해 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 포함한다.
실시예에서, 비틀림 및 휨과 같은 웨이퍼 기판의 변형은 플래튼 어셈블리에 대해 모니터링되고, 상대적인 변형량은 플라즈마 에칭 공정 동안, 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 전압차를 모니터링함으로써 결정된다.
실시예에서, 본 방법은 무선 주파수(radio frequency; RF) 파워를 공정 챔버에 유도적으로 또는 용량적으로 커플링함으로써 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다.
실시예에서, 본 방법은 RF 전위를 챔버 주위에 배치된 하나 이상의 안테나 또는 코일에 가함으로써 RF 파워를 챔버 내에 유도적으로 커플링하는 단계를 포함한다. 대안적으로 또는 이에 추가로, 본 방법은 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위해 플래튼 어셈블리에 RF 전위를 용량적으로 커플링하는 단계를 포함한다.
본 방법은 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 피크 대 피크 전압차(peak-to-peak voltage difference; Vpp)를 모니터링하는 단계를 포함한다. 추가 실시예에서, 본 방법은 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 DC 전압차(direct current voltage difference; Vdc)를 모니터링하는 단계를 포함하거나 추가로 포함한다.
웨이퍼가 초기에 평평한 구조를 포함하는 실시예에서, 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 피크 대 피크 전압차가 에칭 공정의 시작 시에 피크 대 피크 전압차의 10% 및 바람직하게는 20%를 초과하면, 본 방법은 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 포함한다. 대안적으로 또는 이에 추가로, 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 DC 전압차가 에칭 공정의 시작 시에 DC 전압차의 50% 및 보다 바람직하게는 100%를 초과하면, 본 방법은 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 포함할 수 있다. 어느 하나의 상황에서, 본 방법은 에칭 공정 동안 웨이퍼의 과도한 비틀림 및 휨을 방지하기 위해, 웨이퍼 기판의 파단 또는 파쇄를 야기할 수 있는, 추가 에칭을 방지하도록 배치되어 있다.
웨이퍼가 초기에 변형되거나 비틀린 구조를 포함하는 실시예에서, 모니터링된 피크 대 피크 전압차 또는 DC 전압차가, 플래튼 어셈블리 상에 실질적으로 평평한 방향으로 연장되는 웨이퍼의, 피크 대 피크 전압차 또는 DC 전압차 각각의 특징인 값으로 감소하면, 본 방법은 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 포함한다. 이러한 방법 단계는 초기에 비틀린 웨이퍼의 추가 에칭을 방지하도록 배치되어 있으며, 초기 비틀림은 웨이퍼 상에 원하지 않는 층의 존재에 의해 주로 야기된다. 에칭 공정 동안 층이 제거되기 때문에, 이후, 웨이퍼는 플래튼 어셈블리 상에 바람직한 평탄화 상태로 이완될 것이다. 따라서, 본 방법은 적절한 시간에 에칭 공정이 종료될 수 있도록 웨이퍼의 구조의 표시를 제공한다.
실시예에서, 본 방법은 웨이퍼 기판의 온도를 조절하는 것을 돕기 위해, 플래튼 어셈블리의 온도를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
실시예에서, 본 방법은 플래튼 어셈블리 상에 바이어스 전압을 제공하기 위해, 플래튼 어셈블리에 무선 주파수(RF) 전위를 인가하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 웨이퍼 기판의 전체 상면의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하는 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은:
공정 챔버;
웨이퍼 기판을 수용하도록 구성된, 그 내부에 배치된 플래튼 어셈블리,
공정 가스를 챔버 내로 수용하기 위한 입구;
플라즈마를 발생시키는 수단;
상기 플래튼 어셈블리의 전압을 바이어스하기 위해, 무선 주파수 전압을 플래튼 어셈블리로 인가하도록 구성된 전압 발생기;
플라즈마 에칭 공정 동안, 상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 전압차를 모니터링하도록 구성된 모니터링 장치; 및
모니터링 장치, 및 임계 모니터링된 전압에 도달하면, 추가 에칭을 방지하기 위해 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키도록 구성된, 플라즈마를 발생시키는 수단과 통신 가능하게 커플링된 프로세서를 포함한다.
실시예에서, 모니터링 장치는 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 전압차를 나타내는 신호를 프로세서에 출력하도록 구성된다. 프로세서는 모니터링 장치로부터의 신호 출력에 의존하여 플래튼 어셈블리에 대한 변형량을 결정하고, 모니터링 장치로부터의 신호 출력에 의존하여 플라즈마를 발생시키는 수단에 신호를 출력하도록 구성된다.
실시예에서, 플라즈마를 발생시키는 수단은 챔버 내에 RF 파워를 유도적으로 또는 용량적으로 커플링하도록 배치된 RF 발생기를 포함한다. 프로세서는 RF 발생기와 통신 가능하게 커플링되어, 챔버 내의 RF 파워의 커플링을 제어할 수 있다.
플라즈마를 발생시키는 수단은 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 발생기와 전기적으로 커플링된, 챔버 주위에 배치된 하나 이상의 안테나 또는 코일을 추가로 포함한다. 대안적으로 또는 이에 추가로, RF 발생기는 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플래튼 어셈블리에 전기적으로 커플링될 수 있다.
모니터링 장치는 바람직하게는 플래튼 어셈블리와 챔버 사이의 피크 대 피크 전압차를 모니터링하도록 구성된다. 추가 실시예에서, 모니터링 장치는 플래튼 어셈블리와 공정 챔버 사이의 DC(direct current; dc) 전압차를 모니터링하거나 추가로 모니터링하도록 구성된다.
시스템은 플래튼 어셈블리의 온도를 제어하는 수단을 추가로 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 웨이퍼 기판의 전체 상면의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하는 시스템이 제공되고, 시스템은 제1 양태에 따른 방법을 실행하도록 구성된다.
본 발명이 상술되었으나, 상기에 제시된 특징들 또는 이하의 설명의 임의의 본 발명의 조합으로 확장된다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들을 참조로 여기에 상세히 설명되었지만, 본 발명이 이들 정확한 실시예들에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다른 특징들 및 실시예들이 특별한 특징에 대해 언급하지 않더라도, 개별적으로 또는 실시예의 일부로서 설명된 특별한 특징이, 다른 개별적으로 설명된 특징들, 또는 다른 실시예들의 일부와 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 본 발명은 이미 설명되지 않은 이러한 특정한 조합들로 확장된다.
본 발명은 다양한 방식으로 수행될 수 있으며, 단지 예로서, 실시예들은 첨부된 도면을 참조로 이제 설명될 것이고,
도 1은 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 개략도이고;
도 2는 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하기 위한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법과 관련된 단계들의 개략도이고;
도 3은 (a) 최소 변형 및 (b) 현저한 변형을 경험하는 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안, 플래튼 어셈블리 내에 유도된 ac 및 dc 전압 성분들의 크기의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 4의 a-g는 7개의 웨이퍼 기판들의 플라즈마 에칭 동안, 플래튼 어셈블리 내에 유도된 ac 전압 성분의 크기의 변화를 나타낸 그래프이고; 및
도 5는 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하기 위한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법과 관련된 단계들의 개락도이다.
도면들 중 도 1를 참조하면, 웨이퍼(11)의 플라즈마 에칭 동안, 웨이퍼 기판(11)(이하, "웨이퍼"라고 함), 주로 사파이어 또는 글라스 웨이퍼와 같은 전기 절연성인 웨이퍼(11)의 변형을 모니터링하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(10)이 도시된다. 시스템(10)은, 원하는 웨이퍼 구조가 달성되면, 웨이퍼(11)의 임의의 파쇄 또는 균열을 방지하거나 그렇지 않으면 에칭 공정을 종료하려는 노력으로, 에칭 공정 동안 웨이퍼(11)의 임의의 비틀림 및 휨을 모니터링하도록 배치된다.
시스템(10)은, 웨이퍼(11)의 플라즈마 에칭이 수행되는 공정 챔버(12)를 포함한다. 공정 챔버(12)는 예를 들어 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있고, 일반적으로 전기적으로 접지된(grounding) 챔버 벽(12a)를 포함한다. 시스템(10)은 플래튼 어셈블리(13)를 추가로 포함하고, 이는 알루미늄과 같은 금속으로 또한 형성될 수 있으며, 챔버(12) 내에 배치되어 있지만, 세라믹 브레이크(14)와 같은 종래의 수단에 의해 챔버 벽(12a)으로부터 전기적으로 절연되어 있다.
플래튼 어셈블리(13)는 웨이퍼(11)를 수용하기 위한 지지 표면(13b)을 갖는 바디(13a)를 포함한다. 웨이퍼(11)는 플래튼 어셈블리(13)에 기계적으로 클램핑되지 않고, 이는 클램프(미도시)에 의해 커버되는 웨이퍼(11)의 영역이 없다는 것을 보장한다. 결과적으로, 이는 웨이퍼(11)의 전체 상면(11a)이 노출되고 에칭의 실질적으로 유사한 속도를 받을 수 있으며, 웨이퍼 표면 전체적으로 응력 변화를 최소화하는 데 도움을 준다는 것을 보장한다. 따라서, 웨이퍼(11)는 에칭 공정을 개시하기 전 지지 표면(13b) 상에 단순하게 배치된다.
시스템(10) 및 특히 챔버(12)는, 공정 가스의 공급원(미도시)이, 예를 들어, 아르곤, 염소 또는 삼염화붕소 가스를 포함할 수 있는 가스를 챔버(12) 내로 도입하기 위해 유동적으로 커플링할 수 있는, 가스 입구(15)를 추가로 포함한다. 챔버(12)는 공정 가스 및 에칭 공정의 임의의 부산물들이 챔버(12)로부터 빠져나와 통과할 수 있는, 출구(16)를 추가로 포함한다.
실시예에서, 플라즈마는 RF 전압 발생기(17)로부터, 챔버(12) 주위에 배치되어 있으며 챔버 벽(12a)에 형성된 각각의 유전체 윈도우 섹션(12b)에 인접하게 위치된, 하나 이상의 안테나(18)로, 무선 주파수(RF) 전압을 인가함으로써 발생된다. 하나 이상의 안테나(18)는 실질적으로 평면 나선형 구조, 헬리컬(helical) 코일 구조 또는 환상 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 표준 관행에 따라, 발생기(17)로부터의 RF 신호와 안테나(18)의 임피던스 매칭은, 안테나(18)로부터 전기적 파워의 반사를 최소화하도록 수행된다. 안테나(18)는 챔버(12) 주위에 배치되고, 전기적 파워는 유전체 윈도우 섹션들(12b)을 통해, 챔버(12) 내로 유도적으로 커플링된다.
플라즈마는 웨이퍼(11) 상의 챔버(12)의 영역(19)에서 발생되며, 웨이퍼(11)가 플라즈마에 노출될 수 있다. 가스는 챔버(12)의 출구(16) 또는 하류에 배치될 수 있는, 터보 분자 펌프(20)와 같은 펌프를 통해 챔버(12)를 통해 들어오고, 챔버(12)의 입구(15) 및 출구(16)는 플라즈마 영역(19)의 대향 측면에 배치되어, 공정 가스가 영역(19)을 통해 웨이퍼(11)를 지나, 챔버(12)를 경유하여, 출구(16)로 통과하는 것이 요구된다.
실시예에서, 플래튼 어셈블리(13)는 덕팅(ducting) 장치(21a)를 포함하는 열관리 디바이스(21)를 추가로 포함할 수 있고, 이는 유체 연통을 위해 플래튼 어셈블리(13)를 통해 연장되어 이를 통해 유체를 연통시킨다. 유체(미도시)는 플래튼 어셈블리(13)와 열을 교환하고, 플래튼 어셈블리(13)의 온도를 조절하여, 웨이퍼(11)의 온도를 제어할 수 있도록 배치된다.
시스템(10)은 플래튼 어셈블리(13)와 챔버 벽(12a) 사이의 전압차를 모니터링하도록 배치된 모니터링 장치(22) 및 챔버(12)에 커플링된 RF 파워를 제어하는 프로세서(23)를 추가로 포함한다. 모니터링 장치(22)는 전압계와 같은 전압 감지 디바이스(24)를 포함할 수 있고, 이는 플래튼 어셈블리(13)와 챔버 벽(12a) 사이의 피크 대 피크 전압차 및 또한 플래튼 어셈블리(13)와 챔버 벽(12a) 사이의 DC(dc) 전압차를 모니터링하도록 구성된다. 전압 감지 다비아스(24)는 프로세서(23)에 통신 가능하게 커플링되며, 피크 대 피크 전압차 및 dc 전압차를 나타내는 신호를 프로세서(23)에 출력하도록 배치된다.
시스템은 무선 주파수 바이어스 전압을 플래튼 어셈블리(13)에 인가하기 위해, 전압 발생기(25)를 추가로 포함할 수 있다. 플래튼 어셈블리(13)로 음의 바이어스 전압의 제공은 예를 들어, 웨이퍼(11)의 표면의 양전하의 이온 충격을 제어하는 것을 도울 수 있다.
도면들 중 도 2를 참조하면, 웨이퍼(11)의 플라즈마 에칭 동안, 웨이퍼 기판(11), 주로 전기 절연성인 웨이퍼(11)의 변형을 모니터링하고 제어하기 위한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법(100)과 관련된 단계들이 도시된다. 웨이퍼(11)는 단계(101)에서 챔버(12) 내의 플래튼 어셈블리(13) 상에 먼저 배치되고, 이후, 단계(102)에서, 챔버(12)를 통해 공정 가스가 통과하기 전에 챔버(12)는 진공 상태가 된다. 공정 가스는 펌프(20)에 의해 공급원(미도시)으로부터 챔버(12)로 들어가고, 챔버(12) 내의 압력은 압력 제어기(미도시)에 의해 대략 5-25 mT에서 유지된다. 가스는 출구(16)를 통해 챔버(12)를 나가기 전, 입구(15)로부터 들어오며, 플라즈마 영역(19)을 통과하고, 웨이퍼(11)를 지난다.
챔버(12)가 적절하게 진공 상태가 되고/되거나 공정 가스가 퍼지되면, 일반적으로 2 MHz와 13.56 MHz 사이에서 작동하는 RF 전위는 단계(103a)에서 안테나(18)에 인가되어, 전기적 파워를 낮은 압력의 공정 가스로 유도적으로 커플링하고, 따라서 플라즈마를 개시하고, 웨이퍼 기판(11)의 에칭을 시작할 수 있다. 바이어스 전압은 또한 일반적으로 단계(103b)에서 380 kHz과 13.56 MHz 사이에서 작동하는 전압 발생기(25)의 사용을 통해 플래튼 어셈블리(13)에 인가된다.
Vpp 및 Vdc 값들은 플라즈마에 노출되는 지지 표면(13b)의 영역, 즉 웨이퍼(11)와 접촉하지 않은 지지 표면(13b)의 영역에 의존하는 것으로 나타났다. 특히 웨이퍼(11)의 주변을 따라, 웨이퍼(11)의 임의의 비틀림, 휨 또는 평탄화와 같은, 에칭 공정으로부터 야기되는 웨이퍼(11)의 임의의 변형 또는 재구성은 웨이퍼(11)에 의해 커버되는 지지 표면(13b)의 영역의 변화를 야기할 것이다. 이는 플라즈마에 노출되는 지지 표면(13b)의 영역의 변화 및 Vpp 및 Vdc의 변화로서 나타난다.
Vpp 및 Vdc는 단계(104)에서 모니터링 장치(22)에 의해 모니터링된다. 본 방법이 웨이퍼 파쇄 또는 파단을 방지하는 데 사용되는 실시예에서, 에칭 공정 시작 시에 Vpp 및 Vdc 성분들에 대한 모니터링된 값을 나타내는 신호는 기록되고, 단계(105)에서 Vpp 및 Vdc 전압 성분들에 대한 임계값을 미리 설정하는데 사용되어, 플라즈마의 약화를 유발하거나 플라즈마가 소멸되도록 야기시킨다. Vpp 성분에 대한 임계값은 일반적으로 초기 Vpp 값보다 10-20% 높게 설정되는 반면, Vdc 성분의 임계값은 일반적으로 초기 Vdc 성분보다 50-100% 높게 설정될 수 있다.
Vpp 및 Vdc 성분들에 대한 모니터링된 값을 나타내는 신호는 단계(106)에서 에칭 공정 동안 프로세서(23)에 주기적으로 통신되고, 신호가, Vpp 또는 Vdc 전압 성분이 각각의 임계값보다 높게 상승하는 것을 나타내는 경우, 프로세서(23)는 이후 RF 전압 신호 발생기(17)에 신호를 전달하여, 단계(107)에서 플라즈마를 약화시키거나 소멸시켜 추가 에칭을 방지하도록 구성된다.
도면들 중 도 3을 참조하면, 에칭 처리 시간(초)의 함수로서 2개의 150 mm 사파이어 웨이퍼의 경우, 플래튼 어셈블리(13)의 Vpp 전압 성분의 크기 및 Vdc 전압 성분의 크기의 대표적인 변화가 도시된다. 표 1은 SPTS 기술 개선된 플라즈마 시스템(Advanced Plamsa System; APS) 플라즈마 에칭 모듈을 사용하여 >150 nm/분의 속도로 사파이어 기판을 에칭하기 위한 공정 조건을 이하에 요약한 것이다.
도면들 중 도 3의 a에서, 정상 작동을 위한 에칭 시간의 함수로서 Vpp 및 Vdc 값들을 볼 수 있다. Vpp는 대략 1550V에서 안정한 것으로 보여지고, Vdc는 에칭 공정 동안 <10V에서 안정한 것으로 보여진다. 그러나, 바람직하지 않은 웨이퍼 변형이 일어나는 도면들 중 도 3의 b에서, Vpp는 >1850V으로 증가하는 것으로 보여지고, Vdc는 >100V으로 증가하는 것으로 보여진다. Vpp 및 Vdc 모두에 대한, 플래튼 어셈블리(13)와 챔버 벽(12a) 사이의 전압차의 증가는 웨이퍼 변형을 나타내는데, 웨이퍼(11)가 휘어지고 비틀림에 따라, 지지 표면(13b)의 추가 영역이 플라즈마에 노출되기 때문이다. 따라서, 웨이퍼(11)의 추가 에칭이 과도한 변형으로 인해 웨이퍼 파단을 야기할 가능성이 있다는 것이 기대된다. 그러나, 웨이퍼(11)의 연삭/연마 공정에서 어느 정도의 변화가 있기 때문에, 변형량, 즉 파단 전 웨이퍼(11)가 견딜 수 있는 휨 및 비틀림의 가변성이 있다.
Figure 112017108760598-pat00001
표 1
도면들 중 도 4를 참조하면, 각각이 150 mm의 직경을 포함하는, 7개의 사파이어 웨이퍼들에 대한 플래튼 어셈블리(13)의 Vpp의 크기의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 웨이퍼는 전면(front side; FS) 에칭 동안 대략 1-2 ㎛ 및 뒷면(back side; BS) 에칭으로부터 대략 3 ㎛을 제거하려는 의도로 상기 설명된 시스템을 사용하여 별도로 에칭되었다. Vpp에 대한 1770V의 임계값은 웨이퍼(2 내지 7)의 에칭 동안 설정되었고, Vpp가 이러한 임계값에 도달하면 에칭 공정이 종료되었다. 그러나, 웨이퍼(1)에 대해 설정된 Vpp에 대한 임계값은 없으며, Vpp 값에 상관없이 에칭 공정이 계속될 수 있다. 이하의 표 2는 각 웨이퍼의 에칭 공정의 결과를 요약한 것이다.
도면들 중 도 4 및 웨이퍼(1)에 관한 초기 도 4의 a를 참조 시, Vpp는 에칭 공정의 시작 시에 대략 1600V에서, 대략 870초의 공정 시간에서 대략 1884V로 상승했다는 것이 명백하다. 이러한 증가는 웨이퍼의 비틀림 및 휨을 나타내며, 웨이퍼가 에칭 공정 동안 오목한 구조를 형성하는 이론과 일치하고, 이러한 변형은 보다 많은 지지 표면(13b)을 플라즈마에 노출시킨다. 그러나, 에칭 공정은 Vpp에 대한 임계값의 비사용 때문에 870초에서 종료되지 않았고, 이러한 Vpp는 1884V에서 에칭 공정 시의 Vpp 값, 즉 1600V으로 갑자기 저하되는 것으로 보여진다. Vpp의 이러한 불연속적인 변화는 웨이퍼가 파단됨에 따라, 변형된 오목한 배치에서, 웨이퍼(11)가 지지 표면(13b)을 커버하는 초기 평평한 구조로 이완하기 때문에 웨이퍼 파단의 특징이다.
Figure 112017108760598-pat00002
표 2
도면들 중 도 4의 c 및 도 4의 d 및 표 2를 참조 시, 웨이퍼(3,4)는 유사한 프리-에칭 휨 및 비틀림 값들을 나타내지만, 웨이퍼(3,4)는 시간의 함수로서 상이한 Vpp 트레이스(trace)를 보여준다는 것이 명백하다(아마도, 웨이퍼의 전면과 뒷면 사이의 상이한 응력 분포로 인해, 2개의 웨이퍼에 상이한 변형을 일으키기 때문). 웨이퍼(4)의 경우, 1134초에서 1770V로의 Vpp의 빠른 증가로 인해, 공정은 웨이퍼 파단의 가능성을 줄이기 위해 3 ㎛의 뒷면 에칭을 완료하기 전에 중지되었다. 웨이퍼(2,5)는 또한 도면들 중 도 4의 b 및 도 4의 e에 각각 도시되어 있는 바와 같이, Vpp에 대한 미리 설정된 임계값을 넘어서 상승하는 Vpp 값들로 인해 공정이 단축되는 것이 요구된다. 그러나, 도면들 중 도 4의 c, 도 4의 f, 및 도 4의 g를 참조 시, 웨이퍼(3,6,7)에 대한 Vpp 값이 각각 미리 설정된 임계값을 초과하여 상승하지 않았으며, 이와 같이, 에칭 공정을 종료할 필요가 없다는 것이 명백하다.
도면들 중 도 5을 참조하면, 웨이퍼(11)의 플라즈마 에칭 동안, 웨이퍼 기판(11), 주로 전기 절연성인 웨이퍼(11)의 변형을 모니터링하고 제어하기 위한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법(200)이 도시되어 있다. 제2의 방법(200)은 예를 들어, 초기에 비틀리거나 휘어진 웨이퍼(11)를 포함하는 에칭 공정을 종료하도록 배치된다. 웨이퍼(11)는 원하지 않는 코팅 또는 그 위에 배치된 재료의 층(미도시)의 존재로 인해, 비틀리거나 휘어진 초기 구조를 포함할 수 있으며, 웨이퍼(11)의 전면과 후면 사이에 응력 변화를 형성한다. 이러한 상황에서, 에칭 공정이 전개됨에 따라, 코팅 또는 층은 제거될 것이고, 웨이퍼(11)가 플래튼 어셈블리(13)의 지지 표면(13b)을 커버하는 평탄화 상태로 이완을 야기할 것이다.
제2 실시예의 방법(200)은 제1 실시예의 방법과 실질적으로 동일하고, 동일한 단계들은 동일한 부호로 언급되었지만, 100만큼 증가했다. 이러한 실시예에서, Vpp 및 Vdc는 단계(204)에서 모니터링 장치(22)에 의해 모니터링되어, 웨이퍼(11)의 원하는 재구성 또는 변형(즉 평평한 구조)이 달성되면, 에칭 공정이 종료될 수 있다.
지지 표면(13b) 상에 배치된 평평한 웨이퍼의 Vpp 및 Vdc 성분들을 나타내는 신호는, 단계(205)에서 Vpp 및 Vdc 전압 성분들에 대한 임계 값을 미리 설정하는 데 사용되어, 플라즈마의 약화를 유발하거나 플라즈가 소멸되도록 야기할 수 있다. Vpp 및 Vdc 성분들에 대한 모니터링된 값들을 나타내는 신호는 단계(206)에서 에칭 공정 동안 프로세서(23)에 주기적으로 통신되며, Vpp 또는 Vdc 전압 성분이 각각의 임계값(평평한 웨이퍼를 나타냄)으로 감소된다는 것을 신호가 나타내면, 프로세서(23)는 RF 전압 신호 발생기(17)에 신호를 전달하여, 단계(107)에서 플라즈마를 약화시키거나 소멸시켜서, 추가 에칭을 방지할 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기로부터, 상기 설명된 방법 및 시스템이 플라즈마 에칭 공정 동안 웨이퍼의 변형 또는 재구성의 표시를 제공한다는 것이 명백하다.

Claims (17)

  1. 전기 절연성 웨이퍼 기판의 플라즈마 에칭 동안 상기 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하고 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전기 절연성 웨이퍼 기판의 전체 상면이 노출되도록 공정 챔버 내의 플래튼 어셈블리 상에 상기 전기 절연성 웨이퍼 기판을 배치하는 단계;
    상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 통과시키는 단계;
    상기 플래튼 어셈블리에 무선 주파수 바이어스 전압을 인가하는 단계;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 전기 절연성 웨이퍼 기판의 노출된 전체 상면을 에칭하는 단계;
    상기 에칭하는 단계 동안, 상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 전압차를 모니터링함으로써 상기 플래튼 어셈블리에 대한 상기 전기 절연성 웨이퍼 기판의 비틀림(warping)을 결정하는 단계; 및
    상기 모니터링되는 전압차가 미리 결정된 임계값에 도달하면 부가의 에칭을 막기 위해 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계
    를 포함하는, 웨이퍼 기판의 변형을 모니터링하고 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판의 온도를 조절하도록 상기 플래튼 어셈블리의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 웨이퍼 기판은 사파이어 기판인 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 웨이퍼 기판은 유리 기판인 것인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마는 무선 주파수(RF; radio frequency) 파워를 공정 챔버에 유도적으로 또는 용량적으로 커플링함으로써 발생되는 것인, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공정 챔버 주위에 배치된 하나 이상의 안테나에 RF 전위를 인가함으로써 RF 파워를 상기 공정 챔버에 유도적으로 커플링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 피크 대 피크 전압차(Vpp)를 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 Vpp가 상기 에칭하는 단계의 시작시의 Vpp의 10%를 초과하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 Vpp가 상기 에칭하는 단계의 시작시의 Vpp의 20%를 초과하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 Vpp가, 상기 플래튼 어셈블리 상에 평평한 배향으로 연장하는 대표적인 절연성 웨이퍼 기판의 Vpp의 특징인 미리 결정된 값으로 감소하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 직류 전압차(Vdc)를 모니터링하는 단계를 포함하거나 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 Vdc가 상기 에칭하는 단계의 시작시의 Vdc의 50%를 초과하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 플래튼 어셈블리와 상기 공정 챔버 사이의 Vdc가 상기 에칭하는 단계의 시작시의 Vdc의 100%를 초과하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 Vdc가, 상기 플래튼 어셈블리 상에 평평한 배향으로 연장하는 대표적인 절연성 웨이퍼 기판의 Vdc의 특징인 미리 결정된 값으로 감소하면, 상기 플라즈마를 약화시키거나 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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