KR102613743B1 - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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리치 폴
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Abstract

본 발명에 따르면,
적어도 하나의 챔버;
상기 챔버 내에 위치한 기판 지지부;
상기 기판을 에칭하는 것에 사용하는 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 생성 장치; 및
사용시, 상기 기판의 주변부가 물질의 원치 않는 증착으로부터 보호되기 위한, 상기 기판 지지부를 둘러싸는 보호 구조;를 포함하고
상기 보호 구조는 전기적으로 바이어스되도록 배치되고 또한 금속 물질로 형성되어 상기 챔버의 내부 표면에 입상 물질을 부착시키도록 상기 챔버의 내부 표면 상에 상기 보호 구조로부터 금속 물질이 스퍼터링되는,
기판을 에칭하기 위한 ICP 플라즈마 에칭 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 에칭 장치{Plasma Etching Apparatus}
본 발명은 기판을 에칭하는 ICP 플라즈마 에칭 장치, 오염 저감 방법 및 플라즈마 에칭 장치에 사용되는 보호 구조에 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.
동작 시, 장시간 에칭은 챔버 리드 및 벽과 같은 스퍼터 에칭 챔버의 내부 표면 주위에 재 증착된 미립자 물질의 축적을 초래할 수 있음이 관찰된다. 이는 특히 탄소계 물질의 축적 또는 재 증착으로 이어질 수 있는 폴리벤조옥사졸(PBO)과 폴리이미드(PI)와 같은 유기 물질의 에칭에 관한 문제이다. 이러한 재증착된 미립자 물질은 입자가 느슨하게 되는 지점에 축적될 수 있고 그들에 낙하하고 웨이퍼를 오염시킬 가능성이 있다.
또 다른 문제는 주로 가스를 방출하는 물질을 함유한 웨이퍼에 관련된다. 이러한 물질의 예로서, 유기 패시베이션 층, 접착제, 포토레지스트 및 스핀-온 물질이 있다. 다시 언급하지만, PI 및 PBO는 특히 문제가 있다. 이러한 물질이 가수를 방출할 때, 오염 물질이 압력이 증가된 챔버로 방출된다. 이는 연속 웨이퍼 공정 사이의 챔버에서 허용 가능한 진공 수준의 회복에 심각한 문제를 야기한다.
이러한 문제의 종래 해결책은 빈번하게 유지 보수 절차를 수행하는 것이었다. 이것은 궁극적으로 기계적 청결이 수행될 수 있도록 챔버가 대기로 배출된다. 이러한 개입은 상당한 비용과 툴 다운 타임을 갖는다. 이는 제조 환경에서 바람직하지 않다. 대신, 관리 개입 빈도를 감소시키는 것이 바람직하다. 이는 툴의 가동 시간을 개선하는 동안 비용을 감소시킬 것이다.
챔버의 세정 사이 평균 시간을 연장하기 위한 금속 디스크 또는 금속화된 웨이퍼를 에칭하는 것이 또한 알려져 있다. 챔버는 일반적으로 챔버 내 플라즈마를 형성하도록 RF 에너지가 유도적으로 결합된 것을 통한 세라믹 또는 석영 측벽을 포함한다. 챔버의 이러한 부분은 연속 금속 증착의 형성으로부터 보호하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 유도 결합 전력의 심각한 감쇠가 발생할 수 있다. 금속 디스크 또는 금속화된 웨이퍼의 에칭은 상기 챔버의 내부 표면 상에 임의의 느슨한 미립자 물질의 “부착”을 야기한다. 이는 기판 상에 낙하된 미립자 물질을 방지한다. 그러나, 통상의 제조는 금속 디스크 또는 금속화된 웨이퍼의 에칭을 수행하기 위해 중단되어야 한다. 결과적으로, 이들 기술은 정상적인 생산을 방해하고, 시스템 스루풋의 손실 및 소유권의 비용 증가(COO)를 초래한다.
본 발명은 실시예들 적어도 일부에서, 하나 이상의 상술한 문제점을 해결한다. 본 발명은 이러한 사전 세정 모듈에서 수행된 스퍼터 에칭 공정과 같은 스퍼터 에칭 프로세스에 특히 적합하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 대신, 본 발명은 플라즈마 에칭 공정의 넓은 범위에 적용될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 기판을 에칭하기 위한 ICP 플라즈마 에칭 장치는,
적어도 하나의 챔버;
상기 챔버 내에 위치한 기판 지지부;
상기 기판을 에칭하는 것에 사용하는 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 생성 장치; 및
사용시, 상기 기판의 주변부가 물질의 원치 않는 증착으로부터 보호되기 위한, 상기 기판 지지부를 둘러싸는 보호 구조;를 포함하고
상기 보호 구조는 전기적으로 바이어스되도록 배치되고 또한 금속 물질로 형성되어 상기 챔버의 내부 표면에 미립자 물질(particulate material)을 부착시키도록 상기 챔버의 내부 표면 상에 상기 보호 구조로부터 금속 물질이 스퍼터링된다.
이러한 방식으로, 미립자 물질의 문제는 해결된다. 이는 유지 보수 작업이 요구하는 빈도를 감소시킬 수 있다. 이는 차례로 운영 비용 절감과 장치의 가동 시간을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명자들은 기판에 에칭을 하는 것과 동시에 챔버의 내부 표면에 미립자 물질을 부착하기 위해 보호 구조를 스퍼터링하는 것이 가능하다는 것을 알게 되었다. 이는 매우 편리하며, 시스템의 처리량을 증가시킬 수 있다.
상기 금속 물질은 금속 또는 금속 합금일 수 있다.
상기 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리일 수 있다.
상기 금속 물질이 금속 합금인 경우, 상기 합금은 하나 이상의 다른 금속과 합금 금속을 포함, 및/또는 하나 이상의 비-금속 물질과 함금화되는 금속일 수 있다. 예를 들어, 보호 구조는 구리, 실리콘, 또는 구리 및 실리콘을 모두 포함할 수 있는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 전형적으로, 구리 및/또는 실리콘은 5 % 미만으로 존재한다.
금속 물질은 게터 물질일 수 있다. 상기 게터 물질은 챔버 내에 존재하는 하나 이상의 기체 화학종을 제거할 수 있다. 상기 게터 물질은 챔버 내에 존재하는 기체 화학종을 흡착하거나 이와 반응할 수 있다. 상기 게터 물질은 티타늄 또는 탄탈일 수 있다. 이러한 방식으로, 가스 발생에 의한 불필요한 가스의 존재를 제거할 수 있다.
전형적으로, 보호 구조는 링 구조이다. 상기 링 구조는 기판 지지부와 기판을 둘러싸고 있어 기판의 주변부를 물질의 원치 않은 증착으로부터 보호할 수 있다. 이러한 보호된 부분은 기판의 하부를 포함할 수 있다. 이러한 타입의 링 구조는 일바적으로 “백 스퍼터 링” 또는 “균일 링”으로 알려져 있다. 통상적으로, 상기 링 구조의 일 부분은 기판의 주변부를 수용하도록 구성된다. 전형적으로, 상기 링 구조는 단일, 연속 링 구조이다. 그러나, 본 발명에 기술된 원리는 다중 링 구조와 같이 다른 형태의 보호 구조로 또한 연장될 수 있다.
보호 구조는 기판 수용 표면을 가질 수 있다. 상기 보호 구조는 오목부(recess)를 포함할 수 있고, 기판 수용 표면은 상기 오목부의 일부로 형성될 수 있다.
사용시, 기판에 인접한 상기 보호 구조의 영역은 유전 물질로 형성될 수 있다. 상기 유전 물질은 보호 구조 상의 코팅으로 존재할 수 있다.
보호 구조는 유전 물질로 형성된 기판 수용 표면을 가질 수 있다. 상기 보호 구조는 오목부의 일부를 형성하는 기판과, 오목부를 포함할 수 있다. 상기 오목부는 기판 수용 표면과 벽부를 포함할 수 있다. 상기 기판 수용 표면 및 벽부는 유전 물질로 형성될 수 있다.
상기 유전 물질은 산화 알루미늄일 수 있다.
상기 보호 구조는 기판 지지부로부터 떨어져 기울어진 적어도 하나의 플라즈마 대향 표면을 갖는 기판 지지부로부터 먼 영역을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 보호 구조로부터 스퍼터링된 금속 물질의 공간적 분포는 미립자 물질의 증착이 가장 일반적인 챔버의 영역 내에서 스퍼터링된 금속 물질의 증착을 최대화하도록 제어할 수 있다. 또 다른 장점은 기판 상의 보호 구조로부터 스퍼터링된 금속 물질의 증착을 최소화할 수 있다는 것이다.
기판 지지부로부터 먼 영역은 상기 기판 지지부로부터 떨어져 경사진 단일 플라즈마 대향 표면을 가질 수 있다.
상기 기판 지지부로부터 먼 영역은 모서리가 깎여 있거나(chamfered), 비스듬하거나(bevelled), 코브(coved)또는 반곡(ogee) 형상일 수 있다.
상기 장치는 어두운 공간 실드(dark space shield)를 더 포함할 수 있다. 상기 어두운 공간 실드는 기판 지지부를 둘러싸고 있을 수 있고, 보호 구조를 수용하는 보호 구조 수용 부분을 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부은 레벨을 정의하는 기판의 수용을 위한 플레이튼을 포함할 수 있다. 상기 보호 구조는 이러한 레벨 아래로 배치될 수 있다. 전형적으로, 어두운 공간 실드는 기판과 기판 지지부의 낮은 영역 사이 갭에서 플라즈마의 생성을 최소화하기 위해 플레이튼의 레벨까지 연장된다. 이와 대조적으로, 본 발명의 어두운 공간 실드는 챔버로 수직으로 연장되지 않도록 구성된다. 결과적으로, 플라즈마는 보호 구조 주위를 더 확장시킬 수 있다. 이는 보호 구조의 금속 물질의 스퍼터링을 더 향상시킬 수 있다.
사용시, 상기 기판 지지부는 전기적으로 바이어스된다. 보호 구조 상에 전기적 바이어스 제공을 위해, 보호 구조는 기판 지지부와 전기적으로 접촉될 수 있다. 실제로, 이는 보다 편리한 배치일 수 있다. 그러나, 원칙적으로는 보호 기판을 독립적으로 전기적으로 바이어스 하는 것이 가능하다.
전형적으로, 상기 보호 구조 및/또는 기판 지지부는 RF 전압과 전기적으로 바이어스된다.
챔버는 RF 에너지의 전송을 위한 유전 물질로 형성된 영역을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 상기 영역을 통해 RF 에너지를 상기 챔버에 결합되도록 할 수 있다. 상기 영역을 형성하는 유전 물질은 세라믹 또는 석영일 수 있다.상기 영역은 챔버의 창 또는 벽을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 스퍼터 에칭 장치일 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 아르곤 스퍼터 에칭 장치일 수 있다.
상기 플라즈마 생성 장치는 전기 전도성 요소를 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 전기 전도성 요소는 챔버의 외부에 위치한다. 상기 전기 전도성 요소는 코일일 수 있다.
상기 장치는 기판 지지부 및 보호 구조 가운데 하나 또는 모두에 RF 바이어스 전력을 공급하는 RF 전력 공급기를 포함할 수 있다.
전형적으로, 상기 플라즈마 에칭 장치는 단일 챔버를 포함한다. 그러나, 다중 챔버 장치 또한 본 발명의 범위에 속한다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 (멀티 프로세싱) 클러스터 툴에 사용하기 위한 사전 세정 모듈일 수 있다.
상기 플라즈마 생성 장치는 상기 전기 전도성 요소에 전력을 공급하는 전기 발생기, 바람직하게는 RF 발생기를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마는 전기 전도성 요소에 공급되는 전력의 유도 결합에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 본 발명의 제1실시예에 따른 장치를 제공하는 단계;
상기 챔버의 내부 표면에 미립자 물질을 부착하기 위해 상기 챔버의 내부 표면 상에 상기 보호 구조로부터 금속 물질을 스퍼터링하는 상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계;를 포함하는,
기판의 에칭에 사용되는 플라즈마 에칭 장치에서의 미립자 물질에 의한 오염을 저감하는 방법이 제공된다.
상기 보호 구조로부터 금속 물질의 스퍼터링은 기판의 에칭과 동시에 수행될 수 있다. 이는 스루풋(throughput) 면에서 상당한 이점을 제공한다. 게다가, 정상적인 제조 공정의 중단을 감소시킨다.
상기 보호 구조는 챔버에서 플라즈마를 생성하는 동안 전기적으로 바이어스될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따르면, 제1실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치의 보호 구조로서, 사용시, 기판의 주변부를 물질의 원치 않는 증착으로부터 보호하기 위해 상기 장치의 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 구성되고, 상기 챔버 내부 표면에 미립자 물질을 부착하기 위해 상기 장치의 챔버 내부 표면 상에 스퍼터링될 수 있는 금속 물질로 형성된, 보호 구조가 제공된다.
본 발명의 제4실시예에 따르면, 다수의 프로세싱 모듈을 포함하는 워크피스의 프로세싱을 위한 클러스터 툴이 제공되고, 상기 하나 이상의 모듈은 본 발명의 제1실시예의 플라즈마 에칭 장치를 포함하는 사전 세정 모듈이다.
본 발명은 상술한 것뿐만 아니라, 그 이상 또는 그 이하의 설명, 도면 및 청구범위의 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 제1 실시예와 관련하여 설명된 임의의 기능들은 본 발명의 제2실시예에 대해서도 개시된 것으로 간주되고 그 반대로 마찬가지이다.
본 발명에 따른 장치의 실시예들, 보호 구조, 및 방법은 하기 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 플라즈마 에칭 장치의 단면도이다.
도 2는 백 스퍼터 링 및 플레이튼의 주변부의 주위에서 도 1의 장치의 일부의 단면도이다.
도 3은 백 스퍼터 링의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 에칭된 PBO 코팅된 웨이퍼 상의 오염 입자 레벨을 도시한 도면이다.
도 5는 크기가 (a) 0.2 미크론 미만 입자 및 (b) 1.0 미크론 초과 입자들에 대해 에칭된 웨이퍼의 입자 레벨을 나타낸 도면이다.
도 6은 웨이퍼를 에칭하는 마라톤 테스트 중 측정된 (a) 에칭 속도 및 (b) 에칭 균일도를 나타낸 도면이다.
도 1은 10으로 일반적으로 도시된 본 발명의 플라즈마 에칭 장치의 예를 도시한다. 장치(10)는 상부에 배치된 적합한 가스 유입구(14)를 갖는 챔버(12)를 포함한다. 상기 챔버(12)는 웨이퍼 로딩 슬롯(16) 및 터보분자 펌프에 이르는 진공 라인과 같은 적합한 펌핑 장치에 연결될 수 있는 펌핑 포트(18)를 더 포함한다. 챔버(12)의 내부는 웨이퍼와 같은 워크피스가 로딩될 수 있는 플레이튼(20)을 수용한다. 도 1에서 실선으로 도시된 상기 플레이튼(20)은 워크피스를 수용하기 위해 낮은 위치(하강된 위치)에 있다. 상기 플레이튼(20)은 이후 에칭 프로세스를 시작하기 전에 도 1에서 점선으로 도시된 위치로 상승될 것이다. RF 전력 공급기(22)는 플레이튼(20)에 RF 바이어스 전력을 공급하도록 제공된다. 원칙적으로 다른 주파수에서 이용될 수 있으나, 편의를 위해 13.56 MHz의 RF 신호가 사용된다. 상기 챔버(12)는 유도 코일(24)에 둘러싸여 있다. 상기 유도 코일(24)은 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 임피던스 매칭 네트워크(미도시)를 통해 RF 발전기(미도시)에 연결된다. 상기 챔버(12)의 벽은 적어도 유도 코일의 근방에, 챔버(12)에 결합된 RF 전력의 감쇄를 최소화하기 위해, 석영이나 세라믹과 같은 전기 절연 물질로 만들어진다. 적절한 프로세스 가스 또는 가스들이 가스 유입구(14)를 통해 챔버(12)에 공급되고, RF 전력은 상기 챔버(12) 내의 플라즈마(26)를 생성하기 위해 코일(24)에 공급된다. 일 예로서, 가스(일반적으로 아르곤)는 질량 유체 제어기를 통해 비교적 저압(일반적으로 1~10mTorr)으로 챔버(12)내로 도입된다. 플레이튼(20)의 바이어스 공급기는, 이온 충격이 워크피스의 표면을 에칭하는, 워크피스쪽으로 플라즈마로부터 이온을 가속하는데 사용된다.
상기 장치(10)는 백 스퍼터 링(back sputter ring)(28)의 형태로 된 보호 구조를 더 포함한다. 상기 백 스퍼터 링(28)은, 이의 표면으로부터 스퍼터 침식될 수 있는 금속 합금 또는 금속으로 만들어진다. 상기 물질은 백 스퍼터 링(28)으로부터 스퍼터링되고 챔버(12)의 부분 및 내부 표면을 코팅한다. 챔버(12)의 부분 및 내부 표면에 증착되는 미립자 물질은 백 스퍼터 링(28)으로부터 스퍼터링된 물질에 의해 제자리에 “부착(pasted)” 된다. 이러한 방식으로, 상기 미립자 물질은 백 스퍼터 링(28)으로부터 금속 또는 금속 합금 물질의 스퍼터링에 의해 챔버에 제자리에 견고히 부착된다. 이는 적어도 웨이퍼 상 낙하하는 미립자 물질에 대한 리스크를 감소시킨다.
도 2는 백 스퍼터 링(28) 및 플레이튼(20)의 주변부 주위 챔버(12)의 일부를 통한 단면도이다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 기능을 나타내기 위해 도 2에 사용된다. 이에 나타낸 바와 같이, 장치(10)는 비전통적인 구조의 어두운 공간 실드(dark space shield)(30)를 더 포함한다. 도 2의 다른 특징은 기본적으로는 종래 타입이며, 그 동작은 통상의 기술자에게 알려져 있다. 또한 도 2에는 플레이튼(20)의 오목부(32)가 도시되어 있다. 상기 오목부(32)는 웨이퍼(미도시)를 수용한다. 상기 백 스퍼터 링(28)은 실질적으로 수직 벽 부(28c)와 수평 기판 수용 표면(28b)으로 만들어진 오목부(28a)를 포함한다. 상기 웨이퍼는 또한 오목부(28a)에 수용된다. 이러한 방식으로, 상기 백 스퍼터 링(28)은, 불필요한 물질 증착과 같은 플라즈마의 원치 않은 효과로부터 웨이퍼의 표면 및 엣지를 보호하도록 작용한다. 백 스퍼터 링(28)은 플레이튼(20)에 형성된 슬롯에 의해 수용되는 원형 림(28d)을 더 포함한다. 이는 백 스퍼터 링(28)과 플레이튼(20) 사이에 만들어져 밀착되는 것이 가능하여 백 스퍼터 링(28)은 플레이튼(20)과 전기적으로 접속한다. 이는 플레이튼(20)과 백 스퍼터 링(28) 모두가 RF 전력 공급기(22)에 의해 전기적으로 바이어스되는 것을 보장한다.백 스퍼터 링(28)은 플라즈마 대향 표면(28e)를 더 포함한다. 도 2에 도시된 예에서, 플라즈마 대향 표면(28e)은 웨이퍼와 플레이튼(20)으로부터 떨어져 경사져 있다. 플라즈마로부터 백 스퍼터 링(28) 및 웨이퍼에 도달하는 이온은 일반적으로 수직 아래 방향으로 이동한다. 플라즈마 대향 표면(28e)에 의해 제공된 프로파일은 미립자 물질의 오염에 민감한 챔버 일부 쪽으로 백 스퍼터 링(28)으로부터 스퍼터링된 물질의 플럭스의 공간 분포를 최대화한다. 특히, 백 스퍼터 링(28)으로부터 스퍼터링된 물질은 실질적으로 코일(24)의 위치에서 가까운 내부 챔버 벽의 영역을 향한다. 이와 관련된 장점은 웨이퍼 쪽으로 백 스퍼터 링(28)으로부터 스퍼터링된 물질의 플럭스를 최소화한다는 것이다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 플라즈마 대향 표면(28)은 이의 반경 단면에서 선형이다. 통상의 기술자는 다른 많은 프로파일이 유사한 결과를 얻기 위해 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 플라즈마 대향 표면은 만곡된 반경 단면이거나, 또는 모서리가 깎여 있거나(chamfered), 비스듬하거나(bevelled), 코브(coved) 또는 반곡(ogee) 형상으로 사용될 수 있다.
어두운 공간 실드(30)는 비전통적인 디자인이다. 보다 구체적으로 기존의 어두운 공간 실드는 (적어도 플레이튼의 하부면에서) 플레이든의 레벨까지 연장되도록 구성되었다. 종래의 어두운 공간 실드는 플레이튼과 챔버 하부 사이 영역의 갭에 플라즈마의 정도를 감소시키기는 의도이기 때문이다. 이러한 전통적인 어두운 공간 실드 대비, 도 2에 도시된 어두운 공간 실드는 짧은 직립 부를 갖는 컷-오프 디자인이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 어두운 공간 실드(30)의 최상부는 플레이튼(20)의 레벨 아래 어딘가에 위치한다. 상기 어두운 공간 실드(30)는 상대적으로 얕은 외주 슬롯(30a)을 포함하고, 얕은 외주 슬롯(30a)은 백 스퍼터 링(28)의 외주 벽(28f)을 따라 아래쪽으로 수용한다. 결과적으로, 플라즈마(26)는 플레이튼(20)과 웨이퍼와 챔버의 하부 사이 갭에서 백 스퍼터 링(28) 주위에 연장된다. 이는 백 스퍼터 링(28)의 스퍼터링이 향상되도록 한다.
도 3은 백 스퍼터 링(128)의 제2 실시예를 나타낸다. 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 요소들에 필수적으로 동일한 다른 요소들을 도시한다. 동일한 참조 부호는 이들 공통 요소, 즉 플레이튼(20), 웨이퍼 오목부(32) 및 어두운 공간 실드(30)를 나타내기 위해 사용된다. 백 스퍼터 링(128)은 웨이퍼를 수용하는 수평 표면 및 벽 부를 포함하는 오목부(128a)를 갖는다. 제2 실시예에서, 상기 오목부(128a)는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 유전 코팅으로 코팅된다. 산화 알루미늄은 알루미늄 보다 매우 낮은 스퍼터링 수율(산화 알루미늄 스퍼터링 수율 = 0.18 ; 알루미늄 스퍼터링 수율 = 1.24, at 600eV) 가지고, 이에 따라 알루미늄 대비 매우 느리게 에칭한다. 결과적으로, 스퍼터링의 감소된 양은 코팅된 오목부(128a)에서 발생하고 차례로 웨이퍼의 후면 및 엣지 상의 스퍼터링되는 물질의 양을 감소시킨다. 통상의 기술자는 코팅 테크닉 외 다른 유전 물질 및 다른 기술이 웨이퍼 근방의 유전체 표면을 갖는 백 스퍼터 웨이퍼의 생산을 위해 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 이에 국한되는 것은 아니지만, 이는 에칭되는 기판의 표면에 대해 비교적 큰 표면적을 갖는 백 스퍼터 링을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 상기 기판으로부터 방출되는 물질에 백 스퍼터 링으로부터 물질을 스퍼터링하는 비율이 비교적으로 크다. 예를 들면, 300mm 웨이퍼가 에칭되는 경우, 외경 340 mm 및 내경 300 mm의 백 스퍼터 링이 100% PBO 코팅된 웨이퍼의 에칭 동안 방출되는 미립자 물질의 제어에 효과적인 것이 입증되었다. 이러한 비 제한적인 실시예에서, 상기 백 스퍼터 링은 웨이퍼의 약 30% 인 표면 영역을 갖는다.
100% PBO 코팅된 웨이퍼를 에칭하기 위해 도 1에 도시된 장치와 도 2에 도시된 백 스퍼터 링의 제1 실시예를 사용하여 다양한 실험을 수행하였다. 실험은 또한 표준, 종래 에칭 모듈을 이용하여 수행하였다. 에칭된 웨이퍼의 VPD ICPMS 분석은, 웨이퍼의 금속 오염이 표준 에칭 모듈에 대한 일반적인 값 이하로 유지될 수 있다는 것을 보여 주었다. 표 1은 본 발명의 신규한 에칭 장치 및 표준 에칭 장치 모두 웨이퍼의 Al 오염을 나타낸다. 본 발명의 장치에서 금속 오염의 증가는 보이지 않고, 실제로 결과는 오염의 낮은 레벨로 나타난다.
Al (atoms/cm2)
표준 에칭 8.97E13
신규 에칭(novel Etch) 8.20E13
도 4는 에칭된 PBO 코팅된 웨이퍼의 오염된 입자 레벨을 나타낸다. 1.0 미크론 보다 큰 입자들이 검출되었다. 본 발명에 따른 장치를 사용하여 다수의 웨이퍼의 에칭을 수행하였고, 또한 웨이퍼의 에칭을 멈추고, 챔버에 금속 디스크를 도입하고. 금속 디스크를 스퍼터 에칭하는 부착 단계를 수행하는 것에 의해 입자 레벨을 회복하는 종래 기술을 사용하였다. 라인(40)은 본 발명의 장치의 사용으로 얻어진 결과이고, 라인(42)은 종래 금속 디스크 부착 기술을 사용하여 얻어진 결과이다. 종래 금속 디스크 부착 기술에서, 각 부착은 입자 레벨의 급격한 감소를 야기했다. 그러나, 종래 기술 사용으로 관찰된 입자 레벨은 본 발명의 장치를 사용하여 관찰된 입자 레벨과 비교하여 실질적으로 더 높다. 비록 각 금속 디스크 부착 단계가 웨이퍼 상에서 측정된 다수 입자가 상당히 감소하지만, 금속 디스크 부착 이후 얻어진 낮은 오염 레벨 조차도 본 발명의 장치를 사용하여 관찰된 오염 레벨보다도 여전히 높았다. 게다가, 웨이퍼 에칭 프로세스는 금속 디스크 부착 단계 수행을 위해 반드시 멈추어야 하고, 이는 스루풋의 감소로 이어진다. 반면, 백 스퍼터 링의 스퍼터 에칭을 통해 얻어진 부착은 웨이퍼의 에칭 공정 동안에 달성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 장치를 사용하는 경우 스루풋의 손실이 없다.
도 5는 100% PBO 코팅된 웨이퍼를 에칭하는 본 발명에 따른 장치의 마라톤 테스트 결과를 나타낸 것이다. 도 5는 (a) 0.2 미크론 보다 큰 입자와 (b) 0.1 미크론 보다 큰 입자에 대한 웨이퍼에서 관찰된 입자 레벨을 나타낸 것이다. 두 경우 모두에서 양호한 입자 성능이 약 2000 웨이퍼들 상에서 유지되었다. 도 6은 100% PBO 코팅된 웨이퍼를 에칭하는 본 발명에 따른 장치의 마라톤 테스트 동안 측정된 (a) 에칭 속도(A/min) 및 (b) 에칭 균일도 (1 시그마, 3mm 엣지 제외)를 나타낸다. 이는 양호한 에칭 속도와 균일도가 반복적으로 달성되는 것을 보여준다.
상술한 예를 통해, 백 스퍼터 링이 알루미늄으로 제조되었다. 백 스퍼터 링은 도 3과 관련하여 기술된 바와 같이 웨이퍼 근방의 산화 알루미늄 코팅으로 제공될 수 있다. 다른 물질의 사용은 본 발명의 범위 내에 있다. 예로서, 알루미늄 합금 또는 구리가 고려될 수 있다. 또 다른 가능성은 효과적인 “게터” 물질인 티타늄을 사용하는 것이다. 게터 물질의 사용은, 불필요한 방출가스로 인한 가스 성분이 진공 성능의 나은 결과로 챔버 내 분위기로부터 제거될 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (22)

  1. 적어도 하나의 챔버;
    상기 챔버 내의 기판 지지부 - 상기 기판 지지부는 상기 챔버의 하부 위에 위치한 플레이튼(platen)을 포함하고, 상기 플레이튼은, 기판이 상기 챔버 내에서 에칭될 때 상기 기판을 수용하고 지지하기 위한 전용의 지지 표면을 가짐 - ;
    상기 기판을 에칭하는 것에 사용하는 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 생성 장치;
    상기 기판 지지부를 둘러싸는 금속 물질의 본체를 포함하는 보호 구조; 및
    상기 기판 지지부 주위로 연장되고 상기 플레이튼의 레벨 아래의 레벨에서 종료되는 어두운 공간 실드(dark space shield)
    를 포함하고
    상기 보호 구조는 전기적으로 바이어스되도록 배치되고, 상기 보호 구조의 금속 물질의 본체는, 상기 기판 지지부의 지지 표면의 레벨 아래에 위치한 하부 부분과 상기 기판 지지부의 지지 표면의 레벨 위에 위치한 상부 부분을 가지고 있어, 사용시, 상기 기판 지지부의 지지 표면 상에 수용된 상기 기판의 주변부가 상기 보호 구조에 의해 물질의 원치 않는 퇴적으로부터 보호되고, 상기 챔버의 내부 표면에 미립자 물질(particulate material)을 부착시키도록 상기 챔버의 내부 표면 상에 상기 보호 구조로부터 상기 금속 물질이 스퍼터링될 수 있고,
    상기 어두운 공간 실드는, 상기 기판 지지부 주위로 연장되고 상기 기판 지지부로부터 이격되는 보호 구조 수용 부분을 갖고,
    상기 보호 구조의 일부는, 그들 사이에 갭을 정의하기 위해 그로부터 이격된 상기 어두운 공간 실드의 상기 보호 구조 수용 부분 내에 수용되어, 상기 플레이튼의 레벨과 상기 챔버의 하부 사이의, 상기 갭을 포함하는, 영역 내로의 상기 보호 구조 주위의 플라즈마 전파의 정도가 상기 어두운 공간 실드의 존재에 의해 최소화되는 것인,
    기판을 에칭하기 위한 ICP 플라즈마 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 물질은 또한 게터 물질(getter material)인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 물질은 티타늄인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보호 구조는 링 구조인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보호 구조는, 상기 기판 지지부의 지지 표면과 동일 평면인 기판 수용 표면을 갖는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보호 구조는 오목부를 갖고, 상기 기판 수용 표면은 상기 오목부의 일부를 한정하는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보호 구조는, 사용시 상기 지지 표면 상에 수용된 상기 기판에 인접한 상기 기판의 지지 표면에 인접한 영역을 갖고, 상기 영역은 유전 물질로 형성되는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유전 물질은, 상기 보호 구조의 금속 물질의 본체 상의 코팅으로서 존재하는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 보호 구조는, 상기 기판 지지부의 지지 표면과 동일 평면인 기판 수용 표면을 갖고, 상기 보호 구조의 상기 기판 수용 표면은 상기 유전 물질로 형성되는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 보호 구조는, 상기 기판 지지부의 지지 표면과 동일 평면인 기판 수용 표면 및 상기 기판 수용 표면과 각을 이루는 벽부 표면(wall portion surface)을 갖고, 상기 보호 구조는 내부에 오목부를 갖고, 상기 오목부는 상기 기판 수용 표면 및 상기 벽부 표면에 의해 한정되고, 상기 기판 수용 표면 및 상기 벽부 표면은 상기 유전 물질로 형성되는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 유전 물질은 산화 알루미늄인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 보호 구조는, 적어도 하나의 플라즈마 대향 표면을 갖는 상기 기판 지지부로부터 먼 영역을 포함하고, 상기 플라즈마 대향 표면은 상기 기판 지지부로부터 떨어져 경사진 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기판 지지부로부터 먼 영역은, 상기 기판 지지부로부터 떨어져 경사진 단일 플라즈마 대향 표면을 갖는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기판 지지부로부터 먼 영역은 모서리가 깎여 있거나(chamfered), 비스듬하거나(beveled), 코브(coved) 또는 반곡(ogee) 형상인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지부는 전기적으로 바이어스되고, 상기 보호 구조 상에 전기적 바이어스를 제공하기 위해 상기 보호 구조는 상기 기판 지지부와 전기적으로 접촉하는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 RF 에너지의 전송을 위해 유전 물질로 형성된 영역을 포함하고, 상기 플라즈마 생성 장치는 상기 영역을 통해 상기 RF 에너지를 상기 챔버에 결합되도록 하는 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 장치는 스퍼터 에칭 장치인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  19. 제1항에 따른 적어도 하나의 챔버, 기판 지지부 및 플라즈마 생성 장치를 갖는 장치, 및 상기 기판 지지부를 둘러싸는 금속 물질의 본체를 포함하는 보호 구조를 제공하는 단계 - 상기 보호 구조의 금속 물질의 본체는, 상기 기판 지지부의 지지 표면의 레벨 아래에 위치한 하부 부분과 상기 기판 지지부의 지지 표면의 레벨 위에 위치한 상부 부분을 가짐 - ;
    상기 챔버의 내부 표면 상에 퇴적된 미립자 물질을 상기 챔버의 내부 표면에 부착하기 위해 상기 챔버의 내부 표면 상에 상기 보호 구조로부터 금속 물질을 스퍼터링하는 상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 - 상기 보호 구조는, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 동안 전기적으로 바이어스됨 - ; 및
    상기 기판 지지부 주위의 보호 구조 수용 부분을 갖는 어두운 공간 실드를 제공하는 단계로서, 상기 보호 구조 수용 부분이 상기 기판 지지부로부터 이격되어, 상기 보호 구조의 일부가, 그들 사이에 갭이 정의되도록 그로부터 이격된 상기 보호 구조 수용 부분 내에 수용되고, 상기 보호 구조 수용 부분을 포함하는 상기 어두운 공간 실드가 상기 플레이튼의 레벨 아래에 위치하여, 상기 보호 구조 주위 및 상기 플레이튼의 레벨과 상기 챔버의 하부 사이의, 상기 갭을 포함하는, 영역 내로 플라즈마가 전파하는 정도가 최소화되는 것인, 상기 어두운 공간 실드를 제공하는 단계
    를 포함하는,
    기판의 에칭에 사용되는 종류의 플라즈마 에칭 장치에서의 미립자 물질에 의한 오염을 저감하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기판이 상기 기판 지지부의 지지 표면 상에 수용되고 상기 기판 지지부의 지지 표면에 의해 지지되는 동안 상기 보호 구조로부터의 상기 금속 물질의 스퍼터링은 상기 기판의 에칭과 동시에 수행되고, 상기 기판의 주변부는 상기 보호 구조에 의해 물질의 원치 않는 퇴적으로부터 보호되는 것인, 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 어두운 공간 실드의 보호 구조 수용 부분은, 상기 보호 구조의 상기 일부가 환형 플랜지와 상기 기판 지지부 사이에 개재되도록 상기 보호 구조의 상기 일부의 방사상 바깥쪽으로 이격되는 상기 환형 플랜지인 것인, ICP 플라즈마 에칭 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 어두운 공간 실드의 보호 구조 수용 부분은 환형 플랜지이고, 상기 환형 플랜지가 상기 보호 구조의 상기 일부의 방사상 바깥쪽으로 이격되고 상기 보호 구조의 상기 일부가 상기 어두운 공간 실드의 보호 구조 수용 부분과 상기 기판 지지부 사이에 개재되도록 상기 어두운 공간 실드가 상기 기판 지지부 주위에 제공되는 것인, 방법.
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