KR101545525B1 - 기판 에지 구역을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 에지 구역을 에칭하기 위한 장치 및 방법을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 장치는 프로세스 볼륨을 가지는 챔버, 상기 프로세스 볼륨 내부에 배열되고 기판 지지면을 가지는 기판 지지부, 상기 챔버에 결합되고 상기 기판 지지면의 주변 구역으로 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 공급하도록 구성되는 플라즈마 발생기, 및 상기 기판 지지면의 거의 중앙 구역으로부터 상기 기판 지지면의 주변 구역을 향하여 상기 기판 지지면에 걸친 방사상의 가스 유동을 발생하기 위해 가스 소스에 결합되는 가스 전달 조립체를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 에지 구역 근처의 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
화학 기상 증착(CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 동안, 기판에 걸쳐 균일한 두께 프로파일을 가지며 기판의 에지 영역 근처에 증착이 없는 것이 바람직하다. 증착이 바람직하지 않은 에지 근처의 영역은 일반적으로 " 에지 배제부(edge exclusion)"로서 지칭된다. 도 1a는 기판(101) 상에 형성된 증착 층(102)에 대한 원하는 프로파일(desired profile)을 보여주는 부분 단면도이다. 증착 층(102)은 기판(101)의 상부면에 걸쳐 균일하게 증착되고 에지 배제 영역(103) 내에는 증착되지 않는다. 불행하게도, 실제 증착 프로파일은 일반적으로 도 1a에 도시된 이상적인 형상과 상이하다. 도 1b는 CVD 또는 PECVD 증착을 수행한 후 기판(101) 상의 증착 층(102a)의 실제 표면 프로파일을 보여주는 부분 단면도이다. 증착 층(102a)은 통상적으로 에지 배제 영역(103)으로 연장되고, 추가의(extra) 두께를 가지는 베벨 에지(bevel edge; 104)가 에지 배제 영역(103) 근처에 형성될 수 있다.
기판의 에지에 증착 필름의 형성을 방지하기 위하여, 도 1c는 섀도우 링(shadow ring; 105)을 이용하도록 제안하는 하나의 종래의 접근 방식을 보여주는 부분 단면도이다. 섀도우 링(105)은 보통 기판(101)의 에지 배제 영역(103)의 적어도 일 부분에 겹쳐져 덮는 위치에 배열된다. 결과적으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 증착 층(102b)은 섀도우 링(105)의 그늘(shadow) 아래에서 점차적으로 감소한다.
섀도우 링(105)의 이용에 의해 현재 3.5 mm-폭 에지 배제 영역까지의 두께 균일도를 달성할 수 있지만, 점차적으로 축소되는 디바이스 치수들 때문에 두께 비-균일도에 대한 요구조건이 2mm-폭 에지 배제 영역으로 감소되어야 한다. 더 작은 에지 배제 영역의 결과로서, 에지 영역에 증착을 방지하기 위한 섀도우 링(105)을 이용하는 종래의 접근 방식은 만족스러운 결과를 제공하지 못할 수 있다.
따라서, 섀도우 링을 이용하지 않고 기판 에지 구역에서 증착 필름의 원하는 프로파일을 제공할 수 있고 적어도 상술된 문제점들을 극복할 수 있는 장치 및 방법에 대한 요구가 있다.
본원은 기판 에지 구역을 프로세싱하기 위한 장치들 및 방법들을 설명한다. 일 실시예에서, 기판 에지 구역에서 에칭하기 위해 적응되는 장치가 개시된다. 상기 장치는 프로세스 볼륨을 가지는 챔버 바디, 프로세스 볼륨 내부에 배열되고 기판 지지면을 가지는 기판 지지부, 기판 지지면의 주변 구역으로 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 공급하도록 구성된 플라즈마 발생기, 및 기판 지지면의 거의 중앙 구역으로부터 기판 지지면의 주변 구역을 향하여 기판 지지면 위로 방사상의 가스 유동을 발생하기 위해 가스 소스에 결합되는 가스 전달 조립체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판 에지 구역에서의 에칭 방법이 개시된다. 상기 방법은 프로세스 챔버 내부의 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 단계 ― 기판은 상부면, 중앙 구역 및 에지 구역을 가짐 ―, 기판의 에지 구역에 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 제공하는 단계, 및 중앙 구역으로부터 에지 구역을 향하여 기판의 상부면 상에 방사상의 가스 유동을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1a는 기판의 주변 구역에서 증착 층에 대한 원하는 프로파일을 도시하며,
도 1b는 기판의 주변 구역에서 증착 층에 대한 실제로 얻어진 프로파일을 도시하며,
도 1c는 기판의 주변 구역에서 증착 필름의 형성을 방지하도록 섀도우 링을 이용하는 하나의 종래의 접근 방식을 도시하며,
도 2a는 기판 에지 구역에서 에칭을 하기 위해 적응된 시스템의 일 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이며,
도 2b는 도 2a에 도시된 가스 전달 조립체의 변형 실시예를 보여주는 부분 단면도이며,
도 3a는 플라즈마 발생기를 프로세스 챔버 내부에 통합시키는 챔버 시스템의 일 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이며,
도 3b 및 도 3c는 플라즈마 발생기를 가스 전달 조립체의 내부에 통합시키는 두 개의 변형 실시예들을 보여주는 부분 단면도들이며,
도 4a는 기판 지지부의 주변 구역 근처에 플라즈마 발생기를 배치하는 챔버 시스템의 부분 단면도이며,
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 예의 두 개의 변형 실시예들을 도시하는 부분 단면도들이다.
도 1b는 기판의 주변 구역에서 증착 층에 대한 실제로 얻어진 프로파일을 도시하며,
도 1c는 기판의 주변 구역에서 증착 필름의 형성을 방지하도록 섀도우 링을 이용하는 하나의 종래의 접근 방식을 도시하며,
도 2a는 기판 에지 구역에서 에칭을 하기 위해 적응된 시스템의 일 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이며,
도 2b는 도 2a에 도시된 가스 전달 조립체의 변형 실시예를 보여주는 부분 단면도이며,
도 3a는 플라즈마 발생기를 프로세스 챔버 내부에 통합시키는 챔버 시스템의 일 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이며,
도 3b 및 도 3c는 플라즈마 발생기를 가스 전달 조립체의 내부에 통합시키는 두 개의 변형 실시예들을 보여주는 부분 단면도들이며,
도 4a는 기판 지지부의 주변 구역 근처에 플라즈마 발생기를 배치하는 챔버 시스템의 부분 단면도이며,
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 예의 두 개의 변형 실시예들을 도시하는 부분 단면도들이다.
이해가 용이하도록, 도면들에 공통하는 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위해 가능하게는 동일한 도면 번호들이 이용되었다. 일 실시예에서 개시되는 엘리먼트들이 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 이용될 수 있다는 것이 고려된다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 기판을 프로세싱하도록 구성된 다양한 챔버 시스템들에 적용가능한 기판 에지 구역을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 챔버 시스템들의 예들은 로드록 챔버들, 테스팅 챔버들, 증착 챔버들, 에칭 챔버들, 및 열 처리 챔버들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2a는 기판 에지 프로세싱 시스템(200)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 기판 에지 프로세싱 시스템(200)은 프로세스 챔버(202)를 포함하는데, 프로세스 챔버는 제 1 유입 포트(206)를 경유하여 원격 플라즈마 소스("RPS")(204)와 같은, 플라즈마 발생 소스에, 그리고 제 2 유입 포트(210)를 경유하여 퍼지 가스 소스(208)에 각각 결합된다. 프로세스 챔버(202)는 부분적으로 프로세스 볼륨(216)을 규정하는 벽들(212) 및 바닥(214)을 가진다. 프로세스 볼륨(216)은, 기판(220)이 프로세스 챔버(202) 내부로 그리고 프로세스 챔버(202) 외부로 이동하는 것을 용이하게 하는, 벽들(212)에 형성된 액세스 포트(도시안됨)를 통하여 액세스될 수 있다. 벽들(212) 및 바닥(214)은 알루미늄 또는 프로세싱과 호환가능한 다른 재료의 일체형 블록으로 제조될 수 있다. 벽들(212)은 덮개 조립체(222)를 지지하며, 또한, 프로세스 챔버(202)가 진공 펌프(226)에 의해 프로세싱 볼륨(216)의 주변을 따라 균일하게 배기될 수 있는 라이너(224)의 조립체를 포함한다.
기판 지지 조립체(230)는 프로세스 챔버(202) 내 중앙에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 조립체(230)는 온도 제어될 수 있다. 지지 조립체(230)는 프로세싱 동안 기판(220)을 지지할 수 있다. 일 실시예에서, 지지 조립체(230)는, 지지 조립체(230) 및 지지 조립체(230) 위에 위치되는 기판(220)을 미리결정된 온도로 제어가능하게 가열하도록 동작가능한 적어도 하나의 매립형 가열기(234)를 캡슐화할 수 있는, 알루미늄으로 제조된 지지 베이스(232)를 포함한다. 일 실시예에서, 지지 조립체(230)는 프로세싱되는 재료에 대한 프로세싱 파라미터들에 따라, 기판(220)을 약 150 ℃ 내지 약 1000 ℃의 온도로 유지하도록 동작할 수 있다.
지지 베이스(232)는 상측부(236A) 및 하측부(236B)를 가질 수 있다. 기판(220)을 지지하는 상측부(236A)는 기판(220) 보다 작은 표면적을 가져서, 기판(220)의 주변 에지 구역은 에칭 또는 세정과 같은, 기판의 프로세싱을 용이하게 하도록 지지 베이스(232)와 접촉하지 않고 유지된다. 하측부(236B)는 하측부에 결합되는 스템(stem; 238)을 가질 수 있다. 스템(238)은 지지 조립체(230)를 리프트 시스템(240)에 결합하고, 상기 리프트 시스템(240)은 지지 조립체(230)를 상승된 프로세싱 위치와 하강 위치 사이에서 수직으로 이동시켜 프로세스 챔버(202)로의 그리고 프로세스 챔버(202)로부터의 기판 이송을 용이하게 한다. 스템(238)은 전기 및 열전쌍 리드들을 위한 도관을 지지 조립체(230)와 시스템(200)의 다른 컴포넌트들 사이에 부가적으로 제공한다. 벨로우즈(bellows; 242)는 프로세스 챔버(202)의 바닥(214)과 스템(238) 사이에 결합될 수 있다. 벨로우즈(242)는 지지 조립체(230)의 수직 이동을 용이하게 하면서, 프로세스 챔버(202) 외부의 대기와 프로세스 볼륨(216) 사이에 진공 밀봉을 제공한다.
기판(220)의 이송을 용이하게 하도록, 지지 베이스(232)는 또한 복수의 개구들(246)을 포함하며 상기 복수의 개구들(246)을 통하여 리프트 핀들(248)이 가동되게(movably) 장착된다. 리프트 핀들(248)은 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동하도록 동작가능하다. 도 2에 도시된 제 1 위치는 기판(220)이 지지 베이스(232)의 상측부(236A)에 배치되도록 한다. 액세스 포트(도시안됨)를 통하여 다가오는 기판 핸들링 로봇에 기판(220)이 이송될 수 있도록, 제 2 위치(도시안됨)는 기판(220)을 지지 베이스(232) 위로 리프팅한다. 리프트 핀들(248)의 상방향/하방향 이동들은 가동(movable) 판(250)에 의해 구동될 수 있다.
지지 조립체(230)는 또한, 지지 베이스(232)의 기판 지지면에 대해 수직한 수직 기준 축선(Z)에 대해 기판(220)을 센터링하도록 동작가능한 센터링 메커니즘(260)을 포함할 수 있다. 센터링 메커니즘(260)은 지지 베이스(232)의 주변에 위치되는 3개 또는 그보다 많은 수의 가동 센터링 핑거들(262), 및 핑거들(262) 아래 배치되는 마주하는(opposing) 판(264)을 포함한다. 각각의 핑거(262)는 샤프트(266)를 경유하여 지지 베이스(232) 상에 피봇되게 장착된다. 마주하는 판(264) 및 지지 베이스(232)는 상대적으로 가동되어, 마주하는 판(264)이 릴리즈 위치에서 핑거들(262)과 접촉하여 핑거들(262)을 피봇시킬 수 있고 센터링 위치에서 핑거들(262)로부터 자유로운 상태로 있을 수 있다.
일 실시예에서, 마주하는 판(264)은 정지되어 있고 지지 베이스(232)와 마주하는 판(264) 사이의 상대적인 이동은 지지 베이스(232)의 수직 이동에 기인한다. 지지 조립체(230)가 도 2a에 도시된 바와 같은 상승 위치에 있을 때 핑거들(262)은 기판(220)을 센터링하기 위해 기판(220)의 주변 에지 상에 결합되고, 지지 조립체(230)가 하강 위치(도시안됨)에 있을 때 핑거들(262)은 기판(220)의 주변 에지로부터 분리된다. 유사한 센터링 조립체의 상세한 설명은 .... 에 출원되고 발명의 명칭이 "프로세스 챔버에서 기판을 센터링하기 위한 장치 및 방법(APPARATUS AND METHOD FOR CENTERING A SUBSTRATE IN A PROCESS CHAMBER)"인 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 서류번호 제 11997호)에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
덮개 조립체(222)는 프로세스 볼륨(216)에 대한 상부 경계를 제공한다. 덮개 조립체(222)는 프로세스 챔버(202)를 점검하기 위해 제거 또는 개방될 수 있다. 일 실시예에서, 덮개 조립체(222)는 알루미늄으로 제조될 수 있다.
가스 전달 조립체(270)는 덮개 조립체(222)의 내측부에 결합된다. 가스 전달 조립체(270)는 외벽(274), 내벽(276) 및 바닥(278)을 가지는 가스 보울(gas bowl; 272)을 포함한다. 바닥(278)의 형상은 기판(220)의 프로파일을 실질적으로 따르도록 구성될 수 있다. 가스 보울(272)은 제 1 유입 포트(206)에 결합되는 제 1 가스 분배 회로, 및 제 2 유입 포트(210)에 결합되는 제 2 가스 분배 회로를 포함한다.
제 1 가스 분배 회로는 외벽(274), 내벽(276) 및 바닥(278) 사이에 부분적으로 범위 정해진(delimited) 플레넘(plenum; 280A) 및 바닥(278)의 주변 구역을 통하여 형성되고 플레넘(280A)에 연결된 복수의 슬릿들(282)을 포함한다. 일 실시예에서, 슬릿들(282)은 기판의 중앙 부분을 향하는 가스 유동을 예방하도록 외측으로 각도를 형성할 수 있다.
제 2 가스 분배 회로는, 내벽들(276)에 의해 범위 정해지고 프로세스 볼륨(216)의 중앙 구역으로 개방되는 단부를 가지는 가스 도관(280B)을 포함한다. 제 2 가스 분배 회로를 따라 제공되는 가스 유동은 중앙부터 에지까지 프로세싱되지 않은 구역을 보호하도록 구성된다.
기판(220)의 에지 구역에서 증착 필름의 일 부분을 제거하기 위해, 원격 플라즈마 소스(204)는 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 제공하며, 상기 에칭 작용제는 제 1 유입 포트(206)를 경유하여 플레넘(280A) 내로 유동하고, 슬릿들(282)을 통하여 기판(220)의 에지 구역 상에 도포된다. 에칭 작용제는 에칭하기 위한 증착 필름의 재료에 따라 선택적으로 선택될 수 있다. 에칭 작용제들의 예들은 이온화된 NF3, O2, F2, 또는 SF6를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판(220)의 중앙 구역을 향한 에칭 작용제의 확산을 방지하도록, 퍼지 가스 소스(208)는 불활성 가스를 제공하며, 상기 불활성 가스는 제 2 유입 포트(210) 및 가스 도관(280B)을 경유하여 프로세스 볼륨(216)으로 들어가고, 이어서 기판(220)의 중앙 구역으로부터 기판(220)의 주변 에지 구역을 향하여 기판(220)의 상부면 상에서 방사상으로 유동한다. 적절한 불활성 가스들은 Ar 또는 He를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 불활성 가스의 방사상의 유동은 에칭 작용제의 작용 영역을 기판(220)의 주변 구역으로 제한하기 위한 작용을 한다.
본 기술분야의 당업자는 다양한 실시예들이 가스 보울(272)에 대해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 2b는 가스 보울(272)의 변형 실시예를 보여주는 부분 단면도이며, 가스 보울(272) 내에서 제 2 입구 포트(210)에 결합된 제 2 가스 분배 회로는 바닥(278)의 중앙 부분(277)과 내벽(276) 사이에 규정되는 플레넘(280C)을 포함할 수 있다. 퍼지 가스 소스(208)로부터 제공된 불활성 가스는 제 2 유입 포트(210)를 경유하여 플레넘(280C)으로 들어가고, 바닥(278)의 중앙 부분(277)을 통하여 형성된 애퍼쳐(279)를 경유하여 프로세스 볼륨(216) 내로 유동한다.
비록 전술한 내용이 원격 플라즈마 소스가 프로세스 챔버에 외부적으로 결합되는 구현을 설명하지만, 대안적인 실시예들은 플라즈마 발생기를 프로세스 챔버 내에 통합할 수 있다. 더욱 상세하게는, 일부 변형 실시예들은 프로세스 챔버 내부에 플라즈마 볼륨을 규정하지만, 기판 에지로부터 떨어져 플라즈마 볼륨을 규정할 수 있다. 플라즈마 볼륨은 프로세싱 가스의 유동을 수용하며, 프로세싱 가스가 플라즈마 볼륨 내에 배치되는 접지 전극과 RF 전극 사이로 통과함에 따라 프로세싱 가스가 여기된다(excite). 다른 실시예들에서, 플라즈마는, RF 전극이 접지 전극으로서 이용된 기판 지지부의 주변 영역 근처에 배치되는 기판 에지 구역에서 인-시튜로(in-situ) 달라 붙을 수 있다. 플라즈마 발생기를 프로세스 챔버 내에 통합하는 실시예들의 보다 세부적인 사항들은 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 아래에서 설명된다.
도 3a는 플라즈마 발생기를 프로세스 챔버 내부에 통합시키는 챔버 시스템(300)의 일 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다. 일 실시예에서, 챔버 시스템(300)은 플라즈마를 상이하게 발생시킴으로써 전체 기판을 프로세싱하도록 그리고 에지 구역을 프로세싱하도록 구성된다. 시스템(300)은 각각 제 1 유입 포트(306)를 경유하여 에칭 가스 소스(304)에, 그리고 제 2 유입 포트(310)를 경유하여 퍼지 가스 소스(308)에 결합되는 프로세스 챔버(302)를 포함한다. 제 2 유입 포트(310)는 또한, 다양한 증착 필름들을 형성하기 위해 프로세스 가스를 프로세스 챔버(302) 내로 도입하는 증착 가스 소스(311)에 결합될 수 있다. 프로세스 챔버(302)의 벽들(312) 및 바닥(314)은 프로세스 볼륨(316)을 부분적으로 규정하며, 프로세스 볼륨(316) 내에서 기판(320)이 증착 또는 에칭 프로세스들을 겪을 수 있다. 벽들(312)은 덮개 조립체(322)를 지지하며, 또한, 프로세스 챔버(302)가 진공 펌프(326)에 의해 배기될 수 있는 라이너(324)의 조립체를 포함한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예처럼, 기판(320)은 지지 조립체(330) 상에 지지되고, 지지 조립체(330)는 가열기(333)에 의해 온도 제어되는 지지 베이스(332)를 포함한다. 지지 베이스(332)는 지지 조립체(330)를 수직으로 이동시키는 스템(336)을 경유하여 리프트 시스템(334)에 결합된다. 벨로우즈(338)는 또한, 프로세스 챔버(302) 외부의 대기와 프로세스 볼륨(316) 사이에 진공 밀봉을 제공하도록 프로세스 챔버(302)의 바닥(314)과 스템(336) 사이에 결합될 수 있다. 기판(320)의 이송을 용이하게 하도록, 지지 베이스(332)는 또한, 복수의 개구들(339)을 포함하며, 상기 복수의 개구들(339)을 통하여 리프트 핀들(340)이 가동되게 장착되어 가동 판(342)에 의해 구동된다. 센터링 메커니즘(350)은 또한 기판(320)을 센터링하기 위해 제공될 수 있으며, 상기 센터링 메커니즘(350)은 지지 베이스(332)의 주변에 위치되는 피봇형 센터링 핑거들(352), 및 핑거들(352) 아래 배치되는 마주하는 판(354)을 포함한다. 센터링 메커니즘(350)의 동작의 일 예는 도 2a와 관련하여 상술되었다.
가스 전달 조립체(360)는 덮개 조립체(322)의 내측부에 결합된다. 가스 전달 조립체(360)는, RF 전위 바이어스, DC 전위 바이어스, AC 전위 바이어스, 또는 접지 전위를 포함하는 다양한 전위 바이어스들을 가스 보울(362)에 선택적으로 인가하도록 동작가능한 스위칭가능한 전원(364)에 연결되는 가스 보울(362)을 포함한다.
가스 보울(362)은 외벽(365), 내벽(366) 및 바닥(368)을 가진다. 바닥(368)의 형상은 지지 조립체(330)와 가스 전달 조립체(360) 사이에 놓이는 기판(320)의 프로파일을 실질적으로 따르도록 구성될 수 있다. 가스 보울(362)은 제 1 유입 포트(306)에 결합되는 제 1 가스 분배 회로, 및 제 2 유입 포트(310)에 결합되는 제 2 가스 분배 회로를 포함한다.
제 1 가스 분배 회로는 외벽(365), 내벽(366) 및 바닥(368)의 주변 부분 사이에 부분적으로 범위 정해진 플라즈마 발생 볼륨(370A), 및 바닥(368)의 주변 부분을 통하여 형성되고 플라즈마 발생 볼륨(370A)에 연결되는 복수의 슬릿들(372)을 포함한다. 제 1 유입 포트(306)에 연결되는 플라즈마 발생 볼륨(370A)은 RF 전원(375)에 결합되는 전극(373)을 포함한다. 전극(373)은 절연체 재료들(377) 사이에 개재되고(sandwiched), 외벽(365)과 직면하는 내측부(382)로부터 이격되는 노출면(380)을 가진다. 외벽(365)은 플라즈마 발생 동안 전극(373)에 대한 상대 전극으로서 기능한다. 상대 전극과 전극(373) 사이의 거리는 전극과 상대 전극 사이에서 플라즈마가 충돌하는 것을 용이하게 하는 위치들에 따라 변화한다.
제 2 가스 분배 회로는 플라즈마 발생 볼륨(370A)에 의해 둘러싸이는 플레넘(370B)을 포함한다. 제 2 유입 포트(310)에 연결되는 플레넘(370B)은 바닥(368)의 천공(perforated) 부분(384)과 내벽(366) 사이에 부분적으로 범위 정해진다. 천공 부분(384)은 복수의 애퍼쳐들(386)을 포함하며, 상기 복수의 애퍼쳐들(386)을 통하여, 플레넘(370B) 내에 수용된 가스가 프로세스 볼륨(316) 내로 유동한다.
PECVD 동작 모드에서, 플레넘(370B)은 증착 가스 소스(311)로부터 프로세스 가스를 수용하고, 기판(320)이 가열된다. 지지 조립체(330)가 접지되는 동안, 스위칭가능한 전원(364)은 RF 전위 바이어스를 가스 보울(362), 이를 테면 바닥(368)에 인가하여, 지지 조립체(330)와 가스 전달 조립체(360) 사이의 프로세스 볼륨(316) 내에 존재하는 프로세스 가스로부터 플라즈마가 발생된다. 전체 기판은 플라즈마에 노출되어 프로세싱되며, 예를 들면, 필름이 기판 상에 증착될 수 있다. 스위칭가능한 전원(364)으로부터의 RF 전력, 프로세스 가스의 조성(composition), 및 기판(320)에 적용되는 열적 상태들은, 기판(320) 상에 형성하기 위한 증착 필름의 타입에 따라 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 증착 필름은 비결정질 탄소를 포함하는 고급 패터닝 필름(advanced patterning film; "APF")을 포함할 수 있다. 탄소 소스로서 프로필렌(C3H6)을 포함하는 프로세스 가스가 프로세스 볼륨(316) 내로 도입되는 동안, APF는 약 200℃ 내지 1500℃의 기판 온도로 증착될 수 있다. 선택적으로, 프로세스 가스는 질소(N2) 및 도핑 엘리먼트들과 같은, APF에 포함하기 위한 부가적인 화학적 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 약 500W 내지 약 1500W의 RF 전력은 약 13.56 MHz의 주파수로 챔버에 인가될 수 있다. PECVD에 의해 APF를 형성하기 위한 상태들 및 이의 이용의 더욱 상세한 설명은 발명의 명칭이 "DSA 프로세싱을 위한 흡수기 층(Absorber Layer for DSA Processing)"인 미국 특허 제 7,262,106호에 설명되며 이는 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
일단 증착 필름의 형성이 완료되면, 에칭 기능은 기판(320)의 에지 구역의 증착 필름의 원하지 않는 부분들을 제거하기 위하여 이용될 수 있다. 에지 프로세싱 동작 모드에서, 플라즈마 발생 볼륨(370A)은 에칭 가스 소스(304)로부터 제 1 유입 포트(306)를 경유하여 에칭 가스를 수용한다. 그 사이에, 가스 보울(362)은 접지될 수 있어서, RF 전원(375)에 의해 전극(373)에 공급되는 RF 전력은 전극(373)의 노출된 표면(380)과 외벽(365)의 내측부(382) 사이의 플라즈마 발생 볼륨(370A) 내에 존재하는 에칭 가스를 여기한다. 에칭 가스의 이온화를 용이하게 하도록, 내측부(382)는 전극(373)의 노출된 표면(380)에 대해 경사지는 경사 부분(388)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 상태의 에칭 작용제는 플라즈마 발생 볼륨(370A) 내의 에칭 가스로부터 형성된다. 이어서 에칭 작용제는 기판(320)의 주변 에지 구역에서 증착 필름의 일부분을 에칭하도록 슬릿들(372)을 경유하여 프로세스 볼륨(316) 내로 유동된다.
일 실시예에서, 바이어스 전위는 상대 전극에 인가되고, 즉 스위칭가능한 전력(364)으로부터 DC 또는 AC 전위 바이어스가 가스 보울(362)에 인가될 수 있다. 바이어스 전위를 조정함으로써, 플라즈마의 충돌 세기는 원하는 수준으로 조정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 지지 조립체(330)는 플라즈마의 충돌 세기를 조정하도록 DC 또는 AC 전위로 바이어싱될 수 있다.
에칭 작용제가 슬릿들(372)을 경유하여 전달되는 동안, 플레넘(370B)은 퍼지 가스 소스(308)로부터 퍼지 가스를 수용하는데, 퍼지 가스 소스는 Ar 또는 He와 같은 임의의 불활성 가스들을 포함할 수 있다. 퍼지 가스는 애퍼쳐들(386)을 통하여 프로세스 볼륨(316)으로 유입되고, 이어서 슬릿들(372)을 경유하여 공급되는 에칭 작용제의 확산을 제한하도록 기판의 주변 에지 구역을 향하여 기판(320)의 상부면 상에서 방사상으로 유동한다.
도 3b 및 도 3c는 가스 전달 조립체(360) 내부에 플라즈마 발생기를 통합하는 변형 실시예들의 부분 단면도들이다. 도 3a에 도시된 실시예처럼, 도 3b에 도시된 플라즈마 발생 볼륨(370A)은, 절연체 재료들(377) 사이에 개재되고 외벽(365)의 내측부(382)로부터 이격되는 전극(374)을 포함한다. 그러나, 전극(374)의 노출된 표면은 외벽(365)의 내측부(382) 상의 경사 부분(388)을 향하는 경사 부분(390)을 포함한다. 경사 부분들(390 및 388)의 경사 각도들은, 전극(374) 및 가스 보울(362)이 전기적으로 바이어싱될 때 플라즈마의 형성을 증진하도록 그 사이에 가변 거리를 설정하도록 설계된다. 또한, 전극(374)은 홀(381)을 포함할 수 있고, 상기 홀(381)을 통하여, 플라즈마 발생 볼륨(370A) 내로 도입되는 에칭 가스가 전극(374)의 다른 측부에 도달할 수 있다.
도 3c는 가스 전달 조립체(360) 내에 제공되는 플라즈마 발생기의 또 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, RF 전원(375)에 결합되는 전극(376)은 제 1 유입 포트(306)에 결합되는 관통-홀(392)을 포함한다. 에지 프로세싱 동작 모드에서, 프로세싱 가스는 전극(376) 내부의 관통-홀(392)을 통하여 플라즈마 발생 볼륨(370A) 내로 전달된다. 그 사이에, 가스 보울(362)은 접지되거나 DC 또는 AC 전위 바이어스로 인가될 수 있어서, 전극(376)에 공급되는 RF 전력은 플라즈마 발생 볼륨(370A) 내에 존재하는 에칭 가스를 여기시킨다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 예들이 가스 전달 조립체 내에 포함되는 다양한 플라즈마 발생기들을 도시하지만, 아래에서 설명되는 대안적인 실시예들은 또한 플라즈마 발생기를 가스 전달 조립체 외부 위치에 배열할 수 있다.
도 4a는 지지 조립체의 주변 구역 근처에 플라즈마 발생기를 배치하는 챔버 시스템(400)의 부분 단면도이다. 챔버 시스템(400)은, 제 1 유입 포트(406)를 경유하여 에칭 가스 소스(404)에, 그리고 제 2 유입 포트(410)를 경유하여 퍼지 가스 소스(408)로 결합되는 프로세스 챔버(402)를 포함한다. 제 1 유입 포트(406) 및 제 2 유입 포트(410)는 프로세스 챔버(402)의 벽들(415) 상에 지지되는 덮개 조립체(420)를 통하여 형성된다. 벽들(415)은 또한, 프로세스 챔버(402)의 프로세스 볼륨(416)이 진공 펌프(도시안됨)에 의해 배기될 수 있는 라이너(422)의 조립체를 포함한다. 가스 전달 조립체(430)는, 기판(434)이 에지 에칭되도록 배치될 수 있는 지지 베이스(432) 위에, 덮개 조립체(420)의 내측부에 결합된다.
가스 전달 조립체(430)는 외벽(444), 내벽(446) 및 바닥(448)을 가지는 가스 보울(442)을 포함한다. 가스 보울(442)은 스위칭가능한 전원(443)에 결합된다. 바닥(448)의 형상은 기판(434)의 프로파일을 실질적으로 따르도록 구성될 수 있다. 가스 보울(442)은 제 1 유입 포트(406)에 결합되는 제 1 가스 분배 회로, 및 제 2 유입 포트(410)에 결합되는 제 2 가스 분배 회로를 포함한다.
제 1 가스 분배 회로는 외벽(444), 내벽(446)과 바닥(448) 사이에 부분적으로 범위 정해지는 플레넘(450A), 및 바닥(448)의 주변 구역을 관통하여 형성되고 플레넘(450A)에 연결되는 복수의 슬릿들(452)을 포함한다.
제 2 가스 분배 회로는, 내벽(446)에 의해 둘러싸이고 프로세스 볼륨(416)의 중앙 구역에서 개략적으로 개방되는 단부를 가지는 가스 도관(450B)을 포함한다.
플라즈마 발생기는, 가스 보울(442)의 외벽(444) 근처에 배치되는 절연체 재료들(462) 사이에 개재되는 전극(460)을 포함한다. 전극(460)은 RF 전원(464)에 결합되고, 지지 베이스(432)의 주변 부분 및 외벽(444) 가까이 위치되는 경사 단부(466)를 포함한다.
에칭 동작 모드에서, 에칭 가스 소스(404)는 에칭 가스를 제공하며, 상기 에칭 가스는 제 1 유입 포트(406)를 통과하여 플레넘(450A) 내로 유동하고, 이어서 슬릿들(452)을 통해 전극(460)의 경사 단부(466)가 위치되는 프로세스 볼륨(416)의 주변 구역 내로 통과한다. 그 사이에, 가스 보울(442) 및 지지 베이스(432)는 접지되거나 AC 또는 DC 전위 바이어스가 인가되어서, 전극(460)에 인가되는 RF 전력이 경사 단부(466), 지지 베이스(432) 및 가스 보울(442) 사이에 존재하는 에칭 가스를 여기시킨다. 플라즈마 상태의 에칭 작용제는 이에 의해 기판(434)의 에지 구역의 근처에 형성된다.
기판(434)의 중앙 구역을 향하는 에칭 작용제의 확산을 방지하도록, 퍼지 가스 소스(408)는 불활성 가스를 제공하는데, 상기 불활성 가스는 가스 도관(450B)을 따라 전달되고, 기판(434)의 중앙 구역으로부터 기판(434)의 주변 에지 구역으로 기판(434)의 상부면 상에서 방사상으로 유동한다. 불활성 가스의 방사상의 유동은 에칭 작용제의 작용 영역을 기판(434)의 주변 구역으로 제한하도록 한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시예의 변형 구현을 도시하는 부분 단면도이다. 도 4b의 실시예는 어떠한 퍼지 가스 소스(408)(도 4a)도 제공되지 않는 것을 제외하고, 도 4a의 실시예와 유사하다. 따라서, 어떠한 슬릿들(452)도 가스 보울(442) 내에 요구되지 않는다. 대신, 에칭 가스 소스(404)는 유입 포트(410)를 경유하여 가스 도관(450B)에 결합된다. 에칭 프로세스 동안, 에칭 가스 소스(404)는 에칭 가스를 제공하며, 상기 에칭 가스는 가스 도관(450B)을 경유하여 프로세스 볼륨(416)으로 유입되어, 기판(434)의 중앙 구역으로부터 기판(434)의 주변 구역으로 기판(434)의 상부면 위에서 방사상으로 유동한다. 그 사이에, 가스 보울(442) 및 지지 베이스(432)는 접지되거나 AC 또는 DC 전위로 바이어싱되어서, 전극(460)에 인가되는 RF 전력은 전극(460)의 경사 부분(466), 지지 베이스(432)와 가스 보울(442) 사이에 존재하는 에칭 가스를 여기시킨다. 플라즈마 상태의 에칭 작용제는 이에 의해 기판(434)의 에지 구역에 형성된다. 에칭 가스의 방사상의 유동에 의해, 플라즈마-상태 에칭 작용제가 주변 구역으로부터 기판(434)의 중앙 구역을 향하여 확산되는 것이 방지된다.
도 4c는 도 4a에 도시된 실시예의 또 다른 변형 구현을 도시하는 부분 단면도이다. 경사 단부를 구비한 전극 대신에, 도 4c에 도시된 실시예는 RF 전원(464)을 직선형 단부(472)를 구비한 전극(470)에 결합한다. 또한, 제공된 가스 전달 조립체(480)는 상부판(484)과 하부판(486) 사이에 범위 정해지는 플레넘(482A)을 포함한다. 에칭 동안, 에칭 가스 소스(404)로부터의 에칭 가스는 제 1 유입 포트(406) 및 상부판(484)을 관통하여 형성된 개구(488)를 경유하여 플레넘(482A) 내로 유동하고, 이어서 플레넘(482A)으로부터 상부판(484) 및 하부판(486)의 주변 단부 부분들(492 및 494) 사이에 제공된 갭(490)을 경유하여 프로세스 볼륨(416)의 주변 구역 내로 유동한다. 그 사이에, 지지 베이스(432) 및 가스 전달 조립체(480)는 접지되거나 DC 또는 AC 전위 바이어스가 인가되어서, 전극(470)에 제공된 RF 전력은 전극(470)의 직선형 단부(472), 단부 부분들(492 및 494), 및 지지 베이스(432)의 주변 구역 사이에 존재하는 에칭 가스를 여기시킨다. 플라즈마 형성을 용이하게 하도록, 단부 부분(494)은 또한 전극(470)의 직선형 단부(472) 가까이 경사지는 경사 부분(496)을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 플라즈마 상태의 에칭 작용제는, 기판(434)의 에지 구역을 에칭하도록 프로세스 볼륨(416)의 주변 구역에 형성된다.
기판(434)의 중앙 구역을 향하여 에칭 작용제가 확산하는 것을 방지하도록, 퍼지 가스 소스(408)는 불활성 가스를 제공하며, 상기 불활성 가스는 제 2 유입 포트(410), 및 상부판(484) 및 하부판(486)을 관통하여 형성된 정렬된 홀들(498)을 경유하여 프로세스 볼륨(416)의 중앙 구역으로 들어가고, 이어서 기판(434)의 중앙 구역으로부터 기판(434)의 주변 구역을 향하여 기판(434)의 상부면 상에서 방사상으로 유동한다. 불활성 가스의 방사상의 유동은 에칭 작용제의 작용 영역을 기판(434)의 주변 구역으로 제한하는 것을 허용한다.
따라서, 상술된 바와 같이, 본 명세서에서 제공된 장치 및 방법은 기판의 에지 구역을 프로세싱할 수 있고, 예를 들면, 섀도우 링을 이용하지 않고, 효율적인 방식으로 기판 에지 구역 상의 증착 필름을 에칭할 수 있다.
에지 구역을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법은, 독립형 에지 프로세싱 챔버들에서 이용되거나, 전체 기판을 프로세싱할 수 있는 프로세싱 챔버와 함께 포함되거나, 또는 로드 록 챔버와 같은 다른 챔버들에 포함될 수 있다.
전술된 내용은 본 발명의 특정 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 본 발명의 기본 범위로부터 이탈하지 않고 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치로서:
프로세스 볼륨을 형성하는 챔버 바디;
상기 프로세스 볼륨 내부에 배치되고 기판 지지면을 가지는 기판 지지부;
상기 기판 지지면의 주변 구역으로 플라즈마 상태의 에칭 작용제(etching agent)를 공급하도록 구성되는 플라즈마 발생기; 및
가스 소스에 결합되는 가스 전달 조립체 ― 상기 가스 전달 조립체는 상기 기판 지지면의 중앙 구역으로부터 상기 기판 지지면의 주변 구역을 향하여, 상기 기판 지지면 위에(over) 방사상의 가스 유동을 발생시키도록 구성됨 ―;
를 포함하며,
상기 가스 전달 조립체는 가스 보울(gas bowl)을 포함하고 상기 가스 보울은 외벽, 내벽, 및 바닥을 포함하며, 상기 외벽, 상기 내벽, 및 상기 바닥에 의해 플라즈마 발생 볼륨이 형성되며, 복수의 슬릿이 상기 바닥의 주변 구역을 관통하도록 형성되어 상기 플라즈마 발생 볼륨에 연결되며, 상기 플라즈마 발생 볼륨에 의해 플레넘이 둘러싸이고, 상기 플레넘은 상기 바닥의 천공 부분과 상기 내벽 사이에서 부분적으로 한정(delimit)되며, 상기 바닥의 천공 부분은 복수의 애퍼쳐를 포함하고, 상기 플레넘 내에 수용된 가스가 상기 복수의 애퍼쳐를 통하여 상기 프로세스 볼륨 내로 유동하는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 상기 챔버 바디 내부에 배치되고, 상기 플라즈마 발생기는,
제 1 전극; 및
상기 제 1 전극으로부터 이격된 제 2 전극을 포함하며,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 거리는 상이한 위치들에서 변화하는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 가스 전달 조립체는 에칭 가스를 상기 플라즈마 발생기에 제공하기 위해 에칭 가스 소스에 추가로 결합되는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 무선 주파수 전력 바이어스에 결합되고, 상기 제 2 전극은 접지 전위, DC 전위 또는 AC 전위 중 하나의 전위 바이어스에 결합하는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 상기 가스 전달 조립체 내부에 배열되는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 에칭 가스 소스와 유체 소통되는 가스 홀을 가지는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 전극은 상기 기판 지지부 상에 배치되는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가스 전달 조립체의 바닥은 상기 기판 지지부에 걸쳐 프로세싱 가스를 균등하게 분배하도록 구성되는 복수의 애퍼쳐를 포함하는,
기판 에지 구역을 에칭하도록 구성된 장치.
- 기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
상기 기판을 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내부의 기판 지지부 상에 배치하는 단계 ― 상기 기판은 상부면, 중앙 구역 및 에지 구역을 가짐 ―;
상기 기판의 에지 구역 근처에 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 제공하는 단계; 및
가스 전달 조립체를 통해 상기 기판의 상부면 위에 방사상의 가스 유동을 형성하는 단계 ― 상기 방사상의 가스 유동은 상기 기판의 중앙 구역으로부터 상기 기판의 에지 구역을 향하여 유동함 ―;
를 포함하며,
상기 가스 전달 조립체는 가스 보울(gas bowl)을 포함하고, 상기 가스 보울은 외벽, 내벽, 및 바닥을 포함하고, 상기 외벽, 상기 내벽, 및 상기 바닥에 의해 플라즈마 발생 볼륨이 형성되며, 복수의 슬릿이 상기 바닥의 주변 구역을 관통하도록 형성되어 상기 플라즈마 발생 볼륨에 연결되며, 상기 플라즈마 발생 볼륨에 의해 플레넘이 둘러싸이고, 상기 플레넘은 상기 바닥의 천공 부분과 상기 내벽 사이에서 부분적으로 한정되며, 상기 바닥의 천공 부분은 복수의 애퍼쳐를 포함하고, 상기 플레넘 내에 수용된 가스가 상기 복수의 애퍼쳐를 통하여 상기 프로세스 볼륨 내로 유동하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방사상의 가스 유동은 불활성 가스를 포함하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 기판의 에지 구역 근처에 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 제공하는 단계는 상기 프로세스 챔버 내부에 상기 플라즈마 상태의 상기 에칭 작용제를 발생시키는 단계를 포함하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 내부에 상기 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 발생시키는 단계는 플라즈마와 충돌하기 위해 상기 에지 구역 근처에 배치되는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 RF 전력을 인가하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 거리는 상이한 위치들에 따라 변화하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 방사상의 가스 유동은 에칭 가스를 포함하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 내부에 상기 플라즈마 상태의 에칭 작용제를 발생시키는 단계는 DC 또는 AC 전위를 상기 제 2 전극에 바이어싱함으로써 상기 플라즈마의 세기를 조정하는 단계를 더 포함하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,
DC 또는 AC 전위를 상기 기판 지지부에 인가함으로써 상기 에칭 작용제의 세기를 조정하는 단계를 더 포함하는,
기판의 에지 구역을 프로세싱하기 위한 방법.
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