KR102403102B1 - 반도체 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 처리 장치 내에 구조체를 형성하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 장치는 제1층을 갖는 기판을 적어도 하나 유지하도록 구성되는 제1 반응 챔버를 포함한다. 장치는 기판 상에 제1 전구체 및 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 침윤을 수행하기 위해 구성되는 전구체 전달 시스템을 또한 포함한다. 장치는 또한 침윤 재료를 남기면서 기판 상에 배치되는 제1 층의 적어도 일부를 제거하기 위해 구성되는 제1 제거 시스템을 포함할 수 있고, 침윤과 제1 층의 적어도 일부분의 제거가 동일한 반도체 처리 장치 내에서 일어난다. 반응 챔버 내에서 처리를 위해 기판 위에 배치된 제1 층을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함하여 구조체를 반도체 처리 장치 내에서 형성하는 방법이 또한 개시된다. 방법은 기판 상에 제1 전구체 및 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 제1 층 침윤을 수행하는 단계를 또한 포함할 수 있으며, 침윤 재료는 제1 전구체 및 제2 전구체의 반응으로부터 제1 층에 형성된다. 방법은 또한 침윤을 수행한 단계 이후에 기판 상에 배치되는 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 침윤과 제1 층의 적어도 일부의 제거가 동일한 반도체 처리 장치 내에서 일어난다.

Description

반도체 처리 장치
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2016년 12월 15일 출원된 미국 특허 가출원 61/434,955호의 이익을 주장하고, 이의 개시는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 전자 소자의 제조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 개시는 구조체를 형성하도록 구성된 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 점점 더 작아지는 추세로 나아감에 따라, 상이한 패터닝 기술이 생겨났다. 이러한 기술에는 자기-정렬 다중 패터닝, 스페이서 한정 쿼드러플 패터닝, 심자외선 리소그래피(DUV), 극자외선 리소그래피(EUV), 및 스페이서 한정 더블 패터닝과 결합된 DUV와 EUV를 포함한다. 또한, 유도 자기-조립(DSA)은 미래의 리소그래피 응용분야를 위한 옵션으로 고려되어 왔다. DSA는 블록 코폴리머의 사용을 수반하여 자기-조립용 패턴을 한정한다. 사용된 블록 코폴리머는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스티렌, 또는 폴리(스티렌-블록-메틸 메타크릴레이트)(PS-b-PMMA)를 포함할 수 있다. 다른 블록 코폴리머는 최근 떠오르는 "하이-키(high-Chi)" 고분자를 포함할 수 있으며, 이는 잠재적으로 작은 치수를 가능하게 할 수 있다. 이러한 접근 방식은 7 nm 범위의 생산 분기점을 허용해 왔다.
상술한 패터닝 기술은 기판의 고 해상도 패터닝이 가능하도록 기판 상에 배치된 적어도 하나의 고분자 레지스트를 이용할 수 있다. 고 해상도 및 라인-에지 조도(line-edge roughness) 요건을 모두 만족시키기 위해, 고분자 레지스트는 일반적으로 얇은 층일 수 있다. 그러나, 이러한 얇은 고분자 레지스트는 몇 가지 단점을 가질 수 있다. 특히, PMMA 또는 폴리스티렌과 같은 고 해상도 고분자 레지스트는 에칭 저항성이 낮을 수 있다. 이렇게 낮은 에칭 저항성은 패터닝된 레지스트의 하부층 전사를 더욱 어렵게 한다. 에칭 저항성 및 에칭 선택도가 극히 낮은 반도체 소자의 크기를 더 축소시키기 위해 첨단 고 해상도 고분자 레지스트가 필요한 경우, 에칭 저항성이 낮은 문제는 더 심해진다. 또한, 고 해상도 고분자 레지스트는 얻어진 패턴에서 높은 에지 조도를 초래할 수 있다.
일부 응용에서, 고분자 레지스트의 패턴을 하드마스크에 전사하는 것이 유리할 수 있다. 하드마스크는 반도체 처리에서 고분자 또는 다른 유기 "소프트(soft)" 레지스트 재료 대신에 에칭 마스크로서 더 높은 에칭 저항성과 에칭 선택도를 갖는 재료이다. 그러나, 하드 마스크조차도 조정될 필요가 있는 선폭, 라인 에지 조도 또는 에칭 속도를 가질 수 있다.
그 결과, 보다 우수한 특성을 갖는 고분자 레지스트 및 하드마스크 시스템이 바람직할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 구현예에 따라, 구조체를 형성하도록 구성되는 반도체 처리 장치가 개시된다. 반도체 처리 장치는, 제1 층을 갖는 적어도 하나의 기판을 유지하도록 구성되는 제1 반응 챔버를 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한 전구체 전달 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 전구체 전달 시스템은 제1 전구체 및 제2 전구체를 상기 적어도 하나의 기판으로 순차적으로 펄스화함으로써 침윤을 수행하도록 구성되어 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체의 반응으로부터 상기 제1 층 내로 적어도 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체를 침윤시킴으로써 침윤 재료를 형성한다. 반도체 처리 장치는 또한 상기 침윤 재료를 남기면서 상기 기판 상에 배치된 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 제1 제거 시스템을 포함할 수 있고, 상기 침윤과 상기 제1 층의 적어도 일부분의 제거가 동일한 반도체 처리 장치 내에서 일어난다.
본 발명의 적어도 일 구현예에 따라, 반도체 처리 장치 내에서 구조체를 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 상기 기판 상에 배치된 제1 층을 갖는 기판을 공정 처리를 위해 반응 챔버 내에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제1 전구체 및 제2 전구체를 기판 상으로 순차적으로 펄스화함으로써 제1 층 침윤을 수행하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제1 층 침윤은 적어도 제1 전구체 및 제2 전구체를 상기 제1 층 내로 침윤시킬 수 있도록 구성되고, 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체의 과잉분은 상기 반응 챔버로부터 퍼지되고, 침윤된 재료는 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체의 반응으로부터 상기 제1 층 내에 형성된다. 상기 방법은 또한 상기 침윤 재료를 남기면서 상기 침윤을 수행한 단계 이후에 상기 기판 상에 배치된 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 침윤과 상기 제1 층의 적어도 일부분의 제거가 동일한 반도체 처리 장치 내에서 일어난다.
선행 기술에 비해 달성되는 장점들 및 본 발명을 요약하기 위해, 본 발명의 특정 목적 및 장점들이 앞서 본원에 기술되었다. 물론, 모든 목적 및 장점들이 본 발명의 임의의 특별한 구현예에 따라 반드시 달성되는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 예들 들어 당업자는, 본 발명이, 본원에 교시 또는 제안될 수 있는 다른 목적들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고서, 본원에 교시되거나 제시된 바와 같은 하나의 장점 또는 여러 장점들을 달성 또는 최적화 하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 구현예 모두 본원에 개시된 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 이들 및 다른 구현예들은 첨부된 도면들을 참조하는 특정 구현예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명하게 될 것이고, 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 한정되지 않는다.
본원에 개시된 발명의 이러한 그리고 기타 특징, 양태 및 장점은 특정 구현예의 도면을 참조하여 아래에 설명될 것이고, 이는 본 발명을 도시하고, 본 발명을 한정하기 위함은 아니다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 예시적 구현예에 따른 예시적 반도체 처리 장치를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 예시적 구현예에 따른 추가적이고 예시적인 반도체 처리 장치를 도시한다.
도면의 구성 요소들은 간략하게 및 명료하게 도시되어 있으며, 도시된 본 개시의 구현예의 이해를 돕기 위해 반드시 축적대로 그려지지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형 및 균등물을 넘어 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
또한, 비록 다수의 예시적인 물질들은 본 개시의 구현예를 통해 주어지나, 예시적인 물질들 각각에 대해 주어진 화학식들을 제한적인 것으로 이해해서는 안되고, 주어진 비제한적 예시적인 물질들이 주어진 예시적 화학량론에 의해 한정되어서는 안된다라는 점을 주목해야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구조체(structure)"는 하나 이상의 물질의 패터닝된 그리고 패턴이 없는(즉, 평면형) 층을 모두 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 구현예는 고 해상도 고분자 레지스트 및 하드마스크 재료를 침윤 공정으로 조합하는 것에 관한 것이다. 이렇게 고분자 레지스트와 하드마스크 재료를 침윤 공정으로 조합하는 것은 고분자 레지스트와 하드마스크 재료의 에칭 저항성을 상당히 증가시킬 수 있다. 침윤 기술은 고 해상도 고분자 레지스트와 하드마스크가 전구체 가스와 반응하여 에칭 저항성을 개선할 수 있게 하며, 후속 공정은 에천트 가스를 활용하여 고 해상도 고분자 레지스트 및 하드마스크 재료의 원하지 않는 부분을 제거시킬 수 있다.
침윤 공정을 고해상도 고분자 및 하드마스크 패터닝과 조합하는 것은, 미국 특허 공보 제20140273514A1호에 설명된 것과 같이 종래의 접근법으로는 이전에 보이지 않는 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3)을 90oC에서 침윤시키는 것은 고 해상도 고분자 레지스트와의 반응을 허용할 수 있다. 알루미늄 산화물은 고 해상도 고분자 레지스트의 상부에 증착할 뿐만 아니라, 상기 고분자의 강성을 증가시키기 위해 상기 고분자 내로 주입될 수 있다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 방법(100)을 도시한다. 방법(100)은 기판 상에 배치된 제1 층을 갖는 상기 기판을 반도체 처리 장치 내에 제공하는 제1 단계(110)를 포함한다.
본 개시의 일부 구현예에서, 상기 제1 층은 고 해상도 고분자 레지스트 또는 하드마스크 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 일부 구현예에서, 제1 층은 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스티렌, 폴리(스티렌-블록-메틸 메타크릴레이트)(PS-b-PMMA), 심자외선 포토레지스트, 193 nm 포토레지스트(잠입(193i) 및 비-잠입(193)) 및 극자외선 포토레지스트 중 적어도 하나를 포함하는 고 해상도 고분자 레지스트를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제1 층은 제1 성분 및 제2 성분을 포함할 수 있고, 상기 제1 성분은 적어도 제1 DSA 고분자를 가질 수 있고 상기 제2 성분은 제2 DSA 고분자를 가질수 있으며, 상기 제1 DSA 고분자 및 상기 제2 DSA 고분자는 다른 고분자 중에서도 PMMA, 폴리스티렌(PS)으로 제조될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제1 층은, 스핀-온-글라스, 스핀-온-카본 층, 실리콘 질화물층, 반사 방지 코팅층 또는 비정질 탄소층 중 적어도 하나를 더 포함하는 하드마스크 재료를 포함할 수 있다. 스핀-온-글라스 또는 스핀-온-카본층은, 하드마스크 재료를 제공하도록 기판 상에 유리 또는 탄소층을 스피닝함으로써 제공될 수 있다.
일부 구현예에서, 반도체 처리 장치는 배치식 반응기(예, 단일 반응 챔버) 또는 2개의 배치식 반응기(예, 2개 이상의 반응 챔버)를 갖는 클러스터 툴일 수 있다. 잠재적인 반도체 처리 장치의 한 예는 반응 챔버를 포함할 수 있고, 이는 2개의 반응 챔버에서 동일한 공정을 실행하거나 2개의 상이한 공정을 독립적으로 또는 순차적으로 실행할 수 있다. 일부 구현예에서, 반도체 처리 장치는 단일 웨이퍼용 반응기(예, 단일 반응 챔버) 또는 2개의 단일 웨이퍼용 반응기(예, 2개 이상의 반응 챔버)를 갖는 클러스터 툴일 수 있다. 잠재적인 처리 챔버의 한 예는 처리 챔버를 포함할 수 있고, 이는 2개 이상의 단일 웨이퍼용 반응 챔버에서 동일한 공정을 실행하거나 2개의 상이한 공정을 독립적으로 또는 순차적으로 실행할 수 있다.
일부 구현예에서, 기판 상에 배치된 제1 층은 블록 코폴리머를 포함하고, 방법(100)은 또한 DSA 고분자의 자기-조립 어닐링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 어닐링 공정의 목적은 DSA 고분자 또는 블록 코폴리머에 자기-조립 또는 자기-조직을 조장하는 것이다. 즉, 고분자 내의 구멍/기둥/포스트의 그리드 또는 평행선이 기판 상에 안내 구조체에 의해 유도된 대로 형성될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 이는 PMMA의 도메인 및 PS의 도메인이 교대 방식으로 형성될 수 있음을 의미할 수 있다. 자기-조립 어닐링에 의해 달성되는 이점은 자기-조립 공정의 개선, 결함의 감소, 향상된 라인 폭 조도 및 향상된 임계 치수(CD) 균일성을 포함할 수 있다.
대안적인 구현예에서, 제1 층은 블록 코폴리머를 포함하지 않을 수 있는 고 해상도 고분자 레지스트를 포함할 수 있고, 어닐링 단계는 고분자로부터 수분 또는 다른 오염물을 디가싱하거나, 고분자를 경화시키거나, 또는 기판 표면으로부터 고분자의 일부를 선택적으로 연소시키는 목적을 가질 수 있다.
얻어진 패턴에서 낮은 결함 밀도에 도달하기 위해서 DSA 고분자의 자기-조립 어닐링이 수행되는 구현예에서, 어닐링 공정의 압력, 주변 조건, 온도, 및 시간과 같은 공정 인자가 중요할 수 있다. 낮은 결함 밀도를 얻기 위해 긴 어닐링 시간이 필요할 수 있다. 어닐링은 100 °C 내지 400 °C, 또는 200 °C 내지 300oC, 또는 약 250oC에서 약 60분 동안 할 수 있다. 원하는 어닐링의 양에 따라 기타 온도 및 지속 시간이 가능하다. 그러나, 자기-조립 어닐링 온도는 너무 높게 증가해서는 안되고, 높으면 고분자가 분해하기 시작할 수 있다.
어닐링이 행해지는 주위 환경은 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 산소, 오존, 수증기, 용매 증기 또는 이들 가스의 혼합을 포함할 수 있다. 어닐링 주변 환경의 압력은 초고진공에서 대기압 또는 심지어 대기압보다 높은 범위의 임의의 압력일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 어닐링 공정은 단일 웨이퍼 핫 플레이트 상에서 일어날 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에 따라, 배치식 반응기는 긴 어닐링 시간을 필요로 하는 공정에 유리할 수 있다. 배치식 반응기는 2 내지 250매 기판, 바람직하게는 5 내지 150매 기판, 또는 보다 바람직하게는 약 100매 기판을 수용할 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 반응 챔버를 포함하는 클러스터 툴은 하나의 반응 챔버가 어닐링 공정을 위해 사용될 수 있도록 작동될 수 있다. 이것은 비용 효과적인 방법으로 1 내지 2 시간 수준으로 긴 어닐링 시간을 수행시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 단계는 또한 선택적인 트리밍 공정을 포함할 수 있으며, 상기 트리밍 공정은 본 개시의 후속 공정 이전에 상기 제1 층의 일부를 제거하기 위해 수행될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 트리밍 공정은 상기 제1층을 여기 플라즈마, 예를 들어 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 및 수소(H2) 중 적어도 하나의 여기 종을 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 트리밍 공정은 플라즈마가 없는 오존에 상기 제1 층을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 비제한적이고 예시적인 구현예로서, 트리밍 공정은 상기 제1 층을 산소 및 질소의 여기 종을 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 비제한적이고 예시적인 구현예로서, 트리밍 공정은 상기 제1 층을 산소 여기 종을 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 플라즈마는 또한 추가 종, 예를 들어 Ar 종과 같은 희귀 가스를 또한 포함할 수도 있다. 비제한적이고 예시적인 추가 구현예로서, 트리밍 공정은 상기 제1 층을 수소 및 질소의 여기 종을 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 트리밍 공정이 여기 플라즈마를 이용해서 제1 층의 일부를 제거하는 구현예에서, 상기 제1 층은 약 20°C 초과, 또는 일부 구현예에서 약 50 °C 초과의 온도로 가열될 수 있거나, 또는 본 개시의 일부 구현예에서, 트리밍 공정은 상기 제1 층을 약 100°C 초과, 또는 약 200°C 초과, 또는 약 300°C 초과, 또는 심지어 약 400°C 초과의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적으로 및/또는 대안적으로 트리밍 공정은 제1 층을 원하는 공정 온도로 가열하여 제1 층의 일부분의 분해를 촉진함으로써 제1 층의 일부분이 제거될 수 있도록 열 공정을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 트리밍 공정은 제1 층을 약 100°C 초과, 또는 약 200°C 초과, 또는 약 300°C 초과, 또는 심지어 약 400°C 초과의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(100)은, 예를 들어 금속 또는 유전체 막 중 적어도 하나를 제1 층 내로 침윤시키는 것과 같은 침윤 공정을 수행하는 제2 단계(120)를 또한 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 층은 제1 DSA 고분자 또는 제2 DSA 고분자를 더 포함할 수 있는 적어도 하나의 고분자층을 포함할 수 있다. 이와 같이, 침윤 공정이 2개의 고분자 중 하나만 선택적으로 반응할 수 있는 방식으로 침윤 공정은 행해질 수 있다. 예를 들어, 증착막이 PS 고분자 말고 PMMA 고분자와 반응할 수 있도록 침윤 공정이 일어날 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 제2 단계(120)는 금속 또는 유전체막의 원자층 증착을 포함할 수 있다.
또한, 증착된 금속 또는 유전체막이 제1 층에 침투함으로써 침윤 재료를 형성할 수 있으면서, 또한 제1 층의 전체 부피 상으로 제2 막을 증착할 수 있도록 침윤 공정이 수행될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 제2 단계(120)는 클러스터 툴의 하나의 반응 챔버에서 일어날 수 있어서, 어닐링 단계는 클러스터 툴의 또 다른 반응 챔버에서 일어난다. 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 제2 단계(120)는 클러스터 툴의 하나의 반응 챔버에서 일어날 수 있어서, 트리밍 공정은 클러스터 툴의 또 다른 반응 챔버에서 일어난다. 어닐링 단계, 트리밍 공정, 제2 단계(120)는 배치식 반응기 또는 클러스터 툴의 하나의 단일 반응 챔버에서 일어나는 것이 가능할 수도 있다. 또한, 기판은 다중 기판 홀더 내의 적어도 제2 기판과 함께 제1 반응 챔버로부터 제2 반응 챔버로 이송될 수 있다. 다중 기판 홀더는 25매 이상 기판, 50매 이상 기판, 75매 이상 기판 또는 100매 이상의 기판까지 수용할 수 있다.
제2 단계(120)에서 제1 층으로 침윤하는 금속 또는 유전체는, 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산탄화물(SiOC), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘(Si), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐(W), 코발트(Co), 티타늄 이산화물(TiO2), 티타늄 탄화물(TiC), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 또는 하프늄 이산화물(HfO2)을 포함할 수 있다. 침윤 공정을 수행하도록 금속을 얻기 위한 전구체는, 알루미늄 산화물(Al2O3)을 형성하기 위해 트리메틸알루미늄(TMA) 및 물(H2O)과 같은 것이 사용될 수 있다.
제2 단계(120)에서의 침윤 공정은 Al2O3를 형성하기 위해 25 °C 내지 400 °C 범위의 온도, 또는 60 °C 내지 90 °C 범위의 온도에서 일어날 수 있다. 제2 단계(120)에서의 온도는 선택적인 어닐링 단계 중의 온도보다 작을 수 있어서, 250℃의 예시적인 어닐링 온도로부터 70℃의 제2 단계(130) 온도로 가기 위해서 냉각 단계가 필요할 수 있다. 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라, 선택적 어닐링 공정의 온도는 제2 단계(120)의 온도 이상이거나, 제2 단계(120)의 온도보다 25℃ 내지 300℃ 더 높거나, 심지어 제2 단계(120)의 온도보다 적어도 100 내지 250℃ 더 높다.
제2 단계(120)는 0.5 초 내지 10 분 범위의 지속 시간 동안 TMA와 같은 제1 전구체의 제1 펄스를 포함할 수 있다. 제2 단계(120)는 그 다음 10 초 내지 60 초 범위의 지속 시간 동안 퍼지를 포함할 수도 있다. 제2 단계(120)는 그 다음 10 초 내지 60 초 범위의 지속 시간 동안 물과 같은 제2 전구체의 펄스를 포함할 수 있다. 제2 단계(120)는 그 다음 10 초 내지 2 분 범위의 지속 시간을 갖는 제2 퍼지를 포함할 수 있다. 또한, 제2 단계(120)는 기판 상에 배치된 제1 층 내로 금속 또는 유전체의 충분한 침윤을 얻기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 침윤의 제2 단계(120)는 어닐링의 선택적 단계를 선행할 수 있다. 이 경우, 금속 또는 유전체막이 먼저 제1 층에 침윤하고나서 어닐링 공정이 발생할 수 있다. 어닐링 공정의 결과로서, 제2 단계(120) 동안에 금속 또는 유전체막과 반응하지 않은 제1층의 일부는 어닐링 단계에서 연소될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구현예에서, 선택적인 어닐링 단계 및 침윤의 제2 단계(120)는 주위 공기에 노출되지 않고 일어난다. 주위 대기에 노출이 거의 되지 않아서 실질적으로 많은 양의 산소 또는 물에 노출되는 것이 없다. 주위 대기에 노출되면, 어닐링된 패턴의 정렬이나 잠재적으로 물을 흡수하는 고분자의 영향을 받을 수 있는 고분자의 침윤에 악영향을 미칠 수 있다. 고분자가 물을 흡수하면, 원하지 않는 물질의 증착 결과가 생길 수 있다.
방법(100)은 전구체를 퍼지하는 추가적인 단계를 또한 포함할 수 있다. 추가적인 퍼지 단계는 질소, 헬륨, 아르곤 및 다른 비활성 가스와 같은 퍼지 가스의 도입을 수반할 수 있다. 퍼지 가스는 반응 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거한다. 퍼지 단계는 제2 단계(120)의 온도와 유사한 온도에서 일어날 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 전구체가 제1 층 내로 침윤하도록 허용하기 위해 필요하거나 원하는 만큼 제2 단계(120)는 반복될 수 있다. 상기 사이클은 제1 층 내에 충분한 양의 금속 또는 유전체막을 보장하기 위해 약 1회 이상, 2회 이상, 3회 이상, 4회 이상, 또는 심지어 5회 이상 반복될 수 있다. 각 사이클에서, 제2 단계(130)의 지속시간은 분 단위일 수 있다. 이 지속시간 동안 배치식 반응기는 한 번에 최대 100매 이상의 웨이퍼를 처리하여 높은 생산성과 낮은 공정 비용을 달성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따라, 방법(100)은 제2 단계(120)가 펄스-퍼지-펄스-퍼지 방식으로 반복될 수 있도록 조작될 수 있다. 이들 단계의 조건은 전구체가 제1 층에 침윤할 수 있게 하기 위해 더 높은 압력 및 더 긴 시간으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로 단일 사이클은 지속시간이 0.5 초 내지 120 분 사이의 범위일 수 있고, 일부 구현예에서 단일 사이클은 지속시간이 1 초 내지 60 분 사이의 범위일 수 있고, 또는 심지어 일부 구현예에서 단일 사이클은 지속시간이 2 초 내지 20 분 사이의 범위일 수 있다. 사이클은 여러 번 반복될 수 있는데, 예를 들어 일부 구현예에서 상기 제1 층 내부에서 물질의 침윤을 충분히 얻기 위해 상기 사이클은 1회 이상, 2회 이상, 3회 이상, 4회 이상, 4회 이상, 또는 심지어 5회 이상 반복될 수 있다. 제1 층 내부에서 물질의 침윤은 시간이 더 오래 걸릴 수 있기 때문에, 어닐링 및 침윤의 조합 공정은 배치 방식으로 단계를 수행할 수 있는 기회를 제공한다.
방법(100)은 침윤 공정을 수행한 단계 이후에 기판 상에 배치된 제1 층의 일부분을 제거하는 제3 단계(130)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제1 층의 침윤 이후에 상기 침윤 공정에 의해 영향을 받지 않는 제1 층의 잔여 부분이 있을 수 있다. 침윤 공정에 의해 영향을 받지 않는 제1 층의 일부는 바람직하지 않을 수 있는데, 제1 층의 영향을 받지 않는 이러한 일부가 기판 상에서 수행되는 후속 공정에, 예를 들어 후속 증착 또는 에칭 공정에 적합하지 않을 수 있기 때문이다. 따라서, 본 개시의 구현예는 침윤 이후 그러나 기판의 후속 처리 이전에 제1 층의 원하지 않는 나머지 부분을 제거할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 기판 상에 배치된 제1 층의 일부를 제거하는 제3 단계(130)는 제1 층을 에천트 가스에 노출시키는 단계를 포함할 수 있고, 추가적인 구현예에서 제1 층을 에천트 가스에 노출시키는 단계는 제1 층을 산소 함유 반응물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 배치된 제1 층의 일부를 제거하는 제3 단계(130)는, 제1 층을 산소 함유 플라즈마 또는 오존 함유 반응물 중 적어도 하나에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
제1 층의 일부를 제거하기 위해 산소 함유 플라즈마를 사용하는 구현예에서, 방법은 제1 층의 일부를 효과적으로 제거하기 위한 산소 종을 여기하기 위한 플라즈마 발생기를 이용하는 단계를 포함할 수 있으며, 공정은 종종 "애싱(ashing)"으로 지칭된다. 플라즈마 발생기는 산소(O2), 또는 대안적으로 산소(O2) 및 질소(N2)의 가스 혼합물로 공급될 수 있다. 따라서, 제1 층의 일부를 제거하기 위한 에천트는 산소 여기 종 및 질소 여기 종 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 함유 플라즈마를 활용하여 제1 층의 일부를 제거하는 구현예에서, 제1 층은 약 20°C 초과, 또는 약 50°C 초과, 또는 약 100°C 초과, 또는 약 200°C 초과, 또는 약 300°C 초과, 또는 심지어 약 400°C 초과의 온도로 가열될 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 층의 일부를 제거하기 위해 오존 함유 반응물을 사용하는 단계는 제1 층을 오존(O3)을 포함하는 가스 혼합물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 오존을 포함하는 가스 혼합물은 순수 오존으로 이루어질 수 있는 반면에, 대안적인 구현예에서 오존을 포함하는 가스 혼합물은 오존, 및 적어도 하나의 수증기, 산소 또는 불활성 캐리어 가스를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 층의 적어도 일부분을 제거하는 단계는 제1 층을 약 100°C 초과, 또는 약 150°C 초과, 또는 약 200°C 초과, 또는 약 250°C 초과, 또는 약 300°C 초과의 온도, 또는 약 350°C 초과, 또는 심지어 약 400°C 초과의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비제한적인 예로서 고분자 레지스트나 스핀-온-카본층과 같이 탄소 함유 재료를 포함하는 구현예에서, 이전 침윤 공정에 의해 영향을 받지 않는 제1층의 일부는 약 300°C 초과의 온도에서 분해될 수 있어서 추가적인 에천트 필요 없이 제거될 수 있다. 추가 구현예에서, 제1 층은 용매 또는 오존 에천트에 노출되는 동안에 약 300°C 초과의 온도로 가열될 수 있다.
일부 구현예에서, 침윤 공정을 수행한 단계 이후에 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 단계는, 제1 층의 적어도 일부를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함한다. 보다 상세하게, 제1 층의 일부는 침윤 공정 동안에 적어도 제1 전구체 및 제2 전구체로 침윤될 수 있음으로써, 침윤 재료를 형성한다. 침윤 공정에 의해 영향을 받지 않는 제1 층의 일부는 본원에서 전술한 바와 같이 바람직하지 않다. 따라서, 본 개시의 구현예의 방법은 침윤 공정에 의해 영향을 받지 않는 제1 층의 일부를 선택적으로 제거할 수 있다.
본 개시의 구현예에 따라, 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있다. 본 개시의 대안적인 구현예에서, 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 클러스터 툴, 즉 동일한 반도체 처리 장치에 위치한 상이한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있어서 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 주위 공기에 노출되지 않고 일어난다. 본 개시의 구현예에 따라, 트리밍 공정, 침윤 공정, 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있다. 본 개시의 대안적인 구현예에서, 트리밍 공정, 침윤 공정, 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 클러스터 툴, 즉 동일한 반도체 처리 장치에 위치한 상이한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있어서 트리밍 공정, 침윤 공정, 및 제1 층의 적어도 일부의 제거는 주위 공기에 노출되지 않고 일어난다.
방법(100)은 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 제3 단계(130) 이후에 추가적인 공정을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 방법(100)은 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부를 제거한 단계 이후에 기판 상의 증착 공정 또는 에칭 공정 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 침윤 공정을 거친 제1 층의 나머지 부분은, 예를 들어 기판을 플라즈마 에칭 공정에 노출시킴으로써 기판의 일부를 에칭하기 위한 마스크 층으로서 활용될 수 있다. 대안적으로, 침윤 공정을 겪은 제1 층의 잔여 부분, 즉 침윤 재료는 후속 증착 공정을 위해 이용될 수 있고, 예를 들어 침윤 재료 위에 스페이서 재료를 증착하기 위해 증착 공정이 이용될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따라, 선택적인 트리밍 공정, 침윤 공정, 제1 층의 적어도 일부의 제거, 및 적어도 하나의 증착 공정 또는 에칭 공정은 동일한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있다. 본 개시의 대안적인 구현예에서, 선택적인 트리밍 공정, 침윤 공정, 제1 층의 적어도 일부의 제거, 및 적어도 하나의 증착 공정 또는 에칭 공정은 동일한 클러스터 툴에 위치한 상이한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있어서, 선택적인 트리밍 공정, 침윤 공정, 제1 층의 적어도 일부의 제거, 및 적어도 하나의 증착 공정 또는 에칭 공정은 동일한 반도체 처리 장치 내에서 즉, 주위 공기에 노출되지 않고 일어난다.
본 개시의 일부 구현예에 따라, 트리밍 공정 및 침윤 공정은 제1 층의 적어도 일부를 제거하기 위한 공정을 옵션으로 하는 동일한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있다. 본 개시의 대안적인 구현예에 따라, 트리밍 공정 및 침윤 공정은 제1 층의 적어도 일부를 제거하기 위한 공정을 옵션으로 하는 동일한 클러스터 툴에 위치하는 상이한 반응 챔버 내에서 일어날 수 있다. 따라서, 트리밍 공정 및 침윤 공정 모두 동일한 반도체 처리 장치, 즉 주위 공기에 노출되지 않고 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
이제 도 2로 돌아가서, 제1 층의 적어도 일부를 침윤시키고 제거하기 위한 반도체 처리 장치(200)가 도시되어 있다. 장치(200)는 제1 반응 챔버(203), 기판 홀더(204) 및 가스 분배 시스템(206)을 더 포함할 수 있는 반응기(202)를 포함할 수 있다. 장치(200)는 제1 전구체 공급원(207); 제2 전구체 공급원(208); 캐리어 또는 퍼지 가스 공급원(210)을 더 포함할 수 있는 전구체 전달 시스템을 또한 포함할 수 있다. 장치(200)는 선택적인 트리밍 공정 및 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부를 제거하도록 구성되는 제1 제거 시스템을 포함할 수 있고, 상기 제1 제거 시스템은 에천트 가스 공급원(216)을 더 포함할 수 있다. 장치(200)는 공급원(207, 208, 210, 216)과 반응기(202) 사이에 개재된 밸브(211, 212, 214 및 218)를 더 포함할 수 있다.
반응 챔버(203)는 독립형 반응 챔버 또는 클러스터 툴의 부분일 수 있다. 또한, 반응 챔버(203)는 본원에서 설명된 침윤 공정에 전용일 수 있거나, 반응 챔버(203)는 다른 공정, 예를 들어 막 증착, 트리밍 공정, 제1 층의 일부 제거 및 하나 이상의 추가층 증착 및/또는 에칭 처리에 사용될 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(203)는 화학 기상 증착(CVD) 및/또는 원자층 증착(ALD) 공정 처리를 위해 통상적으로 사용되는 반응 챔버를 포함할 수 있고 직접식 플라즈마 및/또는 원격식 플라즈마 장치를 포함할 수도 있다. 추가의 반응 챔버(203)는 진공 또는 준 대기압 하에서 작동할 수 있다. 일례로서, 반응 챔버(203)는 적어도 하나의 기판 상으로 제1 전구체 및 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 막의 ALD 증착에 적합한 반응 챔버를 포함할 수 있고, 상기 막은 적어도 제1 전구체와 제2 전구체를 제1 층에 침윤시키도록 구성된다. 반도체 처리 장치(200)에 적합한 예시적인 ALD 반응 챔버가 미국 특허 번호 8,152,922에 기술되어 있으며, 내용이 본 개시와 충돌하지 않는 한 본원에 참고로 내용이 원용된다.
기판 홀더(204)는 기판 위에 배치된 제1층을 갖는 기판(216)과 같이 적어도 하나의 기판을 수용하도록 구성될 수 있어서, 공정 처리 중 제자리에 있을 수 있다. 다양하고 예시적인 구현예에 따라, 기판 홀더(204)는 직접식 플라즈마 회로의 부분을 형성할 수 있다. 추가적이거나 대안적으로, 기판 홀더(204)는 공정 처리 중에 (예를 들어, 가열 요소(205)에 의해) 가열되거나, 냉각되거나, 주변 공정 온도에 있을 수 있다. 일부 구현예에서 가열 요소(205)는 상기 적어도 하나의 기판(216)에 대해 어닐링 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 추가 구현예에서, 가열 요소(205)는 제1 층의 일부를 제거하도록 구성될 수 있다.
가스 분배 시스템(206)이 블록 형태로 도시되어 있지만, 가스 분배 시스템(206)은 상대적으로 복잡할 수 있고, 가스 혼합물을 반응 챔버(203)의 나머지 부분에 분배하기 이전에 제1 전구체 공급원(207), 제2 전구체 공급원(208)으로부터의 증기(가스), 가스 공급원(210)으로부터의 퍼지 가스, 및 에천트 가스 공급원(216)을 혼합하도록 구성될 수 있다. 또한, 가스 분배 시스템(206)은 반도체 표면으로 수직(도시된 바와 같음) 또는 수평 가스 흐름을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 가스 분배 시스템은 미국 특허 제8,152,922호에 기술되어 있다.
제1 전구체 공급원(207)은 막 증착 공정에 적합한 금속 함유 물질의 액체, 고체 또는 가스 공급원일 수 있다. 제1 전구체 공급원(207)이 액체 또는 고체인 경우, 공급원 물질은 반응 챔버(203)에 들어가기 전에 기화될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제1 가스 전구체는 트리메틸알루미늄(TMA), 트리에틸알루미늄(TEA), 디메틸알루미늄하이드라이드(DMAH), 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4), 탄탈륨 펜타클로라이드(TaCl5) 또는 니오븀 펜타클로라이드(NbCl5) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 전구체 공급원(208)은 막 증착 공정에 적합한 액체, 고체 또는 가스 공급원일 수 있다. 제2 전구체 공급원(208)이 액체 또는 고체인 경우, 공급원 물질은 반응 챔버(203)에 들어가기 전에 기화될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제2 전구체 공급원은 수증기, 오존, 과산화수소, 암모니아 및 히드라진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전구체 공급원 및 제2 전구체 공급원은, 적어도 제1 전구체 공급원 및 제2 전구체 공급원이 기판 상에 배치된 제1 층 내로 침윤할 수 있도록 구성되는 막을 증착하기 위해 함께 이용될 수 있다. 예를 들어 일부 구현예에서, 장치(200)는 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘(Si), 실리콘 탄질화물(SiCN), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 탄화물(TiC), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐(W), 코발트(Co), 티타늄 이산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 또는 하프늄 이산화물(HfO2) 중 적어도 하나를 포함하는 구조체를 침윤하도록 구성될 수 있다.
캐리어 또는 퍼지 가스 공급원(210)은 제1 전구체 공급원(207) 및/또는 제2 전구체 공급원(208)으로 혼합하기에 적합한 임의의 적합한 가스를 포함할 수 있다. 캐리어 또는 퍼지 가스 공급원(210)은 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부를 제거하기 이전, 이후 또는 동안에 반응 챔버(203)를 퍼지하는 데 적합한 임의의 적합한 가스를 포함할 수 있다. 본 개시의 예시적인 구현예에 따라 퍼지 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 조합일 수 있다. 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 조합을 또한 포함할 수 있다.
반도체 처리 장치(200)는, 트리밍 공정을 가능하게 하고 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부를 제거할 수 있는 고체, 액체 또는 기상 화학물질을 포함하는 에천트 가스 공급원(216)을 더 포함할 수 있는 제1 제거 시스템을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 에천트 가스 공급원(216)은 반응 챔버(203)에 진입할 때에 기상인 화학물질을 포함하여 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 비제한적인 예시적 구현예로서, 에천트 공급원(216)은 산소(O2), 오존(O3), 질소 (N2) 및 수소(H2)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 반응 챔버(203) 및 제1 제거 시스템은, 예를 들어 산소 및 질소의 여기 종을 형성하기 위해 제1 제거 시스템으로부터 공급된 에천트 가스로부터 플라즈마 활성화된 종을 생성시키도록 구성된 플라즈마 발생기를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공급원(207, 208, 210, 및 216)은 밸브(211, 212, 214, 및 218)를 통해 반응 챔버(203)와 유체 연통하며, 이는 공급원 라인(219, 220, 222 및 224)을 사용하여 반응 챔버(203)로 각각의 공급원 물질의 흐름, 혼합 및 분배를 제어하는 데 사용될 수 있다.
추가적인 구현예에서, 장치(200)는 제1 층의 일부를 제거한 단계 이후에 기판 상에 물질막의 후속 증착을 위해 이용될 수 있는 추가 전구체 공급원 하나 이상을 포함할 수 있다. 또 추가적인 구현예에서, 장치(200)는 제1 층의 일부를 제거한 단계 이후에 기판의 후속 에칭을 위해 이용될 수 있는 추가 에천트 가스 공급원을 하나 이상 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 장치(200)는 막을 증착하도록 구성될 수 있고, 상기 막은 적어도 제1 전구체 및 제2 전구체를 기판 상에 배치된 제1 층에 침윤시키고 제1 층의 적어도 일부를 기판 상에 제거시킬 수 있도록 구성되며, 상기 침윤과 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 반도체 처리 장치, 즉 주위 공기에 기판을 노출하지 않고서 일어난다.
본 개시의 추가적인 구현예에서, 선택적인 트리밍 공정, 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 단계가 수행되기 위한 반도체 처리 장치(300)가 도 3을 참조하여 도시된다. 장치(300)는 장치(200)의 것과 유사할 수 있지만, 제1 반응 챔버(203a) 및 제2 반응 챔버(203b)를 더 포함할 수 있는 반응기(302)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 반응기(302)는 클러스터 툴을 포함하고 비록 도 3은 2개의 반응 챔버를 포함하는 반응기(302)를 도시하지만, 일부 구현예에서는 반응기(302)가 복수의 반응 챔버를 포함할 수 있으며, 각 반응 챔버는 이전에 본원에 기술된 바와 같이 기판 홀더(204), 및 가스 분배 시스템(206)을 포함함을 이해해야 한다. 장치(300)는 제1 전구체 공급원(207); 제2 전구체 공급원(208); 캐리어 또는 퍼지 가스 공급원(210)을 또한 포함할 수 있다. 장치(300)는 에천트 가스 공급원(216)을 더 포함하는 제1 제거 시스템을 또한 포함할 수 있다. 장치(300)는 공급원(207, 208, 210, 216)과 반응기(302) 사이에 개재된 밸브(211, 212, 214 및 218)를 또한 포함할 수 있다.
시스템(300)은 기판, 예를 들어 반도체를 제1 반응 챔버(203a)와 제2 반응 챔버(203b) 사이에서 이송하는데 활용되는 이송 시스템(304)을 또한 포함할 수 있다. 이송 시스템(304)은 기판을 주변 공기에 노출시키지 않고 제1 반응 챔버(203a)에서 제2 반응 챔버(203b)로 기판의 이송이 발생할 수 있도록 제어된 환경을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 반응 챔버(203a)는 전체 반도체 공정에서 단일 공정에 전용일 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(203a)는 제1 전구체 및 제2 전구체를 기판 상으로 순차적으로 펄스화함으로써 침윤 공정을 수행하는 데 전용일 수 있는 반면에, 제2 반응 챔버(203b)는 기판 상에 배치된 제1 층의 적어도 일부분을 제거하는 단계 및/또는 선택적인 트리밍 공정에 전용일 수 있다. 일부 구현예에서, 반응 챔버(203a 및 203b) 내의 전용 단일 공정이 뒤바뀔 수 있는 점을 이해해야 한다. 전체 반도체 공정에서 하나 이상의 공정에 대한 단일 반응 챔버의 전용은 전체 반도체 공정을 포함하는 각 공정에서의 독립 공정 파라미터를, 즉 제1 반응 챔버(203a) 및 제2 반응 챔버(203b)에 대한 독립적인 공정 파라미터를 허용할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 챔버(203a)는 제1 온도 및 제1 압력에서 제어될 수 있는 반면에, 제2 반응 챔버(203b)는 제2 온도 및 제2 압력에서 제어될 수 있으며, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 제1 압력 및 상기 제2 압력은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
일부 구현예에서, 반응 챔버(203a 및 203b)는 본원에서 설명된 침윤 공정에 전용일 수 있거나, 반응 챔버(203a 및 203b)는 다른 공정에, 예를 들어 층 증착 및/또는 에칭 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(203a 및 203b)는 본원에 기술된 바와 같이 화학 기상 증착(CVD), 및/또는 원자층 증착 공정에 통상적으로 사용되는 반응 챔버를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 장치(300)는 트리밍, 증착, 및 에칭 공정과 같은 추가적인 전용 공정을 수행하기 위한 추가의 반응 챔버를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공급원(207, 208, 210, 및 216)은 밸브(211, 212, 214, 및 218)를 통해 반응기(302)와 유체 연통하며, 이는 공급 라인(219, 220, 222 및 224)을 사용하여 반응 챔버(203a 및 203b)로 각각의 원료 물질의 흐름, 혼합 및 분배를 제어하는 데 사용될 수 있다.
어닐링, 침윤 공정 및 제1 층의 적어도 일부 제거의 결합 사용에 대한 잠재적 응용은 극자외선(EUV) 포토레지스트에 대한 것일 수 있다. EUV 응용을 위한 어닐링은 고분자의 자기-조립을 위한 것이 아닐 수 있지만, 경화 또는 안정화 목적의 역할을 할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 적어도 하나의 구현에 따라, 어닐링 및 침윤의 결합 공정은, 잠재적으로 카르복실기의 전환을 방지하거나, 고분자막으로부터 수분을 디가싱시킴으로써, 또는 포토레지스트를 안정화 또는 경화시킴으로써, 순차적 침윤 합성(SIS) 단계를 보조할 수 있다.
도시되고 설명된 구체적인 적용예는 본 발명의 예시이자 최적 실시모드이며, 어떤 방식으로도 양태와 적용예의 범주를 달리 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 시스템의 종래의 제조, 연결, 조제 및 다른 기능적 양태는 간결성을 위해 상세히 기술되지 않을 수 있다. 또한, 다양한 도면들에서 도시된 연결선들은 다양한 요소들 사이의 예시적인 기능 관계 및/또는 물리적 결합을 표시하려는 의도이다. 많은 대안 또는 추가적인 기능적 관계 또는 물리적 연결은 실질적인 시스템에 존재할 수 있고/있거나 일부 구현예들에서는 없을 수 있다.
본원에 기술된 구성 및/또는 접근법은 본질적으로 예시적인 것이며, 다양한 변형이 가능하기 때문에, 이들 특정 구현예 또는 실시예가 제한적인 의미로 고려되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 본원에 설명된 특정 루틴 또는 방법은 임의의 수의 처리 전략 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 따라서, 도시된 다양한 동작은 도시된 시퀀스에서, 상이한 시퀀스에서 수행되거나, 경우에 따라 생략될 수 있다.
본 개시의 요지는 본원에 개시된 다양한 공정, 시스템, 및 구성, 다른 특징, 기능, 행위 및/또는 성질의 모든 신규하고 비자명한 조합 및 하위조합뿐만 아니라 임의의 그리고 모든 이들의 등가물들을 포함한다.

Claims (31)

  1. 구조체를 형성하기 위해 구성되는 반도체 처리 장치로서,
    제1층을 갖는 기판을 적어도 하나 유지하기 위해 구성되는 제1 반응 챔버;
    상기 제1 층으로 제1 전구체 및 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 트리밍 공정 및 침윤을 수행하도록 구성되어 상기 제1 층 내로 적어도 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체를 침윤시키고, 반응시킴으로써 침윤 재료를 형성하는 전구체 전달 시스템; 및
    상기 기판 상에 배치된 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하면서 상기 침윤 재료를 남기도록 구성되는 제1 제거 시스템을 포함하되,
    상기 침윤과 상기 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 반도체 처리 장치 내에서 일어나는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제거 시스템으로부터 공급되는 에천트 가스로부터 플라즈마 여기 종을 생성하도록 구성되는 플라즈마 발생기를 추가로 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 제거 시스템은 가열 요소를 추가로 포함하고, 분해에 의해 상기 제1 층의 일부분이 제거될 수 있도록 열 공정이 사용되는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하기 위해 구성되는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 200℃ 내지 300℃ 사이의 온도에서 어닐링 단계를 수행하기 위해 구성되는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 다수의 기판을 처리하기 위해 구성되는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전구체 전달 시스템은 상기 침윤 재료 상에 제1 전구체 및 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 막 증착을 수행하도록 추가로 구성되는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 기판의 적어도 일부를 제거하도록 에칭 공정을 수행하기 위해 추가로 구성되는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 에천트 가스 공급원으로부터 공급되는 에천트 가스로부터 플라즈마 여기 에천트 종을 생성하기 위해 구성되는 플라즈마 발생기를 추가로 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 구조체는 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘(Si), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 질화물(TiC), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐(W), 코발트(Co), 티타늄 이산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 또는 하프늄 이산화물(HfO2) 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 상기 침윤을 수행하고, 제2 반응 챔버는 상기 제1 층의 적어도 일부분의 제거를 수행하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기판은 다수의 기판 홀더 내의 적어도 제2 기판과 함께 상기 제1 반응 챔버에서 상기 제2 반응 챔버로 이송되는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 배치식 반응기를 포함하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 챔버는 단일 웨이퍼 반응기를 포함하는 장치.
  15. 제5항에 있어서, 상기 어닐링은 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 산소, 오존, 수증기, 용매 증기 또는 이들 가스의 혼합을 포함하는 환경에서 행해지는 장치.
  16. 구조체를 형성하기 위해 구성되는 반도체 처리 장치로서,
    제1 기판 홀더를 구비하고, 상기 제1 기판 홀더 상에 위치하는 기판 상의 유전 물질을 포함하는 제1 층의 침윤을 수행하여 침윤 재료를 상기 제1 층 내로 침윤시키기 위해 구성되고 배열되는 제1 반응 챔버;
    제2 기판 홀더를 구비하고, 상기 제2 기판 홀더 상에 위치하는 상기 기판 상의 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하면서 상기 기판 상에 상기 침윤 재료를 남기기 위해 구성되고 배열되는 제2 반응 챔버;
    상기 기판을 상기 제1 기판 홀더에 제공하고, 상기 기판을 상기 제1 기판 홀더에서 상기 제2 기판 홀더로 이송하고, 상기 기판을 상기 제2 기판 홀더에서 제거하기 위해 구성되고 배열되는 기판 핸들러; 및
    상기 제1 기판 홀더에서 상기 제2 기판 홀더로 이송하는 중에 상기 기판을 상기 장치 외부의 환경으로부터 보호하기 위해, 상기 기판 핸들러 및 상기 제1 반응 챔버 및 상기 제2 반응 챔버를 덮는 하우징을 포함하는 장치.
  17. 제1항에 따른 반도체 처리 장치 내에 구조체를 형성하는 방법으로서,
    기판 위에 배치된 제1 층을 갖는 상기 기판을 상기 제1 반응 챔버 내의 공정을 위해 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체를 순차적으로 펄스화함으로써 제1 층 침윤을 수행하는 단계로, 상기 제1 층 침윤은 적어도 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체를 상기 제1층 내에 침윤시키기 위해 구성되며, 과잉의 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체를 상기 제1 반응 챔버에서 퍼지하고,
    침윤 재료는 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체의 반응으로부터 상기 제1 층에 형성되는 단계; 및
    상기 침윤을 수행한 단계 이후에 상기 기판 상에 배치되는 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하면서 상기 침윤 재료를 남기는 단계를 포함하되,
    상기 침윤과 상기 제1 층의 적어도 일부의 제거는 동일한 반응 챔버 내에서 일어나는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 층 침윤을 수행하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 어닐링 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기판 상에 배치되는 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거한 단계 이후에 상기 기판 상에 증착 공정 또는 에칭 공정 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하는 단계는 상기 제1 층을 산소 함유 반응물에 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 구조체는 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘(Si), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 탄질화물(SiCN), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 탄화물(TiC), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐(W), 코발트(Co), 티타늄 이산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 또는 하프늄 이산화물(HfO2) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 어닐링 단계 동안에 상기 반응 챔버의 온도는 100℃ 내지 400℃의 범위인 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 침윤 동안에 상기 반응 챔버의 온도는 25℃ 내지 400℃의 범위인 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제1 층은,
    스핀-온-글라스, 스핀-온-카본층, 실리콘 질화물층, 반사-방지-코팅층, 또는 비정질 탄소층 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 제1 층은,
    폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스티렌, 폴리(스티렌-블록-메틸 메타크릴레이트)(PS-b-PMMA), 심자외선 포토레지스트, 193 포토레지스트, 193i 포토레지스트, 또는 극자외선 포토레지스트 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  26. 제17항에 있어서, 상기 침윤의 수행은 원하는 두께의 상기 구조체를 형성하기 위해 반복되는 방법.
  27. 제17항에 있어서 상기 침윤은,
    상기 제1 전구체를 상기 기판 상에 펄스화하는 단계;
    상기 제1 전구체를 상기 반응 챔버로부터 퍼지하는 단계;
    상기 제2 전구체를 상기 기판 상에 펄스화하는 단계; 및
    상기 제2 전구체를 상기 반응 챔버로부터 퍼지하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 제18항에 있어서, 상기 어닐링 단계 및 상기 침윤은 단일 반응 챔버 내에서 일어나는 방법.
  29. 제18항에 있어서, 상기 어닐링 단계 및 상기 침윤은 상기 반도체 처리 장치 상에 위치하는 상이한 반응 챔버 내에서 일어나는 방법.
  30. 제18항에 있어서, 상기 제1 층 침윤을 수행하는 단계 이전에 트리밍 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  31. 제16항에 따른 반도체 처리 장치 내에 구조체를 형성하는 방법으로서,
    기판 위에 배치된 제1 층을 갖는 상기 기판을 상기 제1 반응 챔버 내의 공정을 위해 제공하는 단계;
    상기 제1 층을 무기 재료로 침윤시키는 단계;
    무기 재료를 포함하는 상기 제1 층을 주변 공기에 노출시키지 않고, 상기 기판을 상기 제1 반응 챔버에서 상기 제2 반응 챔버로 이송하는 단계; 및
    상기 반도체 처리 장치의 상기 제2 반응 챔버 내에서 상기 제1 층의 적어도 일부를 제거하면서 상기 기판 상에 상기 무기 재료를 남기는 단계를 포함하는 방법.
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