KR20160002394A - 반도체 프로세싱을 위한 대기 플라즈마 장치 - Google Patents

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Abstract

대기압 플라즈마를 사용하여 증착 전에 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 기판은 기판 지지부와 플라즈마 분배기 사이에 제공될 수 있고, 플라즈마 분배기는 하나 이상의 대기 플라즈마 소스들을 포함한다. 대기 플라즈마 소스들은 대기압 하에서 플라즈마를 생성할 수 있고, 플라즈마는, 환원 가스 종과 같은 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함할 수 있다. 기판은 기판의 표면을 처리하기 위해 대기압 하에서 플라즈마에 노출될 수 있고, 대기압은 약 50 torr 내지 약 760 torr이다. 일부 실시예들에서, 기판은 금속의 옥사이드로 변환된 부분들을 갖는 금속 씨드층을 포함하고, 플라즈마로의 노출은 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 내의 금속을 리플로우 (reflow) 한다.

Description

반도체 프로세싱을 위한 대기압 플라즈마 장치{ATMOSPHERIC PLASMA APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING}
본 개시는 일반적으로 대기압 플라즈마 (atmospheric plasma) 를 사용하여 증착 전에 기판들을 처리하는 것에 관련된다. 본 개시의 특정한 양태들은 대기압 하에서 플라즈마를 사용하여 금속 옥사이드들을 환원시키기 위해 하나 이상의 기판들의 표면들을 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제작의 다양한 프로세스들은 기판들의 표면 상에 재료의 증착 전에 기판들의 전처리, 또는 세정 또는 프로세싱을 공통적으로 요구한다. 일부 예들에서, 금속 옥사이드들 및 카본 증착물들, 뿐만 아니라 잠재적으로 다른 오염물질들은 후속 층들의 증착에 대한 과제를 제공할 수도 있는, 기판 표면 상에 형성될 수도 있다. 따라서, 다양한 전처리 프로세스들이 금속 옥사이드들 및 다른 오염물질들을 제거하기 위해 사용될 수도 있다. 부가적으로, 텅스텐 표면과 같은 금속 표면은 하드마스크층과 같은 후속 층의 증착 전에 세정을 요구할 수도 있다.
증착 전에 기판을 처리 또는 달리 프로세싱하는 예는 금속 씨드층 또는 반귀금속층 (semi-noble metal layer) 상의 금속 옥사이드들을 환원하는 것일 수 있다. 집적 회로들 (ICs) 내에서 금속 배선 상호접속부들의 형성은 다마신 또는 듀얼 다마신 프로세스를 사용하여 달성될 수 있다. 통상적으로, 트렌치들 또는 홀들은 기판 상에 위치된, 실리콘 다이옥사이드와 같은, 유전체 재료 내로 에칭된다. 홀들 또는 트렌치들은 하나 이상의 접착층 및/또는 확산 배리어층과 라이닝 (lined) 될 수도 있다. 이어서 금속의 박층이 전기도금된 금속에 대해 씨드층으로서 작용할 수 있는 홀들 또는 트렌치들 내에 증착될 수도 있다. 그 후, 홀들 또는 트렌치들은 전기도금된 금속들로 충진될 수도 있다. 통상적으로, 씨드 금속은 구리이다. 그러나, 루테늄, 팔라듐, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 코발트, 니켈, 금, 은, 및 알루미늄, 또는 이들 금속들의 합금들과 같은 다름 금속들이 또한 사용될 수도 있다. 보다 높은 성능의 IC들을 달성하기 위해, IC들의 많은 피처들이 보다 작은 피처 사이즈들 및 컴포넌트들의 보다 높은 밀도들로 제조된다. 일부 다마신 프로세싱에서, 예를 들어, 2X-nm 노드 피처들 상의 구리 씨드층들은 50 Å 만큼 얇을 수 있거나 이보다 더 얇을 수 있다. 일부 구현예들에서, 1X-nm 노드 피처들 상에 구리를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 금속 씨드층들이 도포될 수 있다. 보다 작은 피처 사이즈들에 있어서 보이드들 또는 디펙트들이 실질적으로 없는 금속 씨드층들 및 금속 상호접속부들을 생성하는데 기술적 해결 과제가 있다.
반도체 제작시 다양한 프로세스들은 또한 기판 상에 증착된 하나 이상의 층들의 물리적, 전기적, 화학적, 기계적, 접착성 또는 열적 특성들에 영향을 주기 위해 기판들의 프로세싱을 요구할 수 있다. 예를 들어, 저-k 유전체 재료 내의 수소 원자 및 탄소 원자의 존재는 저-k 유전체 재료를 열화시킬 수 있다.
통상적으로, 반도체 제작 프로세스의 기판들은 플라즈마를 사용하여 처리되거나 달리 프로세싱될 수 있다. 플라즈마는 기판 표면들의 세정, 특히 금속 옥사이드들, 하이드로카본들, 및 다른 오염물질들을 제거하는데 매우 효과적일 수도 있다. 그러나, 직접 플라즈마 및 리모트 플라즈마를 포함하는, 플라즈마는 로드록 동작 및 진공 펌핑을 위한 부가적인 어셈블리를 요구할 수 있는 저압 시스템 내에서 생성되고 전달된다. 이러한 어셈블리들은 동작 및 유지 보수의 비용을 증가시킬 수도 있다. 또한, 부가적인 어셈블리들은 증가된 양의 공간 (예를 들어, 바닥 면적) 을 점유할 수도 있다. 부가적인 어셈블리들은 또한 기판 프로세싱의 처리량을 감소시킬 수도 있다.
본 개시는 대기압 플라즈마를 사용하여 증착 전에 기판을 처리하는 방법들에 관련된다. 방법은 기판 지지부와 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 사이에 기판을 제공하는 단계, 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 프로세스 가스를 제공하는 단계, 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 내에서 대기압 하에서 플라즈마를 형성하는 단계, 및 기판의 표면을 처리하기 위해 기판을 대기압 하의 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마는 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함할 수도 있다. 대기압은 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판을 제공하는 단계는, 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들로부터 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 거리에 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판을 제공하는 단계는, 기판 상에 형성된 금속 씨드층을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함하고, 금속 씨드층의 일부는 금속의 옥사이드로 변환되고, 그리고 기판을 플라즈마에 노출시키는 단계는, 금속 씨드층 내에서 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속을 리플로우 (reflow) 하는 조건들 하에서 기판의 금속 씨드층을 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 기판을 플라즈마에 노출시키는 단계 후에, 도금 용액을 포함하는 도금 욕으로 기판을 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 수소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 환원 가스종의 라디컬들 및 이온들을 포함한다.
본 개시는 대기압 플라즈마를 사용하여 증착 전에 기판을 처리하기 위한 장치에 관련된다. 장치는, 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 플라즈마를 기판의 표면으로 전달하기 위한 기판 지지부 위의 플라즈마 분배기로서, 플라즈마 분배기는 플라즈마를 생성하도록 구성된 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들을 포함하는, 플라즈마 분배기, 및 제어기를 포함하고, 제어기는 이하의 동작들: (a) 기판 지지부와 플라즈마 분배기 사이에 기판을 제공하고, (b) 대기압 하에서 플라즈마를 형성하고, 그리고 (c) 기판의 표면을 처리하기 위해 기판을 대기압 하의 플라즈마에 노출시키는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들을 갖고, 대기압은 약 50 Torr 내지 760 Torr이다.
일부 실시예들에서, 기판 지지부 및 플라즈마 분배기는, 동작들 (a) 내지 (c) 동안 플라즈마 분배기로부터 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 거리에 기판을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 동작 (a) 는 기판 상에 형성된 금속 씨드층을 갖는 기판을 제공하는 것을 포함하고, 금속 씨드층의 일부는 금속의 옥사이드로 변환되고, 그리고 동작 (c) 는 금속 씨드층 내에서 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속을 리플로우하는 조건들 하에서 기판의 금속 씨드층을 플라즈마에 노출시키는 것을 포함한다. 금속 씨드층은 약 40 Å 내지 약 80 Å의 두께를 갖는 구리 씨드층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는, 기판을 플라즈마에 노출시킨 후에, 기판을 도금 용액을 포함하는 도금 욕으로 이동시키기 위한 인스트럭션들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 플라즈마 소스들은 복수의 플라즈마 제트들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 분배기는 세라믹 바디 및 세라믹 바디 아래에 금속 전극을 포함한다. 일부 실시예들에서, 장치는, 플라즈마 분배기와 기판 사이에 배치된 샤워헤드를 더 포함하고, 샤워헤드는 복수의 홀들을 포함한다.
도 1a는 다마신 프로세스에서 비아 에칭 전에 유전체 층들의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 1b는 다마신 프로세스에서 수행된 에칭 후에, 도 1a의 유전체 층들의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 1c는 다마신 프로세스에서 에칭된 영역들이 금속으로 충진된 후에, 도 1a 및 도 1b의 유전체 층들의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 2a는 기판 상에 구리를 도금하기 위해 금속 씨드층을 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 2b는 기판 상에 금속을 도금하기 위해 금속 씨드층 또는 반귀금속층을 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 3a는 대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 3b는 기판 상에 금속을 도금하기 전에 금속 옥사이드들을 환원시키기 위해 대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 4a는 옥사이드화된 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 4b는 금속 옥사이드의 제거로 인해 보이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 4c는 금속층과 일체화되지 않는 반응 생성물을 형성하는 환원된 금속 옥사이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 4d는 금속층과 일체화되지 않는 막을 형성하는 환원된 금속 옥사이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 5a는 전기도금 장치의 상면 개략도의 예를 도시한다.
도 5b는 리모트 플라즈마 장치를 갖는 전기도금 장치의 상면 개략도의 예를 도시한다.
도 5c는 저압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다.
도 5d는 일부 구현예들에서 고압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다.
도 5e는 일부 구현예들에서 고압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다.
도 6a는 리모트 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 6b는 직접 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 6c는 리모트 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 6d는 중공 캐소드 방전을 사용하는 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 7a는 2 챔버 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다.
도 7b는 복수의 스택된 2 챔버 대기압 플라즈마 장치들의 단면 개략도의 예를 도시한다.
다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 제안된 개념들의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 제안된 개념들은 이러한 특정 세부사항들 전부 또는 일부 없이도 실시될 수 있다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 세부적으로 기술되지 않았다. 일부 개념들이 특정 실시예들을 참조하여서 기술될 것이지만, 이러한 실시예들은 한정적으로 해석되지 말아야 함이 이해될 것이다.
서론
본 개시에서, 다양한 용어들이 반도체 프로세싱 작업 표면을 기술하는데 사용되며, "웨이퍼" 와 "기판"은 상호교환가능하게 사용된다. 전기화학적 반응을 통해서 금속을 도전성 표면 상으로 증착 또는 도금하는 프로세스는 일반적으로 전기도금 또는 전기충진으로서 지칭될 수 있다. 벌크 전기충진은 트렌치들 및 비아들을 충진하도록 상대적으로 많은 양의 구리를 전기도금하는 것을 말한다.
본 개시가 다양한 애플리케이션들에서 사용될 수 있지만, 하나의 유용한 애플리케이션은 반도체 디바이스들의 제작 시에 통상적으로 사용되는 다마신 또는 듀얼 다마신 프로세스이다. 다마신 또는 듀얼 다마신 프로세스는 금속 상호접속부들, 예를 들어 구리 상호접속부들을 포함할 수도 있다.
듀얼 다마신 기법의 일반화된 버전이, 듀얼 다마신 프로세스의 스테이지들의 일부를 도시하는, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술될 수도 있다.
도 1a는 다마신 프로세스에서 비아 에칭 전에 하나 이상의 유전체층들의 단면 개략도의 예를 도시한다. 듀얼 다마신 프로세스에서, 유전체의 제 1 층 및 제 2 층은 통상적으로 연속적으로 증착되고, 실리콘 나이트라이드층과 같은, 에칭 정지층의 증착에 의해 아마도 분리된다. 이들 층들은 제 1 유전체층 (103), 제 2 유전체층 (105), 및 에칭 정지층 (107) 으로서 도 1a에 도시된다. 이들 층들은, 아래에 놓인 금속화층 또는 게이트 전극층 (디바이스 레벨에서) 일 수도 있는, 기판 (109) 의 인접한 부분에 형성된다.
제 2 유전체층 (105) 의 증착 후에, 프로세스는, 비아들이 실질적으로 에칭될, 개구부들을 갖는 비아 마스크 (111) 를 형성한다. 도 1b는 다마신 프로세스에서 에칭이 수행된 후 도 1a의 하나 이상의 유전체층들의 단면 개략도의 예를 도시한다. 다음에, 비아들은 에칭 정지층 (107) 의 레벨을 지나 부분적으로 에칭된다. 이어서 도 1b에 도시된 바와 같이, 비아 마스크 (111) 는 스트리핑되고 라인 마스크 (113) 로 대체된다. 제 2 에칭 동작이 제 2 유전체층 (105) 내에 라인 경로들 (115) 을 규정하기 위해 충분한 양의 유전체를 제거하도록 수행된다. 에칭 동작은 또한 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체층 (103) 을 지나, 아래에 놓인 기판 (109) 과 접촉하도록 비아 홀들 (117) 을 연장한다.
그 후, 프로세스는 유전체층들 (103 및 105) 의 (측벽들을 포함) 노출된 표면들 상에 상대적으로 도전성 배리어층 재료 (119) 의 박층을 형성한다. 도 1c는 다마신 프로세스에서 에칭된 영역들이 도전성 배리어층 재료로 코팅되고 금속으로 충진된 후 도 1a 및 도 1b의 유전체층들의 단면 개략도의 예를 도시한다. 도전성 배리어층 재료 (119) 는, 예를 들어, 탄탈룸 나이트라이드 (TaN) 또는 티타늄 나이트라이드 (TiN) 로 형성될 수도 있다. 도전성 배리어층 재료 (119) 를 증착하기 위해 CVD (chemical vapor deposition), 또는 ALD (atomic layer deposition), 또는 PVD (physical vapor deposition) 동작이 통상적으로 채용된다.
이어서 프로세스는, 도전성 배리어층 재료 (119) 의 상단에 비아 홀들 (117) 및 라인 경로들 (115) 내에 도전성 금속 (121) (반드시 그런 것은 아니지만, 통상적으로, 구리) 을 증착한다. 통상적으로 이 증착은 2 단계들: 금속 씨드층의 최초 증착에 이어서 도금에 의한 금속의 벌크 증착으로 수행된다. 그러나, 본 개시는 이하에 상세히 기술될 바와 같이, 벌크 증착 단계 전에 전처리 단계를 제공한다. 금속 씨드층은 PVD, 또는 CVD, 또는 무전해 도금, 또는 당업계에 공지된 임의의 적합한 증착 기법에 의해 증착될 수도 있다. 구리의 벌크 증착은, 라인 경로들 (115) 을 충진할 뿐만 아니라, 완전한 충진을 보장하기 위해, 제 2 유전체층 (105) 의 상단의 모든 노출된 영역들을 커버한다는 것을 주의한다. 도전성 금속 (121) 은 IC 디바이스들에 대한 구리 상호접속부들로서 기능할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 구리 이외의 금속들이 씨드층에 사용된다. 이러한 다른 금속들의 예들은 코발트, 텅스텐, 및 루테늄을 포함한다.
반귀금속층들을 포함하는, 금속 씨드층들은, 공기 중에서 산소 또는 수증기와 용이하게 반응할 수 있고, 순수 금속으로부터 금속 옥사이드 및 매립된 순수 금속의 혼합 막으로 옥사이드화된다. 주변 조건들 하에서의 옥사이드화는 일부 금속들의 얇은 표면 층으로 제한될 수도 있고, 박층은 현재 기술 노드들에 사용된 얇은 씨드층들의 상당한 부분 또는 아마도 전체 두께를 나타낼 수도 있다. 상대적으로 박층들은 4x ㎚ 노드, 3x ㎚ 노드, 2x ㎚ 노드, 및 1x ㎚ 노드와 같은 기술 노드에 필요할 수도 있고, 10 ㎚ 미만일 수도 있다. 상대적으로 얇은 금속층들을 필요로 하는, 기술 노드들 내의 비아들 및 트렌치들의 폭에 대한 높이의 종횡비는 약 5:1 또는 보다 클 수 있다. 이러한 기술 노드들에서, 금속 씨드층의 두께는 결과로서 평균 약 100 Å 미만일 수 있다. 일부 구현예들에서, 금속 씨드층의 두께는 평균 약 50 Å 미만일 수 있다.
이하의 반응식 1 및 반응식 2에 도시된 일반적인 화학 반응들을 통해, 씨드층들에 사용된 금속들 또는 반귀금속층들은 금속 옥사이드들 (Mox) 로 변환되지만, 금속 표면들 (M) 과 주변 산소 또는 수증기 간의 정확한 반응 메커니즘들은 특성들 및 옥사이드화 상태에 따라 가변될 수 있다.
반응식 1: 2M(s) + O2(g) -> 2MOx(s)
반응식 2: 2M(s) + H2O(g) -> M2Ox + H2(g)
예를 들어, 기판들 상에 증착된 구리 씨드는 공기에 노출 시 구리 옥사이드를 신속하게 형성하는 것으로 공지된다. 구리 옥사이드막은 아래에 놓인 구리 금속의 상단 상에 대략 20 Å, 최대 50 Å 두께의 층을 형성할 수 있다. 또한 기판들 상에 증착된 코발트층들은 코발트 옥사이드를 신속하게 형성한다는 것이 공지된다. 코발트 옥사이드막은, 코발트 금속의 70 ％, 80 ％, 90 ％, 및 98 ％까지 코발트 옥사이드로 변환할 수 있는, 아래에 놓인 코발트 금속의 상단 상에 층을 형성할 수 있다. 금속 씨드층들이 점점 더 박층화됨에 따라, 주변 조건들에서 옥사이드화로부터 금속 옥사이드들의 형성은 상당한 기술적 과제들을 제기할 수 있다.
순수 금속 씨드의 금속 옥사이드로의 변환은 몇몇 문제들을 초래할 수 있다. 이는 현재 구리 다마신 프로세싱뿐만 아니라, 루테늄, 코발트, 은, 알루미늄, 및 이들 금속들의 합금들과 같은 다른 도전성 금속들을 사용하는 전착 프로세스들에 대해서도 사실이다. 먼저, 옥사이드화된 표면은 그 위에 도금하기 어렵다. 전기도금 욕 첨가제들이 금속 옥사이드 및 순수 금속에 대해 상이한 상호작용들을 할 수 있기 때문에, 불균일한 도금이 발생할 수도 있다. 금속 옥사이드와 순수 금속 사이의 도전율 차의 결과로서, 불균일한 도금이 또한 발생할 수도 있다. 두번째로, 금속 씨드의 일부분들을 도금을 지원하는데 가용하지 않게 할 수도 있는, 보이드들이 금속 씨드 내에 형성될 수도 있다. 보이드들은 부식성 도금 용액들로의 노출 동안 금속 옥사이드의 용해 결과로서 형성될 수도 있다. 보이드들은 또한 불균일한 도금으로 인해 표면 상에 형성될 수도 있다. 부가적으로, 옥사이드화된 표면의 상단 상에 벌크 금속을 도금하는 것은 접착 문제 또는 박리 (delamination) 문제로 이어질 수 있으며, 이러한 문제들은 CMP (chemical mechanical planarization) 와 같은, 후속하는 프로세싱 단계들 이후에 보이드들을 더 초래할 수 있다. 에칭, 불균일한 도금, 박리, 또는 다른 요인들로부터 발생하는 보이드들은 금속 씨드층을 불연속적으로 만들고 도금을 지원하는데 가용하지 않게 할 수도 있다. 사실상, 현대의 다마신 금속 씨드층들은 상대적으로 얇기 때문에, 예를 들어 약 50 Å 이하로 얇기 때문에, 심지어 적은 옥사이드화도 전체 층 두께를 소비할 수도 있다. 셋째로, 금속 옥사이드 형성은 전착-후 단계들, 예를 들어 캡핑 단계를 방해할 수도 있는데, 금속 옥사이드가 캡핑 층들에 대한 접착력을 제한할 수도 있다.
전술한 문제들은 또한 반귀금속층들 상에 금속 씨드층들을 도금는 경우에 발생할 수도 있다. 반귀금속층, 예를 들어 코발트 층을 갖는 기판들은 반귀금속층의 상당한 부분들이 옥사이드로 변환되게 할 수 있다. 금속 씨드층, 예를 들어 구리 씨드층을 반귀금속층 상에 도금하는 것은 보이드 형성, 피팅 (pitting), 불균일한 도금, 및 접착/박리 문제들을 초래할 수 있다.
도 2a는 기판 상에 구리를 도금하기 위해서 금속 씨드층으로 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다. 프로세스 200a 는 단계 205a 에서 시작하며, 이 단계에서 프로세스 챔버 또는 증착 챔버가 기판, 예를 들어 반도체 기판을 수용한다. 구리 씨드층과 같은, 금속 씨드층은 PVD와 같은 적합한 증착 기법을 사용하여 기판 상에 증착될 수도 있다. 씨드층은 약 15 Å 내지 약 100 Å 이상의 평균 두께를 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 씨드층은 약 40 Å 내지 약 80 Å의 두께를 가질 수 있다. 기판은 측벽들 및 하단들을 갖는 피처를 포함할 수 있다. 피처들은 라이너/배리어 층 및 구리 상호접속부의 증착을 위해서 내부에 에칭된 트렌치들 및 비아들을 갖는 유전체 재료일 수도 있다. 피처들은 또한 일부 라이너/배리어 층 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 티타늄 (Ti), 탄탈룸 (Ta), 탄탈룸 나이트라이드 (TaN), 탄탈룸 나이트라이드 실리콘 (TaNSi), 텅스텐 (W), 티타늄 나이트라이드 (TiN), 또는 티타늄 나이트라이드 실리콘 (TiNSi) 의 층이 먼저 증착될 수 있다. 피처들은 통상적으로 다마신 프로세스에서 구리 상호접속부들을 형성하기 위한 트렌치들 및 비아들이다. 일부 실시예들에서, 반귀금속층 및 구리 씨드층이 증착되기 이전에, 피처들은 약 15 ㎚ 내지 100 ㎚의 깊이를 가질 수도 있고 약 10 ㎚ 내지 약 30 ㎚ 크기의 개구들을 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 피처들은 약 5:1보다 큰, 예를 들어, 약 10:1보다 큰, 폭에 대한 높이의 종횡비를 갖는다.
선택적인 단계 210a에서, 기판은 린싱되고 건조될 수도 있다. 예를 들어, 금속 씨드층은 탈이온수로 린싱될 수도 있다. 린싱 단계는 예를 들어, 약 1 초 내지 10 초의 시간으로 제한될 수도 있지만, 보다 길거나 보다 짧은 시간이 걸릴 수도 있다. 후속하여, 기판은 건조될 수도 있고, 약 20 초 내지 40 초일 수 있지만, 건조 단계는 보다 길거나 보다 짧은 시간이 걸릴 수도 있다.
단계 215a에서, 기판은 전기도금 시스템 또는 욕으로 이송된다. 이송 동안, 구리 씨드층이 신속하게 옥사이드화될 수도 있도록, 구리 씨드층은 주변 조건들에 노출될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 노출의 지속기간은 약 1 분 내지 약 4 시간, 약 15 분 내지 약 1 시간 또는 그 이상 중 어느 것일 수도 있다. 단계 220a에서, 구리의 벌크층이 기판 상에 전기도금될 수도 있다. 구리 씨드층을 갖는 기판은, 예를 들어, 산성 용액 내에 구리의 양이온들 및 연관된 음이온들을 포함하는 전기도금 욕 내에 담금될 (immersed) 수 있다. 도금 욕에서, 구리의 벌크층은 피처들을 충진하기 위해 기판 상에 전기도금된다. 종래의 전기도금 화학물질 및 파형이 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 도 2a의 단계 220a는, 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된, 2001년 2월 27일 출원된 미국 특허 제 6,793,796 호 (대리인 관리 번호. NOVLP073) 에 기술된 일련의 프로세스들을 수반할 수 있다. 참조문헌은 적어도 4 페이즈의 전기충진 프로세스를 기술하고, 상대적으로 작은 임베딩된 피처들의 최적의 충진을 위해 페이즈 각각에 대해 제어된 전류 밀도 방법을 개시한다.
금속 씨드층의 증착과 전기도금 사이에 금속 씨드층을 옥사이드화에 노출시킬 수도 있는 다양한 단계들을 사용하여, 금속 옥사이드 표면들의 부정적인 효과들의 감소시키기 위한 기법이 필요하다. 그러나, 일부 현재 기법들은 단점들을 가질 수도 있다. 통상적으로, 수소계 플라즈마들의 사용은 두꺼운 금속 옥사이드들을 환원시킬 수도 있지만, 이러한 기법들은 상당한 비용을 추가하고 얇은 금속 씨드층에 매우 대미지를 줄 수 있는, 실질적으로 고온 (예를 들어, 적어도 200 ℃ 이상) 을 활용하여, 피처들 내에 높은 수의 보이드들을 발생시킨다. 두꺼운 금속 옥사이드들을 환원시키기 위한 열 형성 가스 어닐링은 150 ℃보다 높은 온도의 형성 가스 (예를 들어, 수소 가스와 질소 가스의 혼합물) 를 사용하고, 이는 금속 씨드가 뭉쳐지게 하고 또한 증가된 보이드를 초래할 수 있다. 산성물들 또는 다른 화학적 반응제들의 사용은 두꺼운 금속 옥사이드들을 용해시키거나 에칭할 수도 있지만, 이러한 옥사이드들의 제거는, 금속이 그 위에 도금될 수 없는, 불충분한 씨드층을 갖는 영역들의 생성으로 인해, 금속이 그 위에 도금될 수 없는 영역들 내에 증가된 보이드 형성을 발생시킨다.
도 2b는 기판 상에 금속을 도금하기 위한 금속 씨드층 또는 반귀금속층으로 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다. 프로세스 200b는 도 4a 내지 도 4d에 예시된 바와 같은 일부 예들을 참조하여 기술될 수도 있다. 프로세스는 금속 씨드층 또는 반귀금속층이 기판 상에 증착되는, 단계 205b로 시작할 수 있다. 금속 씨드층은 구리 씨드층일 수 있다. 반귀금속층은 코발트층 또는 루테늄층일 수 있다. 기판은 약 3:1보다 크거나 약 5:1보다 큰 폭에 대한 높이의 종횡비를 갖는, 리세스들, 비아들, 및 트렌치들을 가질 수도 있다.
프로세스 200b는, 기판이 실질적으로 감소된 압력 또는 진공 분위기를 갖는 챔버 또는 장치로 이송되는, 단계 210b로 계속된다. 감소된 압력 또는 진공 분위기는 약 0.1 Torr 내지 약 5 Torr의 압력을 가질 수 있다. 챔버 또는 장치는 수소 (H2), 암모니아 (NH3), 일산화탄소 (CO), 디보란 (B2H6), 설파이트 화합물들 (sulfite compounds), 탄소 및/또는 하이드로카본들, 포스파이트들, 및/또는 하이드라진 (N2H4) 과 같은 환원 가스종을 포함할 수 있다. 단계 210b에서의 이송 동안, 기판은 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 표면이 옥사이드화되게 할 수 있는, 주변 조건들에 노출될 수도 있다. 따라서, 금속의 적어도 일부가 옥사이드화된 금속으로 변환될 수도 있다.
단계 215b에서, 기판이 감압 또는 진공 분위기에 있는 동안, 리모트 플라즈마가 환원 가스종으로 형성될 수도 있다. 리모트 플라즈마는, 예를 들어, H*, NH2 *, 또는 N2H3 *와 같은 환원 가스종의 라디컬들을 포함할 수도 있다. 환원 가스종의 라디컬들은 순수 금속화 표면을 생성하기 위해 금속 옥사이드 표면과 반응한다. 이하에 입증되는 바와 같이, 반응식 3은 수소 라디컬들로 쪼개지는 (broken down), 수소 가스와 같은 환원 가스종의 예를 나타낸다. 반응식 4는 금속 옥사이드를 금속으로 변환하기 위해 금속 옥사이드 표면과 반응하는 수소 라디컬들을 나타낸다. 쪼개지지 않는 수소 가스 분자들 또는 수소 가스 분자들을 형성하기 위해 재결합하는 수소 라디컬들에 대해, 수소 가스 분자들은 여전히, 반응식 5에 나타낸 바와 같이, 금속 옥사이드를 금속으로 변환하기 위한 환원제로서 기능할 수 있다.
반응식 3: H2 -> 2H*
반응식 4: (x)2H* + MOx -> M + (x)H2O
반응식 5: xH2 + MOx -> M + xH2O
단계 220b에 도시된 바와 같이, 환원 가스종의 라디컬들, 환원 가스종으로부터의 이온들, 환원 가스종으로부터의 자외선 (UV) 방사선 또는 환원 가스종 자체가 금속 옥사이드를 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 일체화된 막의 형태의 금속으로 변환하는 조건들 하에서 금속 옥사이드와 반응한다. 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 일체화된 막의 특성들은 도 4d를 참조하여 이하에 보다 상세하게 논의된다.
단계 220b에서, 기판은 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 옥사이드들을 환원시키기 위해 리모트 플라즈마에 노출된다. 리모트 플라즈마는 환원 가스종의 이온들 또는 다른 대전된 종을 포함할 수도 있다. 환원 가스종의 이온들 및 대전된 종은 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 반응하거나 달리 접촉하도록 기판의 표면으로 이동될 수도 있다. 이온들 또는 대전된 종은, 기판 지지부 상에 반대로 대전된 바이어스가 제공될 때, 기판의 표면을 향하여 자유롭게 드리프트할 수도 있거나 기판의 표면을 향해 가속될 수도 있다. 이온들 또는 대전된 종은 금속 옥사이드를 환원시키기 위해 금속 옥사이드와 반응할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 리모트 플라즈마의 이온들 또는 대전된 종은, 예를 들어, H+, NH2 +, NH3 +, 및 H-를 포함할 수 있다. 이온들 또는 대전된 종은, 구리, 코발트, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 오스뮴, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 텅스텐, 및 이들의 합금들 상에 형성할 수 있는, 옥사이드 층들의 두께 및 성질에 따라, 금속 씨드층들 및 반귀금속층들 상의 옥사이드를 환원시키는데 유리할 수도 있다. 예를 들어, 이온들 또는 대전된 종은 코발트를 함유하는 층의 처리에 유익할 수도 있다.
리모트 플라즈마는 또한 환원 가스종으로부터 UV 방사선을 생성하고 포함할 수도 있다. 리모트 플라즈마로부터 환원 가스 분자들의 여기는 광자들 (photons) 의 방출을 유발할 수도 있다. 방출된 광자들은 몇몇 효과들 중 하나를 초래할 수도 있다. 첫째, UV 스펙트럼 내에서 방출된 광자들은, 라디컬들, 이온들, 및 다른 대전된 종들이 보다 용이하게 금속 옥사이드 표면과 반응할 수 있도록, 금속 옥사이드 표면을 활성화하기 위해 기판의 표면을 가열할 수도 있다. 둘째, 환원 가스종은 방출된 광자들을 흡수하여 환원 가스종의 라디컬들을 생성할 수도 있다. 생성된 라디컬들은 금속 옥사이드 표면과 반응하여 금속 옥사이드를 환원시킨다. 셋째, 방출된 광자는 금속 옥사이드 자체의 환원을 유발하기에 충분한 에너지를 가질 수도 있다.
리모트 플라즈마의 에너지는 고 에너지 이온들을 포함하는, 고 에너지 종을 생성하도록 증가될 수도 있다. 고 에너지 이온은 고밀도 플라즈마 (HDP) 프로세싱 시스템들 및/또는 스퍼터링 시스템들에서 생성될 수도 있다. 또한, 리모트 플라즈마가 환원 가스종의 여기의 결과로서 UV 방사선을 생성할 때, 생성된 UV 방사선은 약 100 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 생성된 UV 방사선은 약 120 ㎚ 내지 약 200 ㎚의 단파장 UV 광 및 약 200 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 장파장 UV 광을 포함할 수 있다. 또한, 리모트 플라즈마는 환원 가스종의 중성종들을 포함하고/하거나 환원 가스종의 재결합된 분자들을 생성할 수도 있다. 금속의 옥사이드가 리모트 플라즈마에 노출될 때에, 이 리모트 플라즈마로의 노출은 금속 옥사이드를 환원시키고 금속층 내에서 금속을 리플로우시킨다. 일부 구현예들에서, 금속 리플로우 및 금속 옥사이드 환원은 동시에 발생할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 리모트 플라즈마는 환원 가스종으로부터의 라디컬들, 이온들 및 UV 방사선 또는 이들의 몇몇 조합들을 포함할 수 있다. 리모트 플라즈마 소스와 프로세싱 챔버 간의 샤워헤드는 라디컬들, 이온들 및 UV 방사선이 샤워헤드를 통해서 기판을 향해 흐르거나 이와 달리 이동하게 하도록 구성된 두께, 홀들의 개수 및 홀들의 평균 직경을 갖는다. 라디컬들, 이온들 및 UV 방사선은 프로세싱 챔버 내로 들어가 금속 씨드층 내의 금속 옥사이드를 환원시킬 수도 있다. 고 에너지 이온들은, 보다 많은 금속 씨드층 또는 반귀금속층에 걸쳐 환원 화학물질 (reducing chemistry) 을 제공하기 위해, 기판의 표면으로부터 더 멀리 침투할 수도 있다. UV 방사선은 금속 옥사이드 표면을 활성화시켜서 환원 프로세스의 열역학적 상태 (thermodynamics) 를 개선시키거나 금속 옥사이드 자체를 직접 환원시킬 수도 있다. UV 방사선은 또한 환원 가스종에 의해서 흡수되어 금속 옥사이드를 환원시킬 수 있는 라디컬을 생성할 수도 있다. 또한, 환원 가스종의 중성 분자들도 또한 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속 옥사이드와 반응하여 이를 환원시킬 수도 있다.
일부 실시예들에서, 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속은 노출 시에 여기되고 이동성을 가질 수도 있다. 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 갭 및 보이드를 저감시키기 위해 금속이 리플로우될 수도 있고, 이는 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 표면 거칠기를 저감시킬 수 있다. 얼마나 많은 금속이 리플로우될지는 예를 들어 기판의 온도, 챔버 압력, 환원 가스종, 및 UV 방사선 강도 등에 의존할 수 있다. 금속이 아래에 놓인 층 상에서 리플로우 및 재분배되면, 보다 균일하고 연속적인 금속 씨드층 또는 반귀금속층이 형성될 수 있다.
일부 구현예들에서, 리모트 플라즈마는 보다 균일한 도금을 위해 금속 옥사이드를 금속으로 환원시킬 수도 있을 뿐만 아니라, 리모트 플라즈마는 또한 증착시 금속층으로부터 남겨지는 유기 불순물들을 제거함으로써 금속 씨드층 또는 반귀금속층 도전율을 상승시킬 수도 있다. 예를 들어, 리모트 플라즈마는 CVD 증착시 코발트층들로부터 유기 불순물들을 남길 수도 있다.
금속 씨드층 또는 반귀금속층에 일체화된 막의 형태로 금속 옥사이드를 금속으로 변환하기 위한 프로세스 조건들은 금속 선택 및/또는 환원 가스종 선택에 따라서 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환원 가스종은 H2, NH3, CO), 탄소 및/또는 하이드로카본, B2H6, 설파이트 화합물, 포스파이트들, N2H4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 환원 가스종은 상대적으로 불활성인 가스종과 같은 혼합 가스종과 혼합 (combined) 될 수 있다. 이러한 상대적으로 불활성인 가스종들의 예들은 질소 (N2), 헬륨 (He), 네온 (Ne), 크립톤 (Kr), 크세논 (Xe), 라돈 (Rn), 및 아르곤 (Ar) 을 포함할 수 있다. 환원 가스종의 플로우 레이트는 프로세싱할 기판의 크기에 따라서 가변할 수 있다. 예를 들어, 환원 가스종의 플로우 레이트는 단일 450 ㎜ 기판을 프로세싱하기 위해서 약 10 sccm (standard cubic centimeter per minute) 내지 약 100,000 sccm 사이일 수 있다. 다른 웨이퍼 사이즈들도 또한 적용될 수 있다. 예를 들어, 환원 가스종의 플로우 레이트는 단일 300 ㎜ 기판을 처리하기 위해서 약 500 sccm 내지 약 30,000 sccm 사이일 수 있다.
환원 챔버 내에서의 온도 및 압력과 같은 프로세싱 조건들은 또한 금속 씨드층 또는 반귀금속층에 일체화된 막의 형태로 금속 옥사이드를 금속으로 변환하게 하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 환원 챔버의 온도는 환원 가스종의 라디컬로의 해리 (dissociation) 를 허용하도록 상대적으로 높을 수 있다. 예를 들어, 환원 챔버의 온도는 약 10 ℃ 내지 약 500 ℃, 예를 들어 약 50 ℃ 내지 약 250 ℃의 어느 지점의 온도일 수 있다. 금속 옥사이드 환원 반응 속도를 증가시키고 환원 가스 분위기로의 노출의 지속기간을 단축하기 위해 보다 높은 온도가 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 환원 가스 분위기 내의 산소의 존재를 최소화시키면 재옥사이드화의 효과를 저감시킬 수 있기 때문에 이 분위기로부터 임의의 산소를 실질적으로 제거하도록 환원 챔버는 상대적으로 낮은 압력을 가질 수 있다. 예를 들어, 환원 챔버는 진공 분위기 또는 약 0.1 Torr 내지 50 Torr의 감압된 압력으로 펌핑 다운될 수 있다. 상승된 온도 및/또는 감소된 온도는, 보다 균일하고 연속적인 금속 층을 생성하기 위해, 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속 원자들의 리플로우를 증가시킬 수 있다.
환원 챔버가 환원 가스종이 라디컬로 해리될 수 있도록 상대적으로 높은 온도를 가질 수 있더라도, 기판 자체의 온도는 금속 씨드층에 대한 대미지를 방지 또는 저감시키도록 별도로 제어될 수도 있다. 금속 씨드층 내의 금속의 타입에 따라, 금속은 임계 온도 위에서 응집하기 시작할 수 있다. 이러한 응집 효과는 상대적으로 얇은 씨드층들에서, 특히 약 100 Å보다 작은 두께를 갖는 씨드층들에서 더욱 두드러진다. 응집은 불연속적인 금속 씨드층을 형성하도록 연속적인 또는 준 연속적인 금속 씨드층을 비드들, 범프들 (bumps), 아이슬랜드 (island) 들 또는 다른 매스들 (masses) 로 임의로 합치거나 (coalescing) 비딩하는 (beading) 것을 포함한다. 이로써, 도금 동안에, 금속 씨드층은 자신이 배치된 표면으로부터 박리되어서 보이드 증가를 초래한다. 예를 들어, 구리에서 응집이 발생하기 시작하는 온도는 약 100 ℃ 보다 크다. 상이한 응집 온도가 상이한 금속에서 적용될 수 있다.
기판의 온도를 제어하고 응집 효과를 최소화하기 위해서, 기판의 국부 구역의 온도를 응집 온도보다 낮은 온도로 유지하도록, 환원 챔버 내에서 능동적으로 냉각된 페데스탈 및/또는 가스 플로우 냉각 장치와 같은 냉각 시스템이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 페데스탈 상에서 이와 직접적으로 접촉하면서 지지될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 갭이 기판과 페데스탈 간에 존재할 수도 있다. 열 전달은 전도, 대류, 복사 또는 이들의 조합에 의해서 발생할 수 있다.
일부 구현예들에서, 능동적으로 냉각된 페데스탈은 이 페데스탈 내에 임베딩된 저항성 가열 요소, 냉각 채널 또는 다른 열 소스 또는 싱크를 갖는 열 전달 엘리먼트를 제공한다. 예를 들어, 페데스탈은 물과 같은 유체가 페데스탈 내에서 순환되게 하여 페데스탈을 능동적으로 냉각하는 냉각 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 엘리먼트들은 페데스탈 외부에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 유체는 글리콜과 같은 저 비등점 유체 (low-boiling fluid) 를 포함할 수 있다. 이러한 냉각 엘리먼트들을 포함하는 실시예들은 2008년 2월 5일에 허여된 미국 특허 제 7,327,948 호 (대리인 관리 번호 NOVLP127X1); 2011년 1월 5일에 허여된 미국 특허 제 7,941,039 호 (대리인 관리 번호 NOVLP127X3); 2007년 5월 21일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/751,584 호 (대리인 관리 번호 NOVLP127X2); 2012년 2월 10일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/370,579 호 (대리인 관리 번호 NOVLP127C1); 및 2012년 3월 20일에 허여된 미국 특허 제 8,137,465 호 (대리인 관리 번호 NOVLP127) 에 기술되어 있으며, 이들 문헌들 각각은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된다. 페데스탈 내의 온도는 피드백 루프를 이용하여 능동적으로 제어될 수 있다.
일부 구현예들에서, 갭이 페데스탈과 기판 간에 존재할 수 있으며, 가스와 같은 열 전도 매체가 기판을 냉각시키기 위해 페데스탈과 기판 간에 도입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 열 전도 매체는 헬륨을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 페데스탈은 기판에 걸친 균일한 냉각을 촉진하도록 오목 형상 또는 볼록 형상으로 될 수 있다. 이러한 페데스탈 프로파일의 예들은 2005년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/129,266 호 (대리인 관리 번호 NOVLP361); 2006년 10월 10일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/546,189 호 (대리인 관리 번호 NOVLP198); 및 2010년 3월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 12/749,170 (대리인 관리 번호 NOVLP361D1) 에 기술되어 있으며, 이들 문헌들 각각은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
상이한 구성들이 기판을 효율적으로 냉각시키고 기판에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도를 유지하도록 사용될 수 있다. 능동 냉각 시스템의 몇몇 구현예들은 기판에 걸쳐 균일한 가스 플로우와 결합되는, 페데스탈 내의 페데스탈 순환수를 포함한다. 다른 구현예들은 기판에 걸쳐 균일한 가스 플로우와 결합되고 저항성으로 (resistively) 가열되는 페데스탈을 포함한다. 다른 구성 및/또는 추가 구성이 능동 냉각 시스템에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 분리 가능한 세라믹 커버가 페데스탈과 기판 간에서 삽입되어서 기판에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도를 촉진할 수 있으며, 이러한 커버는 2011년 4월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/086,010 호 (대리인 관리 번호 NOVLP400) 에 기술되어 있으며, 이 문헌은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 일부 실시예들에서, 가스 플로우가 기판을 균일하면서 신속하게 냉각시키도록 최소 접촉 지지부들을 사용하여 제어될 수 있으며, 이는 2011년 10월 11일에 허여된 미국 특허 번호 제 8,033,771 호 (대리인 관리 번호 NOVLP298) 에 기술되어 있으며, 이 문헌은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 일부 실시예들에서, 열 전도 매체의 열 전달 계수가 열 전도 매체의 분압 (partial pressure) 을 가변시킴으로써 조절될 수 있으며, 이는 2012년 10월 12일에 허여된 미국 특허 번호 제 8,288,288 호 (대리인 관리 번호 NOVLP232) 에 기술되어 있으며, 이 문헌은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 상대적으로 낮은 기판 온도를 유지하기 위한 국부화된 냉각 시스템에 대한 다른 구성들이 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 사용될 수 있다.
기판 온도는 본 명세서에서 앞서 논의되었거나 본 기술 분야에서 알려진 냉각 시스템들 중 임의의 것을 사용하여서 금속의 응집 온도보다 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 약 -10 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 구리 씨드층들의 경우, 기판은 약 75 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도에서 유지될 수 있다. 코발트 씨드층의 경우, 기판은 약 100 ℃ 보다 높은 온도에서 유지될 수 있다.
플라즈마 처리에 노출되는 지속기간은 다른 프로세스 파라미터들에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리에 노출되는 지속기간은 리모트 플라즈마 전력을 증가시키고, 환원 챔버의 온도를 증가시키는 등에 의해서 단축될 수 있다. 특정한 실시예들에서, 금속 씨드층 또는 반귀금속층에 일체화된 막의 형태로 금속 옥사이드 표면들을 순수 금속으로 환원시키기 위한 노출의 지속기간은 약 1 초 내지 약 60 분일 수 있다. 예를 들어, 구리 씨드층들의 사전 처리를 위한, 노출의 지속기간은 약 10 초 내지 약 300 초일 수 있다.
대부분의 환원 처리들은 기판 표면을 세정하기 위해 도금 이전에 기판이 린스 및 건조될 것을 요구할 수도 있지만, 플라즈마 처리에 노출된 기판은 도금 이전에 린스 및 건조될 필요가 없다. 따라서, 플라즈마 처리를 사용하여서 금속 옥사이드 표면을 환원시키는 것은 도금 이전에 기판을 린싱 및 건조하는 추가 단계들을 방지할 수 있고, 이는 재옥사이드화 효과를 더 감소시킬 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속이 증가된 온도, 감압된 압력, UV 소스로부터의 UV 방사선, 리모트 플라즈마로부터의 UV 방사선, 및 리모트 플라즈마로부터의 라디컬, 이온 및 다른 대전된 종 중 하나 이상에 노출됨으로써 리플로우될 수도 있다. 이러한 노출은 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내에서 원자들이 보다 여기된 상태가 되게 하여서 보다 이동성이 증가되게 할 수 있다. 원자들은 보이드/갭을 감소시키기 위해, 아래에 놓인 층 상에서 이리 저리 이동할 수 있다. 그 결과, 보다 균일하고 연속적인 금속 씨드층 또는 반귀금속층이 생성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 리플로우 및 환원 처리는 동시에 발생할 수 있다.
도 2b의 단계 225b에서, 기판은 주변 조건들 하 또는 불활성 가스의 블랭킷 하에서 전기도금 시스템, 또는 무전해 도금 시스템, 또는 금속 증착 시스템, 또는 전처리 장치로 이송될 수도 있다. 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속 옥사이드들은 금속 옥사이드 표면들을 환원 가스 분위기에 노출시킴으로써 실질적으로 환원되지만, 단계 225b를 수행하는 것은 주변 분위기로의 노출로부터 재옥사이드화의 부가적인 과제를 제공할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 주변 조건들로의 노출은 이송 동안 대기를 제어하거나 이송의 지속기간을 단축시키는 것과 같은 기법들을 사용하여 최소화될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이송은 주변 조건들보다 보다 적게 옥사이드화하는, 제어된 분위기 내에서 수행된다. 이송 동안 대기를 제어하기 위해, 예를 들어, 대기는 산소가 실질적으로 결여될 수도 있다. 분위기는 실질적으로 불활성이고/이거나 저압 또는 진공일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 불활성 가스의 블랭킷 하에서 이송될 수도 있다. 이하에 논의되는 바와 같이, 단계 225b에서의 이송은 리모트 플라즈마 장치로부터 전기도금 시스템으로 발생할 수도 있고, 상기 리모트 플라즈마 장치는 전기도금 시스템에 일체화되거나 달리 연결된다. 단계 230b에서, 금속은 기판 상에 도금될 수도 있다.
본 개시는 대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하기 위한 방법들을 제공한다. 기판을 처리하는 것은 기판의 표면으로부터 오염물질들을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판을 처리하는 것은 저-k 유전체층으로부터 수소 원자 및/또는 탄소 원자를 제거하는 것, 금속을 도금하기 전에 금속 씨드층 또는 반귀금속층으로부터 옥사이드를 제거하는 것, 하드마스크층의 증착 전에 구리 표면 또는 텅스텐 표면을 세정하는 것, 등을 포함할 수 있다. 감압 분위기 또는 진공 분위기에서 기판을 플라즈마에 노출하는 대신, 기판은 대기압 하에서 플라즈마에 노출된다. 일부 구현예들에서, 대기압은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다.
대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법
대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법이 개시될 수 있다. 도 3a는 대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다. 프로세스 300a의 동작들은 상이한 순서들로, 및/또는 상이하거나, 보다 적거나 부가적인 동작들로 수행될 수도 있다.
프로세스 300a는 기판이 기판 지지부와 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 사이에 제공되는 단계 305a로 시작될 수 있다. 제 1 층이 기판의 표면 상에 형성될 수도 있다. 제 1 층은, 예를 들어, PVD-증착된 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 같은 금속층을 포함할 수 있다. 제 1 층은 CMP 후 구리층 또는 텅스텐 층과 같은 폴리싱된 금속층 또는 유전체층을 포함할 수 있다. 제 1 층은 저-k 유전체층을 포함할 수 있다. 제 1 층은 하나 이상의 오염물질들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, PVD-증착된 금속 씨드층 또는 반귀금속층은 금속 옥사이드들 및/또는 탄소 화합물들을 포함할 수 있다. CMP 후 구리층 또는 텅스텐층의 표면은 임의의 수의 표면 잔여물들 및 오염물질들을 포함할 수 있다. 저-k 유전체 재료는 수소 원자 및/또는 탄소 원자를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판은 리세스들, 또는 비아들, 또는 트렌치들과 같은 피처들을 포함할 수도 있고, 이는 도 2a에서 단계 205a를 참조하여 기술된 바와 유사할 수도 있다. 피처들은 약 3:1보다 크거나, 약 5:1보다 크거나, 약 10:1보다 큰 폭에 대한 높이의 종횡비를 갖는 리세스들, 또는 비아들, 또는 트렌치들을 포함할 수도 있다.
하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들은 대기압 또는 고압 분위기에서 동작하는 하나 이상의 플라즈마 생성기들을 포함할 수 있다. 대기압 또는 고압 분위기는 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr의 압력을 포함할 수 있다. 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들은, 전기 아크를 포함할 수 있는, DC 여기 및 코로나 방전, 유전체 배리어 방전, 및 플라즈마 제트를 포함할 수 있는 AC 여기에 의해 플라즈마를 생성할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플라즈마 소스들은 복수의 플라즈마 제트들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들을 사용하여 플라즈마를 생성하기 위해, 고전압 방전 (고전압 discharge) 이 인가될 수 있고, 고전압 방전은 약 100 V 내지 50,000 V이거나, 약 5,000 V 내지 약 15,000 V이고, 고전압 방전은 약 1 ㎑ 내지 약 20 ㎒의 주파수를 갖는다.
기판은 페데스탈과 같은 기판 지지부 상에 제공될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기판 지지부는 기판의 온도를 제어하기 위해 냉각 시스템 또는 가열 시스템을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 기판 지지부는 기판을 냉각하기 위해 능동적으로 냉각된 페데스탈을 포함할 수 있고, 기판 지지부는 기판을 가열하기 위해 가열 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기판의 온도를 제어하기 위해 이동식 부재들이 기판과 기판 지지부 사이에 갭을 생성할 수도 있다.
기판 지지부는 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들로부터 거리를 두고 기판을 위치시키기 위해 하나 이상의 이동 가능한 부재들 또는 리프트 핀들을 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기판과 대기압 플라즈마 소스들 간의 거리는 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜와 같이 밀리미터 단위일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 샤워헤드는 기판과 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 사이에 배치될 수도 있다. 기판과 샤워헤드 사이의 거리는 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜일 수 있다. 따라서, 기판은, 기판이 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 상대적으로 가깝게 위치될 수도 있도록, 기판 지지부와 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 사이에 제공될 수도 있다. 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 대한 기판 지지부의 위치는 밀리미터 단위일 수도 있고, 다른 플라즈마 소스들에 대한 기판 지지부의 위치는 센티미터 및 수십 센티미터 단위일 수 있다.
통상적으로, 일반적으로 저압 플라즈마 내의 라디컬들 및 이온들은 실질적으로 상호작용하지 않는 것으로 간주될 수 있기 때문에, 저압 플라즈마는 기판으로부터 센티미터 단위의 거리에서 생성될 수 있다. 그러나, 고압 플라즈마 내의 라디컬들 및 이온들은 변함없이 상호작용하는 것으로 간주될 수 있기 때문에, 고압 플라즈마는 기판으로부터 밀리미터 단위의 거리에서 생성될 수 있다. 고압 플라즈마에서, 반응 종은 매우 짧은 거리 내에서 신속한 재조합을 겪을 수 있다. 따라서, 기판의 표면에 도달하기 전에 고압 플라즈마의 이온들 및 라디컬들의 평균 자유 경로 (mean free path) 는 상대적으로 작을 수 있다. 이는 고압 플라즈마 내에서 기판의 표면에서 반응하는 라디컬들 및 이온들의 제어를 어렵게 만들 수 있다.
프로세스 300a는 프로세스 가스가 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들로 제공되는, 단계 310a에서 계속될 수 있다. 임의의 적합한 프로세스 가스 또는 가스들의 조합이 플라즈마를 형성하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 프로세스 가스는 반응 가스종 및 불활성 (희석) 가스종의 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 반응 가스종의 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 수소, 암모니아, 및 하이드라진을 포함할 수 있다. 불활성 가스종의 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논, 및 라돈을 포함할 수 있다.
프로세스 가스는 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들의 방전 섹션으로 프로세스 가스를 흘림으로써 제공될 수도 있다. 플라즈마 제트에서, 프로세스 가스는 방전 섹션으로 흐르고, 여기되고, 플라즈마로 변환된다. 플라즈마는 처리될 기판의 표면으로 제트 헤드를 통과한다. 유전체 배리어 방전에서, 프로세스 가스는 2 개의 전극들 사이의 공간으로 전달될 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판의 표면은 유전체 배리어로서 작용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유전체 코팅된 금속 샤워헤드 또는 세라믹 결합된 금속 샤워헤드가 유전체 배리어로서 기능할 수 있다. 중공 캐소드에서, 프로세스 가스는 중공 캐소드를 통해 흐르고, 중공 캐소드와 전극 사이의 공간으로 들어간다.
프로세스 300a는, 플라즈마가 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 내에서 대기압 하에서 형성되는, 단계 315a로 계속될 수 있다. 플라즈마는 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마는 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들뿐만 아니라 프로세스 가스로부터 생성된 광자들 (예를 들어, UV 방사선) 도 포함한다. 플라즈마를 형성하기 위해, 펄스 발생기는 고전압 방전을 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 인가할 수 있다. 펄스 발생기는 프로세스 가스의 항복 전압보다 큰 전압을 인가할 수 있다. 일부 구현예들에서, 인가된 전압은 약 100 V 내지 약 50,000 V, 예를 들어, 약 5,000 V 내지 15,000 V일 수 있다.
플라즈마는 고압에서 또는 대기압에서 형성될 수도 있고, 압력은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. 고압에서 동작함으로써, 대기압 플라즈마는 고비용의 진공 장비, 로드록들, 및 로봇 어셈블리들을 회피할 수 있다. 플라즈마는 챔버를 진공 펌핑하지 않고, 또는 챔버를 감압으로 만들지 않고 형성될 수도 있고, 감압은 약 0.1 Torr 내지 5 Torr이다.
일부 구현예들에서, 플라즈마는 프로세싱 챔버 또는 반응 용기에서 밀폐되지 (containment) 않고 형성되고 기판으로 전달될 수도 있다. 이는 증착 전에 기판을 처리하기 위한 별도의 밀폐 구조물을 제공하는 것과 연관되어 임의의 부가적인 비용들을 감소시킬 수 있다. 이러한 구현예들에서, 프로세스 가스는 감소된 농도의 반응 종 및 증가된 농도의 희석 종을 갖는 가스 혼합물일 수 있다. 증가된 농도의 희석 가스종은 안전상의 이유로 도입될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스는 형성 가스를 포함할 수도 있다. 형성 가스는 수소와 질소의 혼합물을 포함할 수 있다. 수소의 농도는 형성 가스의 약 50 ％보다 작거나 약 10 ％보다 작을 수 있다. 질소의 농도는 형성 가스의 약 50 ％보다 크거나 약 90 ％보다 클 수 있다.
일부 구현예들에서 플라즈마는 프로세싱 챔버 또는 반응 용기에서 밀폐되지 않고, 주변 조건들에서 형성될 수도 있지만, 다른 구현예들은 프로세싱 챔버 내부에서 플라즈마를 형성하고 기판으로 전달할 수도 있다. 프로세싱 챔버는 펌프들, 환기구 (ventilation), 및 프로세스 가스 및 플라즈마를 포함하는 안전한 피처들을 제공할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 프로세스 가스는 순수 가스의 반응 종이거나 증가된 농도의 반응 종 및 감소된 농도의 희석 종을 갖는 가스 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 프로세스는 수소와 암모니아 중 적어도 하나를 실질적으로 포함할 수 있고, 수소와 암모니아 중 적어도 하나는 가스 혼합물의 90 ％보다 많다. 또한, 플라즈마가 형성되는 분위기의 압력이 조정될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 챔버 내의 압력은 불활성 가스 또는 임의의 다른 적합한 가스를 프로세싱 챔버 내로 흘림으로써 조정될 수 있다. 불활성 가스를 흘리는 것은 프로세싱 챔버를 가압할 뿐만 아니라, 프로세싱 챔버 내에서 산소의 양을 감소시킬 수 있다.
일부 구현예들에서, 플라즈마는 약 0 ℃ 내지 약 400 ℃의 온도로 형성될 수도 있다. 이는 처리될 제 1 층의 재료에 부분적으로 의존할 수 있다. 예를 들어, 제 1 층이 구리를 포함하면, 플라즈마는 약 0 ℃ 내지 약 75 ℃의 온도로 형성될 수도 있다. 제 1 층이 코발크를 포함하면, 플라즈마는 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃의 온도로 형성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마는 또한 저온 또는 기온에서 형성될 수도 있고, 온도는 약 150 ℃보다 낮거나, 약 75 ℃보다 낮거나, 약 50 ℃보다 낮거나, 약 5 ℃ 내지 약 30 ℃일 수 있다. 통상적인 플라즈마는 상대적으로 고온인 조건들 하에서 생성될 수도 있다. 그러나, 이러한 플라즈마는 기판을 가열할 수도 있고, 씨드층의 응집을 포함하여, 의도치 않은 효과들을 유발할 수 있다. 플라즈마가 저온 또는 기온에서 형성될 때, 기판은 목표된 온도 레벨들에서 보다 용이하게 유지될 수 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마는 기판을 능동적으로 냉각하기 위해 어떠한 냉각 시스템도 사용하지 않고 형성되고 기판으로 전달될 수도 있다.
프로세스 300a는 기판의 표면을 처리하기 위해 기판이 대기압 하에서 플라즈마에 노출되는 단계 320a에서 계속될 수 있다. 프로세스 가스로부터의 라디컬들, 이온들, 및/또는 광자들 (예를 들어, UV 방사선) 은 기판의 제 1 층과 반응할 수도 있다. 기판 상에서 제 1 층의 처리는 제 2 층의 증착 전에 제 1 층 내의 오염물질들을 제거할 수도 있다.
제 1 층은 대기압 하에서 플라즈마로의 노출에 의해 처리될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 층은 금속 씨드층 또는 반귀금속층을 포함할 수도 있고, 제 1 층의 처리는 금속 씨드층 또는 반귀금속층으로부터 옥사이드들, 탄소 화합물들, 또는 다른 오염물질들의 제거를 포함할 수 있다. 제 1 층은 CMP 후 구리층 또는 텅스텐층을 포함할 수도 있고, 제 1 층의 처리는 CMP 후 구리층 또는 텅스텐층으로부터 표면 잔여물들 및 다른 오염물질들을 제거할 수도 있다. 제 1 층은 저-k 유전체 재료를 포함할 수도 있고, 제 1 층의 처리는 저-k 유전체 재료로부터 수소 원자 및/또는 탄소 원자를 제거할 수도 있다.
기판 표면에 걸친 플라즈마의 분배 및 균일성에 대한 제어는 대기압 플라즈마로 어려울 수도 있다. 그러나, 기판 표면의 처리를 위해, 기판 표면 상에 재료의 증착과 반대로, 기판 표면에 걸친 정밀한 제어는 중요하지 않을 수도 있다. 보다 중요할 수도 있는 것은 기판 표면에서 생성된 라디컬들의 양이다. 대기압 플라즈마 소스들은, 가스 혼합물, 기판과 플라즈마 소스들 간의 거리, 압력, 및 인가된 전압을 제어함으로써, 기판의 표면에서 상대적으로 높은 밀도의 라디컬들을 생성할 수 있다. 대기압 플라즈마 소스들은 전술한 파라미터들 중 하나 이상을 제어함으로써 라디컬들의 생성에 대해 보다 큰 제어를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 기판 표면과 하나 이상의 플라즈마 소스들 간의 거리는, 약 10 ㎜보다 작거나, 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜일 수 있다.
일부 구현예들에서, 기판의 표면에서 형성된 상대적으로 높은 밀도의 라디컬들은 복수의 비아들 또는 트렌치들을 갖는 기판의 처리에 유용할 수 있다. 라디컬들의 밀도를 상승시키는 것은 라디컬들이 리세스들, 또는 비아들, 또는 트렌치들, 특히, 고 종횡비 리세스들, 또는 비아들, 또는 트렌치들에 도달할 가능성을 상승시킬 수 있다. 따라서, 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 의해 형성된 플라즈마는 무딘 톱니 모양의 (crenulated) 표면을 보다 효과적으로 처리할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 프로세스 300a는 대기압 조건들 하에서 기판을 증착 장치로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기판은 처리 동안 대기압 조건들에 이미 노출되었기 때문에, 기판은 부가적인 로봇 어셈블리들, 로드록들, 냉각 시스템들, 및 챔버들 없이 이송될 수도 있다. 이는 쓰루풋을 증가시키고 부가적인 장비의 유지보수 및 동작과 연관된 비용을 감소시킬 수 있다.
일부 구현예들에서, 프로세스 300a는 제 1 층을 플라즈마에 노출시킨 후에 제 1 층 위에 제 2 층을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 층은 금속 씨드층 또는 반귀금속층을 포함하고, 제 2 층은 벌크 전기도금된 금속층을 포함할 수 있다. 제 1 층이 CMP 후 구리층 또는 텅스텐층을 포함하고, 제 2 층은 하드마스크층을 포함할 수 있다. 제 1 층은 저-k 유전체를 포함하고, 제 2 층은 에칭 정지층을 포함할 수 있다.
대기압 플라즈마를 사용하여 기판 표면 상에서 금속 옥사이드들을 환원시키는 방법이 개시될 수 있다. 도 3b는 기판 상에 금속을 도금하기 전에, 금속 옥사이드들을 환원시키기 위하여 대기압 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 방법을 예시하는 예시적인 흐름도를 도시한다. 프로세스 300b의 동작들은 상이한 순서들로 및/또는 상이하거나 보다 적거나 부가적인 동작들로 수행될 수도 있다.
프로세스 300b는 금속 씨드층 또는 반귀금속층이 기판 상에 증착되는 단계 305b에서 시작될 수 있다. 구리 씨드층과 같은 금속 씨드층은 PVD와 같은 적합한 증착 기법을 사용하여 기판 상에 증착될 수도 있다. 금속 씨드층 또는 반귀금속층은 약 15 Å 내지 100 Å 또는 그 이상의 평균 두께를 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 금속 씨드층 또는 반귀금속층은 약 40 Å 내지 약 80 Å의 두께를 가질 수 있다. 기판은 약 3:1보다 크거나 약 10:1보다 큰 폭에 대한 높이의 종횡비를 갖는 리세스들, 또는 비아들, 또는 트렌치들을 가질 수도 있다.
프로세스 300b는, 기판이 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 일부가 금속의 옥사이드로 변환된, 대기압 플라즈마 장치로 이송되는, 단계 310b에서 계속될 수 있다. 대기압 플라즈마 장치는 프로세싱 챔버의 일부일 수 있다. 일부 구현예들에서, 단계 310b에서의 이송은 기판을 프로세싱 챔버로 제공하기 전에, 이송 챔버 내에서 발생할 수 있다. 이송 챔버는 질소 가스와 같은, 불활성 가스로 충진되거나 가압될 수도 있다. 그 결과, 분위기는 재옥사이드화의 효과들을 감소시키도록 산소가 실질적으로 결핍될 수도 있다. 이송 전 또는 이송 동안, 금속 씨드층 또는 반귀금속층은 금속 옥사이드로 금속을 변환하기 위해 주변 조건들에 노출될 수도 있다. 금속의 옥사이드로 변환된 부분들을 갖는 제공된 금속 씨드층 또는 반귀금속층은, 불량한 계면 품질로 인해 유발된 보이드 형성, 피팅 (pitting), 피처들 내에서 불균일한 도금, 및 접착/박리의 추가적인 문제들을 유발할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 금속 옥사이드로 변환되는 금속층의 원소 조성의 약 50 ％보다 많거나, 약 70 ％보다 많거나, 약 90 ％보다 많거나, 약 95 ％보다 많은, 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 상당한 부분이 옥사이드로 변환될 수 있다.
프로세스 300b는 환원 가스종이 대기압 플라즈마 장치 내의 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들로 제공되는, 단계 315b에서 계속될 수 있다. 대기압 플라즈마 장치는 프로세싱 챔버의 일부이거나 프로세싱 챔버를 포함할 수도 있고, 프로세싱 챔버는 불활성 가스로 충진되거나 가압될 수도 있다. 환원 가스종은 H2, NH3, CO, B2H6, 설파이트 화합물들, 탄소 및/또는 하이드로카본들, 포스파이트들, 및/또는 N2H4를 포함할 수 있다. 환원 가스종은 가스 혼합물의 일부일 수 있고, 가스 혼합물은 환원 가스종 및 불활성 (희석) 가스종을 포함한다. 불활성 가스종의 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논, 및 라돈을 포함할 수 있다. 환원 가스종은 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들의 방전 섹션에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들은 유전체 배리어 방전을 포함하고, 환원 가스종은 프로세싱 챔버 내에서 금속 전극과 유전체 배리어 사이의 공간으로 흐를 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기판의 표면은 유전체 배리어로서 작용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유전체 코팅되거나 세라믹 결합된 금속 샤워헤드가 유전체 배리어로서 기능할 수 있다.
프로세스 300b는 대기압 하에서 플라즈마가 형성되는, 단계 320b에서 계속될 수 있다. 플라즈마는 환원 가스종의 라디컬들 및 이온들을 포함한다. 일부 구현예들에서, 플라즈마는 환원 가스종으로부터 라디컬들, 이온들, 및 광자들 (예를 들어, UV 방사선) 을 포함한다. 플라즈마를 형성하기 위해, 펄스 발생기는 고전압 방전을 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 인가할 수 있다. 펄스 발생기는 가스의 항복 전압보다 큰 전압을 인가할 수 있다. 일부 구현예들에서, 인가된 전압은 약 100 V 내지 약 50,000 V, 예를 들어, 약 5,000 V 내지 15,000 V일 수 있다. 플라즈마는 고압에서 또는 대기압에서 형성될 수도 있고, 압력은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. 플라즈마는 또한 저온 또는 기온에서 형성될 수도 있고, 온도는 약 150 ℃보다 낮거나, 약 50 ℃보다 낮거나, 약 5 ℃ 내지 약 30 ℃일 수 있다.
프로세스 300b는 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내에서 금속을 리플로우시키기 위해, 기판이 대기압 하에서 플라즈마에 노출되는 단계 325b에서 계속될 수 있다. 단계 325b에서, 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 플라즈마의 상호작용 및 프로세스 조건들은 도 2b의 단계 220b에 대하여 본 명세서에서 앞서 논의된 플라즈마의 상호작용 및 프로세싱 조건들과 유사할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 일체화된 막의 형태로 금속의 옥사이드를 금속으로 환원시킬 수도 있다. 환원 가스종의 라디컬들, 환원 가스종의 이온들, 환원 가스종으로부터의 UV 방사선, 또는 환원 가스종 자체는, 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 일체화된 막의 형태로 금속의 옥사이드를 금속으로 변환할 수 있는 조건들 하에서 금속 옥사이드와 반응할 것이다. 금속 씨드층 또는 반귀금속층과 일체화된 막의 특징들은 도 4d에 대하여 보다 상세히 논의된다.
도 4a 내지 도 4d는 도전성 배리어층 상에 증착된 금속층의 단면 개략도의 예들을 도시한다. 그러나, 금속층이 도전성 배리어층의 일부일 수도 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
도 4a는 도전성 배리어층 (419) 위에 증착된 옥사이드화된 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다. 금속층은, 그 위에 구리 씨드층이 후속하여 형성될 수도 있는, 반귀금속층을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 금속층 (420) 은, 금속층 (420) 일부 내에서 금속을 금속 옥사이드 (425) 로 변환할 수 있는, 주변 조건들에서 산소 또는 수증기에 노출 시 옥사이드화될 수도 있다.
도 4b는 금속 옥사이드의 제거로 인해 보이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다. 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 일부 솔루션들은 보이드들 (426) 을 발생시키는, 금속 옥사이드 (425) 의 제거에 의해 금속 옥사이드 (425) 를 처리한다. 예를 들어, 금속 옥사이드 (425) 는 산 또는 다른 화학물질에 의한 옥사이드 에칭 또는 옥사이드 용해에 의해 제거될 수 있다. 보이드들 (426) 의 두께가 금속층 (420) 의 두께에 비하여 실질적으로 클 수 있기 때문에, 후속하는 도금에 대한 보이드들 (426) 의 효과는 상당할 수 있다.
도 4c는 금속층과 일체화되지 않은 반응 생성물을 형성하는, 환원된 금속 옥사이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다. 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 일부 처리들은 금속층 (420) 과 금속을 응집시키는 조건들 하에서 금속 옥사이드 (425) 를 환원시킨다. 일부 실시예들에서, 환원 기법들은, 금속층 (420) 과 응질할 수 있는, 구리 파우더와 같은 금속 입자들 (427) 을 생성한다. 금속 입자들 (427) 은 금속층 (420) 과 일체화된 막을 형성하지 않는다. 대신, 금속 입자들 (427) 은 연속적이지 않고, 컨포멀하지 않고/거나 금속층 (420) 에 접착되지 않는다.
도 4d는 금속층과 일체화된 막을 형성하는 환원된 금속 옥사이드를 갖는 금속층의 단면 개략도의 예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 환원 가스종으로부터의 라디컬들, 환원 가스종으로부터의 이온들, 환원 가스종으로부터의 UV 방사선, 또는 환원 가스종 자체는 금속 옥사이드 (425) 를 환원시킬 수 있다. 환원 가스 대기에 대한 프로세스 조건들이 조정될 때, 도 4a의 금속 옥사이드 (425) 는 금속층 (420) 과 일체화된 막 (427) 으로 변환될 수도 있다. 막 (427) 은 파우더가 아니다. 도 4c의 예와 반대로, 막 (427) 은 자신을 금속층 (420) 과 일체화시키는 몇몇 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 막 (427) 은 실질적으로 연속적이고 금속층 (420) 윤곽에 컨포멀할 수 있다. 또한, 막 (427) 은 막 (427) 이 금속층 (420) 으로부터 쉽게 박리되지 않도록, 금속층 (420) 에 실질적으로 접착될 수 있다.
도 3b로 돌아가서, 프로세스 300b는, 기판이 전기도금 장치 또는 무전해 도금 장치로 이송되는, 단계 330b에서 계속될 수 있다. 일부 구현예들에서, 단계 330b에서의 이송은 이송 챔버 내에서 발생할 수 있고, 이송은 불활성 가스의 블랭킷 하에서 발생할 수도 있다. 즉, 주변 조건들로의 노출이 최소화되거나 그렇지 않으면 감소될 수도 있다. 예를 들어, 이송 챔버는 가압되거나 그렇지 않으면 질소 가스로 충진될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 이송 챔버는 기판의 플라즈마로의 노출 후에, 기판의 온도를 제어하기 위해, 능동적으로 냉각된 페데스탈과 같은, 냉각 시스템을 포함할 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 기판은 냉각 가스에 노출될 수도 있고, 냉각 가스는 아르곤, 헬륨, 및 질소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판의 온도는 약 -10 ℃ 내지 약 150 ℃로 유지될 수 있다.
프로세스 300b는, 금속이 금속 씨드층 또는 반귀금속층 상에 도금되는 단계 335b에서 계속될 수 있다. 일부 구현예들에서, 금속을 도금하는 것은 전기도금 장치 내에서 도금 욕을 사용하여 금속의 벌크 증착을 포함할 수 있다. 금속의 벌크 증착을 위해 사용된 도금 욕은, 고 종횡비 리세스들, 비아들, 및 트렌치들을 포함하는, 피처들을 충진할 수 있다. 벌크 구리 충진물을 증착하기 위한 전기도금 방법들의 예들은 미국 특허 번호 제 6,946,065 (대리인 관리 번호 NOVLP071D1) 및 또한 미국 특허 번호 제 7,799,674 호 (대리인 관리 번호 NOVLP207) 에 기술되고, 양자는 모든 목적들을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. 구리의 벌크층을 증착하는 것은 전기도금에 의해 달성될 수도 있지만, 씨드층이 매우 얇고 불연속이면 어려울 수 있다. 그러나, 반귀금속층 및/또는 금속 씨드층 상에서 대기압 플라즈마를 사용하여 금속 옥사이드들을 환원시키는 것은 보다 균일한 도금을 위해 씨드층 내에서의 불연속부들 및 보이드들을 감소시킬 수 있다. 대기압 플라즈마 처리는 금속 씨드층 또는 반귀금속층이 증착될 때 남는 유기 불순물들을 제거함으로써 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 도전율을 상승시킬 수도 있다.
대기압 플라즈마 장치를 갖는 전기도금 장치
도 5a는 전기도금 장치의 상단 개략도의 예를 도시한다. 전기도금 장치 (500) 는 3 개의 개별 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 을 포함할 수 있다. 전기도금 장치 (500) 는 또한 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 3 개의 개별 모듈들 (512, 514, 및 516) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 모듈들 (512 및 516) SRD (spin rinse drying) 모듈들일 수도 있고, 모듈 (514) 은 어닐링 스테이션일 수도 있다. 그러나, SRD 모듈들의 사용은 플라즈마 처리로의 노출 후에 불필요할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 모듈들 (512, 514, 및 516) 중 적어도 하나는 PEM들 (post-electrofill modules) 일 수도 있고, 각각 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 중 하나에 의해 기판이 프로세싱된 후, 에지 베벨 제거, 후측 에칭, 산성 세정, 스피닝, 및 기판의 건조와 같은 기능을 수행하도록 구성된다.
전기도금 장치 (500) 는 중앙 전기도금 챔버 (524) 를 포함할 수 있다. 중앙 전기도금 챔버 (524) 는 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 내에서 도금 용액으로서 사용된 화학물질 용액을 홀딩하는 챔버이다. 전기도금 장치 (500) 는 또한, 도금 용액을 위한 첨가제들을 저장하고 전달할 수도 있는 도징 시스템 (526) 을 포함한다. 화학물질 희석 모듈 (522) 은 에천트로서 사용될 수도 있는 화학물질들을 저장하고 혼합할 수도 있다. 필터링 및 펌핑 유닛 (527) 은 중앙 전기도금 챔버 (524) 용 도금 용액을 필터링하고 이를 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 로 펌핑할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 어닐링 스테이션 (532) 이 전처리로서 기판을 어닐링하는데 사용될 수 있다. 어닐링 스테이션 (532) 은 예를 들어 5 개의 스택된 어닐링 디바이스들과 같은 다수의 스택형 어닐링 디바이스들을 포함할 수도 있다. 어닐링 디바이스들은 어닐링 스테이션 (532) 에서 위로 계속 스택되는 방식으로, 개별 스택으로 또는 다른 복수의 디바이스 구성으로 배열될 수 있다.
시스템 제어기 (530) 는 전기도금 장치 (500) 를 동작시키기 위해 필요한 전자적 제어 및 인터페이스 제어를 제공한다. 이 시스템 제어기 (530) (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기를 포함할 수 있음) 는 전기도금 장치 (500) 의 특성 일부 또는 모두를 제어한다. 시스템 제어기 (530) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 이 프로세서는 CPU, 또는 컴퓨터, 아날로그 입출력 접속부 및/또는 디지털 입출력 접속부, 스텝퍼 모터 제어기 보드들 및 다른 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 본 명세서에서 기술된 바와 같은 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이러한 인스트럭션들은 시스템 제어기 (530) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장되거나 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 시스템 제어기 (530) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.
전기도금 장치 (500) 내의 시스템 제어 소프트웨어는 전기도금 장치 (500) 에 의해서 수행되는 타이밍, 전해질 성분들의 혼합 (mixture), 유입부 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 기판 온도, 기판 및 임의의 다른 전극들에 인가된 전류 및 전위, 기판 위치, 기판 회전 또는 다른 파라미터들을 제어하기 위한 전기도금 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하는데 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴 또는 제어 객체가 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상술한 바와 같은 다양한 파라미터를 제어하기 위한 인스트럭션들을 시퀀싱하는 IOC (input/output control) 를 포함한다. 예를 들어, 전기도금 프로세스의 각 페이즈 (phase) 는 시스템 제어기 (530) 에 의해 실행되는 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있으며, 전처리 또는 환원 프로세스의 각 페이즈는 시스템 제어기 (530) 에 의해서 실행되는 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 전기도금 시, 담금 프로세스 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 담금 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 전처리 또는 환원 처리 시, 기판을 플라즈마에 노출시키기 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 환원 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 전기도금 프로세스 및 환원 프로세스의 페이즈들은 순차적으로 배열될 수도 있고, 이로써 일 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스 페이즈와 동시에 실행된다.
다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 몇몇 실시예들에서 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예는 기판 포지셔닝 프로그램, 전해질 조성 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 가열기 제어 프로그램, 전위/전류 전원 제어 프로그램을 포함한다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 이 프로그램의 섹션들의 다른 예는 타이밍 제어 프로그램, 이동 가능한 부재 포지셔닝 프로그램, 기판 지지부 포지셔닝 프로그램, 플라즈마 장치 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 기판 지지부 온도 제어 프로그램, 샤워헤드 온도 제어 프로그램, 냉각 가스 제어 프로그램 및 가스 분위기 제어 프로그램을 포함한다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (530) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽 소프트웨어 디스플레이, 포인팅 디바이스, 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰 등과 같은 사용자 입력 디바이스를 포함할 수 있다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들이 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (530) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 접속부들에 의해서 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴의 아날로그 출력 접속부 및 디지털 출력 접속부 상에 출력될 수 있다. 이러한 프로세스 툴 센서들의 비한정적 예들은 질량 유량 제어기, (마노미터와 같은) 압력 센서, 써모커플 등을 포함한다. 적절하게 프로그램된 피드백 알고리즘 및 제어 알고리즘은 기판의 온도와 같은 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이러한 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다.
핸드-오프 툴 (540) 은 카세트 (542) 또는 카세트 (544) 와 같은 기판 카세트로부터 기판을 선택할 수도 있다. 카세트 (542) 또는 카세트 (544) 는 FOUP (front opening unified pod) 일 수도 있다. FOUP는 제어 환경에서 기판을 안전하면서 안정되게 홀딩하고 적절한 로딩 포트 및 로봇 핸들링 시스템이 구비된 툴들에 의해서 프로세싱 또는 측정되기 위해서 기판이 이동되게 하도록 설계된 인클로저 (enclosure) 이다. 핸드-오프 툴 (540) 은 진공 흡착 또는 몇몇 다른 흡착 메카니즘을 사용하여서 기판을 홀딩할 수도 있다.
핸드-오프 툴 (540) 은 어닐링 스테이션 (532), 카세트 (542 또는 744), 이송 스테이션 (550) 또는 정렬기 (548) 와 인터페이싱할 수도 있다. 이송 스테이션 (550) 으로부터, 핸드-오프 툴 (546) 은 기판에 대한 액세스를 얻을 수도 있다. 이송 스테이션 (550) 은 핸드-오프 툴 (540, 546) 이 정렬기 (548) 를 통과하지 않고 기판을 그로 전달하거나 그로부터 전달받는 위치 또는 슬롯일 수도 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전기도금 모듈로의 정확한 전달을 위해서 기판이 핸드-오프 툴 (546) 상에서 적절하게 정렬되도록 하기 위해서, 핸드-오프 툴 (546) 은 기판을 정렬기 (548) 로 정렬시킬 수 있다. 정렬기 (548) 는 핸드-오프 툴 (540) 이 기판을 대향하여 미는 정렬 핀들을 포함할 수 있다. 기판이 정렬 핀들에 대해서 적절하게 정렬되면, 핸드-오프 툴 (540) 은 정렬 핀들에 대해서 사전설정된 위치로 이동한다. 핸드-오프 툴 (546) 은 또한 기판을 전기도금 모듈 (502, 504, 또는 506) 중 하나 또는 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 3 개의 별개의 모듈들 (512, 514, 및 516) 중 하나로 전달할 수도 있다.
금속 씨드층이 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 중 하나 내에서 기판 상으로 전기도금될 수도 있다. 금속 씨드층 전기도금 동작이 완료된 후에, 핸드-오프 툴 (540) 은 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 중 하나로부터 기판을 제거하고 기판을 PEM들 (512, 514, 및 516) 중 하나로 이송할 수 있다. 예를 들어, PEM들 (512, 514, 및 516) 중 하나는 기판을 세정, 린스, 건조, 또는 달리 처리할 수 있다. 이어서, 기판은 핸드-오프 툴 (540) 에 의해서 픽업되어서 및 이송 스테이션 (550) 내에 배치된다. 이송 스테이션 (550) 은 정렬기 (548) 를 통해서 가지 않고 핸드-오프 툴 (540 및 546) 이 기판들을 그로부터 그리고 그로 전달할 수 있는 슬롯 또는 위치일 수 있다. 이어서, 핸드-오프 툴 (540) 은 기판을 이송 챔버 (550) 로부터 선택적으로 카세트로 또는 어닐링 스테이션들 중 하나 또는 리모트 플라즈마 장치로 이동시킨다. 기판이 카세트 내로 삽입되면, 기판은 이후에 처리 및 벌크 전기도금을 위해서 저장될 수도 있다. 대안적으로, 기판은 간단하게 어닐링 스테이션 또는 리모트 플라즈마 장치로 이동될 수 있다. 이후에, 핸드-오프 툴 (540) 은 기판을 다시 정렬기 (548) 및 핸드-오프 툴 (546) 을 통해 벌크 전기도금을 위해 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 중 하나로 이동시킨다. 피처들이 금속으로 충진된 후에, 기판은 PEM들 (512, 514, 및 516) 중 하나로 이동될 수 있다. 일부 실례들에서, 기판 상의 특정 위치들 (말하자면, 에지 베벨 영역 및 후측면) 로부터의 원치않은 금속이 화학적 희석 모듈 (522) 에 의해서 제공된 에천트 용액에 의해서 에칭 제거될 수 있다. PEM들 (512, 514, 및 516) 은 또한 기판을 세정, 린스, 건조, 또는 달리 처리할 수 있다.
일부 실시예들에서, 리모트 플라즈마 장치는 전기도금 장치 (500) 의 일부이거나 이에 통합될 수 있다. 도 5b는 전기도금 장치와 함께 리모트 플라즈마 장치의 확대된 상면 개략도의 예를 도시한다. 그러나, 리모트 플라즈마 장치는 대안적으로, 무전해 도금 장치 또는 다른 금속 증착 장치에 부착될 수도 있다는 것을 당업자에게 이해될 것이다. 리모트 플라즈마 장치 (560) 는 전기도금 장치 (500) 의 측면에 부착될 수도 있다. 리모트 플라즈마 장치 (560) 는 리모트 플라즈마 장치 (560) 및 전기도금 장치 (500) 로/로부터의 기판의 효율적인 이송을 용이하게 하는 방식으로 전기도금 장치 (500) 에 연결될 수도 있다. 핸드-오프 툴 (540) 은 카세트 (542 또는 544) 로부터 기판으로의 액세스를 얻을 수 있다. 핸드-오프 툴 (540) 은 기판을 리모트 플라즈마 처리 및 냉각 동작에 노출시키기 위하여 기판을 리모트 플라즈마 장치 (560) 에 전달할 수도 있다. 핸드-오프 툴 (540) 은 기판을 리모트 플라즈마 장치 (560) 로부터 이송 스테이션 (550) 으로 전달할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 정렬기 (548) 는 전기도금 모듈들 (502, 504, 및 506) 중 하나 또는 3 개의 별개의 모듈들 (512, 514, 및 516) 중 하나로 전달하기 전에 기판을 정렬시킬 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (530) 는 리모트 플라즈마 장치 (560) 내의 프로세스 조건들에 대한 파라미터들을 제어할 수도 있다. 이러한 파라미터들의 비한정적인 예들은 기판 지지부 온도, 샤워헤드 온도, 기판 지지부 위치, 이동가능한 부재들 위치, 냉각 가스 플로우, 냉각 가스 온도, 프로세스 가스 플로우, 프로세스 가스 압력, 배출 가스 (venting gas) 플로우, 배출 가스, 환원 가스, 플라즈마 전력, 및 노출 시간, 이송 시간, 등을 포함한다. 이들 파라미터들은, 본 명세서에서 앞서 기술된 바와 같이 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는, 레시피의 형태로 제공될 수도 있다.
전기도금 장치 (500) 의 일부인 리모트 플라즈마 장치 (560) 내에서의 동작들은 컴퓨터 시스템에 의해 제어될 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반귀금속층 또는 금속 씨드층 내의 금속 옥사이드들을 금속으로 환원시키기 위해 필요한 모든 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 또한 기판을 냉각하고, 기판을 위치시키고, 기판을 로딩/언로딩하기 위해 필요한 모든 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
도 5c는 저압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다. 도면은 복수의 구역들을 포함하는 전기도금 장치 (500c) 를 예시한다. 동작 압력 범위는 전기도금 장치 (500c) 의 구역 각각에 대해 나타내었다. 기판은 기판 상에 금속을 전기도금하기 전에 구역 각각을 통해 일련의 프로세싱 단계들을 겪을 수 있고, 기판은 프로세싱 단계 각각에서 상이한 분위기 조건들에 노출될 수 있다. 도 5c에서, FOUP (542) 는, 기판이 전기도금 장치 (500c) 내에 로딩될 수 있도록, 기판을 수용할 수도 있다. FOUP (542) 는 대기압 조건들에서 기판을 수용할 수도 있고, 압력은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수도 있다. 로봇 어셈블리 (540c) 는 기판에 액세스하고 FOUP (542c) 로부터 기판을 들어올리기 위해 FOUP (542c) 와 인터페이싱할 수도 있다. 로봇 어셈블리 (540c) 는 이송 스테이션 (550c) 또는 이송 포트 내의 슬롯 또는 위치로 기판을 전달할 수도 있다. 로드록 (555c) 은, 로드록 (555c) 이 이송 스테이션 (550c) 을 통해 로봇 어셈블리 (540c) 로부터 기판을 수용할 수 있도록, 이송 스테이션에 커플링될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 로봇 어셈블리 (540c) 및 이송 스테이션 (550c) 은 감압 또는 진공 압력에 기판을 홀딩할 수도 있다. 이미 그렇지 않다면, 로드록 (555c) 은 감압 또는 진공 압력으로 펌핑 다운될 수도 있고, 압력은 약 0.1 Torr 내지 약 5 Torr이다. 로드록 (555c) 은 제 1 플라즈마 장치 (512c) 또는 제 2 플라즈마 장치 (514c) 를 구비하거나 달리 연결될 수도 있다. 제 1 플라즈마 장치 (512c) 및 제 2 플라즈마 장치 (514c) 는 감압 또는 진공 압력 하에서 직접 플라즈마 또는 리모트 플라즈마를 사용하여 기판을 프로세싱할 수 있다. 리모트 플라즈마 장치의 예는 도 6a를 참조하여 기술될 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판은 전기도금 모듈 (502c) 로 기판을 이송하기 전에 샤워헤드, 페데스탈, 냉각 가스 또는 다른 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 이송 동안, 로봇 어셈블리 (540c) 는 이송 스테이션 (550c) 을 통해 로드록 (555c) 으로부터 기판을 수용할 수도 있다. 이송 스테이션 (550c) 은 전기도금 모듈 (502c) 로 기판을 전달할 수도 있다. 기판이 전기도금 모듈 (502c) 로 이송될 때, 기판은 대기압에 노출될 수 있고, 압력은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. 기판 상에 금속을 전기도금한 후, 기판은 FOUP (542c) 로 돌아갈 수도 있다.
대기압 플라즈마 장치를 갖는 전기도금 장치가 개시될 수 있다. 대기압 플라즈마 장치의 포함은 감압 또는 진공 압력에서 동작하는 플라즈마 장치에 의해 달리 점유된 공간의 양을 감소시킬 수 있다. 진공 펌핑을 위한 장비, 로드록들, 및 로봇 어셈블리들은, 전기도금 장치가 프로세싱 단계 각각에서 동일한 분위기 조건들에서 동작할 수 있기 때문에, 불필요해지거나 그렇지 않으면 삭제될 수도 있다. 이는 전기도금 장치의 제작, 동작, 및 유지보수 비용을 감소시킬 수 있다. 이는 또한 기판의 프로세싱을 위한 쓰루풋을 증가시키고 뿐만 아니라 전기도금 장치에 의해 점유된 풋프린트를 감소시킬 수 있다.
도 5d는 일부 구현예들에서 고압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다. 전기도금 장치 (500d) 에서, 기판은 고압 또는 대기압 하에서 수용되고, 이송되고, 처리되고, 전기도금될 수도 있고, 압력은 약 10 Torr보다 크거나, 약 50 Torr보다 크거나, 약 50 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. FOUP (542d) 는 전기도금 장치 (500d) 내에 기판을 로딩하기 위해 기판을 수용할 수 있고, 기판은 대기압 조건들 하에서 수용된다. 로봇 어셈블리 (540d) 는 대기압 조건들 하에서 동작하고 기판을 제 1 플라즈마 장치 (522d), 또는 제 2 플라즈마 장치 (524d), 또는 제 3 플라즈마 장치 (526d), 또는 냉각 스테이션 (528d) 으로 이송할 수 있다. 제 1 플라즈마 장치 (522d), 또는 제 2 플라즈마 장치 (524d), 또는 제 3 플라즈마 장치 (526d) 는 대기압 하에서 플라즈마를 사용하여 기판을 프로세싱할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 장치들 (522d, 524d, 및 526d) 각각은 플라즈마를 담기 위한 프로세싱 챔버를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 임의의 플라즈마 장치들 (522d, 524d, 및 526d) 은 도 6b 내지 도 6d를 참조하여 기술된 대기압 플라즈마 장치일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 프로세싱 챔버는 주변 산소를 최소화하기 위해 질소 가스와 같은 불활성 가스를 흘릴 수도 있다. 로드록들, 진공 펌프들, 및 전기도금 장치 (500d) 내의 압력을 저감시키기 위한 다른 장비가 없으면, 보다 많은 공간이 플라즈마 장치들, 냉각 스테이션들, 어닐링 챔버들, 등과 같은 부가적인 유닛들을 포함하도록 사용가능하다. 대기압으로의 노출을 통해 기판을 처리한 후, 기판은 대기압 하에서의 전기도금을 위해 전기도금 모듈 (502d) 로 이송될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 기판은 대기압 플라즈마로의 노출에 이어서 냉각 스테이션 (528d) 에서 냉각될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 냉각 스테이션 (528d) 은 도 7a에 예시된 바와 같은 2 챔버 구성을 사용하여 기판으로의 액세스를 얻을 수도 있다.
도 5e는 일부 구현예들에서 고압 시스템을 위한 전기도금 장치의 블록도의 예를 도시한다. 전기도금 장치 (500e) 는 고압 또는 대기압 하에서 기판을 수용하고, 이송하고, 처리하고, 전기도금할 수도 있다. 도 5e에서, FOUP (542e), 로봇 어셈블리 (540e), 스택된 플라즈마 장치들 (532e), 및 전기도금 모듈 (502e) 은 대기압 조건들에서 동작할 수 있다. 도 5d의 전기도금 장치 (500d) 와 유사하게, 전기도금 장치 (500e) 는 로드록들, 진공 펌프들, 및 압력을 감소시키기 위한 다른 장비를 포함하지 않는다. 그러나, 서로 수평적으로 인접한 복수의 개별 플라즈마 장치들 대신, 전기도금 장치 (500e) 는 단일 시스템 또는 컴포넌트 내에서 복수의 플라즈마 장치들 (532e) 의 수직 스택을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 스택된 플라즈마 장치들 (532e) 은 도 7b의 스택된 구성과 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 대기압 플라즈마에 기판을 노출시킴으로써 처리하기 위해 플라즈마 장치들을 스택하는 것은 쓰루풋을 증가시킬 수 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 장치 각각은 플라즈마 장치와 냉각 단계를 통합할 수 있다.
대기압 플라즈마 장치
기판은 감압 또는 진공 분위기에서 리모트 플라즈마 장치를 사용하여 처리될 수 있다. 리모트 플라즈마 장치의 양태들은 2009년 6월 12일 출원된, Antonelli 등의 미국 특허 번호 제 8,084,339 호에 기술되고, 모든 목적을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되었다.
도 6a는 리모트 플라즈마 장치 및 프로세싱 챔버의 단면 개략도의 예를 도시한다. 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는, 기판 (610a) 을 지지하기 위한 페데스탈과 같은, 기판 지지부 (605a) 를 포함하는 프로세싱 챔버 (650a) 를 포함한다. 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는 또한 기판 (610a) 위에 리모트 플라즈마 소스 (640a), 및 기판 (610a) 과 리모트 플라즈마 소스 (640a) 사이에 샤워헤드 (630a) 를 포함한다. 환원 가스종 (620a) 은 리모트 플라즈마 소스 (640a) 로부터 샤워헤드 (630a) 를 통해 기판 (610a) 을 향해 흐를 수 있다. 리모트 플라즈마는 환원 가스종 (620a) 의 라디컬들을 생성하기 위해 리모트 플라즈마 소스 (640a) 내에서 생성될 수도 있다. 리모트 플라즈마 소스 (640a) 는 또한 환원 가스종의 이온들 및 다른 대전된 종을 생성할 수도 있다. 리모트 플라즈마는 또한 환원 가스종 (620a) 으로부터 UV 방사선과 같은 광자들을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 코일들 (644a) 은 리모트 플라즈마 소스 (640a) 의 벽들을 둘러쌀 수도 있고 리모트 플라즈마 소스 (640a) 내에서 리모트 플라즈마를 생성할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 코일들 (644a) 은 RF (radio frequency) 전원 또는 마이크로파 전원과 전기 통신할 수도 있다. RF 전원을 갖는 리모트 플라즈마 소스 (640a) 의 예는 캘리포니아, 프레몬트의 Lam Research Corporation에 의해 제작된 GAMMA®에서 알 수 있다. RF 리모트 플라즈마 소스 (640a) 의 또 다른 예는, 하나 이상의 기판들을 병렬로 프로세싱하기 위해 보다 큰 장치에 결합될 수 있는 하위유닛으로서 제공될 수 있고 440 ㎑에서 동작할 수 있는, 메사추세츠, 윌밍톤의 MKS Instruments에 의해 제작된 Astron®에서 알 수 있다. 일부 실시예들에서, 또한 MKS Instruments에 의해 제작된 Astex®에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마가 리모트 플라즈마 소스 (640a) 와 함께 사용될 수 있다. 마이크로파 플라즈마는 2.45 ㎓의 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다.
RF 전원을 사용하는 실시예들에서, RF 생성기는 목표된 조성의 라디컬 종의 플라즈마를 형성하기 위해 임의의 적합한 전력에서 동작될 수도 있다. 적합한 전력들의 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 약 0.5 ㎾ 내지 약 6 ㎾의 전력을 포함한다. 유사하게, RF 생성기는 유도 결합 플라즈마에 대해 13.56 ㎒와 같은 적합한 주파수의 RF 전력을 제공할 수도 있다.
환원 가스종 (620a) 은 가스 유입부 (642a) 로부터 리모트 플라즈마 소스 (640a) 의 내부 볼륨으로 전달된다. 코일들 (644a) 에 공급된 전력은 환원 가스종 (620a) 의 라디컬들을 형성하기 위해 환원 가스종 (620a) 으로 리모트 플라즈마를 생성할 수 있다. 리모트 플라즈마 소스 (640a) 내에서 형성된 라디컬들은 가스 상으로 샤워헤드 (630a) 를 통해 기판 (610a) 으로 반송될 수 있다. 환원 가스종 (620a) 의 라디컬들은 기판 (610a) 의 표면 상의 금속 옥사이드들을 환원시킬 수 있다.
환원 가스종의 라디컬들에 부가하여, 리모트 플라즈마는 또한 환원 가스종 (620a) 의 이온들 또는 다른 대전된 종을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 리모트 플라즈마는 환원 가스종 (620a) 의 중성 분자들을 포함할 수도 있다. 중성 분자들 중 일부는 환원 가스종 (620a) 으로부터 대전된 종의 재결합된 분자들일 수도 있다. 환원 가스종 (620a) 의 중성자들 또는 재결합된 분자들은 또한 기판 (610a) 의 표면 상의 금속 옥사이드들을 환원시킬 수 있지만, 환원 가스종 (620a) 의 라디컬들보다 금속 옥사이드들을 환원시키고 반응하는데 보다 긴 시간이 걸릴 수도 있다. 이온들은 기판 (610a) 의 표면으로 부유 (drift) 할 수도 있고 금속 옥사이드들을 환원시킬 수도 있고, 또는 이온들은 기판 지지부 (605a) 가 반대로 대전된 바이어스를 갖는다면, 금속 옥사이드들을 환원시키기 위해 기판 (610a) 의 표면을 향하여 가속될 수도 있다. 보다 큰 이온 에너지들을 갖는 종을 사용하는 것은 기판 (610a) 의 표면으로부터 떨어져서 준안정 (metastable) 라디컬 종들을 생성하기 위해 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내로 보다 깊게 주입될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 기판 (610a) 이 약 10:1 내지 약 60:1과 같은 고 종횡비 피처들을 가지면, 보다 높은 이온 에너지들을 갖는 이온들은 피처들에 걸쳐 보다 많은 금속 옥사이드의 환원을 제공하기 위해 이러한 피처들 내로 보다 깊게 침투할 수도 있다. 반대로, 리모트 플라즈마 생성으로부터 환원 가스종 (620a) 의 라디컬들 중 일부는 피처들의 필드 내에서 또는 상단부 근처에서 재결합할 수도 있다. (10 eV 내지 100 eV와 같은) 보다 높은 이온 에너지들을 갖는 이온들은 또한 금속 씨드층 내에서 금속을 재스퍼터링하고 리플로우하도록 사용될 수 있고, 이는 보다 균일한 씨드 커버리지를 발생시키고 후속하는 도금 또는 금속 증착 (PVD, CVD, ALD와 같은) 을 위해 종횡비를 감소시킬 수 있다.
도 6a에서, 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는 기판 (610a) 을 능동적으로 냉각하거나 이와 달리 기판 (610a) 의 온도를 제어할 수도 있다. 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는, 기판 지지부 (605a) 로부터 멀리 또는 기판 지지부 (605a) 를 향하여 기판 (610a) 을 이동시킬 수 있는, 리프트 핀들과 같은 이동 가능한 부재들 (615a) 을 포함할 수 있다. 이동 가능한 부재들 (615a) 은 기판 (610a) 의 하부 표면에 접촉하거나 그렇지 않으면 기판 지지부 (605a) 로부터 기판 (610a) 을 들어올릴 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이동 가능한 부재들 (615a) 은 기판 (610a) 을 수직으로 이동시킬 수도 있고 기판 (610a) 과 기판 지지부 (605a) 사이의 간격을 제어할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이동 가능한 부재들 (615a) 은 2 개 이상의 작동가능한 리프트 핀들을 포함할 수 있다. 이동 가능한 부재들 (615a) 은 기판 지지부 (605a) 로부터 약 0 인치 내지 약 5 인치, 또는 그 이상 멀리 연장하도록 구성될 수 있다. 이동 가능한 부재들 (615a) 은 기판 (610a) 을 냉각하기 위해 고온의 기판 지지부 (605a) 로부터 멀리 그리고 저온의 샤워헤드 (630a) 를 향하여 기판 (610a) 을 연장할 수 있다. 이동 가능한 부재들 (615a) 은 또한 기판 (610a) 을 가열하기 위해 고온의 기판 지지부 (605a) 를 향하여 그리고 저온의 샤워헤드 (630a) 로부터 멀리 기판 (610a) 을 가지고 가도록 리트랙트 (retract) 할 수 있다. 기판 (610a) 을 포지셔닝함으로써, 기판 (610a) 의 온도가 조정될 수 있다. 기판 (610a) 을 포지셔닝할 때, 샤워헤드 (630a) 및 기판 지지부 (605a) 는 일정한 온도로 홀딩될 수 있다.
일부 실시예들에서, 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는 샤워헤드 온도의 제어를 가능하게 하는 샤워헤드 (630a) 를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드 (630a) 의 온도는 약 30 ℃ 이하, 예를 들어, 약 5 ℃ 내지 약 20 ℃로 제어될 수도 있다. 샤워헤드 (630a) 는, 기판 (610a) 의 프로세싱 동안 과잉 열로부터 발생할 수도 있는 금속 씨드층에 대한 대미지를 감소시키기 위해 냉각될 수도 있다. 샤워헤드 (630a) 는 또한 예를 들어, 기판 (610a) 을 프로세싱하기 전 또는 프로세싱한 후에, 기판 (610a) 의 온도를 하강시키도록 냉각될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 샤워헤드 (630a) 는 복수의 홀들을 포함할 수도 있다. 샤워헤드 (630a) 내의 홀들의 수 및 크기를 증가시키는 것 및/또는 샤워헤드 (630a) 의 두께를 감소시키는 것은 샤워헤드 (630a) 를 통해 환원 가스종 (620a) 으로부터의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선의 보다 많은 플로우를 허용할 수도 있다. 금속 씨드층을 보다 많은 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선에 노출시키는 것은 금속 씨드층 또는 반귀금속층 내의 금속 옥사이드를 환원시키기 위해 보다 많은 UV 노출 및 에너지 종을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드 (630a) 는 약 100 개 내지 약 900 개의 홀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀들의 평균 직경은 약 0.05 내지 약 0.5 인치일 수 있다. 이는 홀들로 인해, 샤워헤드 (630a) 내에 약 3.7 ％ 내지 약 25 ％의 개방 면적을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드 (630a) 는 약 0.25 내지 약 3.0 인치의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판 지지부 (605a) 는 샤워헤드 (630a) 로 그리고 샤워헤드 (630a) 로부터 멀리 이동하도록 구성될 수도 있다. 기판 지지부 (605a) 는 기판 (610a) 과 샤워헤드 (630a) 사이의 간격을 제어하기 위해 수직으로 연장할 수도 있다. 기판 (610a) 상의 금속 옥사이드들을 환원시킬 때, 균일성뿐만 아니라 기판 (610a) 상에서의 환원 레이트가 튜닝 (tune) 될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부 (605a) 는 샤워헤드 (630a) 로부터 약 0 인치 내지 약 5 인치 또는 약 5 인치보다 크게 연장하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판 지지부 (605a) 의 온도는 또한 조정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부 (605a) 는 하나 이상의 유체 채널들 (미도시) 을 갖는 페데스탈일 수 있다. 유체 채널들은, 열 전달 유체의 온도에 따라, 페데스탈을 능동적으로 냉각하거나 능동적으로 가열하기 위해 페데스탈 내의 열 전달 유체를 순환시킬 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부 (605a) 의 온도는 약 0 ℃ 내지 약 400 ℃로 조정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 리모트 플라즈마 장치 (600a) 는 프로세싱 챔버 (650a) 를 통해 냉각 가스 (660a) 를 흘리기 위한 하나 이상의 가스 유입부들 (622a) 을 포함할 수 있다. 하나 이상의 가스 유입부들 (622a) 은 기판 (610a) 의 위, 아래, 및/또는 측면에 위치될 수도 있다. 기판 (610a) 에 걸친 냉각 가스 (660a) 의 플로우는 기판 (610a) 의 신속한 냉각을 실현할 수 있다. 기판 (610a) 의 신속 냉각은 기판 (610a) 내에서 금속 씨드층 또는 반귀금속층의 옥사이드화를 감소시킬 수 있다. 이러한 기판 (610a) 의 냉각은 기판 (610a) 의 프로세싱 전 그리고 프로세싱 후에 발생할 수도 있다. 냉각을 위한 냉각 가스 (660a) 의 플로우 레이트는 약 0.1 slm (standard liters per minute) 내지 약 100 slm일 수 있다. 냉각 가스 (660a) 의 예들은 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 라돈, 및 아르곤과 같은, 상대적으로 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 가스 (660a) 는 약 10 ℃ 내지 30 ℃의 실온으로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 가스 (660a) 는 실온보다 낮은 온도로 전달될 수 있다. 예를 들어, 저온의 불활성 가스는 액체 아르곤, 헬륨, 또는 질소와 같은, 저온의 액체를 가스로 팽창시킴으로써 형성될 수도 있다. 따라서, 냉각을 위해 사용된 냉각 가스 (660a) 의 온도 범위는 약 -270 ℃ 내지 약 30 ℃의 어느 지점으로 확대될 수 있다.
제어기 (635a) 는 리모트 플라즈마 장치 (600a) 의 동작을 위한 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제어기 (635a) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 프로세서는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입출력 접속부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 등을 포함할 수도 있다. 제어기 (635a) 의 양태들은 도 5a 및 도 5b의 제어기에 대하여 추가로 기술될 수도 있다.
증착 전에 기판을 처리하기 위한 대기압 플라즈마 장치가 개시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대기압 플라즈마 장치는 전기도금 장치의 일부일 수도 있다. 도 6b는 직접 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다. 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 는, 기판 (610b) 을 지지하기 위한 페데스탈과 같은, 기판 지지부 (605b) 를 포함할 수 있다. 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 는 또한, 기판 지지부 (605b) 로부터 멀리 또는 기판 지지부 (605b) 를 향하여 기판 (610b) 을 이동시킬 수 있는, 리프트 핀들과 같은 이동 가능한 부재들 (615b) 을 포함할 수 있다. 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 는 또한 기판 (610b) 위에 플라즈마 분배기 (640b) 를 포함할 수 있고, 플라즈마 분배기 (640b) 는 기판 (610b) 으로 대기압 플라즈마를 전달하도록 구성된다. 플라즈마 분배기 (640b) 는 복수의 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 은 플라즈마 제트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 은 복수의 중공 캐소드들을 포함할 수 있다. 복수의 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 은 기판 (610b) 에 걸쳐 대기압 플라즈마의 보다 균일한 분배를 촉진하기 위한 특정한 기하구조로 배열될 수도 있다.
대기압 플라즈마 소스들 (642b) 각각은 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 유입부들 (644b) 을 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스는 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 의 방전 섹션으로 흐를 수 있고, 고전압 펄스 발생기 (612b) 는 프로세스 가스를 여기하고 이를 플라즈마 (620b) 로 변환할 수 있다. 플라즈마 (620b) 는 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 로부터 기판 (610b) 으로 흐를 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 가스는, 유전체 배리어 방전에 의해 프로세스 가스가 플라즈마 (620b) 로 변환될 수 있는, 플라즈마 분배기 (640b) 와 기판 (610b) 기판 사이의 간격으로 흐를 수 있다. 프로세스 가스는 기판 (610b) 의 표면에 실질적으로 수직이거나 기판 (610b) 의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 흐를 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판 (610b) 은 보다 균일한 노출을 얻기 위해 회전될 수 있다. 사용된 대기압 플라즈마 소스의 타입에 따라, 대기압 플라즈마 소스로의 전기적 접속들이 변할 수 있다.
플라즈마 분배기 (640b) 는 제 1 금속 전극 및 제 1 금속 전극 위의 세라믹 바디를 포함할 수 있고, 제 1 금속 전극은 고전압 펄스 발생기 (612b) 에 연결된다. 기판 지지부 (605b) 는 또한 고전압 펄스 발생기 (612b) 에 연결될 수 있고, 기판 지지부 (605b) 는 제 2 금속 전극을 포함할 수 있다. 유전체 배리어 방전은 2 개의 금속 전극들 사이에 플라즈마 방전을 생성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판 (610b) 은 유전체 배리어로서 기능할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유전체 코팅되거나 세라믹 결합된 금속 샤워헤드가 유전체 배리어로서 기능할 수 있다.
고전압 펄스 발생기 (612b) 는 기판 지지부 (605b) 와 플라즈마 분배기 (640b) 에 전기적으로 커플링될 수 있다. 일부 구현예들에서, 고전압 펄스 발생기 (612b) 는 약 100 V 내지 약 50,000 V, 또는 약 5,000 V 내지 약 15,000 V의 고전압 신호를 전달하도록 구성될 수 있고, 고전압 신호는 약 1 내지 약 100 ㎑의 주파수를 갖는다. 저압 플라즈마 장치들에서 ㎒의 단위로 생성된 고주파수들과 반대로, 고압 플라즈마 장치들은 ㎑ 단위의 보다 낮은 주파수들을 사용한다. 저압 플라즈마 장치들 내에서 약 1 내지 100 V로 인가된 저전압과 반대로, 고압 플라즈마 장치들은 ㎸ 단위의 보다 높은 전압을 인가한다.
대기압 플라즈마 소스들 (642b) 로부터 생성된 플라즈마 (620b) 는 프로세스 가스로부터의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 (620b) 는 수소 또는 암모니아와 같은 환원 가스종으로부터의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 포함한다. 플라즈마 (620b) 는 증착 전에 기판 (610b) 을 처리하기 위해 기판 (610b) 을 향해 이동할 수도 있다.
이동 가능한 부재들 (615b) 은 기판 지지부 (605b) 로부터 거리를 두고 기판 (610b) 을 포지셔닝할 수도 있다. 기판 지지부 (605b) 가 특정한 온도로 가열되거나 냉각될 때, 기판 (610b) 의 포지셔닝 온도는 기판 지지부 (605b) 로부터 특정한 거리에 기판 (610b) 을 포지셔닝함으로써 제어될 수 있다.
이동 가능한 부재들 (615b) 은 플라즈마 분배기 (640b) 로부터 거리를 두고 기판 (610b) 을 포지셔닝할 수도 있다. 기판 (610b) 의 표면에서 생성된 플라즈마의 밀도는 플라즈마 분배기 (640b) 로부터 기판 (610b) 까지의 거리에 의해 제어될 수도 있다. 플라즈마 (620b) 가 고압 또는 대기압을 받을 수도 있는, 복수의 반응 경로들을 제어하는 것은 어려울 수도 있고, 플라즈마 (620b) 의 라디컬들 및 이온들에 대해 상대적으로 작은 평균 자유 경로를 발생시킬 수도 있다. 기판 (610b) 과 플라즈마 분배기 (640b) 사이의 보다 가까운 거리는 상승된 라디컬 및 이온 밀도를 제공할 수도 있다. 따라서, 플라즈마 분배기 (640b) 로부터 기판 (610b) 의 위치는 밀리미터 단위일 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판 (610b) 과 플라즈마 분배기 (640b) 사이의 거리는 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜일 수 있다.
직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 는 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 의 동작을 위해 파라미터들을 제어하기 위한 제어기 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 제어기의 양태들은 도 5a 및 도 5b에 대하여 기술될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 동작들은 기판 지지부 (605b) 와 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 사이에 기판 (610b) 을 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 로 프로세스 가스를 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642b) 내에서 대기압 하에서, 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함하는, 플라즈마를 형성하는 것, 및 기판 (610b) 의 표면을 처리하기 위해 대기압 하에서 기판 (610b) 을 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수도 있다. 제어기는 도 3a 및 도 3b에 대하여 논의된 부가적인 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는, 기판 위에 형성되고, 일부가 금속의 옥사이드로 변환된 금속 씨드층을 갖는 기판을 제공하고, 그리고 금속 씨드층 내의 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 내에서 금속을 리플로우시키는 조건들 하에서 기판의 금속 씨드층을 플라즈마에 노출시키기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
도 6c는 리모트 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다. 리모트 대기압 플라즈마 장치 (600c) 는, 도 6b의 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 에 대해 기술된 바와 같이, 기판 지지부 (605c), 기판 (610c), 하나 이상의 이동 가능한 부재들 (615c), 플라즈마 분배기 (640c), 및 복수의 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 를 포함할 수 있다.
그러나, 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 와 달리, 리모트 대기압 플라즈마 장치 (600c) 는 플라즈마 분배기 (640c) 와 기판 (610c) 사이에 배치된 샤워헤드 (630c) 를 포함할 수 있다. 샤워헤드 (630c) 는 복수의 홀들을 갖는 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 샤워헤드 (630c) 내에서 홀들의 크기 및 수를 증가시키는 것 및/또는 샤워헤드 (630c) 의 두께를 감소시키는 것은 샤워헤드 (630c) 를 통해 라디컬들, 이온들 및 UV 방사선의 보다 큰 플로우를 허용할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 샤워헤드 (630c) 는 약 0.25 인지 내지 약 3.0 인치의 두께를 가질 수 있고, 샤워헤드 (630c) 는 약 100 개 내지 200 개의 홀들을 가질 수 있고, 홀들의 평균 직경은 약 0.05 인치 내지 약 0.5 인치일 수 있다. 샤워헤드 (630c) 의 온도는 또한 제어될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 샤워헤드 (630c) 의 온도는 약 30 ℃보다 작게, 예를 들어 약 5 ℃ 내지 약 20 ℃로 제어될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 은, 대기압 하에서 프로세스가스가 여기되고 플라즈마 (620b) 변환될 때, 플라즈마 (620c) 를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 은 복수의 플라즈마 제트들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 은 복수의 중공 캐소드들을 포함할 수 있다. 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 은 플라즈마 (620c) 를 생성하기 위한 포인트 소스로서 기능할 수도 있고, 플라즈마 (620b) 는 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 로부터 샤워헤드 (630c) 로 흐른다. 샤워헤드 (630c) 는 기판 (610c) 을 처리하기 위해 프로세스 가스의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 기판 (610c) 에 분배한다. 일부 실시예들에서, 기판은 금속의 옥사이드 및 금속 씨드층을 위한 금속을 포함할 수 있고, 플라즈마 (620c) 는 금속 씨드층 내에서 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 내에서 금속을 리플로우할 수도 있다. 플라즈마 (620c) 는, 수소 또는 암모니아와 같은 환원 가스종으로부터의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 포함할 수도 있다.
이동 가능한 부재들 (615c) 은 샤워헤드 (630c) 로부터 거리를 두고 기판 (610c) 을 포지셔닝할 수도 있다. 기판 (610c) 의 표면에서 생성된 플라즈마의 밀도는 샤워헤드 (630c) 로부터 기판 (610c) 의 거리에 의해 제어될 수도 잇다. 일부 구현예들에서, 기판 (610c) 과 샤워헤드 (630c) 사이의 거리는 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜일 수 있다.
일부 구현예들에서, 리모트 대기압 플라즈마 장치 (600c) 는 생성된 플라즈마 (620c) 가 고압 또는 대기압 하에서 형성되고, 기판 (610c) 이 고압 또는 대기압 하에서 플라즈마 (620c) 에 노출되는 것을 제외하고, 도 6a의 리모트 플라즈마 장치 (600a) 와 동일하거나 유사하게 기능할 수도 있다.
리모트 대기압 플라즈마 장치 (600c) 는 리모트 대기압 플라즈마 장치 (600c) 의 동작을 위해 파라미터들을 제어하기 위한 제어기 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 제어기의 양태들은 도 5a 및 도 5b에 대하여 기술될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 동작들은, 기판 지지부 (605c) 와 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 사이에 기판 (610c) 을 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 로 프로세스 가스를 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642c) 내에서 대기압 하에서, 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함하는, 플라즈마를 형성하는 것, 및 기판 (610c) 의 표면을 처리하기 위해 대기압 하에서 기판 (610c) 을 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수도 있다. 제어기는 도 3a 및 도 3b에 대하여 논의된 부가적인 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는, 기판 위에 형성되고, 일부가 금속의 옥사이드로 변환된 금속 씨드층을 갖는 기판을 제공하고, 그리고 금속 씨드층 내의 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 내에서 금속을 리플로우시키는 조건들 하에서 기판의 금속 씨드층을 플라즈마에 노출시키기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
도 6d는 중공 캐소드 방전을 사용하는 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다. 대기압 플라즈마 장치 (600d) 는, 도 6b의 직접 대기압 플라즈마 장치 (600b) 에 대해 기술된 바와 같이, 기판 지지부 (605d), 기판 (610d), 고전압 펄스 발생기 (612d), 및 하나 이상의 이동 가능한 부재들 (615d) 을 포함할 수 있다.
그러나, 도 6d에서, 플라즈마 분배기 (640d) 는 중공 캐소드를 포함할 수 있고, 중공 캐소드는 플라즈마 (620d) 의 방전을 생성하도록 구성될 수 있다. 플라즈마 (620d) 의 방전은 2 개의 전극들 사이에서 형성될 수 있다. 고전압 펄스 발생기 (612d) 는 전극 각각에 연결될 수 있고, 중공 캐소드는 제 1 전극을 포함하고, 기판 지지부 (605d) 는 제 2 전극을 포함한다. 중공 캐소드는, 중공 캐소드가 제 1 전극으로서 기능할 수 있도록, 금속으로 코팅될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 중공 캐소드의 팁들 (tips) 은 금속일 수도 있다. 프로세스 가스는 가스 유입부 (644) 로부터 수용될 수 있고, 플라즈마 분배기 (640d) 를 통해 흐를 수 있다. 플라즈마 분배기 (640d) 로부터 흐르는 프로세스 가스는 고전압을 플라즈마 분배기 (640d) 에 인가함으로써 플라즈마 (620d) 를 형성하기 위해 점화될 수 있다. 생성된 플라즈마 (620d) 는 프로세스 가스의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 포함할 수 있다. 플라즈마 (620d) 는, 수소 또는 암모니아와 같은, 환원 가스종의 라디컬들, 이온들, 및 UV 방사선을 포함할 수도 있다. 플라즈마 (620d) 는 기판 (610d) 을 처리하기 위해 기판 (610d) 을 향해 확산될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 분배기 (640d) 는 다중 방전을 생성하기 위해 복수의 중공 캐소드들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 복수의 중공 캐소드들 각각은 기판 (610d) 위에 금속 팁들을 포함할 수 있다.
대기압 플라즈마 장치 (600d) 는 대기압 플라즈마 장치 (600d) 의 동작을 위해 파라미터들을 제어하기 위한 제어기 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 제어기의 양태들은 도 5a 및 도 5b에 대하여 기술될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 동작들은, 기판 지지부 (605d) 와 대기압 플라즈마 소스들 (642d) 사이에 기판 (610d) 을 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642d) 로 프로세스 가스를 제공하는 것, 대기압 플라즈마 소스들 (642d) 내에서 대기압 하에서, 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함하는, 플라즈마를 형성하는 것, 및 기판 (610d) 의 표면을 처리하기 위해 대기압 하에서 기판 (610d) 을 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수도 있다. 제어기는 도 3a 및 도 3b에 대하여 논의된 부가적인 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는, 기판 위에 형성되고, 일부가 금속의 옥사이드로 변환된 금속 씨드층을 갖는 기판을 제공하고, 그리고 금속 씨드층 내의 금속의 옥사이드를 환원시키고 금속 씨드층 내에서 금속을 리플로우시키는 조건들 하에서 기판의 금속 씨드층을 플라즈마에 노출시키기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
표 I은 도 6b 내지 도 6d에 기술된 대기압 플라즈마 장치의 임의의 전술한 실시예들과 함께 사용될 수 있는 프로세스 파라미터들의 예시적인 범위들을 개괄한다.
표 I
파라미터 파라미터 범위
페데스탈 온도 0 ℃ 내지 400 ℃
샤워헤드 온도 -5 ℃ 내지 50 ℃
프로세스 압력 10 내지 760 Torr
프로세스 가스 플로우 (H2/He/NH3 - 순수 또는 혼합물 또는 CO2/H2 혼합물) 0.5 slm 내지 30 slm
블랭킷/불활성 가스 플로우 (N2/He) 10 내지 100 slm
RF 플라즈마 전압 0.1 내지 50 ㎸
RF 주파수 1㎐ 내지 20 ㎒
샤워헤드 홀 개수 100 내지 2000
샤워헤드 두께 0.25" 내지 3.0"
샤워헤드 홀 직경 0.05" 내지 0.5"
홀들로 인한 샤워헤드 개방 면적 3.7 ％ 내지 25 ％
임의의 전술한 대기압 플라즈마 장치들은 다른 프로세싱 툴들과 함께 단일 유닛으로 용이하게 통합되거나 장착 (retrofit) 될 수도 있다. 도 7a는 2-챔버 대기압 플라즈마 장치의 단면 개략도의 예를 도시한다. 여기서, 전처리 유닛은 대기압 플라즈마 장치 (750) 를 이송 챔버 (700) 와 결합할 수 있다. 이송 챔버 (700) 는 가열/냉각 시스템을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이송 장치는 기판을 가열하거나 냉각하기 위한 제 1 기판 지지부 (705a) 를 포함할 수 있다. 이송 챔버 (700) 는 개구부 또는 포트 (710) 를 통해 기판을 수용할 수도 있다. 이송 챔버 (700) 는 대기압 플라즈마 장치 (750) 로/로부터 기판을 이송할 수도 있고, 대기압 플라즈마 장치 (750) 는 제 2 기판 지지부 (705b) 및 대기압 플라즈마 소스 (740) 를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 도어 (720) 는 이송 챔버 (700) 를 대기압 플라즈마 장치 (750) 로부터 분리시킬 수도 있다.
부가적으로, 임의의 전술한 대기압 플라즈마 장치들은 공간을 보존하고 풋프린트를 최소화하기 위해 서로의 상단에 용이하게 스택될 수도 있다. 예를 들어, 도 7a에 예시된 전처리 유닛들과 같은, 복수의 전처리 유닛들은 서로의 상단에 스택될 수 있다. 도 7b는 복수의 스택된 2-챔버 대기압 플라즈마 장치들의 단면 개략도의 예를 도시한다. 도 7b에서, 복수의 이송 챔버들 (700a, 700b, 700c, 700d, 및 700e) 및 복수의 프로세싱 챔버들 (750a, 750b, 750c, 750d, 및 750e) 이 서로의 상단에 스택될 수 있다.
상기 기술된 장치/프로세스는, 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LEDs, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위해, 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비 내에서 함께 이용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 동작들 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는, 이하의 단계들: (1) 스핀-온 (spin-on) 툴 또는 스프레이-온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; (2) 핫 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 단계; (4) 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 그 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계의 일부 또는 전부를 포함한다.
본 명세서에 기술된 구성들 및/또는 접근 방법들은 본질적으로 예시적이고, 이들 구체적인 실시예들 또는 예들은 다양한 변형들이 가능하기 때문에 제한하는 방식으로 고려되지 않는다는 것이 이해된다. 본 명세서에 기술된 구체적인 루틴들 또는 방법들은 하나 이상의 임의의 수의 프로세싱 전략들을 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 예시된 다양한 동작들은 예시된 순서로, 다른 순서로, 병행하여, 수행될 수도 있고, 또는 일부 경우들에서 생략될 수도 있다. 유사하게, 상기 기술된 프로세스들의 순서는 변경될 수도 있다.
다른 실시예들
전술한 실시예들이 이해 및 명확성을 목적으로 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 기술된 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 기술된 실시예들은 예시적이고 제한하지 않는 것으로 간주된다.

Claims (24)

  1. 대기압 플라즈마 (atmospheric plasma) 를 사용하여 증착 전에 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    플라즈마를 상기 기판의 표면으로 전달하기 위한 상기 기판 지지부 위의 플라즈마 분배기로서, 상기 플라즈마 분배기는 상기 플라즈마를 생성하도록 구성된 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들을 포함하는, 상기 플라즈마 분배기; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는:
    (a) 상기 기판 지지부와 상기 플라즈마 분배기 사이에 상기 기판을 제공하는 동작;
    (b) 대기압 하에서 상기 플라즈마를 형성하는 동작; 및
    (c) 상기 기판의 상기 표면을 처리하기 위해 상기 기판을 상기 대기압 하의 상기 플라즈마에 노출시키는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들을 갖고,
    상기 대기압은 약 50 Torr 내지 760 Torr인, 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부 및 상기 플라즈마 분배기는, 상기 동작들 (a) 내지 (c) 동안 상기 플라즈마 분배기로부터 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 거리에 상기 기판을 제공하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 커플링된 펄스 발생기를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 (a) 는 상기 기판 상에 형성된 금속 씨드층을 갖는 상기 기판을 제공하는 것을 포함하고, 상기 금속 씨드층의 일부는 상기 금속의 옥사이드로 변환되고, 그리고
    상기 동작 (c) 는 상기 금속 씨드층 내에서 상기 금속의 상기 옥사이드를 환원시키고 상기 금속을 리플로우 (reflow) 하는 조건들 하에서 상기 기판의 상기 금속 씨드층을 상기 플라즈마에 노출시키는 것을 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 씨드층은 약 40 Å 내지 약 80 Å의 두께를 갖는 구리 씨드층을 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출시킨 후에, 상기 기판을 도금 용액을 포함하는 도금 욕으로 이송시키기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 대기압 및 온도 하에서 발생하는 상기 기판의 이송을 위해 구성되는, 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 약 75 ℃보다 낮은 온도에서 상기 플라즈마를 형성하도록 구성된는, 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로세싱 챔버를 더 포함하고,
    상기 장치는 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 동작들 (b) 및 (c) 를 수행하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 플라즈마 소스들은 복수의 플라즈마 제트들을 포함하는, 기판 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 플라즈마 소스들은 유전체 배리어 방전을 형성하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 플라즈마 소스들은 복수의 중공 캐소드들을 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 형성 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하도록 구성되고, 상기 형성 가스는 수소 및 질소 가스를 포함하는, 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출시키기 전에, 상기 플라즈마 분배기와 상기 기판 사이에 불활성 가스의 블랭킷 (blanket of inert gas) 을 전달하기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 플라즈마가 수소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 환원 가스종의 라디컬들 및 이온들을 포함하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분배기는 세라믹 바디 및 상기 세라믹 바디 아래에 금속 전극을 포함하는, 기판 처리 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 분배기와 상기 기판 사이에 배치된 샤워헤드를 더 포함하고, 상기 샤워헤드는 복수의 홀들을 포함하는, 기판 처리 장치.
  18. 대기압 플라즈마를 사용하여 증착 전에 기판을 처리하는 방법으로서,
    기판 지지부와 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 사이에 기판을 제공하는 단계;
    상기 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 프로세스 가스를 제공하는 단계;
    상기 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 내에서 대기압 하에서 플라즈마를 형성하는 단계로서, 상기 플라즈마는 상기 프로세스 가스의 라디컬들 및 이온들을 포함하는, 상기 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 표면을 처리하기 위해 상기 기판을 상기 대기압 하의 상기 플라즈마에 노출시키는 단계로서, 상기 대기압은 약 50 Torr 내지 약 760 Torr인, 상기 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판을 제공하는 단계는, 상기 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들 아래로 약 0.1 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 거리에 상기 기판을 제공하는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판을 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 형성된 금속 씨드층을 갖는 상기 기판을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 금속 씨드층의 일부는 상기 금속의 옥사이드로 변환되고, 그리고
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계는, 상기 금속 씨드층 내에서 상기 금속의 상기 옥사이드를 환원시키고 상기 금속을 리플로우하는 조건들 하에서 상기 기판의 상기 금속 씨드층을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 형성하는 단계는 약 75 ℃보다 낮은 온도에서 상기 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계 후에, 상기 기판을 도금 용액을 포함하는 도금 욕으로 이송시키는 단계를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  23. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 수소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 환원 가스종의 라디컬들 및 이온들을 포함하는, 기판 처리 방법.
  24. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 형성하기 위해 약 5,000 V보다 큰 펄스를 상기 하나 이상의 대기압 플라즈마 소스들에 인가하는 단계를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
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