KR100696030B1 - 실리콘-산소-탄소 증착 프로세스의 기판 처리 챔버 배출 라인으로부터 잔류물을 제거하기 위한 방법 - Google Patents

실리콘-산소-탄소 증착 프로세스의 기판 처리 챔버 배출 라인으로부터 잔류물을 제거하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배출 라인에 연결된 다운스트림 플라즈마 형성장치를 갖는 기판 처리 챔버의 배출 라인 내부에서 미립자 또는 잔류물의 축적을 최소화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법의 일 실시예에서는 기판 증착 단계 및 챔버 세정동작 중에 다운스트림 플라즈마 형성장치를 동작시키며 세정가스가 챔버 내측으로 유입되는 시간을 포함하여, 다수 챔버의 셋업 또는 조절단계에서는 동작이 중지된다. 상기 방법은 ①유기실란을 포함하는 증착 가스를 상기 기판 처리 챔버의 내측으로 유입하고, 상기 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 다운스트림 플라즈마 형성장치의 내측으로 상기 증착 가스의 일부를 배출시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 형성장치 내에 플라즈마를 형성하고, ②상기 증착 가스의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 형성장치 내부의 플라즈마를 오프시키고, 세정 가스를 상기 기판 처리 챔버 내측으로 유동시킴으로써, 상기 기판 처리 챔버내에 배열된 기판 위에 막을 증착시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 증착 단계 이후에, 상기 챔버는 ①에천트를 상기 기판 처리 챔버의 내측으로 유동시키고, 상기 에천트를 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 다운스트림 플라즈마 형성장치의 내측으로 배출시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 형성장치 내에 플라즈마를 형성하고, ②에천트의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 형성장치내의 플라즈마를 오프시키고, 세정 가스를 상기 기판 처리 챔버 내측으로 유동시킴으로써, 상기 기판 처리 챔버의 내측으로부터 막 증착물을 제거한다.

Description

실리콘-산소-탄소 증착 프로세스의 기판 처리 챔버 배출 라인으로부터 잔류물을 제거하기 위한 방법{IMPROVED METHOD FOR REMOVING RESIDUE FROM SUBSTRATE PROCESSING CHAMBER EXHAUST LINE FOR SILICON-OXYGEN-CARBON DEPOSITION PROCESS}
도 1은 본 발명의 방법을 실시할 수 있는 간단한 화학 기상 증착 장치의 한 실시예의 단면도.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 방법을 실행하도록 기판 처리 챔버로부터 나온 배출 스트림을 수용하기 위해서 연결될 수 있는 예시적인 DPA 장치를 도시하는 다이어그램으로서, 도 2a는 예시적인 DPA의 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시한 DPA의 전면도이며, 도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시한 DPA의 전기 배선도.
도 3은 본 발명의 방법의 일 실시예를 도시하는 플로우차트.
도 4는 도 3에 도시한 증착 단계(205)의 한 실시예를 도시하는 플로우차트.
도 5는 도 3에 도시한 챔버 세정 단계(220)의 한 실시예를 도시하는 플로우차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 화학 기상 증착 시스템 15 : 진공 챔버
20 : 가스 분배 시스템 21 : 가스 분배판
25 : 진공 시스템 26 : 히터
30 : 원격 플라즈마 시스템 35 : 제어 시스템
40 : 채널 47 : 가스 도관
50 : 프로세서 55, 70 : 메모리
60 : 배출 라인 63 : 드로틀밸브 시스템
100 : DPA 장치 114 : 커플링 기구
132 : 핑거
본 발명은 일반적으로 반도체 처리 설비 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 처리 챔버에 연결된 진공 배출 라인 내의 오염물 및 잔류물을 제거하기 위한 방법에 대한 것이다.
CVD 처리 동안, 증착 가스는 처리 챔버 내로 배출되어, 처리되는 기판의 표면 위에 얇은 막층을 형성한다. 이러한 CVD 처리 동안에 처리 챔버의 벽과 같은 부위에서도 원하지 않는 증착이 일어난다. 그러나, 증착가스 내의 각각의 분자가 챔버 안에 있게 되는 시간은 상대적으로 짧기 때문에, 챔버 내로 공급된 분자들 중 작은 양만이 증착 프로세스에서 소비되어 웨이퍼나 챔버 벽에 증착된다.
소비되지 않은 가스분자는 부분적으로만 반응된 화합물 및 반응 부산물과 함께, 보통 "포어라인(foreline)"이라 불리기도 하는 진공 배출 라인을 통해 챔버로부터 배출된다. 이 배출 가스 중 많은 화합물은 여전히 반응성이 높거나 및/또는 포어라인에서 원하지 않는 증착물을 형성할 수 있는 잔류물이나 미립자 물질(particulate matter)을 함유한다. 시간이 경과되면 이 잔류물이 증착 축적된 것 및/또는 미립자물질이 문제가 된다. 예를 들어 포어라인에 증착 물질이 다량으로 축적되면, 포어라인 및/또는 그에 연결된 진공펌프는 적절히 세정되지 않으면 차트힐 수도 있다. 정기적으로 세정되는 경우에도, 물질의 축적에 의해, 진공펌프의 정상적인 작업에 방해가 되며 따라서 펌프의 수명이 현저하게 단축될 수 있다. 또 고체 물질은 포어라인으로부터 처리 챔버 내로 백워시(backwash)되어 들어가 처리 단계를 오염시켜 웨이퍼 수율에 악영향을 미칠 수 있다.
업계에 공지된 바와 같이, 챔버 벽 내부에 축적되는 증착물질은 인 시츄(in situ) 방식의 챔버 세정 작업에 의해 제거하는 것이 보통이다. 일반적인 챔버 세정기술에는 불소와 같은 에칭 가스를 사용하여, 챔버벽 및 기타 영역으로부터 증착물질을 제거하는 것이 포함된다. 소정의 프로세스에서는 에칭가스가 챔버 내로 도입되고 플라즈마가 형성되어, 에칭가스가 증착된 물질과 반응하여 이를 챔버 벽으로부터 제거한다. 이러한 세정과정은 보통 증착 단계 사이에서 웨이퍼마다 또는 n개의 웨이퍼마다 이루어진다.
챔버 벽으로부터의 증착물질 제거는 상대적으로 용이한데, 이는 챔버 내에서 플라즈마는 증착된 물질 부근의 영역에서 생성되기 때문이다. 포어라인으로부터 증착물질 제거는, 포어라인이 처리 챔버보다 하류에 위치하기 때문에 어렵다. 정해진 시간 동안, 포어라인 내의 지점에서보다 처리 챔버 내의 대부분의 지점이 에천트 불소원자와 더 많이 접한다. 따라서 정해진 시간 동안, 챔버는 세정공정에 의해 적절히 세정되는 반면 포어라인 내의 잔류물 및 유사한 증착물은 남아 있게 된다.
포어라인을 적절히 세정하기 위한 한 방법에서는 세정 작업에 소요되는 시간이 증가된다. 그러나 이는 일반적으로 바람직하지 않은데, 이는 웨이퍼 수율에 악영향을 미치기 때문이다. 또 이러한 잔류물 축적은, 세정단계로부터의 반응물이, 포어라인 내의 잔류물과 반응할 수 있는 상태에서 포어라인으로 배출되는 정도로까지만 세정될 수 있다. 어떤 시스템과 응용에서는, 배출된 반응물의 수명이 포어라인의 단부 또는 중간에 미치기에는 충분하지 않다. 이러한 시스템 및 응용에서는, 세정시간을 길게 해도 포어라인의 단부나 중간에 축적되는 잔류물을 제거할 수는 없다. 따라서 반도체 처리 시스템에서 포어라인을 완전히 그리고 효과적으로 세정할 수 있는 장치와 방법이 필요하다.
이러한 포어라인의 세정을 용이하게 하기 위한 몇 가지 다양한 장비가 설계되었다. 포어라인 세정을 위한 접근 방법 중 하나는 배출류 중에 존재하는 미립자물질이 진공펌프에 도달되기 전에, 수집챔버(collection chamber) 내로 가스 유동을 돌림으로써, 미립자물질을 포획하는 것이며, 미립자 물질은 수집 챔버로부터 용이하게 벗어날 수 없다. 이 기술에 의존하는 장치는 분리 가능한 도어 또는 유사한 억세스를 수집 챔버에 제공하여, 일단 충분한 양의 물질이 챔버 내에 축적되면 쉽게 제거될 수 있게 한다. 전형적으로 기판 증착 시스템은 수집 챔버가 세정되는 기간 동안 임시로 닫혀져서, 시스템의 웨이퍼 수율을 감소시키거나 제한한다.
다른 접근은 막이 전극 표면상에 증착될 때 배출 가스 중의 반응성 성분을 플라즈마 강화 CVD 기술을 사용하여 추출하는 스크러빙 시스템(scrubbing system)이다. 스크러빙 시스템은 반응물을 고체 막으로써 제거하는 것을 극대화하기 위해 고안된 것이며, 표면적이 큰 나선형 전극을 사용한다. 나선형 전극은 분리 가능한 캐니스터(canister) 내에 포함되며, 이는 블로어 펌프(blower pump) 및 기계적 펌프 사이 포어라인의 단부에 위치한다. 충분한 양의 고체 폐기물이 이들 전극 위에 축적된 뒤, 캐니스터는 폐기 및 대체를 위해 분리될 수 있다.
수집하고자 하는 증착 고체물질에 대한 면적을 제공하기 위해, 넓은 전극 면적에 시스템이 의존한다는 점에서, 종래방법에는 문제가 있다. 전극의 넓은 표면적을 수용하기 위해, 시스템은 커지고 부피도 증가하게 된다. 게다가 이 종래기술 스크러버 시스템의 동작에는 비용이 추가로 소요되는데, 이는 분리 가능한 캐니스터는 일회용 제품으로서 교환되고 적절하게 폐기되어야 하기 때문이다. 또 스크러빙 시스템은 진공 포어라인의 시작부로부터 하류에 위치하고 있으며, 따라서 라인의 이 부분에 축적되는 미립자물질 또는 분말물질(powdery material)의 제거를 보장할 수 없다.
본 발명의 출원인인 어플라이드 머티어리얼스는, 짧게 DPA로도 불리는 다운스트림 플라즈마장치(Downstream Plasma Apparatus)에 의한 한층 개선된 포어라인 세정방법을 개발하였다. DPA는 막 증착단계에서 생성된 미립자물질을 포획하고 이들 포획된 미립자물질을 휘발성 물질로 변환시켜 진공펌프의 차트힘 없이 포어라인으로 펌핑해 낸다. 이 변환과정은 미립자가 포획되는 영역에서 에천트 가스(etchant gas)로부터 플라즈마를 형성하는 것에 의한다. 다양한 DPA 장치의 예는 1996년 10월 30일 출원된 미국 특허출원 08/741,230의 "기판 처리 장비용 인 시츄 진공라인 세정을 위한 평행판 장치"와 1999년 7월 15일 출원된 미국 특허출원 09/354,925의 "기판 처리 챔버의 인 시츄 진공라인 세정을 위한 가열된 정전 미립자 트랩"에 기재되어 있다.
전형적인 한 가지 동작방법에서, DPA 플라즈마는 챔버 세정작업이 이루어지는 동안 형성된다. 세정 프로세스 중에 기판 처리 챔버로부터 배출된 에천트 가스는 DPA 플라즈마 내에서 분해된다. 이후 플라즈마로부터의 구성성분이 DPA에 포획된 미립자 및 잔류물과 반응하여 휘발성의 반응 부산물을 형성한다. 08/741,230 출원에는 다른 형태의 동작 모드인, 수동 모드가 설명되어 있는데, DPA는 막 증착 작업 및 챔버 세정 작업 중에 플라즈마를 형성하도록 남겨진다.
DPA 장치는 일반적으로 매우 오염이 많은 것으로 알려진 질화실리콘 증착 프로세스를 포함하여 다양한 막 증착 프로세스에서, 포어라인을 청정하게 유지하는데 사용될 수 있다. DPA 장치는 시간의 경과에 따라, 입자 및/또는 잔류물이 축적되는 속도와 적어도 동일한 속도로 포획된 입자 및/또는 잔류물이 휘발성 물질로 변환되게끔 동작한다. 이런식으로, DPA 장치는 DPA로부터 입자를 비우기 위해 기판 처리 시스템을 일시적으로 중지시킬 필요없이 포어라인을 깨끗하게 유지한다. 따라서 중요하게도, DPA의 사용이 웨이퍼 처리량을 감소시키지 않는다.
차세대용 집적 회로의 요구조건을 충족시키기 위해, 새로운 기술이 끊임없이 개발되고 연구되었다. 예를들어, 오늘날의 제조 플랜트는 통상적으로 0.25㎛, 심지어 0.18㎛의 최소 배선폭을 갖는 소자를 생산하고 있고, 미래의 플랜트는 이보다 더 작은 크기를 갖는 소자를 생산하게 될 것이다. 집적 회로 상의 소자 치수를 더욱 줄이기 위해, 반도체 산업 분야에서는 저저항성을 갖는 전도성 물질 및 저 유전 상수를 갖는 절연 물질을 개발하는데 많은 시간과 노력을 들였다. 저 유전 상수 절연 막은 상호 연결 배선의 RC 시간 지연을 줄이고, 서로 다른 금속화 수준 사이의 누화를 방지하고, 소자의 전력 소모를 줄이기 위하여, 프리메탈(premetal)유전체(PMD) 층 및 인터메탈 유전체(IMD) 층에 있어 특히 바람직하다.
이 분야에서 현재 기존의 집적 회로 제조 프로세스로 통합하려는 노력이 진행 중인 일군의 절연 막은 탄소 도핑 산화실리콘 막을 포함한다. 이와같은 탄소 도핑 산화실리콘 막을 증착하는 한 가지 방법은 유기실란 및 오존을 포함하는 처리 가스를 증착 챔버 내로 유동시키고, 막 증착 단계 동안에 기판을 100-250℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 후속하는 챔버 세정 단계는 원격 용해된 불소 원자를 챔버 내로 유동시켜 내측 챔버 벽면에 형성된 증착 물질을 제거한다. DPA 장치는 진공 펌프내의 입자 축적을 방지하기 위해 챔버의 포어라인에 연결될 수 있다.
이러한 새로운 기술을 기존의 집적 회로 제조 프로세스에 통합하는 것은 종종 해결되어야 할 새로운 이슈 또는 문제점을 야기한다. 예를들면, 연장된 작업 기간 이후에 방금 기술된 탄소 도핑 산화실리콘 막과 연관된 증착 및 세정 프로세스의 시퀀스는 DPA 내부에 에칭에 의해 제거되거나 또는 챔버 세정 단계 도중에 DPA 플라즈마를 형성함으로써 제거되지 않은 유기 폴리머 막의 형성을 초래할 수 있다. 그 대신, 본 발명자들은 유기 물질이 불소 에칭에 대해 저항성이 있음을 발견하였다.
본 발명은 탄소-도핑된 산화실리콘 또는 다른 형태의 막을 증착하는데 유기실란 가스를 사용하는 증착 프로세스에 있어서 포어라인을 청정하게 유지하고 상기 포어라인에 연결된 DPA 내에 유기 폴리머 물질이 축적되는 것을 방지 또는 적어도 최소화하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적은 프로세스를 명확히 수행하면서 달성될 수 있다. 즉, 본원 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 동작과정은 미립자 물질이 포어라인 내부에 축적되는 것을 방지하기 위해 부가적인 처리 시간을 전혀 취하지 않는다. 또한, 몇몇 실시예에서, 본 발명은 부가적인 가스 및/또는 소비성 부품을 필요로하지 않는다.
일실시예에서, 본 발명의 방법은 산소를 포함한 증착 가스가 챔버 내부로 유동하는 동안 탄소 도핑 산화실리콘 층의 증착 프로세스 중에 DPA 내부에 플라즈마를 형성함으로써 유기 물질/유기 폴리머의 축적 문제를 해소한다. 챔버로부터 DPA로 배출되는 증착 가스로부터의 산소는 플라즈마 조건 하에서, DPA 내부에 수집된 잔류물 또는 미립자 물질로부터의 탄소 원자와 쉽게 반응하여, 다른 휘발성 생성물들 중에 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O)를 형성한다. DPA로 배출된 산소는 비반응성 오존 또는 분자 산소, 산소 이온, 산소 함유 반응 부산물 및/또는 이와 유사한 것일 수 있고, 이는 챔버 세정 프로세스 중에 챔버로부터 배출된다.
이 실시예는 또한 챔버 세정 작업 도중에 DPA를 활성화시키고(즉, DPA 내부에 플라즈마를 형성하고), 정화 가스가 챔버 내로 유동하고 다양한 챔버 셋업 또는 컨디셔닝 단계가 수행되는 시간을 포함한 다른 시간에 플라즈마 형성 장치를 OFF로 스위칭한다(즉, 상기 장치 내부에서 플라즈마 형성을 중단한다). 이런식으로 세정 작업 도중 챔버로부터 배출된 에칭 가스(예를들어, 불소류)가 플라즈마 조건하에서 DPA 내부에 남아있는 물질과 반응하여, 포어라인을 청정하게 유지하고 DPA를 막을 수 있는 물질의 축적을 방지한다.
본 발명의 방법의 본 실시예의 한가지 형태는 (i) 유기실란을 포함하는 증착 가스를 기판 처리 챔버 내로 유동시키고, 배출 라인을 통해 처리 챔버로부터 하류의 플라즈마 장치로 증착 가스의 적어도 일부를 배출시키고, 다운스트림(downstream) 플라즈마 장치 내에 플라즈마를 형성하고, 그 다음 (ii) 증착 가스의 유동을 중단시키고, 플라즈마를 OFF로 변환시키고, 기판 처리 챔버내로 정화 가스를 유동시킴으로써, 기판 처리 챔버 내에 배열된 기판 위로 막을 증착하는 것을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 막 증착 단계 이후에, (i) 에천트를 기판 처리 챔버 내로 유동시키고, 배출 라인을 통해 기판 처리 챔버로부터 다운스트림 플라즈마 장치로 에천트를 배출시키고, 다운스트림 플라즈마 장치 내에 플라즈마를 형성하고, 그 다음 (ii) 에천트의 유동을 중지시키고, 플라즈마 형성 장치를 OFF로 변환시키고, 기판 처리 챔버로 정화 가스를 유동시킴으로써 챔버가 세정되어 챔버의 내측 표면으로부터 막 증착물을 제거한다.
본 발명의 다른 실시예는 산소함유 가스 또는 할로겐함유 가스를 다운스트림 플라즈마 장치 상류의 포어라인으로 또는 다운스트림 플라즈마 장치로 직접 유동시키는 것을 부가하여 DPA 내에서 유기 물질의 붕괴를 용이하게 한다. 이 실시예 중 하나에서, 챔버 세정 단계 도중에 DPA 내에 플라즈마가 형성되고, 증착 단계에서는 그렇지 않다. 이때 산소의 유동 또한 DPA나 DPA 상류의 포어라인에 직접 부가된다. 따라서, DPA 내의 플라즈마는 산소 및 세정 가스로부터 용해된 활성 종(active species)을 갖는다. 본 실시예의 한가지 형태는 오존 발생기에 의해 발생되고 증착 단계를 위해 챔버로 유동하는 오존의 유동을 챔버 세정 동안에 DPA내로 변경한다.
이 실시예와 다른 실시예에서, 플라즈마는 막 증착 단계 중에는 DPA내에 형성되나 챔버 세정 단계 중에는 형성되지 않는다. 이때, 할로겐 소스의 초과 유동이 가스 라인을 통해 DPA로 부가되고, 상기 가스 라인은 DPA에 직접 연결되거나 DPA 상류의 포어라인에 연결된다. 따라서, 증착 단계 도중에 DPA 내의 플라즈마는 막 증착 단계에서 사용된 산소 소스 및 할로겐 소스로부터 용해된 활성 종을 포함한다. 이 실시예의 한가지 형태는 DPA로 NF3을 직접 유동시킨다. 다른 형태는 원격 용해된 NF3를 DPA로 유동시킨다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예 및 그 장점과 특징은 하기의 설명과 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 기술된다.
I. 서론
본 발명은 기판 처리 챔버의 포어라인으로부터 나온 물질를 세정하는 방법을 개선하는 것이다. 본 방법은 기판 처리 챔버의 하류, 즉 기판 처리 챔버의 배출 라인에 연결된 플라즈마 형성 장치를 사용하고, 특정 챔버 작업 중에 플라즈마 형성 장치를 온 오프시켜 장치의 효율을 증가시키고 상기 장치가 포어라인내에 증착된 유기물 및 다른 물질를 제거할 수 있게 한다.
본 발명의 방법은 증착가스내에 유기실란을 사용하는 탄소 도핑 산화실리콘(Si-O-C) 증착 프로세스 또는 다른 프로세스에서 포어라인 또는 DPA가 막히는 것을 방지한다. 이런 프로세스에서, 유기 폴리머 잔류물 또는 다른 유기물은 DPA 또는 포어라인내에 축적될 수 있으며, 이들은 할로겐 에천트가 DPA를 통해서 배출될 때 DPA내에 플라즈마 형성만으로는 쉽게 제거되지 않는다. 본 방법은 특히 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 가지는 유기실란을 사용하는 증착 프로세스에 유용한데, 이는 이런 프로세스가 일반적으로 실리콘-탄소 결합없는 유기실란을 사용하는 프로세스보다 DPA내에 더 많은 유기 탄소 물질을 생성하기 때문이다.
본 발명의 방법은 챔버 배출 라인에 결합된 다양한 DPA 장치중 하나 이상을 가지는 종래 디자인의 기판 처리 챔버에 이용될 수 있다. 여기서 사용된 바와같이, DPA 또는 다운스트림 플라즈마 장치(Downstream Plasma Apparatus)는 챔버의 배출 통로에 삽입될 수 있는 장치이고 증착 입자 및/또는 잔류물을 수집해서 수집된 입자를 장치내에 형성된 플라즈마의 도움으로 휘발물질로 전환시키는데 사용될 수 있다. 용어 DPA는 상술한 미국특허 출원 제 08/741,230 호와 제 09/354,925 호에 기술한 장치만을 가르키는 것은 아니다.
II. 예시적인 반도체 처리 챔버
본 발명의 방법은 플라즈마 형성 장치를 가진 여러 반도체 처리 장치와 연관하여 사용될 수 있다. 이러한 장치 중 한 적합한 장치인, 화학 기상 증착 기계가 도 1에 도시되어 있으며, 도 1은 평행판 화학 기상 증착 시스템(10)의 간단한 단면도이다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시할 수 있는 예시적인 화학 기상 증착(CVD) 시스템(10)의 간단한 다이어그램이다. 이 시스템은 리플로우(reflow), 드라이브-인(drive-in), 세정, 에칭 및 게터링 프로세스와 같은 여러 다른 프로세스 뿐만아니라 열적 서브-분위기 CVD(SACVD)를 수행하는데 적합하다. 다 단계 프로세스는 또한 챔버로부터 기판을 제거하지 않고 싱글 기판 또는 웨이퍼상에서 수행될 수 있다. 시스템의 주요 부품은 여러개중에서, 가스 전달 시스템(20)으로부터 처리 가스 및 다른 가스를 수용하는 진공 챔버(15), 진공 시스템(25), 원격 플라즈마 시스템(30)과 제어 시스템(35)을 포함한다. 이들 및 다른 부품은 아래에 보다 상세히 기술되어 있다.
CVD 장치(10)는 가스 반응 영역(16)을 가진 진공 챔버(15)를 이루는 엔클로저 조립체(37)를 포함한다. 가스 분배판(21)은 정화가스와 같은 반응 가스 및 다른 가스들을 천공홀을 통해서 수직으로 이동가능한 가열기(26)(또한 웨이퍼 지지 받침대로 언급됨)상에 놓여 있는 웨이퍼(도시 않음)를 향해 분산시킨다. 가스 분배판(21)과 웨이퍼사이는 가스 반응 영역(16)이다. 가열기(26)는 예를 들어 웨이퍼가 로드 또는 언로드될 수 있는 하부 위치와 점선 13으로 도시한 가스 분배판(21)에 아주 인접한 처리 위치사이로 제어가능하게 이동되거나 또는 에칭 또는 세정 프로세스와 같은 다른 목적을 위해 다른 위치로 제어가능하게 이동될 수 있다. 중앙 보드(도시 생략)는 웨이퍼의 위치 정보를 제공하기 위한 센서를 포함한다.
가열기(26)는 세라믹내에 들어 있는 전기 저항 가열 요소(도시 생략)를 포함한다. 세라믹은 챔버의 잠재적인 부식 환경으로부터 가열 요소를 보호하고 가열기가 약 800℃까지의 온도에 도달하도록 허용한다. 예시적인 실시예에서, 진공 챔버(15)에 노출된 가열기(26)의 모든 표면은 산화알루미늄(Al2O3 또는 알루미나) 또는 질화알루미늄과 같은, 세라믹 물질로 만들어진다.
반응 가스 및 캐리어 가스는 가스 전달 시스템(20)으로부터 공급 라인(43)을 통해 가스 혼합 박스(또한 가스 혼합 블록으로도 불림)(44)로 공급되며, 혼합 박스에서 가스들은 함께 혼합되어 가스 분배판(21)에 전달된다. 가스 전달 시스템(20)는 당업자가 알고 있듯이 챔버(15)에 각 소스의 선택된 량을 전달하기 위해 다양한 가스 소스와 적절한 공급 라인을 포함한다. 일반적으로, 각 가스의 공급 라인은 관련 라인으로의 가스의 흐름을 자동 또는 수동으로 차단하는데 사용될 수 있는 차단 밸브와, 공급 라인을 통해서 가스 또는 액체의 흐름을 측정하는 질량 유동 제어기 또는 다른 형태의 제어기를 포함한다. 시스템(10)에 의해 동작되는 프로세스에 따라서, 약간의 소스는 실제로 가스보다는 트리메틸실란(TMS) 또는 테트라메틸실란(T4MS)과 같은 액체 소스일 수 있다. 액체 소스가 사용되면, 가스 전달 시스템은 액체를 기화시키기 위해서 액체 분사 시스템 또는 다른 적절한 기계(예, 버블러)를 포함한다. 그리고 나서 액체로부터 나온 기체는 당업자가 알고 있듯이 통상적으로 캐리어 가스와 혼합된다. 가스 전달 시스템은 또한 오존이 시스템(10)에서 수행되는 프로세스에 의해 요구될 때 산소분자의 공급으로 오존을 발생하기 위한 오존 발생기를 포함할 수 있다.
가스 혼합 박스(44)는 처리 가스 공급 라인(43)과 세정/에칭 가스 도관(47)에 결합된 이중 입력 혼합 블럭이다. 밸브(46)는 가스 도관(47)으로부터 가스 혼합 블럭(44)까지 가스 또는 플라즈마를 허용 또는 밀봉하도록 동작한다. 가스 도관(37)은 입력 가스를 수용하기 위한 입구(57)을 가진, 일체형 원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30)으로부터 가스를 수용한다. 증착 처리 동안, 판(21)에 공급된 가스는 웨이퍼 표면을 향해 배출되며(화살표 23으로 도시한 바와 같이), 이 경우 가스는 층상 흐름으로 웨이퍼 표면의 방사방향으로 균일하게 분배될 수 있다.
정화 가스는 가스 분배판(21) 및/또는 입구 포트 또는 튜브(도시 생략)로부터 엔클로저 조립체(37)의 바닥 벽을 통해서 진공 챔버(15)로 전달될 수 있다. 챔버(15)의 바닥으로부터 도입된 정화 가스는 입구 포트로부터 상향으로 가열기(26)을 지나서 환형 펌핑 채널(40)까지 흐른다. 진공 시스템(25)은 챔버(15)로부터 (화살표 24로 도시한 바와 같이) 배출 라인(포어라인)(60)을 통해서 가스를 펌프하는 진공 펌프(35)를 포함한다. 배출 가스 및 그 함유 입자가 배출 라인(60)을 통하여 고리형 펌핑 채널(40)으로부터 유출되는 속도는 드로틀 밸브 시스템(63)에 의하여 제어된다.
원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30)은 챔버 세정 또는 프로세스 웨이퍼로부터 천연 산화물 또는 잔류물의 에칭과 같은, 선택된 적용분야에 대해 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 입력 라인(57)을 경유하여 공급된 프리커서(precursor)로부터 원격 플라즈마 시스템(30)에서 생성된 플라즈마 종은 분산을 위하여 도관(47)을 경유하여 가스 분배판(20)을 통해 진공 챔버(15)로 전달된다. 원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30)은 챔버를 따라 챔버(15) 위에 배치되는 게이트 밸브(46) 및 가스 혼합 박스(44)로 상승하는 도관(47)을 구비한 챔버(15) 아래 통합적으로 배치 및 장착된다. 세정분야용 프리커서 가스는 불소, 염소 및/또는 다른 반응 원소들을 포함할 수 있다. 원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30)은 막 증착 프로세스 동안 적절한 증착 프리커서 가스가 원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30)으로 유동하는 증착 CVD 막에 적용될 수 있다.
증착 챔버(15) 및 배출 통로와 같은 주위 구조체의 벽의 온도는 챔버의 벽 내의 채널(도시안됨)을 통하여 열 교환 액체를 순환시킴으로써 제어될 수 있다. 열 교환 액체는 원하는 효과에 따라 챔버 벽을 가열 또는 냉각하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 고온 액체는 열 증착 프로세스 동안 균일한 열 구배를 유지할 수 있는 반면, 냉각 액체는 인 시츄 플라즈마 프로세스 동안 시스템으로부터 열을 제거하거나, 챔버의 벽에 증착 생성물이 형성되는 것을 제한하기 위하여 이용될 수 있다. 또한 가스 분배 매니폴드(21)는 열 교환 통로(도시안됨)를 가진다. 통상적인 열 교환 유체는 수성 에틸렌 글리콜 혼합물, 유성 열 전달 유체, 또는 유사한 유체이다. 이 가열은 "열 교환기"에 의한 가열로서 지칭되며, 바람직하지 않은 반응 생성물의 응축을 유익하게 감소시키거나 제거시키며, 가스의 유동이 없는 기간 동안 냉각 진공 통로의 벽에 응축되며 처리 챔버내로 다시 이동되는 경우 프로세스를 오염시킬 수 있는 오염물 및 처리 가스의 휘발성 생성물의 제거를 개선한다.
시스템 제어기(35)는 증착 시스템의 활동 및 동작 변수를 제어한다. 시스템 제어기(35)는 컴퓨터 프로세서(50) 및 프로세서(50)에 결합된 컴퓨터 판독가능 메모리(55)를 포함한다. 프로세서(50)는 메모리(70)에 저장된 컴퓨터 프로그램(58)과 같은 시스템 제어 스프트웨어를 실행한다. 메모리(70)는 하드 디스크 드라이브인 것이 바람직하지만 판독 전용 메모리(read-only memory) 또는 플래시 메모리(flash memory)와 같은 다른 종류의 메모리일 수 있다. 또한 시스템 제어기(35)는 플로피 디스크 드라이브(도시안됨)를 포함한다.
상기의 반응기 설명은 주로 도식적인 목적을 위한 것이며, 본 발명의 방법은 플라즈마 강화(PECVD) 장치, 전자 사이클로트론 공진(ECR) 플라즈마 CVD 장치, 유도 결합된 RF 고밀도 플라즈마 CVD 장치, 또는 그밖에 유사한 것과 같은 다른 CVD 장치와 이용될 수 있다.
챔버(15)의 포어라인(60)에는 DPA 장치(100)가 연결된다. 전술된 바와 같이, DPA(100)는 수집된 입자가 축척되고 진공 펌프(35)를 막지 않도록 챔버(15)로부터 배출된 입자를 모으며 모아진 입자를 포어라인을 통하여 펌핑될 수 있는 휘발성 생성물로 변환시킨다. 도 2a 내지 2c에는 포어라인내의 잔류물 및 입자 축적을 방지하기 위하여 본 발명의 방법이 이용가능한 일 예의 포어라인 세정 장치의 일 실시예가 도시된다. 도 2a는 도어가 제거된 DPA(100)의 전면 사시도이며, 도 2b는 DPA(도어가 제거된)의 전면 평면도이며, 도 2c는 전기회로로서 DPA(100)를 보여주는 개략적인 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, DPA(100)는 유입구(102) 및 유출구(104)(도 2b 참조)를 포함한다. 유입구(102) 및 유출구(104) 사이에는 한쌍의 대향하는 알루미늄 전극, 음극(cathode; 108) 및 양극(anode; 110)(도 2a 참조)에 의하여 형성된 유체 도관(106)(가스 통로)이 있다. DPA(100)는 결합 메카니즘(112 및 114)(도 2a)을 통하여 포어라인(또는 처리 챔버에 직접 연결된다.)에 연결된다. 예를 들면, 일 실시예에서 DPA(100)는 결합 메카니즘(112)에 의하여 챔버 배출구에 직접 연결되며 포어라인의 초기부는 결합 메카니즘(114)에서 DPA에 연결된다. 기판 처리 챔버로부터 포어라인으로 배출된 가스 및 미립자 물체는 유입구(102)를 통하여 DPA(100)내로 통과한다. 가스는 그때 유출구(104)로부터 배출된다.
제거가능한 알루미늄 도어(도시안됨)는 알루미늄 뒤판(도시안됨)을 따라 가스 통로(106)를 둘러싼다. 알루미늄 도어 및 뒤판은 전극(양극)(110)에 전기적으로 결합된다. 도어 및 뒤판과 함께 전극(108 및 110)은 DPA(100)내로 배출된 가스가 배출되는 것을 방지하는 밀폐된 진공 챔버(유체 도관(106)를 형성한다. 도어 및 뒤판은 화살표(120)(도 2(b))에 의하여 표시된 가스 유동 통로 외부로 DPA를 통하여 배출된 가스가 이동되는 것을 방지하는 시일(seal)을 형성하기 위하여 전극과 접촉하는 세라믹 절연판(도시안됨)을 각각 포함한다.
전극(108 및 110)은 음극 리테이너로서 지칭되는 4개의 절연 플러그(일 실시예에서 세라믹으로 제작된)(122)(도 2a)에 의하여 서로 전기적으로 분리된다. 도면에 도시된 바와 같이, 전극(108 및 110)은 음극 리테이너의 부분을 수용하기 위하여 전극들 내부에 기계가공된 홈을 가진다. 두 개의 음극 리테이너(122)는 도면에서 DPA의 전방 측부에 도시되며 나머지 두개는 DPA의 뒤면상에 유사하게 배치된다. 음극 리테이너(122)는 가스 통로(106)의 전체 폭을 연장하지 않음으로써 통로를 통한 가스 유동을 제지하지 못한다.
DPA에서의 가스 유동은 화살표(120)(도 2(b))에 의하여 표시된 바와 같이 유체 도관(106)을 따른다. 유체 도관(106)은 두개의 거울상 가스 유동 통로를 포함한다. 음극(108)의 돌출된 부분(유동 분리기(124);도 2b 참조)은 유출 가스를 두개의 유동 통로중 하나로 향하게 한다. 가스 유동의 거의 절반이 DPA(100)의 왼측면상의 통로를 향하여 전환되는 반면, 나머지 절반은 상기 장치의 우측면을 향하여 전환된다.
유체 도관(106)은 유출가스 스트림에 존재하는 입자, 예를 들어 기판 증착 또는 다른 형태의 처리 단계 중에 발생된 입자를 수집 및 잡기 위하여 중력에 부분적으로 의존하는 입자 수집 영역(130)을 포함하는 미로/나선형 통로이다. 각각의 입자 수집 영역(130)은 DPA로부터 입자를 끌어들이는 유출 가스 유동 통로에도 불구하고 중력에 의하여 "U"형 부분의 바닥 영역내에 입자가 수집 및 유지되도록 위치되는 가스 통로의 "U"형 부분이다. 가스 유동은 도 2b에 도시된 바와 같이 음극(108) 또는 양극(110)의 돌출 핑거부(132)에 의하여 각각의 "U" 형 부분을 통하여 향한다. 이 입자 수집 영역(130)은 전체적으로 중력 또는 기계적 트랩으로서 지칭된다.
전극(108 및 110)은 평행판 플라즈마 발생 시스템 및 정전기적 입자 수집기를 형성한다. 정전기적 입자 트랩의 부분으로서, DC 전력은 전극(108)으로 인가되는 반면 전극(110)은 전기적으로 하전된 배출된 미립자 물체를 끌어들이기 위하여 접지된다. 인가된 DC 전력은 하나의 전극상에서 DPA를 통하여 (+)로 하전된 배출 입자를 끌어들이며 다른 전극상에서 (-)로 하전된 입자를 끌어들이는 전압장을 형성한다. 접지됨으로써, 전극(110)은 RF 실딩을 위한 패러데이 케이지(Faraday cage)로서 작용한다. 플라즈마 발생 시스템의 부분으로서, RF 전력은 전극(108)에 인가된다. 적용된 RF 전력은 DPA를 통과하는 유출 가스로부터 플라즈마를 형성하며 중력 트랩 영역(130)에 또는 전극(108 및 110)의 표면을 따라 수집된 입자 및 잔류물를 에칭한다.
도 2c는 전극(108,110)을 포함하는 전기 회로를 나타내는 다이아그램이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 전극(105)은 직류 발전기(140) 및 RF 발전기(142)에 접속되는 한편, 전극(110)은 접지된다. 직류 발전기(140)는 정전 트랩에 의해 요구되는 직류 전압을 공급하고, RF 발전기(142)는 플라즈마를 형성하도록 RF 전압을 공급한다. RF 매치 회로(match circuit)(144)는 반사 전력을 최소화하도록 발전기 출력 임피던스를 50Ω에 맞추고, DC/RF 필터(저통과 RC 필터)(146)는 RF 신호 간섭으로부터 직류 전원 공급장치(140)를 분리시킨다.
DPA(100)를 통과 및/또는 DPA(100) 내측에 증착되는 물질의 완전한 반응을 확보하기 위해, 플라즈마 형성 및/또는 유지하기에 충분한 레벨에서 RF 전원 공급장치(예컨대, RF 발전기(142))에 의해 DPA(100)가 구동된다. 일반적으로, 50 내지 2000 와트(Watts) 사이 또는 그 이상의 전력 레벨이 음극의 표면적 및 원하는 플라즈마의 강도에 따라 이용될 수 있다. DPA(40)를 구동하는 전력 공급장치는 약 50 KHz 내지 약 200 MHz 이상의 주파수 범위에서 동작되며, 바람직하게는 약 50 KHz 내지 약 60 MHz의 범위에서 동작된다. 일반적으로, 저주파수 전력 공급장치는 고주파수 전력 공급장치 보다 구매 및 동작에 있어서 저렴하다. 따라서, 어떤 실시예에서, DPA(40)를 구동하는 전력 공급장치는 325 KHz 이하의 RF 주파수를 제공하도록 설계된다. 그러나, 다른 실시예는 증착 챔버 내측의 전극에도 접속되는 13.576 MHz 전력 공급장치를 이용하여 DPA를 구동한다.
전술한 바와 같이, DPA 내에 배출된 유출 가스로부터 플라즈마를 형성 및/또는 유지하도록 RF 에너지가 전극(56)에 인가된다. 상술한 하나 이상의 기판 처리 단계로부터 DPA 내측에 트랩된 입자 및 잔여물과 플라즈마의 구성 성분이 반응한다. 본 발명의 방법은 기판 처리 시스템(10)이 동작하는 동안에 이러한 플라즈마를 형성하기 위해 선택적으로 RF 에너지 응용 분야에 적용된다. DPA(100)의 타이밍 측면의 제어(예컨대, RF 전력 공급장치(102) 및/또는 직류 전력 공급장치(100)의 온(ON)/오프(OFF) 전환)는 일반적으로 도 1에 나타낸 제어 라인(65) 상에 보내진 제어 신호의 인가를 통해 프로세서(50)에 의해 실행된다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 이러한 제어 라인은 이러한 구성의 DPA(100)에 접속된다.
Ⅲ. 본 발명에 따른 다운스트림 플라즈마 장치의 동작
본 발명의 방법은 확장된 웨이퍼가 동작한 후에 유기 폴리머 또는 유사한 물질가 DPA 내부에 형성될 수도 있는 다른 막 및 Si-O-C의 증착 동안 챔버의 포어라인을 청정하게 유지하도록, 상기한 전형적인 화학 기상 증착 시스템(10) 및 전형적인 DPA(10)와 같은 기판 처리 챔버 및 DPA와 이용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명가는 이러한 Si-O-C 증착 프로세스가 종래의 불소 에칭 플라즈마를 이용하여 제거하는 것이 어려운 유기 잔류물을 DPA, 또는 포어라인 내측에 남길 수도 있다는 것을 발견했다.
도 3은 트리메틸실란(TMS)/오존 탄소가 도핑된 산화실리콘 막 증착 프로세스에서 기판 처리 챔버의 포어라인을 청정하게 유지하는데 이용된 본 발명의 방법의 일실시예를 나타낸다. 트리메틸실란/오존 막 증착 프로세스의 도시는 전형적인 목적만을 위한 것이다. 본 발명은 트리메틸실란보다 유기실란 소스를 이용하는 탄소가 도핑된 산화실리콘 막 증착 프로세스를 포함하는 여러 상이한 막 증착 프로세스에서 입자 축적 및 잔류물 형성을 방지하는데 이용될 수 있다. 다른 유기실란 소스의 어떤 실시예는 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 가지는 소스를 포함하고, 그 외 메틸실란, 디메틸실란(DMS), 테트라메틸실란(T4MS) 및 페닐메틸실란을 포함한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 우선 기판은 기판 증착 챔버(15)로 이동한다(단계 200). 다음에 증착 가스(TMS, 오존 및 헬륨 캐리어 가스)가 챔버 내에 유입되고 DPA(100)가 가동되어 증착 가스로부터 플라즈마가 형성되고, 동시에 이러한 증착 가스 및 반응 부산물이 DPA를 통하여 배출된다(단계 205). 막 증착이 완성된 후, 기판은 챔버 외부로 이동되고 DPA(100) 내에 있는 플라즈마는 오프상태로 전환된다(단계 210).
챔버가 인 시츄 세정 작업에서 세정될 시간이라면(단계 215), 세정 단계(220)가 시작된다. 그러한 시간이 아니라면, 다음 기판이 챔버 내로 이동되고(단계 200) 증착 프로세스가 반복된다. 본 발명의 어떤 실시예에서, 모든 기판 증착 단계 이후에 챔버가 세정된다. 따라서, 결정 단계(215)는 이러한 실시예에서 불필요하다.
세정 단계(220)는 챔버 벽 및 챔버(15) 내부의 다른 부품 상에 축적되는 불필요한 증착 물질를 제거하기 위해, NF3 소스 가스로부터 챔버(15) 내로 원격 용해된 불소 원자(원격 플라즈마 시스템(30)으로부터)를 유동시킨다. 일 실시예에서, 단계(220) 동안 챔버(15) 내로 유동하는 가스는 원격 플라즈마 시스템(30)을 통하여 흐르는 산소 및 헬륨 분자 유동을 포함한다. 에칭/세정 가스가 챔버(15)로부터 배출된 후 에칭/세정 가스로부터 DPA 내에 플라즈마가 형성되도록 DPA(100)는 단계(220) 동안 온으로 돌아간다. 단계(220)가 완성된 후 DPA(100)가 오프되는 한편, 단계(200)에서 다음 기판이 챔버(15) 내로 이동된다.
원격 불소 세정(단계 220)이 증착 챔버 내에 형성되는 산화실리콘 잔류물을 제거하는데 있어 효과적이지만, 트리메틸실란/오존 프로세스 동안 DPA 내에 형성될 수 있는 탄화수소(C-C 및 C-H 화합물) 및 플루오로탄소(C-Fx 화합물)를 포함하는 유기 물질를 제거하는 데에는 완전하게 효과적이지 못하다는 것을 본 발명가는 발견했다. 또한, 본 발명가는, 증착 단계(205) 동안 챔버(15)를 통하여 오존 또는 다른 산소 소스가 흐르게 되면서 DPA(100)가 온되어, DPA 내에 있는 플라즈마로부터의 산소가 DPA 내에 형성될 수도 있는 탄소 수소화물 및 다른 탄소 화합물과 반응하게 한다는 것을 발견했다. 이러한 반응의 부산물, CO, CO2 및 H2O는 배출되어 펌프(35)를 방해하지 않고 포어라인을 통하여 DPA 장치로부터 펌핑될 수 있는 휘발성 생성물이다. 그 후, DPA 내에 잔존하는 소정의 잔류물은 단계(220) 동안 불소(또는 챔버 세정 화학물에 따라 다른 할로겐 원소) 플라즈마를 거친다. 증착 단계(205) 및 세정 단계(220) 사이에서 DPA(100)를 오프함으로써 전력 및 DPA와 관련된 다른 동작 비용이 절감된다.
하기에 설명하는 바와 같이, DPA(100)의 온 및 오프는 전극(108,110)에 RF 전력을 인가하여 DPA 내측에 플라즈마를 형성함을 나타내는 것이며, 직류 발전기(140)를 이용하여 정전 트랩의 온 또는 오프를 나타내는 것은 아니다. 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이, DPA 장치(100)는 정전 트랩이 연속하여 온되는 한편 전력이 DPA에 공급되도록 구성된다. 그러나, 도 3에 관련하여 설명한 트리메틸실란/오존 증착 프로세스에 의해 발생된 입자는 일반적으로 전기적으로 하전되지 않음을 본 발명가는 발견했다. 따라서, 정전 트랩을 포함하지 않는 다른 DPA 장치는 본 발명과 함께 효과적으로 이용될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 상이한 플라즈마 형성 기술, 예컨대 유도 또는 마이크로 웨이브 에너지를 이용하는 DPA 장치가 채택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 챔버(15) 내로의 가스 유동에 근거한 증착 및 챔버 세정 단계(205 및 220) 내에서 DPA(100)가 온 및 오프된다. 도 4는 도 3에 나타낸 증착 단계(205)의 일실시예를 나타내는 플로우차트이다. 도 4에서, 증착 단계(205)는 챔버 압력을 80torr의 원하는 압력 레벨까지 상승시키기 위해 DPA(100)가 온되지 않고 산소(5000 sccm) 및 헬륨(8000 sccm) 가스 분자 유동의 개시로 증착 단계(205)가 시작된다. 원하는 챔버 압력이 도달된 후 DPA(100)는 음극(110)(단계305)에 800W의 RF 전원을 인가하여 동작된다. 막 증착은 그 후 산소 유동을 5000 sccm의 15% 오존으로 희석된 산소 유동으로 교체하고 증착 가스(단계 310)에 225 sccm TMS 유동을 첨가하여 개시된다(단계 310). 증착 단계(310)는 원하는 막 두께에 도달될 때까지 유지되고나서, TMS 유동은 멈춘다(단계 315). 그리고나서 증착 단계(205)는 DPA를 끄고, 오존 유동을 멈추고 헬륨의 유동이 증착 가스들의 챔버 (15)를 세정하하도록 허용함으로써 완성된다.
도 5는 도 3에 도시된 챔버 세정 단계(220)의 일 실시예를 설명하는 플로우차트이다. 도 5에서, 세정 단계(220)는 짧은 유동의 NF3(10 sccm)와 N2(850sccm)를 원격 마이크로파 플라즈마 시스템(30) 안으로 넣고 챔버(15)로 통하는 것으로 시작한다(단계 350). 다음에, 500sccm 헬륨 유동이 세정 가스에 첨가되고, 원격의 플라즈마 시스템(30)에서 플라즈마가 형성되고 13.56MHz에서 700와트의 고주파 전원을 이용하는 DPA(100) 안에서 플라즈마가 형성된다(단계 355). NF3 유동은 950 sccm까지 증가되고 N2 유동은 챔버 세정 단계(360) 동안 500 sccm의 분자 산소 유동으로 대체된다. 종결점 검출이나 고정 시간에 기초한 챔버 세정 프로세스의 완성 후에 헬륨과 산소 유동이 각각, 챔버(15)를 정화하도록 8000 및 5000 sccm으로 세팅되는 동안, NF3 유동은 중지되고 원격 플라즈마 시스템(30)의 플라즈마는 스위치 오프되고 DPA(100)은 스위치 오프(단계 365)된다.
몇몇의 실시예들에서 증착 단계(205)는 다양한 선증착이나 후증착 처리 단계들을 포함할 수 있다. 예컨대, 증착 단계(205)는 하부 메타 라인들에 대한 층의 접착성을 개선하기 위해 TMS/오존 층의 증착 전에 기판을 수소 플라즈마에 노출시키는 선증착 처리 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가하여, 증착 단계(205)는 증착된 TMS/오존 층을 조밀화시키기 위해 기판을 질소 플라즈마에 노출시키는 후처리 단계를 포함할 수 있다. DPA(100)가 이러한 단계동안 소자 내에 플라즈마를 형성하도록 켜질 수 있는 반면, 주로 양호한 실시예들은 이러한 시간동안 전력을 보존하기 위해 DPA를 오프된 채로 남긴다. 설험들은 증착 단계(205) 및 세정 단계(220) 동안 DPA 내에 플라즈마를 형성하는 것이 DPA 내에 축적되는 증착물이 DPA를 막거나 그렇지 않으면 그 수행을 감소시키는 것을 방지하기에 충분하다는 것을 증명하였다. 또한, 증착된 TMS/오존 층이 증착 챔버 안에서 인 시츄 경화 단계를 거친다면, 일반적으로 양호한 실시예들은 경화 단계 동안 DPA를 스위치 오프한다.
본발명의 다른 실시예들은 오직 하나의 증착이나 세정 단계들에서 플라즈마를 형성한다. 이러한 실시예들에서, 첨부된 가스의 유동은 플라즈마를 형성하는 동안 DPA 안의 유기 물질의 절연파괴를 촉진하도록 DPA에 첨가된다. 예컨대, 플라즈마가 막 증착 단계 동안 DPA에 형성되는 일 실시예에서 그 시간 동안 할로겐 소스의 여분의 유동이 DPA에 직접 연결되거나 DPA의 포어라인의 상류에 연결하는 가스 라인을 통해 DPA에 첨가된다. 그래서 증착 단계 동안 DPA 안의 플라즈마는 막 증착 단계에서 이용된 할로겐 소스와 산소 소스로부터 분리되는 활성 종을 포함한다. 이 실시예의 한 변형은 NF3를 직접 DPA에 유동시킨다. 또다른 변형은 DPA에 원격 용해된 NF3를 유동시킨다.
또다른 실시예에서 산소의 유동은 챔버 세정 단계 동안 DPA에 직접 또는 DPA의 포어라인의 상류에 직접 첨가된다. 그래서, 세정 단계 동안 DPA 안에 플라즈마가 형성될 때, 플라즈마는 산소와 세정 가스로부터 분리된 활성 종들을 포함한다. 일 실시예의 한 변형에서, DPA에 첨가된 산소는 막 증착 단계 동안 오존을 발생시키 위해 사용되는 오존 발생기로부터 오존으로 희석된 산소 유동이다. 이런 오존 발생기들은 전형적으로 안정한 오존의 유동을 유지하고 사용되지 않는 오존(증착 단계용으로 불필요한 오존)을 제거 유닛에 보내기 위해 오존을 계속하여 생산한다. 이러한 실시예들은 DPA 안의 유기 물질을 가스들로 전환시키는 것을 촉진하기 위해 몇몇이나 모든 이용되지 않는 오존을 DPA에 보낼 수 있다.
DPA에 첨가될 수 있는 산소의 유동은 다른 것들중, 분자 산소, 오존 및 아질산 산화물을 포함한다. DPA에 첨가될 수 있는 할로겐 유동은 NF3, F3, C2F6, C3F8 및 다른 공지된 산화실리콘 에천트들을 포함한다. 특정한 실시예들에서 DPA에 산소 및/또는 할로겐의 추가적인 유동을 첨가하고 증착과 세정 단계들 동안 DPA 안에서 플라즈마를 형성하는 것이 또한 가능하다.
도 5에 관하여 도시되고 기술된 가스 유량은 어플라이드 머티어리얼스사에 의해 제조된 기가필(Gigafill) 챔버에서 처리 가동될 때 최적화되고 200 mm 와이퍼들용으로 준비된다. 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 처리 가스 내의 다양한 프리커서 가스들이 도입되는 속도는 부분적으로 챔버에 특별하고 다른 설계 및/또는 부피의 챔버가 사용되는가에 따라 변한다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시예를 기재하였지만, 본 발명에 따른 진공 라인으로부터 미립자 물질을 제거하는 다른 균등하거나 대안적인 방법들이 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자들에게는 명백할 것이다. 예컨대, 본발명이 탄소 도핑된 산화실리콘 증착 프로세스와 관련하여 주로 기술되었지만, 발명자들은 증착 가스에 유기실란을 사용하고 포어라인에서 유기 물질을 형성하는 어떤 증착 프로세스에서 포어라인 세정을 개선하기 위해 본 발명이 이용될 수 있다고 믿는다. 이해된 명백한 변화들과 변형들을 따르는 이러한 균등예와 대안예들은 본발명의 사상안에 포함되도록 의도된다.
전술한 바와 같이, 탄소-도핑된 산화실리콘 또는 다른 형태의 막을 증착하는데 유기실란을 사용하는 증착 프로세스에 있어서 포어라인을 청정하게 유지하고 상기 포어라인에 연결된 DPA 내에 유기 폴리머 물질이 축적되는 것을 방지 또는 적어도 최소화하는 방법이 제공된다.

Claims (19)

  1. 기판 처리 챔버를 동작시키는 방법으로서,
    상기 기판 위에 층을 증착시키는 막 증착 단계 동안 유기실란을 포함하는 증착 가스를 상기 챔버 내로 유입시키는 단계;
    상기 챔버의 내벽들에 증착된 물질을 제거하는 챔버 세정 단계 동안 에천트를 상기 챔버 내로 유입시키는 단계;
    상기 챔버로부터 유출 스트림을 수용하도록 유체 결합된 다운스트림(downstream) 플라즈마 장치로 산소 소스 및/또는 산소-함유 부산물들을 유입시키는 동시에 상기 다운스트림 플라즈마 장치내에 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    할로겐 소스 및/또는 할로겐-함유 부산물들을 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입시키는 동시에 상기 다운스트림 플라즈마 장치내에 플라즈마를 형성하는 단계
    를 포함하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 상기 산소 소스 및/또는 산소-함유 부산물들은 상기 막 증착 단계 동안 상기 챔버로부터 배출되며,
    상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 상기 할로겐 소스 및/또는 할로겐-함유 부산물들은 상기 챔버 세정 단계 동안 상기 챔버로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 소스 및/또는 산소-함유 부산물들은 상기 챔버로 유입되지 않고 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 분자 산소, 질소 산화물 또는 오존의 유동(flow)이며,
    상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 상기 할로겐 소스 및/또는 할로겐-함유 부산물들은 상기 챔버 세정 단계 동안 상기 챔버로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산소 소스 및/또는 산소-함유 부산물들은 상기 챔버 세정 단계 동안 오존 발생기로부터 생성되고 상기 챔버로부터 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 전달되는 오존의 유동인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 상기 산소 소스 및/또는 산소-함유 부산물들은 상기 막 증착 단계 동안 상기 챔버로부터 배출되며, 상기 할로겐 소스 및/또는 할로겐-함유 부산물들은 상기 챔버로 유입됨이 없이 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 유입되는 할로겐-함유 가스의 유동인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 가스는 탄소, 실리콘 및 산소의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 가스는 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 갖는 유기실란 및 오존을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에천트는 상기 기판 처리 챔버와 동작가능하게 결합된 원격 플라즈마 시스템내에서 할로겐 소스 가스로부터 용해되는 이온들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에천트는 상기 기판 처리 챔버와 동작가능하게 결합된 원격 플라즈마 시스템내에서 질소 트리플루오라이드(trifluoride) 및 산소를 포함하는 기체 혼합물로부터 용해되는 이온들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  10. 배출 라인에 연결된 다운스트림 플라즈마 장치를 갖는 기판 처리 챔버의 배출 라인내에서 입자 또는 잔류물 축적을 최소화하는 방법으로서,
    (a) 유기실란을 포함하는 증착 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유입시키고, 상기 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 증착 가스의 적어도 일부를 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 배출시키며, 상기 다운스트림 플라즈마 장치내에서 플라즈마를 형성한 다음,
    상기 증착 가스의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 장치의 플라즈마를 턴오프시키며, 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써,
    상기 기판 처리 챔버에 배치된 기판 위에 막을 증착하는 단계; 및
    (b) 에천트를 상기 기판 처리 챔버로 유동시키고, 상기 에천트를 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 배출시키며, 상기 다운스트림 플라즈마 장치내에서 플라즈마를 형성한 다음,
    상기 에천트의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 장치의 플라즈마를 턴오프시키며, 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써,
    상기 기판 처리 챔버의 내측으로부터 막 증착물을 제거하는 단계
    를 포함하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착 가스는 탄소, 실리콘 및 산소의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 막 증착 단계와 막 제거 단계 사이에 인 시츄 경화 단계를 더 포함하고, 상기 막 경화 단계 동안에는 상기 다운스트림 플라즈마 장치내에 플라즈마가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 위에 막을 증착하는 단계 이전에 수소 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
  14. 기판 처리 챔버로부터 배출된 입자 및 잔류물 중 적어도 하나를 휘발성 물질로 변환시키도록, 상기 챔버의 배출구에 연결된 다운스트림 플라즈마 장치를 갖는 형태의 기판 처리 챔버를 동작시키는 방법으로서,
    (a) 기판을 상기 기판 처리 챔버로 이송시키는 단계;
    (b) 유기실란 및 오존을 포함하는 증착 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시키고, 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 상기 증착 가스의 적어도 일부를 배출시키며, 상기 다운스트림 플라즈마 장치 내에서 플라즈마를 형성한 다음,
    상기 증착 가스의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 장치내의 플라즈마를 턴오프시키며, 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써,
    상기 기판 위에 탄소-도핑된 산화실리콘 막을 증착하는 단계;
    (c) 상기 기판을 상기 기판 처리 챔버 외부로 이송시키는 단계; 및
    (d) 상기 기판 처리 챔버와 동작가능하게 결합된 원격 플라즈마 시스템내에서 불소 소스를 포함하는 기체 혼합물로부터 용해되는 불소 이온들을 상기 기판 처리 챔버로 유동시키고, 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 불소 이온들을 상기 다운스트림 플라즈마 장치로 배출시키며, 상기 다운스트림 플라즈마 장치 내에서 플라즈마를 형성한 다음,
    상기 불소 이온들의 유동을 중지시키고, 상기 다운스트림 플라즈마 장치내의 플라즈마를 턴오프시키며, 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써,
    상기 기판 처리 챔버의 내측으로부터 막 증착물을 제거하는 단계
    를 포함하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기실란은 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기실란은 TMS인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  17. 배출 라인에 연결된 플라즈마 형성 장치를 갖는 기판 처리 챔버의 배출 라인 내에서 입자 또는 잔류물 축적을 최소화하는 방법으로서,
    (a) (i) 유기실란 및 오존을 포함하는 증착 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유입시키고, (ⅱ) 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 증착 가스를 상기 플라즈마 형성 장치로 배출시키며, (ⅲ) 상기 플라즈마 형성 장치 내에 플라즈마를 형성하고, (ⅳ) 상기 증착 가스의 유동을 중지시키고 상기 플라즈마 형성 장치를 턴오프시키며, 그 다음 (ⅴ) 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써, 상기 기판 처리 챔버에 배치된 기판 위에 막을 증착하는 단계;
    (b) 상기 기판을 상기 기판 처리 챔버 외부로 이송시키는 단계; 및
    (c) (ⅰ) 상기 기판 처리 챔버로 에천트를 유동시키고, (ⅱ) 상기 기판 처리 챔버로부터 배출 라인을 통해 상기 에천트를 상기 플라즈마 형성 장치로 배출시키며, (ⅲ) 상기 플라즈마 형성 장치 내에 플라즈마를 형성하고, (ⅳ) 상기 에천트의 유동을 중지시키고 상기 플라즈마 형성 장치를 턴오프시키며, 그 다음 (ⅴ) 정화 가스를 상기 기판 처리 챔버로 유동시킴으로써, 상기 기판 처리 챔버의 내측으로부터 막 증착물을 제거하는 단계
    를 포함하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 위에 증착된 층은 탄소-도핑된 산화실리콘 층인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버의 동작 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 위에 증착된 층은 탄소-도핑된 산화실리콘 층인 것을 특징으로 하는 입자 또는 잔류물 축적의 최소화 방법.
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