KR20080051139A - 펄스 에칭 냉각 - Google Patents

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Abstract

증기 에칭 장치 및 방법에서, 에칭될 시편(S)이 내부 공기가 배기된 메인 챔버(107)에 놓여진다. 에칭 가스는 제 1 기간 시간 동안 상기 메인 챔버(107)에 도입된다. 그리고나서 에칭 가스는 메인 챔버(107)로부터 배기되고 냉각/퍼징 가스가 제 2 간격 시간 동안 상기 메인 챔버에 도입된다. 그리고나서 상기 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버(107)로부터 배기된다. 바람직하게는 제 1 기간 시간 동안 에칭 가스를 상기 메인 챔버(107)로 도입하는 단계, 상기 메인 챔버로부터 상기 에칭 가스를 배기하는 단계, 제 2 기간 시간 동안 상기 메인 챔버(107)로 냉각/퍼징 가스를 도입하는 단계, 그리고 상기 메인 챔버로부터 상기 냉각/퍼징 가스가 배기되는 단계가, 바라는 정도로 시편들이 에칭될 때까지 반복된다.

Description

펄스 에칭 냉각{PULSED ETCHING COOLING}
본 발명은 시편(sample)의 증기 에칭(vapor etching)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반도체 물질의 증기 에칭에 관한 것이다.
반도체 물질 및/또는 기판의 증기 에칭은 크세논 디플루오라이드(xenon difluoride) 같은 가스를 사용하여 수행된다. 특히 크세논 디플루오라이드 에칭에서, 크세논 디플루오라이드 가스는 실리콘(silicon) 및 몰리브덴(molybdenum) 같은 고체 물질과 반응하고, 상기 물질들은 기체 상태로 변환된다. 상기 물질들을 이와 같이 제거하는 것이 에칭으로 알려져 있다.
통상적으로, 가스 상태 에칭, 특히 크세논 디플루오라이드 에칭의 경우에, 상기 반응은 발열성이거나 열을 발생시킨다. 이 열은 에칭 부품의 온도를 상승시킨다. 에칭될 부품을 시편(sample)이라고 부른다. 온도 상승은 에칭율(etching rate) 에칭 속도(speed of etching), 및 잔존하기를 바라는 물질에 대하여 에칭되기를 바라는 물질이 에칭되는 상대적인 비율인 선택도(selectivity)와 같은 중요 파라미터(parameter)에 영향을 미칠 수 있다. 또한 온도 상승은 폴리머(polymer)와 같은 민감한 물질을 파괴하는 것과 같은 문제점을 발생시킬 수 있다.
크세논 디플루오라이드 에칭의 일반적인 접근법은 에칭의 펄스 방법(plused method of etching)을 통해서이다. 이 방법에서 크세논 디플루오라이드는 팽창 챔버로 언급되는 중간 챔버에서 고체로부터 기체로 승화되는데, 그리고나서 다른 가스와 혼합될 수 있다. 팽창 챔버의 가스(들)는 시편을 에칭하기 위하여 에칭 챔버로 유입되는데, 이를 에칭 단계로 부른다. 그리고나서 메인 챔버는 진공 펌프에 의해 비워진다. 에칭 단계를 포함하여 이러한 사이클을 에칭 사이클이라고 부른다. 이러한 사이클은 바라는 양의 에칭을 달성하기 위하여 필요한 만큼 반복된다.
에칭 과정 중에 발생하는 어떠한 열도 시편의 온도를 상승시킨다는 것에 주목해야 한다. 에칭 사이클의 끝에 챔버를 단순히 배기하고 상기 사이클을 반복하는 것에 의해, 시편이 원래 온도로 복귀할 가능성은 작다. 이것은 부분적으로는 챔버의 배기-정의에 따라 이것은 챔버 내부의 가스 분자의 수를 감소시킨다-가 챔버 내의 가스의 열 전도성을 낮추는 것에 기인한다. 따라서 일반적으로 각 에칭 사이클은 시편의 온도를 계속해서 상승시킨다. 온도 상승은 저압 화학 증기 증착 질화 규소에 대한 실리콘의 선택도(slectivity of silicon versus low-pressure chemical vapor deposited silicon nitride)를 감소시킨다. 질화 규소(silicon nitride)는 반도체 또는 마이크로 전기 기계 시스템 기구에서 매우 일반적인 물질이며, 대부분의 경우에, 실리콘 에칭이 매우 바람직할 때 질화 규소에 대한 공격을 최소화한다.
질화 규소를 포함하는 다른 물질에 대한 실리콘의 선택도의 감소는 에칭 공정의 생산물의 상태에 관계된다. 사플루오르화 실리콘(silicon tetrafluoride)과 같은 반응의 산출물들은 선택도를 감소시키는 비실리콘 물질을 공격한다.
본 발명은 연속적인 에칭 사이클 및 챔버로부터 반응의 산출물이 주기적으로 배출되는 것에 기인하는 에칭 시편의 계속적인 온도 변화를 감소시키거나 막는다. 본 발명은 상기 시편과 상기 시편이 에칭될 상기 에칭 챔버 사이의 열 전도성을 증가시키는 작용을 하도록 각 에칭 단계 사이에 추가되는 다른 단계를 포함한다. 특히, 각 에칭 사이클 다음에 에칭 챔버는 열 전도를 증가시키기 위하여 냉각/퍼징 가스로 충진된다. 상기 가스는 예컨대, 제한은 없으며, 헬륨, 질소, 또는 아르곤과 같은 어떠한 불활성 가스도 사용될 수 있다. 이러한 불활성 가스를 혼합하여 사용하는 것 역시 예상할 수 있다. 본 명세서에서 "불활성" 가스라는 용어는 에칭 시약(etching chemistry)과 반응이 작은 가스를 지칭하기 위해 사용된다. 불활성 가스 또는 가스들은 본 명세서에서 냉각/퍼징 가스(cooling/purging)로 불리운다. 에칭 사이클들 사이에 400 torr의 냉각/퍼징 가스를 부가하는 것에 의하여 종래 기술과 비교하여 질화 규소 에칭에 대한 실리콘의 선택도가 향상되는 것에 주목한다.
에칭을 위하여 사용된 가스(들)에 불활성 가스 즉, 반응이 작은 가스(들)를 부가하는 것은 미국특허 No.6,409,876 및 미국 특허 No.6,290,864에 설명되어 있다. 그러나 본 발명과 달리 이러한 특허들은 에칭 사이클 동안 에칭 가스와 다른 가스들을 혼합하는 것을 설명하고 있다. 그러나 상기 에칭 가스와 상기 부가 가스의 혼합은 Kirt Reed Williamsdml "Micromachined Hot-Filament Vacuum Devices" Ph.D.Deissertation, UC Berkely, May 1997, p.396 에 설명된 바와 같이 에치 레이트(etch rate)를 크게 감소시키는 것으로 알려져 있다.
본 발명에서 에칭 사이클 동안 농축 에칭 가스의 사용과 분리된 단계로서, 그 후에 냉각/퍼징 가스로 시편을 냉각하는 것은 에칭 시편에서의 계속적인 온도 상승을 막거나 감소시킨다. 이것은, 높은 시편 온도로부터 초래될 수 있는 잠재적인 손상의 유형, 예컨대 유기 막(organic film) 손상 또는 의도하지 않은 재료의 어닐링(annealing)과 같은 손상을 감소시키고 선택도를 유지시키며, 상기 시편의 에치 레이트를 향상시킨다.
보다 구체적으로, 본 발명은 (a) 메인 챔버에 에칭될 시편을 위치시키는 단계; (b) 상기 메인 챔버 내부의 대기가 배기되도록 하는 단계; (c) 에칭 가스가 상기 메인 챔버 내부로 도입되도록 하는 단계; (d) 상기 메인 챔버로부터 에칭 가스가 배기되도록 하는 단계; (e) 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 단계; 및 (f) 상기 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로부터 배기되도록 하는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법이다.
바람직하게는, (c) - (f) 단계들은 상기 시편이 바라는 정도로 에칭될 때까지 반복된다.
상기 방법은, 각 (c) 단계의 실시 이전에 상기 에칭 가스가 팽창 챔버로 도입되도록 하는 단계를 더 포함하고, 이때 (c) 단계는 상기 팽창 챔버의 상기 에칭 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, (b) 단계와 (c) 단계의 1차 반복 사이에, 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 (1) 단계; 상기 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로부터 배기되도록 하는 (2) 단계; 및 상기 (1) 단계 및 (2)단계가 적어도 1회 반 복되는 (3) 단계를 더 포함한다.
상기 방법은, (c) 단계와 (d) 단계 사이에, 상기 에칭 가스가 제 1 간격 시간(first interval of time) 동안 상기 챔버에 체류하는 단계; (e) 단계와 (f) 단계 사이에, 상기 냉각/퍼징 가스가 제 2 간격 시간(second interval of time) 동안 상기 챔버에 체류하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 1 간격 시간은 바람직하게는 10초 이하이다. 상기 제 2 간격 시간은 바람직하게는 20초 이하이다.
(b) 단계, (d) 단계 및 (f) 단계 중 적어도 어느 하나에서, 상기 메인 챔버는 0.01 torr 및 1.0 torr 사이의 압력이 되도록 배기된다. (c) 단계 및 (d) 단계 중 적어도 어느 하나에서, 가스는 1.0 및 600 torr 사이의 압력이 되도록 상기 메인 챔버 내로 도입된다.
또한 본 발명은 에칭될 시편을 지지하는 메인 챔버; 제 1 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 에칭 가스 소스; 제 2 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 냉각/퍼징 가스 소소; 제 3 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 진공 펌프; 및 상기 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위해 동작하며 에칭 가스 및 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버에 복수 회(回) 교대로 도입되며 상기 메인 챔버는 상기 교대 도입 사이에서 배기되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 증기 에칭 시스템이다.
상기 에칭 가스 소스 및 상기 냉각/퍼징 가스 소스로부터 상기 에칭 가스 및 냉각/퍼징 가스가 각각 교대로, 상기 시편이 바라는 정도로 에칭될 때가지, 상기 메인 챔버로 도입될 수 있다.
상기 시스템은, 제 1 가스 컨트롤 밸브와 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 팽창 챔버; 및 상기 팽창 챔버와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 4 가스 컨트롤 밸브를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 4 가스 밸브를 컨트롤하기 위해 동작하며 에칭 가스가 상기 메인 챔버로 도입되는 각 경우 전에, 상기 에칭 가스는 상기 팽창 챔버로 도입된다.
상기 시스템은, 상기 팽창 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 5 가스 컨트롤 밸브를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위하여 동작하며, 상기 팽창 챔버 내의 가스가 상기 메인 챔버에서의 가스 배기와 동시에 또는 무관하게 진공 펌프에 의해 직접적으로 배기될 수 있다.
마직막으로 본 발명은, 에칭될 시편을 지지하는 메인 챔버; 에칭 가스 소스; 냉각/퍼징 가스 소스; 진공 펌프; 상기 메인 챔버에 연결되며, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고, 상기 진공 펌프에 의해 진공이 되고, 상기 냉각/퍼징 가스 소스로부터 냉각/퍼징 가스를 받는 것을 선택적으로 할 수 있도록 동작하는 복수의 가스 컨트롤 밸브; 및 상기 가스 컨트롤 밸브들 컨트롤하기 위해 동작하며, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고, 상기 진공 펌프에 의해 진공이 되며, 상기 냉각/퍼징 가스 소스로부터 냉각/퍼징 가스를 받고 그리고 상기 진공 펌프에 의해 진공이 되는 것을 순차적으로 하게 하는 컨트롤러를 포함하는 증기 에칭 시스템이다.
상기 메인 챔버는, 순차적으로 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고 상기 진공 펌프에 의해 진공이 되고 상기 냉각/퍼징 가스 소스로부터 냉각/퍼징 가스를 받고 그리고 상기 진공 펌프에 의해 진공이 되는 것을 복수 회(回) 할 수 있다.
상기 복수의 가스 컨트롤 밸브는, 상기 에칭 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 1 가스 컨트롤 밸브; 상기 냉각/퍼징 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 2 가스 컨트롤 밸브; 상기 메인 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 3 가스 컨트롤 밸브를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 팽창 챔버를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위하여 동작하며, 여기서 상기 메인 챔버는, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스를 받기 이전에 상기 에칭 가스를 받아서 임시로 보유하는 상기 팽창 챔버를 경유하여 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받는다.
대안적으로, 상기 복수의 가스 컨트롤 밸브는, 상기 에칭 가스 소스 및 상기 팽창 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 1 가스 컨트롤 밸브; 상기 팽창 챔버와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 2 가스 컨트롤 밸브; 상기 냉각/퍼징 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 3 가스 컨트롤 밸브; 및 상기 메인 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 4 가스 컨트롤 밸브를 포함할 수 있다. 제 5 가스 컨트롤 밸브가 상기 팽창 챔버와 진공 펌프 사이에 유체 연통되도록 제공될 수 있다.
상기 에칭 가스는 크세논 디플루오라이드(xenon difluoride), 크립톤 디플루오라이드(krypton difluoride), 할로겐 플루오라이드(halogen fluoride) 일 수 있다. 상기 냉각/퍼징 가스는 헬륨(helium), 질소(nitrogen) 및 아르곤(argon)일 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 증기 에칭 시스템의 개략도를 보인 도면으로, 본 발명에 따른 방법을 실시할 수 있다.
도 1 을 참조하면, 증기 에칭 가스 소스(101) 예를 들면 크세논 디플루오라이드와 같은 에칭 가스의 실린더가 바람직하게는 공압 작동 밸브(pneumatically operated valve)인 밸브(102)에 연결된다. 밸브(102)는 각 사이클에서 에칭 가스의 양의 조절하기 위한 중간 챔버로 작용하는 팽창 챔버(103)에 연결된다. 일 실시예에서, 팽창 챔버(103)는 0.6 리터(liter)의 체적(volume)을 가진다. 그러나 팽창 챔버(103)는 예컨대 예를 들어 0.1 리터와 20 리터 사이 또는 그 이상의, 바람직하거나 적당한 체적을 가질 수 있기 때문에 이것이 본 발명의 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
팽창 챔버(103)는 바람직하게는 공압 작동 밸브인 밸브(110)를 통해 선택적으로 독립적으로 배기될 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어 용량형 다이아프램 게이지(capacitance diaphragm gauge)인 압력 센서(P.S.)가 팽창 챔버(103)와 유체 연통된 상태로 포함된다. 더욱이 팽창 챔버(103)는, 불활성 가스와 같은 다른 가스가 팽창 챔버(103)로 부가되는 것을 허용하기 위해, 통상적으로는, 니들 밸브(미도시)와 함께 부가의 밸브(미도시) 및 접속구를 가질 수 있다. 팽창 챔버(103)는 바람직하게는 공압 작동 밸브인 밸브(104)를 통해 메인 진공 챔버(107)에 연결된다. 메인 챔버(107)는 유체 연통된 용량형 다이아프램 게이지와 같은 압력 센서(P.S.)를 구비할 수 있다.
냉각/퍼징 가스 실린더와 같은 냉각/퍼징 가스 소스(106)가 바람직하게는 공압 작동 밸브인 밸브(105)를 통해 메인 챔버(107)에 연결된다. 메인 챔버(107)에는 에칭될 시편(들)이 위치된다. 챔버(107)는 바람직하게는 드라이 펌프( dry pump)인 진공 펌프(109)에 의해 바람직하게는 공압 작동 밸브인 밸브(108)를 거쳐 배기된다. 일 실시예에서, 메인 챔버(107)는 0.6 리터의 체적을 가진다. 그러나 이것은 본 발명을 제한하기 위해 의도된 것은 아닌데, 메인 챔버(107)의 체적은, 예컨대 0.1 리터 와 20 리터 사이 또는 그 이상의, 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자에 의해 에칭될 시편의 크기를 수용할 수 있도록 필요하거나 바람직하다고 여겨지는, 적당하거나 바람직한 어떠한 체적도 가질 수 있기 때문이다.
참조로서 본 명세서에 통합되는 미국 특허 No. 6,887,337에서 설명된 것과 같은 전술한 시스템 디자인에 대한 다른 변형이 예상된다. 이러한 변형은 가변 체적 팽창 챔버들(variable volume expansion chamber), 다중 팽창 챔버들(multiple expansion chamber), 및 다중 가스 소스들(multiple gas sources)를 포함하는데, 그렇지만 여기에 제한되지 않는다. 또한 냉각을 위해 유해한 가스가 사용되는 것과 같은 몇몇 환경에서는 메인 챔버(107)의 퍼징(purging) 및 배기를 위하여 냉각/퍼징 가스 소스(106) 및 밸브(105)를 단독으로 사용하기보다 전용 챔버 배기 연결구를 구비하는 것을 바람직할 수 있다.
크립톤 디플루오라이드 또는 할로겐 플루오라이드(halogen fluoride) 같은, 삼불화브롬(bromine trifluoride) 같은 다른 값비싼 가스들의 사용이 또한 에칭을 위하여 고려되어 진다. 더욱이 이러한 가스의 혼합이 고려되어 진다.
전형적인 에칭 순서는 시편(S)를 메인 챔버(107) 내로 로딩한다. 그리고나서 메인 챔버(107)는 진공 펌프(109)와 메인 챔버(107)를 연결하는 개방 밸브(108)에 의해 배기된다. 바람직하게는 메인 챔버(107)는 완전히 펌핑되거나 예를 들면 1 torr 이하, 예컨대 대략 0.3 torr로 배기되며 그리고나서 밸브(108)는 폐쇄된다. 개방밸브(105)에 의해 메인 챔버(107)에서 의해 공기가 더욱 제거될 수 있는데 이에 의해 냉각/퍼징 가스 소스(106)로부터 냉각/퍼징 가스가 약 400 torr(그렇지만, 1 torr 부터 600 까지 어떠한 것도 유용하다)까지 메인 챔버(107)로 유입되는 것이 가능하며, 이 지점에서 밸브(105)는 폐쇄되고, 그리고 밸브(108)는 개방되며 여기서 메인 챔버(107)는 다시 완전히 펌핑되거나 배기된다. 이러한 퍼징 및 펌핑이 통상적으로는 3 회 또는 그 이상으로 반복되어 메인 챔버(107)에서의 습기 및 바람직하지 않은 가스들을 최소화하며, 메인 챔버(107)는 크세논 디플루오라이드 및 다른 에칭 가스와 반응하여 플루오르화 수소산(hydrofluoride acid)을 형성하는데 이것이 많은 비실리콘 물질을 공격하게 된다.
적당한 시점에서, 팽창 챔버(103)는 진공 펌프(109)와 팽창 챔버(103)를 연 결하는 개방 밸브(110)에 의해 배기된다. 바람직하게는, 팽창 챔버(103)는 완전히 펌핑, 예를 들면 1 torr 이하, 예컨대 대략 0.3 torr로 펌핑되며, 밸브(110)는 닫힌다. 바람직하게는, 진공 펌프(109)에 의한 팽창 챔버(103)의 배기는 진공 펌프(109)에 의한 메인 챔버(107)의 배기와 무관하게 이루어진다. 그러나 이것은 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 팽창 챔버(103) 및 메인 챔버(107)의 배기는 그것이 바람직하다면 동시적으로 이루어지는 것을 예상할 수 있다.
메인 챔버(107)에서 충분한 정도로 공기의 제거가 이루어지고 나면, 증기 에칭 가스 소스(101)가 개방 밸브(102)에 의해 팽창 챔버(103)와 연결된다. 팽창 챔버(103)는 충분한 정도로, 예를 들면 0.3 torr 또는 그 이하로 공기 제거가 이루어졌기 때문에, 에칭 가스가, 바람직하게는 압력이 1 torr 내지 10 torr(1 torr 내지 600 torr 중 어느 것도 사용될 수 있으며, 압력이 높을수록 일반적으로 가스 소스의 가열을 필요로 한다)에 도달할 때까지 증기 에칭 가스 소스(101)로부터 팽창 챔버(103)로 유입된다. 그리고나서 밸브(102)는 닫히고, 이어서 개방 밸브(104)가 개방되며, 이에 의해 팽창 챔버(103) 내의 에칭 가스가, 팽창 챔버(103)의 압력보다 낮은 압력, 예를 들면 0.01 torr 및 1 torr 사이의 압력이 되도록 밸브(108)를 통해 진공 펌프(109)에 의해 펌핑된 메인 챔버(107)내로 유동하는 것이 허용된다. 팽창 챔버(103)로부터 메인 챔버(107)내로 수용된 에칭 가스에 시편(S)이 노출되는 것에 응하여, 시편(S)에 대한 에칭이 시작된다.
시편(S)의 에칭을 위해 지정된 시간 후에 밸브(108)는 개방되는데, 전형적으로 수초 즉, 10초 이하, 예컨대 약 5초이다. 밸브(104, 108)는 개방되고 밸브(102, 105, 110)는 닫히기 때문에, 메인 챔버(107) 및 팽창 챔버(103) 내의 압력은 팽창 챔버(103) 및 메인 챔버(107)에 개방 밸브(104, 108)를 통해 작용하는 진공 펌프(109)의 동작에 답하여 하강한다. 메인 챔버(107)의 압력이 0.01 torr 및 1 torr 사이의 설정 지점까지 떨어질 때, 밸브(104, 108)는 닫힌다. 시편(S)의 냉각이 개방 밸브(105)에 의해 시작되며 이에 의해 냉각/퍼징 가스 예를 들면 질소 가스가 냉각/퍼징 가스 소스(106)로부터 압력이 400 torr 에 도달할 때까지 메인 챔버 내로 유입되는 것이 허용되며(1 torr 부터 600 torr까지의 어떠한 압력도 가능하다), 그리고나서 밸브(105)는 닫힌다. 밸브(105)가 닫힌 후에, 냉각/퍼징 가스는 시편(S)의 온도가 바라는 온도 예컨대 초기 또는 시작 온도 가까이 하락하도록, 충분한 시간 동안, 제한은 없지만, 예를 들면, 20초 이하 예컨대 약 15초 동안 메인 챔버(107)에 체류되는 것이 허용된다. 한편, 선택적으로 팽창 챔버(103)는 대략 0.3 torr에 도달할 때까지 밸브(110)를 통해 배기된다. 팽창 챔버(103)는 그리고 나서 다음 에칭 사이클을 위한 준비로서 위에서 설명한 바와 같이 다시 충진된다.
시편(S)을 위한 충분한 냉각 시간이 경과되고 나면, 메인 챔버(107)는 개방 밸브(108)에 의해 배기되고, 충분히 에칭이 수행될 까지 상술한 에칭 및 쿨링 사이클이 반복된다. 에칭이 완료되고 나면, 시편(S)은 시편의 로딩을 위해 사용된 동일한 순서의 펌핑 및 퍼징의 사용에 의해 제거될 수 있으며 배기 단계가 뒤따르고 메인 챔버 압력이 대기압에 도달할 때까지 밸브(105)가 개방된다.
컨트롤러(C)는 도 1 에 도시된 시스템의 동작을 자동으로 컨트롤하기 위하여 제공될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(C)는 대응되는 챔버(103 및/또는 107)의 압 력을 탐지하기 위한 각 압력 센서(P.S.)에 연결될 수 있고, 위에서 상술한 방식으로 순서 및 동작을 제어하기 위하여 각 밸브 (102, 104, 105, 108 및 110)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(C)는 적당하거나 바람직한 어떠한 타입도 가능하다.
냉각/퍼징 가스로서 질소를 개시한 것은 편의상 이루어진 것이다. 그러나 단독으로 이든 혼합이든, 다른 가스들이 개선된 결과를 낼 수 있다고 믿어진다. 예를 들면 헬륨을 사용하면 질소보다 열 전도성이 높기 때문에 부가적인 이익을 줄 수 있다. 높은 열 전도성은 사이클 당 요구되는 냉각 시간이 감소될 수 있다는 것을 의미할 것이다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 전술한 상세한 설명을 읽거나 이해한 사람들이 변형 및 변경을 할 수 있다는 것이 자명하다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 또는 그 균등한 범위 내에 있는 어떠한 변형 및 변경도 모두 포함하는 것을 의도하고 있다.

Claims (20)

  1. (a) 메인 챔버에 에칭될 시편을 위치시키는 단계;
    (b) 상기 메인 챔버 내부의 대기가 배기되도록 하는 단계;
    (c) 에칭 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 단계;
    (d) 상기 메인 챔버로부터 상기 에칭 가스가 배기되도록 하는 단계;
    (e) 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로부터 배기되도록 하는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편이 바라는 정도로 에칭될 때까지 (c) - (f) 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 (c) 단계의 실시 이전에 상기 에칭 가스가 팽창 챔버로 도입되도록 하는 단계를 더 포함하며, 이때 (c) 단계는 상기 팽창 챔버의 상기 에칭 가스가 상기 메인 챔버 내로 도입되도록 하는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    (b) 단계와 (c) 단계의 1차 반복 사이에,
    (1) 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로 도입되도록 하는 단계;
    (2) 상기 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버로부터 배기되도록 하는 단계를 포함하며,
    (3) (1) 단계 및 (2) 단계가 적어도 1회 반복시키는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    (c) 단계와 (d) 단계 사이에, 상기 에칭 가스가 제 1 간격 시간 동안 상기 챔버에 체류하는 단계; 및
    (e) 단계와 (f) 단계 사이에, 상기 냉각/퍼징 가스가 제 2 간격 시간 동안 상기 챔버에 체류하는 단계를 포함하는 증기 에칭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 간격 시간은 10 초 이하이고,
    상기 제 2 간격 시간은 20 초 이하인 증기 에칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    (b) 단계, (d) 단계 및 (f) 단계 중 적어도 어느 하나에서 상기 메인 챔버는 0.01 과 1.0 torr 사이의 압력이 되도록 배기되고,
    (c) 단계 및 (e) 단계 중 적어도 어느 하나에서, 가스는 1 과 600 torr 사이의 압력이 되도록 상기 메인 챔버 내로 도입되어 지는 증기 에칭 방법.
  8. 에칭될 시편을 지지하는 메인 챔버;
    제 1 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 에칭 가스 소스;
    제 2 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 냉각/퍼징 가스 소스;
    제 3 가스 컨트롤 밸브를 통해 상기 메인 챔버와 유체 연통되는 진공 펌프; 및
    상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위해 동작하며 에칭 가스 및 냉각/퍼징 가스가 상기 메인 챔버에 복수회 교대로 도입되며 상기 메인 챔버는 상기 교대 도입 사이에서 배기되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 증기 에칭 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시편이 바라는 정도로 에칭될 때까지, 상기 에칭 가스 소스 및 냉각/퍼징 가스 소스로부터 에칭 가스 및 냉각/퍼징 가스 각각이 교대로 상기 메인 챔버로 도입되어 지는 증기 에칭 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 컨트롤 밸브와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 팽창 챔버; 및
    상기 팽창 챔버와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 4 가스 컨트롤 밸브를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 4 가스 밸브를 컨트롤 하기 위해 동작하며 에칭 가스가 상기 메인 챔버로 도입되는 각 경우 전에 상기 에칭 가스가 상기 팽창 챔버로 도입되어 지는 증기 에칭 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 팽창 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 5 가스 컨트롤 밸브를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤 하기 위해 동작하며 상기 팽창 챔버 내의 가스가 상기 메인 챔버에서의 가스 배기와 동시에 또는 무관하게 진공 펌프에 의해 직접적으로 배기될 수 있는 증기 에칭 시스템.
  12. 에칭될 시편을 지지하는 메인 챔버;
    에칭 가스 소스;
    냉각/퍼징 가스 소스;
    진공 펌프;
    상기 메인 챔버에 연결되며, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고 진공 펌프에 의해 진공이 되고 냉각/퍼징 가스 소스로부터 퍼징 가스를 받는 것을 선택적으로 할 수 있도록 동작하는 복수의 가스 컨트롤 밸브; 및
    상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위해 동작하며, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고 진공 펌프에 의해 진공이 되고 냉각/퍼징 가스 소스로부터 냉각/퍼징 가스를 받고 그리고 진공 펌프에 의해 진공이 되는 것을 순차적으로 하게 하는 컨트롤러를 포함하는 증기 에칭 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 메인 챔버가 순차적으로 상기 에칭 가스 소스로부터 에칭 가스를 받고 진공 펌프에 의해 진공이 되고 냉각/퍼징 가스 소스로부터 냉각/퍼징 가스를 받고 그리고 진공 펌프에 의해 진공이 되는 것을 복수회 하는 증기 에칭 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 컨트롤 밸브는,
    상기 에칭 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 1 가스 컨트롤 밸브;
    상기 냉각/퍼징 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 2 가스 컨트롤 밸브;
    상기 메인 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 3 가스 컨트롤 밸브를 포함하는 증기 에칭 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    팽창 챔버를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 가스 컨트롤 밸브들을 컨트롤하기 위하여 동작하며, 상기 메인 챔버는, 상기 메인 챔버가 상기 에칭 가스를 받기 이전에 상기 에칭 가스를 받아서 임시로 보유하는 상기 팽창 챔버를 통해 상기 에칭 가스 소스로부터의 에칭 가스를 받는 증기 에칭 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수의 가스 컨트롤 밸브는,
    상기 에칭 가스 소스와 상기 팽창 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 1 가스 컨트롤 밸브;
    상기 팽창 챔버와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 2 가스 컨트롤 밸브;
    상기 냉각/퍼징 가스 소스와 상기 메인 챔버 사이에서 유체 연통되는 제 3 가스 컨트롤 밸브; 및
    상기 메인 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 4 가스 컨트롤 밸브를 포함하는 증기 에칭 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    복수의 가스 컨트롤 밸브는 상기 팽창 챔버와 상기 진공 펌프 사이에서 유체 연통되는 제 5 가스 컨트롤 밸브를 더 포함하는 증기 에칭 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 에칭 가스는 크세논 디플루오라이드, 크립톤 디플루오라이드 또는 할로겐 플루오라이드인 증기 에칭 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각/퍼징 가스는 헬륨, 질소 또는 아르곤인 증기 에칭 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 팽창 챔버는 가변 체적 팽창 챔버인 증기 에칭 시스템.
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