KR20080052956A - 열 및 플라즈마 증착 장치 및 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

기판상에서의 기상 증착을 위한 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 시스템은 기판을 전달 공간으로부터 진공 격리된 공정 공간 내에 배치하고, 전달 공간으로부터의 진공 격리를 유지하면서 공정 공간 내의 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판을 처리하고, 상기 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판상에 재료를 증착한다. 따라서 기상 증착 시스템은 재료 증착을 실행하도록 구성된 공정 공간을 구비하는 제1 어셈블리, 제1 어셈블리에 결합되어, 기판을 상기 증착 시스템의 내외로 운반하도록 되어 있는 전달 공간을 구비하는 제2 어셈블리, 제2 어셈블리에 접속되며, 상기 기판을 지지하고 상기 공정 공간 내의 제1 위치로부터 상기 공정 공간 내의 제2 위치로 병진 이동시키도록 구성된 기판 스테이지를 포함한다. 이러한 시스템은 공정 공간 내에서 기판의 병진 이동 중에 공정 공간과 전달 공간 사이의 가스 유동을 억제하도록 구성된 시일을 갖는 실링 어셈블리를 포함한다.

Description

열 및 플라즈마 증착 장치 및 작동 방법{APPARATUS FOR THERMAL AND PLASMA ENHANCED VAPOR DEPOSITION AND METHOD OF OPERATING}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 시스템의 개략도를 도시하고,
도 2는 낮은 샘플 스테이지 위치에서 샘플 운반을 실시하고 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 증착 시스템의 개략도를 도시하고, 재료 증착을 실행하도록 구성된 공정 공간을 구비하는 제1 어셈블리;
상기 제1 어셈블리에 결합되어, 상기 기판을 상기 증착 시스템의 내외로 운반하도록 되어 있는 전달 공간을 구비하는 제2 어셈블리;
상기 제2 어셈블리에 접속되며, 공정 공간의 사이즈를 변경하기 위하여 상기 기판을 지지하고 상기 공정 공간 내의 제1 위치로부터 상기 공정 공간 내의 제2 위치로 병진 이동시키도록 구성된 기판 스테이지;
상기 공정 공간 내에서 기판의 병진 이동 중에 공정 공간과 전달 공간 사이의 가스 유동을 억제하도록 구성된 시일을 갖는 실링 어셈블리
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 기구의 개략도를 도시하고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 밀봉 기구의 개략도를 도시하고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 밀봉 기구의 개략도를 도시하 고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 밀봉 기구의 개략도를 도시하고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정의 공정 흐름도를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 증착 시스템
120 : 기판 스테이지
130 : 제1 조립체
132 : 제2 조립체
180 : 공정 공간
182 : 전달 공간
본 출원은 미국 특허 출원 11/090,255에 관한 것으로, 이 출원은 Attorney Docket No. 26 7366 US, Client Ref. No. TTCA 19이고, 발명의 명칭이 "A PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2004VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 11/084,176에 관한 것으로, 이 출원은 Attorney Docket No. 265595US, Client Ref. No. TTCA 24이고, 발명의 명칭 "A DEPOSITION SYSTEM AND METHOD"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2004VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 XX/XXX,XXX에 관한 것으로, 이 특허 출원은 Client Ref. No. TTCA 27이고, 발명의 명칭이 "A PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM HAVING REDUCED CONTAMINATION"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2004VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 XX/XXX,XXX에 관한 것으로, 이 출원은 Attorney Docket No. 2274017US, Client Ref. No. TTCA 54이고, 발명의 명칭이 "METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMING THERMAL AND PLASMA ENHANCED VAPOR DEPOSITION"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2006VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 XX/XXX,XXX에 관한 것으로, 이 출원은 Attorney Docket No. 2274020US, Client Ref. No. TTCA 55이고, 발명의 명칭이 "A DEPOSITION SYSTEM AND METHOD FOR PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2006VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 XX/XXX,XXX에 관한 것으로, 이 출원은 Attorney Docket No. 2274016US, Client Ref. No. TTCA 63이고, 발명의 명칭이 "METHOD AND SYSTEM FOR SEALING A FIRST CHAMBER PORTION TO A SECOND CHAMBER PORTION OF A PROCESSING SYSTEM"이며, 이제 미국 특허 출원 공개 No. 2006VVVVVVVVVV를 가지며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원 명세서에 참고로 인용된다.
본 발명은 증착 시스템 및 이 증착 시스템의 작동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 재료 증착 및 운반을 위하여 별도의 영역을 갖는 증착 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 재료 처리 중에, 복합 재료 구조를 형성할 때에, 재료 막의 추가 및 제거를 용이하게 하기 위하여 플라즈마가 주로 채용된다. 예컨대, 반도체 처리 시에는, 주로 건식 플라즈마 에칭 공정을 사용하여, 실리콘 기판상에 패터닝된 비아나 접점 또는 미세 라인을 따라 재료를 제거하거나 에칭하고 있다. 대안으로, 예컨대 기상 증착 공정을 사용하여 미세 라인을 따라 또는 실리콘 기판상의 비아 또는 접점 내에 재료를 증착하고 있다. 후자의 경우에, 기상 증착 시스템은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)을 포함한다.
PECVD에 있어서는, 막 증착 기구를 변경하거나 개선하는 데에 플라즈마를 사용한다. 예컨대, 플라즈마 여기로 인하여 일반적으로, 열적으로 여기된 CVD에 의해 유사한 막을 형성하는 데 통상적으로 요구되는 온도보다 현저하게 낮은 온도로 막 성형 반응을 진행할 수 있다. 또한, 플라즈마 여기는 열적 CVD에서 에너지적으로 또는 운동학적으로 바람직하지 않은 막 성형 반응을 활성화시킬 수 있다. 따라서 PECVD 막의 화학적 특성 및 물리적 특성은 공정 파라미터를 조정함으로써 비교적 넓은 범위에 걸쳐 변경될 수 있다.
보다 최근에는, 원자층 증착(ALD) 및 플라즈마 ALD(PEALD)가, FEOL(front end-of-line) 작업에서의 초박막 게이트 막 형성과, BEOL(back end-of-line)에서의 금속화를 위한 초박막 배리어 층 및 시드 층 형성을 위한 후보로서 부상하고 있다. ALD에 있어서는, 재료 막을 한번에 하나의 단층으로 형성하기 위하여 기판을 가열하는 중에 막 전구체 및 환원 가스와 같은 2 이상의 공정 가스가 번갈아서 순차적으로 도입된다. PEALD에 있어서는, 환원 가스를 도입하는 중에 플라즈마가 형성되어 환원 플라즈마를 형성한다. 현재까지, ALD와 PEALD 공정은 이들 공정이 CVD 및 PECVD 공정보다 느리다는 단점에도 불구하고 층 두께의 개선된 균일성과 층이 증착되는 요부에 대한 적합성을 제공하는 것으로 확인되었다.
본 발명의 한 가지 목적은, 적합성(conformality), 접착성 및 순도가 결과적인 반도체 소자에 영향을 끼치는 점차 중요한 이슈로 되고 있는 라인 사이즈의 현저한 감소에 따른 반도체 처리와 관련한 다양한 문제를 해결하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 후속 증착된 층의 계면 사이에서의 오염 문제를 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일 시스템 내에서의 기상 증착 및 샘플 운반에 적합한 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 및/또는 다른 목적을 위한 변형예가 본 발명의 특정 실시예에 의해 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 증착 시스템에서 기판상에 재료를 증착하는 방법으로서, 기판을 전달 공간으로부터 진공 격리된 공정 공간 내에 배치하고, 전달 공간으로부터의 진공 격리를 유지하면서 공정 공간 내의 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판을 처리하고, 상기 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판상에 재료를 증착하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판상에 증착물을 형성하는 증착 시스템으로서, 재료 증착을 실행하도록 구성된 공정 공간을 구비하는 제1 어셈블리, 제1 어셈블리에 결합되어, 기판을 상기 증착 시스템의 내외로 운반하도록 되어 있는 전달 공간을 구비하는 제2 어셈블리, 제2 어셈블리에 접속되며, 상기 기판을 지지하고 상기 공정 공간 내의 제1 위치로부터 상기 공정 공간 내의 제2 위치로 병진 이동시키도록 구성된 기판 스테이지를 포함하는 증착 시스템이 제공된다.
첨부 도면으로부터 본 발명과 본 발명의 많은 이점을 보다 완전하게 이해할 수 있으며, 또한 첨부 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 그러한 본 발명과 본 발명의 많은 이점을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
이하의 설명에서, 본 발명을 완전하게 이해할 수 있도록, 그리고 한정의 의도는 없이 단지 설명을 목적으로, 증착 시스템의 특정 기하형상 등과 같은 특정의 세부 사항 및 여러 부품의 묘사에 대해 설명한다. 그러나 이들 특정의 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 실시예로 본 발명을 구현할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
이제 도면을 참조하면, 여러 도면 전체에 걸쳐서 동일하거나 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하며, 도 1a는, 예컨대 배리어 막(barrier film)과 같은 박막을 예컨대 플라즈마 원자층 증착(PEALD) 공정을 이용하여 기판 상에 증착 하기 위한 증착 시스템(101)을 도시하고 있다. BEOL(back-end-of-line) 작업에서 반도체 소자용의 내부 접속(inter-connect) 및 외부 접속(intra-connect) 구조를 금속화하는 동안에, 정합 가능한 배리어 박층을 배선 트렌치 또는 비아(via) 상에 적층하여 금속이 인터-레벨(inver-level) 또는 인트라-레벨(intra-level) 유전체 내로 이동하는 것을 최소화할 수 있고, 정합 가능한 시드 박층을 배선 트렌치 또는 비아 상에 적층하여 벌트 메탈 충전(bulk metal fill)을 위한 적절한 접착 성질을 갖는 막을 제공할 수 있고, 및/또는 정합 가능한 접착 박층을 배선 트렌치 또는 비아 상에 적층하여 금속 시드 증착을 위한 적절한 접착 성질을 갖는 막을 제공할 수 있다. 이들 공정 이외에, 구리와 같은 벌크 메탈을 배선 트렌치 또는 비아 내에 적층해야 한다.
라인 사이즈가 축소함에 따라, PEALD가 그러한 박막용의 유력한 후보로서 떠오르고 있다. 예컨대, PELAD와 같은 자체-제어 ALD 공정을 이용하여 배리어 박층을 바람직하게 구현하는데, 그 이유는 복합적인 높은 종횡비의 피처(feature)에 적절한 적합성을 제공하기 때문이다. 자체-제어 증착 특징을 달성하기 위하여, PEALD 공정은 막 전구체 및 환원 가스와 같은 상이한 공정 가스를 번갈아 포함하여, 제1 단계에서 기판 표면에 막 전구체를 흡수하고, 제2 단계에서 소정을 막을 형성하도록 환원된다. 진공 챔버 내에서 2개의 공정 가스를 번갈아 사용함으로써, 비교적 느린 증착 속도로 증착이 발생한다.
본원의 발명자는, PEALD 공정에 있어서 제1 단계(비플라즈마 단계), 즉 막 전구체 흡수 단계가 작은 공정 공간 부피로 생산량을 증가시키거나 및/또는 공정 가스를 보존할 수 있다는 이점이 있는 반면에, PEALD 공정의 제2 단계(플라즈마 지원 환원 단계) 중에는 균일한 플라즈마를 유지하기 위하여 큰 공정 공간 부피가 필요하다는 것을 확인하였다.
따라서 본원의 관련 출원, 즉"METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMING THERMAL AND PLASMA ENHANCED VAPOR DEPOSITION" 및 "A DEPOSITION SYSTEM AND METHOD FOR PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION"에서는 상이한 공정 또는 단계에 적합하도록 공정 공간의 사이즈를 변경하는 것을 개시하고 있다.
추가로, 본 발명은, 내부에서 기판이 처리 챔버의 내외로 전달되는 전달 공간(transfer space)으로부터 내부에서 PEALD 공정이 실행되는 공정 공간을 유리하게 분리한다. 공정 공간과 전달 공간의 물리적 격리는 처리된 기판의 오염을 저감시킨다. CVD 및 ALD 공정은 물리적 기상 증착(PVD)과 같은 다른 증착 기술보다 더 오염되기 쉬운 것으로 알려져 있기 때문에, 공정 공간과 전달 공간의 물리적 격리는 오염물이 처리 챔버로부터 중앙 전달 시스템에 결합된 다른 처리 챔버로 운반되는 것을 더욱 억제할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 양태는 공정 공간과 전달 공간의 격리를 제공하고 유지한다. 따라서 본 발명의 다른 양태는 공정 공간의 사이즈를 변경시키면서 공정 공간과 전달 공간의 격리를 제공하고 유지한다.
또한, CVD 및 ALD 공정에 사용된 재료는 점진적으로 더욱 복합적으로 되고 있다. 예컨대, 금속 함유 막을 증착할 때에, 금속 할라이드 막 전구체 또는 금속 유기물 막 전구체를 사용한다. 따라서 처리 챔버는 종종 증착 시스템의 벽에 있는 전구체 잔류물 또는 부분적으로 분해된 전구체 잔류물 또는 이들 모두에 의해 오염 된다. 그 결과, 공정 웨이퍼를 다른 처리 챔버로 전달하는 진공 상태의 전달 시스템으로부터 증착 시스템을 격리시키기 위하여 진공 버퍼 챔버를 채용하고 있다. 그러나 버퍼 챔버는 전체 조립 공정에 소요되는 비용 및 시간의 증가를 초래한다.
챔버 표면상에서의 막 전구체 잔류물을 줄이는 한 가지 방법은 처리 챔버 내에서 표면의 온도를 전구체 축적이 일어날 수 없는 온도까지 증가시키는 것이다. 그러나 본원의 발명자는 (특히 엘라스토머 시일과 함께 사용될 때) 그러한 고온의 챔버로 인하여 (진공) 처리 챔버의 외측으로부터의 공기, 수증기 및 오염물이 처리 챔버의 시일을 투과하는 것을 확인하였다. 예컨대, 하나의 챔버 요소를 고온으로 유지하면서 다른 챔버 요소를 저온으로 유지하는 경우에, 본원의 발명자는 실링 부재가 통상의 실링 설비에 사용되는 엘라스토머 시일을 포함할 때에 챔버의 외부로부터 처리 챔버의 오염이 증가하는 것을 관찰하였다.
따라서 본 발명의 일 양태는, 처리 중에 처리 챔버의 전달 공간으로부터 공정 공간을 물리적으로 분리하여, 막 전구체의 축적을 감소시키도록 공정 공간 표면을 비교적 고온으로 유지하는 반면에, 전달 공간 영역 내의 오염을 줄이기 위하여 전달 공간 표면을 저온으로 유지한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착 시스템(101)은 기판(125)을 지지하도록 구성된 기판 스테이지(120)를 구비한 처리 챔버(110)를 포함하고, 이 기판 스테이지 상에 박막과 같은 재료 증착물이 형성된다. 처리 챔버(110)는 기판 스테이지(120)와 결합될 때에 공정 공간(180)을 구획하도록 구성된 상부 챔버 어셈블리(130)와, 전달 공간(182)을 구획하도록 구성된 하부 챔버 어셈블리(132)를 더 포함한다. 선택적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상부 챔버 어셈블리(130)를 하부 챔버 어셈블리(132)에 연결하기 위하여 증착 시스템(101')에 중간 섹션(131; 즉 중간 챔버 어셈블리)을 사용할 수 있다. 또한, 증착 시스템(101)은 제1 공정 재료, 제2 공정 재료 또는 퍼지 가스를 처리 챔버(110)로 도입하도록 구성된 공정 재료 공급 시스템(140)을 포함한다. 또한, 증착 시스템(101)은, 처리 챔버(110)에 결합되어 처리 챔버(110)에 플라즈마를 발생시키도록 구성된 제1 파워 소스(150)와, 기판 스테이지(120)에 결합되고 기판(125)의 온도를 상승 및 제어하도록 구성된 기판 온도 제어 시스템(160)을 포함한다. 또한, 증착 시스템(101)은, 처리 챔버(110) 및 기판 스테이지(120)에 결합되고 기판(125)에 인접한 공정 공간(180)의 부피를 조정하도록 구성된 공정 부피 조정 시스템(122)을 포함한다. 예컨대, 공정 부피 조정 시스템(122)은 기판 스테이지(120)를 기판(125)의 처리를 위한 제1 위치(도 1a 및 도 1b 참조)와 기판을 처리 챔버(110)의 내외로 전달하기 위한 제2 위치(도 2a 및 도 2b 참조) 사이에서 수직으로 병진 이동시키도록 구성될 수 있다.
또한, 증착 시스템(101)은 공정 공간(180)에 결합된 제1 진공 펌프(190)를 포함하며, 여기서 공정 공간(180)으로의 반송 펌핑 속도를 제어하기 위하여 제1 진공 밸브(194)를 사용할 수 있다. 증착 시스템(101)은 전달 공간(182)에 결합된 제2 진공 펌프(192)를 포함하며, 필요에 따라 전달 공간(182)으로부터 제2 진공 펌프(192)를 격리시키기 위하여 제2 진공 밸브(196)를 사용한다.
또한, 증착 시스템(101)은 처리 챔버(110), 기판 홀더(120), 상부 챔버 어셈블리(130), 하부 챔버 어셈블리(132), 공정 재료 공급 시스템(140), 제1 전원(150), 기판 온도 제어 시스템(160), 공정 부피 조정 시스템(122), 제1 진공 펌프(190), 제1 진공 밸브(194), 제2 진공 펌프(192) 및 제2 진공 밸브(196)에 결합될 수 있는 컨트롤러(170)를 포함한다.
증착 시스템(101)은 200 mm 기판, 300 mm 기판, 또는 그 이상의 사이즈를 갖는 기판을 처리하도록 구성될 수 있다. 사실, 증착 시스템은 사이즈와 상관없이 기판, 웨이퍼, LCD를 처리하도록 구성될 수 있는데, 당업자는 이러한 사실을 이해할 수 있을 것이다. 기판은 처리 챔버(110)로 도입될 수 있고, 기판 상승 시스템(도시 생략)을 매개로 기판 홀더(120)의 상면으로, 그리고 상면으로부터 상승될 수 있다.
공정 재료 공급 시스템(140)은 제1 공정 재료 공급 시스템과 제2 공정 재료 공급 시스템을 포함할 수 있고, 이들 공급 시스템은 제1 공정 재료를 처리 챔버(110)로, 제2 공정 재료를 처리 챔버(110)로 번갈아 도입하도록 구성된다. 제1 공정 재료와 제2 공정 재료를 번갈아 도입하는 것은 주기적으로 행해질 수도 있고, 제1 및 제2 공정 재료의 도입 사이의 시간 주기를 가변적으로 하여 비주기적으로 행해질 수도 있다. 예컨대 제1 공정 재료는 기판(125)에 형성된 막에서 발견되는 주요 원자 또는 분자 종을 갖는 조성물과 같은 막 전구체를 포함할 수 있다. 예컨대, 막 전구체는 고상, 액상 또는 기상으로서 시작하여, 기상으로 처리 챔버(110)로 반송될 수 있다. 예컨대 제2 공정 재료는 환원제를 포함할 수 있다. 예컨대 환원제는 고상, 액상 또는 기상으로서 시작하여, 기상으로 처리 챔버(110)로 반송될 수 있다. 기상 막 전구체 및 환원 가스의 예에 대해서는 이하에서 설명한다.
또한, 공정 재료 공급 시스템(140)은, 처리 챔버(110)로의 제1 공정 재료의 도입과 제2 공정 재료의 도입 사이에 처리 챔버(110)로 퍼지 가스를 도입하도록 구성될 수 있는 퍼지 가스 공급 시스템을 더 포함할 수 있다. 퍼지 가스는 희가스(noble gas)(즉, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤), 질소( 및 질소 함유 가스), 수소( 및 수소 함유 가스)와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다.
공정 가스 공급 시스템(140)은 하나 이상의 재료 공급원, 하나 이상의 압력 제어 장치, 하나 이상의 유량 제어 장치, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 유량 센서를 포함할 수 있다. 공정 가스 공급 시스템(140)은 하나 이상의 공정 가스를 플리넘(142; plenum)으로 공급할 수 있고, 이 플리넘을 통하여 가스가 분사판(144)의 복수의 오리피스(146)로 분산될 수 있다. 분사판(144)의 복수의 오리피스(146)는 공정 공간(18) 내에서 공정 가스의 분산을 용이하게 한다. 당업계에 공지되어 있는 샤워헤드 구조를 사용하여 제1 및 제2 공정 가스 재료를 공정 공간(180)으로 균일하게 분산시킬 수 있다. 예시적인 샤워헤드 구조는, 전체 내용이 본 명세서에 참고로 인용되는 계류 중인 미국 특허 출원 공개 2004/0123803과 이전에 참고로 인용한 미국 특허 출원 11/090,255에 상세하게 개시되어 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 증착 시스템(101)은 열 원자층 증착(ALD) 공정 또는 열 화학 기상 증착(CVD) 공정과 같은 열 증착 공정(즉, 플라즈마를 이용하지 않는 증착 공정)을 실행하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 증착 시스템(101)은, 제1 공 정 재료 또는 제2 공정 재료 중 어느 하나가 플라즈마 활성화될 수 있는 플라즈마 증착 공정용으로 구성될 수 있다. 플라즈마 증착 공정은 플라즈마 ALD(PEALD) 공정을 포함할 수도 있고, 플라즈마 CVD(PECVD) 공정을 포함할 수도 있다.
PEALD 공정에 있어서, 막 전구체와 같은 제1 공정 재료와, 환원 가스와 같은 제2 공정 재료는 순차적으로 번갈아 도입되어 기판 상에 박막을 형성한다. 예컨대 PEALD 공정을 이용하여 탄탈-함유 막을 형성할 때에, 막 전구체는 금속 할라이드(예컨대 탄탈 펜타클로라이드) 또는 유기 금속〔예컨대 Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3; 이하에서는 TAIMATA®로 지칭함; 이에 대한 추가의 설명은 미국 특허 6,593,484에 개시되어 있음〕을 포함할 수 있다. 이 예에서, 환원 가스는 수소, 암모니아(NH3), N2 및 H2, N2H4, NH(CH3)2, 또는 N2H3CH3, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
막 전구체는 기판(125)의 노출면 상에 막 전구체를 흡수할 수 있도록 제1 시간 주기 동안 처리 챔버(110)로 도입된다. 바람직하게는, 재료가 단층으로 흡수된다. 그 후, 처리 챔버(110)에는 제2 시간 주기 동안 퍼지 가스가 퍼지된다. 기판(125) 상에 막 전구체를 흡수한 후에, 제3 시간 주기 동안 처리 챔버(110)로 환원 가스가 도입되고, 제1 파워 소스(150)로부터 예컨대 상부 챔버 어셈블리(130)를 통하여 환원 가스에 파워가 결합된다. 환원 가스에 파워를 결합하면 환원 가스가 가열되어, 환원 가스의 이온화 및 해리를 초래하여, 흡수된 Ta 막 전구체를 환원시키도록 흡수된 Ta 막 전구체와 반응하여 소정의 Ta 함유 막을 형성할 수 있는 예컨대 원자 수소와 같은 해리된 종(dissociated species)을 형성한다. 이러한 사이클 은 충분한 두께의 Ta 함유 층을 생성할 때까지 반복될 수 있다.
또한, 제2 공정 재료는 공정 공간(180)의 부피가 V1에서 V2로 증가하는 즉시 또는 그와 동시에 도입될 수 있다. 제1 파워 소스(150)로부터 기판 스테이지(120)를 통하여 제2 공정 재료에 파워가 결합될 수 있다. 제2 공정 재료에 파워를 결합하면 제2 공정 재료가 가열되어, 제2 공정 재료의 이온화 및 해리(즉 플라즈마 형성)를 초래하여, 제1 공정 재료의 흡수된 성분을 환원시킨다. 처리 챔버에는 다른 시간 주기 동안 퍼지 가스가 퍼지될 수 있다. 제1 공정 가스 재료의 도입, 제2 공정 재료의 도입, 그리고 제2 공정 재료가 존재하는 동안의 플라즈마의 형성은 소정 두께의 막을 형성하기 위하여 소정 회수에 걸쳐 반복될 수 있다.
또한, 제1 부피(V1)는 제1 공정 가스 재료가 공정 공간을 통과하고, 일부 비율의 제1 공정 재료가 기판의 표면에 흡수되도록 충분히 작을 수 있다. 공정 공간의 제1 부피가 감소함에 따라, 기판 표면에 흡수될 필요가 있는 제1 공정 재료의 양이 감소하고, 제1 공정 공간 내의 제1 공정 가스를 교환하는 데 필요한 시간이 감소한다. 예컨대, 공정 공간의 제1 부피가 감소함에 따라, 체류 시간이 감소하므로, 제1 시간 주기를 줄일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공정 공간(180)은 기판 스테이지(120), 이 기판 스테이지(120) 상의 플랜지(302) 및 상부 챔버 어셈블리(130)로부터의 연장부(304)에 의하여 전달 공간(182)으로부터 분리되어 있다. 따라서 공정 공간과 전달 공간 사이를 밀봉하거나 적어도 그 사이에서의 가스 유동을 방해하도록 연장부(304)의 베이스에 실링 기구가 마련될 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
이에 따라 공정 공간(180)의 표면은 상승된 온도로 유지되어 그 공간을 둘러싸는 표면상에서 공정 잔류물의 축적을 방지시킬 수 있는 반면에, 전달 공간의 표면은 낮은 온도로 유지되어 (측벽을 포함한) 하부 챔버 어셈블리(132), 중간 섹션(131) 및 상부 챔버 어셈블리(130)의 오염을 억제한다.
이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 공간을 전달 공간으로부터 분리하는 것은 상승된 온도의 상부 챔버 어셈블리(130)를 낮은 온도의 하부 챔버 어셈블리(132)로부터 열적으로 분리하는 것을 포함한다. 열적 분리를 위하여, 연장부(304)는 복사 차폐부(radiation shield)로서 작용할 수 있다. 또한, 내부 채널(312)을 포함한 연장부(304)는 연장부 요소를 가로질러 연장부(304)를 둘러싸는 전달 공간(182) 내로의 열적 유동을 제한하는 열적 임피던스(impedance)로서 작용할 수 있다.
열적 분리의 다른 예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이 하부 챔버 어셈블리(132)의 근처 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 중간 섹션(131)의 근처에서 상부 챔버 어셈블리(130)에 냉각 채널이 마련될 수도 있고, 중간 섹션(131)에 마련될 수도 있다. 또한, 상부 챔버 어셈블리(130)용 재료와 중간 섹션(131)용 재료의 열전도율은 상이할 수 있다. 예컨대, 상부 챔버 어셈블리(130)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있고, 중간 섹션(131)은 스테인리스강으로 제조될 수 있다. 하부 챔버 어셈블리(132)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다.
일례에 따르면, 기상 증착 공정을 사용하여 탄탈(Ta), 탄화탄탈, 질화탄탈, 또는 탄소질화 탄탈을 증착할 수 있고, 여기서 TaF5, TaCl5, TaBr5, Tal5, Ta(Co)5, Ta[N(C2H5CH3)]5(PEMAT), Ta[N(CH3)2]5(PDMAT), Ta[N(C2H5)2]5(PDEAT), Ta(NC(CH3)3)(N(C2H5)2)3(TBTDET), Ta(NC2H5)(N(C2H5)2)3, Ta(NC(CH3)2C2H5(N(CH3)2)3, 또는 Ta(NC(CH3)3)(N(CH3)2)3과 같은 Ta 막 전구체는 H2, NH3, N2, 및 H2, N2H4, NH(CH3)2, 또는 N2H3CH3과 같은 환원 가스 또는 플라즈마에 노출된 후에 기판의 표면에 흡수된다.
다른 예에 따르면, 티탄(Ti), 질화티탄, 탄소질화 티탄은 TiF4, TiCl4, TiBr4, Til4, Ti[N(C2H5)2]4(TDEAT), Ti[N(CH3)2]4(TDMAT), 또는 Ti[N(C2H5)2]4(TDEAT)와 H2, NH3, N2, 및 H2, N2H4, NH(CH3)2, 또는 N2H3CH3과 같은 환원 가스 또는 플라즈마를 이용하여 증착될 수 있다.
다른 예로서, WF6 또는 W(CO)6과 같은 W 전구체와, H2, NH3, N2, 및 H2, N2H4, NH(CH3)2, 또는 N2H3CH3과 같은 환원 가스 또는 플라즈마를 이용하여 텅스텐(W), 질화 텅스텐, 또는 탄소질화 텅스텐을 증착할 수 있다.
다른 예로서, 몰리브덴 헥사플루오라이드(MoF6)와 같은 Mo 전구체와 H2를 포함한 환원 가스 또는 플라즈마를 이용하여 몰리브덴(Mo)을 증착할 수 있다.
또 다른 예로서, Air Products and Chemicals, Inc의 하나의 독립체인 Schumacher(1969 Palomar Oaks Way, Carlsbad, Calif.92009))로부터 판매되는 등록 상표명 CupraSelect®로서도 공지되어 있는 Cu(TMVS)(hfac)와 같은 Cu 함유 유기금속 성분을 갖는 Cu 전구체와, CuCl과 같은 무기질 성분을 이용하여 Cu를 증착할 수 있다. 환원 가스 또는 플라즈마는 H2, O2, N2, HN3, 또는 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본원 명세서에서 사용되고 있듯이, "A, B, C, … 또는 X 중 적어도 하나"라는 표현은 목록에 있는 임의의 원소, 또는 목록에 있는 원소 중 2 이상으로 이루어진 임의의 조합을 지칭하는 것이다.
기상 증착 공정의 다른 예로서, 산화지르코늄을 증착할 때에, Zr 전구체는 Zr(NO3)4 또는 ZrCl4를 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2O를 포함할 수 있다.
산화하프늄을 증착할 때에, Hf 전구체는 Hf(OBut)4, Hf(NO3)4 또는 HfCl4를 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2O를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 하프늄(Hf)을 증착할 때에, Hf 전구체는 HfCl4를 포함할 수 있고, 제2 공정 재료는 H2를 포함할 수 있다.
니오븀(Nb)을 증착할 때에, Nb 전구체는 니오븀 펜타클로라이드(NbCl5)를 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2를 포함할 수 있다.
아연(Zn)을 증착할 때에, Zn 전구체는 아연 디클로라이드(ZnCl2)를 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2를 포함할 수 있다.
산화규소를 증착할 때에, Si 전구체는 Si(OC2H5)4, SiH2Cl2, SiCl4 또는 Si(NO3)4를 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2O 또는 O2를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 질화규소를 증착할 때에, Si 전구체는 SiCl4 또는 SiH2Cl2를 포함할 수 있고, 환원 가스는 NH3 또는 N2 및 H2를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, TiN을 증착할 때에, Ti 전구체는 티탄 니트레이트(Ti(NO3))를 포함할 수 있고, 환원 가스는 NH3을 포함할 수 있다.
기상 증착 공정의 다른 예에 따르면, 알루미늄을 증착할 때에, Al 전구체는 알루미늄 클로라이드(Al2Cl6) 또는 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3)을 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2를 포함할 수 있다. 질화알루미늄을 증착할 때에, Al 전구체는 알루미늄 트리클로라이드 또는 트리메틸알루미늄을 포함할 수 있고, 환원 가스는 NH3 또는 N2 및 H2를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 산화알루미늄을 증착할 때에, Al 전구체는 알루미늄 클로라이드 또는 트리메틸알루미늄을 포함할 수 있고, 환원 가스는 H2O 또는 O2 및 H2를 포함할 수 있다.
기상 증착 시스템의 다른 예에서, GaN을 증착할 때에, Ga 전구체는 갈륨 니트레이트(Ga(NO3)3) 또는 트리메틸갈륨(Ga(CH3)3)을 포함할 수 있고, 환원 가스는 NH3을 포함할 수 있다.
다양한 재료 층을 형성하기 위한 전술한 예에서, 증착된 공정 재료는 금속 막, 질화금속 막, 탄소질화 금속 막, 산화금속 막 또는 금속 실리케이트 막 중 적 어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 증착된 공정 재료는 탄탈 막, 질화탄탈 막, 탄소질화 탄탈 막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 대안으로, 예컨대 증착된 공정 재료는 하나의 금속 라인을 다른 금속 라인에 연결하거나 금속 라인을 반도체 소자의 소스/드레인에 연결하기 위한 비아를 금속화하기 위하여 증착된 Al 막 또는 Cu 막을 포함할 수 있다. Al 또는 Cu 막은 전술한 바와 같은 Al 및 Cu의 전구체를 이용하여 플라즈마 공정을 포함하거나 포함하지 않고 형성될 수 있다. 대안으로, 예컨대, 증착된 공정 재료로는, 반도체 소자의 게이트 구조 또는 금속 라인용으로 전술한 바와 같은 절연층을 형성하기 위하여 증착된 산화지르코늄 막, 산화하프늄 막, 하프늄 실리케이트 막, 산화규소 막, 질화규소 막, 질화티탄 막 및/또는 GaN 막을 포함할 수 있다.
또한, 실리콘계 또는 실리콘 함유 막의 증착을 위한 실리콘 전구체로서 실란 및 디실란을 사용할 수 있다. 게르마늄계 또는 게르마늄 함유 막의 증착을 위한 게르마늄 전구체로서 게르만(germane)을 사용할 수 있다. 따라서 증착된 공정 재료는 예컨대 반도체 소자용의 도전성 게이트 구조를 형성하기 위하여 증착된 금속 실리사이드 막 및/또는 게르마늄 함유 막을 포함할 수 있다.
여전히 도 1a를 참조하면, 증착 시스템(101)은 제1 공정 재료와 제2 공정 재료를 처리 챔버(110) 내로 번갈아서 도입하는 공정의 적어도 일부 동안에 플라즈마를 발생시키도록 구성된ㄷ 플라즈마 발생 시스템을 포함한다. 플라즈마 발생 시스템은, 처리 챔버(110)에 결합되어 처리 챔버(110) 내의 제1 공정 재료 또는 제2 공정 재료, 제1 공정 재료와 제2 공정 재료 모두에 파워를 결합시키도록 구성된 제1 파워 소스(150)를 포함한다. 제1 파워 소스(150)는 고주파(RF) 발생기와 임피던스 매치 네트워크(도시 생략)를 포함할 수 있고, RF 파워를 처리 챔버(110) 내의 플라즈마에 결합시키는 전극(도시 생략)을 또한 포함할 수 있다. 전극은 기판 스테이지(120)에 형성될 수도 있고, 상부 어셈블리(130)에 형성될 수도 있으며, 기판 스테이지(120)에 대향하도록 형성될 수 있다. 기판 스테이지(120)는 DC 전압에 의해 또는 RF 발생기(도시 생략)로부터 임피던스 네트워크(도시 생략)를 통하여 기판 스테이지(120)로 전달되는 RF 전압에 의해 전기적으로 바이어스될 수 있다.
임피던스 매치 네트워크는 매치 네트워크의 출력 임피던스를 전극과 플라즈마를 포함하는 처리 챔버의 입력 임피던스와 매치시킴으로써 RF 파워를 RF 발생기로부터 플라즈마로 전달하는 것을 최적화하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 임피던스 매치 네트워크는 반사된 파워를 감소시킴으로써 플라즈마 처리 챔버(110) 내의 플라즈마에 RF 파워를 전달하는 것을 개선하는 작용을 한다. 매치 네트워크의 형태(예컨대, L-형, π-형, T-형 등)와 자동 제어 방법은 당업자에게 널리 알려져 있는 것이다. RF 파워용의 통상의 주파수는 약 0.1 MHz 내지 약 100 MHz의 범위로 있을 수 있다. 대안으로, RF 주파수는 예컨대 약 400 kHz 내지 약 60 MHz의 범위로 있을 수 있다. 다른 예로서, RF 주파수는 예컨대 약 13.56 또는 27.12 MHz일 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 증착 시스템(101)은, 기판 스테이지(120)에 결합되고 기판(125)의 온도를 상승시키고 제어하도록 구성된 기판 온도 제어 시스템(160)을 포함한다. 기판 온도 제어 시스템(160)은, 기판 스테이지(120)로부터 열을 열 을 수용하고 그 열을 열교환기 시스템(도시 생략)에 전달하거나, 가열 시에 열교환기 시스템으로부터의 열을 전달하는 재순환 냉매 유동을 구비한 냉매 시스템과 같은 온도 제어 요소를 포함한다. 또한, 온도 제어 요소는 저항성 가열 요소와 가열/냉각 요소를 포함할 수도 있고, 열-전기 히터/냉각기를 기판 홀더(120) 뿐 아니라 처리 챔버(110)의 챔버 벽과 증착 시스템(101) 내의 임의의 다른 구성요소에 구비할 수도 있다. 기판(125)과 기판 스테이지(120) 사이의 열전달을 개선하기 위하여, 기판 스테이지(120)는 기판(125)을 기판 스테이지(120)의 상면에 부착하는 기계적 클램핑 시스템 또는 전자기 클램핑 시스템과 같은 전기 클램핑 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 기판 홀더(120)는 기판(125)과 기판 스테이지(120) 사이의 가스-갭 열전도를 개선하기 위하여 기판(125)의 이면측에 가스를 도입하도록 구성된 기판 이면측 가스 이송 시스템을 더 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 고온 또는 저온에서 기판의 온도를 제어할 필요가 있을 때에 사용될 수 있다. 예컨대, 기판 이면측 가스 이송 시스템은 두 영역의 가스 분배 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서 헬륨 가스 갭 압력은 기판(125)의 중심과 가장자리 사이에서 독립적으로 변경될 수 있다.
또한, 처리 챔버(110)는 제1 진공 펌프(190) 및 제2 진공 펌프(192)에 또한 결합되어 있다. 제1 진공 펌프(190)는 터보-분자 펌프를 포함할 수 있고, 제2 진공 펌프(192)는 극저온 펌프를 포함할 수 있다.
제1 진공 펌프(190)는 약 500 리터/초(및 그 이상)에 이르는 펌핑 속도를 가질 수 있는 터보-분자 진공 펌프(TMP)를 포함할 수 있고, 밸브(194)는 압력 챔버를 스로틀링하는 게이트 밸브를 포함할 수 있다. 건식 플라즈마 에칭에 사용되는 통상의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 1000 내지 3000 리터/초의 펌핑 속도를 갖는 TMP가 일반적으로 사용된다. 또한, 챔버 압력을 모니터링하기 위한 장치(도시 생략)는 처리 챔버(110)에 결합될 수 있다. 압력 측정 장치는, (매사츄세츠주 안도버에 소재하는) MKS Instruments Inc.로부터 상업적으로 판매되는 예컨대 TYPE 628B Baratron 앱솔루트 캐패시턴스 마노미터일 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 2a, 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 진공 펌프(190)는 기판(125)의 평면 위에 위치하도록 공정 공간(180)에 결합할 수 있다. 그러나, 제1 진공 펌프(190)는 공정 공간에 접근하도록 구성될 수 있어서, 기판(125)의 평면 아래의 위치로부터 공정 공간(180)을 펌핑하여 예컨대 파티클 오염을 억제할 수 있다. 공정 공간(180)에서의 펌핑 위치와 제1 진공 펌프(190)의 입구 사이의 유체 결합은 최대의 유동 전달을 위하여 설계될 수 있다. 대안으로, 공정 공간(180)에서의 펌핑 위치와 제1 진공 펌프(190)의 입구 사이의 유체 결합은 실질적으로 일정한 횡단면적을 위하여 설계될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 진공 펌프(190)는 상부 챔버 어셈블리(130)의 위에 위치하고, 그 상면에 결합되어 있다(도 1a 참조). 제1 진공 펌프(190)의 입구(191)는 펌핑 채널(312)과 같은 적어도 하나의 환형 용적부에 결합되고, 이러한 채널은 연장부(304)를 통하여 기판(125)의 평면 아래의 위치에서 공정 공간(180)에 액세스하는 하나 이상의 개구(305)에 결합되어 있다. 하나 이상의 개구(305)는 하나 이상의 슬롯, 하나 이상의 오리피스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있 다.
다른 실시예에 따르면, 제1 진공 펌프(190)는 상부 챔버 어셈블리(130)의 위에 위치하고, 그 상면에 결합되어 있다(도 1a 참조). 제1 진공 펌프(190)의 입구(191)는 제1 환형 용적부에 결합되고, 이 제1 환형 용적부는 제2 환형 용적부에 결합되어 있어서, 제1 환형 용적부와 제2 환형 용적부는 하나 이상의 펌핑 포트를 매개로 결합되어 있다. 제2 환형 용적부는 펌핑 채널(312)에 결합될 수 있고, 이 펌핑 채널은 연장부(304)를 통하여 기판(125)의 평면 아래의 위치에서 공정 공간(180)에 액세스하는 하나 이상의 개구(305)에 결합된다. 예컨대, 하나 이상의 펌핑 포트는 제1 환형 용적부와 제2 환형 용적부 사이에서 서로 직경 방향으로 대향하는(즉, 180° 떨어진) 2개의 관통 구멍을 포함할 수 있다. 그러나, 펌핑 포트의 수는 보다 많거나 적을 수 있으며, 이들 포트의 위치는 변경될 수 있다. 추가로, 예컨대 하나 이상의 개구(305)는 서로 직경 방향으로 대향하는(즉, 180° 떨어진) 2개의 슬롯을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 슬롯은 방위각 방향(azimuthal direction)으로 약 120°로 연장될 수 있다. 그러나, 개구(305)의 수는 보다 많거나 적을 수 있으며, 이들 개구의 위치 및 사이즈는 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상부 챔버 어셈블리(130)와 하부 챔버 어셈블리(132) 사이의 시일을 잃지 않으면서 공정 공간(180)의 부피를 조절할 수 있는 것이 유리하다. 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 증착 시스템(101)이 처리 구조로 있을 때에 상부 챔버 어셈블리(130)와 기판 스테이지(120)를 밀봉( 및 이동 가능하게 밀봉)하기 위한 여러 실시예를 도시하고 있다. 따라서 시스템은 공정 공간과 전달 공간 사이의 가스 유동을 방해하는 실링 부재를 포함한다. 실제로 일 실시예에 따르면, 실링 부재의 시일은 공정 공간의 진공 환경을 전달 공간의 진공 환경으로부터 분리한다. 공정 공간을 전달 공간으로부터 진공 분리시킴으로써, 시일은 공정 공간과 전달 공간 사이에서의 누설을 10-3 Torr-ℓ/s 미만으로, 바람직하게는 10-4 Torr-ℓ/s 미만으로 줄일 수 있다.
도 3은 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)와 상부 챔버 어셈블리(130)로부터의 연장부(304) 사이에 시일을 형성하기 위한 시일 구조를 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)의 홈(308)에 시일(306)이 위치되어 있다. 시일(306)의 상세 구조에 대해서는 후술하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시일(306)은 연장부(304)의 바닥 플레이트(310; 시일 플레이트)와 접촉한다. 처리 영역(180)으로부터 펌프(190)로 가스를 배기할 목적으로 연장부(304)에 펌핑 채널(321)이 마련되어 있다. 도 3에 도시된 구조는 적절한 시일을 제공하지만, 시일의 손실 없이 상당한 수직 병진 운동을 수용하지 못한다. 예컨대, 시일이 바닥 플레이트(310)와 접촉하기 전에 대략 시일(306) 두께의 절반에 상응하는 거리 미만의 수직 운동을 견딜 수 있다.
일부 용례에 따르면, 도 3에서 허용하는 것을 넘어서는 병진 운동을 필요로 한다. 그러한 구조의 하나가 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)와 상부 챔버 어셈블리(130)로부터의 연장부(304) 사이에 시일을 형성하기 위한 구조를 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 4에 도시된 바와 같 이, 시일(314)은 수직 방향으로 길다. 도 4의 실시예에 따르면, 시일(314)은 삼각형 단면을 갖고, 그 정점은 바닥 플레이트(310)와 접촉한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 바닥 플레이트(310)는 돌발적인 재료 증착물 또는 전술한 플라즈마 발생된 환원제와 같은 플라즈마 종에 대한 노출로부터 시일(314)을 보호하도록 플랜지(302)를 향하여 연장되는 보호 가드(316)를 포함한다. 테이퍼진 시일(314)과의 접촉점을 향한 기판 스테이지(120)의 운동을 수용하기 위하여, 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)에는 오목부(318)가 마련되어 있다. 따라서 도 4에 도시된 구조는 도 3에 도시된 시일 구조보다 큰 병진 운동을 허용한다. 가드(316)를 이용함으로써, 시일(316)을 보호할 수 있고, 재료 증착물 또는 플라즈마 열화에 덜 민감하게 제조할 수 있다.
도 5는 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)와 상부 챔버 어셈블리(130)로부터의 연장부(304) 사이에 시일을 형성하기 위한 시일 구조를 도시하는 개략적인 다이억램이다. 도 5에 도시된 시일 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 시일 구조보다 수직 방향으로 기판 스테이지(120)의 훨씬 큰 병진 운동을 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 바닥 플레이트(310)는 접촉 플레이트(322)(즉, 시일 플레이트)를 갖는 벨로우즈 유닛(320)에 연결된다.
이러한 구조에서, 시일(306)을 통한 수직 병진 운동 시의 기판 스테이지(120)는 초기 시일을 형성하도록 접촉 플레이트(322)와 접촉한다. 기판 스테이지(120)가 수직 방향으로 더욱 병진 운동함에 따라, 벨로우즈 유닛(320)은 시일의 손실 없이 추가의 수직 이동을 허용하도록 압축된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 시일 구조와 유사하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌발적인 재료 증착물로부터 벨로우즈 유닛(320)을 보호하기 위하여 가드(324)가 마련될 수 있다. 스테인리스강과 같은 금속 재료로 구성되는 벨로우즈 유닛(320)은 플라즈마 노출로 인해 열화되지 않는 경향이 있다. 또한 도 4에서와 같이, 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)에 오목부(326)가 마련될 수 있다. 가드(324)를 이용함으로써, 벨로우즈 유닛(320)을 보호할 수 있고, 재료 증착물에 덜 민감하게 될 수 있다.
도 6은 이러한 구조에서, 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)와 상부 챔버 어셈블리(130)로부터의 연장부(304) 사이에 시일을 형성하기 위한 시일 구조를 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 6에 도시된 시일 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 시일 구조보다 기판 스테이지(120)의 훨씬 큰 병진 운동을 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 바닥 플레이트(310)는 슬라이더 유닛(328)에 연결된다. 슬라이더 유닛(328)은 수직 방향으로 연장되는 적어도 하나의 종방향 플레이트(330)를 구비하며, 이 플레이트는 기판 스테이지(120)의 플랜지(302) 상에서 관련 수용 플레이트(332)에 맞물린다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 시일을 제공하기 위하여 종방향 플레이트(330)와 수용 플레이트(332) 중 어느 하나의 측벽에 시일(334)이 배치되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 수용 플레이트(332)는 돌발적인 재료 증착물 또는 플라즈마 열화로부터 시일(334)을 보호하기 위하여 플랜지의 오목부(336)에 배치되어 있다. 또한, 시일(334)은 표준 O-링일 수도 있고, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 테이퍼진 엘라스토머 시일일 수도 있으며, 여 기서 예컨대 시일은 삼각형 단면을 갖고, 그 정점은 기판 스테이지(120)의 플랜지(302)와 상부 챔버 어셈블리(130) 사이의 시일 지점에 있다. 도 6에 도시된 시일 구조는 시일의 손실 없이 도 3 및 도 4에 도시된 시일 구조보다 기판 스테이지의 훨씬 큰 병진 운동을 허용한다. 종방향 플레이트(330)는 재료 증착물 또는 플라즈마 열화로부터 시일(334)을 보호한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 시일 구조에 있어서, 예컨대 공정 공간(180)의 제2 부피(V2)는, 공정 공간(180)과 하부 챔버 어셈블리(132)의 진공 사이에서 시일의 손실 없이, 제2 공정 재료로부터의 플라즈마 형성에 의해 기판 위에 균일한 플라즈마가 형성되도록 유도하는 부피로 설정될 수 있다. 공정 형태(geometry)에 상당한 균일성의 플라즈마 공정 형태를 제공할 수 있는 본 발명에 따른 능력으로 인하여, 본 발명은 기판을 상이한 처리 시스템 사이에서 운반할 필요 없이 동일 시스템에서 연속적인 공정 또는 공정 단계, 즉 비플라즈마 공정 및 플라즈마 공정 실행할 수 있게 되어, 공정 시간을 절감하고 공정 막 사이의 계면에서의 표면 오염을 줄이고, 결과적인 막에 개선된 재료 특성을 유도할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정의 공정 흐름도를 도시한다. 도 7의 공정은 도 1-도 2의 처리 시스템에 의해 실행될 수도 있고, 그 외의 다른 적절한 처리 시스템에 의해 실행될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단계 710에서, 공정은 처리 시스템의 전달 공간으로부터 진공 격리된 처리 시스템의 공정 공간에 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 단계 720에서, 전달 공간으로부터 진공 격리된 상태를 유지하면서 공정 공간 내의 제1 위치 및 제2 위치 중 어느 하나에서 기판을 처리한다. 단계 730에서, 제1 위치 및 제2 위치 중 어느 하나에서 기판에 재료를 증착한다.
단계 710 - 730에서, 제1 어셈블리는 100℃ 이상의 온도로 유지될 수 있는 반면에, 제2 어셈블리는 100℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다. 단계 710 - 730에서, 제1 어셈블리는 50℃ 이상의 온도로 유지될 수 있는 반면에, 제2 어셈블리는 50℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다. 단계 710 - 730에서, 공정 공간으로부터 전달 공간으로의 가스 누설은 10-3 Torr-ℓ/s 미만으로, 바람직하게는 10-4 Torr-ℓ/s 미만으로 줄일 수 있다.
단계 730에서, 재료를 증착하기 위하여, 재료의 기상 증착을 위한 공정에 공정 가스 조성물을 도입할 수 있다. 또한, 기상 증착 속도를 향상시키기 위하여 공정 가스 조성물로부터 플라즈마를 형성할 수 있다.
단계 730에서, 증착된 재료는 금속, 산화금속, 질화금속, 탄소질화 금속 또는 금속 실리사이드 중 적어도 하나일 수 있다. 예컨대, 증착된 재료는 탄탈 막, 질화탄탈 막, 탄소질화 탄탈 막 중 적어도 하나일 수 있다.
기상 증착 시스템은 원자층 적층(ALD) 공정, 플라즈마 ALD 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 CVD(PECVD) 공정 중 적어도 하나를 위하여 구성될 수 있다.
단계 730에서, 공정 공간 내의 공정 가스에 0.1 내지 100 MHz의 주파수를 갖는 고주파(RF) 에너지를 인가하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 단계 730 중에, RF 파워 서플라이에 전극을 연결하고 이 전극을 RF 에너지를 공정 공간 내로 결합하도록 구성할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 플라즈마를 형성하기 전에, 플라즈마 균일성에 보다 도움이 되는 상태를 얻기 위하여 공정 공간의 부피를 증가시킬 수 있다. 따라서 단계 730 전에, 기판 스테이지는 기상 증착 공정의 플라즈마 균일성을 향상시키는 소정의 위치로 병진 이동될 수 있다. 예컨대, 기판 스테이지는 플라즈마 균일성이 200 mm 직경의 기판을 가로질러 2%보다 양호하거나, 200 mm 직경의 기판을 가로질러 1%보다 양호하게 되는 소정의 위치로 설정될 수 있다. 대안으로, 예컨대 기판 스테이지는 플라즈마 균일성이 300 mm 직경의 기판을 가로질러 2%보다 양호하거나, 300 mm 직경의 기판을 가로질러 1%보다 양호하게 되는 소정의 위치로 설정될 수 있다.
또한, 재료를 증착한 후에 퍼지 가스를 도입할 수 있다. 또한 퍼지 가스가 존재하든지 존재하지 않든지, 기상 증착 시스템과 기판 중 적어도 하나로부터의 오염물을 방출하도록 기상 증착 시스템에 전자기 파워를 결합할 수 있다. 전자기 파워는 플라즈마, 적외선 또는 레이저의 형태로 기상 증착 시스템에 결합될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 컨트롤러(170)는 마이크로프로세서, 메모리 및 디지털 I/O 포트를 포함할 수고, 상기 I/O 포트는 증착 시스템(101)에 대한 입력부뿐 아니라 증착 시스템으로부터의 모니터 출력부와 교류하여 이들을 작동시키기에 충분한 제어 전압을 발생시킬 수 있다. 또한, 컨트롤러(170)는 처리 챔버(110), 기판 스테이지(120), 상부 챔버 어셈블리(130), 하부 챔버 어셈블리(132), 공정 재료 공급 시스템(140), 제1 파워 소스(150), 기판 온도 제어 시스템(160), 제1 진공 펌 프(190), 제1 진공 밸브(194), 제2 진공 펌프(192), 제2 진공 밸브(196) 및 공정 부피 조정 시스템(122)과 정보를 교환할 수 있다. 예컨대, 에칭 공정 또는 증착 공정을 실시하기 위하여 공정 수단에 따른 증착 시스템(101)의 전술한 구성요소에 대한 입력부를 작용시키도록 메모리에 기억된 프로그램을 사용할 수 있다.
컨트롤러(170)는 마이크로프로세서, 메모리 및 디지털 I/O 포트를 포함할 수고, 상기 I/O 포트는 전술한 재료 증착 공정을 제어하고 모니터하도록 증착 시스템(101; 101')에 대한 입력부뿐 아니라 증착 시스템(101; 101')으로부터의 모니터 출력부와 교류하여 이들을 작동시키기에 충분한 제어 전압을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(170)는 도 7과 관련하여 설명한 단계를 달성하기 위한 실행용 프로그램 명령이 수록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤러(170)는 처리 챔버(110), 기판 스테이지(120), 상부 챔버 어셈블리(130), 공정 재료 가스 공급 시스템(140), 파워 소스(150), 기판 온도 제어기(160), 제1 진공 펌핑 시스템(190) 및/또는 제2 진공 펌핑 시스템(192)과 결합되어 이들과 정보를 교환할 수 있다. 예컨대, 전술한 비플라즈마 또는 플라즈마 증착 공정 중 하나를 실시하기 위하여 공정 수단에 따른 증착 시스템(101; 101')의 전술한 구성요소에 대한 입력부를 작용시키도록 메모리에 기억된 프로그램을 사용할 수 있다.
컨트롤러(170)의 하나의 예로 미국 텍사스주 오스틴에 소재하는 Dell Corporation에서 입수 가능한 DELL PRECISION WORKSTATION 610이 있다. 그러나 컨트롤러(170)는, 메모리에 수록된 하나 이상의 명령을 하나 이상의 순서로 실행시키는 프로세서에 응답하여 본 발명의 마이크로프로세서 기초 처리 단계 중 일부 또는 전부를 실행하는 일반적 목적의 컴퓨터 시스템으로서 구현될 수도 있다. 그러한 명령은 하드 디스크 또는 제거 가능한 미디어 드라이브와 같은 다른 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로부터 컨트롤러 메모리로 판독될 수 있다. 메인 메모리에 수록된 명령의 순서를 실행하는 컨트롤러 마이크로프로세서로서 다중 처리 구조의 하나 이상의 프로세서를 또한 채용할 수 있다. 변형예에 따르면, 소프트웨어 명령 대신에, 또는 그와 조합하여 하드-와이어드 회로(hard-wired circuitry)를 사용할 수 있다. 따라서 실시예는 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 임의의 특정 조합으로 한정되지 않는다.
컨트롤러(170)는 적어도 하나의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 또는 컨트롤러 메모리와 같은 메모리를 포함하여 본 발명의 기술에 따라 프로그램된 명령을 유지하고 데이터 구조, 테이블, 레코드 또는 그 외에 본 발명을 구현하는 데에 필요할 수 있는 다른 데이터를 수록한다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예로는, 콤팩트디스크, 하드디스크, 플로피디스크, 테이프, 광자기디스크, PROMs(EPROM, EEPROM, flash EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM, 또는 임의의 다른 자기 매체, 콤팩트디스크(예컨대, CD-ROM), 또는 임의의 다른 광학 매체(펀치 카드, 페이퍼 테이프), 또는 구멍 패턴을 갖는 다른 물리적 매체〔캐리어 웨이브(후술함)〕, 또는 컴퓨터 판독 가능한 임의의 다른 매체가 있다.
본 발명에 따르면, 컨트롤러(170)를 제어하고, 본 발명을 실시하기 위한 장치를 구동하고, 및/또는 컨트롤러를 휴먼 유저와 상호 작요하게 할 수 있는 소프트웨어가 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 중 임의의 하나 또는 이들의 조합에 수록되 어 있다. 그러한 소프트웨어는, 장치 드라이버, 작동 시스템, 개발 툴 및 애플리케이션 소프트웨어를 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 그러한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 본 발명을 구현할 때에 실행되는 처리 중 일부(처리가 분산되어 있는 경우) 또는 전부를 실행하기 위한 본 발명의 컴퓨터 판독 가능한 물품을 더 포함한다.
본 발명의 컴퓨터 코드 장치는 해석 가능하거나 실행 가능한 코드 메커니즘을 포함할 수 있으며, 이러한 메커니즘은 스크립트, 해석 가능 프로그램, DLL(dynamic link library), 자바 클래스, 완전한 실행 가능한 프로그램을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 처리 단계의 일부는 보다 양호한 성능, 신뢰성 및/또는 비용 절감을 위해 분산될 수 있다.
본원 명세서에서 사용되고 있는 “컴퓨터 판독 가능한 매체”라는 표현은 실행을 위하여 컨트롤러(170)의 프로세서에 명령을 제공하는 데에 관여하는 임의의 매체를 지칭하는 것이다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 비휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하여 많은 형태를 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예컨대 비휘발성 매체는 광학 디스크, 자기 디스크, 광자기 디스크, 하드 디스크 또는 제거 가능한 매체 드라이브를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리와 같은 동적 메모리를 포함한다. 또한, 실행을 위하여 컨트롤러의 프로세서에 대해 하나 이상의 명령을 하나 이상의 순서로 실행할 때에 다양한 형태의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 관련될 수 있다. 예컨대, 명령은 초기에 원격 컴퓨터의 자기 디스크에 수록될 수 있다. 원격 컴퓨터는 본 발명의 일부 또는 전부를 실현하 기 위한 명령을 동적 메모리에 원격 로딩할 수 있고, 그 명령을 네트워크를 통하여 컨트롤러(170)에 보낼 수 있다.
컨트롤러(170)는 증착 시스템(101; 101‘)에 대하여 국부적으로 위치될 수도 있고, 증착 시스템(101)에 대하여 원격 위치에 위치될 수도 있다. 예컨대, 컨트롤러(170)는 직접 접속, 인트라넷, 인터넷 및 무선 접속 중 적어도 하나를 이용하여 증착 시스템(101)과 데이터를 교환할 수 있다. 컨트롤러(170)는 예컨대 고객측(즉, 장치 메이커 등)에서 인트라넷에 결합될 수도 있고, 예컨대 벤더측(즉, 장비 제조업자)에서 인트라넷에 결합될 수도 있다. 또한, 예컨대 컨트롤러(170)는 인터넷에 결합될 수도 있다. 아울러, 다른 컴퓨터(즉, 컨트롤러, 서버 등)는 직접 접속, 인트라넷 및 인터넷 중 적어도 하나를 매개로 하여 데이터를 교환하도록 컨트롤러(170)에 액세스할 수 있다. 당업자가 알 수 있듯이, 컨트롤러(170)는 무선 접속을 매개로 증착 시스템(101’; 101)과 데이터를 교환할 수 있다.
이상에서 단지 본 발명의 특정의 예시적인 실시예를 상세하게 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 신규한 교시 내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예에 대한 많은 변형이 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 적합성(conformality), 접착성 및 순도가 결과적인 반도체 소자에 영향을 끼치는 점차 중요한 이슈로 되고 있는 라인 사이즈의 현저한 감소에 따른 반도체 처리와 관련한 다양한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 후속 증착되거나 처리된 층의 계면 사이에서의 오염 문제를 또한 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일 시스템 내에서의 기상 증착 및 샘플 운반에 적합한 구조를 제공할 수 있다.

Claims (41)

  1. 기판상에 증착물을 형성하는 증착 시스템으로서,
    재료 증착을 실행하도록 구성된 공정 공간을 구비하는 제1 어셈블리;
    상기 제1 어셈블리에 결합되어, 상기 기판을 상기 증착 시스템의 내외로 운반하도록 되어 있는 전달 공간을 구비하는 제2 어셈블리;
    상기 제2 어셈블리에 접속되며, 공정 공간의 사이즈를 변경하기 위하여 상기 기판을 지지하고 상기 공정 공간 내의 제1 위치로부터 상기 공정 공간 내의 제2 위치로 병진 이동시키도록 구성된 기판 스테이지;
    상기 공정 공간 내에서 기판의 병진 이동 중에 공정 공간과 전달 공간 사이의 가스 유동을 억제하도록 구성된 시일을 갖는 실링 어셈블리
    를 포함하는 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실링 어셈블리는 기판이 제1 위치로부터 전달 공간 내의 제3 위치로 병진 이동하는 중에 시일을 분리하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시일은 공정 공간을 전달 공간으로부터 진공 격리시키도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시일은 공정 공간으로부터 전달 공간으로의 가스 누설 을 10-3 Torr-ℓ/s 미만으로 감소시키도록 구성된 것인 증착 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 시일은 공정 공간으로부터 전달 공간으로의 가스 누설을 10-4 Torr-ℓ/s 미만으로 감소시키도록 구성된 것인 증착 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어셈블리에 결합되어, 처리 중에 공정 공간을 배기시키도록 구성된 제1 압력 제어 시스템;
    상기 제2 어셈블리에 결합되어, 상기 전달 공간 내의 오염물 환경을 감소시키도록 구성된 제2 압력 제어 시스템;
    상기 제1 어셈블리에 접속되어, 상기 재료 증착 중에 공정 조성물을 상기 공정 공간으로 도입하도록 구성된 가스 분사 시스템;
    상기 기판 스테이지에 결합되어, 상기 기판의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어 시스템을 더 포함하는 증착 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 어셈블리는 증착 시스템의 상부 섹션을 구성하고, 제2 어셈블리는 증착 시스템의 하부 섹션을 구성하며,
    상기 기판 스테이지는 상기 기판을 수직 방향으로 병진 이동시키도록 구성된 것인 증착 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 플라즈마 형성을 실행하기 위하여 상기 공정 공간 내의 공정 가스 조성물에 파워(power)를 결합하도록 구성된 파워 소스를 더 포함하는 증착 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 파워 소스는 0.1 내지 100 MHz의 주파수의 RF 에너지를 출력하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함하고,
    상기 기판 스테이지는, RF 파워 서플라이에 접속되어 상기 RF 에너지를 공정 공간 내로 결합하도록 구성된 전극을 포함하는 것인 증착 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 어셈블리는 공정 공간을 전달 공간으로부터 분리하도록 제1 어셈블리로부터 연장되는 연장부를 포함하는 것인 증착 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연장부는 기판 스테이지에 인접한 연장부의 제1측으로부터 제1측과 반대측의 연장부의 단부에서 종방향으로 위치 결정된 제2측에 이르는 가스 안내부(conductance)를 제공하는 내부 채널을 포함하는 것인 증착 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연장부는 연장부의 제1측 근처에 시일 플레이트를 포함하는 것인 증착 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기판 스테이지는, 기판 스테이지가 제1 어셈블리를 향하여 병진 이동할 때에 연장부의 시일 플레이트에 접촉하도록 구성된 플랜지를 포함하는 것인 증착 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 플랜지는 시일 플레이트에 대하여 밀봉하도록 구성된 시일을 포함하는 것인 증착 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 시일은 O-링, 테이퍼진 엘라스토머 및 헬리컬 스프링 시일 중 적어도 하나를 포함하는 것인 증착 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 테이퍼진 엘라스토머는 삼각형 형상의 엘라스토머를 포함하는 것인 증착 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 연장부는 기판 스테이지의 병진 이동 방향으로 압축되도록 구성된 벨로우즈 유닛을 포함하는 것인 증착 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 연장부는 상기 시일 어셈블리를 공정 공간으로부터 차폐하도록 구성된 가드(guard)를 포함하는 것인 증착 시스템.
  19. 제10항에 있어서, 상기 연장부는 기판 스테이지를 향하여 연장되는 적어도 하나의 종방향 플레이트를 구비한 슬라이더 유닛을 포함하는 것인 증착 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기판 스테이지는, 기판 스테이지로부터 제1 어셈블리를 향하여 연장되고 종방향 플레이트와 번갈아 포개어지도록 구성된 수용 플레이트를 구비하는 것인 증착 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 실링 어셈블리는 수용 플레이트와 종방향 플레이트 중 적어도 하나에 배치되어 있는 것인 증착 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 공정 공간은 원자층 증착(ALD)과 화학 기상 증착(CVD) 중 적어도 하나를 위하여 구성되는 것인 증착 시스템.
  23. 전달 공간과 분리된 공정 공간을 구비하는 기상 증착 시스템에 있어서 기판상에 재료를 증착하는 방법으로서,
    상기 기판을 전달 공간으로부터 진공 격리된 공정 공간 내에 배치하는 단계와,
    전달 공간으로부터의 진공 격리를 유지하면서 공정 공간 내의 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판을 처리하는 단계와,
    상기 제1 위치 또는 제2 위치에서 상기 기판상에 재료를 증착하는 단계
    를 포함하는 재료 증착 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 공정 공간의 온도를 100℃ 이상으로 유지하는 단계와,
    상기 전달 공간의 온도를 100℃ 미만으로 유지하는 단계
    를 더 포함하는 재료 증착 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 공정 공간의 온도를 50℃ 이상으로 유지하는 단계와,
    상기 전달 공간의 온도를 50℃ 미만으로 유지하는 단계
    를 더 포함하는 재료 증착 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는 기상 증착을 위하여 상기 공정 공간에 공정 가스 조성물을 도입하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 플라즈마 기상 증착을 위하여 상기 공정 공간에 공정 가스 조성물을 도입하고, 상기 공정 가스 조성물로부터 플라즈마를 형성하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 탄탈 막, 탄화탄탈 막, 질화탄탈 막, 또는 탄소질화 탄탈 막 중 적어도 하나를 증착하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  29. 제23항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 금속 막, 탄화금속 막, 산화금속 막, 질화금속 막, 탄소질화 금속 막, 금속 실리사이드 막, 또는 이들 막의 임의의 조합 중 적어도 하나를 증착하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  30. 제23항에 있어서, 상기 배치하는 단계는, 원자층 증착(ALD) 공정, PEALD 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 또는 PECVD 공정 중 적어도 하나를 실시하도록 구성된 챔버 내에 상기 기판을 배치하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 상기 ALD 공정을 이용하여 제1 막을 증착하고, 상기 PECVD 또는 PEALD 공정을 이용하여 제2 막을 증착하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 상기 CVD 공정을 이용하여 제1 막을 증착하고, 상기 PECVD 또는 PEALD 공정을 이용하여 제2 막을 증착하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 상기 ALD 공정을 이용하여 제1 막을 증착하고, 상기 CVD 공정을 이용하여 제2 막을 증착하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 공정 공간 내의 공정 가스에 0.1 내지 100 MHz의 주파수의 RF 에너지를 인가하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계 후에 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 재료 증착 방법.
  36. 제23항에 있어서, 증착된 재료의 균일성을 향상시키도록 기판을 공정 공간 내에서 병진 이동시키는 단계를 더 포함하는 재료 증착 방법.
  37. 제23항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계는, 공정 공간 내에서의 플라즈마 균일성이 직경 300 mm의 기판에 걸쳐 2%보다 양호하게 되는 위치에 기판을 유지하는 기판 스테이지의 위치를 설정하고, 기판상에 재료를 증착하기 위한 플라즈마를 형성하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 설정하는 단계는, 플라즈마 균일성이 기판 스테이지의 직경 300 mm의 기판에 걸쳐 1%보다 우수하게 되는 위치에 기판을 유지하는 기판 스테이지의 위치를 설정하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  39. 제23항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 단계는, 전달 공간으로의 가스 누설이 10-3 Torr-ℓ/s 미만인 공정 공간 내에 기판을 배치하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  40. 제23항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 단계는, 전달 공간으로의 가스 누설이 10-4 Torr-l/s 미만인 공정 공간 내에 기판을 배치하는 것을 포함하는 것인 재료 증착 방법.
  41. 기판 처리 시스템의 프로세서에서의 실행을 위한 프로그램 명령을 수록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 프로그램 명령은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때에, 기판 처리 시스템이 제23항 내지 제40항 중 어느 한 항에 기재된 단계 중 임의의 하나를 실시하도록 하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006177B1 (ko) * 2008-10-29 2011-01-07 주식회사 케이씨텍 원자층 증착 장치
KR101317644B1 (ko) * 2011-08-25 2013-10-15 주식회사 테스 플라즈마 처리장치 및 방법
WO2020257223A1 (en) * 2019-06-18 2020-12-24 Kla Corporation Multi-stage, multi-zone substrate-positioning systems

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6183564B1 (en) * 1998-11-12 2001-02-06 Tokyo Electron Limited Buffer chamber for integrating physical and chemical vapor deposition chambers together in a processing system
US7468311B2 (en) * 2003-09-30 2008-12-23 Tokyo Electron Limited Deposition of silicon-containing films from hexachlorodisilane

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006177B1 (ko) * 2008-10-29 2011-01-07 주식회사 케이씨텍 원자층 증착 장치
KR101317644B1 (ko) * 2011-08-25 2013-10-15 주식회사 테스 플라즈마 처리장치 및 방법
WO2020257223A1 (en) * 2019-06-18 2020-12-24 Kla Corporation Multi-stage, multi-zone substrate-positioning systems
US11637030B2 (en) 2019-06-18 2023-04-25 Kla Corporation Multi-stage, multi-zone substrate positioning systems

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