KR20150108781A - 가스 시스템-공유하는 다수의 반응 챔버들에서의 균일한 프로세싱을 수행하는 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법은, (a) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 순서에 따라 각각의 반응 챔버에서 단계들에 의해 구성된 사이클을 행하는 단계; 그 후, (b) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 직전의 순서를 변경한 후에 각각의 반응 챔버에서 단계들을 행하는 단계; 그 후, (c) 타겟 처리가 다수의 반응 챔버들에서 완료될 때까지 프로세스 (b) 를 반복하는 단계를 포함한다. 각각의 반응 챔버에서 기판 상에서 행해진 타겟 처리는 동일하다.

Description

가스 시스템-공유하는 다수의 반응 챔버들에서의 균일한 프로세싱을 수행하는 방법{METHOD FOR PERFORMING UNIFORM PROCESSING IN GAS SYSTEM-SHARING MULTIPLE REACTION CHAMBERS}
본 발명은 일반적으로, 가스 공급 시스템을 공유하는 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법에 관한 것이다.
프로세싱된 웨이퍼들의 스루풋 (throughput) 을 증가시키기 위해, 다수의 웨이퍼들이 반응 챔버 내에 로딩되고, 배치 (batch) 프로그램들을 실행함으로써, 동시에 프로세싱된다. 그러나, 배치 프로그램들을 이용하여 높은 정밀도로 프로세싱을 수행하는 것은 어렵다. 다른 한편으로, 단일 웨이퍼가 반응 챔버에 로딩되고 프로세싱되는 경우, 프로세스는 높은 정밀도로 제어될 수 있지만, 스루풋은 악화된다. 단일-웨이퍼 프로세싱 타입의 다수의 반응 챔버들이 조합되고, 다수의 반응 챔버들을 동시에 동작시킴으로써 프로세스 가스 공급 시스템을 공유하는 경우, 스루풋은 증가될 수 있다. 그러나, 다수의 반응 챔버들이 액체 전구체 (liquid precursor) 를 함유하는 공통의 보틀 (저장소) 이 제공된 공통 프로세스 가스 공급 시스템을 공유하고, 기화된 전구체가 다수의 반응 챔버들에 동시에 공급될 때, 보틀 (bottle) 로부터 각각의 반응 챔버까지의 파이프 길이에 있어서의 차이들, 각각의 반응 챔버에 대한 공급 라인의 컨덕턴스 (conductance) 에 있어서의 차이들, 등으로 인해, 기화된 전구체를 모든 다수의 반응 챔버들에 동일하게 공급하는 것이 어려워서, 증착 레이트 (deposition rate), 필름 균일성 (film uniformity), 필름 조성 (film composition), 등의 측면들에서 반응 챔버들 사이에서 변동들을 생성한다. 단일-웨이퍼 프로세싱 타입의 다수의 반응 챔버들에서 상기 변동 문제는 다수의 반응 챔버들에서의 프로세스를 연속으로 행함으로써, 즉 다수의 반응 챔버들에서의 프로세스를 소정의 지연을 갖고 연속으로 시작함으로써 (기화된 전구체를 다수의 반응 챔버들에 시프팅된 타이밍에서 연속으로 공급함으로써) 대폭 완화될 수 있고, 여기서 프로세스는 다수의 반응 챔버들에서 다수의 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 연속으로 반복된다. 상기 순차적인 프로세스는 전구체가 상대적으로 낮은 증기 압력을 가질 경우, 즉 전구체의 분량 (quantity) 이 상대적으로 낮을 경우에 다수의 반응 챔버들 사이에서 필름 품질에서의 변동들을 감소시키기 위해 양호하게 작동하고, 이에 따라 전구체는 가스 공급 시스템으로부터 용이하게 퍼지 (purge) 될 수 있다.
그러나, 전구체 가스가 높은 증기 압력을 가질 경우 (예를 들어 트리메틸 포스페이트 (trimethyl phosphate), TMPI 가 25 ℃ 에서 2.27 kPa 의 증기 압력을 가지는 반면에, 비스디에틸아미노실란 (bisdiethylaminosilance), BDEAS 가 25 ℃ 에서 0.436 kPa 의 증기 압력을 가짐), 전구체의 분량이 크고, 즉 가스 공급 시스템으로부터 가스를 완전히 퍼지하는 것이 어렵다. 본 발명자들은, 가스 공급 시스템을 공유하는 다수의 반응 챔버들의 병렬 순환 프로세싱 시스템에서 높은 증기 압력을 갖는 전구체를 이용할 때, 반응 챔버들 사이에서의 필름 속성들의 변동들은 반응 챔버들이 프로세싱을 시작하였던 순서에 따라 발생하였다는 점을 발견하였다.
관련된 기술에 관한 문제들 및 해결책들의 임의의 논의는 전적으로 본 발명에 대한 상황을 제공하는 목적들을 위해 이 개시물에 포함되었고, 논의 중의 임의의 것 또는 전부가 발명이 행해졌을 때에 알려졌다고 인정하는 것으로 받아들여지지 않아야 한다.
일부 실시형태들은 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법을 제공하고, 상기 방법은: (a) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 순서에 따라 각각의 반응 챔버에서 단계들에 의해 구성된 사이클을 행하는 단계; 그 후, (b) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 직전의 순서를 변경한 후에 각각의 반응 챔버에서 단계들을 행하는 단계; 그 후, (c) 타겟 처리가 다수의 반응 챔버들에서 완료될 때까지 프로세스 (b) 를 반복하는 단계로서, 각각의 반응 챔버에서 기판 상에서 행해진 상기 타겟 처리는 동일한, 상기 프로세스 (b) 를 반복하는 단계를 포함한다. 상기 프로세스들 (a) 내지 (c) 는 동작의 원리를 변경하지 않으면서 2 개 또는 3 개 이상의 반응 챔버들을 포함하는 시스템에 동일하게 적용할 수 있다. 또한 상기 프로세스들 (a) 내지 (c) 는 하나의 사이클, 즉 하나의 순환 프로세스 단위에서 2 개보다 많은 단계들을 포함하는 프로세스 레시피 (process recipe) 에 동일하게 적용할 수 있다.
상기에서, 반응 챔버들이 동일한 타겟 처리 동안의 프로세싱을 위해 이용되는 순서를 변경함으로써, 예를 들어 필름 속성들의 변동들이 효과적으로 억제될 수 있다. 프로세싱의 순서를 변경하는 것은, 전구체 가스 및/또는 반응물 가스가 공급되는 반응 챔버들의 순서를 변경하는 것, RF 전력이 인가되는 반응 챔버들의 순서를 변경하는 것, 및/또는 퍼지가 행해지는 반응 챔버들의 순서를 변경하는 것을 포함한다. 이 변경들은 독립적으로 행해질 수 있고, 단계들 중의 일부는 동시에 행해질 수 있다. 예를 들어 프로세스 가스가 공급되는 반응 챔버들의 순서는 변경되는 반면에, RF 전력은 모든 반응 챔버들에 동시에 인가된다. 일부 실시형태들에서, 반복 프로세스들은 도핑된 필름, 금속 필름, 또는 SiO 필름을 형성하거나, 필름을 트리밍 (trimming) 또는 에칭 (etching) 하기 위한 프로세스들이다. 일부 실시형태들에서, 반응 챔버들 사이의 필름 속성들의 변동들은 하나의 사이클에서의 단계가 행해지는 반응 챔버들의 순서를 변경함으로써 제어될 수 있으므로, 반응 챔버들의 다운스트림 (downstream) 에서의 필름 속성들의 변동들을 표시하는 파라미터들을 검사함으로써, 그리고 파라미터들을 제어 유닛으로 다시 공급함으로써, 적절한 순서가 결정될 수 있고 프로세싱은 결정된 순서를 이용하여 수행될 수 있으며, 이것에 의해 모든 반응 챔버들에서 프로세싱의 균일성을 개선시킬 수 있다. 상기 피드백 제어는 연속적으로 수행될 수 있다.
발명의 양태들 및 관련된 기술에 비해 달성된 장점들을 요약하는 목적들을 위해, 발명의 어떤 목적들 및 장점들이 이 개시물에서 설명된다. 물론, 이러한 모든 목적들 또는 장점들이 발명의 임의의 특별한 실시형태에 따라 반드시 달성되지 않을 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어 당업자들은 본원에서 교시 또는 제안될 수도 있는 바와 같은 다른 목적들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고도, 본원에서 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 발명이 구체화 또는 수행될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
이 발명의 추가의 양태들, 특징들 및 장점들은 뒤따르는 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
이 발명의 이러한 그리고 다른 특징들은 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하도록 의도되는 바람직한 실시형태들의 도면들을 참조하여 지금부터 설명될 것이다. 도면들은 예시적인 목적들을 위해 대폭 간략화되고 반드시 척도에 맞지는 않는다.
도 1 은 본 발명의 실시형태가 적용되는 이중-챔버 (dual-chamber) 플라즈마-강화 원자층 증착 (plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD) 장치의 개략도이다.
도 2 는 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 3 은 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 7 은 비교 실시형태에 따라 삼중-챔버 (triple-chamber) PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 8 은 본 발명의 실시형태에 따라 삼중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 9 는 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 상세한 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 10 은 본 발명의 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 상세한 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 11 은 본 발명의 실시형태가 적용되는 이중-챔버 PEALD 장치의 개략도이다.
도 12 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 1 을 예시한다.
도 13 은 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 2 를 예시한다.
도 14 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 3 및 단계 5 를 예시한다.
도 15 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 4 및 단계 6 를 예시한다.
도 16 은 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 7 을 예시한다.
도 17 은 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치의 각각의 반응 챔버에서 증착되었던 깊이 방향에서 인 실리콘 유리 (phosphorus silicon glass; PSG) 필름의 인 농도를 도시하는 그래프이다.
도 18 은 본 발명의 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치의 각각의 반응 챔버에서 증착되었던 깊이 방향에서 인 실리콘 유리 (PSG) 필름의 인 농도를 도시하는 그래프이다.
도 19 는 필름이 실시예 1 에서 증착되었던 조건들을 도시한다.
이 개시물에서, "가스 (gas)" 는 기화된 고체 및/또는 액체를 포함할 수도 있고, 단일 가스 또는 가스들의 혼합물에 의해 구성될 수도 있다. 마찬가지로, 관사 "a" 또는 "an" 은 종 (species) 또는 다수의 종들을 포함하는 속 (genus) 을 지칭한다. 이 개시물에서, 샤워헤드를 통해 반응 챔버로 도입된 프로세스 가스는 전구체, 반응물 가스 (reactant gas), 및 퍼지 가스 (purge gas) 로 이루어질 수도 있거나, 이들로 필수적으로 구성될 수도 있거나, 또는 이들로 구성될 수도 있다. 전구체 및 반응물 가스는 여기된 상태 (excited state) 에서 서로 반응할 수 있고, 또 다른 가스, 또는 희가스 (rare gas) 와 같은 캐리어 가스와 함께 도입될 수 있다. 프로세스 가스 이외의 가스, 즉 샤워헤드를 통과하지 않으면서 도입된 가스는 예를 들어 희가스와 같은 밀봉 가스 (seal gas) 를 포함하는 반응 공간을 밀봉하기 위해 이용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, "필름" 은 전체 타겟 또는 관련된 표면을 커버하기 위해 실질적으로 핀홀 (pinhole) 들 없이 두께 방향에 수직인 방향으로 연속적으로 연장되는 층, 또는 간단하게 타겟 또는 관련된 표면을 커버하는 층을 지칭한다.
이 개시물에서, "이중 챔버들" 은, 서로에 대해 근접하게 배치되며, 예를 들어 위치적으로, 구조적으로, 기능적으로, 및/또는 동작적으로 서로 분리 또는 격리되는 것으로 실질적으로 보이는 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 2 개의 섹션들 또는 격실 (compartment) 들을 지칭하고, 이것은 나란하게 또는 수직으로 서로에 대해 연결된 2 개의 별도의 챔버들뿐만 아니라, 하나의 공통의 챔버에서 나란하게 또는 수직으로 배치된 2 개의 격리된 영역들을 포함한다. 이 개시물에서, "모듈" 은 웨이퍼-핸들링 (wafer-handling) 메인 챔버에 탈착가능하게 부착가능한 표준화된 유닛을 지칭한다.
이 개시물에서, 임의의 정의된 의미들은 일부 실시형태들에서 정상적이고 관례적인 의미들을 반드시 제외하지는 않는다.
또한 이 개시물에서, 작동가능한 범위는 일상적인 작업에 기초하여 결정될 수 있으므로, 변수의 임의의 2 개의 수들은 변수의 작동가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위들은 종점 (endpoint) 들을 포함하거나 제외할 수도 있다. 추가적으로, 표시된 변수들의 임의의 값들은 (그것들이 "약" 으로 표시되지는 아닌지의 여부에 관계없이) 정밀한 값들 또는 근사 값들을 지칭할 수도 있으며 등가물들을 포함할 수도 있고, 일부 실시형태들에서, 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수도 있다.
조건들 및/또는 구조들이 특정되지 않은 본 개시물에서, 당업자는 본 개시물을 고려하여, 일상적인 실험의 사항으로서 이러한 조건들 및/또는 구조들을 용이하게 제공할 수 있다.
개시된 실시형태들의 전부에서, 실시형태에서 이용된 임의의 엘리먼트는 의도된 목적들을 위해 본원에서 명시적으로, 반드시, 또는 본질적으로 개시된 것들을 포함하는 그와 등가인 임의의 엘리먼트들로 대체될 수 있다. 또한 본 발명은 장치들 및 방법들에 동일하게 적용될 수 있다.
실시형태들은 바람직한 실시형태들에 대해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 바람직한 실시형태들에 제한되지 않는다.
실시형태는 제 1 가스 소스 및 제 2 가스 소스를 공유하는 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법을 제공하고, 각각의 반응 챔버는 가스 주입구 라인을 갖고, 이 가스 주입구 라인을 통해, 제 1 가스 소스로부터의 제 1 가스, 제 2 가스 소스로부터의 제 2 가스, 및 퍼지 가스가 반응 챔버 내로 도입되고, 여기서 각각의 반응 챔버에서 행해진 타겟 처리는 동일하고, 상기 방법은: (i) 제 1 가스가 다수의 반응 챔버들 중 하나로, 그 후 다수의 반응 챔버들 중 다른 것으로 공급되는 공급 순서로, 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 다수의 반응 챔버들로 제 1 가스를 공급하는 단계; (ii) 제 2 가스가 다수의 반응 챔버들 중 하나로, 그 후 다수의 반응 챔버들 중 다른 것으로 공급되는 공급 순서로, 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 다수의 반응 챔버들로 제 2 가스를 공급하는 단계; (iii) 다수의 반응 챔버들 및 가스 주입구 라인들로부터 각각 제 1 가스 및 제 2 가스를 퍼지하도록, 제 1 가스의 공급 후마다 및 제 2 가스의 공급 후마다 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 다수의 반응 챔버들로 퍼지 가스를 공급하는 단계, 및 (iv) 다수의 반응 챔버들에서 타겟 처리를 완료하기 위해 단계들 (i) 내지 (iii) 을 연속적으로 반복하는 단계로서, 여기서 제 1 가스 또는 제 2 가스 중 적어도 하나의 공급 순서는 제 1 가스 또는 제 2 가스 중 적어도 하나의 공급이 반복될 때에 변경되는, 상기 단계들 (i) 내지 (iii) 을 연속적으로 반복하는 단계를 포함한다. 이 개시물에서, "연속적으로" 는 진공을 깨뜨리는것 없이, 시각표 (timeline) 로서 중단 없이, 처리 조건들을 변경시키는것 없이, 또는 그 직후를 지칭한다.
다수의 반응 챔버들은 나란하게 또는 수직으로 배치된 2 개 또는 3 개 이상의 반응 챔버들일 수도 있다. 예를 들어 모듈일 수도 있는 이중 챔버 반응기가 이용될 수도 있다. 다수의 반응 챔버들은 제 1 가스 소스 및 제 2 가스 소스를 공유하고, 각각의 반응 챔버는 가스 주입구 라인을 갖고, 이 가스 주입구 라인을 통해, 제 1 가스 소스로부터의 제 1 가스, 제 2 가스 소스로부터의 제 2 가스, 및 캐리어 가스 (또한 퍼지 가스로서 기능함) 는 반응 챔버 내로 도입된다. 가스 공급 시스템의 적어도 일부는 다수의 반응 챔버들에 의해 공유되므로, 가스 소스로부터 각각의 반응 챔버로의 파이프 길이에 있어서의 차이들 및 파이프의 컨덕턴스 (conductance) 에 있어서의 차이들로 인해 가스를 다수의 반응 챔버들에 동시에 공급할 때 다수의 반응 챔버들로의 가스 흐름을 균등하게 분할함에 있어서 문제가 발생할 수도 있다. 따라서, 통상적으로, 가스 흐름을 다수의 경로들로 분할하지 않고 가스가 연속으로 다수의 반응 챔버들에 공급된다. 그러나, 가스를 연속으로 공급할 때에도, 흐름 경로는 다수의 반응 챔버들 사이에서 상이하여, 다수의 반응 챔버들 사이에서의 불균일한 가스 공급을 초래한다.
일부 실시형태들에서, 다수의 반응 챔버들은 배기 시스템을 공유하고, 각각의 반응 챔버의 압력은 배기 시스템을 이용하여 제어된다.
일부 실시형태들에서, 다수의 반응 챔버들은 또 다른 가스 라인을 각각 포함하고, 이 또 다른 가스 라인을 통해, 첨가 가스 (additive gas) 또는 비활성 가스 (inert gas) 가 다수의 반응 챔버들에 공급된다.
통상적으로, 제 1 가스 소스 및 제 2 가스 소스가, 기화된 가스들이 각각 제 1 가스 및 제 2 가스인 액체 화합물들을 각각 저장하는 보틀들을 포함할 때, 일부의 전구체들 및 반응물들이 높은 증기 압력을 가지므로, 다수의 반응 챔버들 사이의 가스 흐름에 있어서의 차이는 더욱 문제시 될 수도 있고, 이에 따라 화합물들의 분량은 높으며, 즉 다수의 반응 챔버들로부터 이 화합물들을 균등하게 퍼지하는 것이 용이하지 않다. 일부 실시형태들에서는, 제 1 가스 소스로부터의 제 1 가스 라인이 분기되어 다수의 반응 챔버들의 가스 주입구 라인들 각각에 연결되고, 제 2 가스 소스로부터의 제 2 가스 라인이 분기되어 다수의 반응 챔버들의 가스 주입구 라인들 각각에 연결되고, 여기서 제 1 가스 및 퍼지 가스는 제 1 가스 라인, 그로부터 분기된 라인들, 및 다수의 반응 챔버들의 가스 주입구 라인들을 통해 다수의 반응 챔버들에 도입되는 한편, 제 2 가스 및 퍼지 가스는 제 2 가스 라인, 그로부터 분기된 라인들, 및 다수의 반응 챔버들의 가스 주입구 라인들을 통해 다수의 반응 챔버들에 도입되고, 여기서 각각의 분기된 라인에는 밸브가 제공된다. 상기에서, 단계들 (i) 내지 (iii) 에서 정의된 가스 흐름들은 각각의 밸브를 이용하여 효과적으로 제어될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 퍼지 가스는 제 1 가스 라인을 통해 단독으로 또는 제 1 가스와 함께 연속적으로 흐르는 한편, 퍼지 가스는 제 2 가스 라인을 통해 단독으로 또는 제 2 가스와 함께 연속적으로 흐른다. 제 1 가스, 제 1 가스와 연관된 퍼지 가스, 제 2 가스, 및 제 2 가스와 연관된 퍼지 가스는 각각의 반응 챔버의 가스 주입구 라인을 통과하므로, 가스 흐름 스위칭 유닛이 요구된다. 가스 흐름 스위칭 유닛에서는, 각각의 가스가 유닛을 통과하는 루트 (route) 가 각각의 반응 챔버에 대해 상이하다. 따라서, 각각의 가스가 공급되는 반응 챔버들의 프로세스 순서가 고정될 때, 반응 챔버들 사이의 가스 흐름에 있어서의 차이가 또한 고정된다. 위에서 설명된 단계들 (i) 내지 (iv) 를 행함으로써, 반응 챔버들 사이의 가스 흐름에 있어서의 차이가 최소화될 수 있다.
각각의 반응 챔버에서 행해진 타겟 처리는 동일하다. 일부 실시형태들에서, 타겟 처리에 대한 반복 프로세스들은 도핑된 필름, 금속 필름, 또는 SiO 필름을 형성하거나, 필름을 트리밍 (trimming) 또는 에칭하기 위한 프로세스들이다. 가스들의 수, 가스의 타입, 유량 (flow rate), 가스 여기 방법, 온도, 압력, 등은 타겟 처리에 따라 결정될 수 있다. 당업자는 일상적인 실험의 사항으로서 이러한 조건들을 용이하게 제공할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 하나의 사이클은 단계들 (i) 내지 (iii) 으로 이루어지고, 단계 (iv) 에서는, 사이클이 반복되며, 여기서 제 1 가스 또는 제 2 가스 중 적어도 하나의 공급 순서는 사이클마다 변경된다. 일부 실시형태들에서, 제 2 가스의 공급 순서는 사이클마다 변경되는 한편, 제 1 가스의 공급 순서는 변경되지 않는다. 다른 실시형태들에서, 제 1 가스 및 제 2 가스의 각각의 공급 순서는 사이클마다 변경된다. 일부 실시형태들에서, 하나의 사이클은 단계들 (i) 내지 (iii) 으로 이루어지고, 단계 (ii) 는 사이클에서 반복되고, 여기서 제 2 가스의 공급 순서는 단계 (ii) 가 사이클에서 반복될 때에 변경되고, 상기 사이클은 단계 (iv) 에서 반복된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 가스의 공급 레이트 (supply rate) 는 제 2 가스의 공급 레이트보다 2 배 이상 더 높다.
일부 실시형태들에서, 방법은 (iiia) 단계 (iii) 후마다 다수의 반응 챔버들에 RF 전력을 인가하는 단계를 더 포함한다. RF 전력은 다수의 반응 챔버들에 순차적으로 또는 동시에 인가될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다수의 반응 챔버들은 RF 전력을 생성하는 RF 생성기를 공유한다. 일부 실시형태들에서, 타겟 처리는 플라즈마-강화 원자층 증착 (PEALD) 에 의한 필름의 증착이다. 대안적으로, 타겟 처리는 열적 ALD, 라디칼-강화 ALD, 순환 CVD, 또는 임의의 다른 순환 프로세싱에 의해 행해질 수도 있고, 여기서 사이클은 예를 들어 타겟 처리를 완료하기 위해 20 내지 300 회 (통상적으로, 50 내지 200 회) 반복된다.
또 다른 양태에서, 실시형태는 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법을 제공하고, 상기 방법은: (a) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 순서에 따라 각각의 반응 챔버에서 단계들에 의해 구성된 사이클을 행하는 단계; 그 후, (b) 단계들이 행해지는 반응 챔버들의 직전의 순서를 변경한 후에 각각의 반응 챔버에서 단계들을 행하는 단계; 그 후, (c) 타겟 처리가 다수의 반응 챔버들에서 완료될 때까지 프로세스 (b) 를 반복하는 단계로서, 각각의 반응 챔버에서 기판 상에서 행해진 상기 타겟 처리는 동일한, 상기 프로세스 (b) 를 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 단계들은 제 1 가스를 공급하는 단계 및 제 2 가스를 공급하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 가스들은 제 1 공통 가스 주입구 라인을 통해 반응 챔버들 중 하나에 공급되고, 제 1 및 제 2 가스들은 제 2 공통 가스 주입구 라인을 통해 반응 챔버들 중의 또 다른 하나에 공급되고, 여기서 제 1 가스는, 분기되어 제 1 및 제 2 공통 가스 주입구 라인들에 연결되는 제 1 가스 라인에 공급되고, 제 2 가스는, 분기되어 제 1 및 제 2 공통 가스 주입구 라인들에 연결되는 제 2 가스 라인에 공급된다.
또 다른 실시형태는 제 1 반응 챔버 및 제 2 반응 챔버에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법을 제공하고, 여기서 각각의 반응 챔버에서 기판 상에서 행해진 타겟 처리는 동일하고, 여기서 타겟 처리는 이 시퀀스에서 단계 A 및 단계 B 를 반복함으로써 행해지고, 여기서 제 1 반응 챔버에서 행해지는 단계들 A 및 B 는 단계들 A1 및 B1 로서 지칭되고, 제 2 반응 챔버에서 행해지는 단계들 A 및 B 는 단계들 A2 및 B2 로서 지칭되고, 상기 방법은: (a) 단계들 A1, A2, B1, 및 B2 를 이 순서로 행하는 단계; 그 후, (b) 직전의 순서를 변경한 후에 단계들을 행하는 단계; 그 후, (c) 타겟 처리가 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 완료될 때까지 프로세스 (b) 를 반복하는 단계를 포함한다.
실시형태들은 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 본 발명을 제한하도록 의도된 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 실시형태가 적용되는 이중-챔버 플라즈마-강화 원자층 증착 (PEALD) 장치의 개략도이다. 장치는 바람직하게는, 본 발명의 실시형태에서 이용될 수 있는, 이하에 설명된 시퀀스들을 행하도록 프로그래밍된 제어부들과 함께, 플라즈마 반응기 및 흐름 제어 밸브들을 조합한다. 이 도면에서, 반응 챔버 (1; RC1) 및 반응 챔버 (2; RC2) 는 나란하게 제공되고 모듈을 구성한다. 반응 챔버들 (1, 2) 은 보틀 (7; 제 1 가스 소스) 및 보틀 (8; 제 2 가스 소스) 과, 또한 배기 펌프 (4) 에 연결된 자동 압력 제어기 (3) 를 공유한다. 또한 반응 챔버들 (1, 2) 은 RF 생성기 (14) 를 공유한다. 제 1 가스가 반응 챔버 (1) 또는 반응 챔버 (2) 에 공급될 때, 캐리어 가스 (예를 들어 Ar) 는 질량 흐름 제어기 (5) 를 통해, 제 1 가스에 대한 액체를 함유하며 히터가 구비되어 있는 보틀 (7) 에 제공되고, 여기서 밸브 (v2) 는 개방되는 반면에, 밸브 (v1) 는 폐쇄된다. 캐리어 가스는 보틀 (7) 로 들어가고, 제 1 가스에 대한 기화된 액체와 함께, 그로부터 밸브 (v3) 를 경유하여 제 1 가스 라인 (9) 으로 흘러나간다. 제 1 가스는 활성 재료 (제 1 가스에 대한 기화된 액체) 및 캐리어 가스의 혼합물에 의해 구성된다. 제 1 가스 라인 (9) 은 반응 챔버 (1) 에 연결된 가스 주입구 라인 (17) 과, 반응 챔버 (2) 에 연결된 가스 주입구 라인 (19) 으로 분기된다. 제 1 가스는 가스 라인 (9) 및 가스 주입구 라인 (17) 사이에 제공된 밸브 (v7) 를 경유하여 가스 라인 (9) 및 가스 주입구 라인 (17) 을 통해 흐르고 (가스 라인 (9) 및 가스 주입구 라인 (19) 사이에 제공된 밸브 (v8) 는 폐쇄됨), 반응 챔버 (1) 로 들어간다. 밸브 (v7) 가 폐쇄되고 밸브 (v8) 가 개방될 때, 제 1 가스는 밸브 (v8) 를 경유하여 가스 라인 (9) 및 가스 주입구 라인 (19) 을 통해 흐르고, 반응 챔버 (2) 로 들어간다. 밸브 (v1) 가 개방되고 밸브 (v2) 가 폐쇄될 때, 캐리어 가스만 가스 라인 (9) 을 통해 흐르고 제 1 가스와 동일한 루트를 경유하여 반응 챔버 (1 또는 2) 로 들어가고, 여기서 캐리어 가스는 퍼지 가스로서 기능한다.
제 2 가스가 반응 챔버 (1) 또는 반응 챔버 (2) 에 공급될 때, 캐리어 가스 (예를 들어 Ar) 는 질량 흐름 제어기 (6) 를 통해, 제 2 가스에 대한 액체를 함유하며 히터가 구비되어 있는 보틀 (8) 에 제공되고, 여기서 밸브 (v5) 는 개방되는 한편, 밸브 (v4) 는 폐쇄된다. 캐리어 가스는 보틀 (8) 로 들어가고, 제 2 가스에 대한 기화된 액체와 함께, 그로부터 밸브 (v6) 를 경유하여 제 2 가스 라인 (10) 으로 흘러나간다. 제 2 가스는 활성 재료 (제 2 가스에 대한 기화된 액체) 및 캐리어 가스의 혼합물에 의해 구성된다. 제 1 가스 라인 (9) 에서와 같이, 제 2 가스 라인 (10) 은 반응 챔버 (1) 에 연결된 가스 주입구 라인 (17) 과, 반응 챔버 (2) 에 연결된 가스 주입구 라인 (19) 으로 분기되고, 여기서 제 1 및 제 2 가스 라인들 (9, 10) 은 가스 주입구 라인들 (17, 19) 을 공유한다. 제 2 가스는 가스 라인 (10) 및 가스 주입구 라인 (17) 사이에 제공된 밸브 (v9) 를 경유하여 가스 라인 (10) 및 가스 주입구 라인 (17) 을 통해 흐르고 (가스 라인 (10) 및 가스 주입구 라인 (19) 사이에 제공된 밸브 (v10) 는 폐쇄됨), 반응 챔버 (1) 로 들어간다. 밸브 (v9) 가 폐쇄되고 밸브 (v10) 가 개방될 때, 제 2 가스는 밸브 (v10) 를 경유하여 가스 라인 (10) 및 가스 주입구 라인 (19) 을 통해 흐르고, 반응 챔버 (2) 로 들어간다. 밸브 (v4) 가 개방되고 밸브 (v5) 가 폐쇄될 때, 캐리어 가스만 가스 라인 (10) 을 통해 흐르고 제 2 가스와 동일한 루트를 경유하여 반응 챔버 (1 또는 2) 로 들어가고, 여기서 캐리어 가스는 퍼지 가스로서 기능한다.
추가적으로, 제 1 및 제 2 가스들과는 별도로, 산소, 아르곤, 및 헬륨은 예를 들어 각각 산소 질량 흐름 제어기 (11), 아르곤 질량 흐름 제어기 (12), 및 헬륨 질량 흐름 제어기 (13) 로부터 가스 라인 (16) 을 경유하여, 필요할 경우에는 각각 가스 라인들 (18 및 20) 을 통해 반응 챔버 (1 및 2) 로 공급될 수 있다. 또한 RF 전력은 RF 생성기 (14) 로부터 각각의 정합 박스 (matching box; MB) 들을 경유하여 스위치 (15) 를 이용하여 반응 챔버 (1 또는 2) 에 인가될 수 있다. 반응 챔버들 (1 및 2) 에서의 압력은 자동 압력 제어기 (3) 에 의해 제어된다.
도 1 은 2 개의 보틀들 (7, 8), 하나의 RF 생성기 (14), 하나의 자동 압력 제어기 (3), 하나의 펌프 (4), 및 4 개의 가스 라인들 (17, 18, 19, 20) 을 포함하는 장치를 예시하지만, 장치는 하나의 원격 플라즈마 유닛을 더 포함할 수 있다. 또한 장치는 하나 이상의 추가적인 반응 챔버들, 하나 이상의 보틀들, 및 2 개 이상의 가스 라인들을 더 포함할 수 있다. RF 생성기는 각각의 반응 챔버에 별도로 연결될 수 있다. 열적 순환 프로세싱 (thermal cyclic processing) 을 위한 장치에 대하여, RF 생성기는 설치되지 않는다.
당업자는 장치가 본원의 다른 곳에서 설명된 증착 및 반응기 세정 프로세스들이 행해지게 하도록 프로그래밍되거나 그렇지 않고 구성된 하나 이상의 제어기(들) (도시되지 않음) 를 포함하는 것을 인식할 것이다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 제어기 (들) 는 다양한 전원들, 가열 시스템들, 펌프들, 로봇들, 및 반응기의 가스 흐름 제어기들 또는 밸브들과 통신된다.
상기에서, 밸브들 (v7, v8, v9, 및 v10) 을 포함하는 구역은 가스 라인들 (9, 10) 및 가스 주입구 라인들 (17, 19) 사이에 제공된 가스 흐름 스위칭 유닛을 구성한다. 밸브들 (v1 내지 v6) 과 연관된 밸브들 (v7 내지 v10) 을 조작함으로써, 어느 가스가 어느 반응 챔버에 공급되는지가 제어될 수 있고, 또한 가스가 공급되는 반응 챔버들 (1, 2) 의 순서가 제어될 수 있다.
도 11 내지 도 16 은 본 발명의 실시형태에 따라 가스 흐름 스위칭 유닛이 2 개의 반응 챔버들 사이에서 불균등한 흐름을 어떻게 야기시키는지를 예시한다. 도 11 은 본 발명의 실시형태가 적용되는 이중-챔버 PEALD 장치의 개략도이다. 도면에서, 이점 쇄선 (two-dot chain line) 은 온도 제어를 위한 가열 엘리먼트가 구비된 부분을 나타내고, 파선은 가열 엘리먼트 없이 열-절연 재료 (heat-insulating material) 로 커버된 부분을 나타낸다. 이 도면에서, 장치는 액체 재료 (예를 들어 인 도펀트) 를 함유하는 보틀 (BLT1; 43) 을 포함하는 보틀 유닛 (45); 액체 재료 (예를 들어 Si-함유 전구체) 를 함유하는 보틀 (BLT2; 44) 을 포함하는 보틀 유닛 (46); 가스 흐름을 스위칭하기 위한 보틀-통합 가스 시스템 유닛 (Bottle IGS Unit; 47); 제 1 반응 챔버 (RC1; 41); 제 2 반응 챔버 (RC2; 42); RF 생성기 (50); 및 원격 플라즈마 유닛 (49) 을 포함한다. 가스는 가스 주입구 라인 (51) 을 통해 제 1 반응 챔버 (41) 로 흐르는 반면에, 가스는 가스 주입구 라인 (52) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 로 흐르고, 가스는 밸브 (v40) 를 갖는 배기 라인 (66) 을 통해 각각의 반응 챔버 (41, 42) 의 반응 공간으로부터, 그리고 밸브 (v39) 를 갖는 배기 라인 (65) 을 통해 각각의 반응 챔버 (41, 42) 의 저부로부터 배출된다. 배기 라인 (65) 은 배기 라인 (66) 에 병합되고, 다음으로, 가스들은 자동 압력 제어기 (48) 를 통해 배출된다. 프로세스 가스는 가스 라인 (62) 을 통해 가스 주입구 라인 (51) 에 공급되고, 프로세스 가스는 가스 라인 (61) 을 통해 가스 주입구 라인 (52) 에 공급된다. 가스는 라인 (67) 을 통해 원격 플라즈마 유닛 (49) 에 공급되어 여기되고, 다음으로, 각각 밸브들 (v37 및 v38) 을 통해 가스 주입구 라인들 (51, 52) 에 공급된다. 첨가 가스, 비활성 가스 등은 파선들로 표기된 라인들을 통해 가스 주입구 라인들 (51, 52) 에 공급된다. RF 전력은 RF 전력 생성기 (50) 로부터 각각의 반응 챔버 (41, 42) 에 인가된다. 통합 가스 시스템 (47) 은 가스 흐름을 스위칭하기 위한 유닛이고, 여기서 제 1 캐리어 가스는 가스 라인 (59) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 에 공급되고, 제 2 캐리어 가스는 가스 라인 (60) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 에 공급된다. 제 1 캐리어 가스는 통합 가스 시스템 (47) 으로부터 압력 트랜스듀서 (pressure transducer; 53) 를 갖는 가스 라인 (55) 을 통해 보틀 유닛 (45) 으로 흘러나가고, 가스는 보틀 유닛 (45) 으로부터 가스 라인 (56) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐른다. 제 2 캐리어 가스는 통합 가스 시스템 (47) 으로부터 압력 트랜스듀서 (54) 를 갖는 가스 라인 (58) 을 통해 보틀 유닛 (46) 으로 흘러나가고, 가스는 보틀 유닛 (46) 으로부터 가스 라인 (57) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐른다. 프로세스 가스는 통합 가스 시스템 (47) 으로부터 가스 라인 (62) 을 통해 제 1 반응 챔버 (41) 를 향해 흘러나가는 한편, 프로세스 가스는 통합 가스 시스템 (47) 으로부터 가스 라인 (61) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 를 향해 흘러나간다. 액체 재료는 라인 (64) 을 통해 보틀 (43) 에 공급되고, 또 다른 액체 재료는 라인 (63) 을 통해 보틀 (44) 에 공급된다. 당업자는 장치가 본원의 다른 곳에서 설명된 증착 및 반응기 세정 프로세스들이 행해지게 하도록 프로그래밍되거나 그렇지 않고 구성된 하나 이상의 제어기(들) (도시되지 않음) 를 포함하는 것을 인식할 것이다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 제어기 (들) 는 다양한 전원들, 가열 시스템들, 펌프들, 로봇들, 및 반응기의 가스 흐름 제어기들 또는 밸브들과 통신된다.
도 12 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 1 을 예시한다. 단계 1 에서, 제 1 캐리어 가스 (두꺼운 실선에 의해 표현됨) 는 가스 라인 (59) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐르고, 그로부터 밸브 (v26) 를 갖는 라인 (68) 및 밸브 (v28) 를 갖는 라인 (71) 을 경유하여 가스 라인 (61) 을 통해 흘러나가고, 여기서 밸브 (v24), 밸브 (v25), 및 밸브 (v27) 는 폐쇄된다. 다음으로, 제 1 캐리어 가스는 가스 주입구 라인 (52) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된다. 제 2 캐리어 가스 (두꺼운 파선에 의해 표현됨) 는 가스 라인 (60) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐르고, 그로부터 밸브 (v33) 를 경유하여 가스 라인 (58) 을 통해 보틀 유닛 (46) 으로 흘러나가고, 여기서 밸브 (v31) 는 폐쇄된다. 제 2 캐리어 가스는 밸브 (v35) 를 경유하여 보틀 (44) 로 들어가고, 그로부터 (원형 점들을 갖는 두꺼운 점선에 의해 표현된 전구체로서의) 기화된 전구체와 함께 밸브 (v34) 를 경유하여 가스 라인 (57) 을 통해 배출되고, 여기서 밸브 (v36) 는 폐쇄된다. 전구체는 밸브 (v32) 를 경유하여 가스 라인 (57) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐르고, 그로부터 라인 (69) 및 밸브 (v29) 를 갖는 라인 (70) 을 경유하여 가스 라인 (62) 을 통해 흘러나가고, 여기서 밸브 (v30) 는 폐쇄된다. 다음으로, 전구체는 가스 주입구 라인 (51) 을 통해 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된다.
도 13 은 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 2 를 예시한다. 단계 2 에서, 밸브 (v27) 는 개방되는 한편, 밸브 (v28) 는 폐쇄되어, 제 1 캐리어 가스는 가스 라인 (70), 가스 라인 (62), 및 가스 주입구 라인 (51) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 대신에 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된다. 또한 밸브 (v30) 는 개방되는 한편, 밸브 (v29) 는 폐쇄되어, 전구체는 가스 라인 (71), 가스 라인 (61), 및 가스 주입구 라인 (52) 을 통해 제 1 반응 챔버 (41) 대신에 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된다.
도 14 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 3 을 예시한다. 단계 3 에서, 밸브 (v26) 는 폐쇄되는 한편, 밸브 (v24) 는 개방되어, 제 1 캐리어 가스는 통합 가스 시스템 (47) 으로부터 밸브 (v24) 를 경유하여 가스 라인 (55) 을 통해 보틀 유닛 (45) 으로 흘러나간다. 제 1 캐리어 가스는 밸브 (v21) 를 경유하여 보틀 (43) 로 들어가고, 그로부터 (정사각형 점들을 갖는 두꺼운 점선에 의해 표현된 도펀트로서의) 기화된 도펀트와 함께 밸브 (v22) 를 경유하여 가스 라인 (56) 을 통해 배출되고, 여기서 밸브 (v23) 는 폐쇄된다. 도펀트는 밸브 (v25) 를 경유하여 가스 라인 (56) 을 통해 통합 가스 시스템 (47) 내로 흐르고, 그로부터 라인 (68) 및 밸브 (v27) 를 갖는 라인 (70) 을 경유하여 가스 라인 (62) 을 통해 흘러나가고, 여기서 밸브 (v28) 는 폐쇄된다. 다음으로, 도펀트는 가스 주입구 라인 (51) 을 통해, 제 2 반응 챔버 (42) 대신에 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된다. 또한 밸브 (v31) 는 개방되는 한편, 밸브 (v33) 는 폐쇄되어, 제 2 캐리어 가스는 가스 라인 (69), 밸브 (v30) 를 갖는 가스 라인 (71), 가스 라인 (61), 및 가스 주입구 라인 (52) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된다.
도 15 는 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 4 를 예시한다. 단계 4 에서, 밸브 (v27) 는 폐쇄되는 한편, 밸브 (v28) 는 개방되어, 도펀트는 가스 라인 (71), 가스 라인 (61), 및 가스 주입구 라인 (52) 을 통해, 제 1 반응 챔버 (41) 대신에 제 2 챔버 (42) 에 공급된다. 또한 밸브 (v30) 는 폐쇄되는 한편, 밸브 (v29) 는 개방되어, 제 2 캐리어 가스는 가스 라인 (70), 가스 라인 (62), 및 가스 주입구 라인 (51) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 대신에 제 1 반응 챔버 (41) 에 퍼지 가스로서 공급된다.
단계 5 는 도 14 에서 예시된 단계 3 과 실질적으로 동일하여, 도펀트는 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급되는 한편, 퍼지 가스는 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된다.
단계 6 은 도 15 에서 예시된 단계 4 와 실질적으로 동일하여, 도펀트는 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급되는 한편, 퍼지 가스는 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된다.
도 16 은 본 발명의 실시형태에 따라 도 11 에서 예시된 이중-챔버 PEALD 장치에서의 프로세스 시퀀스의 단계 7 을 예시한다. 단계 6 에서, 밸브 (v26) 는 개방되는 한편, 밸브 (v24) 는 폐쇄되어, 제 1 캐리어 가스는 가스 라인 (68), 가스 라인 (71), 및 가스 라인 (61), 및 가스 주입구 라인 (52) 을 통해 제 2 반응 챔버 (42) 에 퍼지 가스로서 공급된다.
상기에서, 도펀트 가스는 전구체보다 더 높은 증기 압력을 갖고, 이에 따라 전구체를 퍼지하는 것보다 반응 챔버로부터 도펀트를 퍼지하는 것이 더욱 어렵다. 단계 3 (도 14) 에서는, 도펀트가 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급되고, 단계 4 (도 15) 에서는, 퍼지 가스가 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된다. 즉 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급된 가스는 도펀트로부터 퍼지 가스로 변경된다. 제 1 캐리어 가스를 이용함으로써 도펀트가 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급되는 한편, 퍼지 가스는 제 2 캐리어 가스이므로, 상기 변경 (제 1 반응 챔버에서 도펀트로부터 퍼지 가스로 변경함) 은 이용된 캐리어 가스를 제 1 캐리어 가스로부터 제 2 캐리어 가스로 스위칭함으로써 달성되고, 즉 도펀트가 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급될 때에는, 밸브 (v27) 를 갖는 가스 라인 (70) 의 제 1 절반이 이용되는 한편 (도 14), 퍼지 가스가 제 1 반응 챔버 (41) 에 공급될 때에는, 밸브 (v29) 를 갖는 가스 라인 (70) 의 제 2 절반이 이용되고 (도 15), 이에 따라 가스 라인 (70) 의 상이한 부분들이 이용된다.
대조적으로, 단계 6 (도 15) 에서는, 도펀트가 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급되고, 단계 7 (도 16) 에서는, 퍼지 가스가 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된다. 즉 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급된 가스는 도펀트로부터 퍼지 가스로 변경된다. 제 1 캐리어 가스를 이용함으로써 도펀트가 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급되는 한편, 퍼지 가스는 또한 제 1 캐리어 가스이므로, 상기 변경 (제 2 반응 챔버에서 도펀트로부터 퍼지 가스로 변경함) 은 가스 흐름 통로를 동일한 제 1 캐리어 가스를 이용하여 보틀 (43) 을 통과하는 통로로부터 보틀 (43) 을 우회하는 통로로 스위칭함으로써 달성되고, 즉 도펀트가 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급될 때에는, 밸브 (v28) 를 갖는 가스 라인 (71) 의 제 1 절반이 이용되고 (도 15), 또한 퍼지 가스가 제 2 반응 챔버 (42) 에 공급될 때에는, 밸브 (v28) 를 갖는 가스 라인 (71) 의 제 1 절반이 이용되고 (도 16), 이에 따라 가스 라인 (71) 의 동일한 부분이 이용된다. 상기 이유로, 제 2 반응 챔버 (42) 가 도펀트가 공급된 후에 퍼지될 때, 퍼지 가스는 가스 라인 (71) 에 남겨진 일부의 잔여 도펀트를 제 2 반응 챔버 (42) 로 운반한다. 이것은 제 2 반응 챔버에서만 발생한다 (공급 순서가 변경될 때, 상기 문제는 제 1 반응 챔버에서만 발생함). 그 결과, 제 1 및 제 2 반응 챔버들 사이의 필름 속성들의 편차들이 발생한다.
일부 실시형태들에서는, 가스가 공급되는 반응 챔버들의 순서를 변경함으로써, 상기 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 2 는 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. A, B, 및 C 는 프로세스 A (예를 들어 가스 공급), 프로세스 B (예를 들어 가스 공급), 및 프로세스 C (예를 들어 RF 인가) 를 각각 나타낸다. 이 시퀀스에서, A, A, B, C, B, 및 C 에 의해 구성된 사이클은 반응 챔버 (1; RC1) 와, 그 다음으로 반응 챔버 (2; RC2) 로부터 항상 시작한다. 따라서, 상기 논의된 문제, 즉 반응 챔버들 사이의 필름 속성들의 편차들이 발생한다. 도 3 은 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 시퀀스에서, 사이클은 제 2 반응 챔버와, 그 다음으로 제 1 반응 챔버로부터 항상 시작하고, 이에 따라 동일한 문제가 발생한다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. A, B, 또는 C 이외의 공백 정사각형은 특정 처리 없이 퍼지하는 것을 나타낸다. 이 시퀀스에서, 첫 번째로는, 사이클이 제 1 반응 챔버로부터 시작하지만, 두 번째로는, 사이클이 제 2 반응 챔버로부터 시작하며, 즉 사이클이 처음에 시작하는 반응 챔버들의 순서가 사이클마다 변경된다. 즉 사이클은 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 교대로 시작한다. 사이클을 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 교대로 시작함으로써, 반응기-대-반응기 편차의 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 시퀀스에서, 프로세스 A 는 제 1 반응 챔버로부터 항상 시작되지만, 프로세스 B 및 C 는 제 2 및 제 1 반응 챔버들로부터 교대로 시작한다. 사이클의 일부만을 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 교대로 시작함으로써, 반응기-대-반응기 편차의 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 시퀀스에서, 프로세스 C 는 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 동시에 행해지고, 프로세스 A 는 제 1 및 제 2 반응 챔버들로부터 교대로 시작되고, 프로세스 B 는 또한 제 1 및 제 2 반응 챔버들로부터 교대로, 그러나 프로세스 A 와는 독립적으로 시작된다. 사이클의 부분들을 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 교대로 그리고 독립적으로 시작함으로써 (또한 사이클의 일부를 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 동시에 시작함), 반응기-대-반응기 편차의 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 7 은 비교 실시형태에 따라 삼중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. A, B, C, 및 D 는 프로세스 A (예를 들어 가스 공급), 프로세스 B (예를 들어 가스 공급), 프로세스 C (예를 들어 가스 공급), 및 프로세스 D (예를 들어 RF 인가) 를 각각 나타낸다. 이 시퀀스에서, A, A, B, D, C, B, D, 및 C 에 의해 구성된 사이클은 반응 챔버 (1; RC1) 와, 그 다음으로 반응 챔버 (2; RC2) 및 반응 챔버 (3; RC3) 로부터 항상 시작한다. 따라서, 상기 논의된 문제, 즉 반응 챔버들 사이의 필름 속성들의 편차들이 발생한다. 도 8 은 본 발명의 실시형태에 따라 삼중-챔버 PEALD 장치에 적용된 개략적인 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 시퀀스에서, 첫 번째로는, 사이클이 제 1 반응 챔버로부터 시작하지만, 두 번째로는, 사이클이 제 3 반응 챔버로부터 시작하며, 즉 사이클이 처음에 시작하는 반응 챔버들의 순서가 사이클마다 변경된다. 즉 사이클은 제 1 및 제 3 반응 챔버들에서 교대로 시작한다. 사이클을 제 1 및 제 3 반응 챔버들에서 교대로 시작함으로써, 반응기-대-반응기 편차의 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 9 는 비교 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 상세한 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 상세한 시퀀스는 도 2 에서 예시된 개략적인 시퀀스에 대응한다. 이 시퀀스에서, 공백 (번호 없음) 은 스위칭 밸브들 없는 퍼지를 나타내고, "1" 은 스위칭 밸브들에 의한 퍼지 (0.1 sec) 를 나타내고; "2" 는 SiO 전구체의 공급 (0.3 sec) 을 나타내고; "3" 은 SiO 전구체의 퍼지 (0.9 sec) 를 나타내고; "4" 는 P (인) 도펀트의 공급 (0.3 sec) 을 나타내고; "5" 는 P 도펀트의 퍼지 (0.1 sec) 를 나타내고; "6" 은 RF 전력의 인가 (0.2 sec) 를 나타낸다. 이 시퀀스에서, 제 1 반응 챔버 (상부 시퀀스) 에서는, 프로세스 4 (P 도펀트의 공급) 후에, 퍼지하는 것 (프로세스 5) 이 동일한 캐리어 가스를 이용하여 시작하고, 이에 따라 일부의 잔여 도펀트가 제 1 반응 챔버 내로 도입될 수도 있다. 그러나, 동일한 캐리어 가스를 이용하여 퍼지하는 것은 0.4 초 동안만 지속되고, 그 후에, 캐리어 가스는 잔여 도펀트를 함유하지 않는 상이한 캐리어 가스로 스위칭된다. 대조적으로, 제 2 반응 챔버 (하부 시퀀스) 에서는, 프로세스 4 (두 번째 발생) 후에, 퍼지하는 것 (프로세스 5) 이 동일한 캐리어 가스를 이용하여 시작하고, 상기 프로세스 5 동안에는 캐리어 가스 스위칭이 전혀 행해지지 않으므로, 1.0 초 동안에 지속된다. 따라서, 제 1 반응 챔버에서보다 제 2 반응 챔버에서 더 많은 잔여 도펀트가 도입될 수도 있어서, 반응기-대-반응기 편차들을 야기시킬 수도 있다.
도 10 은 본 발명의 실시형태에 따라 이중-챔버 PEALD 장치에 적용된 상세한 프로세스 시퀀스를 예시한다. 이 상세한 시퀀스는 도 4 에서 예시된 개략적인 시퀀스에 대응한다. 이 시퀀스에서, 사이클은 제 1 및 제 2 반응 챔버들에서 교대로 시작하고, 이에 따라 상기 문제는 효과적으로 해결될 수 있다.
일부 실시형태들에서는, 미국 특허 출원 공개 제 2014/0033978 호에 개시된 가스 공급 시스템이 이용될 수 있고, 그 개시내용은 전체적으로 참조를 위해 본원에 편입된다.
일부 실시형태들에서, 반응 챔버들 사이의 필름 속성들의 변동들은 하나의 사이클에서의 적어도 하나의 단계가 행해지는 반응 챔버들의 순서를 변경함으로써 제어될 수 있으므로, 반응 챔버들의 다운스트림 (downstream) 에서의 필름 속성들의 변동들을 표시하는 파라미터들을 검사함으로써, 그리고 파라미터들을 제어 유닛으로 다시 공급함으로써, 적절한 순서가 결정될 수 있고 프로세싱은 결정된 순서를 이용하여 수행될 수 있으며, 이것에 의해, 모든 반응 챔버들에서 프로세싱의 균일성을 개선시킬 수 있다. 상기 피드백 제어는 연속적으로 수행될 수 있다. 예를 들어 반응 챔버의 다운스트림에 설치된 SPOES (Self Plasma (자체 플라즈마) OES, 제품명, 대한민국의 Manoteck Inc. 에 의해 판매됨) 또는 자체 플라즈마 감시 센서는 상기 목적을 위해 이용될 수 있다.
실시예 1
인 실리콘 유리 (phosphorous silicon glass; PSG) 필름은 도 1 에서 예시된 PEALD 장치를 이용하여 도 19 에서 도시된 조건들 하에서 PEALD 에 의해 기판 (Φ 300 mm) 상에 형성되었다. PEALD 의 사이클들의 시퀀스는 도 9 (비교 실시예) 및 도 10 (실시예 1) 에서 도시된 것이었다. 전구체로서, 비스디에틸아미노실란 (bisdiethylaminosilane; BDEAS) 이 이용되었고, 도펀트로서, 트리메틸포스파이트 (trimethylphosphite; TMPI) 가 이용되었으며, 여기서 도펀트의 증기 압력은 전구체의 증기 압력보다 약 3.5 배 더 높았다.
도 17 은 비교 실시예에 따라 각각의 반응 챔버에서 증착되었던 깊이 방향에서의 인 실리콘 유리 (PSG) 필름의 인 농도를 도시하는 그래프이다. STD RC1 및 STD RC2 는 비교 실시예에서 제 1 반응 챔버 및 제 2 반응 챔버를 나타낸다. 도 18 은 비교 실시예에 따라 각각의 반응 챔버에서 증착되었던 깊이 방향에서의 인 실리콘 유리 (PSG) 필름의 인 농도를 도시하는 그래프이다. ALT RC1 및 ALT RC2 는 실시예 1 에서 제 1 반응 챔버 및 제 2 반응 챔버를 나타낸다. 이 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 사이클이 실시예 1 에서 제 1 및 제 2 반응 챔버들로부터 교대로 시작되지 않았을 때에는, 제 1 및 제 2 반응 챔버들 사이의 필름에서의 도펀트의 농도에서의 상당한 편차가 검출되지 않았던 한편, 사이클이 제 1 반응 챔버로부터 항상 시작되었을 때에는, 제 1 및 제 2 반응 챔버들 사이의 필름에서의 도펀트의 농도에서의 상당한 편차들이 검출되었다 (a 및 b 참조).
많은 그리고 다양한 수정들은 본 발명의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 행해질 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명의 형태들은 오직 예시적이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것이 명료하게 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 제 1 가스 소스 및 제 2 가스 소스를 공유하는 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법으로서,
    각각의 반응 챔버는 가스 주입구 라인을 갖고, 상기 가스 주입구 라인을 통해, 상기 제 1 가스 소스로부터의 제 1 가스, 상기 제 2 가스 소스로부터의 제 2 가스, 및 퍼지 가스가 상기 반응 챔버 내로 도입되고, 각각의 반응 챔버에서 행해진 타겟 처리는 동일하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 제 1 가스가 상기 다수의 반응 챔버들 중 하나로, 그 후 상기 다수의 반응 챔버들 중 다른 것으로 공급되는 공급 순서로, 상기 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 상기 다수의 반응 챔버들로 상기 제 1 가스를 공급하는 단계;
    (ii) 상기 제 2 가스가 상기 다수의 반응 챔버들 중 하나로, 그 후 상기 다수의 반응 챔버들 중 다른 것으로 공급되는 공급 순서로, 상기 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 상기 다수의 반응 챔버들로 상기 제 2 가스를 공급하는 단계;
    (iii) 상기 다수의 반응 챔버들 및 상기 가스 주입구 라인들로부터 각각 상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스를 퍼지하도록, 상기 제 1 가스의 공급 후마다 및 상기 제 2 가스의 공급 후마다 각각의 가스 주입구 라인들을 통해 상기 다수의 반응 챔버들로 상기 퍼지 가스를 공급하는 단계, 및
    (iv) 상기 다수의 반응 챔버들에서 상기 타겟 처리를 완료하기 위해 단계들 (i) 내지 (iii) 을 연속적으로 반복하는 단계로서, 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스 중 적어도 하나의 공급 순서는 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스 중 상기 적어도 하나의 공급이 반복될 때에 변경되는, 상기 단계들 (i) 내지 (iii) 을 연속적으로 반복하는 단계를 포함하는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 사이클은 단계들 (i) 내지 (iii) 으로 이루어지고, 단계 (iv) 에서는 상기 사이클이 반복되며, 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스 중 적어도 하나의 공급 순서는 사이클마다 변경되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스의 공급 순서는 사이클마다 변경되는 한편, 상기 제 1 가스의 공급 순서는 변경되지 않는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스의 각각의 공급 순서는 사이클마다 변경되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    하나의 사이클은 단계들 (i) 내지 (iii) 으로 이루어지고, 단계 (ii) 는 상기 사이클에서 반복되며, 상기 제 2 가스의 공급 순서는 단계 (ii) 가 상기 사이클에서 반복되는 경우 변경되고, 상기 사이클은 단계 (iv) 에서 반복되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (iiia) 단계 (iii) 후마다 상기 다수의 반응 챔버들에 RF 전력을 인가하는 단계를 더 포함하는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    RF 전력은 상기 다수의 반응 챔버들에 순차적으로 또는 동시에 인가되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 반응 챔버들은 RF 전력을 생성하는 RF 생성기를 공유하는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 타겟 처리는 플라즈마-강화 원자층 증착 (plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD) 에 의한 필름의 증착인, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스의 공급 레이트 (supply rate) 는 상기 제 2 가스의 공급 레이트보다 2 배 이상 더 높은, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 소스 및 상기 제 2 가스 소스는 액체 화합물들을 각각 저장하는 보틀들을 포함하고, 상기 액체 화합물들의 기화된 가스들이 상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스인, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 소스로부터의 제 1 가스 라인이 분기되어 상기 다수의 반응 챔버들의 상기 가스 주입구 라인들 각각에 연결되고, 상기 제 2 가스 소스로부터의 제 2 가스 라인이 분기되어 상기 다수의 반응 챔버들의 상기 가스 주입구 라인들 각각에 연결되며, 상기 제 1 가스 및 상기 퍼지 가스는 상기 제 1 가스 라인, 상기 제 1 가스 라인으로부터 분기된 라인들, 및 상기 다수의 반응 챔버들의 상기 가스 주입구 라인들을 통해 상기 다수의 반응 챔버들에 도입되는 한편, 상기 제 2 가스 및 상기 퍼지 가스는 상기 제 2 가스 라인, 상기 제 2 가스 라인으로부터 분기된 라인들, 및 상기 다수의 반응 챔버들의 상기 가스 주입구 라인들을 통해 상기 다수의 반응 챔버들에 도입되며, 각각의 분기된 라인에는 밸브가 제공되고, 단계들 (i) 내지 (iii) 에서 정의된 가스 흐름들은 각각의 밸브를 이용하여 제어되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 상기 제 1 가스 라인을 통해 단독으로 또는 상기 제 1 가스와 함께 연속적으로 흐르는 한편, 상기 퍼지 가스는 상기 제 2 가스 라인을 통해 단독으로 또는 상기 제 2 가스와 함께 연속적으로 흐르는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 반응 챔버들은 2 개의 반응 챔버들인, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 반응 챔버들은 배기 시스템을 공유하고, 각각의 반응 챔버의 압력은 상기 배기 시스템을 이용하여 제어되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 반응 챔버들은 또 다른 가스 라인을 각각 포함하고, 상기 또 다른 가스 라인을 통해, 첨가 가스 (additive gas) 또는 비활성 가스 (inert gas) 가 상기 다수의 반응 챔버들에 공급되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  17. 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법으로서,
    (a) 단계들이 행해지는 상기 반응 챔버들의 순서에 따라 각각의 반응 챔버에서 상기 단계들에 의해 구성된 사이클을 행하는 단계; 그 후,
    (b) 상기 단계들이 행해지는 상기 반응 챔버들의 직전의 순서를 변경한 후에 각각의 반응 챔버에서 상기 단계들을 행하는 단계; 그 후,
    (c) 타겟 처리가 상기 다수의 반응 챔버들에서 완료될 때까지 프로세스 (b) 를 반복하는 단계로서, 각각의 반응 챔버에서 기판 상에서 행해진 상기 타겟 처리는 동일한, 상기 프로세스 (b) 를 반복하는 단계를 포함하는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 단계들은 제 1 가스를 공급하는 단계 및 제 2 가스를 공급하는 단계를 포함하는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가스들은 제 1 공통 가스 주입구 라인을 통해 상기 반응 챔버들 중 하나에 공급되고, 상기 제 1 및 제 2 가스들은 제 2 공통 가스 주입구 라인을 통해 상기 반응 챔버들 중의 또 다른 하나에 공급되며, 상기 제 1 가스는, 분기되어 상기 제 1 및 제 2 공통 가스 주입구 라인들에 연결되는 제 1 가스 라인에 공급되고, 상기 제 2 가스는, 분기되어 상기 제 1 및 제 2 공통 가스 주입구 라인들에 연결되는 제 2 가스 라인에 공급되는, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 타겟 처리는 플라즈마-강화 원자층 증착 (PEALD) 에 의한 필름의 증착인, 다수의 반응 챔버들에서 균일한 프로세싱을 수행하는 방법.
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