KR102610664B1 - 멀티-스테이션 증착 시스템에서 막 두께 매칭을 위한 가변 사이클 및 시간 rf 활성화 방법 - Google Patents

멀티-스테이션 증착 시스템에서 막 두께 매칭을 위한 가변 사이클 및 시간 rf 활성화 방법 Download PDF

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Abstract

멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 같은 두께의 재료를 증착하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다.

Description

멀티-스테이션 증착 시스템에서 막 두께 매칭을 위한 가변 사이클 및 시간 RF 활성화 방법{VARIABLE CYCLE AND TIME RF ACTIVATION METHOD FOR FILM THICKNESS MATCHING IN A MULTI-STATION DEPOSITION SYSTEM}
일부 반도체 제작 프로세스들은 반도체 기판 또는 웨이퍼 상으로 재료의 하나 이상의 층들을 증착한다. 집적 회로 제조자들 및 장비 설계자들은 균일한 품질 및 고 쓰루풋을 갖는 집적 회로들을 생산하기 위해 다양한 프로세스 및 장치 구성들을 채용한다. 재료 증착 시스템들 예컨대 CVD (chemical vapor deposition) 챔버들은 상이한 모드들에서 동작되고, 일부는 고 쓰루풋을 강조하고 다른 것들은 균일도를 강조한다. 쓰루풋 및 균일도 양자를 최적화하는 동작 모드들을 규정하는 것은 과제를 남긴다.
일 실시예에서, 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 증착하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 (a) 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 그리고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계, (b) 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에 그리고 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 재료를 동시에 증착하는 단계로서, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 증착 조건들은 실질적으로 동일함에도 불구하고, 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서보다 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에 보다 두꺼운 재료의 층을 생성하는, 재료를 동시에 증착하는 단계, (c) (b) 의 조건 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 상기 재료를 계속해서 증착하는 동안, 제 1 기판 상의 재료의 증착을 늦추거나 중지하도록 제 1 스테이션에서 증착 조건들을 조정하는 단계, 및 (d) 제 1 기판 상 그리고 제 2 기판 상에 증착된 재료의 총 두께가 실질적으로 동일하도록 제 1 스테이션의 제 1 기판 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 증착을 완료하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 이러한 실시예에서, 증착 조건들은 재료의 전구체에 제 1 기판 및 제 2 기판을 노출하는 것을 포함할 수도 있다.
추가의 이러한 실시예들에서, 증착 조건들을 조정하는 단계는 제 1 스테이션으로의 전구체의 플로우를 감소시키거나 중지하는 단계를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 증착 조건들은 제 1 기판 및 제 2 기판을 플라즈마에 노출하는 것을 포함할 수도 있다.
추가의 이러한 실시예들에서, 증착 조건들을 조정하는 단계는 플라즈마에 대한 제 1 기판의 노출을 감소시키거나 중지하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 웨이퍼는 단계 (b) 및 단계 (c) 동안 제 1 스테이션으로부터 제거되지 않을 수도 있다.
일 이러한 실시예들에서, 단계 (b) 는 (i) 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 전구체를 흡착하도록 전구체를 도징하는 단계, 및 (ii) 재료를 형성하기 위해 전구체로 하여금 반응하게 하도록 제 1 기판 및 제 2 기판을 플라즈마에 노출하는 단계의 순환적 반복을 포함할 수도 있다.
추가의 이러한 실시예들에서, 단계 (c) 는, 단계 (b) 의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판에 대해 순환적 반복들을 계속해서 수행하는 동안, 순환적 반복들 동안 증착된 재료의 두께를 감소시키도록, 제 1 스테이션 내에서 전구체 도징 및/또는 플라즈마 노출을 중지하는 단계를 포함할 수도 있다.
다른 추가의 이러한 실시예들에서, 단계 (c) 는, 단계 (b) 의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판에 대해 순환적 반복들을 계속해서 수행하는 동안, 순환적 반복들 동안 증착된 재료의 두께를 감소시키도록, 제 1 스테이션 내에서 플라즈마의 지속기간 또는 전력을 조정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 다른 실시예에서, 방법은 단계 (b) 전 또는 단계 (b) 동안, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션 내에서 상대적인 증착 레이트들에 관한 측정 정보를 분석하는 단계, 및 단계 (c) 에서 증착 조건들을 어떻게 조정할 지를 결정하도록 측정 정보를 사용하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
추가의 이러한 실시예들에서, 측정 정보는 단계 (b) 동안 획득될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 방법은 단계 (b) 전 또는 단계 (b) 동안, 제 1 기판 및 제 2 기판의 물리적 특성들에 관한 측정 정보를 분석하는 단계, 및 단계 (c) 에서 증착 조건들을 어떻게 조정할 지를 결정하도록 측정 정보를 사용하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 반도체 증착 방법이 제공될 수도 있다. 방법은 (a) 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 그리고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계, (b) 제 1 스테이션의 제 1 기판 및 제 2 스테이션의 제 2 기판을 재료의 전구체에 동시에 노출하는 단계, (c) 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에서 전구체의 반응 및 제 2 스테이션의 제 2 기판의 전구체의 반응을 동시에 활성화하는 단계, (d) N1 사이클들 동안 (b) 및 (c) 단계를 수행하는 단계로서, N1 사이클들 각각은 제 1 기판 상의 재료의 실질적으로 동일한 두께 t1의 박막 및 제 2 기판 상의 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막을 증착하는 단계를 포함하고, 그리고 N1 사이클들을 수행하는 것은 제 1 기판 상에 재료의 총 증착 두께 T1 및 제 2 기판 상에 재료의 총 증착 두께 T2A를 생성하고, T1은 T2A보다 큰, N1 사이클들 동안 (b) 및 (c) 단계를 수행하는 단계, 및 (e) N2 사이클 동안 제 2 스테이션의 제 2 기판을 전구체에 노출하는 단계 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서 전구체의 반응을 활성화하는 단계로서, N2 사이클들 각각은 제 2 기판 상의 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막을 증착하는 단계를 포함하고, N2 사이클들 각각은 제 1 기판이 제 1 스테이션 내에 남아 있고, 제 1 기판 상에 재료의 층의 증착을 늦추거나 중지하는 단계를 포함하고, 그리고 N1 및 N2 사이클들을 수행하는 것은 T1와 실질적으로 동일한 제 2 기판 상의 재료의 총 증착 두께 T2를 생성하는, N2 사이클 동안 제 2 스테이션의 제 2 기판을 전구체에 노출하는 단계 및 전구체 반응을 활성화하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 이러한 실시예에서, 단계 (c) 에서 활성화하는 단계는 제 1 플라즈마 전력으로 제 1 플라즈마 시간 동안 스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 제공하는 단계를 포함할 수도 있고, 그리고 단계 (e) 에서 활성화하는 단계는 제 2 스테이션 내에서 플라즈마를 독립적으로 제공하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 추가의 이러한 실시예에서, 단계 (e) 에서 활성화하는 단계는 제 1 플라즈마 시간과 상이한 제 2 플라즈마 시간 동안 제 2 스테이션 내에서 플라즈마를 독립적으로 제공하는 단계를 포함할 수도 있고, 그리고 N1 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막은 N2 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막과 상이할 수도 있다.
일 다른 추가의 이러한 실시예에서, 단계 (e) 에서 활성화하는 단계는 제 1 플라즈마 전력 레벨과 상이한 제 2 플라즈마 전력 레벨로 제 2 스테이션에서 플라즈마를 독립적으로 제공하는 단계를 포함할 수도 있고, 그리고 N1 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막은 N2 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막과 상이할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 단계 (c) 에서 노출하는 단계는 제 1 노출 시간 동안 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션으로 전구체를 흘리는 단계를 포함할 수도 있고, 단계 (e) 에서 노출하는 단계는 제 2 노출 시간 동안 제 2 스테이션으로 전구체를 흘리는 단계를 포함할 수도 있고, 그리고 N1 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막은 N2 사이클 각각에서 증착된 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막과 상이할 수도 있다.
일 실시예에서, 멀티-스테이션 증착 장치가 제공될 수도 있다. 장치는, 진공 시스템, 가스 전달 시스템, 적어도 2 개의 스테이션들을 포함하는 프로세싱 챔버로서, 스테이션 각각은 진공 시스템 및 가스 전달 시스템을 공유하는, 프로세싱 챔버, 및 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 증착하도록 멀티-스테이션 증착 장치를 제어하기 위한 제어기를 포함할 수도 있다. 제어기는, (a) 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 그리고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계, (b) 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에 그리고 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 재료를 동시에 증착하는 단계로서, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 증착 조건들은 실질적으로 동일함에도 불구하고, 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서보다 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에 보다 두꺼운 재료의 층을 생성하는, 재료를 동시에 증착하는 단계, (c) (b) 의 조건 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 상기 재료를 계속해서 증착하는 동안, 제 1 기판 상의 재료의 증착을 늦추거나 중지하도록 제 1 스테이션에서 증착 조건들을 조정하는 단계, 및 (d) 제 1 기판 상 그리고 제 2 기판 상에 증착된 재료의 총 두께가 실질적으로 동일하도록 제 1 스테이션의 제 1 기판 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 증착을 완료하는 단계에 대한 제어 로직을 포함할 수도 있다.
일 이러한 실시예에서, 스테이션 각각은 그 스테이션의 기판 상으로 재료의 전구체를 분배하기 위한 샤워헤드를 포함할 수도 있고, 그리고 가스 전달 시스템은 스테이션 각각으로 재료의 전구체의 전달을 제어하도록 구성될 수도 있다.
일 추가의 실시예에서, 제어기는 스테이션 각각으로 전구체 전달을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 더 포함할 수도 있고, 그리고 단계 (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 단계는 제 1 스테이션으로의 전구체의 플로우를 감소시키거나 중지시키는 단계를 포함할 수도 있다.
일 다른 실시예에서, 장치는 스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 형성하고 유지하도록 구성된 플라즈마 소스를 더 포함할 수도 있고, 제어기는 스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 형성하고 유지하기 위한 제어 로직을 더 포함할 수도 있고, 그리고 단계 (b) 에서의 증착 조건들은 제 1 기판 및 제 2 기판을 플라즈마에 노출하는 것을 포함할 수도 있다.
일 추가의 실시예에서, 제어기는 스테이션 각각에서 플라즈마 전력 레벨을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 더 포함할 수도 있고, 그리고 단계 (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 단계는 플라즈마로 제 1 기판의 노출을 감소시키거나 중지시키는 단계를 포함할 수도 있다.
일 다른 추가의 실시예에서, 제어기는 스테이션 각각에서 플라즈마 시간을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 더 포함할 수도 있고, 그리고 단계 (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 단계는 플라즈마로 제 1 기판의 노출을 감소시키거나 중지시키는 단계를 포함할 수도 있다.
도 1은 임의의 수의 프로세스들을 사용하여 반도체 기판들 상에 막들을 증착하기 위한 기판 프로세싱 장치를 도시한다.
도 2는 멀티-스테이션 툴의 구현예를 도시한다.
도 3은 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 증착하기 위한 제 1 예시적인 기법을 위한 플로우 차트를 도시한다.
도 4는 플라즈마에 의해 형성된 재료의 두께와 플라즈마 노출 시간 간의 일반적인 관계를 도시하는 그래프를 도시한다.
도 5는 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 제 2 예시적인 기법을 위한 플로우 차트를 도시한다.
도 6은 피드 포워드 정보를 사용하는 예시적인 구현예의 차트를 도시한다.
도 7은 2 개의 상이한 증착 프로세스들에 대한 4-스테이션 증착 장치에 대한 측정된 두께들의 그래프를 도시한다.
도 8은 프로세스를 통해 기판 상에 재료의 막을 형성하기 위한 예시적인 동작들의 시퀀스의 플로우 차트를 도시한다.
이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 제시된 개념들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 언급된다. 제시된 개념들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들은 개시된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들이 구체적인 구현예들에 관하여 기술되지만, 이는 이들 구현예들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
많은 개념들 및 구현예들이 본 명세서에 기술되고 예시된다. 본 명세서에서 논의된 구현예들의 특정한 특징들, 속성들 및 장점들이 기술되고 예시되지만, 본 발명들의 많은 다른 뿐만 아니라 상이한 그리고/또는 유사한 구현예들, 특징들, 속성들 및 장점들이 기술 및 예시들로부터 자명하다. 이와 같이, 이하의 구현예들은 단순히 본 개시의 일부 가능한 예들이다. 이들은 개시된 정밀한 형태들, 기법들, 재료들 및/또는 구성들로 본 개시를 제한하거나 배타적인 것으로 의도되지 않는다. 많은 수정들 및 변형들이 본 개시의 관점에서 가능하다. 다른 구현예들이 활용될 수도 있고 동작적 변화들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다는 것이 이해된다. 이와 같이, 본 개시의 범위는 상기 구현예들의 기술이 예시 및 기술을 목적으로 제공되기 때문에 이하의 기술로만 제한되지 않는다.
본 개시는 임의의 단일 양태 또는 구현예, 또는 이러한 양태들 및/또는 구현예들의 임의의 단일 조합 및/또는 치환으로 제한되지 않는다는 것이 중요하다. 더욱이, 본 개시의 양태들 및/또는 이의 구현예들 각각은 단독으로 또는 하나 이상의 다른 양태들 및/또는 이의 구현예들과 함께 채용될 수도 있다. 간략함을 위해, 많은 이들 치환들 및 조합들은 본 명세서에서 별도로 논의 및/또는 예시되지 않을 것이다.
일부 반도체 프로세스들이 웨이퍼와 같은 기판 상으로 재료의 하나 이상의 층들을 증착하도록 사용된다. 본 명세서에서 사용될 때, "웨이퍼"는 통상적으로 "기판" 다른 형태들 예컨대 대형 포맷 디스플레이 기판을 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 증착 프로세스들의 예들은 "CVD" (chemical vapor deposition), "PECVD" (plasma-enhanced CVD), "ALD" (atomic layer deposition), 저압 CVD, 초고 CVD, "PVD" (physical vapor deposition), 및 "CFD" (conformal film deposition) 를 포함한다.
예를 들어, 일부 CVD 프로세스들은, 막 전구체들 및 부산물들을 형성하는 하나 이상의 가스 반응물질들을 반응기 내로 흘림으로써 웨이퍼 표면 상에 막을 증착할 수도 있다. 전구체들은 웨이퍼 표면으로 이송되어, 표면으로부터 그리고 반응기로부터 제거되는 부산물을 또한 생성하는, 화학 반응들에 의해 웨이퍼에 의해 흡착되고, 웨이퍼 내로 확산되고, 그리고 웨이퍼 상에 증착된다.
또 다른 예를 들면, 일부 증착 프로세스들은 복수의 막 증착 사이클들을 수반하고, 사이클 각각은 "불연속적인 (discrete)" 막 두께를 생성한다. ALD는 이러한 막 증착 방법 중 하나이지만, 막의 박층들을 형성하고 (put down) 반복되는 순차적인 방식으로 사용된 임의의 기법이 복수의 사이클들의 증착을 수반하는 것으로 보여질 수도 있다.
반도체 산업에서 디바이스 및 피처들 사이즈가 계속해서 축소됨에 따라, 그리고 3D 디바이스들 구조체들이 IC (integrated circuit) 설계에서 보다 우세해짐에 따라, 박형의 컨포멀한 (conformal) 막들 (심지어 비평면형 (non-planar) 인, 하부 구조체의 형상에 대해 균일한 두께를 갖는 재료의 막들) 을 증착하는 능력은 점점 중요해진다. ALD는 단일 사이클의 ALD가 재료의 단일 박층만을 증착하고, 막-형성 화학 반응 자체 전에 기판 표면 상에 흡착할 수도 있는 하나 이상의 막 전구체 반응물질들의 양에 의해 두께가 제한된다 (즉, 흡착-제한된 층을 형성) 는 사실로 인해 컨포멀한 막들의 증착에 잘 맞는 막 형성 기법이다. 이어서 복수의 "ALD 사이클들"은 목표된 두께의 막을 구축하도록 (build up) 사용될 수도 있고, 층 각각이 박형이고 컨포멀하기 때문에, 발생되는 막은 실질적으로 하부 디바이스 구조체의 형상을 따른다 (conform). 특정한 실시예들에서, ALD 사이클 각각은 이하의 단계들을 포함한다:
1. 기판 표면을 제 1 전구체에 노출.
2. 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지.
3. 통상적으로, 플라즈마 및/또는 제 2 전구체를 사용하여, 기판 표면의 반응의 활성화.
4. 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지.
ALD 사이클 각각의 지속기간은 통상적으로 25 초 미만 또는 10 초 미만 또는 5 초 미만일 수도 있다. ALD 사이클의 플라즈마 노출 단계 (또는 단계들) 는 짧은 지속기간, 예컨대 1 초 이하일 수도 있다. 도 8은 ALD 프로세스를 통해 기판 상에 재료의 막을 형성하기 위한 예시적인 동작들의 시퀀스의 플로우 차트를 도시한다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 아이템 1은 블록 858에 대응하고, 상기 아이템 2는 블록 860에 대응하고, 상기 아이템 3은 블록 862에 대응하고, 그리고 상기 아이템 4는 블록 864에 대응하고; 4 개의 블록들이 N 사이클들 동안 수행되고, 그 후 프로세스가 중지된다.
도 1은 임의의 수의 프로세스들을 사용하여 반도체 기판들 상에 막들을 증착하기 위한 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 도 1의 장치 (100) 는 진공 펌프 (118) 에 의해 진공 하에 유지될 수도 있는 내부 볼륨 내에 단일 기판 홀더 (108) (예를 들어, 페데스탈) 를 갖는 단일 프로세싱 챔버 (102) 를 갖는다. 또한 (예를 들어) 막 전구체들, 캐리어 가스 및/또는 퍼지 가스 및/또는 프로세스 가스, 제 2 반응물질들, 등의 전달을 위해 가스 전달 시스템 (101) 및 샤워헤드 (106) 가 챔버에 유체적으로 커플링된다. 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 장비가 또한 도 1에 도시된다. 도 1에 개략적으로 예시된 장치는 일반적으로 ALD를 수행하기 위한 것이지만, 다른 막 증착 동작들, 예컨대 종래의 CVD, 특히 PECVD를 수행하기 위해 적응될 수도 있다.
간략함을 위해, 프로세싱 장치 (100) 는 저압 환경을 유지하기 위한 프로세스 챔버 바디 (102) 를 갖는 독립된 프로세스 스테이션으로 도시된다. 그러나, 본 명세서에 기술된 바와 같이 복수의 프로세스 스테이션들이 공통 프로세스 툴 환경 - 예를 들어, 공통 반응 챔버 내 - 에 포함될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 2는 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 구현예를 도시하고 이하에 보다 상세히 논의된다. 또한, 일부 구현예들에서, 본 명세서에 상세히 논의된 것들을 포함하여, 프로세싱 장치 (100) 의 하나 이상의 하드웨어 파라미터들이 하나 이상의 시스템 제어기들에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
프로세스 스테이션 (100) 은 분배 샤워헤드 (106) 로 액체들 및/또는 가스들을 포함할 수도 있는 프로세스 가스들을 전달하기 위한 가스 전달 시스템 (101) 과 유체적으로 연통한다. 가스 전달 시스템 (101) 은 분배 샤워헤드 (106) 로 전달하기 위해 프로세스 가스들을 블렌딩 및/또는 컨디셔닝하기 위한 혼합 용기 (104) 를 포함한다. 하나 이상의 혼합 용기 유입구 밸브들 (120) 이 혼합 용기 (104) 로의 프로세스 가스들의 도입을 제어할 수 있다.
일부 반응물질들은 프로세스 챔버 (102) 에서 기화하고 이어서 프로세스 챔버 (102) 로 전달되기 전에 액체 형태로 저장될 수도 있다. 도 1의 구현예는 혼합 용기 (104) 로 공급될 액체 반응물질을 기화하기 위한 기화 지점 (103) 을 포함한다. 일부 구현예들에서, 기화 지점 (103) 은 가열된 액체 주입 모듈일 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서, 기화 지점 (103) 은 가열된 기화기일 수도 있다. 여전히 다른 구현예들에서, 기화 지점 (103) 은 프로세스 스테이션으로부터 제거될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 기화 지점 (103) 의 업스트림의 LFC (liquid flow controller) 는 기화 및 프로세싱 챔버 (102) 로의 전달을 위해 액체의 질량 유량을 제어하기 위해 제공될 수도 있다.
샤워헤드 (106) 는 프로세스 스테이션에서 기판 (112) 을 향해 프로세스 가스들 및/또는 반응물질들 (예를 들어, 막 전구체들) 을 분배하고, 프로세스 가스들 및/또는 반응물질의 플로우는 샤워헤드로부터 업스트림의 하나 이상의 밸브들 (예를 들어, 밸브들 (120, 120A, 105)) 에 의해 제어된다. 도 1에 도시된 구현예에서, 기판 (112) 은 샤워헤드 (106) 밑에 위치되고, 페데스탈 (108) 상에 놓인 것으로 도시된다. 샤워헤드 (106) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있고, 기판 (112) 으로 프로세스들 가스들을 분배하기 위해 임의의 적합한 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다. 2 이상의 스테이션들을 갖는 일부 구현예들에서, 가스 전달 시스템 (101) 은, 가스가 일 스테이션으로 흐를 수도 있지만 또 다른 스테이션으로 흐르지 않을 수도 있도록 스테이션 각각으로 프로세스 가스들 및/또는 반응물질들의 플로우를 독립적으로 제어할 수 있는, 샤워헤드로부터 업스트림에 밸브들 또는 다른 플로우 제어 구조체들을 포함한다. 게다가, 가스 전달 시스템 (101) 은 상이한 스테이션들로 제공된 가스 조성이 상이하도록; 예를 들어, 가스 컴포넌트의 분압이 스테이션들 사이에서 동시에 가변할 수도 있도록, 멀티-스테이션 장치의 스테이션 각각으로 전달된 프로세스 가스들 및/또는 반응물질들을 독립적으로 제어하도록 구성될 수도 있다.
볼륨 (107) 이 샤워헤드 (106) 밑에 위치된다. 일부 구현예들에서, 페데스탈 (108) 은 기판 (112) 을 볼륨 (107) 에 노출시키도록 그리고/또는 볼륨 (107) 의 체적을 가변시키도록 상승되거나 하강될 수도 있다. 선택가능하게, 페데스탈 (108) 은 볼륨 (107) 내에서 프로세스 압력, 반응물질 농도, 등을 조절하도록 증착 프로세스의 일부분들 동안 하강될 수도 있고 그리고/또는 상승될 수도 있다.
도 1에서, 샤워헤드 (106) 및 페데스탈 (108) 은 플라즈마에 전력공급하기 위해 RF 전력 공급부 (114) 및 매칭 네트워크 (116) 에 전기적으로 접속된다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 에너지는 프로세스 스테이션 압력, 가스 농도, RF 소스 전력, RF 소스 주파수, 및 플라즈마 전력 펄스 타이밍 중 하나 이상을 제어함으로써 (예를 들어, 적절한 머신-판독가능 인스트럭션들 및/또는 제어 로직을 통해) 제어될 수도 있다. 예를 들어, RF 전력 공급부 (114) 및 매칭 네트워크 (116) 는 라디칼 종의 목표된 조성을 갖는 플라즈마를 형성하도록 임의의 적합한 전력으로 동작될 수도 있다. 유사하게, RF 전력 공급부 (114) 는 임의의 적합한 주파수 및 전력의 RF 전력을 제공할 수도 있다.
2 이상의 스테이션들을 갖는 일부 구현예들에서, 장치는 RF 전력 공급부 (114) 및 연관된 컴포넌트들이 스테이션 각각에서 독립적으로 플라즈마를 점화하고 지속시키도록 구성된다. 예를 들어, 장치는 일 스테이션에서 플라즈마를 유지하도록 구성될 수도 있지만, 동시에, 또 다른 스테이션에서 플라즈마를 형성하지 않는다. 또한, 장치는 2 개의 스테이션들에서, 그러나, 플라즈마 전력, 밀도, 조성, 지속기간, 등과 같은 상이한 플라즈마 특성들로 플라즈마를 유지하도록 구성될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 플라즈마 점화 및 유지 조건들은 IOC (input/output control) 인스트럭션들의 시퀀스를 통해 제어 인스트럭션들을 제공할 수도 있는 시스템 제어기에서 적절한 머신-판독가능한 인스트럭션들 및/또는 적절한 하드웨어로 제어된다. 일 예에서, 플라즈마 점화 또는 유지를 위해 플라즈마 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 프로세스 레시피의 플라즈마 활성화 레시피의 형태로 제공된다. 일부 경우들에서, 프로세스 레시피들은, 프로세스를 위한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스와 동시에 실행되도록, 순차적으로 구성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 플라즈마 프로세스에 선행하는 레시피에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 레시피는 불활성 가스 (예를 들어, 헬륨) 및/또는 반응물질 가스의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 전력 설정점으로 플라즈마 생성기를 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 1 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 2의, 후속하는 레시피는 플라즈마 생성기를 인에이블하기 위한 인스트럭션들 및 제 2 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 3 레시피는 플라즈마 생성기를 디스에이블하기 위한 인스트럭션들 및 제 3 레시피에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이들 레시피들은 더 하위분할되고 그리고/또는 본 개시의 범위 내에서 임의의 적합한 방식으로 반복될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 증착 프로세스들에서, 플라즈마 스트라이킹은 지속기간에서 수 초 이상 지속된다. 본 명세서에 기술된 특정한 구현예들에서, 훨씬 보다 짧은 플라즈마 스트라이킹이 프로세싱 사이클 동안 적용될 수도 있다. 이들은 약 50 ㎳ 미만일 수도 있고, 25 ㎳가 구체적인 예이다.
상기 기술된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 스테이션들이 멀티-스테이션 기판 프로세싱 툴 내에 포함될 수도 있다. 도 2는 예시적인 멀티-스테이션 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 장비 가격 및 동작 비용들, 뿐만 아니라 증가된 쓰루풋에 대하여 도 2에 도시된 것과 같은 멀티-스테이션 프로세싱 장치의 사용을 통해 다양한 효율성들이 달성될 수도 있다. 예를 들어, 모든 4 개의 프로세스 스테이션들에 대해 소비된 프로세스 가스들, 등을 배기시킴으로써 모든 4 개의 프로세스 스테이션들에 대한 단일 고 진공 환경을 생성하도록 단일 진공 펌프가 사용될 수도 있다. 구현예에 따라, 프로세스 스테이션 각각은 가스 전달을 위해 프로세스 스테이션의 고유한 전용 샤워헤드를 가질 수도 있지만, 동일한 가스 전달 시스템을 공유할 수도 있다. 유사하게, 플라즈마 생성기 장비의 특정한 엘리먼트들 (예를 들어, 전력 공급부들) 이 프로세스 스테이션들 사이에서 공유될 수도 있지만, 구현예에 따라, 특정한 양태들은 (예를 들어, 샤워헤드들이 플라즈마 생성 전기 전위들을 인가하기 위해 사용된다면) 프로세스 스테이션 특정될 수도 있다. 다시 한번, 이러한 효율성들은 또한 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 또는 16과 같이 프로세싱 챔버 당 보다 많은 수의 또는 보다 적은 수의 프로세스 스테이션들, 또는 반응 챔버 당 보다 많은 프로세스 스테이션들을 사용함으로써 보다 큰 정도 또는 보다 작은 정도로 달성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2의 기판 프로세싱 장치 (200) 는, 복수의 기판 프로세스 스테이션들을 포함하는 단일 기판 프로세싱 챔버 (214) 를 채용하고, 복수의 기판 프로세스 스테이션들 각각은 해당 프로세스 스테이션에서 웨이퍼 홀더, 예를 들어, 페데스탈 내에 홀딩된 기판에 대해 프로세싱 동작들을 수행하도록 사용될 수도 있다. 이러한 특정한 구현예에서, 멀티-스테이션 기판 프로세싱 장치 (200) 는 4 개의 프로세스 스테이션들 (201, 202, 203, 및 204) 을 갖는 것으로 도시된다. 다른 유사한 멀티-스테이션 프로세싱 장치들이 구현예 및 예를 들어, 병렬 웨이퍼 프로세싱의 목표된 레벨, 사이즈/공간 제약들, 비용 제약들, 등에 따라 보다 많거나 보다 적은 프로세싱 스테이션들을 가질 수도 있다. 기판 핸들러 로봇 (226) 및 제어기 (250) 가 또한 도 2에 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (200) 은 기판 로딩 포트 (220), 및 포드 (228) 를 통해 로딩된 카세트로부터 기판 로딩 포트 (220) 를 통해, 프로세싱 챔버 (214) 내로, 그리고 4 개의 스테이션들 (201, 202, 203, 또는 204) 중 하나 상으로 로딩된, 기판들을 이동시키도록 구성된 기판 핸들러 로봇 (226) 을 갖는다.
도 2에 도시된 프로세싱 챔버 (214) 는 4 개의 스테이션들 (201, 202, 203, 및 204) 을 제공한다. RF 전력은 RF 전력 시스템 (213) 에서 생성되고 스테이션들 (201 내지 204) 각각에 분배된다. RF 전력 시스템은 하나 이상의 RF 전력 소스들, 예를 들어, 고 주파수 (HFRF) 및 저 주파수 (LFRF) 소스, 임피던스 매칭 모듈들, 및 필터들을 포함할 수도 있다. 특정한 구현예들에서, 전력 소스는 고 주파수 또는 저 주파수 소스만으로 제한될 수도 있다. RF 전력 시스템의 분배 시스템은 반응기를 중심으로 대칭일 수도 있고 고 임피던스를 가질 수도 있다. 이 대칭 및 임피던스는 거의 동일한 양의 전력이 스테이션 각각으로 전달되는 결과를 발생시킨다. 상기 언급된 바와 같이, 일부 구현예들에서 RF 전력 시스템은 스테이션 각각으로 전력을 독립적으로 전달하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, RF 전력은, 플라즈마가 스테이션들 (201 및 202) 내에서 일제히 (simultaneously) 형성되고 스테이션들 (201 및 202) 내에서만 유지되도록, 스테이션들 (201 및 202) 으로 일제히 전달될 수도 있고, 동시에 스테이션들 (203 및 204) 로 전달되지 않는다.
도 2는 또한 프로세스 조건들 및 프로세스 툴 (200) 및 이의 프로세스 스테이션들의 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용된 시스템 제어기 (250) 의 구현예를 도시한다. 시스템 제어기 (250) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 (256), 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들 (254), 및 하나 이상의 프로세서들 (252) 을 포함할 수도 있다. 프로세서 (252) 는 하나 이상의 CPU들, ASIC들, 범용 컴퓨터(들) 및/또는 특수 목적 컴퓨터(들), 하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부(들), 하나 이상의 스텝퍼 모터 제어기 보드(들), 등을 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (250) 는 프로세스 툴 (200) 의 개별 프로세스 스테이션들의 동작들을 포함하는, 프로세스 툴 (200) 의 일부 또는 모든 동작들을 제어한다. 시스템 제어기 (250) 는 프로세서 (252) 상에서 머신-판독가능 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 을 실행할 수도 있다; 일부 구현예들에서, 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 은 대용량 저장 디바이스 (254) 로부터 메모리 디바이스 (256) 내로 로딩된다. 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 은 타이밍, 가스성 및 액체 반응물질들의 혼합, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 웨이퍼 온도, 목표 전력 레벨들, RF 전력 레벨들, RF 노출 시간, 기판 페데스탈, 척 및/또는 서셉터 위치, 스테이션 각각에서의 플라즈마 형성 (상기 논의된 바와 같이, 하나 이상의 스테이션들에서 독립적인 플라즈마 형성을 포함할 수도 있음), 가스성 및 액체 반응물질들의 플로우 (상기 언급된 바와 같이, 하나 이상의 스테이션들로의 독립적인 플로우를 포함할 수도 있음), 및 프로세스 툴 (200) 에 의해 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이들 프로세스들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 기판들 상의 막의 증착과 관련된 프로세스들을 포함하는, 다양한 타입들의 프로세스들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 은 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들은 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 은 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 시스템 제어 인스트럭션들 (258) 은 소프트웨어로 구현되고, 다른 구현예들에서, 인스트럭션들은 하드웨어로 구현될 수도 있다 - 예를 들어, ASIC (application specific integrated circuit) 내에 로직으로서 하드코딩되거나, 다른 구현예들에서, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로서 구현된다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어 소프트웨어 (258) 는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 증착 프로세스 또는 프로세스들의 각각의 단계는 시스템 제어기 (250) 에 의해 실행할 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 1차 막 증착 프로세스를 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은, 예를 들어, 대응하는 증착 레시피, 및 유사하게 캡핑 막 증착에 포함될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 일 프로세스를 위한 모든 인스트럭션들이 그 프로세스와 동시에 실행되도록 레시피들이 순차적으로 배열될 수도 있다.
시스템 제어기 (250) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 (254) 및/또는 메모리 디바이스 (256) 에 저장된 다른 컴퓨터 판독가능 인스트럭션들 및/또는 프로그램들이 일부 구현예들에서 채용될 수도 있다. 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (250) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (250) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들과 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 프로세스 가스 조성들 및 플로우 레이트들, 온도들, 압력들, (RF 바이어스 전력 레벨들, 주파수들, 및 노출 시간들과 같은) 플라즈마 조건들, 등을 포함한다. 부가적으로, 제어기는 프로세스 스테이션들에서 조건들을 독립적으로 제어하도록 구성될 수도 있고, 예를 들어, 제어기는 모든 스테이션들이 아니라 일부 스테이션들에서 플라즈마를 점화하기 위한 인스트럭션들을 제공한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는, 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다.
프로세스들을 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (250) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 접속부들에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스들을 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴 (200) 의 아날로그 및/또는 디지털 출력 접속부들 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 유량 제어기들 (MFC), (압력계들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouple), 부하 센서들, OES 센서들, 웨이퍼들의 물리적 특성들을 인시츄 측정하기 위한 계측 장비, 등을 포함한다. 적절하게 프로그램된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다.
시스템 제어기 (250) 는 증착 프로세스들을 구현하기 위한 머신-판독가능 프로그램 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 인스트럭션들은 DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, RF 전력 파라미터 편차들과 같은 스테이션 대 스테이션 편차들, 주파수 튜닝 파라미터들, 압력, 온도, 등과 같은 다양한 프로세스 파라미터들을 제어할 수도 있다. 인스트럭션들은 본 명세서에 기술된 다양한 구현예들에 따른 막 스택들의 인시츄 증착을 동작시키기 위한 파라미터들을 제어할 수도 있다.
시스템 제어기는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 장치가 본 명세서에 개시된 프로세스들에 따른 동작들을 수행할 수 있도록 머신-판독가능 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 본 명세서에 개시된 기판 도핑 프로세스들에 따른 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 머신-판독가능, 비일시적인 매체는 시스템 제어기와 커플링될 수도 있다.
상기 언급된 바와 같이, 공통 기판 프로세싱 챔버 내에서 복수의 프로세스 스테이션들에서 복수의 기판들을 프로세싱하는 것은 막 증착을 복수의 기판들 상에서 병렬로 진행되게 인에이블함으로써 쓰루풋을 증가시킬 수도 있는 한편, 다양한 스테이션들 사이에 공통 프로세싱 장비를 동시에 활용한다. 예를 들어, 4-스테이션 프로세스 챔버에서, 4 개의 분리된 스테이션들에 위치된 4 개의 기판들은 동시에 프로세싱될 수도 있다. 일부 멀티-스테이션 기판 프로세싱 툴들은 동일한 수의 사이클들 동안 (예를 들어, 일부 ALD 프로세스들 동안) 웨이퍼들을 일제히 프로세싱하도록 활용될 수도 있다는 것을 주의해야 한다. 이 구성의 프로세스 스테이션들 및 기판 로딩 및 이송 디바이스들이 주어지면, 막 증착 -즉, 예를 들어, ALD 프로세스 동안 N 사이클들의 막 증착 또는 CVD 프로세스 동안 동일한 노출 지속기간- 으로 하여금 복수의 기판들에 걸쳐 병렬로 (예를 들어, 일제히) 발생하게 하는 다양한 프로세스 시퀀스들이 가능하다.
상이한 기판들에 걸쳐 일관된 막 증착을 달성하기 위한 방법들은 증착 프로세스 동안 프로세싱 챔버 내 복수의 프로세스 스테이션들 -즉, 기판 각각에 대해, 막의 일부 부분은 일 스테이션으로 증착되고, 일부 부분은 하나 이상의 다른 프로세싱 스테이션들로- 을 통해 기판을 인덱싱하는 것을 포함한다. 이는 상이한 스테이션들에서 발생하는 증착의 모든 시스템적 차이를 평균하는 결과를 발생시킬 수도 있다. 다시, 이 프로세싱 모드는 예를 들어, CVD 및 ALD를 포함하는 임의의 타입의 증착 프로세스에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 총 N 사이클들이 4-스테이션 프로세싱 챔버에서 4 개의 웨이퍼들에 대해 수행되는 ALD 프로세스에서, N/4 사이클들이 스테이션 각각에서 웨이퍼 각각에 대해 수행될 수도 있고, 웨이퍼 각각은 N/4 사이클들 각각의 완료 후 상이한 스테이션으로 이송된다. 한편, 이 방법의 일부 다른 구현예들은 웨이퍼 각각에 대해 동일한 수의 사이클들을 수행하지 않을 수도 있다. 또 다른 예를 들면, 총 N 사이클들이 4-스테이션 프로세싱 챔버에서 4 개의 웨이퍼들에 대해 수행되는 ALD 프로세스에서, N x 2/5 사이클들이 웨이퍼 각각이 처음으로 위치되는 스테이션에서 웨이퍼 각각에 대해 수행될 수도 있고, 이어서 다른 3 개의 나머지 스테이션들에서 웨이퍼 각각에 대해 N/5 사이클들이 수행된다. 예시에 의해, 총 500 증착 사이클들이 스테이션들 (201, 202, 203, 및 204) 에 각각 처음으로 위치된 웨이퍼들 (1, 2, 3, 및 4) 에 대해 수행될 수도 있다. 200 사이클들이 스테이션 (201) 에서 웨이퍼 (1) 에 대해 수행되고, 그 후 이어서 웨이퍼 (1) 가 스테이션들 (202, 203, 및 204) 로 이송되고, 100 사이클들이 이들 스테이션들 각각에서 웨이퍼 (1) 에 대해 각각 수행되어, 합계하면 500 개의 총 사이클들이 된다. 동일한 방법이 웨이퍼들 (2, 3, 및 4) 에 대해 적용된다.
이 타입의 "순차적 모드" 프로세싱 또는 "순차적 프로세싱"은 웨이퍼 각각이 상이한 스테이션을 겪고, 이는 상이한 스테이션들에서 발생하는 증착에서 일부 시스템적인 차이들을 평균할 수도 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 이 모드의 동작의 다른 특징들은 보다 덜 매력적이게 한다. 예를 들어, 일부 구현예들의 순차적 모드는 다량의 기판 로딩/언로딩, 프로세싱 챔버포트 (220) 의 개방/폐쇄를 수반한다. 일부 동작 모드들에서, 기판이 4 스테이션들에 걸쳐 할당된 N 번의 증착들을 받도록, 프로세싱 챔버는 로딩/언로딩 동작들을 위해 4 번 개방 및 폐쇄되고, 매번 챔버의 내부에 대한 환경을 증착-적절 환경 조건들 (예를 들어, 온도, 압력, 플로우 레이트들, 등) 으로 다시 복구하는 것을 동반한다. 로딩 동작들을 위해 일 스테이션을 사용할 때 "정적 모드 (static mode)"는 증착을 위한 위치로 4 개의 웨이퍼들을 두기 위해 -프로세스 챔버 내에서 웨이퍼들이 위치되는 카세트의 90도 이송 로테이션들을 사용하여- 동일한 양의 인덱싱을 수반할 수도 있지만, 정적 모드는 이송 로테이션들 동안 개재되는 증착들이 수행되지 않기 때문에 챔버는 한번씩만 개방되고 폐쇄된다. 따라서, 증착 전에 4 개의 웨이퍼들 모두를 (하나씩) 멀티-스테이션 챔버 내로 로딩하는 것이 또한 가능하다. 심지어 챔버가 폐쇄된 채로 남고 내부 압력이 상대적으로 정적으로 남을 때, 일 스테이션으로부터 다음 스테이션으로 웨이퍼들의 인덱싱은 프로세싱을 지연시킨다.
본 명세서에서 "고정된 모드"로 지칭되는 또 다른 프로세스 시퀀스는 인덱싱을 수반하지 않는다. 고정된 모드에서, 도 2의 예를 사용하면, 챔버는 포트 (220) 를 통해 개방되고, 웨이퍼들은 4 개의 스테이션들 모두에 로딩되고, 챔버가 폐쇄되고, N 번의 증착 사이클들이 4 개의 웨이퍼들 모두에 대해 병렬적으로 그리고 일제히 수행되고, 증착 사이클들은 종료되고, 챔버는 개방되고, 그리고 4 개의 웨이퍼들이 제거된다. 즉, 기판 각각이 4 개의 프로세싱 스테이션들 중 하나에서 막 증착을 전체적으로 (N 번의 사이클들 모두) 받는다. 이 고정된 모드 프로세싱은 예를 들어, CVD 및 ALD를 포함하는 임의의 타입의 증착 프로세스에 대해 사용될 수도 있다. 고정된 모드 프로세싱은 다른 모드들에서의 인덱싱과 연관된 지연을 갖지 않아, 증착 쓰루풋이 보다 높다. 그러나, 이 모드는 상이한 스테이션들 간 프로세스 미스매칭으로 인해 상이한 기판들 사이에서 일관된 막 증착을 항상 달성하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 스테이션들 간 상이한 RF 주파수들과 같이, 일 스테이션에서 프로세스 조건들은 또 다른 스테이션의 프로세스 조건들과 정확히 매칭하지 않을 수도 있고, 이는 일 스테이션에서 프로세싱된 웨이퍼가 또 다른 스테이션에서 프로세싱된 웨이퍼와 상이한 속성들을 갖는 결과를 발생시킬 수도 있다. 웨이퍼들 간 미스매칭은, 예를 들어, 평균 막 두께, 웨이퍼의 면에 걸친 균일도, 물리적 특성들, 화학적 특성들, 및 광학적 특성들의 차이들을 포함할 수도 있다.
멀티-스테이션 프로세스 챔버에서 스테이션들 간 웨이퍼 미스매칭을 개선하기 위한, 즉 상이한 기판들에 걸쳐 보다 일관된 막 증착을 달성하기 위한 기법들은 스테이션들 간 프로세스 조건들의 차들을 최소화하는 방식으로 반도체 프로세싱 장비를 설계하는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기 주지된 바와 같이, 스테이션-대-스테이션 두께 매칭이 멀티-스테이션 프로세스 챔버들에서 문제이고, 이 스테이션-대-스테이션 두께는 스테이션들 사이에서 다수의 프로세스 조건들, 예컨대 가스 및/또는 화학물질 전달, 스테이션 각각으로 전달된 RF 전력, 스테이션 각각의 온도, 챔버 및/또는 스테이션 각각에서 펌핑, 하드웨어 설정들 (예를 들어, 스테이션 하드웨어의 배치 및 기능), 및 챔버 내 물리적 환경의 차들로 인해 가변할 수도 있다. 멀티-스테이션 프로세스 챔버의 양태들은 스테이션 각각 사이의 이들 프로세스 조건들의 차들을 최소화하도록 (예를 들어, 스테이션 각각에서 동일한 온도 프로파일들) 설계되고 그리고/또는 구성될 수도 있지만, 이러한 설계는 복잡하고 이들을 완전히 감소시키는 것은 거의 불가능하다.
멀티-스테이션 프로세스 챔버에서 스테이션들 간 웨이퍼 미스매칭을 개선하기 위한 또 다른 기법은 하나 이상의 스테이션들에서 하나 이상의 프로세스 조건들을 조정하는 것을 포함한다. 그러나, 증착 프로세스에서 대부분의 프로세스 조건들은, 프로세스 조건 A가 프로세스 조건 B의 차를 보상하기 위해 조정된다면, 이러한 조정이 프로세스 조건 C의 효과들에 의도치않게 영향을 줄 수도 있도록 통상적으로 서로에 대해 종속적이다. 예를 들어, 하나 이상의 스테이션들의 온도는 스테이션들 간 두께-매칭을 개선하도록 조정될 수도 있지만, 온도의 이 변화는 또한 막 응력에 영향을 줄 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 스테이션들에서 하나 이상의 프로세스 조건들을 조정하는 것은 매우 교차-상관된 변수들을 수반하는 매우 복잡한 최적화 문제이다.
상기 언급된 바와 같이, 스테이션-대-스테이션 두께 매칭은 고정된 모드에서 동작된 멀티-스테이션 프로세스 챔버들의 문제일 수 있다. 본 발명자들은 스테이션-대-스테이션 두께 매칭 (및 다른 형태들의 균일도) 은 일 스테이션에서 일 웨이퍼 상에 재료의 층을 증착하도록 하나 이상의 스테이션들을 정상적으로 동작시킴으로써 개선될 수도 있는 한편, 멀티-스테이션 프로세스 챔버의 하나 이상의 다른 스테이션들에서 또 다른 웨이퍼 상에 층의 증착이 늦춰지거나 중지되도록 하나 이상의 다른 스테이션들의 정상 동작을 일제히 늦추거나 중지한다고 결정하였다. 이하에 논의된 바와 같이, 하나 이상의 스테이션들에서 정상 동작들을 늦추거나 중지하는 것에 대한 대안으로서, 프로세스는 이들 스테이션들에서 증착 조건들을 단순히 조정할 수도 있는 한편, 다른 스테이션들에서 정상 조건들을 유지한다. 상이한 스테이션들에 상이한 조건들을 제공하도록 조정될 수도 있는 증착 조건들의 예들은 다른 것들 중에서, 플라즈마 점화 타이밍, 플라즈마 전력, 플라즈마의 지속기간, 프로세스 가스들 (예를 들어, 반응물질 및/또는 전구체) 의 플로우, 및 프로세스 가스들의 분압을 포함한다. 본 개시의 장치들 및 기법들은 상기 기술된, 예컨대 CVD, PECVD, ALD, 및 ECD를 포함하는, 임의의 증착 프로세스들에 적용될 수도 있다.
도 3은 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 증착하기 위한 제 1 예시적인 기법을 위한 플로우 차트를 도시한다. 이러한 증착은 예를 들어, CVD 또는 ALD에 의해 수행될 수도 있다. 이 제 1 예는 2 개의 스테이션들을 수반하는 기법을 예시하지만, 이러한 기법은, 도 1 및 도 2에 대해 상기 기술된 장치들을 포함하는, 3 이상의 스테이션들을 갖는 멀티-스테이션 증착 장치에 적용될 수도 있다. 도 3의 블록 340에서, 기판들은 멀티-스테이션 증착 장치의 스테이션들 내로 제공된다. 제 1 기판은 제 1 스테이션 내로 제공될 수도 있고, 제 2 기판은 제 2 스테이션 내로 제공될 수도 있다. 도 2를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 기판들은 기판 핸들러 로봇에 의해 스테이션들 내로 배치될 수도 있다.
도 3의 블록 342에서, 재료는 제 1 스테이션의 제 1 기판 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 동시에 증착된다. 언급된 바와 같이, 이 증착은, 증착이 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 증착과 동시에 제 1 스테이션에서 제 1 기판 상에서 일어나도록, 이 스테이션들에서 동시에, 즉, 일제히 또는 병렬로 일어난다. 블록 342에서의 동시 증착은 단일 CVD 증착 프로세스, ALD와 같은 순환적 증착 프로세스에서 단일 증착 사이클, 또는 순환적 프로세스의 총 증착 프로세스일 수도 있다. 이러한 동시 증착 동안, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 증착 조건들은 실질적으로 동일할 수도 있고; 예를 들어, 제어 시스템들은 스테이션들 내에서 동일한 (또는 거의 동일한) 조건들을 생성하도록 의도된 파라미터들을 설정한다. 특정한 프로세스 파라미터들 (예를 들어, 플라즈마 전력, 프로세스 가스 플로우 레이트) 에 대해, 상이한 스테이션들의 파라미터들은 서로 수 퍼센트 이내, 예를 들어, +/- 5 ％ 이내일 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 스테이션 각각에서 동일한 프로세스 조건들을 생성하기 위한 시도들이 이루어질 수도 있지만, 스테이션들에 걸친 하나 이상의 프로세스 조건들은 종종 정확하게 매칭하지 않는다. 이들 증착 조건들은, 예를 들어 그리고 상기 주의된 바와 같이, 스테이션 각각에서 페데스탈의 온도, 스테이션 각각 내로 흐른 가스의 분압, 국부적인 가스 플로우 조건들, 챔버 내 압력, 스테이션 각각에서 플라즈마 전력, 플라즈마 주파수 및 스테이션 각각에서 (플라즈마를 수반하는 증착들을 위한) 플라즈마 형성 지속기간을 포함할 수도 있다. 그 결과, 기판 각각 상에서 동일한 재료의 층들을 생성하기 위한 노력들에도 불구하고, 동시 증착은 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서보다 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에 재료의 보다 두꺼운 층을 생성할 수도 있다. 예를 들어, ALD 프로세스에서, 재료의 보다 두꺼운 층은 N 사이클들을 수행한 후 기판 상에 증착된 재료의 총 두께일 수도 있고, 또는 단일 사이클 후에 재료의 두께일 수 있다.
챔버의 2 이상의 스테이션들이 상이한 두께들로 재료를 증착한다고 결정하는 것은 다양한 기법들에 의해 성취될 수도 있다. 이는 디바이스 성능으로부터 추론될 수도 있고 또는 직접적으로 측정될 수도 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 2 개의 기판들 사이의 재료 층 두께의 차를 측정하는 것은 임의의 공지된 계측 기법, 예컨대 반사계, 다양한 현미경들, 등을 포함하는 임의의 수의 기법들에 의해 수행될 수 있다. 특정한 시간 기간 또는 특정한 수의 증착 사이클들 후까지 스테이션 각각에서 생성된 증착된 두께들은 통상적으로 증착 프로세스들 사이에서 가변하지 않을 수도 있기 때문에, 이들 측정된 두께들은 메모리에 저장될 수도 있고 그리고 또는 이하에 논의된 바와 같은 기법의 보다 나중의 양태들에 대해 사용될 수도 있는, 프로세스 각각에 대해 스테이션 각각에 의해 일관되게 생성된 두께들로 간주될 수도 있다. 또 다른 예에서, 기판 각각의 재료의 층의 두께는 인시츄, 즉, 증착 프로세스 전, 동안, 그리고/또는 후에, 웨이퍼가 스테이션 및/또는 챔버 내에 있는 동안 측정될 수도 있다.
블록 344에서, 장치가 블록 342의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 재료를 계속해서 증착하는 동안, 제 1 기판 상의 재료의 증착을 늦추거나 중지시키도록 제 1 스테이션의 증착 조건들에 대한 하나 이상의 조정들이 이루어진다. 조정되는 증착 조건 각각의 조정 각각은, 활용될 증착 프로세스뿐만 아니라 만약 있다면 스테이션 각각에서 증착될 재료의 두께를 포함하는, 다수의 인자들에 의존할 수도 있다. 조정들은, 예를 들어, 반응물질, 예를 들어, 전구체의 제 1 스테이션 내로의 플로우를 감소시키거나 중지시키는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 초기 증착 조건들의 특정한 세트를 사용하여 2 개의 기판들 상에 증착을 시작하는 CVD 프로세스에서, 조정은 제 2 스테이션의 증착 조건들이 초기 증착 조건들 하에서 계속될 수도 있는 동안 제 1 스테이션 내 증착을 중지하고 그리고/또는 늦추기 위해 제 1 스테이션 내로 반응물질의 플로우를 중지하는 것일 수도 있다. 또 다른 예에서, 초기, 실질적으로 동일한 증착 조건들에 따라, 순환적 증착 프로세스, 예컨대 ALD의 조정은, 프로세스의 일 사이클 동안 제 1 기판 상에 재료가 증착되지 않도록 상기 일 사이클의 흡착 스테이지 동안 제 1 스테이션으로의 전구체의 플로우를 중지시키는 것일 수도 있지만, 동일한 일 사이클 동안, 제 2 스테이션에서 증착이 일어나도록 초기 증착 조건들에 따라 전구체가 제 2 스테이션으로 흐른다.
상기 주의된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 조정은 증착 프로세스에 의해 생성된 층의 특성들을 변화시키기 위해 제 1 스테이션 내 증착 조건들을 변화시키는 것일 수도 있다. 특성들의 이 변화는 증착 프로세스를 중지하거나 늦추는 것으로 간주될 수도 있다.
제 1 스테이션 및 제 2 스테이션에서 플라즈마 노출을 사용하는 증착 프로세스들 동안, 조정은 제 1 스테이션 내 플라즈마 조건들에 대해 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 전구체 플로우와 유사하게, 블록 344에서의 조정은 제 1 기판의 플라즈마에 대한 노출을 감소시키거나 중지시킬 수도 있고 결국 제 1 기판 상의 증착 프로세스를 늦추거나 중지시킬 수도 있다. 이 조정은, 다른 것들 중에서, 제 1 스테이션에서 플라즈마의 형성을 중지하고, 플라즈마 주파수를 변화시키고, 제 1 스테이션 내 플라즈마의 전력 레벨을 변화시키고, 그리고/또는 제 1 스테이션에서 플라즈마가 형성되는 시간을 변화시킴으로써 달성될 수도 있다. ALD 프로세스에서, 조정들은 일 사이클로부터 다음 사이클로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마는 100 사이클들 각각에서 점화될 수도 있고 13 사이클들 각각에 대해 점화되지 않는다. 본질적으로 비순환적인 다른 프로세스들에서, 조정들은 규정된 프로세스 전이들과 무관하게 증착 프로세스의 특정 지점에서 이루어진다. 예를 들어, PECVD 프로세스에서, 제 1 스테이션에서의 플라즈마 노출은 규정된 지속기간 후에 중지될 수도 있지만 제 2 스테이션에서의 플라즈마 노출은 초기 증착 조건들 하에서 계속될 수도 있다. 단순히 전력을 턴오프하는 것에 대한 대안으로서, 다른 플라즈마 조건들이 증착 레이트를 튜닝하도록 조정될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 스테이션의 플라즈마 전력 레벨은 제 1 스테이션 내에서 증착 프로세스를 늦추기 위해 감소될 수도 있고, 제 2 스테이션의 플라즈마 전력 레벨은 초기 증착 조건들 하에서 계속될 수도 있다.
제 1 스테이션에서 플라즈마가 형성되는 시간의 조정에 관해, 이러한 조정은 이 시간의 증가 또는 저감 (decrease) 일 수도 있고, 이는 결국 재료의 층의 두께를 증가시키거나 저감시킬 수도 있다. 도 4는 플라즈마 노출 시간과 플라즈마에 의해 형성된 재료의 두께 간의 일반적인 관계를 도시하는 그래프를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 층의 두께는 플라즈마 노출 시간이 증가함에 따라 처음으로 증가하고, 최대 두께에 도달한 후, 그러나 최대 값에 도달한 후 플라즈마 노출이 계속됨에 따라 층은 치밀화되게 되고 따라서 두께가 저감된다. 이에 따라, 플라즈마 노출 시간과 층의 두께 간의 이 관계는 예를 들어, 제 1 스테이션에서 층의 증착 레이트가 "감소될" 수도 있도록, 제 1 스테이션에서 웨이퍼의 증착을 변화시키기 위해 증착 조건들의 조정에 사용될 수도 있고, 즉 플라즈마에 대한 추가 노출 시간에 의해 두께가 저감된다.
도 3을 다시 참조하면, 일부 구현예들에서 블록 342는 (i) 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 전구체가 흡착하도록 전구체를 도징하는 단계, 및 (ii) 재료를 형성하기 위해 전구체로 하여금 반응하게 하도록 제 1 기판 및 제 2 기판을 플라즈마에 노출하는 단계의 순환적 반복을 포함할 수도 있다. 이러한 순환적 반복은 본 명세서에 기술되고 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같은 ALD 프로세스일 수도 있다. 일부 이러한 구현예들에서, 특정한 수의 순환적 증착들 후에, 제 1 웨이퍼 상의 재료의 층의 전체 두께는 블록 342와 함께 상기 주의된 바와 같이, 제 2 웨이퍼 상의 재료의 층의 전체 두께보다 클 수도 있다. 따라서, 블록 344에서, 제 1 스테이션에서 하나 이상의 사이클들의 증착 조건들에 대한 조정들이 이루어질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 이들 조정들은 순환적 반복들 동안 증착된 재료의 두께를 감소시키기 위해 제 1 스테이션에서 전구체 도징 및/또는 플라즈마 노출을 중지시키는 한편, 블록 342의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서 순환적 반복들을 수행하도록 계속하는 것을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "감소 (reduce)"는 감소된 또는 저감된 두께를 갖는 층일 수도 있고, 또는 두께가 없을 수도 있고, 즉, 조정들이 이루어지는 사이클들 동안 층이 생성되지 않는다. 일부 다른 구현예들에서, 이들 조정들은 순환적 반복들 동안 증착된 재료의 두께를 감소시키기 위해 제 1 스테이션에서 플라즈마 노출의 지속시간 또는 플라즈마의 전력을 변화시키는 한편, 블록 342의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서 순환적 반복들을 수행하는 것을 계속하는 것을 포함할 수도 있다. 상기와 같이, 이 감소는 감소된 두께를 갖는 층 또는 조정들이 이루어지는 사이클들 동안 층이 생성되지 않는 것을 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 블록들 342 및 344 동안 제 1 웨이퍼는 제 1 스테이션으로부터 이동하지 않는다. 따라서, 이 증착 조건들 하에서 제 2 스테이션에서 증착이 계속됨에 따라, 제 1 웨이퍼는 제 1 스테이션에 남아 있는다. 예를 들어, 이들 구현예들은 "고정된 모드"로 간주될 수도 있다.
블록 346에서, 발생되는 집적 회로 또는 다른 제조된 디바이스의 성능의 목적들을 위해 제 1 기판 상에 그리고 제 2 기판 상에 증착된 재료의 총 두께가 실질적으로 동일하도록 제 1 스테이션의 제 1 기판 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 증착이 완료될 수도 있다. 블록 344에서 조정(들)은 제 1 웨이퍼 상의 증착이 제 2 기판 상의 재료의 층의 두께로 하여금 총 증착 프로세스의 끝 무렵에 제 1 기판 상의 재료의 층의 두께와 실질적으로 같아지게 하도록 중지되거나 늦춰지거나 그렇지 않으면 변화되는 동안, 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 재료의 층의 증착이 증가하게 인에이블한다.
증착 조건들의 조정이 기법 동안 임의의 지점에서, 예컨대 증착 프로세스의 시작, 중간, 끝 또는 증착 프로세스 내내 산재되어 일어날 수도 있다는 것을 주의해야 한다. 예를 들어, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션에서 500 번의 동시 증착 사이클을 포함하는 ALD 프로세스에서, 블록 344의 조정은, 모든 500 번의 사이클들 후에 N 증착 사이클들 동안 증착이 제 1 웨이퍼 상에서 일어나지만 N 사이클들 동안 재료의 층의 증착이 제 2 스테이션의 제 2 웨이퍼 상에서 일어나지 않도록 500 번의 사이클들 후에 이루어질 수도 있다.
도 5는 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 제 2 예시적인 기법을 위한 플로우 차트를 도시한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 제 2 예시적인 기법은 순환적 증착 프로세스들 예컨대 ALD 또는 도 8에 도시된 바와 같이 사용될 수도 있다. 블록 548은 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판을 제공하고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는, 상기 논의된 도 3의 블록 340과 동일할 수도 있다. 도 3에 대해 상기 또한 주의된 바와 같이, 제 2 예시적인 기법은 도 1 및 도 2에 대해서와 같이, 본 명세서에 기술된 장치를 사용하여 그리고 3 이상의 스테이션들을 갖는 멀티-스테이션 증착 장치에 적용될 수도 있다. 블록 550에서, 제 1 기판 및 제 2 기판이 재료의 전구체에 동시에 (또는 실질적으로 동시에) 노출된다. 이 블록은 ALD 프로세스를 위한 도 8의 블록 858과 같이, 순환적 증착 프로세스의 "도즈" 페이즈로 간주될 수도 있다. 이 노출 또는 도즈는, 전구체가 실질적으로 동일한 지속기간 동안, 예를 들어, 서로 약 +/- 5 ％ 이내와 동일한, 실질적으로 동시에 스테이션 각각으로 흐르도록 스테이션 각각에서 동시에 일어난다. 도 5에 도시되지 않았지만, ALD 프로세스들에 대해 상기 기술되고 도 8의 블록 860에 도시된 바와 같이, 일부 구현예들에서 퍼지 단계가 블록 550 후 그리고 블록 552 전에 일어날 수도 있다.
블록 552에서, 제 1 스테이션의 제 1 기판 상 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서 전구체의 반응이 활성화된다. 일부 구현예들에서, 이 활성화는 반응물질, 예컨대 반응물질 가스와의 접촉시 열적으로 수행되는 한편, 다른 구현예들에서 플라즈마에의 노출에 의해 수행된다. 블록 550에서와 같이, 스테이션 각각에서의 활성화가 동시에 또는 실질적으로 동시에 (예를 들어, 서로 약 +/- 5 ％ 이내) 일어난다. 예를 들어, 활성화가 플라즈마를 사용하면, 그러면 블록 552의 활성화는 실질적으로 동일한 지속기간 동안 스테이션 각각에서 실질적으로 동시에 플라즈마를 형성함으로써 수행된다. 부가적으로, 이러한 활성화의 증착 조건들은 스테이션 각각에서 실질적으로 동일할 수도 있다. 전구체의 반응의 활성화는, 적어도 부분적으로, 기판 각각 상에서 재료의 층의 형성을 유발한다.
블록 554는 블록들 550 및 552가 N1 사이클들 동안 수행된다는 것을 제공한다. N1 사이클들 각각에서, 재료의 실질적으로 동일한 두께 t1의 박막이 제 1 기판 상에 증착될 수도 있고 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막이 제 2 기판 상에 증착될 수도 있다. 부가적으로, N1 사이클들을 수행하는 것은 제 1 기판 상의 재료의 총 증착 두께 T1 및 제 2 기판 상에 재료의 총 증착 두께 T2A를 생성할 수도 있다. 일부 구현예들에서, T1은 T2A보다 크고, 이는 도 3의 제 1 기법과 유사하다.
블록 556은 N2 사이클들 동안 제 2 스테이션의 제 2 기판을 전구체에 노출하고 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서 전구체의 반응을 활성화하는 것을 포함한다. N2 사이클들 각각은 제 2 기판 상에 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 박막을 증착하는 것을 포함할 수도 있다. N2 사이클들 각각에서, 제 1 기판은 제 1 스테이션에 남아 있을 수도 있고 제 1 기판 상의 재료의 층의 증착은 중지되거나 늦춰질 수도 있다. N2 사이클들을 수행하는 것은 총 두께 T2B를 생성할 수도 있고, 제 2 기판 상에서 N1 및 N2 사이클들을 수행하는 것은 T2가 T1과 실질적으로 동일하도록 총 두께 T2 (예를 들어, T2A + T2B) 를 생성한다. 일부 구현예들에서, T2B는 N2 사이클들이 일 사이클일 때 일어날 수도 있는, t2와 실질적으로 동일할 수도 있다. 예를 들어, 반응들을 활성화하기 위해 플라즈마를 활용하는 ALD 프로세스에서, 블록 556의 N2 사이클 각각은 제 2 스테이션의 제 2 기판을 전구체에 노출하는 단계, 제 2 기판 상에서 전구체 반응을 활성화하도록 제 2 스테이션에서 플라즈마를 형성하는 단계, 및 제 1 기판 상에서 재료의 층의 증착이 일어나지 않을 수도 있도록 동시에 제 1 스테이션에서 플라즈마를 형성하지 않는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 블록 556은 또한 상기 제 1 스테이션의 제 1 기판을 전구체에 노출하는 단계를 포함할 수도 있지만, 제 1 기판 상에서 전구체 반응을 활성화하는 것을 포함하지 않을 수도 있다.
도 5가 도면의 하단에 블록 556을 포함하지만, 블록 556은 전체 증착 프로세스 내내 임의의 시간에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 블록 556은 블록들 550, 552 및 554 전에 수행될 수도 있다. 또 다른예에서, 블록 556의 N2 사이클들은 분할될 수도 있고 N1 사이클들 내내 상이한 시간들에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 500 번의 N1 사이클들 및 100 번의 N2 사이클들을 수반하는 증착 프로세스에 대해, 사이클 순서는 다음과 같을 수도 있다: 100 번의 N1 사이클들, 이어서 50 번의 N2 사이클들, 이어서 200 번의 N1 사이클들, 이어서 50 번의 N2 사이클들, 그리고 이어서 200 번의 N1 사이클들.
일부 구현예들에서, 본 명세서에서 이하에 논의된 바와 같이, N2 사이클들 각각에 대해 제 1 스테이션 및/또는 제 2 스테이션의 증착 조건들에 대한 조정들이 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 제 2 예시적인 기법의 일부 구현예들에서, 전구체의 반응의 활성화는 플라즈마에 의해 수행될 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 플라즈마는, 플라즈마가 일 스테이션에서 형성될 수도 있는 한편 동시에 또 다른 스테이션에서 플라즈마가 형성되지 않을 수도 있도록, 스테이션 각각에서 독립적으로 제공, 예를 들어, 점화되고 제어될 수도 있다. 블록 552에서, 활성화는 제 1 플라즈마 시간 동안 그리고 제 1 플라즈마 전력으로 스테이션 각각으로 플라즈마를 독립적으로 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 제 1 플라즈마 시간, 즉, 스테이션에서 플라즈마가 형성되는 지속기간은 수반된 증착 프로세스에 따라 가변할 수도 있지만, 1 초 이하일 수도 있다. 제 1 플라즈마 전력은 플라즈마가 생성되는 전력일 수도 있고, 스테이션 각각으로 전달된 RF 전력 및/또는 RF주파수와 상관될 수도 있다.
블록 556에서, 제 2 스테이션에서 전구체의 반응의 활성화는 제 2 스테이션에서 플라즈마를 독립적으로 점화하고 그리고/또는 제어하는 것을 포함할 수도 있다. 동시에, 플라즈마는 제 1 스테이션으로 제공되지 않을 수도 있고, 또는 플라즈마는 제 1 기판 상의 재료의 층의 증착을 늦추는 방식으로 제 1 스테이션으로 제공될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 블록 556에서의 활성화는 제 1 플라즈마 시간과 상이한 제 2 플라즈마 시간 동안 제 2 스테이션에 플라즈마를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 도 4를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, N2 사이클 각각에서 플라즈마가 형성되는 지속기간은 제 2 웨이퍼 상에 증착된 재료의 층의 두께로 하여금 블록 554의 N1 사이클 각각에서 증착된 재료의 층의 두께보다 작거나 보다 크게 할 수도 있다. 따라서, 블록 554의 N1 사이클 각각에서 증착된 동일한 두께 t2의 박막은 N2 사이클 각각에서 증착된 동일한 두께 t2의 박막과 상이, 예를 들어, 보다 크거나 보다 작을 수도 있다. 스테이션들 내에서 그리고 스테이션들에 걸쳐 사이클 당 2 개의 상이한 두께들의 막들을 생성하는 능력은 스테이션-대-스테이션 두께를 매칭할 능력을 향상시킨다.
일부 구현예들에서, 블록 556에서의 활성화는 제 1 플라즈마 전력 레벨과 상이한 제 2 플라즈마 전력 레벨의 제 2 스테이션에서 플라즈마를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 상기와 유사하게, N2 사이클 각각에서 상이한 전력 레벨은 제 2 웨이퍼 상에 증착된 재료의 층의 두께로 하여금 블록 554의 N1 사이클 각각에서 증착된 재료의 층의 두께보다 작거나 크게 할 수도 있다. 이에 따라, 블록 554의 N1 사이클 각각에서 증착된 동일한 두께 t2의 박막은 N2 사이클 각각에서 증착된 동일한 두께 t2의 박막보다 크거나 작을 수도 있다.
일부 구현예들에서, 블록 550의 노출은 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션으로 제 1 노출 시간 동안 전구체를 흘리는 것을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 블록 556에서의 노출은 제 2 스테이션으로 제 2 노출 시간 동안 전구체를 흘리는 것을 포함할 수도 있다. 플라즈마 전력 및 플라즈마 지속기간을 상이하게 함으로써, 제 2 노출 시간 동안 제 2 기판을 전구체에 노출하는 것은, N2 사이클 각각에서 N1 사이클 각각에서 증착된 재료의 층의 두께보다 크거나 보다 작은 두께를 가질 수도 있는, 재료의 층의 증착을 유발할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 노출 시간은 전구체의 최대 흡착을 인에이블하는 시간일 수도 있고, 제 2 노출 시간은 제 1 노출 시간보다 25 ％ 작을 수도 있어서, 제 1 노출 시간의 결과로서 증착된 층의 두께로 하여금 제 2 노출 시간의 결과로서 증착된 층의 두께보다 크게 할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 블록 550의 노출은 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션으로 제 1 분압을 갖는 전구체를 흘리는 것을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 블록 556에서의 노출은 제 2 스테이션으로 제 2 분압을 갖는 전구체를 흘리는 것을 포함할 수도 있다. 플라즈마 전력 및 플라즈마 지속기간을 상이하게 함으로써, 제 2 분압을 갖는 전구체에 제 2 기판을 노출하는 것은, N2 사이클 각각에서 N1 사이클 각각에서 증착된 재료의 층의 두께보다 크거나 작은 두께를 가질 수도 있는 재료의 층을 증착할 수도 있다.
이에 따라, 본 명세서에서 논의된 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서, 순환적인 증착 프로세스들을 사용하여, 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들 재료를 형성하기 위한 제 1 예시적인 기법 및/또는 제 2 예시적인 기법의 허용되는 구현예들은 적어도: (i) N1 사이클들 각각에서 그리고 N2 사이클들 각각에서 증착된 박막 두께 t2가 실질적으로 동일하도록, N1 사이클들의 증착 조건들에 따른 N2 사이클들 동안 제 2 기판 상에 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 부가적인 박막들 증착, 및/또는 (ii) N1 사이클들 각각에서 증착된 박막 두께 t2와 N2 사이클들 각각에서 증착된 박막 두께 t2가 상이하도록, N1 사이클들의 증착 조건들과 상이한 증착 조건들, 예를 들어 상이한 플라즈마 전력 또는 지속기간에 따른 N2 사이클들 동안 제 2 기판 상에 재료의 실질적으로 동일한 두께 t2의 부가적인 박막들 증착에 의해 제 2 기판 상에 증착된 재료의 층의 전체 두께를 증가시킬 수도 있다.
본 명세서에서 논의된 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들 재료를 형성하기 위한 제 1 예시적인 기법 및/또는 제 2 예시적인 기법의 일부 구현예들에서, 증착을 위한 멀티-스테이션 증착 장치의 웨이퍼들 상에 존재하는 물리적 특성들에 관한 그리고/또는 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션에서의 상대적인 증착 레이트들에 관한 정보, 예컨대 측정 데이터는 제 2 스테이션의 증착 조건들에 대한 최적의 조정 또는 조정들을 결정하도록 분석되고 그리고/또는 사용될 수도 있다. 일부 이러한 구현예들에서, 예를 들어, 이러한 측정 정보는 "피드 포워드 (feed forward)" 측정 정보일 수도 있고, 일부 다른 이러한 구현예들에서, 예를 들어, 이러한 정보는 "피드백" 측정 정보일 수도 있고, 일부 구현예들에서, 이러한 측정 정보는 "피드 포워드" 및 "피드백" 측정 정보 양자를 포함한다.
"피드 포워드" 측정 정보를 사용하는 일부 구현예들에서, 정보, 예컨대 증착을 위한 멀티-스테이션 증착 장치의 웨이퍼들 상에 존재하는 물리적 특성들에 관한 그리고/또는 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 상대적인 증착 레이트들에 대한 정보는 증착을 위해 멀티-스테이션 증착 장치 내에 웨이퍼가 배치되기 전 또는 웨이퍼가 멀티-스테이션 증착 장치 내에 배치된 후이지만 증착이 일어나기 전을 포함할 수도 있는, 증착이 웨이퍼 상에서 일어나기 전에 획득되고 그리고/또는 공지될 수도 있다. 예를 들어, "피드 포워드" 측정 정보는, 계측 장비에 의해, 예를 들어, 인시츄로 또는 인라인으로 (in line) 획득되는, 웨이퍼가 멀티-스테이션 증착 장치 내에 배치되기 전 그리고/또는 후에 획득될 수도 있는 웨이퍼 각각의 측정 데이터일 수도 있다. 이 "피드 포워드" 측정 정보는 N2 증착 사이클들 각각에 대한 적절한 조정들을 결정하기 위한 제어 로직을 포함하는 멀티-스테이션 증착 장치 제어기로 바로 전송될 수도 있다. "피드 포워드" 측정 정보는 또한 사용자에게 제공될 수도 있고, 사용자는 나중에 멀티-스테이션 증착 장치 내로 적절한 조정들을 예컨대 사용자 인터페이스를 통해 제어기로 입력할 수도 있다. 이러한 조정들은 플라즈마 전력, 플라즈마 지속기간, N2 사이클들의 수를 포함하는 본 명세서에 논의된 조정들일 수도 있다.
예를 들어, 웨이퍼들은 사전 에칭 프로세스와 같이, 일부 다른 방식으로 프로세싱된 후 멀티-스테이션 증착 장치 내로 제공될 수도 있다. 이러한 예에서, 사전 에칭 프로세스로부터 멀티-스테이션 증착 장치에 의해 배치될 그리고 프로세싱될 웨이퍼의 물리적 특성들의 공지의 데이터 (예를 들어, 상기 기술된 바와 같이 인시츄, 인라인, 또는 사전 측정들로부터 획득된 측정된 데이터) 는 제 2 스테이션에서 웨이퍼 상에 재료를 적절히 증착하고 개별 피처들과 매칭하도록 최적의 증착 조건들을 결정하기 위해 피드 포워딩될 수도 있다. 도 6은 피드 포워드 정보를 사용하는 예시적인 구현예의 차트이다. 예시적인 구현예는 스테이션들 1 내지 4 및 스테이션들 1 내지 4에 각각 배치된 웨이퍼들 1 내지 4를 갖는 멀티-스테이션 증착 장치에 대한 것이다. 4 개의 웨이퍼들은 "CD" (critical dimension), 즉 에칭 프로세스에 의해 형성된 갭 각각 사이에 발생되는 갭이 증착 프로세스 전에 웨이퍼 각각에 대해 공지되도록 이전에 에칭되었고, 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 각각에 대한 들어오는, 증착-전 CD는 가변한다. 여기서, ALD 프로세스는 최종 CD가 에칭 직후 CD보다 작도록 에칭된 갭들 내로 재료를 증착하는 것이 목표된다. 그러나, 에칭 프로세스 후 CD 변동들로 인해, 균일한 ALD 증착은 ALD 증착들 후에 변동들이 남아 있게 할 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼들 1, 2, 3, 및 4에 대한 100 Å의 균일한 증착은 220 Å, 222 Å, 224 Å, 및 226 Å의 출력 CD를 각각 생성할 것이다.
"피드 포워드" 측정 정보를 활용하여, 4 개의 스테이션들 중 하나 이상의 스테이션의 증착 조건들은, 스테이션 각각이 최종 CD로 하여금 220 Å의 목표된 CD가 되게 하는 층을 증착하도록 조정될 수도 있다. 도 6에서, 예를 들어, 스테이션 2의 증착 조건들은 웨이퍼 2 상의 최종 증착된 두께가 101 Å이도록 조정될 수도 있다. 이러한 조정은, 예를 들어, 101 Å의 총 층 두께가 웨이퍼 2 상에 증착되도록 상이한 플라즈마 전력을 사용하는 부가적인 사이클 또는 사이클일 수도 있다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 최종 CD 각각이 목표된 220 Å이도록 유사한 조정들이 모든 4 개의 웨이퍼들에 대해 이루어질 수도 있다.
"피드백" 측정 정보를 사용하는 일부 구현예들에서, 정보, 예컨대 증착을 위한 멀티-스테이션 증착 장치 내 웨이퍼들 상에 존재하는 물리적 특성들에 관한 그리고/또는 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 상대적인 증착 레이트들에 관한 정보를 사용하는 것은 적어도 일부 증착이 웨이퍼 상에서 일어나는 동안 그리고/또는 후에 획득되고 그리고/또는 공지될 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 멀티-스테이션 증착 장치는 이러한 정보를 획득하도록 구성되고, 본 명세서에 기술된 바와 같이 인시츄 계측 장비의 사용을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이 "피드백" 정보는 도 3의 블록 342의 제 1 기법의 제 1 스테이션의 제 1 기판 상 그리고 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 동시 증착 동안 그리고/또는 후에 획득될 수도 있다. 부가적으로, 이 블록 342 동안, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 상대적인 증착 레이트들에 관한 "피드백" 측정 정보는 본 명세서에서 논의된 바와 같이 증착 조건들을 어떻게 조정할 지 결정하기 위해 획득되고, 분석되고, 사용될 수도 있다. 상기와 유사하게, 이 "피드백" 측정 정보는 이를 분석하고 증착 조건들에 대한 적절한 조정들을 결정하기 위한 제어 로직을 포함하는 멀티-스테이션 증착 장치 또는 사용자에게 바로 전송될 수도 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 멀티-스테이션 증착 장치를 포함한다. 이러한 장치는, 예컨대 도 1 및 도 2에 대해 본 명세서에서 상기 기술된 장치들의 일부 또는 모든 부품을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 멀티-스테이션 장치는 진공 시스템 (도 1의 진공 펌프 (118) 를 포함할 수도 있음), 전구체 전달 시스템 (예를 들어, 가스 전달 시스템 (101) 과 유사하게 구성될 수도 있음), 적어도 2 개의 스테이션들을 포함하고 스테이션 각각이 진공 시스템 및 전구체 전달 시스템을 공유할 수도 있는 프로세싱 챔버 (프로세스 챔버 (102) 와 유사) 를 포함할 수도 있다. 장치는 또한 멀티-스테이션 증착 장치를 제어하기 위한 제어기, 예컨대 도 2의 제어기 (250) 에 대해 상기 기술된 제어기를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 제어기는 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료 증착하도록 멀티-스테이션 증착 장치를 제어할 수도 있고, 제어기는 도 3 및 도 5에 대해 본 명세서에서 기술된 기법들의 적어도 일부를 구현하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는: (a) 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 그리고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하고, (b) 제 1 스테이션의 제 1 기판 상 그리고 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 재료를 동시에 증착하고, 제 1 스테이션 및 제 2 스테이션의 증착 조건들은 실질적으로 동일하지만, 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에서보다 제 1 스테이션의 제 1 기판 상에서 재료의 보다 두꺼운 층을 생성함, (c) (b) 의 조건들 하에서 제 2 스테이션의 제 2 기판 상에 재료를 계속해서 증착하는 동안 제 1 기판 상의 재료의 증착을 늦추거나 중지하도록 제 1 스테이션의 증착 조건들을 조정하고, 그리고 (d) 제 1 기판 상 그리고 제 2 기판 상에 증착된 재료의 총 두께가 실질적으로 동일하도록, 제 1 스테이션의 제 1 기판 상 및 제 2 스테이션의 제 2 기판 상의 증착을 완료하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 장치의 스테이션 각각은 스테이션 내에서 기판 상으로 재료의 전구체를 분배하도록 구성되는 샤워헤드 (예컨대 샤워헤드 (106)), 및 스테이션 각각으로 재료의 전구체의 전달을 제어하도록 구성된 전구체 전달 시스템을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 제어기는 또한 스테이션 각각으로의 전구체 전달을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있고, 상기 (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 것은 제 1 스테이션으로 전구체의 플로우를 감소시키거나 중지시키는 것을 포함한다.
일부 실시예들에서, 장치는 (도 1 및 도 2에 대해 기술된 바와 같은) 스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 형성하고 유지하도록 구성되는 플라즈마 소스를 포함할 수도 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 제어기는 스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 형성하고 유지하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있고, (b) 의 증착 조건들은 제 1 기판 및 제 2 기판을 플라즈마에 노출하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 제어기는 또한 스테이션 각각에서 플라즈마 전력 레벨을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있고, (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 것은 플라즈마에 대한 제 1 기판의 노출을 감소시키거나 중지시키는 것을 포함한다. 일부 다른 이러한 실시예들에서, 제어기는 또한 스테이션 각각에서 플라즈마 시간을 독립적으로 제어하기 위한 제어 로직을 포함할 수도 있고, (c) 에서 증착 조건들을 조정하는 것은 플라즈마에 대한 제 1 기판의 노출을 감소시키거나 중지시키는 것을 포함한다.
본 발명자들은 도 7에 도시된 바와 같이 멀티-스테이션 증착 장치의 스테이션들에 걸쳐 두께 매칭을 개선하기 위해 본 명세서에 개시된 기법들 및 장치를 활용하였다. 도 7은 2 개의 상이한 증착 프로세스들에 대한 4-스테이션 증착 장치에 대한 측정된 두께들의 그래프를 도시한다. 이는 본 명세서에서 상기 논의된 장치와 유사할 수도 있다. y-축은 옹스트롬 (Å) 단위의 두께를 나타내고 x-축은 4 개의 스테이션들 각각에서 프로세싱된 웨이퍼를 나타낸다. 원 각각은 원 각각 위 또는 아래에 나타낸 수의 사이클들을 수행한 후 증착된 총 웨이퍼 두께를 나타낸다. 제 1 증착 프로세스에 대해, 이 데이터는 일점 쇄선으로 도시되고, 본 발명자들은 기판 각각 상의 총 두께가 다른 기판들의 총 두께들과 매칭하지 않도록 기판 각각 상에 재료의 층들이 증착되는 4 개의 스테이션들 각각에서 579 번의 사이클들 동안 순환적 증착 프로세스를 동시에 수행하였다. 알 수 있는 바와 같이, 스테이션 1에서 웨이퍼 상의 재료의 총 두께는 대략 787 Å이고, 스테이션 2에서 웨이퍼 상의 재료의 총 두께는 788 Å보다 약간 크고, 스테이션 3에서 웨이퍼 상의 재료의 총 두께는 791 Å 내지 792 Å이고, 그리고 스테이션 4에서 웨이퍼 상의 재료의 총 두께는 대략 787 Å이다. 이는 대략 4.6 Å의 총 편차이다.
제 2 증착 프로세스에 대해, 이 데이터는 직선으로 도시되고, 본 발명자들은 스테이션들 간 보다 일관된 두께 매칭을 달성하기 위해 본 명세서에 개시된 기법들 및 장치를 사용하여 순환적 증착 프로세스들을 수행하였다. 여기서, 본 발명자들은 579 사이클들 동안 4 개의 스테이션들 모두에서 동시 순환적 증착들을 수행함으로써 시작하였다. 그러나, 4 개의 웨이퍼들 모두가 스테이션 각각에 각각 남아 있는 동안, 본 발명자들은 대략 791 Å의 스테이션들에 걸친 두께를 달성하기 위해 다른 스테이션들의 웨이퍼에 대해 부가적인, 독립적인 증착 사이클들을 수행하였다. 알 수 있는 바와 같이, 스테이션 1은 합계 583 번의 총 사이클들이 되도록 4 번의 부가적인 증착 사이클들을 받고 대략 791 Å의 두께를 갖고, 스테이션 2는 합계 581 번의 총 사이클들이 되도록 2 번의 부가적인 사이클들을 받고 대략 791 Å의 두께를 갖고, 스테이션 3은 부가적인 사이클들을 받지 않고 대략 791 Å의 두께를 갖고, 스테이션 4는 합계 582 번의 총 사이클들이 되도록 3 번의 부가적인 사이클들을 받고 대략 791 Å의 두께를 갖는다.
비용 및 재료 사용량을 최소화하는 동안 이러한 부가적인 증착 사이클들을 수행하고 쓰루풋을 최대화하기 위해, 4 개의 스테이션들 모두에서 초기 579 번의 사이클들을 수행한 후, 본 발명자들은 2 번의 부가적인 증착 사이클들을 스테이션들 1, 2, 및 4에서 동시에 수행하여, 이들 스테이션들 각각에서 각각 합계 581 번의 총 사이클들이 되는 한편, 스테이션 3의 웨이퍼는 이 스테이션에 남아 있고 부가적인 증착 사이클들이 스테이션 3에서 수행되지 않았다. 그 후, 일 부가적인 증착 사이클이 스테이션들 1 및 4 양자에서 동시에 수행되어, 이들 스테이션들 각각에서 각각 합계 582 번의 총 사이클들이 되는 한편, 스테이션들 2 및 3의 웨이퍼들은 각각의 스테이션들에 남아 있고 부가적인 증착 사이클들이 스테이션들 2 및 3에서 수행되지 않았다. 마지막으로, 일 부가적인 증착 사이클이 스테이션 1에서 수행되어, 이 스테이션에서 합계 583 번의 사이클들이 되는 한편, 스테이션들 2, 3, 및 4의 웨이퍼들은 각각의 스테이션들에 남아 있고 부가적인 증착 사이클들이 스테이션들 2, 3, 또는 4에서 수행되지 않았다. 도 7의 모든 증착 사이클들에서, 동일한 증착 조건들이 증착 사이클 각각에 대해 사용된다는 것을 주의해야 한다. 도 6에서 스테이션들 간 두께 변동은 제 1 데이터 세트에서 대략 4.6 Å으로부터 제 2 데이터 세트의 대략 0.4 Å으로 감소되고, 이는 대략 10-배 감소이다. 다른 실시예들에서, 상기 논의된 바와 같이, 각각의 스테이션 각각에서 이들 부가적인 사이클들은 전체 증착 프로세스 동안, 예컨대 프로세스의 시작에서, 임의의 지점에서 수행될 수도 있다.
본 개시의 문맥이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 본 기술 및 청구항들 전체에서, 단어들 "포함하다", "포함하는" 등은 배타적이거나 철저한 의미에 반대되는 포괄적인 의미, 즉 "이로 제한되지 않지만, 포함하는"의 의미로 해석되어야 한다. 단수 또는 복수를 사용한 단어들은 또한 일반적으로 각각 복수 또는 단수를 포함한다. 2 이상의 아이템들의 리스트를 참조시 단어 "또는"이 사용될 때, 이 단어는 다음의 단어의 해석들 모두를 커버한다: 리스트 내 임의의 아이템, 리스트 내 모든 아이템, 및 리스트 내 아이템들의 임의의 조합. 용어 "구현예"는 본 명세서에 기술된 기법들 및 방법들의 구현예들 뿐만 아니라, 구조체들을 구체화하고 (embody) 본 명세서에 기술된 기법들 및/또는 방법들을 포함하는, 물리적 객체들을 참조한다.

Claims (23)

  1. 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 반도체 증착 방법에 있어서,
    (a) 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 그리고 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계;
    (b) N1 증착 사이클들을 수행하는 단계로서, N1 사이클 각각은
    (i) 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판을 전구체에 동시에 노출하는 단계, 및
    (ii) 상기 제 1 기판을 플라즈마에 노출함으로써 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판 상에서 상기 전구체의 반응 및 상기 제 2 기판을 플라즈마에 노출함으로써 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판 상에서 상기 전구체의 반응을 동시에 활성화하는 단계를 포함하고,
    상기 N1 사이클들을 수행하는 단계는 상기 제 1 기판 상에 상기 재료의 총 증착 두께 T1를 생성하고,
    상기 N1 사이클들을 수행하는 단계는 상기 제 2 기판 상에 상기 재료의 총 증착 두께 T2A를 생성하고, 그리고
    T1은 T2A보다 더 큰, 상기 N1 증착 사이클들을 수행하는 단계; 및
    (c) N2 증착 사이클들을 수행하는 단계로서, N2 사이클 각각은
    (i) 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계 및
    (ii) 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판 상의 상기 재료의 증착이 플라즈마에 노출되지 않는 조정된 조건들 하에서 상기 제 1 기판이 상기 제 1 스테이션에 있는 동시에, 상기 제 2 기판을 플라즈마에 노출함으로써 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판 상에서 상기 전구체의 반응을 활성화하는 단계를 포함하고,
    상기 N2 사이클들을 수행하는 단계는 상기 제 2 기판 상에 상기 재료의 총 증착 두께 T2B를 생성하고, 그리고
    상기 N1 사이클들 및 상기 N2 사이클들을 수행하는 단계는 T1과 실질적으로 동일한 상기 제 2 기판 상의 상기 재료의 총 증착 두께 T2를 생성하는, 반도체 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    N2 사이클 각각 동안, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은 상기 전구체에 동시에 노출되는, 반도체 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    N2 사이클 각각 동안, 상기 제 1 기판은 상기 전구체에 노출되지 않는, 반도체 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    N1 사이클 각각에서 상기 활성화하는 단계는 상기 제 1 스테이션에 플라즈마 그리고 상기 제 2 스테이션에 플라즈마를 독립적으로 제공하는 것을 포함하고, 그리고
    N2 사이클 각각에서 상기 활성화하는 단계는 상기 제 1 스테이션에 플라즈마를 제공하지 않는 동안 상기 제 2 스테이션에 플라즈마를 독립적으로 제공하는 단계를 포함하는, 반도체 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이션에 제공된 상기 제 1 기판에 노출된 상기 플라즈마 및 상기 제 2 스테이션에 제공된 상기 플라즈마는 동일한 플라즈마 전력 및/또는 동일한 플라즈마 주파수를 갖도록 생성되는, 반도체 증착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판에 노출된 상기 플라즈마 및 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판에 노출된 상기 플라즈마는 고 주파수 플라즈마 및 저 주파수 플라즈마를 포함하는, 반도체 증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 N1 사이클들 각각은 상기 제 1 기판 상에 실질적으로 동일한 두께 t1의 상기 재료의 박막 및 상기 제 2 기판 상에 실질적으로 동일한 두께 t2의 상기 재료의 박막을 증착하는 것을 포함하고, 그리고
    상기 N2 사이클들 각각은 상기 제 1 기판 상에 박막을 증착하지 않는 동안 상기 제 2 기판 상에 실질적으로 동일한 두께 t2의 상기 재료의 박막을 증착하는 것을 포함하는, 반도체 증착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 단계 (b) 및 상기 단계 (c) 동안 상기 제 1 스테이션으로부터 이동되지 않는, 반도체 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 N1 증착 사이클들 동안 제 1 RF 전력이 상기 제 1 스테이션에 공급되고 그리고 상기 N1 증착 사이클들 동안 제 2 RF 전력이 상기 제 2 스테이션에 공급되고, 상기 제 1 RF 전력 및 상기 제 2 RF 전력은 서로 +/- 5 ％ 이내인, 반도체 증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 N1 증착 사이클들 동안 상기 제 1 스테이션의 제 1 페데스탈은 제 1 온도에 있고 그리고 상기 제 2 스테이션의 제 2 페데스탈은 제 2 온도에 있고, 상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도는 서로 +/- 5 ％ 이내인, 반도체 증착 방법.
  11. 멀티-스테이션 증착 장치에 있어서,
    진공 시스템;
    가스 전달 시스템;
    적어도 2 개의 스테이션들을 포함하는 프로세싱 챔버로서, 스테이션 각각은 상기 진공 시스템 및 상기 가스 전달 시스템의 적어도 일부 특징들을 공유하는, 상기 프로세싱 챔버;
    스테이션 각각에서 플라즈마를 독립적으로 점화하고 유지하도록 구성된 플라즈마 시스템; 및
    ALD (atomic layer deposition) 프로세스에 의해, 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 증착하도록 멀티-스테이션 증착 장치를 제어하기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    (a) 상기 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 및 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계,
    (b) 동일한 프로세스 레시피에 기초하여 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션이 등가의 증착 조건들을 겪음에도 불구하고 상기 제 1 스테이션이 상기 제 2 스테이션보다 더 빠르게 상기 재료를 증착할 것이라고 결정하는 단계,
    (c) 상기 스테이션 각각에서 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하여, 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션에서 독립적으로 ALD를 수행하는 단계로서, 상기 ALD를 수행하는 동안 상기 제 1 기판은 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판은 상기 제 2 스테이션에 남아 있는, 상기 ALD를 수행하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c) 후에 그리고 상기 제 1 기판이 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판이 상기 제 2 스테이션에 남아 있는 동안, 상기 제 2 스테이션에서 플라즈마 전력의 인가를 계속하는 동안 상기 제 1 스테이션에서 플라즈마 전력의 인가를 중단하여 상기 제 2 스테이션에서 상기 ALD를 계속하는 동안 상기 제 1 스테이션에서 상기 ALD를 중단하는 단계, 및
    (e) 상기 단계 (d) 후 그리고 상기 제 1 기판이 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판이 상기 제 2 스테이션에 남아 있는 동안, 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판 상에 증착된 상기 재료의 층의 총 두께가 상기 제 2 스테이션에서 상기 제 2 기판 상에 증착된 상기 재료의 층의 총 두께가 실질적으로 동일하도록 상기 제 2 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 계속된 인가를 중단하는 단계를 유발하기 위한 제어 로직을 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 전달 시스템은 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션에 공통 전구체를 제공하도록 구성되는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 전달 시스템은 상기 제 1 스테이션의 제 1 샤워헤드 및 상기 제 2 스테이션의 제 2 샤워헤드를 포함하고, 그리고 상기 가스 전달 시스템은 상기 제 1 샤워헤드로부터 업스트림 및 상기 제 2 샤워헤드로부터 업스트림의 플로우 제어 구조체들을 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 전달 시스템은 프로세스 가스가 상기 두 스테이션들로 동시에, 상기 제 1 스테이션으로만, 또는 상기 제 2 스테이션으로만 흐를 수 있도록, 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션으로의 상기 프로세스 가스의 플로우를 독립적으로 제어하도록 구성되는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    스테이션 각각은 그 스테이션의 각각의 기판 상으로 상기 재료의 전구체를 분배하기 위한 샤워헤드를 포함하고,
    상기 가스 전달 시스템은 스테이션 각각으로 상기 재료의 상기 전구체의 전달을 제어하도록 구성되고, 그리고
    상기 단계 (c) 는 상기 제어기로 하여금 상기 전구체를 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션으로 동시에 흘리게 하는 것을 더 포함하고, 그리고
    상기 단계 (d) 는 상기 제어기로 하여금 상기 전구체를 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션으로 동시에 흘리게 하는 것을 더 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    스테이션 각각은 그 스테이션의 각각의 기판 상으로 상기 재료의 전구체를 분배하기 위한 샤워헤드를 포함하고,
    상기 가스 전달 시스템은 스테이션 각각으로의 상기 재료의 상기 전구체의 전달을 제어하도록 구성되고, 그리고
    상기 단계 (c) 는 상기 제어기로 하여금 상기 전구체를 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션으로 동시에 흘리게 하는 단계를 더 포함하고, 그리고
    상기 단계 (d) 는 상기 제어기로 하여금 상기 전구체를 상기 제 1 스테이션으로 흘리지 않고 상기 제 2 스테이션으로 흘리게 하는 것을 더 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 에서 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판에 노출된 상기 플라즈마 및 상기 제 2 스테이션의 상기 제 2 기판에 노출된 상기 플라즈마는 고 주파수 플라즈마 및 저 주파수 플라즈마를 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 단계 (b), 상기 단계 (c), 상기 단계 (d), 및 상기 단계 (e) 동안 상기 제 1 스테이션으로부터 이동되지 않는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 시스템은 스테이션 각각에 전력을 전달하도록 구성된 RF 전력 공급부를 갖고, 그리고
    상기 단계 (c) 에서 증착하는 단계는 상기 제어기로 하여금 제 1 RF 전력을 상기 제 1 스테이션으로 공급하고 그리고 제 2 RF 전력을 상기 제 2 스테이션으로 공급하게 하는 것을 더 포함하고, 상기 제 1 RF 전력 및 상기 제 2 RF 전력은 서로 +/- 5 ％ 이내인, 멀티-스테이션 증착 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 ALD를 수행하는 단계는 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 다수의 순환적 증착들을 수행하는 것을 포함하고, 그리고 상기 제 1 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 인가의 중단은 상기 다수의 순환적 증착들의 수행 후에 발생하고; 그리고
    상기 단계 (d) 의 상기 제 1 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 인가를 중단한 후 그리고 상기 단계 (e) 의 상기 제 2 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 인가를 중단하기 전, 그리고 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션은 등가의 증착 조건들을 겪는 동안, 상기 제 1 스테이션에서 상기 제 1 기판 상에 증착된 상기 재료의 층의 총 두께는 상기 제 2 스테이션에서 상기 제 2 기판 상에 증착된 상기 재료의 층의 총 두께보다 더 큰, 멀티-스테이션 증착 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 에서 상기 제 1 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 인가를 중단한 후 상기 제 2 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 상기 계속된 인가는 상기 단계 (b) 의 상기 증착 조건들 하에서 그리고 상기 증착 조건들을 조정하지 않고 수행되는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 단계 (c) 후에, 상기 제 1 스테이션이 상기 제 2 스테이션보다 더 빠르게 상기 재료를 증착할 것이라는 상기 결정에 기초하여, 상기 제 1 스테이션의 상기 증착 조건들 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 유발하기 위한 제어 로직을 더 포함하고, 상기 증착 조건들 중 상기 적어도 하나는, 상기 제 1 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 인가를 중단하는 것, 상기 제 1 기판 상에 증착된 층의 두께를 감소시키는 것, 또는 이들의 조합을 포함하는, 멀티-스테이션 증착 장치.
  23. 멀티-스테이션 증착 장치의 분리된 스테이션들에서 동시에 프로세싱된 적어도 2 개의 기판들 상에 거의 동일한 두께들의 재료를 생성하기 위한 ALD 방법에 있어서,
    (a) 상기 증착 장치의 제 1 스테이션에 제 1 기판 및 제 2 스테이션에 제 2 기판을 제공하는 단계,
    (b) 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션이 동일한 프로세스 레시피를 겪을 때 상기 제 1 스테이션이 상기 제 2 스테이션보다 더 빠르게 상기 재료를 증착할 것이라고 결정하는 단계,
    (c) 상기 스테이션 각각에서 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하여, 상기 제 1 스테이션 및 상기 제 2 스테이션에서 독립적으로 ALD를 수행하는 단계로서, 상기 ALD를 수행하는 동안 상기 제 1 기판은 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판은 상기 제 2 스테이션에 남아 있는, 상기 ALD를 수행하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c) 후에 그리고 상기 제 1 기판이 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판이 상기 제 2 스테이션에 남아 있는 동안, 상기 제 2 스테이션에서 플라즈마 전력의 인가를 계속하는 동안 상기 제 1 스테이션에서 플라즈마 전력의 인가를 중단하여 상기 제 2 스테이션에서 상기 ALD를 계속하는 동안 상기 제 1 스테이션에서 상기 ALD를 중단하는 단계, 및
    (e) 상기 단계 (d) 후 그리고 상기 제 1 기판이 상기 제 1 스테이션에 남아 있고 상기 제 2 기판이 상기 제 2 스테이션에 남아 있는 동안, 상기 제 1 스테이션의 상기 제 1 기판 상에 증착된 재료의 층의 총 두께가 상기 제 2 스테이션에서 상기 제 2 기판 상에 증착된 상기 재료의 층의 총 두께가 실질적으로 동일하도록 상기 제 2 스테이션에서 상기 플라즈마 전력의 계속된 인가를 중단하는 단계를 유발하기 위한 제어 로직을 포함하는, ALD 방법.
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