KR20120116923A - 각진 측벽을 가진 정전 척 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 프로세싱 챔버용 기판 지지체는 그의 상측 주변에 각진 측벽을 갖는다. 플라즈마 프로세싱 동안 기판 지지체의 상부 기판 지지면 상에 지지되는 기판 아래에 놓여 있는 에지 링에 의해 기판이 둘러싸인다. 각진 측벽은 노출된 기판 지지체의 유일한 표면이고, 플라즈마 프로세싱 동안 부산물 퇴적을 경험한다. 각진 측벽은 인시추 챔버 세정 프로세스 동안 부산물 퇴적의 스퍼터링 레이트를 향상시키고, 챔버에 공급된 세정 가스가 부산물 퇴적을 세정하기 위해 플라즈마 상태로 에너자이징 (energized) 된다.
Description
본 출원은 2009년 11월 30일자로 출원된 "AN ELECTROSTATIC CHUCK WITH AN ANGLED SIDEWALL" 이라는 명칭의 미국 가출원 제61/265,200호에 대해 35 U.S.C.§119 하에서 우선권을 주장하고, 그 전체 개시물은 여기에 참조로서 포함되어 있다.
각각의 연이은 반도체 기술 생성에 따르면, 웨이퍼 직경들이 증가하려는 경향이 있고 트랜지스터 사이즈들이 감소하여, 웨이퍼 프로세싱에서 더욱 더 높은 정도의 정확도 및 반복도에 대한 필요성을 야기한다. 진공 챔버들의 이용을 포함하는 기법들에 의해 실리콘 웨이퍼들과 같은 반도체 기판 재료들이 프로세싱된다. 이들 기법들은, 스퍼터 성막, PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition), 레지스트 스트립, 및 플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 응용들 뿐만 아니라, 전자선 증착과 같은 논-플라즈마 (non-plasma) 응용들을 포함한다.
예시적인 플라즈마 프로세싱 챔버들은, 여기에 참조로서 포함되어 있는 공동 소유의 미국 특허 제4,340,462호, 제4,948,458호, 제5,200,232호, 제6,090,304호 및 제5,820,723호에 기술되어 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 상부 전극 어셈블리 및 하부 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 예시적인 상부 전극 어셈블리들의 상세는 여기에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제6,333,272호, 제6,230,651호, 제6,013,155호 및 제5,824,605호에 개시되어 있다. 상부 전극 어셈블리의 바로 아래에는 하부 전극 어셈블리가 있고, 그 하부 전극 어셈블리는 프로세싱될 기판이 지지되는 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 을 포함할 수 있다. 예시적인 ESC들은 참조로서 포함되어 있는 공동 소유의 미국 특허 제7,161,121호, 제6,669,783호 및 제6,483,690호에 기술되어 있다. ESC 는, 그의 상부면 상에, 헬륨 가스 소스와 유체 연통 (fluidic communication) 하는 마이크로 채널들을 가질 수 있다. 프로세싱 동안 기판을 냉각시키는데 헬륨 가스가 이용될 수 있다. 가압된 가스에 의해 기판의 온도를 제어하는 방법이 여기에 참조로서 포함되어 있는 공동 소유의 미국 특허 제6,140,612호에 개시되어 있다. 하부 전극 어셈블리는, 기판 둘레에 끼워맞춰진 에지 링을 더 포함할 수 있다. 예시적인 에지 링들은 참조로서 포함되어 있는 공동 소유의 미국 공개 특허 제2009/0186487호 및 미국 특허 제5,805,408호, 제5,998,932호, 제6,013,984호, 제6,039,836호 및 제6,383,931호에 기술되어 있다.
통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버에서는, 플라즈마 밀도가 기판의 에지 부근에서 더 낮아서, 이는 기판 에지의 상부면과 바닥면 및 근처의 챔버 컴포넌트들의 표면들 상에 (폴리머, 폴리실리콘, 질화물, 금속 등과 같은) 부산물 층의 적층을 초래할 수 있다. 과도한 부산물 적층으로 인해 플라즈마 프로세싱에서 입자 오염, 신뢰할 수 없는 기판 클램핑, 냉각 He 가스 누설, 효율성 감소 및 디바이스 수율 감소와 같은 다수의 문제점을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 부산물을 제거하는 것이 매우 바람직하다. 플라즈마 베벨 에처를 이용함으로써 기판 에지 상의 부산물 층이 제거될 수 있다. 일 예시적인 플라즈마 베벨 에처는 여기에 참조로서 포함되어 있는 공동 소유의 미국 공개 특허 제2008/0227301호에 기술되어 있다. 챔버 컴포넌트들 상의 부산물 층은, 부분적으로는 그들의 복잡한 형상들로 인해, 제거하기가 더 어렵다. 통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버는, 기판의 존재 없이 챔버 컴포넌트들로부터 부산물 층을 에칭하는데 플라즈마가 이용되는 챔버 세정 프로세스를 실행시킬 수 있다.
상부 기판 지지면으로서, 기판이 그 상부 기판 지지면의 외주 (outer periphery) 의 외측으로 연장되도록 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 치수결정된, 그 상부 기판 지지면, 및 상부 기판 지지면의 외주로부터 외측 및 하측으로 연장되고, 기판 지지체를 둘러싸는 에지 링의 상부면과 실질적으로 동일 평면에 있는 외주를 갖도록 구성된 각진 측벽 (angled sidewall) 으로서, 에지 링의 상부면이 적어도 부분적으로 기판의 주변부 아래에 있는, 그 각진 측벽을 포함하고, 각진 측벽은 플라즈마 프로세싱 동안 부산물 퇴적을 축적하는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 기판을 지지하는 기판 지지체가 여기에 기술된다.
도 1 은 종래 기술의 하부 전극 어셈블리의 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 2 는 도 1 의 부분 A 의 확대도를 도시한 것이다.
도 3 은 챔버 세정 프로세스 동안 도 1 의 부분 A 의 확대도를 도시한 것이다.
도 4a 는 이온 입사각의 함수로서 플라즈마 노출면의 스퍼터링 효율의 개략 그래프이다.
도 4b 는 이온 입사각의 함수로서 플라즈마 노출면에 의해 수용되는 상대 이온 플럭스 (relative ion flux) 의 개략 그래프이다.
도 5 는 오버행 (overhang) 된 기판에 근접하여, 각진 측벽을 가진 정전 척을 포함하는 하부 전극 어셈블리의 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 6 은 챔버 세정 프로세스 동안 각진 측벽을 가진 정전 척을 포함하는 하부 전극 어셈블리를 도시한 것이다.
도 2 는 도 1 의 부분 A 의 확대도를 도시한 것이다.
도 3 은 챔버 세정 프로세스 동안 도 1 의 부분 A 의 확대도를 도시한 것이다.
도 4a 는 이온 입사각의 함수로서 플라즈마 노출면의 스퍼터링 효율의 개략 그래프이다.
도 4b 는 이온 입사각의 함수로서 플라즈마 노출면에 의해 수용되는 상대 이온 플럭스 (relative ion flux) 의 개략 그래프이다.
도 5 는 오버행 (overhang) 된 기판에 근접하여, 각진 측벽을 가진 정전 척을 포함하는 하부 전극 어셈블리의 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 6 은 챔버 세정 프로세스 동안 각진 측벽을 가진 정전 척을 포함하는 하부 전극 어셈블리를 도시한 것이다.
도 1 은 종래 기술의 하부 전극 어셈블리의 단면 개략도를 도시한 것이다. 도 2 는 도 1 의 부분 A 의 확대도를 도시한 것이다. 기판 (10) 은 ESC (20) 의 지지면 (21) 상에 지지된다. 기판 아래에서 헬륨과 같은 열 전달 가스를 도입할 목적으로, ESC (20) 는 헬륨 가스 소스 (미도시) 와 유체 연통하는 홈들, 메사 (mesa) 들, 개구들 또는 오목한 영역들의 패턴 (23) 을 포함할 수도 있다. ESC 피처들의 상세는 공동 소유의 미국 특허 제7,501,605호에 개시되어 있다. 프로세싱 동안 기판 (10) 을 정전 클램핑하기 위해 전극 (25) 이 ESC (20) 에 내장되어 있다. ESC (20) 는, 프로세싱 동안, 기판 (10) 의 주변부가 ESC (20) 를 오버행하고, ESC (20) 를 둘러싸는 에지 링 (30) 의 상부면 (31) 위에 놓이도록 상부면 (31) 과 기판 (10) 사이에 갭 (60) 을 두고 사이징되고, 수직 측벽 (22) 을 갖는다. ESC (20) 는 지지 부재 (40) 상에 지지되고 에지 링 (30) 은 지지 부재 (50) 상에 지지된다.
프로세싱 동안, 갭 (60) 에 노출된 수직 측벽 (22) 의 일부 상에 부산물 퇴적 (100) 이 축적될 수 있다. 수직 측벽 (22) 상의 과도한 부산물은 홈들, 메사들, 개구들 또는 오목한 영역들의 패턴 (23) 으로부터 He 누설을 야기할 수 있고, 기판 (10) 의 정전 클램핑에 영향을 미칠 수 있다. 갭 (60) 의 사이즈에 대한 큰 기판 오버행 및 정밀 제어를 가짐으로써 부산물 퇴적 (100) 이 최소화될 수 있다. 그러나, 현재의 반도체 제조 실무에서, 기판으로부터의 디바이스 수율을 최대화하기 위해서는 기판 오버행의 폭이 1 ㎜ 정도로 작을 수 있다. 1 ㎜ 와 같은 작은 폭을 갖는 기판 오버행은 수직 측벽 (22) 상의 부산물 축적을 원하는 것보다 더 빠른 레이트로 초래할 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, ESC (20) 상에 기판 (10) 없이 플라즈마 프로세싱 챔버에 플라즈마가 생성되는 챔버 세정 프로세스를 실행시킴으로써 부산물 퇴적 (100) 이 제거될 수 있다. 플라즈마에서의 이온들 (200) 이 ESC (20) 상의 전계에 의해 수직으로 가속되고 부산물 퇴적 (100) 을 스퍼터링하고/하거나 화학적으로 에칭한다. 도 4a 는 이온 입사각들의 함수로서 (유입되는 이온에 의해 제거된 원자들의 평균 개수로 측정되는) 스퍼터링 효율을 도시한 개략 그래프이다. 입사의 각도 또는 입사각은, 표면 상에 입사하는 이온들의 광선과, 입사의 지점에서 표면에 수직인 라인 사이의 각도이다. 도 4b 는 이온 입사각들의 함수로서 부산물 퇴적 (100) 에 의해 수용되는 상대 이온 플럭스를 나타낸 개략 그래프이다. 이온 플럭스가 높을수록 더 높은 화학적 에칭 효율을 발생시킨다. 수직 측벽 (22) 이 이온들 (200) 의 입사 방향에 실질적으로 평행하기 때문에, 입사의 각도는 거의 90°이고, 그 90°에서는 스퍼터링 효율과 화학적 에칭 효율 양쪽 모두가 매우 낮다. 부산물 퇴적 (100) 전부를 제거하는데 실패하면, He 누설 및 신뢰할 수 없는 클램핑에 의해 야기되는 불균일한 기판 온도 이외에도, 아킹 (arcing), ESC 에 대한 손상, 빈번한 챔버 세정, 및 플라즈마 프로세싱 쳄버의 효율 감소를 초래할 수 있다.
챔버 세정 프로세스 동안 스퍼터 효율을 향상시키도록 구성된 각진 측벽을 가진 ESC 가 여기에 기술되어 있다.
도 5 에 일 실시형태가 도시되어 있다. ESC (520) 는, 지지면 (521) 및 그 지지면 (521) 의 외주로부터 외측 및 하측으로 연장된 경사면 (522) 을 포함한다. 경사면 (522) 이 충분히 넓어서, 경사면 (522) 만이 에지 링 (30) 과 기판 (10) 사이의 갭 (60) 에 노출되도록, 즉, 에지 링 (30) 의 상부면 (31) 이 경사면 (522) 의 외주 (522a) 와 실질적으로 동일 평면에 있도록 한다. 바람직하게는, 상부면 (31) 위에 놓인 기판 (10) 의 주변부가 1 ㎜ 에서 3 ㎜ 까지의 폭을 갖는다. ESC (520) 는 He 가스의 분배를 위한 그 ESC 의 상부면 상의 홈들, 메사들, 개구들 또는 오목한 영역들의 패턴 및 프로세싱 동안 기판 (10) 을 정전 클램핑하기 위한 내장된 전극과 같은 다른 종래의 피처들을 포함할 수 있다.
기판의 플라즈마 프로세싱 동안 경사면 (522) 만이 노출되도록 ESC (520) 가 구성되기 때문에, 부산물 퇴적 (400) 이 경사면 (522) 상에서만 발생한다. 도 6 에 도시된 챔버 세정 프로세스에서, 이온들 (200) 의 입사의 각도는 경사면 (522) 과 지지면 (521) 사이의 대략 예각이고, 그 예각은 수직 측면의 경우의 거의 90°입사의 각도보다 실질적으로 작다. 경사면 (522) 과 지지면 (521) 사이의 예각은 35°에서 75°까지가 바람직하고, 45°에서 60°까지가 더 바람직하다. 경사면 (522) 은 0.005 인치에서 0.04 인치까지의 폭을 가진 것이 바람직하고, 0.01 인치에서 0.03 인치까지가 더 바람직하다.
각진 측벽을 가진 ESC 가 그의 특정 실시형태들을 참조하여 상세히 기술되었지만, 이 기술분야의 당업자라면 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변경이 이루어질 수 있고 동등물들이 채용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 각진 측벽은, 기판 지지체의 다른 타입들 (예를 들어, 진공 척들), 에지 링들, 커플링 링들 등과 같은, 부산물 퇴적을 경험하는 다른 챔버 컴포넌트들에 포함될 수 있다.
Claims (9)
- 기판을 에칭하도록 구성된 플라즈마 프로세싱 챔버에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지체로서,
상부 기판 지지면으로서, 상기 기판이 상기 상부 기판 지지면의 외주 (outer periphery) 의 외측으로 연장되도록, 플라즈마 프로세싱 동안 상기 기판을 지지하도록 치수결정된, 상기 상부 기판 지지면, 및
상기 상부 기판 지지면의 외주로부터 외측 및 하측으로 연장되고, 상기 기판 지지체를 둘러싸는 에지 링의 상부면과 실질적으로 동일 평면에 있는 외주를 갖도록 구성된 각진 측벽 (angled sidewall) 으로서, 상기 에지 링의 상기 상부면이 상기 기판의 주변부의 하부면과 대면하는, 상기 각진 측벽
을 포함하고,
상기 각진 측벽은 플라즈마 프로세싱 동안 부산물 퇴적을 축적하는, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 각진 측벽과 상기 상부 기판 지지면 사이의 예각은 35°에서 75°까지인, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 각진 측벽과 상기 상부 기판 지지면 사이의 예각은 45°에서 60°까지인, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 각진 측벽은 0.005 인치에서 0.04 인치까지의 폭을 갖는, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 각진 측벽은 0.01 인치에서 0.03 인치까지의 폭을 갖는, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 정전 클램핑하도록 구성된 내장된 전극; 및
상기 상부 기판 지지면에서의 적어도 하나의 홈, 메사 (mesa), 개구 또는 오목한 영역을 더 포함하고,
상기 홈, 메사, 개구 또는 오목한 영역은 헬륨 가스 소스와 유체 연통 (fluidic communication) 하고, 플라즈마 프로세싱 동안 상기 상부 기판 지지면과 상기 기판 사이에서 열 전달을 수행하도록 구성된, 기판 지지체. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지체를 오버행 (overhang) 하는 상기 기판의 상기 주변부의 폭이 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 이도록 상기 기판 지지체가 사이징되는, 기판 지지체. - 제 1 항에 기재된 기판 지지체 및 상기 기판 지지체를 둘러싸는 에지 링을 포함하고, 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된, 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 하부 전극 어셈블리로서,
상기 기판의 주변부는 상기 기판 지지체를 오버행하고 상기 에지 링의 상부면 위에 놓여 있으며;
상기 에지 링의 상기 상부면은 상기 기판 지지체의 상기 각진 측벽의 상기 외주와 실질적으로 동일 평면에 있는, 하부 전극 어셈블리. - 제 1 항에 기재된 기판 지지체의 각진 측벽 상의 부산물 퇴적을 제거하는 방법으로서,
상기 기판 지지체 상에서 그 기판 지지체 상에 기판 없이 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 부산물 퇴적에 상기 플라즈마로 충격을 가하는 (bombarding) 단계를 포함하는, 부산물 퇴적을 제거하는 방법.
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