KR101029286B1 - 조정 가능한 광학적 특성 및 에칭 특성을 갖는 물질을 증착하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의해 조정 가능한 광학적 특성 및 에칭 저항 특성을 이용하여 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 챔버는 플라스마 공급원과, RF 공급원에 결합된 기판 홀더를 구비한다. 기판은 기판 홀더 상에 배치되어 있다. TERA층은 기판 상에 증착되어 있다. RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양은 TERA층의 적어도 일부의 증착 속도가 RF 전력이 기판 홀더에 인가되지 않을 때보다 더 크게 되도록 선택된다.

Description

조정 가능한 광학적 특성 및 에칭 특성을 갖는 물질을 증착하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING MATERIALS WITH TUNABLE OPTICAL PROPERTIES AND ETCHING CHARACTERISTICS}
본 발명은 조정 가능한 광학적 및 에칭 특성을 갖는 박막 물질을 증착하기 위해 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 시스템의 이용에 관한 것이다.
집적 회로와 디바이스 제조에는 기판 상에 전자적 물질의 증착이 요구된다. 증착된 막은 기판의 영구적인 부품 또는 완성 회로일 수 있다. 이러한 경우, 상기 막 특성은 회로 작동을 위해 요구되는 전기적, 물리적, 혹은 화학적 특성을 제공하도록 선택된다. 다른 경우, 상기 막은 디바이스 혹은 회로 제조를 가능하게 하거나 또는 간략화시키는 임시 층으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 증착된 막은 후속 에칭 공정을 위한 마스크로서의 역할을 할 수 있다. 에칭 방지막은 에칭 공정에 의해 제거되지 않는 기판의 영역을 덮도록 패턴화될 수 있다. 그 다음, 후속 공정에서 기판 추가 공정을 실행할 수 있도록 에칭 방지막을 제거할 수 있다.
임시 층의 또 다른 예로서, 막은 후속하는 리소그래픽 패터닝(lithographic patterning) 작업을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시 형태에 따르면, 특정의 광학적 특성을 지닌 막은 기판 상에 증착되고, 그 후 막은 포토레지스트로 일반적으로 칭해지는 감광 이미징 막(photosensitive imaging film)으로 피복된다. 그 다음 포토레지스트는 광 노출에 의해 패턴화된다. 아래에 증착된 막의 광학적 특성은 노출 광의 반사를 줄이도록 선택되기 때문에 리소그래픽 공정의 해상도를 증대시킨다. 이러한 막을 일반적으로 반사 방지 코팅(anti-reflective coating)이라고 한다(이하, ARC 라고 칭함). 조정 가능한 광학적 특성을 갖는 기상 증착된 물질의 사용 및 제조를 위한 방법은 미국 특허 제6,316,167호에 개시되어 있다.
막 증착을 위해 다양한 물리 및/또는 화학 증착법이 통상적으로 사용되며, 특정의 막을 증착시키기 위해 가끔은 두 가지 이상의 기법이 사용될 수 있다. 양호한 증착 방법은 원하는 막의 특성, 제조될 디바이스에 의해 부과되는 물리적 및/또는 화학적 제약, 및 제조 공정과 관련한 경제적인 요인을 고려하여 결정된다. 선택된 공정은 종종 관련 기술과 경제적인 관심을 충족시키도록 조건에 맞는 균형을 제공하는 공정이다.
열적으로 여기된 화학 증착(이하, CVD 라 칭함)은 집적 회로 제조를 위해 물질을 증착하는 데에 사용된 일반적인 기술이다. 통상의 실시예에서, 기판은 저압 리액터 내에 배치되고 제어된 온도에서 유지된다. 웨이퍼는 상기 막에 합체될 화학 원소를 포함하는 하나 이상의 전구 물질의 기상 분위기에 노출된다. 기상의 전구 물질은 기판 표면으로 운반되고, 고체 막을 형성하도록 하나 이상의 화학 반응을 통해 화합된다. 리액터 챔버, 기판, 전구 물질의 조건들은 원하는 물리적, 화학적, 및 전기적 특징을 지닌 막을 생성하는 화학 반응을 촉진하도록 통상적으로 선택된다.
플라스마는 막 증착 메커니즘을 변경 또는 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 플라스마를 사용하는 증착 공정은 주로 플라스마 화학 증착이라고 일컫는다(이하, PECVD 라 칭함). 일반적으로, 플라스마는 가스 혼합물을 RF 신호에 노출시키고 공급된 프로세스 가스와의 이온화 충돌(ionizing collision)을 유지하기에 충분한 에너지까지 전자를 여기시킴으로써 진공 리액터 내에서 형성된다. 더욱이, 여기된 전자는 분열성 충돌(dissociative collision)을 유지하기에 충분한 에너지를 지닐 수 있으며, 이에 따라 예정된 조건(예컨대, 챔버 압력, 가스 유량 등) 하에 있는 특정의 가스 세트가 챔버 내에서 실행될 특별한 공정에 적합할 수 있는 소정 개체군의 하전된 종 및 화학 반응 종을 생성하도록 선택된다.
플라스마 여기는 일반적으로 막 형성 반응이 열적으로 여기된 CVD에 의한 유사한 막을 생성하기 위해 통상 필요로 하는 온도보다 현저하게 낮은 온도에서 처리될 수 있도록 해준다. 추가적으로, 플라스마 여기는 열 CVD에서 에너지 혹은 동역학적으로 촉진되지 않는 막 형성 화학 반응을 활성화시킬 수 있다. 따라서, PECVD 막의 화학 및 물리적 특성은 공정 파라미터들을 조절함으로써 비교적 광범위에 걸쳐 변할 수 있다.
본 발명은 PECVD 시스템에서 증착에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면, 에칭 저항성 조정 가능 ARC(Tunable Etch Resistance ARC; TERA)층의 증착에 관한 것이다. 본 발명은 기판 상에 TERA층을 증착하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 제1 RF 공급원에 결합된 상측 전극과, 제2 RF 공급원에 결합된 이동 가능한 기판 홀더를 구비하는 챔버를 제공하는 단계; 이동 가능한 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계; 기판 상에 TERA층을 증착하는 단계를 포함하며, TERA층의 적어도 일부의 물리적, 화학적, 및 광학적 특성은 제2 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력(RF power)의 양에 따라 좌우되며; TERA층의 적어도 일부의 증착 속도는 제2 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양에 따라 좌우된다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태에 따른 PECVD 시스템에 대한 간략한 블록 선도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 하나의 실시 형태에 따라 TERA층을 이용하기 위한 간단한 공정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 기판 상에 TERA층을 증착하기 위한 공정을 간단하게 나타낸 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 기판 상에 TERA층을 증착하기 위한 공정에 사용된 예시적인 프로세스 세트를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태에 따른 PECVD 시스템에 대한 간략한 블록 선도이다. 도시된 실시예에 있어서, PECVD 시스템(100)은 프로세싱 챔버(110), 용량성 결합형 플라스마 공급원(capacitively coupled plasma source)의 일부인 상측 전극(140), 샤워 플레이트 조립체(120), 기판(135)을 지지하기 위한 기판 홀더 (130), 압력 제어 시스템(180), 및 컨트롤러(190)를 포함한다.
하나의 실시 형태에 따르면, PECVD 시스템(100)은 밸브(118)를 사용하여 프로세싱 챔버(110)에 연결될 수 있는 건식 펌프(dry pump)(170)를 포함할 수 있다. 그 대안으로, 밸브(118)는 압력 게이지와 스로틀 밸브(도시 생략)가 포함된 압력 제어 시스템을 포함할 수 있다. 변형례에 따르면 건식 펌프와 밸브는 불필요할 수도 있다.
하나의 실시 형태에 있어서, PECVD 시스템(100)은 밸브(178)를 사용하여 프로세싱 챔버(110)에 연결될 수 있는 원격 플라스마 시스템(175)을 포함할 수 있다. 변형례에서, 원격 플라스마 시스템과 밸브는 불필요할 수도 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, PECVD 시스템(100)은 프로세싱 챔버(110)에 연결될 수 있는 압력 제어 시스템(180)을 포함할 수 있다. 예컨대, 압력 제어 시스템(180)은 스로틀 밸브(도시 생략)와 터보 분자 펌프(TMP; 도시 생략)를 포함할 수 있고, 그리고 프로세싱 챔버(110)에 제어된 압력을 제공할 수 있다. 예컨대, 챔버 압력은 약 0.1 mTorr 내지 약 100 Torr 범위일 수 있다. 그 대안으로, 챔버 압력은 0.1 Torr 내지 20 Torr 범위일 수 있다.
프로세싱 챔버(110)는 기판(135)에 인접하는 프로세스 공간(102) 내에 플라스마의 형성을 용이하게 해줄 수 있다. PECVD 시스템(100)은 예컨대, 200 mm 기판, 300mm 기판 혹은 더 큰 기판과 같이 임의의 직경을 갖는 프로세스 기판을 처리하도록 구성될 수 있다. 그 대안으로, PECVD 시스템(100)은 하나 이상의 프로세싱 챔버 내에 플라스마를 발생시킴으로써 작동될 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 프로세싱 챔버(110)에 결합된 샤워 플레이트 조립체(120)를 포함한다. 샤워 플레이트 조립체는 기판 홀더(130) 반대편에 장착된다. 샤워 플레이트 조립체(120)는 중앙 영역(122), 가장자리 영역(124) 및 서브 영역(126)을 포함한다. 차폐 링(128)이 샤워 플레이트 조립체(120)를 프로세싱 챔버(110)에 연결시키기 위해 사용될 수 있다.
중앙 영역(122)은 제1 프로세스 가스 라인(123)에 의해 가스 공급 시스템(131)에 연결되어 있다. 가장자리 영역(124)은 제2 프로세스 가스 라인(125)에 의해 가스 공급 시스템(131)에 연결되어 있다. 서브 영역(126)은 제3 프로세스 가스 라인(127)에 의해 가스 공급 시스템(131)에 연결되어 있다.
가스 공급 시스템(131)은 중앙 영역(122)에 제1 프로세스 가스를, 가장자리 영역(124)에 제2 프로세스 가스를, 그리고 서브 영역(126)에 제3 프로세스 가스를 공급한다. 가스의 화학적 성질과 유량은 이들 영역에서 개별적으로 제어될 수 있다. 그 대안으로, 중앙 영역과 가장자리 영역은 단일의 주영역으로서 서로 연결될 수 있고, 가스 공급 시스템은 제1 프로세스 가스 및/또는 제2 프로세스 가스를 상기 주요 영역에 공급할 수 있다. 실제로, 어떤 영역들이라도 서로 연결될 수 있으며, 가스 공급 시스템은 하나 이상의 프로세스 가스를 적절하게 공급할 수 있다.
제1 프로세스 가스는 적어도 하나의 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소 등의 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다.
또한, 제2 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소 등의 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다.
또한, 제3 프로세스 가스는 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 산소 함유 가스는 O2, CO, NO, N2O, CO2 중 하나 이상을 포함할 수 있고; 질소 함유 가스는 N2, NF3 중 하나 이상을 포함할 수 있으며; 그리고 불활성 가스는 Ar, He 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제3 프로세스 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다.
가스 공급 시스템(131)은 전구 물질을 공급하기 위해 적어도 하나의 증발기(도시 생략)를 포함할 수 있다. 그 대안으로, 증발기가 불필요할 수도 있다. 변형례에 따르면, 버블링 시스템(bubbling system)이 사용될 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 샤워 플레이트 조립체(120)에 연결되고 프로세싱 챔버(10)에 연결될 수 있는 상측 전극(140)을 포함한다. 상측 전극(140)은 온도 제어 요소(142)를 포함할 수 있다. 상측 전극(140)은 제1 매치 네트워크(144)를 이용하여 제1 RF 공급원(146)에 연결될 수 있다. 그 대안으로, 별도의 매치 네트워크가 불필요하다.
제1 RF 공급원(146)은 상측 RF 신호(TRF)를 상측 전극에 공급하고, 제1 RF 공급원(146)은 약 0.1MHz 내지 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 예컨대, 증착 프로세스는 대략 100MHz, 60MHz, 27MHz, 13.56MHz의 주파수에서 각각 실행되었다. TRF 신호는 약 1MHz 내지 약 100MHz 범위의 주파수이거나, 또는 그 대안으로 약 2MHz 내지 약 60MHz 범위의 주파수일 수 있다. 제1 RF 공급원(146)은 약 10와트 내지 약 10,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있고, 그 대안으로 제1 RF 공급원은 약 10와트 내지 약 5,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다.
상측 전극(140)과 RF 공급원(146)은 용량성 결합형 플라스마 공급원의 일부이다. 용량성 결합형 플라스마 공급원은 예컨대, 유도성 결합형 플라스마(inductively coupled plasma; ICP) 공급원, 트랜스포머 결합형 플라스마(TCP) 공급원, 마이크로웨브 파워형(microwave powered) 플라스마 공급원, 전자 사이클로트론 공명(electorn cyclotron resonance, ECR) 플라스마 공급원, 헬리콘(Helicon) 웨이브 플라스마 공급원, 표면파 플라스마 공급원 등의 다른 종류의 플라스마 공급원으로 대체 또는 보강될 수 있다. 해당 분야에 잘 알려진 바와 같이, 상측 전극(140)은 각종 적절한 플라스마 공급원에서 생략 혹은 재구성될 수 있다.
기판(135)은 예컨대, 로봇 기판 이송 시스템(도시 생략)에 의해 게이트 밸브(도시 생략)와 챔버 피드스루(feed through)(도시 생략)를 통해 프로세싱 챔버(110) 안팎으로 이송될 수 있고, 그 기판은 기판 홀더(130)에 의해 수납될 수 있으며 그 홀더에 결합된 장치에 의해 기계적으로 이동될 수 있다. 일단 기판(135)이 기판 이송 시스템으로부터 수납될 때, 기판(135)은 커플링 조립체(152)에 의해 기판 홀더(130)에 결합될 수 있는 이동 장치(150)를 이용하여 상승 및/또는 하강될 수 있다.
기판(135)은 정전 클램핑 시스템(electorstatic clamping system)에 의해 기판 홀더(130)에 고정될 수 있다. 예컨대, 정전 클램핑 시스템은 전극(116)과 ESC 공급부(156)를 포함할 수 있다. 예컨대, 약 -2,000V 내지 약 +2,000V 범위일 수 있는 클램핑 전압이 클램핑 전극에 공급될 수 있다. 그 대안으로, 클램핑 전압은 약 -1,000V 내지 +1,000V 범위에 속할 수 있다. 변형례에서, 예컨대 가스는 기판(135)과 기판 홀더(130) 사이에 가스-간극 열적 컨덕턴스를 향상시키기 위해 배면 가스 시스템에 의해 기판(135)의 배면으로 운반될 수 있다. 다른 변형례에 있어서, 리프트 핀이 기판 홀더(130)에 제공될 수 있다.
온도 제어 시스템이 또한 제공될 수 있다. 이러한 시스템은 기판의 온도 제어가 상승 혹은 감소된 온도에서 필요할 때 사용될 수 있다. 예컨대, 저항식 가열 요소 등의 가열 요소(132) 혹은 열-전기 히터/냉각기가 포함될 수 있고, 기판 홀더(130)는 냉각 시스템(134)을 더 포함할 수 있다. 가열 요소(132)는 히터 공급부(158)에 연결될 수 있다. 냉각 시스템(134)은 기판 홀더(130)로부터 열을 받아들이고 열을 열교환기 시스템(도시 생략)으로 전달하거나 또는 가열시 열교환기 시스템으로부터 열을 전달하는 재순환 냉각제 흐름을 제공할 수 있다.
또한, 전극(116)은 제2 매치 네트워크(162)를 사용하여 제2 RF 공급원(160)에 연결될 수 있다. 그 대안으로, 매치 네트워크가 불필요할 수 있다.
제2 RF 공급원(160)은 하부 RF 신호(BRF)를 하측 전극(116)에 제공하며, 제2 RF 공급원(160)은 약 0.1MHz 내지 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. BRF 신호는 약 0.2MHz 내지 약 30MHz 범위의 주파수, 또는 그 대안으로 약 0.3MHz 내지 약 15MHz 범위의 주파수일 수 있다. 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 1,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있고, 그 대안으로 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 500와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다. 하측 전극(116)은 챔버 내에서 플라스마의 유일한 공급원일 수 있거나 또는 임의의 추가적인 플라스마 공급원을 보강할 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 벨로우즈(154)에 의해 프로세싱 챔버(110)에 연결될 수 있는 이동 장치(150)를 더 포함할 수 있다. 또한, 커플링 조립체(152)는 이동 장치(150)를 기판 홀더(130)에 연결시킬 수 있다. 벨로우즈(154)는 프로세싱 챔버(110) 외측의 분위기로부터 수직 이동 장치를 밀봉하도록 구성되어 있다.
이동 장치(150)는 가변 간극(104)이 샤워 플레이트 조립체(120)와 기판(135) 사이에 형성되도록 해준다. 상기 간극은 약 1mm 내지 약 200mm 범위일 수 있거나, 그 대안으로 간극은 약 2mm 내지 약 80mm 범위일 수 있다. 상기 간극은 고정된 채로 남아 있을 수 있거나, 증착 공정 동안 변할 수 있다.
추가적으로, 기판 홀더(130)는 초점 링(106)과 세라믹 커버(108)를 더 포함할 수 있다. 그 대안으로, 초점 링(106) 및/또는 세라믹 커버(108)는 불필요할 수도 있다.
적어도 챔버 벽(112) 상에는 그 벽을 보호하기 위한 코팅(114)이 포함될 수 있다. 코팅(114)은 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 그 대안으로, 코팅(114)은 불필요할 수도 있다.
또한, 온도 제어 시스템은 챔버 벽 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 포트(180)는 온도 제어를 위해 챔버 벽에 마련될 수 있다. 챔버 벽 온도는 공정이 챔버 내에서 실행되고 있는 동안 상대적으로 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 온도 제어 시스템은 상측 전극의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 온도 제어 요소(142)는 상측 전극 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 상측 전극 온도는 공정이 챔버 내에서 실행되고 있는 동안 상대적으로 일정하게 유지될 수 있다.
또한, PECVD 시스템(100)은 챔버 세척을 위해 사용될 수 있는 원격 플라스마 시스템(175)을 또한 포함할 수 있다.
더욱이, PECVD 시스템(100)은 오염 제어 및/또는 챔버 세척을 위해 사용될 수 있는 퍼징 시스템(도시 생략)을 또한 포함할 수 있다.
변형례에 있어서, 프로세싱 챔버(110)는 예컨대, 모니터링 포트(도시 생략)를 더 포함할 수 있다. 모니터링 포트는 예컨대, 프로세스 공간(102)의 광학적 모니터링을 허용할 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 또한 컨트롤러(190)를 또한 포함한다. 컨트롤러(190)는 챔버(110), 샤워 플레이트 조립체(120), 기판 홀더(130), 가스 공급 시스템(131), 상측 전극(140), 제1 RF 매치(144), 제1 RF 공급원(146), 이동 장치(150), ESC 공급부(156), 히터 공급부(158), 제2 RF 매치(1620, 제2 RF 공급원(160), 건식 펌프(170), 원격 플라스마 장치(175) 및 압력 제어 시스템(118)에 연결될 수 있다. 컨트롤러는 이들 부품에 제어 데이터를 제공하고, 이들 부품으로부터 처리 데이터 등의 데이터를 받도록 구성될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(190)는 마이크로프로세서, 메모리, 그리고 PECVD 시스템(100)으로부터 출력을 모니터할 뿐만 아니라 프로세싱 시스템(100)에 입력을 통신하고 이 입력을 활성화하기에 충분한 제어 전압을 발생할 수 있는 디지털 I/O 포트를 포함할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(190)는 시스템 부품들과 정보를 교환할 수 있다. 또한 메모리에 저장된 프로그램은 처리 방법에 따라 PECVD 시스템(210)의 전술한 부품들을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(190)는 처리 데이터를 분석하고, 그 처리 데이터를 타깃 처리 데이터와 비교하며, 이 비교 결과를 공정 변경 및/또는 증착 툴의 제어를 위해 사용하도록 구성될 수 있다. 또한, 컨트롤러는 처리 데이터를 분석하고, 그 처리 데이터를 과거의 처리 데이터와 비교하며, 이 비교 결과를 결점을 예측, 방지 및/또는 표시하기 위해 사용하도록 구성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에는 본 발명의 하나의 실시 형태에 따라 TERA층을 이용하기 위한 간단한 절차가 도시되어 있다. 도 2a에는 TERA층 상의 포토레지스트층(210)이 도시되어 있으며, 이 TERA층은 TERA 캡 층(220)과 TERA 바닥층(230)을 포함한다. 예컨대, TERA 캡 층(220)은 약 150Å 내지 약 1,000Å 두께를 갖는 층일 수 있고, TERA 바닥층은 약 300Å 내지 약 5,000Å 두께를 갖는 층일 수 있다. 이러한 예에서, TERA 바닥층(230)은 산화층(240)에 결합되어 있다. 이는 본 발명에서 반드시 요구되는 것은 아니며, TERA층은 산화물이 아닌 다른 물질에 증착될 수 있다. 도 2에는 2개의 층이 도시되어 있지만, 이것은 본 발명에 필수적인 것은 아니다. TERA 스택(stack)은 하나 혹은 그 이상의 층들을 포함할 수 있다.
도 2b에서, 포토레지스트층(210)은 적어도 하나의 리소그래피 단계와 적어도 하나의 현상(development) 단계를 사용하여 처리되었다.
도 2c에서, TERA층은 적어도 하나의 에칭 관련 처리를 이용하여 개구되었다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 기판 상에 TERA층을 증착하기 위한 절차를 간단하게 나타낸 플로차트이다. 예컨대, TERA층은 상이한 공정을 이용하여 적층될 수 있는 바닥층과 캡층을 포함할 수 있다. 상기 절차(300)는 단계 310부터 시작한다.
단계 320에서, 챔버가 제공될 수 있고, 이 챔버는 플라스마 공급원과, 제2 RF 공급원에 결합된 선택적으로 이동 가능한 기판 홀더를 포함할 수 있다.
단계 330에서, 기판은 이동 가능한 기판 홀더 상에 배치된다. 예컨대, 이동 가능한 기판 홀더는 상측 전극 표면과 이동 가능한 기판 홀더의 표면 사이에 간극을 형성하도록 사용될 수 있다. 이 간극은 약 1mm 내지 약 200mm 범위에 속할 수 있고, 또는 그 대안으로 상기 간극은 약 2mm 내지 약 80mm 범위에 속할 수 있다. 간극 크기는 증착 속도를 바꾸도록 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 간극은 증착 속도를 감소시키도록 증가될 수 있고, 상기 간극은 증착 속도를 증가시키도록 감소될 수 있다. 간극 크기는 또한 플라스마 처리 동안 아크 발생을 방지하도록 변경될 수 있다.
단계 340에서, 바닥층은 기판 상에 증착될 수 있고, 여기서 증착 속도는 이동 가능한 기판 홀더의 위치, 제1 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양, 및 제2 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양에 따라 좌우된다.
바닥층 증착 공정 동안, TRF 신호는 제1 RF 공급원을 사용하여 상측 전극에 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 RF 공급원은 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 그 대안으로, 제1 RF 공급원은 약 1MHz 내지 약 100MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있거나 또는 제1 RF 공급원은 약 2MHz 내지 약 60MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 제1 RF 공급원은 약 10와트 내지 약 10,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있고, 그 대안으로 제1 RF 공급원은 약 10와트 내지 약 5,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다.
또한, 바닥층 증착 공정 동안, BRF 신호는 제2 RF 공급원을 사용하여 하측 전극에 제공될 수 있다. 예컨대, 제2 RF 공급원은 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 그 대안으로, 제2 RF 공급원은 약 0.2MHz 내지 약 30MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있거나 또는 제2 RF 공급원은 약 0.3MHz 내지 약 15MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 1,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있고, 그 대안으로 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 500와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다.
추가적으로, 샤워 플레이트 조립체는 프로세싱 챔버 내에 마련될 수 있고, 또 상측 전극에 연결될 수 있다. 샤워 플레이트 조립체는 중앙 영역과 가장자리 영역을 포함할 수 있으며, 샤워 플레이트 조립체는 가스 공급 시스템에 연결될 수 있다. 제1 프로세스 가스는 중앙 영역에 공급될 수 있고, 제2 프로세스 가스는 바닥층 증착 공정 중에 가장자리 영역에 공급될 수 있다.
그 대안으로, 중앙 영역과 가장자리 영역은 단일의 주요 영역으로서 서로 연결될 수 있고, 가스 공급 시스템은 제1 프로세스 가스 및/또는 제2 프로세스 가스를 상기 주요 영역에 공급할 수 있다. 실제로, 어떤 영역들이라도 서로 연결될 수 있으며, 가스 공급 시스템은 하나 이상의 프로세스 가스를 적절하게 공급할 수 있다.
제1 프로세스 가스는 적어도 하나의 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 포함할 수 있다. 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다. 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소일 수 있다.
또한, 제2 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다. 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 프로세스 가스와 제2 프로세스 가스를 위한 유량은 바닥층 증착 공정 동안 독립적으로 달성될 수 있다.
바닥층은 굴절률(n)이 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 약 1.5 내지 약 2.5 범위이고, 소광 계수(extinction coefficient)(k)가 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 약 0.10 내지 약 0.9 범위인 물질을 포함할 수 있다. 바닥층은 약 30.0nm 내지 약 500.0nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 증착 속도는 약 100Å/min 내지 약 10,000Å/min 범위에 속할 수 있다. 바닥층 증착 시간은 약 5초 내지 약 180초에서 변할 수 있다.
높은 증착 속도는 바닥층 증착 공정 중에 하측 전극에 RF 신호를 인가함으로써 달성될 수 있다. RF 공급원은 상대적으로 낮은 RF 전력을 공급할 수 있다.
단계 350에서, 캡층은 기판 상에 증착될 수 있고, 여기서 증착 속도는 이동 가능한 기판 홀더의 위치, 제1 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양, 및 프로세스 가스에 따라 좌우된다.
캡층 증착 공정 동안, TRF 신호는 제1 RF 공급원을 사용하여 상측 전극에 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 RF 공급원은 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 그 대안으로, 제1 RF 공급원은 약 1MHz 내지 약 100MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있거나 또는 제1 RF 공급원은 약 2MHz 내지 약 60MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 제1 RF 공급원은 약 10와트 내지 약 10,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있고, 그 대안으로 제1 RF 공급원은 약 10와트 내지 약 5,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다.
추가적으로, 샤워 플레이트 조립체는 프로세싱 챔버 내에 마련될 수 있고, 또 상측 전극에 연결될 수 있다. 샤워 플레이트 조립체는 중앙 영역과 가장자리 영역을 포함할 수 있으며, 샤워 플레이트 조립체는 가스 공급 시스템에 연결될 수 있다. 제1 프로세스 가스는 중앙 영역에 공급될 수 있고, 제2 프로세스 가스는 가장자리 영역에 공급될 수 있으며, 그리고 제3 프로세스 가스는 캡층 증착 공정 중에 제3 가스 영역을 통해 챔버로 공급될 수 있다.
별법으로서, 중앙 영역과 가장자리 영역은 단일의 주영역으로서 서로 연결될 수 있고, 가스 공급 시스템은 제1 프로세스 가스 및/또는 제2 프로세스 가스를 상기 주영역에 공급할 수 있다. 실제로, 어떤 영역들이라도 서로 연결될 수 있으며, 가스 공급 시스템은 하나 이상의 프로세스 가스를 적절하게 공급할 수 있다.
제1 프로세스 가스는 적어도 하나의 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 포함할 수 있다. 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다. 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스가 또한 포함될 수 있다. 예컨대, 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질을 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 5,000sccm 범위에 속할 수 있고, 불활성 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다. 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 및/또는 질소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예컨대, 제3 프로세스 가스를 위한 유량은 약 0.0sccm 내지 약 10,000sccm 범위에 속할 수 있다. 제3 프로세스 가스는 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 산소 함유 가스는 O2, CO, NO, N2O, CO2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 질소 함유 가스는 N2, NF3 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 불활성 가스는 Ar, He 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 절차 300은 단계 360에서 종료된다. 캡층은 굴절률(n)이 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 약 1.5 내지 약 2.5 범위이고, 소광 계수(k)가 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 약 0.10 내지 약 0.9 범위인 물질을 포함할 수 있다.
캡층은 약 5.0nm 내지 약 40.0nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 증착 속도는 약 50Å/min 내지 약 5,000Å/min 범위에 속할 수 있다. 캡층 증착 시간은 약 5초 내지 약 180초에서 변할 수 있다.
변형례에서, 캡층 증착 공정 동안, BRF 신호는 제2 RF 공급원을 사용하여 하측 전극에 제공될 수 있다. 예컨대, 제2 RF 공급원은 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 그 대안으로, 제2 RF 공급원은 약 0.2MHz 내지 약 30MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있거나 또는 제2 RF 공급원은 약 0.3MHz 내지 약 15MHz 범위의 주파수로 작동될 수 있다. 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 1,000와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다. 그 대안으로, 제2 RF 공급원은 약 0.1와트 내지 약 500와트 범위의 전력으로 작동될 수 있다.
압력 제어 시스템이 상기 챔버에 연결될 수 있으며, 이 챔버 압력은 압력 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 예컨대, 챔버 압력은 약 0.1 mTorr 내지 약 100 Torr 범위일 수 있다.
온도 제어 시스템은 기판 홀더에 연결될 수 있고, 기판 온도는 온도 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 예컨대, 기판 온도는 약 0℃ 내지 약 500℃ 범위에 속할 수 있다. 온도 제어 시스템은 또한 챔버 벽에 연결될 수 있고, 챔버 벽의 온도는 온도 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 예컨대, 챔버 벽의 온도는 약 0℃ 내지 약 500℃ 범위에 속할 수 있다. 추가적으로, 온도 제어 시스템은 샤워 플레이트 조립체에 연결될 수 있으며, 샤워 플레이트 조립체의 온도는 온도 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 예컨대, 샤워 플레이트 조립체의 온도는 약 0℃ 내지 약 500℃ 범위에 속할 수 있다.
더욱이, 기판 홀더는 ESC를 포함할 수 있으며, DC 전압은 기판을 기판 홀더에 클램핑하도록 ESC에 공급될 수 있다. 예컨대, DC 전압은 약 -2,000V 내지 약 +2,000V 범위에 속할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 기판 상에 TERA층을 증착하기 위한 절차에 사용된 예시적인 공정 세트가 도시되어 있다. 제1 단계에서, 프로세스 가스는 챔버 속으로 주입되며, 작동 압력이 달성된다. 예컨대, 챔버 압력은 약 8 Torr로 달성되고, 제1 단계의 지속 시간은 6초일 수 있다. 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질, 탄소 함유 전구 물질, 및 불활성 가스를 포함할 수 있다. 변형례에서, 상이한 압력이 사용될 수 있고, 상이한 지속 시간이 사용될 수 있다.
제2 단계에서, 안정화 공정이 실행될 수 있다. 예컨대, 하나 혹은 그 이상의 프로세스 가스의 유량은 변할 수 있고, 클램핑 전압은 ESC에 인가될 수 있다.
제3 단계에서, TERA층의 바닥층 부분이 적층될 수 있다. 제1 RF 공급원은 상측 전극에 RF 신호(TRF)를 제공할 수 있고, 제2 RF 공급원은 기판 홀더의 일부일 수 있는 하측 전극에 RF 신호(BRF)를 제공할 수 있다. 예컨대, TRF 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위에 속할 수 있고, TRF 전력은 약 10와트 내지 약 10,000와트 범위에 속할 수 있다. 또한, BRF 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위에 속할 수 있고, BRF 전력은 약 0.1와트 내지 약 1,000와트 범위에 속할 수 있다. BRF 신호는 바닥층 증착 공정 중에 증착 속도의 제어를 제공한다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, TRF 주파수는 약 13.56MHz이었고, TRF 전력은 약 700와트이었으며, BRF 주파수는 약 3MHz이었고, BRF 전력은 약 50와트이었으며, 그리고 ESC 전압은 약 -200V이었다. 변형례에 있어서, 상이한 주파수, 전력 레벨, 및 클램핑 전압이 사용될 수 있다.
제4 단계에서, 준비 공정이 실행될 수 있다. TRF 및 BRT 신호 레벨이 변경될 수 있고, 프로세스 가스들이 바뀔 수 있으며, 그리고 유량이 수정될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, TRF 신호는 오프되었고, BRF 신호도 오프되었으며, 그리고 ESC 전압은 약 -200V이었다. 또한, 규소 함유 전구 물질의 유량을 변경하였고, 산소 함유 가스를 프로세싱 챔버에 공급하였다. 그 대안으로 플라스마를 오프시킬 수 있고, 챔버 내의 압력은 약 1 mTorr 내지 약 20 Torr 범위일 수 있으며, 그리고 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질, 탄소 함유 전구 물질, 산소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 또는, 플라즈마는 불활성 가스가 챔버에 공급되는 상태에서 유지할 수 있다. 대안으로, 바닥층의 증착과 캡층의 증착 사이의 제4 단계는 캡층의 증착이 바닥층의 증착 직후에 일어나도록 생략될 수 있다.
제5 단계에서, TERA층의 캡층 부분이 증착될 수 있다. 제1 RF 공급원은 상측 전극에 RF 신호(TRF)를 공급할 수 있고, 프로세스 가스의 상이한 조합이 프로세싱 챔버에 공급될 수 있다. 예컨대, TRF 주파수는 약 0.1MHz 내지 약 200MHz 범위에 속할 수 있고, TRF 전력은 약 10와트 내지 약 10,000와트 범위에 속할 수 있다. 또한, 프로세스 가스의 조합은 규소 함유 전구 물질, 탄소 함유 전구 물질, 산소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, TRF 주파수는 약 13.56MHz이었고, TRF 전력은 약 400와트이었으며, 그리고 ESC 전압은 약 -200V이었고, 규소 함유 전구 물질을 3MS를 포함하였으며, 산소 함유 가스는 CO2를 포함하였고, 불활성 가스는 He를 포함하였다. 그 변형례에서, 상이한 주파수, 전력 레벨 및 가스가 사용될 수 있다.
제6 및 제7 단계에서, 퍼징 공정(purging process)이 실행될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 프로세스 가스의 유량이 변경될 수 있고, TRF 신호가 바뀔 수 있으며, ESC 전압이 변경될 수 있고, 그리고 압력이 수정될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, TRF 신호는 오프되었고, 규소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었으며, 산소 함유 가스의 유량은 0으로 설정되었고, 불활성 가스의 유량은 일정하게 유지되었고, 그리고 ESC 전압은 0으로 설정되었다.
제8 단계에서, 상기 챔버는 배기되고 압력은 하강한다. 예컨대, 프로세스 가스는 상기 단계 동안 챔버에 공급되지 않는다.
제9 단계에서, 챔버 압력은 증가될 수 있다. 예컨대, 하나 혹은 그 이상의 프로세스 가스는 프로세싱 챔버로 공급될 수 있고, 챔버 압력은 예정된 레벨에서 유지될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, RF 신호는 오프되었고, 규소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었으며, 탄소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었고, 산소 함유 가스의 유량은 약 36sccm으로 설정되었으며, 불활성 가스의 유량은 약 600sccm으로 설정되었고, 그리고 챔버 압력은 약 2 Torr에서 유지되었다.
제10 단계에서, 방전 공정이 실행될 수 있다. 예컨대, TRF 신호가 플라즈마를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, TRF 신호는 온 상태로 되었고, 규소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었으며, 탄소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었고, 산소 함유 가스의 유량은 약 36sccm으로 설정되었으며, 불활성 가스의 유량은 약 600sccm으로 설정되었고, 그리고 챔버 압력은 약 2 Torr에서 유지되었다.
제11 단계에서, 핀 업 공정(pin up)이 실행될 수 있다. 예컨대, 리프트 핀은 기판을 기판 홀더로부터 들어올리기 위해 연장될 수 있다.
제12 단계에서, 퍼징 공정이 실행될 있다. 예컨대, TRF 신호가 바뀔 수 있으며, 챔버 압력이 변경될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, TRF 신호는 오프되었고, 규소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었으며, 탄소 함유 전구 물질의 유량은 0으로 설정되었고, 산소 함유 가스의 유량은 약 36sccm으로 설정되었으며, 불활성 가스의 유량은 약 600sccm으로 설정되었고, 그리고 챔버 압력은 약 2 Torr에서부터 감소되었다.
제13 단계에서, 챔버는 배기되고 압력은 하강된다. 예컨대, 프로세스 가스는 상기 단계 동안 챔버에 공급되지 않는다.
전술한 예는, TERA층이 바닥층과 캡층을 증착하기 위해 PECVD 절차를 사용하는 것에 의해 증착될 수 있고 여기서 하측 전극에 대한 소량의 제2 RF 전력의 인가가 바닥층 증착 공정 동안 증착 속도를 증가시킬 수 있다는 것을 예시한다.
상기 실시예에 있어서, TERA 바닥층과 캡층은 하나의 챔버에서 순차적으로 증착된다. 바닥층의 증착과 캡층의 증착 사이의 기간 동안, 플라스마는 오프된다. 변형례에 따르면, TERA 바닥층과 캡층은 플라스마의 오프 없이 동일한 챔버 내에서 순차적으로 증착될 수 있다. 그 변형례에서, TERA 바닥층과 캡층은 별도의 챔버 내에서 증착될 수 있다.
상기 실시예에서, 챔버는 바닥층 증착과 상부층 증착 사이에 특정 압력으로 유지된다. 변형례에서, 상기 챔버는 상기 층들의 증착 사이에 배기될 수도 있다.
전술한 실시예들은 하측 전극에 소량의 RF 전력을 인가함으로써 증착 속도의 극적인 증가를 초래한다. 이전의 프로세싱 시스템은 공정에 에칭 성분들을 제공하기 위해 하측 전극에 더 높은 RF 전력을 사용하였다.
표 1에 기재된 데이터는 본 발명의 예시적인 실시예를 위한 처리 조건을 나타낸다. 막 B를 낮은 전력의 배면 RF를 사용하여 증착시키는 것만 제외하고 막 A와 막 B에 대한 처리 조건을 동일하게 하였다. 막 B에 대한 증착 속도는 막 A에 대한 증착 속도에 비해 2배, 실제로 거의 3배로 하였다. 추가적으로, 막 B의 밀도는 러더퍼드 후방산란 분석기(Rutherford Backscattering Spectroscopy; RBS)를 사용하여 측정할 때 막 A의 밀도보다 현저하게 높았다. 2개의 막에 대한 굴절률과 소광 계수에 있어서의 차이를 또한 관찰하였다. 이러한 예로부터, 증착 속도와 막 특성에 미치는 낮은 전력의 배면 RF의 효과는 명백하다.
막 A 막 B
바닥 RF 없음 바닥 RF 있음
TRF = 700W TRF = 700W
BRF = 0W BRF = 50W
간극 = 48mm 간극 = 48mm
P = 8 Torr P = 8 Torr
3MS 유량 = 100sccm 3MS 유량 = 100sccm
헬륨 유량 = 300sccm 헬륨 유량 = 300sccm
히터 온도 = 235℃ 히터 온도 = 235℃
속도 = 1180Å/min 속도 = 3470Å/min
193nm에서의 굴절률 = 1.90 193nm에서의 굴절률 = 1.95
193nm에서의 소광 계수 = 0.38 193nm에서의 소광 계수 = 0.46
막 밀도 = 1.3g/cm3 막 밀도 = 1.5g/cm3
포토레지스트 기술에서의 진보는 진보적인 하부 반사 방지 코팅(bottom anti-reflective coating; BARC)층을 필요로 한다. 본 발명은 진보적인 BARC층 특성을 지닌 TERA 스택을 증착하기 위한 수단을 제공한다. 예컨대, TERA 스택은 전술한 파장에서 ARC 층으로서의 기능을 하기 위한 광학적 특성, 포토레지스트에 대한 양호한 에칭 선택성(selectivity), 포토레지스트와의 상호 무반응성을 지니며, 후속하는 에칭 작업을 위한 하드마스트층으로서의 역할을 할 수 있다. 추가적으로, TERA 스택은 산화 가능하고, 습식 에칭 공정을 이용하여 박리될 수 있다.
이상, 단지 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들이 상세하게 설명되었지만 당업자는 본 발명의 신규한 교시와 장점에서 현저하게 벗어나지 않고 많은 변형이 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형은 본 발명의 영역 내에 포함되는 것을 의도한다.

Claims (102)

  1. 기판 상에 물질을 증착하는 방법으로서,
    플라스마 공급원을 지닌 챔버 내에 그리고 RF 공급원에 결합된 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계;
    PECVD를 이용하여 기판 상에 에칭 저항성 조정 가능 ARC(Tunable Etch Resistant ARC; TERA)층을 증착하는 단계를 포함하며, RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력(RF power)의 양은, RF 전력이 기판 홀더에 인가되지 않는 경우보다 TERA층의 일부 또는 전체의 증착 속도가 크도록 선택되는 것인 단계;
    상측 전극에 결합된 샤워 플레이트 조립체에 있어서, 제1 프로세스 가스 라인이 연결된 샤워 플레이트 조립체의 중앙 영역에 제1 유량으로 제1 프로세스 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 샤워 플레이트 조립체에 있어서, 제2 프로세스 가스 라인이 연결된 샤워 플레이트 조립체의 가장자리 영역에 제2 유량으로 제2 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라스마 공급원은 상측 전극을 구비하며, 상기 기판 홀더는 이동 가능하며,
    상측 전극의 표면과 이동 가능한 기판 홀더의 표면 사이에 간극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 간극은 1mm 내지 200mm 범위인 것인 물질 증착 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 간극은 2mm 내지 80mm 범위인 것인 물질 증착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 TERA층을 증착하는 단계는, 제1 증착 시간 동안 바닥층을 증착하는 단계와, 제2 증착 시간 동안 캡층을 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 바닥층은 굴절률(n)이 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 1.5 내지 2.5 범위이고, 소광 계수(k)가 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 0.10 내지 0.9 범위인 물질을 포함하며,
    상기 캡층은 굴절률(n)이 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 1.5 내지 2.5 범위이고, 소광 계수(k)가 248nm, 193nm, 157nm 중 하나 이상의 파장에서 측정할 때 0.10 내지 0.9 범위인 물질을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 바닥층은 30.0nm 내지 500.0nm 범위의 두께를 갖는 것인 물질 증착 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 플라스마 공급원은 추가의 RF 공급원을 구비하며, 상기 바닥층을 증착하는 단계는,
    상기 추가의 RF 공급원을 0.1MHz 내지 200MHz의 주파수로 작동시키는 단계;
    상기 RF 공급원을 0.1MHz 내지 200MHz의 주파수로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 추가의 RF 공급원은 1MHz 내지 100MHz 범위의 주파수로 작동되며, 상기 RF 공급원은 0.2MHz 내지 30MHz 범위의 주파수로 작동되는 것인 물질 증착 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 추가의 RF 공급원은 2MHz 내지 60MHz 범위의 주파수로 작동되며, 상기 RF 공급원은 0.3MHz 내지 15.0MHz 범위의 주파수로 작동되는 것인 물질 증착 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 플라스마 공급원은 추가의 RF 공급원을 구비하며, 상기 바닥층을 증착하는 단계는,
    상기 추가의 RF 공급원을 10와트 내지 10,000와트 범위의 전력으로 작동시키는 단계;
    상기 RF 공급원을 0.1와트 내지 1,000와트 범위의 전력으로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 추가의 RF 공급원은 10와트 내지 5,000와트 범위의 전력으로 작동되며, 상기 RF 공급원은 0.1와트 내지 500와트 범위의 전력으로 작동되는 것인 물질 증착 방법.
  12. 제5항에 있어서, 상기 바닥층의 증착은 100Å/min 내지 10,000Å/min 범위의 속도로 이루어지는 것인 물질 증착 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 제1 증착 시간은 5초 내지 180초 범위에서 변하는 것인 물질 증착 방법.
  14. 제5항에 있어서, 바닥층의 증착 단계는 제1 프로세스 가스를 공급하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 프로세스 가스를 공급하는 단계는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 0.0sccm을 초과하고 5,000sccm 이하인 범위의 제1 속도로 유동시키는 것을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 프로세스 가스는 아르곤, 헬륨, 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 불활성 가스를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  19. 제5항에 있어서, 상기 바닥층을 증착하는 단계는 압력 제어 시스템을 이용하여 챔버 압력을 제어하는 단계를 더 포함하며, 상기 챔버 압력은 0.1 mTorr 내지 100 Torr 범위인 것인 물질 증착 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 챔버 압력은 0.1 Torr 내지 20 Torr 범위인 것인 물질 증착 방법.
  21. 제5항에 있어서, 상기 바닥층을 증착하는 단계는 기판을 기판 홀더에 클램핑시키기 위해 기판 홀더에 결합된 정전 척(electrostatic chuck; ESC)에 DC 전압을 공급하는 단계를 더 포함하며, 상기 DC 전압은 -2,000V 내지 +2,000V 범위인 것인 물질 증착 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 DC 전압은 -1,000V 내지 +1,000V 범위인 것인 물질 증착 방법.
  23. 제5항에 있어서, 상기 캡층은 5.0nm 내지 400nm 범위의 두께를 갖는 것인 물질 증착 방법.
  24. 제5항에 있어서, 상기 플라스마 공급원은 추가의 RF 공급원을 구비하며, 상기 캡층을 증착하는 단계는, 상기 추가의 RF 공급원을 0.1MHz 내지 200MHz의 주파수로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 캡층을 증착하는 단계는, 상기 RF 공급원을 0.1MHz 내지 200MHz의 주파수로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  26. 제5항에 있어서, 상기 플라스마 공급원은 추가의 RF 공급원을 구비하며, 상기 캡층을 증착하는 단계는, 상기 추가의 RF 공급원을 10와트 내지 10,000와트 범위의 전력으로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 캡층을 증착하는 단계는, 상기 RF 공급원을 0.1와트 내지 1,000와트 범위의 전력으로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  28. 제5항에 있어서, 상기 캡층의 증착은 50Å/min 내지 5,000Å/min 범위의 속도로 이루어지는 것인 물질 증착 방법.
  29. 제5항에 있어서, 상기 제2 증착 시간은 5초 내지 180초 범위에서 변하는 것인 물질 증착 방법.
  30. 제14항에 있어서, 상기 캡층을 증착하는 단계는 제2 프로세스 가스를 공급하는 단계를 더 포함하며, 제2 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질, 탄소 함유 전구 물질, 및 산소 함유 가스 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 규소 함유 전구 물질 및 상기 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상은 0.0sccm을 초과하고 5,000sccm 이하인 범위의 제1 속도로 유동되며, 상기 산소 함유 가스는 0.0sccm을 초과하고 10,000sccm 이하인 범위의 제2 속도로 유동되는 것인 물질 증착 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 규소 함유 전구 물질은 모노실란(SiH4), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 모노메틸실란(1MS), 디메틸실란(2MS), 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 및 테트라메틸사이클로테트라실란(TMCTS) 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 탄소 함유 전구 물질은 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, 및 C6H5OH 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  34. 제30항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 O2, CO, NO, N2O, 및 CO2 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  35. 제30항에 있어서, 상기 제2 프로세스 가스는 불활성 가스를 포함하며, 상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  36. 제5항에 있어서, 규소 함유 전구 물질, 탄소 함유 전구 물질, 산소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 하나 이상을 포함하는 프로세스 가스로 챔버의 압력을 1 mTorr 내지 20 Torr 범위로 유지시키면서, 바닥층의 증착과 캡층의 증착 사이에 플라스마를 오프시키는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  37. 제5항에 있어서, 상기 바닥층의 증착과 캡층의 증착은 별개의 챔버 내에서 일어나는 것인 물질 증착 방법.
  38. 제5항에 있어서, 상기 바닥층의 증착과 캡층의 증착은, 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하는 프로세스 가스를 사용하여 연속 증착에 걸쳐 플라스마를 유지시키면서 동일한 챔버 내에서 순차적으로 일어나는 것인 물질 증착 방법.
  39. 제5항에 있어서, 플라스마는 바닥층의 증착과 캡층의 증착 사이에 유지되며, 상기 증착 간의 리액터 분위기는 불활성 가스를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  40. 제5항에 있어서, 상기 바닥층의 증착과 캡층의 증착은 하나의 챔버 내에서 이루어지며, 증착간에는 플라스마는 오프되고 상기 챔버는 배기 및 가스 퍼지를 순차적으로 겪게 되는 것인 물질 증착 방법.
  41. 삭제
  42. 제1항에 있어서, 상기 제1 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하며, 상기 제2 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  43. 제1항에 있어서, 상기 샤워 플레이트 조립체는 제3 프로세스 가스 라인이 연결된 서브 영역(sub region)을 더 포함하며, 제3 프로세스 가스가 상기 서브 영역에 공급되는 것인 물질 증착 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 제3 프로세스 가스는 산소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  45. 기판 상에 물질을 증착하는 방법으로서,
    플라스마 공급원을 지닌 챔버 내에 그리고 RF 공급원에 결합된 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계;
    PECVD를 이용하여 기판 상에 에칭 저항성 조정 가능 ARC(Tunable Etch Resistant ARC; TERA)층을 증착하는 단계를 포함하며, RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력(RF power)의 양은, RF 전력이 기판 홀더에 인가되지 않는 경우보다 TERA층의 일부 또는 전체의 증착 속도가 크도록 선택되는 것인 단계;
    상측 전극에 결합된 샤워 플레이트 조립체에 있어서, 프로세스 가스 라인이 연결된 샤워 플레이트 조립체의 주영역에 제1 유량으로 프로세스 가스를 공급하는 단계; 및
    다른 프로세스 가스 라인이 연결된 상기 샤워 플레이트 조립체의 서브 영역에 제2 유량으로 다른 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 규소 함유 전구 물질 및 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 다른 프로세스 가스는 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 및 불활성 가스 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  48. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더에 결합된 온도 제어 시스템을 사용하여 기판 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 기판 온도는 0℃ 내지 500℃ 범위인 것인 물질 증착 방법.
  50. 제48항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템을 사용하여 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도는 0℃ 내지 500℃ 범위인 것인 물질 증착 방법.
  52. 제48항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템을 사용하여 샤워 플레이트 조립체의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 샤워 플레이트 조립체의 온도는 0℃ 내지 500℃ 범위인 것인 물질 증착 방법.
  54. 제1항에 있어서, 챔버를 퍼징하는 단계와;
    상기 챔버 내의 압력을 낮추는 단계와;
    척 해제 작업(de-chucking)을 행하는 단계
    를 더 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 척 해제 작업은 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 산소 함유 가스와 탄소 함유 전구 물질 중 하나 이상을 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  57. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 TERA층을 증착하는 단계는 TERA층으로서 2개 이상의 층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 물질 증착 방법.
  58. 제1항에 있어서, 상기 TERA층의 특성은 RF 공급원에 의해 제공된 RF 전력의 양에 따라 좌우되는 것인 물질 증착 방법.
  59. 제58항에 있어서, TERA층의 밀도는 RF전력이 기판 홀더에 인가되지 않는 경우보다 더 큰 것인 물질 증착 방법.
  60. 삭제
  61. 삭제
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