KR20150043959A - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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KR20150043959A KR20140063166A KR20140063166A KR20150043959A KR 20150043959 A KR20150043959 A KR 20150043959A KR 20140063166 A KR20140063166 A KR 20140063166A KR 20140063166 A KR20140063166 A KR 20140063166A KR 20150043959 A KR20150043959 A KR 20150043959A
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plasma etching
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막심 바르바라
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에스피티에스 테크놀러지스 리미티드
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Abstract

플라즈마 에칭 장치
본 발명에 따르면 기판을 플라즈마 에칭(plasma etching)하기 위한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 상기 장치는:
단면적과 형상을 갖는 플라즈마 발생 영역을 갖는 제1 챔버;
상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 발생 장치;
단면적과 형상을 가지는 내부를 형성하고, 상기 내부의 단면적은 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적보다 넓은, 플라즈마 발생 챔버에서 발생된 플라즈마가 유입될 수 있는 제2 챔버;
상기 제2챔버에 계면을 갖고, 플라즈마 또는 하나 이상의 플라즈마와 관련된 에천트 종들(etchant species)이 기판을 에칭하기위해 제2챔버로부터 유입될 수 있도록, 플라즈마 에칭될 상부면을 갖는 타입의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 갖는 제3챔버를 포함한다;
상기 제2챔버 내부의 내부 단면적과 형상은 상기 기판의 상부면과 실질적으로 대응하고;
상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판이 실질적으로 상기 제2챔버의 내부에 레지스터(register)될 수 있도록 배치되고, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 80mm 이하의 거리에 위치된다.

Description

플라즈마 에칭 장치{PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 에칭 장치와, 부분에 관련된 키트(kit) 및 기판을 플라즈마 에칭하는 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(wafer)상의 장치의 제조 공정은 다양한 플라즈마 에칭 도구로 수행되는 다수의 플라즈마 에칭 공정 단계를 포함한다. 전형적으로, 플라즈마 에칭 공정은 마스크에 의해 덮히지 않은 웨이퍼(wafer)의 영역으로부터의 원료를 선택적으로 제거하는데 사용된다. 에칭 깊이는 실리콘, GaAs, 알루미늄, 및 이산화규소(silicon dioxide)와 같은 다양한 원료에서 나노미터에서 수백 미크론까지 다양할 수 있다. 모든 플라즈마 에칭 공정에 있어서 균일하고, 반복적인 에칭 공정을 제공하기 위한 일반적인 요건이 있다. 이러한 특성은 주형(몇 평방mm 또는 평방 cm의 면적 이상)내부 및 웨이퍼(wafer) 전체(여전히 큰 직경이 미래에 상업적인 표준이 될 수 있지만, 일반적으로 300mm의 직경)에 걸쳐 모두 명백하다.
클린룸(clean room)과 플라즈마 에칭 도구들의 상대적으로 높은 비용에 기인하고 또한 클린룸(clean room)의 바닥 공간은 구하기 힘들기 때문에, 가능한 빨리 피쳐(feature)를 에칭하는 것은 당연히 경제적으로 이로우며 그래서 클린룸(clean room) 공간의 효율적인 이용이 중요하다. 안타깝게도, 실제로는 빠른 에칭률 사용을 통한 공정 시간이 감소한 대부분의 경우에, 덜 균일한 공정 수행이 야기된다. 보통, 균일성과 에칭률이 허용 가능한 수준이 되도록 절충안이 이루어지는 것이 전형적이다. 웨이퍼(wafer) 에칭 균일성과 높은 에칭률 사이에 달성되기 위한 최적의 균형을 위해, 긴 에칭 공정 시간이 요구되는 MEMS구조 또는 실리콘에서 실리콘 관통 전극(TSVs(through silicon vias))과 같은 깊은 피쳐(수십 내지 수백 미크론)로 에칭할 때 특히 중요하다. 이러한 종류의 깊은 실리콘 에칭 피쳐들을 형성하기 위해, 순환하는 증착(deposition)/에칭 단계들의 소위 보쉬(Bosch) 공정이 일반적으로 사용된다. 보쉬(Bosch) 공정은 당 업계에서 잘 알려져 있으며, 예를 들어, US5501893에서 설명된다.
따라서, 많은 연구가 에칭의 균일성을 잃지 않고 에칭률을 증가시키기 위한 목적으로 수행되어왔다. 종래 기술의 대표적인 예는 US2006/0070703 및 US7371332이다. 이 분야에서 압도적인 통념은 처리되는 웨이퍼(wafer)의 직경보다 공정 챔버의 내부 직경이 상당히 큰 경우 공정 챔버를 사용하기 위한 플라즈마 에칭 도구이다. 또한 이 분야에서 통념을 구성하는 이 접근법에 대한 기술적 설명이 있다. 보다 구체적으로, 공정 챔버가 처리될 웨이퍼(wafer)의 직경보다 상당히 큰 내부 직경을 갖는 것이 유리한다고 간주되는데, 이는 처리되는 웨이퍼(wafer)의 가장자리로부터 떨어져서 잘 발생하는 - 플라즈마에서 불균일성을 초래하는 - 챔버의 벽에 손실을 동반하는 시스템과 같은 곳에서 균일한 플라즈마가 보다 쉽게 달성된다고 여겨진다. US2006/0070703의 도1은 전형적인 종래 기술의 단일 웨이퍼(wafer) ICP 플라즈마 에칭 시스템의 대표적인 개략도이다. 이 도면에 표시된 바와 같이, 원통형 챔버는 처리될 원형 웨이퍼(wafer)에 위치한 정전 척(ESC) 또는 중앙 플래튼(platen) 지지부를 갖는다. 플라즈마는 이 경우 다중 턴 코일인 안테나를 통해 커플링 RF전원에 의해 챔버 내 가스로 개시되고 유지된다. 가스는 챔버의 상부에 들어가고 에칭 공정의 부산물은 적합한 펌핑 장치를 사용하는 챔버의 바닥으로 나온다. 또한 웨이퍼(wafer) 플래튼(platen)은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 웨이퍼(wafer) 표면에 입사하는 이온의 추가적 제어를 제공하기 위한 특정 시스템 설계에서 구동된 RF가 될 수 있다. US2006/0070703의 도1은 개략적이지만, 실제로 챔버 대비 웨이퍼(wafer)의 상대적 치수는 근본적으로 종래 기술의 정확한 표현이다.
본 발명자는 US2006/0070703의 도1에 도시된 타입의 표준 플라즈마 에칭 챔버에서 웨이퍼(wafer)를 에칭할 때, 활성 에천트(etchant) 가스의 비율이 챔버 측부의 아래로 유입되어 완벽히 웨이퍼(wafer)를 우회하는 것을 깨달았다. 본 발명자는 또한 가스 사용의 관점에서 이것이 효율적이라고 인식했다. 펌핑이 웨이퍼(wafer) 표면 아래에서 발생하기 때문에, 가스의 대부분은 웨이퍼(wafer) 표면에 도달하지 않을 수도 있었다. 예를 들어, 챔버의 중앙에 200mm 직경의 웨이퍼(wafer)와 350mm의 직경을 갖는 US2006/0070703의 도1에 도시된 타입의 챔버와 함께, 가스 유량의 약 3분의 2가 직접적으로 펌프로 배출된다. 또한, 본 발명자는 이 구성이 웨이퍼(wafer)의 주변부에서 관찰되는 낮은 에칭률과 함께 웨이퍼(wafer)의 중심의 근처의 높은 에칭률을 야기하는 것을 깨달았다. 이것은 웨이퍼(wafer)의 중심으로부터의 위치의 함수로서 실리콘 에칭률을 보여주는 도 1에서 개략적으로 표시된다. 이것은 종래 기술의 구성이 챔버의 중심으로부터 웨이퍼(wafer)의 주변까지의 거리의 함수로서 에천트(etchant) 농도 구배를 본질적으로 따르는 중앙 높은 에칭률을 촉진하는 것을 보여줄 수 있다.
또한 제1챔버에서 발생한 플라즈마가 기판이 존재하는 처리중인 제2챔버로 유입되는 두 챔버 플라즈마 에칭 배열을 제공하는 것으로 알려져 있다.
또한, 처리될 웨이퍼(wafer)의 직경보다 상당히 큰 공정 챔버의 내부 직경 프로세스 챔버의 내부 직경에 대한 이 분야에서 통념이다. 또한, 본 발명자들은 플라즈마가 생성되는 제1 챔버는 웨이퍼(wafer)의 직경에 비해 일반적으로 상대적으로 큰 크기라고 평가했다. US2007/0158305 및 EP2416351는 모두 효과적으로 제2 챔버에 위치한 기판으로 플라즈마를 보내는데 사용되는 아마도 절두 원뿔형(frusto-conical) 지침일 수 있는 지침에 따라 효과적인 두 개의 챔버 배열이 무엇인지 개시한다.　 그러나, 플라즈마가 생성되는 제1 챔버의 영역은 처리될 웨이퍼(wafer)의 직경보다 실질적으로 큰 직경이다.
본 발명은 그 실시예들 중 적어도 일부에서, 상기 기술한 문제의 하나 이상을 다룬다. 특히, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 종래의 시스템에 비해 개선된 에칭 균일성 및/또는 개선된 가스 이용률을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 종래의 시스템에 비해 개선된 에칭률을 제공할 수 있다.
본 발명은 기판을 플라즈마 에칭(plasma etching)하기 위한 플라즈마 에칭 장치를 제공한다. 상기 장치는:
단면적과 형상을 갖는 플라즈마 발생 영역을 갖는 제1 챔버;
상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 발생 장치;
단면적과 형상을 가지는 내부를 형성하고, 상기 내부의 단면적은 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적보다 넓은, 플라즈마 발생 챔버에서 발생된 플라즈마가 유입될 수 있는 제2 챔버;
상기 제2챔버에 계면을 갖고, 플라즈마 또는 하나 이상의 플라즈마와 관련된 에천트 종들(etchant species)이 기판을 에칭하기위해 제2챔버로부터 유입될 수 있도록, 플라즈마 에칭될 상부면을 갖는 타입의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 갖는 제3챔버를 포함한다;
상기 제2챔버 내부의 내부 단면적과 형상은 상기 기판의 상부면과 실질적으로 대응하고;
상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판이 실질적으로 상기 제2챔버의 내부에 레지스터(register)될 수 있도록 배치되고, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 80mm 이하의 거리에 위치된다.
본 발명은 그 실시예들 중 적어도 일부에서, 상기 기술한 문제의 하나 이상을 다룬다. 특히, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 종래의 시스템에 비해 개선된 에칭 균일성 및/또는 개선된 가스 이용률을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 종래의 시스템에 비해 개선된 에칭률을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 설명 될 것이다:-
도1은 종래 장치를 이용하여 에칭하는 동안 실리콘 웨이퍼(wafer) 중심으로부터의 거리 함수로서 실리콘 에칭률을 보여준다.
도2는 본 발명의 플라즈마 에칭 장치를 제공하기 위해 개장(retrofit)된 에칭 장치의 단면도이다.
도3은 도2의 플라즈마 에칭 장치의 제2챔버와 제3챔버사이의 계면 영역의 사시도이다.
도4는 300mm실리콘 웨이퍼(wafer)상 의 위치의 함수로서의 에칭 깊이를 보여준다.
도5는 200mm 실리콘 웨이퍼(wafer)상의 위치의 함수로서의 실리콘 에칭률을 보여준다.
도6은 200mm 실리콘 웨이퍼(wafer)를 에칭할 때 제2챔버의 직경의 함수로서 실리콘 에칭률과 에칭깊이의 균일성을 보여준다; 그리고
도7은 200mm 직경 실리콘 웨이퍼(wafer)를 에칭할 때 제2챔버와 웨이퍼(wafer) 상부면 사이의 간격의 함수로서 실리콘 에칭률과 에칭 깊이의 균일성을 보여준다.
의심의 여지를 없애기 위해, '포함하는' 또는 '구성하는' 및 이와 같은 문구들이 본원 명세서에서 참조될 때마다, 본 발명은 또한 '이루어지는' 및 '실질적으로 이루어지는' 같은 보다 제한적인 용어를 포함하는 것으로 이해된다.
본 발명의 첫번재 측면에 따르면 기판을 플라즈마 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치가 제공되고, 상기 기판은:
단면적과 형상을 갖는 플라즈마 발생 영역을 갖는 제1 챔버;
상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 발생 장치;
단면적과 형상을 가지는 내부를 형성하고, 상기 내부의 단면적은 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적보다 넓은, 플라즈마 발생 챔버에서 발생된 플라즈마가 유입될 수 있는 제2 챔버;
상기 제2챔버에 계면을 갖고, 플라즈마 또는 하나 이상의 플라즈마와 관련된 에천트 종들(etchant species)이 기판을 에칭하기위해 제2챔버로부터 유입될 수 있도록, 플라즈마 에칭될 상부면을 갖는 타입의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 갖는 제3챔버를 포함한다;
상기 제2챔버 내부의 내부 단면적과 형상은 상기 기판의 상부면과 실질적으로 대응하고;
상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판이 실질적으로 상기 제2챔버의 내부에 레지스터(register)될 수 있도록 배치되고, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 80mm 이하의 거리에 위치된다.
처리될 상기 기판 및 제2챔버의 내부는 각각 적어도 하나의 폭을 가질 것이다. 상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭의 비는 1.15이하이거나, 1.1이하이거나, 1.0이상이거나, 0.85이상이거나, 0.9 이상이거나 또는 이러한 비 값들의 조합이다. 특히, 상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭의 비는1.15 내지 0.85, 바람직하게는 1.1 내지 0.9 범위에 있다.
더 바람직하게는 상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭의 비율은 1.5 내지 1.0, 바람직하게는 1.1내지 1.0 범위에 있다.
상기 언급된 폭이 직경인 경우에, 처리될 상기 기판 및 제2챔버의 내부는 전형적으로 원형 단면인 것이 이해될 것이다. 원칙적으로, 처리될 상기 기판 및 제2챔버 내부는 서로 다른 단면 형상일 수 있고, 또한 원칙적으로 이러한 비 원형 형상은 하나 이상의 특징적인 폭을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 단면 형상과 관련된 각각의 특징적인 폭은 상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭과 대응하는 비를 갖는다. 이러한 실시예들에서, 각 폭의 비는 상기 정량적 기준을 충족시킬 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 60mm 이하의 거리에 위치될 수 있도록 배치된다.
일부 실시예들에서, 상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 10mm 이상의 거리에 위치될 수 있도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 10-60mm범위 내 거리에 위치될 수 있도록 배치된다.
상기 플라즈마 발생 영역 및 상기 제2챔버의 내부는 각각 제2챔버의 단면적 대비 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적의 비가 0.07 내지 0.7 범위에 있을 수 있는 단면적을 가진다.
일반적으로, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버는 (동축co-axial)이다. 사용시, 상기 기판은 또한 제 1챔버 및 제2챔버와 함께 일반적으로 동축(co-axial)이다.
일반적으로, 상기 제1 및 상기 제2챔버는 모두 원형 단면이다.
일반적으로 플라즈마 에칭되는 상기 기판 또한 원형 단면이다.
상기 제1챔버는 벨자(bell jar) 형태일 수 있고 즉, 제1챔버는 제2챔버를 향해 수평이 될 수 있도록(flare out) 상기 챔버의 세로 축을 따라 위치의 함수로서 변화하는 일정하지 않은 원형 단면을 가질 수 있다.
상기 기판 부근에서 가스 흐름을 채널(channel)하기 위해 상기 기판 지지부 또는 그 가까이에 배치되는 배플(baffle)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배플(baffle)은 사용시, 웨이퍼(wafer)의 주변부 주위에 에천트 종들(etchant species) 의 체류 시간을 증가시키도록 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 계면은 제2챔버와 제3챔버 사이에 배치된 스페이서(spacer) 요소에 의해 형성될 수 있다. 상기 스페이서(spacer) 요소는 고리와 같은 환형 요소일 수 있다. 상기 스페이서(spacer) 요소의 사용은 상기 기판의 상부면과 계면 사이의 거리를 다양하고 미세 조정 가능하게 하기 때문에 편리하다.
대부분, 상기 제2챔버는 플라즈마 발생 장치가 장착되지 않는다. 대신, 단지 제1챔버가 관련된 플라즈마 발생 장치를 갖는다.
일반적으로, 상기 기판 지지부는 적어도 200mm의 직경을 갖는 기판을 지지하도록 설계된다. 본 발명에서 200mm 및 300mm의 직경을 갖는 웨이퍼(wafer)가 적용된 때에 우수한 결과가 달성되었다.
본 발명은 화학 기반 Si, GaAs, 폴리머(polymer), Al에칭재료 및 불소(fluorine), 염소(chlorine) 및 산소를 포함하나 이에 한정되지 않는 수많은 에칭 재료 및 공정 가스에 쉽게 적용 가능하다. 본 발명은 대체적인 에칭 및 증착 단계의 보쉬(Bosch) 공정을 사용한 에칭에 적용될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 ICP(유도 결합 플라즈마) 소스, 헬리온(helion) 소스, ECR(전자 사이트론 공명) 소스 또는 임의의 다른 편리한 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치는 제조의 본래 항목으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 이점은 에칭되는 기판의 상부면의 영역보다 실질적으로 큰 단면적을 갖는 공정 챔버가 제공되는 타입에서 기존의 플라즈마 에칭 장치를 개장(retrofit) 가능한 것에 있다.
상기 플라즈마 에칭 장치는 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판과 결합되어 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명은 또한 사용하지 않거나 사용 전 일 때, 즉, 기판 지지부상의 기판의 존재 없이, 플라즈마 에칭 장치에 적용된다.
본 발명의 두번째 측면에 따르면, 본 발명의 첫번째 측면에 따른 개장(retrofitted)된 플라즈마 에칭 장치를 제공하기 위하여 기존의 플라즈마 에칭 장치를 개장(retrofit)하기 위한 키트(kit)를 제공한다. 상기 키트(kit)는:
어댑터가 연결되었을 때 상기 제2챔버로서 수행하도록 설계된 슬리브(sleeve)를 포함하고, 상기 슬리브(sleeve)를 제자리에 배치하기 위해 상기 기존의 플라즈마 에칭 장치의 부분에 상기 어댑터가 연결되도록 허용하는 연결 수단을 추가로 포함하는, 기존의 플라즈마 에칭 장치의 하나 이상의 부분에 연결을 위한 어댑터를 포함한다.
상기 어댑터는 기존의 플라즈마 에칭 장치의 하나 이상의 부분을 연결하기 위한 하나 이상의 플랜지(flange)부를 포함할 수 있다. 상기 어댑터는 상부 플랜지(flange)부와 하부 플랜지(flange)부를 포함할 수 있다. 상기 플랜지(flange)부는 슬리브(sleeve)를 포함하는 구조부를 형성할 수 있다. 대안적으로 상기 플랜지(flange)부는 슬리브(sleeve)가 수납될 수 있는 구조부를 형성할 수 있다. 이러한 구조는 제2챔버로서 수행할 수 있도록 설계된 슬리브(sleeve)를 수납하기 위한 외부 슬리브(sleeve)를 포함할 수 있다.
상기 키트(kit)는 상기 개장(retrofit)된 플라즈마 에칭 장치에서 상기 제2챔버와 상기 제3챔버 사이에 상기 계면을 형성하기 위해 상기 슬리브(sleeve) 하부면에 배치되고, 상기 어댑터 및/또는 상기 기존의 플라즈마 에칭 장치에 연결 가능하게 설계된 스페이서(spacer) 요소를 추가로 포함한다.
본 발명의 세번째 측면에 따르면 기판을 플라즈마 에칭하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은:
1) 제1항에 따른 플라즈마 에칭 장치를 제공하는 단계;
2) 상기 기판에 상기 제2챔버의 내부에 실질적으로 레지스터(register) 될 수 있도록 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 상기 기판을 유발시키고, 상기 기판의 상부면은 상기 계면으로부터 80mm이하의 거리에 위치하는 단계;
3) 상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
1) 상기 기판을 에칭하기 위해, 상기 플라즈마 또는 상기 플라즈마와 관련된 하나 이상의 에천트 종들(etchant species) 을 유발시키는 단계를 포함한다.
상기에 본 발명에 대하여 기술된 반면, 다음의 설명, 도면 또는 청구항에서 이것은 상기 명시된 특징의 어떠한 발명적 조합으로 확장한다. 예를 들어, 본 발명의 일 양태와 관련하여 설명된 임의의 특징은 본 발명의 다른 양태에 관하여도 개시되는 것으로 간주된다.
도2는 본 발명의 플라즈마 에칭 장치(10)를 도시한다. 도2에 도시된 실시예는 본 발명에 따른 장치를 생산하기 위해 개장(retrofit)된 실제로 시판 가능한 플라즈마 에칭 장치이다. 보다 구체적으로, 도2에 도시된 장치는 출원인에 의해 제조되고 상표명 DSi하에 판매된 플라즈마 에칭 장치의 개장(retrofit)이다. 상기 장치 (10)는 플라즈마를 생산하기 위해 도입된 가스가 통과하는 가스 주입부(12a)를 갖는 세라믹 벨자 형태의 제1챔버(12)를 포함한다. 제1챔버(12)의 일부는 당해 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 방식으로 적어도 제1챔버(12)의 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마를 개시하고 유지하기 위해 사용되는 ICP소스(14)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 제1챔버(12)의 하단부는 장치(10)의 중간부로 수평이 되도록(flare out)한다. 도2에 도시된 중간부(16)는 장치(10)의 주 개장(retrofit)된 구성요소이다. 상기 중간부(12)는 슬리브(sleeve)(18a), 상부 플랜지(flange)부(18b), 및 하부 플랜지(flange)부(18c)를 갖는 어댑터 구조(18)를 포함한다. 상부 플랜지(flange)부는 제1챔버(12)와 장치(10)의 다른 상부와 연결되어있다. 상기 하부 플랜지(flange)부는 제3챔버(20)에 연결되어 있다. 상기 슬리브(sleeve)(18a) 는 상기 슬리브(sleeve)(18a)내에 위치되고 배치된 슬리브(sleeve)의 형태 내에서 감소된 직경의 제2챔버(22)를 운반하기 위한 크기로 되어있다. 상기 제2챔버(22)는 상기 슬리브(sleeve)(22)와 연결된 본 실시예에서 하부링(22a)를 추가로 포함할 수 있다. 이하 제2챔버를 포함하는 중간부, 처리될 웨이퍼(wafer)(26)를 지지하기 위한 정전 척(ESC)(24)을 수용하는 제3챔버(20)가 있다. 상기 제3챔버(20)는 웨이퍼(wafer)(26)을 장치(10)에 도입하고 이를 제거하기 위한 슬롯 밸브(20a)를 포함한다. 상기 제3챔버는 출입구(20b)를 추가로 포함한다. 가스는 당업자에게 널리 공지된 적합한 펌핑 장치(도면미도시)를 사용하여 출구(20b)로부터 장치에서 배출된다. 도2는 상기 제3챔버의 완성도를 보여주지 않음을 알 수 있다. 대신, 도2는 단지 상기 제3챔버의 상부를 보여준다. 상기 제3챔버(20)의 내부 직경은, 웨이퍼(wafer)가 도입되고 상기 장치(10)로부터 제거될 수 있기 위해 웨이퍼(wafer)의 직경보다 상당히 클 필요가 있다. 원통형 커버(28)는 안전성 목적으로 제1챔버(12) 및 제2챔버(22)를 포함하는 장치(10)의 상부 주변에 배치된다
배플(baffle)(28)은 상기 웨이퍼(wafer)(36)의 주변부의 주위에 에천트(etchant) 가스의 체류 시간을 증가시키기 위해여 ESC(24)와 웨이퍼(wafer)(26) 주위에 제공된다. 웨이퍼(wafer) 가장자리 보호(WEP)장치(30) 또한 제공된다.
종래의 DSi장치에서, 다른 원통형 구조가 제2챔버로서 기능하고, 이것의 내부 직경은 웨이퍼(wafer)의 직경보다 현저히 크다. 본 발명에서, 상기 슬리브(sleeve)(22)의 내부 직경(및 링(22a))은 처리될 웨이퍼(wafer)의 직경과 일치된다. 대표적인 예에서, 상기 웨이퍼(wafer)는 200mm 직경이고 상기 슬리브(sleeve)(22)의 내부 직경과 링(22a) 또한 200mm이다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 상기 직경의 정확한 일치와 함께 유리한 결과가 달성될 것임에도 불구하고 이러한 직경이 정확하게 일치할 필요는 없다. 상기 웨이퍼(wafer)(26)가 ESC(24)상에 장착될 때, 상기 웨이퍼(wafer)(26)는 상기 제2챔버(22)에 레지스터(register) 되는 것으로 이해될 것이다.
개선된 에칭의 예들은 이제 도2에 도시된 장치를 이용하여 설명된다. 에칭은 보쉬(Bosch)공정에 따라 수행된다.
도4에서 본 발명자들은 SF6화학을 사용한 300mm직경의 웨이퍼(wafer) 상의 Si에칭 공정에 대한 에칭률과 균일성에서 달성된 공정 수행에서 개선점을 본다. 챔버와 웨이퍼(wafer)의 간격을43 및 23mm로 유지하는 동안 상기 제2챔버의 크기(ID)를 표준 350mm에서 300mm로 줄임으로써, 에칭률은 9.8 및 10.3mm/min으로 증가하였고, 상대적으로, 균일성 또한 9.7%의 표준 값을 넘어 상당히 향상된다.
상기 결과값은 표1에 요약된다.
간격 에칭률[㎛/min] 균일성[±%]
G-23mm 10.3 2.6
G-43mm 9.8 7.4
표준 챔버 8.8 9.7
표1. SF6플라즈마로 에칭된 300mm실리콘 벌크 웨이퍼(wafer)에 대한 실리콘 ER(미크론/분)과 균일성 값; 표준(350mm ID) 및 감소된 직경(G=300mm ID)
도 5, 6 및7에서 본 발명자들은 ~200mm의 제2챔버ID와 함께 200mm직경 웨이퍼(wafer)에 대한 대표적 결과값을 볼 수 있다. 200mm 제2 ID챔버(상기 제2챔버와 상기 웨이퍼(wafer) 사이의 35mm 간격을 구비한)는 표준 350mm ID 제2챔버를 비교할 때, 모든 경우에서 상당한 개선점을 확인할 수 있다.
도5에서 본 발명자는 표준 챔버와 감소된 직경의 제2챔버 사이의 패턴화된 Si웨이퍼(wafer) 상의 보쉬(Bosch) Si에칭 공정에서 15%의 개선된 에칭률을 볼 수 있다. 균일성 또한 표준 챔버에서의 +/- 9% 에서 본 발명의 보다 작은 제2챔버에서의 +/- 6%로 개선되었다.
도6에서 본 발명자들은 제2챔버와 35mm의 웨이퍼(wafer)와 사이에 고정된 간격을 구비하는 제2챔버 내부 직경의 함수로서 200mm 직경 Si웨이퍼(wafer)에 대한 Si 에칭률과 균일성을 볼 수 있다. ~220-235mm에서, 보다 제2챔버IDS를 향한 일 움직임으로서 에칭률에서 더 점진적인 감소와 결합된 균일성에서 큰 감소가 있다.
웨이퍼(wafer)를 포함하는 작은 하부 챔버의 닫힌 결합의 중요성은 Si 에칭 공정이 제2챔버에서 웨이퍼(wafer) 간격까지의 범위(23-100mm)를 초과하는200mm직경 웨이퍼(wafer)상에서 수행되는 도7에서 형성된다. 에칭률과 균일성의 최적화된 값은 가장 작은 간격을 구비하는 때이다.
임의의 특정 이론이나 추측에 의해 제한됨이 없이, 본 명세서에 기술된 유리한 특성은 세가지 요소의 조합에 기인할 수 있다고 생각된다. 첫째로, 적어도 플라즈마가 발생되는 영역에서 제2챔버의 내부의 단면적이 제1챔버의 단면적보다 크다. 이러한 방식으로, 초기에 발생되는 플라즈마의 부피가 너무 크지 않고, 상대적으로 균일한 초기 플라즈마를 형성할 수 있다. 대조적으로, 상대적으로 큰 플라즈마 발생 챔버는 도넛형으로 분산된 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 초기에 생성된 플라즈마가 매우 균일하지 않은 경우, 균일한 에칭의 결과의 후속적 공정 단계를 제공하기 매우 어렵다고 여겨진다. 두번째로, 상기 제2챔버의 직경은 웨이퍼(wafer)의 직경에 가까워야 한다. 이는 놀랍게도, 당해 기술 분야의 통념에 반하기 때문이다. 만일 웨이퍼(wafer)가 원형 단면적이 아닌 이론적인 경우라면, 제2챔버는 웨이퍼(wafer)의 특징적인 치수에 가깝게 일치되는 비슷한 형상이 되어야 한다. 세번째로, 상기 웨이퍼(wafer)(에칭 중 이것의 사용시 위치에서)와 가깝게 일치하는 상기 제2챔버사이의 간격은 작아야 한다.
본 발명에 의해 제공되는 장치는 보다 큰 ID의 종래 기술 챔버에 비해 웨이퍼(wafer)의 평면상의 상기 가스와 플라즈마 억제를 향상시킬 수 있다. 본 발명은 펌핑 라인으로 직접적으로 가는 에천트(etchant) 가스의 손실을 피하거나 적어도 감소시킬 수 있고, 에칭률을 증가시킬 수 있으며, 및/또는 교차-웨이퍼(cross-wafer) 깊이 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 임의의 특정 이론이나 추측에 의해 제한됨이 없이, 본 발명은 에천트(etchant) 가스가 펌프되어 나가기 전에 웨이퍼(wafer) 주변부 주위의 상기 웨이퍼(wafer)와 상호작용하게 할 수 있다고 여겨진다. 실제로, 이러한 혼합과 상기 웨이퍼(wafer)로부터 에칭 생성물을 멀리 펌핑하는 것을 야기할 수 있는 감소된 전도성 사이에서 균형을 찾아져야 한다. 배플(baffle)은 이러한 관점을 뒷받침하기 위해 상기 웨이퍼(wafer) 매우 가까이 또는 주위에서 제공될 수 있다. 그러나 배플(baffle)의 사용은 본 발명의 필수적인 특성은 아니다. 숙련된 독자는 많은 다른 방법으로 본 발명을 구현하고 최적화할 수 있다는 것을 이해할 것이고, 이러한 다양한 변형은 본 발명 범위내에 있다. 예를 들어, 상기 웨이퍼(wafer)가 ESC에 의해 지지되거나, WEP배열이 사용되는 것은 필수적이지 않다. 또한, 기존의 장치를 개장(retrofit)하는 대신, 본 발명에 따른 새로운 플라즈마 에칭 장치를 생산할 수 있다. 상기 제3챔버는 챔버의 측부 대신 챔버의 바닥에 설치된 포트로부터 펌프될 수 있다. 다른 플라즈마 발생 장치가 고려될 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판을 플라즈마 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 상기 장치는:
    단면적과 형상을 갖는 플라즈마 발생 영역을 갖는 제1 챔버;
    상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 발생 장치;
    단면적과 형상을 가지는 내부를 형성하고, 상기 내부의 단면적은 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적보다 넓은, 플라즈마 발생 챔버에서 발생된 플라즈마가 유입될 수 있는 제2 챔버;
    상기 제2챔버에 계면을 갖고, 플라즈마 또는 하나 이상의 플라즈마와 관련된 에천트 종들(etchant species)이 기판을 에칭하기위해 제2챔버로부터 유입될 수 있도록, 플라즈마 에칭될 상부면을 갖는 타입의 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 갖는 제3챔버를 포함한다;
    상기 제2챔버 내부의 내부 단면적과 형상은 상기 기판의 상부면과 실질적으로 대응하고;
    상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판이 실질적으로 상기 제2챔버의 내부에 레지스터(register)될 수 있도록 배치되고, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 80mm 이하의 거리에 위치된다.
  2. 제1항에 있어서,
    에칭될 상기 기판 및 상기 제2챔버의 내부는 각각 적어도 하나의 폭을 가지고, 상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭의 비는 1.15 내지 0.85, 바람직하게는 1.1 내지 0.9 범위에 있는
    플라즈마 에칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 폭 대비 상기 제2챔버의 내부의 폭의 비는 1.5 내지 1.0, 바람직하게는 1.1내지 1.0 범위에 있는
    플라즈마 에칭 장치.
  4. 제1-3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판의 상부면이 계면으로부터 60mm 이하의 거리에 위치될 수 있도록 배치된
    플라즈마 에칭 장치.
  5. 제1-4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 사용시, 상기 기판의 상부면은 계면으로부터 10mm 이상의 거리에 위치될 수 있도록 배치된
    플라즈마 에칭 장치.
  6. 제1-5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2챔버의 단면적 대비 상기 플라즈마 발생 영역의 단면적의 비는 0.07 내지 0.7 범위에 있는
    플라즈마 에칭 장치.
  7. 제1-6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2챔버는 동축(co-axial)인
    플라즈마 에칭 장치.
  8. 제1-7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2챔버는 모두 원형 단면인
    플라즈마 에칭 장치.
  9. 제1-8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1챔버는 벨자(bell jar) 형태인
    플라즈마 에칭 장치.
  10. 제1-9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계면은 상기 제2챔버와 상기 제3챔버 사이에 배치된 스페이서(spacer) 요소에 의해 형성되는
    플라즈마 에칭 장치.
  11. 제1-10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 부근에서 가스 흐름을 채널(channel)하기 위해 상기 기판 지지부 또는 그 가까이에 배치되는 배플(baffle)을 추가로 포함하는
    플라즈마 에칭 장치.
  12. 제1-11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 적어도 200mm의 직경을 갖는 기판을 지지하도록 설계된
    플라즈마 에칭 장치.
  13. 제1-12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판과 결합된
    플라즈마 에칭 장치.
  14. 제1항에 따라 개장(retrofit)된 플라즈마 에칭 장치를 제공하기 위하여 기존의 플라즈마 에칭 장치를 개장(retrofit)하기 위한 키트(kit)는:
    어댑터가 연결되었을 때 상기 제2챔버로서 수행하도록 설계된 슬리브(sleeve)를 포함하고, 상기 슬리브(sleeve)를 제자리에 배치하기 위해 상기 기존의 플라즈마 에칭 장치의 부분에 상기 어댑터가 연결되도록 허용하는 연결 수단을 추가로 포함하는, 기존의 플라즈마 에칭 장치의 하나 이상의 부분에 연결을 위한 어댑터를 포함한다.

  15. 제14항에 있어서,
    상기 어댑터는 상기 기존의 플라즈마 에칭 장치의 하나 이상의 부분을 연결하기 위한 하나 이상의 플랜지(flange)부를 추가로 포함하는
    키트.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 개장(retrofit)된 플라즈마 에칭 장치에서 상기 제2챔버와 상기 제3챔버 사이에 상기 계면을 형성하기 위해 상기 슬리브(sleeve) 하부면에 배치되고, 상기 어댑터 및/또는 상기 기존의 플라즈마 에칭 장치에 연결 가능하게 설계된 스페이서(spacer) 요소를 추가로 포함하는
    키트.
  17. 기판을 플라즈마 에칭하는 방법으로서, 상기 방법은:
    1) 제1항에 따른 플라즈마 에칭 장치를 제공하는 단계;
    2) 상기 기판에 상기 제2챔버의 내부에 실질적으로 레지스터(register) 될 수 있도록 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 상기 기판을 유발시키고, 상기 기판의 상부면은 상기 계면으로부터 80mm이하의 거리에 위치하는 단계;
    3) 상기 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
    4) 상기 기판을 에칭하기 위해, 상기 플라즈마 또는 상기 플라즈마와 관련된 하나 이상의 에천트 종들(etchant species) 을 유발시키는 단계를 포함한다.
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