KR20160008460A - 에너지 중성자를 생성하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

에너지 중성자를 생성하기 위한 시스템들 및 방법은 플라즈마 영역 내에 플라즈마를 생성하도록 구성된 원격 플라즈마 생성기를 포함한다. 이온 추출기는 플라즈마로부터 고 에너지 이온들을 추출하도록 구성된다. 기판 지지부는 프로세싱 챔버 내에 배치되고 기판을 지지하도록 구성된다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 플라즈마 영역과 기판 지지부 사이에 배치된다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 고 에너지 이온들로부터 에너지 중성자를 추출하고, 에너지 중성자를 기판에 공급하고, 그리고 전구체 가스를 프로세싱 챔버로 분산시키도록 구성된다.

Description

에너지 중성자를 생성하기 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR PRODUCING ENERGETIC NEUTRALS}
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이고, 특히 기판 프로세싱 시스템을 위해 에너지 중성자를 생성하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경기술 섹션에 기술되는 정도의 성과 및 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
반도체 산업은 나노테크놀러지 응용들을 위한 라디칼들을 생성하기 위해 리모트 플라즈마 소스를 사용한다. 리모트 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 (ICP) 생성기, 변압기 결합 플라즈마 (TCP: transformer-coupled plasma) 생성기, 용량 결합 플라즈마 (CCP) 생성기 및/또는 마이크로파 플라즈마 생성기를 포함할 수 있다.
일부 응용들에서, 샤워헤드 또는 플라즈마 그리드 (plasma grid) 가 플라즈마를 중성화하고 중성 입자들만 통과하게 하도록 사용된다. 이들 방법들을 사용하여 생성된 라디칼들은 통상적으로 저 에너지 (~ 0.01 eV) 를 갖는다. 따라서, 라디칼들은 ALD (atomic layer deposition) 프로세스 또는 ALE (atomic layer etching) 프로세스 동안 막 조밀화를 위해 제한된 활성화 에너지를 갖는다.
인-시츄 플라즈마 조밀화 방법들이 사용될 때, 이온 에너지는 종종 너무 높다. 고 이온 에너지는 기판 내의 디바이스들에 대미지를 유발할 수도 있다. 이온들의 지향성은 또한 측벽 막 조말화의 효율을 저감시킨다. 에너지 중성자 생성의 관점에서, 기존의 방법들은 제한된 기판 면적들만을 프로세싱하고, 일반적으로 300 ㎜ 또는 450 ㎜ 직경 웨이퍼와 같이 보다 큰 면적들에는 이용가능하지 않다.
에너지 중성자 (energetic neutrals) 를 생성하기 위한 시스템은, 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성된 리모트 플라즈마 생성기를 포함한다. 이온 추출기는 플라즈마로부터 고 에너지 이온들을 추출하도록 구성된다. 기판 지지부는 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 플라즈마 영역과 기판 지지부 사이에 배치된다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 고 에너지 이온들로부터 에너지 중성자들을 추출하고, 에너지 중성자들을 기판에 공급하고, 그리고 프로세싱 챔버 내로 전구체 가스를 분산시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 히터는 미리 결정된 온도로 기판을 가열하도록 구성된다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 샤워헤드를 포함한다. 샤워헤드는 전구체 가스를 수용하기 위해 샤워헤드 내에 제 1 플레넘을 구성한다. 샤워헤드는 제 1 플레넘과 유체 연통하는, 샤워헤드의 기판을 향하는 (facing) 표면 내의 제 1 복수의 홀들을 포함한다.
다른 특징들에서, 샤워헤드와 기판 사이의 거리는 에너지 중성자들의 수명 내에 있도록 선택된다. 샤워헤드는, 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면으로부터 샤워헤드의 기판을 향하는 표면까지 연장하는 제 2 복수의 홀들을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 샤워헤드는 세라믹으로 이루어진다. 전극이 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면에 인접하여 배치된다. 전극은 접지 기준 전위에 의해 바이어스된다. 전극은 제 2 복수의 홀들과 정렬된 제 3 복수의 홀들을 포함한다.
다른 특징들에서, 리모트 플라즈마 생성기는, 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스로부터 이격되어 배치되는 전극을 포함한다. 플라즈마 영역은 전극과 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 사이에 위치된다. 가스 전달 시스템이 플라즈마 영역으로 플라즈마 가스를 공급하도록 구성된다. RF 전력 생성기는 플라즈마를 생성하기 위해 전극으로 RF 전력을 선택적으로 출력한다.
다른 특징들에서, 이온 추출기는 전극으로 DC 전압을 선택적으로 출력하는 DC 전력 생성기를 포함한다. DC 전압은 일정한, 포지티브 DC 전압이거나, 펄싱된, 포지티브 DC 전압이다. 샤워헤드는 에너지 중성자들로부터 이격되게 기판에 전구체 가스를 전달하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 샤워헤드는 금속으로 이루어진다. 샤워헤드는, 샤워헤드의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 유전체층을 포함한다.
다른 특징들에서, 에너지 중성자들은 1 eV 내지 100 eV의 범위의 에너지를 갖는다. 에너지 중성자들은 5 eV 내지 10 eV의 범위의 에너지를 갖는다.
다른 특징들에서, 제어기는, 전구체 가스 및 플라즈마 영역으로 플라즈마 가스를 공급하도록 가스 전달 시스템을 제어하고, 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 스트라이킹 (strike) 하도록 RF 생성기를 제어하고, 그리고 이온 추출기로 DC 전압을 출력하도록 DC 전력 생성기를 제어하도록 구성된다.
에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법은, 플라즈마 영역에서 플라즈마를 원격으로 생성하는 단계; 플라즈마로부터 고 에너지 이온들을 추출하는 단계; 고 에너지 이온들로부터 에너지 중성자들을 추출하는 단계; 프로세싱 챔버 내의 기판으로 에너지 중성자들을 공급하는 단계; 및 프로세싱 챔버로 전구체 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 기판을 미리 결정된 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 방법은 샤워헤드를 사용하여 에너지 중성자들을 추출하고 전구체 가스를 공급하는 단계를 포함한다. 샤워헤드와 기판 간의 거리는 에너지 중성자들의 수명 내에 있도록 선택된다.
다른 특징들에서, 방법은 전구체 가스를 수용하기 위해 샤워헤드 내에 제 1 플레넘을 구성하는 단계를 포함한다. 샤워헤드 내의 제 1 복수의 홀들은 제 1 플레넘과 유체 연통하고 샤워헤드의 기판을 향하는 표면 상에 배치된다. 샤워헤드는, 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면으로부터 샤워헤드의 기판을 향하는 표면으로 통과하는 제 2 복수의 홀들을 더 포함한다. 다른 특징들에서, 샤워헤드는 세라믹으로 이루어진다. 방법은 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면에 인접하게 전극을 배치하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 플라즈마를 원격으로 생성하는 단계는: 플라즈마 영역 내에 전극을 제공하는 단계; 플라즈마 영역에 플라즈마 가스를 공급하는 단계; 및 플라즈마를 생성하기 위해 전극으로 RF 전력을 선택적으로 출력하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 에너지 중성자들을 추출하기 위해 전극에 DC 전압을 선택적으로 출력하는 단계를 포함한다. DC 전압은 일정한, 포지티브 DC 전압이거나, 펄싱된, 포지티브 DC 전압이다.
다른 특징들에서, 방법은 에너지 중성자들로부터 이격되게 프로세싱 챔버로 전구체 가스를 전달하는 단계를 포함한다. 샤워헤드는 금속으로 이루어진다. 샤워헤드는, 샤워헤드의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 유전체층을 포함한다.
다른 특징들에서, 에너지 중성자들은 1 eV 내지 100 eV의 범위의 에너지를 갖는다. 에너지 중성자들은 5 eV 내지 10 eV의 범위의 에너지를 갖는다.
본 개시의 추가 적용가능 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않았다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2a는 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 또 다른 예의 기능적 블록도이다.
도 2b는 도 2a의 샤워헤드의 단면도이다.
도 3은 본 개시에 따른 기판을 프로세싱하기 위한 방법의 예를 예시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한/하거나 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2014년 7월 14일 출원된, 미국 특허 가 출원 번호 제 62/024,080 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 본 명세서에 참조로서 인용되었다.
본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 상대적으로 큰 표면적에 대한 에너지 중성자 생성을 실현한다. 시스템들 및 방법들은 ALD (atomic layer deposition) 프로세스와, ALE (atomic layer etching) 프로세스와 또는 나노테크놀러지 프로세스와 같은 프로세스들에 활용될 수 있다. 본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 단지 (0.5 eV 미만의) 저 에너지 중성자들 또는 (100 ㎜ 미만의 직경을 갖는) 매우 작은 표면적들에 대한 중성 빔의 생성과 같은, 종래 방법들과 연관된 문제들을 감소시킨다.
본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 ALD/ALE에 대한 측벽 조밀화 효율을 개선하기 위해 고 밀도 에너지 중성자들 (라디칼들) 을 제공한다. 중성자들의 등방성 성질로 인해, 증착 (및 에칭) 은 일부 기판 프로세스들에 바람직할 수 있는, 고 종횡비 트렌치들을 갖는 작은 나노미터 스케일 피처들에 대해 보다 부합할 (conforming) 수도 있다. 본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 또한 300 ㎜, 450 ㎜ 또는 그 이상의 직경들을 갖는 기판들과 같이, 큰 면적에 대한 에너지 중성자의 균일한 소스를 제공한다.
이제 도 1을 참조하면, 기판 프로세싱 시스템 (10) 의 예가 도시된다. 플라즈마 생성기 (11) 는 프로세싱 챔버 (12) 로부터 업스트림에 위치된다. 일부 예들에서, 플라즈마 생성기 (11) 는 고 밀도 이온들을 생성하기 위해 플라즈마 (13) 를 생성한다. 플라즈마 생성기 (11) 는 용량 결합 플라즈마 (CCP) 생성기, 유도 결합 플라즈마 (ICP) 생성기, 마이크로파 플라즈마 생성기 또는 다른 적합한 플라즈마 생성기 (11) 를 포함할 수도 있다.
이온 추출기 (14) 는 플라즈마 (13) 로부터 고 에너지 이온들 (15) 을 추출한다. 단지 예를 들어, CCP 생성기 구성들에서, 이온 추출기 (14) 는 RF 전력 및 고 포지티브 DC 바이어스 (예를 들어, 최대 ㎸ 범위) 에 의해 바이어스된 전극 (예를 들어 도 2a 참조) 을 포함할 수도 있다. 고 포지티브 DC 바이어스는 일정하거나 펄싱된 DC 전압일 수도 있다.
중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 는 이온 추출기 (14) 로부터 고 에너지 이온들 (15) 을 수용하고 가스 전달 시스템 (18) 으로부터 하나 이상의 가스 전구체들 (17) 을 수용한다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 는 고 에너지 이온들 (15) 로부터 고 에너지 중성자들 (19) 을 추출한다. 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 는, 기판 지지부 (22) 상에 배치된 기판 (20) 의 노출된 표면에 걸쳐 고 에너지 중성자들 (19) 및 전구체 가스 (17) 를 분배한다. 예를 들어, 기판 지지부 (22) 는 페데스탈, 정전 척, 척, 플래튼, 또는 다른 적합한 기판 지지부를 포함할 수도 있다.
이온 추출기 (14) 에 의해 전극에 인가된 일정한 DC 전압 바이어스는 플라즈마 전위를 상승시키고, 전자들이 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 로부터 밀려나는 (repelled away) 동안 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 를 향하여 이온들을 가속하도록 큰 이온 시스 (sheath) 를 형성한다. 가속된 이온들에 노출된 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 의 표면은 이온 스퍼터링에 견딜 수 있도록 선택된 재료를 포함할 수도 있다.
이온 추출기 (14) 에 의해 전극에 인가된 일정한 DC 전압 바이어스는 펄싱된 DC 전압 바이어스로 대체될 수 있다. 펄싱된 DC 전압 바이어스는 보다 높은 피크의 DC 전압이 인가되게 하고 이에 따라 보다 높은 이온 에너지들이 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 인출된 평균 DC 전류는 RF 플라즈마를 소화시키는 것을 방지하기 위해 적절하게 낮은 값으로 유지될 수 있다.
기판 지지부 (22) 의 온도는 반응 향상을 제공하기 위해 히터 (26) 를 사용하여 제어될 수도 있다. 기판 지지부 (22) 는 프로세싱 챔버 (12) 내의 압력에 따라, 중성자들의 수명 내에서, 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 (16) 바로 아래에 배치된다.
이제 도 2a를 참조하면, 기판 프로세싱 시스템 (28) 의 예가 도시되고, 프로세싱 챔버 (30) 를 포함한다. 기판 지지부 (34) 는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 (38) 에 대한 지지를 제공하기 위해 프로세싱 챔버 (30) 내에 배치된다. 샤워헤드 (39) 는 하나 이상의 전구체들을 포함하는 가스 혼합물을 수용하는 제 1 플레넘 (40) 을 구성한다. 제 1 플레넘 (40) 은, 기판 (38) 의 상부로 향하는 표면에 걸쳐 가스 혼합물을 균일하게 분산시키기 위해, 샤워헤드의 하부 표면에 복수의 홀들 (42) 을 포함한다. 샤워헤드 (39) 는, 샤워헤드 (39) 의 제 1 표면 (예를 들어, 상단 벽) 으로부터 제 1 표면에 반대되는 샤워헤드 (39) 의 제 2 표면 (예를 들어, 하단 벽) 으로 통과하는 홀들 (46) 을 더 포함한다. 홀들 (46) 은 상부 플라즈마 영역으로부터 다운스트림 영역으로 유체 연통 경로를 제공하지만 제 1 플레넘 (40) 또는 홀들 (42) 과는 유체 연통하지 않는다.
일부 예들에서, 전극 (52) 이 제공되고 샤워헤드 (39) 의 제 1 표면에 인접하게 배치된다. 제공된다면, 전극 (52) 은 금속과 같은 도전성 재료로 이루어질 수도 있고 접지될 수도 있다. 전극 (52) 은 샤워헤드 (39) 의 홀들 (46) 과 정렬된 복수의 홀들 (56) 을 포함한다.
히터 (67) 는 기판 지지부 (34) 및 기판 (38) 의 온도를 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 전극 (66) 은, 업스트림 플라즈마 영역 (69) 을 구성하기 위해, 샤워헤드 (39) 및 전극 (52) 에 대하여 이격된 관계로 배치될 수도 있다. 전극 (66) 은 금속과 같은 도전성 재료로 이루어질 수도 있다.
이 예에서, 용량 결합 플라즈마 (CCP) 는 RF (radio frequency) 전력 생성기 (70) 에 의해 공급된 RF 전력을 매칭 네트워크 (72) 를 통해 전극 (66) 으로 인가함으로써 생성된다. 부가적으로, 일정한 DC 전압 또는 펄싱된 DC 전압이 DC 전력 생성기 (76) 에 의해 전극 (66) 으로 공급된다.
샤워헤드 (39) 에 제공된 제 1 가스 혼합물은, 하나 이상의 가스 소스들 (80), 하나 이상의 질량 유량 제어기들 (MFC) (82), 하나 이상의 밸브들 (84) 및 하나 이상의 매니폴드들 (86) 을 포함하는, 가스 전달 시스템 (78) 에 의해 공급될 수도 있다. 제 2 가스 혼합물은 하나 이상의 가스 소스들 (92), 하나 이상의 질량 유량 제어기들 (MFC) (94), 하나 이상의 밸브들 (96) 및 하나 이상의 매니폴드들 (98) 에 의해 업스트림 플라즈마 영역으로 공급될 수도 있다.
제어기 (100) 는 프로세스를 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (100) 는 가스 전달 시스템들 (78 및 88) 과 연관된 밸브들 및 MFC들을 제어한다. 부가적으로, 제어기 (100) 는 RF 전력 생성기 (70) 에 의한 RF 전력 및 DC 전력 생성기 (76) 로부터의 일정한 DC 전압 또는 펄싱된 DC 전압을 제어할 수도 있다. 제어기 (100) 는 또한 히터 (67) 를 제어할 수도 있다. 부가적으로, 제어기 (100) 는, 온도 센서들, 또는 압력 센서들, 또는 다른 타입들의 센서들을 사용하여, 업스트림 플라즈마 영역 (69) 또는 샤워헤드 (39) 로부터의 다운스트림 영역에서 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 모니터링할 수도 있다.
동작 시, 가스 전달 시스템 (88) 은 제 2 가스 혼합물을 전극 (66) 과 샤워헤드 (39) 사이에 위치된 업스트림 플라즈마 영역 (69) 으로 공급한다. RF 전력 생성기 (70) 는 RF 전력을 전극 (66) 으로 공급한다. 플라즈마는 업스트림 플라즈마 영역 (69) 내에서 스트라이킹 (strike) 된다. DC 전력 생성기 (76) 는 이온 추출을 수행하기 위해 일정한 DC 전압 또는 펄싱된 DC 전압을 전극 (66) 으로 공급할 수도 있다.
고 에너지 이온들은 샤워헤드 (39) 의 홀들 (46) 의 표면 상에서 고속 중성자들이 되도록 부분적으로 중성화될 수도 있고 이온들이 타깃팅된 가스성 매질을 통과할 때 전하 교환이 발생할 수도 있다. 타깃팅된 가스성 매질의 종은 전하 교환 효율성을 최적화하도록 선택된다. 전하 교환은 샤워헤드 (39) 의 홀들 (46) 내에서 그리고 샤워헤드 (39) 뒤에서 발생할 수 있다.
샤워헤드 (39) 내에서 홀들 (46) 의 수 및 홀들의 크기들은 중성자들/라디칼들에 대해 큰 투명도 (transparency) 및 낮은 재조합 손실을 갖도록 최적화된다. 에너지 중성자는 고속으로 추출되기 때문에, 이들의 충돌 단면적들은 통상적으로 낮아서, 프로세스 영역으로의 보다 낮은 재조합 및 보다 많은 추출이 발생할 수도 있다. 에너지 중성자는 고 에너지로 기판에 전달된다.
일부 예들에서, 샤워헤드 (39) 는 고 에너지 중성자들로부터 독립적인 프로세싱 존으로 전구체를 전달하는 능력을 갖는 듀얼-존 (플레넘) 샤워헤드이다. 중성자들 및 라디칼들은 홀들 (46) 을 통해 필터링된다. 홀들 (42) 은 다운스트림 프로세싱 존으로 전구체를 전달한다. 샤워헤드 (39) 가 금속과 같은 도전성 재료로 이루어지면, 샤워헤드 (39) 는 접지될 수도 있고 전극 (52) 은 생략될 수도 있다. 샤워헤드가 세라믹과 같은 비도전성 재료로 이루어지면, 전극 (52) 이 제공될 수도 있고 접지될 수도 있다.
ICP 및 마이크로파 플라즈마에 대해, DC-바이어스된 전극은 또한 유사한 방식으로 플라즈마 전위를 상승시키도록 통합될 수 있다.
샤워헤드가 금속으로 이루어지면, 업스트림 플라즈마 영역을 향하는 샤워헤드 (39) 의 표면은 홀들 (46) 과 정렬된 개구부들을 갖는 유전체 재료층으로 부분적으로 커버될 수 있다. 그 결과, 필수적인 전극 표면적이 감소된다. 이 방법은 DC 바이어스 효과 외에 이온 가속화를 용이하게 하도록 샤워헤드 (39) 에서 보다 높은 RF 시스 전압을 유도할 수도 있다. 샤워헤드가 세라믹으로 이루어지면, 전극 (52) 은 동일한 효과를 달성하도록 설계될 수 있다.
이제 도 2b를 참조하면, 샤워헤드 (39) 는 원주형 측벽들 (120) 및 복수의 내부 벽들 (124) 을 포함한다. 원주형 측벽들 (120) 및 복수의 내부 벽들 (124) 은 업스트림 플라즈마 영역을 향하는 샤워헤드 (39) 의 상단 벽 (130) 또는 표면 (도 2a 참조) 으로부터 기판 (38) 을 향하는 샤워헤드 (39) 의 하단 벽 또는 표면 (126) 으로 연장한다. 홀들 (46) 은 상단 벽 (130), 내부 벽들 (124) 및 하단 벽 (126) 을 통과한다. 샤워헤드 (39) 의 하단 벽 표면 (126) 은 플레넘 (40) 으로부터 하단 벽 (126) 을 통해 기판 (38) 으로의 가스 플로우를 가능하게 하도록, 복수의 홀들 (42) 을 포함한다.
이제 도 3을 참조하면, 기판을 프로세싱하기 위한 방법 (200) 의 예가 도시된다. 204에서, 플라즈마는 업스트림 플라즈마 영역에서 생성된다. 208에서, 고 에너지 이온들은 플라즈마로부터 추출된다. 212에서, 고 에너지 중성자들이 고 에너지 이온들로부터 생성되고 다운스트림 영역으로 전달된다. 216에서, 하나 이상의 전구체들이 다운스트림 영역으로 공급된다. 220에서, 기판이 고 에너지 중성자들 및 하나 이상의 전구체들에 노출된다.
종래의 시스템에서, 리모트 플라즈마 소스는 접지된 플레넘과 함께 사용되고 저 에너지 중성자들 (~ 0.01 eV) 을 갖는다. 반대로, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 플라즈마 소스, 이온 추출기, 듀얼 플레넘 및 중성자 추출기를 사용한다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 고 활성화 에너지를 갖고 전하 대미지가 없는 에너지 중성자 (~ 1 eV 내지 100 eV) 를 제공한다. 에너지 중성자는 균일한 프로세스들을 제공하기 위해 큰 면적에 대해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 기판 면적은 300 ㎜, 450 ㎜ 이상의 직경을 갖기 때문에 수용가능할 수 있다. 이 시스템들 및 방법들은 고압 (~Torr) 에 적합하고 광범위한 프로세스들에 적용가능하다.
단지 예를 들면, 약 5 eV 내지 10 eV의 중성자 에너지는 훨씬 보다 낮은 에너지들이 목표된 반응들을 구동하지 못할 수도 있고 훨씬 보다 높은 에너지들이 대미지를 초래할 수도 있기 때문에 적절할 수도 있다. 압력은 웨이퍼에서 중성자들의 등방성 공간 분포 (즉, 지향성이 높지 않음) 를 생성하기 충분해야 하지만, 백그라운드 가스로 스캐터링되기 때문에 웨이퍼에서의 중성 플럭스가 수용불가능하게 낮게 너무 높지 않다.
전술한 기술은 단순히 특성을 예시하는 것이고 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 애플리케이션, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특별한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리를 변경하지 않고 다른 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기에 기술되지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대해 기술된 임의의 하나 이상의 이들 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시예들의 또 다른 실시예와의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "접속된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하도록 해석되지 않아야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수 있다. 예를 들어서, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어서 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어서, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 디포지션 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작과 연관되거나 사용될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기에 주지된 바와 같이, 툴에 의해 수행되는 프로세스 단계 또는 단계들에 따라, 제어기는 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접한 툴들, 이웃 툴들, 공장 전체에 위치된 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로딩 포트들로/로부터 웨이퍼들의 컨테이너들을 가져오는 재료 이송에 사용된 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (35)

  1. 에너지 중성자들 (energetic neutrals) 을 생성하기 위한 시스템으로서,
    플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성된 리모트 플라즈마 생성기;
    상기 플라즈마로부터 고 에너지 이온들을 추출하도록 구성된 이온 추출기;
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부; 및
    상기 플라즈마 영역과 상기 기판 지지부 사이에 배치된 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스로서, 상기 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 상기 고 에너지 이온들로부터 에너지 중성자들을 추출하고, 상기 에너지 중성자들을 상기 기판에 공급하고, 그리고 상기 프로세싱 챔버 내로 전구체 가스를 분산시키도록 구성되는, 상기 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스를 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    미리 결정된 온도로 상기 기판을 가열하도록 구성된 히터를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스는 샤워헤드를 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드와 상기 기판 사이의 거리는 상기 에너지 중성자들의 수명 내에 있도록 선택되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 전구체 가스를 수용하기 위해 상기 샤워헤드 내에 제 1 플레넘을 구성하고; 그리고
    상기 샤워헤드는 상기 제 1 플레넘과 유체 연통하는, 상기 샤워헤드의 기판을 향하는 (facing) 표면 내의 제 1 복수의 홀들을 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 상기 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면으로부터 상기 샤워헤드의 상기 기판을 향하는 표면까지 연장하는 제 2 복수의 홀들을 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 세라믹으로 이루어지고, 상기 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면에 인접하여 배치된 전극을 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 접지 기준 전위에 의해 바이어스되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 복수의 홀들과 정렬된 제 3 복수의 홀들을 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 생성기는,
    상기 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스로부터 이격되어 배치되는 전극으로서, 상기 플라즈마 영역이 상기 전극과 상기 중성자 추출기 및 가스 분산 디바이스 사이에 위치되는, 상기 전극;
    상기 플라즈마 영역으로 플라즈마 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템; 및
    플라즈마를 생성하기 위해 상기 전극으로 RF 전력을 선택적으로 출력하는 RF 전력 생성기를 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이온 추출기는 상기 전극으로 DC 전압을 선택적으로 출력하는 DC 전력 생성기를 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 DC 전압은 일정한, 포지티브 DC 전압인, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 DC 전압은 펄싱된, 포지티브 DC 전압인, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 에너지 중성자들로부터 이격되게 상기 기판에 전구체 가스를 전달하도록 구성되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 금속으로 이루어진, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 상기 샤워헤드의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 유전체층을 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들은 1 eV 내지 100 eV의 범위의 에너지를 갖는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들은 5 eV 내지 10 eV의 범위의 에너지를 갖는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 전구체 가스 및 상기 플라즈마 영역으로 플라즈마 가스를 공급하도록 가스 전달 시스템을 제어하고;
    상기 플라즈마 영역 내에서 상기 플라즈마를 스트라이킹 (strike) 하도록 RF 생성기를 제어하고; 그리고
    상기 이온 추출기로 DC 전압을 출력하도록 DC 전력 생성기를 제어하도록 구성되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 시스템.
  20. 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법으로서,
    플라즈마 영역에서 플라즈마를 원격으로 생성하는 단계;
    상기 플라즈마로부터 고 에너지 이온들을 추출하는 단계;
    상기 고 에너지 이온들로부터 에너지 중성자들을 추출하는 단계;
    프로세싱 챔버 내의 기판으로 상기 에너지 중성자들을 공급하는 단계; 및
    상기 프로세싱 챔버로 전구체 가스를 공급하는 단계를 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기판을 미리 결정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    샤워헤드를 사용하여 상기 에너지 중성자들을 추출하고 상기 전구체 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 샤워헤드와 상기 기판 간의 거리는 에너지 중성자들의 수명 내에 있도록 선택되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 전구체 가스를 수용하기 위해 상기 샤워헤드 내에 제 1 플레넘 및 상기 제 1 플레넘과 유체 연통하는 제 1 복수의 홀들을 구성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 복수의 홀들은 상기 샤워헤드의 기판을 향하는 표면 상에 배치되는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 상기 샤워헤드의 이온 추출기를 향하는 표면으로부터 상기 샤워헤드의 상기 기판을 향하는 표면까지 연장하는 제 2 복수의 홀들을 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 세라믹으로 이루어지고, 그리고
    상기 샤워헤드의 상기 이온 추출기를 향하는 표면에 인접하게 전극을 배치하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 원격으로 생성하는 단계는,
    상기 플라즈마 영역 내에 전극을 제공하는 단계;
    상기 플라즈마 영역에 플라즈마 가스를 공급하는 단계; 및
    플라즈마를 생성하기 위해 상기 전극으로 RF 전력을 선택적으로 출력하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들을 추출하기 위해 상기 전극에 DC 전압을 선택적으로 출력하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 DC 전압은 일정한, 포지티브 DC 전압인, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 DC 전압은 펄싱된, 포지티브 DC 전압인, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들로부터 이격되게 상기 프로세싱 챔버로 상기 전구체 가스를 전달하는 단계를 더 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  32. 제 22 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 금속으로 이루어진, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 상기 샤워헤드의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 유전체층을 포함하는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들은 1 eV 내지 100 eV의 범위의 에너지를 갖는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
  35. 제 21 항에 있어서,
    상기 에너지 중성자들은 5 eV 내지 10 eV의 범위의 에너지를 갖는, 에너지 중성자들을 생성하기 위한 방법.
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