KR20000064795A - 웨이퍼 플라즈마 프로세서용 이중 윈도우 배기장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼를 균일하게 가열하기 위해 외부 방사전력원을 이용하는 플라즈마 애싱 체임버가 방사열과 배기가스가 서로 방해하지 않고 흐르는 이중판 윈도우에 제공되어 있다.

Description

웨이퍼 플라즈마 프로세서용 이중 윈도우 배기장치

단일 반도체 처리기기는 반도체 제조 시설에의 이용이 증대되고 있다. 이러한 이유중 하나는 처리조건에 대한 제어를 극대화하기 때문이다. 처리조건으로는 복사 에너지(적외 또는 자외선) 플럭스 및/또는 웨이퍼를 충돌하는 /분자종류(부식액)의 플럭스가 있다. 단일 웨이퍼 처리기기를 이용하는 또 다른 이유로는 웨이퍼 표면에 대한 처리조건의 균일성을 증대하기 때문이다. 이러한 균일성은 절단된 웨이퍼의 부분과 관계없이, 웨이퍼로 만들어진 다이가 유사한 수용가능한 전기적인 수행 특성을 가지도록 하기 위해 필요하다. 이에 관하여, 주지해야할 것은 반도체 산업의 지속적인 추세에 따라서 반도체의 크기가 커지기 때문에 전체 웨이퍼에 대한 처리 조건을 균일하게 유지하는 것은 더욱 어렵게 되었다.

처리장치는 웨이퍼에 대해 복사 에너지와 반충작용을 동시에 적용해야 한다.

예를 들면, 이용된 포트레지스트를 제거하기 위해 전도 플라즈마 애싱에서, 온도복사(예를 들면, 적외선 및 가시광선)가 체임버의 윈도우를 통해 웨이퍼에 적용됨과 동시에 마이크로 웨이브 플라즈마 방전을 통해 이를 흐르게 함으로써 여기된 산소가 웨이퍼를 통과한다. 이 처리에서, 여기된 상태의 산소가 웨이퍼상에 발생한 가열된 포트레지스트와 반응함으로써, 포토레지스트를 가스(예를 들어, CO₂및 H₂O) 및 배기 오리피스를 통해 체임버로부터 배기된 휘발성 저분자 중량재로 산화함으로써 제거가 포토레지스터가 제거된다. 따라서, 이 처리에서는 웨이퍼에 대한 온도복사와를 균일하게 해야 하고 이 웨이퍼에 대한 여기된 산소 반응제의 플럭스를 균일하게 해야 한다.

도 1은 본 발명의 양수인인 Maryland씨의 Fusion Systems Corporation에 의해 제조된 선행기술의 플라즈마 애셔의 개략적인 대표도이다. 도 1을 참고하면, 가스가 가스공급부(1)로부터 공급되어 마이크로 웨이브 여자기(2)를 통해 도관(4)에 흐른다. 마이크로 여자기(2)는 선행기술에 공지되어 있듯이, 가스도관(4)이 통과하는 마이크로 웨이브 중공형일 수 있다. 가스는 가스가 여자기에 흐름에 따라 플라즈마로 형성된다. 마이크로 발생기(3)로부터의 마이크로 웨이브 전력은(예를 들면, 도파관 또는 직집 마그네트론 안테나 커플링에 의해) 마이크로 웨이브 여자기에 공급되어 플라즈마에 전력을 공급한다. 여자기로부터 플라즈마 여기의 작용에 의해 화학적으로 활성된 가스가 웨이퍼 처리실(5)에 공급된다. 처리실(5)은 상부 배플판(6a) 및 하부 배플판(6b)을 포함하는데 이들은 반응가스를 더 균일하게 하기 위해 반응가스의 흐름을 분사시키는 역할을 한다. 배플판(6a, 6b)은 선행기술에 공지되어 있듯이 대칭구조이다. 배플(6a, 6b)은 선행기술에 공지되어 있듯이, 오리피스의 대칭적 구조이다. 하부 인입 배플판(6b) 하류 및 아래에는 처리해야 할 웨이퍼(7)가 수평으로 위치되어 있다. 이 웨이퍼는 3개의 석영 격리애자(8)(두 개로 도시)에 의해 처리실의 하부벽(9)위에 지지되어 있다. 하부벽(9)은 복사 에너지 윈도우로써 역할을 하는데 이를 통해 백열전구(10a, 10b)로부터의 복사열전력이 통과한다. 두 개의 백열전구(10a, 10b)만이 개략적으로 도시되어 있을 지라도 실질적으로는 원형의 여러 백열전구가 이용된다. 하부벽(9)은 석영유리로 되어 있고 처리실이 진공중에서 작동할 때 외부압력에 견딜 수 있도록 충분한 두께로 되어야 한다. 하부 체임버벽(9)은 중앙 오리피스(9a)를 포함한다. 상부 배기관부(11a)는 석영으로 되어 있고 하부 체임버벽(9)의 중앙 오리피스(9a)에 융합되어 있다. 하부 배기관부(11b)는 진공펌프 시스템(12)에 연결되어 있다. 중앙 오리피스(9a)의 중앙위치는 배플판(6a, 6b)의 구조와 함께 처리실(5)의 처리가스의 대칭적인 흐름에 기여하기 때문에 중요하다.

그러나 상부 배기관부(11a)의 중앙부를 필요로 하는 중앙 오리피스(9a)의 중앙위치에 의해 웨이퍼(7)에 대한 복사전력의 분배를 균일하게 하기가 어렵다. 상부 배기관부(11a)의 위치는 복사전력원 및 광학장치의 위치를 방해함으로써 웨이퍼의 표면에 대한 복사전력의 균일한 분배를 방해한다. 선행기술에 프로세서에서 상부 배기관부(11a)가 배제되었지만 아래에 설명되어 있듯이 본 발명에 따라 이용될 수 있는 평면, 이 경우에는 웨이퍼에 균일한 방사를 하는 두 개의 예는 다중 가변제어, 다중영역 플레이너 어레이 조사방법, 이후 간단히 플레이너 어레이라고함, 및 단일 고전력원과 관련한 회전편향기의 일반적으로 의도한 표면을 이용한 방법이 있다.

플레이너 어레이 방법은 플레이너에서의 중앙램프가 웨이퍼의 중앙아래로 향하는 것이 중요하기 때문에 위에서 설명한 선행기술의 처리실에서 배제되었다. 이것은 배기관의 상부(11a)가 이 위치를 통과하기 때문에 배열될 수 없었다.

회전편향 표면방법의 표면은 이 방법에 이용되는 단일의 고전원이 웨이퍼의 중앙아래로 향하게 위치되어져야 하기 때문에 배제되어 있고 전자의 플레이너 어레이에서 처럼 이것은 배열될 수 없었다.

본 발명은 반도체 웨이퍼를 처리하는 체임버에 관한 것이다.

본 발명은 1997년 1월 30일 출원의 미합중국 특허출원 일련번호 08/790,554의 일부 계속 출원이다.

도 1은 선행기술의 플라즈마 처리기기의 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 플라즈마 처리실의 개략도.

도 3은 부착된 배기 메니폴드와 함께 도 2에 도시된 플라즈마 처리실의 바닥 벽 어샘블리의 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 바닥 벽 어샘블리의 평면도.

도 5는 본 발명의 제2실시예의 플라즈마 처리실의 바닥 벽 어샘블리의 사시도.

도 6은 도 5에 도시된 바닥 벽 어샘블리의 평면도.

도 7은 편향 벨트를 지닌 플라즈마 처리실의 확대된 사시도.

본 발명에 따라서, 체임버를 통해 흐르는 웨이퍼 처리가스와 이 체임버로 통과하는 복사 에너지를 가진 웨이퍼 처리실에는 상부 및 하부 바닥벽(이후, 상, 하 벽이라고 한다)을 포함하는 이중 바닥벽 어샘블리가 마련되어 있다. 다수의 고유체 컨덕턴스와 대칭으로 배열된 오리피스가 마련되어 있다. 분지는 고유체 컨덕턴스와 적어도 거의 동일한 유체 컨덕턴스를 지니어 다수의 오리피스를 통한 배기 유동이 동일할 것이다. 배기 메니폴드의 구성은 체임버의 바닥아래의 공간이 방해되지 않도록 되어 있어서 복사열 시스템이 이 공간에 설치된다. 적어도 위의 기술적인 배경에서 설명된 플레이너 어레이형이나 비대칭 편형형이 이용될 수 있다. 전문은 제한된 것으로 해석되는 것이 아니라 웨이퍼에 대한 어느 크기의 균일성을 얻은 여러 기타 방법이 기술분야에 공지되어 있다. 이와 관련하여 주지해야 할 것은 실질적으로 어떠한 시스템도 완벽한 균일성을 성취할 수 없다는 것이다. 양 바닥벽은 복사 에너지에 실질적으로 투명함으로써 이 복사 에너지가 이중벽 어샘블리를 통해 이 체임버를 통과한다. 따라서, 이 바닥벽 어샘블리는 복사 에너지원의 위치로부터 웨이퍼에 방해하지 않고 볼 수 있게 한다. 이 체임버로부터 배기된 가스는 상부벽의 중앙 오리피스내로 그리고 상부벽과 하부벽사이의 주변벽의 오리피스 밖으로 흐른다.

웨이퍼 처리실의 또다른 실시예에서는 이 체임버의 열효률을 증가시키기 위해 편향 벨트가 마련되어 있다. 이 편향 벨트는 주변벽의 오리피스로부터 연장한 배기구멍을 지니어 웨이퍼에 대해 대칭적 탈출 흐름과 가스의 흐름을 제공한다.

본 발명의 장점은 향상된 광학 액세스를 체임버내의 웨이퍼에 제공하는 웨이퍼 처리실을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 웨이퍼를 균일하게 조명하는 웨이퍼 처리실을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 체임버의 처리가스의 대칭적으로 흐르게 하는 것이다.

도면을 참고로 하면서 바람직한 실시예를 설명할 것이다.

도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 이들 도면을 참고로 하면, 체임버의 상부는 도 1에 도시된 선행기술의 처리실과 동일하다는 것을 알 수 있고 동일한 참조번호를 사용했다. 따라서 인입 파이프(4')는 마이크로 웨이브 여자기(도면에 도시하지 않음)로부터 가스를 처리실(5')에 전달한다. 인입 배플판(6a', 6b')은 석영 격리애자(8')에 지지된 웨이퍼에 대해 여기된 처리가스의 흐름을 확산시키는 역할을 한다.

본 발명의 체임버의 바닥벽 어샘블리(36)를 지금 설명할 것이다. 웨이퍼 아래에는 상부벽(29)이 있다. 상부벽(29)상의 중계 격리애자(8')에 의해 지지되어 있다. 상부벽(29)은 이를 통과하는 온도방사에 투명하다. 상부벽(29)은 배기가 처리기(5')밖으로 도중 통과하게 하는 중앙 오리피스(31)를 지닌다. 이 중앙 오리피스(31)의 위치는 인입배플(6a', 6b')과 함께 웨이퍼(7)에 대해 처리가스 흐름을 대칭적으로 그리고 더 균일하게 결정하는 역할을 하여 처리를 매우 균일하게 한다. 처리실내 외부의 전체 압력차와 처리실 밖의 외부압력을 상벽(29)이 받지 않기 때문에 상벽은 너무 두껍지 않아도 된다. 상벽이 얇게 될 수 있기 때문에, 이를 통과하는 온도방사의 흡입량이 작아질 수 있다. 상부벽(29) 아래에는 하부벽(32)이 있다. 하부벽은 어떠한 방해도 받지 않고 어떠한 오리피스도 없는 단순한 원형으로 처리실(5')의 압력과 외압간의 차를 유지하기 위해 충분한 두께로 되어 있다. 또한, 웨이퍼(7')를 통과하는 온도방사에 투명하다. 상부벽과 하부벽(29 및 32)의 주변에지간을 연장하는 원주벽(30)은 이들 벽사이의 공간을 폐쇄하는 역할을 한다. 매우 크고 높은 유체 컨덕턴스 배기 포토(33A, 33B, 33C)가 원주벽(30)에 설치되어 있다. 상부벽(29)의 중앙 오리피스(31)를 통과한 후, 배기된 처리 가스가 분산되고 배기포트(33a, 33B, 33C)밖으로 흐른다. 커플러(34A, 34B, 34C)(도 2에서 두 개만 도시)는 배기포트(33A, 33B, 33C)에 연결되어 있다. 이 커플러(34A, 34B, 34C)는 배기 포트(33A, 33B, 33C)로부터의 유동을 배기 도관수단, 예를 들면, 아래에 설명되어 있듯이, 메니폴드로 천이하는 역할을 한다.

도 3을 참조하면, 플라즈마 처리실(5')의 바닥벽 어샘블리(36)의 사시도로 배기 메니폴드(37)가 부착되어 있다. 배기 메니폴드(37)는 커플러(34A, 34B, 34C)에 연결된 짧은 분지관(35A, 35B, 35C)을 포함한다. 이 짧은 분지관(35A, 35B, 35C)은 프레늄관(38)에 연결되어 있는데 이는 저벽 어샘블리(36) 주위로 약 270도의 아크로 뻗어 있다. 프레늄관(38)은 주 컬렉터 파이프(39)에 연결되어 있다. 주 컬렉터 파이프는 다음 진공펌프(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있다.

배기 메니폴드의 설계는 방해없이 하부판(32)아래에 공간을 형성하여, 복사 전력원(예를 들면, 램프 시스템)(40, 41)이 이 공간에 위치할 수 있고 이 위치에서 웨이퍼(7)로 방해없이 바닥 벽 어샘블리(36)를 통해 볼 수 있다.

바람직하기로는 중앙 오리피스의 영역은 중앙 오리피스(31)를 가로지르는 압력강하가 즉시 통과한 오리피스로부터 진공펌프로의 압력강하에 비하여 크다. 컨덕턴스가 매우 낮게 유지되는 한 중앙 오리피스(31)의 영역을 조절함으로써 배기통로의 유체 컨덕턴스가 쉽게 조절될 수 있다. 체임버(5')를 통해 그리고 중앙 오리피스(31)밖으로 배기가스를 대칭으로 흐르게 하기 위해 배기포트(33A, 33B, 33C), 커플러(34A, 34B, 34C), 짧은 분지관(38) 및 커플러 파이프(39)의 컨덕턴스가 높지만 정확히 같을 필요는 없다.

한편, 가스공급부와 진공시스템을 최대로 하는 것이 바람직한 경우에는, 중앙 오리피스(31)를 확대하여 컨덕턴스를 증가시키고 컬렉터 파이프(39)와 프레늄 파이프(38)의 내부직경을 증가시키지만 짧은 분지관(35A, 35B, 35C)의 컨덕턴스를 감소하여 조절(등화)시켜야 한다. 이의 대안은 약간 전체 시스템 컨덕턴스를 감소시키지만 중앙 오리피스(31)를 통해 유동의 대칭성을 유지한다. 3개의 파이프에 가장 인접한 웨이퍼의 부분에 대한 애싱비(ashing rate)를 비교하여 판단하여 체임버에서의 처리가스의 흐름이 대칭으로 관찰될 때까지 파이프(35A, 35B, 35C)의 컨덕턴스가 변화하는 루우틴 실험에 의해 조절을 성취할 수 있다. 낮은 애싱비는 그측에서 낮은 휴량을 나타내고 그측에서의 파이프의 컨덕턴스는 나머지에 비하여 증가할 수 있다.

양 경우에, 3개의 배기포트(33A, 33B, 33C)의 컨덕턴스와 위치는 대칭일 필요가 없다. 배기포트(33A, 33B, 33C)는 대칭일 필요가 없기 때문에 이들은 처리실(5')의 3개의 측에 배열될 수 있고, 제4측은 개방되어 체임버 도어(도시하지 않음)의 위치를 조정하거나 그렇지 않으면 제4측상의 체임버로의 액세스를 제공한다.

마이크로 웨이브 구동 무전지 램프 및 회전 편향기의 표면과 같은 복사 에너지원을 포함하는 방사전력 시스템은 상판(29)과 하판(32)을 통해 처리실(5')에 위치한 웨이퍼(7)를 균일하게 방사하도록 배열되어 있다.

평면영역에 대해 매우 균일한 밀도를 성취할 수 있는 Camm씨의 미합중국 특허 제4,683,625호를 참고로 여기에 포함했다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 도 5는 또다른 바닥 벽 어샘블리, 배기 프리넘 및 복사 에너지원을 도시한다.

본 실시예에서, 배기포트(43A, 43B, 43C)는 주변벽(30)사에서 120도 대칭으로 떨어져 위치되어 있다. 이들 배기포트는 길이가 동일한 3개의 분지관(45A, 45B, 45C)에 연결되어 있고 이 분지관은 진공펌프(도시되지 않음)에 연결된 주 컬렉터 파이프(46)에 수렵되어 연결되어 있다. 펌프포트(43A, 43B, 43C)의 대칭구조와 분지관(45A, 45B, 45C)의 동일한 컨덕턴스에 의해 하부 컨덕턴스의 분지관이 이용됨과 동시에 중앙 오리피스(31)에서 배기가스의 상대적인 대칭흐름을 얻는다. 중앙 오리피스(31)에서 배기가스 흐름을 얻는 것은 대칭에 기여하고 처리실(5')내에서의 처리가스의 흐름이 더 균일하게 된다.

본 실시예에서의 방사 전력원(50)은 텅스턴 할로겐 램프를 포함하는 램프(51)의 플레이너 어레이를 포함한다. 이 플레이너 어레이에서, 하나의 램프가 중앙에 위치되어 있다. 추가적으로, 램프는 각각의 전력그룹으로 분할될 수 있고 상이한 그룹의 전력이 제어되어 웨이퍼에 대해 균일한 방사상 온도 프로화일을 발생한다. 이러한 배열에서 램프를 제어하는 정확한 기술이 선행기술에 공지되어 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 확대도이다. 본 실시예는 상판(29)과 하판(32)사이에 연장한 수직 원주벽(30)내에서 원주로 설치되어 배기포트(33A, 33B, 33C)를 덮는 벨트(52)를 포함한다. 배기구멍(54)은 벨트(52)의 원주둘레로 연장되어 있다. 플레이너 어래이와 같은 램프원은 도 5에 도시된 유사한 방식으로 도 7의 체임버 아래 방향으로 위치되어 있다.

도 7의 실시예에서, 벽(30)은 벽(30)과 벨트(52)간의 원주 통로를 발생하기 위해 형성된 바깥쪽으로 향하는 요면이다. 따라서, 벨트(52)의 배기구멍(54)으로부터 탈출한 가스는 원주통로를 통해 배기포트(33A, 33B, 33C)중 하나의 밖으로 통과한다. 배기구멍(54)은 체임버 밖으로 탈출가스를 대칭적으로 흐르게 하여 웨이퍼(7)에 대해 배압을 통하여 가스의 대칭전인 흐름을 더 지지한다.

벨트(52)는 열반사재료 예를 들면, Alzak 또는 금도금 알루미늄으로 되어 있다. 이 경우에 열이 벽(30)에 부분적으로 흡수되는 체임버의 안쪽으로 다시 반사하기 때문에 열효률이 증가한다.

본 발명의 첨부한 크레임에서 벗어나지 않으면, 여러 수정과 변경이 가능하다.

Claims (14)

1. 제1벽과;

   상기 제1벽에 형성된 배기 오리피스와;

   처리실 외부의 대기압에 대한 벽을 형성하는 제2벽과;

   상기 제1벽과 제2벽사이에 배설된 상기 제1벽과 제2벽에 인접한 제3벽과;

   반도체 웨이퍼를 상기 제2벽으로부터 떨어진 제1벽의 측에 지지하는 수단과;

   상기 주변벽에 형성된 하나 이상의 배기포트와;

   상기 하나 이상의 배기포트에 연결된 배기 도관수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스로 반도체 웨이퍼를 처리하는 처리실.
2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 복사열의 형태로 처리되고, 상기 제1 및 제2벽은 상기 복사 에너지에 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 처리실.
3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 배기포트는 상기 주변벽주위에 다수의 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 배기포트는 상기 체임버내의 가스의 대칭적인 흐름을 촉진하도록 구성된 상기 제3벽주위에 형성된 다수의 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실.
5. 제4항에 있어서, 하나 이상의 배기포트 및 배기관수단은 상기 제1벽의 상기 배기 오리피스의 컨덕턴스와 비해 유체 컨덕턴스가 높은 것을 특징으로 하는 처리실.
6. 제5항에 있어서, 각각의 배기 포트는 상당히 크므로 주변벽의 실질적인 부분을 점유하는 것을 특징으로 하는 처리실.
7. 제6항에 있어서, 각각의 배기포트의 형상은 주변벽의 원주방향으로 세장되도록 된 것을 특징으로 하는 처리실.
8. 제7항에 있어서, 배기 오리피스는 상기 제1벽의 중앙의 부근에 위치한 것을 특징으로 하는 처리실.
9. 제8항에 있어서, 배기 도관 수단을 상기 다수의 포트에 연결된 다수의 분지관을 지닌 배기 메니폴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실.
10. 제9항에 있어서, 상기 다수의 분지관은 유체 컨덕턴스가 같은 것을 특징으로 하는 처리실.
11. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2벽은 실질적으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 처리실.
12. 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 포트와 연통하는 다수의 개구부를 지닌 상기 제3벽내에 원주로 위치한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실.
13. 제12항에 있어서, 상기 제3벽내에 원주로 위치한 상기 수단은 상기 제3벽의 전체 원주 둘레로 연장하고, 상기 개구부는 또한 상기 전체 원주 둘레로 연장한 것을 특징으로 하는 처리실.
14. 제13항에 있어서, 상기 형태의 방사 에너지는 복사 에너지이고 상기 제3벽내에 원주로 위치한 상기 수단은 열반사 수단인 것을 특징으로 하는 처리실.