JP2016072625A - プラズマ援用原子層堆積におけるrf補償のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)反応チャンバ内において基板を第1の気相反応物(例えば、シリコン含有反応物又は金属含有反応物が例である)に暴露し、該反応物が基板表面に吸着することを可能にすることと、
(2)(例えば、チャンバを排気して真空にすることによって又は不活性ガスを流し込んで第1の反応物をチャンバから一掃することによって)反応チャンバをパージすることと、
(3)基板を第2の気相反応物(例えば、酸素含有反応物、窒素含有反応物、及び/又は炭素含有反応物が例である)に暴露することと、
(4)第1の反応物と第2の反応物との間の表面反応を引き起こすために、基板をエネルギ源(例えば、プラズマ又は熱)に暴露することと、
(5)反応チャンバを再びパージすることと、
を伴う。これらの工程は、所望の厚さの膜を構築するために、繰り返されてよい。様々な事例において、工程(3)及び工程(4)は、基板がプラズマに暴露されている間に第2の反応物が反応チャンバに供給されるように、全部が又は一部が重複している。ALDプロセスは、また、なかでも特に、工程(3)と工程(4)との間にパージがなされない(若しくはパージが不完全である)場合、工程(3)と工程(4)とが時間的に重複する場合、又は工程(3)が継続的に生じる場合などに、共形膜堆積(CFD)プロセスと呼ばれることもある。本明細書で言うALDは、別途明記されない限り、熱ALD、PAALD、及びCFDを含む。
本明細書で説明される方法は、任意の適切な装置によって実施されてよい。適切な装置は、プロセス操作を実現するためのハードウェアと、本発明にしたがったプロセス操作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを含む。一部の実施形態では、ハードウェアは、プロセスツールに含まれる1つ以上のプロセスステーションを含んでいてよい。
図11は、また、プロセスツール1100のプロセス条件及びハードウェア状態を制御するために利用されるシステムコントローラ1150の一実装形態も示している。システムコントローラ1150は、1つ以上のメモリデバイス1156と、1つ以上の大容量ストレージデバイス1154と、1つ以上のプロセッサ1152とを含んでいてよい。プロセッサ1152は、CPU又はコンピュータ、アナログ及び/又はデジタル入力/出力接続、ステッピングモータ制御盤などを含んでいてよい。
実験結果は、1バッチにわたってRF電力を制御しそのバッチにわたって更に均一な膜特性を実現するために、開示されるRF補償方法が使用できることを示している。膜特性の時間と共に生じ変化は、膜厚及びウェットエッチング速度に関して特に抑制された。図12は、375枚の基板を有する2つのバッチについて、膜厚対ウエハ番号に関係した実験結果を示している。一方のバッチでは、設定RF電力は、そのバッチ全体にわたって一定であった。もう一方のバッチでは、開示されたRF補償方法が使用され、設定RF電力は、そのバッチのうちで低減された。一定のRF電力が使用された(すなわち、RF補償が使用されなかった)場合、膜厚は、そのバッチのうちで大幅に下方に推移し、全体的な厚さの差(最大厚さから最小厚さを減じたもの)は、約6.0Åであった。これらの結果は、図2に示された結果に一致している。反対に、RF補償方法が使用された場合は、膜厚は、そのバッチにわたってもっとずっと安定し、全体的な厚さの差は、2.1Åに過ぎなかった。この計算からは、期待値を超える厚さを有する1つの外れ値(ウエハ番号281と321との間にある)が除外された。なぜならば、このときは、堆積システムがエラーを生じたからである。エラーは、RF補償とは無関係であり、したがって、この外れ値は、バッチ間の比較には不適切である。結果は、1バッチにわたってもっとずっと安定した膜厚を実現するために、開示されたRF補償方法が使用できることを示している。一部の実施形態では、全体的な厚さの差は、バッチ中に堆積された平均厚さの例えば約0.75%以下などの約1%以下を表している。図12の例では、厚さの差は、RF補償が使用された場合は平均厚さの約0.6%であるのに対し、RF補償が使用されなかった場合は約1.7%であった。このような実施形態では、バッチは、少なくとも約100枚、200枚、300枚、400枚、又は500枚を含んでいてよい。
Claims (22)
- 反応チャンバ内において1回のバッチ処理で基板上に膜を堆積させる方法であって、
前記バッチ内の各基板上に膜を堆積させることであって、
1種類以上の反応物を前記反応チャンバに蒸気の形態で流し込むことと、
プラズマを生成するためにRF電力を供給し、前記基板上に膜を堆積させる反応を引き起こすために前記プラズマに前記基板を暴露することとと、
を含むことを備え、
前記プラズマを生成するために供給される基板ごとのRF電力は、前記バッチ内の更なる基板が処理されるのに伴う前記反応チャンバ内における変化を打ち消すために、前記更なる基板の処理に伴って変化する
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記プラズマを生成するために供給されるRF電力は、前記バッチ内の基板上に膜を堆積させる前に実施される較正手順に基づいて変化する方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記較正手順は、
(a)テストバッチの基板上に膜を堆積させ、前記テストバッチ内の各基板について得られた膜厚を記録する操作と、
(b)様々なレベルのRF電力で第2群の基板上に膜を堆積させ、前記第2群内の各基板について得られた膜厚を記録する操作と、
(c)前記RF電力と、前記操作(b)から得られた膜厚との間の関係を決定する操作と、
(d)前記操作(c)から得られた関係及び前記操作(a)から得られた膜厚を使用し、前記テストバッチ内の基板のための有効RF電力を決定する操作と、
(e)少なくとも一部には、前記テストバッチ内の基板のための有効RF電力に基づいて、1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力を決定する操作と、
を含む方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記操作(e)における前記1つ以上の後続バッチは、請求項1に記載のバッチを含む方法。 - 請求項3又は請求項4のいずれか一項に記載の方法であって、
前記較正手順は、更に、
前記操作(a)中に、前記テストバッチ内の各基板上に第1のRF電力で膜を堆積させることと、
前記操作(e)中に、前記操作(d)から得られた前記テストバッチ内の基板のための有効RF電力で前記第1のRF電力の二乗を割ることによって、前記1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための前記特定のRF電力を決定することと、
を含む方法。 - 請求項3ないし請求項5のいずれか一項に記載の方法であって、
前記操作(e)は、少なくとも一部には、前記操作(a)において前記テストバッチ内の基板について記録されたチャンバ蓄積に基づいて、前記1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力を決定することを含む方法。 - 請求項6に記載の方法であって、
前記1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力は、少なくとも一部には、前記後続バッチ中に生じるチャンバ蓄積に基づく方法。 - 請求項6又は請求項7に記載の方法であって、
前記操作(e)は、更に、前記特定のRF電力と、前記チャンバ蓄積との間の数学的関係を導出するために、統計的解析を実施することを含み、
前記方法は、更に、請求項1に記載のバッチ内の基板への堆積中に供給されるRF電力を制御するために、前記数学的関係を使用することを備える方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
前記数学的関係は、三次多項式の関係を含む方法。 - 請求項3ないし請求項9のいずれか一項に記載の方法であって、
前記バッチ及び前記テストバッチは、それぞれ、少なくとも約100枚の基板を含む方法。 - 請求項3ないし請求項10のいずれか一項に記載の方法であって、
前記操作(c)は、前記RF電力と、前記操作(b)から得られた膜厚との間の直線関係を決定するために、統計的解析を実施することを含む方法。 - 請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の方法であって、
前記バッチは、少なくとも約100枚の基板を含み、前記バッチ内の基板上に堆積される膜は、厚さのばらつきが約1%以下である方法。 - 請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の方法であって、
前記バッチは、約100枚の基板を含み、前記バッチ内の基板上に堆積される膜は、ウェットエッチング速度のばらつきが約5%以下である方法。 - 請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記バッチ内の各基板上に膜を堆積させた後に、前記反応チャンバの内表面に蓄積された材料を除去するために、前記反応チャンバを洗浄することを備える方法。 - 請求項14に記載の方法であって、更に、
前記反応チャンバを洗浄した後に、前記反応チャンバの内表面にアンダコートを堆積させることを備える方法。 - 1回のバッチ処理で基板上に膜を堆積させるための装置であって、
反応チャンバと、
反応チャンバに気相の反応物を供給するための1つ以上の入口と、
基板サポートと、
RF電力を使用してプラズマを生成するように構成されたRF発生器と、
前記バッチ内の更なる基板が処理されるのに伴って生じる前記反応チャンバ内における変化を打ち消すために、前記バッチ内の更なる基板の処理に伴って、前記RF発生器によって供給されるRF電力を変化させるための命令を含むコントローラと、
を備える装置。 - 請求項16に記載の装置であって、
前記RF電力を変化させるための命令は、較正手順に基づく装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記コントローラは、更に、
(a)テストバッチの基板上に膜を堆積させ、前記テストバッチ内の各基板について得られた膜厚を記録することと、
(b)第2群の基板上に様々なレベルのRF電力で膜を堆積させ、前記第2群内の各基板について得られた膜厚を記録することと、
(c)前記RF電力と、前記操作(b)から得られた膜厚との間の関係を決定することと、
(d)前記操作(c)から得られた関係及び前記操作(a)から得られた膜厚を使用し、前記テストバッチ内の前記基板のための有効RF電力を決定することと、
(e)少なくとも一部には、前記テストバッチ内の基板のための有効RF電力に基づいて、1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力を決定することと、
によって前記較正手順を実施するための命令を含み、
前記バッチ内の更なる基板の処理に伴って、前記RF発生器によって供給されるRF電力を変化させるための命令は、前記操作(e)から得られた特定のRF電力を印加するための命令を含む
装置。 - 請求項18に記載の装置であって、
前記較正手順を実施するための命令は、更に、
前記操作(a)中に、前記テストバッチ内の各基板上に第1のRF電力で膜を堆積させるための命令と、
前記操作(e)中に、前記操作(d)から得られた前記テストバッチ内の基板のための有効RF電力で前記第1のRF電力の二乗を割ることによって、前記1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力を決定するための命令と、
を含む装置。 - 請求項18又は請求項19に記載の装置であって、
前記操作(e)は、少なくとも一部には、前記操作(a)において前記テストバッチ内の基板について記録されたチャンバ蓄積に基づいて、前記1つ以上の後続バッチ内の各基板に供給するための特定のRF電力を決定することを含む装置。 - 請求項17ないし請求項20のいずれか一項に記載の装置であって、
前記較正手順は、第2の反応チャンバ内において実施される装置。 - 請求項16ないし請求項21のいずれか一項に記載の装置であって、
前記RF発生器によって供給されるRF電力を変化させるための命令は、前記バッチ内の更なる基板が処理されるのに伴う前記反応チャンバ内における蓄積量の変化に基づいて前記RF電力を変化させることを含む装置。
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