KR20160137327A - 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 시스템 및 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법이 제공된다. 시스템은 플라즈마를 발생시키도록 구성되는 원격 플라즈마 모듈을 포함한다. 시스템은 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 합성물 혼합 부재를 더 포함한다. 시스템은 또한 처리를 위해 합성물 혼합 부재로부터의 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 처리 챔버를 포함한다. 게다가, 시스템은 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마를 모니터하도록 구성되는 검출 모듈을 포함한다.

Description

반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING PLASMA IN SEMICONDUCTOR FABRICATION}
본 출원은 2015년 5월 22일자로 출원되었고 전체가 본 출원에 참고로 명확하게 합체되는 미국 가출원 제62/165,477호를 35 U.S.C. 119(e)하에 우선권 주장한다.
반도체 디바이스는 개인용 컴퓨터, 셀 폰, 디지털 카메라, 및 기타 전자 장비 등의 다양한 전자 용례에 사용된다. 반도체 디바이스는 통상적으로 절연층 또는 유전체층, 전도층, 및 반도체 재료층을 반도체 기판 위에 연속적으로 성막하고, 리소그래피를 이용하여 다양한 재료층을 패터닝하여 집적 회로(IC; integrated circuit)와 요소를 그 위에 형성함으로써 제조된다. 새로운 세대의 IC는 기술이 발달함에 따라 이전 세대의 IC보다 더 복잡한 회로를 갖는다. 그러나, 이들 발달이 실현되기 위해서, IC 처리 및 제조에 있어서 유사한 발달이 요구된다.
반도체 디바이스의 제조 중에, 반도체 웨이퍼 상에 집적 회로를 제조하는 데에 다양한 처리 단계가 사용된다. 보다 작은 디바이스 크기 및 보다 높은 회로 밀도를 향한 계속적인 발달에 있어서 가장 어려운 인자들 중 한가지는 미리 정해진 에러 윈도우 내에 보다 작은 임계 치수를 갖는 회로를 일관되게 형성하는 것이다. 예컨대, 반도체 피쳐 크기는 임계 치수가 허용 가능한 한계치 내에 있는 것을 보장하기 위하여 포토리소그래피 패터닝 및 에칭 후에 광학적 또는 전기적 도량형 검사를 받는 경우가 많다.
처리 단계를 수행하는 기존의 방법 및 디바이스는 그 소기의 목적에 대체로 적절하지만, 모든 면에서 완전히 만족스럽지 않았다. 따라서, 반도체 제조 작업에서 프로세스 제어를 위한 해법을 제공하는 것이 요망된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제들 중 하나 이상을 제거 또는 완화시키는 것이다.
본 개시의 양태는 첨부 도면과 함께 읽을 때에 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업에 있어서의 표준적 실시에 따라, 다양한 피쳐들은 실척으로 도시되지 않는다. 사실상, 다양한 피쳐들의 치수는 설명의 명확도를 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른, 반도체 제조의 처리 시스템의 블럭도이다;
도 2a는 몇몇 실시예에 따른, 가스 혼합 부재의 개략적인 정면도이다;
도 2b는 몇몇 실시예에 따른, 가스 혼합 부재의 개략적인 배면도이다;
도 3a는 몇몇 실시예에 따른, 가스 혼합 부재 상에 장착되기 전에 검출 모듈의 분해도이다;
도 3b는 몇몇 실시예에 따른, 가스 혼합 부재 상에 장착되는 검출 모듈의 단면도이다;
도 4는 몇몇 실시예에 따른, 처리 챔버 내에 플라즈마 재료를 공급하기 위한 방법의 흐름도이다;
도 5는 처리 시간에 관하여 광의 파장의 스펙트럼의 세기를 보여주는 다이어그램이다.
이하의 개시는 본 발명의 상이한 피쳐들을 실시하기 위한 많은 상이한 실시예, 즉 예를 제공한다. 구성요소 및 구성의 특정한 예는 본 개시를 간소화하도록 아래에서 설명된다. 물론, 이들은 단지 예일 뿐이고 한정하도록 의도되지 않는다. 예컨대, 아래의 설명에서 제2 피쳐 위에 또는 제2 피쳐 상에 제1 피쳐의 형성은 제1 및 제2 피쳐가 직접적인 접촉 상태로 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 또한 제1 및 제2 피쳐가 직접적으로 접촉하지 않을 수 있도록 제1 및 제2 피쳐 사이에 추가의 피쳐가 형성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 간소화 및 명확도를 위한 것이고 설명되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 간의 관계를 자체가 결정하지 않는다.
또한, "밑에", "아래에", "하부", "위에", "상부" 등과 같이 공간적으로 상대적인 용어는 본 명세서에서 도면에 예시된 바와 같이 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 하나의 요소 또는 피쳐의 관계를 설명하도록 설명의 용이함을 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향 외에 사용 또는 작동 시에 디바이스의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다. 장치는 달리 배향(90도 또는 다른 배향으로 회전)될 수 있고 본 명세서에 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 마찬가지로 이에 따라 해석될 수 있다. 추가적인 작동이 방법 전에, 동안에, 그리고 후에 제공될 수 있고, 설명된 작동들 중 몇몇은 방법의 다른 실시예에 대해 대체되거나 제거될 수 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템(1)의 개략도를 도시한다. 플라즈마 처리 시스템(1)은 하나 이상의 웨이퍼(5)를 처리하도록 구성된다. 처리 대상 웨이퍼(5)는 반도체층, 도체층, 및/또는 절연체층을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼(5)는 층상 반도체를 포함한다. 예로는 실리콘-온-절연체(SOI; silicon-on-insulator) 기판, 실리콘-온-사파이어 기판, 또는 실리콘-게르마늄-온-절연체 기판 상에 반도체층의 층형성, 또는 박막 트랜지스터(TFT; thin film transistor)를 생성하기 위한 유리 상에 반도체의 층형성을 포함한다. 웨이퍼(5)는 완료된 다이가 형성되기 전에, 리소그래피, 에칭, 및/또는 도핑 등의 여러 처리 단계를 통과할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 플라즈마 처리 시스템(1)은 원격 플라즈마 모듈(10), 합성물 혼합 부재(20), 처리 챔버(30), 검출 모듈(40), 제어 모듈(50), 플라드마 가스 공급 유닛(71), 및 다수의 처리 가스 공급 유닛(72, 73)을 포함한다. 추가적 피쳐가 웨이퍼 처리 시스템에 추가될 수 있고, 후술되는 피쳐들 중 일부는 웨이퍼 처리 시스템의 다른 실시예에서 대체 또는 제거될 수 있다.
원격 플라즈마 모듈(10)은 적어도 하나의 플라즈마를 공급 및 제어하여 처리 챔버(30) 내에서 처리 용례를 가능하게 하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 원격 플라즈마 모듈(10)은 전원, 제어 모듈, 및 플라즈마 챔버를 포함한다. 플라즈마 챔버에 인접하게 배치되는 하나 이상의 유도 코일 요소가 무선 주파수(RF; radio frequency) 플라즈마 전원에 연결된다. 플라즈마 소스 가스(60)가 원격 플라즈마 모듈(10)로 공급될 때에 플라즈마 가스 공급 유닛(71)으로부터의 플라즈마 소스 가스(비플라즈마 상)(60)가 플라즈마(60')로 여기된다. 원격 플라즈마 모듈(10)은 또한 플라즈마(60')를 합성물 혼합 부재(20)로 전달한다. 몇몇 실시예에서, 원격 플라즈마 모듈(10)은 다수의 상이한 플라즈마를 처리 챔버(30)로 공급 및 전달한다.
몇몇 실시예에서, 플라즈마 가스 공급 유닛(71)은 저장 탱크(711)와 가스 컨트롤러(712)를 포함한다. 저장 탱크(711)는 원격 플라즈마 모듈(10)로 전달될 플라즈마 소스 가스(60)를 저장하도록 구성된다. 플라즈마 소스 가스(60)는 O2, H2O, NH3, N2, 및 H2로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 가스 컨트롤러(712)는 원격 플라즈마 모듈(10)에 대한 플라즈마 소스 가스(60)의 연결 및 전달율을 제어하도록 구성된다. 가스 컨트롤러(712)는 밸브, 유량계, 센서 등과 같은 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스 컨트롤러(712)는 제어 모듈(50)에 의해 제어되고 제어 모듈로부터의 명령을 수신한다.
몇몇 실시예에서, 처리 가스 공급 유닛(72, 73)은 플라즈마 가스 공급 유닛(71)과 유사한 구성요소를 포함한다. 예컨대, 처리 가스 공급 유닛(72)은 저장 탱크(721)와 가스 컨트롤러(722)를 포함한다. 저장 탱크(721)는 처리 가스(61)를 수용하도록 구성된다. 가스 컨트롤러(722)는 합성물 혼합 부재(20)에 대한 처리 가스(61)의 연결 및 전달율을 제어하도록 구성된다. 처리 가스 공급 유닛(73)은 저장 탱크(731)와 가스 컨트롤러(732)를 포함한다. 저장 탱크(731)는 처리 가스(62)를 수용하도록 구성된다. 가스 컨트롤러(732)는 합성물 혼합 부재(20)에 대한 처리 가스(62)의 연결 및 전달율을 제어하도록 구성된다.
처리 가스 공급 유닛(72, 73)으로부터 공급된 처리 가스(61, 62)는 플라즈마 가스 공급 유닛(71)으로부터 공급된 플라즈마 소스 가스(60)와 동일하거나 상이할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 소스 가스(60)는 질소이고, 처리 가스(61)는 실란(SiH4)을 포함하며, 처리 가스(62)는 헥사플루오르화 텅스텐(WF6)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 처리 가스(61, 62)는 플라즈마 가스 공급 유닛(71)으로부터의 플라즈마(60'; 즉, 비플라즈마 상)로서 플라즈마로 복귀되는 일 없이 합성물 혼합 부재(20)로 공급된다.
합성물 혼합 부재(20)는 상이한 소스들로부터 가스와 플라즈마를 받아들이고 합성물을 처리 챔버(30)로 지향시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 상이한 소스들로부터 가스와 플라즈마를 받아들이고 처리 챔버(30)에 도달하기 전에 모든 합성물을 혼합하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)로 공급되는 가스는 없고, 하나 이상의 상이한 플라즈마가 합성물 혼합 부재(20)를 통해 처리 챔버(30)로 공급된다.
몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 가스 또는 플라즈마가 통과하게 할 수 있도록 내부에 형성되는 유동로(21)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 다수의 유입구[유입구(22, 25, 26) 등], 뷰잉 윈도우(23), 및 유출구(24)를 더 포함한다. 유입구(22, 25, 26), 뷰잉 윈도우(23), 및 유출구(24)는 유동로(21)에 연결된다.
몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 유입구(22)를 통해 원격 플라즈마 모듈(10)에 연결된다. 가스 라인(11)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 원격 플라즈마 모듈(10)과 합성물 혼합 부재(20)의 유입구(22) 사이에 연결된다. 게다가, 합성물 혼합 부재(20)는 유출구(24)를 통해 처리 챔버(30)에 연결된다. 가스 라인(12)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(30)와 합성물 혼합 부재(20)의 유출구(24) 사이에 연결된다. 가스 라인(11, 12)은 튜브, 파이프, 또는 유사한 디바이스일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스 라인(11, 12)은 합성물 혼합 부재(20)에 분리 가능하게 연결되고 나사 등의 적절한 수단을 통해 합성물 혼합 부재(20) 상에 고정된다. 몇몇 실시예에서, 유입구(22)와 유출구(24)는 유동로(21)의 2개의 단부에 형성된다.
몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 유입구(25)를 통해 처리 가스 공급 유닛(72)에 연결되고, 합성물 혼합 부재(20)는 유출구(26)를 통해 처리 가스 공급 유닛(73)에 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유입구(25)는 교차점(P1)에서 유동로(21)에 연결되고, 유입구(26)는 교차점(P2)에서 유동로(21)에 연결된다. 교차점(P1)은 교차점(P2)의 상류측에 배치된다. 그러나, 다른 변형 및 수정이 본 개시의 실시예에 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 몇몇 실시예에서, 예컨대, 교차점(P1)과 교차점(P2)은 동일한 위치에 배치된다.
뷰잉 윈도우(23)는 플라즈마(60')가 교차점(P1, P2)에 접근하기 전에 플라즈마(60')의 검출을 허용하도록 유동로(21)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 뷰잉 윈도우(23)는 교차점(P0)에서 유동로(21)에 연결된다. 교차점(P0)은 교차점(P1, P2)의 상류측에 배치된다. 즉, 교차점(P1, P2)은 교차점(P0)보다는 유입구(22)로부터 더 멀리 있다. 그 결과, 플라즈마(60')가 유입구(22)를 통해 합성물 혼합 부재(20)로 공급된 후에, 플라즈마(60')는 먼저 교차점(P0)을 통해 유동한 다음에 교차점(P1, P2)을 통과한다. 그 후에, 플라즈마(60')는 유출구(24)를 통해 합성물 혼합 부재(20)를 빠져나간다.
도 2a는 몇몇 실시예에 따른, 합성물 혼합 부재(20)의 개략적인 정면도를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 메인 본체(200)를 포함한다. 유입구(22)와 유출구(24)는 메인 본체(200)의 전방면(201)과 같은 메인 본체(200)의 동일한 외부면 상에 형성된다. 유입구(22)는 메인 본체(200)의 상단부에 인접하게 형성되고, 유출구(24)는 메인 본체(200)의 저단부에 인접하게 형성된다.
도 2b는 몇몇 실시예에 따른, 합성물 혼합 부재(20)의 개략적인 배면도를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 2개의 추가 유입구(25, 26)는 메인 본체(200)의 외부면들 중 하나[후방면(202) 등]에 형성되고, 뷰잉 윈도우(23)는 또한 메인 본체(200)의 외부면들 중 하나[후방면(202) 등]에 형성된다. 2개의 추가 유입구(25, 26)는 메인 본체(200)의 저단부에 인접하게 형성되고, 뷰잉 윈도우(23)는 메인 본체(200)의 상단부에 인접하게 형성된다. 몇몇 실시예에서, 유입구(22)와 뷰잉 윈도우(23)는 메인 본체(200)의 2개의 대향하는 외부면들에 형성된다. 게다가, 유입구(22)는 뷰잉 윈도우(23)에 정렬된다. 그 결과, 유입구(22)와 뷰잉 윈도우(23)는 동일한 축선을 따라 배치된다.
합성물 혼합 부재(20)의 구성은 변경될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 뷰잉 윈도우(23)는, 후방면(203) 또는 전방면(201)을 메인 본체(200)의 후방면(203)에 연결하는 측면 등의 메인 본체의 임의의 외부면 상에 형성된다.
도 1을 참조하면, 처리 챔버(30)는 합성물 혼합 부재(20)로부터의 가스를 이용하여 하나 이상의 웨이퍼(5)를 처리하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 처리 챔버(30)는 원격 플라즈마[플라즈마(60') 등]와 처리 가스(들)[처리 가스(61, 62) 등]을 이용하여 처리 챔버(30) 내에 위치 설정된 웨이퍼(5) 상에 성막된 층을 형성한다. 그러나, 실시예가 성막 프로세스를 참조하여 설명되지만, 실시예를 그것으로 제한되지 않는다. 오히려, 플라즈마 보조 에칭 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스 등과 같이 플라즈마를 이용하는 임의의 프로세스가 실시예로부터 이익을 얻을 수 있다. 모든 그러한 플라즈마 프로세스 및 원격 플라즈마 프로세스는 실시예의 범위 내에 완전히 포함되도록 의도된다.
몇몇 실시예에서, 처리 챔버(30)는 장착 플랫폼(31)과 샤워헤드(32)를 포함한다. 장착 플랫폼(31), 예컨대 정전 척(ESC; electrostatic chuck)은 웨이퍼(5)를 지지하기 위한 처리 챔버(30) 내에 위치 설정된다. 장착 플랫폼(31)은 회전 가능할 수 있고 성막 프로세스 중에 기판(5)을 가열하기 위한 가열 메카니즘을 포함할 수 있다. 단일의 장착 플랫폼(31)이 도 1에 도시되어 있지만, 임의의 갯수의 장착 프랫폼(31)이 처리 챔버(30) 내에 추가적으로 포함될 수 있다는 것을 알아야 한다.
몇몇 실시예에서, 샤워헤드(32)는 합성물 혼합 부재(20)로부터 가스를 받아들이고 처리 챔버(30) 둘레에 얇고 균등한 분배로 가스를 분산시키도록 구성된다. 샤워헤드(32)는 샤워헤드(32) 둘레에 균등하게 분산된 개구를 갖는 원형 디자인을 가질 수 있다. 처리 챔버(30) 내의 압력 등의 처리 조건은 펌프에 의해 제어될 수 있다.
도 3a는 몇몇 실시예에 따른, 가스 혼합 부재 상에 장착되기 전에 검출 모듈의 분해도이다. 몇몇 실시예에서, 검출 모듈(40)은 광학 방출 분광계(optical emission spectrometer)이다. 그러나, 본 개시의 실시예에 다른 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예컨대, 검출 모듈(40)은 고정식 송신기 및 조정 가능한 수신기(FTTR; fixed transmitters and tunable receivers)를 포함한다. FTTR은 유동로(21)에서 플라즈마(60')의 상태의 실시간 검출을 위해 구성된다.
검출 모듈(40)은, 몇몇 실시예에 따른, 컴퓨터(41; 도 1), 신호 라인(42), 및 탐측 조립체(43)를 포함한다. 탐측 조립체(43)는 신호 라인(42)을 통해 컴퓨터(41)에 연결된다. 탐측 조립체(43)는 분광 광도계(431; spectrophotometer), 기판, 및 밀봉 부재(433)를 포함한다. 분광 광도계(431)는 그 칼라(파장)의 기능으로서 광선의 세기를 측정한다. 분광 광도계(431)는 신호 라인(42)에 전기적으로 연결되고 기판(432)에 물리적으로 연결된다. 기판(432)은 투명한 유리를 포함한다.
O링 등의 밀봉 부재(433)는 분광 광도계(431)가 배치되는 표면에 대향되는 기판(432)의 표면과 합성물 혼합 부재(20) 사이에 위치 설정된다. 구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 뷰잉 윈도우(23)는 직선 축선(M)을 따라 연장되는 통로를 포함한다. 통로는 제1 내벽(231), 제2 내벽(232), 및 제3 내벽(233)을 포함한다. 제1 내벽(231)은 후방면(202)을 제2 내벽(232)에 연결하고, 제3 내벽(233)은 제2 내벽(232)을 유동로(21)에 연결시킨다. 제1 내벽(231)과 제3 내벽(233)은 직선 축선(M)에 평행하게 연장된다. 제2 내벽(232)은 제1 내벽(231)과 제3 내벽(233)에 직교하게 배치된다. 원형 홈(234)이 제2 내벽(232) 상에서 주변에 형성된다. 밀봉 부재(433)는 원형 홈(234) 내에 위치 설정된다. 그러나, 본 개시의 실시예에 다른 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 몇몇의 다른 비예시적인 실시예에서, 예컨대 기판(432) 상에 홈이 형성되고, 밀봉 부재(433)가 기판(432)의 홈 내에 위치 설정된다.
조립체 밀봉 부재(433)는 합성물 혼합 부재(20) 상에 위치 설정되고, 탐측 조립체(43)는 합성물 혼합 부재(20)의 뷰잉 윈도우(23)에 대응하게 위치 설정된다. 몇몇 실시예에서, 탐측 조립체(43)는 적절한 수단에 의해 분광 광도계(431)를 통해 합성물 혼합 부재(20) 상에 장착된다. 예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이, 분광 광도계(431)는 다수의 나사(434)를 통해 후방면(202) 상에 고정된다. 나사(434) 각각은 분광 광도계(431) 상에 형성된 관통홀(4311)을 통과하고 후방면(202) 상에 암나사가 있는 홀(204)과 정합된다.
몇몇 실시예에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 분광 광도계(431)가 합성물 혼합 부재(20)에 체결된 후에, 밀봉 부재(433)는 압축되어 변형된다. 그 결과, 합성물 혼합 부재(20)의 뷰잉 윈도우(23)가 밀봉되고, 유동로(21)에서 가스의 누출이 방지된다.
몇몇 실시예에서, 기판(432)의 폭은 뷰잉 윈도우(23)의 폭보다 크다. 게다가, 뷰잉 윈도우(23)가 연장되는 축선(M)에 직교하는 방향에서, 분광 광도계(431)의 폭은 기판(432)의 폭보다 크다.
컴퓨터(41)는 유동로(21) 내에 광의 파장의 스펙트럼의 상대 세기를 결정하도록 구성된다. 작동 시에, 플라즈마(60')는 유동로(21) 내의 교차점(P0)을 통과하고, 뷰잉 윈도우(23)을 통해 분광 광도계(431)에 의해 확인된다. 이어서, 취득한 광학 방출 분광계 데이터가 컴퓨터(41)에 저장되고 분석되며 도 5에 도시된 바와 같이 유동로(21) 내에 광의 파장의 스펙트럼의 세기에 대응하는 실시간 검출 결과를 출력한다.
제어 모듈(50; 도 1 참조)은 처리 시스템(1)의 파라미터들 중 여러 개를 제어하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 제어 모듈(50)은 검출 모듈(40)의 컴퓨터(41)로부터의 출력을 기초로 하여 원격 플라즈마 모듈(10)을 제어한다. 예컨대, 유동로(21) 내에서 광 파장의 스펙트럼의 세기가 사전 설정된 범위 밖에 있다면, 제어 모듈(50)은 원격 플라즈마 모듈(10)을 정지시키는 신호를 트리거하고 경고 신호를 발생시킨다. 그 결과, 플라즈마(60')가 합성물 혼합 부재(20)로 공급되는 것이 중단되고, 작업자에게 원격 플라즈마 모듈(10)에 관한 유지 보수를 수행하라고 요청된다. 몇몇 실시예에서, 원격 플라즈마 모듈(10)은 플라즈마 프로세스를 위해 플라즈마(60')를 계속 공급하도록 다른 원격 플라즈마 모듈(10)에 의해 대체된다.
도 4는 몇몇 실시예에 따라, 웨이퍼를 클리닝하거나 플라즈마를 이용하여 재료층(들)을 형성하는 방법(100)을 예시하는 흐름도이다. 설명을 위해, 흐름도는 도 1 내지 도 3에 도시된 개략도와 함께 설명될 것이다. 설명된 단계들 중 몇몇은 상이한 실시예에서 대체되거나 제거될 수 있다.
방법(100)은 원격 플라즈마 모듈[원격 플라즈마 모듈(10) 등]에 의해 플라즈마가 발생되는 단계(101)로 시작한다. 몇몇 실시예에서, 원격 플라즈마 모듈(10)은 플라즈마 가스 공급 유닛(71)으로부터의 플라즈마 가스(60; 비플라즈마 상)를 플라즈마(60')로 복귀시킨다. 플라즈마 가스 공급 유닛(71)으로부터의 플라즈마 가스는 질소일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 원격 플라즈마 모듈(10)은 사전 설정된 시구간 동안 플라즈마(60')를 계속 생성한다. 그러나, 여러 개의 변형 및 수정이 본 개시의 실시예에 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예컨대, 원격 플라즈마 모듈(10)은 플라즈마(60')를 주기적으로 생성하고, 각각의 개별적인 시구간 사이에, 플라즈마가 없거나 다른 합성물에 의해 여기되는 상이한 플라즈마가 존재한다.
단계(102)에서, 원격 플라즈마 모듈(10)로부터의 플라즈마(60')는 합성물 혼합 부재[합성물 혼합 부재(20) 등]로 지향된다. 몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)는 원격 플라즈마 모듈(10) 밖에 위치 설정되고 소정 거리 만큼 분리되어 있다. 플라즈마(60')는 가스 라인(11)을 통해 합성물 혼합 부재(20)로 전달된다. 가스 라인(11)은 원격 플라즈마 모듈(10)의 유출구를 합성물 혼합 부재(20)의 유입구(22)에 연결한다.
몇몇 실시예에서, 합성물 혼합 부재(20)로 전달된 후에, 플라즈마(60')는 합성물 혼합 부재(20) 내의 유동로(21)를 통과하고 플라즈마 프로세스를 위해 처리 챔버(30)로 유동한다. 플라즈마(60')는 가스 라인(12)을 통해 처리 챔버(30)로 운반된다. 가스 라인(11)은 원격 플라즈마 모듈(10)의 유출구(24)를 처리 챔버(30)의 유입구에 연결한다. 처리 챔버(30)의 유입구는 처리 챔버(30)의 샤워헤드(32)에 직접 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 플라즈마는 도관을 통해 원격 플라즈마 모듈(10)로부터의 처리 챔버(30)에 전달된다. 도관은 결과적으로 가스 라인(11), 유동로(21), 및 가스 라인(12)에 의해 구성된다. 원격 플라즈마 모듈(10)은 도관의 상류측 단부에 연결되고, 처리 챔버(30)는 도관의 하류측 단부에 연결된다.
단계(103)에서, 하나 이상의 처리 가스가 합성물 혼합 부재(20) 내로 공급된다. 몇몇 실시예에서, 처리 가스의 공급 및 원격 플라즈마 모듈(10)로부터 플라즈마 또는 다른 합성물의 공급이 동시에 수행된다. 예컨대, 처리 가스(61, 62)는 합성물 혼합 부재(20) 내로 공급되고, 원격 플라즈마 모듈(10)로부터의 플라즈마(60') 또는 다른 합성물이 합성물 혼합 부재(20) 내로 공급된다. 따라서, 처리 가스(61, 62)와 플라즈마(60') 또는 합성물은 합성물 혼합 부재(20)의 유동로(21) 내에서 혼합된다.
그러나, 다른 변형 및 수정이 본 개시의 실시예에 이루어질 수 있다. 몇몇의 다른 실시예에서, 예컨대 처리 가스의 공급은 플라즈마(60')가 합성물 혼합 부재(20) 내로 전달되기 전에 시작될 수 있다. 이와 달리, 처리 가스의 공급은 원격 플라즈마 모듈(10)이 임의의 합성물의 공급을 정지시킨 후에 시작될 수 있다. 원격 플라즈마 모듈(10)로부터의 플라즈마(60')는 다른 가스와 혼합되지 않거나 처리 챔버(30)로 운반되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 단계(103)가 제거되고, 합성물 혼합 부재(20)에 가스가 공급되지 않는다.
단계(104)에서, 합성물 혼합 부재(20) 내의 플라즈마(60')의 파라미터 데이터가 검출 모듈[검출 모듈(40) 등]에 의해 취득된다. 몇몇 실시예에서, 검출 모듈(40)은 합성물 혼합 부재(20) 내에 형성된 유동로(21)의 상류측의 플라즈마(60')의 광 파장을 측정함으로써 플라즈마(60')를 모니터한다. 예컨대, 검출 모듈(40)이 플라즈마(60')를 보게 하는 뷰잉 윈도우(23)는 원격 플라즈마 모듈(10)로부터 플라즈마(60')를 받아들이는 데에 사용되는 유입구(21)와 직접 대면한다. 플라즈마(60')의 파라미터 데이터는 유동로(21)에서 다른 합성물과 혼합되기 전에 취득되기 때문에, 검출 결과의 정확도가 개선된다.
그러나, 검출 모듈(40)의 배열은 상기 실시예로 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 예컨대, 플라즈마(60')의 파라미터 데이터는 플라즈마(60')가 유동로(21) 내에서 다른 합성물과 혼합된 후에 취득되고, 검출 모듈(40)은 유동로(21) 내에서 플라즈마(60')와 처리 가스(61, 62)의 혼합물의 상태를 모니터한다.
단계(105)에서, 파라미터 데이터는 사전 설정된 파라미터 사양과 비교된다. 몇몇 실시예에서, 파라미터 데이터는 검출 모듈(40)의 컴퓨터(41)에 의해 처리된다. 컴퓨터(41)는 탐측 조립체(43)로부터 플라즈마 밀도 및/또는 플라즈마 전자 충돌율 등의 파라미터 데이터를 해석하도록 프로그램될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컴퓨터(41)는 플라즈마 프로세스 중에 및/또는 전반에 걸쳐서 컴퓨터(41)에 이미 프로그램된 사전에 설정된 파라미터 사양과 파라미터 데이터를 계속적으로 비교한다.
단계(106)에서, 원격 플라즈마 모듈(10)의 작동은, 파라미터 데이터가 사전 설정된 파라미터 사양 밖에 있다면 종료된다. 몇몇 실시예에서, 측정된 파라미터 데이터는 사양의 상한 또는 하한 밖으로 이동되고, 적절한 데이터가 제어 모듈(50)로 전달되며, 이는 원격 플라즈마 모듈(10)의 작동 또는 반응 챔버(32)의 작동을 종료시킨다. 그 결과, 부적절한 플라즈마가 공급된 원인으로 생기는 기판(5)의 고장이 방지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 사전 설정된 파라미터 사양은 검출 모듈(40)에 의해 검출되는 파장의 세기 범위이다. 세기 범위는 질소 플라즈마 가스를 검출하는 경우에 약 2.5 (a.u.) 내지 약 4.5 (a.u)이다.
몇몇 실시예에서, 단계(105) 후에, 원격 플라즈마 모듈(10)은 다른 원격 플라즈마 모듈(10)과 대체된다. 원래의 원격 플라즈마 모듈(10)과 같이, 새로운 원격 플라즈마 모듈(10)은 합성물 혼합 부재(20)에 연결되어 플라즈마를 플라즈마 프로세스를 위해 처리 챔버(30)로 공급한다. 새로운 원격 플라즈마 모듈(10)에 의해 공급된 플라즈마는 또한 플라즈마 프로세스의 적절한 처리 결과가 처리 챔버 내에서 수행되는 것을 보장하도록 검출 모듈(40)에 의해 계속적으로 모니터된다.
전술한 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 실시예는 합성물 혼합 부재 내에서 원격 플라즈마 모듈에 의해 공급되는 플라즈마의 실시간 모니터링을 위해 검출 모듈을 이용한다. 원격 플라즈마 모듈은 측정된 플라즈마 파라미터 데이터가 프로그램된/사전 설정된 플라즈마 파라미터 사양 내에 있지 않다면 공급을 중단한다. 따라서, 플라즈마 프로세스의 특성이 안정화된다. 게다가, 원격 플라즈마 모듈로부터 플라즈마에 의해 에칭되는 필름의 에칭률을 계산하는 종래의 방법과 비교하면, 개시된 방법은 부적절한 밀도를 갖는 플라즈마를 공급함으로써 야기되는 고장 위험을 감소시킨다. 그 결과, 생산 수율이 개선되고, 제조 비용이 저감된다.
몇몇 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 시스템이 제공된다. 시스템은 원격 플라즈마 모듈을 포함한다. 원격 플라즈마 모듈은 도관의 상류측 단부에 연결되고 플라즈마를 발생시키도록 구성된다. 시스템은 처리 챔버를 더 포함한다. 처리 챔버는 도관의 하류측 단부에 연결되고 플라즈마 프로세스를 위해 원격 플라즈마 모듈로부터 플라즈마를 받아들이도록 구성된다. 시스템은 또한 합성물 혼합 부재를 포함한다. 합성물 혼합 부재는 도관의 일부로서 구성되는 유동로를 포함한다. 게다가, 시스템은 검출 모듈을 포함한다. 검출 모듈은 유동로에 연결되고 유동로 내의 플라즈마의 적어도 하나의 파라미터를 모니터하도록 구성된다.
몇몇 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 시스템이 제공된다. 시스템은 플라즈마를 발생시키도록 구성되는 원격 플라즈마 모듈을 포함한다. 시스템은 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 합성물 혼합 부재를 더 포함한다. 시스템은 또한 처리를 위해 합성물 혼합 부재로부터의 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 처리 챔버를 포함한다. 게다가, 시스템은 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마를 모니터하도록 구성되는 검출 모듈을 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 원격 플라즈마 모듈에 의해 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 방법은 원격 플라즈마 모듈로부터의 플라즈마를 합성물 혼합 부재로 지향시키는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마의 파라미터 데이터를 취득하는 단계를 포함한다. 게다가, 방법은 파라미터 데이터를 사전 설정된 파라미터 사양과 비교하는 단계를 포함한다. 파라미터 데이터가 사전 설정된 파라미터 사양 밖에 있다면 원격 플라즈마 모듈의 작동이 종료된다.
본 발명의 실시예들 및 그 이점에 대해서 상세하게 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 실시예의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에 설명된 프로세스, 장치, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계들의 특정 실시예로 제한되지 않는다. 당업자가 본 개시로부터 쉽게 알게 되는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 대응 실시예들과 실질적으로 동일한 결과를 달성할 수 있거나 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 것으로서, 현재에 존재하는 또는 추후에 개발될, 프로세스, 장치, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계들이 본 개시에 따라서 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그러한 프로세스, 장치, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계들을 그 범위 내에 포함하도록 의도된다. 게다가, 각 청구항은 별개의 실시예를 구성하고, 다양한 청구항들 및 실시예들의 조합이 본 개시의 범위 내에 있다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 시스템으로서,
    도관의 상류측 단부에 연결되고 플라즈마를 발생시키도록 구성되는 원격 플라즈마 모듈;
    상기 도관의 하류측 단부에 연결되고 플라즈마 프로세스를 위해 상기 원격 플라즈마 모듈로부터 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 처리 챔버;
    상기 도관의 일부로서 구성되는 유동로를 포함하는 합성물 혼합 부재; 및
    상기 유동로에 연결되고 상기 유동로 내의 플라즈마의 적어도 하나의 파라미터를 모니터하도록 구성되는 검출 모듈
    을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합성물 혼합 부재는 상기 처리 챔버의 외측에 위치 설정되고, 상기 도관의 다른 부분으로서 구성되는 가스 라인이 상기 합성물 혼합 부재와 상기 처리 챔버 사이에 연결되는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원격 플라즈마 모듈은 상기 도관의 다른 부분으로서 구성되는 가스 라인을 통해 합성물 혼합 부재에 연결되는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합성물 혼합 부재는,
    상기 유동로와 제1 교차점에서 만나는 뷰잉 윈도우로서, 상기 검출 모듈은 상기 뷰잉 윈도우를 통해 상기 합성물 혼합 부재에 연결되는 것인 뷰잉 윈도우;
    상기 유동로와 제2 교차점에서 만나는 유입구; 및
    상기 유입구를 통해 상기 유동로에 연결되고 처리 가스를 상기 유동로에 공급하도록 구성되는 처리 가스 공급 유닛
    을 더 포함하고, 상기 제1 교차점은 상기 제2 교차점의 상류측에 배치되는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출 모듈은,
    상기 플라즈마를 모니터하도록 구성되는 분광 광도계(spectrophotometer);
    상기 분광 광도계에 연결되는 기판; 및
    상기 기판과 상기 합성물 혼합 부재 사이에 위치 설정되고 상기 유동로를 밀봉하도록 구성되는 밀봉 부재를 포함하는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 검출 모듈은 상기 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마의 광 파장을 측정함으로써 플라즈마의 적어도 하나의 파라미터를 모니터하는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  7. 플라즈마 처리 시스템으로서,
    플라즈마를 발생시키도록 구성되는 원격 플라즈마 모듈;
    상기 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 합성물 혼합 부재;
    처리를 위해 상기 합성물 혼합 부재로부터의 플라즈마를 받아들이도록 구성되는 처리 챔버; 및
    상기 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마를 모니터하도록 구성되는 검출 모듈
    을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  8. 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법으로서,
    원격 플라즈마 모듈에 의해 플라즈마를 발생시키는 단계;
    상기 원격 플라즈마 모듈로부터의 플라즈마를 합성물 혼합 부재로 지향시키는 단계;
    상기 합성물 혼합 부재 내의 플라즈마의 파라미터 데이터를 취득하는 단계;
    상기 파라미터 데이터를 사전 설정된 파라미터 사양과 비교하는 단계; 및
    상기 파라미터 데이터가 사전 설정된 파라미터 사양 밖에 있다면 상기 원격 플라즈마 모듈의 작동을 종료하는 단계
    를 포함하는 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마가 플라즈마 프로세스를 위해 처리 챔버 내에 진입하기 전에 상기 플라즈마를 적어도 하나의 처리 가스와 혼합하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 모듈의 작동이 종료된 후에 상기 원격 플라즈마 모듈을 다른 원격 플라즈마 모듈로 대체하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 제조에서 플라즈마를 제어하는 방법.
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