KR102591909B1 - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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에스피티에스 테크놀러지스 리미티드
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Abstract

본 발명에 따르면, 기판을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치로서,
적어도 하나의 챔버;
상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치한 기판 지지체; 및
상기 기판의 에칭에 사용되는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성 장치;를 포함하고,
상기 플라즈마 생성 장치는 상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치한 전기 전도성 코일을 포함하고, 상기 코일은 상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면 상에 스퍼터될 수 있는 금속 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 에칭 장치{Plasma Etching Apparatus}
본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이고, 또한 플라즈마 에칭 장치를 세척하는 방법에 관한 것이다.
플라즈마 에칭은 반도체 웨이퍼와 같은 기판 등 각종 기판의 처리에 널리 사용된다. 플라즈마 에칭 프로세스는 프로세스 시퀀스의 일부를 형성하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 반도체 산업에서, 후속 금속 증착 공정 이전에 스퍼터 에칭 프로세스에 의해 웨이퍼 표면으로부터 물질을 제거하는 하는 것으로 알려져 있다. 상기 스퍼터 에칭 프로세스는 일반적으로 아르곤 플라즈마를 이용하여 수행된다. 이는 낮은 접촉 저항의 결과로 고품질의 금속/금속 계면을 보장하기 위함이다. 스퍼터 에칭 단계는 일반적으로 전-세척 모듈에서 수행된다. 도 1은 종래의 전-세척 모듈(10)의 예를 나타낸다. 전-세척 모듈(10)은 유도 코일에 의해 둘러싸인 진공 챔버(12)를 포함한다. 워크피스(미도시)는 플레이튼(16) 상의 챔버 내부에 지지된다. 상기 워크피스는 로딩 슬롯(15)을 통해 챔버(12)로 도입된다. 상기 플레이튼(16)은 웨이퍼 로딩 슬롯(18)을 통해 도입된 워크 피스를 받아들이기 위해 하강 위치(도 1에서 실선으로 도시)에 있다. 상기 플레이튼은 에칭 프로세스 시작에 앞서 계속해서 도 1에 점선으로 도시된 위치로 상승된다. 유도 코일(14)은 당 업계에 공지된 바와 같이 임피던스 매칭 네트워크(미도시)를 통해 RF 발전기(미도시)에 연결된다. 전-세척 모듈은 연관된 임피던스 매칭 회로(미도시)를 통해 상기 플레이튼(16)에 연결된 RF 발전기를 더 포함한다.
상기 RF 발전기(20)는 바이어스 플레이튼(16)에 사용된다. 상기 챔버들(12)의 벽은 챔버(12)에 결합된 RF 전력의 감쇠를 최소화하기 위해 석영 또는 세라믹과 같은 전기 전도성 물질로 만들어진다. 작동 중에, 가스(일반적으로 아르곤)는 질량 유량 제어기를 통해 비교적 낮은 압력(통상 1~10mTorr)로 챔버 로 도입된다. 코일(14)을 통해 결합된 RF 전력은 플라즈마를 발생한다. 플레이튼(16)에 인가된 바이어스는 이온 충격이 워크피스의 표면을 에칭할 때 웨이퍼를 향해 플라즈마로부터 이온을 가속하는데 사용된다.
상기 워크피스는 주로 가스 방출하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 이러한 물질은 유기 패시베이션 층, 접착제, 감광제 및 스핀-온 물질이다. 또한, 신규 기판 물질은 점점 많이 사용되고 이러한 가스를 방출한다. 고급 웨이퍼 패키징 업계에서, 이러한 물질은 특히 문제가 되는 폴리이미드(PI) 및 폴리벤조옥사졸(PBO)을 포함할 수 있다. 이러한 물질들이 방출될 때 챔버 내의 압력이 상승하는 프로세스 툴로 오염 물질이 방출된다. 이는 연속 워크피스의 프로세싱 사이 챔버에서 허용 가능한 수준을 회복하는데 상당한 문제를 야기할 수 있다.
워크피스에 고분자 재료를 연장 또는 빈번한 에칭하는 것과 관련한 추가적인 문제가 있다. 이는 챔버의 벽 및 리드 주위로 탄소 물질을 축적한다. 상기 탄소 물질은 입상 물질이 느슨해지는 점에서 누적될 수 있다. 느슨한 입상 물질은 오염을 야기하는 워크피스 상에 떨어질 수 있는 위험이 존재한다. 게다가, 이들 입상 물질은 챔버의 기본 압력을 증가하는 가스 부산물을 방출한다. 이는 초라한 진공 레벨를 야기하고 또한 공정 제어와 관련한 문제를 야기한다.
또 다른 문제는 여전히 임의 도전 층의 에칭이 챔버 벽 상에 전도성 물질의 축적을 야기할 수 있다는 것이다. 이는 코일에 의해 챔버로 결합된 RF 전력을 감쇠할 수 있는 전도성 코팅의 상승을 제공한다. 전도성 코팅이 시간이 지남에 따라 축적되면, 감쇠는 에칭 공정이 영향을 주는 지점에서 상승할 수 있다. 예를 들어, 에칭 속도 드리프트, 에칭 균일성, 및 플라즈마 점화 또는 유지와 같은 문제들이 발생할 수 있다.
이들 문제들의 종래 해결책은 빈번한 기초 상에 유지 절차를 실행하는 것이다. 이는 궁극적으로 기계적인 세척이 수행될 수 있는 대기 배출되는 챔버를 야기한다. 이러한 발명은 상당한 비용과 툴의 휴지 시간을 갖는다. 이는 제조 환경에서 적절하지 않다. 대신에, 툴의 가동 시간을 개선하면서 비용을 줄이기 위해, 이러한 유지 개입 빈도를 줄이는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은, 그 실시예들 중 적어도 일부에서, 하나 또는 그 이상의 상술한 문제를 해결한다. 비록 본 발명은 특히 전-세척 모듈에서 수행되는 스퍼터 에칭 공정과 같은, 스퍼터 에칭 공정에 적합하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 대신, 본 발명은 플라즈마 에칭 공정의 넓은 범위에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 기판을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치로서,
적어도 하나의 챔버;
상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치한 기판 지지체; 및
상기 기판의 에칭에 사용되는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성 장치;를 포함하고,
상기 플라즈마 생성 장치는 상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치한 전기 전도성 코일을 포함하고, 상기 코일은 상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면 상에 스퍼터될 수 있는 금속 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치를 제공한다.
이러한 방식으로, 하나 이상의 세척 기능이 수행될 수 있다. 이는 유지 보수 작업이 요구하는 빈도를 감소시킬 수 있다. 차례로, 운영 비용 절감과 장치의 가동 시간을 향상시킬 수 있다.
상기 금속 물질은 금속 또는 금속 합금일 수 있다.
상기 적어도 하나의 챔버 내부 표면에 입상 물질(particulate material)을 부착시키기 위해, 상기 금속 물질이 스퍼터될 수 있다.
이는 입상 물질이 기판 상 내부 표면으로 떨어지고 기판이 오염되는 등의 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 입상 물질들은 챔버의 기본 압력을 증가시키고 공정 제어에 영향을 주는 원치 않는 가스 부산물을 방출시킬 수 있다. 챔버의 내부 표면에 입상 물질을 부착시키는 것에 의해, 이러한 문제점이 적어도 감소될 수 있다. 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리일 수 있다.
상기 물질은 게터 물질일 수 있다. 상기 게터 물질은 상기 적어도 하나의 챔버 내에 존재하는 하나 이상의 가스 종류를 제거하는 물질일 수 있다. 상기 게터 물질은 상기 적어도 하나의 챔버 내부에 존재하는 가스 종류와 반응 또는 이를 흡착한다. 상기 게터 물질은 티타늄, 탄탈, 또는 텅스텐일 수 있다. 이러한 방식으로, 챔버의 펌핑 스피드 및 기본 압력이 개선될 수 있다.
상기 장치는 상기 금속 물질의 스퍼터링 동안 기판 지지체 위에 커버를 위치시키고 상기 스퍼터링 이후 커버를 제거하기 위한 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 커버를 위치시키기 위한 장치는 상기 적어도 하나의 챔버 내에 수용된 이동 가능 요소와 연결되어 있는 커버를 포함할 수 있다. 커버를 위치시키기 위한 장치는 이동 가능한(무버블) 셔터일 수 있다.
대안적으로, 커버를 위치시키기 위한 장치는 이송되고 기판 전송 시스템에 의해 기판 지지체와 접촉을 벗어나는 더미 기판을 포함할 수 있다. 웨이퍼 로딩 슬롯 및 관련된 웨이퍼 전송 시스템은 목적에 따라 사용될 수 있다.
상기 적어도 하나의 챔버는 상기 적어도 하나의 챔버의 나머지(remainder)로부터 전기적으로 고립되는 리드(lid)를 포함할 수 있다. 상기 리드는 상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면 상에 리드로부터 스퍼터링될 수 있는 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 금속 물질은 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 상기 금속 물질은 전기 전도성 물질과 동일 또는 다른 금속 물질일 수 있다.
적어도 하나의 챔버의 내부 표면 상에 입상 물질을 부착시키기 위해
상기 리드의 금속 물질이 스퍼터링 될 수 있다. 상기 리드의 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리일 수 있다. 상기 리드의 금속 물질은 게터 물질일 수 있다. 상기 리드의 금속 물질은 티타늄, 탄탈(tantalum) 또는 텅스텐일 수 있다.
상기 장치는 리드로부터 금속 물질의 스퍼터링을 가능하게 하기 위해 리드에 전력을 공급하는 리드 전력 공급기를 포함할 수 있다. 상기 리드 전력 공급기는 상기 리드에 음의 DC 전력을 공급할 수 있다.
상기 장치는 리드 전력 공급 장치와 전기적 연결 및 적어도 하나의 다른 전기적 상태 사이에서 리드의 스위칭을 위한 스위칭 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 다른 전기적 상태는 접지 상태 또는 전기적 플로팅 상태(floating state)일 수 있다.
상기 적어도 하나의 챔버는 전기 전도성 물질로 형성된 벽을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 챔버는 하나 이상의 내부 벽을 포함할 수 있다. 상기 내부 벽은 또한 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 코일이 챔버 내부에 위치하므로 이들 타입의 챔버가 사용되는 것이 가능하다. 챔버에 결합된 전력은 전도성 물질의 축적에 의해 감소되지 않는다. 또한 온도 변화는 챔버 벽의 상대적으로 높은 열 전도성에 의해 감소된다. 이는 벽이 벗겨지는 물질의 가능성을 감소시킬 수 있다. 전기 전도성 물질은 알루미늄일 수 있다.
상기 장치는 기판의 에칭이 수행되는 제1 작동 모드 및 상기 적어도 하나의 챔버 내부 표면 상에 금속 물질이 스퍼터링되는 제2 작동 모드 사이에서 장치를 스위치 하도록 동작 가능한 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 작동 모드는 세척 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
상기 금속 물질은 세척 기능을 수행하기 위해 전기 전도성 물질로 스퍼터링될 수 있다.
상기 금속 물질은 세척 기능을 수행하기 위해 리드로부터 스퍼터링될 수 있다.
상기 스위칭 장치는 제1 작동 모드 동안 상기 리드가 적어도 하나의 다른 전기적 상태에 있도록 구성될 수 있고, 제2 작동 모드 동안 리드 전력 공급기에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 생성 장치는 유도 결합 플라즈마 생성 장치일 수 있다. 상기 코일은 유도 코일일 수 있다.
상기 장치는 상기 기판 지지체에 RF 바이어스 전력을 공급하는 RF 전력 공급기를 더 포함할 수 있다.
전형적으로 플라즈마 에칭 장치는 단일 챔버를 포함한다. 그러나 다중 챔버 장치가 본 발명의 범위 내에서 사용된다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 스퍼터 에칭 장치일 수 있다. 상기 플라즈마 에칭 장치는 아르곤 스퍼터 에칭 장치일 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 다중-처리 툴에 사용되는 전-세척 모듈일 수 있다.
상기 플라즈마 생성 장치는 전기 발전기, 바람직하게는 코일에 전력을 공급하는 RF 생성기일 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 코일에 공급되는 전력의 유도 결합에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면 본 발명은 적어도 하나의 챔버를 가지고 기판을 에칭하기 위한 타입의 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법으로서, 세척 기능을 수행하는 적어도 하나의 챔버 내부 표면 상에 적어도 하나의 챔버 내에 위치하는 전기 유도 코일로부터 금속 물질을 스퍼터링하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
세척 기능을 수행하기 위한 금속 물질 스퍼터링 단계는 상기 기판을 에칭하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 에칭 단계 이후 및 스퍼터링 단계 이전에, 기판 지지체에 커버가 위치할 수 있다. 상기 커버는 스퍼터링 단계 이후 및 후속 에칭 단계 이전에 제거될 수 있다.
상기 금속 물질은 적어도 하나의 챔버 내부 표면에 입상 물질을 부착하기 위해 스퍼터링 될 수 있다.
상기 금속 물질은 적어도 하나의 챔버에 존재하는 가스 종류를 제거하는 게터 물질일 수 있다. 상기 게터 물질은 적어도 하나의 챔버에 존재하는 가스 종류와 반응 또는 이를 흡착할 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 적어도 하나의 챔버의 나머지로부터 전기적으로 고립되는 리드를 포함할 수 있다. 상기 방법은 세척 기능을 수행하기 위해 적어도 하나의 챔버 내부 표면 상에 리드로부터 금속 물질을 스퍼터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척 기능은 상술한 바와 같을 수 있다.
스퍼터링 단계는 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있다. 스퍼터링 단계 동안 사용되는 상기 플라즈마는 기판의 에칭 시 사용되는 플라즈마와 동일 또는 서로 다를 수 있다.
스퍼터링 단계는 아르곤 플라즈마를 사용하여 수행될 수 있다.
상기 기판은 반도체 물질일 수 있다. 상기 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 본 발명은 복수의 처리 모듈을 포함하고, 상기 모듈 가운데 하나는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치를 포함하는 전-세척 모듈인 것을 특징으로 하는, 워크피스를 처리하기 위한 다중-처리 툴을 제공한다.
본 발명은 상술한 반면, 그 이상 또는 이하의 설명, 청구 범위 또는 도면에 제시된 발명의 특징들의 임의의 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 제1 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 본 발명의 제2 실시예에 대해서 개시되는 것으로 간주되고 그 반대의 경우도 같다.
본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치의 실시예는 도면을 참조하여 설명한다:
도 1은 종래 기술의 전-세척 모듈의 단면도이다.
도 2는 플라즈마 에칭 장치의 제1 실시예의 단면도이다.
도 3은 플라즈마 에칭 장치의 제2 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일반적으로 20에 도시된, 본 발명의 플라즈마 에칭 장치의 제1 실시예를 나타낸 것이다. 장치(20)는 그 상부에 배치된 적합한 가스 주입구(24)를 갖는 챔버(22)를 포함한다. 상기 챔버(22)는 웨이퍼 로딩 슬롯(26), 및 터보 분자 펌프에 이르는 진공 라인과 같은 적합한 펌핑 배치에 연결될 수 있는 펌핑 포트(28)를 더 포함한다. 상기 챔버의 내부는 웨이퍼와 같은 워크피스가 로딩될 수 있는 플레이튼(30)을 수용한다. 도 2에서 실선으로 도시된 상기 플레이튼(30)은 워크피스를 받아들이기 위한 하강 위치에 있다. 상기 플레이튼(30)은 에칭 공정 개시 이전에 도 2에서 점선에 의해 도시된 위치로 차후 상승될 수 있다. RF 전력 공급기(32)는 상기 플레이튼(30)에 RF 바이어스 전력을 공급하도록 제공된다. 원칙적으로 다른 주파수들이 사용될 수 있으나, 편의를 위해 13.56 MHz의 RF 신호 주파수가 사용된다. 상기 챔버(22)는 또한 유도 코일(34)을 포함하고, 이는 본 발명에 따라 챔버(22) 내에 배치된다. 상기 유도 코일(34)은 RF 전력 생성기(미도시)에 연결될 수 있다. RF 전력 생성기에 연결은 당 업계에 알려진 임피던스 매칭 네트워크(미도시)를 통해 할 수 있다. 적합한 공정 가스 또는 가스들이 가스 주입구(24)를 통해 챔버(22)에 공급될 수 있고, 내부에 위치된 유도 코일(34)에 공급된 전력은 챔버(22) 내의 플라즈마(36)를 생성하는데 사용된다. 바람직하게는, 상기 챔버(22) 및/또는 챔버(22) 내부의 이동 가능한 차폐는 알루미늄과 같은 전기 전도성 물질로 형성된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 챔버(22)는 전기적으로 접지된다.
상기 플라즈마(36)는 워크피스의 플라즈마 에칭 수행에 사용된다. 상기 플라즈마(36)는 또한 스퍼터링 단계에 사용되고 워크피스의 플라즈마 메칭 수행에 사용되는 플라즈마와 동일하거나 또는 동일하지 않을 수 있다.
상기 코일(34)은 스퍼터링될 수 있는 금속 물질로 형성된다. 상기 코일(34)과 상기 플레이튼(30)에 공급되는 RF 전력, 공정 가스 및 가스들의 적절한 제어에 의해, 이온 밀도, 이온 에너지 및 이온 방향성과 같은 파라미터들의 제어가 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 코일(34)에서 금속 재료가 챔버(22)의 벽 상에 스퍼터링될 수 있다. 스퍼터링된 금속 물질들은 하나 이상의 세척 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 코일은 게터 물질로서 작용하는 티타늄과 같은 반응성 금속으로 제조된다. 티타늄은 유기 층의 에칭에 의해 방출되는 CO 및 다른 가스 부산물에 매우 효과적인 게터이다. 티타늄은 상기 챔버(22)의 벽 상에 코일(34)로부터 스퍼터링될 수 있다. 티타늄이 매우 반응성이므로, 챔버 벽 상에 티타늄과 출동하는 챔버 내 잔류 가스 성분이 안정적인 고체 생성물을 형성하는 티타늄과 반응할 수 있다. 이는 챔버 내의 가스 압력을 감소시킨다. 그 결과, 열악한 진공 성능 및 긴 펌프 기초 회복 시간과 관련된 문제점을 상당하게 감소시킬 수 있다. 상기 코일은 탄탈 또는 텅스텐과 같은 다른 게터 물질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 코일은 상기 챔버의 벽에 낮은 응력 및 우수한 접착성을 보여주는 알루미늄과 같은 물질로 형성된다. 상기 물질은 챔버의 벽 상에 코일로부터 스퍼터링된다. 챔버의 벽 상에 임의의 느슨한 입상 물질의 존재는 코일로부터 물질 스퍼터링에 의해 효과적으로 제자리에 코팅된다. 이는 워크피스를 오염시킬 수 있는 느슨한 입상 물질의 감소를 초래한다. 알루미늄 대신에, 알루미늄 합금 또는 구리가 사용될 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 일부의 부가적 장점은 이러한 물질 뿐만 아니라 산소를 소비할 수 있다는 것이다.
챔버(22) 내의 코일(34)의 위치는 추가 장점을 발생시킨다. 코일의 위치로 인해, 챔버가 절연 물질로 제조될 필요가 없다. 대신에, 상기 챔버는 전도성 물질로 제조될 수 있다. 상기 챔버 내의 임의의 차폐 존재가 도전성 재료로 제조죌 수 있다. 전형적으로, 도전성 챔버의 벽은 전기적으로 접지된다. 결과적으로, 챔버 벽은 상기 플레이튼(30)이 RF 생성기(32)로부터 적용된 RF 전력에 의해 바이어스될 때 상기 플레이튼(30)에 대해 양극(anode)으로 작동한다. 챔버 벽이 전도성이므로, 챔버 상에 증착되는 임의 전도성 물질이 챔버 내의 플라즈마에 유해한 영향을 미치지 않는다. 게다가, 벽의 열 전도성은 절연 물질로 형성된 종래 기술의 챔버 대비 크게 개선된다. 공정 동안 발생한 온도 변화 정도를 감소시키고, 이는 차례로 열팽창 계수의 불일치에 의해 챔버 벽으로부터 떨어져 벗겨지는 재-증착된 물질의 경향을 감소시킨다. 또 다른 장점은 그릿 블라스팅 또는 프레임 스프레이와 같은 기술의 사용으로 금속 챔버 성분의 표면 마감을 제어하는 것이 가능하다는 것이다. 이는 재-증착된 물질이 부착되는 거친 표면을 제공하는 것에 의해 입자 레벨의 감소를 야기할 수 있다.
도 3은 일반적으로 40에 도시된 플라즈마 에칭 장치의 제2 실시예를 나타낸 것이다. 장치(40)는 도 2에 도시된 제1 실시예에 대응되는 특징과 동일한 특징들을 포함한다. 동일한 참조 부호는 동일한 기능 등을 나타내기 위해 그대로 사용된다. 주요 차이점은 챔버(40)가 두 부분으로 제공된다는 점이다. 보다 구체적으로, 상기 챔버(42)는 본체 부분(42a)과 리드(42b) 를 포함한다. 사용 시, 상기 리드(42b)는 절연 재료로 형성되는 커넥터 피스(44)를 통해 본체 부분(42a)의 상부에 연결된다. 상기 커넥터 피스(44)는 상기 리드(42b)가 본제 부분(42a)으로부터 전기적으로 절연되는 것을 보장한다. 상기 챔버 본체 부분(42a)은 전기적으로 접지된다. 상기 리드(42b)의 전기적 상태는 전기적 연결(46)을 사용하여 설정될 수 있다. 리드(42b)의 전기적 상태는 본체 부분(42a)과 동일하거나 또는 동일하지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 리드(42b)는 전기적으로 접지일수도 또는 그렇지 않을 수도 있다는 것이다.
상기 리드(42b)가 스퍼터링될 수 있는 물질로 형성되는 경우 상술한 코일(34)과 같은 물질로 되는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 세척 기능을 제공하기 위해 본체 부분(42a)의 벽 상에 리드(42b)로부터 물질을 스퍼터링하는 것이 가능하다. 상기 장치가 이러한 방식으로 작동되는 경우, 전기적 연결(46)은 적절한 전력 공급기(미도시)로부터 상기 리드(42b)에 적용되는 전기적 바이어스를 허용하는 것이 매우 바람직하다. 음의 DC 전력 공급기가 이러한 목적에 적합하다. 상기 리드(42b)가 음의 DC 전력 공급기에 의해 바이어스될 때, 플라즈마로부터 이온이 음극(cathode)으로 작용하는 리드(42b)에 충격을 가하게 된다. 이에 따라 물질이 리드(42b)로부터 토출되고 상기 챔버(42)의 내부 구성요소를 코팅하는 것을 야기한다. 아르곤 기초 플라즈마가 적합한 선택이고, 이는 아르곤 이온들에 의해 리드(42b)의 충돌을 야기한다. 그러나, 본 발명은 이러한 관점으로 제한되는 것은 아니다. 상기 리드(42b) 물질의 스퍼터링에 의해 수행된 세척 기능이 상기 코일(34)과 관련하여 상술된 것일 수 있다. 그리하여, 스퍼터링된 물질로 코팅된 챔버 벽은 입상 물질 대신에 효과적으로 사용될 수 있다. 이는 유지 보수 절차 사이 간격을 상당히 연장할 수 있다. 게터 재료는 리드(42b)에 사용될 수 있는 또 하나의 요소이다. 이러한 방식으로 상술한 바와 같이 부산물 가스가 프로세스 챔버 내부 대기로부터 제거될 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 장치(20, 40)의 주요 목적은 전-세척 모듈로 작동하도록 하는 것이다. 이는 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하기 위한 스퍼터 에칭 공정의 수행으로 달성된다. 아르곤 플라즈마(36)는 이들 스퍼터 에칭 공정을 위해 사용될 수 있다. 스퍼터 에칭 공정 동안, 코일(34) 및/또는 리드(42b)의 스퍼터링은 스퍼터 에칭되는 부분의 오염을 피하도록 최소화되어야 하는 것에 유의해야 한다. 원하는 시간에서, 상기 스퍼터 에칭 공정이 중단되고, 상기 챔버 자체는 상기 챔버(20, 40)의 벽 상에 코일(34) 및/또는 리드(42b)로부터 물질의 스퍼터링 사용으로 세척된다. 도 3에 도시된 제2 실시예를 참조하여, 상기 리드(42b)의 스퍼터링이 수행될 때 주기 동안 음의 DC 전력이 상기 리드(42b)에 공급되는 것이 바람직하다. 다른 시간에, 상기 리드(42b)는 다른 전기적 상태인 것이 바람직하다. 특히, 워크피스의 스퍼터 에칭 동안 상기 리드(42b)가 접지인 것이 바람직하다. 대안적 또는 부가적으로, 상기 리드(42b)가 전기적으로 플로트 인 것을 허용하는 능력을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 결과적으로, 상기 리드(42b)의 바람직한 전기적 상태를 스위칭하기 위해 전기적 연결(46)이 구성됨이 유리하다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들을 참조하면, 코일(34) 및/또는 리드(42b)의 스퍼터링 동안 플레이튼의 보호 형상의 제공이 필요하다. 도 2 및 3에 도시된 실시예에서, 코일(34) 및/또는 리드(42b)의 스퍼터링을 개시하기 전에 플레이튼(30) 상에 더미 웨이퍼를 위치시키기 위해, 웨이퍼 로딩 슬롯(26) 및 연관된 웨이퍼 핸들링 시스템을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 전용 플레이튼 보호 시스템이 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 플레이튼(30)은 스퍼터링 공정의 개시 이전에 플레이튼(30) 상의 위치로 챔버 내에 저장하고 이동시킬 수 있는 보호 요소에 의해 커버될 수 있다. 셔터 시스템이 스퍼터링 공정 동안 플레이튼의 보호를 위해 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명이 구현될 수 있는 하나의 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 공정에서, 스퍼터링 공정은 25 웨이퍼가 에칭된 후 챔버 세척 공정이 수행되도록 실행된다. 그러나, 스퍼터링 사이 간격은 관련된 물질과 허용가능한 것으로 간주되는 입자 레벨에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 도 4에 도시된 샘플 과정은 RF 전력이 플레이튼(30)에 공급되는 챔버의 세척을 위해 스퍼터링 단계를 포함한다. 또한 오직 코일에 RF 전력을 공급하는 것에 의한 스퍼터링, 또는 코일 및 플레이튼에 Rf 전력을 공급하는 것에 의한 스퍼터링이 제공되는 것도 가능하다.
본 발명은 스퍼터 에칭에 의해 물질을 제거하는 도 2 및 도 3의 장치를 참조하여 예시되었지만, 본 발명은 다른 형태의 에칭으로 연장된다. 또한 본 발명은 다양한 기판의 에칭에 적용될 수 있다. 특별한 장점은 낮은 입자 레벨 및 높은 진공 레벨을 유지하면서, 다른 문제의 기판을 에칭하는 것이 가능하다는 것이다. 본 발명의 범위 내에서 숙련된 자는 다수의 추가적 변형이 가능하다. 예를 들어, 코일 및 리드는 같은 스퍼터링 가능한 물질로 형성할 수 있다. 그러나, 또한 코일과 리드는 서로 다른 물질로 만드는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 서로 다른 재료에 연관된 장점이 단일 스퍼터링 공정 내에서 발현될 수 있다. 예를 들어, 코팅 물질과 케터 물질에 의한 코팅 및 게터링의 효과를 최적화하는 것이 가능하다. 따라서, 코일은 티타늄으로 형성될 수 있고 리드는 알루미늄으로 형성될 수 있으며, 그 반대도 될 수 있다. 스퍼터 에칭, 이어서 낮은 저항 접촉으로부터 워크피스 상에 금속 층을 증착시킨다. 또한, 기판 입자 밀도가 감소되고, 이는 높은 기능적 다이 수율을 야기한다. 게다가, 챔버 유지 시간이 연장될 수 있고, 이는 개선된 툴 가동 시간 및 소유 비용의 절감을 야기한다.

Claims (41)

  1. 기판을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치로서,
    바닥 벽 및 상기 바닥 벽 상에서 직립 연장하는 측벽을 포함하는 본체 부분과, 상기 본체 부분의 상부 위에서 연장하는 천장을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 주입구;
    상기 챔버 내에서 상기 챔버의 본체 부분의 바닥 벽으로부터 연장되고, 상부 표면을 갖는 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는, 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면에 의해 경계가 정해지는 제1 내부 영역 내에서, 플라즈마 에칭될 기판을 수용하기 위해 전용됨 - ; 및
    금속 물질을 포함하는 전기 전도성 코일을 포함하는 플라즈마 생성 장치를 포함하고,
    상기 코일은 상기 기판의 에칭을 위한 제1 작동 모드에서 상기 챔버 내의 상기 프로세스 가스 내에 플라즈마를 생성하도록, 그리고 상기 내부 표면의 청결을 유지하기 위한 제2 작동 모드에서 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면 상에 상기 금속 물질을 스퍼터링하도록 구성되고, 상기 코일은 또한, 상기 제1 작동 모드에서 상기 금속 물질의 스퍼터링을 최소화하도록 구성되며,
    상기 챔버의 본체 부분의 측벽은 상기 본체 부분의 저부 부분에서 이를 관통하여 방사상으로(radially) 연장하는 웨이퍼 로딩 슬롯을 갖고, 상기 웨이퍼 로딩 슬롯을 통해 플라즈마 에칭될 기판이 상기 챔버 내로 그리고 상기 기판 지지체의 상부 표면 상으로 도입되고,
    상기 코일은 상기 웨이퍼 로딩 슬롯 위의 상기 챔버의 본체 부분의 상부 부분 내에 있고,
    상기 코일은, 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면에 의해 경계가 정해지는 제2 내부 영역 내에 배치되고,
    상기 코일은, 상기 코일의 방사상 외측 방향(radially outwardly direction)에서, 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면을 마주보고 상기 내부 표면에 노출되며,
    상기 측벽의 내부 표면은 상기 코일 주변의 상기 제2 내부 영역과 상기 기판 지지체의 상부 표면 주변의 상기 제1 내부 영역 사이에서 수직으로 연장하는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면에 입상 물질(particulate material)을 부착시키기 위해, 상기 금속 물질이 스퍼터링되도록 구성되는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 물질은 게터 물질(getter material)인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게터 물질은 티타늄, 탄탈(tantalum) 또는 텅스텐인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 동안 상기 기판 지지체를 커버하고, 상기 제2 작동 모드 후에 상기 기판 지지체를 커버하지 않기 위한 장치를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장치는,
    커버, 및
    상기 커버에 연결되고 상기 챔버 내에 수용된 이동 가능 요소를 포함하는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 장치는,
    기판 이송 시스템, 및
    상기 기판 이송 시스템에 의해 상기 기판 지지체의 상부 표면과의 접촉을 벗어나고 상기 기판 지지체 내로 이송되는 더미 기판을 더 포함하는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 천장은,
    상기 챔버의 본체 부분으로부터 전기적으로 고립되고 상기 챔버의 본체 부분을 커버하는 리드(lid)를 포함하는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리드는,
    금속 물질을 포함하고, 상기 제2 작동 모드에서 상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면 상에 리드로부터의 상기 금속 물질을 스퍼터링하도록 구성되는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 챔버의 본체 부분의 측벽의 내부 표면에 입상 물질을 부착시키기 위해, 상기 제2 작동 모드에서 상기 리드의 금속 물질이 스퍼터링 되는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 게터 물질인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 티타늄, 탄탈(tantalum) 또는 텅스텐인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드에서 상기 리드로부터의 금속 물질의 스퍼터링을 가능하게 하기 위해 상기 리드에 전력을 공급하도록, 그리고 상기 제1 작동 모드에서 상기 리드에 전력을 공급하지 않도록 구성되는 리드 전력 공급기를 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 리드 전력 공급기는 상기 제2 작동 모드에서 상기 리드에 음의 DC 전력을 공급하는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드에서의 상기 리드 전력 공급기와의 전기적 연결과, 상기 제1 작동 모드에서의 적어도 하나의 다른 전기적 상태 사이에서, 상기 리드의 스위칭을 위한 스위칭 장치를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 다른 전기적 상태는,
    접지 상태 또는 전기적 플로팅 상태(floating state)인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 본체 부분의 벽들은 전기 전도성 물질인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동 모드와 상기 제2 작동 모드 사이에서 장치를 스위칭하도록 동작 가능한 제어기를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 장치는 유도 결합 플라즈마 생성 장치이고, 상기 코일은 유도 코일인 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지체에 RF 바이어스 전력을 공급하는 RF 전력 공급기를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  23. 워크피스를 처리하기 위한 다중-처리 툴에 있어서,
    복수의 처리 모듈들을 포함하고,
    상기 모듈들 중 하나는 제1항에 따른 플라즈마 에칭 장치를 포함하는 전-세척(pre-clean) 모듈인 것인,
    워크피스를 처리하기 위한 다중-처리 툴.
  24. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지체는, 상기 제1 작동 모드에서 제1 위치에 그리고 상기 제2 작동 모드에서 제2 위치에 위치 가능하도록 구성되고, 상기 제1 위치는 상기 코일에 상기 제2 위치보다 더 가까운 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 가스 주입구는 상기 챔버의 천장에 위치된 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  26. 적어도 하나의 챔버를 가지고 기판을 에칭하기 위해 사용되는 타입의 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법에 있어서,
    아르곤을 포함하는 가스로부터 상기 적어도 하나의 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 - 상기 챔버는 전도성 물질로 제조되고, 상기 플라즈마 에칭 장치는 상기 적어도 하나의 챔버의 나머지로부터 전기적으로 고립된 리드, 및 상기 리드로부터 금속 물질의 스퍼터링을 가능하게 하기 위해 상기 리드에 전력을 공급하는 리드 전력 공급기를 포함함 - ;
    아르곤 이온들을 사용하여 상기 기판을 에칭하는 단계 - 상기 아르곤 이온들은 상기 기판으로부터 물질을 제거하고, 상기 리드는 상기 에칭 동안 적어도 하나의 전기적 상태에 있고, 상기 전기적 상태는 접지 상태 또는 전기적 플로팅 상태이고, 이에 의해 상기 에칭 동안 상기 리드의 스퍼터링을 최소화함 - ;
    상기 에칭 후에 상기 챔버로부터 상기 기판을 언로딩하는 단계; 및
    세척 기능을 수행하기 위해 아르곤 플라즈마를 사용하여 상기 적어도 하나의 챔버 내부 표면 상에 상기 적어도 하나의 챔버 및 상기 리드 내에 위치하는 전기 유도 코일로부터 금속 물질을 스퍼터링하는 단계 - 상기 세척 기능을 수행하기 위해 상기 금속 물질을 스퍼터링하는 단계는, 상기 기판을 에칭하는 단계 및 상기 언로딩하는 단계 이후에 수행되고, 상기 리드 전력 공급기는 상기 스퍼터링 동안 상기 리드에 음의 DC 전력을 공급하고, 이에 의해 상기 리드를 스퍼터링함 - 를 포함하는 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 에칭하는 단계 이후 및 상기 스퍼터링하는 단계 이전에,
    기판 지지체 위에 커버가 위치하는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면에 입상 물질을 부착하기 위해 상기 금속 물질이 스퍼터링되는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 구리인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 금속 물질은 상기 적어도 하나의 챔버 내에 존재하는 하나 이상의 기체 종류를 제거하는 게터 물질인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 게터 물질은 상기 적어도 하나의 챔버 내에 존재하는 기체 종류와 반응 또는 이를 흡착하는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 게터 물질은 티타늄, 탄탈 또는 텅스텐인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면에 입상 물질을 부착하기 위해 스퍼터링되는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 구리인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 게터 물질인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 리드의 금속 물질은 티타늄, 탄탈 또는 텅스텐인 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  37. 제26항에 있어서,
    스위칭 장치가, 상기 리드 전력 공급기와의 전기적 연결과, 상기 적어도 하나의 전기적 상태 사이에서, 상기 리드를 스위칭하는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  38. 제26항에 있어서,
    제어기가, 상기 기판의 에칭이 수행되는 제1 작동 모드와, 상기 적어도 하나의 챔버의 내부 표면 상으로 금속 물질이 스퍼터링되는 제2 작동 모드 사이에서, 상기 장치를 스위칭하도록 동작 가능한 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  39. 제26항에 있어서,
    RF 전력 공급기가 기판 지지체로 RF 바이어스 전력을 공급하는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  40. 제26항에 있어서,
    상기 에칭하는 단계 후에 그리고 상기 스퍼터링하는 단계 전에, 상기 기판은 플레이튼 위에 위치된 더미 웨이퍼로 교체되는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
  41. 제26항에 있어서,
    상기 세척 기능은, 상기 챔버 내에 두 번째 기판을 로딩하기 전에 수행되는 것인, 플라즈마 에칭 장치의 세척 방법.
KR1020150165734A 2014-11-25 2015-11-25 플라즈마 에칭 장치 KR102591909B1 (ko)

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