KR20110005721A - 엑시머 경화 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20110005721A
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curing
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KR1020107026076A
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드미트리 루보미르스키
무함메드 엠. 라쉬드
엘리에 와이. 이예
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

엑시머 방사선을 생성하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 하우징 벽을 가지는 하우징을 포함한다. 전극이 하우징 내에 구성된다. 튜브형 본체가 전극 주위에 배치된다. 튜브형 본체는 외측 벽 및 내측 벽을 포함한다. 하나 이상의 불활성 가스가 외측 벽과 내측 벽 사이에 위치하고, 이때 하우징 벽과 전극은 불활성 가스를 여기시켜 경화를 위해서 엑시머 광을 조사하도록 구성된다.

Description

엑시머 경화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EXCIMER CURING}
본원 발명은 본 출원인에게 일부 양도되어 2006년 11월 3일자로 출원되고 이후에 본 출원인인 Applied Materials로 전부 양도된 "Nitrogen Enriched Cooling Air Module for UV Curing System" 라는 명칭의 미국 특허 공개 제 2007/0295012 호와 관련된 것이다. 관련 출원의 전체 내용은 본원 명세서에서 참조로서 포함된다.
개략적으로, 본원 발명은 반도체 제조 프로세스의 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원 발명은 엑시머 경화를 위한 방법 및 장치를 제공한다.
실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 탄화물(SiC) 및 탄소가 도핑된 실리콘 산화물(SiOCx) 필름과 같은 물질은 반도체 소자의 제조 분야에서 널리 이용되고 있다. 그러한 실리콘-함유 필름을 반도체 깊나 상에 형성하기 위한 하나의 방법은 챔버 내에서의 화학기상증착(CVD) 프로세스를 통하는 것이다. 예를 들어, 실리콘을 공급하는 공급원과 산소를 공급하는 공급원 사이의 화학적 반응이 CVD 챔버 내에 배치된 반도체 기판의 상부에 고상 실리콘 산화물을 증착할 것이다. 다른 예로서, 실리콘 탄화물 및 실리콘-도핑형 실리콘 산화물 필름이 CVD 반응으로부터 형성될 수 있을 것이며, 그러한 CVD 반응은 하나 이상의 Si-C 결합을 포함하는 유기실란 공급원을 포함할 것이다.
유기실리콘 화합물의 CVD 반응의 부산물로 물이 주로 생성된다. 그와 같은 경우에, 물은 수분으로서 필름 내로 물리적으로 흡수되거나 또는 Si-OH 화학적 결합으로서 증착 필름 내로 포함될 수 있다. 이러한 형태의 물 함입은 일반적으로 바람직하지 못하다. 따라서, 원하지 않는 화학적 결합 및 물과 같은 화합물이 증착된 탄소-함유 필름으로부터 제거되는 것이 바람직하다. 또한, 일부 특정 CVD 프로세스에서, 희생(sacrificial) 물질의 열적으로 불안정한 유기 절편(fragments)을 제거할 필요가 있다.
그러한 문제를 해결하기 위해서 이용되는 하나의 통상적인 방법은 열적 어닐링이다. 그러한 어닐링으로부터의 에너지가 불안정하고 바람직하지 못한 화학적 결합을 규칙적인(ordered) 필름의 보다 안정한 결합 특성으로 대체하며, 그에 따라 필름의 밀도를 높이게 된다. 통상적인 열적 어닐링 단계들은 일반적으로 긴 시간이 소요되고(예를 들어, 종종 30 분 내지 2 시간), 그에 따라 상당한 프로세스 시간을 소비하고 그리고 전체적인 제조 프로세스의 진행을 느리게 한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 다른 기술은 CVD 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물 및 탄소-도핑된 실리콘 산화물 필름의 후처리를 돕기 위해서 자외선을 이용하는 것이다. CVD 필름의 경화 및 조밀화(densifying)를 위해서 자외선을 이용하는 것은 개별적인 웨이퍼의 전체적인 열소모 비용(thermal budget)을 줄일 수 있고 그리고 제조 프로세스의 속도를 높일 수 있다. 기판 상의 증착 필름을 경화시키는데 이용될 수 있는 여러 가지 자외선 경화 시스템이 개발되어 있다.
일반적으로, 자외선 경화 시스템은 마이크로파 발생기에 의해서 파워를 공급받는(powered) 수은 증기 램프 또는 금속 할라이드 도핑 수은 램프를 구비한다. 자외선 램프는 170 nm 내지 600 nm 파장의 광대역에 걸친 빛을 생성한다. 그러나, 자외선 램프는 일반적으로 짧은 수명을 가지고 그리고 약 400 nm 미만의 파장에서 낮은 방사선 출력을 제공한다. 또한, 특히 250nm 미만의 파장에서, 자외선 램프의 파워 출력은 자외선 램프를 사용할수록 감소된다.
따라서, 현존하는 자외선 경화 시스템에 대한 개선 장치 및 방법이 요구되고 있다 할 것이다.
본원 발명의 실시예는, 유전체 물질의 경화를 위해서, 152nm, 172 nm, 193 nm, 222 nm, 248 nm 또는 303 nm와 같은 좁은 범위의 대역폭을 가지는 엑시머 광을 조사(照射)하기 위해서 엑시머 램프를 이용하여 불활성 가스를 여기시키는, 전술한 공지된 프로세스 및 장치의 문제점을 해결하는 장치를 제공하는 것에 관한 것이다. 엑시머 광은 그 파장이 약 250 nm 미만인 경우에도 유전체 물질을 경화시킬 수 있는 희망하는 파워를 가질 수 있다.
본원 발명의 일 실시예는 엑시머 방사선(radiation)을 생성하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 하우징 벽을 가지는 하우징을 포함한다. 전극이 하우징 내에 구성된다. 튜브형 본체가 전극 주위에 배치된다. 튜브형 본체는 외측 벽 및 내측 벽을 포함한다. 하나 이상의 불활성 가스가 외측 벽과 내측 벽 사이에 위치하고, 이때 하우징 벽과 전극은 불활성 가스를 여기시켜 경화를 위해서 엑시머 광을 조사하도록 구성된다.
다른 실시예는 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 기판 프로세싱 영역을 형성하는 챔버를 포함한다. 기판 지지부가 챔버 내에 그리고 챔버의 바닥 영역에 구성된다. 하나 이상의 엑시머 램프가 기판 지지부로부터 이격되고 그리고 방사선을 생성하여 기판 지지부 상에 위치된 기판으로 전달하도록 구성된다. 하나 이상의 엑시머 램프들의 각각이 전극을 포함한다. 튜브형 본체는 전극을 둘러싸도록 구성된다. 튜브형 본체는 외측 벽과 내측 벽을 포함한다. 하나 이상의 불활성 가스가 외측 벽과 내측 벽 사이에 배치된다. 반사부가 튜브형 본체의 외측 벽에 근접 배치되고, 이때 상기 반사부 및 전극은 경화를 위한 엑시머 광을 조사하도록 불활성 가스를 여기시킨다.
다른 실시예는 기판 상의 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 방법을 제공한다. 챔버 벽 및 내부에 배치된 엑시머 램프를 가지는 챔버 내에 기판이 배치된다. 상기 방법은 엑시머 램프 내의 불활성 가스를 여기시켜 유전체 물질을 경화하기 위한 엑시머 광을 조사하기 위해서 챔버 벽과 엑시머 램프 사이에 전압 강하를 인가하는 단계를 포함한다.
이하의 내용 및 첨부 도면을 참조하여, 본원 발명의 이러한 실시예들 및 기타 실시예들, 그리고 본원 발명의 많은 이점 및 특징들에 대해서 설명한다. 그러나, 본원 발명은 그러한 구체적인 구성 및 설비들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.
이하의 내용 및 첨부 도면을 참조함으로써 본원 발명의 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이며, 도면들에서는 유사한 부분들에 대해서는 유사한 참조 번호를 부여하였다. 일부 경우에, 다수의 유사한 부분들 중 하나를 나타내기 위해서 참조 번호에 부수적인 표시(sublabel)를 부여하였고 그리고 하이픈을 부여하였다. 부수적인 표시가 없이 도면 부호를 기재한 경우에는, 다수의 유사한 부분들을 지칭하는 것임을 주지하여야 할 것이다.
도 1은 예시적인 반도체 프로세싱 시스템의 단순화된 평면도이다.
도 2는 예시적인 텐덤(tandem; 직렬형) 프로세스 챔버를 단순화하여 도시한 사시도이다.
도 3은 예시적인 텐덤 프로세스 챔버의 부분 단면도이다.
도 4a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 4b는 4B-4B의 단면 라인을 따른 도 4a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 5a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 5b는 5B-5B의 단면 라인을 따른 도 5a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 6a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 6b는 6B-6B의 단면 라인을 따른 도 6a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 7a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 7b는 7B-7B의 단면 라인을 따른 도 7a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 8-10은 챔버 내의 엑시머 램프의 예시적인 구성을 도시한 도면이다.
본원 발명은 실리콘 웨이퍼, 액정 디스플레이 기판, 태양전지 패널 기판 등과 같은 기판 상에 부착된 저(low)-k 유전체 물질, 스핀-온-그래스(spin-on-glass; SOG), 또는 기타 물질과 같은 유전체 물질을 경화하기 위한 장치에 관한 것이다. 그러한 장치는 유전체 물질을 경화하기 위해서, 152nm, 172 nm, 193 nm, 222 nm, 248 nm 또는 303 nm와 같은 좁은 대역폭 범위의 엑시머 광을 조사하기 위해서 불활성 가스를 여기시킨다. 엑시머 광은 그 파장이 약 250 nm 미만인 경우에도 유전체 물질을 경화시킬 수 있는 희망하는 파워를 가질 수 있다. 상기 장치는 챔버 벽을 가지는 챔버를 포함한다. 전극이 챔버 내에 구성된다. 튜브형 본체가 전극 주위에 배치된다. 튜브형 본체는 외측 벽 및 내측 벽을 포함한다. 하나 이상의 불활성 가스가 외측 벽과 내측 벽 사이에 위치하고, 이때 챔버 벽과 전극은 불활성 가스를 여기시켜 경화를 위한 엑시머 광을 조사하도록 구성된다.
도 1은 본원 발명의 실시예가 포함되는 반도체 프로세싱 시스템(100)의 단순화된 평면도이다. 시스템(100)은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc. 로부터 상업적으로 구입할 수 있는 Producer™ 프로세싱 시스템의 일 실시예를 도시한다. 프로세싱 시스템(100)은 메인 프레임 구조물(101) 상에 지지된 필수 프로세싱 설비들을 가지는 자체-내장형 시스템이다. 일반적으로, 프로세싱 시스템(100)은 전방 단부 스테이징 구역(front end staging area; 102), 기판 핸들러(113)를 수용하는 이송 챔버(111), 상기 이송 챔버(111)에 장착된 일련의 텐덤 프로세스 챔버(106), 그리고 가스 패널(103) 및 파워 분배 패널(105)과 같이 시스템(100)의 작동에 필요한 지원 설비들을 수용하는 후방 단부(138)을 포함하고, 상기 전방 단부 스테이징 구역에서는 기판 카셋트(109)가 지지되고 그리고 기판들이 로드록 챔버로부터 로딩 및 언로딩된다.
각각의 텐덤 프로세스 챔버(106)는 기판을 프로세싱하기 위한 2개의 프로세싱 영역을 포함한다. 2개의 프로세싱 영역은 공통의 가스 공급부, 공통의 압력 제어부, 및 공통의 프로세스 가스 배기/펌핑 시스템을 공유한다. 시스템의 모듈형 디자인은 하나의 구성으로부터 다른 구성으로 신속하게 변환될 수 있게 한다. 챔버들의 배치 및 조합은 특정 프로세스 단계들을 실시하기 위한 목적에 따라 변경될 수 있을 것이다. 임의의 텐덤 프로세스 챔버(106)가 덮개를 포함할 수 있고, 그러한 덮개는 이하에서 설명하는 바와 같은 본원 발명의 측면에 따라서 기판 상의 저-K 물질을 경화하는 프로세스 및/또는 챔버 세정 프로세스 에서 사용하기 위한 하나 또는 둘 이상의 엑시머 램프를 포함한다. 일 실시예에서, 총 3개의 텐덤 프로세스 챔버(106)가 엑시머 램프를 구비하고 그리고 최대 생산량을 위해서 병렬(parallel)로 작동되도록 엑시머 경화 챔버들이 구성된다.
텐덤 프로세스 챔버(106)들 모두가 엑시머 경화 챔버로서 구성되지 않는 다른 실시예에서, 시스템(100)은 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 에칭 등과 같은 여러 가지 공지된 프로세스를 수용하기 위한 공지된 지원 챔버 하드웨어를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 텐덤 프로세스 챔버를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 텐덤 프로세스 챔버(106)들 중 하나 그리고 저 유전 상수(K) 필름과 같은 물질을 기판 상에 증착하기 위한 CVD 챔버를 포함하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성은 연구 및 개발 제조 설비 이용을 최대화할 수 있고 그리고, 필요하다면, 증착된 상태의(as-deposited) 필름이 대기중에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 엑시머 경화를 위해서 구성된 도 2에 도시된 텐덤 프로세스 챔버(106) 중 하나를 도시한 단순화된 사시도이다. 텐덤 프로세스 챔버(106)는 본체(200) 및 상기 본체(200)에 힌지식으로 연결될 수 있는 덮개(202)를 포함한다. 하우징(204)의 내부를 통해서 냉각 공기를 통과시키기 위한 배출구(208)와 함께 유입구(206)를 각각 포함하는 2개의 하우징이 덮개(202)와 커플링된다. 냉각 공기는 상온 또는 약 22℃의 온도를 가질 수 있을 것이다. 중앙의 가압 공기 공급원(도시하지 않음)은 엑시머 램프 전구 및/또는 전구를 위한 관련 파워 공급원의 적절한 작동을 보장하기 위해서 충분한 유량의 공기를 유입구(206)로 제공한다. 배출구(208)는 배기 공기를 하우징(204)으로부터 수용한다. 통상적인 자외선 경화 램프와 달리, 엑시머 램프는 오존을 이용하지 않는다. 따라서, 오존 관리 문제를 피할 수 있다. 텐덤 프로세스 챔버(106)와 함께 이용될 수 있는 냉각 모듈에 관한 구체적인 사항이 2006년 11월 3일자로 출원되고 본원의 출원인인 Applied Materials로 양도된 "Nitrogen Enriched Cooling Air Module for UV Curing System" 이라는 명칭의 미국 특허 공개 제 2007/0295012 에 기재되어 있다. 상기 2007/0295012 출원의 전체 내용이 본원 명세서에 포함된다.
각각의 하우징(204)은 엑시머 램프(도시하지 않음)가 내부에 배치되는 상부 하우징(210) 및 제 2 반사부(도시하지 않음)가 내부에 배치되는 하부 하우징(214)을 포함한다. 본원 발명의 일부 실시예는 대응하는 벨트(도시하지 않음)를 파지(grip)하는 다수의 치형부(212a)를 가지는 디스크(212)를 추가로 포함하며, 상기 벨트는 모터(도시하지 않음)에 작동적으로 커플링된(operatively coupled) 스핀들(216)로 상기 디스크(212)를 커플링시킨다. 디스크(212), 벨트, 스핀들 및 MOCVD의 조합으로 인해서 상부 하우징(210)(및 그 내부에 장착된 엑시머 램프)이 덮개(202) 아래쪽의 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대해서 상대적으로 회전될 수 있다.
도 3은 덮개(202), 하우징(204) 및 파워 공급원(303)을 구비하는 텐덤 프로세스 챔버(106)의 부분 단면도이다. 각 하우징(204)은 본체(200) 내에 형성된 2개의 프로세스 영역(300)의 각각의 위쪽에 배치된 2개의 엑시머 램프(302) 중 하나를 각각 덮는다. 각 프로세스 영역(300)은 기판(308)을 프로세스 영역(300) 내에서 지지하기 위한 가열 받침대(306)를 포함한다. 받침대(306)는 알루미늄과 같은 금속 또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 받침대(306)는 본체(200)의 바닥을 통해서 연장하고 그리고 구동 시스템(312)에 의해서 작동되어 프로세싱 영역(300) 내부에서 받침대(306)를 엑시머 램프(302) 쪽으로 그리고 그 반대쪽으로 이동시키는 스템(310)에 커플링된다. 구동 시스템(312)은 또한 경화 중에 받침대(306)를 회전 및/또는 병진 운동시켜 기판 조사(照射)의 균일성을 개선할 수 있을 것이다. 받침대(306)의 조절가능한 위치결정은 휘발성 경화 부산물과 퍼지 및 세정 가스의 유동 패턴 그리고 체류 시간을 제어할 수 있게 하고, 또한 초점 거리와 같은 빛 전달 시스템의 디자인시의 고려 사항의 특성에 따라서 기판(308)에 대한 입사 엑시머 조사를 미세하게 조정할 수 있게 허용한다.
일반적으로, 본원 발명의 실시예는, 특히 예를 들어, 152nm, 172 nm, 193 nm, 222 nm, 248 nm 또는 303 nm의 파장을 가지는 방사선을 생성할 수 있는 펄스형 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 또는 크세논 플래시 램프와 같은 임의의 엑시머 공급원을 이용할 수 있을 것이다. 파워 공급원(303)에 의한 여기를 위해서, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 또는 크세논과 같은 하나 또는 둘 이상의 가스로 엑시머 램프(302)를 충진한다 . 바람직하게, 파워 공급원(214)은 무선주파수(RF) 발생기이다. RF 발생기는 약 50 kHz 내지 약 180 MHz의 주파수를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 하우징(204)은 파워 공급원(303)으로부터 RF 파워를 수신하는 파워 공급원(303)에 인접한 개구(305)를 포함한다.
엑시머 램프(302)는 약 152nm, 172 nm, 193 nm, 222 nm, 248 nm 또는 303 nm와 같은 좁은 대역폭 범위를 가지는 엑시머 광을 방출할 수 있다. 엑시머 램프(302) 내에서 사용하도록 선택된 가스들은 방출 파장을 결정할 수 있다. 170 nm 내지 400 nm 파장의 대역폭을 가지는 자외선광을 방출하는 통상적인 자외선 램프와 달리, 엑시머 램프(302)는 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물-함유 유전체 물질과 같은 유전체 물질 또는 기타 유전체 물질을 경화하기 위해서 실리콘-실리콘(Si-Si), 실리콘-산소(Si-O), 실리콘-질소(Si-N) 및/또는 실리콘-탄소(Si-C)의 결합 에너지에 상응하는 좁은 대역폭 범위를 가지는 빛을 방출할 수 있다. 엑시머 램프(302)는 유전체 물질의 경화를 위해서 약 400 nm 보다 짧은 파장의 희망 파워 출력을 제공할 수 있다. 엑시머 램프를 이용함으로써, 저-k 물질과 같은 유전체 물질을 경화하는 것이 보다 바람직하게 달성될 수 있다. 실시예에서, 엑시머 램프(302)와 기판(308) 사이의 거리는 약 1 mm 내지 약 200 mm가 될 수 있다. 다른 실시예에서 그 거리는 약 1 mm 내지 약 60 mm가 될 수 있다.
엑시머 램프(302)로부터 방출된 빛이 덮개(202) 내의 개구에 배치된 윈도우(314)를 통해서 프로세싱 영역(300)으로 유입된다. 윈도우(314)는 OH가 없는(free) 합성 석영 유리로 제조될 수 있고 그리고 균열 없이 진공을 유지할 수 있는 충분한 두께를 가진다. 또한, 윈도우(314)는 약 150 nm까지 빛을 전달하는 용융 실리카일 수 있다. 프로세싱 가스 또는 세정 가스가 2개의 유입구 통로(316) 중 각각의 하나를 통해서 프로세스 영역(300) 내로 유입된다. 프로세싱 또는 세정 가스가 공통의 배출구 포트(318)를 통해서 프로세스 영역(300)으로부터 배출된다. 또한, 하우징(204)의 내부로 공급되는 냉각 공기가 엑시머 램프(302)를 통과하여 순환되나, 윈도우(314)에 의해서 프로세스 영역(300)과는 격리된다.
일 실시예에서, 각 하우징(204)은 이색성(dichroic) 필름으로 코팅된 주조 석영 라이닝(cast quartz lining; 304)에 의해서 형성된 내부 포물선형 표면을 포함한다. 석영 라이닝(304)은 엑시머 램프(302)로부터 방출된 빛을 반사시키고, 그리고 석영 라이닝(304)에 의해서 프로세스 영역(300) 내로 지향되는 엑시머 광의 패턴을 기초로 챔버 세정 프로세스 뿐만 아니라 경화 프로세스 모두에 대해서 적합하게 성형된다. 일부 실시예에서, 내부 포물선형 표면의 형상을 변경 및 이동함으로써, 석영 라이닝(304)을 각 프로세스 또는 작업에 보다 잘 맞게 조정할 수 있을 것이다. 또한, 석영 라이닝(304)은 이색성 필터로 인해서 엑시머 램프(302)에 의해서 방출된 빛을 희망하는 바에 따라 전달할 수 있을 것이다. 일반적으로, 이색성 필름은 높은 굴절률 및 낮은 굴절률이 교대로 반복되는 다양한 유전체 물질로 이루어진 주기적인 다층 필름으로 구성된다. 코팅이 비금속이기 때문에, 주조 석영 라이닝(304)의 후방면 상으로 하향 입사하는 파워 공급원(303)으로부터의 마이크로파 방사선이 변조된(modulated) 층들과 크게 상호작용하지 않거나 그 층들에 의해서 흡수되지 않고, 용이하게 전달되어 엑시머 램프(302) 내의 가스를 이온화한다.
실시예들에서, 경화 및/또는 세정 동안에 회전하는 또는 주기적으로 이동하는 석영 라이닝(304)이 기판 평면 내의 조사 균일도를 높인다. 또 다른 실시예에서, 전체 하우징(204)이 기판(308)에 걸쳐 주기적으로 회전되거나 병진운동되는 동안 석영 라이닝(304)은 엑시머 램프(302)에 대해서 고정적이 된다. 또 다른 실시예에서, 받침대(306)를 통한 기판(308)의 주기적인 병진운동 또는 회전운동은 기판(308)과 엑시머 램프(302) 사이에 상대적인 이동을 제공하여 조사 및 경화 균일도를 개선한다.
경화 프로세스의 경우에, 받침대(306)가 약 100 ℃ 내지 약 1,100 ℃, 바람직하게는 약 300 ℃ 내지 약 750 ℃의 온도로 가열된다. 기판(308)을 희망에 따라 경화하기 위해서, 프로세싱 영역 내의 압력이 약 500 미크론 Torr (μTorr) 내지 약 500 Torr, 바람직하게는 약 500 mTorr 내지 약 5 Torr가 될 수 있다. 경화 처리 동안에, 받침대(306)가 약 1 rpm과 약 300 rpm 사이로 기판(308)을 회전시켜 엑시머 램프(302)에 의해서 생성된 빛에 기판(308)을 균일하게 노출시킬 수 있을 것이다.
도 4a는 본원 발명의 실시예에 따라 하우징의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프를 도시한 단면도이다. 도 4b는 4B-4B의 단면 라인을 따른 도 4a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 4a에서, 엑시머 램프(302)는 전극(410), 반사부(420), 및 튜브형 본체(400)를 포함한다. 튜브형 본체(400)는 전극(410) 주위에 위치된다. 튜브형 본체(400)는 외측 벽(402)과 내측 벽(404)을 포함한다. He, Ne, Ar, Kr 및 Xe 와 같은 하나 이상의 불활성 가스가 내측 벽(404)과 외측 벽(402) 사이에 충진되고 밀봉된다. 반사부(420)는 튜브형 본체(400)의 외측 벽(402)에 인접하여 구성된다. 반사부(420)는 실질적으로 접지되고(grounded), 그리고 전극(410)은 RF 파워 공급원(303)(도 3에 도시됨)과 커플링되어 불활성 가스(406)를 여기시켜 경화를 위한 좁은 대역폭 범위의 엑시머 광을 방출한다. 튜브형 본체(400)는 하우징의 측벽(430)을 통해서 구성된다. 튜브형 본체(400)에 부착된 용접된 진공 플랜지(450)가 측벽(430)과 램프 클램프(440) 사이에 구성된다. O-링(460)이 측벽(430)의 홈 내에 구성되어 바람직하게 하우징을 밀봉하거나 및/또는 하우징 내의 압력을 유지한다. 튜브형 본체(400)의 형상이 도 4a에 도시된 것으로 제한되지 않는다는 것을 주지하여야 한다. 튜브형 본체(400)는 바람직하게 전극(410)을 수용할 수 있는 어떠한 형상도 가질 수 있다.
엑시머 램프(302)는 전극(410)으로 고전압을 인가함으로써 그리고 반사부(420) 및/또는 하우징 측벽(430)을 실질적으로 접지시킴으로써 엑시머 광을 조사하기 위해서 불활성 가스를 여기시킬 수 있다. 엑시머 광은 바람직하게 수분을 제거하고 그리고 유전체 물질을 조밀화하기 위해서 저-k 물질과 같은 유전체 물질을 경화시킬 수 있다.
실시예들에서, 전극(410)과 커플링된 와이어(410a)가 튜브형 본체(400) 내에 구성되고 그리고 텐덤 프로세스 챔버(106) 내에서 노출되지 않는다. 바람직하게, 와이어(410a)로 인가되는 고전압과 실질적으로 접지된 하우징 측벽(430)으로 인해서 텐덤 프로세스 챔버(106) 내에서 플라즈마가 생성하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압력이 전극(410)과 튜브형 본체(400)의 내측 벽(404) 사이의 공간 내로 제공된다. 전극(410) 및 반사부(420) 및/또는 측벽이 엑시머 광을 생성하도록 구성되었을 때 플라즈마가 공간 내에서 실질적으로 생성되지 않도록, 압력이 제공된다. 압력은, 예를 들어, 거의 대기압과 같을 수 있고, 그리고 하우징(204)(도 3에 도시됨) 내의 압력과 상이할 수 있다.
도 4b에서, 반사부(420)가 튜브형 본체(400)의 외측 벽(402) 주위에서 실질적으로 반-원통형으로 배치될 수 있다. 바람직하게, 반사부(420)는 엑시머 램프(302)로부터 방출된 엑시머 광을 반사시킬 수 있다. 반사부(420)는 실질적으로 접지될 수 있다. 소위 당업자는 경화를 위한 희망 방사선을 생성하기 위해서 외측 벽(402)을 덮도록 반사부(420)를 변경할 수 있을 것이다.
도 5a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다. 도 5b는 5B-5B의 단면 라인을 따른 도 5a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 5a에서, 다른 예시적인 엑시머 램프(302a)가 제공된다. 구획 벽(403)이 내측 벽(404) 및 외측 벽(402)과 접촉한다. 구획 벽(403)은 튜브형 본체(400)의 일 단부에 인접한 구역(405)을 튜브형 본체(400)의 타 단부에 인접한 구역(407)과 분리시킨다. 불활성 가스(406)가 구역(405) 내에 충진되고 밀봉된다. 그러한 공기 또는 기타 가스가 구역(407)에 충진되고 및/또는 밀봉되는 것은 선택적이다. 구획 벽(403)은 하우징의 측벽(430)에 실질적으로 인접한다.
엑시머 램프(302a)의 구획 벽(403)은 구역(407)을 구역(405)으로부터 분리한다. 불활성 가스 이외의 가스가 구역(407) 내에 충진될 수 있다. 구역(405) 내의 불활성 가스(406)를 여기시키는 동안, 구역(407) 내의 가스로부터 엑시머 광이 실질적으로 생성되지 않는다. 바람직하게, O-링(460)이 구역(407)으로부터 엑시머 광을 받지 않도록 할 수 있다. O-링(460)의 수명이 바람직하게 연장될 수 있다. O-링(460)은 바람직하게 하우징을 밀봉할 수 있다.
도 6a는 본원 발명의 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다. 도 6b는 6B-6B의 단면 라인을 따른 도 6a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 6a에서, 다른 예시적인 엑시머 램프(302b)가 제공된다. 엑시머 램프(302b)는 유리 및/또는 임의 고체 유전체 물질과 같은 유전체 물질 구역(407a)을 구비한다. 측벽(430)이 바람직하게 엑시머 램프(302b)를 홀딩할 수 있다면, 용접된 진공 플랜지(450)(도 4a 및 도 5a에 도시됨)의 이용은 선택적이다. O-링(460)이 하우징 벽의 홈 내에 그리고 튜브형 본체(400)와 하우징 벽 사이에 구성된다. 유전체 물질 구역(407a)의 경우에, 엑시머 램프(302b)가 엑시머 광을 생성할 때 엑시머 광이 고체 유전체 물질 구역(407a)으로부터 생성될 수 없다. 또한, 측벽(430)은 구역(405) 내의 불활성 가스(406)로부터 생성되는 엑시머 광을 실질적으로 차단할 수 있다. O-링(460)은 구역(407a)으로부터 어떠한 엑시머 광도 받지 않는다. 따라서, 바람직하게 엑시머 경화 프로세스 동안에 O-링(460)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. O-링(460)의 수명이 보다 연장될 수 있고 그리고 바람직하게 O-링(460)이 하우징을 밀봉할 수 있다.
도 7a는 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 챔버의 측벽에 구성된 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다. 도 7b는 7B-7B의 단면 라인을 따른 도 7a의 예시적인 엑시머 램프의 단면도이다.
도 7a에서, 예시적인 엑시머 램프(302c)가 제공된다. 도 7a에서, 엑시머 램프(302c)는 튜브형 본체(400)의 단부(415)에 인접한 영역에서 외측 벽(402)으로부터 분리되는 내측 벽(404)을 구비한다. 엑시머 광을 생성하기 위해서 측벽(430)이 실질적으로 접지되거나 플로팅(floating)되었을 때, 전극(410) 및 측벽(430)이 내측 벽(404)과 외측 벽(402) 사이의 불활성 가스를 실질적으로 여기시킬 수 있다. 바람직하게, 단부(415)에 인접한 영역에서 외측 벽(402)과 내측 벽(404) 사이의 갭은 챔버 내의 측벽(430) 및 전극(410)에 의해서 플라즈마가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
도 8-10은 하우징 내의 엑시머 램프의 예시적인 구성을 도시한 도면이다. 도 8에서, 엑시머 램프(302)는 하우징 내에서 실질적으로 평행하게 구성된다. 각 엑시머 램프(302)의 일 단부가 측벽(430a)을 통과하도록 구성되고, 그리고 엑시머 램프(302)의 타 단부가 측벽(430b)으로부터 멀리 떨어진다(distant from). 실시예들에서, 엑시머 램프(302)가 하우징의 중심에 인접하게 구성될 수 있을 것이다. 도 8에 도시된 엑시머 램프(302)의 수는 단지 예시적인 것이다. 본원 발명의 범위가 그러한 수로 제한되지 않는다. 하우징이 엑시머 램프(302)의 수를 수용할 수 있기만 하다면, 하나 또는 둘 이상의 엑시머 램프(302)가 하우징 내에 구성될 수 있을 것이다. 실시예들에서, 엑시머 램프(302)의 수는 약 2 내지 약 12 사이가 될 수 있다. 도 4a, 5a, 6a, 및 7a와 관련하여 전술한 엑시머 램프(302 및 302a-302c)가 선택적으로 이용될 수 있을 것이다.
도 9에서, 각각의 엑시머 램프(302)의 양 단부가 측벽(430a 및 430b)을 통하도록 구성된다. 엑시머 램프(302)의 각 단부가 챔버 내에서 구성되지 않기 때문에, 측벽(430a 및 430b) 및 각 엑시머 램프(302) 내의 전극(410)의 단부들은 챔버 내에서 플라즈마를 생성하지 않는다. 도 9에서 램프(302)의 구성이 바람직하게 챔버 내의 가스의 이온화를 방지할 수 있다. 실시예들에서, 도 4a, 5a, 6a, 및 7a와 관련하여 전술한 엑시머 램프(302 및 302a-302c)가 선택적으로 이용될 수 있을 것이다.
도 10에서, 엑시머 램프(302d-302i)가 하우징 벽(430)을 따라서 서로의 사이에 실질적으로 동일한 공간을 둔 상태로 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 엑시머 램프(302d)의 일 단부가 엑시머 램프(302g)의 일 단부와 실질적으로 마주하고, 엑시머 램프(302e)의 일단부가 엑시머 램프(302h)의 일 단부와 실질적으로 마주하고, 엑시머 램프(302f)의 일 단부가 엑시머 램프(302i)의 일 단부와 실질적으로 마주하도록, 엑시머 램프(302d-302i)가 구성된다. 엑시머 램프(302d-302i)는 도 4a, 5a, 6a, 및 7a와 관련하여 전술한 엑시머 램프(302 및 302a-302c)들 중 임의의 하나가 될 수 있을 것이다.
몇 가지 실시예들을 설명하였지만, 소위 당업자는 다양한 변형 실시예, 대안적인 구성, 및 균등물도 본원 발명의 사상 내에서 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 추가적으로, 본원 발명을 불필요하게 불명료하게 만드는 것을 방지하기 위해서 많은 공지된 프로세스들 및 요소들에 대해서는 설명하지 않았다. 따라서, 전술한 설명 내용은 본원 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이다.
수치 범위가 제공된 경우에, 다른 말이 없으면, 하한값 단위의 1/10까지, 해당 범위의 상한과 하한 사이의 각 중간 값들 역시 구체적으로 기재된 것으로 이해하여야 할 것이다. 어떠한 언급된 값 또는 언급된 값 중의 중간값과 그 언급된 범위 내의 어떠한 다른 언급된 값 또는 중간값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 범위 내에 포함되거나 배제될 수 있으며, 그 상한과 하한 둘 중 하나 또는 둘 다가 더 작은 범위에 포함되거나 둘 중 어느 것도 그 작은 범위에 포함되지 않는 각각의 범위가 또한, 언급된 범위 내의 어떠한 특정적으로 배제된 한계를 조건으로, 본 발명의 범위 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 이들 포함된 한계 중 둘 모두 또는 둘 중 하나를 배제하는 범위가 또한 포함된다.
본원 및 첨부된 청구범위에서 사용된 표현인 단수형은, 문장이 명확히 달리 명시하지 않는 한, 복수의 대상물을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "방법"은 다수의 그러한 방법들을 포함하며, "전구체"는 본 기술 분야의 전문가에게는 공지된 하나 이상의 전구체 및 그 등가물 등을 포함한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어 "포함한다", "포함한", "포함하는"은 언급된 특징물, 수치, 성분 또는 단계의 존재를 명시하지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징물, 수치, 성분, 단계, 작용, 또는 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

Claims (25)

  1. 엑시머 방사선을 생성하기 위한 장치로서:
    하우징 벽을 가지는 하우징;
    상기 하우징 내에 구성되는 전극; 그리고
    상기 전극 주위의 튜브형 본체를 포함하며,
    상기 튜브형 본체는 외측 벽 및 내측 벽을 포함하고, 하나 이상의 불활성 가스가 상기 외측 벽과 내측 벽 사이에 위치하고, 상기 하우징 벽과 전극은 불활성 가스를 여기시켜 경화를 위한 엑시머 광을 조사하도록 구성되는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체의 외측 벽에 인접하고 엑시머 광을 반사하도록 구성되는 반사부를 더 포함하고, 상기 반사부는 하우징 벽과 전기적으로 커플링되는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사부가 상기 외측 벽 주위의 실질적으로 반-원통형인
    엑시머 방사선 생성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극과 튜브형 본체 사이의 공간 내에 압력이 제공되며, 상기 전극과 하우징 벽이 상기 공간 내의 가스를 실질적으로 여기시키지 않는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 하우징 내에서 노출되는 것을 방지하기 위해서 상기 튜브형 본체가 상기 전극 주위에 위치하는
    상기 튜브형 본체가
    엑시머 방사선 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 내측 벽 및 외측 벽과 접촉하는 구획 벽을 포함하고, 상기 튜브형 본체가 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 상기 구획 벽이 상기 제 1 단부에 인접한 제 1 구역을 상기 제 2 단부에 인접한 제 2 구역으로부터 분리하는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구획 벽이 상기 하우징 벽에 실질적으로 인접하는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 하우징 벽에 인접한 엣지를 가지는 유전체 물질 영역을 포함하는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 하우징의 하우징 벽 내로 연장하는 제 1 단부 및 상기 하우징 내에서 연장하는 제 2 단부를 구비하고, 그리고 상기 내측 벽이 상기 제 2 단부에 인접한 영역에서 상기 외측 벽으로부터 분리되는
    엑시머 방사선 생성 장치.
  10. 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치로서:
    기판 프로세싱 영역을 형성하는 챔버;
    챔버 내에 그리고 챔버의 바닥 영역에 구성되는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부로부터 이격되고 그리고 방사선을 생성하여 상기 기판 지지부 상에 위치된 기판으로 전달하도록 구성되는 하나 이상의 엑시머 램프를 포함하며,
    상기 하나 이상의 엑시머 램프 각각이:
    전극;
    상기 전극 주위의 튜브형 본체로서, 상기 튜브형 본체가 외측 벽 및 내측 벽을 포함하고, 하나 이상의 불활성 가스가 상기 외측 벽과 내측 벽 사이에 위치되는, 튜브형 본체; 및
    상기 튜브형 본체의 외측 벽에 근접 배치되는 반사부를 포함하고,
    상기 반사부 및 전극은 상기 불활성 가스를 여기시켜 경화를 위한 엑시머 광을 조사하도록 구성되는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전극과 튜브형 본체 사이의 공간 내에 압력이 제공되며, 상기 전극과 하우징 벽이 상기 공간 내의 가스를 여기시키지 않는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 하우징 내에서 노출되는 것을 방지하기 위해서 상기 튜브형 본체가 상기 전극 주위에 위치하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사부가 상기 외측 벽 주위의 실질적으로 반-원통형인
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 내측 벽 및 외측 벽과 접촉하는 구획 벽을 포함하고, 상기 튜브형 본체가 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 상기 구획 벽이 상기 제 1 단부에 인접한 제 1 구역을 상기 제 2 단부에 인접한 제 2 구역으로부터 분리하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구획 벽이 상기 챔버의 챔버 벽에 실질적으로 인접하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 챔버의 챔버 벽에 인접한 엣지를 가지는 유전체 물질 영역을 포함하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 챔버의 챔버 벽 내로 연장하는 제 1 단부 및 상기 챔버 내에서 연장하는 제 2 단부를 구비하고, 그리고 상기 내측 벽이 상기 제 2 단부에 인접한 영역에서 상기 외측 벽으로부터 분리되는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 챔버의 챔버 벽 내로 연장하는 제 1 단부 및 상기 챔버 내에서 연장하는 제 2 단부를 구비하고, 그리고 상기 제 2 단부가 상기 챔버의 제 2 측벽으로부터 분리되는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브형 본체가 상기 챔버의 제 1 챔버 벽 내로 연장하는 제 1 단부 및 상기 챔버의 제 2 챔버 벽 내에서 연장하는 제 2 단부를 구비하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  20. 제 10 항에 있어서,
    하나 이상의 엑시머 램프가 제 1 엑시머 램프 및 제 2 엑시머 램프를 포함하고, 상기 제 1 엑시머 램프가 상기 챔버의 제 1 측벽에서 클램핑되고 그리고 상기 챔버의 중심을 향해 연장하고, 그리고 상기 제 2 엑시머 램프가 상기 챔버의 제 1 측벽에 대향하는 챔버의 제 2 측벽에서 클램핑되고 그리고 상기 챔버의 중심을 향해서 연장하는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  21. 제 10 항에 있어서,
    하나 이상의 엑시머 램프가 제 1 엑시머 램프 및 제 2 엑시머 램프를 포함하고, 상기 제 1 엑시머 램프 및 제 2 엑시머 램프가 상기 챔버의 측벽을 통해서 실질적으로 평행하게(parallel) 구성되는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 엑시머 램프 및 제 2 엑시머 램프가 상기 챔버의 중심에 근접하여 구성되는
    유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 장치.
  23. 기판이 챔버 내에 배치되고, 상기 챔버는 챔버 벽 및 챔버의 내부에 배치된 엑시머 램프를 구비하는, 기판 상의 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 방법으로서:
    엑시머 램프 내의 불활성 가스를 여기시켜 유전체 물질을 경화하기 위한 엑시머 광을 조사하기 위해서 상기 챔버 벽과 엑시머 램프 사이에 전압 강하를 인가하는 단계를 포함하는
    기판 상의 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    유전체 물질을 경화시키기 위한 엑시머 광을 생성하도록 불활성 가스를 여기시키기 위해서 상기 챔버 내에 그리고 상기 엑시머 램프에 인접하여 구성되는 반사부를 실질적으로 접지시키는 단계를 추가로 포함하는
    기판 상의 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 엑시머 광은 약 152nm, 172 nm, 193 nm, 222 nm, 248 nm 또는 303 nm에서 실질적으로 집중되는 대역폭의 범위를 가지는
    기판 상의 유전체 물질을 엑시머 경화하기 위한 방법.
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