KR20120123162A - 집적 유동 이퀄라이저와 개선된 콘덕턴스를 가지는 하부 라이너 - Google Patents

집적 유동 이퀄라이저와 개선된 콘덕턴스를 가지는 하부 라이너 Download PDF

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KR20120123162A
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제임스 디. 카두치
앤드류 엔구옌
아지트 바라크리쉬나
마이클 씨. 쿤트니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

플라즈마 처리 챔버는 집적 유동 이퀄라이저를 가지는 하부 라이너를 가진다. 에칭 공정에서, 처리 가스는 처리 챔버로부터 불균일하게 흡입될 수 있는데, 이는 기판의 불균일한 에칭을 유발할 수 있다. 집적 유동 이퀄라이저는 하부 라이너를 경유하여 챔버로부터 배기되는 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 하도록 구성된다.

Description

집적 유동 이퀄라이저와 개선된 콘덕턴스를 가지는 하부 라이너{LOWER LINER WITH INTEGRATED FLOW EQUALIZER AND IMPROVED CONDUCTANCE}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 하부 챔버 라이너를 가지는 플라즈마 처리 챔버에 관한 것이다.
현대의 집적 회로는 하나의 칩 상에서 수백만의 구성 요소를 포함할 수 있는 복잡한 소자이다. 그러나, 더 빠르고 더 작은 전자 소자에 대한 기대는 끊임없이 증가하고 있다. 이러한 기대는 더 빠른 회로뿐만 아니라 각 칩 상에서 더 큰 회로 밀도를 요구한다. 더 큰 회로 밀도를 달성하기 위하여, 집적 회로 구성 요소들의 피처(feature)들의, 최소 치수 또는 임계 치수, 또한 감소 되어야 한다.
직접 회로 구성 요소 피처들의 임계 치수의 감소는 높은 생산량을 유지하기 위하여 기판 전역에 엄격한 공정 균일성을 요구한다. 집적 회로의 제조에 이용되는 종래의 플라즈마 에칭 공정과 관련된 하나의 문제점은 기판 전역에 에칭 비율이 불균일하다는 것이다. 이러한 불균일은 부분적으로, 기판으로부터 떨어져서 에칭 챔버 내부에 제공되는 배기 포트 쪽으로 에칭 가스를 흡입하는 진공 펌프 때문일 수 있다. 가스는 배기 포트와 가장 근접한 챔버 내의 영역으로부터 더 용이하게 펌핑 제거되기 때문에, 에칭 가스는 배기 포트를 향해 기판으로부터 멀어지게 끌어 당겨진다. 이것은 내부에 위치한 기판 상에서의 불균일한 에칭을 야기할 수 있는데, 이는 최종 집적 회로의 성능을 크게 저하시키고 제조 비용을 크게 증가시킬 수 있다.
이에, 집적 회로의 제조 시에 물질층을 균일하게 에칭하기 위한 장치에 대한 필요성이 존재한다.
일 실시예에서, 집적 유동 이퀄라이저가 플라즈마 처리 챔버에 제공된다. 일 실시예에서, 집적 유동 이퀄라이저는 하부 챔버 벽이 플라즈마에 대한 노출에 보호되도록 그리고 가스 유동 콘덕턴스(conductance)가 개선될 수 있도록 구성된다. 일 실시예에서, 하부 챔버 라이너는 하부 챔버 라이너와 바닥 벽 사이에 높은 콘덕턴스의 플래넘이 생성되도록 챔버 바닥 벽으로부터 높은 위치에 있다. 일 실시예에서, 하부 챔버 라이너는, 관통 형성되는 개구를 구비하는데, 이는 플래넘과 유체가 소통할 수 있게 연결되는 진공 펌프에 의하여 흡입되는 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 하도록 구성됨으로써, 플라즈마 처리 챔버에 위치되는 기판 전역에의 균일한 에칭 및 균일한 플라즈마 유동을 초래한다.
본 발명의 일 실시예에서, 플라즈마 처리 장치는 챔버 바디, 챔버 바디 내부에 배치되는 제1 챔버 라이너 및 제1 챔버 라이너 아래에서 챔버 바디 내부에 배치되는 제2 챔버 라이너를 포함한다. 제2 챔버 라이너는 제1 챔버 라이너와 전기적으로 결합된다. 제2 챔버 라이너는 환형 플래넘이 제2 챔버 라이너와 챔버 바디의 바닥 면 사이에 형성되도록 챔버 바디의 바닥 면에 대해 높은 위치에 있다. 제2 챔버 라이너는 제2 챔버 라이너를 관통하여 형성되며 플래넘과 유체가 소통할 수 있게 진공 펌프에 의하여 흡입되는 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 하도록 구성되는 개구를 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너는 바닥 벽, 바닥 벽으로부터 위쪽으로 연장하는 내부 벽 및 바닥 벽으로부터 바깥 위쪽으로 연장하는 외부 벽을 포함한다. 환형 챔버 라이너는 바닥 및 외부 벽을 관통하여 연장하는 복수의 슬롯을 구비한다. 일 실시예에서, 슬롯은 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 한다. 복수의 슬롯은 적어도 하나의 슬롯이 환형 챔버 라이너의 각 사분원에 존재하도록 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 에칭 장치는 챔버 바디, 챔버 바디에 배치되는 기판 지지대, 기판 지지대에 대향하여 챔버 내부에 배치되는 가스 도입 샤워헤드 및 챔버 바디 내부에 배치되는 상부 챔버 라이너를 포함한다. 상부 챔버 라이너는, 기판 지지대, 가스 도입 샤워헤드 및 제1 챔버 라이너가 적어도 부분적으로 공정 영역을 둘러싸도록 챔버 바디 내부에 배치된다. 환형 배플은 기판 지지대를 둘러싸며 기판 지지대와 결합한다. 바닥 벽, 내부 벽 및 바닥 벽으로부터 바깥 위쪽으로 경사진 외부 벽을 포함하는 하부 챔버 라이너는 기판 지지대를 둘러싸며 환형 배플 아래에 배치된다. 하부 챔버 라이너는 환형 플래넘이 하부 챔버 라이너의 바닥 및 외부 벽과 챔버 바디의 바닥 및 외부 벽 사이에 형성되도록 챔버 바디 내부에 배치된다. 하부 챔버 라이너는 플래넘과 유체가 소통할 수 있도록 진공 펌프에 의하여 흡입되는 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 하기 위하여 하부 챔버 라이너를 관통하는 슬롯을 구비한다.
상술한 본 발명의 실시예들의 특징이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예를 참조하여 이루어지며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 전형적인 실시예를 도시할 뿐이며, 본 발명은 균등한 다른 효과적인 실시예에 대해서도 허용하고 있으므로, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 장치의 개략적인 횡단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 유동 이퀄라이저를 가지는 하부 챔버 라이너의 개략적인 부분 횡단면도이다.
도 2b는 도 2a의 챔버 라이너의 개략적인 저면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 챔버 라이너의 개략적인 저면도이다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 집적 유동 이퀄라이저를 가진 하부 챔버 라이너를 구비하는 플라즈마 처리 챔버를 포함하고 있다. 이하에서는, 본 발명의 여러 실시예들에서 에칭 챔버와 관련되어 설명될 것이다. 그러나, 다양한 플라즈마 증착 및 에칭 챔버가 여기에 개시되는 내용으로부터 이익을 얻을 수 있는데, 다른 것들 중에서도 특히, CENTURA(등록상표) 시스템 같은 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 부품일 수 있는 ENABLER(등록상표) 에칭 챔버, PRODUCER(등록상표) 에칭 챔버, eMax(등록상표) 에칭 챔버 같은 유전체(dielectric) 에칭 챔버가 이익을 얻을 수 있으며, 이 모든 것들은 캘리포니아(California) 산타 클라라(Santa Clara)의 어플라이드 머티리얼즈 인코포레이트드에서 구입할 수 있다. 다른 제조사로부터의 것들을 포함하여, 다른 플라즈마 반응기도 본 발명의 이점이 적용될 수 있을 것으로 생각된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 장치(100)의 개략적인 단면도이다. 에칭 장치(100)는 챔버 바디(102)를 포함하며, 챔버 바디(102) 내부에서 가스 도입 샤워헤드(108)에 대향하는 지지대(106) 상에는 기판(104)이 배치될 수 있다. 처리 가스는 샤워 헤드(108)를 거쳐서 챔버(102)로 공급될 수 있다. 처리 가스는 가스 소스(110)로부터 샤워 헤드(108)를 거쳐서 챔버(102)로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 지지대(106)는 파워 소스(130)로부터의 전류로 바이어스될 수 있다. 다른 실시예에서는, 샤워 헤드(108)가 파워 소스(112)로부터의 전류로 바이어스될 수 있다.
공정 동안에, 처리 가스는 샤워 헤드(108)를 거쳐서 공정 영역(128)으로 공급되는데, 이러한 공정 영역(128)에서 처리 가스는 플라즈마 형태로 기판(104)으로부터 물질을 에칭하기 시작한다. 플라즈마는 기판(104)으로 확장될뿐만 아니라 챔버 벽으로도 확장될 수 있다. 챔버 벽을 플라즈마로부터 보호하기 위하여, 상부 라이너(126)가 존재할 수 있다. 상부 라이너(126)는 플라즈마의 노출로부터 챔버 벽을 보호할 수 있다. 추가적으로, 공정이 진행되지 않는 동안에 상부 라이너(126)는 교체 또는 세정되기 위하여 제거될 수 있다.
환형 배플(116)은 기판(104) 및 지지대(106)를 에워쌀 수 있다. 환형 배플(116)은 상부 라이너(126) 부근으로 연장될 수 있으며 배플을 관통하는 복수개의 슬롯을 구비할 수 있다. 배플(116) 내의 슬롯은 처리 가스가 슬롯을 통하여 흡입되도록 하여 처리 챔버 바디(102)로부터 배기시킨다. 슬롯은 배플(116)을 거쳐서 통과하는 플라즈마의 양을 감소시키거나 제거하도록 하는 크기를 가질 수 있다.
처리 가스는 또한, 배플(116)과 상부 라이너(126) 사이의 영역 내의 배플(116) 부근에서 흡입될 수 있다. 일반적으로, 대부분의 플라즈마는 공정 영역(128) 내에 제한되나, 일부의 플라즈마는 배플(116)의 외부 직경을 넘어 외측으로 확장되어 배플(116) 아래로 끌어당겨 질 수 있다. 플라즈마로부터 하부 챔버 벽들을 보호하기 위하여 하부 챔버 라이너(120)가 제공될 수 있다. 하부 라이너(120)는 공정이 진행되지 않는 동안에 교체 또는 세정되기 위하여 제거될 수 있다. 하부 라이너(120)는 체결(fastening) 메커니즘(124)에 의하여 챔버 바디(102) 바닥에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 체결 메커니즘(124)은 스크류(screw)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 체결 메커니즘(124)은 하부 라이너(120) 내부로 카운터싱크(countersink) 될 수 있다.
진공 펌프(114)는, 처리 챔버 바디(102)를 배기시킬 수 있으며, 따라서 배플(116)을 거쳐서 그리고 배플(116)과 상부 라이너(126) 사이의 영역을 거쳐서 처리 가스를 끌어당길 수 있다. 하부 챔버 라이너(120)는 챔버 바디(102)의 바닥에 대해 높은 위치에 있도록 구성될 수 있는데, 이는 큰 플래넘(122)이 하부 챔버 라이너(120)의 바닥 면(121)과 챔버 바디(102)의 바닥면(101) 사이의, 챔버 바디(102)의 전체 둘레(periphery) 주위에 존재할 수 있게 한다. 추가적으로, 하부 챔버 라이너(120)는 위쪽으로 경사지는 외부 벽(123)을 가질 수 있으며, 이는 플래넘(122)이 하부 챔버 라이너의 외부 벽(123)과 챔버 바디(102)의 벽(103) 사이의, 하부 챔버 라이너(120)의 전체 둘레 주위에서 위쪽으로 연장되도록 한다. 하부 챔버 라이너(120)는 복수의 개구(도 1에는 도시되지 않음)를 포함하며,개구를 통하여 흡입되는 처리 가스의 유동을 이퀄라이징 할 수 있다. 적합한 개구의 예를 도 2b 및 도 3에서 볼 수 있다. 큰 플래넘(122)은 진공 흡입을 넓게 분배시키는 기능한다. 일 실시예에서, 하부 챔버 라이너(120)를 거치는 가장 큰 흡입이 챔버 바디(102) 내의 배기 포트(113)와 가장 근접한 영역에서 이루어질 수 있는데, 이는 기판(104) 전역에서의 에칭 플라즈마의 불균일을 야기시킬 수 있다. 일 실시예에서, 하부 챔버 라이너(120)의 고리(annulus) 전역에서 처리 가스의 균일한 진공 흡입을 더 촉진시키기 위하여, 하부 챔버 라이너(120)의 개구의 크기 및 배치가, 도 2b와 도 3과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이 배열될 수 있다.
추가로, 하부 챔버 라이너(120)는 상부 챔버 라이너(126)와 전기적으로 결합될 수 있는데, 이 경우 두 개의 라이너(120, 126) 모두는 접지될(grounded) 수 있다. RF 플라즈마가 존재할 때, 접지로의 리턴(return) 경로를 찾는 RF 전류는 상부 라이너(126) 및/또는 하부 라이너(120)를 따라 이동할 수 있는데, 어느 상황이든지 가장 적은 저항 경로를 갖는다. 전기적으로 하부 챔버 라이너(120)와 상부 챔버 라이너(126)를 결합시키는 것은 접지로의 경로를 찾는 RF 전류에 대한 상당한 표면적을 제공한다. 결과적으로, 플라즈마는 챔버(100) 내의 기판(104) 상에 더 균일하게 확장될 수 있으며, 이에 따라 에칭 균일성이 향상될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 챔버 라이너(200)의 개략적인 부분 단면도이다. 하부 라이너는 바닥 벽(204)으로부터 위로 연장하는 내부 벽(202)을 포함한다. 내부 벽(202)은 플라즈마의 노출로부터 지지대 아래의 영역을 보호한다. 외부 벽(206)은 바닥 벽(204)으로부터 하부 챔버 라이너(200)의 외부 둘레까지 위쪽으로 경사진다. 도 2b 및 도 3에 도시되며 아래에서 설명되는 바와 같이, 복수의 가스 통로(208)는 외부 벽(206) 및 바닥 벽(204)을 가로질러 그리고 이를 통해 연장한다.
도 2b는 도 2a의 하부 챔버 라이너(200)의 개략적인 저면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 바닥 벽(204)과 측벽(206) 내의 가스 통로(208)는, 챔버 바디(102) 내의 배기 포트(113)에 인접하여 위치되는 제1 사분원(210) 내에서 넓은 간격으로 이격되어 있다. 가스 통로(208)는, 하부 챔버 라이너(200)의 제1 사분원(210)으로부터 옆으로 연장되는 제2 사분원(220) 및 제3 사분원(230)에서 더 좁은 간격으로 이격될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 사분원(210)으로부터 옆으로 연장되는 제2 사분원(220) 및 제3 사분원(230) 전역에서, 가스 통로(208)의 간격은 줄어들 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 통로는 제2 사분원(220) 및 제3 사분원(230) 전역에서 동일한 간격으로 배치될 수 있다. 가스 통로(208)는, 챔버 바디(102)의 배기 포트(113)로부터 가장 멀리 떨어져 위치되는 제4 사분원(240) 전역에서 가장 좁은 간격으로 이격될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 챔버 라이너(300)의 개략적인 저면도이다. 본 실시예에서, 가는 가스 통로(307)가, 챔버 바디(102)의 배기 포트(113)와 인접하여 위치되는 챔버 라이너(300)의 제1 사분원(310) 전역에서 넓은 간격으로 이격된다. 가는 가스 통로(307) 보다 더 큰 중간 크기의 가스 통로(308)는, 제1 사분원(310)으로부터 옆으로 연장되는 제2 사분원(320) 및 제3 사분원(330) 전역에서 더 좁은 간격으로 위치된다. 중간 크기의 가스 통로(308) 보다 더 큰 굵은 가스 통로(309)가, 챔버 바디의(102) 배기 포트(113)로부터 가장 멀리 떨어져 위치되는 하부 챔버 라이너(120)의 제4 사분원(340) 전역에 위치된다. 굵은 가스 통로(309)는 가늘고 구조적인 리브(rib)에 의하여 분리될 수 있다. 일 실시예에서는, 하나의 가스 통로(309)가 전체 제4 사분원(340) 전역으로 연장된다. 다른 실시예에서, 제 4 사분원(340)은 그 사이에 하나의 구조적인 리브(341)를 가지는 두 개의 가스 통로(309)로 분리될 수 있다.
챔버(100)의 배기 포트(113)로부터 가장 먼 영역이 가장 큰 개방부(opening)를 가지며 배기 포트(113)와 인접한 영역이 가장 작은 영역을 구비하도록, 하부 챔버 라이너(120, 200, 300)를 통해 연장하는 가스 통로(208, 307-309)를 구성함으로써, 공정 영역(128)으로부터의 진공 흡입의 균일성이 증가될 수 있다. 이와 유사하게, 공정 영역(128)으로부터의 진공 흡입을 고르게 함으로써, 플라즈마 분배, 그리고 궁극적으로 에칭 균일성 또한 증가될 수 있다.
위의 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범위 내에서 창안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 아래의 청구항에 의하여 결정될 수 있다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너로서,
    바닥 벽;
    상기 바닥 벽으로부터 위쪽으로 연장하는 내부 벽; 및
    상기 바닥 벽으로부터 위쪽으로 연장하는 외부 벽을 포함하며,
    상기 환형 챔버 라이너는 복수의 슬롯을 가지며, 각 슬롯은 상기 바닥 벽 및 상기 외부 벽을 통하여 연장하며, 상기 복수의 슬롯은 상기 환형 챔버 라이너의 각 사분원 내에 하나 이상의 슬롯이 존재하도록 배치되는,
    플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환형 챔버 라이너의 하나의 사분원은 나머지 세 사분원 보다 더 적은 수의 슬롯을 가지는,
    플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환형 챔버 라이너의 하나의 사분원은 나머지 세 사분원 보다 더 많은 수의 슬롯을 가지는,
    플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환형 챔버 라이너의 하나의 사분원은 나머지 세 사분원 보다 더 큰 크기의 슬롯을 가지는,
    플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환형 챔버 라이너의 하나의 사분원은 나머지 세 사분원 보다 더 작은 크기의 슬롯을 가지는,
    플라즈마 챔버용 환형 챔버 라이너.
  6. 에칭 장치로서,
    챔버 바디;
    상기 챔버 바디 내부에 배치되는 기판 지지대(support pedestal);
    상기 기판 지지대에 대향하여 상기 챔버 내부에 배치되는 가스 도입 샤워헤드;
    상기 기판 지지대, 상기 가스 도입 샤워헤드 및 상부 챔버 라이너가 적어도 부분적으로 처리 영역을 둘러싸도록 상기 챔버 바디 내부에 배치되는 상부 챔버 라이너;
    상기 기판 지지대에 결합되며 상기 기판 지지대를 에워싸는 환형의 배플(baffle); 및
    하부 챔버 라이너를 포함하고;
    상기 하부 챔버 라이너는
    바닥 벽;
    상기 환형 배플 아래에서 상기 기판 지지대를 에워싸도록 구성된 내부 벽;
    상기 바닥 벽으로부터 위쪽으로 경사진 외부 벽을 포함하고,
    상기 하부 챔버 라이너는, 상기 바닥 벽 및 외부 벽을 관통하여 형성되는 슬롯을 가지고, 환형 플래넘이 상기 하부 챔버 라이너의 바닥 및 외부 벽과 상기 챔버 바디의 바닥 및 외부 벽 사이에 형성되도록 상기 하부 챔버 라이너가 상기 챔버 바디 내에 배치되는,
    에칭 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    플래넘이 배기 포트와 유체 소통되는,
    에칭 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하부 챔버 라이너는 상기 하부 챔버 라이너를 관통하여 연장하는 일련의 슬롯을 구비하는,
    에칭 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 챔버 라이너의 하나의 사분원은 대향하는 사분원 보다 더 적은 수의 슬롯을 구비하는,
    에칭 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하부 챔버 라이너의 하나의 사분원은 대향하는 사분원 보다 큰 크기의 슬롯을 구비하는,
    에칭 장치.
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