TWI446441B - 用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統 - Google Patents
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Description
本發明涉及電漿蝕刻設備所具備的氣體注入系統，尤其是涉及如下之用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，使調解氣體近距離噴射到晶圓(wafer)的邊緣部(edge)，從而使使用者能夠精確地控制蝕刻率(etch rate)或CD(Critical Dimension)均勻度或輪廓，通過均勻地形成晶圓整體的CD(Critical Dimension)和輪廓，能夠提高蝕刻均勻度(Etching Uniformity)從而最小化不良率。
通常，用於半導體集成電路元件的大口徑晶圓(wafer)或作為用於液晶顯示裝置(LCD：liquid crystal display)的主要部件的玻璃基板等在表面形成有多個薄膜層，並選擇性地去除薄膜的一部分，從而在表面形成所需形態的超細小結構的電路或圖案。這種細小電路或圖案的製造一般通過清洗工程、蒸鍍工程、光刻(photolithography)工程、鍍金製程、蝕刻(etching)工程等多個製造工程而形成。
該各種處理製程是將晶圓或基板放在能夠與外部隔離的隔室(chamber)或反應爐內進行處理。
該製程中尤其是蝕刻(etching)製程是如下述的製程，向隔室或反應爐內噴射適當的反應氣體(CxFx系、SxFx系、HBr、O2
、Ar等)，通過在電漿狀態下的物理反應或化學反應，從晶圓表面選擇性地去除所需的物質，從而在基板表面形成細小電路。
在這種蝕刻製程中，在晶圓的整體表面使CD(Critical Dimension)或輪廓均勻，從而維持蝕刻均勻度(Etching Uniformity)最為重要，因此，重要的是使反應氣體均勻地擴散到隔室內從而使電漿均勻地分佈在隔室內。
但是，一般來說，不僅晶圓中心部與外輪廓(邊緣，edge)部的蝕刻率(etch rate)不相同，而且CD(Critical Dimension)均勻度或輪廓形成為不相同，存在邊緣部的晶片良率明顯降低的問題，尤其是隨著晶圓的大口徑化趨勢和半導體設備的高集成化，邊緣部的CD均勻度或輪廓控制成了更為重要的問題。
因此，以前為了解決該問題，將冷卻劑冷卻裝置(coolant chiller)分為內部(inner)和外部(outer)，利用晶圓上的溫度差來控制CD，或者將供給反應氣體的噴頭(shower head)分為內部(inner)和外部(outer)區分反應氣體供給區域，從而調節在晶圓中心部和邊緣部的電漿的分佈來控制CD。
除此之外，還使用了通過向晶圓追加供給O2
氣體，從而控制CD的方法。
但是該的現有的控制方法具有如下的問題。
第一，在控制晶圓的溫度的情況下，與氧化膜蝕刻製程(oxide製程)同時使用高功率(high power)的時候，利用溫度控制的CD控制效果不足；第二，在將噴頭分為內部和外部或向晶圓追加供給O2
氣體的情況下，像使用高密度ICP(Inductively Coupled Plasma)源(source)的蝕刻裝置那樣，隔室容積(chamber volume)大的時候，氣體供給部與晶圓邊緣部之間的間距變大，因此，因反應氣體或O2
氣體達到晶圓的邊緣部的過程中產生的氣體的擴散差難以精確地控制電漿的分佈，並且由於CD控制效果顯著地降低，還存在無法確保邊緣部的蝕刻均勻度的問題。
本發明是為了解決該問題而提出的，本發明的目的在於，使用於控制電漿的調節氣體近距離噴射到晶圓的邊緣部，通過最小化調節氣體的擴散(diffusion)現象來最優化噴射效果，從而有效地控制晶圓邊緣部的CD均勻度或輪廓。
本發明的另一目的在於，沿著晶圓的邊緣部放射狀地設置多個調節氣體噴射口，使調節氣體均勻地噴射到晶圓的邊緣部整體，從而有效地補償晶圓的中心部和邊緣部的蝕刻率及CD之差。
本發明的又一目的在於，有效地去除在晶圓的邊緣部產生的聚合物之類的反應副產物，並去除附著在邊緣部的外側面或下側部等的有機物或異物等，從而最小化不良率。
本發明的再一目的在於，通過電漿的迅速、均勻的擴散及控制，縮短工程時間，並確保晶圓整個表面上的蝕刻均勻度，從而顯著提高邊緣部的晶片良率。
為了達到該目的，本發明包括：上部氣體注入器，從隔室上部供給反應氣體；以及側部氣體注入器，放射狀地形成多個噴射口，從而沿著該隔室的內周面從多個位置同時噴射調節氣體，在該噴射口的端部上分別連接設置有導管，該導管使該調節氣體近距離噴射到加載在該隔室內側的晶圓的邊緣部。
在此，該導管的中央部向下彎折而形成，使導管的前端部鄰接位於該晶圓的邊緣部的上側部。
另外，該導管設置成前端部鄰接於該晶圓的邊緣部上側部，並向下傾斜地設置成該調節氣體在該晶圓的外側方向以一定角度噴射到邊緣部。
另一方面，該側部氣體注入器在外側部形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該多個噴射口連通。
該分配流路優選以與該側部氣體注入器形成同心圓的方式，貫通形成於內部。
另外，本發明包括：上部氣體注入器，從隔室上部供給反應氣體；以及背面氣體注入器，外插設置在加載晶圓的靜電吸盤(electrostatic chuck)的上側部的外周，在上側面間隔形成多個噴射口，使調節氣體近距離地向上噴射到該晶圓的邊緣部。
此時，該背面氣體注入器在外部形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該多個噴射口連通。
另外，該背面氣體注入器在下側面形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該多個噴射口連通，在支撐該晶圓與背面氣體注入器的靜電吸盤上形成與該氣體流入口連通的貫通路。
該分配流路優選以與該側部氣體注入器形成同心圓的方式，貫通形成於內部。
如上所述，本發明具有如下的效果。第一，調節氣體近距離噴射到晶圓的邊緣部，最小化氣體的擴散現象，從而能夠精確地控制晶圓的邊緣部的CD或輪廓；第二，通過從晶圓的邊緣部迅速地去除聚合物或有機物或異物等，得到清潔效果，從而能夠最小化不良率；第三，通過調節氣體的迅速、均勻的擴散，能夠實現有效控制邊緣部的蝕刻率或CD，確保晶圓整個表面上的蝕刻均勻度，不僅提高工程效率，還具有伴隨邊緣部的晶片良率的提高的生產性的提高。
下面參照附圖詳細說明本發明。
圖1表示本發明一實施例的概略結構圖，圖2表示本發明側部氣體注入器的一實施例的立體圖，圖3表示圖2的A-A剖視圖。
如圖1所示，本發明的氣體注入系統包括上部氣體注入器10與側部氣體注入器30。
上部氣體注入器10設於隔室1的內側上部面，側部氣體注入器30沿著隔室1的側面設置。
隔室1在蝕刻工程中提供與外部隔離的電漿反應空間，在內部形成一定大小的密封空間，可以根據晶圓W的大小或工程的特性形成各種形狀。
另外，隔室1在下側部具備為了實施工程而加載晶圓W的靜電吸盤(ESC：Electro Static Chuck)20，並設有向外部排出反應氣體或聚合物(polymer)或粒子(particle)等反應副產物的排氣口(未圖示)。
而且，隔室1內設有高頻電源RF，該高頻電源RF通過放電反應氣體而變換為電漿狀態，從而使晶圓W的表面由電漿進行蝕刻處理。
通常，在靜電吸盤20上可以設有為了調節晶圓W的溫度而循環氦(He)氣等的氣體管道(未圖示)或循環冷卻劑的冷卻水管道(未圖示)等。
另外，晶圓W以水平狀態穩定固定於靜電吸盤20上部。
上部氣體注入器10是向隔室1內部空間噴射反應氣體的結構，優選形成有如箭頭110的方向向下側方向和側面方向噴射反應氣體的多個噴射口15，使噴射的反應氣體迅速地擴散到隔室1內部而能夠形成均勻的電漿。
上部氣體注入器10可以使用向多個方向形成有多個噴射口15的通常結構的噴頭。
從而，上部氣體注入器10與另設的外部的氣體供給部(未圖示)連接，將適當流量的反應氣體向隔室1內噴射。
從上部氣體注入器10噴射的反應氣體向隔室1內擴散的同時，由高電壓被變換為電漿狀態，該電漿與晶圓W表面接觸並進行反應，從而以一定圖案對晶圓W表面進行蝕刻處理。
此時，反應氣體可以根據各蝕刻工程的特性而使用各種氣體，但通常使用CxFx或SxFx系或HBr、Ar、O2
等氣體，結束反應後，反應副產物通過排氣口強制地排出到外部。
另外，如圖1所示，側部氣體注入器30沿著隔室1的側壁設置，在晶圓W的側面方向噴射調節氣體。
通常，設置在隔室1的上部的噴頭形式的上部氣體注入器10向多個方向噴射反應氣體，但在此時，反應氣體在達到晶圓W的中心部和邊緣部(edge，外周)的過程中，因擴散程度之差，不能均勻地形成電漿，從而晶圓W將產生在中心部和邊緣部的蝕刻率及CD之差，除了發生不良率，還會顯著地降低邊緣部的晶片良率。尤其是，隨著晶圓W的大口徑化趨勢和半導體設備(device)的高集成化，而使工程利潤縮小，並且CD縮小到30nm以下，在邊緣部因電漿不均勻而發生的不良顯著地增加。
因此，側部氣體注入器30通過精確地控制分佈在晶圓W的邊緣部的電漿的均勻度，補償晶圓W的中心部和邊緣部的蝕刻率之差及CD之差。
也就是說，本發明通過使調節氣體近距離噴射到晶圓W的邊緣部，最小化移動過程中的擴散，從而使對調節氣體的獨立的控制變得容易，並且由此可以有效地控制到達邊緣部的反應氣體的量和電漿的分佈，從而能夠改善晶圓W的中心部和邊緣部的蝕刻不均勻或CD偏差等。
下面參照圖2和圖3詳細說明側部氣體注入器30。
如圖2所示，側部氣體注入器30包括主體部31和設於主體部31的導管36。
主體部31設置於隔室1的外周，從而能夠從隔室1的側面的方向噴射調節氣體，並形成為一定厚度的板狀，在中央部形成有中空部39。
主體部31可以相互結合相同大小的上板和下板而形成，可以根據隔室1的大小及形狀而形成多種形式，但中空部39是對應於隔室1的內周面而形成。
另外，在主體部31的外側內部形成有一個或兩個以上的氣體流入口32，在中空部39的圓周上等間距地排列形成有多個噴射口35。
此時，在主體部1的內部形成具有一定直徑的分配流路33。
分配流路33配備成與中空部39形成同心圓，並設置成與氣體流入口32及噴射口35連通。
另外，在噴射口35上連接設置有導管36。
如圖1所示，導管36以等間距設置，從而使調節氣體近距離噴射到晶圓W的邊緣部，並設置成後端部與噴射口35連接，前端部鄰接於晶圓W的邊緣部的上部。
因此，導管36的中央部一端向下彎折而形成，但不限定於此，可以形成為前端部能夠鄰接於晶圓W的邊緣部的彎曲形狀等各種形式，後端部通過在噴射口15設置密封部件而利用螺紋連接等進行連接。
從而，調節氣體通過氣體流入口32流入後經由分配流路33分配到噴射口35，並通過導管36噴射到晶圓W的邊緣部。
另外，調節氣體可以使用CxFx系或O2
氣體等。
調節氣體是通過在晶圓W的邊緣部的上方近距離噴射，從而改變由反應氣體形成於邊緣部的電漿的密度或分佈度。因此，側部氣體注入器30使調節氣體通過導管36近距離噴射到晶圓W的邊緣部，從而能夠最小化調節氣體到達邊緣部的過程中發生的氣體擴散，並且能夠精確地控制到達邊緣部的調節氣體的流量，從而補償晶圓W的中心部與邊緣部的電漿分佈之差，能夠消除中心部與邊緣部的蝕刻率或CD均勻度或輪廓之差。
另外，圖4和圖5分別表示本發明另一實施例的結構圖和側部氣體注入器40的剖視圖，除了噴射口45和導管46外，與圖1、圖2的實施例相同，因此只對變更的結構進行說明。
如圖5所示，噴射口45以一定角度向下傾斜地貫通形成於側部氣體注入器40的主體部41的下側部，一端部與分配流路43連通，另一端部與導管46連通。
導管46設置成以維持與噴射口45相同的角度的狀態貫通支撐主體部41的隔壁1的側壁與噴射口45連通。
噴射口45與導管46與圖2的實施例的噴射口35和導管36同樣地由多個設置成放射狀。
另外，導管46的前端部鄰接於邊緣部而設置，使調節氣體從晶圓W的外側方向以傾斜成一定角度的狀態噴射到邊緣部。因此，調節氣體通過氣體流入口42流入並經由分配流路43後，分配到多個噴射口45並通過導管46傾斜地噴射，從而能夠控制在邊緣部上的蝕刻均勻度。
另外，參照圖6至圖8詳細說明本發明的另一實施例。
圖6表示本發明又一實施例的部分側視圖，圖7表示背面(backside)氣體注入器50的立體圖，圖8表示本發明再一實施例的部分側視圖，除了圖1實施例的側部氣體注入器30之外是與圖1的實施例相同，因此只對變更的結構進行說明。
如圖6所示，背面氣體注入器50是在晶圓W的側面的後側方向如箭頭135的方向向上噴射調節氣體的結構，外插在靜電吸盤20的上側部而固定設置。
而且，背面氣體注入器50噴射調節氣體的同時能夠具有聚焦環的作用，使電漿集中到加載在靜電吸盤20的上部的晶圓W上部，並防止電漿接觸到靜電吸盤20而導致靜電吸盤20受損的作用。
因此，背面氣體注入器50優選形成由矽膠或石英(quartz)等材料構成的環狀，而且，還可以由層疊多個環而固定的聚焦環組件構成。
這時，在背面氣體注入器50的上部形成多個噴射口55，使調節氣體能夠向上噴射，並且在外周面形成有氣體流入口52。
在此，噴射口55鄰接於邊緣部而設置，使調節氣體近距離噴射到晶圓W的邊緣部，噴射口55與氣體流入口52由分配流路53而相互連通地貫通設置。
分配流路53與圖7所示的中空部59形成相同中心地貫通設置於內部，此時，噴射口55的下端部連接設置于分配流路53。
分配流路53與圖2、圖3所示的分配流路33同樣地，可以將背面氣體注入器50分離形成為上部和下部來進行製作。
因此，如箭頭130所示，調節氣體從氣體流入口52流入後，經由分配流路53分別分配到多個噴射口55，之後如箭頭135所示地向上噴射而影響形成於晶圓W的邊緣部的電漿的分佈，由此使用者能夠通過調整調節氣體的流量來更精確地控制晶圓W邊緣部的蝕刻率或CD均勻度或輪廓。
另一方面，氣體流入口32、52可以根據需要形成一個或兩個以上，與另設在外部的氣體供給部(未圖示)連接。
圖8所示的背面氣體注入器60是氣體流入口62向下形成的機構，與圖7所示的背面氣體注入器50相比，只是氣體流入口62的位置不相同，除此之外的結構是相同的。
氣體流入口62的一個或兩個以上向下側方向形成，在支持背面氣體注入器60的靜電吸盤20上對應於氣體流入口62的個數地形成有貫通路25，從而與氣體流入口62連通。
此時，靜電吸盤20的貫通路25與設在外部的氣體供給部連接。
因此，如圖箭頭140所示，調節氣體通過靜電吸盤20的貫通路25，經由背面氣體注入器60的氣體流入口62移動到分配流路63後，通過多個噴射口65如箭頭145所示地向上噴射，從而改變晶圓W的邊緣部的電漿分佈。
從而，本發明通過使調節氣體通過配備在側部氣體注入器30、40或背面氣體注入器50、60的噴射口35、45、55、65近距離噴射到晶圓W的邊緣部，能夠最小化調節氣體的擴散現象，有效地控制邊緣部的電漿分佈，除了去除在晶圓W的邊緣部產生的聚合物之類的反應副產物外，還能通過邊緣部的外側面或下側部的蝕刻效果去除有機物或異物等，並且，多個噴射口35、45、55、65沿晶圓W的邊緣部設置成放射狀，能夠使調節氣體均勻地噴射到邊緣部整體，有效地補償晶圓W的中心部與邊緣部的蝕刻率及CD之差，不僅能夠縮短工程時間，還能夠確保在晶圓整個表面上的蝕刻均勻度。
如上，該實施例只是為了便於說明兒說明的實施例，並不限定權利要求的保護範圍，本發明還能適用於濺射(Sputter)設備或化學氣相沉積設備(CVD)等的電漿真空處理設備。
1．．．隔室
10．．．上部氣體注入器
15．．．噴射口
20．．．靜電吸盤
25．．．貫通路
30．．．側部氣體注入器
31．．．主體部
32．．．氣體流入口
33．．．分配流路
35．．．噴射口
36．．．導管
39．．．中空部
40．．．側部氣體注入器
41．．．主體部
42．．．氣體流入口
43．．．分配流路
45．．．噴射口
46．．．導管
50．．．背面氣體注入器
52．．．氣體流入口
53．．．分配流路
55．．．噴射口
59．．．中空部
60．．．背面氣體注入器
62．．．氣體流入口
63．．．分配流路
65．．．噴射口
110、130、135、140、145．．．箭頭
W．．．晶圓
圖1是本發明一實施例的概略結構圖；
圖2是本發明側部氣體注入器的一實施例的立體圖；
圖3是圖2的A-A剖視圖；
圖4是本發明的另一實施例的概略結構圖；
圖5是圖4實施例的側部氣體注入器的部分剖視圖；
圖6是本發明又一實施例的部分側視圖；
圖7是圖6之背面氣體注入器的立體圖；以及
圖8是本發明再一實施例的部分側視圖。
1．．．隔室
10．．．上部氣體注入器
15．．．噴射口
20．．．靜電吸盤
30．．．側部氣體注入器
31．．．主體部
36．．．導管
110．．．箭頭
W．．．晶圓
Claims (7)
- 一種用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，包括：上部氣體注入器，從隔室上部供給反應氣體；以及側部氣體注入器，放射狀地形成複數個噴射口，從而沿著該隔室的內周面從多個位置同時噴射調節氣體，在該噴射口的端部上分別連接設置有導管，該導管使該調節氣體近距離噴射到加載在該隔室內側的晶圓的邊緣部；其中，該導管的中央部向下彎折而形成，使該導管的前端部鄰接位於該晶圓的邊緣部的上側部。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，其中，該導管設置成前端部鄰接於該晶圓的邊緣部上側部，並向下傾斜地設置成該調節氣體在該晶圓的外側方向以一定角度噴射到邊緣部。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，其中，該側部氣體注入器在外側部形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該複數個噴射口連通。
- 如申請專利範圍第3項所述的用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，其中，該分配流路以與該側部氣體注入器形成同心圓的方式，貫通形成於內部。
- 一種用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，包括：上部氣體注入器，從隔室上部供給反應氣體；以及背面氣體注入器，外插設置在加載晶圓的靜電吸盤的上側部的外周，在上側面間隔形成複數個噴射口，使調節氣體近距離地向上噴射到該晶圓的邊緣部；其中，該背面氣體注入器在下側面形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該複數個噴射口連通，在支撐該晶圓與背面氣體注入器的靜電吸盤上形成與該氣體流入口連通的貫通路。
- 如申請專利範圍第5項所述的用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，其中，該背面氣體注入器在外部形成氣體流入口，在內部形成分配流路，使該氣體流入口與該複數個噴射口連通。
- 如申請專利範圍第5項或第6項所述的用於蝕刻輪廓控制的氣體注入系統，其中，該分配流路以與該背面氣體注入器形成同心圓的方式，貫通形成於內部。
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