特許 6039102 乾式気相蝕刻装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039102

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】乾式気相蝕刻装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-545388(P2015-545388)

(86)(22)【出願日】2014年2月11日

(65)【公表番号】特表2016-500203(P2016-500203A)

(43)【公表日】2016年1月7日

(86)【国際出願番号】KR2014001117

(87)【国際公開番号】WO2014129765

(87)【国際公開日】20140828

【審査請求日】2015年6月1日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0018040

(32)【優先日】2013年2月20日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513019210

【氏名又は名称】クックジェ エレクトリック コリア カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】パク，ヨン−ウ

(72)【発明者】

【氏名】パク，ヨン−スン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ドン−ヨル

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２８４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５４５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２１８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０１３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３０３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１３０７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１００７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９３８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４５２９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上側が開放されたチャンバー本体と、前記チャンバー本体の上側に脱着できるように結合され、下側が開放されたドーム形態の上部ドームとによって内部空間が提供される工程チャンバーと、
前記内部空間に提供され、駆動部によってアップダウンされる基板サセプタと、
前記基板サセプタに設置され、前記内部空間が前記基板サセプタ上部の工程領域と前記基板サセプタ下部の排気領域とに区画されるように前記基板サセプタと前記工程チャンバーの外壁との間をカバーするリングプレートと、を含み、
前記リングプレートによって区画された前記工程領域は、前記上部ドームによって囲まれ、前記排気領域は、前記チャンバー本体によって囲まれ、
前記工程チャンバーは、
前記チャンバー本体の一側に提供され、前記工程チャンバーの内部空間に基板を搬入及び搬出するための通路を提供する基板出入部をさらに含み、
前記リングプレートは、
縁から垂直になる方向に延長されて形成され、前記基板サセプタのアップダウン動作と連動して前記基板出入部の通路が前記工程チャンバーの内部空間とは独立された空間に区画されるように前記通路を開閉するカバーをさらに含むことを特徴とする乾式気相蝕刻装置。

【請求項2】

前記基板サセプタと対向するように前記上部ドームに設置され、ガス供給装置から反応性ガスを受けて前記工程領域に供給するためのガス噴射部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項3】

前記ガス噴射部は、
石英材質からなされ、上部中央にガス供給管が連結されて反応性ガスを下側に拡散させる円形ガス導入板と、
石英材質からなされ、前記円形ガス導入板の下側に結合され、複数個の噴射孔が垂直に貫通されて前記円形ガス導入板を通じて供給される反応性ガスを下向噴射させるシャワープレートと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項4】

前記リングプレートは、
複数の排気孔を含むことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項5】

前記上部ドームは、
石英材質からなされることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項6】

前記工程領域を囲む前記上部ドームと前記基板サセプタと、前記リングプレートとは、石英材質からなされることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項7】

前記乾式気相蝕刻装置は、
前記基板出入部の通路に不活性ガスを供給するためのファジー供給部をさらに含み、
前記基板出入部は、
前記ファジー供給部を通じて供給される不活性ガスを前記通路に提供するガス供給ホールを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の乾式気相蝕刻装置。

【請求項8】

前記チャンバー本体は、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）材質からなされ、その表面は、電解研磨又は複合電解研磨されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の乾式気相蝕刻装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チャンバー内においてガスを利用して膜を蝕刻する工程が行われる乾式気相蝕刻装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、半導体製造工程では、基板として使用されるシリコンウェハーに対して一連の処理工程が反復的に遂行され、これによって上記基板上に多様な集積回路素子が形成される。例えば、半導体製造工程でパターンを形成するためには、特定領域の材料を除去する工程、即ち、蝕刻（ｅｔｃｈｉｎｇ）工程が必須である。蝕刻工程は、適切なエッチング溶液を使用して材料を除去する湿式蝕刻工程と、気相（ｖａｐｏｒ）状態とで材料を除去する乾式蝕刻工程とがある。

【0003】

乾式蝕刻は、イオン蝕刻と反応蝕刻とに大きく区別される。イオン蝕刻は、高エネルギーのイオンが材料表面に衝突する時、材料の表面部の原子が剥がされる現象、即ち、スパッタリング現象を利用することであって、化学反応が最少化され、物理的反応によって材料が蝕刻される方法であり、イオンビーム蝕刻、イオンビームミリング、スパッタ蝕刻等とも称される。

【0004】

反応蝕刻は、反応性気体の化学反応のみを利用する場合と反応性気体にプラズマを形成させて化学反応及びスパッタリングを同時に利用して、異方性蝕刻特性及び蝕刻速度を向上させたプラズマ蝕刻がある。

【0005】

上記のような乾式蝕刻工程は、ほとんどが真空チャンバー内で遂行され、特に塩素（ＣＬ_２）ガスのような腐蝕性が強いガスを使用する場合には、塩素ガスの高い反応性によってチャンバー、ガスライン等、その他の付属性部材と相互反応をして腐蝕及び汚染される現象が発生される。これは、汚染及びパーティクルソースの原因になる。

【0006】

したがって、一般的な乾式蝕刻工程を処理する乾式蝕刻設備では、工程進行の時、チャンバー内壁が腐蝕されてウェハーを汚染させる原因及びパーティクルソースとして作用することによって、工程不良等の工程事故が頻繁に発生する。これは、設備の早期予防整備（ＰＭ：ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）による設備停止等の損失が増加されて生産性を低下させる原因になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、反応性ガスに対して耐性を有する乾式気相蝕刻装置を提供することを目的とする。

【0008】

本発明は、また、工程チャンバーの腐蝕を防止できる乾式気相蝕刻装置を提供することを目的とする。

【0009】

本発明の目的は、これに制限されなく、言及されなかったその他の目的は、以下の記載により当業者に明確に理解される。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面によれば、上側が開放されたチャンバー本体と、前記チャンバー本体の上側に脱着できるように結合され、下側が開放されたドーム形態の上部ドームとによって
内部空間が提供される工程チャンバーと、
前記内部空間に提供され、駆動部によってアップダウンされる基板サセプタと、
前記基板サセプタに設置され、前記内部空間が前記基板サセプタ上部の工程領域と前記基板サセプタ下部の排気領域とに区画されるように前記基板サセプタと前記工程チャンバーの外壁との間をカバーするリングプレートと、を含み、
前記リングプレートによって区画された前記工程領域は、前記上部ドームによって囲まれ、前記排気領域は、前記チャンバー本体によって囲まれるように提供される。

【0011】

また、前記基板サセプタと対向するように前記上部ドームに設置され、ガス供給装置から反応性ガスを受けて前記工程領域に供給するためのガス噴射部をさらに含むことができる。

【0012】

また、前記ガス噴射部は、石英材質からなされ、上部中央にガス供給管が連結されて反応性ガスを下側に拡散させる円形ガス導入板と、石英材質からなされ、前記円形ガス導入板の下側に結合され、複数個の噴射孔が垂直に貫通されて前記円形ガス導入板を通じて供給される反応性ガスを下向噴射させるシャワープレートと、を含むことができる。

【0013】

また、前記リングプレートは、複数の排気孔を含むことができる。

【0014】

また、前記上部ドームは、石英材質からなされることができる。

【0015】

また、前記工程領域を囲む前記上部ドームと前記基板サセプタと、前記リングプレートとは、石英材質からなされることができる。

【0016】

また、前記工程チャンバーは、前記チャンバー本体の一側に提供され、前記工程チャンバーの内部空間に基板を搬入及び搬出するための通路を提供する基板出入部をさらに含み、前記リングプレートは、縁から垂直になる方向に延長されて形成され、前記基板サセプタのアップダウン動作と連動して前記基板出入部の通路が前記工程チャンバーの内部空間とは独立された空間に区画されるように前記通路を開閉するカバーをさらに含むことができる。

【0017】

また、前記乾式気相蝕刻装置は、前記基板出入部の通路に不活性ガスを供給するためのファジー供給部をさらに含み、前記基板出入部は、前記ファジー供給部を通じて供給される不活性ガスを前記通路に提供するガス供給ホールを含むことができる。

【0018】

また、前記チャンバー本体は、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）材質からなされ、その表面は、電解研磨又は複合電解研磨されることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の実施形態によれば、工程領域に供給される反応性ガスが石英材質以外の他の金属と接触しないため、反応性ガスと金属反応とによる汚染を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態による基板処理装置の断面図である。

【図2】図１で基板サセプタがダウンされた状態を示す断面図である。

【図3】図１に図示された基板処理装置の平断面図である。

【図4】カバーによって閉められた基板出入部を示す図面である。

【図5】カバーによって開放された基板出入部を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態に係る乾式気相蝕刻装置について、詳細に説明する。

【0022】

本発明を説明することにおいて、関連された公知構成又は機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすることがあり得ると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態による基板処理装置の断面図である。

【0024】

本実施形態では、基板表面を、蝕刻ガスを使用して基板の表面を蝕刻する乾式気相蝕刻（ｇａｓ ｐｈａｓｅ ｅｔｃｈｅｒ；ＧＰＥ）工程を遂行するための装置を例として説明する。しかし、本発明の技術的思想は、これに限定されなく、プラズマを使用しなく、反応性ガスと熱エネルギーのみを利用してポリシリコン（ｐｏｌｙ−ｓｉ）の一部のみを除去し、その上に他の膜質を生成させる工程装置にも適用されることができる。

【0025】

蝕刻工程の対象である基板は、何らかの基板も可能であり、ＬＣＤパネル用ガラス基板、太陽電池素子用基板、ＬＥＤウェハー、半導体ウェハー、Ａｍｏｌｅｄ基板等がその対象になってもよい。

【0026】

図１を参照すれば、本発明の乾式気相蝕刻装置１０は、工程チャンバー１００、ガス噴射部１３０、基板サセプタ１４０、リングプレート１５０、及び基板出入部１８０を含む。

【0027】

工程チャンバー（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ、１００）は、基板Ｓに対する蝕刻工程を遂行できるように、密閉された内部空間を提供する。工程チャンバー１００は、上側が開放されたチャンバー本体１１０と、チャンバー本体１１０に脱着できるように結合される上部ドーム１２０とを含む。

【0028】

チャンバー本体１１０は、上側が開放された形態を有し、地面とほぼ平行なチャンバーベース１１２と、チャンバーベース１１２とほぼ垂直に設置される側壁１１４とを含む。側壁１１４は、上端に上部ドーム１２０と締結するための第１フランジ１4４ａを有する。チャンバー本体１１０の側壁１１４には、真空ポンプと連結される真空吸入ポート（ｖａｃｕｕｍ ｓｕｃｔｉｏｎ ｐｏｒｔ、１１６）が提供される。

【0029】

上部ドーム１２０は、チャンバー本体１１０の上側にシーリング部材が介在されて結合されて、チャンバー本体１１０と共に密閉された内部空間を形成するための構成として、下側が開放されたドーム形態を有する。上部ドーム１２０は、チャンバー本体１１０の側壁１１４に提供される第１フランジ１4４ａと結合される第２フランジ１２１と、第２フランジ１２１が形成された位置から下に延長される延長部分１２２を有する。延長部分１２２は、チャンバー本体１１０と一部が重なるように、チャンバー本体１１０の側壁１１４内側に位置される。

【0030】

一方、上部ドーム１２０は、塩素（Ｃｌ）又は弗素（Ｆ）を含む反応性ガスが注入されて蝕刻工程が行うことを考慮して、耐蝕性が強い石英材質からなされる。そして、チャンバー本体１１０は、排気ポート１１６と基板出入部１８０等が設けられなければならないので、加工性が低下される石英では製作が難しい。したがって、チャンバー本体１１０は、耐化学性が強く、加工性と溶接性とがよいニッケル合金（ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）、セラミック、タングステン、タングステン合金、アルミニウム、アルミニウム合金材質の中からなされ、表面は、電解研磨又は複合電解研磨処理される。

【0031】

ガス噴射部１３０は、蝕刻工程を遂行できるように、基板サセプタ１４０と対向する上部ドーム１２０の上面に提供される。ガス噴射部１３０は、ガス供給装置（図示せず）から蝕刻ガスが供給されて処理空間に供給するための構成として、工程及びガス供給方式にしたがって多様な構成が可能である。

【0032】

より具体的に参照すれば、ガス噴射部１３０は、円形ガス導入板１３２とシャワープレート１３６とを含み、円形ガス導入板１３２とシャワープレート１３６との間には、拡散空間１３５が提供される。

【0033】

円形ガス導入板１３２は、石英材質からなされている。円形ガス導入板１３２は、上部中央にガス供給管（図示せず）と連結される連結ポート１３４を有し、連結ポート１３４を通じて供給された反応性ガスは、円形ガス導入板の下側（拡散空間、１３５）で拡散された後、シャワープレート１３６に提供される。円形ガス導入板１３２は、縁がボルトのような複数の締結部材によって上部ドーム１２０に固定される。

【0034】

シャワープレート１３６は、円形ガス導入板１３２と同様に石英材質からなされている。シャワープレート１３６は、円形ガス導入板１３２の下側に結合され、複数の噴射孔１３８が垂直に貫通されて、円形ガス導入板１３２を通じて供給される反応性ガスを下向きに噴射させる。噴射孔１３８は、拡散空間１３５と連結される。一例として、噴射孔１３８は、均一なガス噴射のために同心円周に一定の間隔に形成される。反応性ガスは、円形ガス導入板１３２を通過して拡散空間１３５で拡散された後、シャワープレート１３６に形成された噴射孔１３８を通じて基板サセプタ１４０上に置かれた基板Ｓに向かう。

【0035】

一方、蝕刻工程に使用される反応性ガスは、蝕刻対象の材質によって選択され、多様なガスが使用でき、単一ガスではない複数種のガスが混合された混合ガスで構成されてもよい。反応性ガスの一例として、塩素又は弗素を含む。反応性ガスは、他の例として、ＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、Ｃ_２ＨＦ_５等であり、上記ガスの中の全部又は一部を含む。また、反応性ガスは、上記のようなガス以外に不活性ガス、Ｈ_２及びＯ_２の中の全部又は一部をさらに含む。

【0036】

基板サセプタ１４０は、石英材質からなされ、工程チャンバー１００の内部空間に提供される。基板サセプタ１４０には、基板出入部１８０の開放にしたがって、ロボットによって投入位置される基板Ｓが置かれる。

【0037】

基板サセプタ１４０は、蝕刻工程が円滑に遂行されるように、基板Ｓを支持するための構成であって、設計条件及び工程条件にしたがって多様な構成が可能である。一例として、基板サセプタ１４０は、基板Ｓを固定するように構成される静電気チャックを含む。また、基板サセプタ１４０は、蝕刻工程のうち、基板Ｓの温度を上昇させるためのヒーターを含む。

【0038】

基板サセプタ１４０は、サセプタ駆動部１４８によってアップダウンされる。基板処理工程は、図１に示すように、基板サセプタ１４０がアップ（ｕｐ）された状態で行われ、基板搬入及び搬出は、図２に示すように基板サセプタ１４０がダウンされた状態で行われる。

【0039】

基板サセプタ１４０には、リングプレート１５０が設置される。リングプレート１５０は、石英材質からなされ、基板サセプタ１４０と工程チャンバー１００の外壁との間をカバーできる形態に提供される。リングプレート１５０の上面は、基板サセプタ１４０の上面と概ね同様に提供される。リングプレート１５０は、基板サセプタ１４０がアップ位置に移動された時、上部ドーム１２０の延長部分１２２内に位置され、基板サセプタ１４０
がダウン位置に移動された時、チャンバー本体１１０内に位置される。

【0040】

工程チャンバー１００の内部空間は、基板サセプタ１４０及びリングプレート１５０によって基板サセプタ１４０上部の工程領域Ａと基板サセプタ１４０下部の排気領域Ｂとに区画される。リングプレート１５０は、工程領域Ａから排気領域Ｂにガスが流れるように複数の排気孔１５２を有する。

【0041】

このように、リングプレート１５０によって区画された工程領域Ａは、上部ドーム１２０とガス噴射部１３０とによって囲まれ、排気領域Ｂは、チャンバー本体１１０によって囲まれている。さらに具体的に見れば、工程領域Ａは、ガス噴射部１３０、上部ドーム１２０、基板サセプタ１４０、及びリングプレート１５０によって囲まれ、工程領域Ａを囲む構成は、全て石英材質からなされることによって、反応性ガスが工程領域Ａに供給されて基板と反応する間に、石英材質以外の他の金属との接触が遮断される。したがって、反応性ガスと金属反応とによるチャンバー及び基板汚染を防止することができる。

【0042】

真空排気部１９０は、工程チャンバー１００の内部を真空状態に形成し、蝕刻プロセスが遂行される間に発生する反応副産物等を排出させるためのものであって、真空ポンプ１９２と、チャンバー本体の側壁１１４に形成された真空吸入ポート１１６に連結される真空ライン１９４とを含む。工程チャンバー１００と真空ポンプ１９２とを連結する真空ライン１９４には、各種バルブ（図示せず）が設置されて、真空ライン１９４を開閉し、開閉程度を調節することによって真空程度を調節することができる。

【0043】

基板出入部１８０は、真空吸入ポート１１６と対向するチャンバー本体１１０の側壁１１４に提供される。基板出入部１８０は、工程チャンバー１００の内部空間に基板を搬入及び搬出するための通路１８２を有する。工程チャンバー１００は、基板出入部１８０を通じてロードロックチャンバー２０と連結され、基板出入部１８０とロードロックチャンバー２０との間には、ゲートバルブ３０が設置される。基板出入部１８０の通路には、ガス供給ホール１８８が提供される。

【0044】

基板出入部１８０の通路１８２には、ガス供給ホール１８８を通じて不活性ガスが提供される。不活性ガスは、ファジー供給部１８９を通じて供給される。基板出入部１８０の一端は、工程チャンバー１００の内部空間と連通され、他端は、ゲートバルブ３０と連通される。基板出入部１８０の一端はカバー１５６によって開閉される。

【0045】

カバー１５６は、リングプレート１５０の縁から垂直になる方向に延長されて形成される。カバー１５６は、基板サセプタ１４０のアップダウン動作と連動して基板出入部１８０の通路１８２を開閉する。即ち、カバー１５６は、基板出入部１８０の通路１８２が工程チャンバー１００の内部空間とは独立された空間として区画されるように通路１８２を開閉する。

【0046】

上述した構成を有する基板処理装置での蝕刻工程を説明すれば、次の通りである。

【0047】

図２に示すように、基板Ｓは、基板サセプタ１４０がダウン動作によって下降された状態で、基板出入部１８０の通路１８２を通じて工程チャンバー１００に搬入されて、基板サセプタ１４０に置かれる。基板ローディングが完了されれば、図１及び図４に示したように、基板サセプタ１４０は、アップ動作によって上昇され、この時、基板出入部１８０の通路１８２は、カバー１５６によって閉められるようになる。即ち、基板出入部１８０の通路１８２は、カバー１５６によって工程チャンバー１００の内部空間とは独立された空間として提供され、この通路１８２には、不活性ガス（一例として、窒素ガス）が満たされるようになる。一方、工程領域Ａは、ガス噴射部１３０、上部ドーム１２０、基板サ
セプタ１４０、及びリングプレート１５０によって囲まれた状態で、反応性ガスが工程領域Ａに供給されて基板と反応され、蝕刻工程が進行される間に、反応性ガスは、石英材質以外の他の金属とは接触が遮断される。したがって、反応性ガスと金属反応とによるチャンバー及び基板汚染を防止することができる。そして、蝕刻工程が進行される間に、基板出入部１８０の通路１８２には、不活性ガスが持続的に供給される。

【0048】

図２及び図５を参照すれば、蝕刻工程が完了された後には、基板を搬出するためにゲートバルブ３０が開放され、基板サセプタ１４０がダウン動作によって下降されるようになる。この時、基板出入部１８０の通路１８２に閉ざされた不活性ガスが工程チャンバー１００側に排気されることによって工程チャンバー１００の内部空間に残留している蝕刻ガスが基板出入部１８０を通じてロードロックチャンバー２０へ混入されることを防止することができる。

【0049】

特に、ロードロックチャンバー２０は、工程チャンバー１００の圧力より高く維持するようにして基板搬入及び搬出動作の時、残留蝕刻ガスが混入されることを防止する。

【0050】

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないので、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するものではなく、単なる説明のためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲は限定されない。本発明の保護範囲は、請求の範囲によって解釈しなければならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれることとして解釈するべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】